DE1542025A1

DE1542025A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Durchfuehrung von katalytischen Reaktionen mit Katalysatorfestbett und abwaerts gerichteter Stroemung

Info

Publication number: DE1542025A1
Application number: DE19661542025
Authority: DE
Inventors: George Forbes
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1965-09-15
Filing date: 1966-09-14
Publication date: 1970-03-19
Also published as: NL6612917A; GB1113751A; BE686919A; CH467099A; US3431084A; NL147949B; NO116669B; AT278715B; SE330686B

Description

PATENTANWÄLTE 15420? 5

DR.-ING. VON KREISLER DR.-INO. SCHÖNWALD ^lv'7⁴-^w*^v' DR.-INO. TH. MEYER DR. FÜES

KÖLN1, DEICHMANNHAUS

Köln, den 7.9.1^f;u6 Ke/Ax/st

The British Petroleum Company Limited,

Britannic House, Finsbury Circus, London, E.C.2 (Enpland)

Vorrichtung und Verfahren zur Durchführung von katalytischen Reaktionen mit Katalysatorfestbett und abwärts gerichteter Strömung.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verwendung in Festbettreaktoren, inabesondere eine Vorrichtung zur besseren Verteilung von Flüssigkeiten und Dünpfen in katalysatorgefUllten Reaktorgefäßen mit nach unten gerichteter Strömung.

Me Erfahrungen bei der Durchführung gewisser katalytischer Verfahren, insbesondere der katalytischen Entschwefelung von Erdölfraktionen, z.B. von GasÖl, haben gelehrt, daß sich Ablagerungen auf der Oberseite des lCatalysatorbetts zu bilden pflegen, wodurch sich ein erhöhter Druckabfall im Reaktor und demzufolge eine Verringerung des Durchsatzes ergibt. Unter diesen Umständen muß der Reaktor periodisch außer Betrieb genommen werden, um den Katalysator durch Abbrennen der Ablagerung zu regenerieren, obwohl die katalytische Aktivität der Hauptmenge des Katalysatorbetts hoch bleibt.

Es wird angenommen, daß die Ursache für die Bildung dieser blockierenden Ablagerungen eine Kombination von Krackung und Polymerisation ist, die als ITebenreaktionen in begrenztem

Umfange auf der Überfläche dea Katalyoatorbette stattfinden. Als v/eitere Ursache wird feinteilig es Material, z.B. Eisenzunder aus der Anlage, z.B. aus den Rohren der Öfen, angesehen, das mit dem Einsatzmaterial eingetragen wird.

Es wurde bereits vorgeschlagen, in das Katalysatorbett eine Reihe von oben offenen Drahtnetzzylindern einzusetzen, die sich von der Katalysatoroberfläche aus in das Bett erstrecken. Zwar wurde mit dieser Anordnung eine gewisse Ver- ■ besserung der Laufzeit erzielt, jedoch ist noch eine weitere Verbesserung erwünscht.

Besondere Probleme treten auf, wenn beide Phasen in Mischung im Reaktor vorliegen (d.h. sowohl Flüssigkeit als auch Dämpfe dem Katalysatorbett zugeführt werden und das Katalysatorbett durchströmen), da nicht nur die Bildung von Ablagerungen bekämpft, sondern auch gute Verteilung und Vermischung von Flüssigkeit- und Dämpfen sichergestellt werden muß.'Eine Vorrichtung, die u.a. für gemischten Einsatz aus llüssig- und Dampfphase vorgeschlagen wurde, weist oberhalb der Katalysatoroberseite einen Boden nit getrennten Durchgängen für Flüssigkeit und Gas auf. Die Grasdurchgänge sind mit Zylindern aus Drahtgeflecht versehen, die sich in das Katalysatorbett erstrecken, und die Fliissigkeitsdurchgänge sind Kamine, die die Flüssigkeit zur Bettoberfläche verteilen.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, die den Durchfluß eowohl von Flüssigkeit als auch Dämpfen durch die gleichen Durchgänge im Boden ermöglicht. Die erfindungogemäße Vorrichtung, die sich zur Durchführung von katalytischen Reaktionen im Festbett eignet, ist gekennzeichnet iurch einen geschlossenen stehenden Reaktor, der ein Katalysatorbett enthält und mit einem oberen Eintritt und einem unteren Austritt versehen ist, einen Boden im oberen Teil des Gefäßes, Kamine, die vom Boden aus nach oben ragen, Siebeinrichtungen innerhalb der Kamine, die durch die Kamine in das Katalysatorbett ragen, wenn dieses eingefüllt ist, und über den Kaminen angeordnete Hauben mit zwei übereinander-

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liegenden Eintritten, die den Eintritt von iTuOsigkeiten und (iasen in den Kanin und durch den Kamin nur mit zunächst nach oben gerichteter Strömung gestatten, wobei der untere Eintritt in einer waagerechten Ebene mit der Oberseite des Kamins und der obei"e Eintritt oberhalb des oberen Endes '^es Kanins liegt.

Die Erfindung umfaßt ferner ein Verfahren zum Betreiben eines mit abwärts gerichteter Strömung arbeitenden Reaktors, der ein Katalysatorfeatbett enthält, mit Einsatzmaterialien, die sowohl aus Flüssigkeiten als auch Dämpfen bestehen. "Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man eine -FlüssigkeitsF.enge im oberen Teil des Iteaktors auf einem Boden hält, die Flüssigkeit über den Überlaufrand eines Kamins durch den Boden in das Katalysatorbett über eine Siebvorrichtung laufen läßt, die sich durch den Kamin in das Katalysatorbett erstreckt, und Dämpfe durch den gleichen Kamin und die gleiche Siebvorrichtung über einen Eintritt oberhalb des Irlüssigkeitskörpers strömen läßt, der· die Dämpfe zwingt, ihre nach unten gerichtete Strömung umzukehren, um in den Kamin und in die Siebvorrichtung einzutreten.

Die Erfindung umfaßt somit im wesentlichen einen Boden im oberen Teil eines Reaktors mit Durchgängen im Boden für flüssigen und dampfförmigen Einsatz, wobei diese Durchgänge mit Siebeinrichtungen und gesonderten Eintritten für Flüssigkeit und Dämpfe versehen sind, Seide Eintritte zwingen die Flüssigkeit und die Dämpfe, die Strömungsrichtung umzukehren und eine Strecke aufwärts zu strömen, um in den Durchgang einzutreten. Hierdurch ist es den von der Flüssigkeit und den Dämpfen mitgetragenen Feststoffteilchen möglich, sich abzuscheiden und auf dem Boden abzusetzen. Die Bedingungen, die das Absetzen der Teilchen begünstigen, sind jedoch für die Flüssigkeit und die Dämpfe verschieden. Eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit begünstigt die Ablagerung suspendierter Teilchen, während hohe Strömungsgeschwindigkeiten die Abtrennung von Teilchen

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aus Gasen begünstigen, da die Teilchen bei der Umkehrung der Strömungsrichtung des Grases durch die Zentrifugalkraft herausgeschleudert werden. Da getrenn¹e Eintrittefür Flüssigkeit und Dämpfe vorgesehen sind, können die optimalen Bedingungen für beide rewühlt werden. i)urch gesonderte Eintritte wird gleichzeitig die Turbulenz verringert, wodurch wiederum das Absetzen der Feststoffteilchen begünstigt wird. Da andererseits sowohl die Flüssigkeit als auch die Dämpfe durch den gleichen Durchgang strömen, ist guter Kontakt zwischen Flüssigkeit und Dämpfen sichergestellt, wenn das Gemisch das Katalysatorbett erreicht.

Die iberlaufkante des Kamins ist vorzugsweise sägeartig gezahnt, damit ein gleichmäßiger stetiger Llehrfachstrom über die überlaufkante in den Durchgang fließt. Der Kamin kann jeden beliebigen Querschnitt haben, jedoch ist er zweckmäßig zylindrisch.

Die Haube mit doppeltem Eintritt ist vorzugsweise aus einem Deckel und Seitenwänden, die durch schmale Bügel verbunden sind, so daß der Dämpfeeintritt nicht mehr als notwendig versperrt ist, in einem Stück gearbeitet. Die Haube paßt über und um den oberen Teil des Kamins. Bei einem zylindrischen Kamin ist die Haube ebenfalls zylindrisch und hat ringförmige Flüssigkeits- und Dämpfeeintritte. Die Haube ist vorzugsweise abnehmbar, um die Siebeinrichtung herausnehmen zu können.

Die Siebeinrichtung besteht vorzugsweise aus durchlöcherten Rohren» die einfach aus Drahtgeflecht hergestellt sein können. Der Boden, die Kamine und die Hauben müssen sicherstellen, daß Flüssigkeiten und Dämpfe, die in die durchlöcherten Rohre strömen, praktisch frei von Ablagerungen sind, jedoch stellen die Rohre eine zweite Sicherheitsvorrichtung gegen das Eindringen von Ablagerungen in das Katalysatorbett selbst dar. Die Rohre, die sich in das Katalysatorbett erstrecken, begünstigen ferner die gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit und der Dumpfe im Bett.

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./ie bereits erwähnt, sind die Siebvorrichtungen vorzugsweise herausnehmbar und daher nicht fest mit den Kaninen verbunden.

Auf der Oberseite des Katalysatorbetts kann in üblicher ./eise eine Schicht aus inerten Körpern, z.3. Keramikku^eln, liegen. Vorzugsweise ist ein Zwischenraum zwischen Jer Oberseite des Katalysatorbetts bzw, der Schicht aus Keramikkugeln und dem Boden vorhanden. Ein Teil der Flüssigkeit und insbesondere ein Seil der dämpfe kann somit durch das durchlöcherte Rohr in diesen Raum strömen und auf diese V/eise' von oben in das Katalysatorbett gelangen»

Die Abmessungen der Kamine, der oiebe, Ilauben und keits- und Dämpfeeintritte kann entsprechend den jeweiligen Bedingungen, die im Heaktor erwartet werden, insbesondere der relativen Mengen von Flüssigkeit und Dämpfen, gewählt werden. Die Zahl der Kamine, Siebe und Hauben kann ebenfalls in Abhängigkeit von der Größe des Reaktors und den darin erwarteten Bedingungen variiert werden. Eine verhältnismäßig große Zahl von beispielsweise wenigstens 15

für bis 20 für kleine Reaktoren und bis zu 40 bis 70/größere Reaktoren wäre geeignet. Das Ziel bei der Konstruktion eines Bodens ist, die größtmögliche Zahl von Durchgängen durch den Boden zu schaffen und auf diese V/eise den Anstieg der Geschwindigkeit in den Durchgängen so niedrig wie möglich zu halten, während gleichzeitig eine angemessene Bodenfläohe verbleibt, auf der Ablagerungen sich absetzen können·

Die Vorrichtung ist insbesondere zur Verwendung mit gemischten Phasen des Einsatzmaterials vorgesehen, z.B. Einsatzmaterialien, die unter den angewendeten Bedingungen 20 bis 80 i» Flüssigkeit enthalten, jedoch arbeitet die Vorrichtung noch wirksam, wenn die Bedingungen so verändert werden, daß ausschließlich in der Dampfphase gearbeitet wird, wobei die Dämpfe durch beide Eintritte der Haube eintreten und in jedem fall eine Umkehrung der Strömungs-

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richtung stattfindet.

iie Erfindung wird anhand der Abbildungen ntlher erläutert.

1 ist ein dchnitt durch einen erfindungsger;uißen Reaktor,

2 ist eine Draufsicht auf einen Boden.

3 ist ein Schnitt durch einen einzelnen Kai.in und ; die Einzelteile deutlicher als Fig. 1.

Jer in Fig. 1 dargestellte Reaktor besteht aus einem I.Iantel 1 mit einem oberen Eintritt 2 und einen; unteren Austritt 3. Der Eintritt 2 ist mit einer geeigneten Verteilungsvorrichtung versehen, die bei 4 schematisch angedeutet ist. Ein durchlöchertes Blech 5 deckt den Austritt 3 ab. Der Reaktor enthält ein Katalysatorbett 6, das oben und unten Schichten aus Ileramikkugeln 7 und 7a aufweist. Im oberen 'feil ist mit Abstand zum Katalysatorbett ein Loden 8 angeordnet, der eine Anzahl von Kaminen 9 mit sägeartig gezahnten Überlaufkanten 10 aufweist. Drahtkörbe 11 sind innen in den Kamin eingesetzt und rajen nach unten in das Katalysatorbett 6. Die Körbe 11 sind oben offen, jedoch an ihren unteren Enden geschlossen. Über den Kaminen 9 sind Hauben 12 angeordnet, die einen oberen ringförmigen Eintritt 13 und einen unteren ringförmigen Eintritt 14 aufweisen.

Fig. 2 zeigt den Boden 8 in Lraufsieht mit den Kaminen 9» die über den Boden verteilt sind. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Boden aus einer Anzahl von Platten hergestellt, die flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind. Im Boden sind Ablauflöcher 15 vorgesehen, die es er-•möglichen, die Flüssigkeit vom Boden abzulassen, wenn der Reaktor außer Betrieb genommen werden muß· Der mittlere Seil 16 des Bodens ist herausnehmbar, damit der Abschnitt des Reaktors, der das Katalysatorbett 6 enthält, zugänglich ist. Die Körbe 11 und die Hauben 12 sind in 51g. 2 nicht dargestellt·

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S¹Ig. 3 zeigt einen einzelnen Lai-iineinsatz in größerem L.aßstab als Fig· 1# wobei, gleiche x'eile mit gleichen Ber.u^sziffern versehen sind. Aus dieser Abbildung; ist ersichtlich, da£ die Haube 12 aus eine:." [Deckel 17 und einem mit (nicht dargestellten) 3ü;*-eIn verbundenen Hemd 18 besteht. j)ie Haube 12 ist mit (nicht dargestellten) Klenuen so auf den Kanin geschoben, -aß sie davon ab^exioi-iirien werden kann. Hierdurch ist-es möglich, den korb 11, der frei in Eainin 9 gleitet, nach oben durch den Katrin herauszuziehen, xäe Abbildung seigt ferner die riüssi^keitnnenxre 19, die auf der.i Boden 8 bis zur Höhe der i. berlaufkante 1C- des Kru.;ins 9 aufrechterhalten wird, und eine Schicht aus Ablagerungen 20 auf dem Grunde des 3oaens 8.

während des Betriebs des Reaktors relan^t das aus Flüssigkeit und Dämpfen bestehende Einsatzmaterial durch den Eintritt 2 und den Verteiler 4 in den Heaktor 1. Die ilüssigkeit fällt auf den 3oden 8 und bildet hierauf den Flüssigkeitskcrper 19, bis die flüssigkeit durch den unteren Eintritt 14 der Haube 12 steigt und über die lherlaufkante 10 des Kamins 9 in den Korb 11 fällt. Anschließend bleibt der Flüssigkeitsstand in Hohe der Überlaufkante 10 konstant. Feststoffteilchen, die in der Flüssigkeit suspendiert sind, fallen, auf den Jrund des Bodens 8 und bilden eine Ablaferungs· schicht 20. Den Dämpfen im Linsatzmaterial wird der Eintritt in den unteren Eingang 14 verwehrt, wenn die Flüssigkeit bis dort gestiegen ist, so daß sie in den oberen Eintritt 13 strömen. Hierbei müssen sie ihre liichtung umkehren und nach oben in die Haube 12 eintreten. Hitgetragene Feststoffteilchen fallen bei der richtungsänderung der Dämpfe aus und auf die Flüssigkeit 19, durch die sie nach unten zur Ablagerungsschicht 20 sinken.

Lie Flüssigkeit und die Dämpfe strömen gemeinsam durch den Korb 11, wobei ein !'eil durch den oberen Teil des Korbes in den Raun zwischen dem Boden 8 und der Schicht aus Keramikkugeln 7 und von dort in das Katalysatorbett 6 strömt, während ein Teil durch den unteren Teil des Korbes direkt in

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die Katalysatorschieht 6 eindringt. Die Flüssigkeit und die Dämpfe strömen durch das Bett nach unten, und die Produkte treten durch den Austritt 3 aus.

Beispielsweise kann bei einem Reaktor, der einen Innendurchmesser von 1,8 bis 2,4 m hat und mit Katalysatorgranulat von 3,2 χ 3,2 mm gefüllt ist, der Boden 30 bis 60 Kamine von 10 bis 20 cm Durchmesser und 15 bis 30 cm Höhe haben. Die Körbe können 60 bis 90 cm lang sein und bis zu einer Tiefe von 30 bis 60 cm in das Katalysatorbett ragen. Die Körbe können aus Drahtgeflecht mit quadratischen Maschen von 3,2 mm Kantenlänge (8x8 mesh) und der Drahtstärke 18 bestehen. Die Größe der ringförmigen Eingänge zur Haube hängt von dem erwarteten Mengenverhältnis von Flüssigkeit zu Dämpfen ab. Kit steigendem Plussigkeitsanteil wird der Flüssigkeitseintritt entsprechend größer und der Dämpfeeintritt kleiner. Durch entsprechende Einstellung ist es jedoch möglich, mit Strömungsgeschwindigkeiten der Flüssigkeit in der Größenordnung von 3 cm/Sek. durch den Flüssigkeitseintritt und Strömungsgeschwindigkeiten der Dämpfe in der Größenordnung von 1,5 m/Sek. durch den Dämpfeeintritt zu arbeiten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann für beliebige im Festbettraktor durchgeführte und mit abwärts gerichteter Strömung arbeitende katalytisch^ Verfahren verwendet werden. Sie ist besonders vorteilhaft für die katalytische Behandlung von Kohlenwasserstoffen, wie Erdölfraktionen, in Gegenwart von Wasserstoff. Diese hydrokatalytische Behandlung kann zur Reinigung des Einsatzmaterials (z.B. bei der Entschwefelung oder bei der Stickstoffentfernung) oder zur seiner Umwandlung (z.B. bei der hydrierenden Krackung) vor-

werden.
genommen/ Bei den Einsatzmaterialien auf Erdölbasis, "bei denen sieh Gemischtphasenbedingungen unter den normalerweise angewendeten Bedingungen der hydrokatalytischen Behandlung einstellen, handelt es sich um Fraktionen, die oberhalb von 200° C sieden, insbesondere um Gasöl und Waehsdestillatfraktionen. Die hydrokatalytischen Verfahrenj

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insbesondere wenn das Hauptziel die hydrokatalytische Entschwefelung ist, können bei 204- bis 454° C, 3,5bis 140 atü und bei einer Raumstrb'mungsgeschwindigkeit von 0,5 *>is 20 VA/Std« mit 36 bis 1800 Nm³/m⁵ Wasserstoff durchgeführt werden. Katalysatoren, die sich für ein solches Verfahren eignen, können Oxyde von Metallen der Gruppe VIa und VIII des Periodischen Systems auf einem feuerfesten Oxyd als Träger, z.B, Kobalt- und Lolybdänoxyd auf Aluminium-Oxyd enthalten. Die Erfindung schließt ein solches hydrokatalytieches Verfahren ein, bei dem die vorstehend beschriebene Vorrichtung verwendet wird.

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Claims

JO

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Durchführung von katalytischen Reaktionen, Insbesondere zur Verteilung von Flüssigkeiten und/oder Dämpfen bzw. Oasen in Reaktoren mit Katalysatorfestbett und abwärts gerichteter Strömung, gekennzeichnet durch einen geschlossenen stehenden, ein Katalysatorbett enthaltenden Reaktor mit oberem Einlass und unterem Auslass, einem Boden im oberen Teil des Reaktors und von dort nach oben gerichteten Kaminen, die in ihrem Inneren Siebeinriohtungen aufweisen, die durch die Kamine nach unten in das Katalysatorbett ragen, sowie über den Kaminen angeordneten Hauben mit zwei übereinanderliegenden Einlassen, durch die Flüssigkeiten und/oder Dämpfe bzw. Oase in die Kamine zunächst nur mit nach oben gerichteter Strömung eintreten können, wobei der untere Einlass in einer Ebene mit dem oberen Ende des Kamins und dem oberen Einlass darüber liegt·

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlaufkante der Kamine sägeartig gezahnt ist.

3* Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Kamine und Hauben zylindrisch sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor 15 bis 70 Kamine und Hauben aufweist.

5. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebeinrichtungen aus Drahtgeflecht gefertigt sind.

6* Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten und/oder Dämpfen bzw. Oasen in Reaktoren mit Katalysatorfestbett und abwärts gerichteter Strömung, insbesondere zur hydrokatalytischen

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Entschwefelung von Erdoelfraktionen, vorzugsweise solchen mit einem Siedepunkt von über 200⁰C, dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5 verwendet,

7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Einsatzmaterial verwendet, dass 20 bis 80 % Flüssigkeit enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Flüssigkeitsmenge auf dem Boden im oberen Teil des Reaktors ansammelt, die Flüssigkeit über den überlaufrand der Kamine durch den Boden in das Katalysatorbett über die Siebeinrichtung laufen lässt und Dämpfe bzw· Oase durch den gleichen Kamin und die Siebeinrichtung über einen Einlass oberhalb der Flüssigkeitsansamraiung führt, der die Dämpfe zwingt, ihre nach unten gerichtete Strömung umzukehren, um in Kamin und Siebeinrichtung einzutreten.

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