DE3301330A1

DE3301330A1 - Vielzonenkonversionsverfahren fuer schwere kohlenwasserstoffbeschickungen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3301330A1
Application number: DE3301330A
Authority: DE
Inventors: Michael 08884 Spotswood N.J. Calderon; Barry 10005 New York N.Y. Liss; Marvin S. 08816 East Brunswick N.J. Rakow
Original assignee: Hri Inc 08648 Lawrenceville NJ; Hydrocarbon Research Inc
Current assignee: HRI Inc
Priority date: 1982-01-15
Filing date: 1983-01-17
Publication date: 1983-07-28
Also published as: CA1205410A; NL8300165A; GB2116451B; GB8301137D0; US4410420A; JPS58149989A; BE895618A; FR2520001A1; GB2116451A; ZA83281B

Description

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Beschreibung

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Cracken und zur Hydrokonversion von schweren Kohlenwasserstoffbeschickungen, wie z. B. Crude oder Rückstandsöle, zur Herstellung leichterer Kohlenwasserstoffflüssigkeiten, wie z. B. Naphtha und Destillate und Brennstoffgasprodukte. Es betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Reaktorvorrichtung unter Verwendung einer Vielzahl von Zonen, die Fließbetten eines teilchenförmigen Trägermaterials enthalten, um das Cracken der Beschickung in einer oberen Zone und die Vergasung \on Koksabscheidungen auf dem Träger in einer unteren Zone zu erleichtern.

Beträchtliche Arbeit wurde früher aufgewendet bei der Vielzonenkonversion von Schwerölbeschickungen unter Verwendung eines zirkulierten teilchenförmigen Trägermaterials. Ein typisches Verfahren verwendet einen Drei-Zonenreaktor mit einer oberen Zone zur primären Crackung, einer dazwischenliegenden Zone zum Strippen/Sekundärcracken und einer unteren Zone zur Verbrennungs/ Vergasung, wobei jede Zone ein Fließbett eines teilchenförmigen Trägermaterials enthält, welches aneinanderstossend ist von Zone zu Zone. Die Beschickung wird erst gecrackt auf und innerhalb des teilchenförmigen Trägermaterials in der oberen Zone,und Kohlenstoff wird auf und innerhalb des Trägers abgelagert, nach welchem die mit Kohlenstoff beladenen Teilchen durch die Strippzone absteigen im Gegenstrom zu einem aufsteigenden Strom von heißen reduzierenden Gasen.Das Trägermaterial wird durch partielle Oxidation des kohlenstoffreichen Materials in der Vergasungszone regeneriert und wird recyclisiert durch ein Transportgas in einer Aufsteigerleitung in die primäre Crackzone, um darin die Hitze der Reaktion vorzusehen. Einige typische anhängige Patente sind die US-PS 2 861 943 (Finneran), die US-PS 2 885 342 (Keith) und die US-PS 2 885 34 3 (Woebcke), welche die Verwendung eines zirkulierenden teilchenförmigen Trägers bei Koksablagerungen von Crackcrude- und Restölbeschickungen offenbart. Auch die US-PS 2 875 150 (Schuman) und die US-PS 3 202 603 (Keith) offenbaren Vielbetthydrocrack- und Konversions-

verfahren für Rückstandsöl- und Teerbeschickungen unter Verwendung eines teilchenförmigen Trägermaterials zum Hydrocracken der Schwerölbeschickung, um gasförmige und flüssige Fraktionen herzustellen.

In solch einem Konversionsverfahren für schwere Kohlenwasserstoff beschickungen ist es wünschenswert, einen großen Temperatur gradienten aufrecht zu erhalten quer durch die Fließbettstrippzone, die die primären Crack- und Vergasungszonen trennen. Jedoch ist ein solche Temperaturgradient unter Betriebsbedin-

stabilen
gungen einer/dichten Phasenfluidisierung schwer zu erhalten. Ein schlechter Gas/Feststoffe-Kontakt zwischen den Stripp- und Vergasungszonen kann die sekundäre Cracktemperaturen, die in der Strippzone erreicht werden, begrenzen. Eine mechanische Konstruktion der Fließbettstrippzone muß dem Rechnung tragen, indem sie an die Vergasungszone angrenzt, welche bei den bevorzugten Temperaturen von 870 bis 1040° C (1600 bis 1900° F) betrieben wird. Auch erfordert eine Kontrolle des rezirkulierenden Stroms der heißen entkoksten Trägerfestkörper ein Drosseln durch ein heißes Ventil, was somit zur Kompliziertheit der mechanischen Konstruktion beiträgt.

Das Kohlenwasserstoffkonversionsverfahren und die Vorrichtung zu seiner Durchführung der vorliegenden Erfindung sieht eine Verbesserung gegenüber den bekannten Hydrocrackverfahren vor durch Vorsehen einer Interimszone, die zwischen der Strippzone und der unteren Vergasungszone angeordnet ist und die zum Erreichen einer verbesserten Kontrolle der Temperatur, des TrägerfeststoffStroms und der sekundären Crackreaktionen in dieser Region dienen.

Diese Erfindung sieht ein verbessertes Vielzonenkonversionsverfahren und ein Reaktorsystem vor zur Qualitäts usrbesserung von schweren Kohlenwasserstoffbeschickungen unter Herstellung von leichteren Kohlenwasserstoffflüssigkeiten und Gasprodukten. Die Erfindung benützt einen Vierzonenreaktorbehälter mit einer oberen primären Crack- oder Konversionszone und einer unteren Vergasungs- oder Verbrennungszone, die bei höhrere Temperatur

gehalten wird und die getrennt ist durch eine dazwischenliegende Strippzone und eine subangrenzende Interimszone. Diese vier Reaktorzonen enthalten alle Fließ betten eines teilchenförmigen

kontinuierlich
Trägermaterials, welches/zirkuliert wird durch die Zonen und fluidisiert wird durch nach oben strömende Gase. Die Beschickung wird in der primären Fließbettcrackzone gecrackt bei einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 450 bis 980° C (850 bis 1800° F), zur Herstellung flüssiger und gasförmiger Produkte, und Koks wird auf und innerhalb des Trägermaterials abgeschieden. Der Koks enthaltende Träger, der adsorbierte hochsiedende feuerfeste (refractory) Flüssigkeit und Koksabscheidungen enthält, wird nach unten getragen in die Strippzone, welche ein stationäres Packungsmaterial oder eine Struktur mit ausreichend Leerraum enthält, um ein nach unten Durchlassen des teilchenför-. migen Trägermaterials dahindurch sicherzustellen. Eine Interimszone ist vorteilhafterweise zwischen der Strippzone und der unteren Vergasungszone vorgesehen, um eine verbesserte Kontrolle der Temperaturen bei diesem Punkt vorzusehen und dadurch das Ausmaß des Strippens und sekundären Crackens der Kohlenwasserstoff rückstände zu kontrollieren, die auf dem absteigenden, mit Kohlenstoff beladenen, teilchenförmigen Trägermaterial innerhalb des Reaktors enthalten sind, und zwar vor der Transferierung des teilchenförmigen Trägermaterials zu der unteren Vergasungszone. Die Vergasungszone wird bei der Temperatur innerhalb des Bereichs von 870 bis 1040° C (1600 bis 1900° F) gehalten durch ein Sauerstoff enthaltendes Gas und Dampf, um die Koksabscheidungen zu vergasen und die reduzierenden Gase herzustellen. Die heißen entkoksten teilchenförmigen Feststoffe werden dann zu der primären Crackzone recyclisiert.

Die Interimszone sieht somit eine spezifische thermische Kontrolleinrichtung vor, die zwischen der Strippzone und der unte-' ren Vergasungszone angeordnet ist, um damit die Kontrolle des sekundären Crackens des Beschickungsmaterials und die Selektivität der Flüssigkeitsproduktausbeuten zu verbessern. Es minimiert auch die Menge an kohlenstoffreichem Material, das durch das Trägermaterial zu der Vergasungszone transportiert wird, und

inkorporiert die Fähigkeit, den Trägermaterialstrom zu kontrollieren , und eine Verbindung mit einem Feststoffeflußventil. In der Interimszone wird gewöhnlich eine Temperatur im Bereich von 530 bis 870° C (1000 bis 1600° F) aufrechterhalten.

Die Verwendung der Fließbettinterimszone zur verbesserten Temperaturkontrolle in dem Vierzonenreaktor hat einige Vorteile. Es erlaubt die Verwendung eines offenen gepackten Betts oder eine Konstruktion mit einer geordneten, regelmäßigen Anordnung in der Strippzone, d. h. es hat einen erhöhten Prozentsatz an Leerraum, welcher die Fluidisierungsleistung des teilchenförmigen Trägers erhöht und eine größere Kontrolle der Kohlenwasserstoffflüssigkeitsproduktausbeuten und ihrer Verteilung vorsieht. Auch sieht die Interimszone ein maximales sekundäres Cracken der Anteile mit hohem Molekulargewicht, wie z. B. Vielringaromaten, vor und trägt darin zur Wasserstoffherstellung bei.

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Vielzonenreaktor gemäß der vorliegenden Erfindung und

die Fig. 2 zeigt die Ansicht einer alternativen Konfiguration der Feststofferecyclisierungseinrichtung des Reaktors der Fig. 1.

Bei der vorliegenden Erfindung besteht das Kohlenwasserstoffkonversionsverfahren und das dazu gehörige Reaktorsystem aus vier prinzipiellen, vertikal abgestuften und miteinander verbundenen Fließbettzonen, die darüberhinaus in geeigneter Weise durch verschiedene Abstromstandrohre und eine Aufstromdichtphasensteigerleitung verbunden sind. Bei dem Verfahren wird die Kohlenwasserstoffbeschickung, wie z. B. schwere Petroleumcrude oder Rückstandsöl, Schieferöl, Teersandbitumen oder ihre Rückstände und Mischungen mit Kohle, vorerhitzt und bei einem geeigneten Niveau in ein Fließbett eines teilchenförmigen Trägermaterials , das in der oberen primären Crackzone angeordnet ist, eingespritzt. Zusätzlich können gewisse Teile des destillierbaren Flüssigkeitsprodukts zu dieser Zone recyclisiert werden, um ein CracVen desselben zu erlauben. Diese Zone wird

bei Temperaturen von 450 bis 760° C (850 bis 1400° F) und bei einem Gesamtdruck gehalten, der gewöhnlich innerhalb des Bereichs von 15 bis 55 bar (200 bis 800 psig) liegt, obwohl ein höherer Druck benutzt werden könnte. Das Beschickungsmaterial wird absorbiert durch das Bett der porösen Trägerpartikel und gecrackt unter Erzeugung von Dampf und flüssigen Produkten, und es werden auch Koksabscheidungen auf und innerhalb des' Trägermaterials erzeugt. Der Wasserstoffpartialdruck, der in der Crackzone durch ein nach oben strömendes, reduzierendes Gas vorgesehen wird, begrenzt das Ausmaß der Koksbildung, und eine günstige Produktausbeuteverteilung wird hergestellt im Vergleich zu einer üblichen Fließbettverkokungsoperation. Die Hitze für die primär.e Crackzone wird vorgesehen hauptsächlich durch das heiße teilchenförmige Trägermaterial, das von der unteren Vergasungszone recyclisiert wird. Das heiße teilchenförmige Trägermaterial wird durch ein Transportgas angehoben in einer DichtphasenaufSteigerleitung in die obere Crackzone, um die Reaktionswärme darin vorzusehen und die.verfahrensempfindlichen Hitzeerfordernisse im Gleichgewicht zu halten. Auch wird das nach oben strömende reduzierende Gas, das durch partielle Oxidation des auf dem Trägermaterial abgeschiedenen Kokses in der unteren Vergasungszone hergestellt wird, aufwärts geleitet durch die Interims- und Strippenzonen und sieht das fluidisierende/Reagens-Gas zum Hydrocracken der Beschickung vor, welches in der primären Crackzone eintritt, genau so wie ein Teil der Hitzeerfordernisse in der Crackzone. Derartiges reduzierendes Gas enthält grundsätzlich Wasserstoff, Kohlenmonoxid , Dampf und Kohlendioxid,

Die Strippzone, die unmittelbar unter der primären Crackzone angeordnet ist, enthält ein stationäres Packungsmaterial, vorzugsweise bestehend aus einer Vielzahl von horizontalen Strukturgliedern, oder ein rohes teilchenförmiges Packungsmaterial in einer derartigen Größe, daß eine axiale Vermischung der Feststoffe eingeschränkt wird, um dadurch einen erheblichen vertikalen Temperaturgradienten von 85 bis 42O°C (150 bis 75O⁰F) vorzusehen, wodurch eine nicht-isotherme Gegenstromstripp/Sekun-

därcrack-Zone geschaffen wird. Wenn eine grobe teilchenförmige Packung eingesetzt wird, ist eine Packungsträgerstruktur vorgesehen, welche ein ausreichendes Nachuntenströmen der teilchenförmigen Trägerfestkörper und ein Auströmen des reduzierenden Gases durch die Strippzone erlaubt, um ein wirksames Strippen der Kohlenwasserstoffflüssigkeit von der Packung zu vollbringen. Eine Vielzahl von horizontalen Strukturgliedern kann installiert werden, ohne die Notwendigkeit für eine Trägerstruktur. Über der Strippzone kann ein skalpierender Sieb vorgesehen werden, um irgendwelche Agglomerate, 'die sich in der primären Crackzone bilden können, am Absteigen und Verstopfen des Packungsmaterials in der Strippzone zu hindern..

Am unteren Ende der Strippzone ist eine Interimszone vorgesehen, welche frei von Packungsmaterial ist, aber einen fluidisierten teilchenförmigen Träger enthält und deswegen eine Region ist, welche sich einem isothermen Verhalten nähert. Irgendwelche Flüssigkeit, die auf oder innerhalb des absteigenden teilchenförmigen Trägermaterial von der Strippzone verbleibt, wird in der Interimszone gecrackt. Die Temperatur in der Interimszone wird hauptsächlich durch eine Kombination von drei Strömen von teilchenförmigen Trägerfestkörpern kontrolliert) nämlich:

(a) nach unten von der primären Crackzone durch die Strippzone in die Interimszone,

(b) nach unten von der Interimszone in die Vergasungszone und

(c) heiße Feststoffe, die nach oben mitgerissen werden von der Vergasungszone durch den Aufsteigstrom von reduzierendem Gas in die Interimszone.

Die Interimszonentemperatur wird dadurch gewöhnlich innerhalb des Bereichs von 530 bis 870° C (1000 bis 1600⁰F) gehalten. Somit sieht diese Interimszone eine zuverlässigere Kontrolle der Ausgangstemperatur der Stripp/Sekundärcrack-Zone vor, um eine vollständige Crackung der temperaturbeständigeren

Fluidisieren der Festkörper in der Vergasungszone verwendet, um eine gut gemischte Zone vorzusehen, in welche der Sauerstoff eingespritzt werden kann ohne Verklinkerung oder Sinterung auf dem Trägermaterial. Die Zone ist nach außen in der Region der Sauerstoffeinspritzung abgeschrägt, um die erwünschte gleichförmige Fluidisierungsgeschwindigkeit zur Herbeiführung der Sauerstoffverteilung zu fördern.

Heiße entkokste teilchenförmige Festkörper werden von der Basis der Vergasungszone abgezogen in ein dichtes, phasenfluidisiertes Standrohr, durch ein Feststoffeflußventil und eine laterale Rückleitung, die eine Zone hohen Widerstands schafft. Die Festkörper werden dann durch Zusatz eines Transportgases oder von Dampf angehoben zu der Dichtphasensteigerleitung und werden transferiert zu der primären Crackzone. Auf diese Weise kann eine Feststoffeflußkontrolle erreicht werden durch Positionierung der Anhebegaseingangspunkte und Einstellung des Anhebegasstroms durch diese Punkte. Umgekehrt kann das Feststoffeflußventil, das den hohen VergasungsZonentemperaturen ausgesetzt werden muß, gewöhnlich weit offen oder wenigstens ohne das Erfordernis einer Drosselung während normaler Betriebsweisen betrieben werden. Ein Feststoffeabzugssystem ist auch vorgesehen am Boden der Vergasungszone. Dieses System kann dazu verwendet werden, irgendwelche gesinterten oder verklinkerten Feststoffe, die sich in dieser Zone bilden können, zu entfernen.

Die Auswahl eines geeigneten teilchenförmigen Trägermaterials ist im Hinblick auf seine Absorptionsfähigkeit, Porengröße, Porenvolumen und anderen relevanten Charakteristiken dergestalt, daß im wesentlichen alle hochsiedenden, temperaturbeständigen Anteile und Koks, der in der oberen primären Crackzone erzeugt worden ist, gesammelt wird und genau so die erwünschten Crackreaktionen bewirkt werden ohne Agglomeration des Materials. Der teilchenförmige Träger kann ausgewählt werden aus natürlich vorkommenden oder synthetischen Aluminiumoxid, Aluminosilikat oder einem ähnlichen Material, das die erforderlichen absorptiven Charakteristiken aufweist. Die erwünschte Partikelgröße kann

Material einschließen, das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser zwischen etwa 40 und 250 μ hat.

Wie in der Fig. 1 dargestellt, wird ein Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterial bei 10, wie schweres Petroleumcrude oder Rückstandsöl, bei 12 unter Druck gesetzt, bei. 13 vorerhitzt und eingespritzt bei einem dazwischenliegenden Niveau in die obere primäre Crackzone 14 des Vielzonenreaktors 16. Die Zone 14 enthält ein Fließbett 15 eines teilchenförmigen Trägermaterials"

Die Crackzone 14 wird bei Temperaturen von 450 bis 76O⁰C (850 bis 1400° F) und bei einem Gesamtdruck gewöhnlich innerhalb des Bereichs von 15 bis 55 bar (200 bis 800 psig) gehalten. Das Beschickungsmaterial wird durch das Bett 15 der porösen Trägerpartikel 17 absorbiert und wird gecrackt unter Erzeugung von flüssigen und dampfförmigen Produkten und erzeugt auch Koksabscheidungen auf und innerhalb des Trägermaterials. Der Wasserstoffpartialdruck wird in der Crackzone 14 vorgesehen durch ein nach oben strömendes reduzierendes Gas, welches das Ausmaß der Koksbildung begrenzt, und ergibt eine günstige Produktausbeuteverteilung. Die erhaltenen Dampfphasenprodukte werden nach .oben geleitet durch einen Cyclonseparator 50 und werden als Strom 51 entfernt. Die Hitze für die primäre Crackzone 14 wird hauptsächlich durch heißes teilchenförmiges Trägermaterial geliefert, das von der unteren Vergasungszone 34 recyclisiert ist und das durch ein Transportgas in eine Dichtphasensteigerleitung 32 angehoben wird in die obere Crackzone 14 zur Erzeugung der Reaktionswärme darin. Auch wird das nach oben strömende, heiße, reduzierende Gas, das durch partielle Oxidation in der unteren Vergasungszone 34 des auf dem teilchenförmigen Trägermaterial abgeschiedenen Kokses hergestellt worden ist, nacheinander nach oben geleitet durch die Interims- und Strippzonen und liefert das Fluidisier/Reagens-Gas für das Beschickungshydrocracken, welches in der primären Crackzone 14 passiert. Das nach oben strömende reduzierende Gas enthält grundsätzlich Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Dampf und Kohlendioxid.

Die Strippzone 20, die unmittelbar unter der primären Crackzone 14 angeordnet ist, enthält eine stationäre Packung, umfassend eine Vielzahl von strukturellen Gliedern 21 oder ein grobes, teilchenförmiges Packungsmaterial, das konstruiert ist zur Beschränkung des Feststoffemischens von oben nach unten in der Weise, daß im wesentlichen ein vertikaler Temperaturgradient von 85 bis 42O°C (150 bis 750° F) vorgesehen wird, wodurch eine nicht-isotherme, im Gegenstrombetrieb arbeitende Stripp/Sekundärcrack-Zone geschaffen wird. Wenn ein grobes teilchenförmiges Packungsmaterial in der Zone 20 verwendet wird, ist eine Packungstragstruktur vorgesehen, welche einen ausreichenden Nachuntenstrom der teilchenförmigen Trägerfestkörper und einen Nachobenstrom von reduzierendem Gas durch die Strippzone erlaubt, um ein wirksames Abstreifen von Kohlenwasserstoffflüssigkeit von der Packung herbeizuführen, über der Strippzone 20 ist vorzugsweise ein skalpierender Sieb 22 vorgesehen, um irgendwelche Agglomerate, die sich in der primären Crackzone bilden können, am Absteigen und am Verstopfen des Packungsmaterialbetts der Strippzone zu hindern.

Am unteren Ende der Strippzone 20 ist eine Interimszone 24 vorgesehen, die frei von Packungsmaterial ist, aber ein fluidisiertes teilchenförmiges Trägermaterial enthält und daher sich isothermen Bedingungen nähert. Jegliche hochsiedende Flüssigkeit, die auf oder innerhalb des teilchenförmigen Trägermaterials von der Strippzone 20 verbleibt, wird in der Interimszone 24 gecrackt. Die Temperatur in der Interimszone 24 wird hauptsächlich durch eine Kombination von Strömen der teilchenförmigen Trägerfestkörper kontrolliert. Die Festkörper strömen nach unten von der primären Crackzone durch die Strippzone in die Interimszone zur weiteren Erhitzung und dann nach unten von der Interimszone in die Vergasungszone. Auch werden heiße Festkörper nach oben mitgerissen von der Vergasungszone durch einen aufsteigenden Strom eines reduzierenden Gases hinauf in die Interimszone.

Die Interimszonentemperatur wird dadurch gewöhnlich innerhalb des Bereichs von 5 30 bis 870° C (1000 bis 1600° F) aufrechter-

halten, vorzugsweise bei 600 bis 810° C (1100 bis 1500° F). Die Interimszonentemperatur wird hauptsächlich durch die Zirkulationsrate der Trägerfestkörper zwischen den Interims- und Vergasungszonen kontrolliert, wobei die Zirkulation erreicht wird durch die Stellung des Schieberventils 25 in einem nach unten strömenden Standrohr 26. Zum Beispiel steigt, wenn das Ventil 25 geöffnet ist und mehr Festkörper nach unten transferiert werden in die Vergasungszone 30, das Fließbettniveau in dieser Zone, und mehr heiße Feststoffe werden nach oben mitgerissen in die Interimszone 24 durch die nach oben strömenden reduzierenden Gase.

Die Interims- und Vergasungszonen sind durch eine Roststruktur 28 getrennt, die als thermische Barriere wirkt und die eine Eingrenzung der hohen für eine wirtschaftliche Vergasung der Koksabscheidung erforderlichen Temperaturen auf die Vergasungszone erlaubt. Ein Agglomeratentfernungssumpf 29, der in den Rost integriert ist, ist am Boden der Interimszone vorgesehen, um feine Agglomerate oder Klinker, die sich dort sammeln können, am Verursachen einer schlechten Verteilung der heißen, nach oben strömenden, reduzierenden Gase zu hindern. Der Sumpf für eine solche Klinkersammlung ist auch für deren Entfernung während des Betriebs eingerichtet, wenn solche während einer Übergangsperiode oder einer Systemstörung erzeugt werden.

Eine Strippzonenumgehungsleitung 18 und ein Ventil 19 sind vorgesehen zum Ausdehnen der Beschickungsdurchsatzkapazität des Vielzonenreaktors 16. Die Verwendung dieser Umgehung erlaubt einen stabilen Betrieb der Fließbettprimärcrackzone bei höheren, nach oben strömenden Gasgeschwindigkeiten, als eine besonders konstruierte Geschwindigkeitsregelung durch Vorsehen einer Hilfskapazität, um einen Nettonachuntenstrom der teilchenförmigen Trägerfestkörper durch die Leitung 18 zu erreichen. Die Umgehungsleitung erlaubt auch einen verminderten Trägermaterialfluß nach unten durch die Strippzone 20 in dem Fall, daß es die Reaktoroperationen so gewähren. Die Konstruktion der Strippzonenpackungsstruktur oder -material ist derart, daß entweder

eine kleine Fraktion oder das meiste der effektiven Hitze, die zu der primären Crackzone von der unteren Vergasungszone geliefert wird, passiert durch vertikales Feststoffethermodiffusionsvermögen durch die Strippzone.

Der obere Teil 32 der Vergasungszone 30 ist im Durchmesser vermindert und so in der Form gestaltet, daß die erwünschte Feststoffemitreißgeschwindigkeit durch die nach oben strömenden, reduzierenden Gase entsprechend den Hitzegleichgewichtserfordernissen hergestellt wird. Auch die Rostplatte 28, die die Vergasungs- und Interimszonen trennt, ist in der Größe so gestaltet, um mit einem genügenden Druckabfall zu operieren zwecks Sicherstellung einer guten Wiederverteilung der nach oben strömenden reduzierenden Gase von der Zone 32. Dieses Rostglied ist aus einem feuerfesten Material, wie z. B. Cerox 600, erhalten von C-E Refractories, Inc., gefertigt. Dieses Rost ist vorzugsweise bogenförmig gemacht, um ein Brechen des Rosts zu verhindern als ein Ergebnis von irgendwelchen wesentlichen Druckbelastungen und ist um ein Vielfaches verstärkt ausgelegt. Eine Verminderung der Feststoffebeschickung in die Vergasungszone 30 durch leichtes Schließen des Ventils 25 in dem Umgehungsstandrohr 26 verursacht ein Absinken des Fließbettniveaus in dem oberen Teil der Vergasungszone 34 und vermindert dadurch ein nach oben Mitreißen von heißem, entkokstem, teilchenförmigem Trägermaterials 17. Das verminderte Feststoffemitreißen wird herbeigeführt durch den kombinierten Effekt der vorerwähnten Formgebung in der Vergasungszone 32 und der relativen Stellung der effektiven Partikeltransportabtrennungshöhe.

Die erwünschte Vergasungszonentemperatür von 870 bis 1040° C (1600 bis 190OF) wird aufrechterhalten durch die Vergasung und Verbrennung des auf und innerhalb des Trägermaterials 17 abgeschiedenen Kokses. Sauerstoff wird zusammen mit Dampf durch eine Serie von Düsen 35, die rundherum und vertikal entlang einer konisch abgeschrägten Sektion 34 an der Basis der Vergasungszone 30 angeordnet sind,eingespritzt. Ein Teil des gesamten Dampfes wird zum Fluidisieren der Trägerfeststoffe in der Ver-

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gasungszone benutzt, um eine gut gemischte Zone vorzusehen, in welche der Sauerstoff eingespritzt werden kann, ohne eine Verklinkerung oder Sinterung des Trägermaterials zu erzeugen. Die Zone ist nach außen am unteren Ende abgeschrägt, um die erwünschte gleichförmige fluidisierende Geschwindigkeit zur Förderung der Sauerstoffdispersion aufrechtzuerhalten. Eine getrennte Reihe von Dampfdüsen ist vorzugsweise am obersten Teil der abgeschrägten Sauerstoffinjektionszone vorgesehen, um die Fließbettstabilität zu erhöhen und eine Kanalbildung zu minimieren. Gegebenenfalls kann Sauerstoff mit Dampf eingespritzt werden.

Heiße entkokste teilchenförmige Feststoffe werden durch die laterale Leitung 38 vom Grund der Vergasungszone 30 abgezogen und in ein Dichtphasenfließbettstandrohr 4 0 geleitet, durch ein Feststoffeflußtfentil 42, wobei das laterale und umgekehrte Standrohr eine Zone hohen Widerstands schafft. Die teilchenförmigen Feststoffe werden dann durch Einführung eines Transportgases, wie z. B. Dampf oder Produktbrennstoffgas bei 41 und/oder 41a, in die Dichtphasensteigerleitung 40 hoch gehoben und werden nach oben transferiert zu der primären Crackzone Auf diese Weise kann eine Flußkontrolle der heißen teilchenförmigen Feststoffe erreicht werden durch die Positionierung der Aufstromgaseingangspunkte und Einstellung der Aufstromgasströme an diesen Punkten. Umgekehrt kann das Feststoffeflußventil 39, welches hohen Vergasungszonentemperaturen ausgesetzt werden muß, gewöhnlich weit offen betrieben werden oder wenigstens ohne das Erfordernis einer Drosselung während normaler Betriebsweisen. Ein vergrößertes Rückführglied 42 mit einer harten Oberfläche 44 aus einem feuerfesten Material ist vorgesehen zur Rückführung von Feststoffen in die primäre Crackzone 14.

Eine Feststoffeabzugsleitung 46 und ein Ventil 47 sind auch vorgesehen am Boden der Vergasungszone 30. Dieses System kann zur Entfernung von irgendwelchen gesinterten oder verklinkerten Feststoffen aus der Vergasungszone verwendet werden.

Beispiel

Eine Petroleumresiduumbeschickung wird in die obere Fließbettprimärcrackzone eines Vierzonenreaktors eingespeist und auf einem teilchenförmigen Trägermaterial hydrogecrackt. Die angewandten Betriebsbedingungen und erhaltenen Produkte sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1 Beschickungen

Residuum, bbl/Tag 5100

Sauerstoff, t/Tag 192

Dampf, t/Tag 216

Temperatur, ⁰C (⁰F)

Primäre Crackungszone 54 0 (1000)

Abstreifzone 540-760 (1000-1400)

Interimszone 540 (1400)

Vergasungszone 980 (1800)

Druck, bar (psig) 17 (250)

Produkte

Treibstoffgas, SCF/Tag 12,900,000

Naphtha, bbl/Tag 2332 205-480⁰C (400-900°F)-Destillatöl,

bbl./Tag 1474

In diesem Beispiel wird etwas des bei 205 bis 480° C destillierbarem Produktstroms recyclisiert zu der primären Crackzone in einem Verhältnis von 0,5 Volumen Recyclisierung zu 1 ,0 Volumen frischer Beschickung.

Eine gepackte Fließbettstrippzone erzeugt einen Temperaturgradienten von 20 bis 110° C/m (10 bis 60° F/ft) Höhe und verteilt das rohe reduzierende Gas wieder, um das fluidisierende Gas für die primäre Crackzone vorzusehen. Ein Nettostrom von 120 000 kg/h (250 000 lb/hr) an Trägermaterial steigt gegen das fluidisierende reduzierende Gas ab. In der Interimszone unter der Strippzone wird ein isothermes Bett bei etwa 760° C

In Abhängigkeit von der eingesetzten Beschickung verlassen flüssige und gasförmige Produkte zusammen mit einem kleineren Anteil an kleinen Partikeln unkonvertierten Kokses und einem grösserem Anteil kleiner Partikel von Feststoffen die obere Reaktionszone als Strom 51 und werden in ein externes Cyclonfeststoffe-Separationssystem 52 geleitet. Diese Separationsstufe entfernt jeglichen verbliebenen Koks und Feststoffepartikel von dem Produktgasstrom als Strom 53. Dieser Strom kann zum Reaktionsbehälter recyclisiert oder verworfen werden. Der den Cyclon verlassende Strom 54 wird dann gewöhnlich bei 55 abgeschreckt, z. B. durch einen Ölstrom, oder auf andere Weise gekühlt zur Verminderung seiner Temperatur und zum Begrenzen oder Verhindern von weiteren unerwünschten Reaktionen. Die gekühlte Flüssigkeit und Gas werden dann getrennt unter Verwendung von üblichen Fraktionierungsmaßnahmen bei 56 unter Erhalt eines Produktgasstroms 57, Naphthaflüssigkeitsstrom 58, Leichtdestillatflüssigkeitsstrom 59 und einer schweren Destillatflüssigkeitsproduktfraktion 50. Die leichte Destillatflüssigkeit wird üblicherweise einen anfänglichen Siedepunkt von etwa 200° C (400° F) und einen Endsiedepunkt im Bereich von 320 bis 530° C (600 bis 1000° F) haben; die schwere Destillatflüssigkeit wird einen anfänglichen Siedepunkt von über 320° C haben. Gegebenenfalls kann ein Anteil 61 der schweren Fraktion 59 zu der primären Crackzone 14 recyclisiert werden zur weiteren Reaktion. Auch kann ein Anteil 62 des schweren Flüssigkeitsstroms 6 0 recyclisiert werden zu der Interimszone 24 zur weiteren Crackreaktion darin. Zusätzlich kann ein Teil des Stroms 57 recyclisiert werden zur Verwendung als Aufstrom- oder Liftgas 41 oder 41a in die Leitung 40.

Eine alternative Konfiguration zur Recyclisierung der heißen, entkoksten, teilchenförmigen Feststoffe zu der primären Crackzone wird in Fig. 2 gezeigt. Die heißen, entkoksten Trägerfeststoffe werden nach unten geleitet durch das Kontrollventil 65 und dann in den ansteigenden lateralen Teil 6 6 der Leitung

(1400° F) aufrechterhalten durch Abziehen von 170 000 kg/h (390 000 lb/hr) des Trägermaterials das Umgehungsstandrohr runter und in die Vergasungszone hinein und durch Mitreißen von 70 000 kg/h (140 000 lb/hr) an Träger bei etwa 980° C (1800° F) aufwärts von der Vergasungszone quer über das Rost mit dem heißem reduzierenden Gas, das in dieser Zone produziert worden ist.

Claims

Dr. Ing. E. Liebau
Patentanwalt (1935-1975)

P.A TENTANWmLTR

LIEBAU & L I E B Au

Birkenstrasse 39 · D-8900 Augsburg 22

Dipl. Ing. G. Liebau Patentanwalt

Patentanwälte Liebau & Liebau · Birkenstrasse 39 _D-89OO Augiburg 22

Serial-Nr. 339 277 ■
15. Januar 1982

Telefon (0821) 96096 · cables: elpatent augsburg

ihr Zeichen: your/votre ref

unser Zeichen. H 11 6 8 2/V/Ne

our/notre ref

Datum, date

17.1.1983

HRI, Inc.

134 Franklin Corner Road/ Lawrenceville New Jersey 08648, V.St.A.

Vielzonenkonversionsverfahren für schwere Kohlenwasserstoffbeschickungen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Patentansprüche

Verfahren zur Konversion von schweren Kohlenwasserstoffbeschickungen zur Herstellung leichterer Kohlenwasserstoffflüssigkeiten und Gasprodukten, gekennzeichnet durch:

(a) Einführen einer Kohlenwasserstoff beschickung in

eine primäre Crackungszone mit einem unter Druck gesetzten, oberen Fließbett, die bei einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 450 bis 760° C (850 bis 1400° F) gehalten wird, wobei die Crackungszone ein Bett aus einem teilchenförmigen Trägermaterial enthält, das durch aufströmende reduzierende

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durchgeleitete Gase fluidisiert wird, und wobei ein primäres Cracken der Beschickung vorgesehen wird,

(b) Leiten des Trägermaterials, das eine schwere Kohlenwasserstoff flüssigkeit und Koksabscheidungen aus der Crackungszone enthält, nach unten durch eine nicht-isotherme Abstreifzone, um die Flüssigkeit abzustreifen und weiter zu cracken,

(c) Leiten des Trägermaterials, das Koksabscheidungen enthält, nach unten in eine subangrenzende Interimszone zum Vorsehen einer Temperaturkontrolle und eines sekundären Crackens von jeglicher verbleibender Flüssigkeit bei einer kontrollierten Temperatur innerhalb des Bereichs von 530 bis 870° C (1000 bis 1600° F),

(d) Leiten des Trägermaterials von der Interimszone nach unten in eine untere Fließbettvergasungszone zur Vergasung der Koksabscheidungen von dem Trägermaterial,

(e) Einspritzen eines Sauerstoff enthaltenden Gases und von Dampf in die untere Vergasungszone zur Reaktion mit den Koksabscheidungen auf und innerhalb des Trägermaterials und Aufrechterhalten der Vergasungszonentemperatur innerhalb des Bereiches von 870 bis 1040° C (1600 bis 1900° F) zur Vergasung und Verbrennung von Koks und zur Herstellung der reduzierenden · Gase,

(f) Leiten der reduzierten Gase nach oben aufeinanderfolgend durch die Interimszone, die Strippungszone und durch die obere primäre Crackzone zur Fluidisierung des Betts,

(g) Leiten des erhaltenen, heißen, entkoksten, teilchenförmigen Trägermaterials von der unteren Vergasungszone zu einer vertikalen Transportleitung und Recyclisieren der Feststoffe nach oben in eine obere primäre Crackzone unter Verwendung eines TransportgasfHeßens in der Leitung bei einer genügend hohen Geschwindigkeit, um die Feststoffe zu tragen, und

(h) Abziehen der ausströmenden Dampfphasenprodukte von
der oberen Crackzone.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des teilchenförmigen Trägermaterials nach unten geleitet wird von der primären Crackzone direkt in die Interimszone durch ein Fallrohr.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein größerer Teil des teilchenförmigen Trägermaterials von der Interimszone nach unten geleitet wird zu der unteren Vergasungszone durch eine Leitung.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der heißen teilchenförmigen Festkörper von der Vergasungszone nach oben mitgeführt wird in die Interimszone
durch den aufsteigenden Strom der reduzierenden Gase, um
die Temperatur in der Interimszone zu erhöhen.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verbrauchte Trägermaterial und Asche vom unteren Teil der
Vergasungszone abgezogen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Recyclisieren der entkoksten teilchenförmigen Trägerfeststoffe von der unteren Vergasungszone zu der oberen Crackzone kontrolliert wird durch Leiten der Feststoffe und des Transportgases nach oben durch eine extern angeordnete
Transportierung und ein Kontrollventil.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet/ daß die

nach

Geschwindigkeit des/oben strömenden Transportgases in der
Transportleitung wenigstens etwa 2 m/sec (6 ft/sec) beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ausströmende Strom etwas teilchenförmiges Material enthält, das abgetrennt wird von dem Gas außerhalb der Reaktionszone,

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das teilchenförmige Material recyclisiert wird zu dem Reaktionsbehälter und daß der erhaltene reine ausströmende
Strom gekühlt und geleitet wird zur einer Fraktionierungsstufe zur Gewinnung von Gas und destillierbaren Flüssigkeitsprodukten.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ausströmenden Dampfphasenprodukte gekühlt und geleitet werden zu einer Fraktionierungsstufe, von der ein Teil der
leichten Destillatflüssigkeit recyclisiert wird zu der
primären Crackzone.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ausströmenden Dampfphasenprodukte gekühlt und geleitet
werden zu einer Fraktionierungsstufe, von der ein Teil
einer schweren Destillatflüssigkeit zu der Interimszone
recyclisiert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickung ein Rohpetroleumöl oder Restfraktionen davon
ist.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickung ein Schieferöl oder Restfraktionen davon ist.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickung ein Teersand bitumen oder Restfraktionen davon ist.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickung Kohlepartikel enthält, einschließend die
zusätzliche Stufe des Abziehens der teilchenförmigen Asche von einem unteren Teil der Vergasungszone.
15. Vielzonenreaktorvorrichtung zum Cracken und zur Konversion von schweren Kohlenwasserstoffbeschickungen zur Herstellung leichterer Kohlenwasserstoffflüssigkeiten und Gasprodukten,

gekennzeichnet durch:

(a) einen unter Druck setzbaren, metallischen Reaktorbehälter,

(b) eine primäre Crackzone, die am oberen Ende des Reaktors angeordnet ist, zum Vorsehen einer Fließbettreaktion ,

(c) Mittel zum Einführen eines Kohlenwasserstoffbeschikkungsmaterials in die primäre Crackzone,

(d) eine Strippzone, die unter der primären Crackzone angeordnet ist, wobei die Strippzone ein stationäres Packungsmaterial enthält,

(e) eine Vergasungszone, die am unteren Ende des Reaktors angeordnet ist, zum Erhalten einer Fließbettvergasungsreaktion,

(f) eine Interimszone, die zwischen der Strippzone und der Vergasungszone angeordnet ist, zum Vorsehen einer sekundären Crackreaktion bei einer kontrollierten Temperatur,

(g) eine Leitung zum Einführen eines Verbrennungsgases und von Dampf in die untere Vergasungszone,

(h) eine Leitung zum Recyclisieren von heißem teilchenförmigen! Trägermaterial von der unteren Vergasungszone nach oben in die obere Crackzone,

(i) Mittel zum Einführen eines Transportgases in das untere Ende der Leitung und

(j) Mittel zum Entfernen der resultierenden Produktgase aus der primären Crackzone des Reaktorbehälters.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zone ein teilchenförmiges Trägermaterial enthält, welches fluidisiert und rezirkuliert ist \on der oberen Crackzone nach unten aufeinanderfolgend durch die Stripp- und Interimszone zu der unteren Vergasungszone und dann recyclisiert wird nach oben durch eine externe Leitung und ein Kontrollventil zu der oberen primären Crackzone.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Löchern versehener Rost vorgesehen ist zwischen der Interimszone und der Vergasungszone zum Kontrollieren des Stroms der teilchenförmigen Festkörper zwischen den
Zonen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein durchlochtes Rost aus einem feuerfesten Material vorgesehen ist an dem unteren Ende der Strippzone, um das
grobe teilchenförmige Packungsmaterial zu tragen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Strippzone eine geordnete, regelmäßige Anordnung von
horizontalen Strukturgliedern enthält.

20. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einem feuerfesten Material ausgekleidete Phasenseparationseinrichtung oberhalb der primären Crackzone vorgesehen ist zur Entfernung von teilchenförmigem Trägermaterial und Zurückführung desselben in die Crackzone.

21. Vielzonenreaktorvorrichtung zum Cracken und Konvertieren
von schweren Kohlenwasserstoffbeschickungen zur Herstellung leichterer Kohlenwasserstoffflüssigkeits- und Gasprodukten, gekennzeichnet durch:

(a) einen unter Druck setzbaren, metallischen Reaktorbehälter,

(b) eine primäre Crackzone, die am oberen Ende des
Reaktors angeordnet ist und die ein teilchenförmiges Trägermaterial zum Vorsehen eines Fließbettreaktion enthält,

(c) Mittel zum Einführen eines Kohlenwasserstoffbeschikkungsmaterials in die primäre Crackzone,

(d) eine Strippzone, die unter der primären Crackzone
angeordnet ist, wobei die Strippzone enthält eine
geordnete, regelmäßige Anordnung von horizontalen
Strukturgliedern, die genügend Abstand voneinander

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haben, um ein Nachuntenströmen des teilchenförmigen Trägermaterials zu erlauben,

(e) eine Vergasungszone, die am unteren Ende des Reaktors angeordnet ist und die ein teilchenförmiges Trägermaterial enthält zum Vorsehen einer Fließbettvergasungsreaktion,

(f) eine Interimszone, die zwischen der Strippzone und der unteren Vergasungszone angeordnet ist, zum Vorsehen einer sekundären Crackung innerhalb eines kontrollierten Temperaturbereichs,

(g) eine Leitung zum Einführen eines Sauerstoffs enthaltenden Gases und von Dampf in die untere Vergasungsreaktionszone,

(h) eine Leitung zum Recyclisieren eines heißen teilchenförmigen Trägermaterials, von der unteren Vergasungszone nach oben in die obere Crackzone, wobei die Leitung außerhalb des Reaktorbehälters angeordnet ist,

(i) Mittel zum Einführen eines Transportgases in das untere Ende der Leitung und

(j) Mittel zum Entfernen der resultierenden Produktgase aus der primären Crackzone des Reaktorbehälters.