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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1 zur Abtrennung von Feststoffen aus Gasen.
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Gemäß dem vorliegenden
Verfahren wird ein gasförmiger
Strom, der Feststoffe mit sich führt,
in eine Trennvorrichtung geführt,
die eine Trenneinheit umfasst, die aus zumindest zwei Zyklonen mit
Mehrfacheinlässen
gebildet wird, wobei die Feststoffe aus der gasförmigen Phase durch die Wirkung
der Zentrifugalkraft abgetrennt werden.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf eine Zyklonvorrichtung gemäß dem Oberbe-griff
von Anspruch 13, umfassend eine Anordnung, die aus zumindest zwei
Zyklonen mit Mehrfacheinlässen
gebildet ist.
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Das
Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sind insbesondere
zur Verwendung in Verbindung mit Verfahren geeignet, die die Behandlung
von Kohlenwasserstoffen betreffen. Diese Verfahren umfassen beispielsweise
katalytisches und thermisches Cracken, Dehydrierung, Fischer-Tropsch-Synthese,
Darstellung von Maleinsäureanhydrid
sowie oxidative Dimerisierung von Methan. Zusätzlich dazu ist die Erfindung
jedoch auch allgemein für
die Abtrennung von Feststoffen aus einem gasförmigen Strom geeignet. Entsprechend
kann ein weiteres Hauptanwendungsgebiet in der Erzeugung von thermischer
und elektrischer Energie gesehen werden, wobei die offenbarte Technik insbesondere
zur Verwendung in Verbindung mit Fest-Brennstoff befeuerten Kesseln
geeignet ist.
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Verfahren
zur Kohlenwasserstoffumwandlung werden üblicherweise unter Verwendung
von Festbettreaktoren und Fließbettreaktoren
(katalytische Fließbettreaktoren)
durchgeführt.
In dem vorliegenden Zusammenhang wird die Bezeichnung „Vorrichtung
für katalytisches
Fließverfahren" in Bezug auf Vorrichtungen
verwendet, die für
Verfahren mit einem feinkörnigen
pulverisierten Katalysator verwendet werden, der beispielsweise
in einem langsam aufwärts steigenden
gasförmigen
Strom suspendiert ist, wobei der Katalysator die gewünschten
Reaktionen begünstigt.
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Eins
der am weitesten eingesetzten katalytischen Fließbettreaktorsysteme im Stand
der Technik ist die FCC-Vorrichtung, das heißt, eine Fließbettvorrichtung
zum katalytischen Cracken, die im Allgemeinen als ihre Hauptkomponenten
ein röhrenförmiges Steigrohr,
das in dem Wirbelschichtzustand mit erhöhtem Fluidisierungsstrom betrieben
wird, einen großvolumigen
Reaktor, der in einem verdünnten Suspensionszustand
betrieben wird, und einen Regenerator umfasst, der in dem Fließbettzustand
betrieben wird.
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Bei
einer FCC-Einheit liefern das Steigrohr und der großvolumige
Reaktor einen gasförmigen Strom
aus suspendierten Feststoffen, dessen partikulärer Feststoff und Produktgas
in Zyklonen voneinander getrennt werden, deren Wirkungsweise auf
der Zentrifugalkraft basiert. Typischerweise wird der gasförmige Strom
durch eine Kette mehrfacher Zyklonen geführt, um den Gesamtwirkungsgrad
der Abtrennung zu verbessern, da einzelne Zyklone mit normaler Bauweise
eine schlechtere Trennleistung für
Partikel aufweisen, die kleiner als 15 μm sind.
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Zyklonabscheider
besitzen entweder eine gewendelte oder spiralförmige Struktur, in der die partikuläre Feststoffsuspension
als ein tangentialer Strom in den zylindrischen Abschnitt des Zyklons
gerichtet wird, wodurch die Katalysatorpartikel nahe an die innere
Wand getrieben werden und sie auf diese Weise aus dem Gas durch
Zentrifugalkraft abgetrennt werden, wenn der Strom typischerweise
7–9 Umläufe innerhalb
des zylindrischen Abschnitts des Zyklons und dann in dem konischen
Abschnitt, der eine Weiterführung
davon bildet, herumwirbelt. Es sind auch axial betriebene Zyklone
bekannt, bei denen der Gasstrom, der durch eine Röhre fließt, mittels
Schieber in eine umlaufende Bewegung gezwungen wird, wodurch die
Feststoffe durch Zentrifugalkraft gegen die Röhrenwand getrieben werden und somit
aus dem Gasstrom abgetrennt werden.
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Axial
betriebene Zyklone sind in den
Patentoffenlegungsschriften
GB 1,592,051 und
GB 1,526,509 beschrieben.
Wie in den zitierten Veröffentlichungen
offenbart, umfasst ein axial betriebener Zyklon eine röhrenförmige Zyklonkammer
mit einer Einlassöffnung
an ihrem ersten Ende für
den zu behandelnden Gasstrom und einer Auslassöffnung an ihrem anderen Ende
für das
behandelte Gas. Diese Art Zyklon wird für die Verwendung in Verbindung
mit interner Verbrennung, Diesel- und Düsenantriebsmotoren, Turbinen
und ähnlichen
Anlagen vorgeschlagen, die saubere Ansaugluft benötigen.
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Strengere
Umweltrichtlinien für
saubere Luft und einen verbesserten Wirkungsgrad beim Energieverbrauch
durch verringerten Druck von FCC-Regenerationsgas an Turbinen stellen
zunehmend schärfere
Anforderungen auf die Staubkonzentration in FCC-Vorrichtungen. Während der
Trennwirkungsgrad verbessert werden kann, indem der Zyklondurchmesser
kleiner gemacht wird, erfordert er auch die Verwendung einer größeren Anzahl
von Zyklonen.
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Für elektrostatische
Abscheider entsteht bei der Energieerzeugung ein Problem, insofern,
als die Rauchgase oft wesentliche Mengen an nicht verbrannten Bestandteilen
enthalten, die die elektrostatischen Abscheider verschmutzen und
eine zusätzliche
Last für
deren Betrieb darstellen. Mithilfe eines höheren Wirkungsgrads bei der
Zyklonabtrennung könnten
diese Bestandteile in den Verbrennungsprozess zurückgeführt werden
und somit den Wirkungsgrad des Kessels verbessern. Unter gewissen
Umständen
wäre es
sogar möglich,
ein System ganz ohne elektrostatischen Abscheider zu betreiben.
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Zusätzlich zu
dem ungenügenden
Abtrennwirkungsgrad wurden herkömmliche
FCC-Vorrichtungen
neben weiteren Problemen beeinträchtigt durch
Erosion des Katalysators und der zirkulierenden Feststoffe wie auch
der inneren Strukturen. In den meisten Fällen treten diese Probleme
bei den Trennzyklonen auf, die die Gasphase von Feststoffen befreien,
und wobei der Katalysator einen wesentlichen Teil eines Gesamtsystems
bildet. Um solche Erosion zu verhindern, müssen herkömmliche Zyklonstrukturen im
Inneren durch eine keramische Auskleidung geschützt werden. Die Probleme im
Zusammenhang mit Erosion werden bei Zyklonen mit kleinem Durchmesser
schwerwiegender.
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Es
ist ein Ziel der Erfindung, die zuvor beschriebenen Nachteile des
Stands der Technik zu überwinden
und eine neuartige Technik zur Abtrennung von Feststoffen aus der
Gasphase bereit zu stellen.
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Das
Ziel der Erfindung wird erreicht, indem eine Zyklonvorrichtung als
eine Einheit eingesetzt wird, die eine Vielzahl an parallel geschalteten
Zyklonen mit Mehrfacheinlässen
umfasst. Es wurde unerwarteter Weise entdeckt, dass der Trennwirkungsgrad
einer Zykloneinheit hierdurch verbessert werden kann, ohne einen
wesentlichen Anstieg der Erosionsgeschwindigkeit der Anlage zu festzustellen.
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Entsprechend
umfasst eine Zyklonvorrichtung gemäß der Erfindung zumindest zwei
parallel geschaltete Zyklone mit Mehrfacheinlässen. Jeder Zyklon besitzt
einen Einlasskanal für
den gasförmigen
Strom aus mitgerissenen Feststoffen, der behandelt werden soll,
und, an den Einlasskanal angeschlossen, eine Trennkammer mit einer
im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Mittelachse und zumindest
zwei Führungsschiebern,
die den gasförmigen Strom
in eine im Wesentlichen tangentiale Strömung in der Trennkammer zwingen,
um die Abtrennung der Feststoffe aus der Gasphase durchzuführen. An
dem unteren Abschnitt der Zyklontrennkammer ist ein Fallrohr für die abgetrennten
Feststoffe und ein Zentralrohr, das parallel zur Mittelachse der
Trennkammer ausgerichtet ist, für
den Auslass der Gasphase, die von den Feststoffen befreit abgetrennt
wurde, angeschlossen. Die Zyklone werden parallel betrieben, indem
die Einlasskanäle
der Zyklone mit Mehrfacheinlässen
miteinander verbunden werden und entsprechend die Fallrohre der
Zyklone zu einer gemeinsamen Austrittsleitung verbunden werden.
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Obwohl
die Zyklonvorrichtung gemäß der Erfindung
als beispielsweise die erste Trennstufe einer FCC-Einheit verwendet
werden kann, liegt ihre vorteilhafteste Anwendung in der zweiten
oder dritten Trennstufe einer FCC-Einheit zur Abtrennung der feinsten
Fraktion von partikulärem
Feststoff in den Rauchgasen aus vorgeschalteten Trennstufen.
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Spezieller
wird das erfindungsgemäße Verfahren
durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet.
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Ferner
wird eine erfindungsgemäße Zyklonvorrichtung
durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 13 gekennzeichnet.
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Die
vorliegende Erfindung bietet wesentliche Vorteile. Zum Beispiel
sind die Scherbeanspruchungen, die Korrosion auslösen, bei
der Vorrichtung aus Multizyklonen mit Mehrfacheinlässen gemäß der Erfindung
kleiner als jene, die bei einer herkömmlichen Vorrichtung aus Multizyklonen
auftreten, die beispielsweise auf axial gerichteten Zyklonen basieren. Gleichwohl
bietet eine Vorrichtung aus Multizyklonen, die unter Verwendung
von Zyklonen mit Mehrfacheinlässen
umgesetzt ist, einen Trennwirkungsgrad, der höher ist als der einer Vorrichtung
aus Multizyklonen, die unter Verwendung axial gerichteter Zyklone
aufgebaut ist und dennoch einen im Wesentlichen gleichen Betrag
an Konstruktionskosten aufweist. Bei einem axial gerichteten Zyklon
kann die Strömungsgeschwindigkeit
des Feststoff tragenden Gasstroms im Strömungskorridor nicht beschleunigt werden,
wie es für
einen höheren
Trennwirkungsgrad vorteilhaft wäre.
Ein Zyklon mit Mehrfacheinlässen
ist hingegen typischerweise mit geraden Führungsschiebern ausgestattet,
die dazu dienen, den Hauptstrom in Unterströme aufzuteilen, von denen jeder wirksam
auf eine höhere
Geschwindigkeit beschleunigt werden kann. Gerade Führungsschieber
sind weniger anfällig
gegenüber
Verschleiß als
gekrümmte
Schieber, da die erste Schieberart die Richtung des Gasstroms nicht
ablenken muss, sondern nur seine Strömungsgeschwindigkeit erhöhen muss. Wegen
des kleineren Feststoffgehalts wird die Erosionserschleißrate der
Wände in
der Vorrichtung auf ein Minimum reduziert. Gleichzeitig wird die
Attrition der Feststoffpartikel verringert, was bedeutet, dass eine
kleinere Menge an „Feinanteilen" während des Abtrennverfahrens
erzeugt wird.
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Eine
Vorrichtung aus Multizyklonen mit Mehrfacheinlässen kann besonders wirksam
als eine zweite oder dritte Trenneinheit arbeiten, insoweit, als der
Gasstrom nahe an die innere Wand der Trennkammer mittels der zuvor
erwähnten
Schieber gerichtet ist. Daher kann eine Vorrichtung gemäß der Erfindung
die Abtrennung von äußerst kleinen
Partikeln, insbesondere jenen, von denen zuvor gesagt wurde, dass
sie eine Größe kleiner
als 15 μm
haben, in einer Weise erzielt werden, die einen besseren Wirkungsgrad
gegenüber
dem Stand der Technik aufweist, wodurch eine FCC-Vorrichtung in einer besonders kostengünstigen
Weise angepasst werden kann, um den sich verschärfenden Anforderungen zu einer
kleineren Staubkonzentration im Betrieb einer FCC-Vorrichtung nachzukommen.
Eine konkurrierende Technologie wird durch den elektrostatischen Abscheider
verkörpert,
der im Allgemeinen bei der Energieerzeugung eingesetzt wird, der
jedoch eine wesentlich kostspieligere Wahl aufgrund seiner Investitionskosten,
seiner Standflächenanforderung und
seiner Betriebskosten ist.
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In
Verbindung mit Fest-Brennstoff befeuerten Kesseln, die bei der Energieerzeugung
verwendet werden, kann eine Vorrichtung aus Multizyklonen mit Mehrfacheinlässen insbesondere
vor einem elektrostatischem Abscheider eingesetzt werden, um unverbrannte
Bestandteile der Rauchgase in einer wirksameren Weise zu entfernen,
als der, die der Stand der Technik bietet, um unter gewissen Umständen einen
elektrostatischen Abscheider zu ersetzen.
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Wenn
er zur Abtrennung herkömmlicher FCC-Katalysatoren
verwendet wird, kann die Vorrichtung aus Multizyklonen mit Mehrfacheinlässen gemäß der Erfindung
eine Abgasstaubkonzentration bis zu 50 mg/Nm3 bewältigen,
wenn die Vorrichtung als ein zweiter oder dritter Abscheider verwendet
wird.
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Als
nächstes
wird die Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen mit Hilfe
einer detaillierten Beschreibung näher ausgeführt, in denen:
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1 eine
schematische Skizze einer herkömmlichen
Zyklonkonstruktion zeigt;
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2 eine
Zyklonanordnung gemäß der Erfindung
mit zwei Zyklonen (erster und zweiter Zyklon) in einer Reihenschaltung,
angeschlossen an den Regenerator eines FCC-Reaktors zeigt; und
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3 eine
Seitenansicht der schematischen Struktur einer Vorrichtung aus Multizyklonen
mit Mehrfacheinlässen
gemäß der Erfindung
geeignet zur Verwendung als ein Regeneratorzyklon in der dritten
Stufe einer FCC-Einheit zeigt.
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Der
Aufbau eines Zyklons mit Mehrfacheinlässen ist aus dem Stand der
Technik gut bekannt und zum Beispiel in der
US Patentnummer 3,969,096 beschrieben.
Ein Zyklon mit Mehrfacheinlässen
bezieht sich im Allgemeinen auf einen Zyklon, dessen Trennkammer
zumindest zwei Einlassöffnungen
umfasst und worin die Abtrennung der Feststoffe aus dem Gas zumindest
teilweise durch eine Zentrifugalkraft erreicht wird, indem die Gasströmung tangential entlang
der Wand der Trennkammer geführt
wird. Kaskadenschaltungen, die durch eine Vielzahl an Zyklonen mit
Mehrfacheinlässen
gebildet werden, sind auch gut bekannt. Als Stand der Technik auf
diesem Gebiet wird Bezug auf die offen gelegte
PCT Patentanmeldung WO 99/25469 genommen,
die eine von dem Anmelder vorgeschlagene Anordnung offenbart. Dort
wird erklärt,
wie der Gesamtwirkungsgrad der Abtrennung wesentlich verbessert
werden kann, indem eine Vielzahl an Zyklonen mit Mehrfacheinlässen in
Reihe geschaltet wird. Ein weiterer Vorteil bei der offenbarten
Anordnung ist, dass sie wesentliche Einsparungen an Standfläche im Betrieb
bietet, indem eine kaskadierte Trenneinheit aus Zyklonen mit Mehrfacheinlässen erstellt
wird, insoweit, als derartige Zyklone in einer koaxialen Weise ineinander
angeordnet werden können.
Es muss jedoch beachtet werden, dass die zitierte offen gelegte
Patentanmeldung WO 99/25469 weder
eine Überlegung
zu einer möglichen
parallelen Schaltung von Zyklonen mit Mehrfacheinlässen noch
eine Diskussion über
die Möglichkeiten
einschließt,
dadurch den Trennwirkungsgrad einer kombinierten Zyklonvorrichtung
zu verbessern, ohne erheblichere Erosion/Attrition zu verursachen.
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Multizyklone,
die parallele Axialzyklone umfassen, sind aus der Beschreibung des
US Patents 4, 863, 500 ,
der Beschreibung des
SE Patents
346,706 sowie der Beschreibungen aus den
DE Patenten 849,507,914,701 und
1,146,338 bekannt. Jedoch
offenbart keine davon eine Lösung,
worin die parallelen Zyklone der Multizyklone Zyklone mit Mehrfacheinlässen sind
und worin die Trennung wie in der vorliegenden Erfindung bewerkstelligt
wird, indem die Gasströmung
in der Trennkammer zu einer im Wesentlichen tangentialen Strömung entlang
der Wand der Trennkammer gelenkt wird. Beispielsweise wird in der
Beschreibung des
DE Patents 914,701 eine Zyklonvorrichtung
offenbart, in deren Zyklone es innere Führungsschieber der Trennkammer
gibt. Diese Schieber verursachen Turbulenz und Strömungsstörung innerhalb
der Trennkammer und verhindern eine tangentiale Strömung gegen
die Wand.
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Die
Trenneinheit oder Vorrichtung aus Multizyklonen mit Mehrfacheinlässen, die
in der Erfindung eingesetzt wird, hat zwei, am vorteilhaftesten
zumindest drei, vorteilhaft 3 bis 300, insbesondere vorteilhaft
3 bis 25 Zyklone mit Mehrfacheinlässen, parallel geschaltet.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird die Bezeichnung
Parallelschaltung verwendet, wenn Bezug auf eine Konfiguration genommen
wird, bei der jeder Zyklon an ein gemeinsames Einlassrohr und ein
gemeinsames Auslassrohr angeschlossen ist. In der Vorrichtung ist
der wichtigste Teil ihre Trennkammer mit einer zumindest im Wesentlichen
vertikal ausgerichteten Mittelachse und eines zumindest im Wesentlichen
kreisförmigen
Querschnitts ihrer Innenwand, was bedeutet, dass die Trennkammer
rotationssymmetrisch um ihre Mittelachse ist. Bei einer Vorrichtung
aus Multizyklonen mit Mehrfacheinlässen sind alle Mittelachsen
der Zyklontrennkammern parallel ausgerichtet oder zumindest im Wesentlichen
parallel.
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An
die Trennkammer ist die Einlassdüse
des zu behandelnden Gases angeschlossen. Die Einlassdüse ist grundsätzlich rechtwinklig
zur Mittelachse der Trennkammer angeordnet und mit axial ausgerichteten,
geraden Führungsschiebern
ausgestattet (das heißt,
die Führungsschieber
sind parallel zu der Mittelachse der Vorrichtung ausgerichtet).
Mithilfe des Systems aus Führungsschiebern
kann das Gas, das behandelt werden soll, so gelenkt werden, dass
es tangential entlang der inneren Wand der Trennkammer strömt, um die
Abtrennung von Feststoffen aus der Gasphase durch Zentrifugalkraft
zu vervollständigen.
Wie zuvor erwähnt,
gibt es gerade Führungsschieber
in den Zyklonen mit Mehrfacheinlässen,
die dazu dienen, den Gasstrom in Unterströme aufzuteilen, von denen jeder
es zulässt,
dass eine beschleunigte Gasströmungsgeschwindigkeit
individuell eingestellt wird. Die Teilung in Unterströme wird ausgeführt, indem
eine Passage zwischen den Führungsschiebern
gebildet wird, der die Strömung
beschleunigt und als dünnen
Strahl auf die Wand der Trennkammer kanalisiert, was wiederum die
Abtrennung der Feststoffe effektiver macht. Die Passage ist schmal,
was praktisch bedeutet, dass ihre Breite höchstens 10% des Durchmessers
der Trennkammer beträgt.
Normalerweise beträgt
die Breite 1–8% des
besagten Durchmessers. Die Länge
der Passage ist ungefähr
0,5–20
Mal die Breite der Passage. Die Anzahl der Führungsschieber liegt zumindest
bei 2, vorteilhaft zwischen 3 und 60 und am vorteilhaftesten zwischen
8 und 32. Die Führungsschieber
des Zyklons sind ringförmig
um den inneren Umfang der Zyklonkammer beabstandet sind, wobei sie
teilweise oder am vorteilhaftesten ganz in den Steigkanal reichen,
um einen Raster zu schaffen, der eine Vielzahl an parallelen Einlasskanälen (das
heißt – Passagen) für den eintretenden
Gasstrom umfasst. Der Trennwirkungsgrad ist am besten, wenn sich
die Führungsschieber
komplett außerhalb
der Zyklonkammer befinden, da die Zyklone, die in die Zyklonkammer
hinein reichen, Turbulenzen und Unterbrechungen des Flusses in der
Zyklonkammer verursachen. In der Trennkammer ist ferner eine zentrale
Leitung zum Auslass von Rauchgasen und ein Fallrohr zum Entfernen
von Feststoffen, die aus der Gasphase abgetrennt wurden, angeordnet.
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Der
gemeinsame Einlasskanal der Vorrichtung aus Multizyklonen mit Mehrfacheinlässen kann von
einem Raum geschaffen werden, der durch zwei konzentrische zylindrische
oder teilweise konische Manteloberflächen umhüllt wird, der weiter in der Richtung
seiner Längsachse
in parallele Segmentströmungskanäle mittels
Leitblechen aufgeteilt ist. Die parallelen Segmentströmungskanäle können implementiert
werden, indem längs
ausgerichtet radiale Leitbleche zwischen den zwei koaxialen, zylindrischen
Manteloberflächen
eingebaut werden. Ein nahezu äquivalentes
Ergebnis wird erhalten, indem der Einlasskanal aus einer Vielzahl
von parallelen Zuführrohren
gestaltet wird, die kreisförmig
in dem Zyklonbehälter
angeordnet sind. Noch eine weitere mögliche Anordnung besteht darin,
den Gasstrom in das Gefäß asymmetrisch
einzuführen,
zum Beispiel über
eine Einlassleitung, die durch die Druckwandung des Multizyklonbehälters geführt ist.
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Im
Vergleich zu axial ausgerichteten Zyklonen unterscheiden sich die
Zyklonkonstruktionen gemäß der vorliegenden
Erfindung neben anderen Faktoren dadurch, dass der Austritt des
in dem Zyklon gereinigten Gases derart angeordnet wurde, dass er aus
dem Zyklon über
eine einzelne Austrittsleitung abläuft, die vorteilhaft an dem
oberen Abschnitt der Zyklonkammer angeordnet ist.
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Bei
dem Verfahren gemäß der Erfindung können Vorrichtungen
aus Multizyklonen mit Mehrfacheinlässen als Teil eines Multiphasentrennverfahren
verwendet werden. Gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst daher eine Anlage für ein solches Trennverfahren
einen ersten Abscheider, der ein herkömmlicher Zyklon oder vorteilhaft
ein Zyklon mit Mehrfacheinlässen sein
kann, und einen zweiten Abscheider, wobei die zuvor beschriebene
Vorrichtung aus Multizyklonen mit Mehrfacheinlässen verwendet wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Anlage für ein Trennverfahren herkömmliche
erste und zweite Abscheider, wobei der Multizyklon mit Mehrfacheinlässen geeignet
ist, als dritter Abscheider zu arbeiten. Alternativ ist zumindest
einer der ersten und zweiten Abscheider eine Vorrichtung aus Multizyklonen
mit Mehrfacheinlässen.
Anstelle eines herkömmlichen
Zyklons können
auch in Reihe oder parallel geschaltete Zyklone verwendet werden.
Ebenso kann ein herkömmlicher Zyklon
mit Mehrfacheinlässen
gemäß der Erfindung durch
eine Vielzahl von Zyklonen mit Mehrfacheinlässen, die in Reihe geschaltet
sind, ersetzt werden. Hierin wird auf die Anordnung, die in der
zuvor zitierten offen gelegten
Patentanmeldung
WO 99/25469 offenbart wurde, Bezug genommen. Offensichtlich können die
Vorrichtungen aus Multizyklonen mit Mehrfacheinlässen gemäß der Erfindung in einer größeren Anzahl
von aufeinander folgenden Trennstufen verwendet werden, beispielsweise
als sowohl zweite und dritte Zyklone.
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Die
zuvor umrissene Konstruktion der Vorrichtung und das Verfahren können für die Abtrennung
von Katalysator aus den Produktgasen eines katalytischen Fließbett-Crackverfahrens (FCC)
angepasst werden. Die Vorrichtung aus Multizyklonen mit Mehrfacheinlässen kann
insbesondere vorteilhaft zur Abtrennung von regeneriertem Katalysator
in dem Katalysatorregenerator einer FCC Einheit aus den Rauchgasen
einer Koksoxidation verwendet werden.
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Weitere
geeignete katalytische Fließbettverfahren
sind neben anderen: katalytisches Reforming, oxidierende Dimerisierung
von Phthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid
oder Methan, Fischer-Tropsch-Synthese, Chlorierung und Bromierung
von Methan, Ethan und anderen Kohlenwasserstoffen, sowie Umwandlung
von Methanol zu Olefinen oder Benzin.
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Der
(die) Multizyklon(e) mit Mehrfacheinlässen gemäß der Erfindung ist/sind entweder
direkt an das Steigrohr eines katalytischen Fließbettreaktors angeschlossen,
womit eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ausgeführt
ist, oder die Einlassdüse
des (der) Zyklons (Zyklone) ist derart angeordnet, dass sie mit
dem Gasphasenraum des katalytischen Fließbettreaktors in Verbindung
steht, wie es bei herkömmlichen
Anordnungen der Fall ist.
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In 1 und 2 wird
zuerst eine herkömmliche
Zyklonschaltung und dann eine Zyklonanordnung gemäß der Erfindung
gezeigt, wonach die herkömmliche
Konfiguration zwei Zyklone (einen ersten Zyklon und einen zweiten
Zyklon) in Reihe geschaltet zur Verwendung in dem Regenerator einer FCC
Einheit aufweist. In der Praxis kann die Anzahl der in Reihe geschalteten
Zyklone variiert werden, so dass eine kleinere oder größere Anzahl
als die gezeigten zwei Zyklone verwendet wird. Der maximale Durchmesser
eines herkömmlichen
Zyklons liegt bei etwa einem Meter, mehr als ein Zyklon können parallel
verwendet werden, abhängig
von der Menge des zu behandelnden Gases.
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Bei
einer herkömmlichen
Zyklonkonstruktion fluidisiert Luft, die durch einen Diffusor 1 tritt,
den Katalysator in dem Regenerator 2 zu einem Blasen bildenden
Wirbelschichtzustand und trägt
Sauerstoff für die
Koksverbrennungsreaktion ein. Als nächstes bewegt sich der Gasstrom
mit den mitgerissenen Katalysatorpartikeln in einen ersten Zyklon 3,
der im Inneren des Regenerators 2 angeordnet ist. Der partikuläre Feststoff
setzt sich aus der Gasphase auf die Wand der Zyklonkammer ab und
fällt von
dort in das Fallrohr des ersten Zyklons. Aus dem Fallrohr wird der
Katalysator wieder in das Fließbett
zurückgeführt. Der
Gasstrom, der den ersten Zyklon durchlaufen hat, verlässt den
Zyklon über
ein Steigrohr zu einem Zyklon 4. Hierin wird das Gas frei
von den Feinanteilen gereinigt, die gegen die innere Wand der Zyklonkammer
getrieben werden und von dort in das Fallrohr des zweiten Zyklons
absteigen. Aus dem zweiten Zyklon wird der Gasstrom in einen Sammelraum
geführt,
von wo er über
die Auslassleitung 5 austritt.
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Nun
Bezug nehmend auf 2 umfasst ein darin gezeigter
Regenerator 6 einen ersten Zyklon 8 und einen
zweiten Zyklon 13, die beide einen gemeinsamen Verteiler 7 für die Zufuhr
von Luft in den Regenerator 6 und eine Auslassleitung 18 zum
Ausströmen
lassen des Gasstroms aus dem zweiten Zyklon und damit gänzlich aus
dem Regenerator aufweisen. Der erste Zyklon umfasst einen Raum 9,
der von einer zentralen Leitung 14 und einem Führungsschieberraster 10 begrenzt
wird, in dem inneren, oberen Abschnitt des Regenerators 6 sowie
eine Kammer 11 und ein Fallrohr 12, das an dem
unteren Abschnitt der Kammer 11 austritt. Der zweite Zyklon 13, der
den Multizyklon mit Mehrfacheinlässen
bildet, ist in dem ersten Zyklon angeordnet und umfasst eine zentrale
Leitung 14, die sich an ihrem oberen Abschnitt zu einer Gasauslassleitung 18 verengt.
Der Gasstrom, der den ersten Zyklon über den Kanal verlässt, der
zwischen der zentralen Leitung 14 und der inneren Wand
des Fallrohrs 12 des ersten Zyklons, das selbiges umgibt,
und wobei der Kanal als der Kanal fortgeführt wird, der zwischen der
inneren Wand der zentralen Leitung 14 und der äußeren Wand
des Fallrohrs 21 des zweiten Zyklons gebildet wird, wird von
dem ersten Zyklon zu den zweiten Zyklonen 16A, 16B, 16C geführt. Der
Endabschnitt dieses Durchtrittskanals 15 ist mit Führungsschieberrastern 17A, 17B, 17C ausgestattet, über die
der Gasstrom in die Trennkammern 19A, 19B, 19C geführt werden
kann. Die Führungsschieberraster 17A–17C versetzen
die gasförmigen
Mischungen, die in die zweiten Zyklone strömen, in eine Wirbelbewegung
entlang der inneren Wände
der Kammern 19A–19C.
Die Multizyklonanordnungen der zweiten Zyklone umfassen auch die
sich von den Kammern 19A–19C nach unten erstreckenden
Fallrohre 20A–20C,
die in ein gemeinsames Fallrohr 21 des zweiten Zyklons
austreten, das im Inneren des Fallrohrs 12 des ersten Zyklons
angeordnet ist. In der Ausführungsform,
die in 2 dargestellt ist, besitzt der Kanal 15 einen
kreisförmigen Querschnitt.
Obwohl diese Art eines kreisförmigen Kanalquerschnitts
vorteilhaft für
die Durchströmung einer
Mischung aus Feststoffen mit einem Gasstrom geeignet ist, können auch
Durchtritte mit einem anderen Querschnitt verwendet werden.
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Gemäß der Erfindung
hält die
Luft, die durch den Verteiler 7 tritt, den Katalysator,
der in dem Regenerator 6 enthalten ist, in einem Blasen
bildenden Wirbelbettzustand und leitet Sauerstoff ein, der für die Koksverbrennungsreaktion
benötigt
wird. Das Gas mit den mitgerissenen Feststoffen aus partikulärem Katalysator
steigt in den oberen Abschnitt des Regenerators und bewegt sich
durch den Führungsschieberraster 10 in
den Raum 9. Der Führungsschieberraster 10 versetzt
den gasförmigen
Strom in eine Wirbelbewegung, wobei die Partikel durch Zentrifugalkraft
an der Kammerwand 11 abgeschieden werden und von dort in
das Fallrohr 12 des ersten Zyklons abfallen. Aus dem Fallrohr
kehrt der Katalysator zu dem Fließbett zurück. Der sauberere Gasstrom,
der aus dem ersten Zyklon austritt, verlasst die Zyklonkammer über die
zentrale Leitung 14, von wo aus er über den Kanal 15,
der vorteilhaft einen kreisförmigen
Querschnitt hat, weiter in die Führungsschieberraster 17A–17C der
zweiten Zyklone steigt. Als nächstes
werden die Feinanteile aus dem Gasstrom an den Wände der Kammern 19A–19C abgeschieden,
von wo aus sie in die Fallrohre 20A–20C der zweiten Zyklonkammer
abfallen. Über
die Fallrohre 20A–20C der
zweiten Zyklonkammer steigen die Feinanteile in das gemeinsame Fallrohr
des zweiten Zyklons ab, das wie zuvor erwähnt im Inneren des Fallrohrs 12 des
ersten Zyklons angeordnet ist. Der Gasstrom, der durch den zweiten
Zyklon geströmt
ist, tritt aus dem Zyklon und dem gesamten Reaktorgefäß über eine
Auslassleitung 18 aus.
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Bei
der Lösung
von 3 wird die Wirbelbewegung verwendet, um die Strömung zu
den Multizyklonen zu glätten.
Wenn der erste Abscheider ein Zyklon mit Mehrfacheinlässen ist,
wird die Wirbelbewegung beibehalten und die Wirbelbewegung zwischen den
Zyklonen sanft kanalisiert.
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In 3 ist
ein Regeneratorzyklon gezeigt, der zur Verwendung als dritte Stufe
einer FCC Einheit geeignet ist. Die Ausführungsform aus 2 ist
insbesondere zur Verwendung als dritter Zyklon geeignet. Hierin
wird die Vorrichtung aus Multizyklonen außerhalb des Druckbehälters der
FCC Einheit angeordnet.
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Hinsichtlich
seiner Basis-Konstruktion ist der Multizyklon mit Mehrfacheinlässen, der
in 3 gezeigt ist, ähnlich dem zweiten Zyklon,
der in 2 dargestellt ist. Die parallel arbeitenden Multizyklone mit
Mehrfacheinlässen 31A, 31B, 31C, 31D und 31E sind
im Inneren einer gemeinsamen Zyklonummantelung 32 angeordnet.
Der obere Abschnitt der Trennvorrichtung ist mit einer Auslassleitung 33 für den Gasstrom
ausgestattet, und der untere Abschnitt der Vorrichtung besitzt eine
Auslassleitung 34 für
abgetrennte Partikel. Außerordentlich
vorteilhaft wird die Mittelachse des Behälters nach oben ausgerichtet.
In den oberen und mittleren Abschnitten des Behälters sind 2 Scheidewände 35 und 36 angeordnet, die
das Behälterinnere
in drei Gasräume
aufteilen. An der oberen Scheidewand 35 sind die zentralen Leitungen 37A–37E der
parallel arbeitenden Multizyklone mit Mehrfacheinlässen angeordnet,
so dass die Leitungen in den oberen Raum 39 des Zyklons
austreten. Die zentralen Leitungen erstrecken sich durch die obere
Scheidewand 35, und ihre Austrittsenden sind so angeordnet,
dass sie leicht das Obere Niveau des Abschnitts erreichen. Auf gleiche
Weise sind an der unteren Scheidewand 36 die Fallrohre 38A–38E der
Multizyklone mit Mehrfacheinlässen
angeordnet, die in den unteren Raum 40 des Zyklons austreten. Die
genannte Gasauslassleitung 33 steht direkt mit dem oberen
Raum 38 des Zyklons in Verbindung, beziehungsweise die
Feststoffauslassleitung 34 steht mit dem unteren Raum des
Zyklons in Verbindung.
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Die
Abschnitte bestimmen einen mittleren Raum 43, an dem eine
Zuführleitung 41 angeordnet ist,
welche durch die Ummantelung des Zyklons geführt ist, um das zu reinigende
Gas in den mittleren Raum zu führen.
Der mittlere Raum steht in Kontakt mit den Führungsschieberrastern 42A–42E des
Multizyklons mit Mehrfacheinlässen.
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Der
Feststoff beladene Gasstrom, der durch das Zuführrohr 41 geführt wird,
strömt
durch den mittleren Raum, und die Feststoffe werden mit dem Gasstrom
zu den Führungsschieberrastern 42A–42E der Multizyklone
mit Mehrfacheinlässen
mitgeführt.
Die Führungsschieber
versetzen den gasförmigen
Strom in eine Wirbelbewegung, wobei die Partikel durch Zentrifugalkraft
an den Wänden
der Leitungen 31A–31E abgeschieden
werden und von dort in die Fallrohre 38A–38E der
Multizyklone absinken. Aus den Fallrohren fallen die Katalysatorpartikel
in den unteren Raum 40 des Behälters herab, von wo aus sie über die
Feststoffaustrittsleitung 34 entfernt werden können. Der
gereinigte Gasstrom tritt über
die zentralen Leitungen 37A–37E in den oberen
Raum 39 aus und verlasst den Raum über die Gasauslassleitung 33.
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Wenn
er als eine modulare Vorrichtung umgesetzt wurde, ist der Multizyklon
mit Mehrfacheinlässen,
der in 3 dargestellt ist, für Nachrüstinstallationen in bestehenden
FCC Verfahren geeignet, wenn es wünschenswert ist, einen wesentlich
geringeren Wert an Staubemission zu erreichen. Die Vorrichtung ist
gleichermaßen
gut an herkömmliche
kaskadierte Zyklonsysteme wie an Trennsysteme, die mit Zyklonen
mit Mehrfacheinlässen
ausgestattet sind, anpassbar.