-
Verfahren und Vorrichtung zur Kontaktbehandlung feinverteilter fester
Teilchen in Reaktionsströmen
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren und
eine vereinfachte Form einer Einkammeranlage zur aufeinanderfolgenden Kontaktbehandlung
unterteilter fester Teilchen in getrennten Kontaktzonen mit verschiedenen fließenden
Strömen von Reaktionsteilnehmern. Insbesondere wird bei dem Verfahren ein erhitzter
und reaktivierter Katalysator in Teilclhenform im Gegenstrom mit einem fließenden
Mittel behandelt, um eine gewünschteUmwandlung hervorzurufen. Gleichzeitig wird
die Regen rast ion verunreinigter Katalysatorteilchen in einem sich abwärts bewegenden
Bett mit einem reaktiven Gasstrom in einer neuartigen Weise bewirkt. Die Berührung
der Katalysatorteilchen mit dem reaktivierenden Gas kann sowohl im Gleichstrom als
auch im Gegenstrom erfolgen.
-
Das Verfahren und die Vorrichtung sind besonders zweckmäßig für die
Durchführung der Umwandlung flüssiger Kohlenwasserstoffe, wie katalytische Krackung,
katalytische Umformung, Dehxdrierung, Dehydrocyclisierung oder Aromatisierung u.
dgl. Das Kontaktmaterial besteht aus einem Katalysator, der die gewünschte Umwandlungsreaktion
fördert. Das Verfahren kann auch mit Vorteil bei anderen Arbeitsweisen mit bewegtem
Teilchenbett, wie Schieferdestillation oder fortlaufende Verkokung von schweren
Kohlenwasserstoffrückständen, benutzt werden. Ferner ist die Erfindung auf eine
verbesserte Arbeitsweise unter Anwendung eines sich ständig senkenden Bettes von
Katalysatorteilchen, das sich durch übereinanderliegende Kontaktzonen erstreckt,
gerichtet. Hierbei
sind Maßnahmen vorgesehen, um einen Fließzustand
oder einen Gasauftrieb der Teilchen von dem unteren Ende der unteren Zone zur Spitze
des sich senkenden Bettes in der oberen Kontaktzone hervorzurufen.
-
Es sind rerschiedenerlei Arbeitsweisen mit bewegtem Bett sowie Anordnungen
und Konstruktionen von Anlagen bekannt, mit denen ein Gegenstrom der fließenden
Reaktionsteilnehmer und Katalysatorteilchen oder auch ein Gegenstrom gasförmiger
und dampfförmiger Ströme und sich senkender Teilchenbetten erreicht wird. Die Erfindung
betrifft jedoch eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer einheitlichen Anlage
mit einer einzigen Kammer und einem Mindestmaß außenliegender Leitungen zur Beförderung
der festen Teilchen sowie mit nur einem Regelventil oder einem Steuermittel zur
Regelung des Arbeitsvorganges. Ferner werden der Fluß und die Berührung der Reaktionsströme
mit den Teilchen aus festem Kontaktmaterial oder Katalysator in solcher Weise bewirkt,
daß nur ein verhältnismäßig kleiner Ouerschnitt für die Kontaktabschnitte erfor(lerlich
ist.
-
Diese Vorteile werden gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der
sauerstoffhaltige Gasstrom in zwei Anteilen in die erste Kontaktzone an entgegengesetzten
Enden eines absinkenden Bettes der festen Teilchen eingeführt, die gas- oder dampfförmigen
Reaktionsprodukte etwa in der Mitte der ersten Kontaktzone abgezogen, die behandelten
festen Teilchen am unteren Ende dieser Zone ausgetragen und in die zweite Kontaktzone
zur Behandlung mit einem die brennbaren Ablagerungen liefernden zweiten Reaktionsstrom
übergeführt werden und der Sauerstoffgehalt des Gasstromes so eingestellt wird,
daß nur ein Teil der brennbaren Stoffe im oberen Teil der ersten Zone und der Rest
der brennbaren Ablagerungen im unteren Teil der ersten Zone verbrannt werden.
-
Bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung
wird ein Reaktionsstrom, der sich entweder in flüssigem oder dampfförmigem Zustand
befinden kann, mit erhitzten feinen Teilchen festen Katalysators oder anderem Kontaktmaterial
vermengt. Der anfallende Mischstrom von dampfförmigen Bestandteilen und suspendierten
Teilchen wandert durch ein Rohr aufwärts, das wiederum aufwärts durch ein beständig
ab steigen des verhältnismäßig kompaktes Bett von Teilchen verläuft und sich über
eine untere Reaktivierungs- und Heizzone und eine obere Reaktionszone erstreckt.
-
Der Reaktionsstrom und die Teilchen werden fortlaufend aus dem Rohr
innerhalb des oberen Teiles der Reaktionszone ausgetragen, und die festen Teilchen
werden auf der Oberfläc'he des absteigenden Bettes absitzen gelassen. Ein Strom
von umgewandeltem Erzeugnis wird fortlaufend aus einem Mittelteil der oberen Reaktionszonae
abgezogen. Das sich senkende Bett behandelter fester Teilchen wird in einem Kanal
aus dem unteren Teil der oberen Reaktionszone durch eine =Gbstreif- und Verschlußzone
geführt, während das Bett von festen Teilchen sidl fortlaufend von letzterer Zone
abwärts durch die untere Reaktivierungszone erstreckt.
-
Ein Strom reaktivierenden Gases wird in geteilten oder verzweigten
Strömen in die Reaktivierungszone in solcher Weise eingeführt, daß zwei Anteile
dieses Mittels in das sich senkende Bett fortlaufend aus entgegengesetzten Richtungen
eintreten und sich in einem mittleren Teil der Reaktivierungszone treffen, Hierbei
wandert jede der zwei Teilmengen durch nur einen Teil des sich senkenden Teilchenbettes
unter Erhitzung und Reaktivierung der Teilchen. Die anfallenden behandelten Gase
werden fortlaufend aus einem Mittelteil des Teilchenbettes und der vorerwähnten
mittleren Partie der Reaktivierungszone abgezogen. Die erhitzten und reaktivierten
Teilchen werden fortlaufend vom unteren Ende der Reaktivierungszone in geregeltem
Fluß ausgetragen, bei sie mit dem vorerwähnten Reaktionsstrom, wie früher dargelegt
wurde. vermengt werden können.
-
Falls der Reaktionsstrom ein Kohlenwasserstoff. wie Gasöl, ist, der
in Gegenwart feinverteilter Katalysatorteilchen gekrackt werden soll, kann der Kohlenwasserstoff
vorerhitzt und im wesentlichen verdampft werden. Statt dessen kann er auch als im
wesentlichen flüssiger Strom mit den erhitzten und regenerierten Katalysatorteilchen
in Berührung treten und dann bei der Berührung mit den heißen Teilchen verdampfen.
-
Bei der oben beschriebenen besonderen Ausführungsform wandert der
mit den heißen Katalysatorteilchen vermengte dampfförmige Strom unter genügend hoher
GeschwindibCkeit zur Erzielung eines Gasauftriebes oder einer laufenden Überführung
der Teilchen in den oberen Teil der oberen Reaktionszone. Der erweiterte obere Teil
der Reaktionszone gestattet eine Geschwindigkeitsverminderung des aufsteigenden
Stromes von Teilchen und Dämpfen, so daß die Teilchen sich abscheiden und auf die
Oberfläche des sich senkenden Bettes fallen. Auch die Dämpfe kehren ihre Fließrichtung
um und wandern abwärts durch den oberen Teil des sich senkenden Teilchenbettes,
um anschließend aus einem mittleren oder unteren Teil der Peaktionszone abgezogen
zu werden. Der Auftrieb der Katalysatorteilchen durch den Dampfstrom sorgt für eine
Berührung zwischen dem Reaktionsstrom und den Katalysatorteilchen. Bei der bevorzugten
Arbeitsweise wandern die Dämpfe jedoch abwärts durch mindestens einen Teil des verhältnismäßig
kompakten, sich senkenden Bettes, um eine weitere Berührung damit zu bewirken, und
werden anschließend unterhalb von dessen Oberfläche in einer mittleren Austragzone
abgezogen. Soweit ein Teil der Umwandlung innerhalb der aufsteigen den Leitung abläuft,
ist auch eine kürzere Berührung innerhalb der höheren Reaktionszone erforderlich,
und es ist möglich, die höhere Kontaktzone kleiner zu halten, als dies andernfalls
nötig sein dürfte.
-
Es ist ein besonderes Merkmal der Erfindung. daß der Luft- oder Regenerationsgasstrom
in mindestens zwei Ströme gespalten wird, die in die Regenerationszone eintreten.
Bei einer besonderen Ausführungsform läßt man einen dieser Ströme an der Spitze
des Regenerators eintreten, damit er im
Gleichstrom mit dem sich
senkenden Bett der Katalysatorteilchen abwärts wandert, während der andere Strom
am unteren Ende in die Regenerationszone eintritt, damit er im Gegenstrom zu dem
sich senkenden Teilchenbett aufsteigt. In dieser Weise wird der Regeneriergasstrom
gespalten, um die Dampfgeschwindigke iten innerh alb des Rege nerators und den Durchmesser
oder Querschnitt der Regenerationsabteilung zu verringern. Mit anderen Worten, es
muß jeder der beiden gasförmigen Ströme nur durch etwa die Hälfte des absteigenden
Teilchenbettes in der Regenerationszone wandern, und es ist nicht notwendig, einen
großen Druckabfall zu haben, der sonst erforderlich sein würde, wenn der ganze Strom
in einer Richtung durch das Bett wandern würde. Dadurch wird die Geschwindigkeit
eines einzelnen Stromes auf die Hälfte verringert und der Druckabfall um ein Vielfaches
gegenüber dem, welchem ein einziger Strom beim Durchgang durch das ganze Bett unterliegen
würde, vermindert. Bei einer Gegenstrombewegung im unteren Teil des Bettes trifft
auch ein praktisch frischer sauerstoShaltiger Strom oder Luftstrom auf die Teilchen
vor ihrer Austragung aus der Regenerationszone, und aus den Katalysatorteilchen
wird praktisch jede Verunreinigung entfernt. Außerdem wirkt der abwärts gerichtete
Druckabfall des oberen Luftteilstromes in der Richtung, daß der untere Teil des
Bettes an Ort und Stelle gehalten und jede Fließbewegung der Teilchen verhindert
wird. die durch einen aufsteigenden Gasstrom bei Fehlen eines absteigenden Stromes
in den oberen Teil des Bettes verursacht werden kann.
-
Entstehende Abgase werden aus einem mittleren Teil der Regenerat
ionszone abgezogen.
-
Innerhalb des verengten oder eingeschnürten Abstreif- und Verschlußabschnittes
zwischen der oberen Reaktions- und der unteren Regenerationszone wird Dampf oder
ein anderes verhältnismäßig inertes Abstreifmittel in solcher Weise eingeführt,
daß die Abstreifung und Entfernung eingeschlossener und adsorbierter Kollenwasserstoffdämpfe'
aus der oberen Zone bewirkt wird. Ferner wird dieses Mittel unter einem Druck eingeführt,
der die Vermengung von Gasen und Dämpfen zwischen den Regenerations- bzw. Reaktionszonen
verhindert.
-
Mit anderen Worten, es wird dasAbstreifmittel oder der Abstreifdampf
unter einem höheren Druck eingeführt, als er innerhalb des unteren Teiles der Reaktionszone
eingehalten wird, so daß ein überwiegender Teil des Abstreifmittels in die Umsetzungszone
aufsteigt. Gleichzeitig wird ein Druck angewandt, der nur einen geringeren Teil
hiervon innerhalb des sich senkenden Teilchenbettes in die Regenerationszone abwärts
wandern läßt.
-
Natürlich ist es notwendig, den Druckabfall zu berücksichtigen, der
durch das gasförmige Abstreifmittel beim Durchgang sowohl aufwärts wie abwärts durch
das Katalysatorbett von der Einführungsstelle in die Abstreif- und Verschlußzone
auftritt. Auch muß die Pumpwirkung der Säule von Katalysatorteilchen bei der Abwärtsbewegung
durch die eingeengte Zone beachtet werden.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Anlage ist die ganze Kontakteinheit
in einer einzigen senkrecht angeordneten Kammer mit einem einzigen zwischengeschalteten
Trennteil angeordnet, der Kegelform hat, von der Kammerinnenwand herabhängt und
sich nach unten zu einem gestreckten Rohrabschnitt verengt. Dieser bildet eine Zone
von kleinerem Querschnitt als der Abstreif- und Verschlußabschnitt, der wiederum
in eine obere Reaktionszone und eine untere Regenerationszone zerfällt. Eine Leitung
oder Offnung für die Austragung der Teilchen, die sich vom unteren Kontaktabschnitt
erstreckt, steht mit dem offenen unteren Ende einer im wesentlichen senkrechten
und oben offenen Steigleitung in Verbindung und ermöglicht dem vermengten Strom
von Reaktionsdämpfen und Teilchen, einen Transport der letzteren in den oberen Teil
der Reaktionszone zu bewirken. Vorzugsweise geht die Steigleitung durch den senkrechten
Mittelteil der Kammer und durch die verengte Abstreifzone. Sie läßt die aufsteigende
Material säule konzentrisch durchtreten.
-
Das bei dem Verfahren nach der Erfindung benutzte Katalysator- oder
Kontaktmaterial liegt vorzugsweise in Form kleiner, im wesentlichen kugelförmiger
Teilchen vor. Unabhängig davon, ob die Teilchen sphärisch oder von anderer Form
sind, ist ihre Größe genügend, daß sie nicht übermäßig zusammengeballt werden, um
einen hohen Druckverlust für die Gasströme zu verursachen, die in Berührung damit
wandern. Ihre Größe jedoch und insbesondere ihre mittlere Dichte sind nicht hoch
genug, um ihre leichte Beförderung durch die Gasauftriebswirkung des strömenden
Reaktionsbestandteiles zu hindern. Zum Beispiel können sphärische Teilchen eines
Krackkatalysators, der vorwiegend aus Kieselsäure und einem oder mehreren Metalloxyden,
wie Tonerde, Zirconerde, Magnesia u. dgl., besteht, eine geeignete Teilchengröße
von etwa 2 bis 5 mm mittlerem Durchmesser haben. Um den Abrieb der Teilchen und
das Vorhandensein erheblicher Mengen feiner pulvriger oder staubförmiger Teilchen
innerhalb des Bettes zu vermeiden, sind die in die Anlage eingebrachten Teilchen
auch vorzugsweise von praktisch gleichmäßiger oder gut abgestufter Größe.
-
Die Erfindung soll nachstehend im einzelnen genauer an Hand derZeichnungbeschrieben
werden.
-
Die Zeichnung gibt schematisch eine vereinfachte Form einer einzelnen
Kontaktkammereinheit wieder, die zur Durchführung des Verfahrens für die Kontaktbehandlung
unterteilter fester Teilchen mit verschiedenen fließenden Reaktionsströmen besonders
geeignet ist.
-
In der Zeichnung ist eine senkrecht angeordnete umschlossene Kammer
I mit einer oberen Reaktionszone2, einer Regenferationszone 3 und einer zwischengeschalteten
Abstreifzone 4 dargestellt. Bei der folgenden Beschreibung der Arbeitsweise des
Verfahrens wird angenommen, daß ein Strom von Gasöl entweder in flüssigem oder in
dampfförmigem Zustand zur Berührung mit einem geeigneten Krackkatlalysator vorzugsweise,
wie oben erwähnt,
in sphärischer Form eingeführt wird. Man läßt
ein verhältnismäßig kompaktes Bett aus letzterem unter der Einwirkung von Schwerkraft
ständig durch jede der übereinanderliegenden Kontaktzonen herabsteigen. Der Kohlenwasserstoffstrom
wird beispielsweise in die Apparateinheit über Leitung 5 und Steuerventil 6 zum
unteren Ende einer senkrecht angeordneten Steigleitung 7 geführt. Der strömende
Reaktionsbestandteil vermengt sich mit den erhitzten Katalysatorteilchen, die fortlaufend
vom unteren Ende der Regenerationszone 3 über die Teilchenaustragsöffnang oder das
Stand rohr 8 mit dem Regelventil 9 abgezogen werden.
-
Wenn der Reaktionsstrom in flüssigem Zustand vorliegt, wird er bei
Berührung mit den heißen Katalysatorteilchen verdampft. Auch wird der Kohlenwasserstoffstrom
mit genügendem Druck und genügender Geschwindigkeit eingeführt, um die Fließendhaltung
und Suspendierung der Katalysatorteilchexr in einem pneumatischen Auftrieb zum oberen
Teil der Reaktionszone2 zu gewährleisten. Bei einem katalytischen Krackvorgang werden
die Katalysatorteilchen innerhalb der Regenerationszonle genügend hoch erhitzt,
um nicht nur nötigenfalls den Reaktionsbestandteil zu verdampfen, sondern außerdem
die endotherme Wärme zur Durchführung der gewünschten Umwandlung des strömenden
Bestandteiles zu liefern, wenn letzterer aufsteigend innerhalb der Reaktionszone
behandelt wird.
-
Der X schstrom von Kohlenwasserstoffdampf und Katalysatorteilchen,
der aus dem oberen offenen Ende der Steigleitung 7 austritt, gelangt vorzugsweise
durch einen sich erweiternden oder vergrößerten Abschnitt 29 und tritt in eine Zone
von großem Querschnitt innerhalb des oberen Teiles der Kontakt- oder Reaktionszone
2 ein. Infolge der sich ergebenden Geschwindigkeitsverminderung des Dampfstromes
können sich die Katalysatorteilchen auf dem oberen Teil des kompakten, sich senkenden
Bettes absetzen, während die Dämpfe gleichfalls ihre Fließrichtung umkehren und
durch den oberen Teil des Katalysatorbettes der Reaktionszone abwärts wandern, um
anschließend in einer Zone von vermindertem Druck durch Hauben Io und gelochte Abzugsleitungen
11 abgeleitet zu werden. Die gelochten Teile 1 1 haben kleine Öffnungen oder sind
in solcher Weise siebartig ausgebildet, daß der Eintritt von Katalysatorteilchen
ausgeschlossen ist.
-
Jede Leitung steht wiederum mit einer Auslaßleitung 12 mit Steuerventil
I3 für das Erzeugnis in Verbindung. Der Strom des Umwandlungsprodukts kann in eine
geeignete Fraktionier- oder Rückgewinnungszone übergeführt werden, die in der Zeichnung
nicht dargestellt ist.
-
Die benutzten und verunreinigten Katalysatorteilchen wandern unter
Einwirkung der Schwerkraft ständig durch die übereinanderliegenden Zonen der Kammer
I abwärts durch einen Kanal vom unteren Teil der Reaktionszone 2 in eine eingeschnürte
Abstreifzone 4 von kleinerem Querschnitt, die mit einer kegelstumpfförmigen Trennwand
14 versehen ist und einen herabhängenden zylindrischen Abschnitt 15 aufweist. Vorzugsweise
wird Dampf oder anderes praktisch inertes gasförmiges Mittel in den unteren Teil
der Abstreifzone 4, z. B. über Leitung 16 und Steuerventil 17 sowie Verteilusngsrillg
oder Anschlußstück IS, eingeführt. Löcher 19 am unteren Ende der Abstreifzone sorgen
für praktisch gleichförmige Einführung des Dampfes bzw. sonstigen Abstreifmittels
am ganzen Umfang der Abstreifzone selbst. Das Abstreifmittel kann dann im Gegenstrom
zu dem absteigenden Teilcbenbett aufsteigen und eine Abstreifung und Entfernung
eingeschlossener und adsorhierter dampfförmiger Produkte bewirken, die mit den absteigenden
Katalysatorteilchen wandern können. Der Dampf und die entfernten dampfförmigen Produkte
werden aus der Umsetzungszone 2 zusammen mit dem Strom des Umwandlungsprodukts über
eine Auslaufleitung 12 abgezogen.
-
Die Abstreifzoneß und deren unterer Teil, der aus dem unteren, durch
die Leitung 20 gebildeten verjüngten Abschnitt besteht, stellt nicht nur eine Zone
für die Vornahme der Abstreifung, sondern auch eine Abschlußzone dar, welche verhindert,
daß die gasförmigen und dampfförmigen Produkte aus der unteren Regenerationszone
3 einerseits und der oberen Umsetzungszone 2 andererseits sich miteinander vermengen.
Wie schon erwähnt, wird der durch die Löc'her I9 in einem beträchtlicheI1 Al>-stand
oberhalb des unteren Endes des Rohrabschnittes 20 eingebrachte Dampf unter einem
Druck eingeführt, der etwas höher ist als der im oberen Teil der Regeneratlionszone
3 und im unteren Teil der Reaktionszone aufrechterhaltene Druck, so daß der Dampffluß
sowohl aufwärts als auch abwärts durch die Abstreif- und Verschlußzone zieht, um
eine V;ermisclhung der Reaktionsströme zu verhindern. Vorzugsweise ist der Druck
in den betreffenden Zonen und an der Einführungsstelle des Abschlußstromes derart,
daß ein überwiegender Teil des Dampfes aufwärts durch die Abstreifzone 4 und nur
ein kleiner oder geringfügiger Teil hiervcn abwärts durch den unteren Teil 20 der
Abstreif- und Verschlußzone streicht. um in den oberen Teil der Regenerationszolle
3 einzutreten.
-
Die Katalysatorteilchen, die eine Ablagerung von Kchle1lstoffr aus
der Berührung mit dem Kohlenwasserstoff tragen, werden dann fortlaufend nach unten
in den. oberen Teil der Regenerationszone 3 geleitet und wandern fortlaufend hierdurch
in verhältnismäßig kompakter Masse zum unteren Ende der Kammer 1. Dort werden sie
anschließend in erhitztem und reaktiviertem Zustand über die Auslaßleitung 8 abgezogen.
-
Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung wird der reaktivierende
Gasstrom, in diesem Fall Sauerstoff oder Luft, sowohl in die oberen als auch in
die unteren Teile des absteigenden Materialbettes innerhalb der Regene rationszone
3 eingeführt. Der Strom des sauerstolh:haltigen Regeneriergases wird mittels Leitung
2I, 22 und 23 mit Ventil 24 und 25 eingeführt, so daß Gas-
menge
und Geschwindigkeit an jedem Ende der Rege}lerationszone eingestellt werden können.
-
Leitung 22 führt in die Kammer I und den oberen Teil der Regenerationszone
3 an einer Stelle oberhalb der Oberfläche des Katalysatorbettes, so daß praktisch
der ganze durch Leitung 22 zugeführte Teil des Regeneriergasstromes durch die Kammer
I und die Regenerierzone 3 im Gleichstrom mit dem absteigenden Bett der Katalysatorteilchen
abwärts wandert. Der Rest des Regeneriergasstromes tritt aus Leitung 23 in das untere
Ende der Regenerierzone 3, und dieser ganze Anteil streicht dann hierdurch im Gegenstrom
zu dem absteigenden Bett von Katalysatorteilchen nach oben. Der auf der Oberseite
des Bettes in die Regenerierzone 3 eintretende Gasstrom wird natürlich so eingestellt,
daß er einen Sauerstoffgehalt hat, der zur völligen Oxydation der kohlenstoffhaltigen
Substanz auf den Katalysatortelilchen nicht ausreicht. Mindestens ein Teil der Kohlenstoffsubstanz
wird jedoch aus den Teilchen herausgebrannt, wenn der Gasstrom sich in dem Bett
im Gleichstrom abwärts durch den oberen Teil des in der Regenerierzone aufrechterhaltenen
Bettes bewegt. Die entstehenden Verbrennungs-und Rauchgase werden mittels geeignet
geschützter und siebartig gelochter Sammeleinrichtungen 26 und Abgasleitung 27 mit
Regelventil 28 abgeführt.
-
Der Sauerstoffgehalt des in den unteren Teil der Regenerierzone 3
eingeführten Gasstromes ist so groß, daß praktisch alle Verunreinigungen auf den
Katalysatorteilchen entfernt werden können und ein praktisch kohlenstofffreier Katalysator
fortlaufend vom unteren Ende der Kammer I abgezogen werden kann. Die Abgase, die
aus der Oxydation und Verbrennung in dem unteren Teil der Kammer stammen, werden
ebenfalls über die Sammelleitungen 26 und die Austragleitung 27 abgezogen.
-
Die Aufteilung des Regeneriergasstromes zwecks Gewinnung sowohl eines
Gleichstromes wie eines Gegenstromes für dasselbe absteigende Katalysatorhett ist
insofern von besonderem Vorteil, da sie gestattet, dem Regenerierabschaitt einen
kleineren Querschnitt zu geben, als er sonst erforderlich sein würde. Mit anderen
Worten, es würde, wenn nur ein einziger Regeneriergasstrom entweder abwärts oder
aufwärts durch ein Katalysatorbett geleitet würde, ein verhältnismäßig großer Querschnitt
erforderlic'h sein, um keine übermäßig großen Druckgefälle innerhalb der Regenerierzone
auftreten zu lassen. Die vorliegende Anordnung-gestattet, daß jeder Teil des Regeneriergasstromes
nur annähernd den halben Weg durch das ganze in der Regenerierzone eingehaltene
Bett zu machen hat. Infolgedessen hat jeder Teil nur die halbe Geschwindigkeit,
wie sie ein äquivalenter einziger Strom hahen würde, und die entstehenden, in jedem
Betteil der Zone 3 auftretenden niedrigeren Druckabfälle sind vielfach kleiner,
als der Druckverlust für einen einzigen, durch das ganze Bett gehenden Strom sein
würde. Auch ist ein Gleichstrom des ganzen sauerstoffhaltigen Stromes mit verunreinigten
Katalysatorteilchen insofern ziemlich unzweckmäßig, als dann gern übermäßige Verbrennung
und Oxydation innerhalb einer umgrenzten Zone auftreten und die entstehenden ungewöhnlich
hohen Temperaturen nachteilig für die Katalysatorteilchen sein können. Im allgemeinen
erscheint es zweckmäßig, zumindest teilweise einen Gegenstrom des Regeneriergasstromes
in bezug auf den Fluß der Katalysatorteilchen einzuhalten, so daß die Katalysatorteilehen
bei ihrem Eintritt in die Regenerierzone in kohlehaltigem und verunreinigtem Zustand
sich in einer Zone von verhältnismäßig niedrigem Sauerstoffgehalt befinden, während
die Teilchen beim anschließenden Absinken in der Regenerierzone mit einem Mindestmaß
von Kohlenstoffablagerung mit dem Regeneriergasstrom vom höchsten Sauerstoffgehalt
in Berührung treten. Die vorliegende Anordnung mit verzweigtem Fluß gestattet die
Regelung des Sauerstoffgehaltes im oberen Teil des Bettes, wo die Teilchen stark
verunreinigt oder verkohlt sind, und gestattet andererseits die Regelung des Oxydationsgrades
und der innerhalb dieser Zone auftretenden Verbrennung, während gleichzeitig ein
frischer sauerstoffhaltiger Strom in den unteren Teil der Kammer und Regenerierzone
3 eingeführt wird. Infolgedessen wird der Kohlenstoffrest praktisch völlig verbrannt
und aus den Katalysatorteilchen entfernt, bevor sie vom unteren Ende der Kammer
über das Standrohr 8 ausgetragen werden.
-
Noch ein anderer Vorteil für die Anordnung mit geteiltem Fluß nach
der Erfindung beruht in der Tatsache, daß verhältnismäßig hohe Gasgeschwindigkeiten
gewünschtenfalls innerhalb der Regenerierzone 3 benutzt werden können, denn sofern
irgendeine Bestrebung entgegen dem Fließzustand infolge des aufwärts gerichteten
Gegenstromes des Gases im unteren Teil der Regenerierzone vorhanden ist, herrscht
dort der entgegengesetzt nach unten gerichtete Druck und Fluß des Regeneriergasstromes
innerhalb des oberen Teiles des sich senkenden Teilchenbettes in Zone 3. Ein derartiger
Einfluß gegen den Fließzustand wird also durch den abwärts gerichteten Druck überwunden.
-
Der nach unten gerichtete Fluß der erhitzten und reaktivierten Katalysatorteilchen
aus der Regenerierzone 3 wird durch das Schieberventil 9 oder ein anderes geeignetes
Regelventil eingestellt. Letzteres ist das einzige Mittel zur Regelung der Kreislaufgeschwindigkeit
der Katalysatorteilchen durch die Apparateinheit. Die Größe der Leitungen und der
Querschnitte der Kontaktzonen regeln wiederum die Fl ießgeschwindigke iten des ununterbrochenen
Bettes aus festem Material, da es sich in Schwerkraftfluß durch alle übereinanderliegenden
Zonen bewegt. Die Gas- und Dampfdrücke der betreffenden Ströme, die jeweils in die
Kontaktzonen eintreten, müssen natürlich so eingestellt werden, daß die auftretenden
Druckgefälle überwunden und daß die gewünschten Berührungszeiten mit den Katalysatorteilchen
in jeder Zone gewährleistet werden.
-
Bei einer kennzeichnenden Ausführungsform, bei der ein kontinuierlicher
Umwandlungsvorgang innerhalb einer Apparateinheit vorgesehen ist, sei
z.
B. angenommen, daß Katalysatorteilchen von 3,2 mm Abmessung und verhältnismäßig
gleichförmiger Größe benutzt werden. Innerhalb des Bettes ist also ein freier Raum
von etwa 35 bis 38-0/0 vorgesehen, wodurch entsprechend niedrigere Druckgefälle
innerhalb der betreffenden Betteile und eine frei fließende Masse von Material erzielt
werden, die sich nicht leicht innerhalb der Kammer zusammenballt. Um einen aus der
Umsetzungszone aufsteigenden Produktstrom bei einem Xberatmosphärendruck von etwa
0,5 bis o,7at und einem Abgasaustrittsstrom bei einem Überdruck von etwa 0,I3 bis
0,2 at sowie geeignete Verweilzeit innerhalb der Einheit zusammen mit zweckmäßigen
Fließgeschwindigkeiten sowohl für das Dampf- und Gasmedium wie auch für die Teilchen
aufrechtzuerhalten, kann der Kohlenwasserstoffstrom in das untere Ende des Steigrohres
7 bei einem ueberdruck von o,gs bis I at eingeführt und durch Wärmeaustausch mit
verschiedenen Produktströmen auf eine Temperatur von ungefähr 315 bis 3450 vorerhitzt
werden.
-
Dieser Reaktionsstrom vermengt sich mit heißen regenerierten Katalysatorteilchen
vom unteren Ende der Regenerierzone, die durch Steigrohr 8 und Steuerventil 9 eintreten,
bei einer Temperatur von ungefähr 565 bis 6200 in ausreichender Menge, um ein vorteilhaftes
Verhältnis von Katalysator zu Öl für die gewünschte Umwandlung zu erhalten. Bei
einer katalytischen Krackmethode kann das Verhältnis vom Katalysator zum 01 in der
Größenordnung von 3 bis 4 kg Katalysator auf 1 kg Öl liegen. Hierbei stellt das
Öl eine vereinigte Einspeisung von Rohölbeschickung und Kreislauföl dar. Das Verhältnis
von Katalysator zu Öl kann aber auch etwa 12 bis 13 kg Katalysator auf I kg 01,
bezogen auf Rohölbeschickung, betragen. Der Gasauftrieb oder der Fließtransport
der Katalysatorteilchen nach oben wird durch das Steigrohr 7, vorzugsweise mit einem
Mindestmaß an Druckabfall, bewirkt, so daß der Druck am oberen Ende der Reaktionskammer
in der Größenordnung von o,g atü liegt.
-
Hervorzuheben ist, daß bei einer zweckmäßigen Ausführung der Anlage
der obere Teil der Steigleitung zu dem Abschnitt 29 erweitert ist, so daß der Förderstrom
des Dampfes an Geschwindigkeit verliert und wiederum tdie Katalysatorteilchen an
Beharrungsvermögen verlieren, ohne daß sie übermäßig hoch über das Ende des Steigrohres
hinaufgeführt werden und so eine längere Fallstrecke bis zur Decke des Bettes haben.
Der obere Teil der Umsetzungszone 2 ist jedoch von solcher Höhe, daß eine weitere
Geschwindigkeitsverminderung des Gasauftriebsstromes zugelassen wird, und diese
Höhe schließt einen unmittelbaren Aufstoß der Teilchen gegen den oberen Kammerteil
oder auch gegen irgendwelche Leitteile aus, während der Verlust an Katalysator durch
Abrieb und Erosion der Teilchen auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.
-
Ein verhältnismäßig dicht zusammengeballtes Katalysatorbett wird innerhalb
der Reaktionszone 2 in einer Tiefe von ungefähr I m auirechterhalten.
-
Die durch das Katalysatorbett abwärts ziehenden Kohlenwssserstoffdämpfe
werden über die Auslaßleitung I2 bei dem gewünschten Überdruck in der Größenordnung
von °,S5 at abgezogen.
-
Die Abstreifzone 4 ist vorzugsweise so gebaut und hat eine genügende
Tiefe von z. B. etwa 2,4 m, daß eine angemessene Abstreifung von Kohlenwasserstoffdämpfen
aus den absinkenden Teilchen sichergestellt wird. Im vorliegenden Beispiel kann
Dampf am unteren Endteil der Abstreifzone über die Verteilerhaube I8 unter einem
Überdruck von ungefähr o,68 bis 0,75 at eingeführt werden. Wo die Abschluß zone
einen kleineren Durchmesser hat, wie er z. B. durch Iden Rohrstutzen 20 gegeben
ist, der eine Länge von ungefähr 1,8 m hat, erhöht sich der Druckverlust für die
Zone von kleinerem Querschnitt, und infolgedessen streicht zweckmäßig der Hauptanteil
des Dampfes durch die Abstreifzone 4, die abgestreiften Kohlenwasserstoffdampf zur
Auslaßleitung 12 führt. Bei Aufrechterhaltung eines Überdruckes im oberen Teil der
Regenerierzone 3 von ungefähr 0,75 at streicht praktisch kein Regeneriergas aufwärts
durch die Abschlußzone innerhalb der Leitung 20, und nur ein geringfügiger Teil
des in die Abstreif- und Abschluß zone eingeführten Dampfes wandert mit dem absinkenden
Bett von Katalysatorteilchen abwärts. Der luft-und sauerstofthaltige Strom für die
Regeneration der Katalysatorteilchen wird über die Leitungen 22 und 23 im oberen
und unteren Teil der'Regenerierzone 3 unter einem Überdruck von ungefähr 0,7 bis
0,75 at eingeführt. Wie schon erwähnt, wandern die geteilten Ströme durch den oberen
Teil der Kontaktzone 3 abwärts und durch den unteren Teil aufwärts zu der mittleren
Abzugsstelle, wie sie durch die Rohre 26 und Auslaßleitung 27 gebildet wird.
-
Die Auslaßleitung 27 befördert das anfallende Abgas unter einem Überdruck
von 0,I3 bis 0,2 at in die Atmosphäre oder zu einem geeigneten Wärmeaustauscher.
Um etwa dieselben Gasgeschwindigkeiten in aufsteigender und absteigen der Richtung
durch die betreffenden Teile des Katalysatorbettes in der Regenerierzone zu erreichen,
kann der Abzug für die Verbrennungsgase in der Größenorldnung von etwa 4,2 m vom
unteren Endteil des Bettes in jener Zone und etwa 3 m vom Boden der Zone entfernt
sein. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird also eine Gesamttiefe des Regenerierbettes
von etwa 7,2 m erhalten. Bei einer bevorzugten Arbeitsweise kann der vom unteren
Ende der Regenerierzone abzuziehende Katalysator auch ein wenig kohlenstoffhaltige
Ablagerungen, z. B. von etwa 0,5 Gewichtsprozent des Katalysators aufweisen, während
der mit dem Kohlenwasserstoffstrom in dem Steigrohr in Berührung stehende und innerhalb
der Reaktionszone befindliche Katalysator in solcher Weise umläuft, daß nur etwa
1 <>/o Kohlenstoff des Katalysatorgewichtes abgelagert wird.
-
Die im vorstehenden gebrachten Angaben über Drücke, Temperaturen,
Bettiefen und andere Arbeitsbedingungen sind nicht im beschränkenden Sinne zu verstehen,
sondern sollen nur andeuten, wie ein fortlaufendes Kreislaufsystem entsprechend
der
Erfindung in einer Einheit mit einer einzigen Kammer aufrechterhalten werden kann
und wie eine zweckmäßige Ausführung geschaffen werden kann, wenn die Kammer I im
wesentlichen gleichbleibenden Durchmesser oder Querschnitt sowohl innerhalb der
Umsetzungs- als auch der Regenerationszone hat. Beispielsweise kann eine Umwandlungseinheit
für einen Durchsatz von 318 m3 Frischölbeschickung je Tag mit einer Ausführungsform
von den angegebenen Bettiefen in den verschiedenen Kontaktzonen unter Benutzung
einer Kammer betrieben werden, deren Durchmesser ungefähr I,7 m beträgt. Für größere
Umwandlungseinheiten kann der Durchmesser oder Querschnitt der Kontaktzone entsprechend
erhöht werden, um ihn den größeren Fließmengen anzupassen, ohne die Druckabfälle
durch die verschiedenen Kontaktzonen übermäßig zu beeinflussen.
-
Was die hier erläuterte Anlage betrifft, so erstreckt sich die Förderleitung
oder Steigleitung 7 vorzugsweise axial oder zentrisch durch die obere und untere
Kontaktzone, so daß die Abstreif- und Verschlußzonen den Katalysator in ringförmigen
Säulen rings um das mittlere Steigrohr abwärts wandern lassen können und einen gleichförmigen
mittelbaren Wärmeaustausch mit jeder Kontaktzone über die ganze Höhe des Steigraumes
schaffen.
-
Bei dem Gegenstand der Erfindung erfolgt der Abzug des Erzeugnisses
aus der Umsetzungszone in deren unterem Teil, und der Abgasabzug wird innerhalb
des mittleren Betteiles in der Regenerationszone vorgenommen. Es ist jedoch nicht
beabsichtigt, die vorteilhafte Ausgestaltung auf irgendeine Form von Abzugseinrichtungen,
Leitungen oder Hauben zu beschränken. Die nach unten offenen Hauben oder gelochten
Leitungen sind nur rein schematisch dargestellt, und andere Gerätformen zur Austragung
der erzeugten Gase und Dämpfe aus dem absinkenden Katalysatorbett, welches die Kontaktbereiche
durchzieht, können in Verbindung mit einer Einzelkammereinheit benutzt werden. Die
Bauteile des mittleren Trenn- und Abstreifabschnittes werden vorzugsweise an ihrem
oberen Umfang gestützt. Das obere Ende der Trennwand 14 ist mit der Innenseite der
Kammerwand I verbunden. Die Steigleitung 7 ist am unteren Ende Ider Kammer I angebracht
und wird von dieser getragen, so daß keine Dehnungsverbindungen zwischen den verschiedenen
Innenteilen der Kammer erforderlich sind. Auch können seitliche Rippen oder ähnliche
Einrichtungen zwischen der Steigleitung und den herabhängenden zylindrischen Abschnitten,
welche die Abstreif- und Abschlußzonen bilden, benutzt werden, damit ein genauer
Abstand und eine genaue Ausrichtung zwischen allen Innenteilen der Einheit erzielt
werden.