DE69213895T2

DE69213895T2 - Gleichstrom-Zyklonextraktionsvorrichtung

Info

Publication number: DE69213895T2
Application number: DE69213895T
Authority: DE
Inventors: Thierry Gauthier
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1991-12-05
Filing date: 1992-11-23
Publication date: 1997-03-06
Anticipated expiration: 2012-11-24
Also published as: EP0545771A1; DE69213895D1; ES2094322T3; AU657378B2; US5586998A; FR2684566B1; FR2684566A1; CA2084633A1; AU2985792A; EP0545771B1; JPH05269326A; ZA929426B; JP3275105B2

Description

Die Erfindung betrifft eine im Gleichstrom betreibbare Zyklonseparator-Extraktionsvorrichtung zum Abtrennen der Feststoffbestandteile aus einem Gas.
In der Erdölindustrie, und insbesondere in den Verfahren zur Umwandlung kohlenwasserstoffhaltiger Charge über einem Katalysator, durchgeführt im zirkulierenden Bett, wird die Charge in Kontakt mit dem Katalysator in einem Reaktor gebracht.
Das Gewichtsverhältnis des Durchsatzes des Katalysators zum Durchsatz der Charge wird erhöht und kann im allgemeinen variieren von 1 : 1 bis 15 : 1. Am Austritt aus dem Reaktor muß man die Reaktionsprodukte von den katalytischen Feststoffen trennen: die Reaktionsprodukte werden zu einer Sekundär-Trennung Initgeführt und die Feststoffe werden, in gewissen Verfahren, mit der Regeneration des Katalysators rezykliert.
Vor dem Rezyklieren des Katalysators ist es wichtig, die kohlenwasserstoffhaltigen Produkte, die noch an der Oberfläche oder im Inneren des Katalysators vorhanden sind, zu desorbieren, um die Produkte aus der Reaktion rückzugewinnen, die ohne dies verloren wären.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausrüstung, die es ermöglicht, eine schnelle Trennung der gasförmigen Produkte und des Katalysators vorzunehmen und die auf dem Katalysator verbleibenden Produkte nach Abschluß der Trennung rückzugewinnen.
Gewisse Verfahren der katalytischen Umwandlung wie das katalytische Kracken von kohlenwasserstoffhaltigen Chargen erfordern eine schnelle Trennung der gasförmigen Produkte am Ende der katalytischen Reaktion, um ihren thermischen Abbau zu begrenzen.
Es kann dann vorteilhaft sein, Zyklone zu verwenden, die direkt mit dem Reaktor verbunden sind (beispielsweise mit dem Kopf eines Reaktors mit aufsteigendem Bett), anstatt sich mit einer inertiellen Trennung bzw. Trägheitstrennung in einem großen Volumen zufrieden zu geben, was synonym steht für eine lange Verweilzeit. Beispiele für Umwandlungsverfahren kohlenwasserstoffhaltiger Schnitte unter Schnellabtrennung werden beispielsweise gegeben in dem Patent von Rod und al. (US 4 946 656), wo die Trennung in einem Zyklon, dem sogenannten Rückwärtszyklon, durchgeführt wird oder im Patent von Gauthier et al. (französische Patentanmeldung FR 90/06937), die bisher nicht bis zur Hinterlegung der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht wurde), wo die Trennung vorgenommen wird in einem Gleichstromzyklon.
Die Schnelltrennung der Abströme aus der katalytischen Krackung kohlenwasserstoffhaltiger Chargen ermöglicht es im allgemeinen, hinsichtlich der Selektivität zu gewinnen, indem man vermeidet, Produkte zu bilden wie beispielsweise fuel gaz oder Koks, die in sehr großen Mengen als ungünstig bewertet werden und indem man eher die Selektivität an Benzin und an leichtem Öl (LCO) (englisch Light Cycle Oil) bevorzugt, dessen Wertigkeit klar höher liegt. Wenn jedoch diese Schnelltrennung nicht begleitet wird von einer wirksamen Trennung (Strippen) und zeitlich benachbart der Trennphase angeordnet ist, verliert man einen Teil der Vorteile der Schnelltrennung, indem man auf dem Katalysator wertvolle Produkte adsorbiert behält, die thermisch abgebaut werden. Desgleichen müssen die desorbierten Produkte des Katalysators schnell aus dem Raum, indem die Extraktion stattfindet, abgezogen werden. Beispielsweise wird in der US-Patentschrift 4 946 656 der Katalysator aus der Trennzone über ein Rückhosenrohr abgezogen, der in die Extraktionsvorrichtung fällt. Die extrahierten Produkte des Katalysators werden zum Sekundärtrennschritt, gemeinsam mit dem aus der Trennung abgetrennten Produkten in einer Kammer großen Volumens geführt, wo sie auch stark dem thermischen Abbau der Produkte ausgesetzt werden.
Es ist ebenfalls möglich gemäß der französischen Patentschrift 83/20435, eine dichte Extraktionszone an der Basis eines Rückwärtszyklons einzuschließen, der beispielsweise zwischen der Wirbelrückführzone und dem Austritt der Feststoffe zwischengeschaltet ist. Diese Konfiguration bietet den Vorteil, die auf dem Katalysator adsorbierten Produkte dank eines Gasstroms zu trennen, der in eben diese primäre Trennkammer-Katalysatorpartikel injiziert wurde. Die gasförmigen Reaktionsprodukte werden dann im oberen Teil der Kammer unter Vornahme der Trennung oder Isolierung entnommen. Der Nachteil eines solchen Apparates ist es, daß, um brauchbare Trennleistungen beizubehalten, es notwendig ist, einen Deflektor zwischen der Extraktionszone oder Trennzone anzuordnen. Dieser Deflektor ermöglicht es, den Gaswirbel bei seiner Rückkehr in die Trennkammer zu leiten. Es ist notwendig, dieses Element materiell am Körper des Trennraums zu befestigen. Die Befestigungen werden der regelmäßigen Strömung der Feststoffe zu den Wandungen schaden und, kontinuierlichen Feststoffströmen ausgesetzt, laufen sie Gefahr, schnell zu erudieren, wobei dies eine Falschfunktion der Vorrichtung mit sich bringen würde.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, diese Nachteile dank einer vorzugsweisen Verwendung der hydrodynamischen Eigenschaften der Gas-/Feststoffströmung in einem Zyklonseparator (oder Zyklon), der im Gleichstrom arbeitet, zu vermeiden, wenn dieser durch Hinzufügung eines Raums erheblichen Volumens in der Abzugskammer des Austritts für die Feststoffe modifiziert wird.
Genauer betrifft die Erfindung eine im Gleichstrom betreibbare Zyklonseparator-Extraktionsvorrichtung zur Trennung eines Gas-/Feststoffgemisches MA, das wenigstens eine dichte Phase DA und eine leichte Phase LA umfaßt, in wenigstens eine dichte Phase und wenigstens eine leichte Phase, und der Extraktion der durch den Feststoff sorbierten Gase, wobei die Separator-Extraktionsvorrichtung umfaßt:
- eine Kammer (1), die sogenannte erste äußere Kammer von einer Gestalt, die länglich längs einer Achse (X) ist, von einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt vom Innendurchmesser D&sub1; und von der Länge L&sub1;, die an einem ersten Ende Mittel zum Einführen des Gemisches MA über einen sogenannten äußeren Eintritt (4) aufweist, wobei diese Mittel es ermöglichen, wenigstens der leichten Phase LA eine Spiralbewegung in der Strömungsrichtung des Gemisches MA in dieser Kammer zu erteilen,
- eine sogenannte innere Kammer (2) von längs der Achse (X) länglicher Gestalt mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt vom Durchmesser D&sub2; kleiner D&sub1;, von der Länge L&sub2; kleiner L&sub1;, deren Ende nahe am äußeren Eingang (4), der unter einer Entfernung Ls kleiner L&sub1; vom äußeren Niveau des äußeren Eingangs (4) angeordnet ist, den sogenannten inneren Eingang (5) bildet, über den wenigstens ein Teil der leichten Phase LA eindringt, wobei diese Kammer durch wenigstens eine Leitung (6) verlängert ist, die den Abzug der abgetrennten leichten Phase LA von der ersten äußeren Kammer nach außen ermöglicht,
- eine sogenannte zweite äußere Kammer (3), die eine im wesentlichen vertikale Symmetrieachse aufweist, die mit dieser ersten Kammer über eine Öffnung vom Durchmesser D1 verbunden ist, wobei diese zweite, die dichte abgetrennte Phase DA sammelnde Kammer Mittel (10) zur Injektion einer leichten Extraktionsphase LB aufweist, wobei die Injektion im Gegenstrom zur Strömung der abgetrennten dichten Phase stattfindet und wenigstens zum Teil in dieser dichten Phase stattfindet, die wenigstens zum Teil fluidisiert ist, und wenigstens einen Ausgang (12) zum Gewinnen der dichten wenigstens zum Teil desorbierten Phase DA umfaßt. Diese leichte LB genannte Phase wird aus der Separator-Extraktionsvorrichtung im Gemisch mit der Phase LA über die Kammer (2) und die Leitung (6) abgezogen.
Um das Verständnis zu erleichtern, wird die Erfindung nur mit Bezug auf die Figuren, ohne jedoch ihre Tragweite auf diese Figuren zu beschränken, beschrieben.
Jede der Figuren 1 bis 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung.
In Figur 1 ist eine Zyklonseparator-Extraktionsvorrichtung nach der Erfindung dargestellt.
Sie umfaßt eine erste äußere Kammer (1) länglicher im wesentlichen regelmäßiger Gestalt, die eine Achse (X) aufweist, die eine Symmetrieachse ist und einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt von einem Innendurchmesser D&sub1; und einer Länge L&sub1; hat.
Die Achse (X) ist im wesentlichen vertikal (Figuren 1 bis 4), kann aber auch im wesentlichen horizontal (Figur 5) sein.
An einem ihrer Enden umfaßt die Kammer (1) einen Eingang (4), sogenannten äußeren Eingang, über den das zu behandelnde Gemisch MA ankommt. Bevorzugt wird das Gemisch MA über einen Eintritt (4) eingeführt, der tangential gemäß einer Richtung ist, die im wesentlichen senkrecht zur Achse der äußeren Kammer ist. Dieser tangentiale Eingang hat bevorzugt einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt, dessen Seite parallel zur Achse der äußeren Kammer eine Abmessung (Lk) hat, die im allgemeinen 0,25 bis das Einfache des Durchmessers D&sub1; ist, und die Seite senkrecht zur Achse der äußeren Kammer hat eine Abmessung (hk), die üblicherweise etwa gleich 0,05 bis etwa 0,5 des Durchmessers D&sub1; ist.
Mittel können auch im Inneren des Eintritts (4) vorgesehen sein, um in Strömungsrichtung hinter dem Gemisch MA eine spiralförmige oder turbulente Bewegung wenigstens der leichten Phase LA des Gemisches MA (Figur 2) zu erteilen. Diese Mittel sind üblicherweise gekrümmte Schaufeln (siehe Figur 2). Der tangentiale Eingang, die Schaufeln oder andere äquivalente Mittel bilden die Mittel zur Einführung des Gemisches MA.
Die Separator-Extraktionsvorrichtungen nach der Erfindung umfassen ebenfalls eine innere Kammer (2), die längs einer Achse (X) länglich ausgebildet ist und einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat und die koaxial bezogen auf die Kammer (1) angeordnet ist und unter einem Abstand (Ls), kleiner (L&sub1;), vom äußersten Niveau des äußeren Eintritts (4) einen sogenannten inneren Eintritt (5) von einem Außendurchmesser (D&sub2;) kleiner (D&sub1;) umfaßt. Der Durchmesser dieses inneren Eingangs (5) hat im allgemeinen zwischen etwa 0,2 und 0,9 des Durchmessers D&sub1;, meist etwa 0,4 bis etwa 0,8-fach des Durchmessers (D&sub1;) und bevorzugt etwa 0,4 bis 0,6-fach des Durchmessers (D&sub1;). Diese Entfernung (Ls) ist im allgemeinen gleich etwa dem 0,2 bis etwa 9,5-fachen des Durchmessers (D&sub1;) und meist gleich dem 0,5 bis etwa 2-fachen des Durchmessers (D&sub1;). Eine relativ kurze Entfernung zwischen dem 0,5 und 2-fachen des Durchmessers (D&sub1;) ermöglicht üblicherweise eine sehr schnelle Trennung und eine gute Wirksamkeit der Trennung.
Unter dem Einfluß des erzeugten Wirbels trennt sich das Gemisch wenigstens zum Teil in eine dichte Phase DA und eine leichte Phase LA. Die leichte Phase LA tritt, wenigstens zum Teil, in den Eingang (5) ein und wird nach außen aus der Kammer (1) über wenigstens eine Leitung (6), die die Kammer (2) verlängert, abgezogen.
Eine Trennzone (A) wird hier zwischen dem äußersten Niveau des Eintritts (4) und etwa dem Niveau des Eintritts (5) definiert.
Die Separator-Extraktionsvorrichtungen nach der Erfindung umfassen ebenfalls eine Kammer (3), die sogenannte zweite äußere Kammer von einem Querschnitt, der geringer, gleich oder größer als der der Kammer (1) ist. Bevorzugt ist der Querschnitt der Kammer (3) wenigstens gleich dem der Kammer (1) und meist ist er größer als der der Kammer (1). Im allgemeinen ist der Querschnitt der Kammer (3) um wenigstens 0,5 % und meist um wenigstens 25 % größer als der der Kammer (1). Die Kammer (3) ist mit der Kammer (1) über eine Öffnung (7) von einem Durchmesser D&sub1;, der gleich dem der Kammer (1) ist, verbunden.
Bevorzugt hat die Kammer (3) eine Form, die länglich längs einer Achse ist und einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt vom Durchmesser D und bevorzugt größer D&sub1; hat.
vorzugsweise befindet sich die Kammer (3) in der Verlängerung der Achse (X) der Kammer (1). Die Figur 1 zeigt dies mit einer konischen Verbindungsfläche (8).
Die wenigstens zum Teil in der Zone A abgetrennte dichte Phase DA strömt gegen die Kammer (3), in deren Boden sie aufgesammelt wird; sie formt dann ein sogenanntes fluidisiertes Bett (9).
Die Kammer (3) umfaßt Mittel (10), um in die dichte Phase DA eine leichte Extraktionsphase LB, im Gegenstrom zur Strömung der abgetrennten dichten Phase DA zu injizieren.
Natürlich hat in einem Gleichstromzyklon die leichte Phase die Tendenz, zum Teil im Umfangsraum (11) zu zirkulieren, der sich zwischen der Außenkammer (1) und der Innenkammer (2) befindet, bevor sie aus der separator-Extraktionsvorrichtung dank dieser Kammer (2) austritt.
Die Konsequenz ist, daß in diesem Umfangsraum die Feststoffe an der Wand unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft bleiben, die erheblich oberhalb des Niveaus ist, wo die leichte Phase entnommen wird. Dagegen kann eine Rückmischung, die in gewissen Fällen erheblich sein kann, in diesem Umfangsraum auftreten.
Ein einfaches Mittel, das zum Ziel hat, die Zirkulation der leichten Phase LA in diesem Raum zu reduzieren, besteht darin, in kleinen Mengen eine leichte Phase LB im Gegenstrom zur leichten Phase LA zu injizieren. Die Injektion der leichten Phase LB kann an verschiedenen Orten gleichzeitig vorgenommen werden. Im übrigen ist es ebenfalls möglich, im letztgenannten Fall leichte Phase unterschiedlicher Zusammensetzungen zu injizieren. Wenn die Injektion der leichten Phase LB zweckmäßig dosiert ist, bleiben die Feststoffe zum größten Teil am Umfang in Höhe des Eintritts (5) der Entnahmekammer (2) für die leichten Phasen erhalten, was es ermöglicht, daß die Feststoffe zur Abzugskammer für die leichten Phasen in zu großen Mengen mitgerissen werden. Gleichzeitig wird die leichte Phase LA durch die leichte Phase LB zurückgedrängt, die im Gegenstrom injiziert wurde, was die Rückmischung begrenzt.
Es ist von Vorteil, diese hydrodynamischen Eigenschaften auszunutzen, um die Rückmischung der leichten abgetrennten gasförmigen Phase LA zu begrenzen, wie bereits erwähnt, jedoch auch, um die gute Extraktion der Produkte zu begünstigen. Die Dämpfe der im Gegenstrom injizierten leichten Phase LB, die im Umfangsraum (11) zirkulieren, ermöglichen es, eine sehr schnelle Extraktion der noch auf dem Katalysator befindlichen Reaktionsprodukte auszuführen.
Im übrigen verleiht diese Injektion in die Kammer (3) der dichten Phase DA die Eigenschaften eines fluidisierten Mediums. Der Hohlraumanteil des Betts liegt bevorzugt zwischen 35 und 75 %.
Die leichte Phase LB wird in gasförmiger Gestalt injiziert. Sie umfaßt beispielsweise Wasserdampf, Stickstoff, eine Kohlenwasserstoffcharge, die bei niedrigem Siedepunkt verdampft ist.
Die Injektionsmittel (10) werden am Boden der Kammer (3) zur Injektion in die dichte Phase DA angeordnet. Beispielsweise sind Öffnungen vorgesehen, die regelmäßig längs eines Kranzes ausgebildet sind, der um die Achse der Kammer (3) zentriert ist. Man definiert so ausgehend von der Trennzone A eine Zone B, in der die dichte Phase DA eine absteigende Strömung erleidet und wo wenigstens ein Teil der Phase LA strömt, indem er die dichte Phase DA an der Wand hält; die leichte Phase LA wird abgezogen, eine Zone C ist vorgesehen, in der die dichte Phase DA ihre absteigende strömung fortsetzt und eine partielle Desorption erleidet und schließlich eine Zone D, in der die dichte im fluidisierten Zustand gehaltene Phase teilweise desorbiert und teilweise abgezogen wird.
Die Mittel (12) zum Abzug wenigstens eines Teils der dichten Phase DA sind im unteren Teil der Kammer (3) seitlich (Freigabe Bohrloch beispielsweise in Figur 2) oder axial (zylindrisches vertikales Bohrloch beispielsweise in Figur 1) angeordnet.
Figur 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Separator-Extraktionsvorrichtung nach der Erfindung, die sich von der Figur 1 durch die Mittel unterscheidet, die eingesetzt werden, um der dichten Phase DA und der leichten Phase LA das Wirbelverhalten zu erteilen, das zur Trennung der Phasen notwendig ist. In Figur 1 sind die dargestellten Mittel ein sogenannter tangentialer Eingang, der durch eine im wesentlichen horizontale Leitung gebildet ist, die tangential zur Kammer (1) gelangt. In Figur 2 werden die eingesetzten Einführungsmittel, um der dichten Phase DA und der leichte Phase LA das notwendige Wirbelverhalten zu erteilen, das für die Trennung der Phasen in der Zone A notwendig ist, gebildet aus Schaufeln oder Wendeln (26), die axial im Eingang (4), der ebenfalls koaxial zur Kammer (1) ist, angeordnet sind. Die mit Bezug auf Figur 2 beschriebene Vorrichtung unterscheidet sich von der in Figur 1 beschriebenen ebenfalls durch die Anzahl der Leitungen (6), die die Kammer (2) verlängern, um die leichte Phase LA abzuziehen. Um schließlich die Abmessung der Zusatzapparate zu vermindern, die für die Rückgewinnung der Partikel geeignet sind, die in der Vorrichtung nach der Erfindung nicht abgetrennt worden wären, kann es vorteilhaft sein, den Strom der Phase LA in mehrere Ströme aufzuteilen, beispielsweise mittels mehrerer Leitungen (6), wie in Figur 2 gezeigt. Diese Leitung(en) ist oder sind entweder derart angeordnet, daß die leichte Phase in einer im wesentlichen axialen Richtung bezogen auf die Kammer (1) abgezogen wird (siehe beispielsweise Figur 5) oder in einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht zur Achse der Kammer (1) ist (siehe beispielsweise die Figuren 1 bis 4).
Figur 2 zeigt ebenfalls Mittel (20), die dazu bestimmt sind, die dichte wenigstens zum Teil desorbierte Phase DA abzuziehen (d.h. die Reaktionsprodukte, die durch den Feststoff zurückgehalten wurden, werden wenigstens zum Teil extrahiert), bestehend aus einer Kammer (21), die unabhängig von den Kammern (1), (2) und (3) sind und ein Freigabebohrloch bilden. Diese Kammer besitzt einen Eintritt (22), in der die dichte Phase DA, die in der Kammer (3) gesammelt wurde, infolge Schwerkraft strömt, sowie einen Ausgang (23). Die Konzentration an dichter Phase im Austritt (23) wird auf dem gewünschten Wert dank der Fluidisierung gehalten, die in der Kammer (21) aufgebracht wurde und aus einer Injektion der leichten Phase LC durch die Mittel (24) resultiert und dank einer Ausgleichsleitung (25), die es ermöglicht, den Überschuß an Gas LC, der zum Austritt (23) nicht mitgerissen wurde, der sich mit der Phase LB mischen wird, abzuziehen. Vorzugsweise wird LC hinsichtlich seiner desorbierenden Eigenschaften gewählt. LC kann identisch oder unterschiedlich zu LB sein. Die leichte Phase LC dient wenigstens zum Teil zur Fluidisierung der dichten Phase DA im Freigabebohrloch.
Figur 3 ist eine Seitenansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung und umfaßt im übrigen Mittel zum Regeln der Strömung des Gemisches MA in den tangentialen Eintritt (4). Es ist üblicherweise für den Fall erheblicher Durchsätze der unterschiedlichen vorhandenen Phasen wünschenswert, Mittel zu verwenden, die es ermöglichen, die Bildung des Wirbels zu begünstigen, wie beispielsweise ein wendelförmiges Dach (30), das vom äußersten Niveau des tangentialen Eintritts nach unten geht oder eine beispielsweise innere (in der Abwicklungsebene) Volute und die es darüber hinaus ermöglicht, die Turbulenz in Höhe des tangentialen Eintritts zu begrenzen. Üblicherweise liegt im Falle eines spiralförmigen nach unten gehenden Dachs der Wendelschritt bzw. Schraubengang bei etwa dem 0,01 bis 3-fachen des Wertes von Lk und meist beim etwa 0,5 bis etwa 1,5-fachen dieses Werts. Um den Wirbel bei seinem Fortschreiten zu stabilisieren, kann man ebenfalls einen Stabilisierungskonus (31) vorsehen, der in Höhe des Eintritts (4) längs der Achse dem Eintritt gegenüber zum Abzug der leichten Phase LA befestigt ist. In Figur 3 sind ebenfalls Mittel (32) vorgesehen, um die Wandströmung der Feststoffe zu brechen. Diese Mittel (32) sind im allgemeinen im wesentlichen plane Schaufeln, deren Ebene die Achse (X) der Kammer (1) umfaßt. Diese Mittel sind bevorzugt an wenigstens einer Wandung einer der Kammern (1) oder (2) befestigt. Sie sind bevorzugt an der Außenwand der Innenkammer (2) bevorzugt derart befestigt, daß die Entfernung LP zwischen dem inneren Eintritt und dem Punkt dieser Schaufeln, der diesem inneren Eintritt am weitesten benachbart liegt, beim etwa 0 bis etwa 5-fachen des Durchmessers D&sub1; und bevorzugt beim etwa 0,1 bis etwa 1-fachen dieses Durchmessers D&sub1; beträgt. Die Anzahl der Schaufeln liegt üblicherweise bei wenigstens 2 und beispielsweise bei 2 bis 50 und meist bei 3 bis 50. Diese Schaufeln haben im allgemeinen die Charakteristiken der in der französischen Patentanmeldung FR 90/06937 von der Anmelderin beschriebenen.
Der Vorteil in der Verwendung solcher Mittel besteht darin, die Wandströmung der Feststoffe zu brechen. Sie ermöglichen es ebenfalls, die Verteilung der dichten Phase DA zu vergleichmäßigen, die in die Kammer (3) gelangt, was sehr günstig für die Extraktion der sorbierten Produkte ist. Schließlich ermöglichen sie es, in homogener Weise die Feststoffe zu verteilen, die an der Wand über den gesamten Umfangsquerschnitt der Kammer (1) fließen, welche die Kammer (2) oder ihre Leitung(en) (6) umschließen. Es sei darauf hingewiesen, daß im Gegensatz zur Anwendung für die Schnelltrennung (Patentanmeldung FR 90/06937, noch nicht veröffentlicht) die Rolle der Mittel (32) nicht nur darin besteht, den Fortschritt des Wirbels zu begrenzen und die Rückmischung herabzusetzen, da hier die Injektion der leichten Extraktionsphase LB zum Teil diese Funktion sichert. Diese Mittel (32) könnten auch ebenfalls Defkletoren sein, die darauf abzielen, den Kontakt zwischen der absteigenden Phase DA und der leichten Extraktionsphase LB zu verbessern.
In Figur 4 wurden Mittel (40) hinzugefügt, die die Einführung leichter Extraktionsphase LB oberhalb des Bettes der dichten Phase DA ermöglichen, wobei die leichte Phase LB im Gegenstrom zur dichten Phase DA injiziert wird, die aus der Trennzone A gegen die Kammer (3) strömt. Diese Injektion ermöglicht es, in der verdünnten Phase der Feststoffe (die aus der Zone A zur Kammer (3) zirkulieren) den partiellen Druck desorbierter Gase (beispielsweise von Kohlenwasserstoffen) zu vermindern, die aus der Extraktionszone D gegen die Abzugskammer (2) hochsteigen und damit die Desorption zu begünstigen.
Die Mittel (40) sind klassische Mittel zum Einführen von Gas (beispielsweise gerade Rohrleitungen oder kreisförmige mit Öffnungen versehene Rohrleitungen), die eine Fluidverteilung so homogen wie möglich einhalten müssen. Diese Mittel (40) sind also in Höhe der Zone C angeordnet, d.h. unterhalb der Kammer (2) mit ihrer Abzugsleitung (6) und oberhalb des Feststoffbettes der Zone D.
In Figur 5 hat man eine Vorrichtung nach der Erfindung schematisiert, die sich von der vorher beschriebenen Vorrichtung nur durch die Tatsache unterscheidet, daß die Achse (X) der Separator-Extraktionsvorrichtung horizontal positioniert ist, was es ermöglicht, die Höhe der Ausrüstung zu vermindern und kann also in gewissen Fällen vorteilhaft sein. Jedoch muß die Achse der vertikalen Kammer (3) derart aufrechterhalten werden, daß diese mit dichter Phase korrekt fluidisiert wird.
Um das Strippen in der Kammer (3) im Wirbelbett (9) zu verbessern, können Mittel, die auf die Verbesserung der Kontaktierung zwischen der leichten Phase LB und der dichten Phase DA ab zielen, im Wirbelbett (9) eingefügt sein. Diese Mittel sind beispielsweise Rohre (107), die in regelmäßigen Reihen über den Querschnitt der Kammer (3) angeordnet und in Figur (5) dargestellt sind. Man wählt beispielsweise dahingehend, daß Rohre von einem Durchmesser angeordnet werden, der zwischen 0,02 und 0,08 m variiert und die im Intervall von wenigstens einem Rohrdurchmesser angeordnet sind. Diese Rohre können vorzugsweise verwendet werden, um das Wirbelbett zu erwärmen und die Desorption der Reaktionsprodukte zu begünstigen.
In den Separator-Extraktionsvorrichtungen nach der Erfindung beträgt die Verweilzeit der die dichte Phase DA im Wirbelbett (9) bildenden Feststoffe üblicherweise etwa 10 (s) Sekunden bis etwa 15 (min) Minuten. Meist liegt diese Verweilzeit bei etwa 30 s bis etwa 10 min.
Meist liegt das Verhältnis der Oberflächengeschwindigkeit der Phase LB zur Minimalgeschwindigkeit der Fluidisierung (verbunden mit den Eigenschaften der dichten Phase DA und der leichten Phase LB) bei etwa 1 : 1 bis 500 : 1 und bevorzugt 10 : 1 bis 100 : 1.
Die Verweilzeit der Feststoffpartikel der dichten Phase DA im Umfangsraum (11) (Zonen B und C) variiert üblicherweise von 10&supmin;¹s bis 100 s, und bevorzugt beispielsweise in einer Separator-Extraktionsvorrichtung vom Durchmesser D&sub1; gleich 50 cm zwischen 3 und 15 s.
Die Separator-Extraktionsvorrichtungen nach der Erfindung können für die rasche Trennung ausgehend von einem Gemisch MA, das eine dichte Phase DA und eine leichte Phase LA umfaßt, dieser dichten Phase und dieser leichten Phase sowie zur Extraktion der durch diese dichte Phase DA adsorbierten Produkte verwendet werden. Das zu trennende Gemisch kann ein Gemisch sein, das am Ausgang einer chemischen Reaktion erhalten wurde und wenigstens eine dichte Phase umfaßt, die zu dieser Reaktion beiträgt.

Beispiel

Versuche wurden an einer Separator-Extaktionsvorrichtung durchgeführt, wie sie beispielsweise in Figur 3 dargestellt wurde, die die folgende Geometrie hatte:
Kammer (1): zylindrisch, von einem Durchmesser von 5 cm, einer Länge von 75 cm, versehen mit einem tangentialen Eintritt mit rechteckigem Querschnitt (2,5 cm x 1,3 cm, die größte Seite ist parallel zur Achse (X)), mit einem schraubenförmigen Dach und einem Stabilisationskonus von 6 cm Höhe.
Kammer (2): Ls = 12,5 cm, der Austritt der Abzugsleitung befindet sich unter 55 cm vom äußersten Niveau des tangentialen Eintritts (Seite L&sub2; beträgt 42,5 cm). Der Außendurchmesser der Kammer (2) liegt bei 2,5 cm und sein Innendurchmesser bei 2,3 cm.
Kammer (3): zylindrisch, von einem Durchmesser von 30 cm, Höhe 1,2 m.
Der Volumendurchsatz Q&sub2; des Gas-/Katalysatorgemisches MA, das eintritt, liegt bei 8,3 x 10&supmin;³ m³/s, was eine Oberflächengeschwindigkeit von 25 m/s für die leichte im Gemisch MA vorhandene Phase am Eintritt der Separator-Extraktionsvorrichtung bedeutet. Verschiedene Versuche wurden durchgeführt, der Durchsatz an leichter Extraktionsphase LB (an Volumen Q&sub1;) hat zwischen 0,5 bis 15 % des Durchsatzes Q&sub2; variiert. Unter diesen Bedingungen liegt die Durchgangsgeschwindigkeit im Umfangsraum (11) unter 20 cm/s.
Die folgenden Ergebnisse wurden mit Katalysator FCC vom mittleren Durchmesser von 65 Mikrometer unter Umgebungsbedingungen von Temperatur und Druck erhalten. Die leichten Phasen LA und LB sind Luft.
Sie zeigen, daß eine solche Separator-Extraktionsvorrichtung vollständig betriebsfähig ist, da in dem Gebiet des Durchsatzes der Phase LB, im Gegenstrom eininjiziert (siehe das Verhältnis Q1/Q2, das unseren Erfahrungen entspricht) die Trennausbeute relativ wenig fällt.
Lo = Massenverhältnis Feststoff zu Gas im Gemisch MA.
Pa = Druck oberhalb von (4).
Pd = Druck am Austritt der Abzugsleitung (6) für die leichte Phase.
Man sieht also, daß die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung größere Vorteile gegenüber den verschiedenen in der Literatur vorgeschlagenen Geräten aufweist. Sie ermöglicht es, eine rasche Trennung, eine Extraktion an verdünnter Phase und eine tiefgehende Extraktion an dichter Phase auszuführen.

Claims

1. Im Gleichstrom betreibbare Zyklonseparator-Extraktionsvorrichtung zur Trennung eines Gas-/Feststoffgemisches MA, das wenigstens eine dichte Phase DA und eine leichte Phase LA umfaßt, in wenigstens eine dichte Phase und wenigstens eine leichte Phase, unter Extraktion der durch den Feststoff sorbierten Gase, wobei die Separator-Extraktionsvorrichtung umfaßt:

- eine Kammer (1), die sogenannte erste äußere Kammer von einer Gestalt, die länglich längs einer Achse (X) ist, von einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt vorn Innendurchmesser D&sub1; und von der Länge L&sub1;, die an einem ersten Ende Mittel zum Einführen des Gemisches MA über einen sogenannten äußeren Eintritt (4) aufweist, wobei diese Mittel es ermöglichen, wenigstens der leichten Phase LA eine Spiralbewegung in der Strömungsrichtung des Gemisches MA in dieser Kammer zu erteilen,

- eine sogenannte innere Kammer (2) von längs der Achse (X) länglicher Gestalt mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt vorn Durchmesser D&sub2; kleiner D&sub1;, von der Länge L&sub2; kleiner L&sub1;, deren Ende nahe am äußeren Eingang (4), der unter einer Entfernung Ls kleiner L&sub1; vom äußeren Niveau des äußeren Eingangs (4) angeordnet ist, den sogenannten inneren Eingang (5) bildet, über den wenigstens ein Teil der leichten Phase LA eindringt, wobei diese Kammer durch wenigstens eine Leitung (6) verlängert ist, die den Abzug der abgetrennten leichten Phase LA von der ersten äußeren Kammer nach außen ermöglicht,

- eine sogenannte zweite äußere Kammer (3) die eine im wesentlichen vertikale Symmetrieachse aufweist, die mit dieser ersten Kammer über eine Öffnung vorn Durchmesser D1 verbunden ist, wobei diese zweite Kammer die dichte abgetrennte Phase DA sammelnde Kammer Mittel (10) zur Injektion einer leichten Extraktionsphase LB aufweist, wobei die Injektion im Gegenstrom zur Strömung der dichten abgetrennten Phase stattfindet und wenigstens zum Teil in dieser dichten Phase stattfindet, die wenigstens zum Teil fluidisiert ist, und wenigstens einen Ausgang (12) zur Rückgewinnung der dichten wenigstens zum Teil desorbierten Phase DA umfaßt.

2. Separator-Extraktionsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der diese äußere Kammer (3) in der Verlängerung dieser ersten äußeren Kammer gemäß der Achse (X) angeordnet ist.

3. Separator-Extraktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche&sub1; bei der die zweite äußere Kammer (3) eine längs einer Achse längliche Gestalt aufweist und von einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt vorn Durchmesser D größer D&sub1; ist.

4. Separator-Extraktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein zylindrisches vertikales in der Achse der zweiten äußeren Kammer (3) angeordnetes Bohrloch (12) den Ausgang der dichten Phase bildet.

5. Separator-Extraktionsvorrichtung nach einem der vohergehenden Ansprüche, bei der die dichte Phase über ein Freisetzungsbohrloch austritt.

6. Separator-Extraktionsvorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Mittel zur Injektion der dichten Fluidisierungsphase im Freisetzungsbohrloch vorgesehen sind.

7. Separator-Extraktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Mittel (10) zur Injektion der leichten Extraktionsphase gebildet werden durch einen gegen die Achse der zweiten Kammer (3) zentrierten Kranz, der mit gegen die Öffnung (7) gerichteten Öffnungen versehen ist.

8. Separator-Extraktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die im übrigen Mittel (40) zur Injektion der leichten Extraktionsphase oberhalb des Bettes der dichten Phase und im Gegenstrom zur Strömung der dichten abgetrennten Phase aufweist.

9. Separator-Extraktionsvorrichtung nach einein der vorhergehenden Ansprüche, Mittel (32) umfassend, um die Verteilung der dichten abgetrennten Phase zu vergleichmäßigen, die in der zweiten äußeren Kammer (3) ankommt und um die wandströmung der Feststoffe zu brechen.

10. Separator-Extraktionsvorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Mittel (32) durch Schaufeln gebildet sind.

11. Separator-Extraktionsvorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Schaufeln an der Außenwand der Innenkammer (2) befestigt sind.

12. Separator-Extraktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Leitung(en) (6) derart angeordnet sind, daß die leichte Phase in einer im wesentlichen axialen Richtung, bezogen auf die erste äußere Kammer (1) abgezogen wird.

13. Separator-Extraktionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der die Leitung(en) (6) derart angeordnet sind, daß die leichte Phase in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Achse der ersten äußeren Kammer (1) abgezogen wird.

14. Separator-Extraktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Mittel zum Einführen des Gemisches MA gebildet sind durch einen Eintritt (4) tangential zur Kammer (1).

15. Separator-Extraktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Einführungsmittel für das Gemisch MA in dem Eintritt (4) angeordnete Schaufeln (26) umfassen.

16. Separator-Extraktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Einführungsmittel für das Gemisch MA ein spiralförmiges Dach umfassen.

17. Separator-Extraktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einen Wirbelstabilisierungskegel (31) umfassend, der in Höhe des Eintritts (4) längs der Achse gegenüber dem Eintritt (5) angeordnet ist.

18. Separator-Extraktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kammer (3) Mittel umfaßt, die darauf abzielen, die Kontaktierung zwischen der leichten Phase LB und der dichten Phase DA zu verbessern.

19. Verwendung einer Separator-Extraktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf die Schnelltrennung - ausgehend von einem eine dichte Phase DA und eine leichte Phase LA umfassenden Gemisch MA - der dichten Phase und der leichten Phase sowie zur Extraktion der durch diese dichte Phase DA adsorbierten Produkte.

20. Verwendung nach Anspruch 19, bei der das zu trennende Gemisch ein Gemisch ist, das aus einer chemischen Reaktion stammt und wenigstens eine zu dieser Reaktion beitragende Phase umfaßt.