DE2702678C2 - Verfahren zur katalytischen Umwandlung von Kohlenwasserstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Abtrennung fein zerteilter fluidisierbarer Katalysatorteilchen aus gasförmigen Reaktionsprodukten, insbesondere auf das Verfahren und die Vorrichtung zur Verbesserung der Abtrennung suspendierter Katalysatorteilchen aus einem gasförmigen Produktstrom in einer Zyklcn-Trennanlage.

Bei einem zyklonartigen Abscheider wird eine ein gasförmiges Material mit mitgerissenem, fein zerteiltem, festem Material enthaltende Suspension in den Abscheider tangential eingeführt, so daß die Suspension eine spiralartige oder zentrifugale Wirbeibewegung erfährt. Die Zentrifugalkraft wirft die Feststoffe an die andere Wand des Zyklonabscheiders, und sie fallen dann an dessen Wandung in einen Feststoffe aufnehmenden Trichter darunter zum Abführen z. B. über ein Standrohr oder einen Tauchfuß. Das so von den Feststoffen abgetrennte gasförmige Material wird über eine offene Zentralleitung abgeführt, die sich von einer Ebene unterhalb der tangentialen Eintrittsöffnung der Suspension durch den oberen Teil des Zyklonabscheidcrs nach oben erstreckt Eine besonders nützliche Anwendung der Vorrichtung ergibt sich in Verbindung mit organischen Reaktionen, die fluidisierbare Katalysatorteilchen einsetzen, wie z. B. die katalytische Behandlung von Erdölfrelctionen durch Cracken, die Synthese von Kohlenwasserstoffen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, die Überführung von Methanol in flüssige Kohlenwasserstoffe oder andere bekannte Arbeitsweisen mit fluidisiertem Katalysator.

to Bei den heutigen modernen Verfahren, wie z. B. den katalytischen Riser-Crackverfahren, werden enorme Mengen an in gasförmigen Stoffen suspendiertem Katalysator in katalytischen Riser-Crackanlagen gehandhabt, und nach dem Umwandlungsvorgang der Suspension in der Riser-Einheit oder der Umwandlungszone müssen die Suspensionen rasch in eine Katalysatorphase und eine gasförmige Phase aufgetrennt werden.

Die Erfindung ist insbesondere mit der Verbesserung der Trenntechnik für eine Suspension befaßt, um die Verluste sowohl der Katalysatorphase als der gasförmigen Phase zu senken, insbesondere jedoch bezieht sich die Erfindung auf eine verbesserte Trennung der gasförmigen Produktphase von der Katalysatorphase zu dem Zeitpunkt, wenn eine oder mehrere gewünschte chemisehe Reaktionen in Gegenwart des Katalysators abgelaufen sind.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Erzielung einer raschen Trennung einer Produktsuspension, die Fließbettkatalysatorteilchen enthält, nach dem Durchströmen eiiwr Umwandlungszone mit kurzer Kontaktzeit innerhalb eines Zeitraums von normalerweise weniger als etw? 15 see, um ein übermäßiges Ausdehnen der gewünschten Umwandlungsreaktionen zu vermeiden. Bei den modernen Arbeitsweisen ist es nicht unüblich. Riser-Umwandlungszonen zu verwenden, um verhältnismäßig kurze Kontaktzeit-Reaktionsfoigen zu erzielen, wie z. B. beim katalytischen Cracken von Erdölfraktionen, und die die Reaktionsprodukte enthaltende Suspension direkt in eine Zyklor.abscheideranlage abzulassen, die sich am Ende der Piser-Umwandlungszone befindet. Derzeitige Zyklonanlagen jedoch erlauben weiteren unerwünscht langen Kontakt zwischen der Produktphase und der Katalysatorphase eines Teils der ausgebrachten Suspension. Es hat sich gezeigt, daß dieser verlängerte Kontakt zu einem Verlust an erwünschtem Produkt beiträgt, der sich bis zu etwa 10% belaufen kann. So wurde ermittelt, daß der Verlust an Benzinausbeute aufgrund eines Übercrackens im Bereich von 0,15 bis etwa 1,5 Volumenprozent, bezogen auf frische Beschickung, liegen kann. So besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Erlangung einer rascheren Trennung der Produktdämpfe beim katalytischen Cracken von den suspendierten Ktalysatorteilchen. insbesondere in der am Ende des Riser-Crackens mit verhältnismäßig kurzer Kontaktzeit angeordneten Zvklonanscheideranlage.

Erfindungsgemäß sind die am Austragsende eines Risers angebrachten Zyklonabscheider wie in F i g. 1 gezeigt abgewandelt; sie weisen einen zusätzlichen nach unten ragenden zylindrischen Abschnitt mit einem unteren Zyklon auf. Bei dieser Anordnung wird aus dem gasförmigen Material im oberen Zyklon abgetrennter und dessen Wand herabrutschender Katalysator von der Wand durch eine nach unten geneigte, schrauben- oder kreisförmige Scheidewand, die den oberen und den unteren Zyklon voneinander trennt, abgeschabt. Der von der schraubenförmigen Scheidewand gesammelte Katalysator wird mit tangential eingeführtem Dampf in

Berührung gebracht, wobei praktisch sofort jegliches mitgerissene Kohlenwaserstoffprodukt von dem aus dem oberen Zyklon gewonnenen Katalysator abgetrennt wird. Dieser von Kohlenwasserstoffen befreiende Dampf und die abgetrennten Kohlenwasserstoffe werden vom unteren Zyklon zum oberen Zyklon über ein konzentrisches zylindrisches Rohr mit offenen Enden geführt das mit dem Dainpfaustritt des oberen Zyklons fluchtet ober zu diesem im Abstand angeordnet ist

Das Wirbeln des zentrifugal befreiten Katalysators im unteren Zyklon kann durch Zusatz eines Wirbelbrechers im unteren, den Katalysator auffangenden Abschnitt der Kombinationszyklon-Abscheidungseinheit gehemmt oder verhindert werden. Der den Katalysator auffangende Abschnitt ist normalerweise ein konischer Abschnitt zwischen den zylindrischen Wandungen des Zyklonabscheiders und dem Katalysator-Tauchfuß, durch den der Katalysator abgezogen wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren; von diesen zeigt

F i g. 1 einen schematischen Aufriß eines erf/ndungsgemäß verbesserten Zyklons;

F i g. 2 einen schematischen Aufriß eines Riser-Reaktors mit dem erfindungsgemäßen Zyklon der F i g. 1, angebracht am Ausgang des Risers; die Kombination befindet sich in einem größeren Behälter, der eine Katalysator-Strippingzone in seinem unteren Teil und eine Zyklonabscheidereinrichtung zum Abtrennen des Katalysators vom Stripping-Gas in seinem oberen Teil aufweist:

F i g. 3 ein Diagramm, das die Menge der durch einen herkömmlichen Zyklon-Tauchfuß mit Katalysator entfernten Kohlenwasserstoffe darstellt und zeigt, daß diese mit der KataWsstorbeladun¹⁷ abnimmt;

F i g. 4 ein Diagramm, das zeigt, daß Kohlenwasserstoffe zu einem hohen Prozentsatz vom Katalysator durch Steigerung der Dampfmenge und der Katalysatorfließrate verdrängt oder entfernt werden können;

F i g. 5 ein Diagramm, das zeigt, daß die in Fig. 4 angegebenen Ergebnisse ohne wesentlichen Verlust der Zyklon-Leistungsfähigkeit bei Verwendung der erfindungsgemäßen Stripper-Zyklon-Kombination erhalten werden können.

In Fig. 1 iss die erfindungsgemäße Stripper-Zyklon-Kombination schematisch dargestellt. Der Zeichnung ist zu entnehmen, daß ein typischer Zyklonabscheider durch Verlängerung des Zyklon-Katalysatorsammeltrichters abgewandelt worden ist, so daß dieser die spezielle Katalysatorsammei· und Strippereinrichtung gemäß der Erfindung aufweist, wodurch eine /weite Zyklon- Abscheideranordnung unter dem oberen oder ersten Zyklonabscheider entsteht. In der Anordnung der F i g. 1 wird eine Suspension von Katalysator und Reaktionsprodukten, wie z. B. Produkten des katalytischen Crackens. in dem Zyklon über eine Leitung 2 eingeführt, die eine rechtwink'-ge oder kreisförmig·? Leitung sein kann. Die Leitung 2 führt die Suspension tangential in den zylindrischen Zyklonabschnitt 4 ein und führt zu einer Zentrifugaltrennung der festen Katalysatorteilchen von den dampf- oder gasförmigen Reaktionsprodukten. Wie obenerwähnt, rutschen die abgetrennten festen Teilchen an der zylindrischen Wand 4 nach unten und werden, wie erörtert, gesammelt und/oder von den Reaktionsprodukten befreit. Von den Feststoffen oder Katalysatorteilchen abgetrenntes dampfförmiges Material gelangt in die unten offene Eintrittsöffnung der Leitung 6 und wird nach oben durch die Leitung 6 zur Gewinnung entfernt, wie im einzelnen im Zusammenhang mit F i g. 2 erörtert

Die zentrifugal abgetrennten Feststoffe, die die Wand des Zyklonabscheiders entlang nach unten rutschen, werden durch den ringförmigen Abschnitt geführi. der zwischen einem zweiten, offenendigen, zylindrischen Rohr 8 von kleinerem Durchmesser als der der Sammeltrichterwand 10 des Zyklons ausgebildet und koaxial darin angeordnet ist, aber nach unten hin einen Abstand vom offenen Bodenende der Leitung 6 einhält Eine abwärtsgeneigte, ringförmige oder schraubenartige Scheidewandeinrichtung 12. das Rohr 8 und die Wand 10 verbindend und das Rohr 8 vollständig umschreibend.

weist eine senkrechte Öffnung 14 in einem Teil des Ringes auf, durch die die abgetrennten Feststoffe in eine zweite ringförmige Zone in Kontakt mit abtreibendem Dampf fließen müssen, der tangential durch die Leitung 16 eingefühi wird. Auch die Leitung 16 kann rechtwink lig oder kreisförmig sein, um den ah eibenden Dampf tangential in den Zyklon unterhalb ücr Scheidewand und dem Katalysatoreinlaß 12 einzuführen. Der durch die Öffnung oder den Einlaß 12 eintretende Katalysator wird mit Dampf zusammengebracht, der über eine Leitung 16 eingeführt wird, und da^rauf wird das Gemisch durch die Zentrifugalwirkung des ringförmigen Abschnitts unter der Scheidewand 12 und zwischen dem unteren Teil des Rohrs 8 und der zylindrischen Wand lfc des Zyklonabscheiders getrennt. Der von Reaktionsprodukten befreite und abgetrennte Katalysator, der wie oben beschrieben abfällt, gleitet dann die Wand 18 hinab und wird in einem durch die Wand 20 gebildeten konischen Trichter gesammelt. Ein Katalvsator-Tauchrohr 22 ragt vom Boden des konischen Abschnitts mit der Wand 20 nach unten. Abgetriebene Kohlenwasserstoffe und der abtreibende Gasstrom, vom Katalysator getrennt, strömen durch die offenendige Leitung 8 nach oben und in das unten offene Ende der Leitung 6.

In der schematischen Darstellu g der Fig. 2 ist der Stripperzyklon der F i g. 1 dargestellt, wie er am Austragende einer Riser-Umwandlungs/one 24 angebracht und in einem größeren Behälter 26 untergebracht ist. Der untere Teil des Behälters 26 und insbesondere mit dem zylindrischen Abschnitt 28 wird normalerweise als Prallfläche 32, 34 und 3b aufweisender Abschnitt zum Abtreiben von Reaktionsprodukten vom Katalysator verwendet. Zum Abtreiben bestimmter Dampf wird in dessen unteren Teil über Leitungen 38 und 40 eingeführt. Die Füllhöhe des in diesem Abschnitt gehaltenen Katalysators kann so hoch sein, wie etwa durch die Linie 42 angedeutet, wird aber normaler«, eise so niedrig wie möglich gehalten, in Übereinstimmung mit <?".r Erzielung des Gewünschten Entfernens oder Abtreibens der Produkte vom Katalysator. Das Tauchrohr 22 kann tiefe; in den Behälter hinabragen, als die Situation es erfordert. Von Reaktionsprodukten befreiter Katalysator v.ird der Abtreibzone über die Leitung 44 zur Überführung in eine nich» dargestellte Katalysator-Regenerierzone abgezogen. Eine Kohlenwasserstoff/Katalysator-Suspension strömt durch den Riser 24 unter den gewünschten ausgewählten Cra^kcrbedingungen gewöhnlich bei einer Temperatur über 482° C und bei einer Verweilzeit der Kohlenwasserstoffe mit dem suspendierten Katalysator von weniger als etwa 15 see nach oben. Die Verweilzeit der Kohlenwasserstoffe im Riser 24 kann auf 2 bis 8 see bei einer Reaktionstemperatur von etwa 527° C oder darüber begrenzt werden. Die Suspension im Riser 24 tritt nahe seinem

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oberen Ende durch eine öffnung 2 in die speziell unter Bezugnahme auf F i g. 1 gezeigte und erörterte Stripper-Zyklonanordnung. Abgetrenntes gas- oder dampfförmiges Material, das die Kohlenwasserstoffe und das abtreibende Gas enthält, strömt nach oben durch die Leitung 6 in einen oberen Teil des Behälters 26 oder kann direkt in eine Plenumkammer 46 strömen, von der es über die Leitung 48 zum Übertritt in eine nicht dargestellte Produktfraktionieranlage abgezogen wird. Wenn dieses im Zyklon 4 abgetrennte Material in den oberen ί Teil des Behälters 26 gelassen wird, muß es dann durch

den Zv klon 52 und die Leitung 54 in die Kammer 46.

Vom Ktalysator im Abtreibabschnitt 28 des Behälters 26 abgetriebene und abgetrennte Produkte und Abtreibgas gelangen durch die Rundöffnung 50 des Zy- |5 klonabscheiders 52, in dem mitgerissene Katalysatorfeinteilchen vom Abtreibgas abgetrennt werden, bevor das Gas durch die Leitung 54 in die Plenumkammer 46

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werden in einem Trichter 56 gesammelt und über das Tauchrohr 58 zur Rückführung zum Katalysatorbett 60 im Bodenteil des Behälters 26 abgezogen. So wurden die Vorrichtung und die Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Konzepts, insbesondere angewandt auf die katalytische Crackung von Kohlsnwasserstoffen. bei der Erörterung der Fig. 1 und 2 dargestellt.

In F 1 g. 3 sind erhaltene Daten aufgetragen; sie zeigt die Menge der Kohlenwasserstoffe, die einen Zyklonabscheider mit dem Katalysator über die Tauchrohre unter \erschiedenen Bedingungen der Katalysatorbeladung verlassen können. Das Diagramm versteht sich im w esentlichen von selbst und zeigt, daß mit zunehmender Katavsatorbeladung die Mengen an verlorengegangenen Kohlenwasserstoffen abnehmen.

In F 1 g. 4 sind erhaltene Daten aufgetragen; sie zeigt den Prozentsatz an Ge-.amtkohlenwa<;<;prstoifen. die unter verschiedenen Bedingungen des Abtreibens mit Dampf und der Katalysatorstrombeladung das Zyklontauchrohr verlassen. So führt zunehmende Kohlenwasserstoffmenge leicht zu einem erhöhten Übercracken von Produkten, was die Ausbeute an gewünschten Benzinprodukten um bis zu 13 Volumenprozent, bezogen auf die Beschickung, senkt. Dieser Ausbeuteverlust wird besonders deutlich durch die Diagramme der später erläuterten Fig.6.

F i g. 5 ist ein Digramm erhaltener Daten, das die Wirkung des Abtreibens mit Dampf im Zyklon auf die Leistungsfähigkeit des Zyklons unter Verwendung der erfindungsgemäßen Kombination von Abtreibeinrichtung 50 '\ und Zyklon veranschaulicht Den Daten ist zu entneh- || men. daß die Trennleistung des Zyklons nicht uner- IJ wünscht beeinflußt wird, aber in dem Maße, wie das ; Volumen des abtreibenden Dampfs zunimmt, abfällt i Auf jeden Fall ist der Wirkungsgrad des Zyklons wenig- 55 j stens etwa 95%. ;

F i g. δ ist ein Diagramm erhaltener Daten, das einen ;

Vergleich zwischen einer kleinen Technikumsanlage un- i

ter Anwendung des erfindungsgemäßen Konzepts und ;

einer kommerziellen Arbeitsweise ohne die Vorteile des 60

Konzepts der Kombination von Abtreibeinrichtung und j

Zyklon wiedergibt Diese Daten zeigen eine Verbesse- Ϊ

rung der Benzinausbeute in der kleinen Technikurnsan- ]

lage unter Anwendung des erfindungsgemäßen Kon- ]

zepts und eine Senkung der Trockengasausbeute. &5 I

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur katalytischen Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in einer Riser-Umwandlungszone, wobei fluidisierte Katalysatorteilchen von Kohlenwasserstoff-Produkten abgetrennt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Suspension von Kohlenwasserstoffen und Katalysator durch eine Riser-Umwandlungszone unter Umwandlungsbedingungen bei erhöhter Temperatur nach oben geführt die Suspension von der Riser-Umwandlungszone direkt in eine Zyklon-Abscheiderzone, in der eine Trennung zwischen den fluidisierten Katalysatorteilchen und dampf- oder gasförmigen Kohlenwasserstoffprodukten erfolgt, geführt, der so abgetrennte Katalysator praktisch sofort durch eine ringförmige Zone mit einem abreibenden Gas in Berührung gebracht und das vom Katalysator in der ringförmigen Zone abgetrennte abtreibende Gas und die abgetriebenen Produkte durch einen verengten, offenendigen, mit einer Leitung zum Entfernen der abgetrennten Kohlenwasserstoffdämpfe aus der Zyklon-Abscheiderzone in offener Verbindung stehenden Durchgang nach oben geführt wird.

2. Verfahren nach Ansprud: 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung der Kohlenwasserstoffe bei einer Temperatur über 527^CC bei einer Kohlenwasserstoff-Verweilzeit im Bereich von 2 bis 8 see durchgeführt wird.

3. Verfahr«..! nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nit Hilf des Zyklons von den Kohlenwasserstoffdämpfen abgetrennte Katalysator direkt durch einen verengte: Durchgang in e<ne ringförmige Abtreibzone unmittelbar unter der Zykion-Abscheiuürzone gciuhrt wifu.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der offenendige, verengte Durchgang von der ringförmigen Abtreibzone umgeben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß zum Abtreiben dti Produkte vom Katalysator in der ringförmigen Zone Dampf verwendet wird.