Die Erfindung bezieht sich auf eine Zyklonabscheidevorrichtung zum Abtrennen von Feststoffen aus einem Gas-Feststoff enthaltenden Einsatz. Die Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung; eines Zyklonabscheiders in einem fluid-katalytischen Crack-Verfahren (FCC-Verfahren).

Eine solche Vorrichtung ist in der US-A-4871514 beschrieben. Diese Patentveröffentlichung beschreibt einen Zyklonabscheider, der in einem fluid-katalytischen Crack-Verfahren verwendet wird, um Katalysator von den gasförmigen Kohlenwasserstoffprodukten zu trennen. Der Zyklonabscheider hat eine Fallleitung, deren unteres Ende mit einem Klappenventil versehen ist. Klappenventile werden auch als Trickle-Ventile bezeichnet. Im Normalbetrieb ist das Ventil in einer Schließstellung, und Katalysator sammelt sich in der Falleitung an, bis er eine bestimmte Höhe in der Falleitung erreicht hat. Bei dieser vorbestimmten Höhe überwindet das Gewicht des Katalysators oberhalb des Klappenventiles die Vorspannwirkung, welche das Ventil in der Schließstellung hält, so daß das Ventil öffnet und Katalysator aus der Falleitung freigegeben wird. Im Normalbetrieb setzt sich diese Schrittsequenz fort. Die EP-A-383523, EP-A-488607 und US-A-4446107 sind andere Veröffentlichungen, welche Zyklone mit einer Falleitung und einem Trickle- oder Klappenventil am unteren Ende der Falleitung beschreiben.

Ein Problem, das bei diesen Zyklonen häufig auftritt, besteht darin, daß die Falleitung mit Katalysator gefüllt wird, während das Klappenventil geschlossen bleibt. Wenn eine Falleitung auf diese Weise verstopft ist, wird der Zyklon nicht auf optimale Weise als Feststoff-Gasabscheider funktionieren, und das fluid-katalytische Crack-Verfahren wird stillgesetzt werden müssen, um die Verstopfung zu beseitigen. Da FCC-Verfahren zwischen geplanten Stillegungen viele Monate und sogar Jahre laufen, verursacht jede unerwartete Stillegung einen beträchtlichen wirtschaftlichen Schaden.

Das Ziel dieser Erfindung besteht darin, einen Zyklonabscheider zu schaffen, der eine erhöhte Verläßlichkeit hat, d. h. einen Abscheider, der keine vorstehend beschriebenen Verstopfungsprobleme aufweist. Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung der folgenden Vorrichtung eine Verstopfung der Falleitung weniger häufig auftritt.

Eine Zyklonabscheidevorrichtung zum Abtrennen von Feststoffen aus einem Gas-Feststoff enthaltenden Einsatz, der in einem gasreichen Strom resultiert, hat ein aufrechtes, hohles, kreisförmiges Gehäuse, das in Fluidverbindung mit einer Fallleitung steht, die an ihrem unteren Ende mit einem Klappenventil versehen ist, wobei die Falleitung einen unteren Teil aufweist, welcher untere Teil einen Durchmesser hat, der von der Oberseite des unteren Teiles zur Unterseite bis zum unteren Ende der Falleitung kontinuierlich zunimmt, und wobei der Winkel, den die Innenfläche des unteren Teiles der Falleitung mit der vertikalen Achse bildet, zwischen 0,2° und 4° beträgt.

Der Zyklonabscheider gemäß der Erfindung hat ein aufrecht stehendes, hohles, kreisförmiges Gehäuse. Der Durchmesser des Gehäuses kann variieren, und vorzugsweise hat das Gehäuse einen oberen Teil mit einem konstanten Durchmesser (D3) und einen unteren Teil mit zweckmäßig kontinuierlich abnehmendem Durchmesser, der zu einer Kegelstumpfform führt. Der Durchmesser D3 hat zweckmäßig eine Dimension zwischen 0,5 und 3 m. Der Durchmesser (D4) am unteren Ende des Gehäuses hat zweckmäßig den Durchmesser der mit dem unteren Ende verbundenen Falleitung. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine Staubkammer zwischen dem unteren Teil des Gehäuses und dem oberen Teil der Falleitung vorhanden. Eine solche Staubkammer hat in der Regel einen großen Durchmesser (D5), der größer ist als der Durchmesser (D1) des oberen Endes der Falleitung. Die Staubkammer hat zweckmäßig einen kegelstumpfförmig geformten Boden, der es gestattet, daß Feststoffe gegen den Einlaß der Falleitung strömen. Der Durchmesser (D1) des oberen Endes der Falleitung kann konstant sein, was offensichtliche Strukturvorteile ergibt, und hat zweckmäßig einen Wert zwischen 0,05 und 3 m. Die verschiedenen Dimensionen des Zyklons hängen von der erforderlichen Trennwirksamkeit und den Eigenschaften des Einsatzes ab, und können durch gut bekannte Standards berechnet werden, wie sie auf den Seiten 82–88 von Abschnitt 20 von Perry's Chemical Engineers' Handbook, 6. Auflage, McGraw Hill 1984 beschrieben sind.

Der Zyklonabscheider gemäß der Erfindung hat eine Falleitung, die aus einem oberen Teil und einem unteren Teil besteht, wobei der untere Teil einen Durchmesser hat, der von der Oberseite des unteren Teiles bis zum unteren Ende der Falleitung zunimmt. Die Länge des unteren Teiles wird mit „L" bezeichnet. Die Länge des oberen Teiles kann Null sein. Typische Längen (L) des unteren Teiles betragen zwischen 0,1 und 1,5 m, und vorzugsweise zwischen 0,2 und 1 m.

Der Durchmesser des unteren Teiles nimmt vorzugsweise kontinuierlich von der Oberseite des unteren Teiles bis zum unteren Ende der Falleitung zu. Der Winkel (H), der zwischen der Innenfläche des unteren Teiles der Falleitung und der Vertikalachse (Ax) geformt wird, beträgt zweckmäßig zwischen 0,2° und 4°, und bevorzugter zwischen 0,5° und 2°.

Das untere Ende der Falleitung besteht aus einem Klappenventil. Die Ausbildung dieses Klappenventiles hängt teilweise von der Ausbildung der Auslaßöffnung der Falleitung ab. Beispielsweise kann die Auslaßöffnung der Falleitung in einer Horizontalebene oder in einer Vertikalebene oder in irgendeiner Ebene zwischen der Horizontalen und der Vertikalen liegen. Beispiele von möglichen Ausbildungen, die diesen beiden möglichen Öffnungen zugeordnet sind, werden in den vorerwähnten Publikationen EP-A-383523, EP-A-488607 und US-A-4446107 beschrieben. Einige Ausbildungen für die Auslaßöffnungen umfassen eine Art von Biegung der Falleitung am unteren Ende. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet unterer Teil der Falleitung den vertikal angeordneten unteren Teil. Dies schließt natürlich nicht aus, daß nicht-vertikale untere Endteile irgendeine Art von verjüngter Ausbildung haben können. Die Erfindung ist speziell auf Falleitungen gerichtet, die nur ein vertikales unteres Ende haben, wobei die Öffnungen in irgendeiner Ebene liegen können, wie vorstehend erläutert.

Die Erfindung bezieht sich auch auf das Nachausstatten bestehender Zyklonabscheider mit einer Falleitung, vorzugsweise mit Dimensionen, wie sie vorstehend beschrieben sind, aber mit einer Falleitung konstanten Durchmessers, indem der untere Teil der Falleitung modifiziert wird, um zu einem Zyklonabscheider zu kommen, der gemäß der Erfindung ausgebildet ist. Das Klappenventil kann irgendeines bekannter Ausbildung sein.

Die Einlaßmittel in einem Zyklonabscheider für den Gas-Feststoffeinsatz sind so angeordnet, daß im Betrieb eine Wirbelbewegung in dem rohrförmigen Gehäuse des Zyklons auftritt. Die Wirbel- oder Drehbewegung bewirkt, daß die Feststoffe gegen die Außenwand des rohrförmigen Gehäuses gerichtet werden, wo sie abgleiten, um gesammelt zu werden, gegebenenfalls in einem Staubtrichter. Aus diesem Staubtrichter werden die Feststoffe aus dem Zyklon mittels der Falleitung abgezogen, die auch als Standrohr bezeichnet wird. Die Wirbelbewegung kann durch einen axialen oder tangentialen Einlaß des Einsatzes erreicht werden. Wenn der Einsatz in den Zyklon axial eintritt, werden Wirbelerzeugungsmittel im oberen Teil des rohrförmigen Gehäuses vorhanden sein, um dem sich nach unten bewegenden Einsatz eine Wirbel- oder Drehbewegung zu erteilen.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Gas/Feststoff-Abscheideverfahren unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Zyklons, bei welchem eine Druckdifferenz zwischen dem Zyklongehäuse und unmittelbar unterhalb der Auslaßöffnung der Fallleitung zwischen 1.000 Pa und 40.000 Pa vorhanden ist, wobei die Feststoffe vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von 1*10^–6 m und 200*10^–6 m haben, und wobei die Feststoffe ein fluid-katalytischer Katalysator sind, dessen Außenfläche vorwiegend aus einem Matrixmaterial des Katalysators besteht. Beispiele eines möglichen Matrixmaterials sind Tone, d. h. Kaoline oder Meta-Kaoline, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Titandioxid, Zirkondioxid und Mischungen derselben. Es hat sich gezeigt, daß, wenn der Zyklonabscheider gemäß der Erfindung für dieses Verfahren verwendet wird, ein geringeres Verstopfen im Vergleich zu einem Zyklon mit vergleichbaren Dimensionen auftritt, der aber keine sich verjüngende Falleitung hat.

Der Zyklonabscheider gemäß der Erfindung wird vorzugsweise in Verfahren verwendet, insbesondere in einem fluid-katalytischen Crack-Verfahren, wo die Falleitung des Zyklons nicht leicht inspiziert werden kann, wenn der Zyklon in Betrieb ist. Dies ist beispielsweise die Situation, in welcher das untere Ende der Falleitung sich innerhalb eines Gefäßes befindet, in welchem die abgeschiedenen Feststoffe angeordnet sind. Beispiele solcher Gefäße in einem fluid-katalytischen Crack-Verfahren sind Reaktor/Stripper-Gefäße, Regeneratorgefäße und Katalysator-Vorratsgefäße.

Ein fluid-katalytisches Crack-Verfahren weist im allgemeinen einen Reaktor auf, in welchem Katalysatorteilchen und gasförmige Kohlenwasserstoffe kontaktiert werden. Der Reaktor ist im allgemeinen ein vertikal angeordneter, rohrförmiger Reaktor, der häufig als Riserreaktor bezeichnet wird, durch welchen Katalysator und Reaktanten gleichzeitig in Richtung nach oben strömen. Am Ende des Risers werden die Katalysatorteilchen von dem Katalysatorabgas getrennt. Diese Trennung erfolgt üblicherweise mittels einer oder mehrerer Trennstufen. Die abgeschiedenen Katalysatorteilchen werden in einem Strippergefäß gesammelt. In diesem Gefäß werden die Katalysatorteilchen mit einem wasserhaltigen Gas gestrippt, um irgendwelche Kohlenwasserstoffe von dem Katalysator abzuscheiden. Das Strippen erfolgt zweckmäßig in einem Wirbelbett, in welchem das Strippergas als Mittel zum Fluidisieren der Katalysatorteilchen verwendet wird. Die abgestrippten Katalysatorteilchen werden nachfolgend einem Regeneratorgefäß aufgegeben, in welchem irgendwelcher Koks von den Katalysatorteilchen durch Verbrennung entfernt wird. Der Regenerator wird zweckmäßig als Wirbelbett betrieben, wobei Verbrennungsgase, die normalerweise Sauerstoff enthalten, als Mittel zum Fluidisieren der Katalysatorteilchen verwendet werden. Der gestrippte und regenerierte Katalysator wird im Verfahren wiederverwendet. Sowohl im Strippergefäß als auch im Regeneratorgefäß kann der Zyklonabscheider gemäß der Erfindung zweckmäßig verwendet werden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Zyklonabscheider gemäß der Erfindung als Sekundärzyklon verwendet, um Katalysator aus dem Reaktorriser-Abgas eines FCC-Verfahrens abzuscheiden. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt das Abtrennen des Katalysators aus dem Reaktorabgas mittels einer ersten Trennung, bei welcher die Hauptmasse des Katalysators abgetrennt wird, gefolgt von einem Sekundärzyklon, in welchem das meiste der verbleibenden Katalysatorteilchen abgetrennt wird. Der erste Abscheider kann ein Zyklon oder irgendeine andere Gas/Feststoff-Trenneinrichtung sein. Beispiele solcher FCC-Konfigurationen sind in den früher erwähnten Patentveröffentlichungen US-A-5055177, US-A-5391289, EP-A-309244, EP-A-299650 und EP-A-275158 beschrieben.

Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Zyklonabscheider gemäß der Erfindung als Primärabscheider und insbesondere als Sekundärzyklon verwendet, um FCC-Katalysatorteilchen aus dem Abgas eines FCC-Regenerators abzuscheiden.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren detaillierter erläutert. 1 zeigt einen Vertikalschnitt einer Zyklonabscheidevorrichtung gemäß der Erfindung.

In 1 ist eine Abscheidevorrichtung gemäß der Erfindung mit einem hohlen, kreisförmigen Gehäuse (1) gezeigt, das symmetrisch um eine Achse (Ax) ausgebildet ist, in Fluidverbindung mit einer Falleitung (8) und einem Gasauslaßrohr (4), wobei Einlaßmittel (3) für den Gas-Feststoffeinsatz tangential angeordnet sind, um im Betrieb eine Wirbelströmung in dem kreisförmigen Gehäuse (1) zu erzeugen. Die Einlaßmittel stehen in Fluidverbindung mit einer Einlaßleitung (2). Das kreisförmige Gehäuse (1) hat einen rohrförmigen oberen Teil (5) mit einem Durchmesser (D3), eine kegelstumpfförmige Hülle als unteren Teil (6) mit einem kleineren Durchmesser (D4) am unteren Ende und eine Staubkammer (7) mit einem Durchmesser (D5). Die Falleitung (8) hat einen oberen rohrförmigen Teil (9) mit konstantem Durchmesser (D1), der an die Staubkammer über den Einlaß (10) der Falleitung angeschlossen ist. Ein unterer Teil (11) mit einer Länge (L) mit einem Durchmesser, der vom Durchmesser (D1) an der Oberseite (12) des unteren Teiles (11) auf einen Durchmesser (D2) am unteren Ende (13) dieses Teiles (11) zunimmt. Der Winkel (H) wird zwischen der Wand des verjüngten unteren Endes und der Achse (Ax) gebildet. Am unteren Ende (13) ist eine Öffnung vorgesehen, die in einer Horizontalebene liegt und mit einem Klappenventil (14) verbunden ist. Das Klappenventil (14) ist mit einem Gegengewicht (15) ausgestattet und in der teilweise geöffneten Stellung in 1 gezeigt.

Die Erfindung wird anhand der folgenden nicht-einschränkenden Beispiele illustriert.

In einem Zyklon, der mit einer Falleitung mit einem verjüngten unteren Teil versehen ist, wurde ein Gas/FCC-Katalysatoreinsatz in ein feststoffreiches Bodenprodukt und ein feststoffarmes, gasförmiges Produkt bei Raumtemperatur getrennt. Der Zyklon hatte eine Falleitung von 4,5 m Länge (der Falleitungsstrom wurde durch Verwendung von Glas sichtbar gemacht) und hatte ferner Dimensionen, wie sie in Tabelle 1 angegeben sind. Das untere Ende der Falleitung lag oberhalb eines Wirbelbettniveaus, und ein Klappenventil mit horizontalem Gegengewicht war vorhanden. Der Katalysatorfluß in der Falleitung betrug 30 kg/m²s. Die Druckdifferenz zwischen dem Zyklon und der Außenseite der Falleitung betrug 7.000 Pa. Der Durchlauf wurde während mehr als 100 Minuten fortgesetzt, und kein Verstopfen der Falleitung wurde beobachtet. Das Beispiel wurde bei kleineren Druckdifferenzen wiederholt, und kein Verstopfen der Falleitung wurde beobachtet. Lediglich wenn die Druckdifferenz auf einen Wert über 7.000 Pa erhöht wurde, trat ein Verstopfen auf.

Beispiel 1 wurde wiederholt, außer daß der untere Teil der Falleitung konstanten Durchmesser hatte. Die Druckdifferenz betrug 4.500 Pa. Es wurde beobachtet, daß selbst bei dieser niedrigen Druckdifferenz der Feststoffstrom, welcher die Fallleitung verließ, innerhalb von 10 Minuten zum Stillstand kam. Die Falleitung wurde vollständig mit Feststoffen gefüllt und der Zyklon gestartet, um die Katalysatorteilchen durch den oberen Auslaß abzugeben.