DE1151491B - Vorrichtung zur gleichmaessigen Verteilung eines Fluessigkeit-Dampf-Gemisches auf ein Kontaktbett aus Festkoerperpartikeln - Google Patents

Description

INTERNAT.KL. B 01 j

DEUTSCHES

PATENTAMT

U 7599 IVa/12g

ANMELDET-AG: 22. NOVEMBER 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT:

18. JULI 1963

Zur gleichmäßigen Verteilung eines Dampf-Flüssigkeits-Gemisches ist es bekannt, einen im wesentlichen horizontalen Verteilerboden im oberen Teil eines Gefäßes anzuordnen. Dieser Verteilerboden weist eine Mehrzahl von Öffnungen auf. An diese öffnungen sind Rohrstücke angesetzt, die nach oben und unten aus dem Verteilerboden herausragen und mit Flüssigkeitsüberlauföffnungen versehen sind, die durch nach unten geschnittene Ausschnitte gebildet werden. Dabei tritt häufig eine Falschverteilung der Reaktionspartner durch sogenannte Kanalbildung auf, da der Flüssigkeitsanteil des zweiphasigen Stromes sehr stark dazu neigt, in einen eng begrenzten Bereich des katalytischen Reaktors zu laufen, während der gasförmige Anteil gleichmäßig verteilt wird oder noch wahrscheinlicher durch den Teil des katalytischen Bettes gedrängt wird, der nicht durch den Flüssigkeitsanteil beaufschlagt ist.

Bei einer Vorrichtung zum Behandeln von Gasen oder Flüssigkeiten zwecks Erzielung eines größeren Eintrittsquerschnitts ist es bekannt, Tröge U-förmigen Querschnitts mit durchbrochenen Wänden in eine Füllkörpermasse einzusenken. Diese Tröge erstrecken sich in das Bett nach unten und begrenzen flüssigkeitsdurchlässige Hohlräume in der Oberfläche des Festkörperbetts.

Auch ist die Abdeckung einer Katalysatorschicht mit einer Schicht inerter, stückiger, fester Kontaktkörper bekannt.

Ferner ist bereits vorgeschlagen worden, durchlässige Körbe in das Festkörperbett einzubringen, die z. B. aus einem Siebgewebe bestehen und von einem Stützrahmen gehalten werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur gleichmäßigen Verteilung eines Flüssigkeits-Dampf-Gemisches auf ein Kontaktbett aus Katalysatorpartikeln, dem gegebenenfalls Partikeln aus inertem Material zugemischt sein können, wobei das Gemisch den Reaktor von oben nach unten durchströmt, ist gekennzeichnet durch einen an sich bekannten, im wesentlichen horizontalen, mit Öffnungen versehenen Verteilerboden im oberen Teil des Reaktors und durch in der oberen Begrenzungsschicht des Festkörperbetts angeordnete, oben offene, durchlässige Körbe.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß der Verteilerboden in Kombination mit den durchlässigen Körben eine Gesamtwirkung in dem Sinn ergibt, daß eine nicht vorhersehbare, ganz außerordentliche Erhöhung der Katalysatorlebensdauer eintritt.

So führen Flüssigkeitsverteilerböden oberhalb des Katalysatorbetts nur zu einer 25 %igen Vergrößerung Vorrichtung zur gleichmäßigen Verteilung

eines Flüssigkeit-Dampf-Gemisches auf ein Kontaktbett aus Festkörperpartikeln

Anmelder:

Union Oil Company,

Los Angeles, Calif. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dr.-Ing. A. Weickmann

und Dipl.-Ing. H. Weickmann, Patentanwälte,

München 27, Möhlstr. 22

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 11. Januar 1960 (Nr. 1505)

Billy Jackson Young, Fullerton, Calif., Arnold Eugene Kelley, Anaheim, Calif.,

und William Julius Baral,

Los Angeles, CaUf. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

der Katalysatorwirkungsdauer im Vergleich zu einer Anordnung ohne Verteilerboden.

Durchlässige Körbe allein führen ebenfalls nur zu einer Vergrößerung der Katalysatorwirkungsdauer um 25 °/o im Vergleich zu einer Anordnung, bei der diese Körbe fortgelassen sind. Werden jedoch die Flüssigkeitsverteilerböden zusammen mit den Körben benutzt, so steigt die Wirkungsdauer um 200% an.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist bevorzugt zur Behandlung von Kohlenwasserstoffen und anderen organischen Stoffen geeignet.

Häufig bildet sich bei solchen Reaktionen ein Niederschlag aus unlöslichem Material auf der Oberseite des Kontiktbettes. Dieser Niederschlag kann Schmutz von außen enthalten, wie etwa Rostteilchen und teerartiges und asphaltartiges Material, das sich aus der zugefühiten Flüssigkeit absetzt. Der Niederschlag zerstört oder verändert die Wirksamkeit des Kontaktmaterials und beeinträchtigt den Fluß der Reaktionspartner durch das Bett. Ein anderes Problem, das sich häufig durch diesen Niederschlag ergibt, besteht in der Schwierigkeit, eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit durch das Kontaktbett zu erhalten.

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Eine teilweise Verstopfung der oberen Katalytschichten durch teerige Stoffe in den vorzugsweise durch Flüssigkeit beaufschlagten Bereichen führt dazu, daß die oben angedeutete Kanalbildung verstärkt wird. Diese Falschverteilungen führen zu einer Verringerung der Umsetzung, zu einer geringen wirksamen Ausnutzung des Katalysators und zu einer Vergrößerung des Niederschlages von Verkokungsmaterial auf dem Katalysator.

und einer Spritzplatte 17, die etwa 7,5 bis 12,5 cm vom offenen Ende des Rohres entfernt angeordnet ist.

Die genannten Teile bilden übliche Elemente in vielen bekannten katalytischen Reaktoren.

Nach der Erfindung ist ein neues Verteilungssystem für die Reaktionspartner vorgesehen, das aus einem Verteilerboden 18 in Verbindung mit durchlässigen Körben 30 besteht. Der Verteilerboden 18 ist waagerecht in irgendeiner geeigneten Weise, etwa

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bewirkt eine io durch Winkel 19 oder durch andere übliche Stützen gleichmäßige Verteilung eines Flüssigkeits-Dampf- wie U-Stücke, Winkelstücke, Streben u. dgl. montiert, Gemisches in katalytischen Abwärtsflußreaktoren und wobei die Verbindung zur Reaktorwand dampf- und gestattet gleichzeitig, Fremdstoffe aus den Reaktions- flüssigkeitsdicht ausgebildet ist. Partnern zu entfernen, die das Katalysatorbett ver- Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf eine geeignete Anord-

stopfen, und ferner schädliche Effekte von Teer- 15 nung zylindrischer Abflüsse im Boden 18, die aus niederschlagen in den ersten Kontaktzonen zu ver- Rohrstücken 22 bestehen. Die Rohrstücke 22 sollen mindern. im wesentlichen gleichmäßig über den Boden 18 ver-

Ferner sorgt die erfindungsgemäße Vorrichtung für teilt sein.

eine gleichmäßige Verteilung der Verkokungspro- Wie näher aus Fig. 3 zu erkennen, ist ein Rohr-

dukte, die als Nebenprodukte der Reaktionen überall 20 stück 22 mit einem oder mehreren Schlitzen 24 oder im Katalysatorbett gebildet werden, und setzt diese Einschnitten versehen, die in Abstand rund um seinen Bildung von Verkokungsprodukten herab.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird also
die katalytische Aktivität außerordentlich gut ausgenutzt, andererseits treten aber im wesentlichen 25 Regel 1,25 bis 10 cm oberhalb der Oberkante des keine Verstopfungen des Bettes ein, wie durch den Rohrstückes. Die Deckplatte 26, die durch Stützen geringen Druckabfall über dem Reaktor feststellbar ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich

aus der nachfolgenden. Beschreibung eines Ausfüh- 30 des Verteilerbodens 18 ist, daß der Gesamtquerrungbeispiels unter Hinweis auf die Figuren. schnitt der Ablauföffnungen genügend groß ist, damit

Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen erfindungsgemäßen Reaktor;

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf den Verteilerboden längs der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 zeigt einen Vertikalschnitt durch ein Rohrstück längs der Linie 3-3 der Fig. 1;

Fig. 4 zeigt eine Aufsicht auf die Korbanordnung längs der Linie 4-4 der Fig. 1;

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kor- 40 fläche des Reaktorbettes abtropft, bes mit Halterungen, wie er in den Fig. 1 und 4 ge- Zylindrische Körbe 30 sind unterhalb des Bodens

zeigt ist.

Die Vorrichtung kann für eine hydrierende Entschwefelung benutzt werden, sie kann jedoch auch zur. Durchführung anderer Reaktionen dienen, in denen ein Teil der Reaktanten in flüssiger Phase vorliegt, wie etwa zum Kracken von Kohlenwasserstoffen, zur Polymerisation, zur Isomerisation, zur katalytischen Wasserstoffbehandlung von flüssigen

Kohleexträkten, zur . katalytischen Wasserstoffbe- 5° mit Abstandsstücken 40 (Fig. 5) versehen, die sie in handlung von aromatischen Verbindungen, wie etwa ihrer Lage auch festhalten. Die Körbe können aber zur Umsetzung von Benzol zu Cyclohexan, zur kata- auch im wesentlichen frei auf dem Bett schwimmen, lytischen Oxidation, zur katalytischen Chlorierung d. h. körperlich von dem Bett selbst abgestützt weru., dgl. . den. Die Körbe 30 bestehen aus einem Drahtnetz.

Der in Fig. 1 dargestellte Apparat besteht im 55 Die Maschenweite des Netzes ist so groß wie mögwesentlichen aus einem an sich bekannten katalyti- lieh im Hinblick auf die Abmessungen der Katalysaschen Abwärtsflußreaktor mit den zu ihm gehörigen torpartikel gewählt. Die Körbe können aber auch verschiedenen Einbauten. Ein zylindrisches Gefäß 2 aus einem anderen durchlässigen Material bestehen, mit einem Deckel 4 und einem Boden 6 besteht aus beispielsweise aus perforiertem Blech u. dgl. Vorkorrosionsfestem Material und ist üblicherweise für ^6o zugsweise ist das Material, aus dem die Körbe 30 beden Betrieb bei erhöhten Temperaturen isoliert. Im stehen korrosionsfest. Die Körbe sind oben offen Boden 6 ist eine Auslaßleitung 8 vorgesehen. Im und in der Regel zylindrisch. Die Böden sind geDeckel 4 des Gefäßes ist eine Leitung 10 zur be- schlossen. Sie haben Durchmesser von etwa 5 bis quemen Füllung des Gefäßes 2 mit einem Katalysator 20 cm und eine Länge von 30 bis 120 cm. Die Körbe vorgesehen. Ein durchlässiges zylindrisches Sieb 12 65 haben in der Regel alle den gleichen Durchmesser liegt unmittelbar oberhalb des Auslaßrohres 8. Die und die gleiche Länge. Die Länge der Körbe 30 in Zuführleitung für die Reaktionspartner 14 trägt einen Bezug zur Länge des Katalysatorbettes 34 kann erVerteiler 16. Dieser besteht aus einem offenen Rohr heblich schwanken. Jedoch muß eine hinreichende

oberen Umfang liegen. Diese Schlitze 24 ermöglichen einen gleichmäßigen Flüssigkeitsüberlauf. Oberhalb jedes Rohrstückes 22 liegt eine Deckplatte 26, in der

28 gehalten wird, verhindert, daß Flüssigkeit von der Spritzplatte 16 direkt in das Abflußrohr spritzt. Einer der wesentlichen Gesichtspunkte für die Ausbildung

ein wesentlicher Druckabfall auftritt. Typische Abflußrohrstücke haben beispielsweise einen Durchmesser von 2,5 bis 20 cm und Höhen von etwa 5 bis 20 cm. Die Einschnitte 24 haben üblicherweise eine Breite von 0,4 bis 1,3 cm. Die Böden der eingesetzten Rohrstücke 22 ragen in der Regel etwas nach unten über die untere Begrenzungsfläche des Bodens 18 hinaus, damit die Flüssigkeit besser auf die Ober-

18 innerhalb des katalytischen Bettes 34 angeordnet, vorzugsweise in einer auf der Katalysatorschicht befindlichen Schicht keramischer Kugeln 32.

Fig. 4 zeigt eine geeignete Anordnung der Körbe 30 im Reaktor 2 in Aufsicht. Die Oberfläche des Katalysatorbettes 34 wird in der Regel so nahe wie praktisch möglich an die untere Begrenzungsfläche des Bodens 18 gebracht. Die Körbe sind in der Regel

Bettiefe zwischen dem Boden der Körbe 30 und der Auslaßleitung 8 liegen, um die gewünschte Umwandlung zu bewirken. Es ist üblich, keramische Kugeln 32 oder andere inerte Teilchen zu einer Tiefe von etwa 7,5 bis 15 cm von der Oberfläche des Katalysatorbettes 34 aus vorzusehen. Die chemisch inerten Kontaktkörper verbessern die Gleichverteilung der Reaktionspartner und verhüten ein Aufbrechen der oberen Begrenzungsfläche des Katalysators. Obwohl die Körbe 30 normalerweise leer sind, so können sie doch auch mit keramischen Kugeln od. dgl. gefüllt werden, deren Durchmesser in der Regel größer ist als derjenige der Katalysatorgranulate, ohne daß die Arbeitsweise oder Funktion der Körbe 30 wesentlich geändert wird. Fig. 5 zeigt einen Drahtnetzkorb 30 im Detail, der auf in Abstand voneinander befindliche Winkelstützen 40 gesetzt ist.

Die Erfindung wird im folgenden, um einen bevorzugten Beispielsfall herauszuheben, im Zusammenhang mit einer katalytischen hydrierenden Entschwefelung beschrieben. Das Speisemedium sei ein schweres Koksdestillat in gemischter Flüssigkeits-Dampf-Phase. Der Anteil an flüssiger und dampfförmiger Phase hängt von der speziellen Zusammensetzung des Speisemediums ab, sowie von der Tem- 35 peratur und vom Druck. Normalerweise enthält das Speisemedium 5 bis 25 »/0 Flüssigkeit. Die flüssige Phase ist in der dampfförmigen Phase in der Regel als Nebel oder in Form von Tröpfchen verteilt. Die flüssige Phase trennt sich von der Dampfphase und 30 Korbmaschenweite sammelt sich auf dem Boden 18 bis zu einer Höhe etwas oberhalb der unteren Begrenzungen der Einschnitte 24 in den Abläufen 22. Die Flüssigkeits- und Dampfphasen strömen zugleich nach abwärts durch die Rohrstücke 22 auf die Oberseite des Katalysator- 35 bettes. Die Reaktionsmischung fließt dann nach unten in das katalytische Bett, und zwar hauptsächlich durch die Körbe 30, während ein geringerer Anteil durch die obere Begrenzungsfläche des Katalysatorbettes läuft.

Die Wirkung der Körbe 30 zeigt sich durch eine erhöhte Wirkungsdauer des Katalysators zwischen den Regenerationen und durch eine Verminderung seiner Neigung zur Erhöhung des Druckabfalls während der Reaktion. Irgendwelches Fremdmaterial im Speisemedium, wie etwa Rostteilchen aus Verbindungsleitungen und Heizrohren, fällt auf Grund seiner Schwere auf die Böden der Körbe 30 und sammelt sich dort. Dieses Material sammelt sich in den Korbdurchgeführt. In einer ersten Serie (I) war weder ein Boden 18 noch waren Körbe 30 vorgesehen. In einer zweiten Serie (II) waren keine Körbe 30 vorgesehen, sondern allein ein Boden 18. In einer dritten Serie (III) wurden nur die Körbe 30 verwendet. Eine vierte Serie (IV) wurde gemäß der Erfindung sowohl mit den Verteilerböden 18 als auch mit den Körben 30 ausgeführt, und zwar in einer Anordnung, wie sie im wesentlichen in Fig. 1 gezeigt ist.

In allen vier Serien befinden sich im obersten Teil des Kontaktbettes in einer Höhe von 15 cm Keramikkugeln mit einem Durchmesser von 1,9 cm. Einzelheiten der Anordnung in den Arbeitsläufen ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle I.

Tabelle 1
Reaktordurchmesser .... 210 cm

Reaktorlänge 660 cm

Rohrstückdurchmesser 22 5 cm

Rohrstückhöhe 15,2 cm

Einschnitte 24 zwei Einschnitte pro Ablaufrohr mit Winkelabstand von 180°, 2,5 cm lang, 0,3 cm breit

128. gleichmäßig über den Boden verteilt

15,2 cm

Anzahl der Rohrstücke

40

45

Korbdurchmesser

Korblänge 60 cm

sieben Maschen pro Quadratzentimeter bei 0,026 cm Drahtstärke, rostfrei

Anzahl der Körbe 20, gleichmäßig verteilt

über dem Reaktorbett

Katalysator 25 000 kg zu 0,3 cm gekörntes Kobaltmolybdat

Alle Arbeitsläufe erfolgten so, daß sich ein konstanter Grad von Schwefelentfernung durch allmähliche Temperaturerhöhung bei jedem Arbeitslauf ergab. Die Temperatur wurde jeweils bis zur maximal zulässigen Arbeitstemperatur durchgeführt. Bei Beginn eines jeden Laufes hatte der Reaktor bei einem Druck von etwa 56 kg/cm² eine Ladung von frisch regeneriertem Katalysator. Die Anfangsbettemperatur lag bei 360° C. Das Speisemedium bestand aus schwerem, im Vakuum destillierten und flüssigem Koksdestillat eines sauren Wyoming-Rohproduktes. Es wurde in einer mittleren Menge von etwa 1200 m³

boden jedoch nur sehr allmählich, und das Speise- 5° pro Stromtag behandelt, bis die Temperatur 425° C

medium kann ohne weiteres durch die senkrechten erreichte und der Schwefelgehalt bis unter 80% fiel.

Korbseiten fließen. Daher steigt der Druckabfall über Das Speisemedium, das ungefähr 2,5 Gewichtsprozent dem Reaktor nur sehr langsam an, und eine Beendi

gung der Reaktion ist allein auf Grund katalytischer Deaktivierung erforderlich, nicht aber wegen eines Verschmutzens oder Verschlammens der oberen Begrenzungsfläche des Katalysators.

Die dampfförmigen und flüssigen Reaktionspartner dringen nun innig miteinander vermischt durch das Katalysatorbett 34 und durch das vorzugsweise inerte Trägerbett 36, das normalerweise durch keramische Kugeln gebildet ist, und durch das Schutzgitter 12 zur Auslaßleitung 8. Ein besonderer Vorteil der Vorrichtung nach der Erfindung ist seine zufriedenstellende Arbeitsweise über einen weiten Bereich von Zuführungsgeschwindigkeiten der Reaktionspartner.

Zur Herausstellung der Wirkung wurden eine Reihe von hydrierenden Entschwefelungsreaktionen Schwefel enthielt, hat einen Anfangskochpunkt von etwa 200° C und einen Endkochpunkt von etwa 570° C. Die Länge eines jeden Arbeitslaufes, ausgedrückt in Barrel, des behandelten Speisemediums pro englischen Pfund der katalytischen Ladung ist in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2

Arbeitslaufserie	Mittel zur Verteilung des Speisemediums im Reaktor	Arbeitslauflänge bbls/lb
I II III IV	keine Boden Körbe Boden und Körbe	4 5 5 12

Der Verteilerboden allein und die Körbe allein führen daher nur zu einer geringen Verbesserung in der Länge des Arbeitslaufes. Die Kombination von Boden und Körben führt jedoch zu einem sich gegenseitig unterstützenden Wechselwirkungseffekt, der zu einer unerwarteten Erhöhung der Arbeitsfähigkeit führt, wie sich klar aus Tabelle 2 ergibt.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zur gleichmäßigen Verteilung eines Flüssigkeit-Dampf-Gemisches auf ein Kontaktbett aus Katalysatorpartikeln, dem gegebenenfalls Partikeln aus inertem Material zugemischt sein können, wobei das Gemisch den Reaktor von oben nach unten durchströmt, gekennzeichnet durch einen an sich bekannten, im wesentlichen horizontalen, mit Öffnungen versehenen Verteilerboden im oberen Teil des Reaktors und durch in der oberen Begrenzungsschicht des Festkörperbetts (34) angeordnete, oben offene, durchlässige Körbe (30).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körbe aus Drahtnetzgewebe bestehen und die Öffnungen im Drahtnetz kleiner sind als die Partikelgröße des Festkörperbetts.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körbe im wesentlichen zylindrisch sind und einen Durchmesser zwischen etwa 5 und 20 cm und eine Länge zwischen etwa 30 und 120 cm haben.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei an die Öffnungen im Verteilerboden (18) mehrere Rohrstücke angesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rohrstücke (22) nach oben erstrecken und mit im Abstand von deren Enden angeordneten Deckplatten (21) versehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstücke (22) einen Durchmesser von etwa 2,5 bis 20 cm und eine Höhe von etwa 5 bis 20 cm haben.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstücke mit Flüssigkeitsüberlauföffnungen (24) in Form von senkrechten Einschnitten versehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht in an sich bekannter Weise mit einer Schicht inerter Festkörper bedeckt ist, deren Durchmesser größer ist als derjenige der Kontaktkörper.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 604 417;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 016 874;
USA.-Patentschrift Nr. 2 898 292.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 309 647/269 7.