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Vorrichtung zur Verteilung eines Reaktions-, Regenerations- oder Reinigungsstromes
in einer mit einer Kontaktmasse gefüllten Kammer Katalysatoren zur Umwandlung von
Stoffen, insbesondere Kohlenwasserstoffen, müssen meist sowohl während der Reaktionsperiode
als auch während der Regenerationsperiode auf einer jeweils verschiedenen ganz bestimmten
Temperatur gehalten werden, die auch während des Verlaufs des Prozesses sich nicht
verändern darf, sei es durch äußere Einwirkung, sei es durch die Wärmetönung des
Prozesses, sei es durch die andere Temperatur des einzuleitenden Reaktions- oder
Regenerationsmittels. Dies geschieht dadurch, daß das Reaktions- oder Regenerierungsmittel
vollkommen gleichmäßig verteilt in die Katalysatormasse beispielsweise mittels durchlochter
Zu- und Ableitungsrohre gemäß Patent 638 978 ein- bzw. abgeleitet wird.
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Solche Vorrichtungen ermöglichen in hohem WIaße ein Konstanthalten
der Katalysatorader Massetemperatur über den ganzen Querschnitt des Reaktionsgefäßes.
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Bei dieser Verteilung wird darauf geachtet, daß nicht nur an möglichst
zahlreichen Stellen das Reabtions- oder Regenerierungsmittel in die Katalysatormasse
eindringt, sondern auch an ebenso vielen Stellen nach Zurücklegung gleicher Wege
abgesaugt wird. Ferner sind die Druckverhältnisse derart zu regeln, daß sowohl die
durchlochten Einleitungs- als auch die Absaugrohre das Mittel durch. jede ihrer
Bohrungen in gleichen Mengen aus- bzw. eintreten lassen. Alle toten Räume und Winkel
innerhalb der Katalysatormasse sind zu vermeiden.
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Zur gleichmäßigen Belieferung der Realitionsräume dient die Anordnung
eines genügend großen Zu- und Ableitungssammelraumes, der im Innern der Reaktionskammer
vorgesehen ist, um zu vermeiden, sämtliche Zuleitungsrohre durch die Wandung des
Reaktionsgefäßes hindurchführen zu müssen, eine Aufgabe, die bei den Spannungen
infolge Temperaturänderung zu keinem dichten Abschluß geführt hätte. Die Verlegung
der Sammelräume in das Innere der Reaktionskammer ermöglicht, nur eine einzige Zuleitung
für die zuzuführenden Gase und eine einzige Ableitung für die abzusaugenden Gase
vorzusehen. An der Wandung der Sammelräume sind die Zu- bzw. Ableitungsrohre zu
befestigen. Es wird dies erreicht durch Anordnung eines oberen bzw. eines unteren
Zwischenbodens mit Bohrungen, in welche die Zu- bzw. Ableitungsrohre eingeschraubt
oder in irgendeiner Weise befestigt werden. Die Zuleitungsrohre werden also an einem
oberen Zwischenboden, der den Zuleitungssammelraum vom eigentlichen Reaktionsraum
abtrennt,
aufgehängt. Hierzu ist eine bestimmte mechanische Festigkeit
des Zwischenbodens erforderlich, damit die Last dieser Verteilungselemente aufgenommen
werden kann.
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Diese Festigkeit wird nur durch einen metallischen Baustoff erreicht,
der aber den Nachteil einer hohen Wärmeleitfähigkeit besitzt, so daß sich ein lebhafter
Temperaturaustausch zwischen dem durch den Zwischenboden abgeteilten Sammelraum
und dem oberen Teil der Kontaktmasse ergibt. Um einen solchen Wärmeaustausch zu
verhindern und somit die Kontaktmasse vor den von ihr behandelten Stoffen selbst
zu schützen und die Temperaturverteilung vollkommen einheitlich zu gestalten, wird
erfindungsgemäß die den oberen Zwischenboden abtrennende Zwischenwand isoliert.
Hierdurch wird der Forderung einer genügenden Festigkeit und der Vorschrift einer
geringen Wärmeübertragung gleichermaßen Rechnung getragen.
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Die Ausbildung des den Sammelraum umschließenden Oberteils kann auf
verschiedene Weise erfolgen. So kann man die Metallwand der eigentlichen Reaktionskammer
direkt als Abschluß benutzen, man kann aber auch dieses Oberteil ebenso wie die
die Zuleitungsrohre tragende untere Wand als Metallkasten ausbilden, der dann mit
Isoliermaterial gefüllt wird. Dabei ist die einfachste Form die, bei der die Außenwand
des kastenartigen Oberteils mit der Innenwand des Reaktionsraums zusammenfällt.
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Zum Ausgleich von Wärmespannungen und zur besseren Zugänglichkeit
kann es vorteilhaft sein, das Oberteil des Sammelraums selbständig in Form eines
glockenartigen, mit Isoliermaterial gefüllten Kastens auszubilden, der zwischen
sich und der Wand des Reaktionsraums einen Luftraum frei läßt. Schließlich kann
man auch den Sammelraum vollkommen in die die Reaktionskammer umschließende Isolierung
einbetten, indem man ihn als Hobfraum in ihr ausbildeic.
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Die Abb. 1, 2, 3 sind Längsschnitte von Reaktionskammern, deren Verteilungsvorrichtungen
mit einem Sammelraum gemäß der Erfindung kombiniert sind.
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Die Abb. 4 zeigt einen Querschnitt gemäß VI-VI der Abb. I.
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Sie zeigen eine Reaktionskammer a, die aus einem metallischen, beispielsweise
zylindrischen Kasten besteht und von allen Seiten durch eine wärmeisolierende Wandung
f eingeschlossen ist. Die Kontaktmasse b ruht auf dem SielbbodenS. Zu- und Ableitungskammern
für den Strom sind unterhalb des Siebbodens au und oberhalb der Kontaktmasse vorgesehen.
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Die Einleitungsrohre sind an einen Sammelraum mit isolierten Wandungen
angeschlossen, und dieser liegt innerhalb der Umhüllung der Reaktionskammer. Nur
die Enden der inneren Zuleitungsrohre ragen aus der Kontaktmasse hervor und sind
in den wärmeisolierten Boden eS des Sammelbehälters eingesetzt.
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Beispielsweise ist in den Abb. I und 2 der Sammelraum e direkt im
Innern des Kastens a angeordnet. In seinen Boden e2, dessen Bleche die Isolation
-umgeben, münden mit ihren Enden die inneren Zuleitungsrohre c der Verteilerelemente,
während die umhüllenden durchlochten äußeren Rohre d vollkommen in die Kontaktmasse
eingebettet liegen. Der Sammelraum e kann durch ein Gewölbe e3 abgeschlossen sein,
das ähnlich beschaffen und durch fi isoliert ist. Die äußere Wand des Gewölbes von
e3 kann durch den oberen Teil des Behälters a gebildet werden, wie dies in der Abb.
I dargestellt ist. Der Sammelraum kann auch gemäß Abb. 2 aus einem unabhängigen
Kasten gebildet werden, der isoliert ist.
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Die inneren Rohre c der Verteilungseinheiten c, d erstrecken sich
durch die Isolationsschichte2 und sind in die Grundplatte des Sammelraumes eingeschraubt,
die aus einem mit Isoliermaterial gefüllten Kasten bestehen kann. Sie besitzt einen
Flansch, der sich über die Isolation hinaus erstreckt und auf einem Vorsprungatl
im Innern der Reaktionskammer aufliegt. Der Teil oberhalb der Grundplatte ist abnehmbar
und bildet zwischen e8 und dem oberen Abschluß des Behälters a einen Luftraum g,
in dem sich Wärmespannungen ausgleichen können. Dadurch sind sowohl Verteilerelemente
als auch der Sammelraum leicht zugänglich.
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In beiden Fällen umgibt eine wärmeisolierende Auskleidung f die gesamte
Reaktionskammer a und den Zuleitungssammelraum e.
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In der Ausführungsform der Abb. 3 ist der Sammelraum e unabhängig
von dem Behälter a einfach in die Wärmeisolierung f desselben eingebettet.
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Nach Abb. I ist der Weg der zu behandelnden gasförmigen Stoffe in
der Reaktionskammer der gleiche wie der des Regenerationsstromes, mit dem die Kontaktmasse
behandelt werden muß, wenn sie erschöpft oder vergiftet ist oder von Verunreinigungen
oder noch zu gewinnenden Produkten, die in ihr zurückgehalten werden, gereinigt
werden soll.
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Der zu behandelnde Gasdampfstrom wird in den Rohrstutzen a5 durch
die mit einem Hahn hut versehene Rohrleitung h zugeleitet, während der Regenerationsstrom
durch den gleichen Rohrstutzen aus der mit dem Hahn i versehenen Rohrleitung i eintritt.
Die Ströme treten durch den Rohrstutzenas bzw. durch die Rohrleitungen j und k,
die mit Hähnen ji und k1 versehen sind, aus.
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Das gleiche geschieht in dem Beispiel der Abb. 2 und 3.
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Die Abb. 5 und 6 zeigen im Längsschnitt bzw. im Querschnitt gemäß
XVI-XVI der Ab;b. 5 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einer Kammer, die
abwechselnd zur Behandlung von Dämpfen oder Gemischen von Gasen und Dämpfen in Gegenwart
einer Kontaktmasse und zur Regeneration dieser Kontaktmasse an Ort und Stelle dient.
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Die Abb. 7 und 8 zeigen im Längsschnitt und im Querschnitt gemäß
XVIII-XVIII der Abb. 7 eine Ausführungsform des Apparates nach den Abb. 5 und 6.
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Es sind bereits eine Vorrichtung und ein Verfahren zur gleichmäßigen
Zuleitung eines Regenerationsstroms in eine Kontaktmasse mittels durchlochter Verteilungsvorrichtungen
und Austrittsrohre für die aus der Regeneration stammenden Gase bekanntgeworden.
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Die Ableitungsrohre sind in gleicher Weise wie die Zuleitungsrohre
durchlocht und besitzen in den gleichen Ebenen Öffnungen.
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Hierdurch erfolgte eine Aufteilung der Reaktionen in der Kontaktmasse
in eine große Zahl von Ebenen, die gleich weit voneinander entfernt waren, und eine
schnelle Ableitung der Reaktionsgase aus gleichen Ebenen.
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In den Anwendungsbeispielen der vorliegenden Erfindung gemäß den
Abb. 5 bis 8 werden die einzuleitenden Gase und Dämpfe ebenfalls auf zahlreiche
Ebenen verteilt, wobei die an sich bekannten Zuleitungsverteilungselemente verwendet
werden, während die Ableitungsrohre erfindungsgemäß in einen gemeinsamen zweiten
Sammelraum münden, der gegen den Reaktionsraum isoliert oder nichtisoliert sein
kann.
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In den Abb. 5 und 6 ist die Reaktionskammer ähnlich derjenigen in
Abb. i beschaffen. Der untere Bodens, auf dem die Kontaktmasse b ruht, besteht aber
statt aus einem Siebboden, durch welchen die Gase entweichen, aus einer Platte,
in die eine Reihe von Rohren o eingesetzt ist. Das eine Ende dieser Rohre ist nach
dem unteren Sammelraum zu offen, das andere Ende ist geschlossen, und auf der ganzen
Länge sind Öffnungen in solchen Höhen angebracht, daß sie den Öffnungen in den äußeren.
Rohren d der Verteilerelemente c, 1d entsprechen.
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Die Abb. 6 zeigt als Beispiel die Gruppierung der Rohre 0 zu den
Elementen c, d, wobei mehrere Zuleitungsrohre jeweils einem einfachen Ableitungsrohr
zugeordnet sind.
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Eine so für Reaktion und Regeneration und für gleichmäßige Zu- und
Ableitung eingerichtete Kammer besitzt Vorrichtungen, wie sie im Beispiel der Abb.
I ausführlich beschrieben ist. Die Rohrstutzen a5 und a6 mit den Zu- und Ableitungsrohren
h, k, i, j und den Absperrorganen h1, k1, kl, ji haben dieselbe Funktion wie im
Beispiel der Abb. 1.
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Bei der Durchführung der Reaktion und Regeneration wandert der jeweilige
Strom aufgeteilt in eine große Zahl von Ebenen von den Zuleitungsrohren d nach den
Ableitungsrohren o.
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In der Ausführungsform der Abb. 7 und 8 sind den Verteilerelementen
die gleiche Zahl der Ableitungselemente zugeordnet, die ebenso wie die Verteilerelemente
gemäß der Erfindung aus konaxialen Rohren bestehen. Ferner ist ein doppeltes Rohrsystem
vorgesehen, das an die Rohrstutzen a5 und a6 anschließt und durch das es möglich
ist, die Kammer abwechselnd von oben oder von unten mit dem umzusetzenden Strom
oder mit Regenerierungs- oder Reinigungsmitteln zu beschicken.
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Die zu behandelnden Ströme oder die Reinigungsmittel werden durch
eine Reihe von Rohren h, ht, i, il zugegeben, während die Reaktionsprodukte oder
die Regenerierungsgase durch eine Reihe von Rohrleitungen k, kt, j, j1 entweichen.
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Die Zahl der Verteilerelemente kann gegenüber der der Ableitungselemente
schwanken, und die Gruppierung dieser Elemente im Innern der Kontaktmasse hängt
von ihrer Zahl und von dem Fassungsvermögen der Kammer ab. Sie richtet sich weiter
nach der Natur der Kontaktmasse und den zu behandelnden Produkten.