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Verfahren zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen
Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf kontinuierliche Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren, wie z. B.
Krack-, Umbildungs-, Dehydrierungs-, Aromatisierungs- und ähnliche Verfahren. Es
handelt sich hierbei um Verfahren, bei denen ein fester, unschmelzbarer Kohlenwasserst
offumwandlungskatalysator mit Kohlenwasserstoffen unter Umwandlungsbedingungen in
Berührung tritt und sich dabei gleichzeitig mit als Koks bezeichneten Ablagerungen
belädt, worauf dieser verkokte Katalysator anschließend mit einem sauerstoffhaltigen
Gas unter Verbrennungsbedingungen derart behandelt wird, daß mindestens ein Teil
des genannten Kokses entfernt und der Katalysator für die weitere Verwendung regeneriert
oder reaktiviert wird, und wobei die in diesen Verfahren verwendeten, festen Katalysatorteilchen
derart hergestellt sind und verwendet werden, daß sie fließ- oder stromfähig sind.
Wenn der feste Katalysator aus verhältnismäßig großen Teilchen oder Körnchen besteht,
beispielsweise von der Größenordnung I3 bis I,3 mm, so hat sich ein Verfahren als
erfolgreich erwiesen, in dem ein sich abwärts bewegendes, nicht durcheinanderwirbelndes,
zusammenhängendes Bett von Katalysatorteilchen verwendet wird. Wenn dagegen der
feste Katalysator aus verhältnismäßig kleinen Teilchen besteht, wie z. B. solchen,
die durch ein Sieb mit einer lichten Maschen--weite von 0,I5 bis 0,04 mm gehen,
dann wird er in Verfahren angewendet, die als Fluidisations- und Leichtphasensuspensionsverfahren
bekannt sind.
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Die vorliegende Erfindung richtet sich auf Verfahren, in denen verhältnismäßig
große Teilchen oder Körnchen, wie z. B. in bestimmte Größe gebrachte Teilchen, Kügelchen
od. dgl., von der obengenannten
Größenordnung in einem nichtwirbelnden
Strom hauptsächlich oder ausschließlich auf Grund der Schwerkraft abwärts íließen.
Der schwerkraftsbedingte Strom fester Teilchen durch Behandiungs zonen als zusammenhängendes,
sich abwärts bewegendes und nicht durcheinanderwirbelndes Bett wird in »The ,T.
C. C.' Cracking Process for Motor Gasoline Production« von R. H. Newton, G. S. Dunham
und T. P. Simpson, »Transactions of the American Institute of Chemical Engineers«,
Bd.- 41, 5. 215 (25. April I945) und in den dort erwähnten Abhandlungen erörtert.
Die strömenden festen Teilchen sollten vorteilhaft in solcher Größe gewählt werden,
daß sie als Masse in zusammenhängender Form hauptsächlich oder ausschließlich auf
Grund der Schwerkraft abwärts fließen können, z. B. in einem Sperrrohr, während
Gas im Gegenstrom mit einem Druckabfall von etwa 35 bis 70 cm Wasser pro 1 m der
Massentiefe durch die Masse strömt, ohne daß die Teilchen gehoben werden.
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Es wurde nun gefunden, daß es vorteilhaft ist, in den Verfahren mit
nicht durcheinanderwirbeinden, zusammenhängenden Teilchenschichten die strömenden,
festen Teilchen, d. h. den Katalysator, mittels eines oder mehrerer Gasauftriebe
von der hier beschriebenen Art zu befördern, um einen Kreislauf dieser Teilchen
in der Anlage zu bewirken. Eine solche Anlage enthält mindestens einen Aufwärts-
und mindestens einen Abwärtsstromweg und in diesen eine ioder mehrere Reaktions-
oder Behandlungszonen, z. B. eine Umwandlungszone oder eine Regenerierungszone oder
auch beide Zonen, in denen die genannten, festen Teilchen mit einem Reaktions- oder
einem Behandlungsgas, z. B. mit Kohlenwasserstoffen in der Umwandlungszone und mit
einem sauerstoffhaltigen Gas in der Regenerierungszone, in Berührung kommen. In
einer Kohlenwasserstoffumwandlungsanlage, wie sie später ausführlicher beschrieben
wird, werden die Behandlungszonen vorteilhafterweise in verschiedenen Höhen auf
einem einzigen Abwärtsstromweg angeordnet, so daß die festen Teilchen durch nur
einzigen Gasauftrieb in einem vollständigen Verfahrenskreislauf befördert werden
können, obwohl auch eine Mehrzahl von Gasauftrieben und Abwärtsstromwegen verwendet
werden könnte. Eine Musteranlage dieser Art ist in einem Aufsatz unter dem Titel
Houdriflow: New Design in Catalytic Cracking« in der Zeitschrift »Oil and Gas Journal«,
S. 78 (13. Januar I949) beschrieben worden.
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In solchen Anlagen läßt sich, wenn die festen Teilchen sich nach
Befreiung von dem Fördergas in einem zusammenhängenden, nicht durcheinandérwirbelnden
Strom abwärts bewegen, das Maß der Beförderung und des Kreislaufes durch die Anlage
mindestens teilweise dadurch leicht kontrollieren, daß man das Arbeiten des Gasauftriebs
kontrolliert. Da der Grad des Katalysatorkreislaufes bei konstantem Öldurchsatz
das Verhältnis zwischen Katalysator und Öl und den Grad der Wärmeübertragung aus
der Regenerierungszone zur Umwandlungszone bestimmt, so ist leicht einzusehen, daß
die Arbeitsweise des Gasauftriebs von großer Bedeutung für das Verfahren als Ganzes
ist und daß es wichtig ist, eine geeignete Auftriebgasquelle zu schaffen, die unter
im wesentlichen konstanten Bedingungen so wirtschaftlich wie möglich arbeitet. Dieses
läßt sich vorteilhaft mit Hilfe der vorliegenden Erfindung erreichen.
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Wie in dem zuletzt genannten Aufsatz erläutert ist, kann eine Kolilenwasserstoffumwandlungsanlage
mit Gasauftrieb zur Regenerierung des verkokten Katalysators eine Reihe von vertikal
übereinander angeordneten, benachbarten Regenerierungszonen verwenden.
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Wenn man in einer solchen Anlage getrennte Ströme eines sauerstoffhaltigen
Gases durch die oberste und die unterste der genannten Regenerierungszonen fließen
läßt, dann ist das aus der obersten Regenerierungszone austretende Abgas wegen der
vorzugsweisen Verbrennung des im Koks enthaltenen Wasserstoffs verhältnismäßig feucht,
während das aus der untersten Zone austretende Abgas verhältnismäßig trocken ist,
wie später noch ausführlicher beschrieben wird. Gemäß vorliegender Erfindung wird
mindestens ein Teil des verhältnismäßig trockenen Abgases aus der untersten Regenerierungszone
mit Vorteil als mindest größere Quelle des Auftriebgases zum Aufwärtsbewegen des
Katalysators verwendet.
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Das verhältnismäßig trockene Abgas aus der untersten Regenerierungszone
kann heiß, z. B. bei etwa der Regenerierungstemperatur, d. h. bei etwa 480 bis 600"
oder mehr, abgeführt und ohne Zwischenkühlung als Auftriebgas oder als größerer
Teil dieses Gases verwendet werden. Die Verwendung dieses Gases erspart die Kosten
für das Aufheizen des Gases, das zum Auftrieb des Katalysators verwendet wird. Die
Reihe der Regenerierungszonen wird gemäß einer Ausführungsform vorliegender Erfindung
vorteilhaft so betrieben, daß das Abgas aus der untersten Zone die höchste Temperatur
innerhalb der gesamten Reihe der Regenerierungszonen besitzt. Bei einer solchen
Arbeitsweise ist die Verwendung des Abgases aus der untersten Zone thermisch wirksamer
als die Verwendung von Abgasen aus anderen Regenerierungszonen, da diese Gase kälter
sind als die Abgase aus der untersten Zone. Durch Verwendung von Abgas hoher Temperatur
wird der Katalysator unter geringem Wärmeverlust bis zum höchsten Punkt des Auftriebs
mit hoher Temperatur befördert, wodurch eine große Wärmemenge aus dem Regenerierungsvorgang
zur Reaktionszone übertragen und eine hohe Temperatur in der Reaktionszone erzielt
wird.
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Wie oben erwähnt, fließt das sauerstoffhaltige Gas durch die obersten
und untersten Regenerierungszonen in Form von zwei getrennten Strömen. Erfindungsgemäß
hat mindestens der Strom, der durch die unterste Zone fließt, beim Einführungspunkt
einen Druck der wesentlich über dem Druck am Boden der Auftriebzone liegt, z. B.
etwa 0,07 bis 0,42 kglcm2.
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Die Fließbedingungen des sauerstoffhaltigen Gases durch das Katalysatorbett
in der untersten Zone werden so gewählt, daß der in dem Bett entstehende Druckabfall
geringer ist als die Differenz zwischen dem Druck am Einführungspunkt und dem Druck
am Boden der Auftriebzone. Da das verhältnismäßig trockene Abgas aus der untersten
Zone bei einem Druck austritt, der mindestens um einen geringen
Betrag
oberhalb des gewünschten Druckes in der Auftriebzone liegt, so kann dieses Gas vorteilhaft
zum Auftrieb des Katalysators verwendet werden. Auf diese Weise kann die Berührung
des Katalysators mit wesentlichen Wasserdampfkonzentrationen während des Auftriebs
vermieden werden, während die Energie eines ausgewählten Teils des Abgases zum Auftrieb
des Katalysators nutzbringend verwendet wird. Weiterhin ist es so möglich, die Hydratisierung
des Katalysators an eine Stelle des Systems zu verlegen, wo die Wirkung einer solchen
Hydratisierung mit dem größten Vorteil ausgenutzt werden kann.
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Die Grundgedanken vorliegender Erfindung werden nachfolgend bei der
Beschreibung der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Diese Zeichnungen zeigen schematisch
verschiedene vorzugsweise Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Obwohl die
vorliegende Erfindung eine Reihe verschiedenartiger Verfahren umfaßt, so sollen
die Zeichnungen doch nur mit Bezug auf ein katalytisches Kohlenwasserstoffkrackverfahren
erläutert werden, da der Fachmann hieraus auch entnehmen kann, wie analoge oder
äquivalente Verfahren unter Verwendung der gleichen Grundgedanken durchgeführt werden
können.
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In den Zeichnungen sind Fig. I und 2 schematische Darstellungen des
Hauptteils der Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei gewisse
Teile fortgelassen sind, um den inneren Bau einiger Gefäße aufzuzeigen.
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Wie in Fig. I und 2 gezeigt ist, fließen verhältnismäßig große Teilchen
eines festen Krackkatalysators, z. B. Teilchen mit einem Durchmesser von etwa I
bis I5 mm und vorteilhaft von etwa 2 bis 6 mm, in Form eines sich abwärts bewegenden,
nicht durcheinanderwirbelnden Bettes durch einen Umsetzungs- oder Reaktionskessel
10. Die Teilchen werden durch ein Rohr 11 zu einem Regenerierungskessel oder -ofen
12 geleitet, in dem der Koks, der sich in der Krackzone auf den Katalysatorteilchen
abgelagert hat, entfernt wird. Verbindungen, die als Kohlenwasserstoffumwandlungskatalysatoren
und bzw. oder als Krackkatalysatoren wirksam sind, z. B. natürliche oder synthetische
Aluminiumsilicate, und die Reaktionsbedingungen in dem Kessel 10 und dem Ofen 12
sind in der Literatur bekannt und brauchen hier nicht aufgezählt zu werden.
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Aus dem Regenerierungskessel 12 werden die Katalysatorteilchen herausgeleitet
und fließen abwärts in das Rohr 13 als eine zusammenhängende, nicht durcheinanderwirbelnde
Säule zu einem Gasauftriebeinlaßraum 14 am Boden des Gasauftriebs. Von hier aus
werden sie in Form eines kontinuierlichen Stromes fester Teilchen mittels eines
Förder- oder Auftriebgases, das durch die Rohre 15 und I6 in den Gasauftrieb eintritt,
vertikal aufwärts befördert oder gehoben, wobei die Katalysatorteilchen durch ein
langes, vertikales, zylindrisches Rohr 17 zu einem geschlossenen Kessel oder Separator
I8 aufsteigen, der eine Entbindungszone enthält. Das dort entbundene Auftriebgas
wird aus dem Kessel 18 entfernt, z. B. an dessen Spitze durch das Rohr 2I. Gewünschtenfalls
kann das entbundene Gas dann zu einem Zyklonseparator 22 geführt werden, in dem
mitgerissene, feine Katalysatorteilchen aus dem Auftriebgas entfernt werden. Das
von den feinen Teilchen befreite Gas wird aus dem Separator 22 an dessen Kopf durch
das Rohr 23 abgeleitet. Die feinen Teilchen werden aus dem Separator 22 an seinem
Boden durch das Rohr 24 entfernt und gehen in einen nicht gezeichneten Behälter.
Die festen Katalysatorteilchen, die von dem Förder- oder Auftriebgas befreit sind,
sammeln sich an der Oberfläche des Bettes 19 in dem Kessel 18, von wo sie zu dem
Reaktionskessel durch das Rohr 26 als verhältnismäßig zusammenhängende, nicht durcheinanderwirbelnde
Säule fließen. Es wird darauf hingewiesen, daß eine besondere Separatorkonstruktion,
wie z. B. der Kessel 18, nicht zum Gegenstand der Erfindung gehört und daß auch
andere als der gezeichnete Separator, die das Auftriebgas von den Katalysatorteilchen
nach verschiedenen Methoden zu trennen vermögen, verwendet werden können.
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Kohlenwasserstofffraktionen, die gekrackt oder umgebildet werden
sollen und die zu der von den Erdölprodukten bis zu den schweren Rückstandsprodukten
reichenden Gruppe gehören können, werden aus einer Beschickungszone bekannter Art
in dampfförmiger, flüssiger oder gemischter Phase in den Reaktionskessel I0, z.
B. durch das Rohr 27 eingeleitet und mit den darin befindlichen Katalysatorteilchen
nach bekannten Verfahren und unter Verwendung bekannter Apparate in Berührung gebracht.
Die Kohlenwasserstoffe werden in Dampfform und unter den Umsetzungsbedingungen durch
das Katalysatorbett im Reaktionskessel 10 abwärts geleitet, von den Katalysatorteilchen
befreit und aus dem Reaktionskessel durch das Rohr 28 entfernt, worauf sie zu einer
Fraktionieranlage geleitet werden, um dort eine geeignete Aufarbeitung zu Produkten,
wie Benzin, Heizöl, dem Kreislauf wieder zuzuführende Rückstände u. dgl. zu erfahren.
Es ist verständlich, daß die Kohlenwasserstoffe in den Reaktionskessel 10 auch durch
das Rohr 28 eintreten können. Sie strömen dann aufwärts durch das Katalysatorbett
und werden durch das Rohr 27 wieder herausgeleitet, wobei eine geeignete Anordnung
bezüglich der unten beschriebenen Druckverhältnisse getroffen wird. Ein Reinigungsgas,
wie z. B. Wasserdampf, inerte Abgase od. dgl., kann in den Reaktionskessel 10 durch
das Rohr 29 eingeführt werden, um die Katalysatorteilchen von flüchtigen Kohlenwasserstoffen
zu reinigen.
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Um die Gase im Reaktionskessel 10 und im Ofen 12 voneinander getrennt
zu halten, wird ein Sperrgas, wie z. B. Wasserdampf, inertes Abgas, Kohlendioxyd,
oder andere Gase, die sowohl mit der Krackreaktion im Reaktionskessel 10 als auch
mit der Verbrennungsreaktion im Ofen 12 verträglich sind, in das Rohr II vermittels
des Rohres 31 eingeleitet. In ähnlicher Weise kann auch ein Sperrgas durch das Rohr
32 in das Rohr 26 eingeleitet werden. Soweit der Reaktionskessel 10 und bzw. oder
der Ofen I2 in bekannter Weise derart eingerichtet sind, daß sie einen Sperrraum
oder einen Katalysatoreinführungsraum in ihrem Kopf enthalten, der einen Dampfraum
oberhalb des Katalysatorbettes vorsieht und eine von der Krack- bzw. Regenerierungszone
getrennte Beh and-
lungszone darstellt, ist es möglich, ein Sperrgas
anstatt in die Rohre, wie in Fig. I und 2 gezeigt, in den Raum einzuleiten. Reaktionskessel
10 und Ofen 12 können auch mit verschiedenen anderen bekannten Vorrichtungen ausgestattet
sein, die jedoch in den Zeichnungen nicht dargestellt sind. Zum Beispiel kann der
Reaktionskessel 10 eine Vorrichtung enthalten, um die Katalysatorteilchen mit flüssigem
Öl in Berührung bringen zu können, und der Ofen 12 kann Kühlschlangen an geeigneten
Stellen enthalten.
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Erfindungsgemäß und entsprechend den Zeichnungen in Fig. I und 2
wird die Regenerierung. in einer Reihe von vertikal übereinander angeordneten, benachbarten
Regenerierungszonen, durch welche der verkokte Katalysator nacheinander fließt,
dadurch bewirkt, daß in jede Zone ein frischen Sauerstoff enthaltender Gasstrom,
wie z. B. Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft, eingeleitet wird. Obwohl
man eine beliebige Zahl solcher Zonen verwenden kann, ist es doch vorteilhaft, entsprechend
den Zeichnungen in Fig. I und 2, nur zwei solcher Zonen zu verwenden. Die Zonen
können auf irgendeine bekannte Art voneinander getrennt sein. Sie können sich sogar,
ohne daß damit der Erfindungsbereich verlassen wird, in getrennten Kesseln befinden,
die ein oder mehrere Sperrohre zwischen den Kesseln besitzen.
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Es ist jedoch vorteilhaft, wenn sich die Zonen in einem einzigen Kessel,
wie in der Zeichnung dargestellt, befinden und wenn der Katalysator in einem beständigen,
nicht durcheinanderwirbelnden Strom durch sie hindurchwandert. Wie später noch ausftlhrlicher
beschrieben ist, wird der Gasstrom durch die verschiedenen Zonen in der gewünschten
Weise dadurch bewirkt, daß die Druckverhältnisse der verschiedenen Zugangs- und
Abgase in geeigneter Weise kontrolliert werden.
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In der in Fig. I dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird
sauerstoffhaltiges Gas in die Reihe der Regenerierungszonen in mindestens einer
Ebene zwischen dem Kopf und dem Boden der genannten Regenerierungszonen, beispielsweise
durch das Rohr 33 eingeleitet, und zwar bei einem Druck, der wesentlich größer ist
als der Gasdruck am Boden des Gasauftriebs, d. h. im Kessel 14. Das durch das Rohr
33 eingeführte Gas tritt in das Verteilerrohr oder den geschlossenen Kanal 34 ein
und wird gleichmäßig über die Oberfläche des Bettes durch die Kanäle 35, die in
Gasverbindung mit dem Verteilerrohr 34 stehen, verteilt. Die Kanäle 35 sind am Boden
offen und erstrecken sich regelmäßig und gleichförmig über im wesentlichen die gesamte
Bettausdehnung in einer zum Verteilerrohr 34 senkrechten Richtung. Ein Teil des
so eingeleiteten Gases durchströmt in Aufwärtsrichtung aie oberste Regenerierungszone,
tritt mit dem verkokten Katalysator unter Verbrennungsbedingungen in Berührung und
verläßt den Ofen 12 durch das Rohr 36, wobei irgendeine. der bekannten Gasentbindungsvorrichtungen
(nicht gezeichnet) im Kopf des Bettes zur Trennung der so entstandenen Abgase von
den Katalysatorteilchen verwendet werden kann.
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Es wurde gefunden, daß eine Verbrennung unter diesen Bedingungen ein
verhältnismäßig feuchtes Abgas, d. h. ein Gas, das im allgemeinen etwa In01, oder
mehr Wasserstoff enthält, erzeugt, da die Koksablagerung eine wesentliche Menge
Wasserstoff enthält, der zweckmäßig im ersten Verbrennungsstadium verbrannt wird,
und da auch der größere Teil des gegebenenfalls vom Katalysator physikalisch adsorbierten
Wassers unter diesen Bedingungen wieder abgegeben wird.
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Der Rest des durch das Rohr 33 eingeleiteten sauerstoffhaltigen Gases
strömt abwärts durch die unterste Regenerierungszone als Strom für sich und getrennt
von dem Strom in der obersten Zone und tritt mit dem Katalysator unter solchen Bedingungen
in Berührung, daß die Reste des auf ihm in der Reaktionszone abgelagerten Kokses
verbrannt werden. Unter den in der untersten Regenerierungszone vorliegenden Bedingungen
wird ein verhältnismäßig trockenes Abgas erzeugt. Unter dem Begriff verhältnismäßig
trockenes Abgas wird im Sinne vorliegender Erfindung ein Gas verstanden, das weniger
als etwa 5 Gewichtsprozent Wasserdampf enthält, beispielsweise 3 01o oder weniger,
einschließlich des Wasserdampfes, der sich ursprünglich in dem sauerstoffhaltigen
Gas befindet, wie z. B. des atmosphärischen Wasserdampfes in der Luft oder des Wasserdampfes,
der aus der Verbrennung von Heizstoffen in Luft zwecks Erhitzung der Luft stammt.
Dieses verhältnismäßig trockene Abgas wird gesammelt, z. B. durch eine (nicht gezeichnet)
Gassammelvonrichtung, ähnlich wie z. B. die Kanäle 35 und Rohr 34, und verläßt den
Ofen 12 durch das Rohr 37 bei einem Druck, der mindestens um einen geringen Betrag
größer ist als der Druck am Boden des Gasauftriebs. Danach strömt das Abgas, und
zwar zum mindesten der größere Teil von ihm, zu den Rohren 15 und I6, um als Auftriebgas,
wie später beschrieben, zu dienen.
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Eine geeignete Vorrichtung zur Einführung der Katalysatorteilchen
und des Auftriebgases in das Auftriebrohr 17 ist in den Fig. I und 2 dargestellt.
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Hierdurch soll jedoch nicht zum Ausdruck gebracht werden, daß die
vorliegende Erfindung sich auf die Verwendung einer solchen Vorrichtung beschränkt.
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Die Katalysatorteilchen strömen aus dem Rohr 13 und bilden im Kessel
14 ein zusammenhängendes Katalysatorbett, wie in der Zeichnung dargestellt ist.
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Innerhalb des Kessels 14 und innerhalb der horizontalen Ausdehnung
des zusammenhängenden Katalysatorbettes befindet sich ein Zylinder 38, der an beiden
Enden offen ist und einen wesentlichen größeren Durchmesser hat als das Auftriebrohr
17. Dieser Zylinder ist z. B. mit Hilfe der Stützen 39 mit seiner Spitze oberhalb
des zusammenhängenden Katalysatorbettes so eingebaut, daß die Katalysatorteilchen
nicht in den ringförmigen Raum eintreten, der zwischen dem Zylinder 38 und dem Auftriebrohr
I7 gebildet wird, während sein Boden vollständig in das Katalysatorbett eintaucht.
Der Boden des Zylinders 38 kann sich im wesentlichen auf der gleichen Höhe befinden
wie der Boden des Auftriebrohres I7. Er kann auch ein wenig höher oder tiefer liegen,
je nachdem welche Konzentration der Katalysatorteilchen in dem Strom aus Katalysatorteilchen
und Auftriebgas im Auftriebrohr 17 gewünscht wird. Er kann auch verstellbar eingerichtet
werden, abweichend von der in Fig. I und 2 dargestellten festen Anordnung.
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Das verhältnismäßig trockene Abgas aus der untersten Regenerierungszone
kann in zwei Ströme geteilt werden, und zwar wird ein kleinerer Stromteil durch
das Rohr 16 und ein größerer Stromteil durch das Rohr 15 durch entsprechende Einstellung
der Ventile 41 bzw. 42 geleitet. Der Gasstromteil im Rohr 16 bewegt sich direkt
vertikal aufwärts in das Auftriebrohr I7, während das durch das Rohr 15 eingeleitete
Gas im wesentlichen vollständig oder zu seinem größten Teil abwärts durch den offenen
Ringraum zwischen dem Zylinder 38 und dem Auftriebrohr 17 zum Boden dieses Ringraumes
fließt, darauf seine Stromrichtung umkehrt und in das Auftriebrohr I7 eintritt,
wobei es Katalysatorteilchen aufwärts mit sich reißt.
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Eine Anlage, wie sie in Fig. I und 2 dargestellt ist, ermöglicht
es, eine Zahl verschiedener Verfahren je nach Wahl durchzuführen, die je nach den
verschiedenen Bedingungen in der Anlage zur Anwendung kommen können. Beispielsweise
können die Druckabfallverhältnisse in der Anlage derart sein, daß der Entbindungsdruck
des verhältnismäßig trockenen Abgases aus der untersten Regenerierungszone merklich
höher ist (z. B. 0,07 bis 0,2I kg/cm2) als der Druck, der am Boden des Gasauftriebs
17 erwünscht ist, um einen Druckabfall von unter 0,07 kg/cm2 bis zu dem Mehrfachen
hiervon mit Hilfe von Fließ- und bzw. oder Druckkontrollinstrumenten in der Leitung
zur Auftriebzone auszugleichen. Andererseits kann der Entbindungsdruck des Abgases
um bis zu 0,07 kg/cm2 größer sein als der Druck, der am Boden des Auftriebs erwünscht
ist, und somit nur für den Druckabfall in dem Rohr zur Auftriebzone ausreichen.
Wenn die Menge des verhältnismäßig trockenen Abgases den Bedarf des Gasauftriebs
übersteigt, dann kann überschüssiges Abgas durch das Rohr 43 unter Steuerung durch
das Ventil 44 abgeblasen werden, welches so eingestellt wird, daß der am Boden des
Gas auftriebs gewünschte Druck erhalten wird. Auf diese Weise läßt sich die Wirkung
geringer Strömungsveränderungen des Abgases auf den Druck am Boden des Gasauftriebs
vermeiden, da solche Änderungen durch Änderungen bei der Gasabgabe durch das Rohr
43 berücksichtigt werden.
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In einer anderen Arbeitsweise wird die Gesamtmenge des verhältnismäßig
trockenen Abgases durch das Rohr 15 geleitet, wobei das Ventil 41 geschlossen und
das Ventil 42 offen ist. Gewünschtenfalls kann der Auftrieb allein durch das durch
Rohr 15 eintretende Gas bewirkt werden, wodurch ein bestimmtes Maß für den Umlauf
und bzw. oder die Konzentration der Katalysatorteilchen im AuftriebrohrI7 gegeben
ist. Sollte es erwünscht sein, die Umlaufsgeschwindigkeit im Auftriebrohr 17 zu
vergrößern, ohne den Gasstrom durch das Rohr 15 zu stören, um somit konstante Bedingungen
in der untersten Regenerierungszone aufrechtzuerhalten, dann kann zusätzliches Auftriebgas
durch das Rohr 45 in durch Ventil 46 geregelten Mengen eingeleitet werden, um so
die gewünschte Vergrößerung der Umlaufgeschwindigkeit zu erzielen. Die Menge des
so zugeleiteten Gases ist nur ein verhältnismäßig geringer Teil des gesamten Auftriebgases,
beispielsweise weniger als 10 0%. Vorteilhafterweise ist das Gas so beschaffen,
daß das gesamte Auftriebgas immer noch verhältnismäßig trocken bleibt, d. h. daß
es weniger als 3 bis 5 Gewichtsprozent Wasserdampf insgesamt enthält. Geeignete
Gase sind Luft, Abgase u. dgl.
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Wie aus der vorstehenden Beschreibung entnommen werden kann, hat
die Verwendung des verhältnismäßig trockenen Abgases aus der untersten Zone in der
Weise, wie sie in Fig. I erläutert ist, viele Vorteile.
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Da der Druck in der untersten Regenerierungszone nur um ein weniges
größer sein mag als am Boden des Gasauftriebs, so ist unter diesen Bedingungen ein
nur kurzes Sperrohr zwischen der Regenerierungszone und dem Boden des Gasauftriebs
erforderlich. Daher kann das Rohr 13, das in der Zeichnung der Fig. I hauptsächlich
als Ablaufrohr oder als Katalysatorförderrohr dient, so kurz gehalten werden, wie
es die bauliche Anordnung zuläßt.
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In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform kann das Rohr 33 zusammen
mit dem angeschlossenen Verteilerrohr 34 und den Kanälen 35 in einer Ebene zwischen
den Rohren 36 und 37 so eingebaut sein, daß gleiche oder verschiedene Druckabfälle
in den getrennten Gasströmen, die durch die oberste bzw. unterste Zone fließen,
erzeugt werden. Andererseits kann, gegebenenfalls in Zusammenhang mit der Einleitung
des sauerstoffhaltigen Gases in einer besonders ausgewählten Ebene, der in der obersten
und untersten Zone oder in einer von ihnen erzeugte Druckabfall dadurch reguliert
werden, daß die durch diese Zonen strömenden Gasmengen veränderlich gehalten werden,
beispielsweise durch Anordnung eines oder mehrerer Druckreglerventile im Ausgang
der Leitungen 36 bzw. 37. Im Falle eines ungleichen Druckabfalls ist es allgemein
vorteilhafter, wenn der geringere Druckabfall sich in der untersten Zone befindet.
Eine solche Anordnung der Druckabfälle ist insofern wirksamer und wirtschaftlicher,
als der Eingangsdruck des sauerstoffhaltigen Gases bei gleichem Ausgangsdruck oder
gleichem Druck am Boden des Gasauftriebs kleiner ist, wodurch die Kosten für eine
Drucksteigerung gespart werden.
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In der folgenden Tafel werden die in einer technischen Anlage verwendeten
Drücke in Anlehnung an die in Fig. I dargestellte Ausführungsform und unter Verwendung
eines gleichlaufenden Stromes im Reaktionsgefäß als typische Beispiele zusammengestellt.
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Es handelt sich um die Drücke an den in Fig. I bezeichneten Punkten.
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Tafel I Statische Drücke an den bezeichneten Punkten in kg/cm2
| A-I | B-I C-I D-I E-I F-I | G-I H-I | 1-1 | K-I |
| 0,028 | 10,833 1 10,819 | 10,420 | o,448 10,455 o,490 10,476
10,595 1 0,476 | o,4200,420 |
In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird sauerstoffhaltiges
Gas am Boden der untersten Regenerierungszone eingeleitet, z. B. durch das Rohr
47, und zwar bei einem Druck, der wesentlich größer als der Druck am Boden des Gasauftriebs
ist, wobei das Rohr 13 genügend lang ist, um als Sperrohr wirken zu können. Das
Gas wird dann aufwärts durch die unterste Zone geleitet und durch die Kanäle 35,
das Sammelrohr 34 und das Rohr 48 wieder abgeleitet.
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Ein besonderer Strom des sauerstoffhaltigen Gases wird am Boden der
oberen Zone durch das Rohr 49 eingeleitet, und zwar bei einem Druck, der durch das
Ventil 51 so geregelt wird, daß er im wesentlichen gleich oder nur um ein weniges
größer ist (z. B. 0,007 bis 0,0I4 kglcm2) als der Entbindungsdruck des Abgases im
Rohr 48. Das durch das Rohr 49 eingeleitete sauerstoffhaltige Gas strömt aufwärts
durch die oberste Zone im Gegenstrom zu dem abwärts strömenden Katalysator und wird
durch das Rohr 52 abgeleitet.
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Die Bedingungen und die Arbeitsweise in diesen Zonen ähneln denen,
die im Zusammenhang mit Fig. I erörtert worden sind.
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In der folgenden Tafel werden die in einer technischen Anlage verwendeten
Drücke in Anlehnung an die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform als typische Beispiele
zusammengestellt. Es handelt sich um die Drücke an den in Fig. 2 bezeichneten Punkten.
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Tafel II Statische Drücke an den bezeichneten Punkten in kg/cm2
| A-2 I B-2 I C-2 I D-2 I E-2 1 F-2 I G-2 I H-2 | 1 1-2 | J-2
| K-2 |
| 0,035 1 0,532 | 0,5I8 o,gI8 10,420I | 0,4341 0,3291 0,32910,4271
0,4201 o,427 | o,420 o,476 0,315 |
Es hat sich gezeigt, daß der hierin beschriebene Gasauftrieb dann mit großer Wirksamkeit
und mit einem wirtschaftlich niedrigen Grad der Teilchenzerreibung arbeitet, wenn
die maximale, durchschnittlicht Stromgeschwindigkeit der Katalysatorteilchen vorteilhafterweise
über etwa 3 und unter etwa I8 m pro Sekunde und vorzugsweise zwischen etwa 6 und
I2 m pro Sekunde gehalten wird. Die durchschnittliche Geschwindigkeit ist die Geschwindigkeit
aller Teilchen, die den horizontalen Querschnitt des Auftriebrohres durchschnittlich
durchströmen; die maximale Geschwindigkeit ist die Geschwindigkeit nach Abschluß
der Beschleunigung. Im allgemeinen treten die Teilchen aus der Spitze des Auftriebs
mit der maximalen Geschwindigkeit aus. Derartige Auftriebe werden vorteilhafterweise
bei einem Druck von etwa 2,3 bis 16 und allgemein unterhalb etwa 45 kg/m3 des Querschnittes
und pro Meter Auftriebhöhe betrieben, wenn man Katalysatorteilchen verwendet, die
eine scheinbare Dichte von etwa 100 bis I35 kg/m3 besitzen. Beispielsweise wird
ein Auftrieb von 60 m einen Gesamtdruckabfall von mehr als 0,07 bis etwa 0,7 kg/cm2
zwischen seinem Anfangs- und Endpunkt aufweisen.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung, und zwar wenn hydratisierbare
Katalysatorteilchen verwendet werden, kann man Vorteil aus der Tatsache ziehen,
daß solche Katalysatorteilchen die unterste Regenerierungszone in dehydratisierter
Form verlassen und wegen der Verwendung eines verhältnismäßig trokkenen Auftriebgases
in im wesentlichen der gleichen dehydratisierten Form aufwärts getrieben werden.
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Hier wird der Katalysator anschließend an einem bestimmten Punkt im
Abwärtsstromweg vor oder zu der Zeit, wo die Katalysatorteilchen mit den Kohlenwasserstoffen
in Berührung kommen, hydratisiert, wo gleichzeitig ein Temperaturanstieg eintritt
wegen der exothermen Hydratisierungswärme. Solche Katalysatorteilchen, zu denen
Montmorillonit, Teilchen von natürlichen oder chemisch behandelten Bentonittonen
gehören, können dadurch hydratisiert werden, daß man sie mit ausreichenden Mengen
Wasserdampf in dem Separator 18 oder in einem Katalysatorzuführungsraum oder Sperraum
am Kopf des Reaktionskessels 10 in Berührung bringt. Ein solches Verfahren ist dann
besonders wirksam, wenn hochsiedende Kohlenwasserstoffe mit einem wesentlichen Gehalt
an Schwefel, beispielsweise I oder mehr Gewichtsprozent, zwecks Bildung von Benzin
im Reaktionskessel I0 gekrackt werden. Diese besondere Wirksamkeit beruht auf der
Schutzwirkung des adsorbierten Wasserdampfes gegenüber den schädlichen Wirkungen
der schwefligen Gase auf den Katalysator.
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Es werden auch noch andere Vorteile durch das vorliegende Verfahren
erreicht, wie beispielsweise eine niedrigere Temperatur im Gasauftrieb und geringere
Wärmeverluste.