DE1014527B - Wirbelschichtvorrichtung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wirbelschichtvorrichtung und die Rückführung feinverteilter Feststoffe aus einem in dieser Vorrichtung angebrachten Zyklonabscheider nach der dichten feststoffhaltigen Wirbelschicht des Reaktionsbehälters.

Bei einem solchen Wirbelschichtsystem, z. B. in Reaktionsbehältern mit aufgewirbeltem feinkörnigem Katalysator oder in Regeneratoren ähnlicher Art, werden die Zyklonabscheider oder sonstige Trennvorrichtungen für Staub und Gase gewöhnlich im Inneren der Reaktionskammer ziemlich weit oben angebracht, und die abgeschiedenen Festteilchen, die sich in dem Abscheider ansammeln, fließen durch ein Tauchrohr nach unten in die dichte Wirbelschicht der Reaktions- oder Regeneratorkammer zurück. In solchen Fällen ist die vorliegende Erfindung besonders dann anwendbar, wenn die Teilchengröße zu grob oder zu fein, ist, so daß die Teilchen nur schwer um Rohrkrümmungen herumfließen. Die vorliegende Erfindung ist aber auch dann von Vorteil, wenn derartige Schwierigkeiten nicht vorliegen.

Es ist ferner wichtig, daß die Falkohre mit Feststoffen gefüllt bleiben, damit die Gase oder Dämpfe nicht durch das Fallrohr nach oben zurückfließen. Bei Inbetriebnahme einer Anlage ist es ferner notwendig, etwaige Verluste an dem Katalysator durch Aufwärtsströmen von Gas und Katalysator durch das Fallrohr zu vermeiden. Zur Überwindung dieser Schwierigkeit benutzte man bisher mechanische Vorrichtungen, wie Schieber, Klappenventile usw., um die Fallrohre des Zyklonabscheiders zu verschließen; diese Mittel erwiesen sich jedoch nicht als vollkommen ausreichend.

Auch bei zeitweiligen Störungen kann der gleiche Zustand auftreten, und es ist schwierig, in einem Fallrohr einen Abschluß herzustellen, wenn er einmal verlorengegangen ist. Gelingt es nicht, das Rohr zu verschließen, so kommt es zu starken Verlusten an Feststoffen, da die Zyklonabscheider praktisch umgangen werden, wenn das Gas in den Fallrohren aufwärts strömt. Bei Verwendung von Klappen zur Gewährleistung und Aufrechterhaltung eines Abschlusses ist es schwierig, festzustellen, ob ein Verschluß tatsächlich zustande kam oder ob und wann ein einmal entstandener Verschluß etwa wieder verlorenging.

Die Abtrennung der Feststoffe durch mehrere hintereinander angeordnete Zyklonabscheider verläuft größenmäßig selektiv, d. h., die gröbsten Teilchen werden in der ersten Zyklonabscheiderstufe entfernt, die feineren Teilchen in der zweiten Abscheiderstufe und die feinsten Teilchen in der dritten Stufe. Die sich aus der zweiten und dritten Abscheider stufe in den Fallrohren sammelnden feineren Teilchen machen höhere Fallrohre erforderlich, um den gleichen Druck Wirbelschichtvorrichtung

Anmelder:

Esso Research and Engineering Company, Elizabeth, N.J. (V.St.A.)

Vertreter; Dr. W. Beil und A. Hoeppener,
Rechtsanwälte, Frankfurt/M., Antoniterstr. 36

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 5. August und 15. September 1953

zu erzielen, den gröbere Teilchen in einem, kürzeren Fallrohr ergeben. Zur Entleerung der Feststoffe aus dem Fallrohr in die Wirbelschicht der Gefäße ist die Erzeugung eines ausreichenden Drucks oder eines hydraulischen Abschlusses erforderlich. Außerdem ist der hydraulische Abschluß deshalb nötig, um ein Zurückfließen der Dämpfe oder Gase aufwärts durch das Zyklonabscheiderfallrohr zu verhüten.

Die Wirbelschichtvorrichtung nach vorliegender Erfmdung besteht aus einer Reaktionskammer mit Einlassen für Gase und feinverteilte Feststoffe, Einrichtungen zum Abziehen der Feststoffe und gasförmiger Produkte aus dieser Kammer sowie mehreren im Oberteil der Kammer hintereinanderliegend angeordneten Zyklonabscheidern. Das Neue besteht darin, daß von den von diesen Abscheidern nach unten führenden Tauchrohren wenigstens das von dem letzten der Abscheider ausgehende sich bis an eine Stelle nahe dem Boden der Kammer nach unten erstreckt und eine U-förmige Biegung und ein Steigrohr aufweist, das bis in die Nähe der oberen Grenze der Wirbelschicht in der Kammer reicht und eine Zuleitung zur Einführung von Gas in den unteren Teil dieses Steigrohres hat.

Man hat zwar bereits U-Rohre zum Fördern von feinen Feststoffen aus einem Gefäß in ein anderes vorgeschlagen; jedoch stehen dabei die U-Rohre nicht in Verbindung mit Zyklonabscheidern, sondern dienen nur der üblichen Gutförderung zwischen zwei Behältern, wobei es auf eine Verhütung des Rückfließens von Gasen durch das Tauchrohr in einem Abscheider

709,659/407

nicht ankommt. Auch die Führung von Festteilchen durch U-Rohre in Wärmeaustauschern ist bereits bekannt, jedoch handelt es sich auch dabei nicht um Tauchrohre, die von einem Zyklonabscheider ausgehen und in eine dichte Wirbelschicht in der Nähe von deren Oberfläche einmünden. Bei der Anordnung •von' Tauchrohren zur Rückführung von Festteilchen aus Zyklonabscheidern hat man diese Rohre bisher immer gleichmäßig lang gehalten, und U-förmige Bie-

behälter zum Schutz gegen das Verstopfen der Steigleitung mit Stücken der Gefäßauskleidung; insbesondere, wenn das Steigrohr einen kleineren Durchmesser als das Fallrohr besitzt. Das obere Ende des Steigrohres kann sich über oder unter der Oberfläche der Feststoffwirbelschicht in dem Gefäß befinden. Außerdem ist das Fallrohr bei der Inbetriebnahme einer Wirbelschichtanlage von Nutzen, da es den Durchtritt von Gas durch das Fallrohr des Zyklonabscheiders

gungen mit einer anschließenden Steigleitung fehlten io verhütet, bevor im Gefäß eine zum Abschluß aus-

bisher bei solchen Tauchrohren gänzlich. Die Folge war, daß bei ihnen immer die Gefahr des Rückflusses der Gase und Dämpfe durch das Tauchrohr in den Abscheider bestand, der dadurch also umgangen und unwirksam gemacht wurde.

Bei den bisher üblichen Fallrohren mußte sich das Auslaßende des Rohres verhältnismäßig nahe der Oberfläche der dichten Schicht befinden, weil die Dichte des absinkenden Feststoffgemisches geringer als in der dichten Wirbelschicht selbst ist und somit der erzeugte Druck je Meter Höhe im Fallrohr niedriger als in der dichten Schicht ist. Reicht also das Fallrohr zu weit hinunter in die Schicht, so sind die Druckunterschiede derart groß, daß die Feststoffe von

reichende Wirbelschicht vorhanden ist.

In den Zeichnungen stellt

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch ein mit einem einfachen U-förmigen Fallrohr für Zyklonabscheider versehenen Gefäß dar;

Fig. 2 stellt einen senkrechten Schnitt durch eine andere Form der vorliegenden Erfindung dar, bei der an dem U-förmigen Fallrohr eines Zyklonabscheiders ein belüftbarer Hebetopf angebracht ist und

Fig. 3 ist die Detailzeichnung eines belüftbaren Hebetopfes zur Verwendung bei Fallrohren.

In Fig. 1 bezeichnet 10 ein langgestrecktes zylindrisches Gefäß, z. B. ein Reaktions-, Regenerier- oder ein Kontaktgefäß, in dem feinverteilte Feststoffe als

der dichten Wirbelschicht aufwärts in das Fallrohr 25 eine dichte Wirbelschicht 12 gehalten werden, deren fließen, und falls dies geschieht, sondern die Zyklon- Oberfläche im allgemeinen bei 14 liegt und über der abscheider keine mitgeschleppten Feststoffe aus dem
ausfließenden Gasstrom ab.

Die erforderliche Höhe des Gefäßes über der oberen

wendung eines Kieselsäure-Tonerde-Crackkatalysators zwischen etwa 0,56 und 0,24. Bei einem Hydroformingverfahren beträgt der Druck in dem Gefäß 10 zwischen etwa 7 und 21 atü, bei Verwendung eines

sich eine verdünnte Phase 16 befindet. Die Gase oder Dämpfe und die feinverteilten Feststoffe werden durch die Leitung 18 in den unteren Teil des Gefäßes 10 Grenze der Wirbelschicht hängt von dem zur Rück- 30 unterhalb des Verteilergitters 22 eingeleitet. Beim führung der feinen Teilchen aus der zweiten und/oder katalytischen Cracken von Kohlenwasserstoffen leitet dritten Zyklonabscheiderstufe zur Wirbelschicht er- man z.B. ein Gasöl und einen Crackkatalysator, z.B. forderlichen Druckgefälle ab. Manchmal, insbesondere einen Kieselsäure-Tonerde-Katalysator, durch die bei Wirbelschichthydroformingreaktoren, kann der Leitung 18 und hält die Katalysatorschicht 12 im Rebenötigte Verschluß eine Höhe des Fallrohres bis zu 35 aktionsgefäß 10 auf der erforderlichen Cracktempe-12 m erfordern. Bei Anwendung der vorliegenden Er- ratur.

findung läßt sich diese Höhe auf nur 3 m herabsetzen. Die Oberflächengeschwindigkeit der durch die

Gleichzeitig erhält man nach der vorliegenden Er- Wirbelschicht 12 aufwärts strömenden Dämpfe und findung einen guten Abschluß gegen vorübergehende Gase liegt zwischen etwa 15 und 90 cm in der Sekunde Druckschwankungen, wodurch übermäßiger Eintritt 40 und die Dichte der dichten Wirbelschicht 12 bei Vervon aufwirbelndem Gas von der Wirbelschicht aus
verhütet wird.

Die Menge des in das Auslaßende oder das Steigrohr des U-förmigen Rohres eingeführten Gases ist
so zu regeln, daß die Suspension der Feststoffe im 45 Tonerde-Molybdänoxyd-Katalysators mit der gleichen Steigrohr eine sehr geringe Dichte hat, so daß der Teilchengröße wie oben für die katalytische Crackung

beschrieben, und bei einer Oberflächengeschwindigkeit zwischen etwa 3 und 45 cm in der Sekunde liegt die Dichte der Wirbelschicht 12 zwischen 0,40 und 0,72. Die aufwärts durch die verdünnte Phase 16 strömenden Gase schleppen feste Teilchen mit, die sich weitgehend entfernen lassen, wenn man die Gase durch zwei oder mehrere Stufen von Zyklonabscheidern leitet. Jede dieser Stufen kann mehr als einen

an das Fallrohr unten anschließende U-förmige Rohr- 55 Zyklonabscheider mit Fallrohren enthalten, die in ein abschnitt derart umgestaltet, daß sein Querschnitt größeres, gemeinsames Fallrohr für jede Stufe einsich erweitert. Praktisch sieht dies so aus, daß sich münden.

am unteren Ende des Fallrohres vorzugsweise ein der Die gas- oder dampfförmigen Reaktionsprodukte,

Zufuhr von Gas ausgesetzter Hebetopf zur Gewähr- die mitgeschleppte Feststoffe enthalten, gelangen durch leistung des Flusses der Feststoffe im Fallrohr be- 60 den Einlaß 34 in die erste Zyklonabscheiderstufe 36, findet, von dem aus sich das Steigrohr nach oben er- wo die Hauptmenge der mitgeschleppten Feststoffe streckt. Auch kann der Hebetopf mit Zuleitungen zum entfernt wird.

Einblasen von Gas in die nach oben zu fördernden Die so erhaltenen Feststoffe rieseln durch das Fall-

Feststoffe versehen sein. Der Hebetopf ermöglicht ein rohr 38 ab, das unten eine U-förmige Biegung 40 um glattes Fließen der Feststoffe um U-förmige Biegun- 65 180° sowie einen Steigrohrabschnitt 42 aufweist. In gen herum, an denen sich die Stromrichtung scharf der Zeichnung reicht das Fallrohr 38 bis etwa zur ändert. Ein weiterer Vorteil des Hebetopfes besteht Mitte des Gefäßes 10; es könnte aber bis nahe an das darin, daß er einen Abschluß gegen das Zurückfließen Gitter 22 verlängert werden. Belüftungs- oder Aufder Dämpfe oder Gase aufwärts durch das Fallrohr wirbelungsgase, z. B. Dampf, wird durch die Leitung bildet. Außerdem dient der Hebetopf als Auffang- 70 44 unten in die Rohrbiegung eingeführt. Der Steig-

Fluß der Feststoffe in die dichte Wirbelschicht ohne die Gefahr einer Richtungsänderung beibehalten wird. Diese letztgenannte Bedingung ist wichtig, da z. B. katalytische Crackanlagen mit sehr verschiedenen Schichthöhen von Katalysatoren oder Feststoffen im Reaktions- und/oder Regeneriergefäß betrieben werden müssen.

Bei einer anderen Ausführungsform wird der sich

rohrabschnitt 42 ist mit einer festen Absperrvorrichtung 46 versehen, z. B. einem Ventil. Diese feste Absperrvorrichtung ist für eine dauernde Regelung des Katalysatorstromes erforderlich. Für diese Regelung leitet man Gas in das Steigrohr 42 oberhalb des Ventils oder der Sperrvorrichtung 46 durch die Leitung 48 ein. Dieses Gas dient zur Regelung der Fließgeschwindigkeit oder zur Herabsetzung der Dichte der Feststoffsuspension in dem Steigrohrteil 42, um so

Außerdem entsteht bei der Leitung des gasförmigen Materials aus der verdünnten Phase 16 durch die erste und zweite Zyklonabscheiderstufe ein Druckabfall und -verlust. Dies bedeutet, daß man zur Erzeugung eines für die Rückführung der abgetrennten Feststoffe in die dichte Wirbelschicht 12 ausreichenden hydrostatischen Drucks in dem Fallrohr 56 eine höhere Säule aufgewirbelter Feststoffe als im ersten Fallrohr 38 benötigt, da am oberen Ende der Säule in Fallrohr

den Zustrom der Katalysatorteilchen in die dichte 10 56 ein niedrigerer Druck als am oberen Ende der

Schicht 12 zu sichern. Oberhalb des Auslaßendes des Säule im ersten Fallrohr 38 herrscht.

Steigrohrabschnittes 42 befindet sich eine Prallfläche Wegen des in dem Fallrohr 56 angesammelten

50, die z. B. einen umgekehrt V-förmigen Querschnitt feineren Gutes und wegen des niedrigeren Drucks am

hat. Die Prallfläche ist aber nicht unbedingt erforder- oberen Ende der Feststoffsäule in diesem Fallrohr ist

Hch und kann auch weggelassen werden. Ist sie vor- 15 zur Erzeugung des Drucks für die Rückführung der

handen, so soll sie die Strömungsrichtung des den Feststoffe in die dichte Schicht 12 eine höhere auf-

Steigrohrabschnitt 42 verlassenden und in die dichte gewirbelte Säule erforderlich. Zur Schaffung dieser

Schicht 12 fließenden Gases umkehren. zusätzlichen Säulenhöhe wäre der Bau eines größeren

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, stellt der Gefäßes 10 erforderlich, um die Zyklonabscheider an

Zyklonabscheider 36 die erste Abtrennstufe dar. Wenn 20 einer höheren Stelle anzubringen und eine verdünnte

man die abgetrennten Feststoffe aus dieser ersten Phase 16 größerer Schichtdichte als die Zeichnung

Zyklonabscheiderstufe durch die dichte Schicht 12 hin- zeigt, aufrechtzuerhalten, d. h„ bei dergleichen Menge

durch zurückführt, treten weniger Schwierigkeiten im Betrieb auf, da die Teilchen gröber sind und eine dichter aufgewirbelte Säule bilden.

Die Gase, von denen die Feststoffe in der Trennstufe 36 abgetrennt werden, strömen durch die Leitung 52 in eine zweite Zyklonabscheiderstufe 54, die zur Abtrennung weiterer Feststoffe von den Gasen auch

von Katalysator oder Feststoffen in dem Gefäß 10 wäre der Bau eines höheren Gefäßes nötig, um an Höhe der verdünnten Phase für das Fallrohr 56 zu gewinnen.

Nach vorliegender Erfindung ist die Verwendung besonders hoher Gefäße nicht erforderlich. Die abgetrennten Feststoffe in dem Fallrohr 56 bilden eine

mehr als einen Zyklonabscheider enthalten kann. Die 3° verhältnismäßig dichte aufgewirbelte Säule, und abgetrennten Feststoffe gelangen in das Fallrohr 56, unter Verwendung der U-förmigen Rohrbiegung und

bd bä des Steigrohres führt man zusätzliches Gas in das

Steigrohr ein, um die Dichte des Gemisches herabzusetzen. Der von der Säule in Fallrohr 56 erzeugte

g gg

das vom zweiten Zyklonabscheider 54 aus abwärts
führt. In der Zeichnung ist das Fallrohr 56 länger als
das Fallrohr 38 am ersten Zyklonabscheider gezeichnet; es reicht bis nahe an den Gefäßboden und endet 35 Druck reicht dann aus, um die Feststoffe durch das dicht oberhalb des Gitters 22. Das untere Ende auch Steigrohr 63 in die dichte Wirbelschicht 12
dieses Fallrohres hat eine U-förmige Krümmung 58
um 180°, ähnlich der bei dem Fallrohr 38 beschriebe-

nen. Aufwirbelungs- oder Belüftungsgas wird durch

d Uöi

in die dichte Wirbelschicht 12 zu drücken. In der Zeichnung befinden sich die Auslässe der Steigrohre 42 und 63 unterhalb der oberen Grenze

g 14 der dichten Schicht 12; sie können jedoch auch

die Leitung 62 in den unteren Teil der U-förmigen 40 oberhalb dieser Oberfläche 14 liegen und in die ver-Rohrbiegung 58 eingeführt. Das Fallrohr der vor- dünnte Phase 16 münden.

liegenden Erfindung enthält außerdem ein Steig- oder Als Beispiel sei angeführt, daß die bei Verwendung

Aufwärtsstromrohr 63, das vom U-förmigen Teil 58 eines Kieselsäure-Tonerde-Katalysators bei einem nach oben geht. Das Steigrohr hat wieder ein Ventil Crackverfahren im zweiten Zyklonabscheider 54 abge- 64. In das Steigrohr einzuführendes Gas tritt durch 45 trennten und in das Fallrohr 56 geleiteten Teilchen die Leitung 66 oberhalb des Ventils 64 ein, und auf eine Teilchengröße von etwa 20 μ besitzen. Die Dichte diese Weise wird das Aufwärtsströmen der Feststoffe des aufgewirbelten Gemisches in dem Fallrohr 56 ist durch das Steigrohr 63 bis zur Rückführung in die etwa 0,16. Bei einem Tauchrohr von etwa 9,1 m Länge dichte Wirbelschicht 12 gesichert. Oberhalb des Aus- und bei einem Druck von 0,70 atü im Zyklonabscheider laßendes des Steigrohres 63 befindet sich wieder eine 5° beträgt der Druck am unteren Ende des Fallrohres Prallfläche 68. etwa 0,84 atü. Von der Leitung 66 oberhalb des Ven-

Die abgetrennten Gase werden von dem Abscheider tils oder der Öffnung 64 wird so viel Gas, z. B. 54 durch die Leitung 70 nach oben abgezogen. Ist das Dampf, in das Steigrohr 63 eingeblasen, um die Dichte Reaktionsgefäß 10 eine Crackzone, so werden die des Gemisches auf etwa 0,11 herabzusetzen. Bei einem nach oben durch die Leitung 70 abgezogenen dampf- 55 3 m hohen Steigrohr reicht der durch die Feststoff förmigen Reaktionsprodukte zur Gewinnung wert- säule in dem Fallrohr 56 erzeugte Druck aus, um das

voller Produkte weiter behandelt. Ist das Gefäß 10 eine Regenerierzone, so strömen die Verbrennungsgase durch die Leitung 70 gegebenenfalls oben ab ins Freie.

In Fig. 1 werden zwei Trennstufen gezeigt; gegebenenfalls kann man auch eine dritte Zyklonabscheiderstufe einschalten. Jede Trennstufe besteht vorzugsweise aus mehr als einem Zyklonabscheider.

weniger dichte Gemisch im Steigrohr 63 in die dichte Wirbelschicht 12 des Gefäßes 10 zurückzudrücken.

In Fig. 2 ist 110 ein längliches zylindrisches Gefaß, z. B. ein Reaktions-, ein Regenerier- oder Kontaktgefäß, in dem feine Feststoffteilchen als dichte Wirbelschicht 112 bis zu einer bei 114 gezeigten Oberfläche reichend gehalten werden, über der sich eine verdünnte Phase 116 befindet. Die Gase und manchmal

Das in der zweiten Zyklonabscheiderstufe gewonnene 65 auch Gemische davon mit feinen Feststoffteilchen werpulverförmige Gut ist feiner als das in der ersten den durch die Leitung 118 in den Unterteil des Gefäßes 110 unterhalb des Verteilungsgitters 122 eingeleitet. Beim katalytischen Cracken von Kohlenwasserstoffen schickt man ein schweres Öl und einen 70 Crackkatalysator durch die Leitung 118 und hält

Stufe gewonnene. Das in der.dritten Zyklonabscheiderstufe gewonnene Pulver schließlich ist äußerst fein und läßt sich schwerer aufwirbeln als die gröberen Teilchen.

7 8

die Katalysatorschicht 112 im Reaktionsgefäß 110 gehenden Druckschwankungen, wie nachstehend noch zur Erzeugung von Treibstoffen auf der Cracktem- beschrieben wird.

peratur. " Wie aus Fig. 3 hervorgeht, reicht das Fallrohr 152

Bei Verwendung des Gefäßes 110 zur Regeneration auf der einen Seite in den Topf 154 hinein; auf der wird Luft durch die Leitung 118 in den unteren Teil 5 anderen Seite ragt ein Steigrohr 158 nach oben, das des Gefäßes 110 unterhalb des Gitters 122 eingeblasen. mit dem Oberteil des Topfes 154 in Verbindung steht. Anstatt das Gas und die feinen Feststoffteilchen zu- Das Fallrohr 152 ist mit einer Klappe 160 versehen» sammen durch die Leitung 118 einzuführen, kann man um im Falle einer Änderung der Strömungsrichtung das Gas auch durch die Leitung 118 und die Feststoffe den normalen Durchfluß wiederherstellen zu können, durch eine besondere (in der Zeichnung nicht gezeigte) *° Hierfür kann das Fallrohr 152 auch noch mit einem Leitung in die Wirbelschicht einleiten. Belüftungsrohr 161 versehen sein. Das obere Ende

Der verbauchte oder regenerierte Katalysator oder des Steigrohres 158 besitzt vorzugsweise eine Krürn^ sonstige Feststoffe werden aus der dichten Schicht 112 mung 162 um etwa 180° im Oberteil des Gefäßes 110 in eine Kammer 124 abgezogen, die durch eine senk- zur Rückführung des feineren Katalysators in die rechte, im Abstand von der Gefäßinnenwand ange- ¹S Wirbelschicht 112. Unten wird in das Steigrohr 158 brachte Trennwand 126 gebildet wird, die oben über durch die Leitung 164 Auftriebgas eingeblasen. Bei die gewöhnliche Oberfläche 114 der Wirbelschicht 112 einer anderen (hier nicht gezeigten) Form kann das hinausreicht. Die Trennwand 126 besitzt Durchlässe Steigrohr 158 eine Krümmung besitzen, die sich 127, die den Durchtritt von Katalysator aus der außerhalb des Gefäßes 110 erstreckt und etwa bis zum Schicht 112 in die Kammer 124 ermöglichen. Die Fest- 20 Auslaß der Rohrbiegung 162 zur Rückführung der stoffe werden aus der Kammer 124 durch die Leitung Feinteilchen in das Gefäß 110 reicht. Eine solche 128 abgezogen, die aus einem Standrohr zur Erzeu- außerhalb des Gefäßes liegende Rohrbiegung kann für gung eines Druckgefälles für die Weiterbeförderung die Handhabung außen mit einem Ventil versehen der Feststoffe in das andere Gefäß bestehen kann. sein; bei dem in der Zeichnung gezeigten Fall kano Abstreifgas, z. B. Dampf, kann durch die Leitung 132 25 das Ventil 160 auch weggelassen werden, in bekannter Weise in den unteren Teil der Kammer In Fig. 3 hat der Oberteil des Topfes 154 die Form

124 eingeblasen werden. eines Kegelstumpfes 166, der gleichzeitig das untere

Die sich aufwärts durch das Gefäß 110 bewegenden Ende des Steigrohres 158 bildet, und das Auslaßende feinen Feststoffteilchen bilden eine dichte Wirbel- 168 des Auftriebsgasrohres 164 im Topfinnern ist schicht 112, und die durch die verdünnte Phase 116 3° nach oben gegen den Kegelstumpf 166 hin gerichtet, aufwärts strömenden Gase enthalten mitgeschleppte Die Feststoffe in dem Topf 154 werden durch die EinTeilchen, die sich größtenteils dadurch entfernen führung eines aufwirbelnden Gases aus der Leitung lassen, daß man die Gase durch zwei oder mehrere 172 am Topfboden in aufgewirbeltem Zustand geStufen von Zyklonabscheidern leitet. Jede dieser halten. Das Auslaßende 168 des Rohres 164 kann so Stufen kann mehr als einen Zyklonabscheider mit 35 beschaffen sein, daß die daraus austretenden Gase Fallrohren enthalten, die in ein größeres gemeinsames neben dem Druckgefälle in den Rohren 152 und 158 Fallrohr für jede Stufe einmünden. die treibende Kraft für den Aufstieg der Feststoffe

Die Gase oder dampfförmigen Reaktionsprodukte abgeben.

und die mitgeschleppten Feststoffe treten zur Ent- Das in der zweiten Zyklonabscheiderstufe gewonnene

fernung der ■ Hauptmenge der mitgeschleppten Fest- 40 pulverförmige Gut ist feiner als das in der ersten stoffe durch den Einlaß 134 in die erste Zyklon- Stufe gewonnene, und deshalb benötigt man eine abscheiderstufe 136. Die abgetrennten Feststoffe höhere Säule, um den gleichen hydrostatischen Druck fließen durch das Fallrohr 138 in einen Abschlußtopf wie mit einer kürzeren Säule gröberer Teilchen zu 142, der gewöhnlich unterhalb der Oberfläche 114 der erzeugen. Außerdem entsteht beim Durchgang der Katalysatorschicht 112 liegt. Belüftungs- oder Auf- 45 Gase aus der verdünnten Phase 116 durch die zweite wirbelungsgas wird zur Aufrechterhaltung eines und gegebenenfalls die dritte Zyklonabscheiderstufe freien Fließzustandes der Feststoffe durch die Leitung 148 und 174 ein Druckabfall und -verlust. Dies be- 144 von unten in den Abschlußtopf 142 eingeleitet, so deutet, daß man zur Erzeugung eines für die Rückdaß die sich in dem Topf 142 aus dem Fallrohr 138 führung der abgetrennten Feststoffe in die Wirbelsammelnden Feststoffe daraus überfließen und in die 5° schicht 112 ausreichenden hydrostatischen Drucks eine Wirbelschicht 112 zurückgelangen. höhere Säule aufgewirbelter Feststoffe in dem Fall-

Die Gase, von denen die Feststoffe in der Trenn- rohr 152 als im ersten Fallrohr 138 benötigt, da am stufe 136 abgetrennt sind, strömen durch die Leitung oberen Ende der Säule in dem Rohr 152 ein niedrige- 146 in eine zweite Zyklonabscheiderstufe 148, die rer Druck als am oberen Ende der Säule im ersten mehr als einen Zyklonabscheider zur Abtrennung 55 Fallrohr 138 herrscht.

weiterer Feststoffe von den Gasen enthalten kann. Die Die 180°ige Krümmung am oberen Ende 162 des

abgetrennten Feststoffe gleiten erfindungsgemäß dar- Steigrohres 158 bewirkt, daß die feinen Teilchen, statt aus in das Fallrohr 152, das bis unten in das Gefäß nach oben in die verdünnte Phase 116 abwärts in die 110, dicht an das Gitter 122 reicht. Das untere Ende Wirbelschicht 112 fließen. In der Zeichnung ist die des Fallrohres 152 erstreckt sich ein kurzes Stück bis 60 Oberfläche der Wirbelschicht 112 bei 114 oberhalb des in den Oberteil eines zylindrischen, aufrecht stehen- Abschlußtopfes 142 und über dem oberen Ende des den Hebetopfes 154, wie es bei 156 in der Zeichnung Steigrohres 158 dargestellt; das Verfahren läßt sich gezeigt ist. Gegebenenfalls kann man in dem Topf 154 jedoch ebensogut durchführen, wenn die obere Grenze dicht unter dem unteren Ende des Tauchrohres 152 der Wirbelschicht niedriger liegt, z. B. wie bei 176 noch eine waagerechte Prallplatte anbringen. Der 65 gezeigt, unterhalb des Abschlußtopfes 142 und unter-Hebetopf 154 ist während des Betriebs mit Feststoffen halb des Steigrohres 162.

gefüllt. Der Abstand zwischen dem unteren Ende des Bei Verwendung einer dritten Zyklonabscheider-

Rückführrohres 152 und der Gaseinblasestelle bei 164 stufe strömen die die zweite Zyklonabscheiderstufe 148 schafft einen Abschluß gegen das Aufwärtsfließen von verlassenden Gase durch die Leitung 178 in die dritte Gasen durch das Fallrohr 152 infolge von vorüber- 70 Stufe 174 zur Abscheidung weiterer Feststoffe, näm-

• ίίίί!

lieh von Feinstteilchen mit Teilchengrößen bis 40 μ. Die abgetrennten Gase, die aus dampfförmigen Reaktionsprodukten bestehen können, werden aus dem Abscheider 174 durch die Leitung 180 entfernt und gegebenenfalls zur Gewinnung wertvoller Produkte weiter behandelt. In der Abscheiderstufe 174 sinkt der Druck weiter ab, und auch wegen der Feinheit der gewonnenen Feststoffe ist es erforderlich, besondere Vorrichtungen zur Rückführung der abgetrennten Feststoffe in die Wirbelschicht 112 vorzusehen, wie oben im Zusammenhang mit der zweiten Zyklonabscheiderstufe 148 näher beschrieben wurde.

In der Zeichnung liegt das Rückfluß rohr 182 von der dritten Abtrennstufe 174 außerhalb des Gefäßes 110, so daß die Länge des Rohres 182 nicht durch die Länge oder Höhe des Gefäßes 110 begrenzt wird. Sind nur zwei Abtrennstufen für die Feststoffe vorgesehen, so kann gegebenenfalls das Rückflußrohr 152 in derselben Weise wie das Rohr 182 außerhalb des Gefäßes 110 angeordnet sein, oder es können beide Rückflußrohre 152 und 182 innerhalb oder außerhalb des Gefäßes 110 liegen.

Das Rückflußrohr 182 reicht durch den oberen Teil des Belüftungstopfes 184 bis 186. Unterhalb des Auslasses 186 kann in dem Topf 184 eine Prallfläche angebracht sein. Ferner ist ein Steigrohr 188 mit einem Belüftungseinstellrohr 192 sowie einer Rohrbiegung 194 um 180° am oberen Ende vorhanden, die innerhalb des Gefäßes 110 unterhalb der Grenzfläche 114 der Wirbelschicht 112 liegt. Ein Belüftungsrohr 196 ist zur Einführung von Gas am Boden des Topfes 184 vorgesehen. Die Anordnung der verschiedenen zu der dritten Abtrennstufe 174 gehörenden Elemente ist im wesentlichen die gleiche wie bei den zu der zweiten Trennstufe 148 gehörenden Elementen.

Die erfindungsgemäße "Vorrichtung läßt sich für verschiedene Verfahren, z. B. katalytische Crackungen oder Wärmecrackungen, verwenden, da die Hebetöpfe den Strom des feinen Katalysators um die Krümmungen herum ermöglichen; ganz besonders eignet sich die vorliegende Erfindung zur Verwendung bei Wirbelschicht-Hydroformingverfahren, bei denen die Kreislaufgeschwindigkeit des Katalysators verhältnismäßig niedrig und der im zweiten oder dritten Zyklonabscheider gewonnene Katalysator äußerst fein ist. Die Hebetöpfe machen es außerdem möglich, mehrere Fallrohre einer Stufe zu vereinigen und zusammen mit ihnen nur ein Steigrohr zu verwenden, um mit möglichst wenig Auftriebgas ohne wesentlichen Stabilitätsverlust auszukommen; d.h., verwendet man für irgendeine Stufe, z. B. die zweite oder dritte, mehr als einen Zyklonabscheider, so können die Fallrohre in ein gemeinsames, in einen einzigen Hebetopf, z. B. 154, hinabreichendes gemeinsames Rohr münden.

Wenn bei Wirbelschichtverkokungsverfahren größere Kontaktteilchen mit Durchmessern bis zu 500 μ oder größer verwendet werden, so lassen sich die verhältnismäßig großen Kontakt- oder Koksteilchen nicht so leicht wie kleinere Teilchen aufwirbeln und fließen schwer um Krümmungen. Durch Schaffung einer aufgewirbelten Schicht in dem Hebetopf, in der die größeren oder groben Koks- oder sonstigen Teilchen ihre Richtung leichter ändern können, ermöglicht die vorliegende Erfindung die geregelte Förderung auch solcher Koksteilchen oder anderer grober Teilchen von einem Gefäß ins andere.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Wirbelschichtvorrichtung, bestehend aus einer Reaktionskammer mit Einlassen für Gase und feinverteilte Feststoffe, Einrichtungen zum Abziehen der Feststoffe und gasförmigen Produkte aus dieser Kammer sowie mehreren im Oberteil der Kammer hintereinanderliegend angeordneten Zyklonabscheidern, gekennzeichnet durch ein* Tauchrohr, das sich wenigstens von dem letzten der Zyklonabscheider bis an eine Stelle nahe dem Boden der Kammer nach unten erstreckt und eine U-förmige Biegung und ein Steigrohr aufweist, das bis in die Nähe der oberen Grenze der Wirbelschicht in der Kammer reicht, sowie durch eine Zuleitung zur Einführung von Gas in den unteren Teil des Steigrohres.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das unterste Ende des Tauchrohres zu einem Hebetopf erweitert ist, an dessen oberes Ende sich die Steigleitung anschließt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr bis dicht an den Boden der Kammer reicht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Tauchrohres in den Hebetopf wenigstens bis zur Hälfte hineinreicht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Zuführungsleitung zum Einblasen von Verwirbelungsgas in den Hebetopf.

6. Verfahren zum Betrieb von Vorrichtungen nach Anspruch 1 bis 5 zur Regelung des Umlaufes verwirbelter Feststoffteilchen zwischen zwei Kontaktzonen, dadurch gekennzeichnet, daß man in jeder dieser Zonen eine dichte Wirbelschicht herstellt, die Feststoffe aus einer dieser Zonen als dichte Wirbelschichtsäule zur Erzeugung hydrostatischen Drucks an seinem unteren Ende abzieht, die Feststoffe von dem Boden dieser Säule in eine Abschlußzone führt und darin in verwirbeltem Zustand hält, wobei diese Zone praktisch voll von der Wirbelschichtsuspension ist, daß man die verwirbelten Feststoffe als Strom mit verhältnismäßig engem Querschnitt aus dem oberen Teil der Abschlußzone in einer Höhe oberhalb der Einmündung der Feststoffe aus der abfließenden Säule abzieht und diesen abgezogenen Strom nach der anderen der beiden Wirbelschichtzonen führt, wobei man die Dichte des verwirbelten Gemisches in der engen Stromleitung verringert, um die Geschwindigkeit des Umlaufes zwischen den Wirbelschichtzonen zu regeln, und daß man die Festteilchen von der zweiten dieser Wirbelschichtzonen nach der ersten zurückführt, aus der die Festteilchen als dichter Wirbelschichtstrom entnommen worden waren.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 376190, 2 581041, 124, 2 601 676.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 709 659/407 8.57