DE1965435B2

DE1965435B2 - Vorrichrung zum mischen von zwei stroemen vor ihrem eintritt in ein feststoffbett

Info

Publication number: DE1965435B2
Application number: DE19691965435
Authority: DE
Inventors: Hines Jun John E; Ballard John H
Original assignee: Union Oil Company of California
Current assignee: Union Oil Company of California
Priority date: 1966-11-02
Filing date: 1969-12-30
Publication date: 1971-05-19
Also published as: DE1965435A1; GB1274327A; US3502445A; FR2032596A5; NL6918658A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von zwei Strömen in einem Behälter vor ihrem Eintritt in ein ebenfalls in dem Behälter befindliches Feststoffbett mit einer oberhalb des Betts angeordneten Mischkammer, in deren Decke sich wenigstens zwei Eintrittsöffnungen befinden, die gleichen Abstand von der Mittelachse der Mischkammer und gleichen Abstand untereinander aufweisen und in deren Boden oder Seitenwänden sich zwei Austrittsöffnungen befinden, die ebenfalls gleichen Abstand von der Mittelachse der Mischkammern und gleichen Abstand untereinander aufweisen, jedoch auf den Halbierenden der Winkel liegen, die durch die Mittelachse der Mischkammer und zwei benachbarte Eintrittsöffnungen definiert sind.

Vorrichtungen dieser Art sind bekannt. Sie werden zum Mischen von Flüssigkeiten, Gasen und Flüssigkeit-Gas-Gemischen in sich oder mit zugeführten Flüssigkeiten, Gasen oder Flüssigkeit-Gas-Gemischen verwendet. Die derart zu mischenden Substanzen sind meist Kohlenwasserstoffe, die in dem Feststoffbett physikalisch oder chemisch behandelt oder umgesetzt werden sollen, wobei das Feststoffbett in der Regel katalytisch wirkt.

Auch eine erneute Durchmischung eines vorliegenden Gemisches ist in solchen Fällen häufig erforderlich, weil beispielsweise ein Flüssigkeit-Gas-Gemisch sich auf dem Weg zum Feststoffbett in seine Phasen separieren kann. Tritt dies ein, so geht ein erheblicher Teil der Wirkung des Feststoffbettes verloren. Aus diesem Grund werden Vorrichtungen eingangs genannter Art auch zwischen Feststoff betten angeordnet.

Unabhängig hiervon sind die eingangs genannten Vorrichtungen aber von besonderer Bedeutung bei Zumischungen.

Bei einer nach der USA.-Patentschrift 3 218 249 bekannten Vorrichtung eingangs genannter Art können die in die Eintrittsöffnungen eintretenden Ströme in der Mischkammer direkt zu den Austrittsöffnungen fließen. Dies hat zur Folge, daß eine vollständige Durchmischung in der Mischkammer nicht stets gewährleistet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Mischvorgang in der Mischkammer zu intensivieren.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß in der Mischkammer Strömungsleiteinrichtungen vorgesehen sind, die jeden durch die Eintrittsöffnungen eintretenden Strom unter Verengung seines Querschnitts einzeln in Richtung auf die Mittelachse der Mischkammer in einen Bereich leiten, nächst dem sich die Austrittsöffnungen befinden. In dem genannten Bereich treffen die eintretenden Ströme aufeinander, durchmischen sich turbulent und fließen dann innig vermischt aus den Austrittsöffnungen heraus. Auf diese Weise wird die gewünschte erhöhte Vermischung erreicht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat sich insbesondere bei der katalytischen Behandlung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere Mischphasenbehandlungen, im Feststoffbett bewährt, etwa beim katalytischen Hydrodesulfieren und Hydrocracken. Weitere katalytische Verfahren, für die die Vorrichtung besonders nützlich ist, sind die katalytische Polymerisation, die Isomerisierung und Reformierung von Petroleumkohlenstoff, die katalytische Hydrierung von flüssigem Kohleextrakt, die katalytische Hydrierung von aromatischen Verbindungen, wie die Umwandlung von Benzol in Cyclohexan, die katalytische Oxydation, die katalytische Chlorierung u. dgl.

Wenn im folgenden auf ein Gas oder Gase Bezug genommen wird, so handelt es sich, wenn nichts Gegenteiliges angeführt ist, um Permanentgase wie Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff oder auch um Dämpfe, etwa die Dämpfe der Behälterflüssigkeiten.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der

ίο Vorrichtung gemäß der Erfindung an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen die Mischkammer und das Feststoffbett enthaltenden Teil des Behälters der Vorrichtung in einem Längsschnitt,

F i g. 2 in einem Querschnitt durch den Behälter nach F i g. 1 längs der Linie 2-2 in F i g. 1 eine Aufsicht auf die Mischkammer,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Mischkammer nach F i g. 1 längs der Linie 3-3 in F i g. 1.

F i g. 4 in einer Teilseitenansicht eine andere Ausführungsform der Mischkammer im Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 5,

F i g. 5 einen Querschnitt durch die Mischkammer nach F i g. 4 längs der Linie 5-5 in F i g. 4.

Die Vorrichtung nach F i g. 1 weist einen zylindrischen Behälter 10 auf, der ein Bett 11 aus körnigen, chemisch wirksamen Feststoffteilchen enthält. Auf dem Bett 11 befindet sich eine Schicht 12 aus chemisch inerten, kugelförmigen Teilchen, beispielsweise Keramikkugeln aus geschmolzenem Aluminiumoxyd. Diese chemisch inerten Teilchen sind vorzugsweise größer als die Teilchen des Bettes 11 und wirken dahingehend, daß ein Aufprallen der nach unten strömenden Mischung direkt auf das Bett 11 verhindert wird, so daß ein Durchschlagen bzw. Aufreißen der Oberfläche des Bettes 11 unterbunden und der Abrieb der das Bett 11 bildenden Feststoffteilchen verringert wird. Ein Flüssigkeit-Gas-Gemisch strömt von einem nicht gezeigten Einlaß nach unten in den Behälter 10. Die hinzuzumischende Flüssigkeit (oder ein Gas oder ein Flüssigkeit-Gas-Gemisch) wird dem Behälter 10 durch einen Rohrstutzen 13 und ein Innenrohr 14 zugeführt, bevorzugt symmetrisch in das nach unten strömende Flüssigkeit-Gas-Gemisch.

Ein Sammelboden 15 erstreckt sich über den Querschnitt des Behälters 10 und dient dazu, den Strom durch zwei im Abstand voneinander befindliche Eintrittsöffnungen 16 und 17 in die Mischkammer 20 zu leiten. Der Sammelboden 15 kann längs seines Umfangs an dem Behälter 10 lösbar im wesentlichen leckfrei dicht angebracht sein. Er kann auch aus Teilstücken bestehen, was insbesondere bei Behältern 10 mit größerem Durchmesser vorteilhaft ist, und von an dem Behälter 10 angebrachten Trägern getragen sein. Solche Teilstücke können beispielsweise auch angeschweißt sein. Bevorzugt bleibt jedoch wenigstens ein Teilstück entfernbar, um so einen Zugang in den Behälter zum Reinigen und für die Instandhaltung zu ermöglichen.

An der Unterseite des Sammelbodens 15 ist die Mischkammer 20 durch Schweißen oder auf andere Weise befestigt. Die Mischkammer 20 ist zweckmäßigerweise im allgemeinen rechteckförmig. Da bei vielen Anwendungen die Sammelbodentragteile die Breite der Kammer 20 begrenzen, ist es oft vorteilhaft, eine Kammer 20 mit langgestreckter, rechteckiger Form zu verwenden. Die Kammer 20 kann

weise vom Bodenteil 35 der Kammer 20 bis zu dem Sammelboden 15. Dementsprechend ist die Mischkammer 20 in drei Kammern durch die beiden Paare von Leitplatten 41, 42, 43, 44 unterteilt, wobei die 5 Öffnungen 36 und 37 innerhalb der Mittelkammer liegen und die Öffnungen 16 und 17 mit jeder äußeren Kammer der Mischkammer 20 in Verbindung stehen.

Im Betrieb treten die nach unten durch die Öff-

aus getrennten Teilen zusammengebaut oder in einem einzigen Stück aus einem einzigen Metallblech durch herkömmliche Schneid- und Biegeverfahren geformt sein. Auf jeden Fall ist die Kammer mit zwei Austrittsöffnungen 36, 37 versehen, die um 90° zu den Einlaßöffnungen im Boden 15 versetzt sind.

Unterhalb der Mischkammer 20 ist herkömmlicherweise eine Verteilereinrichtung angeordnet, beispielsweise ein Lochboden 21 und ein Verteilerboden io nungen 16 und 17 in dem Boden 15 fließenden'

22, der eine Anzahl von Gasabzugs- bzw. Fallrohren Ströme in die äußeren Kammern der Mischkammer

aufweist, auf denen Kappen 23 sitzen. Die Verteiler- 20 ein und dann zwischen jeweils einem Paar von

einrichtung ist unter dem Boden 15 und über der querverlaufenden Leitplatten 41, 42, 43, 44 hindurch

oberen Oberfläche des Feststoffbettes angeordnet. in die Mittelkammer, worauf sie angrenzend an die

Stellt die Verteilung der Ströme kein Problem dar, 15 Austrittsöffnungen 36 und 37 aufeinanderprallen,

so kann die Verteilereinrichtung weggelassen sein, Das Mischen wird dadurch vorteilhaft beeinflußt,

und es können der Boden 15 und die Mischkammer daß die Querschnitte der Durchlässe zwischen den

20 im Abstand über dem Feststoffbett 11 angeordnet Leitplatten 41, 42, 43, 44 verringert werden, so daß

sein. dadurch den Strömen eine höhere Geschwindigkeit

Das Vermischen wird durch das aufeinanderfol- 20 aufgeprägt wird. Eine Verringerung des Querschnitts

gende Aufteilen und Wiedervereinigen des nach zwischen den Leitplatten 41, 42, 43, 44 verursacht

unten fließenden Stroms erreicht. Zunächst wird der jedoch auch einen erhöhten Druckabfall. Der geeig-

durch den Behälter 10 nach unten fließende Strom nete Abstand zwischen den Leitplatten 41, 42, 43,

durch die beiden Öffnungen 16 und 17 im Boden 15 44 ergibt sich als Ausgleich zwischen der Verbesse-

in zwei Ströme mit mehr oder weniger gleicher Zu- 25 rung der erzielten Vermischung und der Erhöhung

sammensetzung und Stärke aufgeteilt. Beim Eintreten des Druckabfalls. Häufig ist es zweckmäßig, daß

in die Mischkammer 20 wird jeder dieser beiden sich jede der Leitplatten über etwa ¹U bis Vs der

Ströme wiederum in zwei Ströme von annähernd Querschnittsfläche der Mischkammer erstreckt, so

gleicher Zusammensetzung und gleicher Stärke auf- daß dann etwa V₃ bis Va der Querschnittsfläche der

geteilt, die dann nach paarweiser Vereinigung durch 30 Mischkammer für den Stromdurchlaß verfügbar ist.

die Austrittsöffnungen 36, 37 abfließen. Bei der Ausführungsform nach den F i g. 4 und 5

Zur Verbesserung der Durchmischung sind in der _wi_rd die turbulente Vermischung der Ströme da-

Mischkammer 20 Strömungsleiteinrichtungen 41, 42, durch erreicht, daß die Seitenwände der Mischkam-

43, 44 angeordnet, durch die die Ströme gezwungen _{mer zu} verengten Stromdurchlässen geformt sind,

werden, vor dem Abströmen aus der Kammer 20 35 Fig. 4 zeigt eine langgestreckte, im allgemeinen in einer turbulenten Mischzone aufeinanderzuprallen.
Bei der dargestellten Ausführungsform umfassen die
Strömungsleiteinrichtungen 41, 42, 43, 44 ein Paar

querverlaufender Leitplatten 41, 42, die eine verengte

rechteckige Mischkammer 50, die unmittelbar unter einem Boden 60, der dem Sammelboden 15 in Fig. 1 entspricht, und unmittelbar über einem mit Löchern 62 versehenen Boden 61, der dem Lochboden 21

Öffnung für den Durchlaß des durch die Öffnung 16 40 der F i g. 1 entspricht, angeordnet ist. Der Boden 61 eingetretenen Stroms zwischen sich frei lassen und k_ann weggelassen werden, wenn eine gleichförmige den dadurch gebildeten Strom mit einem entspre- Verteilung der Ströme nicht erforderlich ist. chenden durch die Öffnung 17 eingetretenen Strom Die Mischkammer 50 besteht aus Endteilen 51

in turbulente Vermischung bringen, der in entgegen- _und 52, Seitenteilen 53, 54, 55 und 56 und einem gesetzter Richtung zwischen einem weiteren Paar 45 Bodenteil 57 aus festem Metallblech. Die Austrittsquerverlaufender Leitplatten 43, 44 hindurchtritt, die öffnungen 58 und 59 sind auf einander gegenüberauf der gegenüberliegenden Seite der Austritts- liegenden Seiten der Kammer 50 vorgesehen. Die öffnungen 36, 37 angeordnet sind. Auf diese Weise Seiten- und Endteile können aus getrennten Stücken prallen die Ströme angrenzend an die Austritts- gebildet und in herkömmlicher Weise angeordnet öffnungen 36, 37 aufeinander, so daß die turbulente ₅o sein. Die Teile 53, 52 und 56 und die Teile 54, 51 Vermischung bewirkt wird. _und 55 können aber auch aus jeweils einem Stück

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Mischkammer gebildet, in die gewünschte Form gebogen und dann 20 langgestreckt und rechteckig ist und aus den Sei- _an dem Bodenteil 57 befestigt sein. In jedem dieser tenteilen 31 und 32, den Endteilen 33 und 34 und Fälle wird die Richtungsgebung der Ströme dadurch dem Bodenteil 35 gebildet ist. Der Bodenteil 35 ist 55 erreicht, daß jedes der Teile 53, 54, 55 und 56 nach mit den beiden Austrittsöffnungen 36 und 37 ver- j_nnen gebogen ist, so daß auf jeder Seite der Aussehen. Die Öffnungen 36 und 37 haben einen relativ trittsöffnungen 58 und 59 die Ströme eingeschnürt großen Durchmesser und sind auf einer Mittellinie werden. Die Ströme treten in die Kammer 50 auf senkrecht zur Längsachse der Kammer 20 in an- jeder Seite der mittleren eingeschnürten Abschnitte nähernd gleichem Abstand von der Längsachse an- 60 ein, dann durch den einen oder den anderen dieser geordnet. Statt in dem Bodenteil 35 können die Öff- Abschnitte hindurch und prallen in dem Mittelnungen 36 und 37 auch in den Seitenteilen 31 und abschnitt in der Nähe der Auslaßöffnungen 58 und vorgesehen sein. In beiden Fällen ist die Kammer 59 aufeinander.

mit den querverlaufenden Leitplatten 41 und 42 Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine

auf einer Seite der Öffnungen 36 und 37 und mit 65 rechteckige Kammer mit Öffnungen in einander den Leitplatten 43 und 44 auf der gegenüberliegen- gegenüberliegenden Seitenwandteilen und mit Einden Seite dieser Öffnungen 36 und 37 versehen. Die sätzen versehen, die die in F i g. 5 gezeigten einge-Leitplatten 41, 42, 43, 44 erstrecken sich Vorzugs- schnürten Abschnitte bilden.

Die Löcher 62 in dem Boden 61 können in dem Flächenteil des Bodens weggelassen werden, den die Mischkammer 50 einnimmt. Es kann jedoch auch der Bodenteil 57 weggelassen werden und die Seitenteile der Mischkammer 50 direkt an dem Boden 61 angebracht werden.

Das Mischen und Verteilen von Zwei-Phasen-Strömen kann dadurch erleichtert werden, daß vertikale Querleitplatten 63 und 64 in der Nähe der Austrittsöffnungen 58 und 59 angeordnet werden. Die Querleitplatten 63 und 64 bestehen vorzugsweise aus durchlöchertem Material, sind direkt an dem Boden 61 befestigt und erstrecken sich vertikal im wesentlichen bis zum Boden 60. Bevorzugt ist die Fläche des Bodens 61 zwischen den Austrittsöffnungen 58 und 59 und den Querleitplatten 63 und 64 nicht mit Löchern versehen.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Mischen von zwei Strömen in einem Behälter vor ihrem Eintritt in ein ebenfalls in dem Behälter befindliches Feststoffbett, mit einer oberhalb des Bettes angeordneten Mischkammer, in deren Decke sich wenigstens zwei Eintrittsöffnungen befinden, die gleichen Abstand von der Mittelachse der Mischkammer und gleichen Abstand untereinander aufweisen und in deren Boden oder Seitenwänden sich zwei Austrittsöffnungen befinden, die ebenfalls gleichen Abstand von der Mittelachse der Mischkammern und gleichen Abstand untereinander aufweisen, jedoch auf den Halbierenden der Winkel liegen, die durch die Mittelachse der Mischkammer und zwei benachbarte Eintrittsöffnungen definiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mischkammer (20; 50) Strömungsleiteinrichtungen (41, 42, 43, 44; 53, 54, 55, 56) vorgesehen sind, die jeden durch die Eintrittsöffnungen (16, 17) eintretenden Strom unter Verengung seines Querschnitts einzeln in Richtung auf die Mittelachse der Mischkammer in einen Bereich leiten, nächst dem sich die Austrittsöffnungen (36, 37; 58, 59) befinden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Eintrittsöffnung (16,17) zwei Leitplatten (41, 42, 43, 44; 53, 56; 54, 55) zugeordnet sind, die symmetrisch zu den Verbindungsgeraden zwischen den Eintrittsöffnungen und der Mittelachse der Mischkammer (20; 50) und zwischen den Eintrittsöffnungen und den Austrittsöffnungen (36, 37; 58,59) liegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitplatten (41, 42, 43, 44) quer zu den Verbindungsgeraden zwischen den Eintrittsöffnungen (16,17) und der Mittelachse der Mischkammer (20) verlaufen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitplatten (53, 54, 55, 56) in Richtung zur Mittelachse der Mischkammer (50) aufeinanderzustreben.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Austrittsöffnungen (36, 37) im Boden (35) der Mischkammer (20) befinden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Austrittsöffnungen (58, 59) in den von den Leitplatten (53, 54 und 55, 56) gebildeten Seitenwänden der Mischkammer befinden.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Eintrittsöffnungen (16, 17) von der Mittelachse der Mischkammer (20; 50) größer ist als der Abstand der Austrittsöffnungen (36, 37; 58, 59).

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich — wie an sich bekannt — im Abstand unterhalb der Mischkammer (20) über dem Feststoffbett (11,12) eine Verteilereinrichtung (21, 22, 23) befindet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich an der Unterseite der Mischkammer (50) ein Verteilerboden (61) befindet, auf dem den Austrittsöffnungen (58, 59) gegenüberstehende Querleitplatten (63, 64) angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen