DE2222562A1 - Mehrstufiger Stapelreaktor fuer Katalysatorschichten mit bewegten Teilchen - Google Patents

Description

Dr. Hans-Heinrich Willrath " d-62 Wiesbaden 8. Mai 1972

Gustav-Freytag-StraS· 15 -L/ Viii

Dipl.- Phys. Klaus Seiffert * *""""*,*„

^{c J} Teleg rimmidreis«« WILLPATENT

PATENTANWÄLTE

Case 1456

Universal Oil Products Company,

Ten UOP Plaza, Algonquin & Mt. "Pro·"

spect Road, Des Piaines, Illinois, USA

Mehrstufiger Stapelreaktor für Katalysatorschichten mit beweaten Teilchen

Priorität: Serial TTo. 141 514 vom

10. Mai 1971 in USA

Die ErfincluncT betrifft ein gestapeltes Reaktorsystem zur Anpassung an kugelförmige katalysatorteilchen, die zur Durchführung einer mehrstufigen Kontaktbehandlung eines dampfförmigen oder gasförmigen Reaktionsstromes benutzt werden» Insbesondere dient die Vorrichtung und Anordnung nach der Erfindung zur Zurückhaltung sich abwärts bewegender Katalysatorteilchen in ringförmigen i'atalysatorabschnitten, so daß der Reaktionsstrom seitlich und radial durch jeden Abschnitt fließen kann, um günstigste ΤΓοη-on zu erzielen. Dieses einheitliche Peaktorsysten

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Po3tj,h.< k: Frmkfutt/M>!n 6765 Bank: DreiJntr Bank AG, W)ubaJ:n. Konti Hr. Ϊ74807

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verwendet auch eine besondere Art von Lochsieben zur Bildung des ringförmigen Katalysatorrückhalteabschnittes und besondere I'atalysatorüberführainrichtungen zur Gewährleistung einer gleichförmigen 3ewegung von Katalysatorteilchen von einer Kontaktzone zur anderen, sowie in die Reihe übereinandargosetzter Reaktorabschnitte hinein und aus diesen heraus.

be-

Verschiedene Arten von Umwandlungseinrichtungen sitzen übereinander angeordnete Katalysatorkontaktabschnitts. Die früheren Konstruktionen v/eisen jedoch üblicherv/eise Wirbelschichtkatalysatorumwandlungseinheiten zur Krackung von Kohlenwasserstoff-· dämpfen auf, wobei ein Reaktorabschnitt über einen Regeneratorabschnitt gesetzt worden ist oder mehrere ortsfeste Katalysatornchichten in einer geneinsamen Kammer zurückgehalten v/erden, ohne daß wirgendwelche Mittel den Katalysator nacheinander von einer Schicht zur anderen bewegen würden.

Das i-'ehrstufenreaktorsysteKi nach der Erfindung ist besonders eingerichtet zur Verwendung bei der Durchführung eines kontinuierlichen Betriebes für die katalvtische Reformierung einer Kohlenwasserstoffbeschickungsmasse wie einer Schwerbenzinfraktion, wobei der Katalysator aus einem Platingruppenmetall in Vereinigung mit Tonerdekugeln besteht. Historisch wurde die katalytische Reformierung zunächst als ein nicht regenerativer ?rozeß nit festliegender F.atalysatorschicht durchgeführt und wird auch häufig heute noch so betrieben, wobei der Katalysator in j der Peaktor nach sechs Monaten, einem Jahr oder l"riüc-rem kontinuierlichem Cebrauch ersetzt wird. Γη neuerer ''cit vrird jedoch oin

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iieclise!reaktor, d.h. ein eigener Reaktor in einem System benutzt, um einen abgeschalteten Reaktor zu ersetzen, so daß die Katalysatorschicht in einem solchen Reaktor regeneriert oder ersetzt werden kann, ohne daß man das Verfahren abschalten müßte. Jedenfalls wirden früher keine Reaktorsysteme zur übereinanderstapelung von Reformierungsreaktoren vorgesehen und es wurde auch keine Vor sorge getroffen, um eine Beweglichkeit des Katalysators unter Schwerkraft von einem ringförmigen Reaktorabschnitt zu einem anderen zu erreichen. Tatsächlich wird der Katalysator in dem einheitlichen System behalten und von einer Abschnitt zun anderen überführt, so daß ein Teilchenfluß mit häufigen Intervallen oder langzeitigen Intervallen kontinuierlich sein kann, ohne daß die Bewegung durch Abzug von Katalysator vom Boden des Stapelsystemes gesteuert wird.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Konstruktion und Anordnung mehrerer übereinandergesetzter ringförmiger Katalysatorschichtabschnitt in einer senkrechten länglichen umschlossenen Kammer vorzusehen.

7u diesem Zweck sieht die Erfindung ein mehrstufiges katalytisches Reaktorsystem zur Kontaktbehandlung eines Reaktionspartners *uit Katalysatorteilchen vor, die unter Schwerkraft durch das System fließen, xvelches die Kombination folgener Merkmale aufweist: a) Eine in senkrechter Richtung gestreckte umschlossene Kammer, b) mindestens zwei senkrechte Reaktorabschnitte im Abstand, voneinander in der Kammer, deren jeder konzentrisch im Abstand, angeordnete Siebe axifweist, die einen ringförmigen KatalysatorrücVba]t^.abschnitt bestimmen, der in Abstand von der Kam-

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merinnenwand liegt, so daß ein Verteiler raum rings uri defl Reaktorabschnitt gebildet vrird, c) eine Quertreiinwatnd tinter jedem Reaktorabschnitt, d) eine bewegliche Decke über jedem "iaialysatorabschnitt, e) ein Katalysatoreinlaß verbindbar mit dem oberen Teil der Kammer und der Oberseite des obersten Katalysatorabschnittes, f)- mehrere längliche Katalysatorüberführungsleitungen/ die benachbarte Katalysatorrückhalteabschnitte miteinander verbinden, g) eine öffnung am oberen ^nde der Kammer für den P.eak™ tionspartner in offener Verbindung mit dem ringförmigen Verteilungsraum rings um den obersten Reaktorabschnitt, h) zusätzliche Reaktionsmitteldurchlässe, die das Innere jedes Katalysatorabschnittes mit dem Verteiler rings un den darunter liegenden Katalysatorabschnitt verbinden und A) mehrere KataIysatorabzugsleitungen in gleichmäßigen Abstand angeschlossen an den untersten Reaktorabschnitt.

Ohne hierin eine Beschränkung zu erblicken, ist die Vorrichtungsanordnung nach der Erfindung besonders angepaßt zur Durchführung der katalytischen Reformierung eines Schwerbenzinbeschickungsstromes unter üblichen Reformierungsbedingungen. Im allgemeinen erfolgt die katalytische Reformierung eines Kohlenwasserstoffstrornes unter Verwendung'eines platinhaltigen Katalysators, wie er in verschiedenen Anlagen mit ortsfesten Schichten benutzt wird; solche Katalysatorarten sind deir. Fachmann auf dem Gebiet der Reforraier.ung bekannt. Bezeichnenderweise bestehen die Katalysatoren aus einer Platin-Tonerde-Halogenmasse und werden in Xugelform bei einem Durchmesser von ο,Π bis 3,2 mm benutzt, uir Fließfähigkeit zu erreichen. Der Katalysator wird also kaum

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Brücken oder Blöcke bilden, v/enn er durch das³ System absinkt.
Die Einrichtung nach der Erfindung benutzt viele Überführungsleitungen von kleinem Durchmesser zwischen den Katalysatorschichten, so daß es besonders wichtig ist, daß die Katalysatoren kleinen Durchmesser, vorzugsweise weniger als 3,2 mm, haben, um den Schwerkraftfluß von einem Abschnitt zum anderen zu steigern.

Obgleich die Vorrichtung besonders verwendbar für katalytische
Reformierung ist, kann sie auch zur Durchführung anderer Kohlenwasser stoff Umwandlungsvorgänge, wie Entschwefelung, Hydrokrackung, Dehydrierung, katalytische Krackung u.dgl., sowie für chemische Umwandlungen gebraucht werden, die sich nicht unmittelbar auf die Umwandlung von Erdölbeschickungsmassen beziehen.

Da es erwünscht ist, katalytische Materialien, die zerbrechlich und Abrieb ausgesetzt sind, zu behandeln, ist es umso zweckmäßiger, daß die konzentrischen, in Abstand liegenden Lochsiebe
besonders konstruierte "Siebe" statt üblicher gewebter Siebe
oder Lochplatten aufweisen. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung verwendet daher besondere Siebe mit Flachdrähten, deren flache Seiten dem Inneren des Katalysatorrückhalteabschnittes zugewandt sind. Jedes Sieb besitzt senkrechte parallele Drähte
mit flachen Seiten von Keilform in dichtem Abstand zueinander,
um zu verhindern, daß sich Katalysator darin festsetzt oder dazwischen hindurchfließt. Die senkrechte Ausrichtung und die flache Seite für jeden Draht jedes konzentrischen Siebes gestattet den AbwMrtsfluß des Katalysators bei geringster Reibung und geringstem Abrieb von Katalysatorteilchen. Die keilförmigen öffnun-

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gen zwischen den Drähten schalten Verstopfungen aus, so daß Feingut, welches zwischen den Drähten durchgeht, nach außen fließt, ohne daß es zurückgehalten vrird, um den Dampffluß durch die ringförmigen Katalysatorabschnitte zu blockieren.

Ein besonderes Merkmal des Anlagesystemes nach der Erfindung besteht auch darin, daß man mehrere gleichmäßig verteilte Katalysatorüberführungsrohre oder Leitungen von kleinem Durchmesser zwischen den unteren Enden eines Katalysatorabschnittes und der Oberseite des darunter liegenden Katalysatorabschnitts vorsieht, so daß der Katalysator sich langsam von einem Reaktorabschnitt zum anderen bewegen kann. Es besteht jedoch praktisch kein Reaktionsmittelf luß von einem Abschnitt zum anderen durch die Katalysatorüberführungsrohre wegen deren kleinem Durchmesser im Verhältnis zu den weiteren Überführungsrohren der Reaktionspartner. In Verbindung mit jeder Überführungsleitung ist vorzugsweise ein besonderer kegelförmiger Katalysatorablenker vorgesehen, der oberhalb des Einlasses in Abstand liegt, um den direkten Katalysatorabwärtsfluß vermeiden und statt dessen einen im wesentlichen ringförmigen oder seitlichen Katalysatorfluß in jede tlberführungsleitung zu veranlassen. Die überführungsleitungen sind vorzugsweise in einem Kreis verteilt, der für einen gleichförmigen AbwMrtsfluß der ganzen ringförmigen Katalysatorschicht von einem zum anderen Reaktorabschnitt sorgt. Bei einem relativ schmalen ringförmigen Katalysatorabschnitt wird ein einzelner Ring von gleichmäßig verteilten überführungsleitungen konzentrisch zu dem Katalysatorabschnitt angeordnet, so daß etwa das halbe Katalysatorvolumen sich innerhalb des Ringes aus

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ü^:b>.rf-ihrungsleittingen trad die¹ andere* fialftö äüßefchälfo dieg Hitiges befindet, im einen gl&idimäßlgmi Ψϊ®β νο'ϊϊ ä-ύη fiber Snixrtings" ■ leitungen und iß diese hiüeiM ifi Bezog ätif die R-ingscMefit 2ü gewährleisten.

■;^Tas die Reaktionsparteer betrifft, so si'na getrennte- ÄtisÜsse am unteren Ende jedes Reaktors vor^eseheft/ so daß der Äblatafstroni von einem.Abschnitt nach zwiscnengeschaiteter Wiedererhitzung oder Kühlrtng des Strokes zttrtt nächsten Abschnitt oder der nächsten Kammer geleitet werden kann. Es sind also getrennte Einlasse für jeden Reaktorabschnitt zur Wiedereinführung des Reaktionspsrtners in das System vorgesehen. Ein radialer Fluß von der Außenseite der ringförmigen Katalysatorschicht in dessert Inneres und ein Abzug des behandelten Stromes vom.Innersten der konzentrischen Katalysatorrückhaltesiebe ist bevorzugt, aber ein Fluß der Reafctionspartner von innen nach außen kann auch benutzt werden. Da jedenfalls Radialfluß erwünscht ist, ist es erforderlich, daß jeder Katalysatorabschnitt eine Abdeckung besitzt, van einen Abwärtsfluß in jede Schicht auszuschalten. Wenn es für niedrige Katalysatorspiegel notwendig ist, können auch besondere Schürzen oder Leiteinrichtungen um jede ringförmige Katalysatorschicht vorgesehen sein, so daß der Reaktionsstrom nicht über den oberen Teil einer Katalysatorschicht fließt und unmittelbar nach unten in eine Reaktionsstromabzugszone kurzgeschlossen wird.

Weitere Konstruktionsmerkmale der Erfindung, wie Dehnungsverbindungen für die Reaktionsmittelleitungen, Einrichtungen zur Anpassung an Siebdehnung, zur Halterung der Abdeekplatten für die Katalysatorabschnitte, zur Verteilung und Regelung des Reak-

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tionsstromflusses u.dgl. werden nachstehend im einzelnen dargelegt. An der Oberseite des Reaktorsystems ist auch ein abnehmbarer Röhrenwärmeaustauscher für den Abwärtsfluß von Katalysatorteilchen in Wärmeaustauschbeziehung mit dem Reaktionsstrom vorgesehen, der durch das obere Ende des ReaktorsySternes fließt. Katalysatorteilchen fließen durch mehrere Rohre oder Leitungen kleinen Durchmessers in einen Verteilerkasten. Dann fließt der Katalysator von diesem Kasten durch mehrere herabhängende enge Katalysatorüberführungsleitungen in gleichmäßigem Abstand, die an das obere Ende des obersten ringförmigen Katalysatorabschnittes abgeben.

Diese Anordnung ist von besonderem Vorteil, wo regenerierter Katalysator mit Wasserstof zur Spitze des Stapelreaktorsystems angehoben worden ist, da die Katalysatortemperatur sich derjenigen des eintretenden Stromes nähert und der Katalysator durch das Wasserstoffördergas reduzeiert wird.

Die nachfolgende Beschreibung anhand der Zeichnung dient zur besseren Erläuterung eines mehrstufigen Stapelreaktorsystems nach der Erfindung.

Pig. 1 ist ein schematischer Höhenschnitt durch eine Ausführungsform des einheitlichen mehrstufigen Stapelreaktorsystems.

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch einen oberen Teil der Reaktoranlage nach Linie 2-2 der Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Tei!querschnitt durch einen oberen Abschnitt einer Katalysatorüberführungsleitung mit einem umgekehrt kegelförmigen Ablenker nach Linie 3-3 der Fig. 1.

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Fig. 4 ist ein Teilquerschnitt, der die bevorzugte Ausführung konzentrischer Siebe zeigt, die die Katalysatorrückhalteabschnitte in jedem Reaktorabschnitt bilden und zwar nach Linie 4-4 in Fig. 1. ■ .

Fig. 5 ist eine vergrößerte Höhenteilansicht durch den auf der Oberseite jedes ringförmigen Katalysatorrückhalteabschnittes benutzten Deckels. . ■

Fig. 6 ist ein Teilschnitt, der die Halterung der Deckplatten für einen Katalysatorrückhalteabschnitt nach Linie 6-6 in Fig. 5 zeigt.

Fig. 7 ist eine Seitenschnittansicht von Dehnungsverbindungen in der Reaktionsgemischabzugsleitung aus einem Katalysatorrückhalteabschnitt .

Fig. 8 ist ein Teilhöhenschnitt, der die Einführung von Katalysator zur Oberseite des Systems unter Fortlassung des "Röhrenwärmeaustauschers zeigt, der oben in Fig. 1 dargestellt ist.

Fig. 9 ist eine teilv/eise Schnittansicht einer zylindrischen Lochplatte in Verbindung mit dem inneren Siebteil zur Verteilung des Reaktionsmittelflusses.

Fig. 1 zeigt eine senkrecht ausgerichtete langgestreckte Kammer 1, die drei senkrecht übereinander gesetzte Reaktorabschnitte 2, und 4 umschließt. Oberhalb des Reaktorabschnittes 2 und.des Kopfes 1' befindet sich ein ^Tärmeaustauschabschnitt 5 mit einer Peaktionsmittelöffnung 6, die bei dieser Ausführungsform ein Reaktionsmitteleinlaß ist. Ferner ist an der Spitze ein Katalysatoreinlaß 7 angebracht. Letzterer führt in einen Katalysator-

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ainlaßabschnitt 8, der von dem Flansch 9 herabhängt und den Katalysator durch mehrere Rohre 10 im Wärmeaustausch mit dem durch die öffnung f. gehenden Reaktionsmittel verteilt. Die Rohre 10 geben an den Katalysatorwiederverteilungsabschnitt 11 ab, der mehrere gleichmäßig verteilte Auslässe 12 aufweist, die an Überführungsleitungen 13 angeschlossen sind. Der Beschickungs·- strom vom Einlaß 6 geht um die Katalysatorleitungen 10 herum, so da'ß der Katalysator vorgeheizt wird, wenn er in die Anlage

eingeführt wird. Bei der katalytischen Reformierung von Schweres benzin mit einer, platinhaltigen Katalysator ist beispielsweise zweckmäßig, den Katalysator mit Wasserstoff zu regenerieren. Die in den Reaktor eintretenden Gase sind im allgemeinen heiß genug, nämlich bei 432 bis 538° C, um den Katalysator in den Rohren 10 auf Reduktionstemperaturen zu erhitzen.

Der obere Reaktorabschnitt 2 ist mit in Abstand voneinander liegenden konzentrischen Sieben 14 und 15 versehen, die einen ringförmigen Katalysatorrückhalteabschnitt 16 ergeben. Das Sieb 14 ist von einer äußeren ringförmigen Dampfvertexlungszone 17 umgeben, so daß der Beschickungsstrom vom Einlaß 5 und oberen Durchgang 13 im Kopf I¹ radial einwärts in den Katalysatorrückhalteabschnitt 16 fließt. Um einen Hebenschluß von Reaktionsmittel aus dem Durchlaß 18 auszuschalten, liegen Deckplatten 19 und über dem Sieb 15 bzvj. der Eatalysatorschicht 16.

^Tl7ie am besten aus Fig. 2 ersichtlich, dienen mehrere gleichmäßig verteilte Leitungen 13 zur überführung von Katalysator aus dem Verteilungsabnchnitt 11 in die Katalysatorschicht 16. Die Anzahl der benutzen Leitungen hängt vom Durchmesser des Real·tor-

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abschnittes ab. Vorzugsweise ist die Schicht 16 zwischen den -ylindersieben 14 und 15 relativ schmal, um den Durchverlust durch die Katalysatorschicht möglichst niedrig- zu halten. Eine einheitliche kreisförmige Ausrichtung der Leitungen 13 genügt normalerweise zur gleichmäßigen Katalysatorverteilung. Vorzugsweise sind die Leitungen 13 auf einen Kreis C im .Mjstand von -"!en Rieben 14 und 15 angeordnet, so daß ungefähr die Hälfte des Katalysators in der ,Schicht 16 außerhalb des Kreises C .und die andere Hälfte innerhalb des Kreises C liegt.

überführungsleitungen 21 mit offenen Enden im unteren Teil der Schicht 16 und im Abstand von der Trennwand 22 dienen zur Überführung von Katalysator in den darunterliegenden Katalysatorabschnitt. Wie am besten aus Fig. 3 zu entnehmen ist, dient ein aufgesetzter Kegel oder eine Leitfläche 23, die von Stäben 23' gehalten vird, zur Ablenkung des Katalysators von einem direkten Abstieg in jede Leitung 21. Der Katalysator wird gezwungen, rings um e'en unteren weiten Teil des Kegels 23 und dann im Fin-VeI oder seitlich in die -Spitze jeder Leitung 21 zu fließen. Daraus ergibt sich eine allgemein gleichförmige Bewegung des gesamten Katalysators in der Katalysatorschicht, ohne daß größere Ionen oder Taschen von unverteilten Teilchen hinterbleiben. Tei einera Katalysator durchmess er von 1,6 mm hat sich gezeigt, rad die Leitungen 21 verteilt mit /abständen von ungefähr 0,6 m noch einen ziemlich gleichförmigen Fluß des gesamten Katalysators von einer darüborliegenden ringförmigen Schicht und Fließeigenschäften der Teilchen, welche die betreffende Schicht umfassen, gestattet.

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Zwischen den Reaktorabschnitten 2 und 3 befindet sich eine Reaktionsmittelabzugsleitung 24, die zu einer Auslaßöffnung 25 führt. Letztere ist schematisch als angeschlosen an den Zwischen-" erhitzer 26 dargestellt, der zur Wiedererhietzung des Reaktionsgemisches aus dem Abschnitt 2 vor dessen Wiedereinführung in den Abschnitt 3 dient. Der Reaktionsstrom tritt in den Abschnitt 3 durch die öffnung 27 im Inneren der Kammer 1 zwecks Verteilung in den Mußeren Ringabschnitt 28 ein. Von letzterem fließt das Gemisch einwärts durch den Abschnitt 29 zwischen konzentrischen Sieben 30 und 31.

Der Aufbau des Abschnittes 3 ist ähnlich dem Abschnitt 2 insofern, als das mittige Sieb 31 eine Deckplatte 32 hat und außerdem ein Deckel 33 sich über die Oberseite der ringförmigen Katalysatorzone 29 erstreckt, um einen Abwärtsfluß von Reaktionsmittel in den Abschnitt 29 zu verhindern. Überführungsleitungen 21 sind gleichförmig auf einem Kreis zwischen den Sieben 30 und 31 angeordnet, um den Katalysator praktisch gleichförmig zur Schicht 29 sich aus dem Reaktorabs.chnltt 2 fließen zu lassen.

Der Querboden 34 trägt konzentrische Siebe 30 und 31 und verhindert, Reaktionsmittel aus dem Abschnitt 3 anders als durch Leitung 35 nach unten fließen zu lassen, die mit dem Inneren des Innensiebes 31 in offener Verbindung steht.. Die Leitung 35 ist mit der Auslaßöffnung 36 verbunden, die an den Zwischenerhitzer

37 angeschlossen ist.

Mehrere enge KatalysatorüberfÜhrungsleitungen 38 ragen durch den Boden 34 in den unteren Teil des Abschnittes 29. Diese Leitungen

38 sind vorzugsweise gleichförmig auf einem Kreis sowohl am obe-

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ren wie am unteren Ende jedes Abschnittes verteilt, so daß etwa die Hälfte des zurückgelassenen Katalysators sich innerhalb des Kreises und die andere Hälfte außerhalb des Kreises befinden. Daraus ergibt sich ein gleichförmiger Katalysatorfluß von dem Abschnitt 29 zu dem Abschnitt 4. Aufgesetzte Kegel 39 oberhalb jeder Leitung 38 dienen zum praktisch gleichförmigen Abzug von Katalysator aus der Schicht 29.

Reaktionsmittel wird in die Kammer 1 durch öffnung 40 zur nächsten Kontaktstufe mit Katalysator in der ringförmigen Schicht wieder eingeführt. Konzentrische Siebe 42 und 43 umgrenzen die Schicht 41 und lassen Reaktionsmittel in gleichförmigem radialem Fluß von der Verteilungszone 44 zur inneren Zone 45 durchströmen. Die ^one 45 ist die letzte Kontaktstufe>und es besteht eine direkte Verbindung zwischen Zone 45 und der Auslaßöffnung 46. über die öffnung 46 gewonnenes Reaktionsgemisch kann zu einem Produktgeweinnungsabschnitt oder zu einer anderen Katalysatorkontaktstufe geschickt werden.

Die vorstehende Beschreibung ist auf ein Abwärtsfluß von Katalysator und radialen Einwärtsfluß von Reaktionsmittel gerichtet. Die Vorrichtung; und die Katalysatorschichten lassen sich jedoch auch einem Fluß vom Boden zur Spitze und einem Fluß von innen nach außen durch die Katalysatorschichten anpassen.

Oberhalb des Innensiebes 43 dient die Deckplatte 47 zur Ausschaltung direkten Durchgangs von Reaktionsmittel in die Auffangzone 45. Die Deckplatte 48 über dem Katalysatorabschnitt 41 verhindert, daß ^peaJ'tionsmittel in der Katalysatorscbicht abwärts fließt. Auch sind die unteren ^pden der Leitunaen 33 innerhalb dos Ka ta-

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lysatorabschnittes 41 gleichmäßig verteilt, so daß sich der Katalysator in gleichförmiger Weise bewegt, wie schon beschrieben wurde. I'atalysatorauslassöffnimgen 49 und Ablenker 50 dienen zum gleichmäßigen Katalysatorabzug aus der Schicht 41.

Bei einer bevorzugten Bauweise gemäß Fig. 4 bestehen die Siebe 14 und 15 zur Begrenzung eines Katalysatorrückhalteabschnittes aus mehreren dicht aneinanderliegenden Sieben oder Stäben 14' bzw. 15' von keilförmigem Querschnitte, wobei die flache Seite zum Katalysator gerichtet ist. Daraus ergibt sich ein äußerst geringer Abrieb des Katalysators, der sich durch die Vorrichtung bewegt. Der Abstand zwischen den Stäben soll kleiner als der Durchmesser der benutzten Teilchen sein. Für Kugelteilchen von 1,6 mm soll der Abstand zwischen den Stäben ungefähr 0,0 mm oder zumindest weniger als 1,6 ram betragen.

Um die Brauchbarkeit der übereinander gesetzten Reaktoren gemäß Fig. 1 zu erläutern, dient das folgende Beispiel eines kataIytischen Reformierungsverfahrens. Eine direkt gewonnene Benzinfraktion mit Siedebereich zwischen 93 und 204° C wird in die Anlage durch Einlaß 6 im Gemisch mit wasserstoff reicher. Gas eingelassen. Kugelförmiger Reformierungskatalysator wird durch Einlaß 7 an der Spitze der Anlage eingeführt, nie hier eintretenden F.atalysatorteilchen befinden sich in Berührung mit Wasserstoff, der als Aufströmgas dient, um frischen Katalysator von Vorrat oder von einem Regenerator zum Einlaß 7 zu befördern. Der in den Einlaß 6 mit etwa 482 bis 593° C eintretende EeschiekunqsstroTn wird durch die Prallwand 6' um die Katalysator enthaltenden Leitungen 10 abgelenkt. In den Rohren 10 wird der Katalysator erhitzt un·".

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reduziert und dann vom Abschnitt 11 durch Rohre 13 in die Katalysatorzone 16 verteilt. Reaktionsmittel berührt den Katalysator, und teilweise umgewandeltes Reaktionsmittel wird durch Leitung 24 abgezogen. · ' .

Die Reformierungsreaktion ist endotherm, so daß das Reaktionsgemisch im Erhitzer 26 wieder auf etwa 482° C oder höher erhitzt wird, bevor es in den Reaktorabschnitt 3 eintritt. Das Gemisch tritt in den Einlaß 27 ein und wandert um die Leitfläche 27'"in die ringförmige Verteilungszone 28. Daraus ergibt sich ein radialer PIuS einwärts durch den Katalysatorabschnitt 29. Der Reaktionsstrom wird durch Leitung 35 zum Zwischenerhitzer 37 abgezogen und in das System durch Einlaßöffnung 40 mit der gewünschten Temperatur wieder eingeführt. Das Reaktionsgemisch geht um die Leitwand 40' und erreicht die ringförmige Verteilungszorie 44 zwecks anschließenden Kontaktes mit der Reaktorschicht 41. Der Fluß ist radial einwärts gerichtet. Das Produkt wird durch den Auslaß 46 gewonnen.

Die Benutzung kleiner Katalysatorüberführungsleitungen, wie die Leitungen 21 und 38 zwischen den übereiriandergesetzten Reaktorabschnitten schaltet weitgehend einen Reäktionsgemischflüß in den Katalysatorüberführungsleitungen aus. Wenn Wiedererhitzer in einem betreffenden Verfahren nicht erforderlich sind, kann der Reaktionsstrom unmittelbar von einem oberen Abschnitt zu einem unteren Abschnitt gehen, ohne die Katnmer 1 zu. verlassen. Auch kann ein umgekehrter Fluß, also vom Boden zur ,Spitze, gev':'hlt werden, wie durch gestrichelte Pfeile in Fig. 1 angedeutet ist.

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In dem mehrstufigen Reaktorsystem kann der Katalysator in jedem Abschnitt über relativ lange Zeiträume ohne Bewegung zurückgehalten oder kontinuierlich bzw. in kurzen Zeitabständen bewegt werden, um frischen reaktivierten Katalysator in dem System zu halten. Es besteht eine Katalysatorkontinuität vom untersten Reaktor bis zum Einlaß 8. Infolgedessen bewegt sich durch den Abzug von Katalysator aus den Auslaßöffnungen 49 Katalysator durch all4 übereinandergesetzten Reaktorabschnitte und überftihrungsleitungen. Die Katalysatorbewegung wird also durch den Abzug unter den Auslaßöffnungen 49 gesteuert.

Fig. 5 erläutert eine zweckmäßige Ausführung der Deckplatte für das obere Ende jedes Katalysatorabschnittes und jedes innere konzentrische Sieb, Im besonderen ist für das obere Ende des Reaktorabschnittes 2 eine Deckplatte 19 auf einem abgeflanschten Sylinderabschnitte 51 gezeigt, -der mehrere auskragende Träger 52 gemäß Pig. 6 besitzt. Das äußere Ende des Trägers 52 ist mit einer Konsole 53 verbunden, die wiederum mit einem einwärts gerichteten Flanschab'schnitt 54 an der Oberkante des äußeren konzentrischen Siebes 14 verbunden ist. Um auswärts gerichtete radiale Dehnung jedes Trägers 52 gegenüber jeder Konsole 53 auszugleichen, sind um jeden Bolzen 56 Schlitzlöecher 55 vorgesehen« Eine herabhängende Schürze 19a dient als Führung um die Oberkante des Innensiebes 15,

Fig. 6 ist eine Draufsicht auf einen der auswärts ragenden Träger 52, die radial vom Zylinder 51 ausgehen, um mehrere sektorförmige Deckel 20 zu halten. Die Träger 52 können T-Form mit einerflachen oberen Tragseite für die radialen Kanten aneinan-

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■ derstoßender Deckplatten 20 haben. Der horizontale Flansch 54 • trägt die äußeren Umfangskanten jeder Deckplatte 20, Die Platten 20 können an den Trägern 52 angeschraubt sein, jedoch werden vorzugsweise mehrere nach oben ragende Bügel 57 auf der Ober-

je- benutzt,
seite des T-Trägers 52/um Keile 58 aufzunehmen. Diese stützen sich auf Niederhaltestreifen 59 ab, die die Oberkanten aneinandergrenzender Deckplatten 20 überlappen. Wenn also Platten 20 von der Oberseite der Katalysatorschicht abgenommen werden sollen, werden einfach die Keile 58 über den Niederhaltestreifen 59 losgeschlagen.

Fig. 5 zeigt herabhängende Ablenkplatten 60 und 60a in konzentrischem Abstand dicht an der Innenseite des äußeren Siebes 14 und dicht an der Außenseite des Innensiebes 15, um einwärts fließendes Reaktionsmittel entsprechend einer jeweiligen Katalysatorschichthöhe innerhalb des Reaktorabschnittes abzulenken. Die Ablenkplatte 60 ist an den kurzen Haltering 61 mit lösbaren Bolzen 62 angebracht, so daß verschiedene Längen von Ablenkzylindern in jedem Reaktorabschnitt benutzt werden können. Die Leitwand 60a überdeckt das Sieb 15 und kann ebenfalls unterschiedliche Länge haben. Die gestrichelten Linien zeigen die tiefer liegenden Kanten der Leitwände 60 und 60a an, d.h. es können unterschiedlich lange Teile in jedem Reaktorabschnitt benutzt v/erden. Längere Leitplatten werden benutzt, wenn in einem Reaktorabschnitt weniger Katalysator vorhanden ist. Die längeren Leitplatten verhindern eine Umgehung des Katalysators durch das Reaktionsgenisch und stellen sicher, daß Reaktionsgemisch durch den Katalysator fließt. Die Überführungsleitungen 13, 21 und

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können verlängert werden, um die Schichthöhe in jedem Katalysatorabschnitt zu verringern. Zwischenflansche 21' und 38' dienen zur Erleichterung des Austausches.

Fig. 5 und 6 zeigen die Verwendung einer kurzen Hülse 63 auf· einer Deckplatte 20, die eine überführungsleitung 13 aufnimmt. Eine Hülse 63 ist für jede Leitung 13 erforderlich. Ähnliche Konstruktionen für die Deckplatte und die herabhängende Schürze können auch in Verbindung mit jedem folgenden Reaktorabschnitt benutzt werden.

Fig. 7 zeigt eine zweckmäßige Konstruktion, die benutzt werden kann, um das untere Ende jedes Reaktorabschnittes abzusenken. Der Flansch 64 ist an der Trennwand 22 und dem Krümmer 65 über eine dehnbare Verbindung 66 angebracht. Der .Flansch 67 am unteren Ende des Krümmers 65 stellt die Verbindung mit dem Flansch 68 her> der mit der Auslaßdüse 25 an der Kammer 1 verbunden ist. Infolgedessen ist eine Dehnungsdifferenz zwischen der Trennwand 22 und der Seitenwand der Earaner 1 zulässig. Die durch den l'rümner 65 gehende Hülse 69 dient zur Anpassung der Katalysatorüber-führungslaitung 21, die den unteren Teil des Abschnitts 2 mit dem Abschnitt 3 verbindet.

Fig. 7 zeigt einen Kragen 70, der vom Flansch 64 aufwärts ragt, um das Innensieb 15 zu zentrieren. Vorzugsweise wird das Sieb 15 von der Trennwand 22 getragen und kann sich von diesen Stützpunkt aus nach oben sowie um einen geringen Betrag innerhalb des Kragens 70 rä/clial ausdehnen» In ähnlicher Weise wird das ."vßere konzentrische Sieb 14 von einem Ring 71 gehalten, der von der unteren Trennwand 22 aufragt.

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Fig. 8 zeigt eine abgewandelte Konstruktion der Kammer 1 in der Wärmeaustauschzone 5. Der Katalysatoreinlaß 7 ist mit einem geraden Katalysatorüberführungsabschnitt 8* verbunden, der mit dem Katalysatorverteilungsabschnitt 11 verbunden ist, welcher _: Auslässe 12 zu den Katalysatorüberführungsleitungen 13 aufweist. Diese Konstruktion kann benutzt werden, wenn es nicht erforderlich ist, den Katalysator bei seiner Einführung in den obersten Reaktorabschnitt in Wasserstoff zu reduzieren. Daher sind die Wärmeaustauschrohre 10 fortgelassen. Die Leitung 8* und der obere Flansch 9' können aus dem Kammeroberteil 5 zwecks Austausches gegen einen üblichen Röhrenwärmeaustauscher gemäß Fig. 1 der Zeichnung ausgebaut werden.

Die Inenteile des gesamten mehrstufigen Reaktorsystems können in Abschnitten gefertigt werden, die sich durch Mannlöcher in der Kammer 1 durchführen lassen. Solche Mannlöcher für Arbeitskräfte und für Anlagenschüsse können in der Kammer 1 in Zonen zwischen den Reaktorabschnitten sowie innerhalb der oberen und unteren Böden der Kammer·selbst vorgesehen sein.

Fig. 9 zeigt die Verwendung von geschlitzten oder gelochten Zylindern 72 an der Innenseite des Siebes 15. Ähnliche Lochplatten können in anderen Reaktorabschnitten benutzt werden. Die Löcher oder Schlitzöffnungen in der Platte 7.2 sind gleichförmig verteilt und bestimmen mit ihrer Größe einen Bereich,der zur Verteilung des Reaktionsstromes über den Katalysatorabschnitt dient. In gewissen Fällen sind die Schlitze im Sieb 15 angemessene Strömungsverteiler. Kombination eines geschlitzten Siebes und einer benachbarten geschlitzten Leitplatte ist sehr wirksam für eine Strömungsverteilung.

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Claims (12)

Patentansprüche

1. Mehrstufiges katalytisches Reaktorsystem für den Kontakt eines Reaktionspartners mit Katalysatorteilchen, die durch Schwerkraftfluß durch das System beweglich sind, gekennzeichnet durch die Kombinattiön von

a) einer senkrecht gestreckten umgrenzten Kammer,

b) mindestens zwei in Abstand liegenden senkrechten Reaktorabschnitten in der Kammer, deren jeder in konzentrischem Abstand liegende, einen ringförmigen Katalysatorrückhalteabschnitt begrenzende Siebe im Abstand von der Innenwand der Kammer aufweist, mit der sie einen Verteilerraum rings um
jeden Reaktorabschnitt bilden,

c) einer Quertrennwand unterhalb jedes Reaktorabschnittes,

d) einem entfernbaren Deckel über jedem Katalysatorabschnitt,

e) einem Katalysatoreinlaß, der mit dem oberen Teil der Kammer und der Oberseite des obersten Katalysatörabschnittes verbindbar ist,

f) mehreren lärigslicheh Kätalysatorüberführungsleitungen zur
Verbindung benachbarter Katalysatorrtickhalteabschnitte,

g) einem Reaktionsmitteleinlaß am oberen Ende der Kammer in
offener Verbindung mit dem ringförmigen Verteilungsraum
um den obersten Reaktorabschnitt,

h) zusätzlichen ReaktionsmitteldurchlSssen^de das Innere jedes Katalysatorabschnittes mit dem Verteilerraum uiaden darunter liegenden Katalysatorabschnitt verbinden und

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i) mehreren gleichförmig verteilten Katalysatorabzugsleitungen angeschlossen an den untersten Reaktorabschnitt.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorüberführungsleitungen lösbar montiert sind und jeweils ein lösbares unteres"Ende besitzen.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2-, dadurch gekennzeichnet, daß eine kegelförmige Leitwand im Abstand oberhalb des Einlasses jeder ' Katalysatorüberführungsleitung im unteren Teil jedes Katalysatorabschnittes angebracht ist.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Sieb aus keilförmigen parallelen Drähten gebildet ist und eine flache Seite und keilförmige Schlitze zwischen benachbarten Drähten aufweist, wobei die flasche Seite jedes Siebes dem Katalysator zugewandt ist.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß radiale Tragplatten sich im Abstand zwischen den Oberkanten der Siebe erstrecken und mehrere getrennte lösbare Deckplatten jeden Katalysatorabschnitt überdecken.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein länglicher Niederhaltestreifen über aneinanderstoßende Kanten der lösbaren Deckplatten erstreckt und mehrere senkrechte Bügel in Abständen sich über die Länge jeder radialen Tragplatte nach oben durch öffnungen in jedem Niederhaltestreifen erstrecken und Keile jeden >Tiederhaltestreif en auf den Deckplatten haltern.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß 'lösbare Leitplatten nahe jeden Sieb am oberen Teil jedes Peal'.torabschnittes angebracht sind.

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8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatoreinlaß einen länglichen Abschnitt aus mehreren Rohren aufweist und der Katalysatorfluß durch jedes Rohr unterteilt ist und daß die Reaktionsmittelöffnung', am oberen Ende der Kammer mit einem länglichen Gehäuseabschnitt an der Oberseite der Kammer verbunden ist, der die Rohre umschließt.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß- in der Nachbarschaft jedes Innensiebes eine sich im wesentlichen im gleichen Sinne erstreckende Lochplatte angebracht ist, die vorbestimmte in Abständen liegende offene Bezirke aufweist.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysato.rüberführungsleitungen des Merkmales f) auf einem Kreis im oberen und unteren Endteil jedes Abschnittes derart verteilt sind, daß etwa die Hälfte des zurückgehaltenen Katalysators sich innerhalb des Kreises und die andere Hälfte außerhalb des Kreises befindet.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsmittelöffnung am oberen Ende der Kammer den Einlass darstellt.

12. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsmittelöffnung am oberen Ende der Kammer den Auslaß darstellt.

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