DE2835820C2

DE2835820C2 - Reaktionskammer für einen Kontakt eines Reaktionspartnerstromes mit Katalysatorteilchen

Info

Publication number: DE2835820C2
Application number: DE19782835820
Authority: DE
Inventors: Robert Hugh Clarendon Hills Ill. Jensen; Robert Fredrick Des Plaines Ill. Millar; Paul Joseph Hinsdale Ill. Persico
Original assignee: UOP LLC
Current assignee: Honeywell UOP LLC
Priority date: 1978-08-16
Filing date: 1978-08-16
Publication date: 1985-01-03
Also published as: DE2835820A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Reaktionskammer für einen Kontakt eines Reaktionspartnerstromes mit Katalysatorteilchen, die in der Reaktionskammer als ringförmige Schicht angeordnet und unter Schwerkraftfluß durch die Reaktionskammer abwärts bewegbar sind, mit einer äußeren perforierten Wand, die in der Reaktionskammer konzentrisch angeordnet ist, eine kleinere Querschnittsfläche als die Kammer besitzt und so zwischen der Kammerwand und sich einen Verteilerraum für den Reaktionspartnerstrom bildet, einem inneren perforierten Mittelrohr, das in der Resktionskammer konzentrisch angeordnet ist und eine kleinere Querschnittsfläche als die äußere perforierte Wand besitzt, wobei zwischen der äußeren perforierten Wand und dem inneren perforierten Mittelrohr die ringförmige Katalysatorschicht angeordnet ist. mehreren Katalysatoreinlaßröhren, die mit dem oberen Teil der Reaktionskammer verbunden sind und in Verbindung mit der ringförmigen Katalysatorschicht stehen, und mehreren vertikal angeordneten Katalysatorüberführungsrohren.

Eine Reaktionskammer dieses Typs, insbesondere für

Kohlenwasserstoffuinwandlungsreaktionen in dei petrochemischen Industrie, ist au? der US-PS 37 06 536 bekannt, und ähnliche Reaktionskar.,r.iern sind auch in der DE-AS 22 55 408 beschrieben.

Bei solchen Reaktionskammern führt aber ein starker Dampfstrom durch die ringförmige Katalysatorschicht dazu, daß die Katalysatorteilchen sich nicht in die Nähe des perforierten Mittelrohres bewegen können, so daß stagnierende Katalysatorbereiche erzeugt werden. In diesen werden die Katalysatorteilchen daran gehindert, sich gleichmäßig unter der Schwerkraft abwärts zu bewegen. Der Katalysator in den stagnierenden Bereichen verliert schließlich seine Wirksamkeit durch kohlenstoffhaltige Ablagerungen, ohne durch frischen oder regenerierten Katalysator ersetzt zu werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand somit darin, stagnierende Katalysatorbereiche in einer Reaktionskammer mit den eingangs genannten Merkmalen zu verhindern oder zumindest abzuschwächen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Katalysatorüberführungsrohre am Umfang nahe der Außenfläche des perforierten Mittelrohres angeordnet, erstrecken sich im wesentlichen über die gesamte Länge der Katalysatorschicht und enthalten öffnungen, welche in die Katalysatorschichi münden und für den Durchtritt von Katalysatorteilchen groß genug sind.

Die erfindungsgemäßen Reaktionskammern dienen besonders der Durchführung solcher Umwandlungsrcaktionen, die in der Dampfphase erfolgen und wo zwei oder mehr solcher Reaktionskammern übereinander und/oder Seite an Seite angeordnet sind.

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Der Reaktionspartnerstrom wird in der Dampfphase lysatorzone. Dieser nachteilige Effekt wächst, wenn die

in den ringförmigen Verteilerraum zwischen der Kam- Querschnittsfläche und die Länge der Katalysator-

merwand und der äußeren perforierten Wand einge- schicht abnimmt In mehrstufigen katalytischen Refor-

fuhrt Dampfförmige Reaktionspartner strömen seitlich miersystemen ist daher die Wirkung am stärksten in der

und radial durch die äußere perforierte Wand und den 5 ersten und zweiten Reaktionskammer, die kleinere ring-

Katalysator und nach Umsetzung in das Mittelrohr und förmige Querschnittsflächen und Längen besitzt, etwas

verlassen die Reaktionskamrr.er. Obwohl die verschie- schwächer in der dritten Reaktionskammer und am

denen röhrenförmigen Teile irgendeine geeignete Form kleinsten in der vierten Reaktionskammer infolge deren

haben können, wie dreieckigen, quadratischen, vielecki- Länge und größerer Querschnittsfläche der Katalysa-

gen oder andert/i Querschnitt, besitzen sie vorzagswei- io torschicht Die Katalysatorüberführungsrohre nach der

se im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt. Erfindung ergeben eine geschickte Beseitigung der

Vorzugsweise enthalten die Katalysatorüberfüh- Schwierigkeiten, die mit stagnierenden Bereichen von

rungsrohre weitere öffnungen, die zu dem perforierten Katalysatorteilchen entstehen.

Mittelrohr hin ausgerichtet sind und für den Durchtritt Die genaue Zahl der Katalysatorüberführungsrohre von Katalysatorteilchen nicht groß genug sind. Vor- 15 sowie die Zahl der in die Katalysatorschicht mündenden zugsweise sind diese öffnungen um 180° gegenüber den öffnungen entlang der Länge eines jeden Katalysator-Katalysatorzugangsöffnungen versetzt Sie führen Re- Überführungsrohres ist abhängig von der Gestaltung aktionspartnerdämpfe, die in die Katalysatorüberfüh- der einzelnen Reaktionskammern in dem gesamten rungsrohre eintreten, aus diesen in das perforierte Mit- mehrstufigen System. Hauptfaktoren sind die Längen telrohr. Wichtiger noch ist, daß diese Öffnungen einen 20 und Durchmesser der Reaktionskammer, des äußeren Strömungsweg für den Reaktionspartnerstrom ergeben, Katalysator rückhaltenden Siebes un,: des perforierten so daü die Kataiysatorteiichen in den Kataiysatorüber- Miitelrohres. Die letzteren beiden Faktoren bestimmen führungsrohren in einer mit Wasserstoff angereicherten die in der Reaktionskammer angeordnete Katalysator-Atmosphäre gehalten werden. menge und besonders die Breite der ringförmigen Kata-

Zweckmäßig sind die öffnungen in den Katalysator- 25 lysatorschicht Auch sind die erwünschte Menge und

Überführungsrohren entlang der gesamten Länge der- Qualität Hes katalytisch reformierten Produktes und die

selben angeordnet Die Katalysatorüberführungsrohre Härte der Betriebsbedingungen zu berücksichtigen,

sind vorzugsweise 4 bis 16 an der Zahl und enthalten Letztere bestimmen die Katalysatorregenerierge-

mehrere innere geneigte Prallflächen, von denen sich schwindigkeit, die ihrerseits die Geschwindigkeit be-

jede von der obersten Stelle des Umfanges ein<;r jeden 30 stimmt mit welcher Katalysatorteilchen /on der letzten

der in die Katalysatorschicht mündenden öffnungen aus Reaktionskammer abgezogen werden müssen. Eine

abwärts erstreckt. Reihe dieser Faktoren bestimmt auch die Anzahl und

Die Reaktionskammer nach der Erfindung ist für ver- Größe der kleineren öffnungen, die in das Mittelrohr

schiedene mehrstufige Kohlenwasserstoffumwand- münden.

lungsverfahren geeignet besonders solche, bei denen 35 Besonders bevorzugte Katalysatorüberführungsrohdie Hauptreaktionen endotherm sind und in der Dampf- re enthalten mehrere innere geneigte Prallflächen, von phase ablaufen, wie das katalytische Reformieren von denen jede sich abwärts erstreckt und so die Querim Naphtha- oder Benzinsiedebereich liegenden Koh- schnittsfläche der Katalysatorüberführungsrohre einer lenwasserstoff-Fraktionen. jeden Zwangsöffnung verkleinert Diese 1-rallfläi.hen Typischerweise werden die Katalysatoren in der 40 dienen dazu, Katalysatorteilchen, die durch die Kataly-Form freifließender Kugeln mit einem nominalen satorüberführungsrohre fließen, von der nächstniedri-Durchmesser im Bereich von 0,8 bis 4,0 mm benutzt gere.i Katalysatorzugangsöffnung abzulenken. Diese Meist sind die Reaktionskammern vertikal übereinan- geneigten Prallflächen können in der horizontalen Ebeder gestapelt, und mehrere Röhren mit relativ kleinem ne durch den untersten Punkt des Umfangs der öffnun-Durchmesser werden verwendet um Katalysatorteil- 45 gen und in der vertikalen Ebene durch die Achse der chen von einer Reaktionskammer zu der nächstniedri- Katalysatorüberführungsrohre enden. Sie können auch geren unter Schwerkraftfluß zu überführen und schließ- in der vertikalen Ebene durch die Achse der Katalysalich Kaialysatorteilchen von der letzten Reaktionszone torüberführungsrohre an einem Punkt oberhalb des unabzuziehen. Die Katalysatorteilchen werden dann zu tersten Punktes des Umfangs einer jeden Öffnung ender Spitze einer Katalysatorregenerieranlage transpor- 50 den.

tiert, die auch mit einer absteigenden Säule von Kataly- Zweckmäßig endet jede nachfolgende, weiter unten satorteilchen arbeitet. Regenerierte Katalysatorteilchen liegende geneigte Pralifläche in einer vertikalen Ebene werden zur Spitze der obersten Reaktionskammer zu- in kleinerem Abstand von der vertikalen Ebene, die die rücktransportiert. Um den Schwerkraftfluß in jeder Re- öffnungen enthält, welche in die Katalysatorschicht aktionskammer sowie von einer zur anderen zu erleich- 55 münden. Günstigerweise erstreckt sich eine vertikale tern, ist es besonders wichtig, daß die Katalysatorteil· Prallfläche von dem unteren Ende jeder geneigi en Prallchen einen relativ kleinen nominalen Durchmesser ha- fläche aus und endet oberhalb des obersten Punktes des ben, der vorzugsweise kleiner als 4,0 mm ist In einem Umfangs der nächst nachfolgenden öffnung. Diese Ka-Umwandlungssystem, in welchem die einzelnen Reak- talysatorüberführi'nesrohre ergeben eine gleichmäßitionskammern Seite an Seite angeordnet sind, werden 60 gere Verteilung des seitlichen Katalysatorteilchenflus-Katalysatortransportbehälter (vgl, US-PS 38 39197) ses und gleichen die Katalysatorverweilzeit in der Reakverwendet, um die Katalysatorteilchen vom Soden ei- tionskammer aus.
ner Reaktionskammer zur Spitze der nächstnachfolgen- In der Zeichnung zeigt

den und von der letzten Reaktionskammer zur Spitze Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Reakder Regenerieranlage zu überführen. ₆5 tionskammer nach der Erfindung,

Stagnierende Katalysatorbereiche an dem perforier- Fig.2 eine vergrößerte, teilweise geschnittene

ten Mittelrohr stammen hauptsächlich von der hohen Draufsicht auf die Reaktionskammer gemäß Fig. l,wo-

Dampfgeschwindigkeit quor zu der ringförmigen Kata- bei der Schnitt entlang der Linie 2-2 in F i g. 1 gelegt ist,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf einen Teil der Reaktionskammer gemäß F i g. 1 in vergrößertem Maßstab,

F i g. 4 einen senkrechten Schnitt durch eine Ausführungsform eines Katalysatorüberführungsrohres,

F i g. 5 einen Querschnitt entlang Linie 5-5 in F i g. 4,

F i g. 6 und 7 einen senkrechten Schnitt durch andere Ausführungsformen von Katalysatorüberführungsrohren und

F i g. 8 eine Ansicht von unten gesehen entlang der Linie8-8 in Fig. 7.

F i g. 1 zeigt eine Katalysatoreinführkammer 1, in welcher die Katalysatorzone 3 als ein Vorheizabschnitt für die Katalysatorteilchen dient, bevor sie in die Reaktionskammer eingeführt werden, wobei das Vorheizen durch indirekten Kontakt mit dem Reaktionspartnerbeschickungsstrom erfolgt. Daher ist die katalytische Reaktionskammer 2 die erste Reaktionskammer in dem System. Die nachfolgenden Reaktionskammern besitzen allgemein die gleiche Gestalt abzüglich der Katalysatoreinführkammer, haben aber nicht notwendigerweise die gleiche Abmessung.

Frische und/oder regenerierte Katalysatorteilchen 4 werden über die Leitung 6 und Einlaßöffnung 7 in die Katalysatorzone 3 eingeführt. Dampfförmige Reaktionspartner, nämlich Wasserstoff und im Naphtha- bzw. Benzinsiedebereich siedende Kohlenwasserstoffe, werden über die Leitung 8 und die Einlaßöffnung 9 in den Ringraum 5 eingeführt, der von der Innenwand der Katalysatoreinführkammer 1 und der Katalysatorzone 3 gebildet wird.

Wenn Katalysatorteilchen von der untersten oder letzten Reaktionskammer in dem System abgezogen werden und der Fluß von Katalysatorteilchen unter der Schwerkraft durch das System beginnt, werden Teilchen aus der Katalysatorzone 3 mit Hilfe der Leitung 10 abgezogen. Diese werden gleichmäßig auf eine Anzahl (allgemein etwa 4 bis 16) von Katalysatoreinlaßrohren 11 in der Katalysatorschicht 16 verteilt Diese ringförmige Katalysatorschicht wird durch die äußere perforierte Wand 13 und das perforierte Mittelrohr 15 begrenzt. Der Reaktionspartnerstrom fließt in und um den ringförmigen äußeren Verteilerraum 14, wobei er durch die undurchlochte obere Platte 12 daran gehindert wird, direkt in die Katalysatorschicht einzudringen. Von dem äußeren Verteilerraum 14 fließt der Reaktionspartnerstrom seitlich und radial durch die perforierte Wand 13, in die Katalysatorschicht 16 mit 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 einem mehrstufigen System ist, wird der Produktauslauf in einen äußeren Zwischenstufenerhitzer eingeführt, in welchem die Temperatur vor der Einführung des Produktauslaufes in die nächst nachfolgende Reaktionskammer gesteigert wird.

Katalysatorteilchen, die sonst als Ergebnis der hohen Dampfgeschwindigkeiten gegen das perforierte Mittelrohr 15 seitlich quer zur Katalysatorschicht gedrückt würden, werden dazu veranlaßt, in und durch die öffnungen 18 in die Katalysatorüberführungsrohre 17 zu fließen. Die öffnungen 18 münden in die ringförmige Katalysatorschicht 16 und sind im wesentlichen entlang der gesamten Länge der Katalysatorüberführungsrohre 17 angeordnet Wenigstens eine solche öffnung liegt unmittelbar am Boden der Katalysatorschicht, die durch die undurchlochte horizontale Platte 21 begrenzt ist. Wenn Teilchen von der letzten Reaktionskammer 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 Katalysator Überführungsrohre 17. Dabei führen die äußeren Teile 23 der Katalysatorüberführungsrohre 17 zu dem obersten Teil der nächstnachfolgenden Reaktionskammer und sind so als Katalysatoreiniaßröhren zu der letzteren anzusehen. Der vertikale Abstand zwischen dem Auslaß

ίο der Katalysatoreinlaßröhre 11 und dem oberen Ende der Katalysatorüberführungsrohre 17 ist derart, daß das offene obere Ende der Katalysatorüberführungsrohre 17 oberhalb der Katalysatorschicht liegt. Die Katalys;itorüberführungsrohre 17 enthalten weitere öffnungen 19, die im wesentlichen um 180° gegenüber den größeren öffnungen 18 versetzt angeordnet sind. Während die letzteren so bemessen sind, daß Katalysatorteilchen hindurchfließen können, sind die ersteren so bemessen. daß keine Katalysatorteilchen hindurchtreten können.

daß aber der Fluß von Reaktionspartnerstrom in das perforierte Mittelrohr 15 durch öffnungen 20 erfolgen kann. Die Katalysatorteilchen in den Katalysatorüberführungsrohren 17 werden dadurch in einer wasserstoffreichen Atmosphäre gehalten.

Obwohl die Katalysatorüberführungsrohre 17 in einem begrenzten Abstand von dem Mittelrohr 15 entfernt sein können, ist es bevorzugt, daß sie mit diesem in Berührung stehen, wie in F i g. 2 gezeigt ist. F i g. 3 zeigt die bevorzugten Gestaltungen der äußeren perforierten Wand 13 und des perforierten Mittelrohres 15, die beide von vertikalen keilförmigen parallelen Drähten 13' bzw. 15' gebildet werden.

Fig.4 zeigt bei einem Katalysatorüberführungsrohr 17 die öffnungen 18 und die inneren geneigten Prallflächen 25. Die geneigten Prallflächen erstrecken sich abwärts und einwärts von der obersten Stelle 24 des Umfangs der öffnungen iS. in dieser Darstellung enden die geneigten Prallflächen 25 in der vertikalen Ebene durch die Achse des Katalysatorüberführungsrohres und auch oberhalb der horizontalen Ebene durch den untersten Umfang der öffnungen 18. Eine vertikale Prallfläche 26 erstreckt sich abwärts von dem unteren Ende einer jeden der geneigten Praliflächen 25 und endet oberhalb der obersten Stelle des Umfanges der nächstnachfolgenden weiter unten liegenden öffnung 18. Die kleineren Öffnungen 19 sind um 180° gegenüber den geneigten Prallflächen 25 und gegenüber den Katalysatorzugangsöffnungen 18 versetzt gezeigt. F i g. 5 zeigt die vertikale Prallfläche 26, die die unnumerierte Linie in den Draufsichten der F i g. 2 und 3 ist.

F i g. 6 erläutert eine andere Ausgestaltung der öffnungen 18, der geneigten Prallflächen 25 und der vertikalen Prallflächen 26. Hier endet die geneigte Prallfläche in der vertikalen Achse des Katalysatorüberführungsrohres und in der horizontalen Ebene durch den untersten Punkt des Umfangs der Katalysatorzugangsöffnung 18. Die kleineren öffnungen 19, die zu dem perforierten Mitteirohr führen, sind als im wesentlichen um 180° gegenüber den inneren geneigten Praliflächen 25 versetzt gezeigt

F i g. 7 zeigt die besonders bevorzugte Gestaltung eines Katalysatorüberführungsrohres 17 und das Verhältnis von öffnungen 18, geneigten Prallwänden 25 und vertikalen Prallwänden 26. Fig.8 ist eine Ansicht von unten gesehen im wesentlichen entlang der Linie 8-8 in F i g. 7. Jede nachfolgende weiter unten liegende geneigte Prallfläche endet in einer vertikalen Ebene, die näher der vertikalen Ebene durch die Öffnungen 18 liegt. D;is

heißt, der Abstand zwischen den vertikalen Prallflächen
und der vertikalen Ebene durch die öffnungen 18 nimmt
in der Richtung des Katalysatorteikhenflusses abwärts
durch das Kataiysjtorüberführungsrohr ab.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

IO

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45

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55 Sj

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Claims

Patentansprüche:

1. Reaktionskammer für einen Kontakt eines Reaktionspartnerstromes mit Katalysatorteilchen, die in der Reaktionskammer als ringförmige Schicht angeordnet und unter Schwerkraftfluß durch die Reaktionskammer abwärts bewegbar sind, mit einer äußeren perforierten Wand, die in der Reaktionskammer konzentrisch angeordnet ist, eine kleinere Querschnittsfläche als die Kammer besitzt und so zwischen der Kammerwand und sich einen Verteilerraum für den Reaktionspartnerstrom bildet, einem inneren perforierten Mittelrohr, das in der Reaktionskammer konzentrisch angeordnet ist und eine kleinere Querschnittsfläche als die äußere perforierte Wand besitzt, wobei zwischen der äußeren perforierten Wand und dem inneren perforierten Mittelrohr die ringförmige Katalysatorschicht angeordnet ist, mehreren Katalysatoreinlaßröhren, die mit dem oberen Teil der Reaktionskammer verbunden sind und in Verbindung mit der ringförmigen Katalysatorschicht stehen, und mehreren vertikal angeordneten Katalysator-Überführungsrohren, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorüberführungsrohre (17) am Umfang nahe der Außenfläche des perforierten Mittelrohres (15) angeordnet sind, sich im wesentlichen über die gesamte Länge der Katalysatorschicht (16) erstrecken und öffnungen (18) enthalten, welche in die Katalysatorschicht münden und für :^:3n Durchtritt von Katalysatorteilchen groß genug sind.

2. Reaktionskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die K.atalyjatorüberführungsrohre (17) weitere öffnungen (i9) enthalten, die in dem perforierten Mittelrohr (15) münden und für den Durchtritt von Katalysatorteilchen nicht groß genug sind.

3. Reaktionskammer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (18 und 19) in den Katalysatorüberführungsrohren (17) entlang der gesamten Länge derselben angeordnet sind,

4. Reaktionskammer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorüberführungsrohre (17) mehrere innere geneigte Prallflächen (25) enthalten, von denen sich jede von der obersten Stelle des Umfanges einer jeden der Öffnungen (18) aus abwärts erstreckt.

5. Reaktionskammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der geneigten Prallflächen (25) in der horizontalen Ebene durch den untersten Punkt des Umfanges der öffnungen (18) und in der vertikalen Ebene durch die Achse der Katalysatorüberführungsrohre (17) endet.

6. Reaktionskammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der geneigten Prallflächen

(25) in der vertikalen Ebene durch die Achse der Katalysatorüberführungsrohre (17) an einem Punkt oberhalb des untersten Punktes des Umfanges einer jeden öffnung (18) endet.

7. Reaktionskammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede nachfolgende, weiter unten liegende geneigte Prallfläche (25) in einer vertikalen Ebene in kleinerem Abstand von der vertikalen Ebene, die die öffnungen (18) enthält, endet.

8. Reaktionskammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine vertikale Prallfläche

(26) von dem unteren Ende einer jeden der geneigten Prallflächen (25) aus erstreckt und oberhalb des obersten Punktes des Umfanges der nächstnachfolgenden öffnung (18) endet.

9. Reaktionskammer nach Anspruch 2 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (19) um 180° gegenüber den öffnungen (18) versetzt sind und den geneigten Prallflächen (25) gegenüberliegen.