-
Reaktionsgefäß r Aufnahme von festem Kontaktmaterial bei der Durchführung
katalytischer Umsetzungen, wie Reformieren von Kohlenwasserstoffen Die: vorliegende
Erfindung betrifft katalytische Umsetzungen. und insbesondere katalytische Umsetzungen,
bei denen ein Strom von umzusetzendem Niaterial durch ein festes Bett von feinverteiltem
Katalysator oder Kontaktmaterial streicht, das diesem Strom einen verhältnismäßig
geringen, Widerstand bietet.
-
Zur Erzielung großer Wirksamkeit bei katalytischen Umsetzungen, wie
der Reformierung von leichtem Kohlenwasserstoföl, wie Schwerbenzin, zu hochwertigem
Benzin ist es äußerst wichtig, daß das gesamte Katalysatorbett vollständig ausgenutzt
wird und daß alle Teile der Reaktionsteilnehmer während im wesentlichen einer gleichen
Zeit, während sie mit dem Katalysator in Berührung stehen, den gleichen Bedingungen
unterworfen werden. Um dies zu elrreichen, ist es notwendig, daß die einzelnen Teile'
des Stromes von umzusetzendem Material im wesentlichen die gleichen Weglänge durch
das Katalysatorbett besitzen und daß die Druckbedingungen längs aller dieser Wege
im wesentlichen die gleichen sind. Bei den bekannten Katalysatorbetten mit geringem
Strömungswiderstand ließen sich diese Ziele nicht erreichen, da bei diesen Betten
der Strom der Renktionsteilnehmer Kanales durch bestimmte Stellen des Katalysatorbettes
bildete, und nicht etwa, als Ausnahme, sondern als Regel große Mengen des Katalysators
unausgenntzt blieben.
-
Es wurde nun gefunden, daß diese Nachteile überwunden werden können,
wenn ein Reaktionsgefäß zur Aufnahme von festem Kontaktmaterial bei der Durchführung
katalytisch, er Umsetzungen, wie Reformieren von Kohlenwasserstoffen verwendet wird,
das eine durchlässige zylindrische Verteilervorrichtung zur Aufnahme des gasförmigen
Materials aus der Einlaßleitung sowie zum Verteilen dieses gasförmigen Materials
in. dem äußeren, Teil der Reaktionszone und eine. zentra,l in der Reaktionszone
gelagerte permeable Auslaßvorrichtung, die so angeordnet und von solchen Ausmaßen
ist, daß die Strömungswege des gasförmigen. Materials von allen Teilen der äußeren
Teile der Reaktionszone in diese Auslaßvorrichtung im wesentlichlen, gleich lang
sind, hesitzt.
-
In den Zeichnungen bedeutet Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durh
eine Reaktor, der die Merkmale der neuen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
aufweist, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1, wobei, um die Einzelheiten
der Konstruktion besser zu zeigen, Teile entfernt sind, Fig. 3 einen Schnitt längs
der Linie 3-3 von Fig. 2, Fig. 4 eine Vorderansicht eines Korbabschnittes und Fig.
5 eine Rückansicht des Korbabschnittes von Fig. 4.
-
In der Reaktionszone des erfindungsgemäßen Reaktionsgefäßes wird
der eintretende Strom von umzusetzendem Material im wesentlichen gleichmäßig über
im wesentlichen, die gesamte periphere Fläche des drin befindlichen Katalysatorbettes
verteilt. Das Katalysatorbett hat einen kreisförmigen- Querschnsitt und eine solche
Dichte, daß ein verhältnismäßig geringer Druckabfall des durchströmenden umzusetzendne
Materials beweirk wird. Die Strömung des umzusetzenden Materials erfolgt radial
durch da, Katalysatorbett zu einem zentral darin angeordneten Auslaß, der so angeordnet
ist, daß Strömungswege von im wesentlichen gleicher Länge von allen Punkten der
peripheren' Fläche gewährleistet sind. Die radiale Strömmung des Reaktionsmaterials
ergibt eine Erhähung des Strömungswiderstandews wenn das Material sich in Richtung
des zentralen Auslasses des Bettes bewegt, und nahe bei dem zentralen Auslaß ist
eine Fläche mit hohem Druckabfall gegeben, durch die ein Ausgleich der Strömungsgeschwindigkei
ten über alle Teile des Bettes bewirkt wird. Eine große periphere Fläche des Katalysatorbettes
wird dem einströmenden Reaktionsmaterial ausgesetzt, wodurch nicht nur eine gleichmäßige
Verteilung des einströmenden
Materials, sondern auch eine einheitliche
Verteilung von etwa vorhandenen Schmutzteilchen oder anderem Fremdmaterial, durch
das diese periphere Fläche leicht für den Durchtritt von umzusetzendem Material
verstopft wird, über die gesamte periphere Fläche bewirkt wird, so daß die Verstopfung
durch Schmutz- oder Fremdmaterial wesentlich herbgesetzt wird. Alle Teile der Innenfläche
des Reaktors. die die Reaktionszone umgrenzt, werden bei dem Druck des eintretenden
umzusetzenden Materials gehalten, so daß die Möglichkeit, daß das umzusetzende Material
an dem Katalysatorbett vorbeistreicht, beseitigt ist.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet zahlreiche Vorteile und besitzt
viele Anwen. dungsmöglichkeit. eln.
-
Sie ist ganz allgemein auf chemische Umsetzungen anwendbar, bei denen
dasu umzusetzende Material mit einem festen Bett von katalysator- oder Kontaktmaterial
in Berührung gebracht wird, und ist besonders gut für verschiedene Kohlenwasserstoffumwandlungen
geeignet, und zwar insbesondere für solche, bei denen das Verhältnis von Wasserstoff
zu Kohlenstoff geändert wird Zu den zahlreichen derartigen Umsetzungen gehören die
Dehydrierung, Hydrierung, Hydrogenolyse, das Cracken, Hydrocracken, Isomerisieren,
Oxydieren, Aromatisieren, Zyklisieren, Hydroentsulfurieren, die Kohlenwasserstoffsynthese,
die Dealkylierung, Hydrodechlorierung, Dehydroxylierung, Alkylierung, Polymerisation
und Wasserstoffaustauschsysteme. Diese Umsetzungen können im allgemeinen bei üblichen
Bedingungen, wie Reaktionstemperatur und Druck und mit vielen verschiedenen Katalysatoren
durchgeführt werden.
-
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist insbesondere geeignet,
um leichte Kohlenwa ssersto'fföle, wie leispielsweise Benzin, Schwerbenzin und Leuchtöl,
in hochwertiges Benzin überzuführen.
-
Gemäß den Zeichnungen nimmt der Reaktor 10 das Katalysatorbett 11
auf und begrenzt die Reaktionszone. Der Reaktor 10 wird von einem zylindrischen
Abschnitt 12 gebildet, dessen Enden durch die oberen und unteren gewölbten Abschlußteile
13 gebildet werden. Der Rektor 10 ist innen mit einer Auskleidung 14 aus Isolierungsmaterial
versehen, die im wesentlichen seine gesamte Innenfläche bedeckt. Die Auskleidung
14 besteht vorzugsweise aus einem härtbaren Hochtemperaturzement und wird in üblicher
Weise mittels einer üblichen pneumatischen Spritzpistolenvorrichtung aufgebracht.
Um die Aufbringung einer Auskleidung 14 von im wesentlichen gleichmäßiger und vorbestimmter
Dicke zu erleichtern und diese Auskleindung in ihrer Lage zu halten, sind die Bolzen
15 und Beialgscheiben 16 angeordnet. Die Bolzen 15 haben im wesentlichen gleichen
Länget und sind an die Wand des Reaktors 10 und an die Beilagscheiben 16, die vorzugsweise
aus einer korrosionsfesten Legierung hergestellt sind, angeschweißt. Der Teil der
Zementauskleidung 14 an dem bodenabschlußteil 13 des Rekatirs 10 ist mit einer verhältnismäßig
dünnen Auskleidung 17 aus kortosionsfeste Legierung bedeckt. diese Auskleidung 17
ist aus Streifen geformt, die schmal genung sind, um durch den im oberen Abschlußende
13 vorgesehen Einstieg eingebracht werden zu können. Durch den Einstieg 18 kann
man in. den Reaktor gelangen, um seine inneren Teile zusammenzubauen und zu überprüfen,
und durch ihn kann das Katalysatorbett eingeführt werden.
-
Der Einstieg 18 ist normalerweise mit einem Deckel 19 verschlossen,
der mit Bolzen oder in anderer Weise os daran befestigt ist, daß er entfernt werden
kann.
-
Auch der Einstieg 18 ünd der Deckel 19 sind innen
mit einer Zementauskleidung
14 versehen. Um die Zementauskleidung 14 des Ausstiegs 18 und seines Deckels 19
in ihrer Lage zu halten und diese Auskleidung 14 zu schützen, sind dünne Metallteile
20 vorgeselchen. eine Buchse 21 ist an dem Einstieg 18 befestigt und bedeckt das
Loch in der Hauptauskleidung 14, durch das sich die Auskleildung 14 des Einstiegs
18 erstreckt. Die Auskleiduug in diesem Loch ist weiterhin durch den Ring 22 verstärkt
und geschützt, der die Innenseite der Buchse 21 umglibt und daran befestigt ist.
Das obere Abschlußstück 13 enthält auch einen Einlaß 23, durch den ds umzusetzende
Material in die Rekationszone eingeleitet wird. Dieser Einlaß 23 besteht aus einem
äußeren Abschnitt 24 und einem inneren Abschnitt 25. Der äußere Abschnitt 24 besitzt
einen zylindrischen Teil der beispielsweise durch Schweißen an. der Peripherie des
Loches in der Wand des oberen Abschlußstückes 13 befestigt ist und einen abgestupften
konischen Teil, dessen schmalerer Ende an dem rohrförmigen inneren Abschnitt 25
angeschweißt ist. Der innere Abschnitt 25 erstreckt sich in den Reaktor 10. Das
innere Ende des Abschnittes 25 ist mit Aussparungen versehen, und an ihm ist einVerteilerblech
26 befestigt.
-
Durch. diese Anordnung werde die eintretenden Reaktionsmaterialien
mehr oder weniger gleichmäßig uber den gesamten Querschnitt des Rekators 10 verteilt
und sammeln sich nicht in einer begrenzten Fläche des Katalysatorbetts 11. Der Raum
zwischen den Abschnitten 24 und 25 ist mit Isoliermaterial 14 gefüllt. Der Innenabschnitt
25 trägt ebenfalls einen mit ihm befestigten Ring 27, der gegen die Fläche des îsolierungsmaterials
14, das an die Öffnung in der Wand des oberen Abschluß stückes 13 grenzt, stößt
und dazu dient, diese Isolierung zu armieren und dem Einlaß 23 die erforderliche
Stbilität und Festigkeit zu verleihen. Die Konstruktion ist derart, daß der innere
Abschnitt 25, wenn er entweder durch Korrosion oder Erosion abgenutzt ist, leicht
entfernt und ersetzt werden kann.
-
In dem unteren Abschluß stück 13 sind mehrere Auslässe 28 vorgesehen,
die sich durch dieses Bodens stück erstrecken und durch die Katalysator aus dem
Reaktor 10 entfernt werden kann; von diesen ist hier jedoch nur einer gezeigt. Der
Katalysatorauslaß 28 ist normalerweise durhc einen Deckel 29 verschlossen, der hier
als angelenkt gezeigt ist, der jedoch in irgendeiner bevorzugten Weise trennbar
daran1 befestigt sein kann. Der Katalysatorauslaß 28 ist mit einer inneren Auskleidungsbuchse
30 aus einer Leglerung vesehen, die in solchem Abstand davon angeordnet ist, daß
eine isolierende Zementauskleidung 14 eingepaßt werden kann. Das innere Ende der
Auskleidung 30 ist mit der aus einer Legierung bestehenden. Auskleidung 1,7 vereinigt,
die die Isolierschicht 14 am unteren Abschlußstück 13 bedeckt. Von der Mitte des
unteien Abschlußteiles 13 geht ein Verbindungsstück 31 für den Auslaß für das Reaktionsmaterial
aus. Dieses Verbindungsstück 31 besitzt einen äußeren Abschnitt 32, der aus einem
zylindrischen Teil, der an der unteren Abschlußwand 13 befestigt ist, und einem
abgestumpften konsichen Teil besteht, dessen schmaleres Ende an dem rohrförmigen
inneren Abschnitt 33 befestigt ist.
-
Der ringförmige Raum zwischen den Abschnitten 32 und 33 ist mit einer
isolierenden Zementauskleidung 14 gefüllt. Der ringförmige Innenabschnitt 33 ist
mit einem Ring 34 an. der Auskleidung 14 befestigt und erstreckt sich von dort nach.
innen und trägt an seinem olzeren, Ende das zylindrische Glied 35, das den Auslaß
aus der Reaktionszone bildet. Die aus einer Legie
rung bestehende
Auskleidung 17 liegt über dem Ring 34 und besitzt ein Loch, das weiter ist als der
innere Abschnitt 33, durch die dieser Abschnitt hindurchtritt.
-
In einem Abstand von der Isolierungsauskleidung 14 und im wesentlichen
konzentrisch mit dem Hauptabschnitt 12 ist ein den Katalysator tragender Korb 36
angeordnet, der aus vielen aus einer Legierung hergestellten Kanalabschnitten 37
gebildet ist, dessen aneinander grenzende Flanschteile mit Beizen o'der in anderer
Weise trennbar aneinander befestigt sind.
-
Alle Teile des Katalysatorkorbes 36 werden in bestimmtem Abstand von
der jeweils angrezenden Fläche der Isolierungsauskleidnung 14 gehalten. um dadurch.
die Aufrechterhaltung von im wesentlichen gleichmäßigen Druckbedigungen über die
gesa, mte Ausdehnung der Fläche des Korbes 36 zu ermöglichten, und zwar mittels
einer Vielzahl von einen bestimmten Abstand vorgebenden Teilen 38, die au jedem
der Kanalabschnitte 37 befestigt und längs ihrer Löngenausdehnung verteilt sind.
Die unteren Kanten delr Kanalabschnitte 37 sitzen auf der Auskleidung 17 aus Legierungsblech
auf und sind so eingekerb't, daß die radialen Außenendeii der Winkelteile 39, die
radial an, der Legierungsauskliedung 17 verteilt sind und Einlässe für das Reaktionsmaterial
in den unteren. Teil des Katalysatorbetts 11 bilden, velrteilt sind. Zu diesem Zwleck
sind beide Enden der Winkelteile 39 und die offenen Teile zwischen diesen Enden
mit ein oder mehr Schichten Drahtgewebe bedeckt. Das Drahtgewebe 40 hat solche Maschenweit,
daß der Durchtritt des Kaltalysatolrs verhindert wird, ohne daß der Strömung der
Rektionsteilnehmer durch dieses Gewebe ein beträchtlicher Widerstand entgegengesetzt
wird. Wenn mehrere Schichten Drahtgewebe 40 verwendet werden, so besitzen sie abgestufte
Maschenweiten. Bei dieser Anordnung tritt das Reaktionsmaterial in die äußeren Enden
der Winkelglieder 39 aus dem Raum zwischen der Isolierungsauskelidung 14 und dem
den Katalysator haltenden Korb 36, strömt entlang dieser Winlrelteile 39 nach innen
und tritt durch. das Drahtgewebe 40 entlang dessen. Länge und an seinem inneren
Ende allmählich aus den Winkelteilen 39 aus un din das Katalysatorbett ein. Der
beim Durchtritt durch die Winkelteile 39 zu überwindende Strömungswiderstand ist
schr gering, so daß das Reaktionsmaterial, wenn es die Winkellte : ile 39 verläßt
und in. den, Boden des Katalysatorbettes 11 eintritt, im wesentlichen den gleichen
Druck besitzt. wie in dem ringförmigen Raum zwischen dem Katalysatorkorb 36 und
der Isolierungsauskleidung 14. Die Kanalabschnitt3 37 sind mit geschitzten Löchern
41 versehen, die im wesentlichen gleichmäßig über ihre gesamte Länge verteilt sind,
um das Durchströmen des Reaktionsmaterials zu ermöglichen. Um den durchtritt von
Katalysaotr durch die geschlitzten Löcher 41 zu verhindern, sind eine oder mehrere
Schichten Drahtgewebe 40 so, dazwischen gelegt, daß sie an die Außenfläche der Kanalteile
37 oder gewünschtenfalls an, die Innenfläche dieser Teile angrenzen.
-
Der innere Abschnitt 33 des Auslaäverbindungsstückes 31 trägt an
seinem inneren Ende ein ringförmiges Glied 42. Die Verbindung zwischen dem Abschnitt
33 und dem ringförmigen Glield 42 ist vorzugsweise mittels einer Vielzahl radial
verteilter Einsätze 43 verstärkt. Das. zylindrische Auslaßteil 35 besitzt ein ringförmiges
Glied 44, das an seinem unteren Ende befestigt ist und so, ausgebildet ist, daß
es auf dem ringförmigen Giled 42 aufsitzt. Ein Kurzer Stutzen 45 ist an der Innenwand
des ringförmigen
Gliedes 44 befestigt und ist so groß, daß er mit begrenztem Spielraum
teleskopartig in das obere Ende des Innenabschnittes 33 paßt, und so das zylindrische
Auslaßteil 35 in einer bestimmten Lage zu dem Ka,talysatorkorb 36 hält. Das oberel
Ende des Auslaßgliedes 35 ist durch eine kuppelartige Kappe 46, die zu einem Stück
damit verbunden ist, verschlossen.
-
Die Zwischenabschnitte und der untere Abschnitt des zylindrischen
Auslaßteiles 35 sind durch schlitzförmige Löcher 41 perforiert, die im wesentlichen
gleichförmig über diese Abschnitte verteilt sind, so daß das umgesetzte Produkt
aus dem Katalysatorbett 11 austreten kann. Der mit Schlitzen versehene Teil des
zylindrischen Auslaßglieldes 35 hat solche Abmessungen und ist so angeordnet, daß
der Strömungsweg durch das Katalysatorbett 11 von jedem Teil seiner äußeren Umfangsfläche
im wesentlichen gleiche Länge besitzt. Die Anßenfläche des mit Schlitzen. versehenen
Teiles des zylindrichsne Auslßgliedes 35 ist ebenfalls mit einer oder mehreren Schichten
des Drahtgewebes 40 bedeckt, um zu verhindern, daß Katalysator in; das ausströmende
Produkt übertritt.
-
Der nicht mit Schlitzen versehene obere Teil des zylindrischen. Auslaßgliedes
35 hat im wesentlichen die gleiche Länge wie der Teil des Innenabschnittes 33 innerhalb
des Reaktors 10. Der Innenraum des katalysatorkorbes 36 ist mit Katalysa. tor einer
bevorzugten.
-
Zusammensetzung und bevorzugter Eigenschaften gefüllt, und zwar im
wesentlichen bis zur Höhe des höchsten Punktes der kuppelförmigen Kappe 46. Der
restliche Raum 2ber diesem Niveau wird mit inertem Material, wie beispielsweise
Aluminiumoxyd, in grobverteilter Form gefüllt, um einen freien Durchtritt des Reaktionsmaterials
zur Oberfläche des Katalysatorbettes 11 zu gewährleisten, um in. dieses einzutreten.
-
Gegenwärtig werden bevorzugt Aluminumoxydkugeln als inertes zerteiltes
Materia,l 47 verwendet, die eine Größe von 1.26 bis 2,5 cm besitzen. Weiterhin ist
es bevorzugt, das Bett aus inertem Mateiral 47 aus mehreren Schichten mit fortschreitend
abnehmen der Größe zu bilden.
-
Es ist ersichtlich, daß das eintretende umzusetzende Material in.
offenem Kontakt mit der oberen und unternen äußeren Fläche sowie auch mit den Seitenflächen
des Katalysatorbettes 11 steht und von dort an allen Stellen dieser Außenflächen
eintreten kann, um durch das Bett zu den schlitzförmigen Öffnungen 41 in dem zylindrischen
Auslaßglied. 35 zu strömen, und daß dabei alle möglichen Wege, die die Reaktionsteilnehmer
durchströmen, können, im wesentlichen von gleicher Länge sind und den gleichen Strömungswiderstand
bieten. Bemerkenswert ist, daß bei dieser Anordnung Fremdmaterial, wie Schmutz u.
dgl., durhc das die Oberfläche des Katalysatorbettes 11 lelicht für den Durchtritt
des umzusetzen den Materials verstopft wird, über die gesamte Außenfläche des K
atalys ato'rbeittes verteilt wird. und daher schlimmstenfalls nur eine geringe Wirkung
besitzt. Weiterhin ist zu bemerken, daß der Widerstand der Strömungswege in dem
Maße zunimmt, wie die schlitzförmigen Öffn.ungen 41 in dem zylindrischen Sieb 35
angenähert werden. so daß direkt an diesem Glied 35 eine Fläche mit erhöhten Druckabfall
erzeugt wird, wodurch. die Strömung durch die verschiedenen Abschnitte des Katalysators
automatisch reguliert wird.