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Vorrichtung zur Verteilung von Gasen und Flüssigkeiten in Kontaktmassen
Beim Arbeiten mit Katalysatoren, die regenerierfähig sind, hat es sich als notwendig
erwiesen, das Reaktions- oder Regenerierungsmittel in einer solchen Weise zuzuführen,
daß die dadurch bedingten Temperaturänderungen in der Kontaktmasse sich in engen,
im voraus bestimmbaren Grenzen halten und daß die einzuleitenden Stoffe in dem Reaktionsraum
weitgehend und gleichmäßig verteilt werden. In der vorliegenden Erfindung sind Vorrichtungen
angegeben, welche die obengenannten Anforderungen erfüllen und durch die es möglich
geworden ist, Kontaktreaktionen beispielsweise bei der Behandlung von Kohlenwasserstoffölen
und im dauernden Wechsel damit eine Wiederbelebung der Kontaktstoffe ohne gieichzeitige
Schädigung der Aktivität in großen Apparaturen vorzunehmen.
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Es ist schon in den Patenten 573 505 und 578 484 vorgeschlagen worden,
zum Unterbringen von Kontaktmassen Apparate zu verwenden, bei denen die Kammern
für die Katalysatoren jeweils mit den Zu- und Ableitungskammern abwechseln und wobei
der für die Regeneration ein, zuführende Gasstrom durch in diese Zuleitungskammern
eingebaute Rohre oder durch eine Reihe in das Innere der Kontaktmassen selbst geeignet
verteilter Rohre eingeleitet wird.
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Die vorliegende Erfindung betrifft sehr einfache und praktische Verbesserungen
obengenannter Verteilungsvorrichtung, die sich insbesondere dann bewähren, wenn
man einen Gasstrom von gewöhnlicher Temperatur zuleiten muß. Dadurch wird jede lokale
Abkühlung durch den zu verteilenden Strom und ebenso jede lokale Überhitzung infolge
exothermer Reaktionen vermieden. Durch die Erfindung werden drei Aufgaben zugleich
gelöst: I. die gleichmäßige Verteilung von Gasen, Gasgemischen oder Regenerationsmitteln
in der gesamten Kontaktmasse, 2. ein außerordentlich wirksamer Wärmeaustausch zwischen
der Kontaktmasse einerseits und den zu behandelnden oder den Regenerationsgasen
andererseits, 3. die Schaffung einer Verteilungsvorrichtung, die, aus einer zusammenhängenden
Einheit bestehend, leicht in die Kontaktmasse eingebracht oder aus ihr wieder entfernt
werden kann.
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Gegenstand der Erfindung ist eine aus koaxialen Rohren bestehende
Verteilungsvorrichtung, durch die man einen Gas-,Gas/ Dampf- oder Flüssigkeitsstrom
(kurz Strom genannt) in eine Reaktionsmasse einleitet.
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Letztere befindet sich in einer Reaktionskammer, die einen besonderen
Hohlraum zur
Ableitung unterhalb der Kontaktmasse aufweist. Die
Verteilungsvorrichtung ist so angeordnet, daß sie leicht in die Kontaktmasse eingebaut
oder aus dieser wieder entfern werden kann.
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Zu diesem Zweck wird die Verteilungsv richtung aus einer Reihe von
Elementen gebildet, deren jedes aus zwei durchlochten, koaxial angeordneten Rohren
besteht und von denen das äußere Rohr, das in unmittelbarer Berührung mit der zu
behandelnden oder zu regenerierenden Kontaktsubstanz steht, auf seiner ganzen Länge
Lochreihen aufweist.
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Die zwei Rohre lassen zwischen sich einen ringförmigen Hohlraum, der
nur durch die Durchlochungen des inneren Rohres mit dessen Hohlraum in Verbindung
steht. Die oeffnungen in dem inneren Rohr brauchen sich nicht über dessen ganze
Länge zu erstrecken.
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Das äußere Rohr ist an seinen beiden Enden geschlossen, während das
innere Rohr an einem Ende Anschluß an die Sammelleitung für den zu verteilenden
Strom besitzt und am anderen Ende z. B. durch den Deckel des äußeren Rohres geschlossen
ist.
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Bei Wahl geeigneter Dimensionen für Rohre und Durchlochungen verteilt
sich der Strom - zunächst über die ganze Länge des inneren Rohres, geht dann ebenso
gleichmäßig in den ringförmigen Zwischenraum über, erfüllt ihn vollkommen unter
gleichem 'Druck und wird dabei auf eine gleichmäßige Temperatur aufgeheizt.
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Der Wärmeaustausch zwischen dem Strom und der Masse, in der dieser
verteilt werden soll, erfolgt gleichmäßig durch die Wandung des äußeren Rohres über
dessen ganze Länge, so daß der Strom das äußere Rohr an allen Stellen mit gleicher
Temperatur verläßt.
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Infolgedessen wird kein Teil der Kontaktmasse auf eine zu niedrige
Temperatur abgekühlt, andererseits vermeidet die gleichmäßige und einheitliche Verteilung
des Stroms in der Masse auch jede lokale Uberhitzung durch exotherme Reaktionen.
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Die Verteilungselemente aus koaxialen Rohren stellen Einheiten dar,
die leicht in die Reaktionskammer und in die Kpntaktmasse eingebaut und aus ihr
wieder entfernt werden können. Diese Einheiten können zu einer Batterie zusammengefügt
und an eine gemeinsame Sammelleitung für den Strom oder an einen Teil einer derartigen
Sammelleitung fest oder in sonst geeigneter Weise angeschlossen sein.
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Verschiedene Formen der Ausführung und Anwendung der Erfindung sind
beispielsweise in den Zeichnungen dargestellt. -Die Abb. I zeigt einen Läng, rsschnitt
durch eine Reaktionskammer, die eine - Kontaktmasse enthält und die mit der Verteilungsvorrichtung
für einen Strom, beispielsweise einen Regenerierungsstrom, versehen ist. a bezeichnet
einen eine Reaktionskammer Wldenden Kasten, in dem auf durchlochten chen al eine
Kontaktmasse b, beispielswse in Form von Körnern, untergebracht « s-t. Die Kammer
ist durch vertikale Trennwände a2 unterteilt, die oberhalb der Masse b und unterhalb
des Siebbodenss jeweils Verbindungsöffnungen a3 und a4 enthalten. Sie trägt oben
und unten Rohrstutzen a5 und a6, von denen der eine, a5, zur Zuleitung der zu b,
ehandelnden Gase und der andere StutzenaG zum Ableiten der erzeugten Produkte dient.
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Jedes Verteilungselement enthält ein durchlochtes inneres Rohr c
für die Zuführung des Regenerierungsstroms und steht durch eine Verschraubung el
mit einer Sammelleitung e in Verbindung. Das Rohr c, dessen Durchlochungen cl einen
bestimmten Abstand voneinander haben, ist koaxial von dem Rohr d umgeben, das dichtere
Durchlochungen dt besitzt und an seinen beiden Enden geschlossen ist. Das Innere
der beiden Rohre steht nur durch die Durchlochungen des inneren Rohres cl miteinander
in Verbindung, und das Ende c2 des Rohres c kann mit dem Rohr d verschweißt und
durch dessen Abschluß d2 verschlossen sein..
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Die Elemente können einzeln an die Sammelleitung e angeschlossen
und ebenso von dieser wieder getrennt werden. Sie können auch einzeln an dem Kasten
montiert oder aus ihm herausgezogen werden. Man kann aber auch eine Batterie von
Einleitungsrohren mit der Sammelleitung gemeinsam einbauen oder auf einmal herausziehen.
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Der Regenerierungsstrom kann ohne vorherige Aufheizung eingeleitet
werden, da bei der Regeneration Wärme frei wird. Der zugeleitete Strom kann evtl.
mittels eines inerten Gases verdünnt werden. In dem ringförmigen Zwischenraum der
Elemente c bis d wird die Wärme, welche die in der Reaktivierung begriffene Masse
b abgibt, vom Strom aufgenommen.
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Für den Fall, daß der Strom gleichzeitig als Heizmittel dienen soll,
ist er vorher aufzuheizen und bewirkt dann eine gleichmäßige Erhitzung der Kontaktmasse.
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Die Abb. 2 bis 4 zeigen Einzelheiten der Verteilerelemente.
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In der Abb. 2 besitzt das äußere Rohr d, gleichmäßig über die ganze
Länge des Rohres verteilt, Öffnungen d1. Die Böden d2 und d3 bestehen aus angeschweißten
Blechen, wobei der obere Boden d3 außerdem an die Wandung des inneren Rohres c angeschweißt
ist.
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Die Zwischenstücken sind in gewissen Abständen angebracht und beispielsweise
an das Rohr c angeschweißt, um einen gleichmäßigen
Abstand zwischen
dem Rohr c und d sicherzustellen. Die Offnungen cl sind ungleichmäßig über die Länge
des Rohres c verteilt.
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Der obere Teil dieses Rohres ist frei von Öffnungen, und die Zahl
der Öffnungen wächst pro Längeneinheit fortschreitend. Die Verteilung kann auch
so erfolgen, daß die Löcher bei gleichem Abstand wachsende Durchmesser erhalten.
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Die Abb. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der RohreIemente für die
Verwendung bei Kontaktmassen, die in sehr feiner Körnung vorliegen. Die äußere Rohrleitung
d besitzt Schlitze dl, die gleichmäßig über die ganze Länge im gleichen Abstand
angeordnet sind.
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Die Abb. 4 zeigt einen anderen Weg, um eine gleichmäßige Verteilung
zu erreichen.
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Er besteht darin, daß größere Löcher in das äußere Rohr d gebohrt
sind und in jedes der Löcher ein Stopfen eingesetzt ist. Dieser Stopfen ist z. B.
an einer Seite ausgehöhlt, so daß ein Randwulst verbleibt, der ihm eine hinreichende
Stabilität verleiht. Der Körper des Stopfens r kann mit Schlitzen versehen sein,
wobei darauf zu achten ist, daß der Randwulst frei von Schlitzen ist. Eine andere
Ausführungsmöglichkeit besteht darin, daß kleine Löcher in den Stopfen an Stelle
der Schlitze gebohrt werden.
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Um zu verhüten, daß in der Zone der Kontaktmasse, die das Rohr d
umgibt, in der Nähe der Eintrittsstelle eine unerwünschte Abkühlung eintritt, wird
gemäß Abb. 5 ein Teil des inneren Rohres c der Wirkung der Strahlungswärme des äußeren
Rohres d entzogen, und zwar entspricht dieser Teil praktisch dem von Durchlochungen
freien Teil dieses Rohres.
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Der nicht durchlochte Teil c2 des inneren Rohres c bis c2 ist von
einem isolierenden Mantel umgeben, so daß der ringförmige Zwischenraum, der zwischen
dem Mantel und dem äußeren durchlochten Rohr d bleibt, verhältnismäßig eng ist.
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Das innere Rohr besteht aus zwei Teilen c und c2, wobei der Abschnitt
c2 von engerem Durchmesser ist und an den durchlochten Abschnitt c mittels eines
Gewindes c3 angeschlossen ist. Die Isolation f befindet sich zwischen dem Teil mit
engerem Querschnitt c2 und einer metallischen Umhüllung c4, an die in beliebiger
Höhe das äußere Rohr d angeschweißt oder sonst in geeigneter Weise angeschlossen
ist. Die Isolation t hängt mit der Isolierung des Deckels der Reaktionskammer zusammen
und ist durch einen Flansch p an der Wandung der Reaktionskammer befestigt.
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Man kann für den Einbau der äußeren Rohre d auf dem Einsatzbodenat
der Reaktionskainmer a Stützen, wie z. B. q in Abb. 5, anbringen und die Zentrierung
der inneren Rohre c durch Zwischenstücke, wie sie mit n in der Abb. 2 gekennzeichnet
sind, sicherstellen.
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Es sind zwar bereits Verteilungsvorrichtungen für in Kontaktmassen
einzuführende Gase bekannt, die aus koaxialen Rohren bestehen. In diesen muß aber
das Gas ganz oder fast vollständig das innere Rohr durchstreichen und wird dann
im entgegengesetzten Sinne durch das äußere Rohr geführt. Dieses äußere Rohr besitzt
nicht über die ganze Länge des Rohres gleichmäßig verteilte oeffnungen. Nach der
bekannten Vorrichtung tritt der Strom z. B. am Boden der Kontaktmasse aus und muß
durch die gesamte Schicht der Kontaktmasse aufwärts steigen. Die mit der Vorrichtung
gemäß der Erfindung eintretenden Vorteile können somit mit der bekannten Vorrichtung
nicht erzielt werden.
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Auch sind die koaxialen Rohre der bekannten Vorrichtung nicht so miteinander
verbunden, daß sie eine Einheit bilden, während die Vorrichtungen gemäß der Erfindung
schnell eingesetzt, entfernt oder erneuert werden können.