DE1061468B

DE1061468B - Process for preventing coke settling in fluidized bed coking plants for hydrocarbons

Info

Publication number: DE1061468B
Application number: DEE16113A
Authority: DE
Inventors: Hollister B Sykes
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1957-08-07
Filing date: 1958-07-10
Publication date: 1959-07-16

Description

Verfahren zur Verhinderung des Absetzens von Koks in Wirbelschicht=Verkokungsanlagen für Kohlenwasserstoffe Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, zur Verhinderung des Ahsetzens von Koks in den oberen und unteren Teilen der dispersen Phase einer Wirbelschicht-Verkokungsanlage zur Umwandlung von Köhlenwasser stoffölen.Process to prevent coke settling in fluidized beds = coking plants for hydrocarbons The invention relates to a method for prevention the deposition of coke in the upper and lower parts of the disperse phase Fluidized bed coking plant for converting hydrocarbon oils.

Eine Wirbelschicht-Verkokungsanlage besteht in der Hauptsache aus einer Reaktionskammer und einer Heiz- oder Verbrennungskammer. Das zu behandelnde Öl, vorzugsweise Schweröl, wird in die Reaktionskammer eingespritzt, die eine dichte, turbulente Wirbelschicht aus heißen inerten Feststoffteilchen enthält. In der Reaktionszone wird das Öl teilweise verdampft und teilweise gecrackt. Die ahziehenden Dämpfe werden aus der Verkokungskammer abgezogen und in eine F raktioniersäule geleitet. Der bei dem Verfahren entstandene Koks bleibt als Abscheidung auf den festen Teilchen der Wirbelschicht. Abstreifdampf wird in den Abstreifer eingespritzt, um vor dem Durchgang des Kokses durch den Brenner das Öl von den Koksteilchen zu entfernen.A fluidized bed coking plant consists mainly of a reaction chamber and a heating or combustion chamber. That to be treated Oil, preferably heavy oil, is injected into the reaction chamber, which has a tight, contains turbulent fluidized bed of hot inert solid particles. In the reaction zone the oil is partially evaporated and partially cracked. The fumes will be drawn in withdrawn from the coking chamber and passed into a fractionation column. The at The coke produced by the process remains as a deposit on the solid particles of the Fluidized bed. Stripping steam is injected into the scraper to prevent passage of the coke through the burner to remove the oil from the coke particles.

Die zur Durchführung der endotherinen Verkokung erforderliche Wärme wird in der Heizkammer erzeugt, wofür man einen Teil des Kokses von der Reaktions- nach der Verbrennungskammer befördert. Im letzteren wird so viel Koks verbrannt, daß sich die darin befindlichen Feststoffteilchen so hoch erwärmen, daß die Anlage im Wärmegleichgewicht bleibt.The heat required to carry out the endothermic coking is produced in the heating chamber, for which part of the coke is removed from the reaction conveyed to the combustion chamber. So much coke is burned in the latter that the solid particles located therein heat up so high that the system remains in thermal equilibrium.

Die für das Verkokungsverfahren geeigneten, schweren Kohlenwasserstofföle bestehen aus schweren Rohölen, Bodenrückständen, die durch Destillation unter Normaldruck oder im Vakuum aus Rohöl, Pech, Asphalt erhalten worden sind, oder aus anderen schweren Kohlenwasserstoff-Erdölrückständen oder deren Gemischen.The heavy hydrocarbon oils suitable for the coking process consist of heavy crude oils, soil residues obtained by distillation under normal pressure or obtained in a vacuum from crude oil, pitch, asphalt, or from other heavy Hydrocarbon petroleum residues or their mixtures.

Vorzugsweise wird mit Feststoffteilchen gearbeitet, deren Durchmesser zwischen 100 und 1000 #t, insbesondere zwischen 150 #x und 400 #x, liegt. Koks ist der bevorzugte Feststoff für die Teilchen, aber auch andere inerte, als feine Teilchen vorliegende Feststoffe, wie verbrauchte Katalysatoren, Bimsstein, Sand, Kieselgur, Carborund oder Tonerde, sind brauchbar.Solid particles are preferably used, the diameter of which between 100 and 1000 #t, in particular between 150 #x and 400 #x. Coke is the preferred solid for the particles, but also inert particles other than fine particles Solids present, such as spent catalysts, pumice stone, sand, diatomite, Carborundum, or clay, are useful.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß sich bei der Umsetzung von Kohlenwasserstoffölen in WirbeIschicht-Verkokungskammern erhebliche Mengen von Abscheidungen in dem Dampfphasenabschnitt oder in der Zone der dispergierten Feststoffe oberhalb der Wirbelschicht bilden. In manchen Fällen sind diese Abscheidungen so stark, daß die Anlage stillgelegt werden muß. Man nimmt an, daß sich der darin enthaltene Koks durch Kondensation der schwersten Fraktionen der Umwandlungsprodukte bildet, die aus der Wirbelschicht entfernt werden, und daß sich dieses Kondensat unter Bildung von Koks bei der im Reaktor herrschenden Temperatur polymerisiert. Die die Wirbelschicht verlassenden Kopfprodukte sind im wesentlichen mit dem flüssigen Ölfilm, der auf den einzelnen Koksteilchen pyrolysiert wird, im Gleichgewicht. JedeAbkühlung in der Zone der dispergierten Feststoffe der Umwandlüngsprodukte, entweder durch Wärmeverluste aus dem Reaktor oder durch Crackung der Dämpfe, führt zu einerKondensation der hochsiedenden Anteile. Diese Kondensate haben einen hohen Kohlenstoffgehalt (nach C o n r a d s o n) ; sie scheiden sich auf jeder Oberfläche im Bereiche der dispersen Phase ab und setzen sich zu Koks um. Der obere Teil der V erkokungszone oder des Reaktors gibt leicht Wärme ab, was die lästigen Koksabscheidungen in dieser Zone erklärt. Bisher war es notwendig, Feststoffe zur Erreichung einer ausreichenden Heiz- und Reinigungswirkung in den Oberteil der dispersen Phase einzuführen. Es wurde gefunden, daß eine solche Zufuhr von Feststoffen allein die Schwierigkeiten nicht löst.Experience has shown that in the implementation of hydrocarbon oils in fluidized bed coking chambers there are significant amounts of deposits in the vapor phase section or in the dispersed solids zone above the fluidized bed. In some cases these deposits are so strong that the plant is shut down must become. It is believed that the coke contained therein is due to condensation the heaviest fractions of the conversion products from the fluidized bed be removed, and that this condensate with the formation of coke in the im Reactor temperature polymerized. Those leaving the fluidized bed Head products are essentially related to the liquid oil film that is on the individual Coke particles are pyrolyzed, in equilibrium. Any cooling in the zone of the dispersed Solids of the conversion products, either through heat losses from the reactor or by cracking the vapors, leads to condensation of the high-boiling components. These condensates have a high carbon content (according to C o n r a d s o n); they deposit and settle on every surface in the area of the disperse phase to coke. The upper part of the coking zone or reactor gives easily Heat off, which explains the annoying coke deposits in this zone. Until now it was necessary to use solids to achieve a sufficient heating and cleaning effect to be introduced into the top of the disperse phase. It has been found that such Feeding solids alone does not solve the problem.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwindung dieser Schwierigkeiten. Bei diesem neuen Verfahren wird der von dem gesonderten Kokserhitzer zum Reaktor zurückgeführte heiße Feststoffstrom geteilt. Der kleineren Teil der Feststoffe leitet man in den oberen Abschnitt der neben dem Zyklonabscheider gelegenen dispersen Phase der Verkokungsanlage ein, die Hauptmenge dagegen läßt man in den unteren Abschnitt der dispersen Phase, etwas oberhalb der dichten, turbulenten Wirbelschicht, eintreten und gegen eine Prellplatte treffen.The present invention relates to a method of overcoming these Trouble. In this new process, the one from the separate coke heater shared hot solids stream returned to the reactor. The smaller part of the Solids are directed into the upper section of the one next to the cyclone separator disperse phase of the coking plant, the main amount, however, is left in the lower section of the disperse phase, slightly above the dense, turbulent fluidized bed, enter and hit a baffle plate.

Es wurde gefunden, daß ein Teil der heißen Feststoffteilchen unmittelbar oberhalb der dichten Wirbelschicht eingeleitet werden muß, um die aus der dichten Wirbelschicht aufsteigenden Dämpfe etwas zu überhitzen. Hierdurch wird die unterste Zone der verdünnten Phase vor Koksabscheidungen geschützt. Die Einmischung der heißen Feststoffe in eine höhere, in der Nähe der Zyklonabscheider gelegene Zone hingegen schützt die Zyklonabscheider, aber nicht die unterste Zone der verdünnten Phase, da im Oberteil die heißen Feststoffe nur nach oben in die Zyklonabscheider mitgeführt werden.It has been found that some of the hot particulate matter immediately must be introduced above the dense fluidized bed in order to remove the dense In the fluidized bed rising vapors overheat somewhat. This will make the bottom Zone of the dilute phase protected from coke deposits. Interfering with the hot Solids in a higher zone near the cyclone separator, on the other hand protects the cyclone separator, but not the lowest zone of the diluted phase, because in the upper part the hot solids are only carried up into the cyclone separator will.

Eine mengenmäßige Überwachung des in die disperse Phase eingeblasenen Koksanteils ist notwendig, um eine Überhitzung und Crackung der Produktdämpfe zu verhindern. Die Temperatur der di:spersen Phase über der dichten Schicht wird durch die Feststoffzufuhr um etwa 6 bis 17° C, vorzugsweise um 11' C, erhöht.Quantitative monitoring of the proportion of coke blown into the disperse phase is necessary in order to prevent overheating and cracking of the product vapors. The temperature of the disparate phase above the dense layer is increased by about 6 to 17 ° C., preferably by 11 ° C., by the addition of solids.

Die erwähnte kleinere Menge, d. h. etwa 5 bis 15 Gewichtsprozent, der zurückgeführten Feststoffe, wird in den oberen Abschnitt der dispersen Phase in der Nähe des Zyklonabscheiders eingeleitet; man kann diesen Anteil sogar gleich in den Zyklonabscheider einführen.The mentioned smaller amount, i. H. about 5 to 15 percent by weight, of the recycled solids, is in the upper portion of the disperse phase initiated near the cyclone separator; you can even do this right away insert into the cyclone separator.

Die folgenden Zahlen sind für eine Wirbelschicht-Verkokungsanlage nach der Erfindung für einen großtechnischen Betrieb typisch: Die Entfernung zwischen der oberen Grenzfläche der dichten Wirbelschicht und den Zuführungsleitungen des Zyklonabscheiders beträgt zwischen 4,57 und 6,10m. Unter dem »oberen Abschnitt« ist die Zone um die Zuführungsleitungen des Zyklonabscheiders herum zu verstehen. Der »untere Abschnitt« .der dispersen Zone ist die Zone bis zu 0,60 m oberhalb der Grenzfläche über der dichten Wirbelschicht. Die Menge des insgesamt in die disperse Zone eingeleiteten Kokses richtet sich nach der Höhe der Wirbelschicht, die jedoch nicht scharf abgegrenzt ist, vielmehr besteht eine- Übergangszone von 0,30 bis 0,60 m Breite. Ist die Wirbelschicht höher, so gelangt ein größerer Anteil des zugeführten heißen Kokses in die dichte Zone, und es bleibt nur ein kleinerer Anteil in der dispersen Phase.The following numbers are for a fluidized bed coking plant according to the invention for a large-scale operation typical: The distance between the upper interface of the dense fluidized bed and the feed lines of the Cyclone separator is between 4.57 and 6.10 m. Under the "upper section" is to be understood as the zone around the feed lines of the cyclone separator. The "lower portion" of the disperse zone is the zone up to 0.60 m above the Interface above the dense fluidized bed. The amount of the total in the disperse Zone introduced coke depends on the height of the fluidized bed, which, however is not sharply demarcated, rather there is a transition zone from 0.30 to 0.60 m width. If the fluidized bed is higher, then a larger proportion of the supplied reaches hot coke into the dense zone, and only a smaller proportion remains in the disperse phase.

Die Prellplatte ist zweckmäßig fest mit der axial zu ihr liegenden Einleitungsdüse verbunden. Sie ist so angeordnet, daß sie den heißen Koks von einem etwa auf der senkrechten Mittellinie der Kammer, 0 bis 0,60 m oberhalb der Grenzfläche der Wirbelschicht gelegenen Mittelpunkt aus einheitlich verteilt.The baffle plate is expediently fixed to the one axially to it Inlet nozzle connected. It is arranged so that it can remove the hot coke from one approximately on the vertical center line of the chamber, 0 to 0.60 m above the interface the fluidized bed located center from uniformly distributed.

In der Zeichnung bezeichnet 1 eine Verkokungskammer, deren Auskleidung so wärmebeständig ist, daß sie Temperaturen bis zu 510° C aushält. Im Unterteil der Kammer befindet sich eine Wirbelschicht aus Koksteilchen, die ausreichend hoch, z. B. auf 610° C, vorgewärmt worden sind, um die Schicht auf die erforderliche Temperatur von 510° C zu bringen. Die Teilchengröße beträgt 150 bis 400 #L. Diese dichte Wirbelschicht reicht nach oben bis zu der Grenzfläche. Hierüber befindet sich die disperse Zone 11. In einem Reaktor mit einer Gesamthöhe von etwa 23,2 m beträgt die Schichthöhe der Wirbelschicht 16,5 m und die Höhe der dispersen Zone 6,7 m. Der Zyklonabscheider 4 liegt im Oberteil der dispersen Zone; natürlich können auch mehrere Zyklonabscheider hintereinander vorhanden sein. Die Wirbelschicht wird durch ein Aufwirbelungsgas, z. B. Wasserdampf, zum Abstreifen flüchtiger Bestandteile, das durch die Leitung 3 in den Abstreiftopf in der Nähe des Bodens eintritt, in Bewegung gehalten. Das Aufwirbelungsgas und die Dämpfe von der Verkokung strömen mit einer Geschwindigkeit von 0,30 m/sec aufwärts durch die Kammer, wobei sich die Grenzfläche über der dichten Wirbelschicht in der angegebenen Höhe herausbildet. Das Aufwirhelungsgas dient auch dazu, von dem Koks, der abwärts durch die Kammer nach dem Erhitzer strömt, alle Dämpfe und Gase abzustreifen. Ein Strom fester Teilchen fließt durch die Leitung 8 aus der Verkokungskammer ab und gelangt in den (hier nicht gezeigten) Erhitzer.In the drawing, 1 denotes a coking chamber, the lining of which is so heat-resistant that it can withstand temperatures of up to 510 ° C. In the lower part the chamber is a fluidized bed of coke particles, which is sufficiently high z. B. to 610 ° C, have been preheated to the layer to the required temperature of 510 ° C. The particle size is 150 to 400 #L. This dense fluidized bed extends up to the interface. The disperse zone is located above this 11. In a reactor with a total height of about 23.2 m, the layer height is the fluidized bed 16.5 m and the height of the disperse zone 6.7 m 4 is in the top of the disperse zone; Of course, several cyclone separators can also be used be present one after the other. The fluidized bed is generated by a fluidizing gas, z. B. water vapor, for stripping volatiles, which passes through the line 3 enters the scraper pot near the bottom, kept moving. That Fluidizing gas and the vapors from the coke flow at one rate from 0.30 m / sec upwards through the chamber, with the interface above the dense Forming fluidized bed at the specified height. The fluidizing gas also serves in addition, all of the coke that flows down through the chamber to the heater Stripping off vapors and gases. A stream of solid particles flows through the pipe 8 from the coking chamber and enters the heater (not shown here).

Ein reduziertes Rohöl, das umgewandelt werden soll, wird durch die Leitung 2, vorzugsweise an mehreren Stellen, in die dichte Wirbelschicht aus den heißen Koksteilchen eingeführt. Das Öl zersetzt sich, sobald es mit den heißen Teilchen zusammenkommt, und die hierbei entstehenden Dämpfe unterstützen die Durchwirbelung der Feststoffe in der Schicht und vergrößern ihre allgemeine Beweglichkeit und den turbulenten Zustand. Die Produktdämpfe entweichen durch den Zyklonabscheider 4 und die Leitung 6. Die abgetrennten Feststoffe kehren durch das Tauchrohr 12 wieder in die Wirbelschicht zurück.A reduced crude oil that is to be converted is produced by the Line 2, preferably at several points, in the dense fluidized bed from the hot coke particles introduced. The oil decomposes as soon as it hits the hot particles comes together, and the resulting vapors support the turbulence of the solids in the layer and increase their general mobility and the turbulent state. The product vapors escape through the cyclone separator 4 and the line 6. The separated solids return through the dip tube 12 again back to the fluidized bed.

Die in dem (hier nicht gezeigten) Erhitzer aufgeheizten Koksteilchen,` deren Temperatur um etwa 55 bis 170° C höher liegt als die der Verkokungslanlage, z. B. bei 610° C, werden von Erhitzer durch die Leitung 9 oder durch mehrere Leitungen zurückgeführt. Ein geringerer Anteil dieser zurückgeführten Feststoffe, z. B. 10 Gewichtsprozent, treten durch die Leitung 7 in den oberen Abschnitt der dispersen Zone nahe dem Zyklonabscheider 4 ein, die Hauptmenge dagegen, z. B. 90 Gewichtsprozent, etwas über der oberen Grenzfläche der dichten Wirbelschicht durch die Leitung 13 in die unterste Zone der dispersen Zone. Die dort unter Druck einströmenden Feststoffe stoßen gegen die Prellplatte 10, die eine bessere Verteilung des hereinkommenden heißen Kokses und eine einheitlichere Temperatur in der verdünnten Phase bewirkt. Die Menge der in die disperse Zone eingeführten Feststoffe kann man dadurch regeln, daß man den Höhenunterschied zwischen der dichten Wirbelschicht gegenüber der Zuführungsleitung des heißen Kokses vergrößert oder verkleinert, wodurch sich die Menge der dort zugeführten. Wärme verändert.The coke particles heated in the heater (not shown here), ` whose temperature is around 55 to 170 ° C higher than that of the coking plant, z. B. at 610 ° C, the heater through line 9 or through several lines returned. A minor proportion of these recycled solids, e.g. B. 10 Percentage by weight, pass through the line 7 in the upper section of the disperse Zone near the cyclone separator 4, the main amount, however, z. B. 90 percent by weight, slightly above the upper interface of the dense fluidized bed through conduit 13 in the lowest zone of the disperse zone. The solids flowing in there under pressure bump against the baffle plate 10, which allows better distribution of the incoming hot coke and a more uniform temperature in the dilute phase. The amount of solids introduced into the disperse zone can be regulated by that the difference in height between the dense fluidized bed compared to the supply line of the hot coke is increased or decreased, thereby increasing the amount of coke supplied there. Heat changed.

So kann man nach der Erfindung die Abscheidung von Koks in den oberen und unterem Abschnitten der dispersen Phase einer Wirbelschicht-Verkokungsanlage und gleichzeitig Überhitzungen und Crackung der Produktdämpfe verhindern.So you can according to the invention the deposition of coke in the upper and bottom cutting the disperse phase of a fluidized bed coking plant and at the same time prevent overheating and cracking of the product vapors.

Im allgemeinen betreibt man eine solche Wirbelschicht-Verkokungsanlage für die Herstellung von Motortreibstoffen unter folgenden Bedingungen: Ganzer Bereich Bevorzugter Bereich Temperatur, o C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454 bis 650 482 bis 538 Druck, Atm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 bis 10 1,5 bis 2 Oberflächengeschwindigkeit des Aufwirbe- lungsgases, m/sec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,06 bis 3,05 0,15 bis 1,22 Koksumlauf (Feststoff-Öl-Verhältnis) ...... 2 bis 30 7 bis 15 Bedingungen im Erhitzer Temperatur, ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 566 bis 870 595 bis 650 Oberflächengeschwindigkeit des Aufwirbe- lungsgases, m/sec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,30 bis 1,52 0,61 bis 1,22 In general, such a fluidized bed coking plant for the production of motor fuels is operated under the following conditions: Whole area Preferred area Temperature, o C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454 to 650 482 to 538 Pressure, atm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 to 10 1.5 to 2 Surface speed of the whirling lung gas, m / sec. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.06 to 3.05 0.15 to 1.22 Coke circulation (solid-oil ratio) ...... 2 to 30 7 to 15 Conditions in the heater Temperature, ° C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 566 to 870 595 to 650 Surface speed of the whirling lung gas, m / sec. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.30 to 1.52 0.61 to 1.22

Claims

CLAIMS: 1. Method to prevent coke settling in fluidized bed coking plants for hydrocarbons, with heavy hydrocarbon oils at the coking temperature in a coking zone which is an upper disperse zone contains, with a dense, turbulent fluidized bed inert, individual particles is brought together, and the vapors of the reaction products in the upper section the dispersed zone is removed from the coking zone by a cyclone separator at least some of the inert solids through a separate heating chamber is circulated to increase its temperature, and at least one Part of the heated solids returns to the coking zone, thereby characterized in that a minor proportion of the recycled heated solids in the upper portion of the disperse zone and most of it in the lower Section of this zone, slightly above the upper interface of the dense, turbulent Fluidized bed, introduced and directed against a baffle plate.

2. Procedure according to claim 1, characterized in that the smaller portion of the returned, heated solids is discharged at the level of the cyclone separator.

3. Procedure according to claim 1, characterized in that the proportions of the smaller and the greater portion of the recycled heated solids 5 to 15 to 85 up to 95 percent by weight.