DE1542461C3 - Vorrichtung zum Mischen eines Kühlgases mit einem Strom aus Flüssigkeit und Gas und zum gleichmässigen Einleiten des Gemisches in ein Festbett - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen eines Kühlgases mit einem Strom aus Flüssigkeit und Gas und zum gleichmäßigen Einleiten des Gemisches in ein Festbett, das den Querschnitt, eines senkrecht angeordneten Behälters ausfüllt, insbesondere zur Verwendung bei einem Katalysatorbett einer Hydrieranlage. .

Beim Hydrieren von Erdölfraktionen, für das die erfindungsgemäße Vorrichtung im besonderen Maße geeignet ist, werden dem Katalysatorbett, das z. B. aus mit Kobalt und Molybdänoxyd überzogene Kieselsäure-Tonerde-Teilchen besteht, flüssige und verdampfte Kohlenwasserstoffe sowie zusätzlich Wasserstoff zugeführt, wobei mit Drücken beispielsweise zwischen 14 und 210 atü sowie mit Temperaturen beispielsweise zwischen 175 und 550⁰C gearbeitet wird. Beim Hydrokrackverfahren handelt es sich um eine exotherme Reaktion mit im Vergleich zu anderen Hydrierverfahren starker Wärmeentwicklung, was eine Kühlung des zu krackenden Stroms zwischen aufeinanderfolgenden Katalysatorbetten zur Temperaturregelung erforderlich macht. Dabei ist es gebräuchlich, den Strom aus Gas bzw. Dampf und Flüssigkeit mit dem zum Kracken benötigten Wasserstoff zu kühlen, der zwischen den Katalysatorbetten eingeleitet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der das Kühlgas mit dem Strom aus Flüssigkeit und Gas schnell und gründlich gemischt wird, so daß eine maximale Kühlung gewährleistet ist, wobei eine gleichmäßige Verteilung und Einleitung des Gemisches in das Katalysatorbett erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine im Behälter oberhalb des Festbettes angeordnete Wirbelkammer mit ortsfesten spiralförmigen Leitschaufeln zum Einleiten des Stroms und des Kühlgases in die Wirbelkammer und mit ortsfesten Leitplatten für das austretende Gemisch, durch eine an der Behälterinnenwand abgestützte Tragplatte, die sich nach unten vorwölbt, die zentral angeordnete Wirbelkammer aufnimmt und eine den spiralförmigen Leitschaufeln zugeordnete untere Strömungsleitfläche bildet sowie durch einen zwischen dem Festbett und der Wirbelkammer angeordneten, den Behälterquerschnitt ausfüllenden Verteilerboden, über den Überlaufrohre und Gasdurchlässe im wesentlich gleichmäßig verteilt sind.

Mit einer in dieser Weise ausgebildeten Vorrichtung werden der Strom aus Flüssigkeit und Gas sowie das Kühlgas an den spiralförmigen Leitschaufeln vorbei in die Wirbelkammer geleitet, in der schnell und auf engem Raum eine starke Verwirbelung und gute Durchmischung erreicht wird, was eine maximale Kühlung gewährleistet. Die Leitplatten verhindern, daß die :

Wirbelbewegungen außerhalb der Wirbelkammer fortsetzen, während auf dem Verteilerboden eine Zerlegung des Gemisches in eine flüssige und in eine gasförmige Komponente stattfindet, die dann jeweils gleichmäßig über den Behälterquerschnitt verteilt der Bettoberseite zugeführt werden. Es ist ersichtlich, daß daher neben einer schnellen und gleichmäßigen Abkühlung Flüssigkeit und Gas bzw. die Kohlenwasserstoffe und der Wasserstoff in gleichmäßiger Verteilung durch das Bett geleitet werden, wobei in wirtschaftlicher Weise gearbeitet wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 ist ein senkrechter Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Hydriereinrichtung;

F i g. 2 ist ein waagerechter Teilschnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1;

F i g. 3 ist ein waagerechter Teilschnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 1;

F i g. 4 zeigt in einem vergrößerten senkrechten ₍ Teilschnitt weitere Einzelheiten eines Flüssigkeitsfall- ' rohrs;

Fig.5 zeigt in einem vergrößerten senkrechten Teilschnitt die Einzelheiten eines geteilten Spannringaggregats.

Gemäß Fig. 1 umfaßt die Hydrier- oder Reaktionseinrichtung einen Behälter 1, von dessen Umfassungswand nur ein Teil dargestellt ist sowie mehrere waagerechte Katalysatortragsiebe 2, von denen jedes ein Katalysatorbett 3 bzw. 4 trägt, das aus einem teilchenförmigen Kontaktmaterial besteht. Der zugeführte Mischphasenstrom, der sich aus heißer Flüssigkeit und heißem Gas zusammensetzt, strömt aus dem oberen Bett 3 nach unten ab und wird mit Hilfe eines kühlen Gases abgekühlt, das über eine Rohrleitung 5 zugeführt wird. Um ein schnelles Mischen und Abkühlen der beiden heißen Ströme zu bewirken, ist ein Abkühlungsboden vorgesehen, der eine sich allgemein quer zur senkrechten Achse des Behälters 1 erstreckende Platte 6 umfaßt, deren konkave Oberseite einen Wirbelkasten 7 trägt, dessen zylindrische Wand mit Einlaßöffnungen 8 versehen ist. Teil des Wirbelkastens 7 j sind mit der Platte oder Zwischenwand 6 gemäß F i g. 1 ;

durch eine Anordnung mit sich überlappenden Flanschen verbunden. Der Wirbelkasten selbst wird durch die Platte 6 unterstützt, die ihrerseits von einem Schulterring la getragen wird, welcher an der Innenfläche der Wand des Reaktionsbehälters 1 befestigt ist; die Platte 6 stützt sich an dem Schulterring la mit Hilfe eines nach außen vorspringenden Randes 6a ab. Der untere Teil des Raums innerhalb des Wirbelkastens wirkt als Wirbelkammer und ist mit einer Abdeckung 7a versehen, die sich aus zwei halbrunden to Teilen zusammensetzt, damit sie leicht ausgebaut werden kann. Auf der Außenseite des Wirbelkastens sind gemäß F i g. 2 mehrere ortsfeste, allgemein radial nach außen ragende Leitorgane oder Schaufeln 9 vorgesehen, die sich von der Platte 6 aus senkrecht nach oben zu einer kegelstumpfförmigen Platte 10 erstrekken, so daß ein senkrecht konvergierender Eintrittsabschnitt vorhanden ist. Die ineren Enden der Leitorgane 9 verlaufen tangential zu einem Kreis, dessen Durchmesser im wesentlichen dem Durchmesser des Wirbelkastens entspricht; gemäß F i g. 2 können die Leitorgane in der gezeigten Weise gekrümmt sein. Die Rohrleitung 5 führt zu einer Ringleitung 11, die den Wirbelkasten in einem Abstand umgibt und Öffnungen 12 aufweist, die radial nach innen auf die Durchlässe zwischen benachbarten Leitorganen 9 gerichtet sind.

Die beschriebene Anordnung der Leitorgane und des Wirbelkastens bewirkt, daß ein eine Wirbelbewegung ausführendes Gemisch aus dem nach unten zugeführten Mischphasenstrom und dem zugeführten Kühlgas erzeugt wird. Dieses eine Wirbelbewegung ausführende Gemisch bewegt sich von dem Wirbelkasten 7 aus nach unten durch eine Öffnung 13a in einer Platte 13, die eine größere kreisrunde Öffnung im mittleren unteren Teil der Platte 6 überdeckt. Das Gemisch trifft gemäß F i g. 3 auf eine mit Öffnungen 15 versehene Platte 14 auf, die von der Platte 13 aus durch mehrere — z. B. sechs — senkrecht angeordnete Leitorgane 16 unterstützt wird, so daß die Anordnung eine ortsfeste Vorrichtung zum Unterteilen des Wirbels bildet. Die Platte 13 wird von dem Wirbelkasten 7 aus gemäß F i g. 5 durch ein geteiltes Spannringaggregat 30 unterstützt. Ein geteilter Spannring 136 verbindet die Platte 13 mit einem Tragring 7b, der an dem Wirbelkasten befestigt ist, wobei sich die beiden Bauteile überlappen, und der geteilte Spannring wird durch Schrauben 13c in seiner Lage gehalten. Nachdem die Schrauben 13c entfernt worden sind, kann man die Teile 13,14 und 16 nach dem Entfernen der Abdeckungsteile 7a nach oben aus dem Wirbelkasten herausziehen. Wenn das sich wirbeiförmig bewegende Gemisch aus dem zugeführten Mischphasenstrom und dem Kühlgas durch die Öffnungen 13a nach unten bewegt, wird der Gemischstrom durch die Wirbelunterbrechungsorgane 16 stabilisiert und über die seitlichen öffnungen des Wirbelbrechers und die Löcher 15 der Platte 14 abgegeben.

Das resultierende Gemisch strömt aus dem Wirbelkasten 7 zu einer nach außen abgeschlossenen Zone 23, wobei sich dieses Gemisch sowohl aus flüssigen als auch gasförmigen Bestandteilen zusammensetzt. In Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Mischeinrichtung wird eine Verteilereinrichtung benutzt. Die aus dem Wirbelbrecher entweichende Flüssigkeit läuft nach unten ab und passiert die abgeschlossene Zone 23, um zu einer Verteilerplatte 17 zu gelangen, in die über die Fläche der Platte verteilte Flüssigkeitsfallrohre 18 eingebaut sind. Fig.4 zeigt in größerem Maßstabe die Einzelheiten einer dieser Fallrohre. Jedes Fallrohr ist mit zwei Schlitzen 19 versehen, die sich vorzugsweise in Richtung nach oben erweitern, um zu gewährleisten, daß die Flüssigkeit aus der sich über der Verteilerplatte 17 bildenden Pfütze mit gleichmäßiger Geschwindigkeit in die verschiedenen Fallrohre eintritt. Organe 20 zum Beruhigen der sich sammelnden Flüssigkeit sind auf der Verteilerplatte bzw. dem Zwischenboden 17 in einem Abstand oberhalb der Platte angeordnet, um die Wellenbewegung zu verringern, die zur Ausbildung einer ungleichmäßigen Flüssigkeitsschicht auf der Platte 17 führen würde. Die Beruhigungsorgane 20 können so angeordnet sein, daß sie ein die Fläche der Platte 17 überdeckendes Gitter bilden und der Platte 17 benachbarte Schlitze 20a abgrenzen, durch welche die Flüssigkeit strömen kann, um eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit auf der Platte 17 zu gewährleisten. Wenn sich die Standhöhe der Flüssigkeit auf dem Zwischenboden 17 vergrößert, strömt die Flüssigkeit gleichmäßig durch die verschiedenen Schlitze 19 der Fallrohre 18 nach unten zu dem unteren Katalysatorbett 4.

Der gasförmige Bestandteil des aus dem Wirbelkasten 7 ausströmenden Gemisches strömt nach unten und wird in das Bett 4 durch Dampffallrohre 21 eingeleitet, die mit in einem Abstand oberhalb ihrer oberen Enden angordneten Abdeckungen 22 versehen sind. Die Abdeckungen 22 werden durch schmale Leisten 22a unterstützt und dienen dazu, das Eintreten von Flüssigkeit in die Dampffallrohre zu verhindern. Das Gas kann in die Fallrohre unterhalb der Abdeckungen 22 eintreten, jedoch wird das Eintreten von Flüssigkeit in die Fallrohre durch die Abdeckungen verhindert. Somit werden die flüssigen und gasförmigen Bestandteile des Gemisches einzeln gleichmäßig über die Oberseite des Katalysatorbetts 4 verteilt.

Man erkennt somit, daß die Erfindung eine Einrichtung vorsieht, die es ermöglicht, ein gründliches und schnelles Mischen eines Kühlgases mit einem zugeführten Mischphasenstrom zwischen benachbarten Betten einer mit ortsfesten Betten arbeitenden Reaktionseinrichtung zu bewirken und das so erzeugte Gemisch dem unteren von zwei übereinanderliegenden Betten zuzuführen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Mischen eines Kühlgases mit einem Strom aus Flüssigkeit und Gas und zum gleichmäßigen Einleiten des Gemisches in ein Festbett, das den Querschnitt eines senkrecht angeordneten Behälters ausfüllt, insbesondere zur Verwendung bei einem Katalysatorbett einer Hydrieranlage, gekennzeichnet durch eine im Behälter (1) oberhalb des Festbettes (4) angeordnete Wirbelkammer (7) mit ortsfesten spiralförmigen Leitschaufeln (9) zum Einleiten des Stroms und des Kühlgases in die Wirbelkammer (7) und mit ortsfesten Leitplatten (16) für das austretende Gemisch, durch eine an der Behälterinnenwand abgestützte Tragplatte (6), die sich nach unten vorwölbt, die zentral angeordnete Wirbelkammer (7) aufnimmt und eine den spiralförmigen Leitschaufel (9) zugeordnete untere Strömungsleitfläche bildet sowie durch einen zwischen dem Festbett (4) und der Wirbelkammer (7) angeordneten, den Behälterquerschnitt ausfüllenden Verteilerboden (17), über den Überlaufrohre (18) und Gasdurchlässe (21) im wesentlichen gleichmäßig verteilt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den spiralförmigen Leitschaufeln (9) gebildeten Eintrittskanäle zur Wirbelkammer (7) an ihrer Oberseite durch eine sich nach unten verjüngende kegelstumpfförmige Strömungsleitfläche (10) begrenzt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilerboden (17) mit senkrechten Flüssigkeitsbremsflächen (20) versehen ist.