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Die
Erfindung betrifft die Trennung von Feststoffen aus Gasen. Insbesondere
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Trennung von Feststoffen
aus Gasströmen
aus fluidisierten katalytischen Prozessen, wobei suspendierte Feststoffe
zirkulieren. Nach dem vorliegenden Verfahren wird ein Gasstrom,
der einen Katalysator oder andere Feststoffe in Teilchenform trägt, in eine
Zyklonanordnung geleitet, worin die Feststoffe aus der gasförmigen Phase
unter der Wirkung der Zentrifugalkraft abgetrennt werden.
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Die
Erfindung betrifft ebenfalls eine Zyklonanordnung zur Abtrennung
von Feststoffen aus Gasphasen suspendierten Strömen in einer Anordnung, die
für die
den Betrieb eines fluidisierten katalytischen Verfahrens verwendet
wird.
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Das
Verfahren und die Anordnung gemäß der Erfindung
können
zur Behandlung von Kohlenwasserstoffen in Prozessen verwendet werden,
die für
beispielsweise das katalytische und thermische Cracken, die Dehydrierung,
die Fischer-Tropsch-Synthese, die Herstellung von Maleinsäureanhydrid
und die Oxidationsdimerisierung von Methan geeignet sind.
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Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren werden
unter Anwendung von Festbettreaktoren und Wirbelbettreaktoren (fluidisierte
katalytische Reaktoren) durchgeführt.
Im vorliegenden Zusammenhang wird der Ausdruck „Anordnung für ein fluidisiertes
katalytisches Verfahren" für eine Anordnung
verwendet, die in Verfahren mit einem feinkörnigen, pulverisierten, suspendierten
Katalysator, zum Beispiel in einem langsam nach oben aufsteigenden
Gasstrom, wobei der Katalysator gewünschte Reaktionen beschleunigt,
eingesetzt wird.
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Eines
der am meisten angewendeten Wirbelbettkatalysatorreaktorsysteme
des Standes des Technik ist die FCC-Anordnung, das heißt, die
Wirbelbettkatalysator-Crackanordnung, die hauptsächlich ein Steigrohr, das im
Schnellfluidisierungsstromzustand betrieben wird, einen Großvolumenreaktor, der
in einer verdünnten
Suspensionsphase betrieben wird und einen Regenerator, der im Wirbelbettzustand
betrieben wird, aufweist.
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In
der FCC-Einheit geben das Steigrohr und der Großvolumenreaktor einen Feststoffsuspensionsstrom
frei, dessen teilchenförmiges
Material und Produktgas voneinander in Zyklonen unter Ausnutzung
der Wirkung der Zentrifugalkraft getrennt werden. Typischerweise
muss eine Anzahl von Zyklonen in Serie entlang des Gasstroms verbunden
sein, um die Gesamttrennleistung zu verbessern, weil einzelnen Zyklone
normaler Bauart eine schlechte Trennleistung für Teilchen, die kleiner als
15 μm sind,
zeigen. Hier wird ein Zyklon als effektiv angesehen, wenn er diese
Teilchen mit kleinem Durchmesser aus dem Gasstrom trennen kann.
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Zyklonseparatoren
haben entweder eine Spulen- oder Spiralstruktur, worin die Suspension aus
dem teilchenförmigen
Material als Tangentialstrom in den zylindrischen Bereich des Zyklons
gerichtet wird, wobei die Katalysatorteilchen aus dem Gas unter
der Zentrifugalkraft getrennt werden, wenn der Strom typischerweise
7 – 9
Umdrehungen innerhalb des zylindrischen Bereichs des Zyklons und
des konischen Bereichs, der eine Fortsetzung davon bildet, zirkuliert,
wobei die Funktion des konischen Bereichs darin besteht, die Tangentialgeschwindigkeit des
Gasstroms so zu halten, dass er seiner innewohnenden Tendenz, nachzulassen,
widersteht. Es sind ebenfalls axiale Zyklone bekannt, worin das
Gas, das durch ein Rohr strömt,
in eine Kreisbewegung durch Flügel
gezwungen wird, wobei die Fest stoffe unter der Zentrifugalkraft
gegen die Rohrwand getrieben werden und aus dem Gasstrom daraus
abgetrennt werden.
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Die
GP-Patente 1 592 051 und 1 526 509 beschreiben Axialstromzyklone.
Nach diesen Patenten weist ein Axialstromzyklon eine röhrenförmige Zyklonkammer
mit einen Einlass für
den zu bearbeitenden Strom am ersten Ende der Kammer und einem Auslass
für das
gereinigte Gas am zweiten Ende dieser Kammer auf. Nach den Patenten
wird diese Art von Zyklonen in Verbrennungsmaschinen, Dieselmaschinen,
Jetmaschinen, Turbinen und dergleichen verwendet, die eine saubere
Luft erfordern.
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Der
am meisten gebräuchliche
Zyklontyp ist der Spiralzyklon, der Zenz-Zyklon genannt wird, worin
die Anteile der verschiedenen Teile des Zyklons standardisiert sind,
was die Dimensionierung des Zyklons auf der Basis von Graphen und
Computerformeln ermöglicht.
Das Trennvermögen
dieses Zyklons wird durch eine große Anzahl von Stromumwälzungen
in der Zyklonkammer, eine hohe Stromrate an der Einlassdüse, eine
höhere
Dichte der Feststoffe, einen kleineren Querschnitt der Einlassdüsenöffnung und
eine geringere Viskosität
des Gases erhöht.
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Bei
dem Vortrennungszyklon einer Wirbelbettkatalysatorcrackeinheit haben
Tests gezeigt, dass die Gasverweilzeit in einer Größenordnung
von 1,0 – 2,0
s vom oberen Teil des Steigrohrs zum Zyklonauslass liegt, wonach
dann der Katalysator weiterhin in dem Trennbehälter bei erhöhter Temperatur für 5 – 40 s verbleibt.
Während
dieser Zeit gehen wertvolle Verbindungen als Folge thermischer Reaktionen
verloren. Im Ergebnis werden Benzinprodukte durch thermisches Cracken
in verbrennbare Gase, insbesondere Kohlenwasserstoffe des C2-Typs, umgewandelt. Andere Nebenprodukte
der thermischen Reaktionen sind Diene, wie Butadiene, die in der
Alkylierungseinheit einen beträchtlichen
Anstieg des Säureverbrauchs
verursachen. Pentadiene sind wiederum insbesondere reaktiv, wobei
ihr nachteiliger Effekt als verminderte Oxidationsbeständigkeit
von FCC-Benzin zutage tritt.
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Andere
Probleme bei den herkömmlichen FCC-Einheiten
sind ihre geringe Steuerung der Reaktionsdauer und die Erosion von
katalytischen Teilchen/zirkulierenden Teilchen und Reaktorstrukturen.
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Diese
Probleme beziehen sich meistens auf solche wesentlichen Teile der
Anordnung, wie die Trenneinheiten der Gase von den Feststoffen/Katalysatoren,
das heißt,
die Zyklone, die in den meisten Fällen als Einheiten mit einem
Ausgang ausgebildet sind. Um die gewünschte Durchflusskapazität zu erreichen,
sind eine Vielzahl dieser Einheiten im Allgemeinen parallel und
dann zwei oder drei in Serie verbunden.
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Zusätzlich zur
Kompliziertheit und Kostenaufwendigkeit erfordern herkömmliche
Zyklonkonstruktionen eine große
Grundfläche.
Des Weiteren muss der Innenraum der Zyklone mit einer keramischen
Verbindung, um Erosion zu verhindern, ausgekleidet sein.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht, indem die
herkömmlichen
Zyklone eines fluidisierten katalytischen Verfahrens durch einen
Zyklon mit multiplen Einlässen
(ebenfalls als Multiöffnungszyklon
bekannt) ersetzt werden, oder alternativ mit einer Vielzahl von
Zyklonen, die in Serie verbunden sind. Die Trennleistung eines Multiöffnungszyklons
kann bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten
höher gemacht
werden, und seine Struktur ist einfacher und billiger als diejenige
von herkömmlichen
Zyklonen. So ist auch die Grundfläche, die ein Multiöffnungszyklon
einnimmt, kleiner.
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Die
Trennanordnung, oder Zyklone, die in der Erfindung verwendet werden,
umfassen eine Zyklonkammer mit einer zumindest im wesentlichen aufrecht
ausgerichteten Mittelachse und einem zu mindest im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt ihres
Innenraums, wobei die Trennkammer drehbar symmetrisch mit Bezug
auf ihre Mittelachse ist. An die Trennkammer ist eine Einlassdüse für die Prozessgase
angeschlossen. In einer bevorzugten Ausführungsform hat diese Einlassdüse einen
im Wesentlichen kreisförmigen
Querschnitt, der um die Mittelachse der Kammer zentriert ist. Weiterhin
umfasst die Trennkammer eine Mittelröhre, die für die Entfernung der Gase darin
angeordnet ist und einen nach unten gerichteten Rücklaufschenkel
(Tauchschenkel = Dipleg) zum Gewinnen der Feststoffe, die aus der Gasphase
getrennt werden. Die Trennkammer ist mit einem Satz von Leitschaufeln,
die einen Schlitz bilden, ausgerüstet,
womit das zu behandelnde Gas in einen Gasstrom gedrängt wird,
der nahe an der Innenwand der Zyklonkammer zirkuliert, was die Trennung
der Feststoffe von der Gasphase unter der Wirkung der Zentrifugalkraft
bewirkt.
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Abweichend
von den Axialstromzyklonen, die in den GP-Patenten Nrn. 1 592 051
und 1 526 509 beschrieben sind, betrifft die Erfindung eine Trennanordnung
in einem fluidisierten katalytischen Prozess, die mit einem Reaktor
oder Regenerator über
eine Gaseinlassdüse
verbunden ist, und die im Wesentlichen in dieser Prozessanordnung
nach oben angeordnet ist. In einer Trennanordnung wie dieser wird der
zu reinigende Materialstrom in die Trennkammer im oberen Teil der
Kammer geführt,
und die Feststoffe, die aus dem Strom getrennt werden, lässt man
in einen Tauchschenkel, der sich vom unteren Teil der Trennkammer
erstreckt, fallen. Die erfindungsgemäßen Zyklone weichen von den
Axialstromzyklonen ebenfalls derart ab, dass der gereinigte Gasstrom, der
aus dem Zyklon abgeführt
wird, durch eine Mittelröhre,
die bevorzugt mit dem oberen Teil der Trennkammer verbunden ist,
abgeführt
wird. Zusätzlich dazu
gibt es in den GP-Patenten Nrn. 1 592 051 und 1 526 509 nichts über die
Verwendung von Axialstromzyklonen mit multiplen Einlässen, und sogar nichts über andere
Typen von Zyklonen mit multiplen Einlässen in einem fluidisierten
katalytischen Verfahren.
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Die
vorliegende Erfindung erbringt signifikante Vorteile. Demzufolge
erbringt die erfindungsgemäße Anordnung,
die auf der Verwendung des Zyklons mit multiplen Einlässen basiert,
signifikante Vorteile hinsichtlich der Strömungsdynamik und der Prozessverfahrenstechnik
gegenüber
herkömmlichen
Anordnungen und den im Allgemeinen angewendeten Zyklonen mit einer Öffnung.
Dieses ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass
bei herkömmlichen
Zyklonen mit einer Öffnung
der Feststoffstrom an die Zykloninnenwand als homogener gassuspendierter
Strahl mit hoher Strömungsgeschwindigkeit, die
in Primärzyklonen
typischerweise in einem Bereich von 20 – 25 m/s, in Sekundärzyklonen
etwa 35 m/s und in Tertiärzyklonen
etwa 40 m/s beträgt,
aufprallt. Die Strömungsrate
des aufprallenden Strahls muss hoch sein, weil die Breite der Düse des Zykloneinlasses
(Strahlbreite) im Allgemeinen, z. B. in standardisierten Zenz-Zyklonen, etwa ein
Viertel des Zyklondurchmessers beträgt, und das teilchenförmige Material
muss über
die gesamte Breite des aufprallenden Strahls in der Nähe der Zykloninnenwand
verteilt werden, um eine Trennung der Feststoffe vom Gasstrom zu
erreichen. Bei diesem Zyklontyp ist der Punkt, der am meisten erosionsanfällig ist,
der Bereich der Zykloninnenwand, der den Strahlaufprall der suspendierten
Katalysatorteilchen empfängt.
Im Gegensatz dazu, sind bei der erfindungsgemäßen Erfindung, die Erosionsprobleme
durch eine verbesserte Strömungsdynamik
beseitigt: Der einzige großvolumige
Einlassstrom ist durch eine Vielzahl von Massenströmen mit
kleinerem Volumen, die auf die Innenwand des Multiöffnungszyklons
prallen, ersetzt, wodurch sich der erosive Effekt über einen
größeren Bereich
verteilt. Durch die Multiöffnungskonstruktion können die
Zykloneinlassöffnungen
eng gemacht werden, wodurch die Katalysatorschicht flach wird, und
die Strömungsgeschwindigkeit
an der Einlassöffnung
kann im Wesentlichen kleiner als bei herkömmli chen Zyklonen mit einer Öffnung,
bei denen die Verminderung der Breite der Einlassöffnung eine
erhöhte
Kanalhöhe
erfordern würde,
was den Zyklon höher macht
und den Kontaktkanal länger
und klobiger in seiner Form macht, sein. Die Möglichkeit der Anwendung einer
verminderten Zykloneinlassstromgeschwindigkeit trägt zu einer
weiterhin erniedrigten Erosionsrate bei, was nach den veröffentlichten
Referenzen von der Strömungsgeschwindigkeit
durch eine Kraft von 4 bis 5 abhängig
ist.
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In
Tests, die bei Raumtemperatur ausgeführt wurden, mit einem Zyklon
mit einem Durchmesser von 465 mm mit Einlassöffnungen im gesamten Bereich
und geraden Schaufeln, betrug die Trennleistung 99,99 % bei einer
5,6 m/s Einlassströmungsgeschwindigkeit,
wenn die Querschnittsmassenströmungsrate
des Katalysators nach Differenzialdruckmessungen über 200
kg/m2 s betrug. Bei einem herkömmlichen
Zenz-Zyklon mit kompatiblen Dimensionen und Strömungsraten betrug die Trennleistung 99,10
%, berechnet über
die Teilchengrößenfraktionen.
Ein Vergleich dieser Trennleistungen macht deutlich, dass der erfindungsgemäße neue
Zyklon mit den vielen engen Einlassöffnungen eine überlegende
Leistung erbringt, wenn das Ziel der Ausgestaltung ist, hohe Strömungsgeschwindigkeiten,
die zu Erosionen führen,
zu vermeiden.
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Bei
der erfindungsgemäßen Konstruktion
mit dem Reaktorsteigrohr (nachfolgend kurz Steigrohr genannt), das
direkt mit dem Zykloneinlassrohr verbunden ist, erreicht man eine
genau steuerbare Verweilzeit, weil der Katalysator so ausgerichtet
ist, dass er den Zyklon von jedem Punkt seiner Einlassröhre gleichzeitig
eintritt. Ein erfindungsgemäßer Zyklon kann
eine Höhe
aufweisen, die auf die Hälfte
des Volumens eines Standardzyklons (führt zu einer halbierten Verweilzeit)
reduziert ist, weil der neue Zyklon aufgrund seiner verbesserten
Strömungsdynamik
so dimensioniert sein kann, dass er kürzere Höhe aufweist.
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Nach
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung wird der Zyklon mit multiplen Einlässen dafür verwendet, Katalysator von
den Produktgasen eines fluidisierten katalytischen Crackprozesses
(FCC) zu trennen. Der Zyklon mit multiplen Einlässen kann ebenfalls in der
Regeneratoranordnung einer FCC-Einheit verwendet werden, um den
regenerierten Katalysator von den Koksverbrennungsgasen zu trennen.
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Andere
geeignete fludisierte katalytische Verfahren sind unter anderem:
das katalytische Reformieren, die oxidative Dimerisierung von Phthalsäureanhydrid,
Maleinsäureanhydrid
oder Methan, die Fischer-Tropsch-Synthese, die Chlorierung und Bromierung
von Methan, Ethan und anderen Kohlenwasserstoffen und die Umwandlung
von Methanol in Olefine oder Benzin.
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Im
Gegensatz dazu umfasst der Umfang der Erfindung Wirbelbettprozesse,
die in zirkulierenden Wirbelbetten betrieben werden, worin die Entfernung des
Katalysators aus der Reaktionszone so schnell passiert, dass im
Allgemeinen dieser Art von schnell strömenden Wirbelschichten nur
durch die Zirkulierung des entfernten Katalysators über die
Zyklone erhalten werden kann.
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Die
Trennung der Feststoffe wird mit einer Vielzahl (z.B. 2 – 10, am
meisten geeignet 2 – 5)
Zyklonen in einer Kaskade durchgeführt. Durch ihre Struktur können die
Multiöffnungszyklone,
die in der Erfindung verwendet werden, konzentrisch ineinander angeordnet
sein, so dass beispielsweise der nach unten gerichtete Rücklaufschenkel
oder Tauchschenkel des nächsten
Zyklons in der Zyklonkaskade in den Tauchschenkel des vorangegangen
Zyklons eingesetzt ist. Aufgrund dieser in der Länge gestapelten und koaxialen
Anordnung innerhalb des Druckmantels erreicht man eine signifikante
Volumenreduzierung im Hinblick auf konventionelle Zyklonkonstruktionen,
die eine Anordnung der Zyklone Seite-an-Seite erfordern. Ein Multiöff nungszyklon
kann mit einem größeren Durchmesser
als ein herkömmlicher
Zyklon vorgesehen werden. Der Durchmesser der Multiöffnungszyklone
kann über
einen Meter, sogar bis zu mehreren Metern, betragen, während der Durchmesser
eines herkömmlichen
Zyklons im Allgemeinen auf maximal 1 m begrenzt ist. Dennoch muss man
den Durchmesser des Reaktionsbehältnisses bei
der erfindungsgemäßen Ausführungsform
nicht erhöhen,
sondern er kann sogar noch kleiner vorgesehen werden.
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Die
Zykloneinlassdüse
weist bevorzugt einen ringförmigen
Querschnitt insbesondere dann auf, wenn der Gasstrom von außen in den
Reaktor kommt. Dieser ringförmige
Querschnitt der Düse kann
aus dem Zwischenmantelraum, der zwischen zwei konzentrisch angeordneten
zylindrischen oder teilweise konischen Hülloberflächen verbleibt, gebildet sein,
wodurch dieser ringförmige
Raum in Richtung seiner Längsachse
in parallele Stromsegmente (Fließsegmente) durch Baffles geteilt
wird. Die parallelen Stromsegmente können angeordnet werden, indem
längs ausgerichtete
Baffles radial zwischen den beiden koaxialen, zylindrischen Hülloberflächen angebracht
werden. Man erreicht fast ein gleiches Ergebnis, wenn die Einlassdüse aus einem
Satz von parallelen Einlassröhren,
die in gleichem Abstand voneinander kreisförmig angeordnet sind, konstruiert ist.
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Die
Leitschaufeln des Zyklons können
als kreisförmiger
Schlitz um den Umfang der Innenwand der Zyklonkammer, teilweise
oder ganz im Innenraum des Steigrohrkanals angeordnet sein, um einen Schlitz
zu bilden, der eine Vielzahl von parallelen Einlasskanälen zum
Eintritt des Gasstroms umfasst.
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Der
(die) Zyklon(e) nach der Erfindung ist/sind entweder direkt an den
Steigrohrkanal (kurz Steigrohr) eines katalytischen fluidisierten
Prozessreaktors gebunden, was eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ist, oder alternativ werden die Einlassdüse(n) des/der
Zyklons) so angeordnet, dass sie mit dem Gasraum eines fluidisierten
katalytischen Prozessreaktors kommunizieren, wie es aus der Fall
bei herkömmlichen
Anordnungen ist.
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Als
nächstes
wird nun die Erfindung näher mit
Hilfe einer detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme der anliegenden
Zeichnungen untersucht, worin:
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1A eine
schematische Zeichnung einer konventionellen Zyklonkonstruktion
zeigt, und
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1B eine
schematische Zeichnung einer erfindungsgemäßen Zyklonkonstruktion mit
in zwei Serien verbundenen Zyklonen (einem Primärzyklon und einem Sekundärzyklon),
die direkt am Steigrohr eines FCC-Reaktors angeordnet sind und die
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2A und 2B zeigen
eine schematische Zeichnung eines konventionellen Zyklons und einer
erfindungsgemäßen Zyklonkonstruktion
mit zwei in Serie verbundenen Zyklonen (einem Primärzyklon
und einem Sekundärzyklon),
die direkt an einen FCC-Regenerator angeschlossen sind.
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In 1A der
konventionellen FCC-Zyklonkonstruktion, geht die Mischung aus dem
vorfluidisierten Gas und der verdampften Phase von abreagierten
und noch reagierenden Kohlenwasserstoffen in gasförmiger Phase
nach oben entlang einem Steigrohr 12, wobei der Gasstrom
mit dem suspendierten Katalysator in einen Primärzyklon 13, der mit dem
Innenraum des Reaktorbehälters 15 verbunden ist,
geht. Das teilchenförmige
Material des Stroms wird aus der gasförmigen Phase durch Aufprallen
auf die Innenwand der Trennkammer 13 und Herunterfallen
davon in den nach unten gerichteten Rücklaufschenkel des Primärzyklons
getrennt. Von dem Rücklaufschenkel
aus geht der Katalysator weiterhin in den Kohlenwasserstofftrennbereich
und den Regenerator. Der Gasstrom, der in den Primärzyklon eintritt,
verlässt
den Zyklon über
die Mittelröhre,
die zu dem Sekundärzyklon 14 führt. Die
Teilchen werden aus der gasförmigen
Phase durch Aufprallen auf die Innenwand der Zyklonkammer und Herunterfallen in
den nach unten gerichteten Rücklaufschenkel
des Sekundärzyklons
getrennt. Aus dem Sekundärzyklon geht
der Gasstrom weiterhin eine mögliche
Pufferkammer und verlässt
schließlich
den Reaktor über eine
Auslassdüse 16.
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Der
in 1B gezeigte Reaktor 12 umfasst einen
Primärzyklon,
einen Sekundärzyklon,
ein Steigrohr 1 zum Führen
der Mischung in den Primärzyklon
und ein Auslassrohr 11 zum Herauslassen des Gasstroms aus
dem Sekundärzyklon
und aus dem Reaktor 12. Der Primärzyklon umfasst einen Raum 2, der
sich am Ende eines Steigrohrs 1 und im Innern des Reaktors 12 befindet,
einen Leitschaufelschlitz 3, eingesetzt in den oberen Teil
des Raums 2, eine Kammer 4 unter dem Leitschaufelschlitz 3,
um die Mischung durch den Leitschaufelschlitz 3 passieren zu
lassen, die dann rotationsartig entlang der Innenwand der Kammer 4 fließt und einen
Rücklaufschenkel 5,
der mit dem unteren Teil der Kammer 4 verbunden ist.
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Der
Sekundärzyklon
wird oberhalb des Primärzyklons
angeordnet und er umfasst eine Mittelröhre 6, deren oberer
Teil einen Kanal 7 zum Führen des Gasstrommaterials
in den Primärzyklon
vom Primärzyklon
in den sekundären
Zyklon bildet, einen Leitschaufelschlitz 8, der mit dem
Kanal 7 verbunden ist und durch die Mittelröhre 6 gebildet
ist und einen Kammer 9, die mit dem Leitschaufelschlitz 8 verbunden
ist, mit der Hilfe dieser Elemente kann der Gasstrom, der in den
zweiten Zyklon geleitet wurde, in eine Bewegung gezwungen werden,
die entlang der Innenwand der Kammer 9 rotiert. Der Sekundärzyklon
umfasst weiterhin einen Rücklaufschenkel 10, der
sich nach unten von der Kammer 9 erstreckt und bevorzugt
konzentrisch innerhalb des nach unten gerichteten Rücklaufschenkels 5 des
Primärzyklons
angeordnet ist. In der Ausführungsform
von 1B haben sowohl der Raum 2 als auch der
Kanal 7 einen ringförmigen
Querschnitt. Die Ringform des Raumes 2 und des Kanals 7 ist
dafür gut,
die Mischung und den Gasstrom zu führen, allerdings ist es auch
möglich,
Führungsteile
anderer Formen zu verwenden.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
geht die Mischung aus dem vorfluidisierten Gas und der verdampften
Phase aus umgesetztem und noch umsetzenden Kohlenwasserstoff in
gasförmiger Phase
nach oben entlang eines Steigrohrs 1, wobei der Gasstrom
mit dem suspendierten Katalysator in einen Raum 2, der
im Innenraum eines Reaktors 12 gebildet ist, geht, von
wo der Strom weiterhin in einen Leitschaufelschlitz 3 des
Primärzyklons
aufsteigt. Die Funktion des Schlitzes 3 besteht darin,
einen heftigen Strom zu induzieren, indem die Teilchen aus der gasförmigen Phase
durch Aufprallen unter der Zentrifugalkraft auf die Innenwand 4 der
Kammer und Herunterfallen in den nach unten gerichteten Rücklaufschenkel 5 des
Primärzyklons
getrennt werden. Vom Rücklaufschenkel
aus geht der Katalysator weiterhin in den Kohlenwasserstofftrennbereich
und den Regenerator. Der Gasstrom, der in den Primärzyklon eintritt,
verlässt
den Zyklon über
die Mittelröhre 6,
wovon der Strom weiterhin entlang des Kanals 7 mit einem
im Wesentlichen ringförmigen
Querschnitt in den Leitschaufelschlitz 8 des Sekundärzyklons
aufsteigt. Die Teilchen werden aus der gasförmigen Phase durch Aufprallen
auf die Innenwand 9 der Zyklonkammer und Herunterfallen
in den nach unten gerichteten Rücklaufschenkel 10 des
Sekundärzyklons
getrennt. Der Rücklaufschenkel 10 des
Sekundärzyklons
ist vorteilhafter Weise im Innenraum des Primärzyklonrücklaufschenkels 5 eingesetzt.
Von dem Sekundärzyklon
aus verlässt
der Gasstrom den Zyklon und den Reaktor über eine Auslassröhre 11.
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In
den 2A und 2B sind
sowohl eine konventionelle Zyklonkonstruktion als auch eine erfindungsgemäße Zyklonkonstruktion
erläutert,
beide Konfigurationen weisen zwei Zyklone (einen Primärzyklon
und einen Sekundärzyklon,
die in Serie im Innenraum eines FCC-Reaktors verbunden sind, auf. Die
Anzahl der in Serie verbundenen Zyklone kann variieren, so dass
sie entweder größer oder
kleiner als die beiden Zyklone, die in Diagramm in Serie verbunden
sind, sein kann. Da ein herkömmlicher
Zyklon einen Durchmesser von maximal 1 Meter aufweist, muss im Allgemeinen
mehr als einer dieser Zyklone parallel verbunden sein.
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In
der konventionellen Zyklonkonstruktion fludisiert die Einlassluft,
die durch ein Bodengitter 29 geht, den Katalysator, der
im Regenerator 30 in einem Blasenbett enthalten ist, wobei
gleichzeitig Sauerstoff für
die Koksverbrennungsreaktion geliefert wird. Das Gas mit den suspendierten
Katalysatorteilchen geht als nächstes
in einen Primärzyklon 31,
der sich im Innenraum eines Regenerators 30 befindet. Die
Teilchen des Stroms werden aus der gasförmigen Phase durch Aufprallen
auf die Innenwand der Trennkammer und Herunterfallen in den nach
unten gerichteten Rücklaufschenkel
des Primärzyklons
getrennt. Vom Rücklaufschenkel
aus geht der Katalysator weiter zurück in das Wirbelbett. Der Gasstrom, der
in den Primärzyklon
eintritt, verlässt
den Zyklon über
die Mittelröhre,
die in den Sekundärzyklon 32 geht.
Die Teilchen werden aus der gasförmigen
Phase durch Aufprallen auf die Innenwand der Zyklonkammer und Herunterfallen
in den nach unten gerichteten Rücklaufschenkel
des Sekundärzyklons
getrennt. Aus dem Sekundärzyklon
geht der Gasstrom weiterhin in eine Pufferkammer und verlässt schließlich den
Reaktor über
ein Auslassrohr 33.
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Der
in 2B gezeigte Regenerator 18 umfasst einen
Primärzyklon,
einen Sekundärzyklon,
ein Bodengitter 17, um die Mischung in den Regenerator 18 zu
führen
und ein Auslassrohr 28 zum Herauslassen des Gasstroms aus
dem Sekundärzyklon
und da mit aus dem Regenerator 18. Der Primärzyklon umfasst
einen Raum 19, der sich innerhalb des Regenerators 18 im
oberen Teil der Kammer befindet, einen Leitschaufelschlitz 20,
der mit dem Raum 19 verbunden ist und eine Kammer 21 unter
dem Leitschaufelschlitz 21, wobei das Gas mit Hilfe des
Leitschaufelschlitz 20 in einer Rotationsstrombewegung entlang
der Innenwand der Kammer 21 geführt wird. Der Primärzyklon
umfasst weiterhin einen Rücklaufschenkel 22,
der mit dem unteren Teil der Kammer 21 verbunden ist.
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Der
Sekundärzyklon
ist oberhalb des Primärzyklons
angeordnet und umfasst ein Mittelrohr 23, dessen oberer
Teil einen Kanal 24 zur Führung des Gasstroms, der in
den Primärzyklon
von dem Primärzyklon
zu dem Sekundärzyklon
geleitet wird, bildet, einen Leitschaufelschlitz 25, der
mit dem Kanal 24, die durch das Mittelrohr 23 gebildet
ist, verbunden ist, und eine Kammer 26, die mit dem Leitschaufelschlitz 25 verbunden
ist, mit Hilfe dieser Elemente kann der Gasstrom, der in den Sekundärzyklon
geleitet ist, in eine Bewegung gezwungen werden, die entlang der Innenwand
der Kammer 26 rotiert. Der Sekundärzyklon umfasst weiterhin einen
Rücklaufschenkel 27, der
sich nach unten von der Kammer 26 erstreckt und bevorzugt
konzentrisch innerhalb des nach unten gerichteten Rücklaufschenkels 22 des
Primärzyklons angeordnet
ist. Bei der Ausführungsform
von 2B haben sowohl der Raum 19 als auch
der Kanal 24 einen ringförmigen Querschnitt. Die Ringform
des Raums 19 und der Kanal 24 ist dafür gut, die
Mischung und den Gasstrom zu führen,
es ist allerdings auch möglich,
Führungsteile
unterschiedlicher Form zu verwenden.
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Bei
der erfindungsgemäßen Anordnung
fluidisiert die Einlassluft, die durch ein Bodengitter 17 geht,
den Katalysator, der in dem Regenerator 18 in einem Blasenbett
enthalten ist, wobei gleichzeitig Sauerstoff in die Koksverbrennungsreaktion
gebracht wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform in 2 steigt
der Gasstrom mit den suspendierten Katalysatorteilchen in einen
Raum 19, der im Innenraum des Zyklons gebildet ist, auf,
wovon der Strom weiterhin in einen Leitschaufelschlitz 20 des
Primärzyklons aufsteigt.
Der ringförmige
Querschnitt des Steigrohrs repräsentiert
eine besonders bevorzugte Ausführungsform,
allerdings kann in der in 2 gezeigten Konfiguration,
worin der die Feststoffe enthaltende Gasstrom vom Innenraum des
Reaktors kommt, das Steigrohr ebenfalls irgendeinen anderen Querschnitt (z.B.
kreisförmig)
aufweisen. Die Funktion des Schlitzes 20 besteht darin,
einen heftigen Strom zu erzeugen, indem die Teilchen aus der gasförmigen Phase durch
Aufprallen unter der Zentrifugalkraft auf die Innenwand 21 der
Kammer und Herunterfallen in den nach unten gerichteten Rücklaufschenkel 22 des
Primärzyklons
getrennt werden. Vom Rücklaufschenkel aus
geht der Katalysator weiterhin zurück in das Wirbelbett. Der Gasstrom,
der in den Primärzyklon
eintritt, verläst
den Zyklon über
das Mittelrohr 23, wovon der Strom weiterhin entlang des
Kanals 24 mit einem bevorzugt ringförmigen Durchschnitt in den
Leitschaufelschlitz 25 des Sekundärzyklons aufsteigt. Die Teilchen
werden aus der gasförmigen
Phase durch Aufprallen auf die Innenwand 26 der Zyklonkammer
und Herunterfallen in den nach unten gerichteten Rücklaufschenkel 27 des
Sekundärzyklons
getrennt. Der Rücklaufschenkel 27 des
Sekundärzyklons
ist in vorteilhafter Weise in den Innenraum des Primärzyklonrücklaufschenkels 22 eingepasst.
Vom Sekundärzyklon
aus verlässt
der Gasstrom den Zyklon und den Reaktor über ein Auslassrohr 28.