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Verfahren zum Regenerieren von Katalysatoren
Die Erfindung betrifft
Verbesserungen bei Verfahren und Anlagen zur Reaktivierung und Regenerierung fester
Kontaktmassen, die brennbare Ablagerungen enthalten. Sie betrifft insbesondere den
Betrieb von Regenerationsöfen, bei denen ein sich bewegender Körper einer Kohleablagerungen
enthaltenden Kontaktmasse, wie z. B. ein bei der Umwandlung von Kohlenwasserstoffen
benutzter Katalysator, zwecks Verbrennung der Ablagerung gen mit einem oxydierenden
oder die Verbrennung unterstützenden Gas in Berührung gebracht wird.
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Verfahren zur katalytischen Kracltung von Kohlenwasserstoffölen sind
allgemein bekannt und finden in großem Umfang technische Anwendung.
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Bei typischen Verfahren wird eine Kohlenwasserstofffraktion, wie z.
B. ein Gasöl, in Dampfform und bei Temperaturen von etwa 4300 oder darüber mit einer
aus kleinen Teilchen bestehenden festen, katalytisch wirksamen Kontaktmasse in Berührung
gebracht, wodurch ein wesentlicher Teil der Kohlenwasserstoffe in Benzin umgewandelt
wird.
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Die zu diesem Zweck verwendeten Katalysatoren sind im allgemeinen
natürliche und synthetische kieselerdehaltige Adsorptionsmassen, wie z. B. hauptsächlich
säureaktivierte Tone und getrocknete Gele, die Kieselerde und Tonerde enthalten.
Ähnliche Apparaturen und Anordnungen werden oft bei der Behandlung von Benzin- und
Naphthafraktionen zur Verbesserung ihrer Eigenschaften benutzt, z. B. zur Erhöhung
der Octanzahl Diese Behandlungsarten nennt man gewöhnlich katalytische Behandlung
oder Umbildung.
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Eine weitverbreitete Apparatur zur Ausführung solcher Reaktionen
besitzt eine Anordnung, bei der
die in Form kleiner Teilchen vorliegende
feste Kontaktmasse fortlaufend durch zwei getrennte Behälter bewegt wird. In dem
ersten Behälter werden die gewünschten Kohlenwasserstoffumwandlungsreaktionen ausgeführt,
und in dem anderen Gefäß wird die bei diesen Reaktionen benutzte Kontaktmasse im
Kontakt mit Luft oder einem anderen sauerstoffhaltigen Gas regeneriert, wobei eine
Verbrennung der Koks genannten brennbaren Ablagerung erfolgt, die sich in der Kontaktmasse
während der Kohlenwasserstoffumwandlungsreaktionen gebildet hat. Die regenerierte
Kontaktmasse wird dann zur Wiederverwendung in den ersten Behälter zurückgeleitet.
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Die Regenerierung einer katalytischen Kontaktmasse durch Verbrennung
der darin befindlichen Ablagerungen an brennbaren Kohlen- und bzw. oder Kohlenwasserstoffbestandteilen
bringt exotherme Reaktionen mit sich, die die Temperatur der Masse erhöhen. Die
Mindesttemperatur, bei der die Anfangsverbrennung der Ablagerung erfolgt, ist etwa
400 bis 4300, und mit fortschreitender Verbrennung verursacht die frei werdende
Wärmemenge eine Temperaturerhöhung der Masse, so daß Temperaturen erreicht werden,
die zu einer dauernden Schädigung der Masse führen, wenn nicht geeignete Gegenmaßnahmen
getroffen werden. Es ist z. B. beobachtet worden, daß Aktivton-Krackkatalysatoren
Schaden erleiden können, wenn man längere Zeit die Regenerationstemperaturen auf
über etwa 6200 in Gegenwart von Dampfmengen steigen läßt, die vor der Regenerierung
in dem Katalysator adsorbiert waren oder bei der Verbrennung des darauf befindlichen
kohlenwasserstoffhaltigen Niederschlags frei werden. Synthetische Katalysatoren
vertragen gewöhnlich höhere Temperaturen. Zur Vermeidung zu hoher und schädlicher
Temperaturen wird gewöhnlich die Wärme aus dem Regenerationsofen abgeleitet. Bei
technischen Anlagen dieser Art wird die Wärme durch vertikal in Abständen angeordnete
Kühlabschnitte in Form von Schlangen abgezogen, in denen ein Wärmeübertragungsmittel
für indirekten Wärmeaustausch in verschiedenen Höhen im Ofen zirkuliert.
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Ein Ziel der Erfindung ist der Betrieb eines vereinfachten Ofens,
in dem eine wirkungsvolle Regenerierung des Katalysators bei bedeutenden Ersparnissen
an Anlage- sowohl wie an Betriebs- und Unterhaltungskosten erzielt wird.
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Gemäß der Erfindung erfolgt die Regenerierung des von einer vorausgehenden
Kohlenwasserstoffumwandlung her Koks enthaltenden Katalysators, indem man den verunreinigten
Katalysator als kompakte, sich nach unten bewegende Schicht durch einen Ofen mit
mehreren benachbarten Zonen leitet, in denen der Katalysator mit in Gegenstrom fließendem
Regeneriergas, wie z. B.
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Luft oder einem anderen sauerstoffhaltigen Gas, in Berührung kommt,
wodurch die Verbrennung des Kokses bewirkt wird. Das Regeneriergas wird am Boden
einer jeder der Zonen getrennt eingeführt, und das durch die Verbrennung des Kokses
entstehende Abgas wird im oberen Teil einer jeden Zone getrennt abgezogen. Der Zutritt
von Gasen aus einer Regenerierzone zur anderen wird dadurch verhindert, daß man
den Auslaßdruck des Abgases aus einer Zone praktisch gleich dem Einlaßdruck des
Regeneriergases in die unmittelbar darüberliegende Zone hält.
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Wenn man den Ofen in der oben beschriebenen Weise betreibt, summieren
sich die Druckgefälle der Gase, die durch die verschiedenen Zonen des Ofens nach
oben streichen. Das Gesamtdruckgefälle der durch den Ofen streichenden Gase kann
gemäß der Erfindung dazu nutzbar gemacht werden, um zum Ausgleich der im Rest der
Apparatur verwendeten Drücke beizutragen und so die Notwendigkeit der Verwendung
von Sperrohren in der Apparatur herabzusetzen. Bei Kohlenwasserstoffkrackapparaten,
bei denen das Reaktionsgefäß und der Ofen übereinandergelegen sind, ist eine solche
Herabsetzung der Sperrohranforderungen vom Standpunkt der Verminderung der Gesamthöhe
der Apparatur besonders von Bedeutung.
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Die gesamte Regenerierung wird stufenweise ausgeführt, aber unter
kontrollierten Bedingungen, derart, daß nur der Gegenflußstrom zwischen dem Regeneriergas
und dem sich nach unten bewegenden Katalysator in jeder Stufe ausgenutzt wird.
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Bei dieser Anordnung erzielt man den wichtigen Vorteil einer geringen
Sauerstoffkonzentration in dem Bereich des hohen Koksgehalts auf dem Katalysator
und eine Höchstsauerstoffkonzentration im Bereich des niedrigsten Koksgehalts, wodurch
eine ungehinderte Koksverbrennung unter den in den verschiedenen Zonen des Ofens
herrschenden Bedingungen möglich ist, ohne daß eine Überhitzung des Katalysators
erfolgt. So wird auch das Gas mit der höchsten Sauerstoffkonzentration zunächst
mit teilweise regeneriertem Katalysator in Kontakt gebracht, der die letzten Spuren
von Koks enthält, die am schwersten zu verbrennen sind, und zwar unter Hochdruckbedingungen,
die die Verbrennung des Kokses begünstigen. Teilweise verbrauchtes Regeneriergas
wird in der geeigneten Zone zugeführt und wird in den Anfangsverbrennungsstufen,
bevor die Regenerierung ihre Höchstbetriebstemperatur erreicht hat, mit Katalysator
in Berührung gebracht, der noch die volle Koksmenge enthält. Die Temperaturkontrolle
entlang der Länge des Ofens neigt daher dazu, sich selbst zu regulieren, um den
verschiedenen Erfordernissen zu entsprechen, während das Auftreten zu hoher Temperaturen
verhindert wird.
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Nach einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist das in
die verschiedenen Zonen des Ofens unmittelbar eingeführte Regeneriergas kühle Luft,
und zwar zweckmäßig von praktisch der Temperatur, die bei der Verdichtung atmosphärischer
Luft erreicht wird. Diese kühle Luft dient wirksam dazu, eine beträchtliche Menge
Wärme aus dem Katalysator durch unmittelbaren Wärmeaustausch zu entfernen, wodurch
weitere Sicherungen gegen schädliche Temperaturerhöhungen geschaffen werden, während
man nahe an der
gewünschten Höchsttemperatur arbeitet und den Gesamtbedarf
an Kühlschlangen vermindert. Der Raum, der sonst von zusätzlichem Kühlgerät eingenommen
werden müßte, kann so gewünschtenfalls zur Schaffung eines größeren nutzbaren Fassungsvermögens
des Ofens verwendet oder die Gesamtgröße kann bei gegebener Koksverbrennkapazität
verringert werden.
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Andere Vorteile der verbesserten Ofenkonstruktion und ihres Betriebs
gehen aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit derZeichnung hervor,
die eine zur praktischen Ausführung der Erfindung geeignete Form des Apparats veranschaulichen.
In der Zeichnung ist Fig. I ein meist schematischer senkrechter Schnitt (einzelne
Teile sind dabei weggenommen und-im Längsschnitt gezeigt) einer Form der Apparatur
mit der neuen Ofenart; die Fig. 2 bis 5 sind horizontale Querschnitte auf der Linie
2-2 bzw. 3-3, 4-4 und 5-5 der Fig. 1; Fig. 6 ist eine vergrößerte perspektivische
Ansicht und zeigt eine Gaszufuhrleitung in Verbindung mit Verteilungskanälen; Fig.
7 ist eine ähnliche Ansicht eines Gasauslasses nebst Sammelkanälen; Fig. 8 ist ein
vertikaler Teilquerschnitt, der eine andere Gasabführungsanordnung zeigt.
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Fig. I zeigt übereinander angeordnet einen Katalysatorzufuhrtrichter
I, ein Kohlenwasserstoffumwandlungsgefäß 2 und einen Ofen 3 mit Verbindungsleitungen
4 und 5, durch die der Katalysator von dem Trichter zum Reaktionsgefäß bzw. vom
Reaktionsgefäß zum Ofen geleitet wird. Der Katalysator wird d dem Trichter I durch
die Leitung 6 zugeführt und vom Boden des Ofens 3 durch die Leitung 7 abgezogen.
Der regenerierte Katalysator, - der den Boden des Ofens durch die Leitung 7 verläßt,
wird durch geeignete Vorrichtungen wieder der Leitung 6 und damit dem Trichter I
zugeführt. Solche Vorrichtungen können von dem bekannten, in der Zeichnung nicht
dargestellten Becherwerktyp sein, zum Beispiel dem in der amerikanischen Patentschrift
2 336 04I gezeigten.
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Statt einer mechanischen Hebevorrichtung kann zur Aufwärtsbeförderung
des Katalysators auch eine pneumatische Vorrichtung verwendet werden.
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Der Katalysatorzufuhrtrichter I kann Vorrichtungen enthalten, durch
die Dampf mit dem Katalysator in Berührung gebracht wird, z. B. mittels einer Zuleitung
8 und eines jalousieartigen Verteilers 9. Der gezeigte Verteiler g liegt in einem
Teil des Trichters, der einen verringerten Querschnitt besitzt, nämlich an der nach
unten einwärts gerichteten Wand 10 des Trichters, so daß eine wirksame Verteilung
des Dampfes in Berührung mit allen Teilen des Katalysators erzielt wird.
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Innerhalb des Reaktionsgefäßes 2 wird der Katalysator mit den umzusetzenden
Kohlenwasserstoffen in Berührung gebracht, und die gasförmigen Reaktionsprodukte
werden aus dem Reaktionsgefäß entfernt. Die Kohlenwasserstoffe können dem Reaktionsgefäß
derart zugeführt werden, daß sie in gleicher Richtung wie der nach unten gehende
Katalysator oder in entgegengesetzter Richtung dazu fließen. Beim Betrieb in gleicher
Richtung zum Beispiel werden die Kohlenwasserstoffe durch eine mit der Leitung verbundene
Zuführung eingeleitet, und der Gasabfluß erfolgt durch eine mit der Leitung 12 verbundene
Ableitung. Beim Arbeiten im Gegenstrom wird die Zuleitung mit der Leitung I2 und
die Ableitung mit der Leitung II verbunden. In beiden Fällen ist Vorsorge dafür
getroffen, daß Dämpfe aus dem Katalysator entbunden werden können.
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In Verbindung mit dem Innenraum des unteren Teiles des Reaktionsgefäßes
2 und unter der Höhe der Leitung 12 ist eine Leitung I3 zur Einleitung von Reinigungsgas,
wie z. B. Wasserdampf, vorgesehen, um den das Reaktionsgefäß verlassenden Katalysator
von kondensiertem flüssigem Ö1 und Polymeren zu befreien. Wenn Katalysator und Kohlenwasserstoffe
in gleicher Richtung eingeführt werden, wird das durch die Leitung I3 eingeführte
Reinigungsgas zusammen mit Kohlenwasserstoffumwandlungsprodukten durch die Leitung
12 abgezogen. Beim Arbeiten im Gegenstrom kann man gegebenenfalls das gesamte oder
einen Teil des Reinigungsgases nach oben durch die herab sinkende Katalysatorschicht
streichen lassen, worauf es mit den gebildeten Kohlenwasserstoffumwandlungsprodukten
durch die Leitung II abgeleitet wird.
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Oben im Ofen 3 sind Vorrichtungen zur Einleitung von Sperrgas, z.
B. durch Leitung 14; vorgesehen. Vorzugsweise läßt man einen Teil des Sperrgases
durch die Leitung 5 nach oben fließen, während der nach unten fließende Rest mit
den Abgasen durch die Leitung 15 abgezogen wird. Die Zufuhr des Sperrgases durch
die Leitung 14 wird durch Ventil 16 geregelt, das automatisch durch eine Differentjaldruckkontrollvorrichtung
I7 betrieben wird, die so eingestellt ist, daß der gewünschte unterschiedliche Druck
zwischen dem Boden des Reaktionsgefäßes und dem oberen Teil des Ofens aufrechterhalten
wird. Die unerwünschte und gefährliche Beimischung gasförmiger Produkte zwischen
dem Reaktionsgefäß und dem Ofen wird so verhindert.
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Es folgt nun die Beschreibung der Bauart und des Betriebs des eigentlichen
Ofens. Der durch die Leitung 5 eingeführte Katalysator gelangt in dem Ofen auf ein
Rohrblech I8. Unter diesem sind Verteilungsrohre I9 in passender Weise derart angeordnet,
daß der Katalysator einheitlich über den gesamten :Querschnitt des Ofens verteilt
wird.
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Unter den Ausi aß öffnungen der Rohre 19 sind Kühlschlangen 20 vorgesehen,
durch die eine Wärmeaustauschflüssigkeit in bekannter Weise zirkuliert. Die Größe
der vorgesehenen Kühlfläche hängt natürlich von den Temperaturen und Wärmegleichgewichten
ab, die bei dem Betrieb des Ofens in Betracht kommen. Regeneriergas wird dem Ofen
in mehreren Ebenen zugeführt, von denen zwei in der Zeichnung dargestellt sind.
So kann Regeneriergas in mittlerer Höhe des Ofens durch die Leitung 21 und in niedrigerer
Ofenhöhe durch die Lei-
tung 22 zugeführt werden, wobei die genannten
Leitungen an geeignete Zufuhrleitungen angeschlossen sind. Die Leitungen 2I und
22 können durch einen mit Abmeßvorrichtungen versehenen Verteiler miteinander verbunden
sein, oder es können getrennte Zufuhrleitungen verwendet werden, besonders wenn
Regeneriergas von verschiedener Temperatur an den verschiedenen Gaseinlässen verwendet
werden soll. Die während der Regenerierung in der Zone über der Einlaßleitung 21
gebildeten Abgase werden durch die Leitung 15 abgeleitet, die mit dem Raum über
dem Niveau der Katalysatorschicht in Verbindung steht, wo die Trennung des Gases
vom Katalysator leicht bewerkstelligt wird. Die Leitung 15 ist ihrerseits mit einer
in der Zeichnung nicht dargestellten Abgas ableitung verbunden.
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Die Verteilung der durch die Leitungen 21 und22 eintretenden Regeneriergase
erfolgt in beiden Fällen in ähnlicher Weise. Wie in der Figur gezeigt, steht die
Leitung 2I mit einem Verteilerrohr 23 in Verbindung, das seinerseits wieder mit
einer Reihe von Kanälen 24 mit offenen Böden in Verbindung steht, die das eingeführte
Gas gleichmäßig über die gesamte Querschnittfläche des Ofens verteilen. Die Leitung
22 ist in ähnlicher Weise mit einem Verteilerrohr 25 und Verbindungskanälen 26 verbunden.
Einzelheiten der Bauweise der Gasverteiler und der damit-verbundenen Kanäle sind
in den Fig. 4 und 6 dargestellt.
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Das durch die Leitung 22 und das Verteilerrohr 25 eingeführte Gas
streicht aufwärts durch den Ofen und wird unterhalb der Höhe des Verteilers 23 durch
eine Leitung 27 und die damit in Verbindung stehende Abgas ab leitung abgeführt.
Das gebildete Abgas wird durch Kanäle 28 mit offenen Böden gesammelt, die mit dem
Abgassammelrohr 29 in Verbindung stehen, das seinerseits an die Leitung 27 angeschlossen
ist (s. insbesondere Fig 7). Um die obere und die untere Regenerierungszone getrennt
kontrollieren zu können, wird der Einlaß von Abgas aus der untenliegenden Regenerierungszone
zur nächstoberen Zone praktisch verhindert. Es geschieht dies dadurch, daß man durch
geeignete automatische, auf Druckunterschiede ansprechende Flußkontrollvorrichtungen
praktisch ein Druckgefälle von Null zwischen Zuleitung 2I und der Ableitung 27 aufrechterhält.
Im vorliegenden Fall ist ein Differentialdruckkontrollgerät 30 mit geeigneten Verbindungen
gezeigt, das auf Druckgefälle Null zwischen den angegebenen Punkten eingestellt
werden kann. Gewünschtenfalls kann auch der Druck an der Zuleitung 21 etwas über
dem an der Ableitung 27 liegen.
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Zwischen der Zuleitung 22 und der Ableitung 27 sind bei 3I weitere
Kühlvorrichtungen gezeigt. Je nachdem, wie es die Betriebsumstände erfordern, können
eine oder mehrere Reihen solcher Kühlschlangen in diesem unteren Teil des Ofens
vorgesehen werden.
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Um die Einheitlichkeit des Katalysatorflusses im Ofen sicherzustellen,
wird der Katalysator über die Fläche des Ofens durch ein Rohrblech 32 und eine Reihe
durchlöcherter Verteilungsplatten, wie 33, 34 und 35, gleichmäßig verteilt. Wie
bei 36 angedeutet, ist der Boden des Ofens konisch ausgebildet und läuft zur Leitung
7 zusammen. Das Rohrblech 32 ist mit Fallröhren 37 versehen, die über seine Fläche
in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind und unter dem Rohrblech einen ausreichenden
Raum lassen. Für gewisse Betriebsvorgänge kann es winschenswert sein, Gas für Druck-
oder Reinigungszwecke in den unteren Teil des Ofens einzuführen. Dafür ist bei 39
ein ventilgesteuerter Gaseinlaß vorgesehen, der mit dem unter demRohrblech 32 gebildeten
Raum in Verbindung steht.
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In Fig. 8 ist eine abgeänderte Anordnung zur Trennung des Abgases
vom Katalysator dargestellt, die an die Stelle der Kanäle 28 und des Sammelrohrs
29 treten kann. So kann ein Rohrblech 40 verwendet werden, das in einheitlichen
Abständen angeordnete Fallröhren 41 besitzt und mit einem bei 42 angedeuteten Raum
versehen ist, der mit der Ableitung 27 in Verbindung steht und ähnlich dem Raum
über der Katalysatorschicht arbeitet, der mit der Leitung 15 verbunden ist.
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Bei der praktischen Ausführung einer Apparatur der beschriebenen
Art sind natürlich automatische Kontrollvorrichtungen vorgesehen, die die gewünschten
Drücke regeln und aufrechterhalten und den Fluß des Katalysators und der Gase in
den verschiedenen Teilen der Apparatur kontrollieren. Da diese Kontrollvorrichtungen
dem Fachmann allgemein bekannt sind, sind sie in den Zeichnungen bis auf wenige
Ausnahmen nicht dargestellt. Die ventilgesteuerte Leitung 45 oben an dem Trichter
I dient zur Aufrechterhaltung eines bestimmten Druckes in dem Trichter, während
alles Sperrgas und aller nichtadsorbierter Dampf über der Katalysatorschicht in
dem Trichter entfernt wird. Eine ventilgesteuerte Leitung 46 ist auch oben am Reaktionsgefäß
vorgesehen, die je nach den Arbeitsbedingungen zur Einleitung von Sperrgas, wie
z. B. Dampf oder inertes Gas, oder bei anderen Vorgängen zur Abführung von Gasen
verwendet werden kann, wie z. B. zum Ableiten eines Teiles des Dampfes, der im oberen
Teil des Reaktionsgefäßes durch die Leitung 4 eingelassen werden kann.
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Die in Fig. I gezeigte Apparatur eignet sich besonders für Anlagen
geringer Kapazität (z. B. solchen mit einem Umlauf vonibis etwa 350 Tonnen Katalysator
pro Stunde). Zur Erhöhung der Festigkeit der Konstruktion können zwischen den verschiedenen
Abschnitten der Apparatur Verstärkungsmäntel vorgesehen werden, wie sie bei 47 und
48 in Fig. I dargestellt sind.
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Der beschriebene Ofen gemäß der Erfindung und sein Betrieb sind nicht
auf die Apparaturanordnungen beschränkt, wie sie in Fig. I gezeigt sind. Dieselbe
Art des verbesserten Ofens kann auch bei anderen Anordnungen verwendet werden, z.
B. bei Apparaturen, in denen der Ofen über dem Reaktionsgefäß oder der Ofen und
das Reaktionsgefäß nebeneinanderliegen.
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Die verbesserte Ofenbauart gestattet eine große Anpassungsfähigkeit
im Betrieb hinsichtlich des
gewünschten Druck- und Wärmegleichgewichts.
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Da sich die Druckgefälle im Ofen summieren, kann jedoch in allen Fällen
das gesamte im Ofen erhaltene Druckgefälle zur Herabsetzung der Verschlußdruckerfordernisse
der Apparatur verwendet werden. In dieser Weise kann z. B. der Druckabfall des gesamten
Ofens dazu verwendet werden, zum den am Oberteil des Reaktionsgefäßzufuhrtrichters
und bzw. oder am Oberteil des Reaktionsgefäßes herrschenden Druck zu überwinden.
Wenn Reaktionsgefäß und Ofen übereinander angeordnet sind, kann der Ofen derart
betrieben werden, daß am Auslaß des untersten Gefäßes, einerlei, ob es sich dabei
um das Reaktionsgefäß oder um den Ofen handelt, ein verhältnismäßig hoher Druck
besteht, der zur Verwendung in Verbindung mit einer pneumatischen Hebevorrichtung
für den Katalysator besondere Vorteile bietet. Andererseits ist bei einer mechanischen
Hebevorrichtung hoher Druck am Auslaß des Bodengefäßes gewöhnlich unerwünscht, und
es mag daher in diesem Zusammenhang wünschenswerter sein, die Apparatur unter dem
geringsten Druck arbeiten zu lassen, der am Auslaß des Bodengefäßes mit Nutzen erzielt
werden kann.
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Wenn die in Fig. I gezeigte Anordnung im Zusammenhang mit einem Becherwerk
betrieben wird, wird letzteres vorteilhaft in einem druckdichten Gehäuse untergebracht,
so daß der am Ausgang des Ofens bestehende Druck am Ausgang der Fördervorrichtung
bis zum Einlaß des Trichters I praktisch aufrechterhalten wird.
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Folgendes ist ein Beispiel der Verteilung von Gasdrücken im praktischen
Betrieb einer Anordnung, wie sie in Fig. I veranschaulicht ist. Hier ist der Druckabfall
im Ofen dazu ausgenutzt, um die Gesamtverschlußdruckanforderungen in den Leitungen
4, 5, 6 und 7 zu verringern. Der Druck am Boden der Fördereinrichtung und am Oberteil
des Zuführungstrichters I des Reaktionsgefäßes kann auf etwa 0,42 at eingestellt
sein. Dieser Druck kann während des Transportes des Katalysators in der Fördervorrichtung
durch Einleitung eines inerten Gases in das Gehäuse der Fördervorrichtung aufrechterhalten
werden. Dampf durch Leitung 8 braucht nur bei einem schwach höheren Druck eingeleitet
zu werden, um den geringen Druckabfall im Trichter zu überwinden. Bei Bewegung des
Katalysators und der Kohlenwasserstoffe in gleicher Richtung können die Kohlenwasserstoffe
durch Leitung II unter einem Druck z. B. von o,56 at eingeführt und die dampfförmigen
Umwandiungsprodukte durch Leitung I2 z. B. unter 0,42 at abgeleitet werden. Wenn
die Leitung 4 als Sperrohr dienen soll, müßte sie daher lang genug sein, um einen
Druckabfall von etwa o,I4at zustande zu bringen. Der Verschluß wird durch Einleitung
eines Sperrgases, wie z. B. Dampf, durch Leitung 46 unter einem Druck von etwa über
0,42 at erzielt. Ein Teil des Sperrgases fließt das Rohr 4 hinauf, während der Rest
in das Reaktionsgefäß eingelassen wird.
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Dampf oder inertes Gas kann durch Leitung I3 zur Reinigung des verbrauchten
Katalysators bei etwas über einem Druck von 0,42 at an der Ableitung I2, etwa bei
0,45 at, eingeführt werden; ein Teil des Dampfes oder inerten Gases wird mit den
Kohlenwasserstoffen durch Leitung 12 abgeführt.
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Der Ofen kann unter solchen Bedingungen betrieben werden, daß der
gesamte Druckabfall etwa o, r4 at beträgt. Diesen Druckabfall erhält man z. B. durch
Einleitung von Regeneriergas durch Leitung 22 bei 0,28 at, Abziehen des Abgases
durch Leitung 27, z. B. bei 0,21 ast, Einleiten von Regeneriergas durch Leitung
2I, ebenfalls bei o, 2I at, und Abziehen des Abgases durch Leitung 15 bei 0,14 ast.
Die o, 28 at Druckunterschied zwischen Leitung I3 und dem oberen Abgasauslaß 15
werden in dem durch Leitung 5 gebildeten Sperrohr aufgenommen. Der Druckunterschied
zwischen dem Fuß der Fördervorrichtung und dem Auslaß des Ofens kann durch Einleitung
von Druckgas in die Leitung 7, z. B. durch Einleitung von Abgas, Dampf oder inertem
Gas durch Leitung 39, aufgewogen werden. Zur Aufrechterhaltung. des erforderlichen
Druckverschlusses kann Leitung 7 mit geeigneten Kontrollen, z. B. einem passenden
Wechselventil nahe an seinem Ausgang zur Fördervorrichtung, versehen werden.
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Wenn der Ofen über dem Reaktionsgefäß angeordnet wird, sind die Vorteile
der vorliegenden Ofenbauart vom Standpunkt der verringerten Sperrohrerfordernisse
in den meisten Fällen sogar noch ausgeprägter.
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Bei bestimmten Anordnungen, z. B. wo der Ofen unmittelbar von einer
Fördervorrichtung mit Katalysator versorgt wird, leitet man zweckmäßig das Abgas
vom oberen Teil des Ofens bei etwa Atmosphärendruck ab. Hierbei braucht die den
Katalysator zum oberen Teil des Ofens transportierende Fördervorrichtung nicht gegen
die Außenatmosphäre abgeschlossen zu sein.
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Folgendes ist ein typisches Beispiel eines katalytischen Krackvorgangs.
Er wird in einer Apparatur ausgeführt, in der etwa 675 Tonnen Katalysator in der
Stunde zirkulieren, in der 4540 kg Koks pro Stunde verbrannt werden müssen und etwa
740 ms Luft pro Minute durch die Leitungen 21 und 22 eingeleitet werden müssen.
Die Luft kann bei einer Kompressionstemperatur von z. B. 380 eingeleitet werden.
Abgas kann durch Leitung 15 bei Atmosphärendruck oder einem beliebigen höheren Druck
abgezogen werden, wobei der am Auslaß des Reaktionsgefäßes 2 herrschende Druck in
Betracht zu ziehen ist.
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Zu regenerierender Katalysator kann dem Ofen bei einer Temperatur
von z. B. 5000 zugeführt und um etwa 12 bis I80 abgekühlt werden, wenn er über den
obersten Kühlabschnitt 20 geht. Beim Absinken des Katalysators durch den Ofen und
bei der Berührung mit der Luft oder einem anderen durch Leitung 21 eingeführten
Regeneriergas steigt die Katalysatortemperatur immer mehr und erreicht infolge der
Koksverbrennung über dem Verteiler 23 und seinen Verbindungskanälen etwa 564 bis
5800.
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Wenn er in diesem Abschnitt mit frischer, kühlerer Luft in Berührung
kommt, kühlt sich der Kataly-
sator durch wirksamen unmittelbaren
Wärmeaustausch mit der Luft auf etwa 5540 ab. Beim weiteren Absinken unter den Abgasverteiler
29 steigt die Temperatur des Katalysators durch Verbrennung von Koks in Gegenwart
der durch die Leitung 22 zugeführten Luft wieder an und erreicht unmittelbar über
den unteren Kühlschlangen 3I eine Höchstregenerationstemperatur von etwa 6200.
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Beim Gang über die unteren Kühlschlangen 3I kühlt der Katalysator
um etwa 14 bis 280 ab. Unter der Kühlschlange steigt seine Temperatur wieder an,
und schließlich erfolgt eine Kühlung durch unmittelbaren Kontakt mit der durch Leitung
22 eintretenden kalten Luft ungefähr auf die gewünschte Austragtemperatur von etwa
592 oder 5980. Das Ausmaß der Abkühlung durch die Schlangen 3I kann derart eingerichtet
werden, .daß es die gewünschte Katalysatoraustragtemperatur ergibt. Der Druckabfall
der Luft bei Gang durch die verschiedenen Zonen des Ofens beträgt etwa o, 35 at.
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Wenn man daher das Abgas am oberen Auslaß 15 praktisch bei Atmosphärendruck
ablassen will, kann die durch Leitung 22 eingeführte Luft auf 0,35 at Überdruck
eingestellt und der Druckabfall auf die verschiedenen Zonen des Ofens verteilt werden.
So kann das Abgas durch Leitung 26 bei 0,07 bis 0,035 at Überdruck abgezogen werden,
und um einen Druckabfall von Null zwischen dem Abgasauslaß 26 und dem oberen Lufteinlaß
21 aufrechtzuerhalten, wird das Regeneriergas durch die Leitung 21 bei praktisch
dem gleichen Druck von 0,07 bis 0,035 at eingeleitet. Der Temperaturabfall durch
die Katalysatorschicht über dem Verteiler 23 und den Kühlschlangen 20 kann dann
etwa 0,07 bis 0,035 at betragen, um den oberen Teil des Ofens auf Atmosphärendruck
zu bringen.
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Weitere bedeutende Vorteile erzielt man bei dem beschriebenen Betrieb
des Ofens, wenn der Koksgehalt-des Katalysators, wie er das iliieaktiionsgefäß verläßt,
niedrig gehalten wird. Diese Bedingung wird z. B. erfüllt, wenn man bei den Kohlenwasserstoffumwandlungen
ein hohes Verhältnis von Kata lysator zu eingebrachtem Ö1 anwendet. Wenn man z.
B. ein bestimmtes schweres Gasöl in einem katalytischen Krackvorgang bei bestimmter
Raumgeschwindigkeit und bestimmten Arbeitsfaktoren, wie z. B. Temperatur und Druck,
verwendet, wird eine gewisse Menge Koks bei dem Vorgang pro Zeiteinheit erzeugt.
Wenn man die anderen Faktoren bei dem Vorgang konstant hält, aber die Massengeschwindigkeit
erhöht, mit der der Katalysator das Reaktionsgefäß durchläuft, wird diese Koksmenge
über eine größere Menge des Katalysators verteilt, und der Prozentsatz von Koks
pro Gewichtseinheit Katalysator wird dadurch herabgesetzt. Bei den üblicherweise
benutzten Ausgangsstoffen können Krackbedingungen, die die gewünschte Verteilung
der gekrackten Produkte ergeben, bei einem Verhältnis von Katalysator zu 01 von
über 5 und bis zu 10 oder darüber erhalten werden, mit einer Ablagerung von weniger
als I, nämlich 0,4 bis o, 8 Gewichtsprozent Koks auf den Katalysator. Bei der Regenerierung
des Katalysators mit diesem niedrigen Koksgehalt unter Anwendung der beschriebenen
verbesserten Verfahrensweise hat sich herausgestellt, daß der Katalysator während
der Regenerierung weniger gekühlt zu werden braucht, um innerhalb sicherer Höchsttemperaturen
zu bleiben. Auch bei der Aufrechterhaltung des gewünschten thermischen Gleichgewichts
braucht eine geringere Menge von Wärme entfernt zu werden, um einen regenerierten
Katalysator bei der zur Wiederverwendung im Reaktionsgefäß gewünschten Temperatur
zu erzielen. Die neue Ofenkonstruktion und Verfahrensweise gemäß der vorliegenden
Erfindung kann den beschriebenen Kohlenwasserstoffumwandlungsreaktionen gut angepaßt
werden, bei denen Katalysator von niedrigem Koksgehalt zur Regenerierung kommt.
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Bei der Anpassung der neuen Verfahrensweise an bestimmte Kohlenwasserstoffumwandlungsmaßnahmen
können die Temperatur, bei der der Katalysator schließlich den Ofen verläßt, und
der Abkühlungsgrad des Katalysators in einem Ofen bestimmter Größe und Bauart über
einen weiten Temperaturbereich und bzw. oder Zufuhrgeschwindigkeit des Regeneriergases
durch die Temperatur geregelt werden, bei der die durch die Kühlschlangen zirkulierende
Flüssigkeit zum indirekten Wärmeaustausch gehalten wird, wodurch die Ausschaltung
von einer oder mehrerer der vorgesehenen Kiihlschlangen möglich werden kann. Wenn
z. B. weniger Koks pro Gewichtseinheit des Katalysators verbrannt werden muß, kann
die obere Kühlschlange in einigen Fällen abgeschaltet werden; gewünschtenfalls kann
auch Regeneriergas bei höherer Temperatur bis zu der angewandten-Regeneriertemperatur
durch die Zuleitung 21 zugeführt werden. Im unteren Abschnitt des Ofens ergibt sich
eine weitere Anpassungsfähigkeit der Verfahrensweise dadurch, daß ähnliche Maßnahmen
bei der Wahl der Regeneriergastemperatur und der durch die Schlange 3I gebildeten
indirekten Kühlfläche getroffen werden können.
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Das nachstehende Beispiel ist ein typischer vollständiger Krack-und
Regeneriervorgang, bei dem eine Apparatur der in Fig. I dargestellten Art verwendet
wird. Ein säureaktivierter Tonkatalysator wird zum Kracken eines reduzierten Osttexasrohöls
von etwa 2150 API Schwere bei einer Durchschnittstemperatur von etwça 4820 verwludet,
und zwar bei einem Gewnichtsverhältnis von Katalysator, zu Öl gleich 5 und einer
volumetrischen Raumgeschwinr disvkeit (als Flüssigkeit gemessen) von 5, und ergibt
dabei einen' Koksmiederschlfag auf dem Katalysator von etwa Q7 7 bis 1,0 Gewichtsprozent.
Bei einer Apparatur, in der 500 Tonnen Katalysator pro Stunde umlaufen und etwa
3075 kg Koks während der Regenerierung zu verbrennen sind, werden etwa 7Io mS Luft
pro Minute verwendet.
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Wenn der Katalysator bei etwa 5650 in das ZReakbionsgefäß eingebracht
urrd das Öl bei etwa 3700 eingeführt wird und beide in gleicher Richtung fließen,
wird die Katalysatoraus tragteinperatur etwa 4800 betragen. Wenn man Luft als Regeneriergas
bei etwa. 38° der Kompressionstemperatur der
atmosphärischen Luft
einführt und die Luft zwischen den verschiedenen Einlaßöffnungen in geeigneter Weise
verteilt, erreicht man die Höchstverbrennungstemperatur gerade oberhalb der unteren
Kühlschlange 31 bei etwa 620°. Der Katalysator wird schließlich bei etwa 540° aus
dem Ofen abgelassen und wird durch Hydratation mit Dampf auf die Einlaßtemperatur
des Reaktionsgefäßes von 5650 gebracht.
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Das durch die verschiedenen Ofeneinlaßöffnungen, wie die Leitungen
21 und 22, eingeführteRegeneriergas kann aus einem gemein&amen Verteiler stammen,
der mit einem Gebläse oder Gaskompressor in Verbindung steht, wobei Reduzierventile
zur Erreichung der gewünschten verschiedenen Drücke an den verschiedenen Gaseinlässen
vei wendet werden.
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Die beschriebene Anordnung gestattet jedoch die Verwendung von mit
jedem Gaseinlaß verbundenen getrennten Gebläsen oder Kompres.soren und macht dadurch
weitere Einsparungen im Betrieb möglich, da die niedrigeren Druck an forderungen
an den dazwischenliegenden ; den Einlaßhöhen ausgenutzt werden können.