DE2429855A1

DE2429855A1 - Wirbelschichtreaktor

Info

Publication number: DE2429855A1
Application number: DE2429855A
Authority: DE
Inventors: Joseph Francis Mcmahon
Original assignee: Foster Wheeler Inc
Current assignee: Foster Wheeler Inc
Priority date: 1972-05-12
Filing date: 1974-06-21
Publication date: 1976-01-15
Also published as: CA983719A; FR2276370A1; US3825477A; GB1414565A; JPS4948703A; FR2276370B1; JPS5243485B2

Description

Wirbelschichtreaktor Die Erfindung bezieht sich auf einen Wirbelschichtreaktor zur Herstellung eines an Äthan und Methan reichen Gases, in dem die Verkokung verhindert wird und der äusserst wirksam arbeitet. In diesem Reaktor werden Öl und Wasserstoff umgesetzt. Dieser weist Vorrichtungen auf, die ein inniges Mischen des Öls mit den Koksteilchen gewährleisten.
Da natürliches Gas weniger häufig wird, ist es notwendig, Vorrichtungen und Verfahren zu finden, die die wirtschaftliche Herstellung von Gasen gestatten, die die natürlichen Brennstoffgase ersetzen können. Im allgemeinen können Gase, die reich an Äthan und Methan sind, und die als Ersatz für natürliches Gas dienen können, durch Umsetzung von 01 und Wasserstoff bei hoher Temperatur und hohem Druck erhalten werden. Das in diesem Verfahren verwendete Ö1, kann Rohöl, Destillatöl oder ein anderes Kohlenwasserstofföl sein. Eine Möglichkeit, das Öl mit dem Wasserstoff umzusetzen, besteht darin, eine Mischung aus Öl und Wasserstoff in einen Reaktor, der ein Wirbelschichtbett aus Koksteilchen enthält, einzuführen, wobei die Temperatur und der Druck hoch genug sind, um die notwendige Reaktion in Gang zu bringen.
Bei solchen Reaktoren bestehen jedoch verschiedene Probleme. Die ungleichförmige Mischung von Ö1, Wasserstoff und fluidisierten Koksteilchen kar,l zu einer hohen Konzentration des Öls an gewissen Stellen des Wirbelschichtbetts führen. Da die Reaktion zwischen dem Öl und dem Wasserstoff eine beträchtliche Wärmemenge erzeugt, führen hohe Konzentrationen des Öls an bestimmten Stellen an diesen Stellen zu hoher temperatur (heisse Bezirke), die die Ausbeute an gewünschtem Gas nachteilig beeinflussen, wodurch die Wirksamkeit des Verfahrens verringert wird.
Eine ungleichförmige Mischung des Öls, Wasserstoffs und der fluidisierten Koksteilchen kann auch zu einem Zusammorbacken der Koksteilchen und der Bildung von Kohlenstoffablagerungen innerhalb des Reaktors führen.
Das Zusammenbacken der fluidisierten Koksteilchen führt zu einer Verringerung der Fluidität der Teilchen, wodurch die Wirksamkeit des Verfahrens beschränkt wird.
Bei ungleichförmigem Kontakt der Ölzufuhr und der Koksteilchen gelangt ein Teil des Öls ohne ausreichende Reaktion mit dem Wasserstoff durch das Wirbelschichtbett, so dass Koksablagerungen gebildet werden, die den Durchtritt des Gases durch den Reaktor blockieren können.
Aufgabe der Erfindung ist es, die oben erwähnten Nachteile bekannter Reaktorsysteme zu verhindern.
Um dies zu erreichen, werden im unteren Teil des Wirbelschichtbettes mehrere Steigrohre vorgesehen, die einen ausreichend kleinen Durchmesser haben, so dass zu jeder gegebenen Zeit ein Teil der Koksteilchen in diesen mit beträchtlicher Geschwindigkeit aufsteigt, um eine innige Mischung des Öls und der Koksteilchen zu gewährleisten.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Figur 1 stellt eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Reaktors gemäss der Erfindung dar.
Figur 2 zeigt eine Ansicht, teilweise im Schnitt, und zwar im wesentlichen längs der Linie 2-2 der Figur 1.
In Figurlist ein Wirbelschichtreaktor 10 gemäss der Erfindung gezeigt. Er weist mehrere Einlassrohre 12 auf, die sich durch den Boden 14 des Reaktors in das Innere desselben erstrecken. Jedes der aus mehreren Teilen bestehenden Einlassrohre 12 umfasst ein Ölzufuhrrohr 16, das koaxial mit und innerhalb des Wasserstoffzufuhrrohres 18 angeordnet ist. Das Gas wird durch die Anschlüsse 20 eingeführt und gelangt aufwärts durch die Gaszufuhrrohre 18 zu den Enden 22 derselben, wo das Gas die Rohre verlässt und in den Reaktor gelangt. Das Öl wird aufwärts zu den Enden 24 der Ölzufuhrrohre geleitet, wo es gleichfalls aus den Rohren austritt und in das Innere des Reaktors eintritt. Die Öl- undRGasmischung reagiert unter Bildung eines an Methan und Äthan reichen Gases innerhalb der seitenwand 26 des Reaktors 10 in einem Wirbelschichtbett 30, das sich vom Boden des Reaktors bis zur oberen Ebene 32 desselben erstreckt. Das so gebildete GI: T^r rA durch ein zentrales Rohr 34 zu einem Abscheider 36, der vorzugsweise ein Zyklonabscheider ist, zu einem Aus las srohr 38 und dann durch den Auslass 40 geführt.
Um die Koksteilchen in fluidisiertem Zustand in dem Wirbelschichtbett 30 zu halten, wird Wasserstoffgas durch perforierte Rohre 32 zugeführt, die sich durch die Seiten des Reaktorgefässes 10 zu Orten innerhalb des Gefässes erstrecken, wo der Wasserstoff mit den Koksteilchen in Berührung kommt. Die Rohre sind selbstverständlich nur in jenen Teilen perforiert, die innerhalb des Reaktorgefässes liegen.
Um dort einen dichten Zustand des Wirbelschichtbettes 30 zu schaffen, wo sich die Koksteilchen langsam und durch eine stufe mit ausreichender Querschnittsfläche bewegen, wird, um eine vollständige Reaktion zu erreichen, ein oberes Steigrohr 46 vorgesehen. Die Koksteilchen bewegen sich durch das Steigrohr 46 auf Grund des Druckes des Gases, das in den unteren Teil des Reaktionsgefässes eintritt, nach aufwärts. Teilchen die zum oberen Teil des Wirbelschichtbettes 30 gelangen, kehren ihre Richtung um, um langsam in dem ringförmigen Raum zwischen dem Steigrohr 46 und der seitenwand 26 abwärts zu fliessen.
Es wurde bereits erläutert, wie eine verminderte Wirksamkeit und ein Verkoken in dem Bereich nahe des Auslasses des Wirbelschichtreaktors oftmals durch unzureichende Mischung des Öls und der Koksteilchen in dem Wirbelschichtbett verursacht wird. Daher werden im unteren Teil des Wirbelschichtreaktors 10 mehrere Mischsteigrohre 50 vorgesehen. Sie sind im Grundriss in Figur 2 gezeigt. Die aus mehreren Teilen bestehenden Einlassrohre 12, die jeweils aus einem Ölzufuhrrohr 16 und einem koaxialen Gaszufuhrrohr 18 bestehen, erstrecken sich aufwärts innerhalb der Mischsteigrohre 50 zu einem Pegel oberhalb der Böden der Steigrohre 50, welche sich ihrerseits oberhalb des unteren Endes des oberen Steigrohres 46 erstrecken. Diese Anordnung führt dazu, dass einige Koksteilchen zwischen dem oberen Steigrohr 46 und der Seitenwand 26 nach unten geführt werden, wobei sie den ganzen Reaktor bis auf eine Ebene passieren, die tief genug liegt, dass solche Koksteilchen dann durch die Mischsteigrohre 50 nach oben geführt werden können.
Nach dem Durchgang durch das Steigrohr 50 kehren einige Teilchen ihre Richtung um, um ausserhalb der Mischsteigrohre 50 zu dem Boden des Reaktors zu gelangen, während einige sich weiter durch das obere Steigrohr 46 bewegen.
Die Umkehrung der Richtung und die Reibung der Teilchen, die durch die Mischsteigrohre geleitet werden, erzeugen Turbulenz, wodurch das Öl mit den Koksteilchen innig gemischt wiid Bei dieser Anordnung wird jedes Teilchen des Wirbelschichtbettes 30 von Zeit zu Zeit mit verhältnismässig hoher Geschwindigkeit durch eines der Mischsteigrohre 50 geführt, und zwar aufgrund des verhältnismäßig kleinen Querschnitts des aufwärtsfließenden Stroms der Teilchen durch die Steigrohre 50. Ferner werden einige Teilchen, die die Dteigrohre 50 verlassen, ihre Richtung umkehren, um abwärts zu fliessen und anschliessend ihre Richtung umkehren, um durch die Steigrohre 50 aufwärts zu fliessen. Das Ergebnis ist ein Ausmass an Turbulenz, das sicherstellt, dass das Öl, das durch die Ölzufuhrrohre 16 eintritt, innig mit den Teilchen gemischt wird.
Dies wiederum führt zu einer erhöhten Wirksamkeit und zu einer Vermeidung der Verkokung.
Vorstehend wurde nur eine bevorzugte Ausführungsform des irbelschichtreaktors gemäss der Erfindung beschrieben.
andere susführungrsformen lassen sich leicht verwirklichen.
- Patentansprüche -

Claims

Patentansprüche W Wirbelschichtreaktor, in dem ein an Äthan und Methan reiches Gas gebildet wird, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, dass er ein Gefäss, einen Ei;lla'ss für Öl und Wasserstoff in der Nähe des Gefässbodens, einen Aus last für das gebildete Gas in der Nähe des Gefässoberteils, ein Mischsteigrohr, das sich im unteren Teil des Gefässes senkrecht erstreckt, wobei der Einlass koaxial zu dem Mischsteigrohr angeordnet ist, um das Öl und den Wasserstoff dem Mischsteigrohr zuzuführen und ein oberes Steigrohr, das oberhalb und in Verbindung mit dem Mischsteigrohr senkrecht angeordnet ist, umfasst 1land das obere Steigrohr eine beträchtlich grössere querschnittsfläche als das Mischsteigrohr aufweist, so dass Koks in dem Wirbelschichtbett kontinuierlich durch das Mischsteigrohr und das obere Steigrohr nach oben und in den Räumen ausserhalb der Steigrohre nach unten geführt wird.
2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, dass das untere Ende des oberen Steigrohrs unterhalb des oberen Endes des Nischsteigrohrs angeordnet ist.
3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, dass das Mischsteigrohr eines von mehreren Mischsteigrohren ist.
4. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h-n e t, dass zwischen dem oberen Steigrohr und dem Auslass ein Zyklonabscheider vorgesehen ist, um zu verhindern, dass Koksteilchen den Auslass erreichen.