DE576961C - Verfahren und Vorrichtung zur Kuehlung bzw. Temperaturregelung von katalytisch wirkenden Massen bei ihrer Regeneration - Google Patents

Description

Es ist bekannt, Gase oder Gemische von Gasen und Dämpfen in Gegenwart von katalytisch oder reinigend wirkenden Stoffen zu behandeln und diese Stoffe wiederzubeleben. Es wurde schon eine in der katalytisch oder reinigend wirkenden Masse eingebettete Vorrichtung beschrieben, die aus einem bündel- oder schlangenfÖrmigen System von Röhren besteht, in denen ein Kühlmittel zirkuliert. Dieses soll während der Regeneration jede schädliche Temperaturerhöhung, die durch Verbrennung der Niederschläge in der Masse eintreten könnte, verhindern.

Es wurde erkannt, daß es für dieses Kühlverfahren, das sich im Innern der periodisch regenerierten Masse abspielt, unbedingt notwendig ist, daß ein systematischer Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und der zu kühlenden Substanz stattfindet, wenn ein befriedigendes wirtschaftliches Ergebnis erzielt werden soll. Dieser systematische Wärmeaustausch ist aber praktisch undurchführbar, wenn man als Kühlmittel einen Gasstrom benutzt, der sich fortschreitend in dem Maße erwärmt, wie er in dem Röhrenbündel des Austauschers fortschreitet. Die Temperaturen des eintretenden Gasstromes unterscheiden sich daher sehr wesentlich von denen des austretenden.

Dabei ergeben sich Unzuträglichkeiten, die bei Verwendung eines flüssigen Kühlmittels die gleichen sind, wenn man, wie bisher, mit dauernd mit Flüssigkeit gefüllten Rohren arbeitete.

Das Verfahren gemäß der Erfindung betrifft die an sich bekannte Verwendung eines Wärmeaustauschers, der aus einem Rohrbündel (auch Schlange o. dgl.) besteht, in dem eine Flüssigkeit, wie z. B. Wasser, zirkuliert und wobei das Rohrbündel die zu regenerierende, katalytisch oder reinigend wirkende Masse durchzieht. Der Querschnitt der Rohrleitung und die durchfließende Kühlmittelmenge sind nun derartig bemessen, daß auf der ganzen Länge des Rohres gleichzeitig neben der Flüssigkeit ein Gasraum für eine dauernde Verdampfung vorhanden ist. Dadurch wird die in allen Rohren herrschende Temperatur konstant auf der Höhe des bei dem Zirkulationsdruck herrschenden Siedepunktes gehalten.

Jedes Element des Rohrbündels, das immer mit Flüssigkeit bis zu einem solchen Niveau gefüllt bleibtdaßnoch__eine_ Verdampfung möglich ist, ^^^ipTaJs. Kodier, äer bei konstänter Tem|er'a^:tur Dampf erzeugt. Mit den bisher angewandten Methoden eines zirkulierenden Gas- oder Flüssigkeitsstromes be-

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gnügte man sich, das Kühlmittel auf Kosten der umgebenden Temperatur zu erwärmen, ohne sich mit der Aufrechterhaltung einer bestimmten Temperatur zu beschäftigen und ohne dieseKonstanz verwirklichen zu können. Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, zum Konstanthalten einer Katalysatortemperatur Rohre in eine katalytisch wirkende Masse einzubetten, die senkrecht in ihr ruhen ίο und bis zur Höhe der Katalysatorfüllung innen mit flüssigem Quecksilber gefüllt sind. Die aus der Masse herausragenden Rohrteile werden gekühlt und dienen als Rückflußkühler. Eine Vermeidung lokaler Überhitzungen bei Regenerationsvorgängen, die erfindungsgemäß erreicht wird, ist aber mit dieser Vorrichtung nicht möglich, weil die an einer beliebigen, tiefergelegenen Stelle auftretende überschüssige Wärme erst durch das ganze Quecksilber mittels Wärmeleitung hindurch muß, ehe sie an der Oberfläche als Verdampfungswärme unschädlich wird. Außerdem nimmt der aus dem Katalysatorraum herausragende Teil einen unverhältnismäßig großen Raum ein, und schließlich ist wegen der ruhenden Rohrfüllung der Wärmeübergang schlecht.

Das vorliegende Verfahren stellt eine neue Lösung auf dem angegebenen Gebiet dar, und es löst das Problem in der angegebenen Weise durch ein Rohrbündel, das bis zu einem bestimmten geeigneten Niveau mit Flüssigkeit gefüllt ist. Die dem Austausch zufließende Flüssigkeitsmenge wird selbstverständlich, soweit das abfließende Wasser nicht hinreicht, durch Zugabe der im Laufe des Kühlprozesses verdampften Wassermenge ergänzt.

Eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Anwendung des vorliegenden Verfahrens ist auf der Zeichnung beispielsweise in ein an sich bekanntes Apparatelement eingebaut. Die Fig. ι zeigt ein derartiges Element in der Ansicht mit einem, teilweisen Längsschnitt.

Die Fig. 2 ist ein entsprechender Querschnitt.

Ein derartiger Apparat, der z. B. zur Verdampfung und Krackung von Kohlenwasserstoffölen benutzt werden kann, besteht aus einer zusammenhängenden Einheit a-b, in der in bekannter Weise die Verdampfung des Öls in dem oberen Teil α erfolgt, während die katalytisch^ Krackung in dem unmittelbar anschließenden, darunter angeordneten Teil b stattfindet. Die Regeneration des Katalysators b², mit dem die Krackkammer gefüllt ist, und die Regeneration der Masse a¹, mit welcher der Verdampfer gefüllt ist, kann gleichzeitig durch Zufuhr von Blaseluft durch b^s in den unteren Teil b erfolgen.

Im Innern der Masse b¹ ist ein Wärmeaustauscher angeordnet, der z. B. aus einer Schlange besteht, deren waagerechte Elemente i, 2, 3 ... 9, io untereinander so verbunden sind, wie es die Abbildung zeigt. In dieser Schlange läßt man während der Regenerationsperiode eine Kühlflüssigkeit, wie z. B. Wasser, zirkulieren, die bei 1 durch ein Rohr G zugegeben wird. In gewissen Abständen führen Dampfleitungen d, d¹ zu einem Sammler e, an dessen unterem Ende das Element 10 der Schlange mündet. Unten an dem Sammler e ist ein Behälter f angebracht, von wo aus das kondensierte Wasser durch eine Pumpe g und durch eine Rohrleitung k an den Ausgangspunkt der Kühlwasserspeiseleitung c gedrückt wird.

Gemäß der Erfindung sind die Querschnitte der Rohrleitungen 1 ... 10 und die Menge des durch die Speiseleitung c zugeführten Wassers so aufeinander abgestimmt, daß auf der ganzen Länge der Rohre 1, 2 ... 10 bei fortlaufendem Fließen des Kühlmittels dauernd ein freier Flüssigkeitsspiegel aufrechterhalten wird, wie dies Abb. 2 zeigt, damit eine dauernde Verdampfung in den einzelnen Kochelementen, wie sie die hintereinandergeschalteten Rohre darstellen, sichergestellt ist und die Temperatur in jedem Rohr 1, 2 ... 10 konstant gleich der Siedetemperatur des Kühlmittels unter dem Zirkulationsdruck ist.

Daneben kann es zweckmäßig sein, durch Anbringen kleiner Staubleche, die die* Höhe des zu haltenden Flüssigkeitsstandes haben, am Ende jedes der Rohre 1, 2 ... 10 ein einfaches Abfließen des Kühlmittels zu verhindern.

Wie schon oben gesagt, wird die Zufuhr durch die Rohrleitung c konstant gehalten, und zwar ist die zugesetzte Wassermenge gleich der im Kreislauf verdampften Wassermenge. Der in e¹ gewonnene Wasserdampf, der durch den Sammler e entweicht, kann beliebigen Verwendungszwecken zugeführt werden.

Um die Wirtschaftlichkeit des beanspruchten Verfahrens zu beweisen, kann es durch folgendes Beispiel erläutert werden:

Ein Apparat, wie er beschrieben worden ist und dessen Inhalt an zu regenerierender Katalysator- oder feuerfester Masse 900 1 beträgt und der in einem Ofen auf 450° gehalten wird, muß, wenn man die Regeneration industriell technisch vorteilhaft durchführen will, während der Regenerationsperiode eine derartige Abkühlung erfahren, daß die Temperatur in den Apparaten a-b 55°° nicht übersteigt. Dadurch, daß in der zu regenerierenden Masse eine mit 550° begrenzte, konstante Temperatur herrschen soll und in dem Ofen, in dem der Apparat a-b untergebracht ist,

eine solche von 450⁰ aufrechterhalten wird, treten dauernd zwischen der in Regeneration befindlichen Masse und dem Ofen 10 000 Kalorien/Stunde durch die metallische Trennwand des Apparates a-b. Der Luftbedarf in dem untersuchten Beispiel ist 84 m³/h, und die Menge des pro Stunde verbrannten Kohlenstoffs beträgt 10,9kg, was eine Regenerationszeit ergibt, die mindestens gleich der Dauer

to der Arbeitsperiode ist. Während der Regeneration hat man durch den Wärmeaustauscher im Mittel 120 kg Wasser/h zirkulieren lassen, bestehend aus 60 kg Wasser, das am Ausgang des Austauschers mit ioo° wiedergewonnen worden ist, und 60 kg Frischwasser. Man gewinnt also durch die Abdampf leitung e^x auf diese Art 60 kg Dampf/h. Das Verfahren gestattet nicht nur, in dem Austauscher 1, 2 ... 10 eine konstante Temperatur sicherzustellen, sondern bietet auch bei Verfahren, bei denen man bisher keine Kühlung anwandte, einen wesentlichen Zeitgewinn bei der Regeneration, und bei Verfahren, bei denen bereits mit Kühlung gearbeitet

«5 wird, bewirkt es durch einen methodischen und gleichmäßigen Wärmeaustausch eine erheblich verbesserte Wirtschaftlichkeit im Wasserverbrauch und einen zusätzlichen Wärmegewinn in Form von entstehendem Wasserdampf.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Kühlung bzw. Temperaturregelung von katalytisch wirkenden Massen bei ihrer Regeneration mittels Kühlschlangen, Rohrbündeln u. dgl., da-, durch gekennzeichnet, daß man in einem horizontalen oder annähernd horizontalen Kühlrohrsystem, in dem ein flüssiges Kühlmittel .dauernd zirkuliert, wenigstens an allen Stellen, an denen ein Wärmeaustausch erfolgt, durch die Bemessung des Rohrquerschnitts und der Flüssigkeitsmenge über der Flüssigkeit ein freies Volumen aufrechterhält.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den Kühlschlangen Abzweigungen (d und d¹) in einen Sammler (e) münden, in dem eine Trennung des Dampfes von dem nicht verdampften Kühlmittel erfolgt.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen