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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Trennvorrichtung zum Abtrennen von
Feststoffen aus einem Gas-Feststoff enthaltenden Einsatz, der in
einem gasreichen Strom resultiert, wobei die Trennvorrichtung aufweist:
ein
aufrechtes, hohles, kreisförmiges
Gehäuse,
das in Fluidverbindung mit einem Tauchrohr zur Abgabe von Feststoffen
steht, das unterhalb des Gehäuses angeordnet
ist;
ein Gasauslaßrohr
zur Abgabe des gasreichen Stromes aus dem kreisförmigen Gehäuse, wobei das Auslaßrohr im
wesentlichen koaxial von der Oberseite des Gehäuses vorsteht;
Einlaßmittel
für den
Gas-Feststoffeinsatz, die so angeordnet sind, daß sie im Betrieb eine Wirbelströmung in
dem kreisförmigen
Gehäuse
erzeugen.
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Eine
derartige Vorrichtung ist in der US-A-5391289 beschrieben. Diese
Patentveröffentlichung
beschreibt eine Zyklontrennvorrichtung, die als eine Sekundärtrennstufe
verwendet wird, um Feststoffkatalysatorteilchen von dem Reaktorabgang eines
fluidkatalytischen Crackreaktors (FCC) zu trennen. In einem FCC-Verfahren
werden Kohlenwasserstoffe bei hoher Temperatur in Anwesenheit eines Feststoffkatalysators
in erwünschtere
Komponenten, beispielsweise Diesel und niedrige Olefine, getrennt. Auf
dem Gebiet des FCC werden diese Zyklontrennvorrichtungen auch als
Sekundärzyklone
bezeichnet. Andere Veröffentlichungen,
die diese Sekundärzyklone
in einem FCC-Verfahren beschreiben, sind beispielsweise die US-A-5055177,
US-A-5376339, EP-A-299650, EP-A-488549 und EP-A-309244.
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Die
US-A-4670410 offenbart eine Zyklontrennvorrichtung, an die ein Tauchrohr
an ihrem unteren Ende angeschlossen ist. Die Zy klontrennvorrichtung
ist mit einer Wirbelreflektoreinrichtung versehen. Die Wirbelreflektoreinrichtung
umfaßt
eine Platte mit einer Vielzahl von Löchern nahe ihrer äußeren Kante.
Die Löcher
definieren Durchgänge
aus einer Trennzone zu einer Sammelzone.
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Ein
Nachteil dieser Sekundärzyklone
besteht darin, daß sich
Koksablagerungen an den Wänden dieser
Vorrichtungen bilden können.
Die Koksbildung ist das Resultat der im Einsatz vorhandenen Kohlenwasserstoffe
und der unter relativ hohen Temperaturen dem Zyklon zugeführten Gase.
Große
Koksstücke
können
von der Wand in das Tauchrohr fallen und das Tauchrohr verlegen.
Wenn ein Tauchrohr verlegt ist, funktioniert der Zyklon nicht mehr
in optimaler Weise als Feststoff-Gas-Trennvorrichtung, und der fluidkatalytische
Crackvorgang muß stillgesetzt
werden, um den Koks aus dem Tauchrohr zu entfernen. Da FCC-Verfahren zwischen
geplanten Stillsetzungen über
viele Monate und sogar Jahre laufen sollen, verursacht jedes unerwartete
Stillsetzen beträchtlichen
wirtschaftlichen Schaden.
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Das
Ziel dieser Erfindung besteht darin, die Probleme zu vermeiden,
die mit dem Verlegen von Tauchrohren in einer Trennvorrichtung verbunden sind.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Das
Erfindungsziel wird durch die folgende Vorrichtung erreicht. Eine
Trennvorrichtung zum Abtrennen von Feststoffen aus einem Gas-Feststoff
enthaltenden Einsatz, der in einem gasreichen Strom resultiert,
wobei die Trennvorrichtung aufweist:
ein aufrechtes, hohles,
kreisförmiges
Gehäuse,
das in Fluidverbindung mit einem Tauchrohr zur Abgabe von Feststoffen
steht, das unterhalb des Gehäuses positioniert
ist; ein Gasauslaßrohr
zur Abgabe des gasreichen Stromes aus dem kreisförmigen Gehäuse, wobei das Auslaßrohr im
wesentlichen koaxial von der Oberseite des Gehäuses vorsteht; Einlaßmittel
für den
Gas-Feststoffeinsatz, die so ausgebildet sind, daß sie im
Betrieb eine Wirbelströmung
in dem kreisförmigen
Gehäuse
erzeugen; und ein Sieb, das zwischen dem unteren Teil des kreisförmigen Gehäuses und
dem oberen Teil des Tauchrohres angeordnet ist, wobei das Sieb Öffnungen
hat, welche einen Durchtritt von Teilchen mit einem Durchmesser
größer als
das 0,75-fache des Durchmessers des Tauchrohres nicht gestatten
und verhindern, daß sie
in das Tauchrohr eintreten, wobei die Gesamtfläche der Öffnungen des Siebes größer als
das 2-fache der Querschnittsfläche
des Tauchrohres ist; und wobei ein Wirbelstabilisator koaxial zur
zentralen Achse unterhalb der Öffnung
des Gasauslasses und oberhalb des Siebes angeordnet ist.
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Es
wurde gefunden, daß bei
Verwendung eines solchen Siebes weniger Probleme infolge eines Verlegens
des Tauchrohres auftreten. Wegen des Siebes wird die normale Wirbelbewegung
in dem Tauchrohr reduziert. Als Ergebnis erhöht sich die Druckdifferenz über die
Länge des
Tauchrohres und ermöglicht
es, ein kürzeres
Tauchrohr zu verwenden. Dies ist sehr vorteilhaft, speziell dann,
wenn diese Zyklone innerhalb eines Gefäßes vorhanden sind, beispielsweise
eines Strippergefäßes eines FCC-Verfahrens. Die Länge eines
Tauchrohres ist häufig
der bestimmende Faktor für
die Dimensionen des Gefäßes. Somit
resultieren kürzere
Tauchrohre darin, daß kleinere
Gefäße angewendet
werden können.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird ferner anhand der folgenden Figuren näher erläutert. 1 zeigt
einen vertikalen Querschnitt der Trennvorrichtung gemäß der Erfindung. 2 zeigt
ein anderes Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei welchem der untere Teil des Gehäuses nicht
vorhanden ist. 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform
für ein
Sieb, kombiniert mit einem Wirbelstabilisator. 4 zeigt
den oberen Teil eines Strippergefäßes eines FCC-Verfahrens.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Vorteilhaft
gestatten die Öffnungen
des Siebes nicht, daß Teilchen,
die größer als
das 0,5-fache des Durchmessers (D0) des Tauchrohres sind, das Sieb
passieren.
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Vorzugsweise
ist die Gesamtfläche
(A0) der Öffnungen
des Siebes größer als
das 5-fache der Querschnittsfläche
(A1) des Tauchrohres.
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Das
kreisförmige
Gehäuse
der Trennvorrichtung kann zweckmäßig einen
oberen rohrförmigen Teil
mit einem Durchmesser (D3), ein konisch geformtes Gehäuse als
mittleren Teil, dessen kleinerer Durchmesser (D2) sich am unteren
Ende befindet, und gegebenenfalls einen unteren Teil mit einem Durchmesser
(D1) aufweisen, der größer als
der Durchmesser (D2) des unteren Teiles des konischen Gehäuses ist.
Der Durchmesser (D0) des Tauchrohres ist zweckmäßig kleiner als der Durchmesser
(D3) des oberen Teiles des kreisförmigen Gehäuses der Trennvorrichtung.
Vorzugsweise ist das Volumen des kreisförmigen Gehäuses auf dem Niveau, auf welchem
das Sieb angeordnet ist, ausreichend groß, damit sich Koksteilchen
ansammeln können.
Die Dimensionen des Siebes wer den so gewählt, daß während der Ansammlung von Koksteilchen
im unteren Teil des Gehäuses
eine ausreichend große
Anzahl von Öffnungen
nicht blockiert wird, um zu ermöglichen,
daß die
abgetrennten Teilchen in das Tauchrohr eintreten. Die Form der Löcher ist
nicht kritisch. Kreisförmige,
rechteckige Löcher
und Schlitze sind mögliche
Formen für
die Öffnungen
des Siebes.
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Das
Sieb ist vorzugsweise symmetrisch um die Achse, genau an der Oberseite
der Einlaßöffnung des
Tauchrohres positioniert. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
besteht darin, daß das
Sieb ein Rohr ist, das auf der Oberseite des Tauchrohres angeordnet
ist, wobei das Rohr in das kreisförmige Gehäuse von unten eintritt. Das
Rohr hat etwa den Durchmesser des Tauchrohres und ein offenes unteres
Ende sowie ein geschlossenes oberes Ende. In den vertikalen Wänden des
Rohres sind Löcher
vorhanden.
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Das
Sieb ist vorzugsweise ausreichend kräftig, um zu vermeiden, daß es durch
Erosion infolge der Gas-Feststoffe beschädigt wird, die sich in dem kreisförmigen Gehäuse bewegen.
Schutzauskleidungen können
aufgebracht werden, um den oberen Teil des Siebes zu schützen. Ein
Wirbelstabilisator ist unterhalb der Öffnung des Gasauslaßrohres
und oberhalb des Siebes positioniert. Der Wirbel, der im Betrieb
vorhanden ist, endet an der Oberseite des Wirbelstabilisators, wodurch
die Erosion des Siebes verringert wird. Der Wirbelstabilisator wird
zusätzlich jegliche
Wirbelbewegung im Tauchrohr weiter reduzieren und somit die Druckdifferenz über die
Länge des
Tauchrohres erhöhen,
was aus den vorstehend bereits erläuterten Gründen vorteilhaft ist.
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Der
Wirbelstabilisator weist zweckmäßig einen
Hut auf, der einen relativ großen
Durchmesser hat, und eine vertikal orien tierte Wirbelstabilisatorstange
an der Oberseite des Hutes, die einen beträchtlich kleineren Durchmesser
im Vergleich zum Hut hat. Der Hut kann beispielsweise eine kreisförmige Platte
oder ein Konus sein. Wenn ein Konus verwendet wird, wirkt die Spitze
des Konus als Wirbelstabilisatorstange. Wirbelstabilisatoren sind
auch beispielsweise in der US-A-4692311, EP-A-360360 und EP-A-220768
beschrieben.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
besteht darin, daß der
Wirbelstabilisator an der Oberseite des Siebes angeordnet ist.
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Der
Wirbelstabilisator kann ein hohles Rohr als Wirbelstabilisatorstange
haben, so daß eine
Fluidverbindung über
das hohle Rohr zwischen der Oberseite des Wirbelstabilisators und
einer Position unterhalb des Wirbelstabilisators und oberhalb des Einlasses
des Tauchrohres vorhanden ist.
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Die
Einlaßmittel
für den
Gas-Feststoffeinsatz können
axial oder tangential an dem oberen rohrförmigen Teil des kreisförmigen Gehäuses angeordnet sein.
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Die
Vorrichtung wird vorzugsweise als zweite Trennstufe verwendet (die
auch als Sekundärzyklon bezeichnet
wird), um Katalysatorteilchen aus einem gasförmigen Reaktorabgang eines
fluidkatalytischen Crackverfahrens zu trennen, wobei das Trennen
in zumindest zwei aufeinanderfolgenden Trennstufen durchgeführt wird.
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Ein
fluidkatalytisches Crackverfahren weist einen Reaktor auf, in welchem
Katalysatorteilchen und gasförmige
Kohlenwasserstoffe kontaktiert werden. Der Reaktor ist allgemein
ein vertikal positionierter, rohrförmiger Reaktor, der häufig als
Riserreaktor bezeichnet wird, durch welchen Katalysator und Reaktanten
im Gleichstrom in Richtung nach oben strömen. An dem Ende des Risers
werden die Katalysatorteilchen von dem Reaktorabgang getrennt. Diese
Trennung erfolgt üblicherweise
mittels eines oder mehrere Zyklone. Die auf diese Weise abgetrennten Katalysatoren
werden in einem Strippergefäß gesammelt.
In diesem Gefäß werden
die Katalysatoren mit wasserhältigem
Gas gestrippt, um jegliche Kohlenwasserstoffe von den Katalysatoren
zu trennen. Die gestrippten Katalysatoren werden danach in ein Regeneratorgefäß geschickt,
in welchem jeglicher Koks von dem Katalysator durch Verbrennung
entfernt wird. Der gestrippte und regenerierte Katalysator wird
sodann in dem Verfahren wiederverwendet.
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Das
Trennen von Katalysator von dem Reaktorabgang wird zweckmäßig mittels
einer ersten Trennvorrichtung vorgenommen, welche die Hauptmasse
des Katalysators abtrennt, gefolgt von einem Sekundärzyklon,
welcher das meiste der verbleibenden Katalysatorteilchen abtrennt.
Abhängig
von der spezifischen Auslegung kann mehr als ein Sekundärzyklon
vorhanden sein, der parallel und/oder in Reihe geschaltet ist. Diese
Trennmittel können
innerhalb des Strippergefäßes oder
außerhalb
des Strippergefäßes angeordnet
werden. Kombinationen der beiden sind ebenfalls möglich, wobei
die primären Trennmittel
innerhalb des Strippergefäßes und
die Sekundärzyklone
außerhalb
des Strippergefäßes angeordnet
werden. Die Vorteile der Erfindung werden dann besonders deutlich,
wenn der Sekundärzyklon innerhalb
des Strippergefäßes angeordnet
wird, weil diese Zyklone nicht leicht inspiziert werden können, wenn
das FCC-Verfahren in Betrieb ist. Beispiele solcher FCC-Konfigurationen
sind in den früher
erwähnten
Patentveröffentlichungen
US-A-5055177, US-A-5391289, EP-A-309244 und EP-A-299650 beschrieben.
Wenn der Sekundärzyklon
innerhalb des Strippergefäßes angeordnet
wird, ist der Einlaß für den Gas-Feststoffeinsatz
vorzugsweise tangential angeordnet.
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Vorzugsweise
werden beide primären
Trennmittel, zweckmäßig ein
Zyklon, der auch als Rohschnittzyklon bezeichnet wird, und der Sekundärzyklon
innerhalb des Strippergefäßes angeordnet. Noch
bevorzugter ist der Gasauslaß des
Rohschnittzyklons in Fluidverbindung mit dem Einlaß des Sekundärzyklons.
Dies ist vorteilhaft, weil dadurch die Verweilzeit der gecrackten
Kohlenwasserstoffe, nachdem diese den Reaktorriser verlassen, in
den verschiedenen Trennmitteln reduziert wird, um ein nicht kontrolliertes
Cracken zu vermeiden, das auch als Nachcracken bezeichnet wird.
Um ein Auslaßmittel
für die
Strippergase in dem Strippergefäß zur Verfügung zu
haben, ist eine Öffnung
in der Leitung zwischen dem Rohschnittzyklon und dem Sekundärzyklon
vorgesehen. Vorzugsweise ist diese Öffnung durch einen Schlitz
gebildet.
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In 1 ist
eine Trennvorrichtung gemäß der Erfindung
gezeigt, mit einem hohlen kreisförmigen
Gehäuse
(1), das symmetrisch um eine Achse (Ax) angeordnet ist,
die in Fluidverbindung mit einem Tauchrohr (8) und einem
Gasauslaßrohr
(4) steht, und Einlaßmitteln
(3) für
den Gas-Feststoffeinsatz, die tangential angeordnet sind, um im
Betrieb eine Wirbelströmung
in dem kreisförmigen
Gehäuse
(1) zu erzeugen. Die Einlaßmittel sind in Fluidverbindung mit
einer Einlaßleitung
(2). Das kreisförmige
Gehäuse
(1) hat einen oberen rohrförmigen Teil (5) mit
einem Durchmesser (D3), eine kegelstumpfförmige Hülle als mittleren Teil (6),
deren kleinster Durchmesser (D2) sich am unteren Ende befindet,
und einen unteren Teil (7) mit einem Durchmesser (D1).
Ein rohrförmiges
Sieb (9) mit kreisförmigen Öffnungen (10)
bedeckt den Einlaß des
Tauchrohres (8). Ebenfalls gezeigt ist ein Wirbelstabilisator
(11), der auf einem Hut (12) positioniert ist.
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In 2 haben
die Bezugszeichen die gleiche Bedeutung wie in 1.
Das in 1 offenbarte Ausführungsbeispiel unter scheidet
sich von dem in 1 offenbarten dadurch, daß kein erweiterter
unterer Teil des Gehäuses
vorhanden ist.
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In 3 ist
ein rohrförmiges
Sieb (9) mit rechteckigen Öffnungen (10) gezeigt,
welche den Einsatz des Tauchrohres (8) bedecken, der im
unteren Teil (7) des Gehäuses angeordnet ist. An der Oberseite
des Siebes ist ein Wirbelstabilisator (11) positioniert.
Ein Hut (12) des Wirbelstabilisators bildet die Oberseite
des rohrförmigen
Siebes (9).
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4 zeigt
ein bevorzugtes Strippergefäß (16)
eines FCC-Verfahrens mit einem Sekundärzyklon gemäß der Erfindung. Der obere
Teil des Strippergefäßes ist
gezeigt, in welchem ein Reaktorriser (17) in Fluidverbindung
mit einem Rohschnittzyklon (18) steht, wobei der Rohschnittzyklon
in Fluidverbindung mit einer Gasauslaßleitung (19) steht.
Im horizontalen Teil dieser Leitung (19) ist ein Schlitz
(21) vorhanden. Eine Leitung (23) ist in Fluidverbindung mit
dem tangential angeordneten Einlaß des Sekundärzyklons
(24). Der Sekundärzyklon
(24) hat ein rohrförmiges
Sieb (25), welches den Einlaß des Tauchrohres (26)
bedeckt. Das gasförmige
Produkt, das an Katalysatorteilchen verarmt ist, verläßt über eine
Leitung (27) den Sekundärzyklon
und das Strippergefäß. Der untere
Teil des Strippergefäßes weist
ein Wirbelbett aus Katalysatorteilchen (28) auf, welchem Strippergas über Einlaßmittel
(29) zugeführt
wird. Das Tauchrohr (26) des Sekundärzyklons endet etwa am oberen
Niveau des Wirbelbettes (28), und das Tauchrohr des Rohschnittzyklons
(30) endet innerhalb des Wirbelbettes (28). Durch
den Schlitz (21) kann Strippergas in den Einlaß der Leitung
(23) strömen
und das Strippergefäß (16) über den
Sekundärzyklon
(24) verlassen.