DE68902253T2 - Verfahren und vorrichtung zum regenerieren eines katalysators in einem fliessbett. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren eines Katalysators in einem Fließbett und eine Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens. Die Erfindung hat insbesondere die Regeneration von aufgrund einer Reaktion mit einer Kohlenwasserstoffcharge besonders stark durch Kohlenwasserstoffrückstände und Koks belasteten Katalysatoren in einem Fließbett zum Gegenstand. Sie betrifft vor allem die Regenerierung von Katalysatoren für die Hydrobehandlung, das Kracken oder das katalytische Hydrokracken zum Reformieren oder auch die Regenerierung von Kontaktmassen für das thermische Kracken.
• Es ist bekannt, daß die Erdölindustrie normalerweise Katalysatoren insbesondere bei Krackverfahren verwendet, in deren Verlauf Kohlenwasserstoffmoleküle mit hohem Molekulargewicht und mit hohem Siedepunkt in kleinere Moleküle gespalten werden, die für den vorgesehenen Zweck besser geeignet sind und deren Siedetemperaturen niedriger liegen.
• Das bisher für diesen Zweck gebräuchlichste Verfahren ist das katalytische Fluidkracken (in Englisch: Fluid Catalytic Cracking oder auch FCC-Verfahren). Bei dieser Art von Verfahren wird die Kohlenwasserstoffcharge gleichzeitig verdampft und bei hoher Temperatur mit einem Krackkatalysator in Kontakt gebracht. Nachdem der gewünschte Molekulargewichtsbereich durch Kracken und eine entsprechende Herabsetzung des Siedepunkts erreicht sind, wird der Katalysator von den erhaltenen Produkten getrennt.
• Bei dieser Art von Verfahren ergibt sich die gewünschte Herabsetzung des Siedepunktes durch kontrollierte katalytische und thermische Reaktionen. Diese Reaktionen laufen praktisch sofort ab, wenn die Charge verdampft und mit dem Katalysator in Kontakt gebracht wird. Der Katalysator wird jedoch während der kurzen Zeit des Kontakts mit der Charge aufgrund einer Adsorption von Kohlenwasserstoffen und der Bildung einer Koksablagerung auf den aktiven Flächen schnell deaktiviert. Es ist somit notwendig, diesen deaktivierten Katalyator beispielsweise mit Dampf kontinuierlich zu strippen, um die adsorbierten oder mitgegerissenen Kohlenwasserstoffe zurückzugewinnen, und den Katalysator dann im allgemeinen kontinuierlich ohne Veränderung seiner Eigenschaften zum Beispiel durch eine kontrollierte Verbrennung des Kokses und der noch verbliebenen adsorbierten Kohlenwasserstoffe in einer ein- oder mehrstufigen Regenerierungsstrecke zu reaktivieren, bevor der regenerierte Katalysator wieder in die Reaktionszone zurückgeführt wird. Die Verbrennungsluft wird am Boden des Regenerators eingeblasen, während im oberen Teil des Regenerators Zyklone vorgesehen sind, mit denen das Verbrennungsgas von den mitgeführten Katalysatorpartikeln getrennt werden kann. Der auf diese Weise regenerierte Katalysator wird sodann normalerweise im unteren Teil des Regenerators abgezogen und in Richtung Unterseite des Elevators oder Risers zurückgeführt, in dem die Krackreaktion abläuft.
• Das FCC-Verfahren kommt natürlich so zur Anwendung, daß in der Krackeinheit ein thermisches Gleichgewicht vorgehalten wird. Mit anderen Worten: die Zufuhr von regeneriertem heißem Katalysator muß so erfolgen, daß den verschiedenen thermischen Erfordernissen des Reaktionsteils entsprochen wird, zu denen vor allem gehören:
• - die Vorwärmung der flüssigen Charge,
• - die Verdampfung dieser Charge,
• - die für die entsprechenden und insgesamt endothermen Reaktionen erforderliche Wärmezufuhr, und
• - die Wärmeverluste der Anlage.
• Die auf dem Katalysator abgelagerte Koksmenge sowie die Art der Regenerierung sind maßgebend für die vom Katalysator in der Regenerierungszone erreichte Endtemperatur, da die aus der Verbrennung entstehende Wärme zum Nachwärmen der Verbrennungsluft und -gase sowie der Katalysatorpartikel dient. Unter Betriebsbedingungen ist die in der Krackanlage erzeugte Koksmenge weitgehend konstant, wenn das thermische Gleichgewicht nicht durch äußere Einflüsse verändert wird.
• Insbesondere beim katalytischen Kracken von aus Wasserstoffen mit hohem Siedepunkt (von im allgemeinen über 550ºC) bestehenden Chargen oder von Chargen mit einem erhöhten Gehalt an Conradson-Kohle und einer hohen Konzentration an Metallen können sich große Mengen von Koks und schweren Kohlenwasserstoffen auf dem Katalysator absetzen. Die Verbrennung während der Regenerierung kann dann zu einer beträchtlichen Freisetzung von Wärme führen, die nicht nur die metallurgischen Grenzen der Einrichtung überschreiten, sondern ebenfalls aufgrund der Umgebungsverhältnisse (Feuchtigkeitsgehalt, Grad der Verunreinigung durch Schwermetalle, durch Alkalimetalle usw.) zu einer Quelle für die Deaktivierung des Katalysators werden kann.
• Um diese Nachteile einzuschränken, wurde nach dem Stand der Technik zunächst vorgeschlagen, den entstehenden Koksüberschuß durch Begrenzung der Regenerierungstemperatur auf einen generell unter 750ºC liegenden Wert beispielsweise mit Hilfe von in der Regenerierungskammer eingesetzten Wärmeaustauschern zu verringern. Die Temperaturbegrenzung wird somit durch eine Erhöhung des Verhältnisses der Katalysatormasse zur Charge (allgemein als "Verhältnis C/O" bezeichnet) kompensiert. Dieser Lösung sind jedoch Grenzen gesetzt, da eine stark erhöhte Produktion von nachteiligem Koks bei Verwertung der Charge die Leistung verringert und auch zu einer überdimensionierung des Regenerators und der Zusatzeinrichtungen führt; außerdem wird die Erzeugung von an NOx und SOx reichen Abgasen gesteigert.
• Sodann wurde vorgeschlagen, eine Regenerierung in zwei Zonen durchzuführen, bei der die Verbrennung ganz oder teilweise in Strömungsrichtung des Katalysators und des Oxydationsfluids (siehe zum Beispiel die Patentschriften US 4 035 284 und FR 2 186 291) so abläuft, daß die Verweilzeit des Katalysators bei einer relativ hohen, jedoch 750ºC nicht überschreitenden Temperatur auf ein Minimum beschränkt wird, um die Aktivität des Katalysators nicht zu verringern. In beiden vorgenannten Fällen bleibt die Regenerierungstemperatur jedoch immer durch die Tatsache begrenzt, daß die Verbrennungsgase Wasserdampf enthalten, der durch die Verbrennung der im Koks enthaltenen oder sich durch das Strippen ergebenden schweren Kohlenwasserstoffe freigesetzt wird, was bei einer Temperatur oberhalb 730-750ºC aufgrund des Verhaltens der metallischen Oxide und insbesondere der Vanadiumoxide in Gegenwart von Natrium bei dieser Temperatur als Hindernis anzusehen ist.
• Danach wurde eine dritte Lösung ins Auge gefaßt (siehe Patentschriften US 4 332 674 und FR 2 186 291), die darin besteht, daß nur ein Teil der auf dem Katalysator abgelagerten Koksmenge und Kohlenwasserstoffe während einer ersten Regenerierungsstufe bei mäßiger Temperatur in einer Kammer mit einer eigenen Abzugsvorrichtung für Abgase verbrannt wird, um den Katalysator unter einem Maximalwert von etwa 700ºC zu halten, damit die aktiven Flächen des Katalysators nicht durch Wasserdampf beeinträchtigt werden, der entweder durch das Strippen oder durch die Verbrennung der im Koks auf dem Katalysator noch vorhandenen Kohlenwasserstoffe entsteht.
• Diese Temperaturbegrenzung im Verlauf einer ersten Regenerierungsstufe wird allgemein durch Beschränkung unter die Stöchiometrie der Verbrennungsluftmenge erreicht, was zu einer Verbrennung des Kohlenstoffsa zu CO und möglichst zu CO2 führt. Im Verlauf einer zweiten Stufe erfolgt sodann in einer zweiten Regenerierungskammer, die von der vorherigen völlig getrennt ist, die vollständige Verbrennung des auf dem Katalysator verbliebenden Kohlenstoffs aufgrund der vorherigen Ausschaltung des Wasserdampfes ohne Temperaturbegrenzung. In dieser zweiten Stufe kann somit die Temperatur bis auf das thermische Gleichgewicht (bis auf letztendlich 950ºC) ansteigen. Dies ist einem stöchiometrischen Sauerstoffüberschuß zu verdanken, der die Verbrennung zu CO2 begünstigt, wobei jedoch vorausgesetzt ist, daß die metallurgischen Verhältnisse der Anlage beispielsweise durch Anordnung der Zyklone und der Katalysatorabzugsschächte außerhalb der Verbrennungszone ordnungsgemäß kontrolliert werden, um auf diese Weise die metallischen Teile mit Hilfe von Innenausmauerungen schützen zu können.
• Zur Regenerierung von stark verkoktem Katalysator mit hoher Temperatur ist es somit wünschenswert, eine Verbrennung in zwei voneinander getrennten Zonen mit eigenen Abgasabscheidevorrichtungen vorzusehen. Hierdurch besteht für den mit hoher Temperatur regenerierten Katalysator die Möglichkeit, einen Kontakt mit dem während der ersten Regenerierungsstufe erzeugten Wasserdampf zu vermeiden. Auf diese Weise können 30 bis 70 % des abgelagerten Kokses während der ersten Regenerierungsstufe bei einer mittleren Temperatur von unter 700ºC und möglichst von unter 650ºC verbrannt werden, wobei die auf dem Katalysator verbleibenden 30 bis 70 % Kohlenstoff im Fließbett verbrannt oder vom zweiten Regenerator ohne Temperatureinschränkung mitgerissen werden.
• Diese Lösung einer Betriebsweise mit einer Regenerierungstemperatur von zwischen 750 und 950ºC im zweiten Regenerator weist je nach Einsatzzweck oder Art der behandelten Charge immer noch Nachteile auf: tatsächlich handelt es sich um Fälle, in denen eine zu hohe Regenerierungstemperatur aufgrund einer zu schnellen Deaktivierung bestimmter Katalysatoren zu Leistungsminderungen oder auch zu einer Umwälzung des heißen Katalysators führt, die unter der bei optimaler Umwandlung theoretisch wünschenswerten Leistung liegt.
• Es wäre somit empfehlenswert, die Temperatur eines jeden Regenerators mit Hilfe mehrerer Wärmeaustauscher zu begrenzen, doch ist dies mit beträchtlichen Mehrkosten und Schwierigkeiten der Temperaturregelung in jeder der Kammern verbunden.
• Die Erfindung betrifft eine einfache Lösung, mit der die Temperatur in beiden Regenerierungskammern optimiert und insbesondere die Endtemperatur des regenerierten Katalysators auf die Erfordernisse der in einer Umwandlungseinheit zu behandelnden Charge abgestimmt werden kann.
• Eine erste Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zum kontinuierlichen Regenerieren eines Katalysators durch Verbrennung in einem auf den Katalysator aufgeschütteten Fließbett aus Koks im Verlauf einer Reaktion zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen, wobei gemäß diesem Verfahren ein Anteil von etwa 50 - 90 % der Koksmenge in einer ersten Stufe bei einer Temperatur T1, die einen Wert von ca. 730ºC nicht übersteigt und bevorzugt im Bereich von 650 bis 710ºC liegt, in einer ersten im Fließbett wirksamen Regenerierungskammer verbrannt wird, in welche die zu regenerierenden Katalysatorkörner weitgehend im Gegenstrom zu einem sauerstoffhaltigen Fluid eingeführt werden, und wobei die aus der Kammer stammenden Abgase, die den im Verlauf der Verbrennung mitgeführten oder gebildeten Wasserdampf enthalten, durch eine zur ersten Kammer gehörige Vorrichtung abgezogen werden, während die verbleibenden 10 bis 50 % Restkoks in einer zweiten Regenerierungsstufe in Gegenwart eines Fluids mit einem relativ zur Verbrennungsstöchiometrie vorhandenen Sauerstoffüberschuß bei einer Temperatur T2, die über dem Wert T1 und unter 950ºC und möglichst bei 910ºC liegt, in einer von der ersten Kammer getrennten zweiten Regenerierungskammer verbrannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur T2 der Körner des regenerierten Katalysators, die aus der zweiten Regenerierungskammer stammen und in die Umwandlungsreaktionszone zurückgeführt werden, auf einem Wert gehalten wird, der in Abhängigkeit von den Erfordernissen der Reaktionszone durch Entnahme einer kontrollierten Menge des Katalysators aus der zweiten Kammer und durch Abkühlung desselben auf eine unter dem Wert T1 und zwischen 400 und 700ºC und möglichst im Bereich von 450 bis 600ºC liegende Temperatur T3 vorbestimmt wird, wobei die der zweiten Regenerierungskammer entnommene und abgekühlte Katalysatormenge unter 150 Gew.-% und bevorzugt im Bereich von 15 bis 50 Gew.-% der in der ersten Regenerierungskammer im Umlauf befindlichen Katalysatormasse liegt, wobei der auf diese Weise abgekühlte Katalysatoranteil weitgehend in das Fließbett der ersten Regenerierungskammer zurückgeführt wird, deren Verbrennungstemperatur durch entsprechende Veränderung der sauerstoffhaltigen und in diese Kammer eingeführten Fluidmenge im wesentlichen auf einer dem Wert T1 entsprechenden Temperatur gehalten wird, und wobei die Erhöhung der Durchsatzleistung an Oxydationsfluid zur Versorgung der ersten Regenerierungskammer nach Zugabe des abgekühlten Katalysators zwischen 1 und 50 % und möglichst zwischen 10 und 20 % der normalen Durchsatzleistung dieses Fluids bei Nichtzugabe des abgekühlten Katalysators ausmacht.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit durch Erhöhung der Sauerstoffdurchsatzleistung in der ersten Kammer möglich, die Koksverbrennung zu steigern, so daß eine größere Wärmemenge freigesetzt und die durch Zugabe des abgekühlten Katalysators in den Wärmeaustauscher bedingte Abkühlung kompensiert wird, und auf diese Weise die Temperatur T1 auf einen optimalen Wert im Bereich von 710ºC zu halten und der zweiten Regenerierungskammer einen Katalysator mit einem geringeren Koksanteil zuzuführen. Somit kann die sich aus der vollständigen Verbrennung des Kokses in Gegenwart eines Sauerstoffüberschusses ergebende Endtemperatur T2 gesenkt werden.
• Unter Sauerstoffüberschuß in der zweiten Regenerierungskammer ist ein über der Stöchiometrie der Reaktion liegender Wert zu verstehen, durch welche der Kohlenstoff weitgehend in Kohlendioxyd umgewandelt werden kann.
• Sicherlich ist bereits vorgeschlagen worden (siehe EP-A-O 101 765), aus einem Regenerator einen Teil des regenerierten Katalysators zu entnehmen, abzukühlen und am Boden dieses Regenerators wieder einzuführen. Hierbei ist jedoch von nur einer Regenerierungskammer die Rede gewesen und somit kein Hinweis auf die charakteristischen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens gegeben.
• Die Kombination der Schritte gemäß diesem Verfahren bietet gegenüber den Lösungen nach dem Stand der Technik eine gewisse Anzahl von Vorteilen.
• Zunächst wird der regenerierte Katalysator auf eine Temperatur abgestimmt, die den Erfordernissen der Anlage besser entspricht, und zwar insbesondere einmal im Hinblick auf die Verdampfung der injizierten Charge und zum anderen in bezug auf das Verhältnis C/O (Katalysator zu Charge), das optimiert werden kann. Diese Temperatur ist im Vergleich zum Stand der Technik also weniger abhängig von der Differenz der auf dem Katalysator am Ein- und Austritt der Regenerierungszone vorhandenen Koksmengen (diese Differenz wird als "Deltakoks" bezeichnet); sie wird nunmehr so festgelegt, daß sie allein den thermischen Erfordernissen der Anlage entspricht. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet somit die Wahl eines optimalen Massenverhältnisses zwischen dem Katalysator und der Charge. Diese Wahl trägt zu einer höheren Oktanzahl und zur Steigerung der Chargenumwandlung bei. Darüberhinaus ergibt sich durch die Streckung des deaktivierten Katalysators aus der ersten Regenerierungskammer mit zumindest teilweise regeneriertem Katalysator aus der zweiten Kammer eine Verbrennungskinetik, die weniger kritische Lastpunkte aufweist. Mit der sich ergebenden homogeneren Temperatur ist eine wirksamere Annäherung an die Stabilitätsgrenztemperatur des Katalysators (etwa 710ºC bis 750ºC in Abhängigkeit von Verweilzeit und Temperatur des Katalysators) bei Vorhandensein von Wasserdampf möglich, was zu einer noch weiteren Steigerung (bis auf 90 % und mehr) der Koksverbrennungsrate in der ersten Regenerierungskammer ohne Überschreitung einer vorbestimmten Temperatur T1 beiträgt.
• Darüberhinaus wird durch Begrenzung der Verweilzeit der Katalalysatorpartikel bei hoher Temperatur in der zweiten Regenerierungszone auf das absolute Minimum (bis nur noch wenig Koks zu verbrennen bleibt) durch Verringerung der Größe des Regenerators bzw. seiner Ausstattung gleichzeitig die Möglichkeit der Deaktivierung des Katalysators eingeschränkt.
• Da der Katalysator in geringerem Umfang als bei herkömmlichen Anlagen deaktiviert wird, kann desweiteren die Zugabe von Katalysator, die allgemein zwischen 0.5 und 10 kg je t injizierter Charge beträgt (wobei die Menge weitgehend in Abhängigkeit vom Metallgehalt der Charge und der Endtemperatur des regenerierten Katalysators variiert), jetzt um einen beträchtlichen Anteil (in der Größenordnung von 25 % bis 50 %) verringert werden, so daß sich eine direkte Einsparung bei den Betriebskosten der jeweiligen Krackanlage ergibt und die katalytische Aktivität leichter auf dem gewünschten Wert gehalten werden kann.
• Aufgrund dieser wesentlichen Verringerung der Zugabe von Katalysator ist die in der Anlage im Umlauf befindliche Katalysatormasse auf der Ebene der katalytischen Aktivität weitaus homogener, was sich in einer besseren Selektivität und somit in einer verbesserten Ausbringung an gewünschten Produkten (je nach Fall Benzin oder Gasöl) widerspiegelt und eine bessere Nutzung der Abgase aus der Krackanlage mit sich bringt.
• Und schließlich gestattet die Verringerung der Größe der Einrichtungen für die zweite Regenerierungszone (Katalyatorzuführung, Vorrichtungen zur Einblasung von Verbrennungsgasen und Abscheider für regenerierten Katalysator) aufgrund der Tatsache, daß der größte Teil des Kokses im Verlauf der ersten Stufe beseitigt wurde, eine merkliche Senkung der Baukosten für die Krackanlage.
• Im einzelnen kann das erfindungsgemäße Verfahren auf die folgende Art und Weise zur Anwendung kommen:
• a. indem der zu regenerierende Katalysator und das sauerstoffhaltige Fluid in die erste Regenerierungskammer eingeführt werden, wobei das Fluid von unten nach oben im Gegenstrom zum Katalysator strömt;
• b. indem die Abgase im oberen Teil der ersten Regenerierungskammer abgeschieden werden und eine Entnahme des teilweise regenerierten Katalysators am Boden der Kammer erfolgt, um der zweiten Regenerierungskammer zugeführt zu werden, in der die zweite Regenerierungsstufe mit höherer Temperatur abläuft;
• c. indem ein Teil des aus der zweiten Kammer stammenden Katalysators in einen Wärmeaustauscher eingeführt wird, um zum einen den Katalysator abzukühlen und zum anderen die Wärme zhurückzugewinnen; und
• d. indem der auf diese Weise abgekühlte Katalysator abgezogen und in das Fließbett der ersten Regenerierungskammer zurückgeführt wird.
• Der aus der zweiten Regenerierungskammer stammende Katalysator kann den Wärmeaustauscher nach dem Schwerkraftprinzip von oben nach unten durchströmen.
• Der dann aus dem Wärmeaustauscher austretende abgekühlte Katalysator kann durch das bevorzugt dichte Fließbett ebenfalls von unten nach oben durchgesetzt werden, um im Bereich des dichten Fließbetts in die erste Regenerierungskammer zu gelangen.
• Da der Katalysator bei dieser letztgenannten Ausführungsform im Wärmeaustauscher (der Kühlzone) von unten nach oben umgewälzt wird, verringert sich die Gefahr auf ein Minimum, im Wärmeaustauscher auf tote Zonen zu treffen. Die aufsteigende Verdrängung des Katalysators verhindert Stagnationszonen, in denen die Austauschleistung verringert würde; der Durchsatz ist somit besser. Darüberhinaus führt die Entnahme des Katalysators durch Abziehen im Wärmeaustauscher zu einem weitgehend konstanten Füllstand, so daß eine gute Austauschstabilität durch gleichbleibende Austauschflächen gewährleistet ist.
• Nach einem anderen Merkmal dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Umlaufgeschwindigkeit des regenerierten und heissen Katalysators im Wärmeaustauscher durch Einführung eines gasförmigen Fluidisierungsmittels am Boden des Wärmeaustauscher durch einen Fluidisierungsring reguliert werden Dieses Fluid, bei dem es sich bevorzugt um Luft handelt, wird mit einer Geschwindigkeit zugeführt, die allgemein zwischen 0.1 und 1 m/Sek. und bevorzugt zwischen 0.3 und 0.5 m/Sekunde liegt. Mit diesen bevorzugten Werten ist ein besserer Wärmeaustauschkoeffidient erreicht worden.
• Nach einem anderen Merkmal dieser Ausführungsform strömt der heiße Katalysator vor seiner Einführung in den Wärmeaustauscher aus der zweiten Regenerierungszone bis zum Wärmeaustauscher durch eine weitgehend in Längsrichtung verlaufende Rohrleitung und dann durch eine gekrümmte und möglichst halbrunde Zone vor dem Wärmeaustauscher allgemein von oben nach unten. In der Regel wird die Volumenmasse des Katalysators auf einem Wert gehalten, der einer blasenfreien Fluidisierung in dieser Leitung durch mindestens eine Einpritzung eines ersten Injektionsfluids entspricht. Im allgemeinen erfolgt die Einspritzung/Einblasung eines ersten Belüftungsfluids, bei dem es sich um Luft und zweckmässigerweise um Wasserdampf handeln kann, in einer Menge von 0.05 bis 0.4 kg/Sek./m² und möglichst 0.1 bis 0.2 kg/Sek./m² Rohrquerschnitt. Jede Injektionsebene kann von der jeweils nächsten um 0.5 bis 2 m und möglichst 0.6 bis 1 m entfernt dein. Da diese Volumenmasse des Katalysators dennoch größer ist als die des im Wärmeaustauscher befindlichen Katalyators, ist die Einführung der letztgenannten Masse in den Wärmeaustauscher absolut problemlos.
• Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Durchsatz des Katalysators im Wärmeaustauscher durch einen dem Wärmeaustauscher auf der Rohrleitung vorgeschalteten Schieber geregelt werden.
• Bei der Ausführungsform, bei welcher der Durchsatz des Katalysators im Wärmeaustauscher von unten nach oben erfolgt, kann auf diesen Schieber verzichtet und mindestens einmal ein zweites Belüftungsfluid möglichst am tiefsten Punkt mit einer Menge von im allgemeinen 0.01 bis 0.05 kg Luft/Sek./m² Querschnitt und bevorzugt 0.02 bis 0.03 kg Luft/Sek./m² in die Krümmerzone eingeblasen werden.
• Bei dieser Ausführungsform kann der aus dem Wärmeaustauscher austretende Katalysator durch den oberen Teil des Wärmeaustauschers oder durch eine seitliche Abzugsleitung abgezogen werden, die im oberen Abschnitt des Wärmeaustauschers und möglichst oberhalb der innenliegenden Austauschflächen angeordnet sind, so daß diese maximal genutzt werden können.
• Die durch den Wärmeaustauscher abgekühlte Katalysatormenge macht normalerweise weniger als 150 Gew.% des in der ersten Regenerierungszone in Umlauf befindlichen Katalysators aus, wobei festgestellt wurde, daß eine ausgezeichnete Regenerierungsrate mit einer zwischen etwa 15 und 50 Gew.-% liegenden Menge an gekühltem Katalysator zu erreichen ist.
• Wie im Vorstehenden erwähnt, wird die Temperatur des aus der zweiten Regenerierungskammer stammenden Katalysators in der Regel von einem Wert von etwa 710 bis 900ºC auf eine Temperatur zwischen 400 und 700ºC und bevorzugt zwischen 450 und 600ºC gebracht.
• Demgemäß kann sich die Erhöhung der Durchsatzleistung des Oxydationsfluids zur Kompensierung der Abkühlung bei Ankunft des abgekühlten Katalysators in der ersten Regenerierungskammer im Vergleich zu der bei einer Anlage ohne Wärmeaustauscher erforderlichen Durchsatzleistung in der Größenordnung von 1 bis 50 % und möglichst von 10 bis 20 % bewegen.
• Unter den erfindungsgemäßen Verbrennungsbedingungen liegt das Verhältnis CO/CO2 in der ersten Regenerierungskammer im allgemeinen zwischen 0.3 und 1.5 und bevorzugt zwischen 0.5 und 1.3.
• Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Katalysator aus dem zweiten Regenerator mit Hilfe eines rohrförmigen Wärmeaustauschers in einer an sich bekannten Ausführung abgekühlt, in dem Kühlfluide wie zum Beispiel Luft, Wasser, Wasserdampf oder Gemische aus diesen Fluiden umgewälzt werden und dieses Fluid aus dem Wärmeaustauscher mit einer normalerweise zwischen 300 und 750ºC liegenden Temperatur abgezogen wird, was für diesen Temperaturbereich besonders vorteilhaft ist. So besteht insbesondere die Möglichkeit, diesen Dampf mit erhöhter Temperatur wiederzuverwenden, um die Bedingungen für das Strippen des aus der Reaktion stammenden Katalysators zu verbessern und somit eine bessere Rückgewinnung der Kohlenwasserstoffe zu gewährleisten.
• Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, ist eine Regelung der Temperatur T2 der zweiten Regenerierungskammer dadurch möglich, daß beispielsweise mit Hilfe eines Schiebers die Durchsatzleistung der im Wärmeaustauscher in Umlauf befindlichen Katalysatorpartikel verändert wird, um die Temperatur des regenerierten Katalysators dem jeweiligen Massenverhältnis von Katalysator und zu krackenden Kohlenwasserstoffen anzupassen, so daß eine Optimierung der Umwandlungsreaktion dieser Kohlenwasserstoffe erfolgen kann. Neben der Regelung der Durchsatzleistung des im Wärmeaustauscher befindlichen Katalysators kann auch der Durchsatz an Oxydationsfluid der ersten Regenerierungskammer durch eine Temperatursonde geregelt werden, mit welcher sich die Differenz zwischen der gemessenen Temperatur und dem Sollwert bestimmen läßt und entsprechend auf die Vorrichtungen zur Zuführung der Oxydationsfluide eingewirkt werden kann.
• Bei den Katalysatoren, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren regeneriert werden können, handelt es sich um die gleichen Katalysatoren, wie sie nach dem Stand der Technik beschrieben sind (zum Beispiel in der US-Patentschrift 4 405 445). Diese Katalysatoren haben in der Regel im Gleichgewichtszustand einen Gehalt an kohlenwasserstoffhaltigen Rückständen und Koks von mehr als etwa 1.3 Gew.-% sowie einen zwischen etwa 5.000 und 60.000 ppm liegenden Gehalt an Schwermetallen.
• Nach einer besonders vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform können (durch herkömmliche Katalysatorimprägnierungstechniken) Inhibitoren gegen die Verbrennung des CO oder Beschleuniger für die Verbrennung von Koks zugesetzt werden. Hierzu gehören zum Beispiel erdalkalische Verbindungen, wie sie in den Patentschriften EP 107 375, 120 096 und 32 277 beschrieben sind.
• Sie können in einer Konzentration zwischen 0.001 und 5 % und bevorzugt zwischen 0.1 und 2 Gew.-% im Verhältnis zum Gewicht der katalytischen Partikel verwendet werden.
• Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Regenerieren eines deaktivierten Katalysators durch Verbrennung von Koks in einem auf dem Katalysator aufgeschütteten Fließbett im Verlauf einer Rekation zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen, wobei die Vorrichtung zum einen eine erste Kammer zur Regenerierung durch Verbrennung des auf dem Katalysator befindlichen Kokses umfaßt und die erste Kammer mit einer Leitung zur Zuführung des deaktivierten Katalysators, mit Vorrichtungen zur Zuführung eines sauerstoffhaltigen Fluids und Vorrichtungen zur Ableitung von Abgasen versehen ist, und wobei die Vorrichtung zum anderen eine zweite Regenerierungskammer mit einer Leitung zur Zuführung von teilweise regeneriertem Katalysator aus der ersten Kammer, mit zweiten Vorrichtungen zur Zuführung des Verbrennungsmediums und mit Vorrichtungen zur Abscheidung des regenerierten Katalysators aus den Verbrennungsgasen besitzt, wobei jede Kammer darüberhinaus mit einer Vorrichtung zur Messung der Verbrennungstemperatur im Fließbett versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt: einen Wärmeaustauscher; Vorrichtungen zur Entnahme einer kontrollierten Menge des heißen Katalysators aus der zweiten Kammer, um die Verbrennungstemperatur in dieser Kammer auf einem Wert zu halten, der weitgehend einem ersten Sollwert von unter 950ºC und bevorzugt 910ºC entspricht; Vorrichtungen, um den Anteil an heißem Katalysator zur Abkühlung an den Wärmeaustauscher zu übergeben; Vorrichtungen, um den abgekühlten Katalysator aus dem Wärmeaustauscher abzuziehen und wieder in die erste Kammer zurückzuführen; und Vorrichtungen zur Regelung der Verbrennungsfluidzufuhr in die erste Kammer in Abhängigkeit von der Vorrichtung zur Messung der Temperatur in dieser ersten Kammer, um diese Temperatur weitgehend auf einem zweiten Sollwert zu halten, der unter 730ºC und bevorzugt im Bereich von 675 und 710ºC liegt.
• Die Vorrichtungen zur Übergabe des aus der zweiten Regenerierungskammer stammenden heißen Katalysators können den oberen Teil des Wärmeaustauschers so beschicken, daß der Katalysator sich darin nach dem Schwerkraftprinzip von oben nach unten bewegt, um dann nach Abkühlung im unteren Teil in Richtung der ersten Regenerierungskammer abgezogen zu werden.
• Die Übergabevorrichtungen können auch in einen Eintritt im unteren Teil des Wärmeaustauschers münden, so daß sich der Katalysator in dem im Wärmeaustauscher befindlichen Fließbett von unten nach oben bewegt.
• In jedem Fall ist der Wärmeaustauscher zweckmäßigerweise mit einer Vorrichtung zur Verteilung eines Fluids ausgerüstet, das dazu bestimmt ist, den darin befindlichen Katalysator im Fließzustand zu halten.
• Der Wärmeaustauscher kann eine an sich bekannte Ausführung sein. Er kann einen Kalander in stehender Ausführung umfassen, in dem der Katalysator außerhalb der Rohrleitungen umlaufen kann, während das Kühlfluid im Innern der Leitungen umgewälzt wird. Nach einem anderen Ausführungsbeispiel können der regenerierte und heiße Katalysator im Innern der Rohrleitungen und das Kühlfluid außen umgewälzt werden.
• Der Wärmeaustauscher kann auch in einer anderen Ausführung vorgesehen werden, bei der die das Gehäuse des Wärmeaustauschers bildende Wandung ein Teil der Austauschfläche sein kann. Diese Fläche ist in Form von Membranrohren ausgebildet: eine Vielzahl von Rohren, in denen das Kühlfluid umläuft, die konzentrisch angeordnet sind und die parallel zur Längsachse des Wärmeaustauschers verlaufen, ist über in Längsrichtung angeschweißte Rippen verbunden, um eine druckfeste durchgehende Außenfläche zu bilden. Da die Austauschfläche im allgemeinen nicht ausreicht, um den erforderlichen Wärmeaustausch in seiner Gesamtheit zu gewährleisten, kann der Innenraum des Wärmeaustauschers mit einer Vielzahl von Austauscherrohren ausgefüllt werden, die bevorzugt in mindestens einem Kreis weitgehend konzentrisch, bevorzugt jedoch im gleichmäßigen Abstand angeordnet sind. Zusätzliche Innenflächen können darüberhinaus in das Fließbett eingetaucht werden. Die Ausbildung dieser Flächen kann in Form von Membranrohrböden oder Rohrbündeln unterschiedlichster Konfiguration (U-Rohre, Nadelrohre oder Bajonettrohre) oder Rohrschlangen erfolgen. Innenliegende Sammler gewährleisten die Verteilung des Wassers und das Sammeln des Dampfes.
• Diese Ausführung eines Wärmeaustauschers mit Membranrohren bietet die folgenden Vorteile:
• - Vergrößerung der Austauschfläche für ein gegebenes Austauschervolumen oder Verkleinerung der innenliegenden Austauschflächen bei einer konstanten Gesamtfläche. Dies begünstigt die Fluidisierung des Katalysators im Innern des Wärmeaustauschers, so daß die Gefahr von toten Zonen oder Anhäufungen ausgeschaltet und so der Wärmeaustausch verbessert wird.
• - Fortfall der feuerfesten Innenausmauerung, da die in unmittelbarer Nähe der Temperatur des im Innern der Rohre in Umlauf befindlichen Fluids liegende Membrantemperatur auf einem so ausreichend niedrigen Wert bleibt, daß ein Schutz nicht erforderlich ist.
• Der Wärmeaustauscher kann außerhalb der Regenerierungseinheiten angeordnet werden. Es ist aber auch eine Anordnung im Innern der ersten Regenerierungskammer möglich, wie dies im Nachstehenden noch näher zu beschreiben sein wird, wobei der Wärmeaustauscher in diesem Fall zweckmäßigerweise eine Trennwand zur Begrenzung eines Wärmeaustauschabteils von solcher Höhe umfaßt, daß eine Dispergierung der oberen Ebene des dichten Fließbetts in der Regenerierungskammer erfolgt. Bevorzugt ist ein solcher Wärmeaustauscher mit einer Vorrichtung zur Verteilung eines Fluids versehen, das dazu dient, den Katalysator im fluidisierten Zustand zu halten.
• Die Kontrolle der aus der zweiten Regenerierungskammer entnommenen Menge an heißem Katalysator erfolgt beispielsweise durch einen dem Wärmeaustauscher vor- oder nachgeschalteten Schieber, wobei die Regelung in Abhängigkeit von einer in dieser Kammer angeordneten Temperaturmeßvorrichtung vorgenommen wird, indem der Schieber öffnet, sobald die gemessene Temperatur den Temperatursollwert übersteigt.
• Im Nachstehenden werden nunmehr verschiedene erfindungsgemäße Ausführungsformen als nicht im einschränkenden Sinne zu betrachtende Beispiele mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
• Abb. 1 = eine schematische Darstellung einer katalytischen Krackanlage mit Fließbett mit einer erfindungsgemäßen Regenerierungsvorrichtung, in deren Wärmeaustauscher der Katalysator von oben nach unten durchgesetzt wird;
• Abb. 2 = eine andere Anlage dieser Art, bei welcher der Durchsatz des Katalysator im Wärmeaustauscher von unten nach oben erfolgt; und
• Abb. 3 = eine im vergrößerten Maßstab gezeichnete Teilansicht einer abgewandelten Ausführungsform, bei welcher der Wärmeaustauscher der Regenerierungsvorrichtung im Innern der ersten Regenerierungskammer angeordnet ist.
• Bei den dargestellten Vorrichtungen wird der Katalysator in einem Regenerierungssystem mit Fließbett regeneriert, bei dem die zweite Regenerierungskammer oberhalb der ersten Kammer angeordnet ist. Diese Ausführungsform stellt selbstverständlich keine Einschränkung dar.
• Die in Abb. 1 gezeigte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer als Chargenelevator oder auch Riser bezeichneten Kolonne 1, die von unten wie folgt beschickt wird:
• - mit der zu behandelnden Charge durch an eine Versorgungsleitung 3 angeschlossene Injektoren 2;
• - mit regeneriertem Katalysator durch die Leitung 4; und
• - mit Fluidisierungsgas durch den über die Leitung 5 versorgten Verteiler 5'.
• Die Kolonne 1 mündet an ihrer Oberseite in eine Zelle 6, die als solche konzentrisch ist und in der zum einen die gekrackte Charge getrennt und zum anderen der deaktivierte Katalysator gestrippt wird. Die sich aus der Reaktion ergebenden Produkte werden in einem Zyklon 7 abgeschieden, an dessen Spitze eine Leitung 8 zum Abzug der gekrackten Charge zur Fraktioniereinheit 9 vorgesehen ist, während die deaktivierten Katalysatorpartikel an der Unterseite der Zelle 6 gestrippt werden. Zu diesem Zweck versorgt eine Leitung 10 die im gleichmäßigen Abstand an der Unterseite der Zelle 6 angeordneten Verteiler 11 mit Strippgas, bei dem es sich im allgemeinen um Wasserdampf handelt.
• Die auf diese Weise gestrippten deaktivierten Katalysatorpartikel werden einer ersten Regenerierungskammer 12 durch eine Leitung 13 zugeführt, auf der ein Regelschieber 14 angeordnet ist. Diese Leitung endet hier an einem Überlauf, der eine homogene Dispergierung der Katalysatorkörner bevorzugt im verdünnten Teil oberhalb des dichten Fließbetts 15 der ersten Kammer 12 gestattet. Die Temperatur des Fließbetts wird mit Hilfe einer Sonde 16 gemessen. Fällt diese Temperatur aufgrund der Zugabe von relativ kaltem Katalysator, die in nachstehend beschriebener Weise durch die Leitung 17 erfolgt, unter einen Sollwert T1 ab, so wird die Zufuhr von Oxydationsfluid zu dem an der Unterseite der Kammer befindlichen Verteiler 20 durch die mit einem Regelschieber 19 versehene Leitung 18 erhöht, bis die mittels 16 gemessene Temperatur wieder den Sollwert erreicht.
• Etwa 50 bis 90 % des Kokses (und weitgehend alle Verbindungen mit Kohlenwasserstoffrückständen) werden auf diese Weise im Gegenstrom zur Luft verbrannt, die am Boden des Regenerators eingeblasen wird. Das Verbrennungsgas mit einem reichen Gehalt an CO und H2O wird nach der Enmtfernung von Katalysatorstäuben im Zyklon 21 durch eine Leitung 22 abgezogen.
• Die Partikel des teilweise regenerierten Katalysators werden sodann einer zweiten Regenerierungskammer 23 oberhalb der Kammer 12 durch die Leitung 24 zugeführt, die über die Leitung 25 mit Luft versorgt wird. An der Unterseite der zweiten Regenerierungskammer kann ein durch die Leitung 25 mit Luft versorgter Verteiler 26 angeordnet werden.
• Ein Teil der regenerierten Katalysatorpartikel wird seitlich in eine Pufferzelle 27 abgezogen. In dieser Zelle wird die Fluidisierung der Partikel im allgemeinen durch einen ringförmigen Verteiler 28 gesteuert, der durch eine Leitung 29 mit Fluidisierungsgas wie zum Beispiel Luft oder Inertgas versorgt wird. Von der Zelle 27 aus werden die regenerierten Katalysatorpartikel durch die Leitung 4 zur Versorgung des Elevators 1 in einer Menge in den Kreislauf zurückgeführt, die durch Öffnen oder Schließen eines Schiebers 30 bestimmt wird. Im oberen Teil der Kammer 23 werden die Verbrennungsgase durch einen Zyklor 31 von den Katalysatorpartikeln getrennt und durch die Leitung 32 abgeführt.
• Ein anderer Teil des Katalysators geht durch die Leitung 33 in einen Wärmeaustauscher 34 in einer an sich bekannten Ausführung mit einer Eingangsleitung 35 für das Kühlfluid (im allgemeinen eine Verbindung aus Luft, Wasser oder Wasserdampf, jeweils einzeln oder als Gemisch) und einer Ausgangsleitung 36 für das erhitzte Fluid. Der Wärmeaustauscher 34 besitzt an seiner Unterseite einen Verteiler 37, der durch die Leitung 38 mit einem Fluidisierungsgas wie zum Beispiel Luft versorgt wird, um den Wärmeaustausch durch Aufrechterhaltung einer guten Fluidisierung der Katalysatorkörner im Wärmeaustauscher zu verbessern. An der Ausgangsseite des Wärmeaustauschers 34 bietet ein Ventil 39 wie beispielsweise ein Schieber die Möglichkeit, die von einer in die andere Kammer übertragenen Katalysatormenge zu regeln, sobald die Temperatur des regenerierten Katalysators den erforderlichen Sollwert überschreitet.
• Der Durchsatz des Katalysators durch den Wärmeaustauscher wird reguliert, um die in der zweiten Regenerierungskammer herrschende Temperatur und somit letztendlich die Eingangstemperatur zur Reaktionszone 1 auf einem Sollwert zu halten, der für die in der Anlage gekrackte Charge festgelegt wird. Übersteigt die Temperatur des regenerierten Katalysators diesen Sollwert, so wird der Katalysatordurchsatz durch den Wärmeaustauscher erhöht. Die Abkühlung des Katalysators im Fließbett der ersten Regenerierungskammer wird somit durch eine Erhöhung der Sauerstoffzufuhr kompensiert, wodurch eine größere Koksmenge dort verbrannt werden kann. Fällt andererseits die Temperatur des regenerierten Katalysators unter den für eine einwandfreie katalytische Reaktion notwendigen Sollwert ab, so wird die Menge des in den Kreislauf im Wärmeaustauscher zurückgeführten Katalysators verringert und schließlich die Zufuhr vollständig gestoppt, so daß die Temperatur des regenerierten Katalysators wieder ansteigen kann.
• Gemäß der in Abb. 2 gezeigten Ausführungsform ist erneut eine als Chargenelevator oder auch Riser bezeichnete Kolonne 101 zu sehen, der von der Unterseite her durch die Leitung 102 die zu behandelnde Charge, durch die Leitung 103 die Partikel eines Krackkatalysators wie zum Beispiel ein Zeolith und durch die Leitung 132 ein Fluidisierungsgas zugeführt werden.
• Die Kolonne 101 mündet mit ihrer Oberseite in einer Zelle 104, die als solche konzentrisch ist und in der zum einen die gekrackte Charge getrennt und andererseits der verbrauchte Katalysator gestrippt werden. Die behandelte Charge wird in einem Zyklon 105 getrennt, der in die Zelle 104 eingesetzt ist, an deren Oberseite sich eine Leitung 106 zum Abzug der gekrackten Charge befindet, während die Partikel des verbrauchten und gestrippten Katalysators an der Unterseite der Zelle 104 abgezogen werden. Eine Leitung 107 versorgt die im gleichmäßigen Abstand an der Unterseite der Zelle 104 vorgesehenen Fluidisierungselemente oder Injektoren 108 mit Strippgas, bei dem es sich in der Regel um Wasserdampf handelt.
• Die auf diese Weise gestrippten Partikel des verbrauchten Katalysators werden an der Unterseite der Zelle 104 in Richtung einer ersten Regenerierungseinheit 109a zum Beispiel durch eine Leitung 110 abgezogen, auf der ein Regelventil 111 angeordnet ist. Diese Leitung endet in einem Überlauf, der eine homogene Dispergierung der Katalysatorkörner in den verdünnten Teil oberhalb des dichten Fließbetts 125 des ersten Regenerators 109a gestattet.
• Diese Körner an verbrauchtem und gestripptem Katalysator werden im unteren Teil der ersten Regenerierungseinheit durch teilweise Zugabe von regenerierten Katalysatorkörnern verdünnt und abgekühlt, die ihrerseits durch eine Kühlvorrichtung oder den Wärmeaustauscher 132 der nachstehend beschriebenen Art verdünnt und abgekühlt werden und die aus der zweiten oberhalb der ersten Einheit angeordneten Regenerierungseinheit 109b stammen. Eine Leitung 126a gewährleistet den Transport des Katalysators aus der zweiten Einheit zu einem Trennschacht 127, an dessen Unterseite von einem Fluidisierungsring 130 Luft zugeführt wird, um die richtige Volumenmasse bereitzustellen, bevor der Durchsatz in einer stehenden, rohrförmigen Übergabekolonne 128 von oben nach unten erfolgt. Entlang dieser Kolonne 128 sind im gleichmäßigen Abstand Vorrichtungen 129 zur Injektion eines Belüftungsfluids wie zum Beispiel Wasserdampf vorgesehen, um die Volumenmasse des Katalysators in einem vorgegebenen Bereich von beispielsweise 500 bis 800 kg/m3 entsprechend einer blasenfreien Fluidisierung zu halten.
• Am unteren Ende der Kolonne und somit dem Wärmeaustauscher vorgeschaltet dient ein Schieber 131 zur Regelung der Durchsatzleistung des regenerierten heißen Katalysators zur Versorgung des unteren Endes 133 des Wärmeaustauschers 132. Dieser Schieber kann zweckmäßigerweise durch mindestens eine Vorrichtung 141 zur Injektion eines Belüftungsfluids zur Regelung des Katalysatordurchsatzes in den Wärmeaustauscher ersetzt werden. Diese Injektionsvorrichtung befindet sich in der Regel im gekrümmten Zwischenbereich 140 und bevorzugt an dessen tiefstem Punkt.
• Der heiße Katalysator steigt durch den Wärmeaustauscher in einem bevorzugt dichten Fließbett durch einen mit Luft versorgten Fluidisierungsring 134 auf, durch den der Katalysator belüftet und durch den Wärmeaustauscher verteilt wird. Die den Wärmeaustauscher bildenden Austauscherböden oder -rohre 135a sind vollständig im Fließbett eingebettet, wobei die Höhe des Katalysators im Wärmeaustauscher 132 durch die Lage der Abzugsleitung 136 bestimmt wird. Diese Leitung befindet sich im seitlichen oberen Teil des Wärmeaustauschers in unmittelbarer Nähe des Regenerators 109a. Der abgekühlte Katalysator wird somit in den ersten Regenerator 109a abgezogen und fällt durch Schwerkraft bevorzugt in ein verdünntes Fließbett zurück, das eindeutig über dem dichten Fließbett 125 des ersten Regenerators 109a liegt.
• Oberhalb des dichten Fließbetts des Wärmeaustauschers ist eine Freisetzungszone ausgebildet, wo die Katalysatorpartikel zumindest teilweise von der Fluidisierungs- oder Belüftungsluft getrennt werden. Diese Luft wird im allgemeinen durch eine nicht dargestellte Leitung im oberen Teil 135 des Wärmeaustauschers abgezogen und kann ggf. wieder allen Ebenen der Regeneratoren zugeführt werden, da sie heiß ist.
• In der ersten Regenerierungseinheit werden bevorzugt 50 bis 90 % des Kokses und weitgehend alle mit Wasserstoff angereicherten Restverbindungen bevoruzugt im Gegenstrom zur Luft im Fließbett verbrannt, wobei die Einblasung der Luft von der Unterseite des Regenerators her durch eine Leitung 112 zur Versorgung der Injektoren 113 erfolgt. Die Katalysatorpartikel werden vom Verbrennungsgas mitgerissen und durch innenliegende Zyklone 114 abgeschieden, die bevorzugt im oberen Teil der ersten Regenerierungskammer angeordnet werden. Das an schwefelhaltigem Wasserstoff, Kohlenstoffoxid und Wasser reiche Verbrennungsgas wird durch eine Leitung 115 unter Druck zur späteren Behandlung abgezogen, während die Katalysatorpartikel auf den Boden des ersten Regenerators 109a zurückgeführt werden. Sie gelangen sodann durch die Leitung 116, die durch die Leitung 117 mit Luft versorgt wird, zur zweiten Regenerierungseinheit 109b, die oberhalb der ersten Regenerierungseinheit angeordnet ist.
• Die Unterseite der zweiten Regenerierungseinheit wird durch die Leitung 118 und die Injektoren 119 ebenfalls mit Luft versorgt. Die Verbrennung des Restkokses erfolgt im Gegentrom zur eingeblasenen Luft.
• Ein Teil der regenerierten Katalysatorpartikel wird seitlich in eine Pufferzelle 120 abgezogen. Die Partikel, deren Menge normalerweise durch einen mit Gas (Inertgas, Luft) versorgten Ringverteiler 120a reguliert wird, werden durch die Leitung 103 zur Versorgung des Elevators 101 mit Hilfe eines durch die Leitung eingeblasenen Fluidisierungsgases in den Kreislauf zurückgeführt. Diese Leitung bleibt somit belüftet. Die im oberen Teil der Einheit 109b abgezogenen Verbrennungsgase werden in einem innen- oder außenliegenden Zyklon 121 behandelt, an dessen Unterseite die Katalysatorpartikel durch die Leitung 122 zur zweiten Einheit 109b zurückgeführt werden, während der Abzug der Verbrennungsgase durch die mit einem Sicherheitsschieber versehene Leitung 123 erfolgt.
• Der andere Teil des Katalysators geht durch die Leitung 126 zum parallelgeschalteten Wärmeaustauscher 132. Dieser besteht aus Membranrohren 135, die den äußeren dichten Mantel bilden. Die Rohre erstrecken sich weitgehend parallel zur Längsachse des Wärmeaustauschers und sind zur Ausbildung des dichten Mantels durch in Längsrichtung angeschweißte Rippen miteinander verbunden.
• Der Wärmeaustauscher besitzt im Innern eine Vielzahl von Rohren 135a, die konzentrisch angeordnet und im gleichmäßigen Abstand um die Längsachse des Wärmeaustauschers verteilt sind. Eine Wasserzulaufleitung 138 versorgt diese Innen- und Außenrohre am Boden des Wärmeaustauschers, während eine Abzugsleitung 139 das erwärmte Fluid im oberen Teil abzieht.
• Nach einer noch anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens, die in Abb. 2 nicht dargestellt ist, kann das untere Ende 133 des Wärmeaustauschers 132 über den Krümmerabschnitt 140 mit der Einspritzvorrichtung für das zweite Belüftungsfluid zur Regelung des Katalysatordurchsatzes im Wärmeaustauscher mit der Kolonne 103 zur Wiedereinführung des Katalysators in Richtung des Elevators 101 verbunden sein.
• Bei der noch anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens entsprechend der Abbildung 3 kann der Wärmeaustauscher 132 nicht außen angeordnet werden. Er muß vielmehr im ersten Regenerator 109a installiert sein. Eine Trennwand 150, die letztlich als Wärmeaustauschplatte fungieren und eine flache oder kreisrunde Form aufweisen kann, stellt zusammen mit einem Teil der Wandung des Regenerators eine dichte Begrenzung eines Wärmeaustauscherabteils in der Regenerierungszone dar. Die für die Höhe des Wärmeaustauschers maßgeblichen Abmessungen dieser Platte sind so zu wählen, daß sie über die Höhe des dichten Fließbetts hinausgehen.
• Der regenerierte und heiße Katalysator erreicht die Unterweite des Wärmeaustauscher durch den Krümmerabschnitt 140. Lufteinblasvorrichtungen 141 regeln die Menge des in den Wärmeaustauscher eintretenden Katalysators. Der Katalysator wird durch den am unteren Ende 133 des Wärmeaustauschers befindlichen Fluidisierungsring 134 fluidisiert und läuft im Wärmeaustauscher von unten nach oben um, wobei er sich bei Kontakt mit den durch die Leitung 138 mit Wasser versorgten Platten 135 abkühlt. Das erwärmte Fluid wird durch die Leitung 139 abgezogen. Der Katalysator tritt sodann oberhalb der Trennwand 150 aus und fällt oberhalb des dichten Regenerierungsfließbetts 125 zurück.
• Bei den Ausführungsformen gemäß den Abb. 2 und 3 wird die Katalysatordurchsatzleistung über die Regelvorrichtungen (entweder den Schieber 131 oder die Einblas-/Einspritzvorrichtung 141) reguliert, um die Temperatur des zweiten Regenerators auf einem ausreichenden Wert und somit die Temperatur des regenerierten und wieder in den Kreislauf zurückgeführten Katalysators am Eintritt des Elevators auf einer von der zu krackenden Charge abhängigen Solltemperatur zu halten.
• Diese Vorrichtungen (131, 141) zur Regelung des Katalysatordurchsatzes werden normalerweise durch Vorrichtungen 151 in Abhängigkeit von der mittels der Meßvorrichtung 152 durchgeführten Messung der Temperatur des dichten Fließbetts im zweiten Regenerator 109b mittels der Verbindungsleitungen 153 und 154 beschickt.
• Übersteigt die Temperatur des Katalysators in der zweiten Regenerierungseinheit die Solltemperatur, so wird eine größere Katalysatormenge aus dem zweiten Regenerator in den Wärmeaustauscher geleitet, wobei die Durchsatzregelung entsprechend der vorstehenden Beschreibung erfolgt. Die Temperatur der ersten Regenerierungseinheit wird somit gesenkt, so daß dort eine größere Koksmenge verbrannt werden kann.

Claims (20)

1. Verfahren zum kontinuierlichen Regenerieren eines Katalysators durch Verbrennung in einem auf den Katalysator aufgeschütteten Fließbett aus Koks im Verlauf einer Reaktion zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen, wobei gemäß diesem Verfahren ein Anteil von etwa 50 - 90 % der Koksmenge in einer ersten Stufe bei einer Temperatur T1, die einen Wert von ca. 730ºC nicht übersteigt und bevorzugt in Bereich von 650 bis 710ºC liegt, in einer ersten in Fließbett wirksamen Regenerierungskammer verbrannt wird, in welche die zu regenerierenden Katalysatorkörner weitgehend nach dem Gegenstromprinzip durch ein sauerstoffhaltiges Fluid eingeführt werden, und wobei die aus der Kammer stammenden Abgase, die den in Verlauf der Verbrennung mitgeführten oder gebildeten Wasserdampf enthalten, durch eine zur ersten Kammer gehörige Vorrichtung abgezogen werden, während die verbleibenden 10 bis 50 % Restkoks in einer zweiten Regenerierungsstufe in Gegenwart eines Fluids mit einem relativ zur Verbrennungsstöchiometrie vorhandenen Sauerstoffüberschuß bei einer Temperatur T2, die über dem Wert T1 und unter 950ºC und möglichst bei 910ºC iegt, in einer von der ersten Kammer getrennten zweiten Regenerierungskammer verbrannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur T2 der Körner des regenerierten Katalysators, die aus der zweiten Regenerierungskammer stammen und in die Umwandlungsreaktionszone zurückgeführt werden, auf einem Wert gehalten wird, der in Abhängigkeit vom Bedarf der Reaktionszone durch Entnahme einer kontrollierten Menge des Katalysators aus der zweiten Kammer und durch Abkühlung desselben auf eine unter dem Wert T1 und zwischen 400 und 700ºC und möglichst im Bereich von 450 bis 600ºC liegende Temperatur T3 vorbestimmt wird, wobei die der zweiten Regenerierungskammer entnommene und abgekühlte Katalysatormenge unter 150 Gew.-% und bevorzugt im Bereich von 15 bis 50 Gew.-% der in der ersten Regenerierungskammer im Umlauf befindlichen Katalysatormasse liegt, wobei der auf diese Weise abgekühlte Katalysatoranteil weitgehend in das Fließbett der ersten Regenerierungskammer zurückgeführt wird, deren Verbrennungsemperatur durch entsprechende Veränderung der sauerstoffhaltigen und in diese Kammer eingeführten Fluidmenge im wesentlichen auf einer dem Wert T1 entsprechenden Temperatur gehalten wird, und wobei die Erhöhung der Durchsatzleistung an Oxydationsfluid zur Versorgung der ersten Regenerierungskammer nach Zugabe des abgekühlten Katalysators zwischen 1 und 50 % und möglichst zwischen 10 und 20% der normalen Durchsatzleistung dieses Fluids bei Nichtzugabe des abgekühlten Katalysators ausmacht.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß:

a. der zu regenerierende Katalysator und das sauerstoffhaltige Fluid in die erste Regenerierungskammer eingeführt werden, wobei das Fluid von unten nach oben im Gegenstrom zum Katalysator strömt;

b. die Abgase im oberen Teil der ersten Regenerierungskammer abgeschieden werden und eine teilweise Entnahme des am Boden der Kammer regenerierten Katalysators erfolgt um der zweiten Regenerierungskammer zugeführt zu werden, in der die zweite Regenerierungsstufe bei einer höheren Temperatur abläuft;

c. ein Teil des aus der zweiten Kammer stammenden Katalysators in einen Wärmeaustauscher eingeführt wird, um zum einen den Katalysator abzukühlen und zum anderen die Wärme zurückzugewinnen; und

d. der auf diese Weise abgekühlte Katalysator aus dem Wärmeaustauscher abgezogen und in das Fließbett der ersten Regenerierungskammer zurückgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das im Wärmeaustauscher zur Abkühlung des Katalysators verwendete Fluid benutzt wird, um den deaktivierten Katalysator vor seiner Regenerierung zu strippen

4. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von CO/CO2 der ersten Verbrennungskammer zwischen 0.3 und 1.5 und bevorzugt zwischen 0.5 und 1.3 liegt.

5. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der zweiten Regenerierungskammer stammende regenerierte Katalysator den Wärmeaustauscher nach dem Schwerkraftprinzip von oben nach unten durchströmt.

5. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der zweiten Regenerierungskammer stammende regenerierte Katalysator den Wärmeaustauscher von unten nach oben durchströmt

7. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der zweiten Regenerierungskammer stammende regenerierte Katalysator im Wärmeaustauscher fluidisiert wird, indem ein gasförmiges Medium mit einer Geschwindigkeit zwischen 0.1 und 1 m/Sek. in den Wärmeaustauscher eingespritzt wird.

8. Verfahren in Kombination nach irgendeinem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der regenerierte Katalysator am Boden des Wärmeaustauschers durch eine Übergabevorrichtung mit einem gekrümmten Abschnitt eingeführt wird, in dem die isothermische Masse des Katalysators weitgehend auf einem Wert gehalten wird, der durch Einspritzung eines ersten Belüftungsfluids zu einer Fluidisierung ohne Blasenbildung führt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Wärmeaustauscher eingeführte Menge des regenerierten Katalysators entweder mit Hilfe eines dem Katalysator vorgeschaltete Schiebers oder durch Einspritzung eines zweiten Belüftungsfluids in den Krümmungsabschnitt geregelt ward.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchsatzleistung des zweiten Belüftungsfluids im gekrümmten Abschnitt zwischen 0.01 und 0.05 kg/Sek./m² Fläche dieses Abschnitts liegt.

11. Vorrichtung zum kontinuierliche Regenerieren eines deaktivierten Katalyators durch Verbrennung in einem auf dem Katalysator aufgeschütteten Koksfließbett im Verlauf einer Reaktion zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen, wobei die Vorrichtung zum einen eine erste Kammer (12) zur Regenerierung durch Verbrennung des auf dem Katalysator befindlichen Kokses umfaßt und die erste Kammer mit einer Leitung (13) zur Zuführung des deaktivierten Katalysators, mit Vorrichtüngen (18, 20) zur Zuführung eines sauerstoffhaltigen Fluids und Vorrichtungen (22, 24) zur Ableitung (2) von Abgasen versehen ist, und wobei die Vorrichtung zum anderen eine zweite Regenerierungskammer (23) mit einer Leitung (24) zur Zuführung von teilweise regeneriertem Katalysator aus der ersten Kammer, mit zweiten Vorrichtungen (25, 26) zur Zuführung des Verbrennungsmediums, mit Vorrichtungen (31) zur Abscheidung des regenerierten Katalysators aus den Verbrennungsgasen besitzt, wobei jede Kammer darüberhinaus mit einer Vorrichtung (16, 25) zur Messung der Verbrennungstemperatur im Fließbett versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt: einen Wärmeaustauscher (34); Vorrichtungen (33) zur Entnahme einer kontrollierten Menge des heißen Katalysators aus der zweiten Kammer (23), um die Verbrennungstemperatur in dieser Kammer auf einer Temperatur zu halten, die weitgehend einem ersten Einstellwert von unter 950ºC und bevorzugt 910ºC entspricht; ,Vorrichtungen, um den Anteil an heißem Katalysator zur Abkühlung an den Wärmeaustauscher (34) zu übergeben; Vorrichtungen (17), um den abgekühlten Katalysator aus dem Wärmeaustauscher abzuziehen und wieder in die erste Kammer (12) zurückzuführen; und Vorrichtungen (19) zur Regelung der Verbrennungsfluidzufuhr in die erste Kammer in Abhängigkeit von der Vorrichtung (16) zur Messung der Temperatur in dieser ersten Kammer, um diese Temperatur weitgehend auf einem zweiten Einstellwert zu halten, der unter 730ºC und bevorzugt im Bereich von 650 und 710ºC liegt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Wärmeaustauscher (34) nach- oder vorgeschalteter Schieber (34) über die Vorrichtung (25) zur Messung der Verbrennungstemperatur in der zweiten Regenerierkammer (23) gesteuert wird und die Menge des aus dieser Kammer entnommenen und im Wärmeaustauscher abgekühlten Katalysators regelt.

13. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (34) mit einer Vorrichtung (37) zur Verteilung eines Fluids ausgestattet ist, mit dem der im Wärmeaustauscher befindliche Katalysator im Fließzustand gehalten werden kann.

14. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Regenerierungskammer (23) oberhalb der ersten Kammer (12) angeordnet ist, welche der zu regenerierende deaktivierte Katalysator weitgehend im Gegenstrom zum Oxydationsfluid durchströmt, und daß der Wärmeaustauscher (34) sich auf einer zwischen den Kammern (12) und (23) liegenden Ebene befindet dergestalt, daß die Bewegung des aus der zweiten Kammer abgezogenen und dem Wärmeaustauscher zugeführten Anteils an heißem Katalysator durch Schwerkraft erfolgt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der den Wärmeaustauscher (34) passierende Anteil des Katalysators sich in vertikaler Richtung bewegt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergabevorrichtungen (126, 128, 140) den unteren Teil des Wärmeaustauschers (137) so beschicken, daß der Katalysator dort im Fließbett von unten nach oben strömt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergabevorrichtungen im Bereich des Wärmeaustauschers (132) einen gekrümmten Abschnitt (140) umfassen, an dessen im wesentlichen unterstem Punkt sich eine Einspritzvorrichtung (141) für ein zweites Belüftungsfluid befindet, mit der die Katalysatordurchsatzleistung geregelt werden kann.

18. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Wärmeaustauscher (34, 137) außerhalb der Regenerierungskammer befindet.

19. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (132) eine dichte Verkleidung mit einer Vielzahl von in Längsrichtung verlaufenden Kühlrohren und einer Vielzahl von Kühlrohren (135a) umfaßt, die mindestens einen weitgehendst konzentrischen Kreislauf bilden, in dem ein Kühlmedium umgewälzt wird.

20. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Wärmeaustauscher im Innern der ersten Regenerierungskammer befindet und eine Trennwand (150) zur Abgrenzung eines Wärmeaustauscherabteils umfaßt, die in der Höhe die Oberfläche des dichten Fließbetts in der Kammer überragt.