DE886445C - Vorrichtung zur Behandlung von Gasen in Gegenwart von feinverteilten Kontaktstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Reaktionskammern, in welchen gas- oder dampfförmige Reaktionsteilnehmer mit feinverteilten Feststoffen in Berührung treten, welche sich in einem dichten, flüssigkeitsähnlichen Zustand befinden; insbesondere betrifft die Erfindung neuartige Einlaßvorrichtungen, die eine gleichmäßige Verteilung des aus feinverteilten Feststoffen und Reaktionsteilnehmern bestehenden Beschickungsgutes über

ίο den gesamten Querschnitt der Reaktionskammer sicherstellen.

In den vergangenen Jahren hat sich ein Verfahren herausgebildet, welches man im allgemeinen als Arbeiten im flüssigkeitsähnlichen Zustand bezeichnet. Hierbei werden die feinverteilten festen Teilchen des Katalysators in einem. Strom von dampfförmigen Reaktionsteilnehmern durch eine Reaktionszone geführt. Diese Technik läßt sich auf viele katalytische Reaktionen anwenden, und wenn auch die vorliegende Erfindung nur in Verbindung ao mit der katalytischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen beschrieben wird, so beschränkt sie sich doch nicht hierauf, sondern kann auch bei anderen katalytischen Umwandlungen von Kohlenwasserstoffen oder anderen Kontaktverfahren angewendet werden, wenn es erwünscht ist, die Dämpfe oder Gase und feinverteilten Kontaktfeststoffe in einer Reaktionskammer gleichmäßig zu verteilen.

Bei dieser Technik werden die dampfförmigen Reaktionsteilnehmer mit den Katalysatorteilchen dem Boden einer Reaktionskammer zugeführt, strömen in dieser aufwärts und werden dann durch

Abscheidungsvorrichtungen abgezogen, in welchen die Kontaktstoffe von den dampfförmigen Reaktionsprodukten getrennt und dem Reaktionsgefäß nach einer Regeneration wieder zugeführt werden. In einer verbesserten Form des Verfahrens werden Katalysator und Reaktionsteilnehmer der Kammer fortlaufend zugeführt. Die Geschwindigkeit der Kohlenwasserstoffdämpfe wird so eingestellt, daß ein dichtes, trockenes, flüssigkeitsähnliches Katalysatorbett .gebildet wird. Dieses Bett ist im unteren Teil der Kammer angeordnet und wird von einer verdünnten Phase, die verhältnismäßig frei von Katalysatorteilchen ist und den oberen Teil der Kammer einnimmt, überlagert. Die Reaktionsprodukte werden vom Kopf der Kammer abgezogen und durch Cyclonabscheider oder entsprechende Vorrichtungen geführt, um den mitgerissenen Katalysator zu entfernen. Der Katalysator wird gesondert direkt aus dem Bett der dichten Phase abgezogen, in einen Regenerator geführt, in welchem die kohlenstoffhaltigen Niederschläge verbrannt werden und dann dem Reaktionsgefäß im Rücklauf wieder zugeführt.

In einer großtechnischen Spaltanlage, die für einen Durchsatz· von etwa 6360 cbm Gasöl je Tag bestimmt ist, hat die Reaktionskammer einen Durchmesser von etwa 9,1 m und enthält ein dichtes nüssigkeitsähnliches Bett von Kontaktstoffen von einer Höhe von etwa 4,5 bis 6 rn. In einer derartigen Anlage wird der Katalysator im Kreislauf von Reaktionskammer durch den Regenerator und wieder zurück in die Reaktionskammer geführt, und zwar mit einer Geschwindigkeit von etwa 60 t je Minute.

Für den Betrieb einer derartigen Spaltanlage ist es erwünscht, wenn nicht sogar wesentlich, die Dämpfe und das Katalysatorgemisch gleichmäßig über den gesamten Querschnitt der Reaktionskammer zu verteilen und ebenso Luft und ver- brauchtes Katalysatorgemisch über den gesamten Querschnitt des. Regenerationsbehälters. Eine schlechte Verteilung des Spaltgutes und des Katalysators in der Reaktionskammer beeinflußt die Verteilung des Endproduktes. Eine schlechte Verteilung des verbrauchten Katalysators und der Luft oder des Regenerationsgases im Regenerator könnte zu einer langsameren Kohlenstoffverbrennung je Kubikmeter führen und dadurch größere Behälter erforderlich machen. Es sind zwar Verteilernetze im unteren Teil der Reaktionskammer

·- und des Regenerationsbehälters angeordnet, aber sie reichen nicht aus, um die großen Materialdurchsätzö gleichförmig über den gesamten Querschnitt der Reaktionskammer und des Regenerationsbehälters zu verteilen.

Die Erfindung zielt auf Einlaßvorrichtungen ab, welche .große Materialmengen gleichmäßig über den gesamten Querschnitt der großen Reaktionskammern verteilen. Die Einlaßvorrichtungen ver- hindern außerdem die Teilchen des festen Kataly-

■ · sators, in die Zuführungsrohre- zurückzufallen. Weitere Zweckangaben und Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.

Gemäß der Erfindung wird ein sich nach unten verjüngender Verteilerkegel über dem Auslaßende der Zuführungsrohre unterhalb des Verteilernetzes im Boden teil der Reaktionskammer angeordnet. Der Zwischenraum zwischen Zuführungsrohr und Verteilerkegel und zwischen dem kegelförmigen Bodenteil des Gefäßes und der Kegelwand des Verteilers sind so bemessen, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Zuführungsgutes an allen Punkten etwa gleich und ungefähr gleich der Eintrittsgeschwindigkeit ist. Durch die verhältnismäßig hohe Geschwindigkeit an allen Stellen kann der Katalysator nicht in das Zuführungsrohr zurückfließen. Der sich nach unten verjüngende Verteilerkegel lenkt die einströmenden Dämpfe gegen die Außenwand der Kammer, wo der größte Teil des Behälterraumes liegt, und stellt dadurch eine gute Verteilung der Dämpfe über den größeren Teil des Kammerquerschnittes sicher.

Die Erfindung ist in der Zeichnung erläutert. In dieser bedeutet

Fig. ι eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig·. 2 eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer anderen Reaktionskammer, welche ebenfalls mit einem Verteilerkegel gemäß der Erfindung ausgestattet ist.

Gemäß Fig. 1 'besteht die Reaktionskammer aus einem oberen halbkugelförmigen Dom 6, einem großen, zylindrisch ausgebildeten.Teil 7, einem abgestumpft kegelförmigen Teil 8, einem verhältnismäßig kleinen, zylindrisch ausgebildeten Teil 9 und einem kegelförmigen Boden teil 10. Es ist mit zwei Zuführungsrohren 11 und 11' zur Einführung des Gemisches der Reaktionsteilnehmer und der Katalysatorteilchen ausgerüstet. Der Katalysator wird der Zuleitung 11 aus einem Standrohr 12 od. dgl. 1°° zugeführt. Dieses ist so hoch, daß es einen ausreichenden statischen Druck erzeugt, um den Katalysator in die Reaktionskammern zu fördern. Am unteren Ende des Standrohres ist ein Schiebeventil 13 od. dgl. zur Regelung der Zuführungsgeschwin- i°5 digkeit des Katalysators vorgesehen. Ein ähnliches Standrohr mit Schieber ist zur Zuführung des Katalysators in die Leitung ii' vorgesehen.

Das Reaktionsgut wird in verdampfter oder in flüssiger Form der Rohrleitung 11 zugeführt und "« trägt die festen Teilchen des Katalysators suspendiert in die Einlaßkammer 14, welche aus einer nach oben kegelförmig geöffneten Wand 15 und einem Verteilernetz oder einer durchlochten Verteilerplatte 16 an ihrem oberen Ende besteht. Die Auslaßenden der Zuführungsrohre 11 und 11' sind zweckmäßig nach oben kegelförmig erweitert, wie bei 17 gezeichnet. Zentral über ihnen ist ein Verteilerorgan 18 in Form eines sich nach unten verjüngenden Kegels angeordnet. Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, sind die Wände dieses Verteilerkegels so angeordnet, daß zwischen ihnen und den ebenfalls kegelförmig geöffneten Auslaßenden der Zuführungsrohrei 11 und 11' ein gleichmäßig starker Zwischenraum entsteht. Wie in Fig. 2 dargestellt und unten näher beschrieben wird, können die

Zwischenräume zwischen den Verteilerkegeln und den kegelförmig ausgebildeten Auslaßenden der Zuführungsrohre so bemessen sein, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Dämpfe konstant bleibt S und etwa gleich ihrer Eintrittsgeschwindigkeit ist, damit nicht die Festteilchen des Katalysators in das Zuführungsrohr zurückfallen. Am Scheitel des Verteilerkegels 18 ist eine Öffnung 19 vorgesehen, um die Ansammlung von Katalysator im Kegel zu verhindern.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung hat die Reaktionskammer sowie die zentral in der Reaktionskammer angeordnete durchlochte Verteilerplatte oder das Netz 16 einen kreisförmigen Querschnitt." Der Durchmesser des Verteilernetzes 16 ist kleiner als der Innendurchmesser der Reaktionskammer an ihrem kleineren zylindrischen Teil 9. Dadurch wird außen ein kreisförmiger Durchlaß für die Entfernung des Katalysators aus dem unteren Teil der Reaktionskammer geschaffen.

Die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen,

in der Reaktionskammer 5 aufwärts strömenden Gutes \vird zweckmäßig so eingestellt, daß die Festteilchen des Katalysators ein dichtes, flüssigkeitsähnliches Bett 20 von der Höhe 21 bilden. Die dieses dichte Bett 20 verlassenden dampfförmigen Reaktionsprodukte enthalten noch eine kleine Menge fester Kontaktteilchen, welche im oberen Teil der Reaktionskammer 5, d. h. in den oberen Teilen des großen zylindrischen Teiles 7 und in dem mit 6 'bezeichneten domförmigen oberen Teil der Reaktionskammer, eine mit 22 bezeichnete verdünnte Phase oder Suspension bilden.

Die Reaktionsprodukte mit den mitgerissenen Kontaktteilchen werden durch Abscheidungsvorrichtungen 23 geführt, die im oberen Teil der Reaktionskammer angeordnet sind. Diese Vorrichtungen, welche aus einem Cyclonabscheider od. dgl. bestehen können, trennen den größten Teil der mitgeführten Katalysatorfeststoffe von den dampfförmigen Reaktionsprodukten. Die festen Katalysatorteilchen, die in den Cyclonabscheidern 23 abgetrennt werden, werden durch die in das -dichte Bett 20 eintauchenden Rohre 24 in dieses Bett 20 zurückgeführt. Bei 25 können Klappen zur Steuerung des Rückflusses der Kontaktstoffe in das dichte Bett und bei 26 Dampfeinlaßröhre vorgesehen werden, um die abgeschiedenen Kontaktstoffe in den flüssigkeitsähnlichen Zustand zu überführen. Die dampfförmigen Reaktionsprodukte werden nach dem Verlassen derAbscheidungsvorrichtungen23 vom Kopf der Reaktionskammer durch Rohrleitung 27 abgezogen und können in geeignete Rückgewinnungsund Weiterverarbeitungsanlagen geführt werden.

Die Entfernung der, Kontaktstoffe aus der dichten Phase oder dem Bett 20 erfolgt durch die mit 28 bezeichnete Abstreifzone, welche von der Innenwandung des unteren zylindrischen Teils 9 der Reaktionskammer und der konzentrisch und senkrecht angeordneten Muffe 29 von geringerem Durchmesser gebildet ist. Diese Muffe umschließt die durchlochte Verteilerplatte oder Netz 16 und überragt es etwas nach oben und nach unten,. Das obere Ende der kegelförmigen Wandung 15 der Einlaßkammer 14 wird zweckmäßig mit der Verteilerplatte 16 sowie mit der Muffe 29 fest verbunden, z. B. durch Schweißung. Mit dem Boden der Muffe 29 ist eine kegelförmige Abschlußplatte 30 zur Verringerung des wirksamen Raumes unterhalb der Einlaßkammer 14 vorgesehen. Diese kegelförmig angeordnete Platte 30 ist im wesentlichen in gleichmäßiger Entfernung von dem unteren kegelförmigen Teil 10 der Reaktionskammer angebracht und mit der Öffnung 31 ausgestattet. Ein Dampfzuführungsrohr 32 ist vorgesehen, um Dampf oder anderes Reinigungsgas der durch die Wandungen 15, 29 und 30 gebildeten Kammer 33 zuzuführen, um die Anhäufung von Kontaktteilchen in ihr zu verhindern.

Der zwischen der Innenwandung des zylindrischen Teils 9 und der ebenfalls zylindrischen Muffe 29 gebildete ringförmige Zwischenraum 28 ist in eine Anzahl von langen engen Abstreifzonen mit Hilfe von radial angeordneten Platten unterteilt, deren obere Ränder am oberen Ende der Muffe 29 mit 35 und deren untere Enden, welche am Boden der Muffe 29 oder unterhalb desselben angeordnet sind, mit 36 bezeichnet sind. Die Zahl der Radialplatten und demgemäß die Zahl der Abstreifzonen kann je nach Wunsch wechseln. Am Boden jeder dieser Ab-Streifzellen sind Einlasse 37 zur Zufuhr von Dampf oder anderen Abstreifmedien vorgesehen. Die Abstreifzellen sind zweckmäßig mit geeigneten Ablenkplatten 38 und 39 versehen, um die Vermischung oder den Kontakt zwischen dem nach oben strömenden Abstreif- oder Reinigungsgas und dem nach unten strömenden verbrauchten oder vergifteten Kontakt zu erhöhen. Nach Wunsch können eine oder mehrere Abzugszellen 40 angeordnet werden, um die Dämpfe aus dem kegelförmigen Ringstück 42 zu entfernen, welche eingeleitet werden, um den Katalysator in diesem kegelförmigen Ringstück oder im Standrohr 43 in den nüssigkeitsähnlichen Zustand zu überführen, oder welche bei Spaltverfahren durch Entgasung des verbrauchten Katalysators gebildet werden. Die Abzugszellen 40 sind mit Einlassen 44 zur Zuführung von Dampf oder anderem Gas ausgerüstet und erstrecken sich, wie in der Figur eingezeichnet, weit über den höchsten Stand 21 des Bettes der dichten Phase.

Damit der Katalysator durch die verschiedenen Abstreifzellen gleichmäßig strömt, kann am Boden jeder Abstreifzelle eine Drosselscheibe 41 vorgesehen sein. Die Öffnungen in diesen Platten sind so gehalten, daß ein Druckabfall von 0,034 bis 0,136 kg/cm² erfolgt. An Stelle einer öffnung am Boden der Abstreifzellen können diese bis über die Oberfläche des Bettes der Dichtphase geführt werden, und die Steuerung des Katalysatorstromes aus dem dichten Bett in die einzelnen Abstreifzellen kann durch eine öffnung erfolgen; es können auch beide Vorrichtungen miteinander kombiniert sein.

Die aus den Abstreifzellen abfließenden Katalysatorteilchen fließen in dem kegelförmigen Ringstück 42 nach unten und weiter in das Standrohr 43, welches zu einem Regenerator od. dgl.

führt, in welchem der verbrauchte, abgestreifte Katalysator in an sich bekannter Weise wiederbelebt wird.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform des in einer Reaktionskammer angeordneten, sich nach unten verjüngenden kegelförmigen Verteilers abgebildet. Diese eignet sich insbesondere für die Regeneration von feinverteilten Kontaktstoffen. Der Reaktionsbehälter besteht aus einem zylindrisch

ίο gehaltenen Hauptteil 51, einem domförmigen Oberteil 52 und einem Bodenteil 53 in Form eines sich nach unten verjüngenden Kegels. Ein Einlaßrohr 54 ist mit dem Boden des Reaktionsbehälters verbunden und dient der Zuführung von Katalysator und Rea'ktionsteilnehmer oder Reaktionsgas. Im unteren Teil des Reaktionsbehälters ist eine durchlochte Verteilerplatte oder Netz 55 angeordnet.

Um die Verteilung des zugeführten Katalysators und der Reaktionsteilnehmer bzw. des Regenerationsgases über den gesamten Querschnitt des Behälters sicherzustellen, ist zentral über dem Auslaßende des Zuführungsrohres 54 ein Ablenkorgan 56 in Gestalt eines sich nach unten verjüngenden Kegels angeordnet. Am Scheitel dieses Ablenk-

organs ist die öffnung 57 angebracht, um eine Anhäufung von Katalysator in seinem Innern zu vermeiden. Der Abstand zwischen dem Zuführungsrohr 54 und dem kegelförmigen Ablenkorgan 56 und zwischen den Wandungen dieses Ablenkorgans 56 und der Behälterwandung 53 ist so bemessen, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Dämpfe an allen Punkten im wesentlichen gleich und ungefähr gleich der Zuführungsgeschwindigkeit ist. Da an allenPunkten eine verhältnismäßig hohe Strömungsgeschwindigkeit herrscht, kann der Katalysator nicht in die Zuführungsleitung fallen. Der Verteilerkegel lenkt die einströmenden Dämpfe oder Gase gegen die Wandung des Behälters, an welcher der größere Teil des Rauminhalts des Reaktionsbehälters liegt, und verhindert dadurch wirksam eine Lokalisierung und ein Heraufschießen von Gasen durch die Mitte des Reaktionsgefäßes.

Die Kontaktteilchen sammeln sich als dichtes, flüssigkeitsähnliches Gut auf der Verteilerplatte 55,

und der Katalysator wird von diesem Bett direkt in die Behälter 58 und 59 abgezogen, welche die Einlasse für die Rohrleitungen 60 und 61 für regenerierten Katalysator bilden. Die Reaktionsgase werden aus dem oberen Teil des Reaktions-

behälters aus der verdünnten Phase abgezogen, und zwar durch die Auslaßöffnungen 62, und von dort in die Cyclonabscheider 63, 64 und 65 geführt, in denen im wesentlichen der gesamte mitgeführte Katalysator ausgeschieden wird, während die Gase von der letzten Cyclonstufe in die Ableitung 66 und von dort ins Freie geleitet oder, nach Wunsch, der Weiterbehandlung zugeführt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Behandlung von gas- oder dampfförmigen Reaktionsteilnehmern in Berührung mit feinverteilten Kontaktstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil einer senkrecht angeordneten Reaktionskammer eine horizontal angelbrachte durchlochte Verteilerplatte und im oberen Teil der Kammer ein Auslaß für gasförmige Reaktionsprodukte, vorgesehen ist und mit dem Boden der Reaktionskammer ein senkrecht angeordnetes Zuführungs- rohr zur Einführung der dampfförmigen Reaktionsteilnehmer und der feinverteilten Feststoffe verbunden ist, derart, daß dieses Rohr unterhalb der durchlochten Verteilerplatte endet und sich unmittelbar über seinem Auslaßende ein Verteiler in Form eines sich nach unten verjüngenden Kegels angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil der Reaktionskammer eine Einlaßkammer für die Reaktionsteilnehmer und die Feststoffe vorgesehen ist, deren Wände aus einer rohrförmigen Muffe bestehen, deren Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Kammer ist, derart, daß ■sie in gleichbleibendem Abstand von den Innenwandungen der Kammer angeordnet und mit der horizontal angeordneten Verteilerplatte fest verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einführung der dampfförmigen Reaktionsteilnehmer und der Feststoffe ein Paar senkrechter Zuführungsrohre vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Verteilerkegel und dem Auslaßende des· Zuführungsrohres und dem Boden der Reaktions-

" kammer so bemessen wird, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Gases im wesentlichen gleich der Zuführungsgeschwindigkeit ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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