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VORRICHTUNG ZUM KATALYTISCHEN CRACKEN
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Vorrichtung zum katalytischen Kracken Die Erfindung bezieht sich
auf eine Vorrichtung zum katalytischen Kracken unter Anwendung eines Fließ- oder
Wirbelbettes, insbesondere einen verbesserten Reaktor dafür, wobei Tauchrohre von
Zyklonabscheidern, die den Katalysator von den Kohlenwasserstoffdämpfen trennen,
in einen unter dem Reaktor angeordneten Abstreif- bzw. Stripper-Behälter verlaufen.-Beim
katalytischen Kracken von Kohlenwasserstoffen unter Anwendung eines Wirbelbetts
weist eine übliche Vorrichtung eine nach oben verlaufendes Transport-Steigleitung
auf, die sich in einen v.ertikalen Reaktor öffnet. Im oberen Reaktorteil sind Zyklonabscheider
mit Tauchrohren angeordnet, die in den unteren Reaktorteil verlaufen. Ein Absperrschieber
od. dgl.
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im Boden des Reakto.rs stellt die Verbindung zwischen dem Reaktor-Unterende
und einem Abstreif-Behälter her, der unter dem Reaktor vertikal angeordnet ist.
Abzugsleitungen ermöglichen ein Strömen von Abstreifdampf aus dem Oberende des Abstreif-Behälters
in den oberen Reaktorteil.
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Im Betrieb strömt ein Gemisch aus heißem Katalysator und Kohlenwasserstoffdämpfen
unter Krackbedingungen durch die Transport-Steigleitung mit solcher Geschwindigkeit
aufwärts, daß der Katalysator zusammen mit den Kohlenwasserstoffdämpfen in den Reaktor
gefördert wird. Der Katalysator und die Kohlenwasserstoffdämpfe
treten
aus dem Oberende der Steigleitung in den Reaktor aus, wobei ein dichtphasiges Katalysatorbett
und über diesem eine verdünnte Katalysatorphase, die in Kohlenwasserstoffdämpfen
suspendiert ist, gebildet werden. Das dichtphasige Katalysatorbett wird normalerweise
durch Injektion von primärem Abstreifgas, z. B. Wasserdampf, in den unteren Teil
des Wirbelbetts in einem Wirbelbettzustand gehalten.
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Aus der verdünnten Phase strömen Katalysator und Kohlenwasserstoffdämpfe
in Zyklonabscheider, die normalerweise zwei- oder dreistufig sind, wobei Kohlenwasserstoffdämpfe
vom Katalysator abgeschieden werden. Die Kohlenwasserstoffdämpfe strömen aus dem
Auslaß der letzten Zyklonabscheiderstufe in eine im oberen Reaktorteil gebildete
Druckkammer. Aus dieser strömen die von Katalysator befreiten Kohlenwasserstoffdämpfe
durch eine Hochleitung zu einem Fraktionierturm.
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Von den Kohlenwasserstoffdämpfen in den Zyklonabscheidern getrennter
Katalysator strömt aus den Abscheidern durch Tauchrohre abwärts und tritt unter
dem Pegel des dichtphasigen Katalysator-Wirbelbetts aus. Die unteren Tauchrohr-Auslässe
sind zwar mit Tauchrohr-.Sickerventilen ausgestattet, daß der Katalysatorstrom aus
den Tauchrohren regelbar ist, es ist aber erwünscht, den Pegel des dichtphasigen
Katalysator-Wirbelbetts wenigstens ca. 1 m oberhalb der Tauchrohr-Auslässe zu halten,
um eine hydraulische Dichtung zu erreichen.
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Im dichtphasigen Katalysator-Wirbelbett strömt Katalysator abwärts
durch den A.bsperrschieber im Reaktorboden in den oberen Teil eines Abstreif-Behälters.
In diesem wird der Katalysator mit Abstreifdampf, normalerweise Wasserdampf, kontaktiert,
der in den unteren Behälterteil eingepreßt wird, so daß im Katalysator eingeschlossene
leichtflüchtige. Kohlenwasserstoffe verdampft werden. Die Abstreif-Dämpfe'und die
verdampften Kohlenwasserstoffe strömen aus dem Oberende des Abstreif-Behälters durch
Abstreifdampf-Abzugsleitungen in die im oberen Reaktorteil enthaltene verdünnte
Phase. Die Abstreifdampf-Abzugsleitungen erstrecken sich relativ weit oberhalb der
Oberfläche des dichtphasigen Katalysator-Wirbelbetts.
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Von Kohlenwasserstoff befreiter Katalysator strömt durch eine Leitung
für verbrauchten Katalysator aus dem Unterende des Abstreif-Behälters in einen Regenerator.
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Bei derartigen Vorrichtungen zum katalytischen Kracken mit Wirbelbett
muß der Reaktor eine beträchtliche Höhe haben, um die Zyklonabscheider, ihre Tauchrohre,
die Druckkammer und das dichtphasige Katalysator-Wirbelbett aufnehmen zu können.
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Ein wesentlicher Teil der Reaktor höhe wird für die Abscheider-Tauchrohre
benötigt, die ausreichend lang sein müssen, damit sich der Katalysator in ihnen
sammeln kann, um ein Unterströmen
oder Durchblasen von Kohlenwasserstoffdämpfen
aus den Zyklonabscheidern zurück zum unteren Reaktor teil zu verhindern. Die Erstreckuny
der Tauchrohre in das dichtphasige Katalysatorbett resultiert in einer hydraulischen
Dichtung, wodurch sichergestellt wird, daß ein bestimmter Katalysatorpegel im Tauchrohr
aufrechterhalten wird.
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In Kohlenwasserstoff-Krackverfahren unter Einsatz von Katalysatoren
mit höherer Aktivität, z. B. von Ionenaustausch-Molekularsieben aus Aluminiumsilikat-,
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Kohlenwasserstoffe mit heißem Katalysator
unter Verdünntphasen-Bedingungen für relativ kurze Zeit in der Reaktor-Steigleitung
zu kontaktieren und einen Kontakt von Kohlenwasserstoffdämpfen mit verbrauchtem
Katalysator im dichtphasigen Katalysator-Wirbelbett zu vermeiden. Dabei werden die
Ausbeuten und die Oktanzahlen von Naphtha-Produkten gesteigert. Bei solchen Verfahren
wird im Reaktor nur ein ausreichendes dichtphasiges Katalysatorbett zum Schließen
des Einlasses des Reaktor-Absperrschiebers benötigt, so daß keine Kohlenwasserstoffdämpfe
aus dem Reaktor in den Abstreif-Behälter oder umkehrt keine Abstreif-Dämpfe durch
den Absperrschieber in das Reaktorunterende gelangen können.
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Dabei muß jedoch praktisch die gesamte Reaktorhöhe erhalten bleiben,
um die erforderlichen Tauchrohrlängen und die notwendige Tiefe des dichtphasigen
Katalysator-Wirbelbetts zum hydraulischen Dichten der Tauchrohre aufzunehmen.
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Nach der Erfindung wird für eine katalytiscne KracKvorrichtung mit
Wirbelbett ein verbesserter Aufbau von Reaktor und Abstreifzone angegeben, wodurch
die erforderliche Reaktorhöhe beträchtlich verringerbar ist.
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Ein Vorteil dieser verbesserten Ausbildung besteht in einer Verminderung
der Reakto-rhöhe sowie der zugehörigen Bauteile und Leitungen, was eine starke Kostenverringerung
für eine derartige Vorrichtung bedeutet. Außerdem kann die Tiefe des dichtphasigen
Katalysatorbetts im Reaktor auf die zur ordnungsgemäßen Dichtung des Reaktor-Absperrschiebers
benötigte Mindesthöhe vermindert werden, wodurch im Fall des Einsatzes moderner
Krack-Katalysatoren ein Überkracken von Kohlenwasserstoffen im wesentlichen ausgeschlossen
wird.
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung einer Reaktions- und einer Abstrei.f-Zone
in einer Vorrichtung zum katalytischen Kracken mit Wirbelbett.
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Die Zeichnung dient nur der Erläuterung eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung, und eine Reihe von Bauteilen wie Leitungen, Pumpen, Instrumente usw.,
die normalerweise vorhanden sind, wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen,
Eine
Reaktor-Steigleitung 1 verläuft durch die Seitenwand eines Reaktors 2 aufwärts und
endet in einem abwärts gerichteten Austrittskopf 3. Heißer,regenerierter Katalysator
und verdampfter Kohlenwasserstoff-Einsatz strömen in der Steigleitung 1 unter Krackbedingungen
aufwärts; die Strömungsgeschwindigkeit des Kohlenwasserstoffdampfs liegt bei ca.
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6,09-18,2 m/s und reicht aus, um den Katalysator zusammen mit dem
strömenden Kohlenwasserstoffdampf zu transportieren.
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Der Katalysator und der Kohlenwasserstoffdampf treten aus der Steigleitung
1 am Austrittskopf 3 in den Reaktor 2 aus, in dem der Katalysator und die Kohlenwasserstoffdämpfe
sich trennen unter Bildung eines dichtphasigen Katalysatorbetts mit einer Oberfläche
4 im unteren Teil des Reaktors 2 und einer verdünnten Katalysatorphase, die in Kohlenwasserstoffdampf
suspendiert ist, im oberen Teil des Reaktors 2. Im mittleren Bereich des Reaktors
2, der sich von ca. 2,1 -3, 1 m über dem Austrittskopf 3 bis zur Oberfläche 4 des
dichtphasigen Katalysatorbetts erstreckt, bilden der Katalysator und die Kohlenwasserstoffdämpfe
eine Übergangszone, in der beide einem Trennungsvorgang unterworfen werden. Die
genaue Höhe der Übergangszone ändert sich mit der Oberflächendampf-Geschwindigkeit
von im Reaktor 2 aufwärts strömenden Dämpfen, wobei erhöhte Oberflächendampf-Geschwindigkeiten,
die normalerweise im Bereich von 0,3-1,8 m/s liegen, eine größere Höhe der Übergangszone
zur Folge haben.
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Im unteren Teil des Reaktors 2 ist eine Wasserdampf-Ringleitung 5
angeordnet, die mit Dampf. aus einem Wasserdampfverteiler 6 gespeist w-ird. Wasserdampf
aus dem Verteiler 6 und der Ringleitung -5 strömt in den unteren Teil des Reaktors
2, wodurch das dichtphasige Katalysatorbett als Wirbelbett aufrechterhalten und
ein Teil der eingeschlossenen verdampfbaren Kohlenwasserstoffe vom Katalysator abgestreift
wird. Im Fall moderner Krack-Katalysatoren wird die Höhe des dichtphasig.en Katalysator-Wirbelbetts
bevorzugt auf der Mindesthöhe gehalten, die für einen gleichmäßigen Fluß verbrauchten-
Katalysators aus dem Boden des Reaktors .2 erforderlich ist.
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Ein Katalysator-Sammelbehälter 7, der aus einem offenen Zylinder mit
einer geschlitzten oberen Wand 15 und einer massiven unteren Wand 16 besteht, erstreckt
sich durch den Boden des Reaktors 2 in einen vertikalen zylindrischen. Abstreif-Behälter
8. Die. massive untere Wand 16 des Katalysator-Sammelbehälters 7 hat eine Höhe von
ca. 0,6-1,2 m, was zur Bildung eines statischen Katalysatordrucks ausreicht, um
das Druckgefälle zwischen dem Abstreif-Behälter 8 und dem Reaktor 2 zu überwinden,
wa.s noch erläutert wird. Der Abstreif-Behälter 8 ist vertikal unter dem Reaktor
2 angeordnet und steht in seinem unteren Teil mit einer Förderleitung 12 für verbrauchten
Katalysator in Verbindung. Ein Absperrschieber 9 verbindet das Unterende des Kataly-sator-Sammelbehälters
7 mit dem oberen Teil des Abstreif-Behälters 8. Abstreifdampf-Abzugsleitungen
13
und 14 verbinden das Oberende des Abstreif-Behälters 8 mit der verdünnten Katalysatorphase
im oberen Teil des Reaktors 2. Eine von einem Wasserdampf-Verteiler 11 gespeiste
Wasserdampf-Ringleitung 10 ist im unteren Teil des Abstreif-Behälters 8 angeordnet.
Verbrauchter, mit Koks kontaminierter Krack-Katalysator, der einige eingeschlossene
verdampfbare Kohlenwasserstoffe enthält, strömt aus dem dichtphasigen Katalysator-Wirbelbett
im Reaktor 2 nach unten durch den-Katalysator-Sammelbehälter 7 und den Absperrschieber
9 in den oberen Teil des Abstreif-Behälters 8. Der Absperrschieber 9 ist so eingestellt,
daß der verbrauchte Katalysatorstrom aus dem Reaktor 2 im wesentlichen auf den gleichen
Durchsatz geregelt wird, mit dem Katalysator in den Reaktor 2 durch die Steigleitung
1 eintritt, so daß der Pegel 4 des dichtphasigen Katalysatorbetts auf einer erwünschten
Höhe gehalten wird. Im Abstreif-Behälter 8 kontaktiert Wasserdampf aus der Ringleitung
10 den verbrauchten Katalysator, so daß Kohlenwasserstoffe ausgedampft werden. Der
von Kohlenwasserstoffen befreite, koksverschmutzte Katalysator tritt .aus dem Unterende
des Abstreif-Behälters 8 durch die Förderleitung 12 aus und wird zu einem Regenerator
(nicht gezeigt) gefördert. Abstreifdampf und Kohlenwasserstoffdampf strömen aus
den Oberenden der Abstreifdampf-Abzugsleitungen 13 und 14 und in die verdünnte Katalysatorphase,
die im oberen Teil des Reaktors 2 unterhalten wird. In der Zeichnung sind zwei Abstreifdampf-Abzugsleitungen
13 und 14 gezeigt;
diese Anzahl stellt jedoch keine Einschränkung
dar, denn tatsächlich sind-Jeweils so viele Abzugsleitungen wie Zyklonabscheider-Tauchrohre
vorgesehen. Der freie Leitungsquerschnitt der Abzugsleitungen 13 und 14 ist unter
Berücksichtigung ihrer Höhe und des Durchsatzes von Abstreifdampf im Abstreif-Behälter
8 so berechnet, daß sich'ein Druckgefälle von ca. 0,069-0,27 bar ergibt, so daß
der Abstreif-Behälter 8 mit höherem Druck als der obere Teil des Reaktors 2 arbeitet.
Die Höhe der unteren Wandung 16 des Katalysator-Sammelbehälters 7 ist, wie erläutert,
so gewählt, daß der darin vorhandene statische Druck die' Druckdifferenz zwischen
dem Abstreif-Behälter 8 und dem Reaktor 2 überwindet, so daß verbrauchter Katalysator
aus dem Boden des Reaktors 2 in den oberen Teil des Abstreif-Behälters 8 strömt.
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Ein Primär-Zyklonabscheider 17 mit einem Einlaß 18 und in Strömungsverbindung
mit einer Dampfleitung 19 sowie einem Katalysator-Tauchrohr 20 ist im oberen Teil
des Reaktors 2 auf solcher Höhe angeordnet, daß der Einlaß 18 in der verdünnten
Katalysator phase oberhalb der genannten Übergangszone liegt. Die Dampfleitung 19
verbindet den oberen Teil des Primär-Zyklonabscheiders 17 mit dem Einlaß eines Sekundär-Zyklonabscheiders
21. Aus dem oberen Teil des Sekundär-Zyklonabscheiders 21 verläuft ein Dampfauslaß
22 zu einer Druckkammer 23, die im Oberende des Reaktors 2 liegt. Eine Kohlenwasserstoffdampfleitung
24 steht mit der Druckkammer 23
durch das Oberende des Reaktors
2 in Verbindung. Das Unterende des Sekundär-Zyklonabscheiders 21 steht mit dem Oberende
eines Katalysator-Tauchrohrs 25 in Verbindung.
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Die verdünnte Phase, bestehend aus in Kohlenwasserstoffdampf suspendiertem
Katalysator, die eine Dichte von ca.
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0,0016-0,048 g/cm3 (0,1-3 lb/ft3) hat, tritt in den Primär-Zyklonabscheider
17 durch den Einlaß 18 ein; dort wird der Katalysator von dem Kohlenwasserstoffdampf
getrennt. Abgeschiedener Katalysator strömt aus dem Primär-Zyklonabscheider 17 in
das Tauchrohr 20, und Kohlenwasserstoffdampf, der eine geringe Menge Katalysator
enthält, strömt aufwärts in die Dampfleitung 19. Kohlenwasserstoffdampf aus der
Dampfleitung 19 strömt in den Sekundär-Zyklonabscheider 21, in dem im wesentlichen
der gesamte restliche Katalysator von dem Kohlenwasserstoffdampf getrennt wird.
Abgeschiedener Katalysator strömt aus dem Sekundär-Zyklonabscheider 21 nach unten
in das Tauchrohr 25. Der Kohlenwasserstoffdampf strömt aus dem SekundaW-Zyklonabscheider
21 durch den Dampfauslaß 22 aufwärts in die Druckkammer 23. Aus dieser tritt der
Kohlenwasserstoffdampf durch die Dampfleitung 24 aus dem Reaktor 2 aus und strömt
zu einem Primär-Fraktionierturm (nicht gezeigt).
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In der Zeichnung sind nur ein Primär- und ein Sekundär-Zyklon--vbscheidçr
17 bzw. 21 gezeigt. Selbstverständlich können Je nach Bedarf zur Erzielung einer
im wesentlichen vollstäntigen
Trennung des Katalysators von Kohlenwasserstoffdampf
weitere Zyklonabscheider entweder hintereinander oder parallel zueinander eingesetzt
werden. Normalerweise werden in Vorrichzungen zum katalytischen Kracken mit Wirbelbett
zwei Zyklonabscheiderstufen in Reihenanordnung verwendet. Es ist aber auch bekannt,
drei hintereinandergeschaltete Abscheiderstufen einzusetzen. Ob ein einzi-ger'Zyklonabscheider
oder mehrere parallele Zyklonabscheider in einer bestimmten Abscheidestufe eingesetzt
werden, hängt von den jeweiligen Konstruktions-Überlegungen einschließlich des verfügbaren
Raums, des Gewichts usw. ab.
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Das Katalysator-Tauchrohr 20 des Primär-Zyklonabscheiders 17 verläuft
von dessen Unterende abwärts durch die Abstreifdampf-Abzugsleitung 13 in den Abstreif-Behälter
8, in dem das Tauchrohr 20 in einem Klappenventil 26 endet. Das Tauchrohr 25 verläuft
vom Unterende des Sekundär-Zyklonabscheiders 21 nach unten durch die Abstreifdampf-Abzugsleitung
14 in den Abstreif-Behälter 8, wo es in einem Klappenventil 28 endet. In Vorrichtungen,
in denen mehr als zwei Zyklonabscheider vorgesehen sind, verläuft das Katalysator-Tauchrohr
jedes Abscheiders nach unten durch eine Abstreifdampf-Abzugsleitung in den Abstreif-Behälter
8. Katalysator aus dem Primär- und dem Sekundär-Zyklonabscheider 17 bzw. 21 ström.t
durch die Tauchrohre 20 bzw. 25- in den Abstreif-Behälter 8. Der Katalysatorstrom
wird durch die Klappenventile 26 und 28 bestimmt.. Das Druckgefälle
zwischen
dem Abstreif-Behälter 8 und dem oberen Teil des Reaktors 2, das bevorzugt 0,069-0,55
bar beträgt, sorgt für einen ausreichend hohen Gegendruck, um eine Katalysatorsäule
in den Tauchrohren 20 und 25 zu unterhalten, so daß ein Übertritt bzw. Durchblasen
von Kohlenwasserstoffdampf durch die Tauchrohre 20 und 25 verhindert wird. Die Klappenventile
26 und 28 sind typisch für normalerweise in.Vorrichtungen zum katalytischen Kracken
angewandte Tauchrohr-Klappenventile; sie schließen und verhindern so ein Eindringen
von Dampf in die Tauchrohre, bis das Gewicht der Katalysatorsäule in den Tauchrohren
zum öffnen der Klappenventile ausreicht. Erwünschtenfalls kann gemäß der Erfindung
ein dichtphasiges Katalysator bett mit einer Oberfläche 29 im Abstreif-Behälter
8 aufrechterhalten werden, wobei die Oberfläche 29 über den Tauchrohr-Klappenventilen
26'und 28 liegt, so daß sich eine zusätzliche hydraulische Dichtung.der Tauchrohre
20 und 25. ergibt.
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Nach- -der Erfindung erstrecken sich somit die Tauchrohre 20 und 25
der Zyklonabscheider bis in den Abstreif-Behälter 8.
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Dadurch ist der Reaktor 2 beträchtlich verkürzbar.. D. h., der Teil
der Reaktorhöhe, der bisher zur Aufnahme der Auslässe der Tauchrohre 20 und 25 und
der zusätzlichen Tiefe des Wirbelbetts zur Schaffung einer hydraulischen Dichtung
für die Tauchrohre 20 und 25 benötigt wurde, kann somit entfallen. Diese Einsparung
an Reaktorhöhe liegt bei einer großtechnischen
katalytischen Krackvorrichtung
im Bereich von ca. 3 m oder mehr und -stellt eine wesentliche Kostenverminderung
beim Bau einer solchen Vorrichtung dar. Der Reaktor 2 und auch die tragende Stahikons-truktion'
und die zugehörigen Leitungen können um 3 m oder mehr verkürzt werden, so daß in
Anbetracht der Größe solcher Vorrichtungen diese Einsparung bedeutend ist.
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Die Tauchrohre 20 und 25 verlaufen durch die Abstreifdampf-Abzugsleitungen
13 und 14, die ringförmige Öffnungen bilden.
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Abstreifdämpfe strömen aus dem Abstreif-Behälter 8 nach oben in den
oberen Reaktor teil durch diese Ringöffnungen. Wie angegeben, basiert der Querschnitt
der Abzugsleitungen 13 und 14 auf dem Öffnungsquerschnitt der zwischen der Innenseite
der Abzugs leitun gen 13 und 14 und den Außenwandungen der Tauchrohre 20 und 25
gebildeten ringförmigen Öffnungen.
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Bei der vorstehend erläuterten Vorrichtung zum katalytischen Kracken
von Kohlenwasserstoffen unter Anwendung eines Wirbelbetts verlaufen Zyklonabscheider-Tauchrohre
aus einem vertikalen zylindrischen Reaktor in einen Abstreif-Behälter, der vertikal
unter dem Reaktor angeordnet ist. Durch diesen Verlauf der Tauchrohre ist eine Höhenverminderung
des dichtphasigen Wirbelbetts, das im Reaktor 2 unterhalten werden muß, möglich.
Infolgedessen kann der Reaktor 2 um ein bedeutendes Stück verkürzt werden. Diese
Höhenverminderung des Reaktors 2
sowie der zugehörigen Leitungen
und der tragenden Stahikonstruktion ergibt eine wesentliche Kosteneinsparung beim
Bau einer solchen Vorrichtung. Ferner ist durch eine Verminderung der Tiefe des
dichtphasigen Wirbelbetts, das im Reaktor 2 unterhalten wird, ein Überkracken von
Kohlenwasserstoffen vermeidbar, wodurch sich eine gesteigerte Ausbeute und höhere
Oktanzahlen der Rohbenzin-Erzeugnisse ergeben.
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