DE2856971A1 - Verfahren zum katalytischen fliesskracken von kohlenwasserstoffmaterial - Google Patents
Verfahren zum katalytischen fliesskracken von kohlenwasserstoffmaterialInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine katalytische Fließkrackeinheit
mit einem Riser-Reaktor, ausgestattet mit einer Anzahl Düsen zum Einführen des Krackzufuhrmaterials in den
Riser. Die Einheit oder Anlage wird unter Vorerhitzen des Zufuhrmaterials auf eine Temperatur von wenigstens 246°C
(4750F) betrieben, wodurch die Benzin-Produktionsleistung
erhöht wird.
Die Menge des heißen regenerierten, im Krackzufuhrmaterial dispergierten oder verteilten Katalysators wird zur
Aufrechterhaltung einer vorbestimmten Temperatur an einer vorbestimmten Stelle im Reaktor gesteuert.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein verbessertes Verfahren für den Betrieb eines katalytischen Fließkracksystems
mit einer Vielzahl von Düsen zum Einführen von Zufuhrmaterial in einen Reaktor des Riser-Typs, insbesondere unter dem
Aspekt eines hohen Maßes an Vorerhitzen des einem Riser-Reaktor über eine Anzahl Einspritzdüsen zugeführten ölzufuhrmaterials.
Das katalytische Fließkracken von Erdölfraktionen ist ein gut eingeführter Raffinationsvorgang. Die katalytische
Krackvorrichtung als solche umfaßt einen Katalysatorabschnitt, der unterteilt ist in einen Reaktorabschnitt, wo das kata-
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Iytisehe Kracken erfolgt, gekoppelt mit einem Regeneratorabschnitt,
wo auf verbrauchtem Katalysator abgeschiedener Koks weggebrannt wird. Das Verfahren arbeitet im wesentlichen wie
folgt: Frisches Zufuhrmaterial, das vorerhitzt sein kann, wird mit Katalysator gemischt und im Reaktorabschnitt gekrackt.
Produkte werden vom Reaktor in der Dampfphase entfernt und zu einem Produktgewinnungsabschnitt geführt, der
wenigstens eine Hauptfraktionier- oder Destillationssäule zur Trennung der Produkte in die gewünschten Fraktionen aufweist.
Verbrauchter Katalysator, der durch die Krackreaktion verkokt worden ist, wird vom Reaktor kontinuierlich zum Regenerator
über eine Förderleitung für verbrauchten Katalysator geführt. Im Regenerator wird der Koks durch Kontakt mit einem sauerstoff
haltigen Gas verbrannt. Abgas wird vom Regenerator weggeleitet, und regenerierter Katalysator wird zum Reaktor über
ein Standrohr zurückgeführt, wo er von dem frisch zugeführten Kohlenwasserstoff-Zufuhrmaterialstrom mitgenommen wird. Der
Katalysator selbst ist feinzerteilt und gleicht in verschiedenen Teilen des Katalysatorabschnitts einem Fluid, woher das Verfahren
seinen Namen hat. Bei typischem Betrieb wird im Regenerator erzeugte Wärme durch den heißen, regenerierten
Katalysator zum Reaktor mitgenommen und liefert die Wärme für die endotherme Krackreaktion. Typische Fließkatalysator-Kracksysteme
sind in den US-PS'en 3 206 393 und 3 261 777 beschrieben.
Im Laufe der Jahre ist das katalytische Fließkrackverfahren leistungsmäßig verbessert worden. Insbesondere das Auf-
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finden von Zeolith-Katalysatoren mit ihrer höheren Aktivität
und geringeren Koksbildung und Verbesserungen in der Gestaltung des Reaktorabschnitts unter Betonung des Riser-Krackens
sind bedeutende Punkte.
In jüngerer Zeit ist vorgeschlagen worden, das Zufuhrmaterial einem Riser-Reaktor über eine Anzahl von Düsen
zuzuführen, wie in den US-PS'en 3 152 065 und 3 246 960 beschrieben. Solche Mehrfacheinspritzdüsen werden in der
Absicht vorgesehen, gleichförmigere und unmittelbare Verteilung des Katalysators im Zufuhrmaterial zu erhalten und
so in Anlagen großen Maßstabs Ergebnisse zu bekommen, wie sie in Pilotanlagen kleinen Maßstabs erhalten werden.
Es wurde nun gefunden, daß der Einfluß von Mehrfacheinspritzdüsen in FCC-Riser-Reaktoren kommerziellen Maßstabs
nicht einfach eine Angelegenheit verbesserten Kontakts zwischen Zufuhrmaterial und Katalysator, auch nicht einfach
eine Funktion verbesserter Gleichförmigkeit der Verteilung des FCC-Katalysators in dem Zufuhrmaterial ist. Die
Einflüsse vom Zuführen einer erhöhten Menge der endothermen Krackwärme durch verstärktes Vorerhitzen des Zufuhrmaterials
laufen dem zuvor auf dem Fachgebiet nicht erkannten Phänomen zuwider oder können auf einigen anderen, jetzt noch
nicht erkennbaren Faktoren beruhen.
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Anlagen für die praktische Durchführung des FCC-Riser-Krackens werden typischerweise dadurch gesteuert, daß die
gewünschte Temperatur für das obere Ende des Reaktors festgesetzt wird. Ein Sensor erfaßt die Temperatur an diesem
Punkt und stellt die Rückführung heißen Katalysators vom Regenerator ein, um die tatsächlichen Bedingungen am Einstellpunkt
aufrechtzuerhalten. Neigt die Temperatur oben am Reaktor zum Anstieg, wie durch zunehmende Vorerhitzung des Zufuhrmaterials,
schließt die Steuerung das Katalysatorrückführventil etwas weiter und reduziert so die Zufuhr heißen
Katalysators zum Riser. Wie sich daraus unmittelbar ergibt, reduziert dieser Vorgang das Katalysator/Öl-Verhältnis im
Reaktor und hat das erwartete Ergebnis einer Verminderung der Umwandlung des Zufuhrmaterials. Die bisherige Erfahrung
war eine konsequente Senkung der Ausbeute an Benzin, bezogen auf Zufuhrmaterial.
Unerwarteterweise wurde gefunden, daß ein kommerzieller FCC-Riser bei Verwendung von Mehrfacheinspritzdüsen zwar dem
üblichen Verlauf reduzierter Umwandlung bei herabgesetztem Katalysator/Öl-Verhältnis und erhöhter Zufuhrmaterial-Vorerhitzung
über einen Teil des beschriebenen Bereichs folgt, aber bei höherer Benzinselektivität als erwartet. Diese
verbesserte Benzin-Selektivität wird von einer Herabsetzung der Oktanzahl des Produkts begleitet, in Übereinstimmung
mit der bisherigen Erfahrung, daß bei konstantem Zufuhrmaterial und Katalysator eine Erhöhung der Benzinausbeute
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auf Kosten einer geringeren Oktanzahl geht.
Der ungewöhnliche Effekt erhöhter Benzinausbeute bei
verminderter Umwandlung bietet eine Maßnahme zur Optimierung der Benzinausbeute und Oktanzahl. Erfindungsgemäß wird die
Benzinäusbeute durch erhöhtes Vorerwärmen des Zufuhrmaterials zu Mehrfacheinspritzdüsen gesteigert. Alternativ kann
die Oktanzahl durch verminderte Zufuhrmaterial-Vorerwärmung in solchen Systemen verbessert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzielung erhöhter
Benzinausbeuten bei verminderter Umwandlung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben; von diesen
zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Steuersystems für eine FCC-Anlage des Riser-Typs;
Fig. 2 einen schematischen Aufriß einer Riser-Umwandlungszöne,
die in einer vergrößerten Katalysator-Trennzone endet, ausgestattet mit Zyklon-Abtrenneinrichtungen,
Katalysatorentfernungs- und -leitungseinrichtungen, um Katalysator dem Boden des Risers zuzuführen und von
der Stripping-Zone abzuziehen;
Fig. 3 eine Schemaskizze des Bodenteils der Riser-Umwandlungszone
mit einem Rohr zum Kontaktieren von mit Kataly-
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satorteilchen beschickter Reaktionskomponente,
Fig. 4 einen Querschnitt der im Aufriß in Fig. 2 dargestellten Rohrdüsenanordnung und
Fig. 5 ein Diagramm zum Einfluß der Zahl der Düsen auf die durchschnittliche Katalysatorkonzentration im Riser-Querschnitt
bei einer vorbestimmten Höhe.
Ein herkömmliches Steuerungsschema für eine Riser-Reaktor-FCC-Anlage
ist in Fig. 1 veranschaulicht. Hier wird das ölzufuhrmaterial/ das durch den Erhitzer 2 vorerhitzt sein
kann, über eine Leitung dem unteren Ende des Riserrohres 3 zugeführt. Erhitzter Katalysator aus einem Standrohr 4 mit
einem Regelventil 5 wird mit dem erhitzten öl im Riser 3 so kombiniert, daß ein Öl/Katalysator-Gemisch in einem Aufwärtsstrom
verteilt bis in den Reaktor 6 aufsteigt, worin sich Katalysator als dichtes Bett 7 abscheidet. Im Reaktor 6
kann ein anderer Fließkontakt zwischen öl und Katalysatorteilchen in dem verhältnismäßig dichten Fließbett 7 stattfinden.
Im allgemeinen findet ein größerer Anteil des notwendigen Krackens und Kontakts des Öls mit dem Katalysator im Riser
3 statt. Irgendwelche in den dampfförmigen, gekrackten Reaktionsprodukten
suspendiert verbleibenden Katalysatorteilchen werden am oberen Ende des Reaktors 6 durch Zentrifugal- oder
Absitzeinrichtungen (in Fig. 1 nicht dargestellt) abgetrennt.
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Produkte werden dann über Kopf über eine Leitung 8 zu einem Produktgewinnungsabschnitt (nicht dargestellt) geführt, der
wenigstens eine Fraktioniereinrichtung aufweist. Ein Temperaturfühler 9, wie ein Thermoelement, ist vorgesehen, um
die Temperatur im Reaktor 6 zu erfassen und der Temperatursteuerung 10 ein Signal zu liefern, das die Temperatur am
oberen Ende des Reaktors 6 anzeigt. Weicht die Temperatur des Reaktors von der vorbestimmten, vom Einstellpunkt 11 der
Temperatursteuerung 10 festgelegten Temperatur ab, liefert die Temperatursteuerung ein Signal über eine Leitung 12 zur
Einstellung des Absperrorgans 5 und damit zur Einstellung der Temperatur des Katalysator/Öl-Gemischs im Riser 3 in der Richtung,
daß die Abweichung der gemessenen Temperatur von der vorbestimmten Temperatur, wie durch den Einstellpunkt 11 der
Steuerung 10 festgelegt, verringert wird. Im allgemeinen ist es hoch erwünscht, TemperaturSchwankungen im Reaktor 6 und
der aus der Leitung 8 austretenden Produkte minimal zu halten, um Störungen in der Hauptfraktionierkolonne minimal
zu halten. Verbrauchter Katalysator aus dem Bett 7 wird kontinuierlich vom Reaktor 6 über eine Förderleitung für verbrauchten
Katalysator 13, ausgestattet mit einem Absperrorgan 14, zum unteren Teil des Regenerators 15 geführt, um ein
verhältnismäßig dichtes Bett 16 zu bilden. Luft wird über eine Luftförderleitung 17, ausgestattet mit einem Regelventil
18, zum Regenerator 15 geführt, wo sie durch ein Verteilergitter 19 strömt und dazu dient, das Bett 16 in fluidisiertem
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Zustand zu halten und Katalysator kontinuierlich durch den Riser 20 als verdünnte Phase 21 zu führen. Im oberen Teil
des Regenerators 15 wird Abgas vom regenerierten Katalysator
abgetrennt und tritt über eine Leitung 22 aus. Regenerierter Katalysator wird abgetrennt und bildet ein verhältnismäßig
dichtes Bett 23. Das Bett 23 des regenerierten Katalysators befindet sich auf einer wesentlich höheren Temperatur
als der verbrauchte Katalysator aus dem Bett 7, und zwar aufgrund der Koksverbrennung, die im Regenerator 15
eintritt. Im Regenerator selbst sind das Bett 23 und das Abgas in der Kammer wesentlich heißer als der verbrauchte, aber teilweise regenerierte Katalysator des Betts 16. Ein analytischer Sensor 24, der den Kohlenmonoxid- und Sauerstoffgehalt des Abgases anzeigt, erzeugt ein Signal, das die Zusammensetzung angibt. Das Absperrorgan oder Ventil 18 wird gewöhnlich durch Eingriff der Bedienungsperson zur Steuerung des Luftstroms und damit des CO- und Sauerstoffgehalts des Abgases gesteuert. Alternativ wird das vom analytischen Sensor 24 erzeugte Signal zur Steuereinrichtung für die Zusammensetzung übertragen. Diese Steuereinrichtung 25, mit Einstellwerten 26 versehen, gibt über eine Leitung 27 ein Signal, das die Abweichung von der Kohlenmonoxid-Zusammensetzung des Abgases vom Einstellpunkt oder Sollwert 26 anzeigt, um das Steuerventil 18 in der Richtung einer Verminderung der Abweichung der gemessenen Zusammensetzung von der vorbestimmten Zusammensetzung, wie vom Einstellpunkt 26 festgesetzt, einzustellen. Im allgemeinen wird der Einstellpunkt oder Sollwert
eintritt. Im Regenerator selbst sind das Bett 23 und das Abgas in der Kammer wesentlich heißer als der verbrauchte, aber teilweise regenerierte Katalysator des Betts 16. Ein analytischer Sensor 24, der den Kohlenmonoxid- und Sauerstoffgehalt des Abgases anzeigt, erzeugt ein Signal, das die Zusammensetzung angibt. Das Absperrorgan oder Ventil 18 wird gewöhnlich durch Eingriff der Bedienungsperson zur Steuerung des Luftstroms und damit des CO- und Sauerstoffgehalts des Abgases gesteuert. Alternativ wird das vom analytischen Sensor 24 erzeugte Signal zur Steuereinrichtung für die Zusammensetzung übertragen. Diese Steuereinrichtung 25, mit Einstellwerten 26 versehen, gibt über eine Leitung 27 ein Signal, das die Abweichung von der Kohlenmonoxid-Zusammensetzung des Abgases vom Einstellpunkt oder Sollwert 26 anzeigt, um das Steuerventil 18 in der Richtung einer Verminderung der Abweichung der gemessenen Zusammensetzung von der vorbestimmten Zusammensetzung, wie vom Einstellpunkt 26 festgesetzt, einzustellen. Im allgemeinen wird der Einstellpunkt oder Sollwert
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auf einen CO-Gehalt unter 2000 ppm eingestellt, und das Abgas
enthält im allgemeinen etwa 2 % überschüssiges Sauerstoff gas. Obgleich nicht ausdrücklich dargestellt, ist das
Absperrorgan oder Ventil 14 gewöhnlich mit dem Absperrorgan oder Ventil 5 so gekoppelt, daß ein festes Verhältnis der
Menge des Katalysators im Regenerator 15 zur Menge des
Katalysators im Reaktor 6 erhalten bleibt.
Die Erfindung bezieht sich auf die katalytische Umwandlung von Kohlenwasserstoffen mit feinzerteilten Katalysatorteilchen.
Insbesondere ist die Erfindung mit der Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in einer Riser-Umwandlungszone unter
Bedingungen befaßt, die eine gleichförmige Vermischung zwischen Kohienwasserstoff-Reaktionskomponente und feinzerteilten
Katalysatorteilchen fördern. Gemäß einem besonderen Aspekt ist die Erfindung insbesondere mit der Art und
Weise befaßt, auf die man sich zum Einspritzen von Kohlenwasserstoff-Zufuhrmaterial
in einen Strom von Katalysatorteilchen zur Bildung einer Suspension in einer Riser-Umwandlungszone
stützt.
Das katalytische Kracken von Kohlenwasserstoffen, wie von Gasöl-Kohlenwasserstoff-Zufuhrmaterial, wird bei einer
Temperatur im Bereich von 482 bis etwa 6490C (900 bis 12000F)
praktiziert, wobei die Temperatur üblicherweise auf unter 593°C (11000F) begrenzt ist. Betriebsdrücke innerhalb des
Bereichs von Atmosphärendruck bis zu 7 bar (100 psig) können
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angewandt werden, wobei bevorzugt Bedingungen ausgewählt werden, die guten Katalysatorkreislauf, Produkt- und Reaktionskomponenten strom gewährleisten, was zur Wirtschaftlichkeit
der Arbeitsweise insgesamt beiträgt. Bei einem Riser-Umwandlungsvorgang wird die Kohlenwasserstoff-Reaktionskomponente
mit heißen Katalysatorteilchen im Boden- oder unteren Teil des Risers zu einer Suspension von gewünschter Kracktemperatur
gemischt, und die Suspension wird durch die Riser-Umwandlungszone unter Raumströmungsgeschwindigkeitsbedingungen
geführt, die eine Kohlenwasserstoff-Verweilzeit im Riser im
Bereich von 1 bis 15 s und üblicher unter etwa 10s liefern. Die Suspension wird vom Riser-Auslaß in Zyklon-Abscheiderzonen
ausgebracht oder kann vom Riser in eine verbreiterte Zone entlassen werden, in der eine Abtrennung der Katalysatorteilchen
von gasförmigem Material, wie Kohlenwasserstoffdämpfen,
durch eine Senkung der Geschwindigkeit erfolgt, was dazu führt, daß sich die Katalysatorteilchen abscheiden.
Auch Zyklonabscheider kommen in Betracht, um die Katalysatorteilchen vom dampfförmigen Material zu entfernen, die durch
die verringerte Geschwindigkeit noch nicht entfernt worden sind. Die Kohlenwasserstoffdämpfe werden gewonnen und in
einer Produktfraktionieranlage getrennt. Die Katalysatorteilchen werden abgetrieben oder gestrippt, um mitgerissene
Kohlenwasserstoffe zu entfernen, und der gestrippte Katalysator kann der Katalysatorregenerierung zugeführt werden.
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Nach dem erfindungsgemäßen Konzept wird vorgeschlagen,
das zu krackende Kohlenwasserstoff-Zufuhrmaterial durch eine Anzahl von nach oben ragenden Rohrdüsen im unteren Teil der
Riser-Umwandlungszone einzuführen. Die oberen Enden der Rohrdüsen
liegen bevorzugt wenigstens über dem Schnittpunkt des oberen Oberflächenteils des Katalysatorstandrohrs mit dem
der Riser-Umwandlungszone. Bei einer Anordnung ist die Zahl und die Lage der Rohrdüsen zueinander so, daß jede Düse einer
praktisch gleichen Querschnittsfläche der Riser-Umwandlungszone zugeordnet ist. Bei einer solchen Anordnung sind wenigstens
fünf Düsen in der Querschnittsfläche des Risers verteilt, und vorzugsweise sind wenigstens sieben Düsen im Riser-Querschnitt
verteilt. Bei einer weiteren Ausführungsform ist es erwünscht,
eine Mehrzahl der Rohrdüsen in einem Ring um eine konzentrisch
angeordnete Rohrdüse innerhalb der Riser-Querschnittsflache anzuordnen, wobei die Ringfläche konzentrisch liegt und
wenigstens 65 % des Riser-Querschnitts umfaßt. So liegen bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wenigstens sieben
Rohrdüsen vor, die von einer einzigen Ölzufuhr-Einlaßleitung
enden, wenigstens sechs der Rohrdüsen bilden einen nach innen von der Riser-Wandung Abstand haltenden Ring, wobei die siebte
darin konzentrisch angeordnet ist und der die sechs Düsen umfassende Ring eine Fläche umfaßt, die wenigstens 70 % der
Riser-Querschnittsflache ausmacht.
In Fig. 2 ist schematisch eine Riser-Umwandlungszone 32, eine Leitung 34 zum Einführen von Katalysator in den unteren
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Bodenteil des Risers 32, eine Trennzone 36 mit einer Katalysator-Strippingzone
38 im unteren Teil und einer Abzugsleitung 40 für verbrauchten Katalysator dargestellt. Dem
Boden des Risers 32 über eine Leitung 42 zugeführtes Kohlenwasserstoff-Zufuhrmaterial
läßt man nach oben durch eine Anzahl von Verteilerrohren 44 strömen, die an ihrem oberen
Ende offen sind und Düsen zum Verteilen von Kohlenwasserstoff-Zufuhrmaterial in Kontakt mit Katalysator bilden, der
dem Boden des Risers über eine Leitung 34 bei erhöhter Kracktemperatur von wenigstens 482°C (9000F) zugeführt wird. Mit
dem verteilten und verdampften öl und dem Katalysator wird eine Suspension gebildet, die dann unter ausgewählten Geschwindigkeitsbedingungen
nach oben durch den Riser geführt wird. In der Anordnung der Fig. 2 wird die nach oben durch
den Riser strömende Suspension durch Schlitzöffnungen 46 im oberen äußersten Rand des Risers 32 und in dem vergrößerten
Trennbereich über einem dichten Katalysatorfließbett 48 ausgebracht. Dampfförmige Umwandlungsprodukte und Abtreiboder
Strippingdampf strömen durch Zyklonabscheider 50, die
mit Katalysatortauchrohren 52 versehen sind. Im Abscheider werden mitgerissene Katalysatorteilchen von dampfförmigem
Material zur Rückführung über die Tauchrohre 52 zum Bett 48 getrennt. Abgetrenntes dampfförmiges Material strömt durch
Leitungen 54 zur Kammer 56 zum Abziehen über eine Leitung Stripping- oder Abtreibgas, wie Dampf, wird dem Boden des
Bettes 38 über eine Leitung 60 zugeführt, und abgetriebener Katalysator wird über Leitung 40 zu einer in Fig. 1 dargestellten
Katalysator-Regenerierzone entfernt.
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Fig. 3 zeigt in größeren Einzelheiten den Bodenteil des Risers 32 und den Vielfachrohreinlaß zum Einführen von
Kohlenwasserstoff-Zufuhrmaterial in regenerierten Katalysator zur Bildung" einer Suspension mit diesem und zum Aufströmen
durch den Riser 32. Fig. 4 andererseits zeigt einen Querschnitt 4-4 der Rohranordnung der Fig. 3 mit offenendigen
Düsen zum Einführen von Kohlenwasserstoff-Zufuhrmaterial in den Katalysator. Der Kreis der Rohre 44 umfaßt vorzugsweise
eine Querschnittsfläche des Risers von wenigstens 70 % dieser Querschnittsfläche. Es hat sich gezeigt, daß eine solche Anordnung
ein gleichförmigeres Katalysatordichteprofil über den Riserquerschnitt als fünf oder weniger Einspritzrohre liefert,
wie durch die Kurve in Fig. 5 wiedergegeben. Das Diagramm der Fig. 5 zeigt das durch die Verwendung einer Vielfachrohrdüsenanordnung
erzielte verbesserte Katalysatordichteprofil, wie sie in Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Die in dem Diagramm
mit 1 bezeichnete Höhe bezieht sich auf Messungen, die etwa 1,22 m (4 Fuß) über dem Auslaß der Rohrdüsen erfolgten. Durch
das Diagramm wird klar, daß die Vorrichtung mit einem aus sieben Rohren bestehenden Zufuhrmaterial-Einlaß besser ist
als eine solche mit fünf Rohren, und diese beiden wiederum viel besser als eine Einlaßanordnung mit einer oder drei
Rohrdüsen.
Der Einfluß der Mehrfacheinspritzdüsen-Einrichtung und das Ansprechen einer so ausgestatteten Anlage wurden durch
Überwachungen bestätigt, die an einer kommerziellen FCC-Ein-
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heit vorgenommen wurden, die eine 7-Düseneinspritzung hatte
in Übereinstimmung mit der in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Anordnung.Industriell wird es äußerst unpraktisch, zu verschiedenen
Zeiten mit genau dem gleichen Ausgangsmaterial und Katalysator zu arbeiten, da sich der Katalysator mit der
Betriebszeit und den unterschiedlichen, zur Ergänzung zugesetzten Katalysatorchargen ändert und weil sich das einer
Raffinerie zugängliche Rohmaterial in sehr kurzen Zeiten ändert. Daher müssen die groben Übersichtsdaten so eingestellt werden,
daß Unterschiede im Ausgangsmaterial und Katalysator kompensiert werden. Die hier wiedergegebenen Daten wurden so
durch Anwendung von Faktoren eingestellt, die Unterschieden gleich sind, die auf mathematische Weise vorausgesagt wurden,
basierend auf Daten von Pilotanlagen und kommerziellen Anlagen. Die wiedergegebenen Schlüsse sind Voraussagen auf der
Grundlage dieser eingestellten Daten.
Die Orientierungsversuche haben gezeigt, daß der 7-Düsenmischer
die Benzinausbeute um 2,1 Volumen-% erhöhte und die Research-Oktanzahl ohne Blei bei gleicher Umwandlung um
1,1 senkte. Der Mehrfachdüseneinrichtung, auf Zufuhrmaterial- und Katalysatorunterschiede eingestellt, zugeschriebene angemessene
Betriebsänderungen sind wie folgt:
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C5+-Benzin, Vol.-% +2,1
C3 + C4, Vol.-% -1,4
Armgas (C3-), Gew.-% -0,5
Koks, Gew.-% +0,3
Benzin-Effizienz +3,0
Octan (R + O) -1,1
Drei Tests der kommerziellen Einheit, ausgestattet mit 7-Düsen-Injektor, wurden durchgeführt, um den Einfluß des
Vorerhitzens des Zufuhrmaterials zu ermitteln.
Ein Vergleich der Testergebnisse bei gleichem Ausgangsmaterial,
Katalysator und gleichen Arbeitsbedingungen, ausgenommen
die Vorerhitzungstemperatur, ist nachfolgend wiedergegeben:
Vorerhitzungstemperatur:
Umwandlung, Vol.-% Benzin, Vol.-% Benzin-Selektivität, Vol.-%
Katalysator/Öl-Verhältnis
Obgleich die Unterschiede der Benzin-Selektivität in der vorstehenden Tabelle für die drei Tests hauptsächlich auf
dem Einfluß der Vorerhitzungstemperatur beruhen, können einige dieser Unterschiede Veränderungen in den Tests beim Umwandlungsgrad und dem Gehalt an Kohlenstoff auf dem regenerierten
| 1300C | 1900C | 268°C |
| (265°F) | (374°F) | (514°F) |
| 70,8 | 72,3 | 69,2 |
| 52,3 | 56,0 | 55,5 |
| 73,9 | 77,5 | 80,2 |
| 9,8 | 7,4 | 6,9 |
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Katalysator, der auch die Benzinselektivität beeinflußt, zugeschrieben werden. Der Einfluß der Umwandlung kann durch
Auftragen der Benzinausbeuten für die drei Tests gegen die Umwandlung und Legen einer Linie durch jeden die typische
Benzinausbeute darstellenden Punkt gegen den Umwandlungsabfall für die Einheit erklärt werden. Selbst nach dem Einstellen
des Umwandlungsgrades wird eine höhere Benzinselektivität bei der höheren Zufuhrmaterial-Vorerhitzungstemperatur erhalten.
Ein besseres Verfahren zur Bestimmung des Einflusses der Zufuhrmaterial-Vorerhitzungstemperatur auf die Benzin-Selektivität
zur Erklärung des Kohlenstoffgehalts auf dem regenerierten Katalysator sowie des Umwandlungsgrades besteht jedoch im
einfachen Vergleichen der die Benzinausbeute abstimmenden, in einem mathematischen Simulationsmodell der tatsächlichen
Tests verwendeten Faktoren. Simulierte man z.B. jeden Test mit einem Modell, mußten die vorausgesagten Benzinausbeuten
nach unten "abgestimmt" werden, um die Ausbeuten der tatsächlichen Tests zu treffen. Die sich daraus ergebende Berichtigung
("Δ Benzin") stellt die Abweichung der tatsächlich im Test beobachteten Selektivität von der nach dem Modell für
diesen speziellen Vorgang vorausgesagten, naturgegebenen Selektivität dar (im allgemeinen ist die nicht abgestimmte
Modellselektivität größer als die in kommerziellen Anlagen beobachtete, weil die Reaktionskinetiken im dem Modell auf
Daten aus hoch wirksamen Pilotanlagen beruhen). Ein Vergleich
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der "Δ Benzin"-Einstellungen für die drei Tests zeigt, daß
die beobachtete Selektivität von der vorgegebenen Modellselektivität am meisten im Falle niedriger Vorerhitzungstemperatur
und am wenigsten im Falle der höchsten Vorerhitzungstemperatur abweicht. Die Zunahme der Selektivität ist
größer von 127 bis 2040C (260 bis 4000F) und scheint sich
einzupendeln zwischen 204 und 2600C (400 und 5000F). Dies
zeigt, an, daß die Benzinselektivität kommerzieller Anlagen nicht nur zunimmt, wenn die Vorerhitzungstemperatur des
Zufuhrmaterials steigt, sondern sich auch der vorgegebenen Selektivität nähert, die durch das Modell bei hoher Vorerhitzungstemperatur
vorausgesagt wird. Mit anderen Worten, bei niederen Vorerhitzungstemperaturen ist der Betrieb einer
kommerziellen Anlage nicht optimal, aber bei höheren Zufuhrmaterialtemperaturen beginnt er mehr dem wirksameren Betrieb
einer Pilotanlage zu gleichen.
Betriebsbedingungen und Ausbeuten der drei Tests sind in der folgenden Tabelle I wiedergegeben:
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| Tabelle I | 69,4 8,6 22,0 51,9 |
69 910 | 68 484 | |
| ölzufuhrmaterial, B/D | 12,7 | 18 389 | 18 124 | |
| Ausgangs-Gasöl | 75 343 | 9,1 | 88 308 | 86 608 |
| Kökerei-Gasöl | 15 102 | 3,7 (Gew.) | ||
| insgesamt | 90 445 | 7,0 (Gew.) | 1173 1,016 |
1639 1,020 |
| Rückführung, B/D | 342 (649) | |||
| Schlaitmabscheider-Bodensatz kombiniertes Zufuhrmaterial- Verhältnis |
0 1,0 |
515 (959) 157 (314) 684 (1263) |
516 (960) 268 (514) 666 (1231) |
|
| Betriebsbedingungen | 2,18 (31,6) | 2,11 (30,! | ||
| Temperatur, 0C (0F) Riser oben korb. Zufuhrmaterial Auslaß des regener.dichten Bettes |
518 (965) 129 (265) 690 (1274) |
58,2 | 58,3 | |
| Druck, bar (psig) Reaktor oben |
2,21 (32,1) | 0,823 | 1,047 | |
| Katalysator-Aktivität, FAI (sauber gebrannt) |
53,8 | 0,219 | 0,327 | |
| C auf verbrauchtem Katalysator, | 0,844 | 67,1 | 62,6 | |
| C auf regeneriertem Katalysator, Gew.-% |
0,108 | 6,8 | 6,4 | |
| Katalysator-Kreislauf, TPM | 80,5 | Vol. | Vol. | |
| Katalysator/Öl (Gew./Gew.) | 8,0 | 72,3 3,8 23,9 56,0 |
68,1 5,7 26,2 54,3 |
|
| Ausbeuten, % frischen Zufuhrmaterials Vol. | 13,2 | 11,6 | ||
| Umwandlung geklärtes Breiöl leichtes Zyklusöl Cg+-Benzin |
9,0 | 7,6 | ||
| C- insgesamt | 3,5 (Gew.) | 2,9 (Gew.) | ||
| C3 insgesamt | 6,3 (Gew.) | 5,3 (Gew.) | ||
| Armgas + H3S | 346 (654) | 362 (684) | ||
| Koks | ||||
| leichtes Zyklusöl, 90 %-Punkt, 0C (0F) |
909842/0608
Tabelle I zeigt die tatsächlichen. Ausbeuten des Reaktorabstroms
für die drei Tests. Vor deren Vergleich zur Bestimmung des Einflusses der Zufuhrmaterial-Vorerhitzung, mußten
die Ausbeuten auf das gleiche Ausgangsmaterial, Katalysator und Arbeitsbedingungen korrigiert werden (ausgenommen die
Vorerhitzungstemperatur). Die Auswahl erfolgte so, daß die beiden extremen Vorerhitzungsfälle auf den mittleren Vorerhitzungsfall
eingestellt wurden. Waren die drei Tests einmal auf die gleiche Basis eingestellt, konnten alle übrigen Unterschiede
in den Ausbeuten zwischen ihnen den Änderungen der Vorerhitzungstemperatur des Zufuhrmaterials zugeschrieben werden.
Diese Ausbeuten der endgültig eingestellten Tests sind in Tabelle II wiedergegeben:
9098O/0608
Ausbeuten, % frischen Zufuhrmaterials
Umwandlung geklärtes Breiöl (1) leichtes Zyklusöl (1) C5 -Benzin
C. insgesamt Co insgesamt
Armgas + H2S Koks
| eingestellter 1300C (2650F)- Test |
Test bei 1900C (374°F) |
eingestellter 268°C (5140F)- Test |
| Vol. | Vol. | Vol. |
| 70,8 | 72,3 | 69,2 |
| 7,0 | 3,8 | 5,4 |
| 22,2 | 23,9 | 25,4 |
| 52,3 | 56,0 | 55,5 |
| 13,6 | 13,2 | 12,1 |
| 9,2 | 9,0 | 7,8 |
| 3,5 (Gew.) | 3,5 (Gew.) | 3,0 (Gew.) |
| 7,3 (Gew.) | 6,3 (Gew.) | 5,2 (Gew.) |
Ein Vergleich der Ergebnisse der eingestellten Tests zeigt, daß, wenn die Zufuhrmaterial-Vorerhitzung von 268°C
(514°F) auf 1900C (374°F) herabgesetzt wird, die Umwandlung
allmählich aufgrund einer Erhöhung des Katalysator/Öl-Verhältnisses, erforderlich zum Wärmeausgleich der Einheit,
zunimmt. Entgegen der Erwartung jedoch fällt die Umwandlung stark ab, wenn die Zufuhrmaterial-Vorerhitzung weiter auf
1300C (265°F) gesenkt wird, statt weiter zu steigen, trotz
einer weiteren Erhöhung des Katalysator/Öl-Verhältnisses.
909842/0608
Die Benzinausbeute steigt andererseits nur leicht an, wenn die Zufuhrmaterial-Vorerhitzungstemperatur von 268 auf
1900C gesenkt wird, fällt dann sogar noch stärker ab als
die Umwandlung zwischen 190 und 1300C. Für die gleiche Temperaturänderung
fiel die Umwandlung um 1,5 %, was viel weniger ist als der Verlust an Benzin von 3,7 %, was einen starken
Selektivitätsverlust zeigt.
Maximale Benzinselektivität wird bei der höchsten Zufuhrmaterial-Vorerhitzungstemperatur
erzielt; sie nimmt allmählich zwischen 268°C und 1900C und dann stark zwischen
190 und 1300C ab.
Wenngleich gegenwärtig keine grundlegende Erklärung dafür geboten werden kann, warum die Benzinselektivität mit steigender
Zufuhrmaterial-Vorerhitzungstemperatür zunimmt, wird angenommen,
daß dies auf Änderungen in der Wärme- und Massenübertragung und kinetischen Prozessen beruht, die am Boden
des Risers ablaufen, wenn die Zufuhrmaterial-Vorerhitzungstemperatur erhöht wird. Temperaturüberschreitungen des Risers
an der Anlage während der Tests mit den drei verschiedenen Vorerhitzungswerten lieferten einige Hinweise darauf, daß
solche Änderungen tatsächlich stattfinden, wenn die Zufuhrmaterial-Vorerhitzung gesteigert wird. Während beispielsweise
die berechneteMischtemperatur des regenerierten Katalysators
und der ölzufuhr für die drei Tests etwa die gleiche ist, steigt die in den Temperaturüberschreitungen beobachtete
909842/OßÖS
tatsächliche Mischtemperatur, wenn die Zufuhrmaterial-Vorerhitzungstemperatur
gesenkt wird. Die Abweichung zwischen den tatsächlichen und den berechneten Mischtemperaturen
nimmt von 00C im Falle der hohen Zufuhrmaterial-Vorerhitzungstemperatur
(268°C) auf 47,2°C (85°F) im Falle der tiefen Zufuhrmaterial-Vorerhitzungstemperatur zu.
Bei der tiefen Vorerhitzungstemperatur war die Abweichung zwischen tatsächlicher und berechneter Mischtemperatur
tatsächlich größer als die Abweichung, die früher bei einer anderen kommerziellen FCC-Einheit beobachtet worden war
(29,5°C bzw. 53°F), die eine einzige Düse hatte. Dies legt nahe, daß sich mit abnehmender Vorerhitzungstemperatur des
Zufuhrmaterials das Mehrdüsen-Zufuhrmaterialeinspritzsystem wie ein Einzeldüsensystem verhält, zumindest in der Hinsicht
was diesen Mischtemperaturunterschied verursacht.
Erfindungsgemäß sind die Vorerhitzungstemperaturen im allgemeinen über 246°C (4750F), vorzugsweise etwa 26O0C
(5000F) oder darüber, bis zu etwa 399 bis 427°C (750 bis
8000F).
909842/0608
-J1S-
e e r s e
it
Claims (3)
1. Verfahren zum katalytischen Fließkracken von Kohlenwasserstoff-Zufuhrmaterial,
dadurch gekennzeichnet, daß heißer regenerierter Katalysator in einem aufsteigenden
Strom eines solchen Zufuhrmaterials verteilt wird, eingeführt über eine Vielzahl von Düsen in einem Reaktor, in
dem die endotherme Krackwärme und die Wärme, mit der das Zufuhrmaterial auf Kracktemperaturen gebracht wird, durch
merkliche Wärme des heißen regenerierten Katalysators zugeführt wird, daß Katalysator von den Krackprodukten abgetrennt,
der so abgetrennte Katalysator durch Wegbrennen kohlenstoffhaltiger Abscheidungen mit Luft regeneriert wird,
wodurch die Temperatur des Katalysators erhöht wird und so
den heißen regenerierten Katalysator liefert, und daß die
909842/0609
Menge des heißen regenerierten, so verteilten Katalysators zur Aufrechterhaltung einer vorbestimmten Temperatur an
einem vorbestimmten Punkt im Reaktor gesteuert wird, wobei das Zufuhrmaterial auf eine Temperatur über 246°C (4750F)
vor dem Verteilen des heißen regenerierten Katalysators darin vorerhitzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zufuhrmaterial auf eine Temperatur über etwa 2600C
(5000F) vorerhitzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß es mit insgesamt sieben Düsen, von denen sechs gleichförmig im Abstand um eine Zentraldüse angeordnet sind,
durchgeführt wird.
809842/0608
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