DE902729C

DE902729C - Verfahren und Vorrichtung zur Kontaktbehandlung feinverteilter fester Teilchen in Reaktionsstroemen

Info

Publication number: DE902729C
Application number: DEU1394A
Authority: DE
Inventors: Clarence George Gerhold
Original assignee: Universal Oil Products Co
Current assignee: Universal Oil Products Co
Priority date: 1950-11-28
Filing date: 1951-11-06
Publication date: 1954-01-28
Also published as: BE506846A

Description

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.

Claims

PATENTANSPRUCHE: I. Verfahren zur Kontaktbehanzdlung einer Masse unterteilter fester Teilchen nacheinander in getrennten Kontaktzonen mit mehreren Reaktionsströmen, bei dem in eine erste Kontaktzone eingeführte feste Teilchen mit einem sauerstoffhaltigen Gas strom behandelt werden, der die in einer zweiten Kontaktzone auf diesen Teilchen abgelagerten brennbaren Stoffe verbrennt, dadurch gekennzeichnet, 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 fdie 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.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß in der zweiten Kontaktzone ein Kohlenwasserstrom bei erhöhter Temperatur mit festen Katalysatorteilchen unter Bildung kohlenstoffhaltiger Ablagerungen auf den Teilchen behandelt wird, die verunreinigten Teilchen fortlaufend zum oberen Teil der ersten Kontaktzone übergeführt und die dort gereinigten Teilchen fortlaufend vom unteren Ende der ersten Zone in erhitztem Zustand ausgetragen und in die zweite Zone übergeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeqichnet, daß die aus der ersten Kontaktzone ausströmenden Teilchen in dem zweiten Reaktion sgas strom suspendiert werden und die Suspension durch eine in senkrechter Richtung gestreckte Umsetzungszone aufwärts und dann in eine über der ersten Kontaktzone liegende erweiterte Kontaktzone von wesentlich größerem Durchmesser als die Umsetzungszone geführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gas- oder dampfförmigen Umsetzungsprodukte des zweiten Reaktionsstromes in ruder hochliegenden Zone von den festen Teilchen abgetrennt und die festen Teilchen als absinkendes Bett durch deren unteren Teil und durch eine in senkrechter Richtung angeordnete Abstreif- und Abschluß zone auf die Oberfläche des Bettes in der ersten Kontaktzone geführt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in mittlerer Höhe der Abstreif- und Verschlußzone ein gasförmiges Abstreifmittel in solcher Weise eingeführt wird, daß ein Teil hiervon durch das absinkende Bett im oberen Teil Ider Abstreifzone und durch den unteren Teil der hochliegenden Kontaktzone streicht, wobei es sich mit den in dieser Zone abgetrennten Produkten vermischt, während ein anderer Teil des Abstreifmittels durch das absinkende Bett im unteren Teil der Abstreif- und Verschlußzone abwärts wandert und dann in vermischtem Zustand mit einer der Teilmengen des ersten Reaktionsstromes durch das absinkende Bett im oberen Teil der ersten Kontaktzone wandert.
6. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das absinkende Bett als einheitliche, sich ständig zusammenhängend bewrgende Säule aufrechterhalten wird, die sich über den unteren Teil der hoc'hliegenden Kontaktzone erstreckt und in eine langgezogen Abstreif- und Abschlußzone von erheblich kleinerem Querschnitt als die hochliegende und auch die erste Kontaktzone eintritt und durch diese Abstreifzone und die erste Kontaktzone wandert.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strom von festen Teilchen vom Bodenende der zusammenhängen den Säule an einer Stelle unter der tiefsten Einführung des als erster Reaktionsstrom verwendeten sauerstoffhaltigen Gas stromes abgezogen und dann durch eine Leitung von erheblich kleinerem Querschnitt als die erste Kontaktzone und durch eine Fließregelungsvorrichtung für die Teilchen geführt wird, bevor er in dem zweiten Reaktionsgasstrom suspendiert wird.
S. Verfahren nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der gestreckten Umwandlungszone in den oberen Teil der hochliegenden Kontaktzone aufsteigenden gas- oder dampfförmigen Produkte in das absinkende Bett im unteren Teil der hochliegenden Zone geleitet werden und durch einen Teil des absinkenden Bettes wandern, so daß sie mit demjemgen Teil des Abstreiü und Verschlußmittels vermengt werden, der von der Abstreif- und Verschlußzone zur hochliegenden Zone aufsteigt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die anfallende Mischung der gasförmigen Stoffe fortlaufend aus der hochliegenden Zone in mittlerer Höhe des absinkenden Bettes abgezogen und die aus den zwei Teilmengen des ersten Reaktionsstromes stammenden fließenden Reaktionsprodukte miteinander und mit dem Rest des Abstreif- und Verschlußmittels vermengt als getrennter Produktstrom vom mittleren Teil der ersten Kontaktzone abgezogen werden.
IO. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstreif- und Verschlußmittel in die Abstreif- und Verschluß zone unter einem Druck, der höher ist, als der innerhalb des unteren Teiles der hochliegenden Kontaktzone und innerhalb des oberen Teiles der ersten Kontaktzone aufrechterhaltene Druck, und in einer solchen Höhenlage eingeführt wird, daß während des ganzen Betriebes der Hauptteil dieses Mittels durch den oberen Teil der Ab streif-und Verschlußzone aufwärts und ein kleinerer Teil desselben durch den unteren Teil der Verschlußzone abwärts fließt.
II. Vornolitung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I bis IO, gekennzeichnet durch eine in senkrechter Richtung sich erstreckende Kammer, eine von unterhalb des Kammerbodens durch den Hauptteil der Kammer aufragende senkrechte Leitung, die in. ein oberes offenes Ende unterhalb der Kammerdecke ausläuft, durch einen gestreckten Teilchenabzug, der vcm Kammerboden herabhängt und mit seinem unteren Ende in den unteren Teil der senkrechten Leitung einmündet, durch einen Fließmitteleinlaß am unteren Ende der senkrechten Leitung für die Mischung der festen Teilchen mit zudem aufwärts steigenden Fließmittel, durch eine kegelstumpfförmige Trennwand, die am Umfang des mittleren Teiles der Kammer angeordnet ist und die Kammer in einen oberen und einen unteren Kontaktabschnitt unterteilt, durch einen nach oben offenen Leitungsahschnitt, der vom unteren Umfang dieser Trennwand herabhängt und einen in senkrechter Richtung sich in den unteren Kontaktabsdinitt hinein erstreckeniden Verschlußabschnitt bildet, welcher einen rinigförmigen AbstiegsweZg für die Teilchen darstellt und einen wesentlich kleineren Querschnitt als jeder der Kontaktabschnitte hat, durch einen EinIaß für ein Fließmittel zu dem Leitungsabschnitt in einer Höhenlage in wesentlichem Abstand über dem unteren Ende dieses Leitungsabschnittes, durch die Anordnung von Fließmittel'einlässen in oder Nähe der Trennwand und in der Nähe des Kammerbodens, so daß innerhalb des Kopfteiles des unteren Kontaktabschnittes praktisch nur ein Abstieg und innerhalb des Bodenteiles desselben Abschnittes praktisch nur ein Aufstieg von Fließmittel sichergestellt wird, durch eine Fließmittelsammel- und -abzugseinrichtung innerhalb des unteren Kontaktabschnittes in einer ungefähr mittleren Höhe'anlage zwischen den Fließmitteleinlässen, und durch einen Fließmittelauslaß zur Führung des Fließmittels von dieser Abzugs einrichtung aus dem unteren Kontaktabschnitt und der Kammer heraus.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine einzige Flieflinittelsammel-und -abzugseinrichtung innerhalb des oberen Kontaktabschnittes, die in einer Höhe zwischen der Trennwand und dem oberen Ende der senkrechten Leitung angeordnet ist und einen Fließmittelauslaß zur Ableitung des Fließmittels aus der Einrichtung und dem oberen Kontaktabschnitt und der Kammer heraus besitzt.
13. Vorrichtung nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrechte Leitung in der vertikalen Achse der Kammer verläuft, die Trennwand im wesentlichen die Form eines Kegelstumpfes hat, der mit seinem oberen Umfang an der Kammerwand befestigt ist und mit seinem unteren Umfang nach innen und abwärts gegen die senkrechte Leitung gerichtet ist, jedoch im Abstand von dieser liegt, so daß eine Öffnung rings um die senkrechte Leitung für das Absinken der festen Teilchen verbleibt, und der nach oben offene, vom unteren Umfang der Trennwand herabhängende Leitungsabschnitt im wesentlichen zylindrische Gestalt hat und konzentrisch mit der vertikalen Leitung ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelventil für den Teilchenfluß in der Abzugsleitung an einer Stelle zwischen den Einmündungen der Leitung in die Kammer einerseits und in die senkrechte Leitung andererseits angeordnet ist.

Angezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. I 784 536.