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Hochtemperaturreaktionsgefäss
Die Erfindung betrifft ein Reaktionsgefäss zur Behandlung eines Stromes eines fliessfähigen Mediums bei erhöhter Temperatur und zum Abschrecken desselben. Insbesondere betrifft die Erfindung ein verbessertes, mit einer Auskleidung versehenes Reaktionsgefäss, das zur Behandlung und zum Abschrecken eines auf erhöhter Temperatur befindlichen Stromes eines fliessfähigen Stoffes im Innern des Gefässes bei minimaler Wärmeeinwirkung auf die Wände des Reaktionsgefässes geeignet ist.
Die bekannten Typen von Kammern oder Reaktionsgefässen mit einem abfliessenden oder Produktstrom, der abgeschreckt wird, sind gewöhnlich so eingerichtet, dass das Abschreckmedium direkt in das Austrittsmundstück oder in eine stromabwärts von der Kammer selbst angeordnete Leitung eingeführt wird, besonders wenn die Kammer dazu geeignet ist, eine Schicht aus einem Katalysator oder einem anderen feinverteilten Material festzuhalten. Wenn jedoch ein relativ kaltes Abschreckmedium mit einem auf hoher Temperatur befindlichen Produktstrom, der eine Temperatur von etwa 4250 C oder mehr hat, gemischt wird, können im Zusammenhang mit einem Wärmeschock oder der Wärmedehnung schwierige Probleme auftreten.
Die Erfindung bezweckt vor allem die Schaffung eines zum Betrieb bei hohen Temperaturen bestimmten Reaktionsgefässes, in dem unerwünschte Metallspannungen in den Wänden des Reaktionsgefässes und in zugeordneten Rohrleitungen dadurch vermieden werden, dass ein Abschreckstrom in eine besonders ausgebildete Abschreckzone im Innern der Kammer selbst eingeführt und eine besondere Innenisolierung oder-auskleidung vorgesehen wird.
Das erfindungsgemässe Hochtemperaturreaktionsgefäss, im wesentlichen bestehend aus einem mit festen Kontaktstoffteilchen füllbaren geschlossenen Gehäuse mit einem oben angeordneten Einlass, einem unten angeordneten Auslass und einer auf der Innenwand des Gehäuses liegenden isolierenden Auskleidung, zeichnet sich dadurch aus, dass es in dem unteren Teil des Gehäuses über dem Auslass einen unteren perforierten Körper und einen zweiten perforierten Körper im Abstand über dem erstgenannten perforierten Körper aufweist und dass zwischen den perforierten Körpern ein Verteiler für ein Abschreckmedium vorgesehen ist, welcher mit einer Zuführungsleitung für dasselbe in Verbindung steht.
Bei einer bevorzugten Ausbildung und Anordnung des erfindungsgemässen Reaktionsgefässes bestehen die perforierten Körper aus konischen oder kegelstumpfförmigen Siebkörpern, die über dem Auslass für das Fliessmittel angeordnet sind, und es ist zwischen den Siebkörpern ein Verteilerring für das Abschreckmedium angeordnet, der dasselbe an seinem Umfang nach unten abgibt und einheitlich über den ganzen Umfang des unteren Siebes verteilt, so dass der durch das Sieb dem Auslass zuwandernde Strom des Fliessmittels mit dem Abschreckmedium vermischt und auf diese Weise abgeschreckt wird, während die miteinander vermischten Medien stromabwärts dem Auslass zuwandern.
Das erfindungsgemässe Reaktionsgefäss ist vorteilhaft für bei erhöhten Temperaturen durchgeführte Verfahren zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in Anwesenheit eines in einer Kontaktzone angeordneten, feinverteilten Katalysators oder eines anderen Kontaktmateriales verwendbar, wobei der Strom des umzuwandelnden Produktes, nachdem er mit dem Katalysator in Berührung gelangt ist durch Vermischung mit einem kühleren Strom in der Reaktionskammer selbst abgeschreckt wird. Die erfindungsgemässe Ausbildung ist besonders bei Reaktionsgefässen vorteilhaft, die für in Anwesenheit von Wasserstoff durchgeführte Umandlungsverfahren verwendet werden.
Bei diesen Verfahren treten besondere Probleme auf, weil Kohlenstoffstahl bei erhöhten Temperaturen, beispielsweise über etwa 425 C, für Wasserstoff durchlässig ist, wobei das Gefäss schwer beschädigt und die Sicherheit gefährdet wird. Ein erfindungsgemässes Reaktionsgefäss kann für bei erhöhter Temperatur durchgeführte Verfahren zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen verwendet werden, beispielsweise zum Hydrokracken, Hydrieren, Hydrodealkylieren u. dgl. bei denen eine Wasserstoffatmosphäre unter hohem Druck und bei hoher Temperatur aufrechterhalten werden muss.
Die Ausbildung und Anordnung des mit einer Auskleidung versehenen und isolierten Reaktionsgefässes, das in seinem Innern einen Abschreckteil hat, ist an Hand der Zeichnung beschrieben, die schematisch
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im Vertikalschnitt eine Ausführungsform des Reaktionsgefässes zeigt. Die Erfindung ist auf diese Ausbildung jedoch nicht eingeschränkt.
Gemäss der Zeichnung ist ein Aussenmantel oder Gehäuse 1 oben mit einem Flanschmundstück 2 versehen, das einen Eintrittskanal 3 bildet, sowie mit einem unteren Mundstück 4, das einen Stromaustritt 5 bildet. Im Abstand von der Innenwand des Gehäuses 1 ist ein metallischer Auskleidungsteil 6 angeordnet, der in der vorliegenden Ausführungsform von dem unteren metallischen Auskleidungsteil 7 getragen wird, welcher mit dem Auskleidungsteil 8 in Verbindung steht, mit dem der von dem Mundstück 4 gebildete Auslass 5 für das Fliessmittel ausgekleidet ist. Im Innern des oberen Gehäuseteils ist ein metallischer Auskleidungsteil 9 vorgesehen, der von dem Flansch des Mundstückes 2 getragen wird, das den Eintrittskanal 3 bildet.
Am unteren Ende des Auskleidungsteiles 9 ist ein sich nach aussen erweiternder Teil 10 vorgesehen, der auf das obere Ende des Auskleidungsteiles 6 aufgeschoben ist und eine Gleitfuge bildet, die eine Dehnung der Innenauskleidung gestattet.
In dem Raum zwischen den Auskleidungsteilen und der Innenwand des Gehäuses 1 ist eine geeignete hochtemperaturbeständige Isolierauskleidung 11 aus einem schwer schmelzbaren Material vorgesehen, welche die Gehäusewand vor der hohen Umwandlungstemperatur schützt. Die Isolierauskleidung 11 kann beispielsweise aus einem Isolierbeton bestehen, der über geeigneten Verankerungsmitteln aufgetragen ist, die durch Schweissung oder auf andere Weise an den Innenwandteilen des Gehäuses 1 befestigt sind.
Die Erfindung ist nicht auf einen bestimmten Isolier-oder feuerfesten Beton eingeschränkt. Beipielsweise können in dem Reaktionsgefäss für hohe Temperaturen Kombinationen von Isoliermaterialien geringer Dichte und von darüber angeordneten feuerfesten Stoffen höherer Dichte verwendet werden. Im Zusammenhang mit einigen Umwandlungsprozessen und in verschiedenen abgeänderten Ausführungsformen des verbesserten Reaktionsgefässes können die innen angeordneten Auskleidungsteile aus Metall entfallen, besonders bei Verwendung eines feuerfesten Auskleidungsmateriales mit harter Oberfläche.
Über dem von dem Mundstück 4 gebildeten Austrittskanal 5 ist ein kegelstumpfförmiges Sieb oder ein perforierter Körper 12 angeordnet. Bei dieser Ausbildungsform ist an dem unteren Umfang des perforierten Teiles 12 ein kurzer trichterförmiger Teil 13 vorgesehen, der auf dem unteren mittleren Teil des Auskleidungsteiles 7 ruht, so dass der Körper 12 in der richtigen Lage und Flucht gehalten wird. Im Abstand über dem perforierten Körper 12 ist ein kegelstumpfförmiger perforierter Körper 14 vorgesehen, der die einheitliche Verteilung des Stromes des Fliessmittels auf die Austrittszone des Reaktionsgefässes gewährleistet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dient der perforierte Körper 14 ferner zur Abstützung des feinverteilten Feststoffes und verhindert dessen Eintritt in die Abschreckzone der Kammer.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein mit Teilchen wie keramiscnen Kugeln 15 od. dgl. gefüllter unterer Teil vorgesehen. Diese Teilchen bilden eine den perforierten Körper 14 umgebende Schicht aus hochtemperaturbeständigem Material. Über der Schicht der keramischen Kugeln 15 ist eine Schicht aus feinverteilten festen Katalysatorteilchen 16 vorgesehen, welche die in dem Reaktionsgefäss jeweils durchzuführende Umwandlung unterstützen.
Der obere Teil des perforierten Körpers 12 ist von einem Verteilerring für das Abschreckmedium umgeben. Am unteren Umfang des Ringes sind in Abständen voneinander mehrere Löcher 18 vorgesehen, durch die ein Abschreckmedium nach unten über die ganze Fläche des Körpers 12 abgegeben werden kann.
An den Verteilerring 17 ist eine Zuführungsleitung 19 für das Abschreckmedium angeschlossen. Diese Leitung durchsetzt ein Mundstück 20, das an dem unteren Boden des Gehäuses 1 angeordnet ist und sich von ihm weg erstreckt. Über einen an der Leitung 19 angebrachten Flansch 21 ist diese Leitung an dem Flansch 22 des Mundstückes 20 abgestützt, so dass auch eine geeignete Abstützung des Verteilerringes 17 gewährleistet ist.
Im Betrieb strömt der beim Kontakt in den Schichten 16 und 15 gebildete, auf hoher Temperatur befindliche, beispielsweise dampfförmige Produktstrom in einer einheitlichen Strömung durch den perforierten Körper 14 und dann zu dem perforierten Körper 12 und durch ihn hindurch, um anschliessend durch den Kanal 5 abgegeben zu werden. Ein wesentlich kälterer Abschreckstrom, der über die Leitung 19 an den Verteilerring 17 abgegeben wird, bewirkt eine Abwärtsströmung des Abschreckmediums über die Aussenfläche des konischen perforierten Körpers 12, wobei das Abschreckmedium mit den Dämpfen des Stromes des Umwandlungsproduktes gemischt wird.
Dieser Strom tritt durch den am Umfang strömenden Abschreckstrom und bewirkt, dass dieser verdampft und zuerstäubt wird und durch die perforierte Wand des Körpers 12 in dessen Inneres tritt, um dann in dampfförmigem Zustand abgegeben zu werden.
Es sei erwähnt, dass in der vorliegenden Ausführungsform die perforierten Körper 12 und 14 aus konischen oder kegelstumpfförmigen Teilen bestehen. Im Rahmen der Erfindung sind jedoch auch andere Formen möglich. Im allgemeinen sind bogenförmige oder sich erweiternde Teile zu bevorzugen, weil sie eine relativ feste, starre Konstruktion ergeben, die dem Druck des auf ihnen lastenden Materials und dem Druck des Produktstromes gewachsen sind. Der kleinere innnere Körper 12 besteht hier aus einem Sieb oder Maschengewebe, kann aber auch aus perforiertem Metall bestehen, sofern der Druckabfall auf ein Minimum reduziert wird und die Ausbildung eine rasche Strömung und Bewegung des Abschreckstromes in das Innere des Körpers gemeinsam mit dem zu kühlenden und abzuschreckenden Produktstrom gestattet.
Umgekehrt kann der grössere äussere perforierte Körper 14 aus einem Maschenwerk oder siebartigen Material bestehen, sofern für eine solche Versteifung gesorgt ist, dass dieser Körper die darauf lastende Füllung und den Katalysator tragen kann. Im allgemeinen bestehen die Innenauskleidungsteile und die perforierten
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Körper aus Legierungen, die den bei der Umwandlung auftretenden hohen Temperaturen gewachsen sind. In mit einem Abschreckteil versehenen Reaktionsgefässen, die bei niedrigeren Temperaturen betrieben werden, können jedoch auch unlegierte Teile und sogar Nichtmetalle verwendet werden. Ferner kann die Anzahl und Anordnung der Eintritts- und Austrittsmundstücke von dem dargestellten Ausführungsbeispiel abweichen.
Beispielsweise können am oberen Teil der Kammer ein oder mehrere zusätzliche Eintrittsmundstücke für Reaktionspartner vorgesehen sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hochtemperaturreaktionsgefäss, im wesentlichen bestehend aus einem mit festen Kontaktstoffteilchen füllbaren geschlossenen Gehäuse mit einem oben angeordneten Einlass (3), einem unten angeordneten Auslass (5), und einer auf der Innenwand des Gehäuses liegenden isolierenden Auskleidung (11),
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steht.