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Verfahren zum Nutzbarmachen des Energieinhaltes des bei katalytischen Krackanlagen anfallenden Rauchgases
Unter den exotherm verlaufenden chemischen Prozessen nimmt der katalytische Krackprozess zur
Benzinerzeugung insoferne eine besondere Stellung ein, als beim Abbrennen des am Katalysator sich anlagernden Ölkoks, welches im sogenannten Regenerator erfolgt, Rauchgas mit bei 6200C liegender
Temperatur, mit Drücken zwischen 1, 3 und 1, 8 atü und einem CO-Gehalt von 4 bis 10'po, also ein
Abgas mit beträchtlichem Energieinhalt, anfällt.
Man ist daher bestrebt, einen möglichst grossen Teil der im Rauchgas des Krackprozesses enthaltenen Energie zurückzugewinnen, und leitet das aus dem
Regenerator kommende Rauchgas, ehe man es durch den Schornstein abbläst, über einen Abhitzekessel, also eine Art Wärmetauscher, in dem das Rauchgas zur Dampferzeugung herangezogen und dabei abgekühlt wird. Der Druck in einer solchen bisher üblichen Anlage wird durch ein Regelventil, welches in der Rauchgasleitung hinter dem Abhitzekessel angeordnet ist, den Betriebsverhältnissen bzw.
Betriebsbedürfnissen entsprechend eingestellt. Nach dem Regelventil wird das Rauchgas über einen
Schalldämpfer und einen Schornstein in die Atmosphäre abgeleitet.
Diese Art des Energierückgewinnes und der Regelung der Krackanlage ist jedoch wenig befriedigend, weil einerseits der Energierückgewinn im genannten Abhitzekessel mit geringem Wirkungsgrad gegeben ist, weil sich dem Rauchgas wohl die Wärme zum guten Teil entziehen lässt, die im verbrennbaren CO-Anteil latente Energie aber völlig verlorengeht und anderseits das im erosiven Rauchgasstrom liegende Regelventil ein besonders störanfälliges Element ist, dessen notwendiges Zusammenwirken mit der Regelung des die Verbrennungsluft liefernden Kompressors bei häufig wechselnden Prozessverhältnissen überdies recht problematisch wird. Der Ausstoss von immerhin ganz beträchtlichen Mengen an CO ist auch aus Gründen der Reinhaltung der Luft äusserst unerwünscht.
Auch führt das Rauchgas trotz im allgemeinen im Regenerator vorgesehener Zyklone noch immer Katalysatormaterial mit sich, welches somit verlorengeht und auch zur Luftverunreinigung beiträgt. Es ist also das Ziel der Erfindung, die aufgezeigten Mängel der bisher üblichen Energierückgewinnung aus dem Rauchgas von Krackprozessen zu vermeiden und den gesamten Wirkungsgrad einer solchen Anlage und ihre Anpassungsfähigkeit an verschiedene Betriebsbedingungen zu verbessern.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Nutzbarmachen des Energieinhaltes des bei katalytischen Krackanlagen anfallenden Rauchgases und zur wirtschaftlicheren Regelung solcher Krackanlagen, wobei die für die Regenerierung des Katalysators erforderliche Verbrennungsluft über einen Kompressor dem Regenerator zugeführt wird.
In erfindungsgemässer Weise wird das anfallende Rauchgas über einen vom Regenerator unabhängigen Zyklon einer Abgasturbine zugeführt, wird der im Rauchgas enthaltene brennbare CO-Anteil in einem der Turbine nachgeschalteten katalytischen CO-Boiler verbrannt und wird über eine an dem Krackprozess vorbeiführende, zwischen Kompressor und Regenerator abzweigende Leitung (Bypassleitung) die sich bei geringerem Bedarf an Verbrennungsluft ergebende Überschlussluft zwecks Aufwärmung über den CO-Boiler geführt und dem vom Regenerator kommenden Rauchgas vor dem Zyklon zugemischt.
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An Hand der Zeichnung soll das erfindungsgemässe Verfahren zur Energierückgewinnung und zur besseren, d. h. wirtschaftlicheren Regelung von Krackanlagen näher erläutert werden. In diesem Schema ist mit--l und 2-- der Reaktor bzw. Regenerator einer katalytischen Krackanlage, mit--3-der Turbokompressor zur Förderung der Verbrennungsluft zur Regenerierung des Katalysators und mit --4-- dessen Antriebsmaschine, im allgemeinen ein Asynchronmotor, bezeichnet. Bei bisher bekannten Krackanlagen wird das aus dem Regenerator kommende Rauchgas über einen Abhitzekessel --5-- (Wärmetauscher), der im allgemeinen zur Dampfgewinnung vorgesehen ist, und ein Regelventil --11-- in den Schornstein --6-- geleitet und damit in die Atmosphäre abgeführt.
Beim erfindungsgemässen Verfahren hingegen wird das aus dem Regenerator --2-- kommende Rauchgas zur weiteren Abscheidung im Rauchgas noch mitgeführter fester Teilchen (insbesondere Katalysatormaterial) einem zyklon --9-- zugeleitet und von diesem der Abgasturbine--7--, die mit einem Generator-8-, im allgemeinen einem Asynchrongenerator oder einer sonstigen Maschine gekoppelt ist. In der Abgasturbine-7-wird das mit etwa 1, 3 bis 1,8 atü eintretende Rauchgas weitgehend entspannt und damit auch abgekühlt. Sein Energieinhalt wird somit in elektrische oder mechanische Energie umgewandelt, die für den Eigenbedarf der Anlage herangezogen werden kann.
Mit --12-- ist das Eintrittsventil der Turbine --7-- angedeutet, welches bei der erfmdungsgemässen Anlage praktisch nur die Aufgabe eines Sicherheits (Schnellschluss-) Ventils hat, da eine Ventilregelung der Turbine in der sonst üblichen Weise auf Grund der später näher erläuterten Zusammenhänge nicht erforderlich ist. Das aus der Turbine --7- austretende entspannte Rauchgas wird dann in erfindungsgemässer Weise einem katalytisch arbeitenden CO-Boiler--10--zugeführt, in dem das im Rauchgas in grösseren Mengen (nämlich etwa mit 4 bis 10%) enthaltene Kohlenmonoxyd verbrannt wird. Das aus dem CO-Boiler-10-austretende, von seinem CO-Gehalt gereinigte Rauchgas wird dann über den schon erwähnten Schornstein --6-- in die Atmosphäre abgeführt.
Ein weiteres Kennzeichen des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin, dass von der vom Turbokompressor-3-- zum Krackprozess (also konkret in den Regenerator 2) führenden Druckluftleitung eine Leitung --15-- abzweigt, über die, geregelt durch das in ihr liegende. Ventil--14--, ein Teil der vom Kompressor --3-- geförderten Luft über den CO-Boiler --10-- am chemischen Prozess vorbeigeführt werden kann. Diese Leitung--15-- (Bypassleitung) mündet vor dem Zyklon--9--in
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vorbeigeführt werden kann. Diese Leitung --19-- mündet vor dem CO-Boiler --10-- in die in den Schornstein --6-- führende Rauchgasleitung. Die im CO-Boiler entstehende Wärme wird, soweit sie nicht zur Aufwärmung der Bypassluft gebraucht wird, für andere Zwecke, z.
B. zur Dampferzeugung, verwendet, was in der Zeichnung durch die Kesselwasserspeiseleitung--17--bzw. die Dampfleitung --18-- angedeutet ist. Gegebenenfalls kann im CO-Boiler der Heizwert des Rauchgases erhöht werden, indem ihm Heizgas entsprechend dosiert zugesetzt wird. Diese Möglichkeit ist in dem Schema durch die Heizgasleitung--16--angedeutet. Falls der Sauerstoff der Bypassluft nicht ausreicht, die katalytische CO-Verbrennung mit gutem Wirkungsgrad vor sich gehen zu lassen, besteht die Möglichkeit, dem CO-Boiler --10-- Fremdluft zuzuführen, was in der Zeichnung durch die Leitung --22--, ein Gebläse-23-und eine das Gebläse antreibende Maschine --24-- angedeutet ist.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemässen Krackanlage mit Energierückgewinnung aus dem Rauchgas ist wie folgt : Der Turbokompressor--3--läuft mit konstanter, durch den maximalen Bedarf der Krackanlage an Verbrennungsluft gegebener Förderleistung, kann also stets mit bestem Wirkungsgrad betrieben werden. Der bei nicht voll ausgenutzter Kapazität der Krackanlage bzw. anderer
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B.Überschussluft wird im CO-Boiler von etwa 200 auf etwa 6000C (entsprechend etwa der Temperatur des aus dem Regenerator --2-- kommenden Rauchgases) aufgewärmt und vor dem Zyklon--9-dem Rauchgasstrom wieder zugeführt.
Dies hat vor allem den Vorteil, dass, wie schon gesagt, der
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B.- mengenmässig immer gleich beaufschlagt sind und somit ohne komplizierte Regelungsmassnahmen gleichfalls mit stets optimalem Wirkungsgrad arbeiten können, auch wenn die Krackanlage mit stark schwankender Belastung fährt. Die Regelung der dem Regenerator--2-zugeführten Verbrennungsluft erfolgt also über das Ventil--14--, ein Regelorgan, welches nur von reiner Luft beaufschlagt ist und daher im Gegensatz zu dem erwähnten, im erosiven Rauchgasstrom
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liegenden Ventil--11--weit weniger gefährdet und somit betriebssicherer ist. Der Sauerstoffgehalt der über die Leitung--15--dem Rauchgas zugeführten Bypassluft kommt der CO-Verbrennung im
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keinen CO-Anteil besitzt.
Es ist also in Befolgung des erfindungsgemässen Vorschlages nicht nur eine mit sehr gutem Wirkungsgrad erfolgende Energierückgewinnung aus dem Rauchgas von Krackanlagen erzielbar, sondern es wird auch der Luftverunreinigung insbesondere durch den CO-Anteil des Rauchgases wirkungsvoll vorgebeugt. Durch das schon erwähnte stets optimale Arbeiten des Zyklons --9-- ist überdies ein guter Schutz der nachgeschalteten Turbine--7--vor Erosion durch im Rauchgas mitgerissene feste Teilchen gegeben. Auch kann das sich im Zyklon --9-- ansammelnde Katalysatormaterial eventuell dem Prozess wieder zugeführt werden. Durch entsprechende Steuerung der Dampferzeugung im CO-Boiler-10-und bzw. oder gezielte Dosierung der Heizgasbzw.
Fremdluftzumischung lässt sich auch die Temperatur der überschussluft so regeln, dass nicht nur die Beaufschlagung des Zyklons--9--und der nachfolgenden Abgasturbine --7-- sondern auch die Eintrittstemperaturen des Rauchgas-Luft-Gemisches konstant gehalten werden, so dass zumindest für den stationären Betrieb die mit Temperaturschwankungen des Strömungsmittels verbundenen Gefahren weitgehend ausgeschaltet werden können. Bei Störungen im elektrischen Teil der Anlage (Ansprechen der Generatorschutzeinrichtungen) oder bei Schäden an der Turbine kann das Rauchgas-Luft-Gemisch über die Leitung--19--an der Turbine --7-- vorbeigeführt werden.
Hiezu sind die Ventile--12 und 13--so miteinander gekoppelt (im Schema durch die strichlierte Linie--20--angedeutet), dass ein Schliessen des Ventils--12--ein sofortiges öffnen des Ventils--13--zur Folge hat und umgekehrt. Bei geöffneter Leitung --19-- geht also die Möglichkeit, aus dem Rauchgas elektrische oder mechanische Energie zu gewinnen, verloren, die übrigen Vorteile aber (stets gleicher Wirkungsgrad des Kompressors--3--und des Zyklons--9--, nutzbringende Beseitigung des CO-Anteiles des Rauchgases im Boiler--10--und gute Regelbarkeit der dem Krackprozess zuzuführenden Druckluft) bleiben jedoch auch in einem solchen Fall voll erhalten.
Um schliesslich bei einer Störung, die auch den
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--9-- oder- und des Regelventils --14-- die Rauchgasabfuhr noch immer durch den Wärmetauscher --5-- und geregelt durch das Ventil--l1-- erfolgen kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Nutzbarmachen des Energieinhaltes des bei katalytischen Krackanlagen anfallenden Rauchgases und zur wirtschaftlicheren Regelung solcher Krackanlagen, wobei die für die Regenerierung des Katalysators erforderliche Verbrennungsluft über einen Kompressor dem Regenerator
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Regenerator (2) unabhängigen Zyklon (9) einer Abgasturbine (7) zugeführt wird, die ihrerseits wieder vorzugsweise einen Generator (8) antreibt, dass der im Rauchgas enthaltene brennbare CO-Anteil in einem der Turbine (7) nachgeschalteten katalytischen CO-Boiler (10) verbrannt wird und über eine an dem Krackprozess vorbeiführende, zwischen Kompressor (3) und Regenerator (2) abzweigende Leitung (Bypassleitung 15) die sich bei geringerem Bedarf an Verbrennungsluft ergebende überschussluft zwecks Aufwärmung über den CO-Boiler (10)
geführt und dem vom Regenerator (2) kommenden Rauchgas vor dem Zyklon (9) zugemischt wird.
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