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Verfahren zur Regenerierung eines Katalysatqrs in einer katalytischen
Wirbelschicht-Crackanlage Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren
zur Regenerierung gepulverten Katalysators, welcher in einem katalytischen Wirbelschicht-Crackverfahren
(FCC-Verfahren) eingesetzt wird, wobei im FCC-Verfahren ein Kohlenwasserstoff in
einer Reaktionszone unter Kohlenwasserstoff-Crackbedingungen katalytisch gecrackt
wird unter begleitender Ablagerung kohlenstoffhaltigen Materials (im nachfolgenden
als "Koks" bezeichnet) auf dem Katalysator. Die Erfindung ist insbesondere auf ein
Regenerierungsverfahren gerichtet, in welchem ein Regenerierungsrauchgas, das eine
verminderte CO-Konzentration aufweist, und ein regenerierter Katalysator mit vermindertem
Kohlenstoffrückstandsgehalt erhalten wird.
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Das katalytische Wirbelschichtcraclcen VOII Kohlenwasserstoffen
ist
bekannt und kann unter Verwendung einer Vielzahl kontinuierlicher Kreisverfahren,
welche Wirbelschichttechniken anwenden, durchgeführt werden. In diesen Verfahren
führt die Crackreaktion zur Koksablagerung auf dem gepulverten Katalysator in der
Reaktionszone. Der mit Koks verunreinigte Katalysator wird während des Verfahrenskreislaufs
aus einer Reaktionszone in eine Regenerierungszone überführt, wo der Katalysator
in Kontakt mit sauerstoffhaltigem Gas unter Bedingungen tritt, die ausreichend sind,
um im wesent]lichen allen Koks vom Katalysator abzubrennen und die katalytische
Aktivität des Katalysators wieder herzustellen. Der regenerierte Katalysator wird
anschließend aus der Regenerierungszone abgezogen und erneut in die Reaktionszone
zur Reaktion mit weiterem Kohlenwasserstoff eingeführt. Gewöhnlich fließt der mit
Koks verunreinigte Katalysator von der Reaktions.-zone in eine Strippzone, um strippbare
Kohlernjasserstoffe von den Katalysatorteilchen zu entfernen, bevor er in die Re£etlerierungszone
uberführt wird.
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Vorzugsweise ist der zu regenerierende Katalysator als ein dichtphasiges
Wirbelbett in der Regenerierungszone vorhanden.
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Das sauerstoffhaltige Regenerierungsgas wird angewendet, um den Katalysator
in einem Wirbelzustand zu halten. Zusätzlich können, falls notwendig, Dampf oder
andere inerte Gase verwendet werden, um weitere Verwirbelung zu ermöglichen. Es
ist bekannt, daß die gewöhnlich verwendeten Crackkatalysatoren, wie beispielsweise
amorphes SiO2/Al2O3, SiO2/Al2O3-Zeolith-Molekularsiebe, SiO2/ A12O3-Zeolith-Nolekula
rsiebe mit gegen divalente Metallionen
ausgetauschten Ionen oder
Metallionen der Seltenen Erden, usw.
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und Nischungen derselben, bei sehr hohen Temperaturen gegenteilig
beeinflußt werden Bei sehr hohen Temperaturen unterliegt die Struktur dieser Crackkatalysatoren
Veränderungen, welche sich normalerweise in einer Verminderung der Oberfläche bemerkbar
machen, was zu einer wesentlichen Abnahme der katalytischen Aktivität führt. Es
ist deshalb sehr wünschenswert, den Katalysator in einem FCC-Verfahren bei Temperaturen
zu halten, welche unterhalb der Temperatur liegen, bei der eine wesentliche Katalysatorveränderung
auftritt. Es wurde gefunden, daß solche SiO2/ Al2O3-Crackkatalysatoren Temperaturen
bis zu 8160C unterworfen werden können, ohne daß eine wesentliche Zerstörung der
physikali sehen Katalysatorstruktur eintritt.
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Es wirde beobaciltèt, daß verminderte Kohlenstoffrücksrände auf einem
regenerierten Katalysator, insbesondere auf Itolekularsiebkatalysatoren, zu einer
verbesserten Umwandlung der Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterialien im Crackverfahren
und zu einer verbesserten Selektivität gecrackten Kohlenwasserstoffprodukte in erwünschte,
im Naphthasiedebereich liegende Kohlenwasserstoffe führt. Siehe hierzu beispielsweise
die US-Patentschrift Nr.
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3 563 911. Vorzugsweise liegt der Kohlenstoffrückstandsgehalt des
regenerierten Katalysators bei 0,1 Gew.-% oder weniger. Der Grad der Kohlenstoffentfernung
in der Regenerierungszone wird durch mindestens drei Variable beeinflußt. Sauerstoffpartialdruck
in der Regenerierungszone übt einen direkten Einfluß auf die Geschwindigkeit des
Kohlenstoffabbrennens vom Katalysator
aus. Die Abbrenngeschwindigkeit
wird auch direkt von der Kokskonzentration auf dem Katalysator beeinflußt. Werden
niedrigere Kohlenstoffrückstände auf dem regenerierten Katalysator erhalten, sinkt
die Kohlenstoffverbrennungsgeschwindigkeit. Eine dritte Variable} welche die Kohl
enstoffabbrennge s chwindigke i.t beeinflußt, ist die Temperatur, bei welcher die
Kohlenstoffabbrennreak-tion stattfindet. Die Kohlenstoffabbrennreaktion wächst mit
steigenden Temperaturen. So erwünscht es ist, den Katalysator unterhalb einer Temperatur,
bei welcher die nachteiligen Veränderungen auftreten, vorztlgsweise unterhalb etwa
8160C, zu halten, müssen die Variablen des Regenerierungsverfahren nach der Erfindung
eingestellt werden, um in geeigneter Weise den gewünschten niedrigen Kohlenstoffrückstandsgehalt
auf dem regenerierten Katalysator innerhalb bevorzugter Temperaturgrenzen herzustellen.
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Die normalerweise verwendeten Regenerierzonen bestehen aus zylindrischen
Reaktoren, in welchen der zu regenerierende Katalysator als Wirbelbett aufrecht
erhalten wird, in dem sauerstoffhaltiges Regeneriergas aufwärts durch das Bett strömt.
Der Reaktor ist so ausgelegt, daß die oberflachliche Geschwindigkeit des aufwärts
strömenden Gases in dem Bereich liegt, in welchem der wirbelnde Katalysator ein
dichtphasiges Bett bildet. Ein solches Bett kann eine Dichte von etwa 160 bis 961
kg/m3 und das verdünnte eine solche von etwa 1,6 bis 16 kg/m3 aufweisen. Es existiert
eine Grenzschicht zwischen dem dichtphasigen Katalysatorbett und der-verdünnten
Katalysatorphase.-
Rauchgas, welches normaleeise'die Verbrennungsgase
der Koks verbrennung, Inertgase wie Stickstoff aus der 1uft und nicht umgesetzten
Sauerstoff enthält, wird am Kopf des Regenerators abgezogen. Um übermässige Katalysatorverluste
mit dem Rauchgas zu vermeiden, werden gewöhnlich Gas-Feststoff-Abtrenneinrichtungen
im Regenerator verwendet. Zyklone sind die am häufigsten verwendeten Abtrenneinrichtungen.
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Bei der Regenerierung der Crackkatalysatoren, insbesondere der hochaktiven
Crackkatalysatoren vom Molekularsiebtyp, ist es erwünscht, einen wesentlichen Koksteil
vom Eatalysator abzubrennen, so daß der Kohlenstoffrückstand auf dem regenerierten
Katalysator sehr niedrig ist, vorzugsweise etwa 0,1 Gew.-% oder weniger beträgt.
Eine Schwierigkeit, welche sich bei der Katalysatorregenerierung mit niedrigem Xohlenstoffrückstand
auf dem Katalysator ergibt, ist die, daß, wenn der Koks mit Sauerstoff verbrannt
wird, die Neigung zur Erzeugung beträchtlicher CO-Mengen besteht, wobei die CO-Mengen
der weiteren Oxidation zu C02 unterliegen.
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Bei den bekannten Verfahren hatte der Einsatz eines zur Koksverbrennung
im Wirbelschicht-Katalysatorbett ausreichenden theoretischen Sauerstoffanteils,
der auf einen gewünschten niedrigen Koksrückstandsgehalt auf dem regenerierten Katalysator
führen sollte, häufig den unerwünschten Effekt, daß eine brennbare Mischung von
Sauerstoff und CO in der verdünnten Katalysatorphase freigesetzt wurde. Solche brennbaren
Mischungen können der weiteren Oxidation in der verdünnten Phase unterliegen, was
gewöhnlich als 11Nachverbrennung" bezeichnet wird. Diese Nachverbrennung bewirkt
ein beträchtliches Ansteigen der Temperatur in
der verdünnten Katalysatorphase
, wobei die Temperatur 8160C überschreiten kann und in schweren Fällen kann der
Temperaturanstieg über 982 0C hinausgehen. Solche hohen Temperaturen in der verdünnten
Katalysatorphase können Katalysatorde saktivierung bewirken, wobei zusätzlicher
Katalysatorersatz im Verfahren notwendig wird, um eine gewünschte Katalysatoraktivität
in der Kohlenwasserstoff-Reaktionszone zu tionszone aufrecht zu erhalten. Weiter
können die hohen Temperaturen Schäden an den Bauteilen der Regenerierungszone, insbesondere
an den Zyklonen hervorrufen.
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Unter den vorgeschlagenen Techniken, um die hohen Temperaturen in
der verdiinnten Phase, wenn die Katalysatorregenerierung ausgefuhrt wird, um einen
regenerierten Katalysator mit niedrigem Kohlenstoffrückstandsgehalt zu erhalten,
zu überwinden, sind drei allgemeine Wege üblich. Beim ersten Weg wird ein Ku}ilmedium,
welches aus Dampf, flüssigem Wasser, nicht regeneriertem Katal:rsator, Kohlenwasserstofföl,
Rauchgas, usw. bestehen kann, injiziert, um die verdünnte Katalysatorphase unter
die Temperatur, bei welcher Schäden am Katalysator oder an Bauteilen der Regenerierungszone
auftreten können, abzukühlen. Hierzu sei auf die US-Patentschriften Nr. 2 580 827,
2 454 373, 2 454 466, 2 374 660 und 2 393 839 verwiesen. Beim zweiten Weg wird eine
Reihe von Katalysatorregenerierungszonen verwendet, in welcher der zu regenerierende
Katalysator in einer Vielzahl von dichtphasigen Regenerierungszonen mit einem sauerstoffhaltigen
Regenerierungsgas in Kontakt tritt. Der Katalysator strömt von Zone zu Zone und
in jeder Zone wird eine Temperatur gewählt, welche eine
Nachverbrennung
ausschließt. Hierzu sei auf. die US-Patentschriften Nr. 3 563 911,.2 477 345, 2
788 311 und 3 494 858 verwiesen.
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Beim dritten Weg wird indirekter Wärmetausch angewendet, wie beispielsweise
der Einbau von Dampferzeugungsschlangen im dichtphasigen Bett. Werden diese bekannten
echniken angewendet, kann der CO-Anteil im Rauchgas beträchtlich sein und wird im
allgemeinen bei 2 bis 6 Vol.-% oder noch höher liegen.
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Es ist bekannt, daß CO die Zuluft verschmutzt. Um CO aus dem Rauchgas
zu entfernen, ist eine weitere Behandlung nötig. Im allgemeinen wird das Rauchgas
in einen Rauchgaskessel überführt, in welchem CO durch Oxidation zu C02 unter gleichzeitiger
Dampf erzeugung verbraucht wird. Jedoch sind derartige Rauchgaskessel relativ unwirlcsam
und sehr groß, was eine beträchtliche Kapitalinvestition erforderlich macht.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Regenerierung eines
Katalysators in einer katalytischen Wirbelschicht-Crackanlage, in welcher eine Kohlenwasserstoffbeschickung
mit Crackkatalysator in einer Reaktionszone unter Bildung gecrackten Kohlenwasserstoffdämpfe
und heissem, koksverunreinigtem Katalysator umgesetzt wird, der koksverunreinigte
Katalysator kontinuierlich einer Regenerierungszone zur Regenerierung desselben
durch Umsetzen mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Regenerierungsgas und
Erzeugen eines C02 und CO enthaltenden Rauchgases und eines eine verminderte Koksverunreinigung
aufweisenden, regenerierten Katalysators zugeführt wird, und wobei der Katalysator
in der Regenerierungszone durch aufwärts strömendes
Regenerierungsgas
unter Ausbilden einer dichten und einer verdünnten Katalysatorphase verwirbelt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Strom des Regenerierungsgases aufrecht erhalten
wird, um eine Temperatur der dichten Katalysator phase von etwa 690 bis etwa 816
0C zu liefern, in welcher im wesentlichen aller Koks 7,U CO2 verbrannt wird, so
daß im wesentlichen keine liachverbrenrLwlg in der verdünnten Katalysatorphase auftritt,
und ausreichend Zeit vorhanden ist, um den Koksgehalt des regenerierten Katalystators
wesentlich zu- vermindern.
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Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein verbessertes
Verfahren zur Regenerierung eines koksverunreinigten Crackkatalysators, in welchem
ein regenerierter Katalysator mit einem niedrigen Kohlenstoffrückstand erhalten
wird, und in welchem der CO-Gehalt des Rauchgases des Regenerierungsverfahrens wesentlich
vermindert ist.
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Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, ein dichtes Wirbelbett
eines koksverunreinigten Katalysators in einer Regenerierungszone bei erhöhter Temperatur
mit einem Anteil eines sauerstoffhaltigen Gases kontinuierlich in Kontakt zu bringen,
so daß die Koksabbrenngeschwindigkeit zur Verminderung des Kohlenstoffrückstandes
auf dem regenerierten Katalysator auf einen geamnschten niedrigen Gehalt ausreichend
ist, und daß'der CO-Gehalt des Rauchgases auf einen gewünschten niedrigen Wert vermindert
wird ohne wesentliche "Nachverbrennung" in der verdünnten Katalysatorphase. Erfindungsgemäß
wird Überschußsauerstoff, bezogen auf die
Koksverbrennung, angewendet,
z.B. soviel, daß freier Sauerstoff im Rauchgas vorhanden ist. Die Temperaturen in
der verdünnten Katalysatorphase werden durch die Geschwindigkeit, bei welcher sauerstoffhaltiges
Regenerierungsgas der Regenerierungszone zugeführt wird, gesteuert. Die Temperatur
der verdünnten Katalysatorphase wird durch Einstellen der Regenerieruyigsgasgeschwin
digkeit reguliert, um die Zugabe von Überschußsauerstoff und Inertgas, z.B. Stickstoff,
falls Luft als Regenerierungsgas verwendet wird, zur~Regenerierungszone zu steuern.
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Durch das erfindungsgemässe Verfahren können die Temperaturen in der
verdünnten Katalysatorphase innerhalb eines Bereiches, welcher unterhalb der Temperatur
liegt, bei welcher Bauteile der Regenerierungszone zerstört werden oder ihre Festigkeit
verlieren, gesteuert werden. Auch kann durch dieses neue Verfahren die Katalysatorregenerierung
ohne zusätzliche Kühleinrichtungen, wie beispielsweise Einrichtungen für einen indirekten
Wärmetausch oder Quenchringe, ausgeführt werden. Weiterhin kann der Katalysator
in einem einzigen dichtphasigen Katalysatorbett regeneriert werden. Der CO-Gehalt
des Rauchgases kann nachdem neuen Verfahren innerhalb niedriger Grenzen aufrecht
erhalten werden, ohne daß teure Rauchgas-behandlungseinrichtungen, wie beispielsweise
Rauchgaskessel, einzusetzen sind. Der Vorteil der erhöhten Koksabbrenngeschwindigkeit
führt auch gegenüber bekannten Verfahren zu einem verminderten Katalysatorbestand
in der Regenerierungszone.
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Der gohlenstoffgehalt auf dem regenerierten Katalysator übt
einen
grossen Einfluß auf die Umwandlung und die im FCC-Verfahren erhaltene Produktverteilung
von beispielsweise Gasöle, Vakuumgasölen, Schieferölen, Toprückstand, atmosphärischem
Rückstand, etc., aus. Der Kohlenstoffgehalt regenerierter Katalysatoren ist insbesondere
signifikant, wo hochaktive Crackkatalysatoren vom Nolekularsiebtyp verwendet werden
und wo die Crackreaktion in einem Steiger mit kurzer Kontaktzeit ausgeführt wird
und der Katalysator als verdünnte Phase in den zugeführten Kohlenwasserstoffdämpfen
vorhanden ist. Beispielsweise ergibt sich bei konstanten Betriebsbedingungen und
konstanter Kol.serzeugung bei einer Abnahme im Kohlenstoffgehalt (in Gew.-%) auf
dem regenerierten Sieb-Katalysator von 0,35 bis etwa 0,1 eine Zunahme in der Kohlenwasserstoffumwandlung,
z.B. um mehr als 2,5 Vol.-0/o, wobei die Umwandlungserhöhung von einer abnehmenden
Erzeugung an weniger brauchbarem schwerem Heizöl begleitet ist.
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Es kann vorausgesagt werden, daß eine Abnahme an Kohlenstoff f auf
dem regenerierten Sieb-Katalysator von etwa 0,2 Gew.-% auf etwa 0,05 Gew.- eine
Umwandlungsverbesserung um etwa 2 Vol.-/0o oder mehr und eine verbesserte Gasolinausbeute
um etwa 1,4 Vol.-% bewirkt Überraschenderweise werde gefunden, daß koksverunreinigter
Katalysator mit einem niedrigen Kohlenstoffrückstandsgehalt von etwa 0,1 Gew,-9'
oder weniger in einer einzigen dichtphasigen Regenerierungszone bei Temperaturen
unterhalb etwa 8160C, vorzugsweise bei 690 bis 7600C, regeneriert werden kann. In
Übereinstimmung mit der Erfindung wird ein dichtphasiges Witbelschicht-Katalysatorbett,
z.B. ein Bett mit einer Dichte von etwa 160 bis 961
kg/m3, in der
Regenerierungszone durch Einsatz sauerstoffhaltigen Gases aufrecht erhalten, wobei
relativ zum Anteil zu ver-.brennenden Kokses ein Gasüberschuß angewendet wird, um
eine Katalysatorverweilzeit bereit zu stellen, welche ausreichend ist, um den gewünschten
niedrigen Kohlenstoffrückstandsgehalt bei einer Bett-Temperatur unterhalb etwa 8160C,
vorzugsweise bei 690 bis 7600C, und eine niedrige CO-Konzentration im Rauchgas zu
erzielen. Die Temperatur des dichten Bettes wird durch Erhöhung des im Ueberschuß
angewendeten Regenerierungsgases erniedrigt.
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In Übereinstimmung mit dem erfindungsgemässen Verfahren wird eine
Moderierung der Temperatur der verdünnten Phase der Regenerierungszone ausgeführt,
wenn die Temperatur über eine gewünschte Temperatur ansteigt durch Zugabe eines
wachsenden Anteils an Regenerierungsgas.
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Ein weiteres Ergebnis des neuen Verfahrens zur Regenerierung von WirMelschicht-Crackkatalysatoren
besteht darin, daß ein wesentlicher Teil des CO in der Regenerierungszone umgewandelt
wird, so daß ein aus Verbrennungsgasen des Regenerierungsverfahrens bestehendes
Rauchgas in seinem CO-Gehalt wesentlich reduziert wird. Im Lichte gesteigerter Umweltschutzbedürfnisse
ist eine CO-Reduktion, welches ein ernster Buftverschmutzer ist, ein wünschenswertes
Resultat eines Katalysatorregenerierungsverfah rens. Beispielsweise können die CO-Gehalte
im Rauchgas auf weniger als 1 %, vorzugsweise auf weniger als 0,1 ol.-, ohne zusätzliche
Behandlung reduziert werden.
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Sauerstoffhaltige Regenerierungsgase, welche im Verfahren verwendet
werden können, sind solche Gase, die molekularen Sauerstoff in Vermischung mit einem
beträchtlichen Teil eines inerten Verdünnungsgases enthalten. Buft insbesondere
ist als Regenerierungsgas geeignet. Weitere Gase, welche verwendet werden können,
sind angereicherte Zuluft und Sauerstoff in Verbindung mit C02 und /oder anderen
Inertgasen. Falls gewünscht, kann Dampf zusammen mit dem Regenerierungsgas oder
getrennt von demselben der dichten Phase zugesetzt werden, um. weitere inerte Verdünnung
und/oder zusätzliches Verwirbelungsgas zu liefern. Um ein angemessenes dichtes Wirbelschicht-Katalysatorbett,
welches guten Wärmeübergang und keine "toten" Bereiche, in welchen lokale Temperaturen
diejenigen Temperaturen übertreffen können, die eine Katalysatorschädigung bewirken
können, aufweist, zu erhalten, liegt die spezifische Dampfgeschwindigkeit des Regenerierungsgases
geeigneter Weise bei etwa 0,06 bis etwa 1,8 m/sec. Da erfindungsgemäß der Sauerstoffpartialdruck
in der Regenerierungszone als Steuerungsparameter zum Erzielen einer guten Katalysatorregenerierung
und zur Verminderung des CO-Gehaltes im Rauchgas verwendet werden kann, können zusätzliche
Steuereinrichtungen vorgesehen sein zum Aufrechterhalten der spezifischen Dampfgeschwindigkeit
im dichtphasigen Bett innerhalb gewünschter Grenzen, um ein angemessenes Wirbelschicht-Katalysatorbett
zu erhalten. Beispielsweise bestchen in bekannten FCC-Verfahren verwendete Kessel
gewöhnlich aus zylindrischen Reaktoren mit relativ großem Durchmesser und Feststoff-Gas-Trenneinrichtungen,
wie z.B. Zyklone, nahe des Reaktorkopfes aufweisend. Derartige Reaktoren sind gewöhnlich
Drucken von etwa 0 bis etwa 3,5 kg/cm2 gewachsen. Durch Anwenden von
O
bis 3,5 kg/cm2, vorzugsweise 1,05 bis 3,16 kg/cm2, im Regenerierungsreaktor iSt
es möglich, die spezifische Dampfgeschwindigkeit innerhalb eines gewünschten Bereiches
zu steuern. Somit kann durch Zugabe weiteren Sauerstoffs in Form sauerstoffhaltigen
Regenerierungsgases und auch durch Druckerhöhung die spezifische Dampfgeschwindigkeit
innerhalb des Dampfgeschwindigkeitsbereiches aufrecht erhalten werden, der benötigt
wird, um ein gutes dichtes Wirbelbett zu erzeugen und der Sauerstoffpartialdruck
in der Regenerierungszone kann aufrecht erhalten werden, um eine gewünscht Regenerierung
des Katalysators und niedrige CO-Konzentration im Rauchgas zu ergeben.
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Überraschenderweise sorgt ein dichtes Wirbelbett, in einem gewünschten
Temperaturbereich aufrecht erhalten, in Gegenwart überschüssigen Regenerierungsgases
für eine im wesentliche vollständige Umwandlung des verbrannten Kokses zu CO im
dichtphasigen Bett. Eine spezifische Koksabbrenngeschwindigkeit im dichtphasigen
Bett von etwa 0,12 bis etwa 1,0 kg Koks pro kg Katalysator sorgt für eine auereichende
durchschnittliche Katalysatorverweilzeit im dichtphasigen Bett, um eine genügende
Koksverbrennung zur Erzielung eines wünschenswerten niedrigen Kohlenstoffrückstandsgehaltes
auf dem regenerierten Katalysator zu erhalten. Die Verweilzeit zur Katalysatorregenerierung
auf ein gewünschtes Maß und zum-Aufrechterhalten einer gewünschten Temperatur des
Bettes kann üblicherweise durch Einregeln des Volumens des dichtphasigen Katalysatorbettes
erzielt werden. Das dichtphasige Katalysatorbett wird vermehrt,um eine zusätzliche
Verweilzeit zu erzielen, und vermindert, falls benötigt, um
die
Katalysatorverweilzeit zu vermindern. Um die spezifische Koksabbrenngeschwindigkeit
innerhalb des Bereiches, der eine Steuerung der Reaktionsbett-Temperatur innerhalb
eines gewünschten Bereiches ermöglicht, aufrechtzuerhalten, kann das Bettniveau
erhöht werden, um die spezifische Koksabbrenngeschwindigkeit zu erniedrigen. Im
allgemeinen wird der Koksanteil auf dem Katalysator durch die Verfahrensbedingungen
innerhalb der Kohlenwasserstoff-Reaktionszone bestimmt. Verfahren zur Regulierung
des auf dem Crackkåtalysator abgelagerten Koksanteils und zur Erzielung des gewünschten
Umwandlungsgrads der Kohlenwasserstoffbeschickung in einem FCC-Verfilren sind bekannt
und gehören nicht zum erfindungsgemässen Verfahren. Die nachfolgende Dikussion der
Verfahren zur Steuerung der Kohlenwasserstoff-Crackreaktion soll die Beziehung des
erfindungsgemässen Regenerierungsverfahres zur Crackreaktion aufzeigen.
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In einer katalytischen Crackzone, in welcher der Hauptteil des Crackens
von Kohlenwasserstoffen in einem Steiger eintritt, wobei in den Steiger die Kohlenwasserstoffbeschickung
und regenerierter Katalysator unter Bedingungen eingegeben werden, daß der Katalysator
als verdünnte Phase in Kohlenwasserstoffdämpfen suspendiert ist, kann der auf dem
Katalysator abgelagerte Koksanteil in der Reaktionszone durch Einstellen der Verweilzeit
von Katalysator und Kohlenwasserstoff in den Steigern auf etwa 2 bis 10 Sekunden
gesteuert werden, um eine Umwandlung von Kohlenwasserstoffbeschickung von etwa 50
bis etwa 95-% in Materialien, siedend unterhalb etwa 221ort, bei Reakvionstemperaturen
von etwa 471 bis 538 0C zu erreichen. In Fällen, in welchen
verschiedene
Kohlenwasserstoffcrackanlagen, wie beispielsweise Verwendung von Reaktoren jeweils
nur mit dichtphasiger; katalytischer Reaktion oder solchen mit einer Kombination
von Steigercrackung und Crackung in dichter Phase, verwendet werden, kann die Crackreaktion
durch bekannte Verfahren gesteuert werden.
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Beispiel 1 Es wurde ein kontinuierliches FCC-Verfahren in einer Versuchsanlage,
in welcher Kohlenwasserstoffbeschickung und frischer, regenerierter Katalysator
in dem unteren Teil eines Steigers vereinigt und in welcher Katalysator und Kohlenwasserstoffdampf
vom Kopf des Steigers in einen Reaktor abgegeben wurden, durchgeführt. Im Reaktor
trennte sich Kohlenwa3serstoffdampf vom eingesetzten CrackkataZysator und derselbe
wurde als Wirbelbett im Reaktor unterhalb des Steigerausgangs durch Verwendung primarken
Strippdampfes aufrecht erhalten. Aus dem Reaktor wurde kontinuierlich gebrauchter
Katalysator in einen Strippabschnitt, in.welchem strippbare Kohlenwas s erstof fdämpf
e vom Katalysator mittels strippendem Dampf entfernt wurden, abgezogen. Aus dem
Strippabschnitt wurde gebrauchter Katalysator kontinuierlich in einen Regenerator
übergeführt. Der Regenerator bestand aus einem aufrechten, zylindrischen Reaktor
mit Einrichtungen zur kontinuierlichen Eingabe gebrauchten Katalysators, zum AbZiehen
regenerierten Katalysators, einem Zerstäuber nahe des Reaktorbodens zur Eingabe
sauerstoffhaltigen Regenerierungsgases, z.B.
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Luft, einem Zyklon nahe des Reaktorkopfes zur Abtrennung von Katalysator
aus dem der Katalysatorregenerierung entstammenden
Rauchgas und
einer Abgasleitung zur Rauchgasentfernung aus dem Reaktor. Der Reaktor war mit Ventilen,
LeitunGen, Thermoelei-nenten, Manometern, Probenahmegefäße und Strömungsmessern
auVsgestattet. Gebrauchter Katalysator wurde bei etwa 510°C durch eine Katalysatoreingabeöffnung
kontinuierlich in den Regenerierungsreaktor eingeführt. Im Reaktor wurde der Katalysator
mittels Luft als dichtes Wirbelbett aufrecht erhalten. Orsat-Analysen des Rauchgases
und Kohlenstoffrückstands-Analysen vom regenerierten Katalysator wurden bei verschiedenen
Betriebsbedingungen durchgeführt. Die Betriebsbedingungen und Versuchsergebnisse
sind in der Tabelle I zusammengefaßt.
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Aus den Daten der Tabelle I kann entnommen werden, daß, wenn die Temperatur
des dichten Katalysatorbettes ansteigt, der CO-Anteil im Rauchgas abnimmt. Bei etwa
755°C Versuch 6) beträgt der durch Orsat-Analyse gemessene CO-Gehalt des Rauchgases
O. Ein wesentlicher Teil des der Koksverbrennung vom Katalysator entstammenden CO
wurde im dichten Bett in C02 umgewandelt, d .h., es -trat sehr geringe "Nachverbrennung"
in der verdünnten Phase ein. Die Ergebnisse der Spalte 6, in welcher der CO-Gehalt
des Rauchgases im wesentlichen 0 ist, der Kohlenstoffriickstand auf dem regenerierten
Katalysator auf etwa 0,12 Gew.-% reduziert ist und keine übermäßige Nachverbrennung
von CO in der verdünnten Phase auftritt, demonstrieren die Vorteile des erfindungsgemässen
Verfahrens.
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T A B E L L E I Versuch Nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 Luft für den Regenerator,
Nm³/h 15,4 15,37 15,6 16,7 17,5 18,6 20,1 22,85 Temperatur der dichten Phase, °C
647 673 678 693 721 755 769 766 Rauchgasanalyse (Orsat) CO2 , Vol.-% 11,8 12,0 12,0
13,0 14,8 16,4 12,0 12,0 O2 , Vol.-% 0,6 0,4 0,2 0,2 0,8 1,4 5,4 6,2 CO , Vol.-%
7,8 7,6 6,4 5,6 1,8 0,0 0,6 0,0 Kohlenstoff auf dem regenerierten Katalysator, Gew.-%
0,32 0,43 0,3 0,2 0,12 0,12 0,12 0,11 Koksausbeute, in % Frischbeschickung - 7,53
7,26 7,70 7,16 7,37 6,19 6,68
T A B E L L E II Versuch Nr. 1 2
3 4 5 6 7 8 Luft für den Regenerator, Nm³/h 11,4 11,4 12,4 13,3 14,2 15,1 16,2 16,2
Temperatur der dichten Phase, °C 606 597 601 558 610 602 609 611 Rauchgasanalyse
(Orsat) CO2 , Vol.-% 11,8 11,0 11,4 11,0 8,8 8,0 8,6 9,8 O2 , Vol.-% 0,6 0,8 0,9
1,0 3,2 3,0 4,4 5,0 CO , Vol.-% 4,6 6,2 5,2 6,0 6,0 5,0 6,0 5,0 Kohlenstoff auf
dem regenerierten Katalysator, Gew.-% 0,16 0,12 0,45 0,45 0,13 0,20 0,23 0,17 Koksausbeute,
in % frischer Beschickung 4,84 5,07 5,29 5,79 5,44 5,47 6,05 5,99
Beispiel
2 Es wurde gemaß Beispiel t gearbeitet, um die Notwendigkeit zu demonstrieren, eine
ausreichende Temperatur in der dichten Phase des Regeneratorbettes für eine wesentliche
Reduzierung des CO-Gehaltes im Rauchgas und die Verminderung des tohlenstoffrückstandes
auf dem regenerierten Katalysator zu erzielen. Es wurde bei einer konstanten Regeneratortemperatur
von etwa 61OOC gearbeitet. Die Luftgeschwindigkeit wurde erhöht, um einen wesentlichen
Sauerstoffüberschuß im Rauchgas bereit zu stellen. Wie jedoch der Tabelie II entnommen
werden kann, wurde der CO-Gehalt des Rauchgases nicht wesentlich vermindert und
der Kohlenstoffrückstand auf dem regenerierten Katalysator wurde nicht erniedrigt.
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Die Ergebnisse dieses Beispiels zeigen, daß die Temperatur des dichten
Katalysatorbettes im Regenerator über normalerweise akzeptierte FCC-Regenerierungstemperaturen
erhöht werden muß, um im wesentlichen vollständige Umwandlung von CO in C02 zu befördern.
Weiter ergibt sich, daß Luftüberschuß bei relativ niedrigen Regenerierungstemperaturen
nicht ausreichend ist, um im wesentlichen alles CO in C02 in der Regenerierungszone
umzuwandeln.