DE966223C - Verfahren und Vorrichtung zum katalytischen Cracken von Kohlenwasserstoffen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum katalytischen Cracken von Kohlenwasserstoffen

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Description

AUSGEGEBEN AM 18. JULI 1957
St 9399 IVcf 23b
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur katalytischen Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in niedriger siedende Produkte.
Die katalytische Crackung oder die Umwandlung von Kohlenwasserstoffen wurde lange Zeit zur Verbesserung bestimmter Rohölfraktionen in erwünschtere und wertvollere niedriger siedende Produkte angewandt. Nach diesem Verfahren gewann man hauptsächlich Benzin mit hoher Oktanzahl aus hochsiedenden Kohlenwasserstoffgasölen. Daneben erhält man hierbei jedoch auch andere wertvolle Produkte, wie Isobutan und leichte Olefine, die sich als Rohstoffe für die Alkylierung, Polymerisation, Herstellung synthetischen Kautschuks und für andere chemische Syntheseverfahren eignen. Im allgemeinen bringt man bei der katalytischen. Crackung von Kohlenwasserstoffen ein Kohlenwasserstoffgasöl bei erhöhten Temperaturen mit einem Crackkatalysator in Berührung, so daß die Moleküle des Kohlenwasserstoffes, in niedriger siedende Produkte gespalten werden. In der Crackstufe bildet sich eine bestimmte Menge Koks oder Kohle, die sich auf dem Katalysator abscheidet. Der verbrauchte Katalysator wird durch Wegbre'nnen dieser kohlenstoffhaltigen Abscheidungen regeneriert und kann dann zur weiteren Crackung von Kohlenwasserstoffgasöl wiederbenutzt werden.
In der Industrie werden zur Zeit drei verschiedene katalytische Crackverfahren benutzt. Bei einem dieser Verfahren befindet sich der Katalysa-
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tor in Form von Kügelchen in einer ruhenden Schicht, durch die man so lange das Kohlenwasserstoffgasöl leitet, bis der Katalysator durch Koksabscheidungen entaktiviert ist. Danach stellt man die Zufuhr von Gasöl ab und führt der ruhenden Aufschüttung zur Verbrennung der kohlenstoffhaltigen Abscheidungen auf dem Katalysator Luft zu. Nach dieser Regenerationsbehandlung ist die ruhende Aufschüttung aus dem regenerierten Katalysator für eine weitere Crackstufe bereit.
Bei einem anderen Verfahren führt man den Katalysator in Form von kleinen Körnern oder Kügelchen zwischen einem Reaktions- und einem besonderen Regenerierbehälter kontinuierlich hin und her. Der Katalysator wird im Reaktionsbehälter mit einem Kohlenwasserstoffgasöl in Berührung gebracht, wobei sich niedriger siedende Produkte sowie Koks bilden, der sich auf dem Katalysator abscheidet. Der verbrauchte Katalysator wird in eine besondere Regenerierzone geleitet, in der man ihn durch Berührung mit einem sauerstoffhaltigen Gas unter Verbrennung der kohlenstoffhaltigen Abscheidungen regeneriert. Danach leitet man den regenerierten Katalysator zur Crackung weiteren Gasöls in das Reaktionsgefäß wieder zurück. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß es kontinuierlich ist.
Bei einem weiteren kontinuierlichen Verfahren, das als katalytisches Wirbelschicht-Crackverfahren gekannt ist, wird der Katalysator in Form eines Pulvers angewandt. Dieses Verfahren weist gegenüber den obenerwähnten Crackverfahren verschiedene grundlegende Vorteile auf, z. B. besondere Einfachheit, leichte Regelbarkeit von Beschickung·=- geschwindigkeit, Reaktionsgefäßtemperatur und Katalysatoraktivität sowie bessere Ausnutzung der Wärme aus der Regenerierstufe. Man verwendet hierbei den Katalysator in einer Teilchengröße von etwa ο bis 200 μ, wobei der Hauptgrößenbereich bei etwa 20 bis 100 μ liegt. Bei Aufwirbelung durch gasförmige Medien verhält sich dieser feinkörnige Katalysator ähnlich wie eine Flüssigkeit und Ia1-Bt sich so leicht handhaben. Diesen feinverteilten Katalysator bringt man mit einem Kohlenwasserstoffgasöl in Berührung und führt das Gemisch bei etwa 450 bis 5400 von unten in einen Reaktionsbehälter ein, in dem das Gasöl in niedriger siedende Produkte sowie Koks zersetzt wird, der sich ähnlich wie bei den sonstigen katalytisehen Crackverfahren auf dem Katalysator abscheidet. Das dampfförmige Kohlenwasserstoffgasöl strömt im Reaktionsbehälter mit einer Oberflächengeschwindigkeit von etwa 0,3 bis 0,9 m nach oben und wirbelt dabei den Katalysator auf. Der Katalysator bildet im Unterteil des Reaktions-. behälters eine dichte Wirbelschicht, durch die die dampfförmigen Kohlenwasserstoffe strömen. Über dieser dichten Katalysatorwirbelschicht im Reaktionsbehälter befindet sich eine disperse Phase, die aus den aufwärts steigenden dampfförmigen Kohlenwasserstoff - Umwandlungsprodukten und etwas mitgerissenem Katalysator besteht. Die Kohlenwasserstoffdämpfe werden durch Zyklonabscheider u. dgl. von dem mitgerissenen Katalysator abgetrennt und anschließend in eine Gewinnungsanlage geleitet, in der man die niedriger siedenden dampfförmigen Umwandlungsprodukte gewinnt und in die gewünschten Fraktionen trennt. Eine bestimmte Menge des feinverteilten Katalysators in der dichten Wirbelschicht des Reaktionsbehälters wird kontinuierlich abgezogen und in einen Regenerierbehälter geleitet, in dem man den Katalysator zum Wegbrennen der kohlenstoffhaltigen Abscheidungen mit einem sauerstoffhaltigen Gas zusammenbringt. Das sauerstoffhaltige Gas, normalerweise Luft, wird mit einer Oberflächengeschwindigkeit von etwa 0,3 bis 0,9 m/Sek. durch den feinverteilten Katalysator im Regenerierbehälter gedrückt, der ebenso wie im Reaktionsbehälter in Form einer im unteren Teil des Regenerierbehälters befindlichen dichten Wirbelschicht vorliegt. Die bei der Oxydation im Regenerierbehälter entstehenden .Verbrennungsgase gelangen aus der , dichten Wirbelschicht aufwärts in eine disperse Phase oberhalb der dichten Wirbelschicht. Die hierbei von den Abgasen mitgerissenen kleinen Mengen des Katalysators werden in der dispersen Phase von den den oberen Teil des Regenerierbehälters verlassenden Abgasen abgetrennt und in die dichte Wirbelschicht im Regenerierbehälter zurückgeführt. Eine bestimmte Menge des Katalysators im Regenerierbehälter wird zur Crackung weiteren Gasöls kontinuierlich zurück in den Reaktionsbehälter geführt.
Obwohl der größte Teil des fei'nverteilten Katalysators von den dampfförmigen .niedriger siedenden, den Oberteil des Reaktionsbehälters verlassenden Kohlenwasserstoff-LTmwandlungsprodukten und den den Regenerierbehälter oben verlassenden Abgasen abgetrennt und anschließend in das System zurückgeführt wird, geht doch ein Teil des Katalysators an die Atmosphäre verloren. Dieser verlorene Katalysator wird durch Zusatz von frischem Katalysator zu dem katalytischen Cracksystem ersetzt. Außer dem zum Ersatz der Verluste zugesetzten frischen Katalysator kann man dem System zur Aufrechterlialtung der Aktivität und Selektivität des darin vorhandenen Katalysators auch noch weiteren frischen Katalysator zugeben. Geschieht dies, so zieht man absichtlich eine bestimmte Menge Katalysator aus dem System ab, ■ die derjenigen entspricht, die über die zum Ersatz der Verluste erforderliche Menge hinausgeht. Diesen im Überschuß über die Ersatzmenge zugesetzten Katalysator benötigt man normalerweise, um die Wirksamkeit des gesamten Katalysators unverändert zu halten. Dies geschieht, da die Aktivität und Selektivität der Katalysatorteilchen nach bestimmter Verwendungsdauer im Crack-Regenerier-Kreislauf erheblich zurückgeht. Die in den Crack- und Regenerierzonen herrschenden hohen Temperaturen und Teildrücke des Dampfes verringern nämlich die wirksame Oberfläche des Katalysators. Außerdem wird der Katalysator dabei mit Metallen, wie Eisen, Nickel, Vanadium, Natrium usw., verunreinigt, die durch das Gasöl in das
System eingeschleppt werden. Diese Metallverunreinigungen verringern die Wirksamkeit oder Selektivität des Katalysators beträchtlich und verursachen dadurch eine unerwünschte Zusammen-Setzung der umgewandelten Produktgemische, indem sich unerwünscht viel Koks auf dem Katalysator abscheidet, ein hoher Prozentsatz nicht kondensierbarer Gase (C3 und niedrigere Verbindungen) und dafür entsprechend weniger Benzin
ίο bildet. Die unerwünschte Wirkung dieser Metallverunreinigungen wird durch die Verkleinerung der wirksamen Oberfläche des Katalysators noch gesteigert. Zur Aufrechterhaltung der Wirksamkeit des im System vorhandenen Katalysators setzt man deshalb normalerweise entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich frischen Katalysator im Überschuß über die verlorengegangenen Katalysatormengen zu, um die Selektivität und Aktivität des Katalysators im System wieder zu verbessern.
Da die üblichen Katalysatoren jedoeh verhältnismäßig teuer sind, ist dem Umfang, in dem man sie zufügt, eine wirtschaftliche Grenze gesetzt. Diese wird durch eine Kostengegenüberstellung des Katalysatorzusatzes und des Mehrwertes der durch Zusatz des frischen Katalysators zu erzielenden verbesserten Ausbeuten bestimmt. Darum wäre jede Verbesserung, durch die man zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Katalysatorwirksamkeit mit weniger frischem Katalysator als Ersatz auskommt, oder jede Verbesserung, die den Wert der umgewandelten Kohlenwasserstoffprodukte bei einer bestimmten Geschwindigkeit des Katalysatorersatzes steigert, höchst vorteilhaft. Die vorliegende Erfindung bezweckt die Erreichung dieser erwünschten Ergebnisse.
Ziel der vorliegenden Erfindung sind Verfahren und Vorrichtungen zur Verbesserung der anteilmäßigen Zusammensetzung der Umwandlungsprodukte nach der katalytischen Kohlenwasserstoffcrackung durch Verbesserung der Wirksamkeit des Katalysators bei einer gegebenen Geschwindigkeit des Katalysatorersatzes im Systemunter Verringerung der erforderlichen Menge frischen Katalysators, die man benötigt, um eine bestimmte anteilmäßige Zusammensetzung der Umwandlungsprodukte eines katalytischen Cracksystems zu sichern.
Die Erfindung besteht darin, daß man einen heißen, feinverteilten Katalysator mit einer Teilchengröße von etwa ο bis 200 μ mit einem Kohlenwasserstoffgas in Berührung bringt, dessen Hauptfraktionen zwischen 220 und 6oo° sieden, das erhaltene Gemisch aus feinverteiltem Katalysator und dampfförmigen Kohlenwasserstoffen mit einer Oberflächengeschwindigkeit von mindestens etwa 1,8 m/Sek. im wesentlichen zusammen mit hoher Geschwindigkeit durch eine Umwandlungszone ■nach oben leitet, die entstandenen umgewandelten Kohlenwasserstoffe von dem feinverteilten Katalysator, auf dem sich Koks abgeschieden hat, abtrennt und gewinnt, den zurückbleibenden verbrauchten Katalysator in Luft suspendiert, das erhaltene Gemisch vorzugsweise im Gleichstrom mit einer Oberflächen-Gasgeschwindigkeit von mindestens etwa 1,8 m/Sek. mit hoher Geschwindigkeit in eine Regenerierzone nach oben leitet und die kohlenstoffhaltigen Abscheidungen auf dem feinverteilten Katalysator wegbrennt, die Hauptmenge des heißen regenerierten Katalysators zusammen mit weiterem sauerstoffhaltigem Gas zurück in die Regenerierzone leitet und den Rest davon zur Behandlung weiteren frischen Kohlenwasserstoffgasöls in die Umwandlungszone zurückführt.
Unter den Arbeitsbedingungen nach der Erfindung benötigt man im katalytischen Cracksystem für eine gegebene prozentuale Umwandlung und eine gegebene Gasöl-Beschickungsgeschwindigkeit in das System verhältnismäßig wenig Katalysator im Vergleich zu den üblichen katalytischen Wirbelschicht-Cracksystemen, bei denen sich der Katalysator im Regenerier- und im Reaktionsbehälter in Form einer dichten Wirbelschicht befindet. Dieser geringe Katalysatorbedarf ist teils auf die wirksamere Berührung des Katalysators mit dem öl im Reaktionsbehälter und mit der Luft im Regenerierbehälter und teils darauf zurückzuführen, daß der Katalysator aktiver ist. Diese beiden Gründe wiederum hängen mit den Arbeitsbedingungen und der für das Arbeiten nach vorliegender Erfindung benutzten Vorrichtung zusammen. Nach vorliegender Erfindung verhütet man durch die verhältnismäßig hohe Oberflächengeschwindigkeit in der Umwandlungszone, daß die teilweise gecrackten Produkte wieder nach unten in die Umwandlungszone gelangen, in der sie weiter unter unerwünschter Gas- und Koksbildung gecrackt würden, wie dies bisher bei dem üblichen Cracksystem mit dichter Wirbelschicht der Fall war. Da außerdem der Katalysator und die Kohlenwasserstoffe in der Umwandlungszone annähernd gleich rasch und im gleichen Sinne fließen, ist die Crackung wirksamer und erfordert für einen gegebenen Umwandlungsgrad geringere Mengen Katalysator. Auch die verhältnismäßig hohe Oberflächengeschwindigkeit in der Regenerierzone verursacht einen ähnlichen gleichsinnigen Durchfluß von Katalysator und Luft, so daß der Koks erheblich schneller verbrannt wird und der Katalysator bedeutend kürzer im Regenerierbehälter liegenbleibt und man mit viel weniger davon als bei den üblichen Wirbelschicht-Regenerierbehältern auskommt. Diese höhere Verbrennungsgeschwindigkeit ist hauptsächlich auf die Wirkung des gleichmäßigen Stromes im Regenerierbehälter zurückzuführen, wodurch dort der durchschnittliche Sauerstoffgehalt beträchtlich höher als in üblichen Systemen ist. Im Riegenerierbehälter ist ein solches Sauer Stoffgefälle vorgesehen, daß der Sauerstoffgehalt des zur Verbrennung dienenden Gases am unteren Einlaß des Behälters verhältnismäßig hoch ist. Beim Betrieb eines Regenerierbehälters bis zu einem gegebenen Sauerstoffgehalt im Abgas ist der durchschnittliche Sauerstoffgehalt in dem Behälter wesentlich größer als bei dichten Wirbelschichtsystemen, bei denen der durchschnittliche Sauerstoffgehalt in der
dichten Wirbelschicht etwa derselbe wie in den Abgasen des Behandlungsbehälters ist.
Aus den vorgenannten Gründen erfordert das katalytische Cracksystetn nach vorliegender Erfindung weniger Katalysator als ein übliches, mit dichter Wirbelschicht arbeitendes Crackverfahren bei einer gegebenen Gasölcrackleistung. Da man für das erfindungsgemäße Verfahren weniger Katalysator braucht, kann man bei einer gegebenen Geschwindigkeit der Zugabe von frischem Katalysatorersatz in das System dem Katalysator wirksamer halten. Es wurde gefunden, daß metallische Verunreinigungen, wie Eisen, Nickel, Vanadium, Natrium usw., die Selektivität des Katalysators nachteiliger beeinflussen, wenn der Katalysator eine kleinere Oberfläche besitzt. Es wurde bereits oben festgestellt, daß die Oberfläche des Katalysators während seines Gebrauches im Crack-Umwandlungskreislauf immer kleiner wird. Bei'
ao einer gegebenen Geschwindigkeit der Katalysatorzugabe je. hl Gasölbeschickung -im Cracksystem erhält man darum eine größere Katalysatoroberfläche, auch wenn weniger Katalysator zugegen ist, und infolgedessen läßt sich dann wegen der nachteiligen Wirkung von Metallverunreinigungen auf den Katalysator mit größerer Oberfläche eine bessere Katalysatorselektivität erzielen'. Bei einer gegebenen Umwandlungsstufe ist es deshalb möglich, eine geringere Kohleabscheidung, weniger Gasbildung und eine höhere Ausbeute an Benzin zu erreichen. Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens kann man· den. frischen Katalysator langsamer zu dem System geben, jedoch gleichzeitig eine gegebene anteilmäßige Zusammensetzung der Produkte beibehalten und somit die durch den Zusatz des frischen Katalysators zum System auftretenden Kosten vermindern.
In der Zeichnung bezeichnet die Zahl 10 einen Reaktionsbehälter, der sich zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in niedriger siedende Produkte eignet. Der Reaktionsbehälter 10 ist ein aufrecht stehender langgestreckter Kessel, vorzugsweise mit rundem waagerechtem Querschnitt, der als Förderleitungsbehälter zu bezeichnen ist. Da der Rauminhalt der Kohlenwasserstoffdämpfe bei fortschreitender Crackung etwas zunimmt, ist der Reaktionsbehälter 10 schwach konisch und hat oben einen etwas größeren Durchmesser als unten. Warmer, frisch regenerierter Katalysator wird unten in den Behälter durch die Leitung 11 eingeführt, die in der Zeichnung als U-förmiges Rohr dargestellt ist, dessen Bauart und Betriebsweise in derUSA.-Patentschrift2 589i24 beschrieben wird. Es versteht sich jedoch von selbst, daß bei der Erfindung auch jede andere übliche Einrichtung für die Beförderung feinverteilter Feststoffe von einem Behälter zum anderen anwendbar ist.
Der Katalysator ist fein verteilt und besitzt eine Teilchengröße von etwa 2 bis 200 μ, wobei die Hauptmenge davon eine Teilchengröße von 20 bis 100 μ hat. Der Katalysator kann natürlicher Ton, synthetische Gemische oder Verbindungen von Kieselsäure mit Tonerde oder Magnesia oder von Borsäure mit Tonerde sein. Die Temperatur des heißen, frisch regenerierten Katalysators beträgt etwa 540 bis 6500; einen Teil seiner Eigenwärme benötigt man zur Verdampfung des durch das Rohr 13 in die Leitung 11 eingeführten Kohlenwasserstoffgasöls. Gegebenenfalls kann man das Kohlenwasserstoffgasöl in einem (in der Zeichnung nicht dargestellten) Vorwärmofen auf etwa 420·° vorerwärmen. Die Einführungsgeschwindigkeit des Kohlenwasserstoffgasöls in den Unterteil des Reaktionsbehälters 10 wird durch das Ventil 14 in dem Rohr 13 geregelt. Das Gemisch aus dem regenerierten Katalysator und dem verdampften Kohlenwasserstoffgasöl wird aufwärts durch den Reaktionsbehälter 10 geleitet, in dem der durchschnittliche Druck etwa 0,7 bis 1,8 atü und die Durchschnittstemperatur etwa 450 bis 5400 beträgt. Da die katalytische Crackung endotherm ist, muß man das Katalysator-Gasöl-Gemisch bei höherer als der Durchschnittstemperatur des Reaktionsbehälters einführen. Aus diesem Grunde ist die Temperatur oben in dem Reaktionsbehälter 10 niedriger als unten, da der Katalysator und das öl fast nur in gleicher Richtung, nahezu ohne Abwärtsbewegung, nach oben strömen. Normalerweise besteht innerhalb des Reaktionsgefäßes 10 ein Temperaturgefälle von 15 bis 450. Die Kohlenwasserstoffdämpfe ziehen bei dem Verfahren nach der Erfindung mit einer Oberflächengeschwindigkeit von etwa 1,8 bis 4,3 m/Sek., vorzugsweise von etwa 2,4 bis 3,7 m/Sek. durch den Reaktionsbehälter 10 nach oben. Bei Oberflächengeschwindigkeiten über etwa 4,3 m/Sek. würde die Dichte des Katalysator-Öl-Gemisches so weit zurückgehen, daß die VeTweilzeit für die erforderliche Crackung nicht mehr ausreicht. Andererseits gingen bei Oberflächengeschwindigkeiten unter etwa 1,8 m/Sek. die durch das Arbeiten mit hohen Geschwindigkeiten in den Kesseln erzielten Vorteile verloren, da man sich den Bedingungen der üblichen, mit dichter Wirbelschicht arbeitenden Kessel nähern würde. Auf seinem Weg durch den Reaktionsbehälter 10 wird das verdampfte Kohlenwasserstoffgasöl gecrackt oder in niedriger siedende dampfförmige Produkte umgewandelt, was eine Volumenzunahme zur Folge hat. Um die Oberflächengeschwindigkeit der Kohlenwasserstoffdämpfe in der Umwandlungszone verhältnismäßig gleichmäßig zu halten, nimmt deshalb der Querschnitt des Reaktionsbehälters 10 von unten nach oben ziemlich gleichmäßig zu. Während der Umwandlungsreaktion bildet sich Koks oder Kohle, die sich auf der Oberfläche des feinverteilten Katalysators als kohlenstoffhaltige Abscheidung absetzen und den Katalysator entaktivieren.
Das Gewichtsverhältnis von Katalysator zu öl beträgt bei der Erfindung etwa 4 : 8, vorzugsweise etwa 5:6.
Bei Einhaltung dieser Oberflächengeschwindigkeiten und Katalysator-Öl-Verhältnisse μηά Verwendung eines feinverteilten Katalysators mit einer Teilchengröße von etwa ο bis 200 μ ist die Dichte' des Katalysator-Kohlenwasserstoffdampf-
Gemisches in dem Reaktionsbehälter io niedriger als etwa 0,24 und vorzugsweise etwa 0,08 bis 0,16. Das Verhältnis Gew./Std./Gew. (Gewicht des durchgesetzten Kohlenwasserstoffgasöls in einer Stunde im Verhältnis zum Gewicht des im Reaktionsbehälter 10 befindlichen Katalysators) liegt unter diesen Bedingungen bei etwa 15 bis 25, und die prozentuale Umwandlung (100 minus Prozentsatz der über 2200 siedenden Produkte aus der Umwandlungszone) beträgt etwa 50 bis 65°/o.
Am oberen Ende der Umwandlungszone gelangen der durch die kohlenstoffhaltigen Abscheidungen entaktivierte verbrauchte Katalysator und die niedriger siedenden dampfförmigen Kohlenwasserstoffprodukte aus dem Reaktionsbehälter 10 durch den Zyklonrohabscheider 15 in die erweiterte Abtrennkammer 16. Der Zyklonabscheider 15 besteht aus einem hohlen zylindrischen,Gehäuse mit senkrechter Längsachse und mehreren sich darin radial drehenden Propellerflügeln, die das Katalysator-Kohlenwasserstoffdampf-Gemisch auf seinem Weg von dem Reaktionsbehälter 10 zur Abtrennkammer
16 innerhalb des Zyklonabscheidergehäuses herumwirbeln. Durch die bei dieser Aufwirbelung auftretenden Zentrifugalkräfte werden die Katalysatorteilchen von den Kohlenwasserstoffdämpfen abgetrennt und nach Durchströmen der oberen öffnung des Gehäuses von dem Zyklonabscheider 15 aus tangential nach außen in den Unterteil der Abtrennkammer 16 geschleudert. Die Abtrennkammer 16 befindet sich über dem Reaktionsbehälter 10 und kann gegebenenfalls einen größeren Durchmesser als dieser haben (s. Zeichnung), damit die Oberflächengeschwindigkeit der Kohlenwasserstoffdämpfe in ihr kleiner wird und dadurch die Katalysatorteilchen von den Dämpfen wirksamer abgetrennt werden. Der größte Teil des Katalysators wird durch den Zyklonabscheider 15 von den Kohlenwasserstoffdämpfen abgetrennt; der abgetrennte Katalysator fließt durch das Rohr
17 unten aus der Kammer 16 ab. Notfalls kann man ein aufwirbelndes Gas, z. B. Dampf, unten in die Abtrennkammer 16 einführen, um den Katalysator dort in aufgewirbeltem Zustand zu halten. Eine disperse Phase aus Kohlenwasserstoffdämpfen und einer kleinen. Menge mitgerissenen Katalysators steigt in der Abtrermkammer 16 mit einer Oberflächengeschwindigkeit von weniger als etwa 0,9 m/Sek. nach oben und tritt durch den Einlaß 19 in den Zyklonabscheider 18. Dieser,Abscheider
18 trennt' nahezu allen mitgerissenen Katalysator von den umgewandelten Kohlenwasserstoffdämpfen ab; der abgetrennte Katalysator rieselt durch das Tauchrohr 20 wieder in den unteren Teil von Kammer 16 zurück und: wird ebenfalls durch die Leitung 17 aus der Kammer 16 abgezogen,. Die dampfförmigen Kohlenwasserstoffprodukte verlassen den Zyklonabscheider 18 durch das Auslaßrohr 22 und ziehen in eine Gewinnungsanlage, in der die umgewandelten Produkte gewonnen und in die verschiedenen gewünschten Fraktionen getrennt werden.
Der abgeschiedene verbrauchte Katalysator fließt aus der Trennkammer 16 durch das Rohr 17 abwärts in den Oberteil des Abstreif gefäß es 30 für die disperse Phase. Ein Abstreifgas, z. B. Dampf, tritt durch das Einlaßrohr 31 von unten in das Abstreifgefäß 30 ein. Die Einführungsgeschwindigkeit dieses Abstreifgases wird durch das Ventil 32 in der Rohrleitung 31 geregelt. Normalerweise nimmt man auf 1000 kg Katalysator 2 bis 4 kg Dampf. Der Dampf steigt in dem Abstreifgefäß 30 mit einer Oberflächengeschwindigkeit von etwa 0,3 m/Sek. an den darin befindlichen Prallplatten
33 vorbei nach oben. Der oben in das Abstreifg^fäß 30 eintretende verbrauchte Katalysator sinkt entgegengesetzt zu dem aufwärts steigenden Dampf mit einer Geschwindigkeit von etwa 2440 bis 3420 kg/Min, je m2 der Querschnittsfläche des Ab-Streifgefäßes frei ab und rieselt über die Prallplatten 33, wobei sämtliche noch mitgerissenen Kohlenwasserstoffe von dem verbrauchten Katalysator ausgetrieben werden. Der Abstreifdampf und die so abgestreiften Kohlenwasserstoffe ziehen durch das Reinigungsgefäß 30 nach oben und dann durch die Leitung 21 wieder in die Abtrennkammer 16, aus der die abgestreiften Kohlenwasserstoffe durch den Zyklonabscheider 18 und die Leitung 22 mit in die Kohlenwasserstoffgewinnungsanlage fließen.
Der von den Kohlenwasserstoffen befreite verbrauchte Katalysator verläßt das Abstreifgefäß 30 unten durch die Leitung 34, die aus einem U-förmigen Rohr besteht, dessen Bauart in der USA.-Patentschrift 2589 124 beschrieben ist und dessen anderes Ende unten in den Regenerierbehälter 40 einmündet. In die Leitung 34 wird durch die Leitung 35 ein aufwirbelndes Gas, gewöhnlich Luft, eingeblasen, dessen Eintrittsgeschwindigkeit durch das Ventil 36 in der Leitung 35 regelbar ist.
Der Zustrom des Katalysators in den Regenerierbehälter 40 wird durch Drosselung der aus der Leitung 35 in die Leitung 34 eintretenden Luftmenge geregelt. Die Geschwindigkeit, mit der der verbrauchte Katalysator aus dem Abstreifgefäß 30 durch die Leitung 34 in den Regenerierbehälter 40 fließt, wird so eingestellt, daß der Katalysator in dem Abstreifgefäß 30 in disperser Phase vorliegt und seine Verweilzeit in diesem Gefäß so vermin- ii> dert wird. Die" untere Grenze dieser dispersen Phase in der Leitung 34 wird in der Zeichnung mit L bezeichnet. Die Lage dieser Grenze L wird dabei durch das aus der Leitung 35 in die Leitung
34 eintretende Aufwirbelungsgas geregelt, wobei sich L immer oberhalb des Punktes befindet, an dem das Rohr 35 in das Rohr 34 einmündet.
Wie später noch ausführlicher beschrieben wird, führt man außer dem durch die Leitung 34 unten in den Regenerierbehälter 40 zufließenden ver- iao brauchten Katalysator noch eine größere Menge des heißen, regenerierten Katalysators aus dem Oberteil desselben Behälters durch das Rohr 41 wieder unten in den Behälter 40 ein. Der Regenerierbehälter 40 ist ebenso wie der Reaktionsbehäl- ter 10 ein enger, aufrecht stehender Kessel von vor-
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'zugsweise kreisförmigem Querschnitt und vorzugsweise etwa ebenso hoch wie der Reaktionsbehälter io. Man kann diesen Regenerierbehälter 40 auch als Förderleitungs-Regenerierbehälter bezeichnen.
Außerhalb des Bodens des Regenerierbehälters 40 befindet sich ein Hilfsheizkessel 42, dessen oberes Ende mit dem Boden des Regenerierbehälters 40 in Verbindung steht. Der Heizkessel 42 wird normalerweise nur bei Inbetriebnahme des Systems zur Lieferung der für den Anfang erforderlichen Wärme in Tätigkeit gesetzt. Bei Auinahme des Betriebes führt man einen Brennstoff durch die Leitung 43 in den Heizkessel 42 mit einer Geschwindigkeit ein, die durch das Ventil 44 in der Leitung 43 geregelt wird. Ferner erhält der Heizkessel 42 aus der Leitung 45 ein sauerstoff haltiges Gas, normalerweise Luft, dessen Eintrittsgeschwindigkeit in den. Heizkessel 42 durch das Ventil 46 in der Leitung 45 geregelt wird. Gegebenenfalls kann man die Verbrennung dieses Brennstoffes auch während des normalen Betriebes des Regenerierbehälters 40 fortsetzen., um diesen mit zusätzlicher Wärme zu beliefern; gewöhnlich bleibt jedoch das Ventil 44 während des normalen Betriebes des Regenerierbehälters 40 geschlossen, so daß kein Brennstoff in den Heizkessel 42 gelangt. Die Luftzufuhr durch die Leitung 45 jedoch bleibt während des normalen Betriebes offen, da der größte Teil der für die Arbeit des Regenerierbehälters 40 benötigten Luft durch diese Leitung zufließt. So strömt also Luft aus der Leitung 45 durch den Heizkessel 42 in·· den Unterteil des Regenerierbehälters 40.
Das Gemisch aus feinverteiltem Katalysator und Luft durchströmt den Regenerierbehälter 40 mit einer Oberflächengeschwindigkeit von etwa i,8 bis 4,3 m/Sek., vorzugsweise etwa 2,4 bic 3,7 m/Sek., in Richtung nach oben. Da die Regeneration exotherm verläuft, ist die Temperatur im Regenerierbehälter 40 oben höher als unten. Die Durchschnittstemperatur im Regetierierbehälter liegt bei etwa 540 bis 6500, bei einem Temperaturgefälle von etwa 28 bis 550 vom oberen zum unteren Ende des Behälters. Der durchschnittliche Druck in dem Behälter 40 ist niedriger als in dem Reaktionsbehälter 10 und beträgt etwa 0,35 bis 1 atü, während die Dichte des Katalysator-Luft-Gemisches weniger als etwa 0,24 beträgt, vorzugsweise etwa 0,1 bis 0,16. Die Zufuhr von Luft und Katalysator wird so eingestellt, daß man zur Verminderung des Kohlenstoffgehaltes in dem regenerierten Katalysator bis auf etwa 0,5 Gewichtsprozent unter Einhaltung eines Sauer stoffgehaltes von etwa 1 MoI-prozent in den Abgasen den Kohlenstoff im Regenerierbehälter 40 mit einer Geschwindigkeit von etwa 40 bis 50 kg Kohlenstoff stündlich je kg der dauernd vorhandenen Kohlenstoff menge wegbrennt. Die Luft und der Katalysator durchströmen den Regenerierbehälter 40 nach oben etwa gleich rasch. Wenn man die Arbeitsbedingungen nach vorliegender Erfindung wählt, kann man den Katalysator im Vergleich zu dem üblichen, mit dichter Wirbelschicht arbeitenden Regenerierverfahren wesentlich schneller regenerieren. Dies ist hauptsächlich auf das beträchtliche im Regenerierbehälter 40 bestehende Sauerstoffgefälle zurückzuführen; jedoch tragen auch die höhere Geschwindigkeit und die bessere Katalysatorbeschaffenheit nach der Erfindung etwas zu der höheren Verbrennungsgeschwindigkeit bei. Wenn z. B. die Abgase bis zu etwa 2 %> Sauerstoff enthalten, beträgt die durchschnittliche Sauerstoffkonzentration im Regenerierbehälter 40 8,1%, ist also etwa viermal höher als in einem üblichen, mit einer dichten Wirbelschicht arbeitenden Regenerierbehälter, der ebenfalls bis-zu einem Sauerstoffgehalt von 2% in den Abgasen betrieben wird, weil ja der Sauerstoffgehalt der üblichen dichten Wirbelschicht notwendigerweise etwa derselbe wie derjenige der Abgase ist. Infolge der wesentlich höheren Kohleverbrennungsgeschwindigkeit in dem Regenerierbehälter-40 gegenüber derjenigen in den üblichen Regenerierbehältern kann man die im Regenerierbehälter .dauernd vorhandene Katalysatormenge beträchtlich kleiner halten.
Der heiße, regenerierte Katalysator und die bei der Verbrennung in dem Regenerierbehälter 40 entstehenden Abgase ziehen oben aus dem Regenerierbehälter 40 in die darüberliegende Trennkammer 47. Auf seinem Weg von dem Regenerierbehälter 40 in die Trennkammer 47 muß das Katalysatorgemisch den Zyklonrohabscheider 48 durchstreichen, der von ähnlicher Bauart wie der Zyklonabscheider 15 über dem Reaktionsbehälter 10 ist. Der größte Teil des im Gemisch mit den Abgasen vorliegenden Katalysators wird von den Abgasen getrennt und tangential nach außen in den Unterteil der Trernnkammer 47 geschleudert, von der aus man ihn durch die Leitung 49 abzieht. Gegebenenfalls kann man in den Unterteil der Trennkammer 47 ein aufwirbelndes Gas, z. B. Luft, einführen, um den Katalysator in aufgewirbeltem Zustand zu halten. Die noch eine kleine Menge mitgerissenen Katalysators enthaltenden Abgase strömen nun mit einer Oberflächengeschwindigkeit von weniger als etwa 0,9 m/Sek. in der erweiterten Trennkammer 47 nach oben und treten durch den Einlaß 51 in den Zyklonabscheider 50 ein. Die hierbei mitgerissenen Katalysatorteilchen trennen sich hier von den Gasen, und fließen durch das Rohr 52 in den Unterteil der Trennkammer 47 zurück. Die heißen Abgase verlassen, den, Oberteil der Trennkammer 47 und den Zyklonabscheider 50 durch die Auslaßleitung 53, in der ein Ventil 54 zur Regulierung des Druckes in der Trennkammer 47 vorgesehen ist. Die Abgase oder gasförmigen Verbrennungsprodukte können gleich ins Freie entweichen, oder man leitet sie zur Ausnutzung eines erheblichen Teils ihrer Eigenwärme erst noch durch eine Wärmeaustauschvorrichtung. Gegebenenfalls kann man an Stelle des einen Zyklonabscheiders 50 mehrere davon hintereinander anordnen, um den Katalysator noch wirksamer von den Gasen abzutrennen. Ferner können sich der oder die Zyklonabscheider auch außerhalb der Trennkammer 47 befinden. In entsprechender Weise kann man auch
bei der Anordnung der Trennkammer 16 über dem Reaktionsbehälter iq verfahren.
Der heiße regenerierte Katalysator fließt durch die Leitung 49 aus der Trennkammer 47 ab und fällt im den Vorratsbehälter 60, durch dessen Boden der Schacht 6·ΐ herausragt, dessen unteres Ende mit der Leitung 41 in Verbindung steht. Der Schacht 61 hat einen größeren Durchmesser als die Leitung 41, jedoch einen viel kleineren als der Vorratsbehälter 60, in dem er sich so außermittig nahe der Wandung befindet, daß er nicht unterhalb des Einlasses der Leitung 49 in den Behälter 60 liegt. Der obere Teil des Schachtes 61 ist vorzugsweise zylindrisch und an seinem zwischen dem oberen und unteren Ende des Vorratsbehälters 60 liegenden oberen Ende offen. Der Oberteil der zylindrischen Zone des Schachtes 61 hat mehrere in Abständen voneinander liegende Schlitze 63 zum Ablauf des Katalysators in den Schacht hinein.
so Mit dem Unterteil des Vorratsbehälter 60 steht noch die Leitung 11 in Verbindung; sie dient zum Abziehen eines Teils des heißen regenerierten Katalysators aus dem Vorratsbehälter 60 in den Reaktionsbehälter 10. Der im Überschuß gegenüber dem Kätalysatorrücklauf nach dem Reaktionsgefäß 10 hin vorhandene Katalysator läuft durch die Schlitze 63 in dem Schacht 61 über und fließt abwärts in die Leitung 41, die aus einem U-förmigen Rohr von der in der USA.-Patentschrift 2 589 124 beschriebenen Art besteht. Der Durchfluß des Katalysators durch das Rohr 41 hindurch hängt von der in letzteres aus dem Rohr 65 eintretenden Menge eines aufwirbelnden Gases ab, wobei zur Regelung von dessen Zutrittsgeschwindigkeit ein Ventil 66 vorgesehen ist. Der Katalysator wird in der Leitung 41 durch Regulierung der durch das Rohr 65 eintretenden Menge aufwirbekkden Gases in Höhe des Niveaus L' gehalten. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß man an Stelle der in der Zeichnung dargestellten Leitungen 34 und 41 auch jede andere übliche Vorrichtung zum Fördern feinverteilter Feststoffe aus einem Kessel in den anderen verwenden kann. Wenn man eine bestimmte Menge des Katalysators in den Regenerierbehälter 40 zurückleitet, kann man eine kleinere Menge Koks oder Kohle von diesem im Kreislauf geführten Katalysator wegbrennen. Der Hauptgrund für die Rückführung' eines Teils des regenerierten Katalysators nach dem Regenierierbehälter 40 ist jedoch die Aufrechterhaltung der richtigen Temperatur in letzterem, derart, daß dort durch Ausnutzung des hohen Wärmeinhalts des umlaufenden Katalysators die nötige hohe durchschnittliche Verbrennungstemperatur beibehalten wird. Um dies zu erreichen, ist ein Kreislauf mit einem Verhältnis des umlaufenden zum verbrauchten Katalysator wie etwa 1 : 1 bis 4 : ι und vorzugsweise etwa wie 3 : 1 erforderlich. Deshalb führt man mindestens etwa 50% des abgetrennten regenerierten Katalysators nach dem Regenerierbehälter 40 zurück.
Die Zahl 70 bezeichnet einen Vorratsbehälter für ■frischen Katalysator, der durch die mit einem Ventil 72 versehene Zuleitung 71 in den Vorratsbehälter 70 eingeführt wird. Zur Zugabe von frischem Katalysator in das katalytische Cracksystem leitet man ein aufwirbelndes Gas, z. B. Luft, durch die Leitung 73 von unten her in den Vorratsbehälter 70 und reguliert die Eintrittsgeschwindigkeit dieses Gases durch das Ventil 74. Das aufwirbelnde Gas wirbelt den Katalysator so weit auf, daß er leicht aus dem Vorratsbehälter 70 fließen kann. Nun öffnet man das Ventil yy in der Leitung 76, um durch sieden frischen Katalysator in die Leitung 78 herabfließen zu lassen. Durch die Leitung 79 und das zugehörige Drosselventil 80 in das Rohr 78 eingeführte Luft läßt den frischen Katalysator durch das Rohr 78 in die Leitung 65 fließen und schließlich durch die Leitung 41 in den Regenerierbehälter 40. Den frischen Katalysator kann man je nach den Arbeitsbedingungen bei der Crackung kontinuierlich oder diskontinuierlich zusetzen.
Normalerweise geht eine kleine Menge Katalysator bei der katalytischen Crackung verloren; sie entweicht hauptsächlich mit den Abgasen des Systems aus dem Regenerierbehälter. In bestimmten Fällen setzt man dem katalytischen. Cracksystem nur eine dem Verlust entsprechende Menge frischen Katalysators zu. Normalerweise ist es jedoch zur Aufrechterhaltung genügender katalytischer Wirksamkeit des in dem katalytischen Cracksystem vorhandenen Katalysators erwünscht, noch zusätzlichen frischen Katalysator im Überschuß über die zum Ausgleich der Verluste benötigte gs Menge zuzuführen. Nach einer bestimmten Gebrauchsdauer eines Katalysators in dem System, während deren er lange hohen Temperaturen ausgesetzt wird, nimmt die wirksame Oberfläche der Katalysatorteilchen ab, was eine geringere Aktivitat und Selektivität des Katalysators bei der Crackung zur Folge hat. Außerdem reichern sich in dem Katalysator gewisse unerwünschte Metallverunreinigungen an, z. B. Eisen, Vanadium, Nickel, Natrium usw., die die Wirksamkeit und Selektivität des Katalysators ebenfalls nachteilig beeinflussen. Außer der gewöhnliehen ungünstigen Wirkung dieser Metallverunreinigungen auf den Crackvorgang zeigte sich noch, daß diese Metalle für einen Katalysator mit kleiner Oberfläche sogar n0 noch schädlicher sind. Um den vorhandenen Katalysator hinreichend wirksam und selektiv zu halten, führt man darum normalerweise eine bestimmte Menge frischen Katalysator im Überschuß über die zum Ausgleich der Verluste benötigte Menge zu und zieht eine entsprechende Menge aus dem Cracksystem ab. Diesen Katalysator kann man aus der Leitung 34 durch die Leitung 80 mit dem Absperrventil 81 abziehen.
Das folgende Beispiel dient zur näheren Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Ein auf etwa 355° vorgewärmtes Kohlenwasserstoffgasöl wird mit einer Geschwindigkeit von 19 000 hl täglich durch die Leitung 13 in die Leitung n eingeführt. Dieses Kohlenwasserstoffgasöl siedet von 325 bis 5650 und besitzt eine Dichte von 0,9218. Frisch
regenerierten, etwa 6200 warmen Katalysator bringt man mit einer Geschwindigkeit von 6,3 t/Min, mit dem Kohlenwasserstoffgasöl in der Leitung 11 in Berührung und führt das entstehende Gemisch von unten in. den Reaktionsbehälter 10 ein. Der Katalysator besteht zu i2°/o aus Kieselsäure und zu 88% aus Tonerde und besitzt in frischem Zustand eine Teilchengröße von 20 bis 100 μ sowie ursprünglich eine Oberfläche von etwa 550 m2/g. Die durchschnittliche Temperatur im Reaktionsbehälter 10 beträgt etwa 4900 und der durchschnittliche Druck etwa 0,84 atü. Im Unterteil des Reaktionsbehälters 10 ist der· Druck etwa 0,91, im Oberteil etwa 0,77 atü. Die Oberflächengeschwindigkeit der Kohlenwa'sserstoffdämpfe in dem Reaktionsbehälter 10 wird auf etwa 3 m/Sek. gehalten, und die Dichte des Katalysator-Kohlenwasserstoff-Gemisches beträgt durchschnittlich etwa 0,093. Unier diesen Arbeitsbedingungen ist
ao das Verhältnis von Katalysator zu öl etwa wie 5 :6 und das Durchsatzverhältnis Gew./Std./Gew. etwa 21,4, so daß die im Reaktionsbehälter 10" befindliche Menge Katalysator etwa 3,4 Tonnen beträgt. Der Reaktionsbehälter 10 ist etwa 16,7 m hoch und hat einen Innendurchmesser von etwa 1,7 m. Etwa 55 Volumprozent der frischen Gasölbeschickung werden zu unter 2200 siedenden Kohlenwasserstoffen und Koks gecrackt, der sich auf dem Katalysator niederschlägt.. Etwa 4 Gewichtsprozent der frischen Beschickung werden in Koks umgewandelt, was etwa 1,22% Kohle, bezogen auf den verbrauchten Katalysator, entspricht. Das erhaltene Gemisch aus verbrauchtem Katalysator und Dämpfen umgewandelter, niedrigersiedender Kohlenwasserstoffe wird sodann aus dem Reaktionsbehälter 10 durch den Zyklonabscheider 15 in die Trennkammer 16 geleitet, in der die Oberflächengeschwindigkeit der Dämpfe auf etwa 0,6 m/Sek. und der Druck auf etwa 0,7 atü zurück-
geht. Die Trennkammer 16 hat etwa 3,6 m Durchmesser und etwa 7 m Höhe. Etwa 7 t Katalysator in der Minute werden durch die Zyklonabscheider 15 und 18 von den Kohlenwasserstoff dämpfen abgetrennt; der abgetrennte Katalysator fließt· aus der Trennkammer 16 durch die Leitung 17 abwärts und fällt frei in das Abstreifgefäß 30.
Etwa 3 kg Dampf auf 1000 kg Katalysator oder etwa 1140 kg Dampf stündlich in diesem Beispiel werden durch die Leitung 31 von unten in das Abstreif gefäß 30 eingeführt. Der Abstreif dampf und die ausgetriebenen Kohlenwasserstoffdämpfe steigen mit einer Oberflächengeschwindigkeit von etwa 0,3 m/Sek. aufwärts durch das Abstreifgefäß 30 und von dort durch die Leitung 21 in die Trennkammer 16. Der Katalysator fließt durch das Abstreifgefäß 30 mit einer Geschwindigkeit von etwa 3000 kg/Min, je m2 von dessen Querschnitt. Das Abstreif gefäß 30 hat etwa 1,7 m Durchmesser und etwa 7,3 m Höhe.
Etwa 6,3 t/Min, des von den Kohlenwasserstoffen befreiten verbrauchten Katalysators fließen aus dem Abstreifgefäß 30 durch die Leitung 34 in den Unterteil des Regenerferbehälters 40. Weitere 19 t regenerierter Katalysator je Minute werden noch durch die Leitung 41 unten in den Regenerier- 65, behälter 40 eingeführt. Die beiden Katalysatorströme werden mit insgesamt etwa 470 m3 Luft in der Minute zusammengebracht, die aus den. Leitungen 35, 65 und 45 durch die Leitungen 34 und 41 und den Heizkessel 42 in den Regenerierbehäl- 70· ter 40 eintritt. Unten im Regenerierbehälter 40 beträgt die Temperatur etwa 5900 und der Druck etwa 0,78 atü, oben etwa 6200 und der Druck etwa 0,58 atü, während die Durchschnittstemperatur etwa 605 ° und der Durchschnittsdruck etwa 0,67 atü ist. Die Oberflächengeschwindigkeit des Gases aufwärts durch den Regenerierbehälter 40 beträgt etwa 3 m/Sek., und die durchschnittliche Dichte der Suspension ist etwa 0,12. Unter diesen Arbeitsbedingungen, wobei die Abgase aus dem Regenerierbehälter 1 Molprpzent Sauerstoff enthalten und der regenerierte, zum Reaktionsbehälter 10 zurückströmende Katalysator noch etwa 0,5% Kohlenstoff, werden stündlich etwa insgesamt 44 kg.Kohle auf 1 kg dauernd im Regenerierbehälter 40 liegender Kohle weggebrannt, was in diesem Beispiel einer Gesamtmenge von etwa 2720 kg Kohle stündlich entspricht. Unter diesen Arbeitsbedingungen beträgt die Menge des im Regenerierbehälter 40 befindlichen Katalysators etwa 10,5 t. go Der Regenerierbehälter 40 hat etwa 2,6 m Durchmesser und 16,4 m Höhe.
Das Gemisch aus Abgasen und Katalysator gelangt aus dem Regenerierbehälter 40 durch den Zyklonabscheider 48 in die Trennkammer 47, wobei nahezu aller Katalysator in dem Zyklonabscheider 48 und 50 von den Abgasen abgetrennt wird. Die Oberflächengeschwindigkeit der Abgase in der Trennkammer 47 beträgt etwa 0,76 m/Sek. und der Druck etwa 0,5 atü. Die Trennkammer 47 hat etwa 5,2 m Durchmesser und 10,6 m Höhe. In der Minute fließen etwa 25,3 t des abgetrennten regenerierten Katalysators aus der Trennkammer 47 durch die Leitung 49 nach dem Katalysatorvorratsbehälter 60. Der zylindrische Teil dieses Behälters 60 hat etwa 2,4 m Durchmesser, die Gesamthöhe des Behälters beträgt etwa 3,6 m. In der Minute werden etwa 6,3 t Katalysator mit etwa 0,5 % Kohlegehalt durch die Leitung 11 unten, aus dem Vorratsbehälter 60 abgezogen und in den Reaktionsbehälter 10 geleitet. Die übrigen 19 t Katalysator in der Minute laufen in den Schacht 61 über, fallen in die Leitung 41 und werden, in den Unterteil des Regenerierbehälters 40 zurückgeführt.
Außer den in den Reaktions- und Regenerierbehältern 10 und 40 dauernd befindlichen Katalysatormengen von etwa 3,1 und 10,51 hält man weitere 13,5 t in dem Vorratsbehälter 60 und den anderen Leitungen im System, so daß das gesamte System eine Menge von etwa 27 t Katalysator enthält. Etwa 170 g frischer Katalysator je hl der Gasölbeschickung werden laufend aus dem Vorratsbehälter 70 abgezogen und durch die Leitungen 76, 78, 65 und 41 dem erfmdungsgemäßen katalytischen Cracksystem zugeführt. Auf diese Weise werden dem eigentlichen System täglich etwa 3,25 t
frischer Katalysator zugesetzt, was etwa I2%> der gesamten Menge des im System umlaufenden Katalysators ausmacht.
Zur Erläuterung der Vorteile der vorliegenden Erfindung folgt anschließend ein Vergleich zwischen dem soeben beschriebenen besonderen Beispiel nach vorliegender Erfindung und einer üblichen, mit dichter Wirbelschicht arbeitenden katalytischen Crackung;
Arbeitsbedingungen: Übliches, Erfindungs
gemäßes
System
Gasölbeschickungs- mit dichter
Wirbel
schicht
arbeitendes
15 geschwindigkeit, hl/Tag System
Katalysatormenge, t
Zusatz von frischem Kata 19 000,0
lysator, g/hl Gasöl 19 000,0 27,0
ao oder t/Taer 108,0
oder % der im System 170,0
befindlichen Gesamt 170,0 3 21?
menge/Tag λ 2S
Oberflächengeschwindig-
35 keit, m/Sek 12,0
O2 in den entweichenden 3,0
Abgasen, % 3,0
verbrannte Kohle/Stunde/ 0,76
kg im Regenerierbehälter 1,0
30 befindl. Katalysator, kg 2,0
Katalysatoreigenschaften:
Oberfläche, m2/g 44,0
Kohlenwasserstoff 16,0
35 ausbeuten : 200,0
Kohle, Gewichtsprozent .. 120,0
Nichtkondensierbare Gase,
Gewichtsprozent 4,00
Wasserstoff im Koks, 4,67
Gewichtsprozent 7.35
Gesamtmenge Koks und 8,00
nichtkondensierte Gase, 0,40
Gewichtsprozent o,47
45 Umwandlung,
Volumprozent 11.75
13,14
55,o
55,o
Die hier unter Katalysatoreigensdhaften angebenen Werte gelten für die in den Systemen vorhandenen Katalysatormengen. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß der den beiden Systemen zugesetzte frische Katalysator genau derselbe war und die gleiche Zusammensetzung und Teilchengröße, Oberfläche usw. besaß. Außerdem ist festzustellen, daß die Oberfläche des in dem erfindungsgemäßen System benutzten Katalysators wesentlich größer ist. Deshalb benötigt man im letzteren für eine gegebene ölbeschickungsgeschwindigkeit eine kleinere Katalysatormenge, und zwar deshalb, weil nach vorliegender Erfindung die Berührung des Katalysators mit den Gasen und Dämpfen im Reaktionsgefäß und Regeneriergefäß besser ist. So ist es z. B. bei einer gegebenen Geschwindigkeit des Katalysatorersatzes in t/Tag möglich, den Katalysator bei dem erfindungsgemäßen System dauernd wirksamer zu halten als bei den üblichen, mit einer dichten Wirbelschicht arbeitenden Verfahren.
Weiterhin' geht aus der vorstehenden Tabelle hervor, daß bei dem Verfahren nach vorliegender Erfindung bei einer gegebenen Umwandlungsstufe weniger nicht kondensierbare Gase und Koks entstehen. Diese geringere Gas- und Koksbildung ergibt eine um 1,74 Volumprozent höhere Ausbeute an Benziiifraktionen mit 4 C-Atomen bis zur Siedegrenze von 220°. Die günstigeren anteilsmäßigen Zusammensetzungen der Produktfraktionen beim Arbeiten nach vorliegender Erfindung sind auf die erfindungsgemäße Verbesserung der Katalysatorwirkung zurückzuführen:. Selbstverständlich läßt sich der durch die vorliegende Erfindung gewonnene Vorteil der höheren Katalysatorwirksamkeit auch in anderer Weise ausnutzen, nämlich zur Verminderung der Menge des Zusatzes an frischem Katalysator. Infolgedessen liegt die Bedeutung dler vorliegenden Erfindung entweder in einer Verbesserung der Produktzusammensetzung oder in einer Ersparnis an Zusatz von frischem Katalysator oder auch in einer gleichzeitigen Ausnutzung dieser beiden Vorteile.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE:
    i. Verfahren zum katalytischen Cracken von Kohlenwasserstoffen, durch Berührung mit einem heißen feinverteilten Katalysator in einer Umwandlungszone und Überführen des mit kohlenstoffhaltigem Material verunreinigten Katalysators in· eine Regenerationszone, in der der Kohleristoff abgebrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch aus dem Katalysator und den Kohlenwasserstoffen mit einer Oberflächengeschwindigkeit von mindestens etwa 1,8 bis 4,2 m/Sek. aufwärts durch die Umwandlungszone leitet, die niedrigersiedenden Umwandlungsprodukte von dem verbrauchten Katalysator abtrennt, die abgetrennten, niedrigersiedenden Produkte gewinnt, den abgetrennten verbrauchten Katalysator mit einem sauerstofrhaltigen Gas zusammenbringt, das entstehende Gemisch mit einer Oberflächengfeschwindigkeit von mindestens etwa i,8 m/Sek. aufwärts durch die Regenerationszone leitet unter Bildung des regenerierten Katalysators und gasförmiger Verbrennungsprodukte, den regenerierten Katalysator von den gasförmigen Verbrennungsprodukten abtrennt und auf zwei Leitungen verteilt, den iao Hauptanteil des abgetrennten regenerierten Katalysators durch eine Leitung in die Regenerationszone zurückführt und den restlichen Teil durch eine andere Leitung in die Umwandlungszone zur Berührung mit weiterer iag Kohlenwasserstoffbeschickung führt.
    709 591/23
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße, feinverteilte Katalysator eine Teilchengröße von ο bis 200 μ besitzt und zur vollständigen Verdampfung des Kohlenwasserstoffgasöls in Mengen von 4 bis 8 kg/kg Öl in die Umwandlungszone eingeführt wird, in der das Gewichtsverhältnis des stündlich durchströmenden Kohlenwasserstofrgasöls· zu dem des in dieser Zone befindlichen Katalysators bei etwa 15 bis 25 gehalten wird, der abgetrennte, verbrauchte Katalysator mit Luft vermischt und das entstehende Gemisch mit einer Oberflächengeschwindigkeit von etwa 1,8 bis 4,2 m/Sek. aufwärts durch die Regenerationszone geführt wird, in der seine Dichte unter etwa 0,24 gehalten wird.
  3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen engen aufrecht stehenden hohlen Umwandlungskessel mit kreisförmigem, waagerechtem, sich von oben nach unten verjüngendem Querschnitt, Mittel zur Einführung eines Gemisches aus Katalysator und dampfförmigen Kohlenwasserstoffen in den Unterteil des Umwandlungskessels, Mittel zur Abtrennung des verbrauchten Katalysators von den dampfförmigen, niedrigersiedenden Umwandlungsprodukten am oberen Ende des Umwandlungskessels, -einen schmalen, aufrecht stehenden 'hohlen Regenerierkessel mit kreisförmigem, waagerechtem Querschnitt, Mittel zum Vermischen des abgetrennten verbrauchten Katalysators mit einem sauerstoffhaltigen Gas und zur Einführung des erhaltenen. Gemisches in den Unterteil des Regenerierkessels, Mittel zur Abtrennung des regenerierten Katalysators von den Verbrennungsprodukten nahe dem Oberteil des Regenerierkessels, Mittel zur Teilung des regenerierten Katalysators in zwei Teile, Mittel zur Rückleitung des einen Teils des regenerierten Katalysators in den Unterteil des Regenerierkessels und Mittel zum Vermischen des Restes des regenerierten Katalysators mit frischen Kohlenwasserstoffen und zum Einleiten des erhaltenen Gemisches in den Unterteil des Umwandlungskessels.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Teilen des regenerierten Katalysators einen hohlen Behälter, der oben mit dem Mittel zur Abtrennung des regenerierten Katalysators und der Verbrennungsprodukte und unten mit dem.. Mittel zur Rückführung eines Teils des regenerierten Katalysators in den Unterteil des Umwandlungskessels in Verbindung steht, und einen hohlen, aufrecht stehenden Schacht umfaßt, der sich innerhalb des Behälters in bestimmtem Abstand von dessen Außenwand befindet, am oberen Ende, das sich zwischen dem oberen und unteren Ende des Behälters befindet, offen ist und unten mit dem Mittel zum Rückleiten des anderen Teils des regenerierten Katalysators in den Unterteil des Regenerierkessels in Verbindung steht.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
    © 609 738/338 12.» (7t» 591/23 7.57)
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