DE3939267A1

DE3939267A1 - Verteiler und dessen anwendung

Info

Publication number: DE3939267A1
Application number: DE3939267A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dr Kubersky; Roland Hourticolon; Bernd Dr Richter; Guenther Dr Demmering
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1989-11-28
Filing date: 1989-11-28
Publication date: 1991-05-29
Also published as: IT1243491B; IT9022168A1; IT9022168A0; FR2654952A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Verteiler eines senkrecht stehenden Festbett-Rohrreaktors oder einer senkrecht stehenden Füllkörperko lonne zum Verteilen gasförmiger und flüssiger Einsatzstoffe am Kopf des Reaktors bzw. der Kolonne auf die Oberfläche des Festbetts bzw. der Füllkörperschüttung, mit einem Verteilerboden.

Zum Hydrieren von nativen Fetten, Ölen und deren Derivaten, wie z. B. Fettsäuren, Fettsäure-Methylester, über Festbettkatalysatoren in Rohrreaktoren wurden bisher wegen des sehr hohen Gasüberschusses reine Gasverteiler verwendet, wobei die Einsatzstoffe dem Reaktor am Kopf zugeführt werden und das Katalysatorbett zusammen mit Wasser stoff von oben nach unten im Gleichstrom durchlaufen. Dabei wird jedoch der Katalysator ungleichmäßig belastet. Solche Umsetzungen werden in der Literatur als reine heterogen katalysierte Gasphasen- Reaktionen beschrieben. Daher sind technische Reaktoren mit Einbau ten oberhalb des Katalysatorbetts versehen, die darauf ausgelegt sind, einen Gasstrom gleichmäßig zu verteilen.

Die gleichen Probleme treten in senkrecht stehenden Füllkörperko lonnen auf, wenn es auf das möglichst gleichmäßige Verteilen gas förmiger und flüssiger Einsatzstoffe am Kopf der Kolonne auf die Oberfläche der Füllkörperschüttung ankommt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verteiler der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit dem die gasförmigen und flüssigen Einsatzstoffe gleichmäßig auf die Oberfläche des Kataly satorbetts bzw. der Füllkörperschüttung verteilt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Vertei lerboden für die gasförmigen Einsatzstoffe und für die flüssigen Einsatzstoffe jeweils getrennte Verteileinrichtungen aufweist.

Es wurde nämlich gefunden, daß unter Betriebsbedingungen anstelle einer reinen Gasphase tatsächlich ein Zwei-Phasen-Gemisch vorliegt. Mit den bisher bekannten Verteilern stören sich die Gas- und Flüs sigphase gegenseitig und verhindern eine gleichmäßige Verteilung jeder Phase für sich. Diese Auffassung wurde in Modellversuchen be stätigt. Danach ist die örtliche Flüssigkeits-Flächenbelastung stark ungleichmäßig. Abhängig vom Abstand zur Reaktorachse bzw. Kolonnen achse konnten Werte zwischen 30 und mehreren 100%, bezogen auf die mittlere Flächenbelastung gemessen werden. Die Modellversuche zeigten weiterhin, daß eine derart schlechte Flüssigkeitsverteilung durch Quervermischen innerhalb des Katalysatorbettes bzw. der Füll körperschüttung erst nach einer Weglänge ausgeglichen wird, die dem Mehrfachen des Reaktor- bzw. Kolonnen-Durchmessers entspricht.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird bei einem Verteiler mit Öffnungen im Verteilerboden vorgeschlagen, daß die Verteileinrich tungen für die flüssigen Einsatzstoffe als Öffnungen im Verteiler boden und die Verteileinrichtungen für die gasförmigen Einsatzstoffe als Überläufe mit einer den im Betrieb gewöhnlichen Flüssigkeits stand auf dem Verteilerboden übersteigenden Höhe ausgebildet sind. Die gasförmigen und die flüssigen Einsatzstoffe werden damit von einander getrennt und unabhängig auf die Oberfläche des Katalysa torbetts bzw. der Füllkörperschüttung verteilt.

Vorteilhaft ist es, wenn die Öffnungen Durchbohrungen der Grund platte des Verteilerbodens sind. Außerdem wird vorgeschlagen, daß die Überläufe als weitere Durchbohrungen des Verteilerbodens mit darauf aufgesetzten, nach oben weisenden Kragen ausgebildet sind. Insbesondere sollten die Kragen Rohrstücke sein.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die Öffnungen im Verteilerboden im wesentlichen gleichmäßig auf diesem verteilt angeordnet sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Ränder der für die flüssigen Einsatz stoffe vorgesehenen Durchbohrungen nach unten gezogen sind. Damit werden Querströmungen an der Unterseite des Verteilerbodens ver mieden. Die Höhe der Überläufe wird, wie oben ausgeführt, durch die Stauhöhe der Flüssigkeit auf dem Boden bestimmt. Diese wiederum richtet sich nach der Anzahl und Größe der für den flüssigen Ein satzstoff vorgesehenen Öffnungen sowie nach der Zulaufrate.

Um eine zusätzliche Aufweitung der durch den Verteilerboden flie ßenden Flüssigkeitsstrahlen zu erreichen, werden unterhalb der Öff nungen im Verteilerboden angebrachte Prallplatten vorgeschlagen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Prallplatten parallel zum Ver teilerboden angeordnet sind.

Um den Flüssigkeitsablauf vom Verteilerboden zur Füllkörperschüttung bzw. dem Katalysatorbett nicht durch zu hohe Gasgeschwindigkeiten oder Gas-Querströmungen nachteilig zu beeinflussen, wird ein der artiger Durchmesser und eine derartige Anordnung der Überläufe vor geschlagen, daß die Strömung der flüssigen Einsatzstoffe nicht ge stört wird.

In der Praxis werden die genannten Reaktoren oder Kolonnen von Zeit zu Zeit von unten mit Hochdruck-Wasserstrahlen gereinigt. Dabei werden Reste des teilweise verbackenen und verbrauchten Katalysators entfernt. Um zu verhindern, daß Katalysatorteilchen bzw. Teile der Füllkörperschüttung, die beim Reinigungsvorgang nach oben geschleu dert werden, die Öffnungen des Verteilerbodens verstopfen, werden in den weiteren Durchbohrungen und in einem Winkel zu deren Innenwand angeordnete Leitbleche vorgeschlagen. Die schon oben genannten Prallplatten erfüllen diesen Zweck hinsichtlich der für den Zulauf der flüssigen Einsatzstoffe vorgesehenen Öffnungen im Verteilerbo den. Bei den Leitblechen ist es vorteilhaft, wenn die innerhalb ei ner weiteren Durchbohrung angeordneten Leitbleche sich überlappen. Damit auf den Leitblechen liegende Teilchen, z. B. des Katalysators wieder in den Reaktor bzw. die Kolonne zurückfallen, wird ferner vorgeschlagen, daß die Leitbleche nach unten, insbesondere um einen Winkel von etwa 15°, geneigt sind.

Die getrennte Zuführung der flüssigen und gasförmigen Einsatzstoffe zu den für sie bestimmten Öffnungen im Verteilerboden wird vorteil haft erreicht durch eine gemeinsame Zuführung der gasförmigen und der flüssigen Einsatzstoffe in den Reaktor bzw. die Kolonne und einen zwischen dieser Zuführung und dem Verteilerboden angeordneten Vorverteiler, in dem die gasförmigen Einsatzstoffe und die flüssigen Einsatzstoffe voneinander trennbar sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Vorverteiler als ein oberhalb des Verteilerbodens ange brachter und nach unten offener Behälter um Auslaßöffnungen in der gemeinsamen Zuführung herum angeordnet ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist dieser Behälter auch nach oben offen.

Um den Verteilerboden auch bei nur kleinen Stutzen und Öffnungen im Reaktor montieren zu können, ist es günstig, wenn der Verteilerboden aus mehreren, einzeln ein- und ausbaubaren kreissektorartigen Ele menten besteht.

Besonders vorteilhaft wird der erfindungsgemäße Verteiler zum Hydrieren, insbesondere zum Hydrieren von nativen Fetten, Ölen und deren Derivaten angewendet.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Kopf eines Festbett reaktors mit einer Ausführungsform des erfindungsge mäßen Verteilers,

Fig. 2 die als Detail "E" von Fig. 1 bezeichnete Zuführung im Längsschnitt und im Querschnitt,

Fig. 3 eine Draufsicht insbesondere auf den in Fig. 1 als Detail "H" bezeichneten Vorverteiler,

Fig. 4 ebenso,

Fig. 5 den in Fig. 1 als Detail "K" bezeichneten Verteilerboden in Draufsicht,

Fig. 6 Schnitt C-C aus Fig. 5,

Fig. 7 Schnitt E-E aus der folgenden Fig. 8,

Fig. 8 Detail "A" aus Fig. 5 in Aufsicht,

Fig. 9 Schnitt D-D nach Fig. 10 und

Fig. 10 Detail "G" aus Fig. 5 in Aufsicht.

In Fig. 1 ist der Kopf eines Hydrierreaktors im Längsschnitt dar gestellt. Das in der Achse angeordnete und mit Detail "E" bezeich nete gemeinsame Zulaufrohr (5) ist in der Achse des zylindrischen Reaktors angeordnet und ragt mit seinem unteren Ende in die Mitte eines Verteilerbodens hinein, auf dessen Grundplatte (1) die Ver teileinrichtungen angeordnet sind. Das Zulaufrohr (5) hat, wie be sonders deutlich in Fig. 2 zu sehen ist, acht axiale lotrechte und gleichmäßig über den Umfang verteilte Schlitze (9), aus denen im Betrieb das Gas-Flüssigkeitsgemisch radial gegen einen konzentrisch um die Schlitze (9) angebrachten Kranz (10) eines Vorverteilers spritzt. Dieser Vorverteiler, auch als Detail "H" bezeichnet und in den Fig. 3 und 4 besonders deutlich dargestellt, besteht neben dem Kranz (10), der die Form eines Zylindermantels hat, aus acht radialen Abtrennblechen (11). Dieser Vorverteiler ist nach oben und nach unten hin offen, jedoch ist der obere Rand des Kranzes (10) nach innen umgebogen, um ein Überspritzen der Flüssigkeit über den oberen Rand des Kranzes (10) zu verhindern. Dieser Kragen (12) ist in Fig. 4 besonders deutlich zu erkennen.

Nach dem Herausspritzen des Flüssigkeit-Gas-Gemisches aus den Schlitzen (9) und dem Zurückprallen von dem Kranz (10) fließt die Flüssigkeit nach unten auf die Grundplatte (1) des Verteilerbodens und das Gas entweicht durch die oberen Öffnungen im Vorverteiler in den Raum oberhalb des Verteilers. Eine Aufsicht des Verteilers ist als Detail "K" in Fig. 5 dargestellt. Die Grundplatte (1) besteht aus acht gleichmäßigen Kreissektoren (8), die an ihren angrenzenden, zur Achse des Reaktors hinweisenden Kanten miteinander verbunden sind.

Die an die benachbarten kreissektorartigen Elemente (8) angrenzenden Kanten (13) öffnen sich scherenartig nach außen, wie in Fig. 5 dargestellt. Diese Verkürzung der Elemente (8) dient der besseren Montierbarkeit der Elemente innerhalb des Reaktors. Die Kanten (13) sind nach oben hin hochgezogen, so daß die auf jedem der Elemente (8) angesammelte Flüssigkeit nur durch die Durchbohrungen (2) im Boden dieser Elemente abfließen kann. Der zwischen den Kanten (13) gebildete Spalt (14) wird von einander überlappenden und um einen Winkel von 15° aus der Waagerechten nach unten geneigten Leitblechen (14) überdeckt. Dies ist besonders deutlich in Fig. 6 dargestellt.

Jedes kreissektorartige Element (8) weist in etwa gleichmäßigem Ab stand voneinander Durchbohrungen (2) zum Durchtritt der Flüssigkeit auf. Weitere Bohrungen (3) mit größerem Durchmesser zum Gasdurch tritt sind ebenfalls vorgesehen, wie in den Fig. 1 und 5 beson ders gut dargestellt ist.

Fig. 8 zeigt die Aufsicht auf die Grundplatte (1) des Verteilerbo dens mit zwei Durchbohrungen (2), unter denen jeweils eine Prall platte (6) parallel zur Grundplatte (1) angeschraubt ist, wie aus den Fig. 7 und 8 hervorgeht.

Der Aufbau der weiteren Durchbohrungen (3), die zum Gasdurchtritt durch den Verteilerboden vorgesehen sind, ist in den Fig. 9 und 10 im Detail dargestellt. Auf die relativ große Öffnung (3) in der Grundplatte (1) ist ein Rohrstück in Form eines Kragens (4) aufge setzt, das an seiner Innenseite zwei Leitbleche (7) trägt, die um 15° gegen die Waagerechte nach unten geneigt sind und sich einander überlappen.

Der Verteilerboden liegt auf einem Rost (15) (Fig. 1 und 2) auf und weist außerdem einen Haltebügel (16) auf.

Der Verteilerboden ist unmittelbar oberhalb der Katalysatorschüttung im Reaktor angebracht. Die Reaktionspartner (Gas und Flüssigkeit) werden gemeinsam über einen Vorverteiler aufgegeben. Das Zweipha sengemisch wird diesem von oben durch ein Rohr (5) zugeführt, wel ches am unteren Ende, über den Umfang verteilt angeordnete, Aus trittsöffnungen (9) besitzt. Das Gemisch tritt hier radial aus dem Rohr aus. Die Flüssigkeitsphase spritzt dabei gegen einen Kranz (10), der in Höhe der Austrittsöffnungen um das Eintrittsrohr herum angebracht ist und wird von diesem auf den Verteilerboden abgelei tet. Der Gasstrom kann den Vorverteiler ungehindert nach oben und unten verlassen.

Bei Verwendung des beschriebenen Verteilersystems wird eine gleich mäßige Flüssigkeits-Flächenbelastung erreicht und damit eine ein heitliche Auslastung des Katalysators sichergestellt. Die hieraus resultierende höhere Ausnutzung des Kontakts schlägt sich nach Aus wertung der Modellversuche in einer Leistungssteigerung des Kataly sators von bis zu 40% nieder, die sich zum einen in einer höheren Flüssigkeitsbelastung (LHSV) und zum anderen in einer längeren Le bensdauer des Kontakts ausdrückt.

Bezugszeichenliste

1 Verteilergrundplatte
2 Durchbohrungen
3 weitere Durchbohrungen
4 Kragen
5 Zuführung, Zulaufrohr
6 Prallplatten
7 Leitbleche
8 kreissektorartiges Element
9 Schlitz
10 Kranz
11 Abtrennblech
12 Kragen
13 Kanten
14 Leitbleche
15 Rost
16 Haltebügel

Claims

1. Verteiler eines senkrecht stehenden Festbett-Rohrreaktors oder einer senkrecht stehenden Füllkörperkolonne zum Verteilen gas förmiger und flüssiger Einsatzstoffe am Kopf des Reaktors bzw. der Kolonne auf die Oberfläche des Festbetts bzw. der Füllkör perschüttung, mit einem Verteilerboden, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilerboden für die gasförmigen Einsatzstoffe und für die flüssigen Einsatzstoffe jeweils getrennte Verteileinrich tungen aufweist.

2. Verteiler nach Anspruch 1, mit Öffnungen im Verteilerboden, da durch gekennzeichnet, daß die Verteileinrichtungen für die flüssigen Einsatzstoffe als Öffnungen im Verteilerboden und die Verteileinrichtungen für die gasförmigen Einsatzstoffe als Überläufe mit einer den im Betrieb gewöhnlichen Flüssigkeits stand auf dem Verteilerboden übersteigenden Höhe ausgebildet sind.

3. Verteiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öff nungen Durchbohrungen (2) der Grundplatte (1) des Verteilerbo dens sind.

4. Verteiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überläufe als weitere Durchbohrungen (3) des Verteilerbodens mit darauf aufgesetzten, nach oben weisenden Kragen (4) ausgebildet sind.

5. Verteiler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kra gen (4) Rohrstücke sind.

6. Verteiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öff nungen im Verteilerboden im wesentlichen gleichmäßig auf diesem verteilt angeordnet sind.

7. Verteiler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rän der der für die flüssigen Einsatzstoffe vorgesehenen Durchboh rungen nach unten gezogen sind.

8. Verteiler nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch unterhalb der Öffnungen im Verteilerboden angebrachte Prallplatten (6).

9. Verteiler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatten (6) parallel zum Verteilerboden angeordnet sind.

10. Verteiler nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen derartigen Durchmesser und eine derartige Anordnung der Überläufe, daß die Strömung der flüssigen Einsatzstoffe nicht gestört wird.

11. Verteiler nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch in den weiteren Durchbohrungen (3) und in einem Winkel zu deren Innenwand ange ordnete Leitbleche (7).

12. Verteiler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die in nerhalb einer weiteren Durchbohrung (3) angeordneten Leitbleche (7) sich überlappen.

13. Verteiler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche nach unten, insbesondere um einen Winkel von etwa 15° geneigt sind.

14. Verteiler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine gemeinsame Zuführung (5) der gasförmigen und flüssigen Einsatzstoffe in den Reaktor bzw. die Kolonne und einen zwischen dieser Zuführung (5) und dem Verteilerboden angeordneten Vorverteiler, in dem die gasförmigen Einsatzstoffe und die flüssigen Einsatzstoffe von einander trennbar sind.

15. Verteiler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorverteiler als ein oberhalb des Verteilerbodens angeordneter und nach unten offener Behälter um Auslaßöffnungen (9) in der gemeinsamen Zuführung (5) herum angeordnet ist.

16. Verteiler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Be hälter auch nach oben offen ist.

17. Verteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver teilerboden aus mehreren, einzeln ein- und ausbaubaren kreissektorartigen Elementen (8) besteht.

18. Anwendung eines Verteilers nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zum Hydrieren, insbesondere zum Hydrieren von nativen Fetten, Ölen und deren Derivaten.