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Verfahren zur Durchführung katalytischer Gasreaktionen Bei manchen
katalytisehen Gasreaktionen, so insbesondere bei der katalytischen Spaltun von Üldämpfen
läßt die Wirksamkeit der Katalysatoren nach einiger Zeit derart nach, daß sie für
die weitere Verwendung erst wiederbelebt werden müssen. Dies wird im allgemeinen
von Zeit zu Zeit unter unter brechung des Betriebes im Reaktionsofen selbst mit
Hilfe von Luft oder Sauerstoff bei Temperaturen vorgenommen, die um etwa 50 bis
I500 oder mehr über der Spalttemperatur liegen, wenn diese etwa 450° beträgt.
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Die während der Spaltreaktion auf dem Kata-Ivsator abgelagerten, dessen
Wirksamkeit vermindernden kohlenstoffhaltigen Stoffe, z. B.
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Koks miissen hierbei verbrannt werden.
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Eine zu starke Erhitzung bei dem exothermen ÄVi ederbelebungsvorgang
beeinträchtigt aber die Wirksamkeit des Katalysators und muß daher vermieden werden:
deshalb muß die Verbrennung durch entsprechende Verdünnung mit inerten Gasen, z.
B. Stickstoff oder Wasserdampf, sehr vorsichtig durchgeführt werden und beansprucht
demzufolge Zeiten, die meist etwa doppelt bis dreimal so lang sind wie die Spaltperioden.
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Es ist ferner bekannt, die Katalvsatoren fortlaufend durch den Reaktions-
und den Wiederbelebungsraum zu führen. Hierbei wird die Reaktion und die Wiederbelebung
in zwei sorgfältig voneinander getrennten Vorrichtungen durchgeführt, die durch
umständliche Fördereinrichtungen voneinander getrennt sind, so daß die mechanische
Festigkeit der Katalvsatoren beeinträchtigt wird.
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Auch bei Adsorptionsverfahren hat man schon die stückigen Adsorptionsmittel
durch den Adsorptions- und den sich anschließenden
Wiederbelebungsraum
geführt. Diese beiden Räume sind jedoch hierbei durch starke Einschnürungen oder
umständliche Einbauten voneinander getrennt. Durch derartige Einrichtungen wird
aller ein reibungsloses langsames Weiterwandern der stückigen Stoffe erschwert und
der Abrieb stark erhöht.
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Es wurde nun gefunden, daß ein ununterlrochener, keine umständlichen
Fördereinrichtungen, Einbauten oder Umstellung von Ventilen u. dgl. erfordernder
Betrieb möglich ist und doch die Wirksamkeit der Katalysatoren während des ganzen
Realstionsverlaufs aufrechterhalten bleibt, wenn man die körnigen oder stückigen
Katalysatoren, z. B. im Kreislauf, durch ein längliches Gefäß führt, in dessen erstem
Teil die Reaktion und gleichzeitig im zweiten die Wiederbelebung der Katalysatoren
stattfindet, wobei beide Teile durch eine Zone getrennt sind, in der, zweckmäßig
durch Einleiten eines inerten Gases, ein höherer Druck aufrechterhalten wird als
im Reaktions- und Wiederbelebungsraum. Das Gefäß ist zweckmäßig senkrecht angeordnet,
wobei sich die Katalysatoren zeitweise oder dauernd von oben nach unten bewegen.
Die Geschwindigkeit der Bewiegung der Katalysatoren wird durch geeignete Ein- und
Austragvorrichtungen, beispielsweise durch am Ausgang des Gefäßes befindliche bewegliche
Schieber, Zellenräder, Schnecken oder ähnliche Einrichtungen, bestimmt Nian hat
es so in der Hand, die Verweilzeit des Katalysators in der Reaktionszone so einzustellen,
daß dauernd die günstigste Ausbeute erreicht wird. Einbauten oder Einschnürungen
oder ähnliche Einrichtungen, die ein reilbungsloses Abwärtswandern verhindern, werden
nicht angewandt, so daß es zu keiner vermehrten Abriebbildung kommt. Man hat also
nach der vorliegenden Arbeitsweise gegenüber den bischer bekannten Verfahren die
Vorteile, die Spaltung und Wiederbelebung in einer einzigen Einheit ohne umständliche
mechanische Einrichtungen in fortlaufendem Betrieb vornehmen zu können, ohne daß
eine Vermehrung des gebildeten Abriebs in Rauf genommen werden muß.
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Die Länge der Wiederbelebungszone richtet sich nach der Dauer der
Wiederbelebung, die meist zwei- bis dreimal so lang ist wie die Reaktion, wenn es
sich z. B. um die Spaltung handelt, und nur dann kürzer gehalten werden kann, wenn
der Katalysator weniger an inaktivierenden Stoffen aufgenommen hat. Man kann auch
dem zweiten Teil des Gefäßes, in dem die Wiederbelebung stattfindet, einen größeren
Durchmesser geben als dem eigentlichen Reaktionsraum und auf diese Weise eine längere
Verweilzeit bei der Wiederbelebung bewirken. Als zweckmäßig hat sich erwiesen, das
den Sauerstoff enthaltende Gas gemisch dem Katalysator entgegenzuleiten.
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Man erreicht so eine gleichmäßigere Verbrenungsreaktion über die ganze
Wiederbelebungszone. nun nun beide gleichzeitig in dem länglichen Gefäß, z. B. einem
Rohr, stattfindenden Behandlungen. z. B. Spaltung und Wiederbelegung, voneinander
getrennt zu halten verfährt man derart, daß man zwischen den Räumen für - die beiden
verschiedenartigen Behandlungen eine Zone bildet, in die ein Sperrgas, z. B. Stickstoff,
unter einem etwas höheren Druck eingeleitet wird, als er sich an den beiden Austrittsstel
len für die Reaktion gase einstellt, die sich also über und unter dieser Zone befinden.
das Verfahren eignet sich insbesondere für die Überführung von Kohlenwasserstoffölen
höheren Siedebereichs in klopffeste Benzine und Dieselöle. Aber auch überall da.
wo Gasumsetzungen in Gegenwart von Katalysatoren stattfinden und diese nur ein beschränkte
Zeit ihre gute Wirksamkeit beibehalten und dann wiederhelebt werden müssen, kann
man vorteilhaft nach dieser Arbeitsweise verfahren und so einen fortlaufenden Betrieb
ermöglichen.
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Das Verfahren sei an Hand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
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Der Katalysator rutscht von dem Vorratsliehälter 4 in den Reaktionsraum
B, in dem z. B. die Spaltung von Kohlenwasserstofföldämfen stattfindet, und von
hier weiter durch die Sperrzone C in den Wiederbelebungsraum D. Die Geschwindigkeit
der Katalysatorbewegung wird bestimmt durch eine Fördereinrichtung, z. B. die Förderschnecke
E, die den Katalysator zu einem Rau führt, aus dem er durch bekannte Vorrichtungen
wieder in den Vorratsbehälter A gefördert wird. Die zu behandelnden Öldämpfe treten
bei d in den Spaltraum B und verlassen ihn nach der Reaktion bei a. Das Regeneriergas
tritt bei c in den Wiederbelebungsraum D und verläßt ihn bei b. Das Sperragas, z.
B. Stockstoff, tritt in die Sperrzone C bei e unter etwas höherem Druck als bei
a und b ein; es strömt infolge seines Überdruckes nach beiden Seiten a und h ab.
Es vermindert so ein Übertreten des Regeneriergases in das Reaktionsgas und umgekehrt
Um mit möglichst geringen Sperrgasmengen auszukommen, hält man zweckmäßig durch
eine selbsttätige Druckregelung den Druck des Reaktionsgases bei a auf derselben
Höhe wie den des Regeneriergases bei b; außerdem sieht man zur Verminderung des
Sperr gasverbrauches die Sperrzone C zweckmäßig nicht zu kurz vor. Auch fängt eine
längere
Sperrzone etwa doch auftretende Gasstöße auf und verhindert,
daß Reaktions- und Regeneriergas sich mischen können. Die bei a austretenden dampfförmigen
Reaktionsprodukte werden durch Kühlung in Flüssigkeit und Gas getrennt. Der ganze
Reaktionsraum wird durch elektrische Heizmäntel oder durch Gasheizung auf der erforderlichen
Temperatur gehalten.
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Beispiel In einem senkrecht stehenden, elektrisch beheizten eisernen
Reaktionsrohr, das nach der beiliegenden Zeichnung ausgebildet ist, befinden sich
201 stückigen Katalysators, der aus Magnesiumsilicat besteht, in der Anordnung,
daß 6 l im Vorratsbehälter A, 4 l im Spaltraum B, 2 l in der Sperrzone C und 8 l
in dem Wiederbelebungsraum D sich befinden.
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Die Förderschnecke E trägt stündlich 8 l Katalysator bei F aus dem
Reaktionsofen in wiederbelebtem Zustande heraus. Eine gleiche Menge rutscht aus
dem Vorratsbehälter ständig nach. In einer gasbeheizten Vorheizschlange werden stündlich
4 l eines persischen Gasöls vom Siedebereich 225 bis 3500 und vom spez. Gewicht
0,8.35 auf 4650 aufgeheizt und oben in den Reaktionsofen eingeführt. Von unten treten
stündlich 12 cbm eines zweckmäßig auf 440° vorgeheizten Gemisches von gleichen Volumen
Luft und Stickstoff ein. In die mittlere Sperrzone werden stündlich 1,5 cbm Stickstoff
eingeleitet. An den Druckmeßstellen stellen sich folgende Drücke (mm NVassersäule)
ein: p1 = 125 mm, p2 = 125 mm, p3 = 200 mm. Die mittlere Spalttemperatur beträgt
4500, die höchste im Katalysator gemessene Temperatur innerhalb des Raumes D liegt
bei 5690.
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Die bei a austretenden Reaktionsprodukte werden zuerst auf 0° gekühlt,
dann auf -40°. Man erhält so stündlich 2,95 kg flüssiges Produkt, 0,10 kg Gasbenzin
und 120 l Gas.
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Die 2,95 kg flüssiges Produkt und die 0.10kg Gasbenzin ergeben nach
Destillation und Stabilisierung 1,340 kg Benzin mit der Oktanzahl 90, 1,580 kg Restöl
mit der Cetenzahl 56, 0,130 kg Gasbenzin (insbesondere C4-Kohlenwasserstoffe).
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Das entweichende Gas enthält etwa die Hälfte des Sperrstickstoffs
und 0,10 kg C1-C3-Kohlenwasserstoffe und Wasserstoff im Verhältnis 2 : 1.
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Die bei b austretenden Gase enthalten 0,29 log Kohlensäure, die durch
Verbrennung der auf dem Katalysator gebildeten Abscheidungen entstanden sind.