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Vorrichtung zum Verteilen eines Mediums in einer eine Reaktionsvorrichtung fallenden Kontaktmasse.
Zur Verteilung von Medien in einer Kontaktmasse zum Zwecke einer Reaktion oder einer Regenerierung dieser Masse-welche Vorgänge unter Freiwerden von Wärme vor sich gehen können- wurden bereits (österr. Patentschrift Nr. 124734) Vorrichtungen vorgeschlagen, die beiderseits eines Raumes für die Kontaktmasse Zuström-und Abströmkammern aufweisen, wobei das für die Regenerierung zu verteilende Medium durch eine Reihe von Brausen eingelassen wird, die innerhalb der Masse in geeigneter Weise verteilt oder eine jede in einer Entspannungskammer mit gelochten Wänden angeordnet sind. Die Masse befindet sich hiebei beiderseits dieser Kammern.
Zur Verteilung von Medien im Innern einer mit einer Kontaktmasse gefüllten Reaktionsvorrichtung sind ferner bereits Verteilerelemente bekannt, die aus zwei gleichachsigen, gelochten Rohren bestehen, deren inneres zum Einlass des Mediums in das Verteilerelement und deren äusseres zum Einführen des Mediums in die Kontaktmasse dient. Bei dieser bekannten Bauart besitzt das äussere, an seinen beiden Enden geschlossene Rohr ausschliesslich an seinem oberen Teil Lochungen zum Austritt des Mediums, das im Ringraum zwischen beiden Rohren im Gegenstrom zu dem durch das in seinen unteren Teil gelochte innere Rohr zufliessenden Medium zirkuliert. Hiebei wird das Medium in die Kontaktmasse lediglich oberhalb derselben bzw. in ihre Oberflächenschichte eingeführt.
Gemäss der Erfindung wird ein kontinuierlicher und vollständiger Wärmeaustausch zwischen dem zu verteilenden Medium und der Kontaktmasse sowie gleichzeitig eine gleichmässige Verteilung des Mediums über die gesamte Höhe der Kontaktmasse dadurch erzielt, dass das äussere Rohr-und gegebenenfalls auch das innere Rohr-über seine ganze Länge gelocht ist, wobei vorzugsweise das innere Rohr durch den Boden des Aussenrohres geschlossen ist. Durch die regelmässige Verteilung des im Ringraum zwischen beiden Rohren gleichmässig erwärmten Mediums in der Kontaktmasse wird jegliche örtliche Überhitzung zufolge der exothermischen Reaktionen, anderseits aber auch jede örtliche Abkühlung durch das verteilte Medium verhindert.
Diese Vorteile kommen insbesondere dann zum Ausdruck, wenn-wie bei gewissen Regenerierungsvorgängen-ein nicht vorgewärmtes Medium von normaler Temperatur eingebracht wird.
Die gleichachsigen Rohrelemente stellen Einheiten dar, die leicht in die Reaktionsvorriehtung und in die Kontaktmasse eingebracht, befestigt und repariert werden können. Diese Elemente können in Form einer Batterie von Elementen auf einem gemeinsamen zum Einbringen des Mediums dienenden Sammler oder auf einem ähnlichen Sammlerelement angeordnet sein, mit dem sie ein Stück bilden oder auf dem sie mittels geeigneter Verbindungen befestigt sein können.
In der Zeichnung sind mehrere beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 ist ein lotrechter Schnitt durch die Reaktionskammer, Fig. 2 ist ein teilweiser Längsschnitt nach der Linie il-11 der Fig. 1. Die Fig. 3-6 zeigen im lotrechten Schnitt drei weitere Ausführungsformen. Fig. 6 ist ein Querschnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 3. Die Fig. 7-14 zeigen Einzelheiten, die an jeder der vorhergehenden Ausführungsformen anwendbar sind. Fig. 8 ist ein Schnitt nach der Linie VIII-VIII der Fig. 7, Fig. 10 ein Schnitt nach der LinieX-X der Fig. 9, Fig. 12 ein Schnitt nach der Linie XII-XII der Fig. 11 und Fig. 14 ein Schnitt nach der Linie XIV-XIV der Fig. 13.
Die Fig. 15-18
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zeigen zwei weitere Ausführungsforjnen einer Reaktionskammer, Fig. 16 ist ein Schnitt nach der Linie XVI-XVI der Fig. 15, Fig. 18 ein Schnitt nach der Linie XVIII-XVIII der Fig. 17. Fig. 19 ist ein Längsschnitt durch ein Verteilerelement, die Fig. 20,21 sind Schnitte nach den Linien XX-XX bzw. XXZ-XXI der Fig., 19.
In den Fig. 1 und 2 bezeichnet a ein die Reaktionskammer bildendes Gehäuse, in dem oberhalb eines gelochten Doppelbodens al eine Kontaktmasse b oder ein geeigneter Katalysator, z. B. in Gestalt von Körnern oder kleinen porösen Formkorpern-angeordnet ist. Die Reaktionskammer kann durch lotrechte Teilwände a2 unterteilt sein, in denen oberhalb der Masse b sowie unterhalb des Doppelbodens al Verbindungsöffnungen a3 a4 vorgesehen sind. Die Reaktionskammer a besitzt in bekannter Weise oben und unten Rohransätze o, , von denen der eine a während der Verwendung der Kammer für eine Reaktion zum Einbringen der zu behandelnden Gase, der andere a6 zum Auslassen derselben dient.
Während der Reaktivieruhg bzw. Regenerierung dienen beide Rohransätze zum Auslassen der bei der Regenerierung entstehenden Gase.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kammer a durch ein Parallelepiped gebildet, dessen Querschnitt die Form eines länglichen Rechteckes hat (Fig. 2). Die gemäss der Erfindung ausgebildeten Verteilerelemente sind entlang der Längsmittelebene des Gehäuses verteilt. Jedes Element umfasst ein gelochtes Innenrohr c zum Einlass des regenerierenden Mediums. Dieses Rohr kann mittels eines Nippels cl mit dem allen Elementen gemeinsamen Einlasssammler e verbunden werden. Das Rohr c, dessen Lochungen c1 passende Abstände voneinander aufweisen, ist von einem gleichachsigen, mit Lochungen (P versehenen Rohr d umschlossen, das an beiden Enden verschlossen ist.
Beide Rohre stehen bloss durch die Loehungan el des Innenrohres in Verbindung, wobei das innere Ende c2 des Rohres c an dem Rohr d angelötet und so durch den Boden d2 des letzteren abgeschlossen sein kann.
Zwecks Einführens eines jeden Rohrelementes in das Gehäuse a können an der Wand desselben Rohrstutzen all vorgesehen sein, die mit Gewinde zur Aufnahme einer Mutter a9 versehen sind, die mit einem Dichtungsring a eine gasdichte Verbindung bildet. Die Elemente können jedes für sich an dem Sammler e befestigt und ebenso für sich abgenommen werden. In gleicher Weise können sie in dem Gehäuse montiert und aus diesem herausgezogen werden. Die-Elemente können jedoch auch gemeinsam in Form einer Batterie, die aus am Sammler angeschlossenen Rohren besteht, montiert und abgenommen werden.
Es ist offensichtlich, dass das regenerierende Medium, das durch den Sammler e und die gelochten
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zwischen c und d verteilt, wobei jeder Teil dieses Raumes zweckmässig von einem. Teil der Gesamtmasse des in das Innenrohr eingetretenen Gases gespeist wird.
Wie bereits erwähnt, soll bzw. kann aus Gründen des Freiwerdens von Wärme zufolge der exothermischen Reaktion das regenerierende Medium ohne vorherige Erwärmung eingelassen werden (was überdies erhöhte Wirtschaftlichkeit mit sich bringt), wobei das genannte Medium gegebenenfalls mittels eines inerten Gases verdünnt sein kann. Diese Erwärmung geht im Ringraume zwischen den Rohren c, d vor sich, u. zw. auf Kosten der von der zu reaktivierenden Masse b abgegebenen'Wärme.
Da keine örtliche Abkühlung entstehen kann, wird die Temperatur im Durchschnitt gleichmässig innerhalb der gewünschten Grenzen erhalten. Diese Wirkung wird auf besonders praktische Weise mittels in der Herstellung wohlfeiler und leicht montierbarer bzw. abnehmbarer Elemente erreicht.
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die gleichachsigen Rohrelemente an einen ausserhalb der Reaktionskammer befindlichen Sammler angeschlossen.
Diese Ausführungsform erweist sich in dem Falle als ungünstig, wo dieselben Elemente abwechselnd zum Einlass der zu behandelnden Medien und des regenerierenden Mediums verwendet werden. Zur Einführung des zu behandelnden Mediums ist ein Sammler vorteilhaft, der innerhalb der Reaktionsvorrichtung liegt ; damit anderseits in diesem Falle bei der Regenerierung zwischen der Katalysatormasse und diesem Sammler kein Temperaturaustausch durch Strahlung stattfinde, ist es wünschenswert, dass der Sammler von der freien Oberfläche der Masse in der Reaktionskammer getrennt und entfernt angeordnet sei.
Die Fig. 3-6 zeigen'eine Ausführungsform der Erfindung, die diesen Bedingungen dadurch entspricht, dass die Verteilerelemente an einen Sammler angeschlossen sind, der Wände aus schlechten Wärmeleitern besitzt und innerhalb der Umhüllung der Reaktionskammer angeordnet ist. Bloss die Einlassenden der inneren Leitungen ragen über die Kontaktmasse hinaus und sind im Boden des Sammlers eingelassen, der im Innern der Umhüllung der Reaktionskammer angeordnet bzw. ausgebildet ist.
Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 3,4 und 5 besteht die Reaktionskammer a aus einem metallischen, beispielsweise zylindrischen Gehäuse und ist allseitig mit einer wärmeisolierenden Hülle/ umgeben. Die Kontaktmasse b ruht auf einem gelochten Boden aund die Einlass-und Auslasskammern für das Medium sind unterhalb des gelochten Bodens al bzw. oberhalb der Oberfläche der Kontaktmasse angeordnet.
Das wesentliche Merkmal der Reaktionsvorrichtung, die mit a. us gleichachsigen Rohren bestehenden Verteilerelementen ausgestattet ist, besteht darin, dass innerhalb des wärmeisolierten Behälters a selbst
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oder zumindest innerhalb einer den Behälter umgebenden Wärmeisoliermasse ein Sammler e angeordnet ist, in den die inneren Einlassrohre c der Verteilerelemente e, d münden.
Gemäss den Fig. 3 und 4 ist die Sammelkammer e unmittelbar innerhalb des Gehäuses a ausgebildet.
Diese Kammer kann einen Boden e2 besitzen, der z. B. aus einem mit Wärmeisolationsmasse gefüllten metallischen Gehäuse besteht. Die Sammelkammer wird von den Einlassenden der Innenrohre c der Verteilerelemente durchsetzt, während die gelochten Aussenrohre d zur Gänze in der Kontaktmasse eingebettet sind. Die Kammer e kann durch einen Teil e3 vervollständigt sein, der ein Gewölbe bildet und in ähnlicher Weise wie der Teil e2 ausgebildet ist. Der äussere Teil des Gewölbes e3 kann wie im Beispiel nach Fig. 3 durch den oberen Boden des Behälters a gebildet sein, oder es wird, wie Fig. 4 zeigt, ein vom Behälter unabhängiger Teil e3 vorgesehen, der einfach von einem Innenrand all des Behälters getragen wird.
Hiebei ist zwischen e3 und dem oberen Behälterboden ein Luftraum g gebildet.
In beiden Fällen umgibt eine Wärmeisolierhülle t die gesamte Reaktionskammer a und den inneren Einlasssammler e. Bei der abgeänderten Ausführungsform nach Fig. 5 ist der Sammler e vom Behälter a unabhängig und einfach in der Isolierhülle feingebettet.
Beim Beispiel der Fig. 3 können die aus gleichachsigen Rohren c, d bestehenden Verteilerelemente und der Boden e des inneren Sammlers eine Einheit bilden, indem die Einlassstutzen der Innenrohre c an beiden die Böden des Metallgehäuses e2 bildenden Platten angelötet werden.
Gemäss den Fig. 4 und 5 sind die Innenrohre c in die den oberen Boden von e2 bildende Platte eingeschraubt und an die untere Platte angelötet.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist der Umlauf der in der Reaktionskammer a zu behandelnden Gasmenge (die z. B. aus schweren Kohlenwasserstoffen gebildet sind, die gegebenenfalls mit Wasserdampf gemischt sind, zum Zwecke ihrer Umwandlung in Kohlenwasserstoffprodukte, die bei niedrigeren Temperaturen sieden als die Ausgangsprodukte) derselbe wie jener des regenerierenden Mediums, mit welcher die Kontaktmasse eine bestimmte Zeit hindurch behandelt wird, wenn sie verunreinigt oder verdorben ist bzw. um sie von Unreinigkeiten und zurückgehaltenen, wieder zu gewinnenden Stoffen zu befreien.
Das zu behandelnde Medium tritt durch den Rohrstutzen as über die mit einem Hahn hl versehene Leitung h, das regenerierende Medium gleichfalls durch den Rohrstutzen a5 über die mit einem Hahn i1 versehene Leitung i einz Der Austritt dieser Medien erfolgt durch einen Rohrstutzen a6 und durch die Leitungen j bzw k, die mit Hähnen il, ki versehen sind.
Die gleiche Anordnung findet sich im Beispiel nach Fig. 5.
Im Beispiel nach Fig. 4 treten die zu behandelnden Dämpfe bzw. ein Gas-Dampf-Gemisch unmittelbar oberhalb der Kontaktmasse b durch den Rohrstutzen < : ein. Letzterer mündet in die Leitung m, die beiderseits des Stutzens alt Hähne ml, m aufweist. Nach Durchtritt durch den gelochten Boden a1 ziehen die behandelten Gase durch den Stutzen a6 über den Hahn j1 und die Leitung j ab. Der Hahn kl in der Leitung k, ebenso der Hahn m2 ist hiebei geschlossen, der Hahn ml hingegen offen. Das regenerierende Medium tritt durch a5 in den Sammler e, der von der Kontaktmasse durch den wärmeisolierenden Boden e2 getrennt ist.
Es findet somit, ebenso wie beim vorhergehenden Beispiel, zwischen der Kontaktmasse b und der in e gesammelten Gasmenge kein direkter Wärmeaustausch statt. Nachdem das regenerierende Medium in bekannter Weise durch die inneren Leitungen der Verteilerelemente c, d verteilt ist, breitet es sich gleichmässig in der Kontaktmasse aus und zieht durch den gelochten Boden al, den Stutzen all, den Hahn kl und die Leitung k ab. Hiebei sind die Hähne 11, ml geschlossen. Ein zweiter Austritt ist möglich durch o über den Hahn M, der diesfalls offen ist.
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform der Verteilerelemente mit gleichachsigen Rohren.
Das Umhüllungsrohr d besitzt gleichmässig über die gesamte Rohrlänge verteilte Öffnungen d1.
Die Böden d2, d3 können durch an die Längswand angelötete Scheiben gebildet sein. Der obere Boden d3 ist anderseits an der Wand des Innenrohres c angelötet. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, können Distanzstüeke n vorgesehen sein, die einen regelmässigen Abstand zwischen den Rohren c und d aufrechterhalten und zweckmässig z. B. am Rohr c angelötet sind.
Die Fig. 9,10 zeigen gleichachsige Leitungselemente, die besonders in Verbindung mit sehr fein unterteilten Kontaktmassen anwendbar sind. Das Umhüllungsrohr d ist hier statt mit Lochungen mit Schlitzen d1 versehen, die über die ganze Rohrlänge gleichmässig verteilt sind und gleichmässige gegenseitige Abstände haben können. Sie können, wie aus der Zeichnung ersichtlich, waagrecht und in drei um 1200 versetzten Reihen angeordnet sein.
In dem Beispiel nach den Fig. 11-14 sind in dem Rohr d Löcher mit verhältnismässig grossem
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oder Schlitzen versehen sind. Im dargestellten Beispiel sind sie über eine gewisse Höhe mit Schlitzen versehen, die von einem ausgehöhlten, schalenförmigen Boden ausgehen (Fig. 13, 14).
Gemäss den Fig. 15 und 16 ist die Reaktionskammer im Wesen gleich der nach Fig. 3 ausgebildet.
Hierbesitzt jedoch der Sammler e, in den die Einlassstutzen der inneren Leitungen c der Verteilerelemente c, d, münden, einen unteren Boden, der aus einem metallischen, mit Wärmeisolationsmasse gefüllten Gehäuse e2 besteht, während der obere Boden des Sammlers durch einen Teil gebildet ist, der den Deckel der eigentlichen Reaktionskammer a darstellt.
Anderseits besteht der Doppelboden al, auf dem die Kontaktmasse b
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ruht, anstatt aus einer gelochten Platte, durch deren Öffnungen die Gase austreten, aus einer vollen Platte, in die eine Reihe von Rohren o eingelassen sind, die an ihrem unteren Ende offen, am oberen Ende geschlossen und über die ganze Länge mit Loehungen versehen sind, u. zw. in im Wesen gleichen Höhen wie die Lochungen der Aussenrohre d der Verteilerelemente e, d.
Fig. 16 zeigt eine beispielsweise Gruppierung der Rohre o gegenüber den Elementen e, d. -
Eine derart ausgebildete Reaktionskammer besitzt wie in dem Beispiel nach Fig. 3 zwei
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Die Kammer kann abwechselnd zur Behandlung'eines Gases oder Gas-Dampf-Gemisches und zur Reaktivierung bzw. Regenerierung der Kontaktmasse b Verwendung finden. Zur Behandlung eines Gases bzw. Gas-Dampf-Gemisches lässt man das Medium durch die Leitung h über den offenen Hahn h1 ein, während der Hahn il geschlossen ist. Das Medium wird durch die Stutzen der inneren Leitungen c verteilt, gelangt in die Ringräume zwischen den Rohren c und d und durchdringt sodann die Kontaktmasse entlang einer Reihe von parallelen Ebenen bzw. Schichten mit verhältnismässig geringen gegenseitigen Abständen. Die von der Reaktion stammenden Gase treten entlang derselben Schichten bzw.
Ebenen durch die in gleicher Höhe liegenden Öffnungen der Rohre o aus und fliessen durch den unteren Stutzen a6 und die Leitung ab, wobei der Hahn kl offen, der Hahn i1 geschlossen ist. Dank der Verwendung von Verteilerelementen mit gleichachsigen Rohren geht somit die Reaktion in der ganzen Masse gleichmässig, u. zw. bei praktisch konstanten Temperaturen, vor sich.
Wenn die Kontaktmasse nach einer Behandlungsperiode regeneriert werden soll, so schliesst man den Hahn h1 und bringt ein regenerierendes Mittel, z. B. Luft oder gegebenenfalls ein reinigendes Mittel, durch die Leitung i ein, wobei der Hahn i1 offen, der Hahn h1 geschlossen ist. Die von der Regenerierung herrührenden Gase treten durch den Stutzen a6 und die Leitung i aus, wobei der Hahn il offen, der Hahn k1 geschlossen ist.
Bei der abgeänderten Ausführungsform nach den Fig. 17 und 18 besitzt die Vorrichtung die gleiche Anzahl von Verteiler-und Austrittselementen, die beide gemäss der Erfindung durch gleichachsige Rohre gebildet sind. Wie Fig. 17 zeigt, sind hier zwei Sammler mit Isolierboden vorgesehen, welch letzterer durch ein metallisches, mit Wärmeisoliermasse gefülltes Gehäuse gebildet ist. Ferner ist eine doppelte Rohrleitung vorgesehen, die an die Stutzen a5, a6 angeschlossen ist und *die Speisung der Kammer abwechselnd von oben oder unten entweder mit zu behandelnden Medien oder mit regenerierenden bzw. reinigenden Mitteln gestattet.
Die zu behandelnden Medien oder die regenerierenden Mittel werden durch eine Reihe von Leitungen h oder h'bzw. i oder i'eingeführt, während die Reaktionsprodukte oder die bei der Regenerierung sich ergebenden Gase durch eine Reihe von Leitungen k oder k'bzw. i, oder l' austreten.
Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 19, 20 und 21 ist ein Teil des Innenrohres c dem Einfluss der strahlenden Wärme vom Umhüllungsrohr d entzogen. Dieser Teil des Rohres c entspricht in der Praxis dem Rohrteil, der keine Lochungen aufweist.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist der nicht gelochte Teil c2 des Innenrohres c mit einer wärme- isolierenden Hülle umgeben, wobei zwischen letzterer und dem gelochten Aussenrohr d ein verhältnismässig enger Ringraum verbleibt.
Um die Umhüllung des nicht gelochten Teiles des Innenrohres durchführen zu können, ist dieses Rohr aus zwei Teilen c, (J2 hergestellt, von denen c einen kleineren Durchmesser aufweist und z. B. durch einen Gawindering (J3 mit dem gelochten Rohrteil c verbunden sein kann. Die Wärmeisolationsmasse t ist zwischen dem Rohrteil (J2 und einer metallischen Hülle c4 untergebracht, an der in der gewünschten Höhe das Aussenrohr d angelötet oder sonstwie befestigt sein kann. Die Masse f kann mit der Isoliermasse der Decke der Reaktionskammer aus einem Stück bastehen (Fig. 19) oder mit ihr verbunden sein.
Die nicht gelochten Teile e2 der Innenrohre e, (J3 können in einen im Innern der Reaktionskammer verlegten Sammler münden, wie ein solcher z. B. in den Fig. 3,15 oder 17 dargestellt ist, oder sie können auch, wie in Fig. 19 gezeigt, an einen äusseren Sammler e angeschlossen sein, wie dies in den'Fig. 1 und 2 der Fall ist.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 19 erfolgt die Verbindung zwischen dem Verteilerelement c, d und der Decke der Reaktionskammer durch einen Ringflansch n.
Zum Festlegen der Aussenrohre il kann man auf dem Doppelboden al der Reaktionskammer a Stutzen q (Fig. 19) vorsehen und die Zentrierung der Innenrohre c mittels Distanzstücken sicherstellen, wie sie in den Fig. 7 und 8 mit n bezeichnet sind.
Wie aus Fig. 19 ersichtlich, kann die aus Isoliermasse f und Hüllenrohr c4 bestehende Isolierhülle einen solchen Durchmesser besitzen, dass der Ringraum zwischen c und cl im Bereiche dieser Hülle ziemlich eng ist, was für den Wärmeaustausch zwischen dem zu verteilenden Medium und der heissen Wand des Aussenrohres cl vor der Verteilung dieser Gase in der Kontaktmasse von Vorteil sein kann.
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