DE1072587B

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Publication number: DE1072587B
Application number: DENDAT1072587D
Authority: DE
Publication date: 1960-01-07

Description

DEUTSCHESGERMAN

kl. 10a 22/05kl. 10a 22/05

INTERHAT. KL. ClOb INTERHAT. KL. ClOb

PATENTAMTPATENT OFFICE

St4913 VI/10aSt4913 VI / 10a

ANMELDETAG: 5. JUNI 19 5 2REGISTRATION DAY: 5 JUNE 19 5 2

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGE S CHRIFT:NOTICE
THE REGISTRATION
AND ISSUE OF THE
DESIGN S CHRIFT:

7. JANUAR 1960JANUARY 7, 1960

Die Erdölrückstände, welche gemäß der Erfindung verkokt werden sollen, sind hochsiedende Kohlenwasserstofföle, welche bei gewöhnlichen Drucken nicht verdampft werden können, ohne daß eine Spaltung der hochsiedenden Bestandteile eintritt. Das Rückstandsöl kann durch Destillation unter Atmospären- oder Unterdruck hergestellt worden sein.The petroleum residues which are to be coked according to the invention are high-boiling hydrocarbon oils, which in ordinary printing cannot be evaporated without splitting the high-boiling components occurs. The residual oil can be removed by distillation under atmospheric or negative pressure has been created.

Verfahren zur Verkokung von Erdölrückständen in einer Wirbelschicht feinverteilter mehr oder weniger inerter heißer Stoffe sind an sich bekannt.Process for coking petroleum residues in a fluidized bed more or less finely divided inert hot substances are known per se.

Gemäß der Erfindung werden feinzerkleinerte Feststoffe unmittelbar mit heißen Verbrennungsgasen in einer Wärmeübertragungsleitung aufgeheizt, in welcher die Gasgeschwindigkeit hoch ist, so daß die Wärmeübertragung außerordentlich schnell vor sich geht, da die Dichte der Feststoffsuspension gering ist.According to the invention, finely ground solids are directly with hot combustion gases in heated a heat transfer line in which the gas velocity is high, so that the heat transfer takes place extremely quickly, since the density of the solid suspension is low is.

Die Verkokung der Erdölrückstände erfolgt in einer Wirbelschicht feinzerteilter Feststoffe, in welche das vorerhitzte Gut verdüst oder anderweitig eingeführt wird. Die Gase und Dämpfe werden im oberen Teil der Verkokungskammer abgezogen, um niedriger siedende Kohlenwasserstofffraktionen zu gewinnen. Der Koks wird in eine Nachentgasungszone übergeführt, aus der ein Teil des nachentgasten Kokses als Fertigprodukt abgezogen, ein anderer Teil im Kreislauf unmittelbar mit heißen Verbrennungsgasen aufgeheizt und in die Verkokungs- und/oder die Nachentgasungszone zurückgeführt wird.The crude oil residues are coked in a fluidized bed of finely divided solids, in which the preheated material is atomized or otherwise introduced. The gases and vapors are in the upper Part of the coking chamber withdrawn to recover lower boiling hydrocarbon fractions. The coke is transferred to a post-degassing zone from which part of the post-degassed coke withdrawn as a finished product, another part in the circuit is immediately heated with hot combustion gases and is returned to the coking and / or post-degassing zone.

Die Temperatur des Kreislaufkokses wird hierbei um etwa 83 bis 167° C über die Temperatur der Verkokungszone erhöht.The temperature of the circulating coke is here increased by about 83 to 167 ° C above the temperature of the coking zone.

Die Verwendung einer Wärmeübertragungsleitung, in welcher die Gasgeschwindigkeit sehr hoch und die Feststoffverweilzeit sehr kurz ist, hat gegenüber dem mit zwei Reaktionskammern arbeitenden System, bei dem die zur Aufheizung der Feststoffe dienende Verbrennung in einer dichten Wirbelschicht der Feststoffe stattfindet, große Vorzüge. Einmal ist die Feststoffverweilzeit in einer dichten Wirbelschicht um ein Vielfaches größer als in einer Wärmeübertragungsleitung, in welcher die Verweilzeit nur 1 bis 2 Sekunden zu betragen braucht. Ferner ist der Druckabfall in der Wärmeübertragungsleitung geringer, weil diese kein Verteilersieb und keine Wirbelschicht von großer Tiefe enthält.The use of a heat transfer line in which the gas velocity is very high and the Solid residence time is very short, compared to the system working with two reaction chambers which is used to heat the solids by combustion in a dense fluidized bed of the solids takes place, great virtues. Once the solids residence time in a dense fluidized bed is around one Many times greater than in a heat transfer line, in which the dwell time is only 1 to 2 seconds needs to be. Furthermore, the pressure drop in the heat transfer line is lower, because this does not contain a distributor screen and a fluidized bed of great depth.

Wenn man die Wärme durch Verbrennung von Heizgas an Stelle von Koks erzeugt, kann man die Verbrennung bis zu CO₂ und Wasser durchführen. Dadurch wird mehr Wärme gewonnen, und außerdem ist die für eine gegebene Wärmeerzeugung erforderliche Luftmenge geringer, als wenn man Kohlenstoff nur zu CO verbrennt.If you generate the heat by burning heating gas instead of coke, you can _{carry out the combustion up to CO 2} and water. As a result, more heat is obtained, and the amount of air required to generate a given heat is also less than if one just burns carbon to CO.

In der Zeichnung ist eine zur Durchführung des Verfahren zum Verkoken
von Erdölrückständen
in einer WirbelschichtIn the drawing is one for carrying out the method for coking
of petroleum residues
in a fluidized bed

Anmelder:Applicant:

Esso Research and Engineering Company, Elizabeth, N. J. (V. St. A.)Esso Research and Engineering Company, Elizabeth, N.J. (V. St. A.)

Vertreter: E. Maemecke, Berlin-Lichterfelde West,Representative: E. Maemecke, Berlin-Lichterfelde West,

und Dr. W. Kühl, Hamburg 36, Esplanade 36 a,and Dr. W. Kühl, Hamburg 36, Esplanade 36 a,

PatentanwältePatent attorneys

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 5. Juni 1951Claimed priority:
V. St. v. America June 5, 1951

Verfahrens gemäß der Erfindung geeignete Vorrichtung dargestellt.Method according to the invention suitable device shown.

Eine Rohrleitung 10 dient zur Zuführung der Erdölrückstände, die ein spezifisches Gewicht zwischen etwa 1,165 und 0,934, einen Conradson-Wert zwischen etwa 5 und 50 Gewichtsprozent und einen Siedebeginn zwischen etwa 454 und 593° C haben. Das Gut wird durch Rohrschlange 12 oder eine andere, im Ofen 14 angeordnete Heizvorrichtung geleitet. Dabei wird es auf etwa 371 bis 454° C aufgeheizt. Es wird dann durch Rohrleitung 16 in die Verkokungskammer 18 gefördert, welche eine Feststoffwirbelschicht 22 enthält, deren Höhe mit 24 bezeichnet ist.A pipe 10 is used to supply the petroleum residues, which have a specific weight between about 1.165 and 0.934, a Conradson value between about 5 and 50 percent by weight and an onset of boiling between about 454 and 593 ° C. The good is through pipe coil 12 or another, im Oven 14 arranged heating device passed. It is heated to around 371 to 454 ° C. It will then conveyed through pipeline 16 into the coking chamber 18, which has a solid fluidized bed 22 contains, the height of which is denoted by 24.

Vorzugsweise überhitzter Dampf wird durch Rohrleitung 28 dem in Rohrleitung 16 einströmenden aufgeheizten Behandlungsgut zugeführt. Das entstandene Gemisch wird der Wirbelschicht 22 unterhalb oder oberhalb der Grenzfläche 24 zugeführt oder in diese verdüst. Die Wirbelschicht 22 wird auf einer Temperatur zwischen etwa 427 und 649° C, vorzugsweise etwa 454 und 566° C, gehalten. Die Wirbelschichtteilchen haben eine Größe von etwa 20 bis 500, vorzugsweise etwa 20 bis 200 Mikron. Sie können außer aus dem erzeugten Erdölkoks auch aus Sand, Bimsstein, Kieselgur, Karborundum oder anderen feuerfesten Stoffen bestehen.Preferably superheated steam is heated through pipe 28 to the one flowing in pipe 16 Item to be treated supplied. The resulting mixture is the fluidized bed 22 below or fed above the interface 24 or atomized into this. The fluidized bed 22 is at a temperature maintained between about 427 and 649 ° C, preferably about 454 and 566 ° C. The fluidized bed particles are about 20 to 500, preferably about 20 to 200 microns in size. You can save from the petroleum coke produced also from sand, pumice stone, kieselguhr, carborundum or other refractory materials Substances exist.

903 708Ί09903 708-09

Die Gase und Dämpfe strömen aus der Wirbelschicht nach oben und enthalten feinste Feststoffe, welche die Flugstaubsuspension 26 bilden. Sie strömen dann durch den Abscheider 32, z. B. einen oder mehrere Zyklonabscheider, in dem der mitgerissene Flugstaub sich abscheidet, der mittels Tauchrohr 34 in die Wirbelschicht 22 zurückgeführt wird, während die Gase und Dämpfe durch Rohrleitung 36 abströmen.The gases and vapors flow upwards from the fluidized bed and contain extremely fine solids, which form the fly ash suspension 26 . They then flow through the separator 32, e.g. B. one or more cyclone separators in which the entrained fly ash is deposited, which is returned to the fluidized bed 22 by means of an immersion pipe 34, while the gases and vapors flow off through the pipeline 36.

Die Feststoffe der Verkokungszone werden durch die aufwärts strömenden Kohlenwasserstoffgase und durch den in Rohrleitung 38 unterhalb des Verteilersiebes 42 zugeführten überhitzten Dampf im Zustand einer Wirbelschicht gehalten. Die Geschwindigkeit der die Wirbelschicht 22 aufwärts durchströmenden Gase und Dämpfe liegt zwischen etwa 0,3 und l,2m/sec. Wenn man Koks von einer Teilchengröße von etwa 0,074 bis 0,147 mm verwendet und die Geschwindigkeit des Gases etwa 0,9 m/sec ist, beträgt die Dichte der Wirbelschicht etwa 0,480 kg/1 = t/m³, kann aber je nach Gasgeschwindigkeit zwischen etwa 0,160 und 0,961 t/m³ liegen.The solids of the coking zone are kept in a fluidized bed condition by the upwardly flowing hydrocarbon gases and by the superheated steam supplied in conduit 38 below the distributor screen 42. The speed of the gases and vapors flowing upward through the fluidized bed 22 is between approximately 0.3 and 1.2 m / sec. If you use coke with a particle size of about 0.074 to 0.147 mm and the speed of the gas is about 0.9 m / sec, the density of the fluidized bed is about 0.480 kg / 1 = t / m ³ , but depending on the gas speed between about 0.160 and 0.961 t / m ³ .

Durch die Scheidewand 46 in der Verkokungskammer 13 wird die Nachentgasungszone 44 gebildet. Die erzeugten Koksteilchen sammeln sich in dieser Zone und werden durch überhitzten Dampf, welcher unterhalb des Verteilersiebes 48 durch Rohrleitung 52 eingeführt wird, von den restlichen flüchtigen Kohlenwasserstoffen befreit. Ein Teil der auf diese Weise entgasten Koksteilchen wird aus dem unteren Teil der Nachentgasungszone in Rohrleitung 54 abgezogen.The post-degassing zone 44 is formed by the partition 46 in the coking chamber 13. The coke particles produced collect in this zone and are freed from the remaining volatile hydrocarbons by superheated steam, which is introduced below the distributor screen 48 through pipe 52. A portion of the coke particles degassed in this way is withdrawn from the lower part of the post-degassing zone in pipeline 54.

Heizgas wird dem Brenner 58 in Rohrleitung 62 und Luft in Rohrleitung64 zugeführt. Das heiße Verbrennungsgas strömt durch Rohrleitung 66 mit einer Temperatur von etwa 705 und 1927° C in die senkrecht angeordnete Wärmeübertragungsleitung 68.Heating gas is supplied to burner 58 in pipe 62 and air in pipe 64 . The hot combustion gas flows through pipe 66 at a temperature of approximately 705 and 1927 ° C. into the vertically arranged heat transfer line 68.

Der aufzuheizende Kreislaufkoks wird aus der Nachentgasungszone 44 in Rohrleitung 72 stetig abgezogen, in der ein Regelventil 74 vorgesehen ist. Die abgezogenen Koksteilchen strömen in den unteren Teil der Wärmeübcrtragungsleitung 68. Die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung auf die Feststoffteilchen ist so groß, daß die Wärme schon bei einer Feststoffverweilzeit unter 1 Sekunde praktisch vollständig übertragen wird. Der Koks wird auf etwa 454 bis etwa 593° C oder höher aufgeheizt. Die Geschwindigkeit des durch die Wärmeübertragungsleitung 68 aufwärts strömenden Gases liegt zwischen etwa 9 und 18 m/sec, so daß die Dichte der Feststoffsuspension etwa 0,160 · 10~³ bis 0,160 · 10^¹ t/m³ beträgt. The circulating coke to be heated is continuously withdrawn from the post-degassing zone 44 in pipeline 72 in which a control valve 74 is provided. The withdrawn coke particles flow into the lower part of the heat transfer line 68. The speed of heat transfer to the solid particles is so great that the heat is transferred practically completely even with a solids residence time of less than 1 second. The coke is heated to about 454 to about 593 ° C or higher. The velocity of the upflow through the heat transfer gas line 68 is between about 9 and 18 m / sec so that the density of the solid suspension is about 0.160 · 10 ^-3 to 0.160 · 10 ^ ¹ t / m ^3.

Der aufgeheizte Kreislaufkoks wird über einen Abscheider 78 von den Verbrennungsgasen, die durch Rohrleitung 84 abströmen, getrennt und durch Rohrleitung 82 abgezogen. Der Wärmeinhalt der Verbrennungsgase kann durch Abhitzekessel oder ähnliche Einrichtungen wiedergewonnen werden. Die Rohrleitung 82 ist mit einem Schieber 86 versehen, um die Strömungsgeschwindigkeit des Kreislaufkokses in Rohrleitung 88 zu steuern, die in die Wirbelschicht 22 der Verkokungskammer 18 mündet. Eine weitere von der Rohrleitung 82 abzweigende Rohrleitung 92, die mit dem Schieber 94 ausgerüstet ist, führt in den oberen Teil der Nachentgasungszone 44, um dort die Temperatur zu erhöhen und das Abtreiben der flüchtigen Kohlenwasserstoffe zu erleichtern.The heated circulating coke is separated by a separator 78 from the combustion gases flowing out through pipeline 84 and drawn off through pipeline 82. The heat content of the combustion gases can be recovered using waste heat boilers or similar devices. The pipeline 82 is provided with a slide valve 86 in order to control the flow rate of the circulating coke in the pipeline 88 which opens into the fluidized bed 22 of the coking chamber 18. Another pipe 92, which branches off from the pipe 82 and is equipped with the slide 94, leads into the upper part of the post-degassing zone 44 in order to increase the temperature there and to facilitate the expulsion of the volatile hydrocarbons.

Bei der bei einer Temperatur von etwa 454° C durchgeführten Verkokung ist eine sehr lange Feststoffverweilzeit in der Wirbelschicht 22 erforderlich, damit die Verkokung des schweren, flüssigen Ausgangsgutes vollständig erfolgt. Wenn die Verkokungsreaktion unvollständig verläuft, führt der Teilstrom des Kreislaufkokses, der durch Rohrleitung 72 in die Wärmeübertragungsleitung 68 einströmt, zu einem Verlust an Kohlenwasserstoffen. Durch Einführung des stark aufgeheizten Kreislaufkokses in die Nachentgasungszone 44 wird diese auf einer höheren Temperatur als derjenigen der A^erkokungszone gehalten, so daß die Verkokungsreaktion beschleunigt und vervollständigt wird, bevor der Koks aus dem unterenIn the case of the coking carried out at a temperature of about 454 ° C., a very long solids residence time in the fluidized bed 22 is necessary so that the coking of the heavy, liquid starting material takes place completely. If the coking reaction is incomplete, the partial flow of the circulating coke which flows into the heat transfer line 68 through pipe 72 leads to a loss of hydrocarbons. By introducing the heavily heated circulating coke into the post-degassing zone 44 , the latter is kept at a higher temperature than that of the carbonizing zone, so that the coking reaction is accelerated and completed before the coke from the lower one

ίο Teil der Nachentgasungszone 44 abgezogen wird. Wenn die Verkokungszone z. B. eine Temperatur von etwa 454° C hat, wird die Nachentgasungszone auf etwa 482 bis 538° C, vorzugsweise etwa 524° C, gehalten, indem durch Rohrleitung 92 aufgeheizter Kreislaufkoks zugeführt wird. Bei einer höheren Verkokungstemperatur von beispielsweise etwa 510° C wird die Temperatur der Nachentgasungszone auf etwa 552° C gehalten.ίο part of the post-degassing zone 44 is withdrawn. If the coking zone z. B. has a temperature of about 454 ° C, the post-degassing zone is kept at about 482 to 538 ° C, preferably about 524 ° C, by being fed through pipe 92 heated circulating coke. At a higher coking temperature of, for example, about 510 ° C, the temperature of the post-degassing zone is kept at about 552 ° C.

Anstatt Heizgas zu verbrennen, kann im Brenner 58 auch Koks verbrannt werden. In diesem Falle empfiehlt es sich, die Luft dem Brenner teils durch Rohrleitung 64 und teils dem oberen Teil der Wärmeübertragungsleitung durch Rohrleitung 96 zuzuführen. Instead of burning heating gas, coke can also be burned in the burner 58. In this case it is advisable to supply the air to the burner partly through pipe 64 and partly to the upper part of the heat transfer pipe through pipe 96.

Mit der Maßnahme der Aufheizung des Kreislaufkokses ist ein weiterer Vorteil verbunden. Durch die Anlagerung von frisch auf dem Koks abgeschiedenem Kohlenstoff und die Aufheizung der Koksteilchen auf etwa 816° C wird die Oberfläche des Kreislaufkokses erheblich vergrößert. Die für die Wirbelschichtverkokung erforderliche Feststoffverweilzeit kann noch erheblich verringert werden, wenn man einen Koks von einer gewissen Porosität verwendet.Another advantage is associated with the measure of heating the circulating coke. Through the Accumulation of carbon freshly deposited on the coke and the heating of the coke particles around 816 ° C, the surface of the circulating coke is increased considerably. The one for fluidized bed coking required solids residence time can be reduced considerably if one Coke of a certain porosity is used.

L^Tm die Oberfläche der Koksteilchen noch weiter zu erhöhen, kann man einen geringen Teil des Kreislaufkokses der Wärmeübertragungsleitung unten zuführen, den Restteil dagegen weiter oben. Auf diese Weise wird ein Teil des Gas-Feststoff-Gemisches auf eine Temperatur von etwa 816° C aufgeheizt, die durch Zuführung des Restes der Koksteilchen auf etwa 454 bis etwa 593° C vermindert wird. Beispielsweise kann ein Teil der Koksteilchen durch Rohrleitung 72, der Rest durch die mit dem Schieber 102 gesteuerte Rohrleitung 98 der Wärmeübertragungsleitung zugeführt werden. Dieser Restteil wird mittels durch Rohrleitung 104 einströmender Luft oder Dampf in Rohrleitung 106 der Wärmeübertragungsleitung 68 an einer Stelle 107 zugeführt, die erheblich oberhalb der Stelle liegt, an der Rohrleitung 72 mündet. Auf diese Weise werden etwa 3O°/o des Kreislaufkokses (das ist der durch Rohrleitung 72 zugeführte Teil) auf etwa 816° C aufgeheizt. Der Abstand zwischen Zuführungsstelle 72 und 107 stellt den größeren Teil, etwa drei Viertel der gesamten Länge der Wärmeübertragungsleitung, dar.L ^T m to increase the surface of the coke particles even further, a small part of the circulating coke can be fed to the heat transfer line at the bottom, while the remainder can be fed further up. In this way, part of the gas-solid mixture is heated to a temperature of about 816 ° C., which is reduced to about 454 to about 593 ° C. by adding the remainder of the coke particles. For example, some of the coke particles can be fed to the heat transfer line through pipeline 72, the remainder through pipeline 98 controlled by slide valve 102. This remaining part is fed to the heat transfer line 68 by means of air or steam flowing in through the pipeline 104 in the pipeline 106 to the heat transfer line 68 at a point 107 which is considerably above the point at which the pipeline 72 opens. In this way, about 30% of the circulating coke (that is, the part fed in through pipe 72 ) is heated to about 816 ° C. The distance between feed point 72 and 107 represents the greater part, about three quarters of the total length of the heat transfer line.

Die Erfindung ist zwar in ihrer Anwendung auf die Wirbelschichtverkokung beschrieben worden, sie läßt sich jedoch auch auf andere Verfahren anwenden, bei welchen Feststoffe von Wirbelschichten durch Verbrennung eines Heizgases in einer Übertragungsleitung aufgeheizt werden müssen.The invention has been described in its application to fluidized bed coking, it However, it can also be applied to other processes in which solids from fluidized beds pass through Combustion of a heating gas in a transmission line must be heated.

AusführungsbeispielEmbodiment

(technische Anlage)(technical installation)

Apparative DatenApparative data

Verkokungskammer (18)Coking chamber (18)

Innendurchmesser 5,0 mInside diameter 5.0 m

Höhe 26,5 mHeight 26.5 m

Höhe der Wirbelschicht (22) 22 mHeight of the fluidized bed (22) 22 m

Claims

Post-degassing zone (44) Cross section, height of heat transfer line (68) Internal diameter, height 0.84 m2 18.3 m

1.2 m 12 m reaction product per day
Coke (withdrawn in line 54) 880 t

Vaporous reaction products (withdrawn in line 36)

Process engineering data

Starting material (residual oil)

Density ₁₅ , _e

Carbon (Conradson)

Start of boiling
feed
Heating up
Steam (28)

Fluidized bed (22)

Amount of coke

Particle size of the coke.

density

temperature

pressure

Gas velocity

Amount of steam supplied (38.52)

Coking heat requirement (22)

Coke circulation (72)

Heat source (58)

Fan air for burner 58. .

Temperature of the combustion gas

Temperature of the circulating coke in line 72

After heating up (82)

Gas velocity in line 68

Solids residence time in line 68

Pressure in line 84

1.036

21 percent by weight 593 ° C 3657 nrVTag

454 ° C 2268 kg / h (8.5 atü)

230 t 0.020 to 0.200 mm 0.480 t / m ³

454 ° C 0.61 atg 0.9 m / sec

10 297 kg / h (3.4 atü)

10,000,000 kcal / h

3.6 t / min

Heating gas with about 10% excess air

292 mtymin (0.1 atm)

1649 ° C

454 ° C 593 ° C

12 m / sec

2 see

about atmospheric pressure

Cj gas

^C 4 ^H

C bi

10

410

C ₁₅ to 221 ° C.
221 to 343 ° C
343 to 510 ° C
51O ⁰ C + ....

303 024 ms

36.565 m ³

694.742 m ³

1 004.754 m ³

1,052.448 m ³

1,096.962 m ³

Pa T H X T Λ Ν PROVERBS:

1. Process for coking petroleum residues in a fluidized bed of finely divided solids at about 427 to 649 ° C by means of combustion gases from about 705 to 1927 ° C Circulation coke, characterized in that the heating of the circulation coke in one Heat transfer conduction is made by the combustion gases at high speed is flowed through.

2. The method according to claim 1, characterized in that the residence time of circulating coke and combustion gases in the heat transfer line to less than about 5, useful 2 seconds is measured.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the heated circulating coke is partly returned to the coking zone and partly to the post-degassing zone, into which all of the coke is transferred from the coking zone, the temperature of the post-degassing zone by about 30 to HO ⁰ C is above that of the coking zone.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that part of the to be heated Circulation coke on the lower part of the heat transfer line and the remainder above is fed to this point.

5. The method according to claim 4, characterized in that the at the lower part of the heat transfer line introduced circulating coke is heated to a temperature of around 816 ° C which is reduced to about 593 ° C by adding the remainder.

Considered publications:
British Patent No. 578 711.

1 sheet of drawings