DE2330160A1

DE2330160A1 - Verteilungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2330160A1
Application number: DE2330160A
Authority: DE
Inventors: George A Uhl
Original assignee: Atlantic Richfield Co
Current assignee: Atlantic Richfield Co
Priority date: 1972-06-16
Filing date: 1973-06-08
Publication date: 1974-01-03
Also published as: JPS5646893B2; NL7307364A; BE800825A; GB1387768A; CA995439A; AR194895A1; US3804273A; FR2189298B1; IT985682B; FR2189298A1; JPS4950663A

Description

A 1369

Atlantic Richfield Company, New York / New York (V.St.v.A·)

Vert eilungsvo rri chtung

Die Erfindung betrifft einen Partikelverteiler und insbesondere eine Vorrichtung zum Verteilen von Materialpartikeln, beispielsweise einen Katalysator, über eine Zone, beispielsweise über einen katalytischen Reaktor.

Chemische Reaktionen sollen häufig in einen Reaktor stattfinden, der mit einem katalytischen Laterial gefüllt ist. Z.B. können Gase veranlasst werden, durch ein Bett eines katalytischen materials zu strömen, um mit diesem zu reagieren, wobei die resultierenden Gasprodukte abgezogen werden. Damit ein solcher Reaktor am günstigsten arbeiten kann, muss das katalytische katerial im wesentlichen gleichmäßig über die Reaktionszone ausgebreitet werden. Solche katalytischen Reaktoren sind im allgemeinen ziemlich groß und weisen z.B. einen kreisrunden Querschnitt mit einem Durchmesser von ungefähr 30 cm bis ungefähr 4,5 m auf und eine Höhe von ungefähr 1,5 m bis ungefähr 37»5 »· Um die beste Leistung zu erzielen, muss der Katalysator im Reaktor mit einer

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im wesentlichen gleichen Tiefe und im wesentlichen gleicher Dichte verteilt werden.

Bisher wurde der Katalysator in einen Reaktor nach dem sogenannten Schüttverfahren eingefüllt, wobei an einen Einfülltrichter ein Schlach angebracht wird, der sicxi bis zum Boden des Reaktors oder bis zur Oberfläche des Katalysators erstreckt.' Der Einfülltrichter und der Schlauch weruen mit dem Katalysator beschickt, wonach der Schlauch langsam angehoben wird, so dass der Katalysator herausrieselt und ein kegelförmiges Bett bilaet, das beispielsweise mittels eines Rechens oder einem ähnlichen mittel verteilt wird.

Bei einem auf diese Weise durchgeführten füllen des Reaktors besteht die Schwierigkeit, dass das Katalysatorbett zuweilen Hohlräume enthält, die bei der späteren katalytischen Reaktion und während der exothermischen Reaktionen der Reaktionsmittel heiße Stellen erzeugen, wobei unerwünschte Nebenreaktionen und Produkte erzeugt werden. Bei dem oben beschriebenen Beschickungsverfahren wird außerdem viel Zeit zum üinfüllen des Katalysators in den Reaktor benötigt, da der Schlauch, durch den der Katalysator in den Reaktor rieselt, beständig nach oben gezogen werden muss, damit der Katalysator strömen kann.

Eine weitere Schwierigkeit entsteht durch das Absetzen des Katalysators ι wodurch das Gesamtvolumen des Katalysatorbettes verändert und die Ausstattung, beispielsweise Thermosonden, beschädigt werden, die in den Reaktor für Wärmemessungen eingesetzt werden· Bei dem Absetzen des Katalysators kann ferner die Oberfläche des Bettes so weit absinken, dass die Thermos.onde mit dem Katalysator nicht mehr in Berührung steht, so dass die Reaktionstemperatur nicht überwacht werden kann»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der Materialpartikel über eine Zone verteilt werden können, und die aufweist einen Vorratsbehälter mit einem Einlass und einem Auslass zur Aufnahme der katerialpartikel, eine drehbare Welle, die mit einem kotor verbunden ist und von diesem angetrieben, wird, und ein von der Welle getragenes und sich mit dieser drehendes Verteilerelement, das in der llähe des

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Auslasses so angeordnet ist, dass die den Auslass des Vorratsbeiiälters verlassenden katerialpartikel gegen das Verteilerelement stoßen, das im wesentlichen kegelförmig ausgestaltet ist, wobei der Scheitel des kegeis in der Höhe des Auslasses des Vorratsbehälters gelegen ist, welches Verteilereleiient eine Anzahl von senkrechten Ablenkungsflügeln versehen ist, die radial an d,er abfallenden Außenseite des Kegels verlaufen, so dass bei dem Umlauf des Verteilerelewentes ein Teil der den Behälterauslass, verlassenden katerialpartikel von der Außenseite dea Kegels radial abgelenkt werden, während ein Teil des den Vorratsbehälter verlassenden Laterials von den Ablenkflügeln tangential abgelenkt wird.

Die Järf indung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In den beiliegenden Zeichnungen, in denen die einander gleichen oder entsprechenden Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist die

Fig.1 eine zum Teil als Schnitt gezeichnete Seitenansicht eines katerialVerteilers nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Verteilerelement der in der Fig.1 dargestellten Vorrichtung, von der Linie 2-2 in der Fig.1 aus gesehen,

Fig»3 eine Seitenansicht des in der Fig»2 dargestellten Verteilerelementes,

Eig.4 ein senkrechter Schnitt durch einen Reaktor, in dem die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verteilen eines Katalysatormaterials im Reaktor verwendet wird,

Fig. 5 eine Seitenansicht einer anderen Ausführung eines Laterialverteilers nach der Erfindung und die

Fig.6 eine Draufsicht auf den in der Fig.5 dargestellten Later ial verteiler.

Die in der Fig.1 dargestellte Verteilungsvorrichtung ΊΟ weist einen Vorratsbehälter 12 auf, der beispielsweise aus einem metallblech hergestellt werden kann und im wesentlichen kegelstumpi'föriiiig ausgestaltet ist, wobei die Spitze des Kegels nach unten gerichtet ist. In der iv,itte des Vorratsbehälters 12 ist

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ein senkrechtes Rohr 14 angeordnet, das sich durch den Auslass des Vorratsbehälters hindurcherstreckt und ein Auslassrohr 16 bildet. Im unteren Teil des Vorratsbehälters 12 ist das Rohr mit einer Anzahl von Öffnungen 18 versehen, die eine Verbindung zwischen dem Behälter 12 und dem Auslassrohr 16 herstellen. Zum Abstützen des Rohres -14 im Vorratsbehälter 12 werden vorzugsweise einige Verstrebungsglieder 20 vorgesehen. Der Vorratsbehälter 12 kann mit jeder gewünschten Kapazität hergestellt werden und an den Seiten mit entfernbaren Verlängerungsteilen versehen werden, um die Kapazität zu erhöhen. Das obere Ende des Vorratsbehälters 12 kann einen quadratischen oder kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Die die Kapazität erhöhenden Bauteile können senkrecht oder tangential angeordnet werden.

Unterhalb des Endes des Auslassrohres 16 ist ein kegelförmiges Verteilerelement 22 so angeordnet, dass der Scheitel des Kegels dem Auslassrohr 16 zugewandt ist. Das Verteilerelement steht über eine sich durch das Rohr 14 erstreckende Welle 24 mit einem regelbaren Motor 26 in Verbindung, der oberhalb des Rohres 14 auf den Stützen 27 gelagert ist. Der Motor 26 kann aus einem Elektromotor oder auch aus einem pneumatischen Motor mit regelbarer Drehzahl bestehen. Die Welle 24 ist in den Rohren 14 und 16 in den Lagern 28 gelagert, die auch eine Längsbewegung der Welle 24 zulassen. Das untere Lager sich durch die Öffnungen 18 und das obere Lager durch die öffnungen 29 am Rohr 14 zugänglich.

Wie aus den Figuren 2 und 3 zu ersehen ist, ist das Verteilerelement 22 im wesentlichen kegelförmig ausgestaltet und mit einer Anzahl von Schlitzen 30 versehen, die an der Kegelfläche 31 von der unteren Kante 32 aus über eine wesentliche Strecke zum Scheitel 33 des Kegels verlaufen. Jeder Schlitz 30 kann gebildet werden durch einen ersten, im wesentlichen radial verlaufenden Einschnitt 34- an der Mantelfläche 31 (Fig,2) und durch einen im wesentlichen kreisförmigen zweiten Einschnitt Der hierbei erzeugte Flügel 38 wird nach außen abgebogen, so dass er von der Mantelfläche 31 aus im wesentlichen senkrecht vorsteht. Andererseits kann das Material aus den Schlitzen 30

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entfernt werden, und an der Mantelfläche 31 können Flügel anderer Größe angebracht werden. Das Verteilerelement 22 wird vorzugsweise verstärkt beispielsweise mittels eines Drahtes oder einer Stange 40 um den unteren Rand 32 herum oder durch eine oder mehrere Sippen 42·

Der Motor 26 ist mit der Welle 24 durch Mittel verbunden, die eine Längsbewegung der Welle 24 in bezug auf den kotor 26 zulassen, so dass die Entfernung des Verteilerelementes 22 vom Auelass des Auslassrohres 16 eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann auch der Bezirk bestimmt werden, über den das Material verteilt wird. Die Welle 24 kann beispielsweise eine Keilnutenverbindung mit einem Spannfutter 23 am Motor 26 aufweisen, so dass die Welle 24 vom Motor gedreht wird, Jedoch eine Längsbewegung in bezug auf den Motor ausführen kann.

Die Fig.4 zeigt die Arbeitsweise der Vorrichtung bei der Verteilung eines katalysatormaterials in einem Reaktor nach der Erfindung. Der Verteiler 10 ist so angeordnet, dass das Katalysatormaterial durch den Einlass 50 am oberen Teil 52 des Reaktors 54 eingetragen wird. Der Verteiler ist zu diesem Zweck mit einer Anzahl von Flanschen 44 versehen, die mittels Schrauben 46 an der Oberseite 52 des Reaktors befestigt werden können. Die Flansche 44 können auch direkt auf die Oberseite 52 unter Verwendung von Beilagescheiben zum Ausrichten des Vorratsbehälters 12 aufgesetzt werden. Wie aus der Fig»1 zu ersehen ist, sind mit den Flanschen 44 Bolzen 46 mit Hilfe von Schrauben 51 und Muttern 53 verbunden. Der katalytisch^ Reaktor 54 besteht aus der herkömmlichen Ausführung mit einem Einlass am oberen Teil und einem Auslass 58 am unteren Teil. Der Reaktor 54 kann beispielsweise in einer kurzen Entfernung vom Boden mit einem Sieb 60 ausgestattet werden, auf dem das Eatalysatormaterial 62 ruht. Infolgedessen strömt das in den Reaktor 54 durch den Einlass eintretende Strömungsmittel im wesentlichen über den gesamten Querschnitt des Reaktor 54 ein, so dass im Katalysatorbett im wesentlichen keine Tote Zone besteht.

Zum Beschicken des Reaktors 54 mit dem Katalysatormaterial mit Hilfe des Verteilers 10 wird In den Vorratab·hälter 12 eine

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Menge Katalysatormaterial eingefüllt, und der Motor 26 wird in Betrieb gesetzt und setzt das Verteilerelement 22 in Umdrehung. Das Katalysatormaterial fällt aus dem Behälter 12 durch das Auslassrohr 16, das den ersten Entleerungspfad bildet, auf das Verteilerelement 22. Ein Teil dieses katerials fällt durch die Schlitze 30 auf den in der Mitte gelegenen Bezirk des Lagersiebes 60 und des Katalysatorbettes. Ein anderer leil des Katerials fällt auf die Mantelfläche des Verteilerelementes 22 und gleitet von dieser in einer radial verlaufenaen Bahn ab. Ein weiterer Teil des Materials wird von den Flügeln 38 erfasst und tangential bewegt. Das Katalysatormaterial wird auf diese Weise im wesentlichen gleichmäßig über den Querschnitt des Reaktors 54- hinweg verteilt. Diese Verteilung kann beeinflusst werden durch Bestimmung der Drehzahl des Verteilerelementes 22 und der Höhe des Elementes über dem Katalysatorbett. Wenn gewünscht, kann das Rohr 16 und die Welle 24· mit einem oder mehreren entfernbaren Ansätzen versehen werden, mit denen das Verteilerelement 22 in den Reaktor 54 weiter abgesenkt werden kann, beispielsweise, wenn der Reaktoreinlass einen langen Hals aufweist.

Lit der erfindungsgemäßen Einrichtung kann ein Reaktor, von oben her mit einem Katalysatormaterial beschickt werden. Die Einrichtung eignet sich für Reaktoren mit einem Durchmesser von ungefähr 30 cm bis 4,5 m und vorzugsweise von ungefähr 90 cm bis 3|9» bei einer Länge von ungefähr 1,5 m bis 37»5 ^ u^öL vorzugsweise von ungefähr 3 ^m bis 21 m. Das Katalysatormaterial wird in den Reaktor bis zu einer Höhe von ungefähr 43 cm pro Minute und vorzugsweise bis zu Höhen von 2,5 cm bis 15 cm und am besten von ungefähr 5 c& bis 10 cm pro Minute eingetragen. Die Einfüllgeschwindigkeit kann innerhalb der oben angegebenen Grenzen schwanken. Es ist jedoch vorzuziehen, das Material gleichmäßig einzutragen und bei der Herstellung des Katalysatorbettes eine bestimmte Einfüllgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Die Katalysatorpartikel werden in den Reaktor an einer Stelle eingetragen, von der aus die Partikel durch ein gasförmiges Mittel in freiem fall über eine Streck· von mindestens ungefähr 30 cm und vorzugsweise von ungefähr 1,5 » bis 37,5 ■ und am besten

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von ungefälir 3 m bis 21 m herunterfallen. Das gasförmige Mittel besteht im allgemeinen aus Luft oder je nach der Art des Katalysators aus einem inerten Mttel, z.B. aus Stickstoff. Im allgemeinen reicht die kürzeste Strecke des freien Falle aus, um die Partikel des Katalysators längs deren Hauptachse zu orientieren, d«h·, Die Strecke des freien Falls soll ausreichen, dass die Partikel sich nach dem Kontakt mit der Oberfläche dee Katalysatorbettet etwas senkrecht nach oben bewegen, so dass eine Orientierung erfolgen kann, Im allgemeinen fallen die Katasysatorpartikel einzeln auf das sich bildende Katalysatorbett. Die auf diese Weise erfolgende Orientierung der Katalysatorpartikel bewirkt im Durchschnitt eine im wesentlichen waagerechte Orientierung, da eine waagerechte Lage der Längsachse der Partikel am wahrscheinlichsten ist. Außerdem bilden Katalysatorpartikel in einer im wesentlichen waagerechten Lage eine Fläche, bei der die Differenz zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Teil weniger als 10% des Durchmessers des Katalysatorbettee beträgt, d.h. eine im wesentlichen ebene Fläche, und vorzugsweise weniger als 5% und noch besser weniger als 1%.

Der Vorratsbehälter 12 sollte eine wesentliche Menge des Katalysatormaterials aufnehmen können. Dieses Material wird häufig in Trommeln oder Fässern geliefert, und der Verratsbehälter 12 sollte mindestens die !menge einer Trommel aufnehmen können. An den Seiten des Vorratsbehälters 12 können verlängernde Bauteile vorgesehen werden, die die Kapazität vergrößern, während die Traneport- und Lagerfähigkeit erhalten bleibt* Die Verwendung solcher zusätzlichen Bauteile wird erleichtert, wenn der obere-Teil des Vorratsbehälters 12 quadratisch und nicht kreisförmig ausgestaltet wird. Die Figuren 5 und 6 zeigen einen Vorratsbehälter 64, dessen Seitenwandung 66 am unteren Ende einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, der mit dem Entleerungsrohr 16 zusammenpasst, während der Querschnitt am oberen Teil quadratisch ist· Der Ansatz 68 ist mit einer Lippe 70 versehen, die mit dem quadratischen oberen Ende des Vorratsbehälters 64 zusammenpasst .

Als ein besonderes Beispiel sei angeführt, dass bei einem

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Partikel verteiler nach der Erfindung ein Vorratsbehälter 66 vorgesehen werden kann, der am oberen .binde einen quadratischen Querschnitt mit einer Kantenlänge von ungefähr 50 cm und am unteren Ende einen kreisrunden Querschnitt mit einem Durchmesser von ungefähr 15 cm für den Anschluss an ein Entleerungsrohr 16 aufweist· Die Seiten dieses Vorratsbehälters weisen eine Neigung von ungefähr 30° auf. Es sind vier öffnungen 18 vorgesehen, die aia unteren Teil des Rohres 14· in Abstanden von 90 angeordnet sind, und die eine Weite von ungefähr 7»5 cm und eine Länge von ungefähr 20 cm aufweisen. Das Verteilerelement 22 kann kegelförmig ausgesteltet sein und einen Winkel von ungefähr 45 umfassen, wobei die Basis 32 einen Durchmesser von ungefähr 30 - 60 cm aufweist. Um das Verteilerelement 22 herum können in Abständen von 4-5 acht Schlitze 30 und Flügel 38 vorgesehen werden. Jeder Schlitz und jeder Flügel verläuft an der geneigten Seite des Elementes 22 über eine Strecke von ungefähr 10 - 50 cm und weist an der Basis 32 eine Breite von ungefähr 3,8 cm auf· Eine solche Vorrichtung kann ohne Schwierigkeiten Partikel über eine Zone mit einem Radius von ungefähr 90 cm bis 2,7 ä verteilen, beispielsweise bei einem übergroßen Katalysator mix einem Durchmesser von ungefähr 0,4 - 6,35 && undmit einer Länge von ungefähr 0,8 - 12,7 n^·

fcit dem vorstehend beschriebenen Partikelverteiler nach der Erfindung kann daher ein aus Partikeln bestehendes Material über einen Bezirk gleichmäßig verteilt werden. Soll das Material über einen ringförmigen Bezirk verteilt werden, z.B. in einem katalytischen Radialreaktor, so werden die Schlitze 30 weggelassen, so dass das Katalysatormaterial bei der Drehung des Verteilerelementes allein von den nach außen vorstehenden Flügeln 30 und durch die Wirkung der geneigten Außenseite des Verteilerelementes verteilt wird.

An den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können von Sachkundigen im Rahmen des Erfindungsgedankens natürlich Änderungen, Abwandlungen und Ersetzungen vorgenommen werden. Die Erfindung selbst wird daher nur durch die beiliegenden Patentansprüche abgegrenzt.

Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

Vorrichtung zum Verteilen eines aus Partikeln bestehenden Materials über eine Zone, welche Vorrichtung aufweist einen Vorratsbehälter zur Aufnahme des Materials mit einem Einlass und einem Auslass, sowie Mittel, die mit dem Einlass verbunden sind und das Material über die genannte Zone leiten, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Mittel aus einer mit einem Motor (26) verbundenen und von diesem angetriebenen Welle (24) und aus einem von der Welle getragenen und von dieser in Umdrehung versetzten Verteilerelement (22-) bestehen, das in der Nähe des Auslasses des Vorratsbehälters angeordnet ist, dass das Verteilerelement im wesentlichen kegelförmig ausgestaltet und so angeordnet ist, dass der Scheitel (33) des Kegels dem genannten Auslass zugewandt ist, und dass das Verteilerelement mit einer Anzahl von senkrechten Ablenkflügeln (38) ausgestattet ist, die an der geneigten Außenseite (3Ό des Segels radial verlaufen.

2· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerelement an der geneigten Außenseite (31) mit einer Anzahl von Schlitzen versehen ist.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (30) an der geneigten Außenseite (31) des Kegels radial verlaufen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (30) im wesentlichen an der Stelle der Ablenkflügel (38) angeordnet sind.

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5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerelement (22) mit dem Vorratsbehälter (12) durch ein Austragrohr (14) verbunden ist.

6· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der kotor (26) und die Welle (24) so mit einander verbunden sind, dass die Stellung der drehbaren Welle und des Verteilerelementes (22) in bezug auf den Auslass des Vorratsbehälters verändert werden kann.

7· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass kittel (66) zum Vergröbern der Kapazität des Vorratsbehälters (64) vorgesehen sind.

8· Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurcn gekennzeichnet, das£: der Vorratsbehälter (64) die Form eines auf der Spitze stehenden Kegelstumpfes mit einem im wesentlichen kreisrunden Querschnitt am kleineren Ände (16) und mit einem im wesentlichen quadratischen querschnitt am größeren üJnde aufweist, und dass der Ansatz (68) zum Vorratsbehälter einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt aufweist, der mit dem quadratischen Querschnitt des größeren Behälterendes zusammenpasst.

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