DE69007829T2

DE69007829T2 - Rieselventil.

Info

Publication number: DE69007829T2
Application number: DE69007829T
Authority: DE
Inventors: Arvid Melvin Danielsen; Donald Frances Shaw
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1989-02-15
Filing date: 1990-02-12
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2010-02-13
Also published as: JPH02268850A; CA2008818A1; EP0383523B1; EP0383523A2; AR241050A1; DE69007829D1; US4996028A; EP0383523A3; JP2878373B2; AR241050A2; CA2008818C

Description

Diese Erfindung betrifft ein Rieselventil, welches das Eindringen von Verwirbelungsgas in das Fallrohr eines Zyklons zur Gas/Feststoff-Trennung verhindert.
Es gibt viele Verfahren der chemischen Industrie und Erdölindustrie, bei denen feste Teilchen von verwirbelbarer Größe während der Reaktionsbedingungen in einem Gas suspendiert sind. Ein Beispiel für solche Verfahren ist das katalytische Cracken von Erdöleinsatzmaterialien in der Wirbelschicht. Bei diesem Verfahren wird ein Erdöleinsatzmaterial bei Temperaturen im Bereich von etwa 480 bis etwa 800ºC mit einem festen Katalysator in Kontakt gebracht. In der Vergangenheit wurden die Katalysatorteilchen bei einem katalytischen Crackverfahren in der Wirbelschicht in einem dichten Verwirbelungszustand oder einem Bett in einem Reaktor gehalten. Neuerdings bestand die Tendenz, katalytisches Cracken von Erdöl in der Wirbelschicht ohne das Aufrechterhalten eines dichten verwirbelten Bettes von Katalysatorteilchen durchzuführen. Stattdessen wurde der feste Katalysator als verdünnte Phase in einem Fluid suspendiert, welches mit ausreichend hohen Geschwindigkeiten durch das Reaktorgefäß geleitet wird, so daß die Reaktanten die Kohlenwasserstoffumwandlungszone rasch passieren. Dieses Verfahren verringert die Verweilzeit der Reaktanten in der Kohlenwasserstoffumwandlungszone auf eine festgesetzte Zeit, die eine Funktion der Katalysatoraktivität, Temperatur, Beschaffenheit des Einsatzmaterials und dergleichen ist. Tatsächlich gestattet es die Verwendung eines Katalysators mit höherer Aktivität sowie höhere Temperaturen als zuvor möglich waren.
Bei allen dieser Verfahren müssen Wirbelreaktoren (Fluidreaktoren), Regeneratoren und ähnliche Gefäße mit Mitteln zum Abtrennen der festen Teilchen aus der Gasphase versehen sein. Typischerweise wird dies durch Zyklone bewirkt, die im oberen Teil des Gefäßes angeordnet sind. Die Feststoffe, die in diesem Zyklon aus dem gasförmigen Fluid abgetrennt werden, werden durch das Fallrohr des Zyklons in die Fluid/Feststoff-Kontaktierungszone zurückgegeben.
Damit die Zyklone wirkungsvoll arbeiten, ist es notwendig, das Eindringen von Verwirbelungsgas in das Fallrohr des Zyklons zu verhindern. Rieselventile sind zu diesem Zweck verwendet worden. Diese bestehen grundsätzlich aus einer im Winkel ausgerichteten Rohrleitung, die an einem Ende in Wirkbeziehung mit dem Fallrohr des Zyklons und an dem anderen Ende zum Öffnen und Verschließen der Rohrleitung mit einer schwenkbaren Ventilplatte oder Verschlußplatte verbunden ist. Beispiele für diese Rieselventile finden sich in US-A-2 838 062, US-A-2 838 065, US-A- 2 901 331, US-A-3 698 874, US-A-4 246 231 und US-A-4 446 107.
Diese Druckschriften verdeutlichen die Tatsache, daß eine befriedigende Arbeitsweise von Rieselventilen immer ein Problem gewesen ist. Die bisherigen Erfahrungen haben überdies gezeigt, daß das Erreichen einer befriedigenden Leistung von Rieselventilen bei Feststoff/Fluid-Kontaktierungszonen in verdünnter Phase sogar noch schwieriger ist. Daher bringt die vorliegende Erfindung die Notwendigkeit zur Sprache, ein verbessertes Rieselventil zu liefern. Tatsächlich strebt die vorliegende Erfindung an, ein verbessertes Rieselventil zu schaffen, das insbesondere zur Verwendung in Fluid/Feststoff-Kontaktierungszonen, besonders in Fluid/Feststoff-Kontaktierungszonen in verdünnter Phase, geeignet ist.
Schließlich wird auf US-A-2 634 191 Bezug genommen, welches das Problem des Abdichtens von Zyklonfallrohren gegen Gasrückströmung während des Hochfahrens einer katalytischen Crackanlage mit Wirbelschicht liefert, indem eine temperaturlösbare Verbindung geschaffen wird, z. B. eine schmelzbare Drahtverbindung oder ein ineinandergreifendes thermostatisches Bimetallelement und zwei Sperrklinken, das eine Dichtungsklappe am unteren Ende eines Zyklonfallrohrs in einer geschlossenen Stellung hält, bis die Dichtungsplatte in eine geöffnete Stellung freigegeben wird, wenn eine festgesetzte Temperatur erreicht ist.
Erfindungsgemäß wird ein Rieselventil zum Verhindern des Eindringens von Verwirbelungsgas in das Fallrohr eines Zyklons zur Gas/Feststoff-Trennung geschaffen, das
einen gekrümmten Rohrkörper mit einem ersten oberen Ende, das mit dem unteren Ende des Fallrohrs verbunden ist, und einem zweiten unteren Ende;
einen Ventilsitz, der an dem zweiten Ende des Körpers angeordnet ist; und
eine Ventilplatte umfaßt, die in einer geschlossenen Stellung montiert ist, in welcher die Platte an dem Ventilsitz anliegt, und die in eine geöffnete Stellung bewegt werden kann, in welcher sie von dem Ventilsitz gelöst ist,
dadurch gekennzeichnet, daß (i) die Ventilplatte dauerhaft mit Schwenkeinrichtungen an ihrer Spitze montiert ist, so daß eine Druckdifferenz veranlaßt, daß die Ventilplatte selektiv geöffnet wird, um Feststoffe aus dem gekrümmten Rohrkörper freizusetzen, und sich dann schließt, um das Eindringen des Verwirbelungsgases in das Fallrohr zu verhindern, und (ii) der Krümmungsradius des Rohrkörpers im Bereich von dem etwa 1½- bis dem etwa 2½-fachen des Durchmessers des Rohrkörpers liegt.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Ventilsitz in Bezug zu der Vertikalen in einem Winkel von etwa 3º bis etwa 5º ausgerichtet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die Ventilplatte an beiden Oberflächen eine feuerfeste (wärmebeständige) Beschichtung auf.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Rieselventils werden durch Lektüre der detaillierten Beschreibung der Erfindung im Lichte der (als Beispiel gegebenen) angefügten Zeichnungen offensichtlich, in denen
Figur 1 ein vertikaler Abschnitt eines Gefäßes ist, in dem ein Zyklon angeordnet ist, an den das erfindungsgemäße Rieselventil angefügt ist;
Figur 2 eine detaillierte Seitenansicht einer bevorzugten Form des Rieselventils ist, und
Figur 3 eine detaillierte Vorderansicht des Rieselventils ist.
Zweckmäßigerweise betrifft die folgende Beschreibung einen Reaktor, der einen einzigen Zyklon enthält, wobei das zu beschreibende Rieselventil an das Fallrohr des Zyklons angefügt ist. Es ist leicht erkennbar, daß Fluid/Feststoff-Kontaktierungsvorrichtungen wie Reaktoranlagen zum katalytischen Cracken im Wirbelbett mehrere in dem Gefäß angeordnete Zyklone enthalten, und die vorliegende Erfindung ist zur Verwendung in solchen Anlagen besonders geeignet.
Wie zuerst in Bezugnahme auf Figur 1 ersichtlich, schließt ein Fluid/Feststoff-Kontaktierungsgefäß 10 eine Umhüllung 12 ein, die mit einem Einlaß 16 zum Einbringen mitgerissener Feststoffe, wie einem in einem Verwirbelungsgas suspendierten Katalysator, in den Boden von Gefäß 10 versehen ist. Es ist außerdem eine Rohrleitung 14 zum Einbringen eines Fluidreaktanten in den Boden von Gefäß 10 vorhanden. Zusätzliche Einlässe können falls notwendig geschaffen werden. In der in Figur 1 gezeigten Ausgestaltung ist eine Verteilerplatte 17 in dem Gefäß 10 oberhalb der Einlaßrohrleitungen 14 und 16 zur gleichförmigen Verteilung der Reaktanten in dem Gefäß horizontal angeordnet. Die Verteilerplatte 17 ist allerdings völlig optional. Sie kann weggelassen werden, oder es können andere bekannte Verteilungseinrichtungen verwendet werden. Eine Rohrleitung 15 zur Entfernung der Feststoffe aus dem Gefäß wird ebenfalls in Figur 1 gezeigt.
An der Spitze des Gefäßes 10 ist ein Gasauslaß 18 vorgesehen. Wie ersichtlich ist, steht der Gasauslaß 18 in Wirkbeziehung mit einem Zyklon 19, der einen Gas/Feststoff-Einlaß 21 und ein Fallrohr 20 aufweist. Mitgerissene Feststoffe, die durch den Einlaß 21 eintreten, werden über Fallrohr 20 in das Gefäß zurückgegeben und gasförmiges Produkt wird aus dem Gefäß über Rohrleitung 18 entfernt. Wie ersichtlich ist, ist das Rieselventil 24 am unteren Ende von Fallrohr 20 angeordnet.
In den Figuren 2 und 3 schließt das Rieselventil 24 ein Rohrkörperteil 25 in Form eines gekrümmten Ellenbogens mit einem ersten oder oberen Ende 26 ein, um das Venti1 24 in Wirkbeziehung mit dem Fallrohr 20 des Zyklons zu verbinden. Der Körperabschnitt 25 des Rieselventils 24 kann beispielsweise durch Schweißen an das Fallrohr 20 angefügt sein. Körperteil 25 hat auch ein zweites oder unteres Ende 27. Die Oberfläche 29 der Öffnung am Ende 27 des Ventils bildet einen Ventilsitz.
Wichtig ist, daß der Rohrkörperabschnitt 25 des Ventils 24 einen festgesetzten Krümmungsradius aufweist, der ausreicht, um unter Verwendungsbedingungen die Stabilität des Feststoffgehalts des Fallrohrs gegenüber dem von Rieselventilen mit einem geraden Rohrkörperabschnitt zu erhöhen. Tatsächlich liegt der Krümmungsradius des Rohrkörperabschnitts 25 vorzugsweise im Bereich von etwa dem 1½-fachen bis etwa dem 2½-fachen des Durchmessers des Rohrkörperabschnitts 25.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Ventilsitz oder Oberfläche 29 in Bezug zu der Vertikalen in einem Winkel α ausgerichtet, wodurch der Boden des Ventilsitzes sich weiter nach außen erstreckt als der obere Teil des Ventilsitzes. Dies ist in Figur 2 gezeigt. Vorzugsweise ist der Ventilsitz in einem Winkel von etwa 3º bis etwa 5º zu der Vertikalen ausgerichtet.
Vorzugsweise ist die Länge von Rohrkörperabschnitt 25 so gewählt, daß der Ventilsitz 29 wie in Figur 2 gezeigt in einem horizontalen Abstand L von dem oberen Ende des gekrümmten Körperabschnittes beabstandet ist, wobei der Abstand im Bereich von etwa 1/4 bis etwa 3/8 des Durchmessers des Rohrkörpers liegt.
Das Rieselventil 24 weist eine Ventilplatte 28 auf, die schwenkbar montiert ist, um so an dem Ventilsitz 29 am unteren Ende 27 des Körpers 25 anzuliegen. Wie gezeigt wird ein Paar "O"-förmiger Scharniere 30 verwendet, die von einem T-förmigen Träger herabhängen, um die Ventilplatte 28 schwenkbar zu montieren, so daß sie so angeordnet ist, daß sie auf dem Ventilsitz 29 auf liegt, wenn das Ventil geschlossen ist. Wie ersichtlich ist, weist der T-förmige Stützträger 31 ein Paar Öffnungen 32 auf, deren Durchmesser größer als die Durchmesser der zur Herstellung der "O"-förmigen Ringe 30 verwendeten Stäbe sind. Ventilklappe 28 weist ein entsPrechendes Paar Öffnungen 33 auf, deren Durchmesser größer als die Durchmesser der zur Herstellung der "O"- förmigen Ringe 30 verwendeten Stäbe sind. Die "O"-Ringe 30 werden durch die Öffnungen in den T-f örmigen Stützträger 31 und durch die Öffnungen 33 der Ventilplatte 28 eingesetzt.
Der T-förmige Stützträger 31 ist als an die Schweißnaht von Fallrohr 28 und den oberen Abschnitt 26 von Rohrleitung 25 montiert gezeigt. Die Anordnung des T-förmigen Stützträgers ist allerdings nicht kritisch.
Wie in Figur 2 gezeigt, ist die Ventilklappe 28 an beiden Oberflächen der Ventilklappe 28 mit einer feuerfesten Beschichtung versehen. Es ist besonders bevorzugt, daß die feuerfeste Beschichtung eine erosionsbeständige feuerfeste Beschichtung ist, wie feuerfestes Material aus mit Phosphorsäure gebundenem Aluminiumoxid. Ein Beispiel für ein solches feuerfestes Material ist 90 % Aluminiumoxid - feuerfestes Material (90 % alumina refractory), verkauft von Resco Industries, Norristown, Pennsylvania, unter der Handelsbezeichnung Resco-AA-22. Das feuerfeste Material wird vorzugsweise mit der Hand auf die Oberflächen von Platte 28 gegossen. Die Beschichtungstechnik ist allerdings nicht kritisch und jede zweckmäßige Technik zum Gießen von feuerfestem Material kann verwendet werden.
In der Praxis ist es besonders bevorzugt, das feuerfeste Material mit feuerfesten Verankerungen, die an die Ventilklappe geschweißt sind, an der Oberfläche von Ventilklappe 28 zu verankern. In Figur 3 nimmt die Verankerung die Form eines sechseckigen Stahlgitters an, das schematisch durch das Gittermuster 36 gezeigt ist.
Wie in Figur 3 gezeigt ist die Breite von Platte 28 geringfügig größer als der Durchmesser der Rohrleitung 25, so daß eine seitliche Bewegung der Klappe 28 nicht zur Öffnung des Ventils führt.
Ein besonderer Vorteil der doppelt mit feuerfestem Material ausgekleideten Platte 28 des Rieselventils 24 ist, daß sie bedeutend schwerer als konventionelle bloße Metallplatten ist, und als Folge davon für einen stabileren Feststoffgehalt in dem Fallrohr sorgt. Die doppelt mit feuerfestem Material ausgekleidete Platte 28 hat weitere Vorteile. Beispielsweise minimiert das feuerfeste Material auf der Klappe die Erosion der Klappe selbst und liefert eine bessere Dichtungsoberfläche über einen längeren Zeitraum. Das feuerfeste Material auf beiden Seiten der Klappe 28 minimiert außerdem eine thermische Verformung der Ventilplatte 28. Weil die doppelt feuerfeste Klappe symmetrisch ist, vereinfacht sie das Anpassen und Ausbalancieren der Klappe während der Einrichtung und kann auch in einer weiteren Umdrehung gewendet werden, wenn die Erosion bedeutsam ist.

Claims

1. Rieselventil zum Verhindern des Eindringens von Verwirbelungsgas in das Fallrohr eines Zyklons zur Gas/Feststoff-Trennung, das

einen gekrümmten Rohrkörper (25) mit einem ersten oberen Ende (26), das mit dem unteren Ende des Fallrohrs (20) verbunden ist, und einem zweiten unteren Ende (27);

einen Ventilsitz (29), der an dem zweiten Ende (27) des Körpers (25) angeordnet ist; und

eine Ventilplatte (28) umfaßt, die in einer geschlossenen Stellung montiert ist, in welcher die Platte (28) an dem Ventilsitz (29) anliegt, und die in eine geöffnete Stellung bewegt werden kann, in welcher sie von dem Ventilsitz gelöst ist,

dadurch gekennzeichnet, daß (i) die Ventilplatte (28) dauerhaft mit Schwenkeinrichtungen (30, 31, 32, 33) an ihrer Spitze montiert ist, so daß eine Druckdifferenz veranlaßt, daß die Ventilplatte selektiv geöffnet wird, um Feststoffe aus dem gekrümmten Rohrkörper (25) freizusetzen, und sich dann schließt, um das Eindringen des Verwirbelungsgases in das Fallrohr (20) zu verhindern, und (ii) der Krümmungsradius des Rohrkörpers (25) im Bereich von dem etwa 1½- bis dem etwa 2½-fachen des Durchmessers des Rohrkörpers liegt.

2. Ventil nach Anspruch 1, bei dem der Ventilsitz (29) in Bezug zu der Vertikalen in einem Winkel von etwa 3º bis etwa 5º geneigt ist.

3. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Ventilsitz (29) sich in einem horizontalen Abstand zu dem ersten Ende (26) von etwa 1/4 bis 3/8 des Durchmessers des Rohrkörpers (25) befindet.

4. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine feuerfeste Beschichtung (34) auf den Oberflächen der Ventilplatte (28) einschließt, von denen eine an dem Ventilsitz (29) anliegt, wenn sich das Ventil (24) in der geschlossenen Stellung befindet.

5. Ventil nach Anspruch 3, bei dem die feuerfeste Beschichtung (34) durch ein sechseckiges Stahlgitter (36), das an die Ventilplatte (28) geschweißt ist, an der Ventilplatte (28) verankert ist.

6. Fluid/Feststoff-Kontaktiergerät, das einen (oder mehrere) Zyklon(e) (19) zur Gas/Feststoff-Trennung in dem Gerät aufweist und ein Rieselventil (24) gemäß einem der vorherigen Ansprüche einschließt, das mit dem Fallrohr (20) des Zyklons (19) in Wirkbeziehung verbunden ist, um dessen Feststoffgehalt zu stabilisieren.