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Packung aus Drahtelementen.für Wirbelschichtreaktoren Wirbelschichten
werden in großen Einheiten beispielsweise für katalytisches Kracken verwendet. In
einigen Großkrackanlagen erfolgt der Kontakt zwischen den Feststoffen und den gasförmigen
Wirbelstoffen noch nicht in befriedigender Weise, weil durch die Bildung großer
- Oas- oder Dampfblasen, die durch die Wirbelschicht nach oben steigen, Gas-oder
Dampfkanäle und Nebenwege entstehen, so daß kein wirksamer Kontakt zwischen einem
Teil der nach oben strömenden Gase oder Dämpfe mit den in der dichten Wirbelschicht
befindlichen Katalysatorstoffen erreicht wird.
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Man hat bereits in die dichte Wirbelschicht im Abstand voneinander
durchlöcherte Praliflächen eingeschaltet, um die Berührung zwischen den Feststoffen
und dem gasförmigen Wirbelstoff zu verbessern. Verschiedene Formen für solche Prallwände
wurden entworfen, erwiesen sich für die katalytischen Krackanlagen jedoch als nicht
erfolgreich. Durch die bekannten Arten von Prallwänden wird in erster Linie das
Reaktionsgefäß in kleinere Abschnitte unterteilt. Viele Prallwände sind schwer und
plump und lassen sich daher nur mit Schwierigkeiten in einen Reaktor ein- und ausbauen
und in diesem befestigen.
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Füllkörpertürme sind ebenfalls bekannt, sie sind jedoch für Wirbelschichten
wenig geeignet.
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Erfindungsgemäß wird nun ein verbesserter Kontakt zwischen den Feststoffen
und den gasförmigen Wirbelstoffen durch Verwendung von Packungen geringen Volumens
erreicht, die aus in engem Abstand voneinander befindlichen waagerechten Schichten
aus flachem, grobem (gewobenem oder geschweißtem) Maschendraht bestehen, die in
einem Behandlungs-oder Reaktionsgefäß derart übereinander angeordnet sind, daß jede
folgende Drahtschicht zu den benachbarten Schichten in der gleichen Richtung um
einen kleinen Winkel gedreht ist, so daß, wenn die Drähte des Maschendrahtes einer
Schicht auf die Ebene der darüber- oder darunterliegenden benachbarten Schicht projiziert
werden, die Projektionen mit den entsprechenden Drähten der benachbarten darüber-oder
darunterliegenden Schicht einen kleinen Winkel bilden. Dieser Winkel kann etwa 1
bis 450, vorzugsweise etwa 5 bis 150, betragen. Hierdurch entsteht eine nichtzellige
Füllung. Auf diese Weise bilden die Drähte der oberen Schicht 106 beispielsweise,
wie in Abb. 2 gezeigt, mit der nächstniedrigeren Schicht 110 einen Winkel, so daß
die Öffnungen in den Maschendrahtschichten durch das Reaktionsgefäß hindurch nicht
in einer Linie liegen. Dies zeigt auch die Abb. 12. Durch diese Verschiebung wird
ver-
hindert, daß Gas- oder Dampfblasen ungehindert durch die aufeinandergestapelte
Packung nach oben strömen. Die groben Maschendrahtschichten werden durch Abstandshalter
voneinander getrennt und gestützt. Die waagerecht angeordneten Maschendrahtschichten
müssen eine offene Fläche von wenigstens 80 bis 95 0/o, bezogen auf den waagerechten
Querschnitt des Kessels, aufweisen. Die freie Fläche in einer waagerechten Ebene,
durch die senkrechten zylindrischen Abstandshalter über den Durchmesser des Kessels
genommen, beträgt etwa 99 bis 99,9 0/o.
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Im Durchschnitt beansprucht die erfindungsgemäß aus offenem Geflecht
bestehende Packung etwa 0,5 bis höchstens 1,5 Volumprozent, bezogen auf das Volumen
des von ihr erfüllten Reaktorraumes. Gewöhnlich bestehen die Abstandshalter ebenso
wie die flachen Schichten aus grobem Maschendraht und haben langgestreckte gabelartige
Zacken, die in die flachen, grobdrähtigen Maschendrahtschichten eingreifen, um zu
verhindern, daß sich die Abstandshalter und die flachen Schichten durch Erschütterungen
der Wirbelschicht bewegen oder drehen und verschieben.
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Die Abstandshalter können verschiedenartige Formen besitzen, es können
z. B. Drahtprismen sein,
deren senkrechter Querschnitt ein Dreieck
bildet, oder Halter aus senkrecht gestellten, sich winklig überschneidenden Platten
oder Leisten, die aus durchlöchertem oder nicht durchlöchertem Blech in verschiedenen
regelmäßigen, z. B. sechseckigen, dreieckigen oder rechteckigen Anordnungen bestehen,
oder es können sinusförmige oder wellenförmige Platten aus grobem Maschendraht oder
Verbindungen derartiger Formen verwendet werden.
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Am Boden und an der Spitze des Reaktors ordnet man ein durchlöchertes
Gitter mit großer offener Fläche an, das die Begrenzung der Packung bildet.
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Falls erforderlich, können auch ein oder mehrere Zwischengitter verwendet
werden, gewöhnlich ordnet man jedoch nur ein oberes und ein unteres Gitter an.
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Das Gitter hat eine große offene Fläche, z. B. 750/( oder mehr.
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In der britischen Patentschrift 676613 wird zwar bereits eine Füllung
von Reaktionsräumen, in denen Wirbelschichten in Behandlung stehen, mit Drahteinlagen
beschrieben, wobei Drahtringe und Spiralen entweder lose und regellos eingeschüttet
oder in bestimmten geometrischen Mustern angebracht werden.
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In dieser Patentschrift wird jedoch nicht die besondere Art von Drahtpackungen
beschrieben, auf die es nach vorliegender Erfindung ankommt und bei der man wenigstens
98,5 0in des Reaktorraumes für die Wirbelschicht frei läßt, während die Packung
höchstens 1,50/0 ausmacht. Außerdem gibt diese britische Patentschrift nichts darüber
an, wie man Spiralen oder Ringe aus Draht in einer solchen Lage so fest halten kann,
daß sie nicht ineinander und zusammengleiten, sondern ein starres Gerüst in dem
ganzen Reaktionsraum für dauernd beibehalten.
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Man darf ja nicht vergessen, daß Wirbelschichten in dauernder Bewegung
sind und daß dadurch die Drahteinlagen starken mechanischen Kräften ausgesetzt sind.
Es ist aber auf der anderen Seite für die gute Wirkungsweise der Wirbelschichten
unerläßlich, daß die Einbauten nicht zusammenrutschen oder auseinanderfallen, sondern
in der einmal erteilten sperrigen Lage innerhalb des ganzen Reaktors verbleiben.
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Dies wird durch die Erfindung in praktischer und zuverlässiger Weise
erreicht, so daß die hier be schriebene Lagerung der Drähte einen erheblichen Fortschritt
gegenüber derjenigen nach der britischen Patentschrift darstellt.
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Wichtig ist auch bei der hier gezeigten Packungsart die Besonderheit,
daß zwei übereinanderliegende Drahtgitter um einen kleinen Winkel gegeneinander
verdreht sind. Auch dieses Merkmal hat sich als besonders wichtig für die Durchführung
von Wirbelschichtreaktionen erwiesen.
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A b b. 1 stellt eine Wirbelschichtanlage dar, wie sie für die Erfindung
in Frage kommt; Abb. 2 ist ein vergrößerter waagerechter Querschnitt entlang der
Linie 2-2 der Abb. 1, wobei zur leichteren Erklärung Teile fortgelassen und die
Bodengitter nicht eingezeichnet sind; A b b. 3 ist eine perspektivische Ansicht
einer Form des Abstandshalters; Abb. 4, 5 und 6 stellen die verschiedenen Stufen
der Herstellung des in Abb. 3 gezeigten Abstandshalters dar; A b b. 7 ist eine Detailzeichnung,
die zeigt, wie die Drahtenden in die ebenen, waagerechten Grobdrahtgitter eingreifen
und diese formbeständig machen;
A b b. 8 und 8 a stellen Teile anderer Formen von
Abstandshaltern in perspektivischer Ansicht dar; A b b. 9 ist eine Ansicht eines
Abstandshalters, der aus Teilen der in Abb. 8 a gezeigten Art zusammengebaut ist;
Abb. 10 stellt eine weitere Form eines Abstadshalters dar, der durch eine abweichende
Drahtanordnung hergestellt wurde; Abb. 11 zeigt eine Art der Packung und A b b.
12 eine Anordnung der gestapelten Packung in einem Kessel.
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In der A b b. 1 bezeichnet die Bezugszahl 10 einen senkrecht angeordneten
zylinderförmigen Reaktion kessel, der mit einem senkrecht angeordneten zylinderförmigen
Regenerator 12 verbunden ist. Der KessellO enthält einen inneren, kleineren konzentrischen
Zylinder 14, der das eigentliche Reaktionsgefäß bildet und der sich im Abstand von
der Wand des Reaktionsgefäßes 10 befindet, wodurch ein und förmiger Abstreifabschnitt
16 entsteht. Der - Zylinder 14 und der Regeneratorkessel 12 werden beide mit einer
Füllung gezeigt, die nur schematisch gezeichnet ist.
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Auch andere Reaktorarten können verwendet werden, z. B. solche, bei
denen der innere Zylinder 14 fehlt, so daß der Katalysator im Kessel 10 selbst eine
dichte Wirbelschicht bildet und durch eine Abstreifanlage abgezogen wird.
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Nachstehend wird die Erfindung am Beispiel einer katalytischen Krackanlage
erläutert. Durch den erfindungsgemäß erzielten besseren Kontakt der Katalysatorteilchen
mit dem Wirbelgas erreicht man eine höhere Umwandlung der Kohlenwasserstoffe zu
niedrigersiedenden Produkten, und auf den Katalysatorteilchen bildet sich weniger
Kohlenstoff.
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Das zu krackende Ö1, z. B. ein Gasöl, das zweckmäßig auf etwa 260
bis 3700 C vorerhitzt wurde, wird durch die Leitung 18 geleitet, wo es mit dem heißen
aus dem Rohr 20 kommenden regelaerierten Katalysator gemischt wird. Die regenerierten
Katalysatorteilchen haben eine Temperatur von 510 bis 6500 C; die verwendete Katalysatormenge
muß ausreichend sein, um das Beschickungsöl zu verdampfen und es auf Kracktemperatur
zu erhitzen. Die Temperatur im Reaktionszylinder 14 beträgt zwischen etwa 455 und
5400 C. Das Katalysator-Öl-Verhältnis beträgt etwa 5 bis 25. Das aus Öldämpfen und
Katalysator bestehende Gemisch gelangt durch die Leitung 18 nach oben durch das
Verteilungsgitter 22, wobei die Öldämpfe und die Katalysatorteilchen über die ganze
Fläche des Reaktorzylinders 14 verteilt werden.
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Gewöhnlich wird in die Zuführungsleitung 1 Wasserdampf eingeleitet,
um die Verdampfung der Ölbeschlckung zu unterstützen und um zusätzliches Wirbelgas
im Reaktionszylinder 14 zu haben.
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Der Reaktionszylinder 14 enthält eine der beschriebenen Packungen,
die ein geringes Volumen aufweisen. In Abb. 1 ist die Packung schematisch bei 24
angedeutet. Das Gitter 22 hat eine offene Fläche von etwa 20/e. Oberhalb des Gitters
22 i findet sich ein weiteres waagerecht angeordnetes Gitter 23, das eine sehr viel
größere offene Fläche als das Gitter 22 aufweist und das als untere Abstützvorrichtung
für die Packung 24 verwendet wird. Das Gitter 23 hat eine offene oder freie Fläche
von etwa 75 bis 90'/o und ist etwa 61 bis 91 cm oberhalb des Verteilungsgitters
22 angeordnet. Das Gitter 23 liegt parallel zum Gitter 22 und ist vorzugsweise aus
Trägern
oder Platten hergestellt, die sich kreuzen, z. B. nach der in Abb. 8 gezeigten Art.
Das Gitter 23 dient dazu, die Inspektion und Reparatur des Verteilungsgitters 22
zu erleichtern.
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Am oberen Ende der gestapelten Füllung 24 wird zweckmäßig ein Gitter
26 angebracht, um die Bewegung der obersten Schichten der Packung zu verhindern.
Das Gitter 26 ist dem unteren Gitter 23 ähnlich und hat eine offene Fläche von etwa
75 bis 900/0.
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Die Katalysatorteilchen bilden eine dichte Wirbelschicht 27 in dem
Reaktorzylinder 14, deren Niveau bei 28 oberhalb des oberen Gitters 26, jedoch unterhalb
der oberen Öffnung 30 des Zylinders 14 liegt.
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Das obere Ende 30 des Zylinders 14 liegt etwa in der Mitte zwischen
dem unteren Gitter 22 und der Einführungsöffnung 32 zum Zyklonabscheider 34. Diese
Entfernung kann jedoch bei verschiedenen Anlagen verschieden sein. Oberhalb des
Niveaus 28 der Wirbelschicht 27 befindet sich eine verdünnte Suspension 33 von Katalysatorteilchen
in dem Wirbelgas, zu dem auch die gasförmigen Reaktionsprodukte gehören. Die verdünnte
Phase erstreckt sich oberhalb der Öffnung 30 des Zylinders 14 in die Region 35 hinein,
die ein größeres Volumen hat und so die Geschwindigkeit der gasförmigen Stoffe verringert,
wodurch die Abscheidung des mitgeführten Katalysators unterstützt wird.
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Der obere Teil des Zylinders 14 hat eine Reihe von engen Öffnungen
36, durch die aufgewirbelte Katalysatorteilchen aus der Wirbelschicht 27 in die
ringförmige Abstreifzone 16, die sich zwischen dem Zylinder und der Innenwand des
Reaktionsgefäßes 10 befindet, fließen. Das Niveau der in der Abstreifzone 16 befindlichen
aufgewirbelten Feststoffe wird durch 38 angegeben, es liegt unterhalb des Niveaus
28 im Zylinder 14. Abstreifgas, z. B. Wasserdampf, wird durch eine oder mehrere
Leitungen 40 in den unteren Teil der Abstreifzone geleitet; es strömt durch diese
nach oben und streift flüchtige Kohlenwasserstoffe von den verbrauchten Katalysatorteilchen
ab.
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Während des Krackvorgangs lagern sich Koks oder kohlenstoffhaltige
Produkte auf den Katalysatorteilchen ab und verringern so die Wirksamkeit des Katalysators.
Der Katalysator wird in den Regenerator 12 geleitet. Dort werden die Kohleteilchen
abgebrannt, wodurch der Katalysator regeneriert und ihm Hitze zugeführt wird. Er
wird dann in das Reaktionsgefäß 14 zurückgeleitet.
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Die gekrackten dampfförmigen Produkte, der Wasserdampf und die abgestreiften
Produkte strömen aufwärts durch die verdünnte Phase 33 im Zylinder 14 und die verdünnte
Phase 35 oberhalb des Katalysatorniveaus38 im Abstreifabschnitt; da sie einige suspendierte
Katalysatorteilchen enthalten, werden sie durch die Einlaßöffnung 32 eines oder
mehrerer Zyklonabscheider 34 oder ähnlicher Vorrichtungen geleitet. Die abgetrennten
festen Stoffe werden durch das Fallrohr 42 in die im Zylinder 14 beiindliche dichte
Schicht zurückgeführt, und die abgetrennten gekrackten Dämpfe werden als Kopffraktion
durch die Leitung 44 abgezogen und einer Vorrichtung zur Gewinnung der Endprodukte
zugeleitet.
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Die verbrauchten und abgestreiften Katalysatorteilchen fließen vom
Abstreifer 16 in das Standrohr 50, das mit einer oder mehreren Belüftungs- oder
Aufwirbelungsleitungen 52 und einem Regulierungsventil 54 zur Regulierung der Geschwindigkeit,
mit
der der verbrauchte Katalysator aus der Abstreifzone 16 entfernt wird, versehen
ist. Ein Sauerstoff enthaltendes Gas, z. B. Luft, wird zur Regenerierung des Katalysators
und zum Abbrennen der kohlenstoffhaltigen Stoffe von den Katalysatorteilchen verwendet.
In einigen Regeneratoren strömen Katalysator und Luft durch ein Gitter aufwärts
in den Regenerator. Bei der in der Zeichnung dargestellten Anlage wird ein kleiner
Teil der Luft durch die Leitung 56 in den unteren Abschnitt des Standrohres 50 unterhalb
des Regulierungsventils 54 geleitet, wodurch eine Suspension aus dem verbrauchten
Katalysator entsteht. Die aus verbrauchten Katalysatorteilchen und Luft bestehende
Suspension wird durch die Leitung 58, die einen senkrechten, sich in den unteren
Abschnitt des Regenerators 12 durch und oberhalb des darin befindlichen unteren
Verteilungsgitters 60 erstreckenden Teil 59 besitzt, nach oben geleitet.
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Das Gitter 60 ist in dem unteren Abschnitt des Regenerators 12 waagerecht
angeordnet und wird durch die Bauart abgestützt. Der Durchmesser des Gitters 60
ist etwa ebenso groß wie der innere Durchmesser des Regenerators 12, das Gitter
hat eine offene oder freie Fläche von etwa 0,5 0/o. Etwa 0,60 bis 0,90 cm oberhalb
des unteren Verteilungsgitters 60 und parallel im Abstand zu diesem ist ein waagerechtes
Stützgitter 61 angeordnet, das die Packung abstützt, die bei 62 schematisch angedeutet
ist. Das Gitter 61 hat eine offene Fläche von etwa 75 bis 90 O/o, ähnlich dem Gitter
23 im Reaktor 14. Die zum Abstützen und Begrenzen der Packung bestimmten Gitter
23, 26, 61 und 64 können aus einem Netzwerk flacher Träger hergestellt sein, die
je nach der erforderlichen Stärke eine Tiefe von 0,15 bis 0,30m aufweisen können.
Die Öffnungen können entweder rechteckig in das Gitter eingearbeitet werden oder
nur in Abständen zwischen den flachen Trägern bestehen. Das obere Gitter hat eine
offene Fläche von etwa 75 bis 900/o.
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Der Rest des Regenerierungsgases, z. B. Luft, strömt durch Leitung
65 nach oben in den unterhalb des Verteilungsgitters 60 im unteren Abschnitt des
Regenerators 12 befindlichen Raum, von dort durch den Regenerator nach oben und
erzeugt eine dichte Wirbelschicht, deren oberes Niveau bei 66 liegt; darüber befindet
sich eine verdünnte Phase 68.
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Die Regenerierungsgase enthalten mitgeführte Feststoffe und werden
zur Abscheidung derselben von den Gasen durch die Einlaßöffnung 72 der Zyklonabscheidevorrichtung
74 geleitet. Die abgetrennten Katalysatorfeststoffe werden in die Wirbelschicht
66 durch das Fallrohr 76 zurückgeführt, und die heißen Gase werden als Kopffraktion
durch die Leitung 78 abgezogen und z.B. zur Energiegewinnung durch einen Abhitzkessel
oder eine Abgasturbine geschickt.
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Die Temperatur beträgt während der Regenerierung im Regenerator 12
zwischen etwa 480 und 6500 C.
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Die heißen regenerierten Katalysatorteilchen werden aus dem oberen
Teil der Wirbelschicht des Regenerators 12 und oberhalb des oberen Gitters 64 abgezogen
und durch das Standrohr 82; das mit einer oder mehreren Belüftungs- oder Autwirbelungsleirungen
84 versehen ist, um die festen Katalysatorteilchen in fließenden und aufgewirbeltem
Zustand zu halten, nach unten geleitet. Der untere Teil des Standrohres enthält
ein Regulierungsventil 86, durch das die Ge schwindigkeit reguliert wird, mit der
der Katalysator
vom. Standrohr 82 in die zum Reaktorzylinder 14
führende Ölbeschickungsleitung abgezogen wird.
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Wird ein Reaktionsgefäß ohne den inneren Zylinder 14 verwendet, so
muß sich das Gitter 22 über den gesamten Querschnitt des Kessels 10 erstrecken,
wie es beim Regenerator 12 gezeigt wird, und der Katalysator und das Öl werden durch
das Gitter 22 in das Reaktionsgefäß 10 geleitet. Der verbrauchte Katalysator wird
dann aus dem Reaktionsgefäß durch ein Überfließrohr abgeleitet, ähnlich dem Rohr82,
das bei dem Regenerator 12 gezeigt ist.
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Die Packung wird nun im einzelnen beschrieben.
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Wie in Abb. 2 gezeigt, ist jede der ebenen, waagerecht angeordneten
Schichten aus grobem Maschendraht entsprechend der Größe des inneren Durchmessers
des Regeneratorkesseis 12 zugeschnitten.
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Dieses gilt auch für den Zylinder 14. Bei großen Kesseln kann die
Maschendrahtschicht einer bestimmten Höhe aus einer Anzahl von Abschnitten bestehen,
die so aus dem groben Maschendraht herausgeschnitten wurden, daß sie in den Kessel
passen und leicht in einem Kessel angeordnet werden können. Der Maschendraht ist
gewebt oder geschweißt, vorzugsweise jedoch geschweißt, so daß Quadrate oder Rechtecke
mit 2,54 bis 15,20 cm langen Seiten entstehen; beispielsweise können zwei parallele
Seiten 5,00 cm und die anderen zwei parallelen Seiten 10,15 cm lang sein. Der Maschendraht
ähnelt den bei Beton verwendeten Verstärkungsgittern.
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Zur Herstellung dieses Maschendrahts wird sehr starker Draht mit
einem Durchmesser von etwa 0,25 bis 0,64 cm verwendet, wie er in den Abb. 4 und
5 gezeigt ist, wo nur ein Teil einer ebenen Schicht aus grobem Maschendraht dargestellt
ist. Die zwei langen parallelen Drähte 100 und 102 befinden sich auf derselben Ebene,
die kürzeren parallelen Querdrähte 103 liegen auf den Drähten 100 und 102 und sind
in einer anderen Ebene parallel zur Ebene der Drähte 100 und 102 angeordnet. Die
Drähte 103 befinden sich zweckmäßig im rechten Winkel zu den Drähten 100 und 102.
Bei der Herstellung des Drahtgeflechts wird auf die Drähte 100 und 102 ein Druck
ausgeübt, und die kurzen Querdrähte 103 werden dann in der gezeigten Weise angeordnet.
Dann werden die Drähte an den Stellen, wo sie sich berühren, punktgeschweißt. Durch
Hitze und Druck werden die Drähte gegenseitig verzahnt oder betten sich, wie bei
104 in Ab b. 5 gezeigt, teilweise ein.
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Wie aus Abb. 2 hervorgeht, hat in dem gezeigten Beispiel die obere,
aus Maschendraht bestehende Schicht quadratische Öffnungen. Die in den Abb. 11 und
12 gezeigten Packungen lassen die aufeinandergestapelten und durch Abstandshalter,
die aus dem gleichen Maschendraht hergestellt sind, im Abstand voneinander gehaltenen
Maschendrahtschichten erkennen.
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Die Schichten aus flachem waagerechtem Maschendraht und Abstandshaltern
sind in Abb. 12 in einem Reaktionsgefäß 117 (Durchmesser: 1,52 m) in einem etwa
6,10m hohen Stapel angeordnet. In Abb. 12 ist das obere Begrenzungsgitter fortgelassen,
um das Innere des Kessels zu zeigen. Bei dieser Ausführungsform befinden sich zwischen
jeder flachen Maschendrahtschicht dreizehn Abstandshalter, und es sind insgesamt
etwa achtzig Drahtgeflechtschichten. Bei der Anordnung der Füllung in einem Kessel
ist die unterste Schicht vorzugsweise eine Maschendrahtschicht. Der Maschendraht
kann auch andere Formen
aufweisen; die quadratischen oder rechteckigen Formen sind
jedoch am billigsten und am praktischsten.
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Abt. 2 zeigt nur einen Teil der oberen aus Maschendraht bestehenden
Schicht 106. Sie ist so zugeschnitten, daß sie in die zylindrische Form des Kessels
12 paßt. Die Schicht 106 ruht auf Abstandshaltern 108 von kreisförmigem Querschnitt,
die aus Streifen desselben Maschendrahtes hergestellt sind.
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Die obere Schicht des Drahtgeflechts 106 ist in Abb. 2 teilweise weggeschnitten,
um die nächstniedrigere Drahtgeflechtschicht 110, auf der die Abstandshalter 108
ruhen, zu zeigen.
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Die Drähte dieser aus offenem Geflecht bestehenden, leicht zu stapelnden
und formbeständigen Packung stellen eine Vielzahl von Hemmnissen für das aufströmende,
mit Feststoffen beladene Wirbelgas dar, so daß große Blasen zerkleinert werden und
verhindert wird, daß kleine Blasen beim Durchgang durch die Feststoffwirbelschicht
groß werden.
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A b b. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der bevorzugten Form
eines Abstandshalters, die Abb. 4, 5 und 6 zeigen wie die kreisförmigen Abstandshalter
hergestellt werden können. Wie in Abb. 4 gezeigt, wird von einem ebenen Maschendraht
ein Streifen abgeschnitten, wobei sich die Querdrähte 103 ein kleines Stück über
die parallelen langen Drähte 100 und 102 - wie bei 112 - erstrecken. An jeder Seite
stehen mehrere Querdrähte ein wenig über. An einem Ende des Streifens liegen die
Enden der parallelen Drähte 100 und 102 im wesentlichen in gleicher Ebene mit den
Enden der Querdrähte 103 oder enden nahebei, während auf der anderen Seite der Streifen
die Enden der parallelen Drähte 100 und 102 frei liegen und wie bei 114 sich über
den Querdraht hinaus erstrecken. Die freien Enden der langen Paralleldrähte 100
und 102 werden zu Haken oder U-förmigen Verschlüssen gebogen, die, wenn der Streifen
- wie in Abb. 3 und 6 gezeigt - in die Kreisform gebogen wird, in den letzten Querdraht
103 am entgegengesetzten Ende des Streifens eingreifen. Die Hakenenden bei 116 werden
wie bei 117 leicht zueinander gebogen, damit der kurze Draht 103 zwischen den Drähten
100 und 102, wie in Abb. 3 gezeigt, eingreifen kann. Wie Abb. 2 und 3 zeigen, werden
die Abstandshalter 108 auf die Kante gestellt. Die geschnittenen Streifen können
in beliebiger Weise geformt werden, wenn sie nur auf der Kante stehen können. Viele
Formen, wie Dreiecke, Zylinder, Würfel, Spiralen usw., sind möglich.
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Die Enden 112, die sich über die kreisförmigen Abstandshalter hinaus
erstrecken, sollen in Teile von Drähten, die die waagerechten Maschendrahtschichten
bilden, wie 106, 110 usw., eingreifen und das Vermtschen der Maschendrahtschichten
verhindern.
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Diese Enden 112 erstrecken sich durch die darüber-oder darunterliegenden
waagerechten Geflechtschichten, und zwar mindestens bis zur Stärke eines Drahtes
der Geflechtschicht, wodurch die Stapelung der Packung in bezug auf waagerechtes
Vermtschen und/ oder Bewegung der Füllungselemente formbeständiger wird. Wie in
Abb. 7 schematisch gezeigt wird, greifen die Enden 112 der kurzen Querdrähte 103
oder Abstandshalter 108 in bestimmte Drähte der oberen Schicht 106 und der unteren
Schicht 110 em.
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Der Maschendraht der Abb. 11 und 12 bildet offene Quadrate mit 7,6
cm Seitenlänge. Die ebenen waagerechten Maschendrahtschichten werden ebenfalls
in
einem Abstand von etwa 7,6 cm gehalten.
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Die kreisförmigen Abstandshalter 108 haben einen Durchmesser von etwa
30,5 cm. Die vorstehenden Enden 112 erstrecken sich etwa 1,3 cm über die parallelen
Drähte 100 und 102. Bei der speziellen, in den Abb. 11 und 12 gezeigten Art enthält
jeder Abstandshalter 108 dreizehn kurze Drähte 103. Die Größe der Abstandshalter
kann jedoch zwischen 5,1 und 30,5 cm Höhe und 20,32 und 61 cm Durchmesser schwanken.
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Die Packung füllt im wesentlichen das gesamte Volumen des Kessels
aus; sie wird von den zwei waagerechten Gittern begrenzt, die oben und unten im
Kessel angeordnet sind. Diese Gitter haben eine offene Flächevon etwa 900/0. Gegebenenfalls
können in bestimmten Sonderfällen stützende Zwischengitter mit ähnlicher offener
oder freier Fläche verwendet werden. Die Gitter 22, 23, 60 und 61 (Abb. 1) werden
in den betreffenden Gefäßen abgestützt.
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Die Festigkeit aller Abstandshaltertypen kann vom Boden der Anlage
bis zur Spitze verändert werden, um das Gesamtgewicht der Packungen entsprechend
der weniger starken Festigkeitsanforderung in den höheren Schichten zu verringern.
Bei einer Betriebsstillegung kann die Packung, ohne sie zu beschädigen, entfernt
werden.
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Gegebenenfalls kann die Packung während des Einbaues heftgeschweißt
werden, um die Konstruktion formbeständiger zu machen.
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Wenn die Fallrohre 42 und 76 in die schematisch dargestellte Packung
im Reaktor 10 und Regenerator 12 reichen. werden die Sickerventile an den unteren
Enden der Tauchrohre vorzugsweise innerhalb der kreisförmigen Abstandshalter 108
angeordnet, so daß geringe Bewegungen der Füllung nicht das genaue Arbeiten der
Sickerventile beeinträchtigen.
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In den A b b. 8, 8 a und 9 sind Teile von Abstandshaltern dargestellt,
die aus senkrechten Platten oder Leisten mit Nuten für den Zusammenbau bestehen.
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Eine Platte 120 enthält in ihrer oberen Schmalseite Nuten122 im rechten
Winkel zur Platte, und die andere Platte 124 enthält in ihrer unteren Schmalseite
Nuten 126, so daß die beiden Platten entsprechend der Zeichnung zusammengesetzt
werden können, wobei die Platten 120 und 124 im rechten Winkel zueinander stehen.
Die Verbindungsstelle bei 128 kann gegebenenfalls heftgenietet werden. Gegebenenfalls
können die Platten 120 und 124 zur Verringerung ihres Gewichts durchlöcheit sein.
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Eine der beiden Platteii 120 und 124 oder beide Platten enthalten
zweckmäßig an beliebiger Stelle angebrachte Stifte 129, die sich in den A b b. 8
und 9 von der Platte 124 bis über deren untere Kante erstrecken, um zu verhindern,
daß sich der Abstandshalter bei Inbetriebnahme der Anlage dreht oder bewegt.
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In Abb. 8 a ist eine Abänderung der in Abb. 8 gezeigten Platten dargestellt,
die darin besteht, daß Schlitze 130 in der Platte 132 in einem anderen Winkel (600)
zur Platte 132 eingearbeitet sind, um die bestimmte ineinander eingreifende Anordnung
der Abstandshalter in A b b. 9 zu ermöglichen.
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Abt. 10 stellt die abweichende Form des Abstandshalters 140 dar,
der auf einer waagerechten Schicht eines groben Drahtgeflechts 142 ruht. Der Abstandshalter
besteht aus zwei parallellaufenden unteren Drähten 144 und 146, die durch im Abstand
-voneinander befindliche Glieder 148, die die Form
eines umgedrehten V aufweisen,
verbunden sind. Ein Ende jedes V-förmigen Gliedes 148 wird auf beliebige Art, z.
B. durch Schweißen, mit einem parallellaufenden Draht 144 und das andere Ende jedes
V-förmigen Gliedes 148 mit dem anderen parallellaufenden Draht 146 verbunden. Jedes
V-förmige Glied befindet sich in einer Ebene im rechten Winkel zu den Drähten 144
und 146. Die Spitzen der V-förmigen Glieder sind an einen einzigen Draht 150 angeschweißt.
Beliebig angeordnete Stifte sind an einem der parallellaufenden Drähte 144 und 146
befestigt, wie bei 152 gezeigt, um ein Drehen des Abstandshalters 140 zu verhindern.
Der Stift 152 erstreckt sich über die Ebene der Drähte 144 und 146 hinans und erfaßt
einen Draht in der unter dem Abstandselement 140 befindlichen Maschendrahtschicht
142.
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Eine Anlage mit einem Durchmesser von 1,60 m und einer 6,10 m tiefen
Wirbelschicht wurde verwendet, um den Wirkungsgrad des Kontakts von Gasen und feinzerteiltem
festem Katalysator zu untersuchen. Ein Katalysatorgemisch enthielt 7 Gewichtsprozent
Stoffe in der Größe von 0 bis 40 Mikron, etwa 78 Gewichtsprozent in der Größe von
40 bis 80 Mikron und 15 Gewichtsprozent in der Größe von mehr als 80 Mikron. Ein
weiterer Katalysator (grober Katalysator) enthielt etwa 2 Gewichtsprozent Stoffe
in der Größe von 0 bis 40 Mikron, etwa 60 Gewichtsprozent in der Größe von 40 bis
80 Mikron und etwa 38 Gewichtsprozent in der Größe von mehr als 80 Mikron. Die Oberflächengeschwindigkeiten
des Gases betrugen etwa 30,5. bis 122 cm/sec, das verwendete Gas war Luft bei einem
Druck von 1,05 atü.
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Unter Verwendung von Prüfverfahren mit Helium als Markierungsmittel
(zur Methodik vgl. Chemie and Engineering Progress, 55. Jahrgang, Dezemberheft 1959,
S. 49) wurde die Kontaktwirkung einer Anlage ohne Füllung bestimmt und mit der Kontaktwirkung
verglichen, die bei der gleichen Anlage unter sonst gleichen Bedingungen mit der
erfindungsgemäßen Packung erzielt wurde. Der bepackte Kessel entsprach dem in A
b b. 12 gezeigten. Die Drahtmaschen der Schichten hatten eine Größe von 7,6 cm,
und die Schichten waren durch 7,6 cm hohe Abstandshalter voneinander getrennt. Die
bei einer Geschwindigkeit von 67,00 cm/sec erzielten Daten sind in der folgenden
Tabelle zusammengefaßt.
| Anteil |
| des Katalysators Relative |
| an Teilcnen |
| bis 40 Mikron Füllung Kontakt- |
| in Gewichts- wirkung |
| prozent |
| 2 keine 40 |
| 2 Packung gemäß Abb. 12 66 |
| 7 keine 63 |
| 7 Packung gemäß Abb. 12 73 |
Aus den Zahlen geht hervor, daß die wie in Abb. 12 aufeinandergestapelte Packung
aus offenem Maschendraht eine wesentliche Verbesserung der Kontaktwirkung hervorbringt.
In entsprechender Weise wird eine bessere Regenerierung der verbrauchten Katalysatorteilchen
erreicht, und der regenerierte Katalysator enthält weniger Kohlenstoff als in den
üblichen Regenerierungsanlagell
Gegebenenfalls kann der Kohlenstoff
auf dem regenerierten Katalysator auf der gleichen Höhe gehalten werden wie bei
der herkömmlichen Regenerierung, während trotzdem die Vorteile einer besseren Luftausnutzung
und eines höheren Brennvermögens des Kohlenstoffs beibehalten werden, die auf die
durch die Packung bedingte bessere Kontaktwirkung zurückzuführen sind.
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Um die Berührung der verbrauchten Katalysatorteilchen mit dem Wasserdampf
oder anderem Abstreifgas und dadurch das Abstreifen in der Abstreifanlage 16 zu
vebessern, kann auch die ringförmige Abstreifanlage 16 mit einer gestapelten Packung
versehen werden. Um die mitgeführten und adsorbierten Kohlenwasserstoffe gut von
den die Reaktionsanlage 14 im Krackreaktor 10 verlassenden Katalysatorteilchen zu
entfernen, müssen die Katalysatorteilchen sich innig mit dem Reinigungs- oder Abstreifgas
berühren. Bläst man Wasserdampf durch den in der Abstreifanlage befindlichen aufgewirbelten
Katalysator, ohne daß eine ausreichende Kontaktnahme stattfindet, so ist dies Verschwendung.
Katalysatorteilchen, die nicht ordentlich gereinigt. oder abgestreift sind, führen
wertvolle Kohlenwasserstoffe mit sich; hierdurch wird die Regenerierungsanlage besonders
belastet, da diese Kohlenwasserstoffe in der Regenerierungsanlage verbrennen.
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Um diese beiden schädlichen Wirkungen zu vermeiden, kann die erfindungsgemäße
Packung auch in der Abstreifzone angeordnet werden, die in Abb. 1 als Ring dargestellt
ist, die aber jede andere geeignete Gestalt oder Form annehmen kann. Diese Füllungsart
reißt Poren oder große Blasen des nach oben strömenden und vorbeigehenden Reinigungsgases
auseinander, ebenso wie Agglomerate nach unten fließender Katalysatorteilchen; auf
diese Weise wird in Verbindung mit verbesserter Kohlenwasserstoffausbeute und geringerem
Aufwand an Abstreifdampf ein verbessertes Abstreifen erreicht. Die Füllung ist in
der Abstreifanlage 16 der Abt. 1 nicht eingezeichnet, sie wird, wie in den Abb.
2, 11 und 12 gezeigt, unter Verwendung eines beliebig geformten Abscheiders in Schichten
angeordnet.
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Weitere Anwendungsgebiete des Erfindungsgegenstandes sind z. B. die
im Wirbelschichtverfahren durchgeführte Hydroformierung, Isomerisierung, Verkokung,
Polymerisierung, Hydrofinierung, Alkylierung, teilweise Oxydierung, Chlorierung,
Dehydrierung und Entschwefelung von Kohlenwasserstoffen.