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Katalytische Reaktionskammer
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Die Erfindung betrifft eine verbesserte Reaktionskammer zur Durchführung
der katalytischen Umwandlung eines kohlenwasserstoffhaltigen Reaktionspartnerstromes
in einem mehrstufigen System, worin (i) der Reaktionspartnerstrom in Reihe durch
mehrere Reaktionszonen fließt, (ii) die Katalysatorteilchen unter Schwerkraftfluß
durch jede Reaktionszone bewegbar sind und (iii) Katalysatorteilchen unter der Schwerkraft
aus einer Zone zu der nächst nachfolgenden Zone bewegbar sind. Spezieller ist die
beschriebene Methode für die Benutzung in Dampfphasensystemen geeignet, wo die Umwandlungsreaktionen
hauptsächlich endothermer Natur sind und wo der Fluß des kohlenwasserstoffhaltigen
Reaktionspartnerstroms bezüglich der abwärts gerichteten Katalysatorteilchenbewegung
im Gleichstrom und im wesentlichen radial verläuft.
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Verschiedene Typen mehrstufiger Reaktionssysteme fanden weit verbreitete
Verwendung in der gesamten Erdölindustrie und petrochemischen Industrie, besonders
für Kohlenwasserstoffumwandlungsreaktionen. Mehrstufige Reaktionssysteme haben allgemein
eine dpr beiden folgenden Formen: (1) Anordnung Seite an Seite mit Zwischenerhitzung
zwischen den Reaktionszonen, wobei der Reaktionspartnerstrom oder das Reaktionspartnergemisch
in Reihe von einer Zone zu einer anderen Zone fließt, und (2) eine übereinander
gestapelte
Anordnung, worin eine einzige Reaktionskammer oder mehrere Reaktionskammorn die
mehreren katalytischen Kontaktstufen enthalten. Solche Reaktorsysteme, wie sie für
Erdölraffinerien angewendet werden, wurden verwendet, um zahlreiche Kohlenwasserstoffumwandlungsreaktionen
einschließlich jener durchzuführen, die vorherrschend beim katalytischen Reformieren,
bei der Xthylbenzoldehydrierunq unter Bildunq von Styrol und bei anderen Dehydrierverfahren
auftreten. Die Erfindung ist speziell für die Ausnutzung in jenen Verfahren gedacht,
wo (1) die Umwandlungsreaktionen in der Dampfphase erfolgen und (2) Katalysatorteilchen
unter Schwerkraftfluß abwärts bewegbar sind und wo das Reaktionssystem in einer
Anordnung Seite an Seite vorliegt, wo zwei oder mehr katalytische Kontaktzonen übereinander
angeordnet sind oder wo eine oder mehrere zusätzliche Reaktionszonen Seite an Seite
bezüglich der vertikal übereinander sestapelten Anordnung vorliegen.
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Die vorliegende Technik betrachtet das Abziehen von Katalysatorteilchen
von einem Bodenabschnitt einer Reaktionszone und die Einführung von frischen oder
regenerierten Katalysatorteilchen in den oberen Abschnitt einer zweiten Reaktionszone.
Die vorliegende Technik ist auch dazu bestimmt, auf jene Reaktionssysteme angewendet
zu werden, worin der Katalysator als eine ringförmige Schicht angeordnet ist und
der Fluß des Reaktionspartnerstromes in Reihe von einer Zone zur anderen senkrecht
oder radial zu der Bewegung der Katalysatorteilchen verläuft.
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Ein Reaktionssystem mit radialer Strömung und radialem Fluß
besteht
im allgemeinen aus röhrenförmigen Abschnitten mit variierenden nominalen Querschnittsflächen,
die vertikal und koaxial angeordnet sind und den Raktionskessel bilden. Kurz gesagt
umfaßt das System eine Reaktionskammer, die ein koaxial angeordnetes, den Katalysator
zurückhaltendes Sieb mit einer nominalen inneren Querschnittsfläche kleiner als
die Kammer sowie ein perforiertes Mittelrohr mit einer nominalen inneren Querschnittsfläche,
die kleiner als das katalysatorzurückhaltende Sieb ist, enthält. Der Reaktionspartnerstrom
wird in der Dampfphase in den ringförmigen Verteilerraum eingeführt, der zwischen
der Innenwand der Kammer und der Außenfläche des den Katalysator zurückhaltenden
Siebes gebildet wird. Letzteres bildet eine ringförmige katalysatorenthaltende Zone
mit der Außenfläche des perforierten Mittelrohres. Dampfförmiger Reaktionspartner
strömt seitlich und radial durch das Sieb und die Katalysatorzone in das Mittelrohr
und aus der Reaktionskammer. Obwohl die röhrenförmige Gestalt der verschiedenen
Teile irgendeine geeignete Form haben kann, wie dreieckigen, quadratischen, länglichen,
vieleckigen oder anderen Querschnitt, bestimmen viele Uberlegungen bezüglich der
Konstruktion und Fabrikation und andere technische Überlegungen die Vorteile einer
Verwendung von Einzelteilen, die im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt besitzen.
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Ein mehrstufiges, übereinander gestapeltes Reaktorsystem, auf das
die vorliegende Erfindung besonders anwendbar ist, ist in der US-PS 3 706 536 gezeigt.
Die Überführung der unter der Schwerkraft fließenden Katalysatorteilchen von einer
Reaktionszone
zur anderen sowie die Einführung von frischen Katalysatorteilchen
und das Abziehen von verbrauchten Katalysatorteilchen erfolgt durch die Benutzung
mehrerer Katalysatorüberführungs-oder Abzugsleitungen. Erfahrungen bei der Verwendung
solcher Systeme sowie jener, wo die Reaktionszonen Seite an Seite angeordnet sind,
zeigen, daß ein starker Dampfstrom durch die ringförmigen Katalysator haltenden
Abschnitte dazu führt, daß die Katalysatorteilchen nicht in der Lage sind, sich
in die Nähe des perforierten Mittelrores zu bewegen, so daß stagnierende Katalysatorbereiche
erzeugt werden, wo die Katalysatorteilchen daran gehindert werden, ein abwärts gerichtetes
gleichmäßiges Schwerkraftflußbild anzunehmen. Der stagnierende Katalysator verliert
schließlich seine Wirksamkeit infolge Roksbildung, während in einer fließenden Anordnung
der gealterte Katalysator kontinuierlich entfernt und durch neueren frischen Katalysator
ersetzt wird.
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Ein Hauptziel der Erfindung ist es, stagnierende Katalysatorbereiche
in einem Kohlenwasserstoffumwandlungssystem, in welchem Katalysatorteilchen unter
Schwerkraftfluß bewegbar sind, zu verhindern oder zu mildern. Ein Folgeziel besteht
darin, eine verbesserte katalytische Reaktionskammer für die Benutzung in einem
mehrstufigen, übereinander gestapelten Reaktor system zu bekommen, in welchem Katalysatorteilchen
in jeder Reaktionszone unter Schwerkraftfluß bewegbar sind und Katalysatorteilchen
von einer Zone in die nächst nachfolgende Reaktionszone unter Schwerkraftfluß fließen.
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Daher liefert die Erfindung nach einer Ausführungsform eine katalytische
Reaktionskammer zur Erzeugung eines Kontaktes eines Reaktionspartnerstroms mit Katalysatorteilchen,
die (1.) in einer ringförmigen Schicht angeordnet sind und (2.) durch diese Schicht
unter Schwerkraftfluß abwärts bewegbar sind, und diese Reaktionskammer umfaßt in
zusammenwirkender Beziehung: (a) ein äußeres perforiertes, katalysatorzurückhaltendes
Sieb, das (i) konzentrisch in der Reaktionskammer angeordnet ist und (ii) einen
kleineren Querschnitt als die Reaktionskammer hat und so zwischen sich und der Reaktionskammer
einen Reaktionspartnerstromverteilerraum bildet, (b) ein inneres perforiertes Mittelrohr,
das konzentrisch innerhalb des den Katalysator zurückhaltenden Siebes angeordnet
ist und (ii) einen kleineren Querschnitt als das den Katalysator zurückhaltende
Sieb hat und so zwischen diesem Sieb und sich eine ringförmige Katalysatorschicht
bildet, (c) mehrere mit dem oberen Teil der Kammer verbundene und mit der ringförmigen
Katalysatorschicht in Verbindung stehende Katalysatoreinlaßleitungen und (d) mehrere
vertikal angeordnete Ratalysatorüberführungs- oder Katalysatorabzugsleitungen, die
(i) am Umfang im wesentlichen in Nachbarschaft zu der Außenfläche des perforierten
Mittelrohres angeordnet sind, (ii) sich im wesentlichen über die gesamte Länge der
ringförmigen Katalysatorschicht erstrecken und (iii) eine erste Anzahl von Öffnungen
enthalten, die in die ringförmige Katalysatorschicht münden und so bemessen sind,
daß sie einen Katalys-atorteilchen£luß durch sie hindurch gestatten.
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Vorzugsweise enthalten die Ratalysatoraberführungso oder Katalysatorabzugsleitungen
noch
eine zweite Anzahl von öffnungen, die zu dem perforierten Mittelrohr hin ausgerichtet
sind und so bemessen sind, daß ein Katalysatorteilchenfluß durch sie hindurch verhindert
wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die öffnungen in den Katalysatorüberfährungsleitungen
entlang deren Länge angeordnet und enthalten die Leitungen mehrere innere geneigte
Prallflächen, von denen sich jede von dem obersten Umfang einer jeden der öffnungen
in der ersten Anzahl von öffnungen abwärts erstreckt.
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Verschiedene Typen von Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren benutzen
mehrstufige Re aktor systeme entweder in einer Anordnung Seite an Seite, in vertikal
übereinander gestapelter Form oder als eine Kombination eines übereinander gestapelten
Systems Seite an Seite mit einer oder mehreren getrennten Reaktionszonen. Solche
Systeme können in einer Vielzahl von Sohlenwasserstoffumwandlungsreaktionen verwendet
werden. Obwohl das erf inderische Konzept auf viele Umwandlungsreaktionen und Umwandlungsverfahren
anwendbar ist, durch deren Reaktorsystem die Katalysatorteilchen unter Schwerefluß
bewegbar sind, wird die Erfindung weiter in Verbindung mit dem bekannten endothermen
katalytischen Reformierverfahren beschrieben.
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Historisch gesehen wurde katalytisches Reformieren in einem nicht
regenerativen System mit feststehender Katalysatorschicht (fixed-bed system) durchgeführt,
das mehrere Seite an Seite angeordnete Reaktionszonen umfaßte Wenn der Katalysator
soweit
deaktiviert war, daß ein kontinuierlicher Betrieb nicht
mehr länger wirtschaftlich durchführbar war, wurde die gesamte Anlage abgeschaltet
und der Katalysator in situ regeneriert. Aus jüngerer Zeit stammt das sogenannte
"Schwingbettsystem", in welchem ein Reaktor durch einen Extra-Reaktor ersetzt wurde,
der für Regenerierzwecke aus dem Strom herausgenommen wurde. In noch jüngerer Vergangenheit
wurden mehrstufige Reaktor systeme entwickelt, in denen der Katalysatorteilchenfluß
unter der Schwerkraft durch jede Reaktionszone ging. In einem übereinander gestapelten"
System fließen die Katalysatorteilchen auch von einer katalysatorhaltigen Zone abwärts
zur anderen und werden schließlich zu einem geeigneten Regeneriersystem überführt,
das vorzugsweise auch mit einer sich abwärts bewegenden Schicht von Katalysatorteilchen
arbeitet. Im Effekt werden lie Katalysatorteilchen von einem Abschnitt zu einem
anderen in solcher Weise gehalten, daß der Katalysatorteilchenfluß kontinuierlich
mit häufigen Unterbrechungen oder mit engeren Unterbrechungen verläuft, wobei die
Bewegung durch die von der letzten Reaktionszone aus der Reihe der einzelnen Reaktionszonen
abgezogene Katalysatormenge gesteuert wird.
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Die US-PS 3 470 090 ist ein erläuterndes Beispiel eines mehrstufigen,
Seite an Seite angeordneten Reaktionssystems mit Zwischenerhitzung des Reaktionspartnerstromes,
der in Reihe durch die einzelnen Reaktionszonen fließt. Von irgendeiner der Reaktionszonen
abgezogene Katalysatorteilchen werden zu geeigneten Regenerieranlagen überführt.
Diese Art von System
kann solchermaßen modifiziert werden, daß
die von einer bestimmten Reaktionszone abgezogenen Katalysatorteilchen zu der nächst
nachfolgenden Reaktionszone überführt werden, während von der letzten Reaktionszone
abgezogener Katalysator zu einer geeigneten Regenerieranlage transportiert werden
kann. Die erforderlichen Modifikationen können in der Weise erfolgen, wie sie in
der US-PS 3 839 197 beschrieben ist, die eine Methode mit einem Katalysatortransport
zwischen den Reaktoren beschreibt. Die Katalysatorüberführung von der letzten Reaktionszone
in der Anzahl zu der Spitze der Katalysatorregenerierzone wird durch die Verwendung
der in der US-PS 3 839 196 erläuterten Methode möglich gemacht.
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Eine Anordnung mit übereinander gestapelten Reaktionszonen ist in
der US-PS 3 647 680 als ein zweistufiges System mit einer integrierten Regenerieranlage
gezeigt, welche den von der unteren Reaktionszone abgezogenen Katalysator aufnimmt.
Ähnliche übereinander gestapelte Anordnungen finden sich in den US-PSen 3 692 496
und 3 725 249.
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Die US-PS 3 725 248 erläutert ein mehrstufiges System in einer Anordnung
Seite an Seite mit unter der Schwerkraft fließenden Katalysatorteilchen, die vom
Boden einer Reaktionszone zur Spitze der nächst nachfolgenden Reaktionszone transportiert
werden, wobei jene Katalysatorteilchen, die von der letzten Reaktionszone entfernt
werden, zu einer geeigneten Regeneriereinrichtung überführt werden.
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Allqemeine Einzelheiten eines Systems mit drei übereinander
gestapelten
Reaktionszonen sind in der US-PS 3 706 536 vlargestellt, die eine Type eines mehrstufigen
Systems erläutert, auf welches das vorliegende erfinderische Konzept anwendbar ist.
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Die besonders bevorzugte Konstruktion des den Katalysator zurückhaltenden
Siebteils und des perforierten Mitte1rohres sind darin gezeiqt. Diese sind aus einer
Vielzahl nahe beieinander liegender, voneinander beabstandeter, vertikal anqeordneter
keilförmiger Drähte oder Stäbe hergestellt. Dies ergibt ein Minimum an Reibunq und
Abrieb, da die watalysatorteilchen sich unter Schwerkraftfluß abwärts bewegen. Wie
allgemein in einer Katalysatorreformieranlage praktiziert wird, enthält jede nachfolgende
Reaktionszone ein größeres Katalysatorvolumen.
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Diese Erläuterungen dürften ziemlich repräsentativ für den Stand der
Technik sein, der in mehrstufigen Umwandlungssystemen entwickelt wurde, worin Katalysatorteilchen
durch jede Reaktionszone unter Schwerkraftfluß bewegbar sind. Bemerkonswert ist
die Tatsache, r daß noch niemand das Vorliegen stagnierender Katalysatorbereiche
feststellte, die entstehen, wenn Katalysatorteilchen durch den seitlichen und radialen
Fluß von Dampf mehr zu der ringförmigen Katalysatorschicht gegen das perforierte
Mittelrohr gestoßen werden.
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Die Reaktionskammer nach der vorliegenden Erfindung ist geeignet für
die Verwendung in Kohlenwasserstoffumwandlungssystemen, die als mehrstufig gekennzeichnet
sind und in denen Katalysatorteilchen unter Schwerkraftfluß durch jede Reaktionszone
bewegbar sind. Außerdem ist die Erfindung primär für die Benutzung in
Reaktorsystemen
bestimmt, wo die Hauptreaktionen endotherm sind und in der Dampfphase durchgeführt
werden. Obwohl die folgende Diskussion speziell auf das katalytische Reformieren
von im Naphtha- oder Benzinsiedebereich liegenden Fraktionen gerichtet ist, soll
die Erfindung doch nicht hierauf beschränkt sein.
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Katalytisches Reformieren sowie viele andere Verfahren haben mehrere
Entwicklungsphasen durchlaufen, die derzeit in dem System endeten, in welchem die
Katalysatorschichten die Form einer absteigenden Säule in einer oder in mehreren
Reaktionskesseln einnehmen. Typischerweise werden die Katalysatoren in Kugelform
mit einem nominalen Durchmesser im Bereich von 0,8 bis 4,0 mm benutzt. Dies bietet
freifließende Eigenschaften, die dazu bestimmt sind,keine Brücken zu bilden und
die ahsteigende Säule oder absteigenden Säulen von Katalysator in dem Gesamtreaktorsystem
nicht blockieren.
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In einem solchen mehrstufigen System sind die Reaktionskammern vertikal
übereinander gestapelt, und eine Vielzahl (allgemein etwa 4 bis 16) von Röhren mit
relativ kleinem Durchmesser wird verwendet, um Katalysatorteilchen von einer Reaktionszone
zu der nächst niedrtens Reaktionszone (unter Schwerkraftfluß) zu überführen und
schließlich Katalysatorteilchen von der letzten Reaktionszone abzuziehen. Die Katalysatorteilchen
werden dann zu der Spitze einer Katalysatorregenerieranlage transportiert, die auch
mit einer absteigenden Säule von Katalysatorteilchen arbeitet. Regenerierte Katalysatorteilchen
werden dann zur Spitze der obersten Reaktionszone des Stapels transportiert.
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Um den Schwerkraftfluß in jedem Reaktionskessel sowie von einer
Zone
zur anderen zu erleichtern und zu verbessern, ist es besonders wichtig, daß die
Katalysatorteilchen einen relativ kleinen nominalen Durchmesser und einen solchen
haben, der vorzugsweise kleiner als 4,0 mm ist. In einem Umwandlungssystem, in welchem
die einzelnen Reaktionszonen Seite an Seite angeordnet sind, werden Katalysatortransportkessel
(des in der US-PS 3 839 197 gezeigten Typs) verwendet, um die Katalysatorteilchen
vom Boden einer Zone zur Spitze der nächst nachfolgenden Zone und von der letzten
Reaktionszone zur Spitze der Regenerieranlage zu überführen.
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Katalytisches Reformieren von Kohlenwasserstoffen im Naphtha-oder
Benzinsiedebereich in der Dampfphase erfolgt bei Umwandlungsbedingungen, die Katalysatorschichttemperaturen
im Bereich von 371 bis 549 0C einschließen. Andere Bedingungen sind allgemein ein
Druck von 4,4 bis 69 Atmosphären, eine stündliche Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit
(definiert als Volumenteile frischen Beschickungsmaterials je Stunde je Volumenteil
gesamter Katalysatorteilchen) von 0,2 bis 10,0 und ein Molverhältnis von Wasserstoff
zu Kohlenwasserstoff allgemein im Bereich von 0,5:1,0 bis 10,0:1,0. Kontinuierliche
regenerative Reformiersysteme bieten zahlreiche Vorteile im Vergleich mit bekannten
Systemen mit feststehender Katalysatorschicht. Unter diesen Vorteilen findet sich
die Möglichkeit eines wirksamen Betriebs bei vergleichsweise niedrigeren Drücken
im Bereich von 4,4 bis 14,6 Atmosphären und bei höheren gleichbleibenden Einlaßkatalysatorschichttemperaturen
im Bereich von 510 bis 5430C.
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Katalytische Reformierreaktionen schließen das Dehydrieren von naphthene
zu Aromaten, die Dehydrocyclisierung von Paraffinen zu Aromaten, das Hydrocracken
langkettiger Paraffine zu niedriger siedenden, normalerweise flüssigen Materialien
und das Isomerisieren von Paraffinen ein. Diese Reaktionen, deren ettoergebnis endotherm
ist, werden durch Benutzung eines oder mehrerer Edelmetalle aus der Gruppe VIII
(wie Platin, Iridium, Rhodium und Palladium) in Verbindung mit einem Halogen (wie
Chlor uni1/oder Fluor) und einem porösen Trägermaterial, wie Tonerde, bewirkt. Jüngste
Untersuchungen zeigten, daß vorteilhaftere Ergebnisse durch gemeinsame Verwendung
mit einem katalytischen Modifiziermittel erhältlich sind. Dies sind allgemein Kobalt,
Nickel, Gallium, Germanium, Zinn, Rhenium, Vanadin und Gemische derselben. Ungeachtet
der speziell ausgewählten katalytischen Zusammensetzung ist die Möglichkeit, den
Vorteil gegenüber den ablichen Systemen mit feststehender Katalysatorschicht zu
erhalten, stark davon abhängig, ob man einen annehmbaren Katalysatorfluß abwärts
durch das System bekommt.
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Katalytische Reformierverfahren benutzen allgemein mehrere Stufen,
von denen jede eine unterschiedliche Katalysatormenge enthält. Der Reaktonspartnerstrom,
Wasserstoff und die Rohlenwasserstoffbeschickung, fließt in Reihe durch die Reaktionszonen
in der Reihenfolge steigenden Katalysatorvolumens mit einem Erhitzen zwischen den
einzelnen Stufen. In einem System mit drei Reaktionszonen sind typische Katalysatorbeladungen
folgende: 1. 10,0 bis 30,0 %, 2. 20,0 bis 40,0 % und 3. 40,0 bis 60,0 %.
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In einem System mit vier Reaktionszonen wären geeignete Katalysatorbeladungen
folgende: 1. 5,0 bis 15,0 %, 2. 15,0 bis 25,0 %, 3. 25,0 bis 35,0 % und 4. 35,0
bis 50,0 %. Ungleiche Katalysatorverteilung, die in der Richtung des Flusses des
Reaktionspartnerstromes ansteigt, erleichtert und verbessert die Verteilung der
Reaktionen sowie der gesamten Reaktionswärme.
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Das Festliegen von Katalysator an dem perforierten Mittelrohr stammt
hauptsächlich von der hohen Dampfgeschwindigkeit seitlichguer zu der ringförmigen
Katalysatorhaltezone. Dieser nachteilige.Effekt wächst im Umfang, wenn die Querschnittsfläche
und die Länge der Katalysatorschicht abnimmt. In mehrstufi3en katalytischen Reformiersystemen
ist daher die Wirkung am strsten in der ersten und zweiten Reaktionszone, die kleinere
ringförmige Querschnittsflächen und Längen besitzen, etwas schwächer in der dritten
Reaktionszone und relativ am kleinsten in der vierten Reaktionszone infolge deren
Länge und größerer Querschnittsfläche der Katalysatorschicht.
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Die Katalysatorüberfüllrungs- oder Katalysatorabzugsleitungen nach
der Erfindung ergeben eine geschickte Beseitigung der Schwierigkeiten, die mit stagnierenden
Bereichen von Katalysatorteilchen entstehen, welche ihrerseits aus dem Aufenthalt
von Katalysatorteilchen auf der Oberfläche des perforierten Mittelrohres resultieren.
Diese Leitungen, die verwendet werden, um Katalysatorteilchen aus einer ringförmigen
Schicht abzuziehen und sie entweder in die ringförmige Schicht einer nachfolgenden
Reaktionszone zu überführen oder sie in einen Abzugs- und
Transportbehälter
für die Einführung in einen Regenerierturm zu überführen, sind vertikal angeordnet
und am Umfang im wesentlichen in der Nähe der Außenfläche (Katalysatorseite) des
perforierten Mittelrohres vorgesehen. Sie erstrecken sich über die gesamte Länge
der ringförmigen Katalysatorschicht und beginnen gerade unterhalb der Auslaßenden
jener Leitungen, die verwendet werden, um Katalysatorteilchen zu der Reaktionskammer
einzuführen oder zu überfahren. Jede Leitung enthält eine erste Anzahl von öffnungen,
die in die Katalysatorschicht führen und die so bemessen sind, daß sie einen Fluß
von Katalysatorteilchen lurch sie hindurch gestatten. Diese Katalysatorzugangsöffnungen
sind gleichmäßig entlang der Länge der Rohre innerhalb der KatalYsatorschicht angeordnet,
um eine gleichmäßige Überführung der Katalysatorteilchen zu bekommen. Vorzugsweise
ist eine zweite Anzahl von öffnungen im wesentlichen um 1800 gegenüber diese den
Katalysatorzugangsöffnungen vorgesehen und/weisen nach einwärts zu dem perforierten
Mittelrohr und sind so bemessen, daß sie den Fluß von Katalysatorteilchen durch
sie hindurch verhindern. Diese kleineren öffnungen führen Reaktionspartnerdämpfe,
die in die Röhren mit Katalysatorteilchen eintreten, aus den Röhren in das perforierte
Mittelrohr. Wichtiger ist, daß diese öffnungen einen Strömungsweg für den Reaktionspartnerstrom
ergeben, so daß die Katalysatorteilchen in den Röhren in einer mit Wasserstoff angereicherten
Atmosphäre gehalten werden.
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Die Katalysatorüberführungs- und Katalysatorabzugsleitungen oder -röhren
haben allgemein eine Zahl von etwa 4 bis 16. Die
genaue Zahl der
Katalysatorüberführungsröhren sowie die Zahl der Katalysatorzugangsöffnungen entlang
der Länge einer jeden Röhre ist abhängig von der Gestaltung einer jeden der einzelnen
Reaktionszonen in dem gesamten mehrstufigen System. Hauptfaktoren sind die Längen
und Durchmesser der Reaktionskammer, des äußeren katalysatorzurückhaltenden Siebes
und des perforierten Mittelrohres. Wie oben festgestellt wurde, bestimmen die letzten
beiden die in-der Reaktionszone angeordnete Katalysatormenge und besonders die Breite
der ringförmigen Schicht. Andere Betrachtungen schließen die erwünschte Menge und
Qualität des katalytisch reformierten Produktes und die Härte der Betriebsbedingungen
ein, die erforderlich ist, um diese Ergebnisse zu erzielen. Letztere bestimmen die
Katalysatorregeneriergeschwindigkeit, die ihrerseits die Geschwindigkeit bestimmt,
mit welcher Katalysatorteilchen von der letzten Reaktionszone abgezogen werden müssen.
Eine Reihe dieser Betrachtungen bestimmt auch die Menge und Größe der kleineren
öffnungen, die um 1900 gegenüber den Katalysatorzugangsöffnungen angeordnet sind.
In dieser Beziehung wird die Begrenzung der Maximalgröße durch den nominalen Durchmesser
der Katalysatorteilchen bestimmt. Im Gegensatz zu der Situation, wo wesentliche
Bereiche stagnierenden Katalysators bestehen, ergibt die Verwendung der beschriebenen
Katalysatorüberführungsleitungen einen gleichmäßigen Katalysatorabzug durch die
gesamte ringförmige Schicht.
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Besonders bevorzugte Katalysatorüberführungsleitungen oder innere
-röhren enthalten mehrere, nach innen geneigte Prallflachen/
von
denen jede sich abwärts erstreckt und so die ruerschnitt fläche der Röhren oder
Leitungen oberhalb einer jenen 7ansöffnung darin verkleinert. Diese PrallflXchen
dienen dazu, Katalysatorteilchen, die durch die Leitungen oder Rohren fließen, von
der nächst niedrigeren Ratalysatorzugangs(fffnuna abzulenken.
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Diese geneigten Prallflächen können in der gleichen horizontalen Ebene
enden, die den unteren Umfang der Katalysatorzugangsöffnungen unterhalb der Zugangsöffnungen
oder oberhalb der Zugangsöffnungen enthält. Ähnlich können sie gleich2eitig in der
vertikalen Ebene enden, die die Achse der Rohren oder Leitungen enthält, oder aber
in einer vertikalen Ebene zwischen der Achse und dem Mittelrohr oder in einer vertikalen
Phene zwischen der Achse und den Katalysatorzugangsöffnungen.
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Von dem untersten Ende einer jeden geneigten Prallfläche erstreckt
sich eine vertikale Prallfläche zu eine Punkt oberhalb des obersten Umfanges der
nächst nachfolgenden Katalysatorzugangsöffnungen. In einer besonders bevorzugten
Gestaltung liegt das untere Ende einer jeden folgenden niedrigeren geneigten Prallcläche
und die sich von ihr abwärts erstreckende vertikale Prallfläche in einer vertikalen
Ebene, die einen geringeren Abstand von den Katalysatorzugangsöffnungen hat als
die vertikale Ebene, in welcher -die vorausgehende weiter oben liegende geneigte
Prallfläche und deren vertikale Prallfläche liegt.
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Diese Katalysatorüberführungs- oder Katalysatorabzugsleitungen ergeben
eine gleichmäßigere Verteilung des seitlichen Katalysatorteilchenflusses und neigen
dazu, die Katalysatorverweilzeit in der Kammer auszugleichen.
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Bei der weiteren Beschreibung der Erfindung wird Bezug auf die beiliegende
Zeichnung genommen. Diese Zeichnung zeigt lediglich ein Ausführungsbeispiel zur
Erläuterung der Erfindung, nicht aber zur Beschränkung des Erfindungse1ankens.
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Fig. 1 zeigt eine Katalysatoreinführkammer 1, in welcher die Katalysatorhaltezone
3 als ein Vorheizabschnitt für die Xatalysatorteilchen dient, bevor sie in das Reaktionszonensystem
eingeführt werden, wobei das Vorheizen durch indirekten Kontakt mit dem Reaktionspartnerbeschickungsstrom
erfolgt. Daher ist die katalysische Reaktionskammer 2 die erste Reaktionszone in
dem System, die den Reaktionspartnerstrom in Berührung mit dem Katalysator bringt.
Die nachfolgenden Reaktionskrnern besitzen allgemein die gleiche Gestalt (natürlich
abzüglich der Katalysatoreinführkammer), haben aber nicht notwendigerweise die gleiche
Abmessung.
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Friscie und/oder regenerierte Katalysatorteilchen 4 werden über Leitung
6 und Einlaßöffnung 7 in die altezone 3 eingeführt.
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Dampf förmige Reaktionspartner, nämlich Wasserstoff und im Naphtha-bzw.
Benzinsiedebereich siedende Kohlenwasserstoffe, werden über Leitung 8 und Einlaßöffnung
9 in den ringförmigen Raum 5 eingeführt, der zwischen der Innenwand der Kammer 1
und der tialtezone 3 gebildet wird. Dieser indirekte Wärmeaustausch dient dazu,
die Katalysatorteilchen auf einer erhöhten Temperatur zu halten, bis sie in die
Reaktionskammer eingeführt werden.
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Wenn Katalysatorteilchen von der untersten oder letzten Reaktionszone
in dem System abgezogen werden und der Fluß von Katalysatorteilchen unter der Schwerkraft
durch das System beginnt, werden Teilchen aus der Haltezone 3 mit Hilfe der Leitung
10 abgezogen. Diese werden gleichmäßig auf eine Anzahl (allgemein etwa 4 bis 1 t;)
von Katalysatoreinlaßleitungen 11 in den ringfffrmigen Raum 16 verteilt. Oiese ringförmige
Katalysatorschicht ist durch das äußere katalysatorzurückhaltende Sieb 13 und ein
perforiertes Mittelrohr 15 begrenzt. Der Realitionspartnerstrom fließt in und um
den äußeren Ringraum 14, währed er durch die undurchlochte obere Platte 1 2 daran
gehindert wird, direkt in die Katalysatorschicht einzudringen. Von dem äußeren Ringraum
14 fließt der Real;tionspartnerstrom seitlich und radial durch das Rückhaltesieb
13, in und um die ringförmige Schicht 16 von Katalysatorteilchen 4 und in das perforierte
Mittelrohr 15. Der Reaktionsproduktauslauf wird durch die Auslaßöffnung 22 abgezogen.
Da die erläuterte Reaktionskammer 2 die erste Zone in dem mehrstufigen System ist,
wird der Produktauslauf in einen äußeren ZwischenstuEenerhitzer eingeführt, in welchem
die Temperatur vor der Einführung des Produktauslaufs in die nächst nachfolgende
Reaktionszone gesteigert wird.
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Katalysatorteilchen, die sonst gegen das perforierte ?littelrohr 15
als Ergebnis der hohen Dampfgeschwindigkeiten seitlich quer zur Katalysatorschicht
gedrückt würden, werden dazu veranlaßt, in und durch öffnungen 18 in den Katalysatorüberführungsleitungen
17 (allgemein etwa 4 bis 16 an der Zahl) zu fließen. Die Offnungen 18 führen in
die ringförmige Katalysatorschicht 16 und
sind im wesntlichen entlang
der gesamten Länge der Leitung 17 angeordnet. Wenigstens eine solche oeffnung liegt
unmittelbar am Boden der Katalysatorschicht, die durch die undurchlochte horizontale
Platte 21 begrenzt ist. Wenn Teilchen von der letzten Reaktionszone in der Reihe
für einen Transport zu geeigneten Regeneriereinrichtungen abgezogen werden, beginnt
der Abwärtsfluß unter der Schwerkraft, und die Katalysatorteilchen fließen aus der
Reaktionskammer 2 durch Überführungsrohre 17. Bei dieser Darstellung treten die
äußeren Teile 23 der überführungsleitungen 17 in den obersten Teil der nächst nachfolgenden
Reaktionszone ein und werden so als Katalysatoreinlaßleitungen zu dieser Zone angesehen.
Der vertikale Abstand zwischen dem Auslaß der Katalysatoreinlaßleitung 11 und dem
oberen Ende der Uberführungsleitungen 17 wird durch den Ruhewinkel bestimmt, der
von den Katalysatorteilchen 4 eingenommen wird. Dieser Abstand ist derart, daß das
offene obere Ende der Leitungen 17 oberhalb der Katalysatorschicht liegt. Katalysatorüberführungsleitungen
17 enthalten eine zweite Anzahl von öffnungen 19, die im wesentlichen um 1800 gegenüber
den größeren öffnungen 18 angeordnet sind. Während die letzteren so bemessen sind,
daß Katalysatorteilchen hindurchfließen können, sind die ersteren so bemessen, daß
ein Katalysatorteilchenfluß verhindert wird, daß aber der Fluß von Reaktionspartnerstrom
in das perforierte Mittelrohr 15 durch öffnungen 20 erfolgen kann. Die Katalysatorteilchen
in den Uberführungsleitungen 17 werden dadurch in einer wasserstoffreichen Atmosphäre
gehalten.
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Fig. 2 ist eine vergrößerte, teilweise geschnittene Draufsicht
auf
die Vorrichtung gemäß Fig. 1, wobei der Schnitt im wesentlichen entlang der Linie
2-2 in Fig. 1 gelegt ist. Wie gezeigt, sind die Katalysatoreinlaßleitungen 11 am
Umfang oberhalb des ringförmigen armes 16 derart angeordnet, daß etwa die Hälfte
der Katalysatorteilchen innerhalb der kreisförmigen Lage desselben und die Hälfte
außerhalb hiervon ist. Obwohl die vata]y satoruberführungsr(5hren 17 in einem begrenzten
Abstand von dem tlittelrohr 15 entfernt sein können, ist es bevorzugt, daß sie mit
diesem in Berührung stehen, wie gezeigt ist. Fig. 3 ist eine teilweise geschnittene
lOraufsicht auf einen Teil der Reaktionskammer 2 in vergrößertem Maßstab, um die
bevorzugten Gestaltungen des äußeren katalysatorzurückhaltenden Siebes 13 und des
perforierten Nittelrohres 15 zu zeigen, von denen beide durch vertikale keilförmige
parallele Drahte 13' bzw. 15' gebildet werden.
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Fig. 4 ist eine teilweise geschnittene Seitendarstellung eines Teils
einer er Satalysatorüberfuhrungs- oder Katalysatorabzugsleitungen 17 in vergrößertem
Maßstab, um die Katalysatoröffnungen und deren Verhältnis zu den inneren geneigten
Prallflä.chen 25 zu zeigen. Die geneigten Prallflächen erstrecken sich abwärts und
einwärts von dem obersten Umfang 24 der öffnungen 13.
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In dieser Darstellung enden die geneigten Prallflächen 25 in der vertikalen
Ebene, die die Achse der zylindrischen Leitung enthält, und auch oberhalb der horizontalen
Ebene, die den untersten Umfang der öffnung 18 enthält. Eine vertikale Prallfläche
26 erstreckt sich abwärts von dem unteren Ende einer jeden der geneigten Prallflächen
25 und endet oberhalb des obersten Umfangs
der nächst nachfolgenden
weiter unten liegenden Katalysatoröffnung 13. Die kleineren öffnungen 19 sind um
1800 gegenüber den geneigten Praliflächen 25 und gegenüber den vCatalysatorzugangsöffnungen
18 gezeigt. Fig. 5 ist ein Suerschnitt im wesentlichen entlang der Linie 5-5 in
Fig. 4. Dieser zeigt die vertikale Prallfläche 26, die die unnumerierte Linie in
den Draufsichten der Figuren 2 und 3 ist.
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Fig. 6 ist eine andere teilweise geschnittene Seitenensicht einer
der Katalysatorüberführungsleitungen 17 zur Erläuterung einer anderen Ausgestaltung
der öffnungen 13, der geneigten PrallElächen 25 und der vertikalen Prallflächen
26. hier endet die geneigte Prallfläche in der vertikalen Achse der Leitung und
in der horizontalen Ebene, die den obersten Umfang der Katalysatorzugangsöffnung
18 enthält. Die kleinen öffnungen 19, die zu dem perforierten Mittelrohr führen,
sind als im wesentlichen um 100 gegenüber den inneren geneigten Prallflächen 25
gezei jt.
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Fig. 7 ist noch eine andere teilweise geschnittene Seitenansicht einer
Katalysatorüberführungsleitung 17 und zeigt die besonders bevorzugte Gestaltung
und das Verhältnis von ICatalsatorzugangsöffnungen 1 3, geneigten Prallwänden 25
und vertikalen Prallw:inden 26. Fig. 3 ist eie Ansicht von unten gesehen im wesentlichen
entlang der Linie 8-3 in Fig. 7. Jede nachfolgende weiter unten liegende geneigte
Prallfläche endet in einer vertikalen ne, die näher der vertikalen Ebene liegt,
die die Katalysatorzugangsöffnungen
13 enthält, als die vertikale
Ebene, in der die vorausgehende obere geneigte Prallfläche endet. Das gleiche, was
diese Figur zeigt, kann beztiqlich der vertikalen Prallflächen 26, 26a, 26b, 26c
und 26d gesagt werden. Das heißt, der Abstand zwischen den vertikalen Prallflächen
und der vertikalen Ebene, die die Katalysatorzugangsöffnungen 18 enthält, nimmt
in der Richtung des Katalysatorteilchenflusses in einer Abwärts richtung durch die
Uberfuhrungsleitung ab.
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