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In vielen Erdölraffinerieverfahren und anderen
chemischen Verfahrensbereichen kommen Vorrichtungen zum Abscheiden
von feinen Feststoffteilchen aus einem Fluidisierungsgas oder einem
anderen Gas und zum Trennen von feinen Feststoffteilchen von größeren Teilchen
zum Einsatz. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist das fluid-katalytische
Krack-Verfahren (FCC), hauptsächlich
zur Erzeugung von flüssigen
Erdöltreibstoffprodukten
aus schweren Dieselölen.
Die erwünschte
Reaktion findet statt, wenn vorerhitzter Dieselöleinsatz in Kontakt mit einem
heißen
Krack-Katalysator gebracht wird, der in Form eines feinen Pulvers
vorliegt, typischerweise mit einer Teilchengröße von etwa 10-200 Mikron, üblicherweise
mit einer mittleren Teilchengröße von etwa
70-100 Mikron. Die Katalysatorteilchen werden typischerweise mit
dem Kohlenwasserstoffeinsatz in einem Dünnphasen-Fluidisierungsbett
als Reaktionszone kontaktiert. Die Reaktionszone gibt ein Gemisch
aus gekrackten Dampfprodukten und verkokten Katalysatorteilchen
ab. Die verkokten Katalysatorteilchen werden von den gekrackten
Dampfprodukten mittels zweier oder mehrerer Zyklonseparatoren abgeschieden,
die in Reihe geschaltet sind. Der erste Zyklonseparator wird allgemein
als primärer
Zyklon bezeichnet. Die gasförmige
Abgabe des primären
Zyklones wird typischerweise einem sogenannten sekundären Zyklon
aufgegeben, in welchem der gekrackte Dampf weiter von dem verkokten
Katalysator abgeschieden wird. Der Katalysator kann von dem Abgas
in einer Reaktorzone mittels mehr als einer Kombination von primären und
sekundären
Zyklonen getrennt werden, die im Parallelbetrieb arbeiten. Die abgetrennten
verkokten Katalysatorteilchen werden einer Abstreifzone über Tauchleitungen
zugeführt,
die aus den primären
und sekundären
Zyklonen vorstehen. Die Abstreifzone ist typischerweise ein dichtes
Fluidisierungsbett, welchem ein Abstreifmedium als Fluidisierungsmittel
zugeführt
wird. Die gestrippten Katalysatorteilchen werden dann einer Regenerationszone
zugeführt,
in welcher der Koks mit einem sauerstoffhältigen Gas abgebrannt wird, typischerweise
Luft, um regene rierte Katalysatorteilchen zu formen. Der regenerierte
Katalysator wird in die Reaktionszone zurückgeführt, wo er frischen Einsatz
kontaktiert.
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Eine praktische Situation, die bei
in einem FCC-Betrieb verwendeten primären Zyklonen angetroffen wurde,
ist jene, daß infolge
des Überdruckes innerhalb
des Zyklones relativ zur Reaktorzone gekrackter Dampf über die
Tauchleitung in die Abstreifzone austreten kann. Dies ist nachteilig,
weil diese Gase zur Koksbildung in dieser Zone beitragen und außerdem die
Gesamtproduktionsleistung negativ beeinflussen. Eine konventionelle
Lösung
für dieses Problem
besteht darin, das untere Ende der Tauchleitung in das dichte Fluidisierungsbett
der Abstreifzone einzutauchen, wobei gegebenenfalls unter der unteren
Tauchleitungsöffnung
eine horizontale Platte angeordnet wird, die auch als Dollarplatte
bezeichnet wird. Im Falle eines Druckanstieges treten Kohlenstoffproduktgase über die
Tauchleitung wegen des Vorhandenseins des dichten Fluidierungsbettes
im unteren Teil der Tauchleitung nicht aus und weil eine verringerte Öffnung zwischen
der Öffnung
der Tauchleitung und der Dollarplatte vorhanden ist. Es ist jedoch
nicht immer möglich,
beispielsweise aus geometrischen Beschränkungen, die Tauchleitung des primären Zyklones
in die dichte Phase des Abstreifbettes einzutauchen. Eine Alternative
besteht darin, daß das
untere Abgabeende des primären
Zyklones oberhalb des Niveaus des Dichtphasen-Fluidisierungsbettes
angeordnet wird und ein Ventil oder eine Dichtung an diesem Abgabeende
vorhanden ist. Das Ventil oder die Dichtung stellen sicher, daß eine ausreichende
Katalysatorsäule
in der Tauchleitung vorhanden ist, wodurch verhindert wird, daß Kohlenwasserstoffgase über die
Tauchleitung in die Abstreifzone austreten. Ein Problem, das mit
Ventilen und Dichtungen als Mittel zur Verhinderung eines Austrittes von
Kohlenwasserstoffen in die Abstreifzone über eine Tauchleitung des primären Zyklones
auftritt, besteht darin, daß sie
infolge mechanischen Versa gens oder Verlegens wegen der starken
Katalysatorströmung
durch die Tauchleitung nicht verläßlich sind. Typischerweise
werden zwischen 5 und 50 Kilotonnen Katalysator täglich über eine
Tauchleitung eines primären
Zyklonen abgegeben. Im Gegensatz dazu werden nur etwa zwischen 5
und 1000 Tonnen täglich von
einer Tauchleitung eines sekundären
Zyklones abgegeben. Im normalen FCC-Betrieb müssen solche Ventile zumindest
drei Jahre ohne Versagen arbeiten, und derzeitige Ausführungsformen
neigen während
einer derart langen Zeitspanne zum Versagen. Beispielsweise stellen
Rieselventilausbildungen, die sich zur Verwendung als Ventile unter
einer Tauchleitung eines sekundären
Zyklones eignen, im allgemeinen keine verläßliche Konstruktion dar, die sich
für primäre Zyklone
eignen würde.
Es besteht somit die Notwendigkeit einer verläßlichen Ventilausbildung, die
am Abgabeende des primären
Zyklones einer FCC-Behandlungseinheit vorgesehen werden kann. Die
vorliegende Erfindung schafft ein solches Ventil.
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Die US-A-5101855 offenbart eine Rieselventilanordnung,
die innerhalb des unteren Endes einer vertikalen Tauchleitung angeordnet
ist. Das Ventil umfaßt
ein Paar von zusammenwirkenden becherförmigen Toren, die derart angeordnet
sind, daß die
gegenseitige Schwenkbewegung zwischen einer Schließstellung,
in welcher die Tore entlang einer Mittellinie aneinandergrenzen,
und einer Offenstellung möglich
ist, in welcher die Tore um eine horizontale Achse nach außen schwenken.
Andere Ventile nach dem Stand der Technik sind beispielsweise in
der WO-A-9724412, US-A-5101855, US-A-4871514, US-A-5740834 und GB-A-2212248
beschrieben. Dichtungen nach dem Stand der Technik sind beispielsweise
in der US-A-4502947 beschrieben.
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Die verläßliche Ventilausbildung gemäß der Erfindung
ist ein Rieselventil, das am unteren Ende einer vertikalen Tauchleitung
eines Gas-Feststoff-Abscheiders angeordnet ist, mit einem Paar von
zusammenwirkenden becherförmigen
Toren, die derart angeordnet sind, daß eine gegensinnige Schwenkbewegung
zwischen einer Schließstellung,
in welcher die Tore entlang einer Mittellinie aneinandergrenzen, und
einer Offenstellung möglich
ist, in welcher die Tore um eine horizontale Drehachse nach außen schwenken,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes
Tor mit Mitteln zum Andrücken
der Tore in die Schließstellung
versehen ist und zumindest ein Tor mit einer Öffnung ausgestattet ist.
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Das Rieselventil gemäß der Erfindung
hat sich als im Betrieb verläßlich, erosionsfest
und verschmutzungssicher herausgestellt, während eines Zeitraumes von
zumindest 3 Jahren und sogar bis zu 5 Jahren.
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Die becherförmigen Tore des Rieselventiles sind
befähigt,
das untere Ende der Tauchleitung zu verschließen, abgesehen von der Öffnung in
zumindest einem Tor. Das untere Ende der Tauchleitung ist zweckmäßig ein
horizontaler Abschnitt der rohrförmigen
Tauchleitung, die einen Ventilsitz bildet. Wenn sie nicht in Gebrauch
sind, befinden sich die becherförmigen
Tore in der Schließstellung,
in welcher die Tore entlang einer Mittellinie aneinandergrenzen. Diese
Mittellinie ist zweckmäßig parallel
zur Drehachse der becherförmigen
Tore. Es hat sich gezeigt, daß es
wesentlich ist, daß eine
bestimmte Kraft auf die Tore ausgeübt wird, um die Tore in die
Schließstellung
zu drücken.
Das Öffnen
und Schließen
der becherförmigen
Tore hängt
vom Gewicht der Teilchen und vom Gasdruck innerhalb der Tauchleitung
ab, sowie dem Gasdruck außerhalb
der Tauchleitung. Wegen der die Tore in die Schließstellung
drückenden Kraft
werden sich die Tore nur geringfügig öffnen, wenn
der Zyklon in Betrieb ist, was zur Folge hat, daß von den Katalysatorteilchen
ein bestimmter Druck überwunden
werden muß,
wenn sie aus der Tauchleitung abgegeben werden. Dies ist vorteilhaft,
weil dadurch sichergestellt wird, daß eine konstantere Katalysatorströmung aus
der Tauchleitung abgegeben wird, was in einer weniger häufigen Bewegung
des Ventiles bzw. in einer weniger mechanischen Abnützung des
Ventiles resultiert. Ein weiteres Ergebnis ist, daß wegen
der Säule
aus Katalysatorteilchen, die im unteren Ende der Tauchleitung vorhanden
ist, gekrackter Dampf weniger wahrscheinlich über die Tauchleitung austritt.
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Die Mittel zum Andrücken der
Tore sind zweckmäßig Gegengewichte,
wobei das Gegengewicht zweckmäßig Teil
des becherförmigen
Tores ist, das sich bezüglich
der Längsachse
der Tauchleitung und der Drehachse nach außen erstreckt. Die von den
Gegengewichten aufgebrachte Kraft reicht vorzugsweise aus, damit
die Tore, wenn sie in Gebrauch sind, auf eine ausreichende Öffnungsfläche öffnen. Diese
Kraft kann für
jede individuelle Situation vom Fachmann leicht bestimmt werden.
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Es hat sich auch gezeigt, daß das Vorhandensein
einer Öffnung
in zumindest einem der becherförmigen
Tore und vorzugsweise in beiden Toren wesentlich ist, um eine glatte
Abgabe der Katalysatorteilchen aus dem unteren Ende des Tauchrohres,
insbesondere in einer Start-up-Phase, zu erreichen. Im Gebrauch
wurde beobachtet, daß der
Katalysator durch die Öffnungen
in den becherförmigen Toren
und durch die kleine schlitzförmige Öffnung strömt, die
entlang der Mittellinie der teilweise geöffneten Tore vorhanden ist.
Es wird angenommen, daß die
resultierenden drei Katalysatorströme die becherförmigen Tore
stabilisieren und verhindern, daß sie häufig schließen und öffnen. Die becherförmigen Tore
sind vorzugsweise zueinander symmetrisch ausgebildet. Die Öffnungen
werden zweckmäßig nahe
der Drehachse der becherförmigen
Tore vorgesehen. Die Fläche
einer Öffnung
in einem Tor kann zweckmäßig zwischen
2 und 10 % der Querschnittsfläche
der Tauchleitung betragen.
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Der Gas-Feststoff-Abscheider kann
irgendein Abscheider sein, der zum Trennen großer Mengen von Feststoffen
aus einem gasförmigen Strom
verwendet werden kann, und der mit einer Tauch- Zeitung ausgestattet ist. Unter Tauchleitung wird
im vorliegenden Zusammenhang ein vertikal angeordnetes, langgestrecktes
rohrartiges Element verstanden, das in Strömungsverbindung mit dem oberen
Ende eines Feststoffauslasses des Gas-Feststoff-Abscheiders steht,
und am unteren Ende eine Öffnung
hat, welche die Feststoffe abgibt, die durch das Tauchrohr strömen. Der
Gas-Feststoff-Abscheider ist zweckmäßig ein horizontaler oder vertikaler Zyklonabscheider.
Beispiele sogenannter horizontaler Zyklonabscheider mit einer Tauchleitung
sind in der EP-A-332277 beschrieben. Typischerweise wird der Zyklonabscheider
von vertikalem Typ sein, von dem Beispiele in der WO-A-972358, US-A-3661799, US-A-4502947
und US-A-5039397 beschrieben sind.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf
eine fluid-katalytische Krack-Behandlungseinheit mit einem Dünnphasen-Fluidisierungsbett
als Reaktionszone mit einem Auslaß, der in Strömungsverbindung
mit einem primären
Gas-Feststoff-Abscheider steht, der eine Tauchleitung und ein Kieselventil
gemäß der Erfindung
aufweist, wie hier beschrieben, sekundäre Gas-Feststoff-Abscheidemittel
zum Trennen der Katalysatorteilchen, die noch immer in dem gekrackten Dampf
vorhanden sind, welcher die primären Gas-Feststoff-Abscheidemittel
verläßt, ein
Dichtphasen-Fluidisierungsbett
als Abstreifzone, in welches der auf diese Weise abgeschiedene Katalysator
von den Gas-Feststoff-Abscheidemitteln abgegeben werden kann, und
in welchem das Kieselventil oberhalb des Bettniveaus des Dichtphasen-Fluidisierungsbettes
angeordnet ist, und eine Regenerationszone, in welcher Koks von
den gestrippten Katalysatorteilchen entfernt werden kann, und Mittel
zum Zuführen des
regenerierten Katalysators zur Reaktionszone. Zweckmäßige Ausführungsformen
eines Dünnphasen-Fluidisierungsbettes,
primärer
und sekundärer Gas-Feststoff-Abscheider,
Abstreifzonen und Regenerationszonen sind dem Fachmann gut bekannt
und beispielsweise im einleitenden Teil dieser Beschreibung und
in den vorerwähnten
Patentver Öffentlichungen
EP-A-332277, W0-A-972358, US-A-3661799, US-A-4502947 und US-A-5039397 angegeben.
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Aus Zweckmäßigkeitsgründen wird die Erfindung nachfolgend
in besonders detaillierter Form unter Bezugnahme auf einen Fluidisierbett-Reaktor
beschrieben, der einen einzigen vertikal angeordneten, primären und
sekundären
Zyklon aufweist, wobei der primäre
Zyklon an seiner Unterseite eine Tauchleitung hat, welche in einem
Rieselventil gemäß der Erfindung
endet.
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1 ist
ein Vertikalschnitt eines Gefäßes mit
einem primären
und einem sekundären
Zyklonabscheider, die innerhalb des Gefäßes angeordnet sind, an welchem
ein Rieselventil gemäß der Erfindung
befestigt ist.
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Die 2(a), (b) und (c) illustrieren
schematisch Seitenund Vorderansichten eines Rieselventiles gemäß der Erfindung.
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1 zeigt
eine fluid-katalytische Krack-Einheit 1 mit einer äußeren Schale 2,
die mit einem Riser 3 versehen ist, in welchem verdampfte
Kohlenwasserstoffe durch Kontakt mit heißen fluidisierten Katalysatorteilchen
gekrackt werden, die in einem Kohlenwasserstoffdampf oder -gas suspendiert
sind. Das Gemisch aus heißem
Kohlenwasserstoffdampf und fluidisierten Katalysatorteilchen wird
aus dem Riser 3 in das Reaktorgefäß an einer Stelle innerhalb
der oberen Zone oder Abgabezone des Gefäßes 4 abgegeben. Diese
obere Zone enthält
eine Vielzahl von primären
und sekundären
Zyklonen zum Abscheiden der Teilchen aus dem Dampf, von denen der
Zweckmäßigkeit
halber jeweils nur einer, 5 und 6 gezeigt sind. Die Katalysatorteilchen
und der heiße
Kohlenwasserstoffdampf treten in einen primären Zyklon 5 über einen
Eingang 7 zur primären
Trennung des Kohlenwasserstoffdampfes und der Katalysatorteilchen
ein. In dem primären
Zyklon 5 werden die meisten, aber nicht alle Katalysatorteilchen
von dem Kohlenwasserstoffdampf abgeschieden und gelangen in eine
Tauchleitung 8, wobei sie aus der Tauchleitung 8 über ein
Rieselventil 9 austreten und dann in eine darunter liegende
Abstreifzone 10 fallen. Der aus dem primären Zyklon
austretende Dampf enthält
immer noch einige Katalysatorteilchen und wird sekundären Zyklonen
zugeführt,
von denen der Zyklon 6 nur ein illustratives, aber nicht
beschränkendes
Beispiel ist. Somit tritt der Kohlenwasserstoff-Produktdampf, der
die verbleibenden Teilchen enthält,
in den sekundären
Zyklon 6 über
einen Eingang 11 ein, von welchem der Dampf über eine
Leitung 12 in ein Plenum 13 gelangt und dann durch
eine Leitung 14 austritt. Die Katalysatorteilchen, die
aus dem Produktdampf in den sekundären Zyklon 6 abgeschieden werden,
werden über
die Tauchleitung 15 in eine darunter gelegene Abstreifzone 10 für verbrauchten
Katalysator geleitet. Ein Abstreifgas, wie Dampf, wird nahe der
Unterseite der Einheit über
eine Leitung 16 eingeführt
und streift verbleibende verdampfbare Kohlenwasserstoff-Flüssigkeiten
von den verbrauchten Katalysatorteilchen ab, um zusätzlichen
Kohlenwasserstoffdampf und Dampf zu erzeugen, der über einen
Schlitz 17 abgegeben wird. Ein Rieselventil 18 ist
an der Unterseite der Tauchleitung 15 des sekundären Zyklones 6 angeordnet.
Die verbrauchten Katalysatorteilchen werden in der Zone 10 aus
der Krack-Einheit über
eine Leitung 19 entfernt, von wo sie zu dem (nicht gezeigten)
Katalysator-Regenerator geleitet werden. Das Rieselventil 9 ist
ein Rieselventil gemäß der Erfindung
und wird nachstehend im Detail beschrieben.
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2(a) zeigt
eine Untersicht des Ventilsitzes am Abgabeende der primären Tauchleitung,
wobei das Rieselventil gemäß der Erfindung
entfernt ist. 2(b) zeigt schematisch
eine Untersicht eines teilweise geöffneten Rieselventiles gemäß der Erfindung,
das auf dem Ventilsitz von 2(a) montiert ist. 2(c) ist eine Querschnittsdarstellung
des Rieselventiles nach der Linie AA' in 2(b).
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2(a) zeigt
einen Ventilsitz 21 und Mittel 22 zum Befestigen
der becherförmigen
Tore, derart, daß eine
Drehbewegung entlang der Linie 25 möglich ist. In 2(a) ist
auch das Innere 20 der primären Tauchleitung 8 gezeigt.
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Die 2(b) und 2(c) zeigen zwei becherförmige Tore 23,
die eine Öffnung 24 aufweisen
und mit Armen 26 verbunden sind, die sich von der Tauchleitung
nach außen
erstrecken und in einem Gegengewicht 27 enden. In 2(b) ist ein Teil des Inneren 20 der
Tauchleitung 8 durch den Schlitz 28 sichtbar.
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Die Erfindung wird anhand der folgenden, nicht
beschränkenden
Ausführungsbeispiele
illustriert.
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Beispiel 1 Durch eine vertikale
rohrförmige Leitung
mit einem Durchmesser von 0,2 m wird ein sich nach unten bewegender
Katalysatorstrom von 500 Tonnen/Tag über ein Rieselventil gemäß der Erfindung
abgegeben, das in 2 dargestellt ist.
Die Gegengewichte wurden derart gewählt, daß während des Betriebes die Öffnung zwischen
den beiden symmetrischen becherförmigen
Toren und dem Ventilsitz etwa 3 Grad betrug. Die Öffnungen
in beiden Toren hatten eine Gesamtfläche von 16 cm2 und
die durch alle Schlitze gebildete Fläche betrug während des Betriebes 60 cm2. Das verwendete Pulver war ein frischer
Vollbereichs-FCC-Katalysator. Das Rieselventil wurde während 1
Stunde ohne irgendwelche Probleme betrieben. Katalysatorströme wurden
durch die Öffnungen
in den Toren und durch den Schlitz zwischen den Toren entlang der
Mittellinie festgestellt. Der Test wurde unter Berücksichtigung
der Start-up-, Shut-down- und Re-start-Phasen erfolgreich wiederholt
und auch mit einem träg
fließenden Katalysatorstrom
erfolgreich ausgeführt.
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Vergleichsexperiment
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Beispiel 1 wurde wiederholt,
außer
daß die becherförmigen Tore
nicht mit Öffnungen
versehen waren. Das Ergebnis war ähnlich, sobald die Strömung hergestellt
war. Es war jedoch nicht immer möglich,
eine ausreichende Abwärtsströmung des Katalysators
während
der Start-up-Phase durch das Tauchleitungsventil zu erzeugen, was
zu einem Überfluten
der Tauchleitung führte.
In einer kommerziellen Einheit hätte
dies dazu geführt,
daß das Start-up
nicht erfolgreich war, was in einer zusätzlichen Betriebsunterbrechung
resultiert hätte.
Ein verläßlicher
Start der Strömung
wurde nur durch Belüften
der Unterseite der Tauchleitung erreicht; dies ist jedoch keine
praktische Lösung.
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Kommerzielles
Beispiel
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Die im Beispiel 1 beschriebene
Vorrichtung wurde in einem FCC-Reaktor
von kommerziellen Ausmaßen
getestet. Die Tauchleitung des Erststufen-Separators hat einen Durchmesser
von 0,8 m, und 20 Kilotonnen pro Tag des Katalysators wurden abgegeben.
Die Vorrichtung durchlief eine erfolgreiche Start-up-Phase und einen
ununterbrochenen Betrieb während
drei Jahren und blieb auch danach in Betrieb.