DE2512924A1

DE2512924A1 - Vorrichtung zum verteilen teilchenfoermigen materials

Info

Publication number: DE2512924A1
Application number: DE19752512924
Authority: DE
Inventors: George A Uhl
Original assignee: Atlantic Richfield Co
Current assignee: Atlantic Richfield Co
Priority date: 1974-03-28
Filing date: 1975-03-24
Publication date: 1975-10-02
Also published as: FR2265647A1; CA1049944A; BE827320A; US3880300A; GB1500413A; IT1032480B; NL7503396A; JPS50133165A; FR2265647B3

Description

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ATLANTIC RIGHI¹IELD COMPAITY Los Angeles, California, V.St.A.

Vorrichtung zum Verteilen teilohenförmigen Materials

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verteilen von Teilchen und betrifft insbesondere eine Vorrichtung, die es ermöglicht, teilchenförmiges Material, z.B. einen Katalysator, innerhalb einer abgegrenzten Zone zu verteilen, die sich z.B. in einem Eeaktionsbehälter befindet, in dem ein Katalysator zur Wirkung gebracht werden soll.

In der U.S.A.-tftentanmeldung 263 535 ist eine Vorrichtung zum Verteilen von teilehenförmigem Material, z.B. von Katalysatorteilchen, beschrieben. Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer weiteren Verbesserung einer solchen Vorrichtung.

In vielen Fällen ist es wegen der Gestalt der Zone, innerhalb welcher ein teilchenförmiges Material verteilt werden soll, entweder unmöglich oder mindestens unzweckmäßig, die Verteilungsvorrichtung zentral anzuordnen,. Im fol-

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genden "bezeichnet der Ausdruck "Zone" dasjenige Volumen bzw. denjenigen Raum, innerhalb dessen das teilchenförmige Material verteilt werden soll. Ist die Verteilungsvorrichtung nicht zentral angeordnet, besteht die Gefahr, daß das teilchenförmige Material nicht gleichmäßig über den ganzen Querschnitt der Zone verteilt wird. Hierin ist ein Nachteil zu erblicken, denn es ist erwünscht, eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung des teilchenförmigen Materials über den ganzen Querschnitt der Zone zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Verteilen von teilchenförmigen Material, z.B. eines Katalysators, über den ganzen Querschnitt einer bestimmten Zone, z.B. einer Eeaktionszone zu schaffen, die es ermöglicht, das teilchenförmige feste Material auch dann.im wesentlichen gleichmäßig über den ganzen Querschnitt der Zone zu verteilen, wenn die Vorrichtung gegenüber der Zone nicht zentral angeordnet ist, und die weitere, sich aus der folgenden Beschreibung ergebende Vorteile bietete

Zur Lösung dieser Aufgabe ist durch die Erfindung eine Verteilungsvorrichtung der genannten Art geschaffen worden, die gegenüber der Zone, innerhalb welcher das teilchenförmige Material verteilt werden soll, nicht zentral angeordnet ist, d.h. bei der die Abstände zwischen dem Scheitelpunkt eines weiter unten näher bezeichneten K'egels und mindestens zwei Punkten, die auf Seitenwänden der Zone, innerhalb welcher das teilchenförmige Material verteilt werden soll, auf gleicher Höhe liegen, voneinander verschieden sind; zu dieser Vorrichtung gehören ein Äufgabebehälter mit einem Einlaß und einem Auslaß zum Zuführen von teilchenförmigen! Material, eine drehbare Welle, die mit einem Motor gekuppelt werden kann, um gedreht zu werden, sowie ein Verteilerelement, das mit der Welle drehfest verbunden und dem Auslaß des Aufgabebehälters benachbart ist, so daß mindestens ein Teil des aus dem Auslaß des Aufgabebehälters entweichenden Materials in Berührung mit dem Verteilerelement kommt. Das Verteilerelement hat eine im wesentlichen konische und vorzugsweise eine kegelförmige Gestalt mit einer runden Querschnittsform,

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bei der der Scheitelpunkt des Kegels dem Auslaß des Aufgabebehälters benachbart ist, und das Verteilerelement ist mit mehreren in senkrechten Lbenen angeordneten, als Abweiser zur Wirkung kommenden Eippen versehen, die sich von der geneigten Außenfläche des ^erteilerelements aus radial nach außen erstrecken, sowie vorzugsweise zusätzlich mit mehreren Schlitzen, welche von der geneigten Fläche aus im wesentlichen senkrecht nach oben verlaufen,. Die Abstände zwischen verschiedenen Punkten auf dem Auslaß des Aufgabebehälters und dem Scheitelpunkt des genannten Kegels variieren nach einem vorbestimmten Muster derart, daß das teilchenförmige Material im wesentlichen gleichmäßig über den ganzen Querschnitt der genannten Zone verteilt wird. Führt das Verteilerelement eine Drehbewegung aus, kommt ein Teil des den Vorratsbehälter über seinen Auslaß verlassenden teilchenförmigen Materials in Berührung mit der geneigten Außenfläche des konischen Verteilerelements, so daß dieser Teil des Materials in radialer Richtung von dem Verteilerelement weg umgelenkt wird, und ein weiterer Teil des teilchenförmigen Materials, das den Aufgabebehälter verläßt, kommt in Berührung mit den als Abweiser wirkenden Eippen, so daß dieser Teil des Materials in tangentialen Eichtungen von dem Verteilerelement abgeschleudert wird.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat das konische ^verteilerelement vorzugsweise eine symmetrische runde Form. Mit anderen Worten, die Basis des konischen Verteilerelements ist kreisrund, und der Scheitelpunkt des Kegels liegt genau über dem Mittelpunkt des Basiskreises des Kegels.

Zwar ermöglicht es die Vorrichtung nach der Erfindung, ein beliebiges festes teilchenförmiges Material innerhalb einer bestimmten Zone zu verteilen, doch ist die Vorrichtung insbesondere geeignet, feste Katalysatorteilchen über den gesamten Querschnitt eines Eeaktionsbehälters zu verteilen, z.B. eines Behälters, in dem eine chemische Reaktion abläuft. In manchen Fällen können bei der betreffenden Konstruktion, z.B. einem Reaktionsbehälter, zwei oder mehr Zonen vorhanden sein, innerhalb welcher ein festes teilchenförmiges Ma-

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terial, z.B. ein Katalysator, verteilt werden soll. Eine solche Anordnung kann sich z.B. dadurch ergeben, daß der Innenraum der "betreffenden Konstruktion in voneinander getrennte Zonen unterteilt ist, oder daß im Inneren des Behälters Bauteile vorhanden sind, die Hindernisse bilden und daher verhindern können, daß das feste teilchenförmige Material von einem einzigen Punkt aus gleichmäßig über den ganzen Querschnitt der Konstruktion verteilt werden kann. In solchen Fällen kann man die Lage der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend ändern, oder man kann mehrere solche Vorrichtungen vorsehen, um zu erreichen, daß das feste teilchenförmige Material im wesentlichen gleichmäßig über sämtliche innerhalb der Konstruktion vorhandene Zonen verteilt wird.

Die Zone, innerhalb welcher das feste teilchenförmige Material verteilt werden soll, kann eine beliebige Querschnitt sform, z.B. einen runden, quadratischen, rechteckigen, elliptischen oder einen sonstigen Querschnitt haben. In jedem solchen Fall, in dem die Zone keine kreisrunde Querschnittsform hat, wird die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht zentral angeordnet» Sogar dann, wenn die Zone eine kreisrunde Querschnittsform hat, ist es möglich, die Verteilungsvorrichtung nicht zentral anzuordnen.

Gemäß der Erfindung variieren die Abstände zwischen dem Scheitelpunkt des Kegels und verschiedenen Punkten auf dem freien Ende des Auslasses des Aufgabebehälters nach einem vorbestimmten Muster, und diese Unterschiede zwischen den genannten Abständen müssen vorhanden sein, da die Verteilungsvorrichtung gegenüber der Zone nicht zentral angeordnet ist. Bei einer solchen äezentralen Anordnung der Verteilungsvorrichtung muß die Vorrichtung das teilchenförmige Material entsprechend einem vorbestimmten ungleichmäßigen Muster abgeben, damit das Material im wesentlichen gleichmäßig über den ganzen Querschnitt der Zone verteilt wird. Im Hinblick hierauf variieren die Abstände zwischen verschiedenen Punkten auf dem freien Ende des Auslasses des Aufgabebehälters einerseits und dem Scheitelpunkt des Eegels andererseits nach einem vorbestimmten Muster derart, daß von verschiedenen

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Teilen des Auslasses des Aufgabebehälters aus unterschiedliche Mengen des teilchenförmigen Materials an die Zone abgegeben werden. Allgemein ist zu bemerken, daß sich die Unterschiede zwischen den Abständen zwischen verschiedenen Punkten am Auslaß des Aufgabebehälters und dem Scheitelpunkt des Kegels um so stärker verringern, je näher die Verteilungsvorrichtung an einen Punkt herangerückt wird, der einer zentralen Anordnung der Vorrichtung entspricht. Die Gesamtabmessungen und die Gestalt des Verteilungselements, z.B. Größe und Form der Rippen auf dem Verteilungselement sowie der Neigungswinkel der geneigten Fläche des Kegelkörpers, und auch die Drehzahl des Verteilungselements werden z.B. entsprechend der teilchengröße des zu verteilenden teilchenförmigen Materials, dem Gesamtabstand zwischen dem Auslaß des Aufgabebehälters und dem Kegel sowie den Abmessungen der Zone, innerhalb welcher das Material verteilt werden soll, gewählt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere geeignet, das in der U.S.A.-Patentschrift 3 668 115 beschriebene Verfahren durchzuführen.

Bei dem Scheitelpunkt der konischen Form des Verteilungselements handelt es sich um den Punkt, zu dem die geneigte Außenfläche des Kegels konvergiert. In manchen Fällen kann die Kegelform des Verteilungselements abgestumpft sein, z.B. deshalb, weil die genannte drehbare Welle im Bereich des Scheitelpunktes in den Kegel hineinragt oder daran befestigt ist. Unter diesen Umständen ist der Scheitelpunkt der Kegelform als derjenige Punkt definiert, an welchem die geneigte Außenfläche des Kegels theoretisch in einem Punkt enden würde.

Gemäß der Erfindung bestehen mehrere Möglichkeiten, die Abstände zwischen verschiedenen Punkten auf dem unteren Eand des Aufgabebehälters und dem Scheitelpunkt des Kegels zu variieren. Beispielsweise kann man ein Mantelteil, das z.B. aus einem Blechstück hergestellt ist, mit mindestens einem Teil des vorzugsweise kreisrunden AbgabeStutzens des Aufgabebehältcrs beispielsweise mit einer Spannschelle verbinden; hierbei erstreckt sich der Abgabestutzen allgemein nach unten in Richtung auf das Verteilungselement. Nach seinem

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Einbau bildet das Mantelteil mindestens einen Teil des Auslasses des Aufgabebehälters. Das Mantelteil ist so zugeschnitten oder auf andere vn_eise so geformt, daß die Abstände zwischen verschiedenen Punkten auf dem unteren Hand des Mantelteils und dem Scheitelpunkt des konischen Verteilungselements nach einem vorbestimmten Muster so variieren, daß das teilchenförmige Material im wesentlichen gleichmäßig über den ganzen Querschnitt der zu versorgenden Zone verteilt wird.

Bei einer weiteren, sehr anpassungsfähigen Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Drähte und/oder flache Stäbe oder Stangen vorhanden, die z.B. mit Hilfe einer Spannschelle mindestens an einem Teil des Abgaberohrs des Aufgabebehälters befestigt sind, das sich allgemein nach unten in Richtung auf das konische Verteilungselement erstreckt. Jeder dieser Drähte oder Stäbe hat vorzugsweise einen Außendurchmesser im Bereich von etwa 5»2 bis 25,4- mm oder mehr, und diese Drähte oder Stäbe sind vorzugsweise an einem Punkt umgebogen, der höher liegt als der Punkt, an dem die Drähte oder Stäbe mit dem Abgaberohr z.B. mittels einer Spannschelle verbunden sind. Dieses Umbiegen der Drähte oder Stäbe dient dazu, zu verhindern, daß die Drähte oder Stäbe auf unbeabsichtigte 7/eise nach unten gleiten und in Berührung mit dem umlaufenden Verteilungselement kommen. Ebenso wie das vorstehend beschriebene Mantelteil werden die Drähte oder Stäbe nach ihrem Einbau mindestens zu einem Teil des Auslasses dee Aufgabebehälters. Die Höhenlage der Drähte oder Stäbe wird so eingestellt, daß die Abstände zwischen verschiedenen Punkten auf dem unteren Ende des Behälterauslasses, d.h. zwischen den unteren Enden der Drähte oder Stäbe, und dem Scheitelpunkt des konischen Verteilungselements nach einem vorbestimmten Muster variieren« Hierbei läßt sich die Höhenlage eines oder mehrerer der Drähte oder Stäbe leicht verändern, so daß es erforderlichenfalls möglich ist, das Muster zu verändern, nach dem das teilchenförmige Material verteilt wird, um zu gewährleisten, daß eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung des teilchenförmigen Materials über den ganzen Querschnitt der Zone erzielt wird.

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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Pig. 1 einen teilweise weggekrochen gezeichneten, verkürzten senkrechten Schnitt durch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Verteilen teilchenförmigen Materials;

Fig« 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1, in dem das Verteilerelement der Vorrichtung nach Fig. 1 im Grundriß erscheint;

Fig. 3 eine Seitenansicht des Verteilungselements nach Fig. 2}

Fig. 4 einen teilweise als Ansicht gezeichneten senkrechten Schnitt, der die Benutzung einer Vorrichtung zum Verteilen von teilchenförmigen! Material in Verbindung mit einem Reaktionsbehälter veranschaulicht, dem-ein teilchenförmiger Katalysator zugeführt werden soll; und

Fig. 5 und 6 eine Seitenansicht bzw. die Draufsicht einer abgeänderten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Verteilen teilchenförmigen Materials.

Zu der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung 10 zum Verteilen von teilchenförmigen! Material gehört ein Aufgabebehälter 12, der z.B. aus Blech bestehen und eine im wesentlichen kegelstumpfförmige Gestalt haben kann, und dessen weitere Öffnung nach oben gerichtet ist. Längs der senkrechten Achse des Aufgabebehälters 12 erstreckt sich ein stehend angeordnetes Rohr 14 durch den Auslaß am unteren Ende des Aufgabebehälters, um als Abgaberohr 16 zur Wirkung zu kommen. Im unteren Teil des Aufgabebehälters 12 weist das Rohr 14 mehrere Öffnungen 18 auf, die den Aufgabebehälter mit dem eigentlichen Abgaberohr 16 verbinden. An dem Abgaberohr ist ein Mantelteil 17 mit Hilfe einer Spannschelle 19 befestigt. Das Iwantelteil 17 kann aus Materialien der verschiedensten Art hergestellt sein, z.B. aus Blech, verstärktem Glasfasermaterial, Kautschuk, synthetischen Polymerisaten

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oder dergleichen." Das untere Ende des Mantelteils 17 bildet den eigentlichen Auslaß des Aufgabebehälters 12. Gemäß Pig. ist das Mantelteil 17 so zugeschnitten oder auf andere Weise geformt, daß die Abstände zwischen verschiedenen Punkten auf dem unteren Rand des Mantels 17 und dem Scheitelpunkt des Kegels 20 auf vorbestimmte Weise so variieren, daß das teilchenförmige Material im wesentlichen gleichmäßig über den ganzen Querschnitt einer bestimmten Zone verteilt wird, z.B. über den ganzen Querschnitt des in Fig. 4 dargestellten Reaktionsbehälters 54.

Gemäß Fig. 1 sind vorzugsweise mehrere Streben 20 vorhanden, die das Rohr 14 in dem Aufgabebehälter 12 abstützen, welch letzterer jedes gewünschte Fassungsvermögen haben oder mit abnehmbaren Verlängerungen seiner Seitenwände zur Vergrößerung des Fassungsvermögens versehen sein kann. Das obere Ende des Aufgabebehälters kann einen quadratischen oder kreisrunden Querschnitt haben. Die Wände zum Vergrößern des Fassungsvermögens des Aufgabebehälters können sich tangential an den Aufgabebehälter 12 anschließen oder sich von ihm aus senkrecht nach oben erstrecken.

Das konische Verteilungselement 22 ist nahe dem unteren Rand des Mantelteils 17 so angeordnet, daß der Scheitelpunkt des Kegels allgemein nach oben gerichtet ist. Durch eine Welle 24-, die sich durch das Rohr 14- nach oben erstreckt, ist das Verteilungselement 22 mit einem mit variabler Drehzahl betreibbaren Motor 26 gekuppelt, der über dem Rohr 14 durch Tragglieder 27 unterstützt wird. Bei dem Motor 26 kann es sich z.B. um einen mit variabler Drehzahl betreibbaren Elektromotor oder einen mit variabler Drehzahl betreibbaren Druckluftmotor handeln. Die Welle 24- ist in den Rohren 14 und 16 mit Hilfe von Lagerbaugruppen 28 drehbar gelagert, die so ausgebildet sind, daß sich die Welle in den beiden Rohren drehen kann und sich gegenüber den Lagerbaugruppen in Richtung ihrer Achse bewegen läßt. Die untere Lagerbaugruppe 28 kann über die Öffnungen 18 zugänglich sein, während die obere Lagerbaugruppe 28 über Öffnungen 29 des Rohrs 14 zugänglich ist ο

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Gemäß Fig. 2 und 3 hat das ^verteilungselement 22 eine im wesentlichen symmetrische runde Kegelform, und es ist mit mehreren Schlitzen 30 versehen, die sich in der geneigten Fläche 31 des Kegels vom unteren Rand 32 des Kegels aus über eine erhebliche Strecke nach oben in Richtung auf den Scheitelpunkt 33 des Kegels erstrecken. Jeder dieser Schlitze 30 kann durch eine erste Schnittlinie 34-» die längs der geneigten Fläche 31 im wesentlichen radial verläuft, wie es insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, und durch eine zweite Schnittlinie 36 abgegrenzt sein, die sich im wesentlichen in der Umfangsrichtung erstreckt. Somit begrenzen die einen Schlitz 30 definierenden Schnittlinien 34- und 36 eine Rippe 38, die so nach außen umgebogen ist, daß sie sich von der konischen Fläche 31 weg nach außen und in einer im wesentlichen senkrechten Ebene erstreckt. Alternativ könnte man das aus den Schlitzen 30 herausgeschnittene Material vollständig entfernen und an der geneigten Fläche 31 Rippen mit anderen Abmessungen anbringen. Das Verteilungselement 22 ist vorzugsweise verstärkt, z.B. durch einen Draht oder eine gekrümmte Stange 40, die sich längs des unteren Randes 32 erstreckt, sowie gemäß Fig. 2 und 3 mit Hilfe einer oder mehrerer innenliegender Rippen 4-2.

Der Motor 26 ist mit der drehbaren Welle 24- vorzugsweise durch eine Einrichtung verbunden, die es ermöglicht, die Welle gegenüber dem Motor in Richtung ihrer Achse zu verstellen, um den Abstand einzustellen, in dem das Verteilungselement 22 vom unteren Ende des Mantelteils 17 angeordnet ist. Diese Anordnung ermöglicht in einem gewissen Ausmaß eine Grobregelung der Durchsatzgeschwindigkeit, mit der das teilchenförmige Material durch die Vorrichtung abgegeben und verteilt wird. Beispielsweise kann die Welle 24 zu einem mit der Welle des Motors 26 verbundenen Puffer passen und zu diesem Zweck mit einer oder mehreren Keilbahnen versehen sein, so daß relative Längsbewegungen zwischen dem Motor und der Welle möglich sind, die Welle Jedoch drehfest mit der Motorwelle verbunden ist.

Fig. 4 veranschaulicht die Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beim Verteilen eines teilchenför-

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migen Materials in Form eines Katalysators in einem Reaktionsbehälter. Hierbei ist die Verteilungsvorrichtung 10 gegenüber dem Reaktionsbehälter 54· nicht zentral angeordnet. Gemäß Fig. 4 ist der Abstand zwischen dem Scheitelpunkt des Kegels 22 und einem Punkt auf der linken Seitenwand des Reaktionsbehälters 54- größer als der Abstand zwischen dem Scheitelpunkt und einem Punkt, der auf gleicher Höhe, jedoch auf der rechten Seitenwand des Reaktionsbehälters liegt. Die Verteilungsvorrichtung 10 soll dazu dienen, einen Katalysator über einen Katalysatoreinlaß 50 an einer oberen Stirnfläche 52 des katalytisch arbeitenden Reaktionsbehälters 54-zuzuführen. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung 10 zum Verteilen von teilchenförmigen! Material gemäß Fig. 1 mit mehreren Tragflanschen 44 versehen, und jedem dieser Tragflansche kann eine Verbindungsschraube 46 zugeordnet sein, damit es möglich ist, die Verteilungsvorrichtung 10 an der oberen Stirnfläche 52 zu befestigen. Es ist jedoch auch möglich, die Tragflansche 44 unmittelbar auf die obere Stirnfläche aufzusetzen und den Aufgabebehälter 12 mit Hilfe von Abstimmblechen zu horizontieren. Gemäß Fig. 1 sind die stehend angeordneten Schrauben 46 mit den Tragflanschen 44 z.B. durch Querschrauben 51 mit Muttern 55 verbundene Der Reaktionsbehälter 54- hat eine allgemein zylindrische Form und ist in seinem oberen Bereich mit dem schon genannten Katalysatoreinlaß 50 versehen. Da die Achse des Katalysatoreinlasses nicht mit der Mittellinie des Reaktionsbehälters 54- zusammenfällt, ist es unmöglich, die Verteilungsvorrichtung 10 gegenüber dem Reaktionsbehälter zentral anzuordnen. Der Reaktionsbehälter kann gemäß Fig. 4 z.B. mit einem Tragsieb versehen sein, das dazu dient, ein Katalysatormaterial 62 in einem kleinen Abstand über dem Boden des Reaktionsbehälters zu unterstützen. Befindet sich der Reaktionsbehälter 54-in Betrieb, werden die allgemein von oben nach uiiten strömenden Reaktionsteilnehmer z.B. über den Katalysatoreinlaß zugeführt, so daß sie das Katalysatormaterial 62 durchströmen, um den Eeaktionsbehälter 54- dann über einen nicht dargestellten Auslaß zu verlassen, mit dem der Reaktionsbehälter an seinem unteren Ende oder in dessen Nähe versehen ist.

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Um den Reaktionsbehälter 5^ mit Hilfe der Verteilungsvorrichtung Ί0 mit einer Füllung aus einem teilchenförmigen Katalysator zu versehen, wird die gewünschte Menge des Katalysatormaterials dem Aufgabebehälter 12 zugeführt, und der Motor 26 wird in Betrieb gesetzt, um das Verteilungselement zu drehen. Der Katalysator entweicht aus dem Aufgabebehälter 12 über das Abgaberohr 16 und am unteren Rand des Mantelteils 17 vorbei, welch letzteres zunächst einen Abgabeweg abgrenzt, längs dessen das Katalysatormaterial dem Verteilungselement 22 allgemein von oben nach unten zugeführt wird. Ein Teil des so zugeführten Katalysators fällt durch die Schlitze 30 herab, um zu dem Teil des Reaktionsbehälters 54 zu gelangen, der sich direkt unter dem Verteilungselement 22 befindet. Weitere Mengen des Katalysators kommen in Berührung mit der konischen Fläche 31 des Verteilungselements 22, so daß sie längs radialer Bahnen von dem konischen Verteilungselement abgleiten. Schließlich kommen weitere Teile des zugeführten Katalysators in Berührung mit den Rippen 38, die bewirken, daß die Bewegungsrichtung des von den Rippen erfaßten Materials eine tangentiale Komponente erhält. Die Abstände zwischen verschiedenen Punkten auf dem unteren Rand des Mantelteils 17 und dem Scheitelpunkt 33 des Kegels 22 variieren auf vorbestimmte Weise derart, daß der Katalysator im wesentlichen gleichmäßig über den ganzen Querschnitt des Reaktionsbehälters 54- verteilt wird. Gemäß Fig. 4 hat der hintere Rand des Mantelteils 17 in Beziehung zu dem Scheitelpunkt 33 des Kegels 22 eine solche Form, daß dem Bereich auf der linken Seite der Verteilungsvorrichtung 10 eine größere Menge des Katalysators -zugeführt wird als dem Bereich auf der rechten Seite der Vorrichtung. Somit wird das Katalysatormaterial über den ganzen Querschnitt des Reaktionsbehälters 54- im wesentlichen gleichmäßig verteilt. Die Verteilung des Katalysators läßt sich ferner dadurch regeln, daß man die Drehzahl des Verteilungselements 22 und die Höhe des Verteilungselements über dem Katalysatorbett 62 entsprechend wählt. Gegebenenfalls kann man das Abgaberohr und die Welle 24 mit einer oder mehreren abnehmbaren Verlängerungen versehen, damit es möglich ist, das Verteilungs-

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element 22 gegenüber dem Reaktionsbehälter 54- tiefer anzuordnen, z.B. wenn der Reaktionsbehälter einen Hals von großer Länge besitzt.

Mit Hilfe der Vorrichtung nach der Erfindung kann der Katalysator dem Reaktionsbehälter 54- allgemein von oben nach unten zugeführt werden. Zu den typischen Reaktionsbehältern, die mit Hilfe einer Vorrichtung nach der Erfindung versorgt werden können, gehören solche, deren Durchmesser zwischen etwa 0,5 und 4, 6 m und insbesondere zwischen etwa 0,9 und 4 m liegt, und deren Länge etwa 1,5 bis 38 m und insbesondere etwa 3 bis 21 m beträgt. Hierbei wird der Katalysator dem Reaktionsbehälter vorzugsweise mit einer solchen Geschwindigkeit zugeführt, daß sich der Reaktionsbehälter in senkrechter Richtung mit einer Geschwindigkeit von bis zu etwa 430 mm/min füllt; in der Praxis liegt die Füllgeschwindigkeit vorzugsweise zwischen etwa 25 und 15O mm/min und noch zweckmäßiger zwischen etwa 50 und 100 mm/min. Die Geschwindigkeit, mit der der Reaktionsbehälter gefüllt wird, kann ungleichmäßig sein, d.h. die Fallgeschwindigkeit kann innerhalb des genannten Bereichs variieren. Es wird jedoch bevorzugt, mit einer gleichmäßigen Füllgeschwindigkeit zu arbeiten und nach der Festlegung einer bestimmten Füllgeschwindigkeit diese Füllgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, während dem Katalysatorbett weiteres teilchenförmiges Material zugeführt wird. Die Katalysatorteilchen werden dem Reaktionsbehälter an einem solchen Punkt zugeführt, daß der Abstand zur Oberfläche des Katalysatorbetts, das entsteht, wenn die Katalysatorteilchen durch ein gasförmiges Medium hindurch zugeführt werden, für die Katalysatorteilchen zu einer mittleren freien Fallstrecke von mindestens etwa 0,3 m, jedoch vorzugsweise von etwa 1,5 bis etwa 38 m und zweckmäßig von etwa 3 bis 21 m führt. Bei dem gasförmigen Medium handelt es sich gewöhnlich um Luft oder je nach dem verwendeten Katalysator um ein chemisch neutrales Medium, z.B. Stickstoff. Im allgemeinen wird die mindestens zu durchlaufende freie Fallstrecke so gewählt, daß jedes Katalysatorteilchen bei seiner Abwärtsbewegung eine solche Geschwindigkeit erreicht, daß es sich längs seiner längeren Achse ausrichtet; mit anderen Worten, die freie

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Fallstrecke soll ausreichen, um es dem betreffenden Katalysatorteilchen zu ermöglichen, sich längs einer kurzen senkrechten Strecke nach oben zu bewegen, nachdem es in Berührung mit der Oberfläche des Katalysatorbetts gekommen ist, so daß die beschriebene Orientierung des Katalysatorteilchens stattfindet. Unter diesen Umständen fallen die Katalysatorteilchen allgemein einzeln in Richtung auf die Oberfläche des sich bildenden Katalysatorbetts herab. Die auf diese V/eise herbeigeführte Orientierung der Katalysatorteilchen bewirkt, daß die Katalysatorteilchen durchschnittlich eine im wesentlichen waagerechte Lage einnehmen, denn die als am wahrscheinlichsten zu erwartende Orientierung der Längsachse Jedes Katalysatorteilchens entspricht einer waagerechten Lage der Längsachse. Außerdem sind Katalysatorteilchen, die im wesentlichen waagerecht orientiert sind, im vorliegenden Pail als Katalysatorteilchen definiert, bei deren "Vorhandensein eine Oberfläche des Katalysatorbetts entsteht, bei welcher der Unterschied zwischen ihrem höchsten Punkt und ihrem tiefsten Punkt weniger als 10% des Durchmessers des Katalysatorbetts beträgt, so daß eine im wesentlichen ebene Oberfläche des Katalysatorbetts vorhanden ist, bei der dieser Höhenunterschied vorzugsweise kleiner ist als 5% und, was noch vorteilhafter ist, kleiner ist als 1%.

Mit Hilfe der Vorrichtung nach der Erfindung lassen sich feste Katalysatoren der verschiedensten Art verteilen, z.B. solche zum Oxidieren, für die HydroentSchwefelung, das Hydrokracken, das einfache Kracken, das Reformieren und zum Hydrieren. Ais typische Beispiele für Katalysatoren für die Hydroentschwefelung seien die tJbergangsmetalle, Metalloxide, Metallsulfide und andere Metallsalze genannt, von denen bekannt ist, daß sie die Hydroentschwefelung katalysieren, und die durch Schwefelwasserstoff und andere Schwefelverbindungen nicht vergiftet bzw. wirkungslos gemacht werden. Zu den bevorzugt verwendeten Katalysatoren gehören Oxide und/oder Sulfide, z.B. die Oxide oder Sulfide von Molybdän, Wolfram, Kobalt, Nickel Chrom und dergleichen. In manchen Fällen können auch Vanadiumverbindungen verwendet werden. Eine Kombination von besonders großer Wirksamkeit besteht aus einem

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Oxid oder Sulfid eines Metalls der Gruppe VTB und einem Oxid oder Sulfid eines Metalls der Gruppe YIII. Beispielsweise kann man Massen verwenden, die sowohl Molybdänoxid als auch Kobaltoxid bzw. Molybdänoxid und Nickeloxid bzw. Wolframsulfid und Nickelsulfid oder dergleichen enthalten.

Bei einem besonders aktiven Katalysator handelt es sich um das zusammengesetzte Material, das unter der Bezeichnung "Kobaltmolybdat" bekannt ist, bei dem es sich jedoch tatsächlich um ein Gemisch aus Kobalt- und Molybdänoxiden handeln kann, bei dem das Atomverhältnis zwischen Kobalt und Molybdän etwa zwischen 0,4 und 5>0 betragen kann. Dieser Katalysator läßt sich ebenso wie die weiter oben genannten Katalysatoren unabhängig von einem tragenden Material verwenden; alternativ kann man ihn dadurch suspendieren, daß man ihn an einen Träger in Form eines adsorptionsfähigen Oxid anlagert, z.B. an Tonerde, Kieselsäure-Zirkonoxid, Thorerde, Magnesia, Titandioxid, Bauxit, mittels Säure aktivierte Tone oder beliebige Kombinationen dieser Stoffe.

Als typische Beispiele von Katalysatoren für das Hydrokrackverfahren seien kristalline metallische Aluminosilikatzeolite genannt, die mit einem Metall der Platingruppe, z.B. Platin oder Palladium, überzogen oder auf andere Weise kombiniert sind. Diese kristallinen Zeolite sind durch ihr in hohem Maße geordnetes Kristallgefüge und Poren von gleichmäßiger Größe gekennzeichnet, und sie weisen einen anionischen Aluminosilikatkäfig auf _y bei dem Tonerde- und Kieselsäure Tetraeder innig miteinander verbunden sind, so daß eine große Anzahl von aktiven Anlagerungspunkten vorhanden ist, wobei die gleichmäßigen Porenöffnungen das Eintreten bestimmter Molekularstrukturen erleichtern. Es hat sich gezeigt, daß kristalline Aluminosilikatzeolite mit einem wirksamen Porendurchmesser von etwa 6 bis 15 & und vorzugsweise etwa 8 bis 15 S dann, wenn sie mit einem Metall der Platingruppe vereinigt werden, und insbesondere nach einem Basenaustausch zur Verringerung des Gehalts an Alkalimetalloxid, z.B. Na₂O, bei dem Zeolit auf weniger als etwa 10 Gewichtsprozent beim Hydrokracken als Katalysatoren wirksam werden.

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Bei anderen Katalysatoren handelt es sich um auf einem trägermaterial angeordnete Hydrierkatalysatoren, zu denen jeweils ein* Metall der Gruppe VIII des Periodischen Systems gehört, z.B. Nickel, Kobalt, Eisen oder ein Metall der Platingruppe wie Palladium, Platin, Iridium oder Ruthenium, das sich auf einem Trägermaterial befindet. Im allgemeinen ist vorzugsweise ein Oxid oder Sulfid eines Metalls der Gruppe VIII, insbesondere Eiesen, Kobalt oder Nickel, in einem Gemisch mit einem Oxid oder Sulfid eines Metalls der Gruppe VIB, vorzugsweise Molybdän oder Wolfram, vorhanden. Zu den geeigneten Trägermaterialien oder Unterlagen gehören saure Trägermaterialien wie Kieselsäure-Aluminiumoxid, Kieselsäure-Magnesia und andere Trägerstoffe für Krackkatalysatoren, ferner saure Tone, fluoriertes Aluminiumoxid sowie Gemische aus anorganischen Oxiden wie Aluminiumoxid, Kieselsäure, Zirkonoxid und Titandioxid, die in ausreichendem Maße die Eigenschaften von Säuren haben und beim Kracken eine hohe Aktivität zeigen.

Ferner ist es möglich, die verschiedenen Metalle und Metalloxide sowie Sulfide auf einem Gemisch aus Trägerstoffen zu verwenden. Beispielsweise kann man einen Zeolit und ein Aluminiumoxid in unterschiedlichen Mengenverhältnxssen miteinander mischen, um ein Trägermaterial zu erhalten, auf das verschiedene Metalle aufgebracht werden können.

Als typische Beispiele für Krackkatalysatoren seien diejenigen genannt, welche unter den verschiedensten Handelsbezeichnungen erhältlich sind, z.B. Davison XZ-25, Aerocat Triple S-4, Nalcat KSP, Houdry HZ-1 usw. Diese Katalysatoren enthalten Oxide seltener Erdmetalle auf einem Trägermaterial aus Kieselsäure-Aluminiumoxid-Zeolit und haben eine Teilchengröße, die gewöhnlich im Bereich von etwa 0,8 bis etwa 9,5 mm und vorzugsweise im Bereich von etwa 1,6 bis etwa 3,2 mm liegt.

Nachstehend ist die Zusammensetzung typischer Katalysatoren genannt. Bei dem Katalysator mit der Handelsbezeichnung "Davison XZ-25" handelt es sich um ein Erzeugnis der

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Davison Chemical Company in Form eines gemischten Kieselsäure· Aluminiumoxid-Zeolit-Krackkatalysators, der etwa 30 bis 35 Gewichtsprozent Aluminiumoxid, 18 Gewichtsprozent Zeolit X und etwa 2 Gewichtsprozent Ger sowie 1 Gewichtsprozent Lanthan enthält. Der Katalysator Aerocat Triple S-4, der von der American Cyanamid Company hergestellt wird, ist ein Kieselsäure-Aluminiumoxid-Zeolit-Krackkatalysator, der etwa 32 Gewichtsprozent Aluminiumoxid, 3 Gewichtsprozent Zeolit Y, 0,5 Gewichtsprozent Cer und 0,1 Gewichtsprozent Lanthan enthält. Der Katalysator Nalcat KSF, der von der Malco Chemical Co. hergestellt wird, ist ein Kieselsäure-Aluminiumoxid-Zeolit-Krackkatalysator, der etwa 31 "bis 35 Gewichtsprozent Aluminiumoxid, 11% Zeolit X, etwa 1% Cer und 0,3% Lanthan enthält.

Der Aufgabebehälter 12 kann vorzugsweise eine erhebliche Menge des teilchenförmigen Materials aufnehmen. Solche Materialien werden häufig in Trommeln angeliefert, und der Aufgabebehälter soll vorzugsweise mindestens den Inhalt einer solchen Trommel aufnehmen können. Man kann die Seitenwände des Aufgabebehälters mit Verlängerungen versehen, um das Fassungsvermögen des Behälters zu vergrößern, ohne daß sich beim Transport oder bei der Lagerung Schwierigkeiten ergeben. Die Verwendung solcher Verlängerungen ist dann leichter, wenn das obere Ende des Aufgabebehälters nicht kreisrund ist, sondern einen quadratischen Querschnitt hat. Fig. 5 und 6 zeigen einen solchen Aufgabebehälter 64, der an seinem unteren Ende eine in der Umfangsrichtung verlaufende Wand 66 von kreisrundem Querschnitt hat, die zu einem Abgaberohr 16 paßt, und die in einen quadratischen Querschnitt an ihrem oberen Ende übergeht. Die Verlängerung bzw. der Behälteraufsatz 68 weist am Umfang eine Lippe 70 auf, die zu dem quadratischen oberen Ende des Aufgabebehälters oder Trichters 64 paßt.

Um ein Beispiel zu geben, sei erwähnt, daß es gemäß der Erfindung möglich ist, eine Vorrichtung zum Verteilen von teilchenförmigem Material vorzusehen, bei der ein Aufgabebehälter 64 vorhanden ist, der an seinem oberen Ende einen

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quadratischen Querschnitt mit einer Seitenlänge in der Größenordnung von 915 mm hat, und bei dem das untere Ende kreisrund ist und einen Durchmesser von etwa 15O mm besitzt, so daß sich das untere Ende mit dem Abgaberohr 16 verbinden läßt. Die Seitenwandteile des Aufgabebehälters, d.h. die Wandteile 66, sind unter einem winkel von etwa JO⁰ geneigt. Über den Umfang des unteren Teils des oberen Rohrs 14 sind vier öffnungen 18 in Winkelabständen von 90° verteilt, und jede dieser Öffnungen hat eine Breite von etwa 75 mm und eine Länge von etwa 205 mm. Das Verteilerelement 22 nach Fig. 1 bis 4 kann kegelförmig sein, und die Wand des Kegelmantels kann unter einem Winkel von etwa 45° geneigt sein$ die Basis 32 kann einen Durchmesser von etwa 305 bis 610 mm haben. Es ist möglich, acht Schlitze 30 und acht Rippen 38 jeweils in Winkelabständen von 45° über den Umfang des 'Verteilerelements 22 zu verteilen; hierbei kann sich jeder Schlitz und jede Rippe längs der geneigten Kegelmantelf&äche des Elements 22 über einen Bereich von etwa 100 bis 5^0 mm erstrecken, und die Breite jedes Schlitzes und jeder Rippe kann an der Basis 32 des Verteilerelements etwa 38 mm betragen. Eine solche Verteilungsvorrichtung ermöglicht es ohne weiteres, innerhalb einer Zone mit einem Radius im Bereich von etwa 0,9 bis 2,7 m ein teilchenförmiges Material zu verteilen, z.B. einen grobkörnigen Katalysator, dessen Teilchen einen Durchmesser von etwa 0,4 bis etwa 6,5 mm und eine Länge von etwa 0,8 bis etwa 12,7 mm haben. Gemäß der vorstehenden Beschreibung ermöglicht es die Vorrichtung nach der Erfindung, ein teilchenförmiges Material im wesentlichen gleichmäßig innerhalb einer vorbestimmten Zone auch dann zu verteilen, wenn die Vorrichtung gegenüber dem Mittelpunkt der Zone versetzt ist. Ferner läßt sich die Vorrichtung durch Abändern des Musters, nach dem die Abstände zwischen verschiedenen Punkten auf dem unteren Ende des Aufgabebehälterauslasses und dem Scheitelpunkt des kegelförmigen Verteilerelements variieren, leicht so gestalten, daß eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung des teilchenförmigen Materials innerhalb einer oder mehrerer Zonen erzielt wird, die praktisch jede beliebige Grundrißform haben können.

Ansprüche; 509840/0979

Claims

ANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Verteilen teilchenförmigen Materials innerhalb einer vorbestimmten Zone, wobei die Vorrichtung so angeordnet ist, daß die Abstände zwischen dem Scheitelpunkt eines nachstehend bezeichneten Kegels und mindestens zwei auf den Seitenwänden der Zone auf gleicher Höhe liegenden Punkten voneinander verschieden sind, dadurch gekennzeichnet , daß ein Aufgabebehälter (12; 64) mit einem Einlaß und einem Auslaß zum Aufnehmen und Abgeben des teilchenförmigen Materials (62) vorhanden ist, daß eine drehbare Welle (24) vorhanden ist, die mit einem Motor (26) kuppelbar ist, um durch den Motor gedreht zu werden, daß ein mit der Welle drehfest verbundenes Verteilungselement (22) nabe dem Auslaß des Aufgabebehälters so angeordnet ist, daß mindestens ein Teil des vom Auslaß des Aufgabebehälters abgegebenen teilchenförmigen Materials in berührung mit dem Verteilungselement kommt, daß das Verteilungselement eine im wesentlichen konische Form hat, daß der Scheitelpunkt (33) des die konische Form des "Verteilungselements bestimmenden Kegels dem Auslaß des Aufgabebehälters benachbart ist, daß das konische Verteilungselement mehrere jeweils in senkrechten Ebenen angeordnete, als Umlenkglieder zur Y/irkung kommende Rippen (38) aufweist, die sich längs der geneigten Außenfläche (31) des Kegels in radialen Richtung erstrecken, und daß die Abstände zwischen verschiedenen Punkten auf dem unteren Rand des Auslasses des Aufgabebehälters einerseits und dem Scheitelpunkt des Kegels andererseits nach einem vorbestimmten Muster variieren, so daß das teilchenförmige Material im wesentlichen gleichmäßig über den Querschnitt der genannten Zone (54) verteilt wird, wobei dann, wenn das Verteilungselement gedreht wird, ein Teil des teilchenförmigen Materials, das vom Auslaß des Aufgabebehälters abgegeben wird, in Berührung

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mit der geneigten Außenfläche des konischen ^erteilungselements kommt, um durch das Verteilungselement in radialen Richtungen umgelenkt zu werden, und wobei ein weiterer Teil des von dem Aufgabebehälter abgegebenen teilchenförmigen Materials in -Berührung mit den als Umlenkglieder zur Wirkung kommenden Rippen kommt, um hierdurch in tangentialen Richtungen umgelenkt zu werdenο

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Verteilungselement (22) die symmetrische Form eines Kreiskegels hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufgabebehälter (12; 64) nahe seinem Auslaß ein Abgaberohr (16) von kreisrundem Querschnitt aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Verteilungselement (22) ferner mehrere Schlitze (30) aufweist, die sich in der geneigten !Fläche (31) des genannten Kegels im wesentlichen senkrecht nach oben erstrecken, um Durchlässe für mindestens einen Teil des vom Auslaß des Aufgabebehälters (12; 64) abgegebenen teilchenförmigen Materials zu bilden, wobei diese Durchlässe zu dem unmittelbar unter der Vorrichtung (10) liegenden Teil der genannten Zone (§4) führen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein mit variabler Drehzahl betreibbarer Motor (26) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Auslasses des Aufgabebehälters (12; 64) durch den unteren Rand eines an dem Aufgabebehälter mechanisch befestigten Mantelteil (17) gebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Mantelteil (17) mechanisch an dem Abgaberohr (16) befestigt ist.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelteil (17) aus Blech besteht.

9 ο Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch g e ke η η -

zeichnet, daß mindestens ein Teil des Auslasses des Aufgabebehälters (12; 64-) durch die unteren Bänder mehrerer an dem Abgaberohr (16) mechanisch befestigter Stäbe oder Stangen gebildet ist_o

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6, 8 und 9» dadurch gekennzeichnet , daß das teilchenförmige Material (62) ein Katalysatormaterial enthält und die genannte Zone (54) eine Zone ist, in der sich chemische Reaktionen abspielen.

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