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Dokumentenidentifikation DE69529196T2 17.07.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0704516
Titel Verfahren zur Regeneration von Katalysatoren
Anmelder The Boc Group, Inc., Murray Hill, N.J., US
Erfinder Menon, Raghu K., Medford, New Jersey 08055, US;
Ramachandran, Ramakrishnan, Allendale, New Jersey 07401, US
Vertreter Fleuchaus & Gallo, 86152 Augsburg
DE-Aktenzeichen 69529196
Vertragsstaaten BE, DE, ES, FR, GB, IT, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 13.09.1995
EP-Aktenzeichen 953064052
EP-Offenlegungsdatum 03.04.1996
EP date of grant 18.12.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.07.2003
IPC-Hauptklasse C10G 11/18

Beschreibung[de]

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regenerieren eines Kohlenwasserstoff-Crackkatalysators mit darauf befindlichen Koksablagerungen.

Bei katalytischen Crackverfahren wird Kohlenwasserstoff-Speisematerial in den Steigrohrabschnitt eines Kohlenwasserstoff-Crackreaktors eingeleitet, wo es sich beim Berühren von im Steigrohrreaktor aus einem Katalysatorregenerationsbehälter rezirkuliertem heißem Katalysator in leichtere wertvolle Produkte aufspaltet. Während die endothermen Crackreaktionen stattfinden, wird der Katalysator mit Koksablagerungen bedeckt. Der Katalysator und Kohlenwasserstoffdämpfe werden im Steigrohr nach oben zum Trennabschnitt des Reaktors getragen, wo sie voneinander getrennt werden. Danach strömt der Katalysator in den Abstreifabschnitt, wo die mit dem Katalysator noch mitgeführten Kohlenwasserstoffdämpfe durch Dampfeinleitung abgestreift werden, und der abgestreifte Katalysator strömt durch ein Standrohr für verbrauchten Katalysator hindurch und in den Katalysatorregenerationsbehälter ein.

Typischerweise wird der Katalysator durch Einleiten von Luft in den Regenerationsbehälter zum Abbrennen des Katalysators regeneriert, wodurch er verjüngt wird. Die Koksverbrennungsreaktionen sind in hohem Maße exotherm und heizen den Katalysator auf. Der heiße, reaktivierte Katalysator strömt durch das Standrohr für regenerierten Katalysator zurück zum Steigrohr, um den Katalysatorzyklus zu vervollständigen. Der Abgasstrom von der Koksverbrennung steigt zum oberen Ende des Regenerators auf und verlässt den Regenerator durch den Regeneratorabzug. Das Abgas enthält Stickstoff und Kohlendioxid (CO&sub2;), und es enthält im allgemeinen auch Kohlenmonoxid (CO), Sauerstoff, Schwefeloxide (SOx), Stickoxide (NOx) und reduzierte Stickstoffspezien wie beispielsweise Ammoniak.

Der Katalysatorregenerator kann in einer Betriebsart mit vollständiger Verbrennung betrieben werden, was nun der Standardverbrennungsmodus geworden ist, oder in einer Betriebsart mit teilsweiser CO-Verbrennung. Beim Betrieb mit vollständiger Verbrennung wird der Koks auf den Katalysator vollständig zu CO&sub2; verbrannt. Dies wird typischerweise dadurch bewerkstelligt, dass die Regeneration in Anwesenheit von Überschusssauerstoff durchgeführt wird, die in Form von Überschussluft bereitgestellt wird. Das Abgas aus voll ständigen Verbrennungsvorgängen enthält hauptsächlich CO&sub2;, Stickstoff und Überschusssauerstoff, enthält aber auch NOx und SOx.

Bei der Betriebsart mit teilweiser Kohlenmonoxidverbrennung wird der Katalysatorregenerator mit einer unzureichenden Luftmenge betrieben, um sämtlichen Koks im Katalysator zu CO&sub2; zu verbrennen, und folglich wird der Koks zu einem Gemisch aus CO und CO&sub2; verbrannt. Das CO wird in einem stromabwärtigen CO-Kessel zu CO&sub2; oxidiert. Das Abgas aus dem CO-Kessel besteht hauptsächlich aus CO&sub2; und Stickstoff, enthält aber auch NOx und SOx.

In neuerer Zeit besteht eine beträchtliche Besorgnis über die Menge von in Raffinerieabgasen in die Umgebung freigesetztem NOx und SOx. Es besteht nunmehr die anerkannte Ansicht, dass der größte Teil des im Katalysatorregeneratorabgas vorhandenen NOx von Koksstickstoff stammt, das heißt von Stickstoff, der im Koks in Form von Heteroverbindungen wie beispielsweise kondensierte zyklische Verbindungen enthalten ist, und daß wenig oder gar nichts von dem im Abgas enthaltenen NOx von dem in der Speiseluft zum Regenerator enthaltenen Stickstoff stammt. Der Mechanismus, durch welchen der Koksstickstoff schließlich zu NOx wird, ist in Abhängigkeit davon unterschiedlich, ob der Regenerator in der Betriebsart mit vollständiger Verbrennung oder in der Betriebsart mit teilweiser Verbrennung betrieben wird. Bei der Betriebsart mit vollständiger Verbrennung wird der Koksstickstoff zu einem Gemisch von NOx und elementarem Stickstoff umgewandelt. In dieser Betriebsart tendiert die NOx-Menge im Katalysatorregeneratorabgas dazu, mit zunehmender Überschusssauerstoffkonzentration im Regenerator zuzunehmen.

Wenn der Regenerator in der Betriebsart mit teilweiser CO-Verbrennung betrieben wird, wird sehr wenig NOx im Regenerator erzeugt, und Koksstickstoff verlässt den Regenerator als reduzierte Stickstoffspezien wie beispielsweise Ammoniak. Die reduzierten Stickstoffspezien sind im CO-Kessel instabil und sie werden leicht zu NOx und elementarem Stickstoff umgewandelt.

Es sind in der Industrie verschiedene Ansätze gemacht worden, um NOx in den Crackkatalysator-Regeneratorabgasen zu verringern. Dazu gehören kapitalintensive und teure Optionen wie beispielsweise Vorbehandlung des Reaktorspeisematerials mit Wasserstoff und Abgasnachbehandlung, Optionen mit mittleren Kosten wie beispielsweise getrennte Speisematerialeinleitung in den Kohlenwasserstoffreaktor, und weniger teuere Optionen wie beispielsweise die Verwendung von Katalysatoren und Katalysatoradditiven.

Die Anstrengungen zur Verringerung von NOx aus Kesselbatterien stromab von FFC- Anlagen, die in der Betriebsart mit teilweiser Verbrennung betrieben werden, zentrieren sich auf die Verringerung von Ammoniak und anderen NOx-Vorläufern im Regeneratorabgas. Das US-Patent Nr. 4 755 282 beschreibt die Verwendung eines Edelmetalls auf einem anorganischen Träger zur Verringerung des Ammoniakgehalts von Abgas aus Regeneratoren. Das US-Patent Nr. 4 744 962 lehrt die Zugabe von NOx entweder in den Regenerator oder in die stromabwärtige Abgasleitung. Das US-Patent Nr. 5 021 144 lehrt die Verringerung von Ammoniak aus einem Regenerator, der mit teilweiser CO-Verbrennung betrieben wird, durch Zugabe von Überschussmengen von CO-Promoter.

Das US-Patent Nr. 5 268 089 lehrt, dass NOx durch Regeneratorbetrieb "an der Kante", d. h. in einem Bereich zwischen dem herkömmlichen Betrieb mit teilweiser CO- Verbrennung und Betrieb mit vollständiger Verbrennung mit weniger als 0,05 mol-% Überschuß-CO reduziert werden kann. Das Patent gibt an, dass durch Betrieb in dieser Betriebsart die reduzierten Stickstoffspezien wie beispielsweise Ammoniak, die bei dem Betrieb mit teilweiser CO-Verbrennung gebildet werden, zu Stickoxiden und elementarem Stickstoff oxidiert werden, und wegen der vorherrschenden reduzierenden Umgebung im Regenerator werden die Stickoxide vor dem Verlassen des Regenerators zu elementarem Stickstoff reduziert werden. Mit dem Betrieb in der oben betriebenen Betriebsart zusammenhängende Nachteile sind die Existenz sehr hoher Regeneratortemperaturen und nach Verbrennung zusätzlich zu den mit der Regeneratorregelbarkeit zusammenhängenden Schwierigkeiten.

Mehrere Patente beschreiben die Verringerung von NOx in FCC-Regeneratoren durch Mittel wie Promoter, seggregiertes Speisematerialcracken und Nachbehandlung von Abgas. Dieser Prozeß ist im einzelnen in der US 5 268 089 beschrieben.

Wegen der Notwendigkeit der Vermeidung einer Vergiftung der Atmosphäre mit schädlichen Gasen werden kontinuierlich Anstrengungen unternommen, um neue und verbesserte Verfahren zum Verringern der Konzentration von NOx und SOx in industriellen Abgasen wie beispielsweise FCC-Regeneratorabgasen unternommen. Die Erfindung schafft ein Verfahren, das die besondere Stickstoffchemie bei der teilweisen CO-Verbrennung zum Verringern der Menge von ausströmendem NOx durch Anreichern ausgewählter Zonen im Regenerator mit Sauerstoff vorteilhaft ausnutzt.

Die Erfindung wird durch Regenerieren eines verkokten Kohlenwasserstoffverarbeitungskatalysators durch Abbrennen des größten Teils des Kokses vom Katalysator unter Bedingungen teilweiser Verbrennung in einer hochoxidierenden Zone ausgeführt, wobei mindestens ein Teil des Koksstickstoffs zu Stickoxiden umgewandelt wird, und dann werden die Stickoxide durch Hindurchleiten durch eine stark reduzierende Zone zu elementarem Stickstoff oxidiert.

Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Regenerieren eines Kohlenwasserstoff- Crackkatalysators mit darauf befindlichen Koksablagerungen durch Verbrennen der Koksablagerungen vorgesehen, mit folgenden Schritten:

a) In-Berührung-Bringen des Katalysators mit einem Sauerstoff-Inertgas-Gemisch in einer Brennzone auf einer mittleren Temperatur im Bereich von etwa 650 bis etwa 815ºC, wobei der gesamte volumetrische Strömungsdurchsatz von Sauerstoff in die Brennzone mindestens 24 Prozent des gesamten volumentrischen Strömungsdurchsatzes aller Gase in die Brennzone beträgt, wodurch mindestens ein Teil des Kokses abgebrannt und im Koks enthaltener Stickstoff zu Stickoxiden umgewandelt wird, um ein im wesentlichen sauerstofffreies Verbrennungsgas zu erzeugen, das Kohlendioxid, Stickoxide und mindestens 3 Volumenprozent Kohlenmonoxid enthält, und

b) Umwandeln der meisten oder sämtlicher Stickoxide zu elementarem Stickstoff durch Hindurchleiten des Verbrennungsgases durch eine Reduktionszone oberhalb der Brennzone, wobei die Brennzone und die Reduktionszone in einem Katalysator- Regenerationsgefäß angeordnet sind.

Die Erfindung benutzt eine Einrichtung zum Regenerieren vom verkokten Kohlenwasserstoff-Crackkatalysator, mit:

a) einem Katalysator-Regenerationsgefäß,

b) Leitungsmitteln zum Einleiten von verkoktem Katalysator in den Regenerator und zum Halten des verkokten Katalysators im fluidisierten Zustand im Regenerator,

c) erste Mittel zum Einleiten eines Sauerstoff enthaltenden Gases in die untere Hälfte des Regenerationsgefäßes,

d) zweite Mittel zum Einleiten eines Sauerstoff enthaltenden Gases in die untere Hälfte des Regenerationsgefäßes, aber oberhalb der Stelle der ersten Mittel,

e) Leitungsmittel, die unterhalb der ersten und der zweiten Mittel angeordnet sind, zum Abführen von regenerierten Katalysator aus dem Regenerationsgefäß, und

f) Mittel, die oberhalb der zweiten Mittel angeordnet sind, um Verbrennungsgas aus dem Regenerationsgefäß abzuführen.

Die in die Brennzone eintretenden Gase umfassen Sauerstoff und ein oder mehrere Inertgase wie beispielsweise Stickstoff, Argon, Kohlendioxid oder Gemische von diesen. Typische in die Brennzone eintretende Speisegasgemische umfassen Luft, sauerstoffangereicherte Luft, Sauerstoff-Kohlendioxid-Gemisch, Sauerstoff-Argon-Gemisch, und Gemisch aus Sauerstoff, angereicherter Luft, und Kohlenmonoxid. Bevorzugte Gasgemische umfassen sauerstoffangereicherte Luft und Sauerstoff-Kohlendioxid-Gasgemisch, in welchem der Sauerstoffgehalt mindestens 25,5 Vollumenprozent beträgt. Die maximale Konzentration von in die Brennzone eintretendem Sauerstoff ist im allgemeinen derart, dass die in der Brennzone herrschende mittlere Temperatur im Bereich von 650 bis 815ºC liegt, und vorzugsweise so, dass die mittlere Temperatur in der Brennzone im Bereich von 670 bis 790ºC liegt.

Der Prozeß ist besonders brauchbar zum Regenerieren eines Kohlenwasserstoff- Crackkatalysators, insbesondere eines Kohlenwasserstoff-Crackkatalysators, der in Form eines Fließbetts vorliegt.

Bei der Erfindung ist die Brennzone und die Reduktionszone jeweils innerhalb eines Katalysator-Regenerationsgefäßes gelegen. Die Brennzone befindet sich im unteren Teil des Regenerationsgefäßes, und die Reduktionszone befindet sich im oberen Teil des Regenerationsgefäßes, d. h. über der Brennzone.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden die in die Brennzone eintretenden Gase vor ihrem Eintritt in die Brennzone miteinander kombiniert. Bei einer weiteren und mehr bevorzugten Ausführungsform werden die Gase in zwei oder mehr Strömen in die Brennzone eingeleitet. Bei der letzteren Ausführungsform wird das erste Gas, das Sauerstoff und ein Inertgas umfaßt, in den unteren Teil der Brennzone eingeleitet, und ein zweites Gas, das Sauerstoff oder ein Sauerstoff-Inertgas-Gemisch umfaßt, in den Teil der Brennzone stromab der Eintrittsstelle des ersten Gases eingeleitet. Nach einem am meisten bevorzugten Aspekt der zweiten Ausführungsform ist das erste Gas Luft, sauerstoffangereicherte Luft, oder ein Sauerstoff-Kohlendioxid-Gasgemisch, und das zweite Gas ist sauerstoffangereicherte Luft oder hochreine Luft.

Die in die Brennzone eingeleitete Sauerstoffmenge ist derart, dass das Verbrennungsgas mindestens 3 Volumenprozent Kohlenmonoxid enthält, und höchst vorzugsweise derart begrenzt, dass das Brenngas mindestens 3,5 Volumenprozent Kohlenmonoxid enthält.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet der Regenerationsprozeß einen Teil eines FCC-Vorgangs, bei welchem heißer regenerierter Katalysator aus dem Katalysator-Regenerationsgefäß zu einem Kohlenwasserstoff-Crackreaktor überführt wird, wo er mit frischen Kohlenwasserstoff in Berührung kommt und den Kohlenwasserstoff in Kohlenwasserstoffe mit niedrigerem Molekulargewicht crackt, und in dem Prozeß wird er mit Koks überzogen. Der verkokte Katalysator wird dann von den gecrackten Kohlenwasserstoffen getrennt und zur Verjüngung in den Regenerator zurückgeleitet.

Vorzugsweise weist eine Einrichtung nach der Erfindung ein Organ zum Verbrennen von im Brenngas enthaltenem Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid auf.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum beträchtlichen Verringern von Stickoxidemissionen von FCC-Katalysator-Regenerationseinheiten. Der auf dem Katalysator vorhandene Koks wird in einer Brennzone des Regenerators mit einem Sauerstoff-Inertgas-Gemisch verbrannt, in welchem der Sauerstoff eine höhere Konzentration als seine normale Konzentration in Luft hat, d. h. 20,9 Volumenprozent. Diese Umgebung verringert die Menge von Koksstickstoff, die zu reduzierten Stickstoffverbindungen wie beispielsweise Ammoniak umgewandelt wird, und erhöht die Menge von Stickoxiden, die in der Brennzone aus dem Koksstickstoff erzeugt werden. Die gesamte Sauerstoffmenge in der Brennzone wird so begrenzt, dass der Regenerator in der Betriebsart mit teilweiser Verbrennung betrieben wird; folglich enthalten die die Brennzone verlassenden Brenngase genügend Kohlenmonoxid, um stromab der Brennzone eine reduzierende Zone zu schaffen. Das Ergebnis liegt darin, dass die Stickoxide zu harmlosen elementarem Stickstoff reduziert werden.

Das Vorhandensein der reduzierenden Umgebung stromab der Brennzone ist für einen erfolgreichen Betrieb der Erfindung wichtig. Daher resultiert die Erfindung nur dann in einer Reduktion von Stickoxiden im Verbrennungsgas, wenn der Regenerator im Modus mit teilweiser Verbrennung betrieben wird, wobei mindestens 1% Kohlenmonoxid im Abgas vorhanden ist, das die Brennzone des Regenerators verlässt. Des weiteren ist es für eine wesentliche Umwandlung reduzierter Stickstoffspezien im Koks zu Stickoxiden in der lokalen "angereicherten" Sauerstoffzone, d. h. in der Brennzone, wichtig, dass der Sauerstoffpegel in der Brennzone mindestens 24 mol-% (24 Volumenprozent), und vorzugsweise 25,5 mol-% (25 Volumenprozent) des in diese Zone eintretenden Gesamtgases ausmacht.

Zur Steigerung der sequenziellen Umwandlung eines Teil der reduzierten Stickstoffspezien zu Stickoxiden und Stickstoff und der gleichzeitigen Reduktion der gebildeten Stickoxide zu elementarem Stickstoff sollte der Regenerator im Temperaturbereich von 650 bis 815ºC und vorzugsweise im Bereich von 670 bis 790ºC betrieben werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der zusätzliche Sauerstoff in einer Höhenposition geringfügig oberhalb des Hauptbrenngasverteilungssystems in das Bett eingeleitet. Dies stellte eine maximale Selektivität für die Umwandlung von reduzierten Stickstoffspezien zu Stickoxiden sicher, die letztlich reduziert werden, bevor das Gas das im oben spezifizierten Modus betriebene Regenerationsgefäß verlässt.

Das Betreiben im Modus mit teilweiser CO-Verbrennung mit großen Mengen angereichertem Sauerstoff ließe ein Ansteigen der Temperatur im Regenerator erwarten. Es ist bekannt, dass Stickoxidpegel mit zunehmendem Sauerstoffüberschusspegel im "Standard"- Betrieb (vollständige Verbrennung) anzusteigend tendieren. Das Anreichern eines Regenerators mit Sauerstoff zum Reduzieren von Stickoxiden könnte daher kontraproduktiv erscheinen. Jedoch ist diese Logik nicht direkt auf den Betrieb mit teilweiser CO- Verbrennung übertragbar, wo der stromabwärtige Kessel die Hauptquelle von Stickoxiden ist. Es wird nicht angenommen, dass die Verwendung angereicherter Luft für einen einstufigen Regenerator, der im Modus mit vollständiger Verbrennung betrieben wird, die Stickoxidemissionen des Regenerators absenken würde.

Die Anwesenheit höherer Sauerstoffpegel im Regenerator lässt auch eine Steigerung der Effektivität von DE-SOx-Additiven erwarten, die SOx als SO&sub3; und nicht SO&sub2; im Regenerator aufnehmen. Der zunehmende Pegel der SOx- Abscheidung im Regenerator führt dazu, dass eine höhere Schwefelwasserstoffmenge durch den Katalysator zusammen mit Reaktorprodukten ausgetragen wird, die durch mehrere bekannte Verfahren zurückgewonnen werden kann.

Das Verfahren und die Einrichtung nach der Erfindung werden nun beispielshalber unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Katalysator-Regenerationsgefäßes einer FCC- Anlage, die eine Ausführungsform der Erfindung illustriert,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Katalysator-Regenerationsgefäßes nach Fig. 1 längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines Katalysator-Regenerationsgefäßes als Alternative zu demjenigen nach Fig. 1,

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung der in Fig. 3 gezeigten Brennzone.

Soweit nicht anders angegeben, sind in der folgenden Beschreibung alle Prozentsätze nach Volumen angegeben.

Der Kohlenwasserstoff-Crackreaktor und die zugehörige Prozessausrüstung die beispielsweise Ventile und Messgeräte, die nicht direkt der Erfindung zugeordnet sind und für das Verständnis der Erfindung nicht notwendig sind, sind der Einfachheit halber in Fig. 1 weggelassen. In den verschiedenen Zeichnungen sind die gleichen Bezugszeichen zur Darstellung gleicher oder ähnlicher Teile verwendet.

Gemäß der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ist ein Kohlenwasserstoff- Crackkatalysatorregenerator 2 extern mit einer Transportleitung 4 für verbrauchten Katalysator, einer Transportleitung 6 für regenerierten Katalysator, einer Zuführleitung 8 für Sauerstoff enthaltendes Gas, und einer Abgasleitung 10 versehen. Eine allgemein mit 12 bezeichnete Brennzone und eine allgemein mit 14 bezeichnete Reduktionszone sind im unteren bzw. im oberen Bereich des Inneren des Regenerators 2 angeordnet. Eine Speiseleitung 16 verbindet die Zuführleitung 8 mit dem Zentrum eines Gasverteilers 18. Der Verteiler 18 mit Düsen 20 versehen. Bei der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform besteht der Verteiler 18 aus zwei Armen., die horizontal im unteren Teil des Regenerators 2 unter rechten Winkeln zur Leitung 16 angeordnet sind, jedoch kann der Verteiler 18 auch jede gewünschte Konfiguration haben, beispielsweise als kreisförmiger, um die Peripherie des Gefäßes 2 verlaufender Ring.

Die Brennzone 12 ist der Bereich innerhalb des Regenerators, wo die Verbrennung des Kokses stattfindet. Da die Verbrennung durch Berührung des Sauerstoffs mit dem heißen Koks bewirkt wird, ist die Brennzone 12 durch den in den Regenerator 2 eintretenden Sauerstoff definiert. Bei der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion sind die Düsen 20 stromabwärts angeordnet, um die Strömung von Sauerstoff enthaltendem Gas unterhalb des Verteilers 18 zu leiten und dadurch die Brennzone 12 zu vergrößern.

Die Abgasleitung 10 verbindet den oberen Bereich des Regenerators 2 mit einem gegebenenfalls vorhanden Kohlenmonoxid-Kessel 22. Der Kessel 22 ist an seinem Auslassende mit einer Entlüfteleitung 24 versehen. In Fällen, in denen der Kohlenmonoxidkessel 22 nicht verwendet wird, wird das Kohlenmonoxid enthaltende Abgas zu stromabwärtigen Vorgängen zur weiteren Behandlung wie beispielsweise eine Shift-Reaktion überführt.

Bei dem in dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten System durchgeführten Prozeß wird verbrauchter Kohlenwasserstoff-Crackkatalysator aus einem Kohlenwasserstoff-Crackreaktor (nicht dargestellt) über die Leitung 4 für verbrauchten Katalysator zum Regenerator 2 überführt. Der verbrauchte Katalysator wirbelt in einer tangentialen Bewegung im Inneren des Regenerators 2 herum. Im oberen 2 des Regenerators 2 bildet sich ein verdünntes Fliesbett, und im unteren Bereich des Regenerators bildet sich ein dichtes Fliesbett aus. Wenn der Katalysator in Berührung mit dem Sauerstoff im ankommenden Speisegas kommt, entzündet sich der Koks auf der Oberfläche des Katalysators und verbrennt, wodurch Verbrennungsgase erzeugt werden, die Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasserdampf, Stickoxide und möglicherweise Schwefeloxide enthalten.

Der Gesamtsauerstoffgehalt des in den Regenerator 2 eintretenden Gases ist nicht ausreichend, um sämtlichen Koks zu Kohlendioxid umzuwandeln, d. h. der Regenerator 2 wird in einem Modus mit teilweiser Verbrennung betrieben. Jedoch ist das ankommende Speisegas sauerstoffreich genug, um das Umwandeln wesentlicher Mengen des reduzierten Stickstoffs in den Koksverbindungen zu Stickoxiden zu bewirken. Wenn das ankommende Speisegas weniger Sauerstoff konzentriert wäre, würde ein Teil des Koksstickstoffs zu reduzierten Stickstoffverbindungen wie beispielsweise Ammoniak umgewandelt werden. Die reduzierten Stickstoffverbindungen würden in der in hohem Maße oxidierenden Umgebung des Kohlenmonoxidkessels, der stromab des Regenerators 2 angeordnet ist, in Stickoxide umgewandelt werden.

Die Verbrennungsgase steigen schnell zum oberen Teil des Regenerators 2 auf und treten in die Reduktionszone 14 ein, wo die Konzentration von Kohlenmonoxid ausreichend hoch ist, um eine reduzierende Umgebung zu schaffen. Die meisten oder sämtliche Stickoxide im Abgas werden zu elementarem Stickstoff umgewandelt, während das Gas durch die Reduktionszone 14 gelangt. Die Verbrennungsgase treten dann in den Kohlenmonoxidkessel 22 ein, wenn diese Ausrüstung in dem System verwendet wird. Das den Kessel 22 verlassende Abgas, das nun aus Kohlendioxid und vielleicht Stickstoff besteht, verlässt das System durch die Entlüfteleitung 24. Während die Gase durch den Kessel 22 passieren, wird das Kohlenmonoxid im Abgas zu Kohlendioxid umgewandelt, aber es findet wenig, wenn überhaupt weitere Oxidation des Stickstoffs im Abgas statt. Infolgedessen werden aufgrund der Erfindung einige der reduzierten Stickstoffverbindungen, die anderenfalls zu Stickoxiden in dem System umgewandelt würden, zu dem stabileren elementaren Stickstoff umgewandelt.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausrührungsform ist ein Hilfssauerstoffverteiler 26 im oberen Teil der Brennzone 12a oberhalb des Sauerstoffverteilers 18 positioniert. Der Verteiler 26 ist mit einer Sauerstoffzufuhrleitung 28 und mit Düsen 30 ausgestattet.

Im Betrieb des Prozesses nach der Erfindung bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 tritt verbrauchter Katalysator in der oben beschriebenen Weise in den Regenerator 2 ein. Eine Zuführ von Sauerstoff enthaltendem Gas tritt durch die Leitung 16 in den Regenerator 2 ein. Dieses Gas ist ein Sauerstoff-Inertgas-Gemisch. Es kann Luft, Sauerstoffangereicherte Luft, Sauerstoff-Kohlendioxid, oder ein Gemisch aus Sauerstoff und anderem Inertgas bzw. Inertgasen sein, wie beispielsweise ein Sauerstoff-Argon-Gasgemisch oder ein Gasgemisch aus Sauerstoff-angereicherter Luft und Kohlendioxid.

Eine zweite Zufuhr von Sauerstoff enthaltendem Gas wird in die Brennzone 12a durch die Leitung 28, den Verteiler 26, und die Düsen 30 eingeleitet. Dieses Gas kann im wesentlichen reiner Sauerstoff sein, d. h. Sauerstoff, der nicht mehr als etwa 1% sonstiger Gase enthält, oder hochreiner Sauerstoff, d. h. Gas, das im wesentlichen mindestens etwa 80% und vorzugsweise mindestens etwa 90% Sauerstoff enthält, oder sauerstoffangereicherte Luft sein. Der Zweck des in die Brennzone 12a durch den Verteiler 26 eintretenden Gases ist die Verstärkung der oxidierenden Umgebung in der Brennzone 12a. Dies stellt eine vollständigere Umwandlung von Koksstickstoff zu Zwischenstickoxiden und daher mehr letztliche Umwandlung von Koksstickstoff zu elementarem Stickstoff sicher. Die die Zone 12a verlassenden Verbrennungsgase gelangen durch die reduzierende Zone 14 und gegebenenfalls durch den Kohlenmonoxidkesssel 22 in der oben beschriebenen Weise.

Es ist klar, dass es im Bereich der Erfindung liegt, herkömmliche Ausrüstung zur Überwachung und automatischen Regulierung der Gasströme in dem System einzusetzen, so dass es vollständig automatisiert werden kann, um in effizienter Weise kontinuierlich zu laufen.

Obwohl die Erfindung mit besonderer Bezugnahme auf ein spezifisches Experiment beschrieben worden ist, ist dieses Experiment lediglich beispielhaft für die Erfindung, und Variationen werden in Betracht gezogen. Beispielsweise kann der Prozeß nach der Erfindung in anderen Ausrüstungsanordnungen als in den in den Zeichnungen dargestellten durchgeführt werden, und die Erfindung kann auf andere als FCC-Systeme angewendet werden, wie beispielsweise Systeme mit festem Bett.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Regenerieren eines Kohlenwasserstoff-Crackkatalysators mit darauf befindlichen Koksablagerungen durch Verbrennen der Koksablagerungen, mit folgenden Schritten:

a) In-Berührung-Bringen des Katalysators mit einem Sauerstoff-Inertgas- Gemisch in einer Brennzone auf einer mittleren Temperatur im Bereich von 650 bis 815ºC, wobei der gesamte volumetrische Strömungsdurchsatz von Sauerstoff in die Brennzone mindestens 24% des gesamten volumetrischen Strömungsdurchsatzes aller Gase in die Brennzone beträgt, wodurch mindestens ein Teil des Kokses abgebrannt und im Koks enthaltener Stickstoff zu Stickoxiden umgewandelt wird, um ein im wesentlichen sauerstofffreies Verbrennungsgas zu erzeugen, das Kohlendioxid, Stickoxide und mindestens 3 Volumenprozent Kohlenmonoxid enthält, und

b) Umwandeln der meisten oder sämtlicher Stickoxide zu elementarem Stickstoff durch Hindurchleiten des Verbrennungsgases durch eine Reduktionszone oberhalb der Brennzone, wobei die Brennzone und die Reduktionszone in einem Katalysator-Regenerationsgefäß angeordnet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der in die Brennzone eingeleitete Sauerstoff mindestens 24 Molprozent des Gemischs bildet.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennzone im unteren Teil des Regenerationsgefäßes angeordnet und die Reduktionszone stromab der Brennzone angeordnet ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sauerstoff- Inertgas-Gemisch Sauerstoff und ein aus Stickstoff, Kohlendioxid und Gemischen hiervon ausgewähltes Gas enthält.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sauerstoff- Inertgas-Gemisch mindestens 25,5 Molprozent Sauerstoff enthält.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Sauerstoff in mindestens zwei Speiseströmen in die Brennzone zugeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei einer der Speiseströme, der aus mit Sauerstoff angereicherter Luft oder im wesentlichen reinem Sauerstoff besteht, in das Regenerationsgefäß an einer oder mehreren Stellen im oberen Bereich der Brennzone eingeleitet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei stromab der Reduktionszone im wesentlichen sämtliches Kohlenmonoxid in dem Verbrennungsgas durch Verbrennung in Kohlendioxid umgewandelt wird.







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