Modifikation des thermischen Haushalts einer kontinuierlichen FCC-Anlage

Abstract

Im Jahr 2010 wurde am Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften der Technischen Universität Wien eine neue Fluid Catalytic Cracking-Anlage gebaut um die alte zu ergänzen. Die für diese Arbeit relevantesten Änderungen betreffen die massive Vergrößerung des Regeneratorbereichs und den Einbau eines dreischlaufigen Kühlers. Dies erlaubt es, beispielsweise das Produktspektrum durch geänderte Reaktionsbedingungen im Riser den jeweiligen Bedürfnissen anzupassen, ohne den effizienten Koksabbrand im Regenerator zu beeinträchtigen. In weiterer Folge ist das erklärte Ziel, den Anteil an flüssigem Produkt (besonders Diesel), durch deutliche Absenkung der Risertemperatur zu erhöhen. Der erste Versuchsteil beschäftigt sich mit einer Reihe von Kühlerversuchen, die mit variierenden Parametern, aber ohne Feedzufuhr durchgeführt wurden. Dies hat den Vorteil, dass der Feed als zusätzlicher Parameter wegfällt und das thermische und fluidmechanische Verhalten der Anlage unabhängig davon charakterisiert werden kann. Die Parametervariationen beinhalten dabei Änderungen des Kühlmediums, der Katalysatorumlaufrate, der Anzahl der Kühlschlaufen und der Kühler-Fluidisierung. Diese Versuchsreihe konnte einen Überblick über das Kühlverhalten und die grundsätzlichen Kühlmöglichkeiten schaffen. So konnte ermittelt werden, dass bei einer üblichen Umlaufrate eine Absenkung der Risertemperatur um bis zu 280°C (mit Wasser als Kühlmedium) bzw. 130°C (mit Luft) erreicht werden kann. Dies zeigt, dass ausreichend Kühlpotential für unterschiedlichste Einstellungen vorhanden ist. Auf den dabei gewonnenen Erkenntnissen aufbauend, wurden anschließend unterschiedliche Feedversuche durchgeführt. Für diese Versuche wurde sowohl hydriertes,als auch unhydriertes Vakuumgasöl verwendet. Diese Versuche zeigten deutlich, dass durch die gesetzten baulichen Maßnahmen trotz der Kühlereinwirkung ein konstanter Katalysatoreinzug bei stabilen Temperaturen gewährleistet werden kann. Auch der Einfluss der Risereintrittstemperatur auf die erhaltenen Produkte konnte dargestell werden. Insbesondere war es möglich,den Anteil an flüssigen Produktfraktionen zu erhöhen.

In 2010 a second Fluid Catalytic Cracking-Plant was built at the Institute of Chemical Engineering at Vienna University of Technology. This plant has a lot of similarities with its predecessor, but also a few major alterations. The most relevant changes for this work are both the installation of an additional cooler area and the bigger regenerator with nearly three times more catalyst. These changes were thought to expand the range of possible operation adjustments, by adding a possibility to uncouple regererator- and risertemperature. Thereby the product compounds can be fitted to the desired outcome (e.g. a higher amount of diesel) without compromising the catalyst regeneration. First, there was groundwork to be done. This basis is built up by feedless experiments at varying settings. The variations during the experiments consist of distinctions regarding coolant, number of used cooling pipes, catalyst circulation rate and cooler fluidization. In this context, the aim was to get a broad expression of the general cooling behavior and the influence on both riser inlet temperature and consistency of catalyst flow into the riser. By analyzing many experiments, these goals could all be achieved. It was possible, to lower the riser inlet temperature by up to 280°C (water cooling) or 130°C (air cooling). Based on this knowledge continuative testing with FCC feed had been conducted. These further experiments consisted of runs with both hydrogenated and unhydrogenated vacuum gas oil. In doing so it was possible to show, that riser inlet temperature and catalyst mass flow in the riser could both be kept constant during feed charge. In addition the effects of a changed riser inlet temperature on the product spectrum could be characterized. It was especially possible, to shift the spectrum to liquid products.