DE1944420A1 - Vorrichtung zur Verteilung eines Stromes einer gemischten Phase in Fuellkoerperboeden - Google Patents

Vorrichtung zur Verteilung eines Stromes einer gemischten Phase in Fuellkoerperboeden

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DE1944420A1 DE19691944420 DE1944420A DE1944420A1 DE 1944420 A1 DE1944420 A1 DE 1944420A1 DE 19691944420 DE19691944420 DE 19691944420 DE 1944420 A DE1944420 A DE 1944420A DE 1944420 A1 DE1944420 A1 DE 1944420A1
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Description

Dr. Karl Th. Hegel Patentanwalt 2OO° Hamburg eo 1. September 1969
Groeee Bergstr. 223 Telefon 30 08 9S
Telegramm-Adresse: Doellnerpatent 1 O A A A C Q
Es30 Heaearoh and Engineering Company Linden, JFew Jersey 07036, V. St. A·
Torrichtung zur Verteilung eines Stromes einer gemischten Phase in itillkörpern.
IHir die vorliegende Anmeldung wird die Priorität vom 30. September 1968 au3 der amerikanischen Anmeldung U. S. Serial Uo. 763,770 in Anspruch genommen.
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung zur Verteilung der Beschickung einer Dampf-KLüssigkeit-gemischten Phase in eine Kontaktzone aus granulierten Peststoffen in einem Mehrbodenreaktor, in welchem gleichförmig verteilte, gemischte Phasen in einem katalytisohen Kontaktmittel - wie beispielsweise in einem Hydrofinierreaktor - abwärtsströmen.
Der Verteiler gemäß der Erfindung zeichnet sich durch eine geringe erforderliche Höhe aus und trägt daher zu wesentlichen Ersparungen dadurch bei, daß man in der Lage ist, kürzere Reaktoren zu verwenden. Wenn man bedenkt, daß die hier in ■''rage kommenden Reaktoren oft zwischen DM 25 000 1 — und Ui 40 000,— pro Meter gerader Reaktorhöhe kosten, so tritt die Größenordnung der möglichen Ersparnisse deutlich in Erscheinung. Zusätzlich zu der durch die Erfindung ermöglichten Verringerung der Reaktorhöhe
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bleibt der erreichte Wirkungsgrad einer Verteilung von Flüssigkeit und Dampf über den gesamten Betriebsbereich des Eeaktors hoch. Diese gleichmäßige Stromverteilung wird über einen weiten Bereich des Umsetzungsverhältnisses erreicht, wobei dieses Verhältnis als der maximale Fluß durch den Heaktor in Bezug auf den minimalen Fluß durch den Seaktor definiert ist. Diese gleichmäßige und einheitliche Verteilung offenbart sich, indem sie eine höhere Katalysatoraktivität bei den gleichen Betriebsbedingungen und verlängerten Laufzeiten bis zu einem Stillegen oder einer Segeneration gewährleistet. Obwohl andere Anordnungen auch eine gleichmäßige Stromverteilung erreichen können,, äußert sich dies doch in einem beachtlichen Anwachsen der Kosten,da diese Vorrichtungen eine außergewöhnliche Länge in Anspruch nehmen· .■;-;
Reaktoren der Art, bei welchen die vorliegende Erfindung Anwendung finden kann, besitzen eine weit verbreitete Anwendungs— möglichkeit in vielen handelsüblichen Prozessen, die sich mit--," der physikalischen oder chemischen Behandlung von Kohlenwasserstoffen und anderen organischen Materialien mit einem granulierten Kontaktmittel befassen. Es wurde gefunden, daß in vielen dieser Kontaktprozesse ein Teil des Materials, mit dem das Feststoffbett beschickt wird, in flüssiger Phase ist, bei welcher gewisse Erscheinungen auftreten, welche sich schädlich auf des'feste -^ontaktmaterial wie z.B. den Katalysator und den Kontaktwirkungsgrad auswirken. Eines der Probleme, welche auf diesem Gebiet oft auftreten, betrifft die Schwierigkeit,eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit durch das Feststoffbett zu erreichen.
Bislang wurden die Eeaktionsmittel im allgemeinen in den öfteren. Teil eines Feststoffbettes über einen Siebboden eingeführt.Obwohl sie brauchbar sind, verhindern diese Böden oft nicht eine schlechte Verteilung des Prozeßstromes, wölches auf der Tatsache beruhi; daß der flüssige Anteil einer Zweiphasenbeschickung eine starke Neigung zeigt, sich auf ein örtlich begrenztes Gebiet des k'atalytischen Reaktors zu beschränken, während die Gasphase-sich-
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gleichförmig verteilt oder, was wahrscheinlicher ist, gewisse Sänge in dem Teil des katalytischen Bettes bevorzugt, die von dtm flüssigen Teil nicht eingenommen werden. Diese schlechte Verteilung führt oft zu einer geringeren Umsetzung der Beschik- kung und einer schlechteren Ausnutzung des Katalysators, aus de« das Bett besteht. Man kann die schlechte Verteilung ver hindern, indem man Siebböden mit sehr kleinen Löchern verwendet, die sich jedoch leicht zusetzen können und eine große Fläche beanspruchen.
Im Gegensatz zu der schlechten Verteilung, die bisher oft ein trat, erreicht man mit der Anordnung gemäß dieser Erfindung eine sehr wirkungsvolle und gleichmäßige Verteilung der zweiphasigen Beaktionsmittel durch den gesamten katalytischen Boden. Dieses so sehr erstrebenswerte Ergebnis wird erreicht, indem man eine Platte schafft, die eine Vielzahl von kurzen Röhren trägt, die durch die Platte hindurchgesteckt sind und nach oben · und unten über die Platte hinausragen. Eine gleiche Vielzahl relativ längerer Höhren ist ebenfalls in dieser Platte vorgesehen und erstreckt sich weiter über die kürzeren Eckren hinaus. Die oberen Bnden dieser längeren Röhren weisen eine Vielzahl von Kerben auf und tragen übergestülpte Kappen.
Im Betrieb arbeitet der verbesserte Verteiler gemäß der Erfindung wie folgt:
Bei niedrigen Durchflußgeschwindigkeiten (wie beispielsweise bei einer minimalen Beschickung) strömt die gesamte Flüssigkeit durch die kurzen Röhren, wobei das Gas seinen Weg durch die eingekerbten Röhren nimmt. Eine Gleichförmigkeit der Verteilung wird leicht erreicht, indem die kurzen Röhren so bemessen werden, daß die Üüssigkeitshöhe über ihnen mindestens 3,8 cm beträgt. Bei höheren Durchflußgeschwindigkeiten steigt die Flüssigkeit bis zvi den in den längeren Röhren vorgesehenen Einkerbungen, und ein Teil der flüssigkeit beginnt dann durch die längeren Röhren su strömen. Diese Tatsache bewirkt, da£ der erhöhte Durchfluß auf eine größere Anzahl von Durchströmtunkten verteilt
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BAD ORIGINAL
wird,und dient dazu, die gewünschte Gleichförmigkeit der Ver-; ' teilung zu erhalten· Der Strom durch die kurzen Röhren verbleibt.noch gleichmäßig, und die Gasrfhase fährt fort, durch, die eingekerbten. Bohren zu strömen»-Auf diese Weise dienen die eingekerbten Röhren zwei wesentlichen ^unktioneni Zunächst wirken sie a-ls .Gasschlote, um eine gute,Gleichförmigkeit in der Verteilung der Gasphase zu gewährleisten, und zweitens Verhindern sie ein Ansteigen des Flüssigkeitsniveaüs oberhalb der Platte über eine gewünschte Jiöhe hinaus. Dieses letztere Meiplc--:,-mal bedeutet, daß .Reaktoren einer kürzeren Gesamtlänge Verwen-o * dung finden können.,,,da ein.starkes Ansteigen des -Flüssigkeit»-\.i niveaus im Falle eines großen Umsetzungsverhältnnsses-, d.li· ■ :, maximale Durchflußgeechwindigkeit durch minimale Durchflußge/- .,; schwindigke it, nicht eintreten kann und daher nicht in Rechnung.;, gesetzt zu werden braucht, wenn der Abstand zwischen den Böden eines Mehrbodenreaktors ausgelegt wird. .
Die Schlitze in den langen Röb-ren. sind so ausgelegt, daß sie λ
bei einer maximalen Durchflußgeschwindigkeit bis zu 50^ des"gesamten Durchflusses aufnehmen können. Bei einer Ausfuhrungsform der Erfindung sind Prallplatten oder eingekerbte Überströmgefäße unterhalb der kürzeren Röhren vorgesehen, um.die effektive Distanz zwischen den Tropfpunkten zu verringern, wodurch weiterhin die Erreichung einer völlig gleichförmigen Verteilung unterstützt wird.. Darüber hinaus wird durch die Erhaltung eines Niveaus von 3,8 cm oberhalb des oberen Endes der kürzeren Röhren die Verteilung relativ unempfindlich gegenüber Niveauunterschieden, die quer zur.Hauptrichtung, des Reaktors auftreten können.
Es leuchtet außerdem ein, daß das Herausragen der Röhren unterhalb der Plattenebene Tropfpunkte für die Flüssigkeit schafft, während zur gleichen Zeit ein Entlanglaufen der flüssigkeit an der Unterseite der Platte verhindert wird. Das Hervorstehen der Rohren oberhalb der Platte schafft auch eine gewisse ELüssigkeitshöhe, in welcher Ablagerungen wie Rost oder andere feste 2estandteile sich absetzen können, ohne dadurch die Röhren zu
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verstopfen. Zusätzlich wird durch das Anbringen von Prallplatten unterhalb der kürzeren Höhren ein ringförmiger Flüssigkeitsstrom auf den Boden erreicht. Dadurch wird die Anzahl der erforderlichen Bohren verringert, indem der effektive Abstand zwischen den einzelnen Löchern reduziert wird, wodurch der vorliegende Verteiler bei sehr geringen Durohflußmengen Verwendung finden kann, d.h. in Situationen, in welchen der Abstand der Höhren sonst zu groß sein würde.
Es ist daher Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur gleichförmigen Verteilung von gemischten Beschickungen in katalytischen Abwärtsstromreaktoren zu schaffen, deren Bestandteile im wesentlichen unempfindlich gegenüber Veränderungen des Flüssigkeitsniveaus und großen Variationen der Durchsat zmengen sind.
Es ist weiterhin Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen neuartigen Verteiler zu schaffen, der eine sehr geringe Höhe erfordert und daher zu kürzeren und somit weniger aufwendigen katalytischen Kontaktreaktoren führt.
Die Anordnung soll im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden»
Dabei zeigt:
Mg. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen Mehrbodenreaktor unter Verwendung der Verteilungsanordnung gemäß der Erfindung ,
!•ig. 2 einen Querschnitt des erfindungs gemäß en Verteilers gemäß der Schnittlinie 2-2 der ELg. 1,
Pig. 3 einen vergrößerten Seitenschnitt, und
Fig. 4 eine vergrößerte Seitenansicht eines besonderen !Teiles des erfindungsgemäßen Verteilers.
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In Fig. 1 wird die neuartige Anordnung gezeigt, die in einen typischen katalytischen Reaktor eingebaut ist· Der zylindrische Reaktor 2 besitzt einen Deckel 4 und einen Boden 3&» Der Reaktor 2 besteht normalerweise aus einem gegen Korrosion widerstandsfähigen Material und ist gewöhnlich für den Betrieb bei hohen Temperaturen isoliert. Am Boden 36 des Beaktörs 2 ist eine Austrittsleitung 35 vorgesehen· Ein Zugiitgsrohrflansch 5 ist zur besseren Zugänglichkeit zum Innenraum 3 des Reaktors 2 angebracht. Eine Beschickungszuleitung 6 steht mit dem inneren des Reaktors 2 über einen Sprinkler 7 in Verbindung, der di Form eines offenen Bohres mit einer Spritzplatte 8 besitzt, die in einer Entfernung von 5 bis 41 cm vom offenen Bnde des Sprink lers angebracht ist.
Die vorhergehend beschriebenen Teile stellen herkömmliche Elemente dar, die in vielen katalytischen Reaktoren gefunden werden. Gemäß der Erfindung wird ein neuartiges Verteilungssystem 15 für die Beschickung geschaffen. Die Verteileranordnung 15 besteht aus einer Verteilerplatte 12 und einer Mehrzahl von Röhren 1$ und 20, die später im einzelnen näher besehrieben werden; Die ^erteilerplatte 12 ist fest und im wesentlichen in einer horizontalen Ebene innerhalb des Reaktors 12 in irgend einer geeigneten Weise, wie beispielsweise durch einen Ringflansch 10 befestigt. Es ist einleuchtend, daß jede andere herkömmliche Stützmöglichkeit - wie beispielsweise Aussparungen, Winkeleisen, Klammern oder ähnliches - Verwendung finden kann. Die Verteilerplatte 12 besteht aus festem Material, d.h. sie ist abgesehen von den öffnungen, die die Röhren 14 und 20 darin bilden, flüssigkeits- und dampfdicht.
Die katalytischen Böden 28 und. 34 sind unterhalb der Verteileranordnung 15 vorgesehen. Während hier lediglieh zwei Böden dargestellt sind, ist es einleuchtend, daß eine Vielzahl von Böden und eine Vielzahl von Verteileranordnungen in jedem bestimmten Reaktoraufbau Verwendung finden können.
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In tig· 2 wird ein Querschnitt der Verteileranordnung 15 entlang der Schnittlinie 2-2 der Pig. 1 dargestellt. Wie daraus deutlich wird, Bind die Bohren 14 und 22 in einer im wesentliohen gleichföneigen Anordnung über die Verteilerplatte 12 angebraoht. Obwohl die ?lächenanordnung der Bohren nach verschie-Aenen Schemata - wie beispielsweise nach einer quadratischen oder rechteckigen, gitterartigen Anordnung - erfolgen kann, * werden sie in einer bevorzugten Aüsführungsform in einer Dreieokgitteranbrdnung angebracht, wie. durch die strichpunktierten Linien a, b und c dargestellt ist. Der Abstand zwischen den Bohren kann in der Größenordnung von etwa 7,5 bis 50 cm liegen und beträgt vorzugsweise etwa 20 cm.
Bine vergrößerte Teilansicht der Verteilerano'rdnung 15 wird in iig· 3 dargestellt. Wie dort ersichtlich ist, iot eine Mehr-■ahi von kurzen Bohren 20 derart innerhalb der Platte" 12 angebraoh.tt daß deren obere und untere Enden nach oben und unten · über die Platte hinausragen. Jede" dieser Bohren 20 ist außerdem mit einen tlberströmbehälter 22 in' der Nähe des unteren Endes versehen. Die überströmbehälter 22 können mittels Haltern 26 entweder, wie dargestellt, an der Unterseite der Platte 12 befestigt werden oder, wenn es erwünscht ist, in ähnlicher Weise direkt an dem unteren Teil der Bohren 20 befestigt werden. Die tlberströmbehälter 22 können in einer einfachen Weise in eine zylindrische Form- gebracht werden, wobei die Wände des Zylinders mit einer Mehrzahl von überströmschlitzen 24 versehen sind! Bei* Betrieb dienen die tlberströmbehklter 22 mit den Schlitzen 24- der Verteilung der Flüssigkeit, die durch die Höhren 20 auf das Bett 34 fließt, über eine Fläche mit größerem Durchmesser als es auf andere Weise erreicht Werden würde. Diese Tatsache verringert die Anzahl der erforderlichen Röhren, indem der effektive Abstand zwischen den Röhrenlöchern herabgesetzt wird, wodurch der vorliegende Verteiler bei einer sehr geringen Durchatrömmenge Verwendung finden kann, wo der Röhrenabstend andererseits zu groß sein würde.
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Wie bereits angedeutet, trägt die Verteilerplatte 12 auch eine Mehrzahl von Röhren 14» welche langer als die Röhren 20 sind. Die Röhren 14 sind mit . Kappen 18 versehen, welche dazu dienen, ein Eindringen der Beschickung direkt von oben in die Röhren 14 zu verhindern. Die Röhren 14 sind außerdem mit Schlitzen 16 an ihren oberen Enden versehen. Die Aufgabe und die form dieser Schlitze wird in weiteren Einzelheiten im Zusammenhang mit der Figur 4 beschrieben.
Wie ersichtlich ist, ist die ^erteileranordnung 15 derart aufgebaut, daß bei niedrigen Durchflußmengen sich der Strom der flüssigen Komponente einer Zweiphasenbeschickung ausschließlich durch die kürzeren Röhren 20 vollzieht. Die Röhren 20 sind gerade so groß und in einer solchen Anzahl vorgesehen, daß bei der niedrigsten Soll-Durchflußmenge ein Niveau des flüssigen Teiles der Beschickung von etwa 2,5 bis 7,5 cm über den oberen Röhrenenden gewährleistet ist. Diese Höhe reicht aus, um einen gleichförmigen Strom durch die Röhren 20 und somit auf den darunterliegenden katalytischen Boden zu garantieren. Bei höheren Durchflußmengen steigt das Niveau der Flüssigkeit über den . minimalen Stand, der durch die Linie "L" dargestellt wird, bis zu einem höheren Niveau, welches durch die Linie "H" dargestellt wird, an. Bei diesem Stand fließt ein Teil der Flüssigkeit durch die Schlitze 16 in den Röhren 14. Dadurch wird der Abstand zwischen den Tropfpunkten auf den Katalysatorboden unterhalb der Verteilerplatte 12 effektiv verringert, was natürlich zur Gleichförmigkeit der erstrebten Verteilung beiträgt. Unter diesen Bedingungen ist der Fluß durch die kurzen Röhren immer noch gleichförmig, und die gasförmige Komponente der gemischten Phase fließt weiterhin durch die Röhren 14. Auf diese Weise dienen die eingeschlitzten Röhren 14 zwei verschiedenen Zwecken. Sie wirken als Gasschlote zur gleichmäßigen Verteilung der gasförmigen Komponente der gemischten Beschickung, und sie verringern die Zwischenbodenhöhe und somit die Gesamtreaktorhöhe bei Reaktoren, die für ein großes Umsetzungsverhältnis ausgelegt sind.
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θ T*
Ein weiter Vorteil dieser Verteileranordnung wird erreicht, indem die unteren Enden der Röhren 20 und 14 über die Verteilerplatte 12 hinausragen. Dadurch wird gewährleistet, daß die Flüssigkeit, die duroh die Röhren strömt, nicht auf der Unterseite der Verteilerplatte 12 entlangläuft, wodurch eine schlechte Verteilung, die durch diese Erscheinung verursacht werden kann, vermieden wird. Der Aufbau des Verteilers gemäß der vorliegenden Erfindung gestattet auch ein Absetzen von Niederschlagen und anderen festen Verunreinigungen 21 auf der oberen Oberfläche der Verteilerplatte 12.
Die Figur 4 zeigt in einer vergrößerten Teilansicht zwei der Röhren 14 und stellt eine bevorzugte Form für die Schlitze 16 dar. Diese Ausbildung besteht im wesentlichen in der Form eines abgeschnittenen Dreiecks als Ausschnitt, wobei die Grundlinie des Dreieckes näher an der Verteilerplatte 12 liegt als der abgeschnittene Teil. Der Vorteil der Verwendung einer derartigen Ausbildung im Gegensatz zur Verwendung eines Schlitzes mit rechteckigem Querschnitt oder mit einem dreieckigen Querschnitt, wobei die Spitze nach unten zeigt, liegt in der Tatsache, daß diese Ausbildung eine größere Gleichförmigkeit bei der Verteilung gewährleistet, wenn die Flüssigkeitsoberfläche oberhalb der Verteilerplatte 12 nicht zu dieser parallel ist (wie durch die linie L-L dargestellt ist). Dieses erstrebenswerte Merkmal . wird dadurch erreicht, daß der Fluß durch die Schlitze der Höhe des Flussigkeitsstandes über der Grundkante 40 hx proportional ist, wenn χ eine Zahl kleiner als l,wie z.B. etwa 0,5 darstellt. Im Gegensatz dazu ist der ^luß durch einen rechteckigen Schlitz
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etwa der ^öhe h ' proportional, während derjenige durch einen
dreieckigen Schlitz, wobei die Spitze des Dreiecks nach unten gerichtet ist, dem Quadrat der Höhe proportional ist. Auf diese Weise wird deutlich, daß der Fluß durch die Röhren 14 sehr unempfindlich gegenüber Veränderungen des Flüssigkeitsstandes ist, welche beispielsweise durch Wellenbewegungen auf der Oberfläche der Flüssigkeit auf der Verteilerplatte 12 auftreten können.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben die Röhren 20 einen inneren Durchmesser im Bereich von etwa 0,9 bis 2 cm und vorzugsweise etwa If25 cm. Diese Röhren haben vorzugsweise eine Gesamtlänge von etwa 5,1 cm und ragen etwa 2,5 cm über die Oberfläche der Verteilerplatte 12 hinaus." Die.Röhren 14 haben einen Durchmesser von etwa 2,5 bis 5 cm und eine Gesamtlänge von etwa 16,5 cm, wobei sie 15,2 cm über die Platte 12 hinausragen. Die Schlitze 16 in den Röhren 14 sind etwa 5,1 cm lang und an ihrer Grundkante etwa 2,5 cm breit, während sie an ihrer engsten Stelle 0,64 cm breit sind. Wie bereits angedeutet wurde, sind die Röhren 14 und 20 vorzugsweise in einer Dreieckform angeordnet, wobei der bevorzugte Abstand zwischen zwei gleichen Röhren im Bereich von etwa 7,5 bis etwa 30 cm liegt.
So kann, was beispielsweise die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung zeigt, die Gesamthöhe eines Reaktors, der als typischer Hydrofinierreaktor ausgelegt ist, um etwa 240 000 1 bis etwfii 600 000 1 pro Tag zu verarbeiten, um 3 bis 5$ reduziert werden. Andererseits kann ohne Veränderung der Reaktorhöhe das Volumen des Katalysators in einem bestehenden Reaktor um 3 bis 5$ erhöht werden, wodurch die Betriebsdauer erhöht und die Haltezeit aufgrund der Erschöpfung des Katalysators verringert werden kann.
Bei einer anderen Ausführungsform kann auch noch ein dritter Satz von geschlitzten Röhren hinzugefügt werden, um eine noch größere Durchflußmenge zu verteilen.
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Claims (4)

- li - Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Verteilung eines Stromes einer gemischten Dampf-Plussigkeits-Phase in einem Pestkörperboden eines Reaktors, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem jeweiligen Boden (28, 34) und der Beschickungszuleitung (6) eine im wesentlichen horizontale Verteilerplatte (12) vorgesehen ist, die eine Vielzahl von Röhren (20) trägt, die über die Verteilerplatte (12) hinausragen, während eine weitere Anzahl von längeren Röhren (14) in der Verteilerplatte (12) vorgesehen sind, die an ihren oberen Enden Schlitze (16) aufweisen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längeren Röhren (14) mit einer Kappe versehen sind.
3· Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kürzeren Röhren (20) mit Überströmbehältern (22) versehen sind, die die durch die Röhren (20) strömende Flüssigkeit aufnehmen und verteilen.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (16) in den längeren Röhren (14) die Form eines abgestumpften Dreiecks aufweisen, dessen Grundkante (40) auf die Verteilerplatte (12) gerichtet ist.
5· Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4» dadurch gekennzeich-r net, daß sich die Röhren (14, 20) in beiden Richtungen über die Platte (12) hinaus erstrecken.
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DE1944420A 1968-09-30 1969-09-02 Geschlossener Reaktor zur Verteilung von abwärtsströmenden Flüssigkeiten Expired DE1944420C3 (de)

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