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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Einsatz-Einspritzsysteme und insbesondere auf Einspritzdüsen, die
für katalytische
Krack-Verfahren verwendet werden.
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Bei einer typischen fluid-katalytischen
Krack-Einheit (FCCU), bestehend aus einem Regenerator, einem Riser-Reaktor
und einem Stripper, wie in der US-A-5562818 an Hedrick gezeigt,
die unter Bezugnahme hierauf in die vorliegende Beschreibung miteinbezogen
wird, wird fein verteilter regenerierter Katalysator aus dem Regenerator
durch das Regenerator-Standrohr abgezogen und mit einem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial
im unteren Teil eines Reaktor-Risers kontaktiert. Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial
und Dampf treten in den Riser durch Zuführdüsen ein. Das Gemisch aus Ausgangsmaterial,
Dampf und regeneriertem Katalysator, das eine Temperatur von etwa
200°C bis
etwa 700°C
hat, steigt durch den Riser-Reaktor nach oben, wobei das Ausgangsmaterial
in leichtere Produkte umgewandelt wird, während sich eine Koksschicht
auf der Oberfläche
des Katalysators ablagert. Die Kohlenwasserstoffdämpfe und
der Katalysator strömen
dann von der Oberseite des Risers durch Zyklone, um den verbrauchten
Katalysator vom Kohlenwasserstoffdampf-Produktstrom zu trennen.
Der verbrauchte Katalysator tritt in den Stripper ein, wo Dampf
eingeleitet wird, um Kohlenwasserstoffprodukte vom Katalysator zu
entfernen. Der verbrauchte Katalysator, welcher Koks enthält, strömt dann
durch ein Stripper-Standrohr,
um in den Regenerator einzutreten, in welchem in Anwesenheit von Luft
und bei einer Temperatur von etwa 620°C bis etwa 760°C ein Verbrennen
der Koksschicht regenerierten Katalysator und Abgase erzeugt. Das
Abgas wird von dem mitgerissenen Katalysator im oberen Bereich des Regenerators
durch Zyklone getrennt und der regenerierte Katalysator zu dem fluidisierten
Regeneratorbett zurückgeführt. Der
regenerierte Katalysator wird dann aus dem fluidisierten Regeneratorbett
durch das Regenerator-Standrohr abgezogen und kontaktiert in Wiederholung
des vorerwähnten
Zyklus das Ausgangsmaterial im unteren Riser.
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Das kritischste Element des FCCU-Riser-Reaktors
ist das Einsatz-Einspritzsystem. Für eine Spitzenleistung ist
es wesentlich, daß das
Einsatz-Einspritzsystem den Einsatz in einem feinen Spray mit einer
gleichmäßigen Querschnittsbedeckung
des Risers und einer engen Tröpfchengrößenverteilung
verteilt. Ein derartiger Spray vergrößert die Oberflächenzone
der Einsatztröpfchen
und erleichtert den innigen Kontakt mit dem regenerierten Katalysator.
Nach dem Stand der Technik bestehende Einsatz-Einspritzsysteme haben
jedoch Schwierigkeiten, die erwünschte
Leistung zu erzielen.
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Ein typischer FCCU kann entweder
Seiteneintrittsdüsen
oder Bodeneintrittsdüsen
aufweisen, um den Kohlenwasserstoffeinsatz in den Riser-Reaktor
einzuführen.
Bodeneintrittsdüsen
führen
den Kohlenwasserstoffeinsatz vom Boden des Riser-Reaktors zu, wogegen
Seiteneintrittsdüsen
den Einsatz vom Umfang des Riser-Reaktors
und auf einer größeren Höhe zuführen. Die
meisten modernen FCCUs sind mit Seiteneintrittsdüsen ausgebildet. Bei FCCUs
mit Seiteneintrittskonfiguration wird der regenerierte Katalysator
vom Boden des Risers durch fluidisierendes Gas, üblicherweise Dampf, nach oben
transportiert, und der Kohlenwasserstoffeinsatz wird durch eine
Vielzahl von Düsen
eingespritzt, die am Umfang des Riser-Reaktors auf einer größeren Höhe montiert
sind. Moderne Seiteneintrittsdüsen,
wie sie in der US-A-5794857 offenbart sind, sind im allgemeinen
gute Einsatzzerstäuber.
Jedoch hat die Seiteneintrittskonfiguration mehrere signifikante
Nachteile. Der höher
gelegene Einsatz-Einspritzpunkt
führt zu
einem kleineren Riser-Reaktorvolumen und einer geringeren Katalysatorzirkulation
infolge des höheren
Druckabfalles im Riser. Der Kontakt des heißen regenerierten Katalysators
mit dem Transportdampf im unteren Riser führt auch zu höherer Katalysatordeaktivierung vor
dem Kontakt mit dem Einsatzmaterial.
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Katalytische Krack-Einheiten mit
Bodeneintrittsdüsen
können
diese Nachteile der Seiteneintrittskonfiguration, wie vorstehend
beschrieben, vermeiden. Jedoch sind die Bodeneintrittsdüsen nach
dem Stand der Technik im allgemeinen keine guten Einsatzzerstäuber. Die
US-A-4097243 offenbart eine Bodeneintrittsdüsen-Ausbildung mit mehreren
Spitzen zur Aufteilung des Einsatzes in eine Vielzahl von Strömen. Die
Einsatzzerstäubung
ist relativ schwach. Zusätzlich
wurde der Einsatz im wessentlichen in einer Längsrichtung des Risers eingespritzt,
was zu einem langsamen Vermischen des Einsatzes mit dem regenerierten
Katalysator führt, weil
sich beide im wesentlichen parallel bewegen. Dies führt zu einem
unerwünschten
Zustand der Einsatzkontaktierung mit einer breiten Einsatz-Verdampfungszone
im Riser-Reaktor. Eine Anzahl von Verbesserungen, wie sie in der
CA-A-1015004, US-A-4808383, US-A-5017343, US-A-5108583 und EP-A-151882
beschrieben sind, offenbaren verschiedene Mittel zur Verbesserung
der Einsatzzerstäubung
für Bodeneintrittsdüsen. Jedoch
bleibt die Einsatzzerstäubung
unzureichend, und die Einsatzeinspritzung verbleibt im wesentlichen
längsgerichtet,
was zu einem langsamen Vermischen mit dem Regeneratorkatalysator
und zu einer unerwünschten
Einsatakontaktierung in einer breiten Verdampfungszone führt.
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Die US-A-4784328 und EP-A-147664
offenbaren zwei komplizierte Ausführungen von Mischboxen am Boden
des FCCU-Reaktor-Risers, um das Mischen zwischen dem Einsatz und
dem regenerierten Katalysator zu verbessern. Diese Mischboxen haben
eine sehr komplizierte Geometrie mit vielen Durchgängen, was
es schwierig macht, ihre mechanische Unversehrtheit und ordnungsgemäße Funktionsweise über den
Zeitablauf aufrechtzuerhalten, weil der untere Riserbereich extrem
erodierend ist.
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Die US-A-4795547 und US-A-5562818
offenbaren zwei Bodeneintrittsdüsen
mit unterschiedlicher Ausbildung von Ablenkerkegeln am Ausgang eines
im wesentlichen längsgerichteten
Einsatzrohres, welches zerstäubten
Einsatz führt.
Die Funktion dieser Ablenkerkegel besteht darin, den im wesentlichen
axialen Einsatzstrom in eine etwas radiale Einsatz-Abgabeströmung am
Ausgang umzuleiten, wodurch das Mischen mit dem regenerierten Katalysator
verbessert werden soll. Diese Ablenkerausbildungen haben jedoch
wesentliche Nachteile. Erstens wird der Kohlenwasserstoffeinsatz
stromaufwärts
der Ablenker zerstäubt,
und wenn der zerstäubte
Einsatz auf die Oberfläche
des Ablenkerkegels am Ausgang auftrifft, tritt eine Wiedervereinigung vieler
zerstäubter
Einsatztröpfchen
auf, was zur Bildung von Flüssigkeitsflächen führt, die
von dem Kegel abgegeben werden. Der Ablenkerkegel ermöglicht eine
Richtungsänderung
des Einsatzes, jedoch um den hohen Preis einer signifikanten Verschlechterung
der Einsatzzerstäubung.
Zweitens kann der radiale Abgabeeinsatz in Form von Flüssigkeitsflächen von
dem Einsatzkegel den Katalysator im Riser ohne wesentliche Verdampfung
durchdringen und trifft auf die Riserwand auf, was zu einem größeren mechanischen
Schaden führt.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung
besteht darin, ein verbessertes Bodeneintritts-Einsatz-Einspritzsystem
zur Verwendung in katalytischen Krack-Verfahren zu schaffen, das
zu einer besseren Einsatzverteilung im Reaktor-Riser führt.
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Dieses Ziel wird mit der nachfolgenden
Düse zur
Verwendung in einer fluid-katalytischen Krack-Einheit erreicht,
die aufweist: eine erste Leitung zur Bildung eines Durchganges für den Durchfluß eines
ersten Dispersionsgases; eine erste Kappe, welche das Ende der ersten
Leitung abdeckt, wobei die erste Kappe zumindest einen Auslaßdurchgang
für die
Abgabe des ersten Dispersionsgases in ein flüssiges Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterial
aufweist; eine zweite Leitung, welche die erste Leitung umgibt und
von dieser beabstandet ist, um dazwischen einen Ringraum zu bilden,
welcher einen Durchgang für
den Durchfluß des
flüssigen Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterials
bildet; eine zweite Kappe, welche das Ende der zweiten Leitung abdeckt, wobei
die zweite Kappe von der ersten Kappe beabstandet ist, wodurch dazwischen
eine Mischzone zum Mischen des flüssigen Kohlenwasserstoffeinsatzes
und des ersten Dispersionsgases gebildet wird, und die zweite Kappe
zumindest einen kreisförmigen
Schlitz als Ausgangsdurchgang aufweist, welcher Durchgang im wesentlichen
mit dem Ausgangsdurchgang der ersten Kappe ausgerichtet ist und
befähigt
ist, das Gemisch aus flüssigem
Kohlenwasserstoffeinsatz und dem ersten Dispersionsgas abzugeben,
und
ein dritter Durchgang vorgesehen ist, welcher den zweiten
Durchgang umgibt und dazwischen einen Ringraum zur Schaffungeines
Durchganges für
den Durchfluß eines
zweiten Dispersionsgases bildet.
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Die vorliegende Erfindung verbessert
die Einsatzzerstäubung
des Bodeneintritts-Einspritzsystems, wodurch das Erfordernis für eine Seiteneintrittskonfiguration
und ihre Nachteile vermieden werden. Es hat sich gezeigt, daß das Bodeneintritts-Einsatz-Einspritzsystem
gemäß der Erfindung
eine verbesserte Einsatzzerstäubung
erreicht, wodurch sich eine gleichmäßige Einsatzverteilung über den
Riser ergibt. Das vorliegende Einsatz-Einspritzsystem verteilt den
Kohlenwasserstoffeinsatz in einem feinen Spray mit einer gleichmäßigen Bedeckung
quer über den
Riser und einer engen Tröpfchengrößenverteilung.
Ein anderer Vorteil besteht darin, daß der zerstäubte Einsatz in im wesentlichen
radialer Richtung für
ein verbessertes Mischen mit dem regenerierten Katalysator abgegeben
werden kann, ohne daß ein
Ablenkerkegel verwendet werden muß. Ein weiterer Vorteil besteht
darin, daß der
zerstäubte
Einsatz in im wesentlichen radialer Richtung abgegeben werden kann,
so daß er
nicht auf die Riserwand auftrifft.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer FCCU mit einem einzigen Bodeneintritts-Einsatz-Einspritzsystem.
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Die 2A/2B/2C zeigen
Detail-Ausbildungsmerkmale des bevorzugten Einsatz-Einspritzsystems nach 1.
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3 zeigt
ein einziges Bodeneintritts-Einsatz-Einspritzsystem nach dem Stand
der Technik.
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4A zeigt
eine Draufsicht der Einsatzverteilung im Riser nach dem Stand der
Technik mit Seiteneintritts-Einsatzdüsen.
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4B zeigt
eine Draufsicht einer verbesserten Einsatzverteilung durch eine
einzige Düse
nach der vorliegenden Erfindung.
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Die 5A/5B zeigen
Detail-Ausbildungsmerkmale eines noch bevorzugteren Einsatz-Einspritzsystems
nach den 2A/2B/2C.
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Die 6 und 7 zeigen Detail-Ausbildungsmerkmale
eines anderen bevorzugten Einsatz-Einspritzsystems nach 1.
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BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELES
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei ein katalytischer Krack-Riser-Reaktor 1 mit
einem Regenerator-Standrohr 2 verbunden ist, durch welches
heißer
regenerierter Katalysator 3 in den Bodenbereich des Risers
eintritt. Ein flüssiger
Kohlenwasserstoffeinsatz 8, wie Diesel, und ein Dispersionsgas 4 und 12,
wie Dampf, werden durch eine einzige Bodeneintritts-Düsenanordnung 100 eingeführt.
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Vorzugsweise ist die Düse, wie 1 zeigt, mit einer dritten
Leitung verbunden, wie der Leitung 5. Die dritte Leitung
umgibt die zweite Leitung 38 und bildet dazwischen einen
Ringraum 6, der einen Durchgang für ein zweites Dispersionsgas
bildet, das durch den Ringraum strömt.
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Die Düsenanordnung 100 umfaßt drei
konzentrische und im wesentlichen vertikal angeordnete Leitungen.
Eine erste Leitung 22 bildet einen Durchgang für ein erstes
Dispersionsgas 12 und endet in einer ersten Kappe 32.
Die erste Leitung 22 und die erste Kappe 32 sind
von einer zweiten Leitung 38 umgeben, die in einer zweiten
Kappe 48 endet, wobei der dazwischen gebildete Ringraum 9 einen
Durchgang für
einen flüssigen Kohlenwasserstoffeinsatz 8 bildet.
Die zweite Leitung 38 ist ihrerseits von einer dritten
Leitung 5 umgeben, die an ihrer Oberseite offen ist. Die
Außenfläche der
Leitung 5 ist mit einem erosionsfesten Material 7,
wie einem Feuerfestmaterial oder einem anderen Material, geschützt, das
dem Fachmann bekannt ist, um eine Beschädigung der Düsenanordnung 100 durch
einströmenden
heißen
Regenerator-Katalysator 3 zu vermeiden. Die Außenfläche der
zweiten Kappe 48, die sich über das Ende der Leitung 5 hinaus
und in den Riser-Reaktor 1 erstreckt, ist durch ein erosionsfestes
Material, wie STELLITE 6 (STELLITE ist eine Marke) oder
ein anderes Material geschützt,
das dem Fachmann bekannt ist. Ein erster Ringraum 6 wird
zwischen der Leitung 5 und der Leitung 38 gebildet
. Ein zweiter Ringraum 9 wird zwischen der Leitung 38 und
der Leitung 22 gebildet. Zentrieransätze 10 im ersten Ringraum 6 halten
die Leitung 38 innerhalb der Leitung 5 zentriert.
Zentrieransätze 13 im
zweiten Ringraum 9 halten die Leitung 22 innerhalb
der Leitung 38 zentriert.
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Ein erstes Dispersionsgas 12 tritt
in die erste Leitung 22 ein, die in einer ersten Kappe 32 endet,
welche zumindest einen Auslaßdurchgang 14 aufweist,
der im allgemeinen radial nach außen und vorzugsweise nach oben
in eine Mischzone 42 mündet,
die in der Nähe
des Ausganges des Auslaßdurchganges 14 zwischen
der ersten Kappe 32 und der zweiten Kappe 48 angeordnet
ist. Flüssiger
Kohlenwasserstoffeinsatz 8 tritt in die Leitung 28 ein,
strömt
durch die im wesentlichen vertikale zweite Leitung 38 über den
Ringraum 9 zu einer zweiten Kappe 48 und wird
in einer Kreuzströmung
mit dem ersten Dispersionsgas 12 in der Mischzone 42 gemischt,
was zur Bildung eines feinen Zweiphasen-Gemisches von kleinen dispergierten
Bläschen
in einer schweren Petroleum-Kohlenwasserstoff-Flüssigkeit führt. Die zweite Kappe 48 hat
zumindest einen kreisförmigen
Schlitz-Auslaßdurchgang 11 für die Abgabe
des Gemisches aus Kohlenwasserstoffeinsatz und dem ersten Dispersionsgas
in den Riser-Reaktor 1 in einer radial nach außen und
vorzugsweise nach oben verlaufenden Richtung. Der Durchgang 11 ist
im wesentlichen mit der Abgabe des ersten Dispersionsgases 12 aus dem
Auslaßdurchgang 14 ausgerichtet.
Wenn das feine Zweiphasen-Gemisch von kleinen dispergierten Bläschen in
schwerem Petroleum-Kohlenwasserstoff durch den Auslaßdurchgang 11 in
den Riser-Reaktor 1 strömt,
um mit dem Regenerator-Katalysator 3 in Kontakt zu kommen,
expandiert das Zweiphasen-Gemisch plötzlich und bildet einen hohlen
feinen Zerstäubungskonus
von schwerem Petroleum-Kohlenwasserstoffeinsatz mit einer engen Tröpfchengröße, die
gleichmäßig über den
Riser-Reaktor 1 verteilt ist.
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Die Leitung 5 dringt durch
den Riserboden 30 in den Riser 1 ein und endet
vorzugsweise oberhalb der Mittellinie 2a des Regenerator-Standrohres 2 auf
einer Höhe 15.
Ein zweites Dispersionsgas 4 strömt durch die Leitung 24 und
wird über
den ersten Ringraum 6 in die Leitung 5 geleitet
und tritt durch die Oberseite der Leitung 5 in den Riser-Reaktor 1 im
wesentlichen in Längsrichtung
ein. Das zweite Dispersionsgas 4 hat mehrere Funktionen.
Eine besteht darin, den heißen
regenerierten Katalysator 3 vor einer Beschädigung der
Einsatz-Einspritzdüse 11 innerhalb
der Leitung 5 unter normalen Betriebsbedingungen abzuschirmen.
Eine andere Funktion besteht darin, ein Fluidisierungsnotgas für den Transport
des Katalysators im Falle eines Einsatzumangels zu schaffen.
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Zusätzliches Dispersionsgas 16 kann
zweckmäßig durch
die Leitung 26 eingeführt
werden, um die Fluidisierung im unteren Riserbereich zu unterstützen. In 1 ist die Leitung 26 an
einen einzigen Verteilerring 17 angeschlossen dargestellt,
welcher die Leitung 5 umgibt und mehrere Düsen 18 aufweist.
Andere nach dem Stand der Technik bekannte Mittel, wie eine perforierte
Platte, können
verwendet werden, um das zusätzliche
Dispersionsgas 16 zu verteilen. Obzwar 1 eine Ausführungsform mit einer einzigen
Einspritzdüsenanordnung 100 zeigt,
können
andere Anordnungen, wie Mehrfach-Einsatzanordnungen 100,
in einem Riser-Reaktor verwendet werden, wobei jede Einsatzanordnung 100 zumindest
einen konisch geformten Spray aus dem Auslaßdurchgang 11 abgibt,
und dazu verwendet werden kann, um die gleiche Aufgabe bei großen FCCUs
mit großen
Kohlenwasserstoffeinsatz-Durchsätzen
zu erzielen. Die Anzahl von Einsatzdüsenanordnungen 100 in
einem einzelnen Riser kann jede vernünftige Zahl sein, es wird aber
bevorzugt, daß sie
im Bereich von eins bis sechs liegt.
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Die 2a, 2B und 2C zeigen Details der Kappen 32 und 48,
welche die Leitungen 22 und 38 am Ende der Einsatz-Einspritzanordnung 100 bei
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
nach 1 abschließen. 2A ist ein Querschnitt nach
der Linie 2A-2A in 1 durch
die Leitungen 22, 38 mit den entsprechenden Kappen 32, 48 und
der Leitung 5 mit dem Schutzmaterial 7. Das erste
Dispersionsgas 12 strömt
durch die Leitung 22 zur ersten Kappe 32 und tritt
am Dispersionsgas-Auslaßdurchgang 14 in
die Mischzone 42 ein, die sich in der Nähe der Abgabe des Auslaßdurchganges 14 zwischen
den Kappen 32 und 48 und stromaufwärts eines
kreisförmigen
Auslaßschlitzes 11 befindet.
Der Auslaßdurchgang 14 ist
auf einer konischen Fläche 35 der
Kappe 32 gezeigt, derart, daß das erste Dispersionsgas 12 durch
den Durchgang 14 im allgemeinen radial nach außen und
vorzugsweise nach oben abgegeben und in einer Kreuzströmung mit
dem flüssigen
Kohlenwasserstoffeinsatz in der Mischzone 42 gemischt wird.
Der Abgabewinkel des Durchganges 14 nach oben liegt vorzugsweise
im Bereich von 10° bis
90° zur
Achse der Düsenanordnung 100,
und noch bevorzugter im Bereich von 20° bis 80° zur Achse der Düsenanordnung 100.
Der resultierende Winkel 33 der konischen Fläche 35 der
ersten Kappe 32 des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles
kann dann zweckmäßig im Bereich
von 100° bis
170° und
vorzugsweise im Bereich von 110° bis
160° liegen.
Die Menge an erstem Dispersionsgas 12 kann im Bereich von
0,2 bis 7 Gew.-% des Kohlenwasserstoffeinsatzes 8 liegen,
liegt aber vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 5 Gew.-% des Kohlenwasserstoffeinsatzes
B. Die Abgabegeschwindigkeit des ersten Dispersionsgases durch den
Durchgang 14 kann im Bereich von 15,2 und 244 m/s (50 bis
800 Fuß/sec)
liegen, liegt aber vorzugsweise im Bereich von 30,4 und 152 m/s
(100 bis 500 Fuß/sec).
Der Kohlenwassereinsatz strömt
durch die Leitung 38 über
den Ringraum 9 zur Kappe 8 und mischt sich in
einer Kreuzströmung
mit dem Dispersionsgas 12 aus dem Durchgang 14 in
der Mischzone 42, was zur Bildung eines feinen Zweiphasen-Gemisches
von kleinen Dampfbläschen
in dem flüssi gen
Kohlenwasserstoff unmittelbar stromaufwärts des Durchganges 11 führt, der
im wesentlichen mit dem ersten Dispersionsgas-Auslaßdurchgang 14 ausgerichtet
ist. Die ungefähre
Ausrichtung der Durchgänge 14 und 11 sichert,
daß das
feine Zweiphasen-Gemisch von kleinen Dampfbläschen in dem flüssigen Kohlenwasserstoff
durch den Durchgang 11 strömt, sobald das Gemisch in der
Mischzone 42 geformt ist, wodurch die Tendenz der Wiedervereinigung
minimiert und die Energiewirksamkeit des ersten Dispersionsgases
für die
Zerstäubung
maximiert wird. Wenn das feine Zweiphasen-Gemisch aus kleinen Dampfbläschen in
flüssigem
Kohlenwasserstoff durch den Auslaßdurchgang 11 in den
Riser-Reaktor 1 strömt,
expandiert das Zweiphasen-Gemisch infolge des Druckabfalles über den
Durchgang 11 plötzlich,
was zur Bildung eines fein zerstäubten
Kohlenwasserstoffeinsatzes 8 mit enger Tröpfchengrößenverteilung
und gleichmäßiger Verteilung
führt.
Der Druckabfall über
den Durchgang 11 kann im Bereich von 0, 689 und 6, 89 bar
(10 bis 100 psi) liegen, liegt aber vorzugsweise im Bereich von
1,38 und 4,8 bar (20 bis 70 psi). Der Auslaßdurchgang am Ende des Durchganges 11 ist
mit einer Abschrägung 41 gezeigt,
um die plötzliche
radiale Expansion der Zweiphasen-Strömung und die feine Zerstäubung des
Kohlenwaserstoffeinsatzes 8 im Riser-Reaktor 1 zu
unterstützen.
Vorzugsweise hat die Abschrägung 41 einen Winkel
zwischen 0° und
40° und
noch bevorzugter zwischen 0° und
10° mit
dem Auslaßdurchgang 11.
Die Kappe 48 und der Auslaßdurchgang 11 können eine
Schutzschicht 50, wie STELLITE oder ein anderes Material,
wie es dem Fachmann bekannt ist, aufweisen, um eine Beschädigung durch
den Katalysator zu verhindern. Der Auslaßdurchgang 11 ist
auf einer konischen Fläche 45 der
Kappe 48 angeordnet, derart, daß das Gemisch des ersten Dispersionsgases 12 und
des flüssigen
Kohlenwasserstoffes 8 durch den Auslaßdurchgang 11 in einer
allgemein radial nach außen
und vorzugsweise nach oben verlaufenden Richtung abgegeben wird.
wie vorstehend für
den nach oben orientierten Abgabewinkel des Durchganges 14 beschrieben,
schließt der
korrespondierende, nach oben orientierte Abgabewinkel des Durchganges 11 ebenfalls
vorzugsweise in einem Bereich von 10° bis 90° mit der Achse der Disenanordnung 100,
und noch bevorzugter im Bereich von 20° bis 80° mit der Achse der Düsenanordnung 100 ein.
Der resultierende Winkel 43 der konischen Fläche 45 der
Kappe 48 kann dann bei den in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispielen
zweckmäßig in einem Bereich
von 100° bis
170° liegen,
liegt aber vorzugsweise im Bereich von 110° bis 160°. Vorzugsweise sind die konischen
Flächen 35 und 45 parallel
zueinander angeordnet, wie in dieser Figur gezeigt. Obzwar die Kappen 32 und 48 mit
konischen Flächen 35 und 45 gezeigt
sind, sind auch andere Arten von Flächen, wie kugelförmige oder
elliptische Oberflächen
an den Kappen 32 und 48 anwendbar, solange die
Durchgänge 14 und 11 auf
diesen Flächen
positioniert werden können,
um den ersten Dispersionsdampf 12 und den Kohlenwasserstoffeinsatz 8 im
allgemeinen radial nach außen
und vorzugsweise in Richtung nach oben abzugeben.
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2B zeigt
eine Draufsicht der zweiten Kappe 48, die am Ende der Kohlenwasserstoffleitung 38 angeordnet
ist. Die Kappe 48 ist mit einem kreisförmigen Schlitz gezeigt, der
aus vier langgestreckten, gekrümmten
Auslaßdurchgängen 11 auf
der konischen Fläche 45 besteht,
als ein Beispiel für
die Abgabe eines konisch geformten Sprays, der aus vier einzelnen
Fächersprays
aus Gemischen des ersten Dispersionsgases 12 und des Kohlenwasserstoffeinsatzes 8 besteht,
die in einer radial nach außen
und oben verlaufenden Richtung in den Riser 1 strömen. Der
Winkel jedes der Sprays, die von oben gesehen aus dem einzigen Durchgang 11 austreten,
kann im Bereich von 30° bis
120°, vorzugsweise
im Bereich von 60° bis
100° liegen.
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2C zeigt
eine Draufsicht der ersten Kappe 32, die am Ende der ersten
Dispersionsgasleitung 22 angeordnet ist. Die Kappe 32 ist
mit vier Gruppen von kreisförmigen
Auslaßdurchgängen 14 auf
einer konischen Fläche 35 dargestellt,
die in vier ge krümmten
Linien hinter den und im wesentlichen ausgerichtet mit den Durchgängen 11 von 2B angeordnet sind. Obzwar
jede Gruppe von Dispersionsgas-Auslaßdurchgängen 14 mit sechs
im wesentlichen runden Durchgängen
für jeden
einzelnen Fächerspray
gezeigt ist, der aus den Durchgängen 11 abgegeben
wird, könnte
die Anzahl der Durchgänge 14 in
jeder Gruppe jede vernünftige
Zahl sein. Die Gesamtzahl der Durchgänge 14, die auf der
Kappe 32 vorhanden sind, hängt von der Größe der Einsatz-
düsenanordnung
ab und kann zweckmäßig zwischen
40 und 300 variieren.
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5A zeigt
eine Draufsicht der zweiten Kappe 48, die am Ende der Kohlenwasserstoffleitung 38 in 2B angeordnet ist. Es hat
sich als vorteilhaft erwiesen, daß der ringförmige Auslaßdurchgang 11 entlang seines
gesamten Umfanges offen ist, wie dies 5A zeigt.
In 2B ist der kreisförmige Schlitz
in vier Brücken
unterteilt, die vier separate Durchgänge 11 ergeben. Durch
Verringerung oder Weglassen der Brükken gemäß 2B kann eine einzige kreisförmige Schlitzöffnung und
ein einziger konisch geformter Fächerspray erzielt
werden. Dies ist vorteilhaft, um eine gleichmäßigere und unbehinderten Strömung des
Gemisches des ersten Dispersionsgases 12 und des Kohlenwasserstoffeinsatzes 8 in
den Riser 1 zu errreichen. Wahlweise, aber weniger bevorzugt,
kann eine Vielzahl von konzentrischen Schlitzen als Durchgänge 11 verwendet
werden.
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Vorzugsweise sind die Gasauslaßdurchgänge 14 der
ersten Kappe 32 in einer kreisförmigen Linie hinter und im
wesentlichen ausgerichtet mit dem Durchgang 11 angeordnet,
wie in 5B gezeigt. Vorzugsweise bilden
die Auslaßdurchgänge 14 eine
einzige Gruppe, wie in 5B gezeigt,
im Gegensatz zu den verschiedenen Gruppen von Auslaßdurchgängen, wie
in 2C gezeigt. Diese
eine Gruppe von Auslaßdurchgängen 14 kann
entlang einer oder mehrerer konzentrischer Linien auf der ersten
Kappe
32 angeordnet sein. 5B zeigt
zwei konzentrische Linien von Durchgängen 14.
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6 zeigt
eine Düsenanordnung 100,
die mit einem Durchgang 55 ausgestattet ist, damit ein
Teil des flüssigen
Kohlenwasserstoffeinsatzmaterials in einer zentraleren Position
zwischen der ersten Kappe 32 und der zweiten Kappe 48 abgegeben
wird, als im Falle der Position der Auslaßdurchgänge 14 der ersten
Kappe 32 entspricht. Bei einer solchen bevorzugten Ausbildung
strömt
das flüssige
Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterial aus zumindest zwei Richtungen
zur Mischzone 42, die zwischen den Durchgängen 11 und 14 vorhanden ist.
Eine Richtung ist eine Strömung
aus einem zentralen Bereich 56 zwischen den Kappen 32 und 48,
und die andere Richtung ist ein Strom direkt aus dem Ringraum 9.
Es wurde gefunden, daß das
Einführen
des Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterials in die Mischzone 42 auf
diese Weise eine noch gleichmäßigere Durchmischung
des ersten Dispersionsgases und des Kohlenwasserstoffeinsatzes ergibt.
Bei einem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel
liegt eine im wesentlichen gleichmäßige Strömung von Kohlenwasserstoffen
von beiden Seiten zur Mischzone 42 vor. Bei einigen praktischen
Ausführungsformen
kann das Volumenstromverhältnis des
zentralen und des ringförmigen
Stromes zweckmäßig zwischen
1 und 5 variieren. Das der zentralen Zone 56 zugeführte Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterial kann über eine
getrennte Zufuhrleitung zugeführt
werden, die in der Leitung 22 vorhanden ist, wobei diese
Kohlenwasserstoff-Einsatzrate zweckmäßig von außen gesteuert werden kann.
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Vorzugsweise wird ein Teil des Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterials
dem zentralen Bereich 56 zugeführt, wie dies 6 zeigt. 6 zeigt
eine Ausführungsform,
bei welcher eine oder mehrere Leitungen 55 den zentralen
Bereich 56 zwischen der zweiten Kappe 48 und der
ersten Kappe 32 strömungsmäßig über eine
Einlaßöffnung 58 mit
dem unteren Teil des Ringraumes
9 verbinden. Die Auslaßöffnungen 57 der
Leitungen 55 sind zentraler angeordnet als die Mischzone 42 und
die Durchgänge 14 auf
der ersten Kappe 32. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der gesamten Querschnittsfläche aller
Leitungen 55 und der kleinsten Fläche des Ringraumes 9 zwischen
1 : 1 und 1 : 5. Die Anzahl der Leitungen 55 kann zwischen
1 und 15 betragen. Eine zu große
Anzahl wäre
für die
mechanische Festigkeit der Düse
nicht zweckmäßig. Eine
zu kleine Anzahl erzielt anderseits nicht den erwünschten
Mischeffekt. Eine bevorzugte Anzahl von Durchgängen 55 ist von 4
bis einschließlich
B.
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Die zweite Kappe 48 kann
auf der Düse 100 mittels
eines oder mehrerer Befestigungsmittel 59, z. B. durch
Bolzen oder Schweißstifte,
welche die zweite Kappe mit der ersten Kappe 32 verbinden,
befestigt werden.
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7 zeigt
eine erste Kappe 32 nach 6 nach
oben gesehen, die mit fünf
Auslaßöffnungen 57 und zwei
konzentrischen Linien von Durchgängen 14 und
Befestigungsmitteln 59 versehen ist.
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Die Hauptverbesserung der vorliegenden
Erfindung gegenüber
den Bodeneintrittsdüsen
nach dem Stand der Technik, wie sie in der US-A-4795547 gezeigt
sind, besteht in einer besseren Einsatzzerstäubung und einer größeren Verläßlichkeit
des Risers. Nach dem Stand der Technik gemäß der US-A-4795547, wie er in 3 gezeigt ist, tritt der
Kohlenwasserstoff durch die Leitung 5 und die Einphasen-Zerstäubungsdüse 11 ein,
und das Dispersionsgas tritt über
die Leitung 5 und den Ringraum 6 ein. Die Einsatzzerstäubung findet statt,
wenn der Einsatz aus der Einphasen-Zerstäubungsdüse 11 weit stromaufwärts vom
Ausgang des Risers 2 austritt. Der Einsatz aus der Düse 11 und
das Dispersionsgas im Ringraum 6 bewegen sich beide im
wesentlichen in axialer Richtung mit sehr geringer Querstromvermischung
zwischen den beiden. Die zerstäubten
Einsatztröpfchen
werden dann durch das durch die Leitung 4 eintretende Dispersionsgas
geführt
und treffen auf den Ausgang-Ablenkkonus 13 auf, der die
Richtung der Einsatztröpfchen
plötzlich
von einer im wesentlichen längsgerichteten
Strömung
in eine radial nach außen
und oben gerichtete Strömung ändert.
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Die Verbesserungen der vorliegenden
Erfindung gegenüber
dem Stand der Technik nach der US-A-4795547 umfassen: Eine Zweiphasen-Zerstäubung gegenüber einer
Einphasen-Zerstäubung:
In der US-A-4795547 findet die Einsatzzerstäubung hauptsächlich durch
eine Einphasen-Zerstäubungsdüse 11 statt, wie
in 3 gezeigt, die im
Vergleich zu der vorliegenden Erfindung wesentlich weniger wirksam
ist, die durch die Kappen 32 und 48 in 1 einen Zweifluid-Zerstäuber anwendet.
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Die Zerstäubung am Ausgang gegenüber einer
stromaufwärtigen
Zerstäubung:
In der US-A-4795547 erfolgt die Zerstäubung hauptsächlich durch
eine Einphasen-Zerstäubungsdüse 11,
die in 3 gezeigt ist, weit
stromaufwärts
vom endgültigen
Ausgang auf. Wenn die zerstäubten
Einsatztröpfchen
vom Dispersionsgas bewegt werden, können die Tröpfchen auf der Oberfläche der
Förderleitung
zusammenwachsen, was zu einer schlechten Zerstäubung führt. Bei der vorliegenden Erfindung
erfolgt die Einsatzzerstäubung
am tatsächlichen
Ausgang durch Ausrichten des ersten Dispersionsgas-Auslaßdurchganges 14 mit
dem Durchgang 11, wodurch ein feines Zweiphasen-Gemisch
aus kleinen Dampfbläschen
im flüssigen
Kohlenwasserstoff durch eine Kreuzstrommischung in der Mischzone 42 zwischen
den Kappen 32 und 48 unmittelbar stromaufwärts des
Durchganges 11 erzielt wird, und wobei das Zweiphasen-Gemisch
durch die Auslaßdurchgänge 11 zur
feinen Zerstäubung
hindurchgeführt
wird. Es ist keine Förderleitung
mit zerstäubten
Tröpfchen
vorhanden, was zu deren Wiedervereinigung führen könnte.
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Die direkte Abgabe gegenüber einem
Ablenkkonus: In der US-A-4795547 wird ein Ablenkkonus am Ausgang
verwendet, um die Richtung der Einsatztröpfchen plötzlich von einer im wesentlichen
längsgerichteten
Strömung
in eine radial nach außen
und oben gerichtete Strömung
zu ändern.
Dies führt
dazu, daß die Tröpfchen auf
die Konusfläche
auftreffen, und zu einem signifikanten Verschlechtern der Zerstäubung. Bei
der vorliegenden Erfindung erfolgt die Einsatzzerstäubung am
Ausgang der Kappen 32 und 48, welche das erste Dispersionsgas 12 und
das Gemisch aus dem ersten Dispersionsgas 12 und dem flüssigen Kohlenwasserstoffeinsatz 8 in
im wesentlichen radial verlaufenden Richtungen durch die Durchgänge 14 und 11 leiten.
Es gibt keinen Ablenkkonus oder eine plötzliche Richtungsänderung
des zerstäubten
Einsatzes, die zu einer Wiedervereinigung der Tröpfchen führen könnten.
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Wegen der Verbesserung der Einsatzzerstäubung durch
die vorliegende Erfindung gegenüber
dem Stand der Technik bzw. dessen Bodeneintrittsdüsen, wie
jene nach der US-A-4795547, ist die Strahleindringtiefe des Kohlenwasserstoffeinsatzes,
der in einer radial nach außen
verlaufenden Richtung in den Riser abgegeben wird, kürzer bei
der vorliegenden Erfindung. Dies verhindert eine Riser-Beschädigung,
die durch das direkte Aufprallen. von Kohlenwasserstoffeinsatz hervorgerufen
wird, was bei Bodeneintrittsdüsen
nach dem Stand der Technik bekanntermaßen auftritt, wie bei jenen
nach der US-A-4795547, welche den Kohlenwasserstoffeinsatz in einer
Flüssigkeitsfläche abgeben.
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Die Zerstäubungswirkung von zwei Düsen, einer
gemäß der vorliegenden
Erfindung nach den 1 und 2 und einer anderen gemäß dem Stand der Technik nach
der US-A-4795547, wie in 3 gezeigt,
wurden bei Umgebungsbedingungen unter Verwendung von Luft getestet,
um das Dispersionsgas zu simulieren, und von Wasser, um den Kohlenwasserstoffeinsatz
zu simulieren.
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Die Testergebnisse bestätigen, daß die Düse gemäß der vorliegenden
Erfindung eine wesentlich bessere Zerstäubung im Vergleich zum Stand
der Technik nach der US-A-4795547 ergibt. Die durchschnittliche Tröpfchengröße, die
von einer Düse
gemäß der Erfindung
erzeugt wurde, betrug etwa ein Drittel der Größe nach dem Stand der Technik
gemäß der US-A-4795547
unter den gleichen Betriebsbedingungen. Die Testergebnisse bestätigen auch,
daß die
Düse gemäß der vorliegenden
Erfindung eine kürzere
Strahleindringtiefe im Vergleich zum Stand der Technik nach der
US-A-4795547 hat.
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Die Hauptverbesserungen der vorliegenden
Erfindung gegenüber
dem Stand der Technik mit Seiteneintrittsdüsen, wie in der US-A-5794857
an Chen et al. bestehen darin, daß eine adäquate Einsatzzerstäubung durch
die vorliegende Erfindung mit Hilfe der verbesserten Bodeneintrittsdüse erreicht
werden kann, wodurch das Erfordernis der Verwendung von Seiteneintrittsdüsen und
die damit verbundenen Nachteile eines geringeren Riservolumens,
einer höheren
Katalysatordeaktivierung und einer geringeren Katalysatorzirkulation
vermieden werden. Die Installationskosten der verbesserten Bodeneintrittsdüse gemäß der vorliegenden
Erfindung sind auch wesentlich geringer im Vergleich zu typischen
Seiteneintrittsdüsen.
Außerdem
wird eine bessere Einsatzverteilung über den Riser-Reaktor mit Hilfe
der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu typischen Mehrfach-Seiteneintrittsdüsen nach
dem Stand der Technik erreicht. Dies ist in 4A demonstriert, welche eine Draufsicht
auf eine typische Einsatzverteilung über den Querschnitt eines Risers
nach dem Stand der Technik zeigt, der vier Seiteneintrittsdüsen nach
dem Stand der Technik anwendet, wie sie in der US-A-5794857 gezeigt
sind, wobei die Düsen
um 90° voneinander
entfernt sind und vier Fächerstrahlen
radial nach innen ausstoßen,
die einen Winkel von 95° aus
jedem Fächerstrahl
ergeben. 4A zeigt, daß wesentliche
Zonen, die als doppelt schraffierte Zonen 44 gezeigt sind,
durch die überlappenden Spraymuster
benachbarter Düsen
abgedeckt werden. Sie zeigt auch, daß beträchtliche Zonen, die als leere
Zonen 46 gezeigt sind, überhaupt
nicht durch irgendeinen der vier Fächersprays abgedeckt ist. Die
Kombination dieser beiden Merkmale führt zu dem unerwünschten
Ergebnis, daß eine
ungleichmäßige Einsatzverteilung
durch die typischen Seiteneintrittsdüsen nach dem Stand der Technik
vorliegt, wobei einige Zonen im Riser überhaupt keine Einsatzbedeckung
und einige Zonen eine zu starke Einsatzbedeckung haben. 4B zeigt die Einsatzverteilungsmuster
in einem Querschnitt des Riser-Reaktors für eine einzige Bodeneintritts-Einsatzdüse, die
vier Fächersprays
radial nach außen
abgibt, die um 90° voneinander
entfernt sind, gemäß dem Ausführungsbeispiel nach
den 1 und 2 mit vier Auslaßdurchgängen 11. Jeder Fächerspray,
der von den Durchgängen 11 abgegeben
wird, hat einen Winkel von 95°.
Es ist gezeigt, daß mit
exakt der gleichen Anzahl von Düsen
und dem gleichen Sprühwinkel
wie bei den Seiteneintrittsdüsen
nach dem Stand der Technik, aber unter Änderung der Einsatzeinspritzung
von radial nach innen in 4A zu
radial nach außen
in 4B der größte Teil
der Riser-Reaktorzone durch die vorliegende Erfindung gleichmäßig bedeckt
wird, und daß keine Überlappung
benachbarter Fächersprays
vorhanden ist. Dies zeigt klar, daß die vorliegende Erfindung
eine bessere Einsatzverteilung im Vergleich zu der typischen Einsatzverteilung
mit den Seiteneintrittsdüsen
des Standes der Technik, wie bei der US-A-5794857 nach Chen et al.,
hat.
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BEISPIEL
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Eine einzige Bodeneintrittsdüse gemäß der vorliegenden
Erfindung nach 1 wurde
in einer der FCC-Einheiten der Rechtsnachfolgerin installiert, die
ursprünglich
eine einzige Bodeneintrittsdüse
gemäß dem Stand
der Technik hatte, die in 2 der US-A-4795547
gezeigt und hier in 3 wiedergegeben
ist.
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Die Betriebsbedingungen der FCCU
vor und nach der Umrüstung
sind in Tabelle 1 angegeben:
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sDie Leistung der FCCU vor und nach
der Umrüstung
sind in Tabelle 2 wiedergegeben:
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Die Daten zeigen, daß die vorliegende
Erfindung die FCCU-Leistung verbessert, indem niedrigwertige Produkte
von C2-Trockengas,
LPG und die Kombination von schwerem Rückführöl und Schlamm um 0,2, 1,1 und
1,3 Gew.-% reduziert werden, und daß die hochwertigen Produkte
von Benzin und leichtem Rückführöl um 1,1
bzw. 1,2 Gew.-% erhöht
werden. Zusätzlich
zu dem Vorteil der Erzeugung wertvollerer Produkte verarbeitete
die FCCU auch um 1,9 % mehr Einsatz, wie dies in den vorhergehenden
Tabellen der Betriebsbedingungen gezeigt ist.
