DE2758327C2 - Luftverteiler in Form eines Sammelrohrrings in einem Regenerator für ein katalytisches Fließbett-Crackverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftverteiler in Form eines Sammelrohrrings in einem Regenerator für ein katalytisches Fließbett-Crackverfahren zum Einleiten eines sauerstoffhalligen Gases, insbesondere Luft, in ersehöpften Katalysator.

In der US-PS 34 33 733 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum katalytischen Fließbett-Cracken eines Kohlenwasserstoff-Beschickungsstroms zur Gewinnung gewünschter Reaktionsprodukte beschrieben. Der Beschickungsstrom wird mit heißem Katalysator in einem Steigrohrreaktor vermischt und das Gemisch in eine sich verjüngende Reaktor- und Trennkammer eingeleitet. Der erschöpfte Katalysator wird aus der Reaktor- und Trennkammer abgeführt und in einen Regenerator eingeleitet, in welchem die auf dem Katalysator befindlichen kohlenstoffhaltigen Ablagerungen vermittels Luft abgebrannt werden. Der regenerierte Katalysator läßt sich dann wieder für das Verfahren verwenden.

Bei der Vorrichtung nach der genannten US-Paicnischrift ist ein Luftverteiler im Unterteil des Regenerators angeordnet. Er dient dazu, Luft in den Regenerator einzuleiten. Der Wirkungsgrad des Regenerationsverfahrens ist abhängig von einer gleichförmigen Verteilung der Lufi innerhalb der Zone, in der sich der erschöpfte Katalysator befindet. Hierbei wird angestrebt, die Luft vom Luftverteiler mit einem Druck abzugeben, der zwischen den im Luftverteiler und im Regenerator herrschenden Luftdrücken liegt, damit die Luft in Blasenform austriti und sich in dieser Form gleichmäßig in der Zone mit dem Katalysator verteilt. Es wurde aber auch festgestellt, daß die Geschwindigkeit der aus dem Luftverteiler austretenden Luft bei Einhaltung der gcwiinschicn Druckdifferenzen so hoch sein kann, daß sie zu einem Verschleiß des Katalysators führt. Zur Vermeidung derartiger Versehlcißerseheinungen war es erforderlich, die Luft mit Drücken zuzuführen, die unter den Drücken liegen, mit denen die wirksamste Luftvcrteilung in der Zone, die den erschöpften Katalysator enthält, erzielt wird.

In der US-PS 39 12 460 ist ein System zur gleichmäßigen Verteilung von Luft in der Kalalysaiorzone des Regenerators für ein katalytisches Fließbeti-Crackverfahren beschrieben. Im Regenerator ist ein waagerechter Verteilerring inmitten des ersehöpften Katalysators angebracht. Der Verteilerring besteht aus zwei sich verjüngenden, halbkreisförmigen Rohren, die an ihren engeren Enden miteinander verbunden sind. Ein T-Rohr verbindet die beiden breiteren Enden der sich verjüngenden halbzylindrischen Rohre mit einer Druckluftquellc. Die Luft wird durch Durchbrechungen in den halbkreisförmigen Rohren hindurch nach außen in die Katalysaiorzone im Regenerator injiziert. Andere, in diesem Zusammenhang interessierende Patente sind folgende: US-PS 38 48 8 Π offcrbart eine in bestimmter Weise ausgebildete Düse, durch welche eine Flüssigkeit oder ein Gas in ein Fließbett aus teilchenförmigen! Material wie z. B. einen Katalysator in einem Fließbett-Crackverfahren abgegeben wird. In der US-PS 36 32 304 ist schließlich eine Heizdüsc beschrieben, durch welche zur Behandlung eines Katalysators Verbrennungsgas in einen Reaktor eingeleitet wird. Keine der in den vorgenannten Patentschriften dargestellten Vorrichtungen ist jedoch als Luftverteiler für den gewünschten Zweck geeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Luftverteiler zu schaffen, der ein gleichmäßiges und wirksames Einleiten des sauerstoffhakigen Gases unter solchen Gasaustrittsgeschwindigkeiten gestattet, daß eine Beschädigung des Katalysators weitgehend vermieden wird.

Der zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Luftverteiler besteht erfindungsgemäß aus einem Sammelrohrring. der mittels von einem hohlen, zylindrischen Gehäuse radial abstehender, gebogener und zur Gaszuführung dienender Rohrstücke getragen wird. Der Sammclrohrring und das zylindrische Gehäuse sind mit Durchbrechungen verschen, in die mittels Halterungen Düsen eingesetzt sind, deren Durchbohrung sich vom Düseneinlaß zum Düsenauslaß unter einem öff-, nungswinkel von höchstens 15° nach außen erweitert/ Bevorzugt beträgt der öffnungswinkel!?⁰. In einer weil leren bevorzugten Ausführungsform besteht das zylin-' drischc Gehäuse aus zwei zylindrischen Gehäusctcilen, wobei das obere Gehäuseteil einen kleineren Durchmesser als das unlere Gehäuseteil aufweist.

Infolge der Vielzahl der am Sammclrohrring angeordneten Düsen kann Luft unter einem auf optimale t>o Luflvertcilung abgestellten Druck eingeführt werden, wobei gleichzeitig die Auslriusgeschwindigkeit der Luft an den Düsen in der Weise eingestellt ist, daß hierdurch am Katalysator nur ein minimaler Verschleiß auftritt.

Die Düsen mit den sich vom Einlaß zum Auslaß hin erweiternden Durchbohrungen dienen dabei zur Verringerung der Lufigesehwindigkcil zwischen Einlaß und Auslaß.

Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Luftverteiler

raii al

T. T etwa

ist im nachfolgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbcispiels näher erläutert. In der Zeichnung ist

Fig. 1 ein teilweise im Schnitt dargesicllicr Aufrili durch den Regenerator für ein katalytisches Fließbctt-Crackverfahrcn mit dem darin angeordneten erfindungsgemäßen Luftverteiler.

F i g. 2 ein Querschnitt durch den die Luftvertcilerdüsen tragenden Sammclrohrring entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform und

Fig. 3 ein Schnitt entlang der Linie 3-3 von F ig. 2, zur Veranschaulichung weiterer Einzelheiten der Düsen des Luftverteiler.

In der Zeichnung ist mil dem Buchstaben R ein für kaiaiyiische Flicßbett-Crackverfahren geeigneter Regenerator dargestellt. Der Regenerator R ist mit dem neuen, erfindungsgemäß verbesserten und allgemein mit A bezeichneten Luftverteiler versehen, welcher im unteren Teil des Regenerators R angeordnet ist. Bei einem katalytischer! Flieöbett-Crackverfahrcn. z. B. dem in US-PS 34 33 733 beschriebenen, wird der von einem Reaktor kommende, erschöpfte Katalysator in den unteren Teil IO des Regenerators R von Fig. 1 eingeleitet. Der erschöpfte Katalysator liegt dabei in teilchenförmiger Form vor, wobei seine Teilchen ausreichend klein sind. Der Luftverteiler A verteilt die Luft in Blasenform gleichmäßig im unteren Teil 10 des Regenerators R, so daß der Katalysator durch Luft in die Form eines Fließbciis gebracht werden kann. Der Luftverteiler A liefert den Sauerstoff, der zur Verbrennung der auf dem erschöpften Katalysator angesammelten kohlenstoffhaltigen Ablagerungen benötigt wird, wenn der Katalysator durch Abbrennen der betreffenden Ablagerungen regeneriert werden soll. Der regenerierte Katalysator läßt sich dann erneut im katalytischer» Fließbeit-Crackvcrlahren einsetzen.

linisprechend der bevorzugten Aiisführungsform der Krfindiing weist der Luftverteiler Λ ein Gebläse 12 auf, welches über eine Luftspcisclciiung 15 Druckluft dem Regeneratorcinlaß 14 zuführt. Im Regenerator R ist über dem Regeneratorcinlaß 14 mittig ein hohles, zylindrisches Gehäuse 16 angeordnet.

Das Gehäuse 16 besieht aus einem ersten und einem /weiten Gehäuseteil 16a bzw. 166. Das erste Gehäuseteil 16.1 ist mit dem Regeneratorcinlaß 14 beispielsweise durch Schweißung verbunden. Es weist ein kuppelförmigcs Oberteil 17 mit einer Durchbrechung i7a auf.

Das /weite Gehäuseteil 166 ist über die Durchbrechung 17;i des ersten Gehäuseteil 16;i aufgesetzt und beispielsweise mit diesem verschweißt und an seinem oberen Ende geschlossen.

Dem Gehäuse 16 mit den Teilen 16a und 166 wird über die Lufispeiscleitung 15 Luft zugefühtt. Im ersten Gehäuseteil 16.) befindet sich um den Umfang herum in praktisch v>aagerechtcr Ausrichtung eine Reihe von Durchbrechungen 19. In jede Durchbrechung 19 ist eine Düse N entsprechend der in F i g. 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsforni eingesetzt. Das zweite Gehäuseteil 166 u eist ebenfalls eine Reihe in gegenseitigen Umfangsabsiändcn angeordneter Durchbrechungen 20 auf. in die gleichfalls erfindungsgemäß ausgebildete Düsen N eingesetzt sind. An drei Durchbrechungen 24 des ersten Gehäuselcils 16./ sind drei radial abstehende, gebogenc und zur Gaszuführung dienende Rohrstücke 21, 22 und 23 angeschweißt.

ledes radial abstellende Rohrstück 21—23 besteht aus einem lluhlrohr von angenähert L-fömiiger ΙΌιην ccbung entsprechend der Darstellung in F" i g. 1.

Die von dem hohlen, zylindrischen Gehäuse 16 radial abstehenden Rohrstücke tragen einen Sammelrohrring 25. Der Sammclrohrring 25 weist drei Ausnehmungen 26 auf, dl·.· zu den Rohrslücken 21—23 ausgerichtet sind. ·> und mit denen der Sammelrohrring 25 durch die Schweißung oder auf jndere Weise verbunden ist. Außerdem umfaßt der Sammelrohrring 25 zwei Düsenreihen 30 und 31 von Düsen N. die in zwei Reihen entsprechender Durchbrechungen 30;). 31.1 im Sammelrohrnng ίο 25 angeordnet sind. Außerdem sind mehrere Drändüsen D von gleicher Ausbildung wie die hier beschriebenen Düsen N in weitere Durchbrechungen 33 am Boden des Sammelrohrrings 25 in gegenseitigen Umfangsabsiändcn eingesetzt. Es sind wesentlich weniger Drändüsen D i^ri als Düsen N in den beiden Düsenreihen 30 und 31 des Sanimclrohrrings 25 vorgesehen.

F.inc möglichst wirkungsvolle Verteilung der vom Luftverteiler Λ abgegebenen Luft in den den erschöpften Katalysator enthallenden unteren Teil 10 im Regenerator fi ist kritisch zur Erzielung einer wirkungsvollen Regenerierung des Katalysators. Die Düsen N bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung führen dem Regenerator R Luft unter einer Geschwindigkeit zu, für welche eine maximale Dispersion der Luft erzielt wird.

Es wird eine ausreichend hohe Druckdifferenz zwischen dem Luftdruck innerhalb des Sammelrohrrings 25 und dem Luftdruck der aus den Düsen N austretenden Luft (welcher dem Luftdruck innerhalb der Katalysatormasse im unteren Teil 10 des Regenerators R entspricht) angestrebt, um die Luft gleichförmig zu dispergieren und einen großflächigen Berührungsbereich mit den erschöpften Katalysatorteilchen zu erhalten. Die Düsen N des crfindungsgcmäß vorgeschlagenen Luft- y> Verteilers sind daher in der Weise ausgelegt, daß die y.ugeführte Luft mit einer Geschwindigkeit zugeführt wird, die innerhalb des Wertes liegt, bei dem Verschleiß am Katalysator auftreten kann.

Wie aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich, besteht jede Düse aus einem kcgelstumpfförmigen. zylindrischen Düsenkörper 40 mit einer mittigen Durchbohrung 41.

Die Durchbohrung 41 in jeder Düse N erweitert sich vom Düseneinlaß42 zum Düsenauslaß 43 hin. Jede Düse N ist massiv in einem einzigen Stück aus Stellitguß oder einem anderen, entsprechenden Werkstoff hergestellt.

Vermittels Halterungen 44 ist jede Düse N in einer entsprechenden Durchbrechung wie z. B. 30a im Sammelrohrring 25 gehalten. Die Halterung 44 umfaßt einen Haltering 46. Wenn die Düse aus Stellitguß hergestellt ist, kann der kegelstumpfförmigc Düsenkörper 40 gegossen sein. Stellitguß eignet sich jedoch nicht zur unmittelbaren Befestigung des Düsenkörpers an dem Sammelrohrring 25 durch Verschweißung. Um in diesem Falle den kegelstumpfförmigen Düsenkörper 40 Vi mit dem Sammelrohrring 25 durch Schweißen verbinden zu können, wird während des Gießvorgangs der Halterung 46 in den kegelstumpfförmigen Düsenkörper 40 eingearbeitet. Der Haltering 46 läßt sich dann mit dem Sammelrohrring 25 verschweißen. Wenn die Düse bo aus einem Werkstoff besteht, der sich mit dem Sammelrohrring 25 verschweißen läßt, kann der Haltering als integraler Bestandteil zusammen mit dem kcgelstumpfförmigen Üusenkörper ausgebildet sein und ist somit unmittelbar mit dem S;\minelrohrring 25 verschweißbar. b^ri Der DüscncinlaU 42 bildet einen bündig mit der Innenwand 25.7 des Sammelrohrrings 25 abschließenden Randflansch47.

Die Düse N weist am Düsencinlaß 42 einen freien.

kreisförmigen Inncnqucrschniti A₁ und am Düsenauslaß 43 einen freien, kreisförmigen Innenquerschnitt A₁- auf. Die Querschnittfläche A, und somit der Innendurchmesser am Düseneinlaß 42 ist kleiner als die Querschnittsfläche A₁- und somit der Innendurchmesser am Düsenaus- ^r> laß 43. so daß sich die Durchbohrung 41 nach außen erweitert, d. h. vom Düseneinlaß 42 zum Düsenauslaß 43 divergiert. Der bei 48 angedeutete öffnungswinkel kann dabei höchstens 15^J und vorzugsweise etwa 7° betragen. Die Länge / der Düse N sowie der öffnungswinkel 48 bestimmen die Luftaustrittsgeschwindigkeit und sind je nach Anwendungszweck unterschiedlich.

Der Luftverteiler A führt dem Sammelrohrring 25 Luft innerhalb eines Druckbereichs zu, der einer ausreichend hohen Druckdifferenz zwischen dem Druck in- tr, nerhalb des Sammelrohrrings 25 (welcher angenähert dem Druck am Düscncinlaß 42 entspricht) und dem Druck in der Kaialysatormasse im unteren Teil 10 des Regenerators R (welcher dem Druck am Düsenauslaß 43 entspricht) für eine äußerst gleichförmige Luflverteilung entspricht. Bei diesen Druckwerten bewirkt die sich erweiternde Durchbohrung 41 im Düsenkörper 40 eine Verringerung der Eintriiisgeschwindigkeil der Luft auf eine niedrigere Austriitsgeschwindigkcit, bei welcher praktisch keine Beeinträchtigung des Katalysators auftreten kann. Vermittels der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Düsen Λ/ führt der Luftverteiler A dem Regenerator R Luft unter maximalen Druckdifferenzwerten zu, so daß eine maximal gleichförmige Dispersion der Luft im Regenerator R, jedoch bei einer sicheren, verringerten Geschwindigkeit erzielt wird, die nicht zu einem nennenswerten Abtrag des erschöpften Katalysators führt.

Beispiel

In einer katalytischen Fließbett-Crackvorrichtung der in der US-PS 34 33 733 beschriebenen Ausführung wies die erfindungsgemäße Düse N cmc Länge L'außerhalb des Sammelrohrrings 25 von 7.6 cm auf. Die Querschnittsfläche A₁ am Düsencinlaß 42 entsprach einem Durchmesser von 3.93 cm und die Qucrschniitsfläche A₁-am Düsenauslaß 43 einem Durchmesser von 4.19 cm. Der Luftdruck im Sammelrohrring 25 betrug 2,81 bar. und der Druckabfall zwischen Sammelrohrring 25 und dem Regenerator R betrug 0,10 bis 0.17 bar. Aufgrund der Divergenz der Durchbohrung 41 wurde die Eintritisgeschwindigkeit von 66,75 m/s auf eine sichere, zulässige Austrittsgeschwindigkeit von 53,64 m/s verringert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Patentansprüche:

1. Luftverteiler in Form eines Sammelrohrrings in einem Regenerator für ein katalytisches Fließbett Crackverfahren zum Einleiten eines sauerstoffhaltigen Gases, insbesondere Luft, in erschöpften Katalysator, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelrohrring (25) mittels von einem hohlen zylin-/drischen Gehäuse (löjabstehcnder, gebogener und zur Gaszuführung dienender Rohrstückc (21,22,23) getragen wird, und daß der Sammelrohrring (25) und das zylindrische Gehäuse (16) mit Durchbrechungen (19, 20,30a, 31a; versehen sind, in die mittels Halterungen (44,46) Düsen (D, N, 30,31) eingesetzt sind, deren Durchbohrung (41) sich vom Düseneinlaß (42) zum Düsenauslaß (43) unter einem öffnungswinkel (48) von höchstens 15° nach außen erweitert.

2. Luftverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbohrungen (41) der Düsen (D. N. 30,31) sich vom Düseneinlaß (42) zum Düsenauslaß (43) unter einem öffnungswinkel (48) von etwa 7^C nach außen erweitert.

3. Luftverteiler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Düseneinlaß (42) in Form eines praktisch bündig mit der Innenwand (25a; des Sammelrohrrings (25) abschließenden Randflansches (47) ausgebildet ist.

4. Luftverteiler nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Gehäuse (16) aus zwei zylindrischen Gehäuseteilen (16a, 16£>; besteht, wobei das zweite Gehäuseteil (166; einen kleineren Durchmesser aufweist als das erste Gehäuseteil (16a; und auf dieses Gehäuseteil aufgesetzt ist.