DE69918710T2

DE69918710T2 - Verfahren und einrichtung zum katalytischen cracken mit abwärts- und aufwärtsströmenden reaktoren

Info

Publication number: DE69918710T2
Application number: DE69918710T
Authority: DE
Inventors: Thierry Gauthier
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 1999-11-12
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2019-11-13
Also published as: KR100607922B1; EP1131389A1; JP2002530467A; ATE271114T1; WO2000029508A1; DE69918710D1; ES2226502T3; FR2785907B1; US6641715B1; KR20010089439A; EP1131389B1; FR2785907A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum katalytischen Cracken von Kohlenwasserstoffbeschickungen.
Bekannt ist, dass die Erdölindustrie üblicherweise Crackverfahren anwendet, bei denen die Kohlenwasserstoffmoleküle mit erhöhtem Molekulargewicht und Siedepunkt in kleinere Moleküle mit geringerem Siedepunkt gespalten werden.

In den neueren katalytischen Crackverfahren, die beispielsweise beschrieben sind in der EP-A-291253, finde die Crackreaktion in einer länglichen umschlossenen Raum bzw. Kammer von im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt statt, wobei der Katalysator im unteren Teil des umschlossenen Raums ebenso wie die vorher zerstäubte kohlenwasserstoffhaltige Charge zugegeben werden kann. Die Kontaktierung der Charge mit dem heißen Katalysator ermöglicht es, die Kohlenwasserstoffe zu verdampfen, die dann den Katalysator zum oberen Teil der Reaktionszone mitreißen, wobei das Einführen eines Mitreißefluids die aufsteigende Bewegung unterstützt. Die bei der Reaktion gebildeten Produkte haben einen sehr weiten Siedepunktsbereich. Man unterscheidet allgemein die Produkte die in Abhängigkeit von deren Siedetemperatur und deren chemischer natur gebildet werden:

Trockene Gase	H2, H2S, Moleküle, die 1 oder 2 Kohlenstoffatome besitzen
GPL (verflüssigte Erdölgase)	Moleküle, die 3 oder 4 Kohlenstoffatome besitzen
Benzin	Moleküle mit 5 Kohlenstoffatomen und deren Siedepunkt unter 220°C liegt
LCO (Light Cycle Oil)	Moleküle, deren Siedepunkt höher als 220°C und niedriger als 360°C ist
Slurry	Moleküle, deren Siedepunkt über 360°C liegt.
Koks	schwere Moleküle (im Allgemeinen Polyaromaten, welche auf dem Katalysator nach der Reaktion adsorbiert bleiben).

Die Siedepunkte, die dazu dienen, die Fraktionen einzugrenzen, werden beispielhaft und entsprechend der allgemein zulässigen Standardwerte angegeben. Dennoch können diese Fraktionspunkte in Abhängigkeit von den Bedürfnissen der Raffinatoren variieren, die in einigen Fällen zusätzlich Zwischenfraktionen der gebildeten Produkte bilden.
Die Ausbeuten, die man im Allgemeinen erhält, hängen von der Qualität der behandelten Beschickungen ab. Typischerweise sind beispielhaft die beobachteten Ausbeuten (in Gew.-% der Beschickung) bei den Einheiten:

Trockenes Gas 1–5%

GPL 10–25%

Benzin 30–55%

LCO 15–25%

Slurry 5–20%

Koks 3–10%
Allgemein wird der gebildete Koks in einem oder mehreren umschlossenen Räumen, genannt Reaktoren, verbrannt, zu denen der Katalysator an seinem Austritt vom Reaktor zirkuliert. Die durch die Verbrennung des Kokses erzeugte Wärme ermöglicht es, den Katalysator wieder zu erwärmen, der anschließend am Eingang des Reaktors wieder eingeführt wird und mit der Beschickung kontaktiert wird. Das katalytische Crackverfahren ist ein adiabatisches Verfahren. Die durch den Katalysator bei seinem Durchgang in der Regenerierungszone gewonnene Wärme ist gleich der durch den Katalysator bei seinem Durchgang in der Reaktionszone verlorenen Wärme. Dies erlegt dem Betreiber daher Betriebsbedingungen auf, die nicht unabhängig voneinander sind. Die Betriebsbedingungen, die die Ausbeuten und Selektivitäten für einen vorgegebenen Reaktor am meisten beeinflussen sind im Wesentlichen der Katalysatordurchsatz, den man allgemein auf den Beschickungsdurchsatz unter der Bezeichnung C/O bezieht (C für Katalysator und O für Öl). Der gewöhnliche Betriebsbereich der katalytischen Crackeinheiten ist allgemein:
C/O = 4–8 (C/O = Masseverhältnis des Katalysatordurchsatzes zum Beschickungsdurchsatz)
T (an der Spitze des Reaktors) = 500–550°C
Man weiß, dass die Umwandlung mit der Temperatur und dem C/O ansteigt. Dennoch kann dieser Erhöhung unter anderem von einer signifikanten Erhöhung der Koksausbeute und der trockenen Gase mit den klassischen Technologien begleitet sein. Die Erhöhung der Koksausbeute über den Umweg der thermischen Balance Regenerator-Reaktor und der Dimensionierung der Einheit schränkt häufig den Betreiber auf einen begrenzten Bereich von Betriebsbedingungen ein und für einen vorgegebenen Beschickungstrieb auf eine ausreichend starre Ausbeutenstruktur.
Außerdem können die Verkaufspreisschwankungen der verschiedenen Produkte in Abhängigkeit der Zeit fluktuieren, was beim Raffinator den Willen hervorrufen kann, bestimmte Produkte auf Kosten anderer zu maximieren. Dazu bewirkt die Entwicklung der für die Produkte in den verschiedenen Ländern vorgeschriebenen Spezifikationen, dass bestimmte Produkte aus dem FCC keinen Absatzmarkt mehr finden können (z. B. LCO, welches sehr aromatisch ist und mit einer sehr schlechten Cetanzahl versehen ist, seine Verwendung in den Treibstoffen des Dieselpools stellt Probleme dar, der Schwefelgehalt des schweren Benzins (160°C–220°C) macht dessen Verwendung in dem Pool der Benzine in bestimmten Fällen schwierig). Es kann daher interessant sein, auch bestimmte Fraktionen zu minimieren.
Es ist bekannt, dass die Maximierung des Propylens, einem Produkt mit hohem Mehrwert (Molekül, das in der GPL-Fraktion vorliegt), über eine Verschärfung der Reaktionsbedingungen geht (höhere Temperatur, stärkerer C/O). Diese Verschärfung wird außerdem implizieren, dass gleichzeitig die Ausbeuten von anderen Fraktionen absinken (LCO und Benzin).
Indem bei niedriger Stringenz gearbeitet wird, wird man dazu neigen, das LCO zu maximieren, was in den Ländern Interesse zeigen wird, wo die mittleren Destillate sehr auf dem Markt von Brennstoffen gefragt sind, aber die GPL (darunter Propylen) sowie das Benzin wahrscheinlich nicht maximiert werden.
Der Vorgang der Reaktionszone für eine konventionelle Einheit ist daher nicht immer kompatibel mit dem Erhalt beider Ziele wie diese beiden nicht begrenzenden Beispiele:

– die Maximierung des Propylens und des LCO
– die Minimierung des schweren Benzins, die Maximierung des Leichtbenzins.

Es gibt daher ein Interesse, Lösungen zu finden, die es in einer Reaktionszone ermöglichen, gleichzeitig bei niedriger Stringenz und bei hoher Stringenz zu arbeiten, z. B. indem zwei Reaktionszonen verwendet werden, die unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen arbeiten.
Die allgemein in der Mehrheit der gegenwärtigen katalytischen Crackanlagen verwendeten Reaktionszonen ermöglichen es leicht, unter wenig strengen Crackbedingungen zu arbeiten (C/O von 4 bis 8 und Temperaturen am Reaktorausgang von 500 bis 550°C). Die Verweilzeiten der Kohlenwasserstoffe in dieser Reaktionszone, welche mindestens aus einem Rohr mit im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt und von länglicher Form gebildet ist, in welchem die Fluide insgesamt von unten nach oben fließen, gewöhnlich Riser bzw. Auftreiber genannt, und von einem Trennsystem der Crackdämpfe und des Katalysators ist im Allgemeinen über 2 Sekunden, in der Größenordnung von 2 bis etwa 10 Sekunden. Die Verweildauern der Kohlenwasserstoffe in Kontakt mit dem Katalysator ist häufig selbst über 1 Sekunde.
Die Aneinanderreihung der beiden konventionellen Reaktoren, um beide Betriebsbedingungstypen auf der gleichen katalytischen Crackeinheit zu erhalten, wie beschrieben durch Niccum P. K., Miller R. B., Claude A. und M. A. Silvermann in "Maxofin: a novel FCC process for maxiziming light olefins using a new generation ZSM5 additive" (1998, NPRA Annual Meeting, San Francisco, California, USA, 16. März 1998) macht die Verwendung von Zusätzen in dem zweiten Riser erforderlich, wo die Reaktion unter strengeren Bedingungen geschieht, um eine günstigere Selektivität zu erhalten. Darüber hinaus induzieren die strengeren Bedingungen in dem zweiten Reaktor eine sehr hohe Vergrößerung der Koksausbeute (mehr als 2% im Verhältnis zur Beschickung). Dieser Systemtyp ist daher nicht in optimaler Weise konstruiert.
Der Stand der Technik kann auch durch die Patente US-4 424 116 und US 4 606 810 veranschaulicht werden, die eine Aneinanderreihung in Reihe von zwei Aufstiegsreaktoren beschreiben. Das Patent US 5 039 395 veranschaulicht im übrigen den letzten technologischen Stand.
Um eine Fraktion zu minimieren, ist es auch möglich, in einer Einheit, die einen oder mehrere umschlossene konventionelle Reaktionsräume vom Risertyp besitzt, in dem Riser die Produkte zu rezyklieren, von denen man die Produktion zu minimieren wünscht. Dies stellt im Fall schwerer Beschickungen einen beträchtlichen Vorteil für das thermische Gleichgewicht der Einheiten dar: die Verdampfung des Rezyklats verbraucht mehr Wärme und ermöglicht es daher, mehr Wärme in der Regenerierungszone zu erzeugen und daher mehr Koks in der Reaktionszone zu erzeugen; klug bzw. geschickt stromabwärts bezüglich der Einspritzung der frischen Beschickung angeordnet, ermöglicht es die Einspritzung des Rezyklats zusätzlich, die Verdampfung der frischen Beschickung zu begünstigen, was es dort noch ermöglicht, immer schwerere Beschickungen zu behandeln (deren mittlere Siedepunkte und Endsiedepunkte höher sind). Eine solche Vorrichtung wird zum Beispiel für das Cracken schwerer Fraktionen in dem Patent FR 2 621 322 beschrieben.
In diesem Ausführungsformtyp sind die rezyklierten Produkte hingegen nicht sehr strengen Bedingungen ausgesetzt und reagieren kaum. Das Ziel dieser Rezyklierungen ist eher mit der Wärmebilanz verbunden und mit der Verdampfung der Beschickung als mit der Vernichtung dieser Rezyklate hin zu verwertbareren Produkten.
Es ist auch möglich, diese Rezyklierungen stromaufwärts der Beschickung durchzuführen, um sie strengeren Bedingungen als die Beschickung auszusetzen. Unter diesen Bedingungen haben die unter den strengeren Bedingungen gebildeten Produkte dennoch die Zeit, sich oberhalb der Beschickungsinjektion zu zersetzen, wo die Verweildauer in Kontakt mit dem Katalysator notwendigerweise genügend lang ist (über 1 bis 2 Sekunden).
Um unter strengeren Betriebsbedingungen zu arbeiten, ist es zu bevorzugen, mit Verweildauern der Kohlenwasserstoffe in dem Reaktor zu arbeiten, die kürzer sind. Da die Temperatur erhöht wird, werden die thermischen Abbaureaktionen der Produkte immer überwiegender. Um deren Einfluss zu begrenzen, muss man die Verweildauer der Kohlenwasserstoffe unter diesen Bedingungen begrenzen. Je kürzer die Verweildauer ist, desto notwendiger ist es, die Kontaktierungsmechanismen der Kohlenwasserstoffe und des Katalysators sowie die Hydrodynamik in den Reaktor zu kontrollieren. Der Aufstiegsreaktor, kombiniert mit einem geeigneten Mischsystem wie in dem Patent WO/FR98/12279 beschrieben, ermöglicht es, die Selektivitäten an verwertbaren Produkten (LPG, Benzine) unter Minimierung der nicht verwertbaren Produkte zu optimieren (die Erhöhung minimiert den Koks im Verhältnis zu einem konventionellen Reaktor, aber unter Bedingungen von Temperatur und C/O, die sehr unterschiedlich sind, Verminderung von etwa 30% der trockenen Gase im Verhältnis zu einer konventionellen Technologie) und die Umwandlung dank des Erhalts von sehr hohen Stringenzbedingungen zu maximieren.
Es kommt daher in Betracht, um die Flexibilität von Vorgängen der FCC zu erhöhen, eine Aneinanderreihung eines Absetzreaktors mit einem Aufstiegsreaktor anzuordnen. Gemäß dem Patent EP-B-573316, welches diese Vorrichtung beschreibt, müssen dennoch die in dem Absetzreaktor ausgesetzten Produkte anschließend in dem Aufstiegsreaktor durchlaufen. Die Verweildauer der in dem Absetzreaktor gebildeten Produkte ist daher durch die Umlaufzeit in dem Aufstiegsreaktor verlängert. Darüber hinaus wird es nicht vorgeschlagen, diese beiden Reaktoren unter signifikant verschiedenen Betriebsbedingungen zu betreiben.
Der essentielle Vorteil dieses Vorrichtungstyps ist es, den Katalysator und die Beschickung in optimaler Weise dank der anfänglichen Verwendung eines Absetzreaktors kontaktieren zu können.
Das Kontaktieren der Kohlenwasserstoffe mit dem Katalysator im Absetzreaktor, wenn es korrekt durchgeführt wird und wenn die Verweildauer zwischen dem Katalysator und den Kohlenwasserstoffen begrenzt ist, ermöglicht es, die gebildete Koksmenge zu minimieren. Es resultiert daraus folglich ein viel geringerer Koksgehalt auf dem Katalysator als in einem äquivalenten Aufstiegsreaktor. Kombiniert mit angepassten Betriebsbedingungen (Zirkulierung von Katalysator, die im Verhältnis zu einer gleichen Beschickungsmenge höher ist) kann dies es ermöglichen, den Koksgehalt auf dem Katalysator in sehr signifikanter Weise zu vermindern, was insbesondere vorteilhaft für die schweren Beschickungen ist, deren Kokungsvermögen wohlbekannt ist. Darüber hinaus weiß man, dass der auf dem Katalysator abgeschiedene Koks dazu neigt, den Katalysator signifikant zu desaktivieren und dies umso mehr als es abgeschiedenen Koks gibt. In den konventionellen Aufstiegsreaktoren, variiert die auf den Katalysator vorliegende Koksmenge typischerweise zwischen 0,7 und 1,5 Gew.-% in Abhängigkeit von der behandelten Beschickung, dem Katalysator, den Betriebsbedingungen und den Dimensionierungen der Einheit. Man weiß, dass unter diesen Bedingungen die Restaktivität des Katalysators gering ist. Es ist daher illusorisch, diesen Katalysator in einen neuen geschlossenen Reaktionsraum wieder einführen zu wollen. Im Fall eines Absetzreaktors ist es hingegen möglich, den Kokungsgrad des Katalysators auf Werte nahe 0,2 bis 0,5 Gew.-%, abhängig von den Betriebsbedingungen, zu begrenzen, wo seine Restaktivität hoch bleibt. Unter diesen Bedingungen kann der Katalysator aus dem Absetzreaktor vorteilhaft erneut in ein Reaktionsraum wie einem Riser ggf. vermischt mit einem regenerierten Katalysatorstrom eingeführt werden (d. h. direkt aus dem Regenerierungsraum). Man sieht daher gut, dass diese Ergebnisse es ermöglichen, ruhig eine Aneinanderreihung von zuerst absetzenden Reaktionszonen und dann aufsteigenden vorzusehen, wo der Katalysator aus der Absetzreaktionszone vollständig am Einlass des Aufstiegsreaktors wieder eingeführt werden würde.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Lücken des Standes der Technik zu beheben, indem eine Aneinanderreihung von verschiedenen Reaktionszonen vorgeschlagen wird, die unter sehr verschiedenen Bedingungen von Temperatur und C/O arbeiten können. Genauer betrifft die Erfindung ein Verfahren zum katalytischen Cracken, zusammengesetzt aus einer Reaktionszone, die wenigstens zwei Reaktoren aufweist mit einem Fluss von den Fluiden und dem Katalysator in wenigstens einem dieser Reaktoren, welcher insgesamt absetzend ist (Dropper-Reaktor bzw. Absetzreaktor) und einem Fluss von Fluid und Katalysator in wenigstens einem dieser Reaktoren, der insgesamt aufsteigend ist (Riser-Reaktor bzw. Aufstiegsreaktor), wobei diese Reaktoren durch die Tatsache gekennzeichnet sind, dass in jedem Reaktor in den Reaktor eingeführte Kohlenwasserstoffe mit dem warmen Katalysator kontaktiert werden, der die Verdampfung dieser Kohlenwasserstoffe ermöglicht, wenn diese in flüssiger Form eingeführt werden, wobei diese verdampften Kohlenwasserstoffe anschließend in Gegenwart des Katalysators reagieren. Haben diese Kohlenwasserstoffe reagiert, werden sie anschließend von dem Katalysator durch Trennmittel (Eingangstrenner und/oder Zyklone) getrennt und treten aus der Reaktionszone aus, um gewöhnlichen Behandlungen stromabwärts zu unterliegen (Fraktionierung, ...). Die Reaktoren sind auch durch die Tatsache gekennzeichnet, dass der oder die Absetzreaktoren von wenigstens einem Aufstiegsreaktor gefolgt sind, wobei der ganze Katalysator des oder der Aufstiegsreaktors (Aufstiegsreaktoren) dann in wenigstens einem Aufstiegsreaktor stromabwärts durchläuft.
Genauer betrifft die Erfindung ein Verfahren zum katalytischen Cracken im in Bewegung versetzten oder fluidisierten Bett von einer Beschickung von Kohlenwasserstoffen in zwei Reaktionszonen, die eine bei absteigendem bzw. abstetzendem Katalysatorfluss, die andere bei aufsteigendem Katalysatorfluss, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass man eine Beschickung und Katalysator, der von wenigstens einer Regenerierungszone kommt, in den oberen Teil der Zone mit absteigendem Fluss zirkulieren lässt, man die Beschickung und den Katalysator in der Zone gemäß einem Gewichtsverhältnis: Katalysator zu Beschickung C/O: 5 bis 20 zirkulieren lässt, man die gecrackten Gase von dem verkokten, von der Zone mit absteigendem Fluss kommenden Katalysator in einer ersten Trennzone trennt, man die gecrackten Gase gewinnt, man den verkokten Katalysator in den unteren Teil der Zone mit aufsteigendem Fluss einführt, man eine Beschickung in den unteren Teil der Zone mit aufsteigendem Fluss einführt, man dort den verkokten Katalysator und die Beschickung gemäß einem Gewichtsverhältnis C/O: 4 bis 8 zirkulieren lässt, man den verbrauchten Katalysator von dem erzeugten Abstrom in einer zweiten Trennzone trennt, man den Katalysator mit einem Strippinggas in einer Strippingzone abstreift, man den Abstrom und die Strippinggase gewinnt und man den verbrauchten Katalysator in die Regenerierungszone rezykliert, wo er wenigstens teilweise mittels eines Regenerierungsgases regeneriert wird.
Die Verweildauer der Beschickung in dem Dropper bzw. Absetzer und dem Riser bzw. Auftreiber sind im allgemeinen jeweils 50 bis 650 ms in dem Absetzer und 600 bis 3000 ms in dem Auftreiber und vorzugsweise 100 bis 500 ms in dem Absetzer und 1000 bis 2500 ms in dem Auftreiber. Die Aufenthaltsdauer wird als Verhältnis des Volumens jeder der umschlossenen Reaktionsräume (Absetzer oder Auftreiber) bezogen auf den Volumendurchsatz der Gasabströme jedes umschlossenen Raumes unter den Bedingungen am Auslass definiert.
Nach einem Merkmal des Verfahrens kann der verbrauchte Katalysator in zwei übereinanderliegenden Regenerierungszonen regeneriert werden, wobei der zu regenerierende, verbrauchte Katalysator in eine erste, untere Regenerierungszone eingeführt wird, wobei der so wenigstens teilweise regenerierte Katalysator in die zweite obere Regenerierungszone geschickt wird und der regenerierte Katalysator, der von der oberen Regenerierungszone kommt, in die Zone mit absteigendem Strom eingeführt wird.
Das Verhältnis Katalysator zu Öl (C/O) kann vorteilhaft zwischen 7 und 15 für einen Reaktor bei absteigendem Strom und zwischen 5 und 7 für einen Reaktor bei aufsteigendem Fluss liegen.
Die Temperatur des Katalysators am Auslass des Absetzers ist im Allgemeinen höher als jene am Auslass des Auftreibers. Sie kann 500°C bis 700°C und vorteilhaft 550°C bis 600°C sein, während jene des Katalysators am Auslass des Auftreibers 500°C bis 550°C und vorteilhaft 515°C bis 530°C sein kann. Diese Temperaturen sind weitgehend abhängig von den Werten der jeweiligen Verhältnisse des C/O, wobei das Verhältnis C/O des Absetzers höher als jenes des Auftreibers ist.
Nach einem Merkmal des Verfahrens kann die Beschickung, die jeden der Reaktoren speist, entweder eine frische Beschickung oder ein Rezyklat eines Teils der Produkte aus einer Fraktionierung stromaufwärts oder ein Gemisch der beiden sein.
Bevorzugt kann man eine frische Beschickung in den Aufstiegsreaktor und das Rezyklat wenigstens teilweise in den Abstiegsreaktor einführen.
Es kann vorteilhaft sein, die Beschickung des Aufstiegsreaktors über dem Punkt zur Einführung verkokten Katalysators und dem Punkt zur Einführung von regeneriertem Katalysator in den einzuführen.
Die Beschickung kann im Gleichstrom oder im Gegenstrom in jeden der beiden Reaktoren eingespritzt werden.
Nach einem Merkmal des Verfahrens kann der Durchsatz an Beschickung, z. B. an Rezyklat in dem Abstiegsreaktor wenigstens 50 Masse-% an Durchsatz umzuwandelnder Beschickung darstellen, die in dem Aufstiegsreaktor zirkuliert.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Sie umfasst allgemein einen ersten, im wesentlichen vertikalen Abstiegsreaktor, mit einem oberen Einlass und einem unteren Auslass,
ein erstes Mittel zur Zufuhr an regeneriertem Katalysator, das mit wenigstens einem Regenerierer von verbrauchtem Katalysator verbunden und mit dem oberen Einlass verbunden ist,
ein erstes Mittel zur Zufuhr zerstäubter Beschickung, das unter den ersten Mitteln zur Zufuhr an Katalysator angeordnet ist,
ein erster umschlossener Raum zur Trennung des Katalysators von einer Gasphase, der mit dem unteren Auslass des ersten Abstiegsreaktor verbunden ist und einen Auslass der Gasphase und einen Auslass an verkokten Katalysator hat,
einen zweiten, im wesentlichen vertikalen Aufstiegsreaktor mit einem unteren Einlass und einem oberen Auslass,
ein zweites Mittel zur Zufuhr von Katalysator, das mit dem Auslass verkokten Katalysators von dem ersten umschlossenen Raum zur Trennung und dem unteren Einlass des zweiten Reaktors verbunden ist,
ein zweites Mittel zur Zufuhr einer Beschickung, das über dem unteren Einlass des zweiten Reaktors angeordnet ist,
einen zweiten umschlossenen Raum zur Trennung von verbrauchtem Katalysator und von einer Gasphase, verbunden mit dem oberen Auslass des zweiten Reaktors, welcher zweite umschlossene Raum eine Kammer zum Abstreifen von Katalysator umfasst und einen oberen Auslass von einer Gasphase und einen unteren Auslass von verbrauchtem Katalysator hat, wobei der untere Auslass mit dem Regenerierer verbunden ist.
Die Erfindung wird besser mit Blick auf die folgenden Figuren verstanden werden, darunter diese:
Die 1 zeigt eine schematische Beschreibung des Verfahrens, wobei das Fließen des Katalysators mit durchgezogener Linie ist während jenes der Kohlenwasserstoffe mit gestrichelter Linie ist.
Die 2 veranschaulicht schematisch eine Vorrichtung, die einen Dropper bzw. Absetzer und einen Zwischentrenner und einen Riser umfasst.
Die anliegende 1 ist eine Darstellung des Verfahrens unter diesen Bedingungen. Der Katalysator, der in einer Regenerierungszone (3) regeneriert ist, wird zum Einlass eines insgesamt absetzenden Reaktors durch Überführungsmittel (4) transportiert, vom Absetzreaktor durch Transportmittel (5) abgezogen und in einen Aufstiegsreaktor (2) eingeführt und dann, wenn er den Aufstiegsreaktor durchlaufen hat, wird er durch eine Leitung (7) zur Regenerierungszone (3) transportiert. Der Aufstiegsreaktor kann auch mit frisch regeneriertem Katalysator durch die Mittel zu Transport (6) des Katalysators von der Regenerierungszone zum Boden des Aufstiegsreaktors (2) hin versorgt werden. Die Beschickung, die jeden der Reaktoren speist, kann entweder eine frische Beschickung (Leitung (8) für den Absetzreaktor, Leitung (9) für den Aufstiegsreaktor) sein oder ein Rezyklat eines Teils der Produkte aus der Fraktionierung stromabwärts (Leitung (16) für den Absetzreaktor, Leitung (14) für den Aufstiegsreaktor) oder ein Gemisch der beiden. Es ist möglich, in jeden Reaktor Rezyklate der Fraktionierung unabhängig von den Mitteln zur Einführung der frischen Beschickung einzuführen (Leitung (15) für den Absetzreaktor, Leitung (13) für den Aufstiegsreaktor). Die Gasabströme aus jedem Reaktor werden zu einer Fraktionierungszone (10) der verschiedenen Kohlenwasserstofffraktionen durch die Leitungen (11) für den Absetzreaktor und (12) für den Aufstiegsreaktor) transportiert. In der 1 hat man eine Anordnung dargestellt, wo die Fraktionierung bei den beiden umschlossenen Reaktionsräumen gemeinsam ist. Dennoch ist es ebenso möglich, dass die Fraktionierung unabhängig für jeden der Reaktoren ist, was großes Interesse zeigen kann, wenn die Betriebsbedingungen der beiden Reaktionszonen sehr verschieden voneinander sind. In diesem Fall können daher sehr verschiedene Ausbeutestrukturen ökonomisch das Interesse einer Fraktionierung der Abströme rechtfertigen, die für jeden der Reaktionsräume angepasst ist.
Es kann vorteilhaft sein, stromabwärts der ersten Trenn- und Strippingzone wenigstens einen Teil des vom Absetzreaktor erzeugten Abstroms, in Anbetracht von dessen Temperatur am Ausgang dieses Reaktors, durch ein Produkt, das aus der Fraktionierung stromabwärts resultiert, oder durch einen Teil wenigstens des den Aufstiegsreaktor verlassenden Abstroms zu kühlen.
Die 2 beschreibt eine mögliche Anordnung der verschiedenen Bestandteile des Verfahrens, das Gegenstand der Erfindung ist. Man ist daher nötig, damit der Katalysator korrekt zwischen den verschiedenen umschlossenen Räumen zirkuliert, dass die Drucke von jedem der umschlossenen Räume kompatibel mit dem Zirkulationsgrad an Katalysator und gewünschten Kohlenwasserstoffen in jedem der umschlossenen Räume sind. In der 2 besteht die Regenerierungszone (3) aus zwei umschlossenen Räumen (301) und (302), in denen der Katalysator im fluidisierten Bett regeneriert wird, wobei die Luft in jedem umschlossenen Raum eingeführt wird. Der Katalysator wird zwischen den beiden umschlossenen Räumen mit einem Lift bzw. Vorwärtsdrall (303) transportiert, in dem Gas, das an der Basis bei einer ausreichenden Geschwindigkeit eingeführt wird, es ermöglicht, den Katalysator zwischen den beiden umschlossenen Räumen zu transportieren. Dieses Transportgas kann Luft sein. Typischerweise ist das Verhältnis von zur Regenerierung notwendiger Luft 30 bis 70% in dem umschlossenen Raum (301), 5 bis 20% in dem Lift bzw. Vorwärtsdrall (303), um den Katalysator zu transportieren und 15 bis 40% in dem umschlossenen Raum (302). Mittel (304), wie ein Ventil auf festem Körper vom Typ "Ventil mit Stopfen" ermöglichen es, den Zirkulationsdurchsatz zwischen den beiden umschlossenen Räumen (301) und (302) zu regeln. In jeden der beiden umschlossenen Räume (301) und (302) sind die Verbrennungsgasabströme dank des Durchganges in den beiden Trennvorrichtungen (wie Zyklonen, hier schematisch dargestellt (306) und 307)) entstaubt. Der Druck in jedem umschlossenen Raum (301) und (302) kann durch Ventile geregelt werden, die auf Leitungen liegen, die das Abziehen der Verbrennungsabströme ermöglichen, welche wenigstens teilweise entstaubt sind.
Der Katalysator wird anschließend zu den Reaktionszonen überführt. In der 2 hat man eine Aneinanderreihung von zwei Reaktionszonen dargestellt, wobei die eine absteigend bzw. absetzend (1), die andere stromabwärts aufsteigend (2) ist. In diesem Beispiel, zirkuliert der ganze in dem Reaktor (2) zirkulierende Katalysator auch in dem Reaktor (1). Dennoch ist es in einigen Fällen interessant, am Eingang des Risers (2) den Katalysator aus (1) mit dem Katalysator zu mischen, der direkt von dem Regenerierungsraum (3) kommt. Als Beispiel zeigt die 2, wie es möglich ist, den Katalysator von einem umschlossenen Raum (302) zur Regenerierung zu dem Reaktor (1) zu überführen. Der Katalysator wird an der Wand über eine schräge Leitung (304) mit einem Winkel von im allgemeinen zwischen 30 und 70° im Verhältnis zur Horizontalen abgezogen, welche den Katalysator bis zu einem umschlossenen Raum (305) führt, in welchem die Zirkulierung des Katalysators verlangsamt wird, um es zu ermöglichen, eventuelle Gasblasen zu dem Regenerierungsraum hin entlang einer Äquilibrierungsleitung (308) abzuziehen. Der Katalysator wird anschließend beschleunigt und steigt entlang eines Überführungsrohres (309) bis zum Eingang des Reaktors ab. Auf seiner gesamten Bahn ab dem Regenerierungsraum wird der Katalysator in fluidisiertem Zustand dank der Zugabe kleiner Gasmengen entlang des gesamten Transportes gehalten. Wenn der Katalysator so im Fluidzustand gehalten wird, ermöglicht es dies, am Eingang der Reaktionszone (1) einen Druck höher als jenen der Rauche aus dem Außenzyklonen (307) zu erhalten. Die Reaktionszone (1), als absetzend bzw. absteigend definiert, besteht allgemein aus Mitteln zur Einführung des Katalysators (101), die ein Ventil auf festem Körper, eine Öffnung oder einfach die Öffnung einer Leitung sein können, von einer Kontaktierungszone (103), die unterhalb (101) gelegen ist, wo der Katalysator bei Gegenstrom zum Beispiel die Kohlenwasserstoffbeschickung antrifft, die durch Mittel (102) eingeführt wird, die im Allgemeinen aus Zerstäubern bestehen, wo die Beschickung fein zu Tröpfchen mit Hilfe von im Allgemeinen der Einführung von Hilfsfluiden wie Wasserdampf zerteilt wird. Die Einführungsmittel des Katalysators liegen oberhalb der Mittel zur Einführung der Beschickung. Zwischen der Kontaktierungszone (103) und den Mitteln zur Trennung der Kohlenwasserstoffe von dem Katalysator (105) kann man ggf. eine Reaktionszone (104) von im Wesentlichen länglicher Form anordnen, dargestellt in vertikaler Weise in der 2, aber diese Bedingung ist nicht exklusiv. Die mittlere Verweildauer der Kohlenwasserstoffe in den Zonen 103 bis 104 wird unter 650 ms sein, vorzugsweise zwischen 50 und 500 ms. Die Abströme des Droppers werden anschließend in einer Trennvorrichtung (105) getrennt, die in der Anmeldung FR98/09672 beschrieben ist, die als Bezug eingefügt ist, wo die Verweilzeit maximal begrenzt werden muss. Die Gasabströme (gecrackte Gase) der Trennvorrichtung können dann einer zusätzlichen Endstaubungsstufe entlang von Außenzyklonen (108) unterliegen, die stromabwärts auf einer Leitung (106) angeordnet sind. Die Gasabströme (gecrackte Gase) werden durch eine Leitung (107) abgezogen. Es ist auch möglich, die Gasabströme zu kühlen, um den thermischen Abbau der Produkte zu begrenzen, indem zum Beispiel flüssige Kohlenwasserstoffe in den Abstrom eingespritzt werden, der die Zyklone (108) durch die Leitung (107) verlässt. Der in der Trennvorrichtung (105) getrennte Katalysator wird dann entweder direkt an der Basis des Aufstiegsreaktors (201) über eine Leitung (110) wie es in der 2 angezeigt ist, wieder eingespritzt oder in ein fluidisiertes Bett (111) von einer Strippingbeschickung über eine Leitung oder eine Öffnung (109). Der Katalysator in dem fluididiserten Bett (111) unterliegt dann einem Abstreifen bzw. Stripping (Kontaktieren mit einem leichten Gas wie Wasserdampf, Stickstoff, Ammoniak, Wasserstoff oder selbst den Kohlenwasserstoffen, deren Kohlenstoffatomanzahl unter 3 ist (durch Mittel, die im Stand der Technik gut beschrieben sind), bevor er zur Aufstiegsreaktionszone (2) entlang der Leitung (110) überführt wird. Die gasförmigen Strippingabströme werden allgemein von dem fluidisierten Bett (111) über die gleichen Mittel (106) und (108) abgezogen, die das Abziehen der gasförmigen Abströme von der Reaktionszone (1) durch die Leitung (107) ermöglichen. Alle die Abströme können durch Abschreckmittel (nicht dargestellt) auf den Leitungen (106) oder (107) gekühlt werden.
Die Reaktionszone (2) ist eine im Wesentlichen längliche, röhrenförmige Zone, von der zahlreiche Beispiele im Stand der Technik beschrieben sind. In dem in der 2 angegebenen Beispiel wird die Kohlenwasserstoffbeschickung durch Mittel (202) eingeführt, die im Allgemeinen aus Zerstäubern bestehen, wo die Beschickung fein zu Tröpfchen im Allgemeinen mit Hilfe der Einführung von Hilfsfluiden wie Wasserdampf zerstäubt werden, die an der Basis des Reaktors eingeführt werden. Mittel zur Einführung des Katalysators werden unter den Mitteln zur Einführung der Beschickung angeordnet. Damit die Reaktionszone als aufsteigend betrachtet wird, ist es nötig, dass die Einführung der Beschickung entweder über wenigstens einem Katalysatoreinlass liegt. Im Fall der 2 kommt der gesamte Katalysator vom Abstiegsreaktor und die Mittel zur Einführung der Beschickung liegen daher über der Leitung (110). In dem entgegengesetzten Fall wird der Aufstiegsreaktor dann durch mehrere Katalysatorströme gespeist, wobei der eine wenigstens von einem Absetzreaktor kommt. Es wird dann möglich sein, die Einführung der Beschickung (202) oberhalb von wenigstens einer Katalysatorzufuhr (die zum Beispiel von der Regenerierungszone kommt) und unterhalb von wenigstens einer Katalysatorzufuhr (die zum Beispiel von einem Absetzreaktor kommt) anzuordnen. Die Reaktion geschieht anschließend in dem Röhrenreaktor oder Riser (201). Die Abströme des Risers werden anschließend in einer Trennvorrichtung (203) getrennt, wie jene die in der (2) und in der Anmeldung PCTFR 98/01866 beschrieben ist, die als Referenz eingefügt ist. Der Katalysator aus der Trennung (203) wird dann in ein fluidisiertes Bett (201) von einer Strippingkammer bzw. Abstreifkammer (212) entlang der Leitungen oder der Öffnungen (204) eingeführt. Der Katalysator in (211) unterliegt dann einem Stripping (Kontaktieren mit einem leichten Gas wie Wasserdampf, Stickstoff, Ammoniak, Wasserstoff oder selbst Kohlenwasserstoffen, deren Kohlenstoffatomanzahl kleiner als 3 ist, durch Mittel, die im Stand der Technik gut beschrieben sind) bevor er zu der Regenerierungszone (301) über die Leitungen (7) überführt wird. Die gasförmigen, in (203) getrennten Reaktionsabströme werden über eine Leitung (205) zu einer zweiten Trennvorrichtung (207) abgezogen, wie einem Zyklon, bevor sie zum Fraktionierungsabschnitt (10) durch eine Leitung (206) geleitet werden. Die gasförmigen Strippingabströme werden allgemein vom fluidisierten Bett (211) über die gleichen Mittel (206) abgezogen, die das Abziehen der Gasabströme von der Reaktionszone (2) ermöglichen.
Der verkokte Katalysator wird von der Abstreifkammer (212) abgezogen und in den ersten Regenerierungsraum (301) rezykliert, der unter dem umschlossenen Regenerierungsraum (302) liegt.
Indem geschickt die umschlossenen Räume zueinander angeordnet werden, ist es möglich, das Verfahren korrekt arbeiten zu lassen, wobei dennoch die Abströme in der Leitung (106) und in der Leitung (206) bei dem gleichen stromabwärts der Fraktionierungskolonne auferlegten Druck gehalten werden, ohne ein Ventil zur Regelung unterschiedlichen Drucks der Leitungen (106) und (206) anzuordnen.
Als Beispiel, und um das Interesse der Erfindung zu veranschaulichen hat man die durch eine industrielle Einheit, die mit einem klassischen Aufstiegsreaktor (Fall A) ausgerüstet ist, welcher eine schwere Beschickung behandelt und mit einem Doppelregenerierungssystem wie in 2 beschrieben ausgerüstet ist, erhaltenen Ergebnisse mit den Ergebnissen verglichen, die man erhalten würde, indem man einen Absetzreaktor stromaufwärts dieses Reaktors in beiden Fällen einfügen würde. Im ersten Fall (Fall B) hat man eine Aneinanderreihung von zwei Reaktionszonen ohne Trennung der Kohlenwasserstoffdämpfe am Ausgang des Absetzreaktors betrachtet. Es ist dann notwendig, die ganze Frischbeschickung am Einlass des Absetzreaktors einzuspritzen. Im zweiten Fall (Fall C) wird der Absetzreaktor mit der LCO-Fraktion, die durch den Aufstiegsreaktor erzeugt wird, mit Trennung der Kohlenwaserstoffdämpfe am Ausgang des Absetzreaktors gespeist, während der Aufstiegsreaktor von der Frischbeschickung gespeist wird. Dies ermöglicht es, vollständig die Betriebsbedingungen dieser beiden Reaktoren zu entkoppeln und wie man es in der Gesamtausbeutestruktur Absetzreaktor + Aufstiegsreaktor, bezogen auf die frische Beschickung sieht, eine Minimierung der LCO-Ausbeute zugunsten des Benzins und der LPG viel vorteilhafter zu erhalten als im Fall einer Aneinanderreihung, wie jener des Falls B. Diese Änderung von Selektivitäten geschieht mit einer leichten Erhöhung der Produktion von trockenen Gasen und von Koks, die dennoch dank des Einsatzes der Technologie des Absetzreaktors bei kurzer Verweildauer minimiert ist.
Man sieht im übrigen, dass der Rezyklierungsgrad gemäß dem Fall C substantiell vermindert ist, um eine Austrittstemperatur des Katalysators und von Abströmen des Risers auf einem vergleichbaren Wert zu hatten.
In dem Beispiel sind die folgenden Bezeichnungen aufgenommen worden.
Man bezeichnet

RA: Aufstiegsreaktor
RB: Absetzreaktor
REG1: erster umschlossener Regenerierungsraum
REG2: zweiter umschlossener Regenerierungsraum
CUFCC: gesamte Frischebeschickung am Eingang der FCC-Einheit
C/O: (Katalysator zu Öl)

Die betrachteten Eigenschaften der Kohlenwasserstoffbeschickung sind:
Dichte: d 15 / 4 = 0,934
Schwefelgehalt: %S = 0,5
Conradson-Kohlenstoff: 5,6

Claims

Verfahren zum katalytischen Cracken im in Bewegung versetzten oder fluidisierten Bett von einer Beschickung von Kohlenwasserstoffen in zwei Reaktionszonen, die eine (1) bei absteigendem Katalysatorfluss, die andere (2) bei aufsteigendem Katalysatorfluss, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass man eine Beschickung (102) und Katalysator, der von wenigstens einer Regenerierungszone (302) kommt, in den oberen Teil der Zone mit absteigendem Fluss zirkulieren lässt, man die Beschickung und den Katalysator in der Zone gemäß einem Gewichtsverhältnis: Katalysator zu Beschickung C/O: 5 bis 20 für eine Verweildauer unter 650 ms zirkulieren lässt, man die gecrackten Gase von dem verkokten, von der Zone mit absteigendem Fluss kommenden Katalysator in einer ersten Trennzone (105) trennt, man die gecrackten Gase gewinnt (107), man den verkokten Katalysator in den unteren Teil der Zone mit aufsteigendem Fluss einführt, man eine Beschickung in den unteren Teil der Zone (2) mit aufsteigendem Fluss einführt (202), man dort den verkokten Katalysator und die Beschickung gemäß einem Gewichtsverhältnis C/O: 4 bis 8 zirkulieren lässt, man den verbrauchten Katalysator von dem erzeugten Abstrom in einer zweiten Trennzone (203) trennt, man den Katalysator mit einem Strippinggas in einer Strippingzone (212) abstreift, man den Abstrom und die Strippinggase gewinnt (206) und man den verbrauchten Katalysator in die Regenerierungszone rezykliert (7), wo er wenigstens teilweise mittels eines Regenerierungsgases regeneriert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Verweildauer der Beschickung in dem Abstiegsreaktor 100 bis 500 ms ist und jene der Beschickung in dem Aufstiegsreaktor 600 bis 3000 ms, vorzugsweise 1000 bis 2500 ms ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem der verbrauchte Katalysator in zwei übereinanderliegenden Regenerierungszonen regeneriert wird, der zu regenerierende, verbrauchte Katalysator in eine erste, untere Regenerierungszone eingeführt wird, wobei der so wenigstens teilweise regenerierte Katalysator in die zweite obere Regenerierungszone geschickt wird und der regenerierte Katalysator, der von der oberen Regenerierungszone kommt, in die Zone mit absteigendem Fluss eingeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Verhältnis C/O zwischen 7 und 15 für einen Reaktor mit absteigendem Fluss und zwischen 5 und 7 für einen Reaktor mit aufsteigendem Fluss liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Beschickung, die jeden der Reaktoren speist, eine frische Beschickung, ein Rezyklat eines Teils der Produkte aus einer Fraktionierung stromaufwärts oder ein Gemisch der beiden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der verkokte Katalysator, der von der Zone mit aufsteigendem Fluss durch ein Gas abgestreift wird, nachdem er getrennt worden ist und bevor er in den Aufstiegsreaktor eingeführt wird und die Strippinggase gewonnen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Reaktionszone bei aufsteigendem Fluss außerdem mit regeneriertem Katalysator gespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem man die Beschickung zwischen den beiden Punkten zur Einführung von regeneriertem Katalysator und verkoktem Katalysator in die Zone aufsteigenden Flusses einführt.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem man die Beschickung über dem Punkt zur Einführung verkokten Katalysators und dem Punkt zur Einführung von regeneriertem Katalysator in den Aufstiegsreaktor einführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem man eine frische Beschickung in den Aufstiegsreaktor und das Rezyklat wenigstens teilweise in den Abstiegsreaktor einführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Durchsatz an Beschickung und vorzugsweise an Rezyklat in dem Abstiegsreaktor wenigstens 50 Masse-% an Durchsatz umzuwandelnder Beschickung ist, die in dem Aufstiegsreaktor zirkuliert.
Vorrichtung zum katalytischen Cracken im fluidisierten oder in Bewegung versetzten Bett von einer Kohlenwasserstoffbeschickung, umfassend: einen ersten, im wesentlichen vertikalen Abstiegsreaktor (1), mit einem oberen Einlass und einem unteren Auslass, ein erstes Mittel zur Zufuhr (101) an regeneriertem Katalysator, das mit wenigstens einem Regenerierer von verbrauchtem Katalysator verbunden und mit dem oberen Einlass verbunden ist, ein erstes Mittel zur Zufuhr (102) zerstäubter Beschickung, das unter den ersten Mitteln zur Zufuhr an Katalysator angeordnet ist, ein erster umschlossener Raum zur Trennung (105) des Katalysators von einer Gasphase, der mit dem unteren Auslass des ersten Abstiegsreaktor (1) verbunden ist und einen Auslass (105) der Gasphase und einen Auslass an verkokten Katalysator hat, einen zweiten, im wesentlichen vertikalen Aufstiegsreaktor (2) mit einem unteren Einlass und einem oberen Auslass, ein zweites Mittel zur Zufuhr (110) von Katalysator, das mit dem Auslass verkokten Katalysators von dem ersten umschlossenen Raum zur Trennung und dem unteren Einlass des zweiten Reaktors verbunden ist, ein zweites Mittel zur Zufuhr (202) einer Beschickung, das über dem unteren Einlass des zweiten Reaktors angeordnet ist, ein zweiter umschlossener Raum zur Trennung (203) von verbrauchtem Katalysator und von einer Gasphase, verbunden mit dem oberen Auslass des zweiten Reaktors, welcher zweite umschlossene Raum eine Kammer zum Abstreifen (212) von Katalysator umfasst und einen oberen Auslass (206) von einer Gasphase und einen unteren Auslass (7) von verbrauchtem Katalysator hat, wobei der untere Auslass mit dem Regenerierer (301) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der der erste umschlossene Raum zur Trennung (105) eine Kammer (111) zum Abstreifen des Katalysators in Kommunikation mit dieser umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei der der zweite Aufstiegsreaktor ein zusätzliches Mittel zur Zufuhr an Katalysator umfasst, das mit dem Regenerierer verbunden ist und über dem Mittel zur Zufuhr frischer Beschickung angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei der der zweite Aufstiegsreaktor ein zusätzliches Mittel zur Zufuhr an Katalysator umfasst, das mit dem Regenerierer verbunden ist und unter dem Mittel zur Zufuhr der Beschickung angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei der Mittel zum Abschrecken der Abströme vor dem ersten umschlossenen Raum zur Trennung angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, die zwei Katalysatorregenerierer umfasst, in der der zweite Regenerierer (302) mit dem ersten Mittel zur Zufuhr (309, 101) an Katalysator des ersten Abstiegsreaktors (1) verbunden ist und in der der erste, unter dem Zweiten angeordnete Regenerierer (301) mit dem zweiten umschlossenen Raum (203, 211) zur Trennung und zum Abstreifen verbunden ist.