DE1767569A1

DE1767569A1 - Verfahren zur Regelung der Arbeitsweise von Reaktionsgefaessen

Info

Publication number: DE1767569A1
Application number: DE19681767569
Authority: DE
Inventors: Engle Theodor Miley
Original assignee: Hydrocarbon Research Inc
Current assignee: Hydrocarbon Research Inc
Priority date: 1965-09-14
Filing date: 1968-05-24
Publication date: 1972-04-20
Also published as: US3398085A; NL6807588A

Description

Hydrocarbon Research, Inc., 115 Broadway, New York 10006, USA

Verfahren zur Regelung der Arbeitsweise von Reaktionsgefäßen

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen der Arbeitsweise katalytischer Reaktionsgefäße, insbesondere auf die mit flüssiger Phase arbeitende Bauart.

Bei verschiedenen katalytischen Reaktionsgefäßen und ähnlichen Reaktionssystemen müssen gewöhnlich von Zeit zu Zeit oder kontinuierlich Feststoffteilchen, die ein Katalysator sein können, in das Re&ktionsgefäß eingeführt und zur richtigen Zeit aus ihm entfernt werden.

Für 2098 !7/11 07 ^_{0 0RIG1NAL}

Für die kontinuierliche Arbeitsweise macht die Teilchengröße des in das Reaktionsgefäß eingeführten Featstoffes nicht viel aus, d.h. es ist gleichgültig, ob es sich dabei um verhältnismäßig feine oder gröbere Teilchen — Siebgröße 3 - 60 (Tyler) handelt. Der wichtige Faktor ist die Notwendigkeit, die Zugabe dieser Feststoffteilchen ohne Stillegung des Reaktionsgefäßes durchzuführen. Bei den Hochdruck-Hydrierungsprozesaen — wie z, B. dem in der U.S.-Patentschrift Nr. 2 987 465 (Johanson) beschriebenen Verfahren — ist dies außerordentlich schwierig durchführbar. Ein Grund für diese Schwierigkeit liegt darin, daß die Gase, wie z.B. Wasserstoff, kontinuierlich durch das Reaktionsgefäß geleitet werden und daß es notwendig ist, das Reaktionsgefäß stillzulegen, um den Wasserstoff abzulassen, damit es nicht zu Explosionen kommt. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß das Reaktionsgefäß häufig bei einem Atmosphärendruck von 1000 - 10000 Pfund/Quadratzoll (paig) arbeitet und die zur Durchführung eines Katalysatorwechsels erforderliche Zeit einen sehr großen Teil eines Arbeitsgangs der Reaktion einnimmt.

Bisher war es notwendig, die sogenannten Stahlkammern oder Drucktiegel zu verwenden, die periodisch gefüllt und unter Hochdruck gesetzt und dann in das Reaktionsgefäß entleert wurden. Dies erfordert große Gefäße und Ventile und führt ätets zu einem gewissen Katalysatorabgang.

Das 209817/1107

BAD ORIGINAL

Daß Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, nach welchem die Einführung von Materialteilchen, wie z.B. eines Katalysators, in ein unter Hochdruck gesetztes Realct ions system, sowie deren Entfernung aus diesem vereinfacht ist.

Das Ziel der Erfindung ist ferner die Schaffung eines Verfahrens zur kontinuierlichen oder intermittierenden bzw. stoßweisen Einführung von Peststoffen in ein unter verhältnismäßig hohen Drücken betriebenes Reaktionsgefäß, sowie zur kontinuierlichen oder stoßweisen Entfernung der Feststoffe aus diesem Realetionsgefäß.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung beispielsweise beschrieben, die eine schematische Ansicht eines Systems oder einer Anlage zur Überführung bzw. Einführung oder Entnahme von Feststoffen zeigt.

Die in der Zeichnung gezeigte Anlage weist ein Reaktionsgefäß 8 auf, das dem in der eingangs erwähnten U.S.-Patentschrift Hr. 2 987 465 dargestellten Reaktionsgefäß 5 oder dem in der U.S.-Patentschrift Nr. 3 151 060 gezeigten Reaktionsgefäß 9 ähnlich ist. Das Reaktionsgefäß 8 ist zur Durchführung eines Prozesses zur Inkontaktbringung von Gasen mit Flüssigkeiten und Feststoffen geeignet, wie z.B. zur Hydrierung von Kohlenwasserstoffen in flüssiger Phase in Gegenwart

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- 4 wart eines Feststoffkatalysators oder Kontaktmaterial b*·

Die periodische oder kontinuierliche Zugabe oder Entnahme von Peststoffteilchen eines Kontaktmaterials wird durch die folgenden Schritte und Mittel durchgeführt:

VERFAHRENSSCHRITT 1 - Füllen des Aufgäbetrichters 12

Ein Katalysator aus einem geeigneten Vorratsbehälter für Schutt·, güter wird durch die Leitung 10 in einen Aufgabetrichter für die Beigabe des Katalysators oder in eine Behälterzone 12 eingeführt, indem ein Flanschdeckel 12a abgenommen und der Aufgabetrichter unter Atmosphärendruck gefüllt wird. Der Aufgabetrichter 12 für die Zugabe eines Katalysators ist zweckmäßig auch ungefähr zur Hälfte mit Öl gefüllt.

VERFAIiRENSSCHRITT 2 - Reinigen des Aufgabetrichters 12

Ist dar Aufgabetrichter im wesentlichen mit einem Katalysator gefüllt, wird der Deckel 12a wieder aufgesetzt und dann die Einheit aus einer Ölzuführleitung 14 durch eine Zwangslauf-Verdrängungspumpe 16 vollständig mit Öl gefüllt. Dadurch wird v/iederum Öl durch die Leitung 18 geliefert und das Ventil 20 geöffnet. Wenn die Ventile 22 und 24 geschlossen sind und das Ventil 26 offen ist, strömt die Luft im System durch das Ventil 26 und die Leitung 28 in den Ölexpansionsbehälter 30.

VEKFAHRENSSCHRITT .5

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VERPAHRENSSCHRITT 3 - Einführung eines Katalysators in das Reaktionsgefäß 8

Nachdem der Aufgabetrichter 12 mit einem Katalysator gefüllt und von der Luft befreit ist, wird das Ventil 26 geschlossen, die Ventile 24 und 32 geöffnet, die Pumpe 16 betätigt und dann der Katalysator durch die Leitung 34 als Zufuhrleitung für die flüssige Phase zum Boden des Reaktionsgefäßes 8 geleitet.

Ist der Katalysator zu schnell gefördert worden, kann das Ventil 22 geöffnet werden, um etwas Flüssigkeit aus der Pumpe 16 durch die leitung 36 umzuleiten. Die lineare Geschwindigkeit des Katalysators oder der flüssigen Phase in der Durchlaufleitung 34 kann also auf oder annähernd auf einem optimalen Wert aufrechterhalten werden.

VERPAHRENSSCHRITT 4 - Druckentspannung im Aufgabetriohter 12

Sobald der ganze Katalysator aus dem Aufgäbetrichter 12 für die Katalysatorbeigabe überführt ist, zeigt der Druckunterschied-Messer 38 in der leitung 40 einen infolge des wegen der Abwesenheit eines Katalysators verminderten Widerstands im Ölfluß verringerten Druck, Der Reinölfluß durch die Leitungen 14 und 18 wird durch den Aufgäbetrichter 12 und die Durchlaufleitung 34 fortgesetzt, so daß die Ventile 24 und 32 in einem Strom reinen Öls geschlossen werden können.

Dann 209817/1107

Dann wird die Pumpe 16 stillgelegt, das Ventil 20 geschlossen (genau wie die Ventile 22 und 24 geschlossen werden) und der Druck im Katalysatoraufgatetrichter 12 aufgehoben, indem den darin befindlichen Öl und Gas gestattet wird, durch das Ventil 26 und die Leitung 28 in den Ölexpansionsbehälter 30 zu strömen. Das Ventil 31 wird geöffnet, damit die Gase zur Atmosphäre ausweichen können.

Annähernd die Hälfte des Öls wird dann aus dem Katalysatoraufgabetrichter 12 durch eine Umleitung 41 und das Ventil 42 sowie das Ventil 43 in den ölexpansionsbehälter 30 gefördert. Nachdem das Ventil 42 geschlossen wird, kann der Deckel 12a wieder vom Katalysatoraufgabetrichter 12 abgenommen und wieder ein Katalysator in den Katalysatoraufgabetrichter 12 eingeführt werden.

Der hier in Betracht gezogene Katalysator weist Teilchen mit einer Teilchengröße der Siebgröße 10 - 200 (nach dem Tyler-Maßstab) auf, obwohl auch größere Teilchen — bis 1/4 Zoll große Teilchen — auf ähnliche Weise behandelt werden können, vorausgesetzt, daß Zusatz- oder Nebengas 44 das Trägermediun in der Durchlaufleitung 34 ergänzt. Ein ähnliches Zusatzgas 44 unter der Steuerung des Ventils 45 kann hilfeweise für die Abströmung aus der Leitung 18 eingesetzt werden.

Im normalen Betrieb enthält das Reaktionsgefäß 8 gewöhnlich eine Katalysatorbeschickung, die durch die durch die Leitung

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zugeführten Flüssigkeit und Gas in willkürliche Bewegung gebracht wird, wobei die Geschwindigkeit so hoch ist, daß der obere Katalysatorspiegel leicht bei 47 aufrechterhalten wird. Es leuchtet ein, daß das Niveau 47 die sogenannte Wirbelbetthöhe darstellt, was durch die Expansion des Katalysatorbettes infolge der Hinaufströmung von Flüssigkeit und Gas hervorgerufen ist. Diese Ausdehnung macht etwa 10 - 100 # des Festbettvolumens aus, wodurch die Vorteile des in der U.S.-Patentschrift Nr. 2 987 465 offenbarten Verfahrens erzielt werden.

Unter Regelung der Flüssigkeits- und Gasgeschwindigkeit nach der Offenbarung in der oben erwähnten U.S.-Patentschrift Nr. 2 987 465 streben die Feststoffe danach, sich vom Öl innerhalb des Reaktionsgefäßes 8 zu trennen und die oberhalb des Katalysatorniveaus befindliche Flüssigkeit ist im wesentlichen feststoff rei. Ein Flüssigkeitsspiegel, über welchem sich Dämpfe befinden, wird vorzugsweise bei 48 aufrechterhalten.

Aus dieser feststoffreien Zone 50 wird ein Teil der Flüssigkeit zu einer Stelle unterhalb des Katalysatorbetts beispielsweise durch eine Rückführpumpe 52 und eine Pumpe 54 rückgeführt. Der Katalysator wird zweckmäßigerweise durch eine durchlöcherte Trennwand 56 gestützt, die üblicherweise Blasenkappen aufweist, wie in der U.S.-Patentschrift Nr. 3 197 288 offenbart. Ein Reinflüssigkeitsprodukt wird bei 58 entfernt.

Die 209817/1107

Die ausströmenden Dämpfe entweichen durch eine obenliegende Dampfleitung 60 und strömen durch einen Wärmeaustauscher 62, in welchem sie beispielsweise durch ein durch die Durchlaufleitung 64 zugeführtes und durch die Leitung 66 ausströmendes Kühlmittel auf geeignete Weise gekühlt werden. Das Gesamtprodukt von oben wird dann durch die Leitung 68 in einen Scheider 70 geleitet, aus welchem ein Wasserstoffstrom in der Leitung 72 und ein Ölstrom in der Leitung 74 wiedergewonnen werden kann.

VERFAHRENSSCHRITT 5 - Beseitigung des Katalysators

In einer Anlage dieser Bauart, die besonders geeignet ist für die Hydrierung von Kohlenwasserstoffen, beträgt der Druck in der Reaktionszone 1 500 - 5 000 Pfund/Quadratzoll (psig), wobei es wünschenswert ist, den Katalysator, der verdorben oder weniger aktiv wird, zu entfernen. Dies wird durch die Verwendung einer Katalysatorentnahmeleitung 80 bewerkstelligt, die vorzugsweise mit einem Wassermantel versehen ist und durch das Ventil 82 arbeitet, das mit dem Niederdruckscheider 70 verbunden ist. Somit kann die gewünschte Katalysatormenge unmittelbar in den Scheider 70 geleitet werden, ohne durch den Wärmeaustauscher 62 durchlaufen zu müssen. Der Katalysator kann daraufhin vom Öl in der Leitung 74 durch Niederschlag, Zentrifugieren oder auf andere Weise entfernt werden.

Unter

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Unter Verwendung einer Leitung 80, die einen Durchmesser von einem Zoll aufweist, kann ein Pfund Katalysator pro Tonne Öl abgeschieden werden, ohne daß sich der Katalysator in irgendeiner der Stromabwärtseinrichtungen absetzt. Eine Wasserstoffleitung 84- wird zweckmäßigerweise zur Regelung des Druckes in der Leitung 80 verwendet, wobei ersichtlich ist, daß beim geschlossenen Ventil 86 in der Leitung 80 und beim offenen Ventil 82 der Katalysator aus dem Hochdruckreaktionsgefäß 8 zum Scheider 70 mit dem niedrigeren Druck strömen wird. Ist m jedoch das Ventil 86 zur Ermöglichung von Wasserstoffgegendruck in der Leitung 84 offen, dann hört die Strömung auf.

Dank einer solchen Konstruktion ist es also möglich, die Beseitigung des Katalysators kontinuierlich oder stoßweise zu regeln.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Pullen einer Hochdruckreaktionazone mit Feststoff teilchen, dadurch gekennzeichnet, da8 die Peststoffteilchen in eine vorläufige Haltezone (12) eingeführt werden, worauf diese Haltezone (12) dicht verschlossen wird und die Peststoffe durch eine Durchlaufleitung (10) in die Reaktionszone hydraulisch abgetrieben werden, bis die Haltezone (12) im wesentlichen feststoffrei ist, worauf die Durchlaufleitung mit dem abtreibenden Strömungsmittel gereinigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Reinigen der Durohlaufleitung verwendete abtreibende Strömungsmittel unmittelbar in die Durohlaufleitung geleitet und somit die Haltezone (12) umgangen wird.

3. Verfahren nach Anepruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Feststoffe haltende Zone zunächst von der in eine Expansionszone geschickten Luft befreit wird, bevor die Feststoffe durch die Durchlaufleitung geleitet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Peststoffe enthaltende Haltezone zunächst von dem in eine Expansionszone geschickten Strömungsmittel befreit wird, bevor die Peststoffe durch die Durchlaufleitung geleitet werden

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den, und daß nach Entfernung der Feststoffe die Expansionszone wieder mit der Haltezone zur Entspannung des gereinigten Gases verbunden wird.

5. Verfahren zur Beseitigung von Feststoffteilchen aus einer Hochdruckreaktionszone, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszone mit einer Zone niedrigeren Druckes durch eine Ableitung in Verbindung gesetzt wird, wodurch eine normale Feststoffströmung aus der Reaktionszone in die Zone niedrigeren Druckes erzielt wird, worauf ein Hochdruckgas in die Ableitung eingeführt wird, um den Druck in der Reaktionszone im wesentlichen gleichzumachen, wobei die Regelung der besagten Strömung durch Einführen von mehr oder weniger Gas bewerkstelligt ist.

6. Verfahren zur Aufrechterhaltung eines Durchschnittsbestandes von Feststoffteilchen in einer Hochdruckreaktionszone ohne wesentlichen Druckabfall in der Reaktionszone, dadurch gekennzeichnet, daß (a) Feststoffe aus der Reaktibnszone in eine Zone niedrigeren Druckes unter Regelung eines Gases eingeführt werden, das unter einem Druck steht, der zumindest gleich dem Druck der Reaktionszone ist, wobei die Feststoffströmung aus der Reaktionszone kontinuierlich oder intermittierend sein kann, und daß (b) Feststoffe aus einer intermittierend eingeführte Feststoffe haltenden Zone in die Reaktionszone nachgefüllt werden, indem (1) die Luft abgezogen und in eine Expansionszone eingeführt wird, (2) die Feststoffe unter hydraulischem Druck

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aus der Haltezone durch eine Durchlaufleitung in die Reaktionszohe geleitet werden, (3) die Luft aus der Expansionszone abgelassen und (4) die Durchlaufleitung gereinigt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltezone zumindest teilweise mit öl gefüllt ist·

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen gleichmäßige lineare Feststoff- und ölgesohwindigkeit in der Durchlaufleitung durch Umleiten eines Teils des hydraulisch abtreibenden öle um die Haltezone herum unmittelbar in die Durohlaufleitung aufrechterhalten wird.

9· Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß annähernd die Hälfte des Öls aus der Haltezone in die Expansionszone zur Ermöglichung der Nachfüllung der Haltezone mit Feststoffteilchen oder einem Katalysator eingeführt wird.

10. Verfahren zur Aufrechterhaltung eines durchschnittlichen Feststoffteilchenbestandes in einer Hochdruokreaktionezone ohne wesentlichen Druckverlust, daduroh gekennzeichnet, daß (a) eine Haltezone mit Feststoffteilchen unter im wesentlichen atmosphärischen Bedingungen besohiokt oder gefüllt, (b) die Haltezone dicht verschlossen und ihr Gehalt in ein Flüesigkeitsreservoir oder einen Expansionsbehälter abgeführt, (c) die Haltezone zur Ermöglichung der Strömung der darin enthaltenen Feststoffe in

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die Reaktionszone genügend unter einen über dem Reaktionszonendruck liegenden Druck gesetzt wird und (d) die Peststoffe aus der Haltezone in die Reaktionszone ohne wesentliche Herabsetzung des Druckes in der Reaktionszone geleitet, (e) Peststoffe aus dem oberen Abschnitt der Reaktionszone in eine Zone niedrigeren Druckes geleitet werden und (f) die Strömungsgeschwindigkeit im Verfahrensschritt (e) geregelt wird, indem ein außen befindliches unter Druck stehendes Gas der Leitung angelegt wird, durch welche die Peststoffe zur Zone niedrigeren Druckes strömen.

11, Verfahren zur Regelung der Arbeitsweise einer Hydrierungsreaktionszone zur Hydrierung eines flüssigen Kohlenwasserstoffes in Gegenwart einer Menge Katalysatorteilohen durch die Aufströmung des Wasserstoffes und Kohlenwasserstoffes duroh ein Katalysatorbett oder eine Katalysatorschicht, dadurch gekennzeichnet, daß (a) eine zur Expansion der Katalysatorschieht in der Reaktionszone, jedooh nicht zum Überleiten von Peststoffen aus der Reaktionszone genügende Aufströmflüssigkeit-Gasgeschwindigkeit, (b) eine Peststoffniederschlagzone mit im wesentlichen feststoffreier Flüssigkeit über dem Katalysator und (c) ein Flüssigkeitsspiegel über dieser die Flüssigkeit von den Feststoffen trennenden Zone aufrechterhalten werden, worauf (d) Flüssigkeit aus der feststoffreien Flüsiigkeitsmenge in der Trennzone zu einer Stelle unterhalb der Katalysatorschioht zwecks weiterer Aufströmung durch die Katalysator-

Bchicht

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schicht in der Reaktionszone rückgeführt wird, (e) Dämpfe von oberhalb des Flüssigkeitsspiegels abgezogen und (f) diese Dämpfe gekühlt werden und ein Wasserstoff enthaltendes Gas aus kondensierter Flüssigkeit abgetrennt wird, und daß (g) ein Katalysator aus einem oberen Abschnitt der Katalysatorschicht in eine Trennzone vermittels Druckunterschied geleitet und (h) die Geschwindigkeit der Katalysatorbeseitigung durch Einführung eines unter Druck stehenden Gases geregelt wird.

12, Verfahren zur Beseitigung von Feststoffteilchen aus einer Hochdruckreaktionszone und zur Einführung von Feststoffteilchen in eine Hochdruckreaktionszone zur Aufrechterhaltung der peststoffmenge in der Reaktionszone innerhalb bestimmter Grenzen, dadurch gekennzeichnet, daß kein wesentlicher Druckabfall in der Reaktionszone stattfindet.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffteilchen einen Hydrierungskatalysator darstellen und daß der Katalysator in der Reaktionszone in Form eines ausgedehnten Bettes oder einer ausgedehnten Schicht in einem Körper aus flüssigen Kohlenwasserstoffen vorhanden ist, die zusammen mit dem Wasserstoff aufwärts in die Heaktionszone geleitet werden.

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