DE2401653A1

DE2401653A1 - Loeschbox fuer einen abstrom-reaktor

Info

Publication number: DE2401653A1
Application number: DE2401653A
Authority: DE
Inventors: Leslie Alcock
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1973-01-23
Filing date: 1974-01-15
Publication date: 1974-07-25
Also published as: AU6455574A; BE810073A; SE399364B; NL7400772A; US3880961A; GB1397051A; JPS5722614B2; CA1014461A; FR2214516A1; JPS506583A; FR2214516B1; IT1008720B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Löschbox für einen Abstrom-Reaktor, dessen Wände eine innere und eine äußere Kammer bilden.

Bei einer Ausführungsform eines Abstrom-Reaktors für hydrokatalytische Prozesse ist der Katalysator in einer Reihe einzelner Betten angeordnet. Ein Teil des Wasserstoffes wird mit der Beschickung zugeführt, jedoch kann zusätzlich Wasserstoff zwischen die Betten injiziert werden. Ein derartiges System ist insbesondere für exotherme Reaktionen zweckmäßig, weil der zusätzliche Wasserstoff als Kühlmittel wirken kann, um die Einlaßtemperatur für das nächste Bett zu regeln und hierdurch dazu beitragen kann, den Temperaturanstieg entlang des Reaktors unter Kontrolle zu halten. Eine schnelle und wirksame' Mischung des zugeführten Wasserstoffes mit den Reaktanten ist natürlich wünschenswert, insbesondere, wenn die Reaktan-r ten wenigstens teilweise in flüssiger Phase vorliegen. Dieses Mischen erreicht man mit einer Lösehbox, die zwischen den Katalysatorbetten angeordnet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Konstruktion für eine Lösehbox zu schaffen.

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Wand zwischen der inneren Kammer und der äußeren Kammer Durchlässe aufweist, daß die Kammern ein Dach besitzen, das sowohl in der Mitte als auch an seinem Rand hochgezogen ist und dazwischen eine Senke bildet, in welcher in die innere Kammer hineinführende öffnungen vorgesehen sind und daß der Boden der Löschbox im Bereich der äußeren Kammer öffnungen aufweist.

Alle anderen Teile der Wand, des Daches und des Bodens der Löschbox sind massiv oder voll. Der Reaktantenstrom wird auf diese Weise durch die öffnungen der Senke hindurch in die innere Kammer hineingeleitet, gelangt durch die Durchtrittsöffnungen der Innenwand in die äußere Kammer und verläßt diese durch die öffnungen im Boden der äußeren Kammer.

Wie oben schon erwähnt, werden derartige Löschboxen zwischen den Katalysatorbetten angeordnet. Oberhalb der Löschboxen kann ein System zur Injektion von Wasserstoff vorgesehen sein, das den Wasserstoff vorzugsweise unter einem Winkel zur Vertikalen nach unten in die Senke leitet.

Vorzugsweise ist die Gesamtfläche der öffnungen in der Senke kleiner als die Fläche der Durchtrittsöffnungen zwischen der inneren und der äußeren Kammer. Wenn die Reaktanten und der Wasserstoff die öffnungen in der Senke passieren, steigt ihre Durchflußrate daher, so daß ein Venturieffekt entsteht, der eine gute Durchmischung sicherstellt. Das Verhältnis der Fläche der Durchtrittsöffnungen zvjischen den Kammern zu der Fläche der öffnungen in der Senke kann zwischen 1,5 : 3 bis 2,5 : 1 liegen.

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Vorzugsweise wird eine relativ große Anzahl von öffnungen in der'Senke verwandt, um den Strom aus den Reaktanten und den Wasserstoff fein zu unterteilen und hierdurch den Mischvorgang zusätzlich zu unterstützen und zu intensivieren. Die Fläche jeder öffnung beträgt vorzugsweise zwischen o,5 und l,o % der gesamten öffηungsfläche.

Die Größe der einzelnen Durchlässe zwischen der inneren und der äußeren Kammer ist weniger kritisch und die Fläche jedes Durchlasses kann zwischen 2 und 3 % der gesamten Durchlaßfläche betragen.

Die Fläche der öffnungen im Boden der äußeren Kammer ist vorzugsweise größer als die Fläche der Durchlässe zwischen den Kammern; geeignete Flächenverhältnisse liegen zwischen 2 : 1 und 3:1.

Normalerweise wird in jedem Raum zwischen Katalysatorbetten, wo Wasserstoff injiziert wird, eine einzelne Löschbox verwendet, die sich über die Reaktorfläche erstreckt. Da die Reaktoren normalerweise Druckkessel sind, haben sie in der Regel kreisförmigen Querschnitt, und die Löschboxen werden daher normalerweise zylindrisch sein, was zu einer ringförmigen Senke in dem Dach, einer zylindrischen Innenkammer und einer ringförmigen Außenkammer führt. Die Innenkammer kann jedoch erforderlichenfalls auch rechtwinklig sein. Die Injektionsvorrichtung für den Wasserstoff besteht vorzugsweise aus einem Ring, dessen Durchmesser größer ist, als derjenige der Innenkammer und der Löcher aufweist, die den Wasserstoff schräg nach unten und nach innen in Richtung auf die öffnungen in dem Dach leitet.

Andere Abmessungen und Größenverhältnisse der Löschbox hängen von der speziellen Verwendungssituation ab, insbesondere von der Gesamt-Durchflußrate der Reaktanten.

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Für nomale Anwendungszwecke ist das Volumen der äußeren Kammer größer als dasjenige der inneren Kammer, und geeignete Volumenverhältnisse'liegen etwa bei I5 : 1 bis 2o : Die Löschbox kann im Verhältnis zu ihrer Weite relativ flach sein. Ein geeignetes Verhältnis von Weite und Höhe liegt zwischen etwa I5 : 1 bis 2o : 1. Die Neigungen der Senkenseiten können relativ klein sein und beispielsweise bei Winkeln von 1 bis 4° zur Horizontalen liegen. Die höchsten Stellen im Mittelpunkt und an den Seiten des Daches haben zweckmäßigerweise gleiche Höhen. Weil der Boden der Senke oberhalb der inneren Kammer liegt, die vorzugsweise ein kleineres Volumen als die äußere Kammer hat, sind die Neigungen der Senkenseiten nicht notwendigerweise gleich.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf die Verwendung der genannten Löschkammern in einem Abstrom-Reaktor, und zwar ebenfalls auf Reaktoren mit Mehrfachbetten, die eine Reihe von Katalysatorbetten übereinanderliegend enthalten.

Die Löschbox kann in zweckmäßiger Weise in dem Reaktor getragen oder gehalten werden. Sie kann ein zugehöriges, unterhalb angeordnetes perforiertes Verteilerblech aufweisen, so daß die Reaktanten und der Wasserstoff gleichmäßig über das gesamte nächstfolgende Katalysatorbett verteilt werden. Über den öffnungen im Verteilerblech können Kamine und Hauben angeordnet sein, um den Flüssigkeitsstand auf dem Verteilerblech zu regulieren und den Durchlauf von Reaktanten durch das Verteilerblech zu steuern. Die Hauben sind zweckmäßigerweise' Kauben mit Doppeleinlaß, mit separaten Eingängen für Flüssigkeit und Gas, wie sie in der GB-PS 1 113 751 beschrieben sind.

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·■ 5 -

Nach dieser. Druckschrift sind den Hauben Körbe zugeordnet, die in das Katalysatorbett hineinragen, jedoch sind solche Körbe bei Verteilerblechen, wie sie in Verbindung mit der vorliegenden Löschbox verwendet werden, nicht .erforderlich. Das Verteilerblech oberhalb des ersten Bettes des Reaktors kann jedoch Körbe aufweisen, wie sie in der genannten Druckschrift beschrieben sind. Normalerweise wird es indessen nicht notwendig sein, oberhalb des ersten Bettes überhaupt eine Löschbox anzuordnen.

Die Löschbox und das Verteilerblech können eine kleine Anzahl (z.B. zwei) Löcher mit großem Durchmesser (z.B. 0,5 % der Reaktorquerschnittsfläche) aufweisen, die abgedichtet sind und dazu dienen, die Beladung und den Austrag des Katalysators durchzuführen, ohne die Löschboxen und die Verteilerbleche aus dem Reaktor entfernen zu müssen.

Wie bereits erwähnt, eignet sich die Erfindung zur Verwendung bei hydrokatalytisehen Prozessen, in welchen wenigstens ein Teil der Reaktanten in flüssiger Phase vorliegen. Sie eignet sioh insbesondere für die hydrokatalytische Behandlung von Petroleum-Fraktionen, die oberhalb von 3oo ° C sieden. Geeignete Ausgangsmaterialien sind Fraktionen paraphinhaltiger Destillate, die im Bereich von 3oo° bis 55o° C sieden, oberhalb von ^oo⁰ C siedende atmosphärische Rückstände (Residuen) und Vakuumrückstände (Residuen), die oberhalb von 550 ° C sieden. Solche Ausgangsmaterialien werden normalerweise zum Zwecke der Entschwefelung oder des ^vHydrocrackens unter den folgenden Bedingungen mit Wasserstoff behandelt:

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Bevorzugter Bereich

	Temperatur	⁰C	Breiter Bereich	für Entschv/efeiung	für Hydrocracken
O co
OO co	Druck	bar	3oo - 450	32ο -	350 ■
CD
„	Raumgeschwin		35 - 210	35 ■	70 -
	digkeit	v/v/h
—*	Wasserstoff-
	Behandlungs-		0.2 - 5	0.5	0.5
	. rate	m /m

		3oo - 3600	360 ■	720 ·

	- 430	- 450

- 170	- 2I0


- 3.0	- 3.0


- 1800	- 3600

Die aufgeführten Raumgeschwindigkeiten und Wasserstoff-Behandlungsraten stellen die Gesamt-Behandlungsraten dar. Der Anteil des von Anfang an zugeführten Wasserstoffes und der Anteil des zum Löschen zugeführten Wasserstoffes variiert in Abhängigkeit von der Exothermität des Prozesses, die wiederum zum Teil von der Natur des Ausgangsmaterials abhängig ist. Im allgemeinen liegt der Anteil des zum Löschen verwendeten Wasserstoffes zwischen Io und 60 % der Gesamt-Wasserst off menge.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Figur 1 zeigt im Längsschnitt einen Teil eines zylindrischen Reaktors, der eine Löschbox nach der Erfindung enthält.

Figuren 2 und J5 zeigen in Seitenansicht und in Draufsicht die innere Kammer der Löschbox und

Figur K zeigt eine Ansicht des Wasserstoff-Injektionsringes von unten.

Die Hauptbestandteile der Figur 1 sind die Reaktorwand 2, die Auflage für das Katalysatorbett 3, der Wasserstoff-Injektionsring 4, die Löschbox 5 und der Verteilerboden

Die Auflage für das Katalysatorbett ist mit parallelen invertierten T-Trägern 7, die an der Reaktorwänd befestigt sind, ausgerüstet. Ein Gitter 8 für die Katalysatorauflage liegt quer über den Trägern, und auf ihm liegt eine Schicht aus Keramikkugeln 9 und dann das (nicht dargestellte) Katalysatorbett selbst.

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Der Wasserstoff-Injektionsring 4, der detaillierter in Figur 4 dargestellt ist, besitzt ein Rohr lo, das durch einen gasdichten Flansch in der Reaktorwand hindurchführt. Der Ring weist innen schräg an seiner Unterseite Löcher 11 auf, die den Wasserstoff nach unten und nach innen unter einem Winkel von 3o ° zur Horizontalen aussprühen.

Die Löschbox 5 besitzt ein Dach 12, eine Seitenwand 13» eine Innenwand 14 und einen Boden 15· Sie wird von (nicht dargestellten) Trägern und von Stützkonsolen 17 an der Reaktorwand 2 gehalten. Das Dach hat eine solche Kontur, daß es eine Senke bildet, deren niedrigster Punkt 18 oberhalb der von der Innenwand 14 gebildeten inneren Kammer 19 liegt.

Figuren 2 und 3 zeigen detaillierter die innere Kammer 19· Im Boden der Senke 18 sind in drei konzentrischen Ringen Löcher 2o angeordnet und an der Innenwand 14 sind in gleichmäßigen Abständen rechteckige Durchlässe um die innere Kammer herum angeordnet.

Der Boden 15 der Löschbox besitzt (nicht dargestellte) öffnungen, die aus der von der Innenwand 14 und einer Außenwand 13 gebildeten äußeren Kammer 28 herausführen.

Zur Erleichterung des Zusammenbaues und der -Anordnung der einzelnen Teile in dem Reaktor kann die äußere Kammer 28 aus zahlreichen separaten Segmenten zusammengesetzt sein, jedoch sollten dann die radialen Wände Löcher aufweisen, die einen freien Durchfluß der Reaktanten durch die äußere Kammer hindurch gestatten.

Der Verteilerboden 6 ruht auf Konsolen 22, die an der Wand 2 des Reaktors befestigt sind. Er besitzt Kamine 23, die über

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seine Oberfläche verteilt sind und von denen auf jedem eine Haube 24 mit zwei Eingängen 25 und 26 angeordnet ist.

Auf der Oberseite des nächsten (nicht dargestellten) Katalysatorbettes ist eine Schicht aus keramischen Kugeln angeordnet.

Von einem Katalysatorbett zum nächsten verlaufen durch den Verteilerboden hindurch, jedoch gegenüber diesem abgedichtet, Leitungen 29.

Bei einer besonderen Ausführungsform werden Löschboxen 5 in einem in Abstrom betriebenen vertikalen Reaktor mit fünf Katalysatorbetten verwendet. Oben im Reaktor befindet sich ein Verteilerboden ähnlieh demjenigen, .der in Figur 1 mit 6 bezeichnet ist, J'edoch mit Körben unterhalb der Kamine, die sich nach unten in das erste Katalysatorbett erstrecken. Systeme, wie sie in den Zeichnungen dargestellt sind, befinden sich zwischen dem ersten und dem zweiten , zwischen dem zweiten und dem dritten und zwischen dem dritten und dem vierten Katalysatorbett, und zwischen dem vierten und dem fünften Katalysatorbett ist ein Verteilerboden 6 angeordnet. Ein derartiger Reaktor wurde für die Entschwefelung eines -atmosphärischen Rückstandes aus Kuweit - Rohöl mit einem Anfangs-Siedepunkt von 35o C und einem spezifischen Gewicht (specific Gravity) von ο,9β7 in dem Bereich der o.a. Prozessbedingungen verwendet.

Der Reaktantenfluß durch die Löschbox erfolgte dabei vertikal durch die Löcher 2o in dem Dach der Löschbox zusammen mit zusätzlich tangential in das Dach injiziertem Wasserstoff, dann horizontal durch die Durchlässe 21 hindurch in die äußere Kammer hinein und von dort vertikal durch die Öffnungen im Eoden der äußeren Kammer hindurch.

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- Io -

Die Rohre 29 leiten einen kleinen Anteil der Reaktanten parallel an der Löschbox 5 und dem Verteilerboden 6 vorbei, wurden jedoch vorgesehen, um sämtliche Katalysatorbetten von der Reaktorbasis aus entleeren zu können.

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Claims

Patentansprüche

1. Löschbox für einen Abstrom-Reaktor, dessen Wände eine innere und eine äußere Kammer bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (14) zwischen der inneren (19) und der äußeren Kammer (28) Durchlässe (21) aufweist, daß die Kammern (19., 28) ein Dach (12) besitzen, das sowohl in der Mitte als auch an seinem Rand hochgezogen ist und dazwischen eine Senke bildet, in welcher in die innere Kammer (19) hineinführende öffnungen (2o) vorgesehen sind, und daß der Boden (15) der Löschbox im Bereich der äußeren Kammer (28) öffnungen aufweist.

2. Löschbox nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Durchlässe zwischen den beiden Kammern (I9, 28) zu den öffnungen (2o) in der Senke (18) etwa zwischen 1,5 : 1 bis 2,5 : 1 liegt.

J. Löschbox nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche einer jeden Öffnung (2o) der Senke (18) etwa zwischen 0,5 bis l,o % der gesamten Öffnungsfläche der Senke (18) beträgt.

4. Löschbox nach einem der Ansprüche 1 bis J5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der öffnungen im Boden der äußeren Kammer (28) zur Fläche der öffnungen zwischen den Kammern (19, 28) etwa zwischen 2 : 1 bis 3 : 1 liegt.

5· Löschbox nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch „. gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Volumens der äußeren Kammer (28) zum Volumen der inneren Kammer (19) etwa zwischen I5 : 1 bis 2o : 1 liegt.

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- ier

6. Löschbox nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis ihrer Breite zur Höhe etwa zwischen 15 : 1 bis 2o : 1 liegt.

7· Löschbox nach einem der Ansprüche 1 bis J, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Seiten der Senke (18) etwa zwischen 1 bis 4 zur Horizontalen beträgt.

8. Löschbox nach einem der Ansprüche 1 bis J, gekenn zeichnet durch ihre Verwendung in einem Abstrom-Reaktor.

9· Löschbox nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Injektionsring zum Injizieren von Wasserstoff oberhalb der Löschbox derart angeordnet ist, daß er unter einem Winkel zur Vertikalen Wasserstoff in die Senke (18) leitet.

lo. Verfahren zur hydrokataIytischen Behandlung von Petroleum-Fraktionen, die'bberhalb von 3oo C sieden, in einem Abfluß-Reaktor, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Lösch-Wasserstoff zwischen Io und 6o % der Gesamt-Wasserstoffmenge beträgt.

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