DE1618153B1 - Verfahren zur Spaltung von Kohlenwasserstoffen zu gasf¦rmigen Olefinen - Google Patents

Description

gangsstoffe zusammen mit dem Hauptanteil des Wirbelmittels erfolgt in den unteren Teil des Reaktors bzw. Generators, d. h. in den konisch ausgebildeten Teil.

Ein besonderes Kennzeichen derErfindung besteht darin, daß der Böschungswinkel der konischen Unterteile von Reaktor und Regenerator größer als 30 und kleiner als 70°, vorzugsweise zwischen 45 und 65°, ist. Ein Böschungswinkel kleiner als 30° ist wegen der Ausbildung ruhender Schichtpartien für das Verfahren nicht geeignet. Bei einem Böschungswinkel, der größer als 70° ist, bilden sich dagegen Schichten mit einer sich ständig verschiebenden unteren Begrenzung aus, so daß große Teile des konischen Raumes nicht von Feststoff erfüllt werden. In beiden Fällen gelangt man daher zu unbefriedigenden Ergebnissen bei der Spaltung und Verbrennung.

Die Ausdehnung der bewirbelten Schicht in Reaktor und Regenerator muß nicht auf den konischen Unterteil beschränkt bleiben. Die obere Schichtgrenze kann in beiden Fällen auch im Ofenraum

»oberhalb vom Konus liegen. Dieser Ofenraum kann bei Reaktor und Regenerator zylindrisch oder auch konisch ausgebildet sein. Besonders bewährt hat sich eine Reaktorkonstruktion, bei der ein Böschungswinkel zwischen 55 und 65° eingehalten worden ist. Demgegenüber kann der Konus im Unterteil des Regenerators vergleichsweise flacher ausgebildet werden.

Als Wärmeträger kann man inerte Feststoffe mit einem Durchmesser von 0,05 bis 4,0 mm, insbesondere 0,1 bis 3,0 mm, verwenden, die bei Temperaturen von 650 bis 1050° C temperaturwechselbeständig und abriebfest sind. Besonders geeignet sind Aluminiumsilikate, die 50 Gewichtsprozent und mehr Al₂O₃ enthalten, z. B. Sillimanit und Mullit.

Um in der konischen Wirbelschicht in Reaktor und Regenerator günstige dynamische Eigenschaften für die Spaltung und die Verbrennung zu erhalten, ist bei der seitlichen Einführung der Stoffe darauf zu achten, daß die vertikale Gasgeschwindigkeit in den Ebenen der Düsen, bezogen auf die freie Konusquerschnittfläche, annähernd gleich groß ist und 1,0 bis 4,0 m/s, insbesondere 2,0 bis 3,0 m/s, beträgt, während die von unten her in den Konus eintretenden restlichen Gasmengen bei ihrem Eintritt in die Schicht die 10- bis 20fache Geschwindigkeit aufweisen. Die seitliche Einführung des Ausgangsgemisches in den Konus erfolgt zweckmäßig durch zwei oder mehr Düsen in zwei oder mehr Ebenen, die Gaseinführung von unten in den Konus wird über einen oder mehrere Gasheber zusammen mit den zirkulierenden festen Wärmeträgerteilchen vorgenommen. Für Reaktor und Regenerator gelten die gleichen Bedingungen. Bei der Berechnung der vertikalen Gasgeschwin-■digkeit wird angenommen, daß der seitlich eingedüste Ausgangsstoff bereits in der Düsenebene Voll aufspaltet. Das daraus resultierende Spaltgasvolumen mit dem gleichzeitig seitlich zugeführten Wirbelmittel und der von unten zuströmenden Gasmenge wird auf ■die Querschnittsfläche der jeweiligen Düsenebene bezogen. Einen besonders vorteilhaften Zustand der Wirbelschicht für die Spaltung sowie für die Verbrennung erreicht man, wenn die seitlichen Düsen in mindestens zwei Ebenen und am Umfang versetzt angeordnet sind und die unterste Düsenebene so hoch im Konus liegt, daß die vertikal von unten eingeführte Gasmenge in dieser Ebene eine Geschwindigkeit von 0,5 bis 1,0 m/s, bezogen auf die freie Konusquerschnittfläche, aufweist. Für den Regenerator gilt das gleiche, wobei die Geschwindigkeit sich allein aus dem zugeführten Wirbelmittel, z. B. Luft, ergibt.

Die seitliche Einführung von Wirbelmittel und Ausgangsstoff über gemeinsame Düsen kann in verschiedener Weise erfolgen. Man kann das Wirbelmittel vor dem Austritt aus der Düse mit dem Ausgangsstoff vermischen oder den Ausgangsstoff beim Austritt aus der Düse durch das Wirbehnittel in die Wirbelschicht zerstäuben. Eine besonders einfache Weise besteht darin, daß man das Wirbelmittel koaxial zum Ausgangsstoff aus der Düse austreten läßt, wobei die Strömungsgeschwindigkeiten bei Austritt aus der Düse für alle Stoffe zweckmäßig etwa 30 bis 100 m/s betragen. Höhere Austrittsgeschwindigkeiten können zu einer vermehrten Abriebsbildung am Feststoff führen. Das gleiche gilt für die Einführung von Brennstoff und Luft in den Regenerator.

Die Aufteilung des Wirbelmittels und der Ausgangsstoffe bei der Spaltung bzw. der Brennstoffe und der Luft bei der Verbrennung auf die seitlich am Ofenkonus angeordneten Düsen kann beliebig erfolgen. Eine gewichtsmäßig gleich starke Beschikkung der Düsen mit Ausgangsstoff bzw. Brennstoff und Wirbelmittel ist nicht erforderlich, jedoch zweckmäßig. Dabei wird vorteilhaft ein konstantes Verhältnis von Ausgangsstoff zu Wirbelmittel eingehalten.

Die Aufwirbelung des Wärmeträgers im Reaktor erfolgt zweckmäßig durch Einführung von 30 bis 200 Gewichtsprozent, vorzugsweise 50 bis 100 Gewichtsprozent, Wasserdampf, bezogen auf die Beschickung, in die konische Schicht. In den Regenerator führt man als Wirbelmittel Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Gase ein. Die Menge wird so bemessen, daß das Rauchgas noch 0,3 bis 3 Volumprozent Sauerstoff enthält.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es auch auf größere Ofeneinheiten übertragen werden kann. Da auf die Verwendung eines Wirbelrostes verzichtet wird, können Reaktoren und Regeneratoren mit geringerem Aufwand und auch in vergrößerten Dimensionen ohne größeres technisches Risiko gebaut werden. Die konischen Schichten kann man in einfacher Weise geometrisch ähnlich vergrößern.

Die Neigung zur Bildung von Koks wird weitgehend herabgesetzt und durch das Fehlen der Roste die Reparaturanfälligkeit vermindert, wodurch sich insgesamt für eine Anlage wesentlich verlängerte Betriebsperioden ergeben. Aber auch quantitative Vorteile sind gegeben. Im Vergleich zu den Verfahren, bei denen mit Rost gearbeitet wird, erhält man größere Ausbeuten an niedrigsiedenden Olefinen bei der Spaltung gleicher Rohstoffe, ohne den Einsatz an Wirbelmittel zu erhöhen.

In der Abbildung ist eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergegeben:

Die Hauptteile der Wirbelfließanlage sind der Reaktor 1, der Regenerator 2 sowie die Fallrohre 3 und Steigrohre 4, durch welche Reaktor und Regenerator miteinander verbunden sind. Reaktor und Regenerator verjüngen sich nach unten zu den Steigrohren, wobei der verjüngte Teil 5 der Öfen so ausgebildet wird, daß er die Form eines Konus oder eines Kegel-

.stumpfes aufweist. Die Formen können stereometrisch nach, dem deutschen Patent 1022521 ausgebildet gerade sein, d. h., sie enthalten einen Bösehungs- sein kann, abgeführt. Durch den Dosiergasstrom 16, winkel β größer als 30 und kleiner als 70°, welcher der aus erhitztem Gas, vorzugsweise überhitztem konstant ist, oder sie können stereometrisch schief Wasserdampf, besteht, werden die Wärmeträger zum sein mit Böschungswinkeln β zwischen größer als 30 _t;5 Steigrohr 4 umgelenkt und durch Zufuhr eines zwei- und kleiner als 70°, welche zwischen den angegebenen ten Gasstromes durch Leitung 17, vorzugsweise ver-Werten variieren. In den rostlosen und von Einbau- wendet man gleichfalls überhitzten Wasserdampf, ten freien Räumen befindet sich das Wirbelgut. Man pneumatisch über das Steigrohr<4 in den Reaktor 1 verwendet inerte Feststoffteilchen, körniger oder gefördert. Aus dem Reaktor 1 werden die abgekühlkugelförmiger Beschaffenheit, mit einer Große zwi- io ten und mit Koks beladenen Teilchen über das FaIlschen vorzugsweise 0,1 und 3 mm Durchmesser·. Die rohr 3 in dichter Schüttung abgezogen und in die Wärmeträger müssen bei Temperaturen von 650 bis Dosiervorrichtung 18 geführt. Dort werden sie durch 1050° C abriebfest, hitzefest und temperaturwechsel- den Gasstrom 19 dosiert und durch ein zusätzliches beständig sein. Sie werden im Reaktor und Regene- Fördergas 20 aus der Leitung über das Steigrohr 4 rator durch Einblasen von Gasen und/oder Dämpfen 15 pneumatisch in den Regenerator 2 zurückgefördert, in den verjüngten Teil 5 aufgewirbelt. Die Wirbel- Als Dosier- und Fördergase verwendet man vorrnittel werden zum überwiegenden Teil gemeinsam geheizte Luft oder andere sauerstoffhaltige Gase oder mit der Gesamtmenge der Ausgangsstoffe der Spal- auch inerte Gase,
rung in den Reaktor bzw. der Brennstoffe in den Re- g _ej_Spi_ei
generator seitlich über die Düsen 6 und 13 eingeführt, 20

Die' restliche. Menge des Wirbelmittels wird von In einer Wirbelfließanlage gemäß der Abbildung untenher'über die Steigrohre 4 gemeinsam mit dem zirkulieren stündlich etwa 2 t Mullit mit einer Korn-Wärmeträger in die Wirbelschichten 22, 23 eingebla- größe zwischen 0,05 und 3 mm. U sen. Die Ausdehnung der bewirbelten Reaktorschicht Gleichzeitig werden in die Wirbelschicht des Re-22 und Regeneratorschicht 23 muß nicht auf■ den 25 aktors.l über die Düsen 6 stündlich 105kg eines konischen Raum 5 der Öfen beschränkt bleiben. Die vorgeheizten paraffinischen Rohöls zusammen mit obere Schichtgrenze kann auch im Ofenraum ober- 67 kg als Wirbelmittel dienendem Wasserdampf einhalb vom Konus liegen. Dieser Ofenraum kann gesprüht. Zum Fördern des im Regenerator 2 auf zylindrisch oder auch konisch ausgebildet sein. Die etwa 950° C erhitzten Feststoffes im Gasheber 4 werseitliche Einführung der Ausgangsstoffe bzw. Brennr 30 den stündlich 27 kg überhitzter Wasserdampf benöstoffe erfolgt gemeinsam mit dem Wirbelmittel, z. B. tigt. Dabei stellt sich im Reaktor 1 eine Temperatur Wasserdampf bzw. heiße Luft, über die Düsen 6 und .von 750° C ein. Die den Reaktor über Leitung 9 ver-13, die in zwei Ebenen angeordnet sind. Den Reak- lassenden Dämpfe werden in üblicher Weise weitertordüsen 6 wird das Wirbelmittel über die Leitung 7, verarbeitet.

die flüssigen oder teilweise verdampften AusgangSr 35 Die abgekühlten Wärmeträgerteilchen werden in stoffe über die Leitung 8 zugeführt Im Reaktor wird " fester Schüttung aus dem Reaktor abgezogen und in eine Temperatur von 680 bis 850° C aufrechterhal- einem weiteren Gasheber 4 mit Luft in den Regeneten. Die Spaltgase verlassen im Gemisch mit dem rator 2 gefördert. Dort werden je Stunde 21 kg hoch-Wirbelmittel und einem Teil des Wirbelgutes den siedende Spaltölrückstände gemeinsam mit der als Reaktor über die Leitung 9 zur weiteren Aufarbei- 40 Wirbehnittel und zur Verbrennung dienenden Luft rung.. über die Düsen 13 eingesprüht. Gleichzeitig wird der Zur Deckung des Wärmebedarfs werden höher- im Reaktor 1 auf dem Wärmeträger niedergeschlasiedende und unverdampfliche Anteile der Spall?· .gene Spaltkoks abgebrannt. Das den Regenerator 2 produkte zusammen mit dem auf dem Wärmeträger .über Leitung 14 verlassende Rauchgas hat einen i abgeschiedenen Koks im Regenerator 2 verbrannt. 45 Sauerstoffgehalt von 1,9 Volumprozent. ™ Über die Leitung 11 wird vorgeheizte Luft und über Bezogen auf 11 eingesetztes Rohöl wird eine Ausdie Leitung 12 die Brennstoffe über die Düsen 13 in .beute von 291 kg Äthylen und 139 kg Propylen erdie konische Regeneratorschicht 5 eingeführt. Der halten. Im Reaktorkonus tritt praktisch keine Ver-WärmBträger wird·auf eine Temperatur von 700 bis kokung auf. Weiterhin sind die beiden rostlosen .1050⁰G aufgeheizt. Im Rauchgas wird dabei ein 50 Wirbelöfen nicht in dem Maße reparaturanfällig, wie Saüerstoffüberschuß von 0,3 bis 3 Volumprozent ein- !dies bei der herkömmlichen Arbeitsweise mit Wirbelgestellt. Das Rauchgas verläßt den Regenerator über _:rost der Fall ist. Es werden daher erheblich längere die Leitung 14, um in der üblichen Weise, entstaubt !Laufzeiten erreicht. Auch die Ausbeuten an niedrig- und in Wärmeaustauschern abgekühlt zu werden. .siedenden Olefinen pro Tonne Rohöl sind verbessert. . Die aufgeheizten und regenerierten Wärmeträger 55 . Bei der Spaltung von Rohöl in einer Wirbelschicht •werden durch das Fallrohr 3 aus dem Regenerator 2 mit Rost werden unter sonst gleichen Bedingungen in dichter Schüttung in die Dosiervorrichtung 15, die 259 kg Äthylen und 119 kg Propylen erhalten.

Hierzu !BlattZeichnungen

Claims (4)

1 2 in der Wirbelschicht entstehende Petrolkoks und das Patentansprüche· ^1 ^e Wirbelschicht zurückgeführte hochsiedende Spaltöl (Wirbelschichtverfahren). Bei einem anderen bekannten Verfahren wird der

1. Verfahren zur Spaltung von Kohlenwasser- 5 Vorgang der Spaltung und Verbrennung in zwei stoffen, die hochsiedende Bestandteile enthalten, Generatoren räumlich getrennt durchgeführt, wobei bei Temperaturen von 680 bis 850° C zu gas- ein inerter Wärmeträger zwischen den beiden Geneförmigen Olefinen, insbesondere Äthylen, an hei- ratoren umläuft. Im Regenerator wird ein hochßen inerten Wärmeträgerteilchen mit einer Korn- siedendes Rückstandsöl zum Aufheizen des Wärmegröße von etwa 0,05 bis 4,0 mm, die zwischen ίο trägers mit Luft verbrannt (WirbeMießverfahren). Im einem Wirbelschichtreaktor und einem Wirbel- Reaktor wird diese Wärme dann auf die zu spaltenschichtregenerator umlaufen, wobei die. den Wir- den Kohlenwasserstoffe übertragen. Bei dieser Arbelschichtreaktor verlassenden Spaltgase und beitsweise werden die Spaltprodukte nicht durch die -dämpfe in. einem Zyklon zum überwiegenden Verbrennungsprodukte CO und CO₂ verdünnt. Die Teil von den mitgenommenen Feststoffteilchen 15 in der Trennanlage zzu verarbeitenden Gasmengen befreit, die abgeschiedenen Feststoffe in das sind daher kleiner.

System zurückgeführt und in der Regenerator- Beim WirbeMießverfahren werden inerte Feststoffwirbelschicht hochsiedende Spaltölrückstände und teilchen großer Abriebs- und Hitzefestigkeit, hoher der auf dem Wärmeträger haftende Spaltkoks mit Temperaturwechselbeständigkeit und einer Korngröße Luft verbrannt werden, dadurch gekenn- ao von etwa 0,05 bis 4,0mm als Wirbelgut und umlauzeichnet, daß der Spaltvorgang im Reaktor fender Wärmeträger zwischen Reaktor und Regene- und der Verbrennungsvorgang im Regenerator in rator verwendet. Die Teilchen aus dem Reaktor und g rostlosen und von Einbauten freien Räumen, die dem Regenerator durchwandern unbelüftete Fall- \ einen konischen Unterteil mit einem Böschungs- rohre in dichter Schüttung von oben nach unten und winkel kleiner als 70 und größer als 30° besitzen, 25 werden beiden Öfen über Steigrohre in verdünnter durchgeführt werden und die Ausgangsstoffe für Suspension wieder zugeführt.

die Spaltung und die Verbrennung gemeinsam Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren

mit, mindestens 70 % der Gesamtmenge an Wir- zur Spaltung von Kohlenwasserstoffen, die hochbehnittel durch zwei oder mehr Düsen seitlich siedende Bestandteile enthalten, bei Temperaturen und die Restmenge von höchstens 30% von 30 von 680 bis 850⁰C zu gasförmigen Olefinen, insunten her in den Konus der Öfen eingeführt wer- besondere Äthylen, an heißen inerten Wärmeträgerden, teilchen mit einer Korngröße von etwa 0,05 bis

2. Verfahren nach Anspruch !.,""dadurch ge- 4,0 mm, die zwischen einem Wirbelschichtreaktor kennzeichnet, daß die seitlich in den Ofenkonus und einem Wirbelschichtregenerator umlaufen, wodes Reaktors und des Regenerators eingeführten 35 bei die den Wirbelschichtreaktor verlassenden Spalt-Düsen in mindestens zwei Ebenen und gegen- gase und -dämpfe in einem Zyklon zum überwiegenseitig am Konusumfang versetzt angeordnet sind. den Teil von den mitgenommenen Feststoffteilchen

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch befreit, die abgeschiedenen Feststoffe in das System gekennzeichnet, daß die vertikale Gasgeschwin- zurückgeführt und in der Regeneratorwirbelschicht digkeit in sämtlichen Düsenebenen annähernd 4° hochsiedende Spaltölrückstände und der auf dem gleich ist und 1,0 bis 4,0 m/s beträgt, wobei die Wärmeträger haftende Spaltkoks mit Luft verbrannt unterste Düsenebene so hoch im Konus liegt, daß werden. .

die vertikal in den Konus eingeführte Gasmenge Die Erfindung besteht darin, daß der Spaltvorgang

in dieser Ebene eine Geschwindigkeit von 0,5 bis im Reaktor und der Verbrennungsvorgang im Re- i

1,0 m/s erreicht. 45 generator in rostlosen und 'von Einbauten freien

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch Räumen, die einen konischen Unterteil mit einem gekennzeichnet, daß die Gaseinführung in Re- Böschungswinkel kleiner als 70 und größer als 30° aktor und Regenerator vertikal in den Konus besitzen, durchgeführt werden und die Ausgangsüber einen oder mehrere Gasheber erfolgt. stoffe für die Spaltung und die Verbrennung gemein-

. 50 sam mit mindestens 70 % der Gesamtmenge an Wirbelmittel durch zwei oder mehr Düsen seitlich und die Restmenge von höchstens 30% von unten her in

_______ - den Konus der Öfen eingeführt werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können

55 als Ausgangsstoffe für die Herstellung von Olefinen,

insbesondere Äthylen, Rohöle sowie Rohöldestillate

und Rohöldestillationsrückstände, aber auch schwere

Es ist bekannt, Kohlenwasserstoffe, die unver- Öle anderer Herkunft verwendet werden,
dampfliche Anteile enthalten, zu niedrigsiedenden Die Ausgangsstoffe werden zusammen mit minde-

Olefinen, insbesondere Äthylen, in der Wirbelschicht 60 stens 70% der Gesamtmenge des verwendeten Wkin Gegenwart eines bewegten Wärmeträgers zu spal- belmittels durch seitlich angebrachte Düsen in den ten. So werden nach einem bekannten Verfahren Reaktor eingeführt, während die restlichen Mengen Wasserdampf und Sauerstoff durch einen Rost ver- des Wirbelmittels, das sind höchstens 30%, von .-;/

teilt in eine Schicht aus körnigen Feststoffen ein- unten her in den rostlosen Reaktor eingeführt wer- ;'-geblasen und die zu spaltenden Ausgangsstoffe seit- 65 den. Die seitliche Einführung erfolgt durch mehrere ;ΐ Hch oberhalb des Rostes in dieselbe Schicht ein- Düsen, die in mindestens zwei Ebenen angeordnet *

gedüst. Zur Deckung des Wärmeverbrauchs der sind. Sowohl die vertikale Zuführung des Wirbel-Spaltung dienen hauptsächlich der bei der Spaltung mittels als auch die seitliche Zuführung der Aus-