DE765867C

DE765867C - Katalysatorkammer fuer die Dampfphasenspaltung von Kohlenwasserstoffoelen

Info

Publication number: DE765867C
Application number: DES133716D
Authority: DE
Inventors: John Adam Crowley Jr; John Walter Payne; Thomas Patrick Simpson; Clark Salem Teitsworth
Original assignee: Socony Vacuum Oil Co Inc
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1937-09-01
Filing date: 1938-09-02
Publication date: 1953-03-02
Also published as: FR842757A; GB519371A; US2185930A

Description

Katalysatorkammer für die Dampfphasenspaltung von Kohlenwasserstoffölen Die Erfindung betrifft eine langgestreckte Katalysatorkammer für die Dampfphasenspaltung von Kohlenwasserstofföl mit Hilfe eines körnigen Katalysators und mit einem die Kammer durchsetzenden, von einem Wärmeaustauschmittel durchflossenen Rohrbündel mit Rippen und kennzeichnet sich dadurch, daß die Kammer durch das Röhrenbündel und die Rippen in eine Anzahl langer, schmaler Wegräume aufgeteilt ist, die in der Strömungsrichtung der Kohlenwasserstoffdämpfe verlaufen, wobei zwischen den Rippen der einzelnen Rohre nur geringe Abstände vorhanden sind.
Bei der Dampfphasenspaltung treten be= kanntlich im Katalysator erhebliche Abscheidungen von festen oder halbfesten Stoffen auf. Dadurch wird der Katalysator verstopft, und den Dämpfen ist der weitere Durchtritt versagt. Infolgedessen hat man sehr niedrige Katalysatorschichten benutzt, welche von den Dämpfen rasch durchströmt werden. In niedrigen Schichten ist aber die Umsetzung eine verhältnismäßig geringe, so daß man entweder sehr grolle Katalvsatorfächeil verwenden oder sich mit einer geringen Unisetzun begnügen muß. Es ist aber sehr unangenehm, wenn man gezwungen ist, die Gase mehrmals über den Katalysator zu führen. uni eine eiltsprechende Ausbeute zu erhalten. Die Schwierigkeiten liegen darin, dalli matt die bereits gebildeten Kohleliwasserstotfe nicht aus den Dämpfen entfernen kann. :vetlli man sie nochmals über den Katalysator führen «rill, und daß dann Nachspaltungen unvermeidlich sind.
Wenn man aber den Dämpfen. größere Katalvsatorschichten entgegensetzt, treten in der i@lasse des Katalysators stets Absclieidungen auf, welche zur Bildung von Kanälen in der Masse führen. Durch diese Kanäle strömen dann die Dämpfe zu rasch hindurch, und die Umsetzung wird ungenügend. Andererseits ergeben solche Stellen beim nachherigen Ausbrennen des Katalysators in den anschließenden Partien der Masse zu hohe Temperaturen, weil infolge des stärkeren Durchströmens der Luft eine lebhaftere 'Verbrennung stattfindet, und es tritt eine Schädigung des hatalvsators ein.
Die Schwierigkeiten werden nun erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß man eine lanb gestreckte Kammer verwendet, welche von Röhren durchzogen. ist, die vom Wärmeaustauschmittel durchflossen «-erden. Diese Röhren sind mit Rippen versehen, und die Rippen bilden lange, schmale Wegräume, welche in der Strömungsrichtung der Kohlenwasserstoffdämpfe verlaufen. Dadurch sind die Dämpfe gezwungen, eine lange Katalysatorschicht zu durchlaufen. Dabei kommt es aber immer wieder vor, daß sich an irgendwelchen Stellen Verstopfungen bilden. Würde man den Dämpfen keinen anderen Ausweg geben, so vermehren sich diese Verstopfungen so weit, daß leim nachherigen Ausbrennen die geschilderten Schwierigkeiten entstehen. Wenn man aber, wie es erfindungsgemäß geschieht, zwischen den Rippen der einzelnen Rohre geringe Abstände vorsieht, ist den Dämpfen die Möglichkeit gegeben, im Fall einer Verstopfung seitlich auszuweichen und in irgendeiner benachbarten Kammer, welche noch nicht verstopft ist, aufwärts zu strömen. Die Abstände werden so gering gehalten, (laß die Dämpfe unter normalen Verhältnissen nicht seitwärts ausweichen, sondern durch den Katalysator nach oben strömen. Nur dann, wenn der Widerstand in der -Strömungsrichtung zu groß wird, überwinden die Dämpfe den Strömungswiderstand, welchen der enge Spalt den Dämpfen eiltgegensetzt, und die Dämpfe gelangen dann in einer benachbarten Kammer nach ollen.
Zum besseren Verständnis wird die Einrichtung nach der Erfindung und (las finit dieser auszuführende Verfahren -an Hand ler Zeichnungen erläutert. In d@e:vii Zeichniiii-len zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch eine Ausfüllrungsform der Einrichtung.
Fig. = einen Querschnitt elurch dieselbe Ausführungsform, Fig. 3 und .4 zwei im rechten Whil;el zueinanderliegende Längsschnitte durch eile andere Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung, Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine praktisch besonders brauchbare Ausführungsform einer Einrichtung nach der Irrfindung, Fig.6 einen Ouerschnitt durch die Einrichtung nach Fig. 5.
Abb. i stellt einen Längsschnitt durch eine Einrichtung dar, welche die wesentlichen Merkmale der Erfindung aufweist. Sie bestellt aus einer Kammer 13, welche zwischen den Räumen 14 und 15 liegt und an den Enden durch die Deckel 16 und 17 abgeschlossen ist. Zwischen den Teilen 1.4 und 16 ist eine Rohrwand i8 und zwischen den Teilen-i5 und 1; eine Rohrwand ig angebracht. Rohre 2o verlaufen zwischen den Rohrwänden r8 und ig und sind in diesen durch Einrollen, Schweißen oder auf andere'Weise befestigt. Eilre Lochplatte 2 1 sitzt zwischen den Teilen 13 und 14. und die durch die Platte 21 hindurchtretenden Rohre -2o sind an der Platte nicht befestigt. Ebenso sitzt eine Lochplatte :22 zwischen den Teilen 13 und 15 und wird von den Rohren 2o in gleicher Weise durchsetzt. Der Deckel 17 ist mit einem Anschluß für tin Einlaßrohr 24 versehen. Ein Einlaßrohr 25 stellt mit dem Innenraum des Gehäuses 15 zwischen der Wand ig und der Platte 22 und um die Rohre 2o herum in Verbindung. Ein Rohr 26 steht mit dem die Rohre 2o umgebenden Innenraum des Gehäuses 14 zwiscli711 der Wand i8 und der Platte 21 in 'Verbindung. Die Lochplatten 2i und =2 weisen Löcher 2; auf, die gleichmäßig über die nicht von den Durchtrittsöffnungen der Rohre =o eingenommene Fläche der Platte verteilt sind. Die durch den Anschluß 25 eintretenden LSl<i:imnfe strömen durch die Löcher 27 in der Platte 2=. dann in der Längsrichtung durch den Innenraum der Kammer 13 und durch lie Löcher 27 in der Platte 2i und verlass..: die Einrichtung durch den AnSCilluß 26. Ein Wärmeübertragungsmittel kann bei 23 eintreten. Es strömt durch die Rühren 2o und verläßt die Einrichtung durch den Anschluß 24, ohne mit dem 01 in unmittelbare Berührung zu kommen, Da die Röhren =o aus wärmeleitendem Werkstoff hergestellt sind, findet zwischen den beiden strömenden Mitteln ein Wärmeaustausch statt. Die Strömungsrichtung jedes der beiden Mittel kann geändert werden, offne den Wärmeaustausch zu beeinflussen. Der Kessel 13 dient als Behälter für eine Kontaktmasse, die vorzugsweise aus körnigen Teilchen besteht. Die Kontaktmasse kann durch die öffnungen eingebracht und entfernt werden, die gewöhnlich durch die Platten 28 und a9 abgedeckt sind.
Die Form und Anordnung der Röhren 2o indem Kessel 13 ist eine derartige, daß die Röhren 2o zugleich dazu dienen, den Kontaktraum in dem Kessel 13 in eine große Anzahl von längs gerichteten Strömungsbahnen aufzuteilen, deren größte Länge parallel zur Strömungsrichtung des Reaktionsgemisches durch den Kessel liegt und die wenigstens in einer Ausdehnung quer dazu verhältnismäßig diinn sind. Um die Unterteilung zu unterstützen und außerdem das Verhältnis zwischen der äußeren und inneren Fläche der Wärmeaustauschröhren 2o zu erhöhen, sind Rippen 30 auf der Außenseite der Röhren angebracht. Damit die Kontaktmasse auf die entsprechenden längs. gerichteten Strömungsbahnen verteilt wird, sind die Röhren und Rippen vorzugsweise so angeordnet, da.B sie der Längsströmung den geringsten Widerstand und gleichzeitig der seitlichen Strömung einen sehr großen Widerstand entgegensetzen, obgleich vorzugsweise keine der Strömungsbahnen aus den oben angegebenen Gründen vollständig von den anderen Strömungsbahnen isoliert sein soll. Die Anordnung ist vorzugsweise derart, daß sich eine im wesentlichen gleichbleibende Querschnittsfläche des Katalyten über die ganze Länge jeder Strömungsbahn und des Katalytkessels ergibt, was von selbst die gleichförmige Längsströmung fördert.
hig. 2 stellt einen Querschnitt des Kontaktraumes nach Fig. r dar und gibt eine zweckmäßige und wirtschaftlich vorteilhafte Anordnung der Röhren und Rippen an.
Es ist ferner möglich, die Längsrichtung der Strömungsbahnen in der Kontaktmasse lx-izubehalten, während die Wärmeaustauschröhren quer dazu angeordnet werden. Eine Ausführungsform, bei der dies der Fall ist, ist in den zig. 3 und .4 dargestellt. Die Einrichtung besteht aus einem Katalysator-1>ehälter3i, der über einem Eintrittsgehäuse 32 für das Reaktionsgemisch angebracht ist, das von der Katalysatorkammer durch eine Verteilungsplatte 33 getrennt ist, die mit Löchern 34 versehen ist. über dem IContaktbehälter befindet sich das Austrittsgehäuse 35 des Reaktionsgemisches. Zu beiden Seiten des Kontaktbehälters 31 bilden Hilfswände 33 und 37 die Kammern 38 und 39 für die Zu- und Abführung des Wärmeaustauschmittels, das bei 4o eintreten und hei 41 austreten kann, oder umgekehrt, und <las durch den Katalvsator hindurch mittels einer llc#iht@ von Röhren 4 2 geführt wird, die sich von der einen zur anderen Seite des Kontaktbehälters erstrecken. Die Röhren sind in senkrechten Reihen angeordnet und vorzugsweise lnit Rippen .43 versehen derart, daß die Kontaktmasse in eine Anzahl von längs verlaufenden Strömungsbahnen von großer Länge im Verhältnis zum Querschnitt unterteilt wird, wie in der Zeichnung dargestellt. Dieser Zweck kann auch durch ungerippte Röhren erreicht werden, die in kleineren senkrechten Abständen bei gleichen waagerechten Abständen angeordnet sind.
Ein wesentliches Kennzeichen der erfindungsgemäßein Einrichtung ist die beschränkte Verbindung einer Reihe von Strombahnen untereinander. Für eine gegebene Schicht längs der Strömungsbahn durch die Kontaktmasse, welche Schicht als verhältnismäßig dünn, und bei im wesentlichen gleichförmigem statischem Druck unter normalen Strömungsbedingungen betrachtet wird, ist die freie Fläche für eine Strömung zwischen den Strömungsbahnen in einer Querrichtung verhältnismäßig klein im Vergleich zu der freien Fläche in der Längsströmungsrichtun l; des Reaktionsmittels. Die normale Strömung verläuft weitgehend in der Längsrichtung der einzelnen Strombahnen, jedoch ist eine wesentliche Strömung zwischen den Strombahnen zum Ausgleich von ungewöhnlichen Verhältnissen möglich. Die Verkörperung dieser Erscheinungen in Verbindung mit den angegebenen bevorzugten Verhältniswerten bildet ein wesentliches Merkmal der Erfindung.
Fig. 5 stellt eine Ausführungsform des Reaktionsbehälters dar, die nicht nur die wesentlichen Kennzeichen der Erfindung verkörpert, sondern die vielleicht noch besser geeignet für die gewerbliche Anwendung der Erfindung als die in Fig. i dargestellte Ausführungsform ist, insofern, als sie den Beanspruchungen und Formänderungen, die durch ungleiche Ausdehnung der einzelnen Teile der Einrichtung beim Erhitzen und Abkühlen ausgelöst werden,, aufzunehmen vermag. Die in Fig. 5 im Längsschnitt wiedergegebene Einrichtung ist in der Lage, diese Beanspruchungen mittels eines im Innern des Behälters frei tragend angeordneten tgehäuses aufzunehmen.
Die Einrichtung nach Fig. 5 besteht aus einem Kessel 49, an dem Endstücke 5o und 51 befestigt sind. Das Reaktionsgemisch wird dem Kesselraum 49 durch den Elrilaß 52 zugeführt und die Reaktionsprodukte werden durch den Auslaß 53 des Endstückes 51 abgeführt. Zwischen dem Kessel .I9 und dem Hndstüch 50 ist eine Rohrwand 54 angebracht. in welche die Riihren ;5 eingewalzt sin(l. l)ic@se Röhrest ;,# sind an ihrem oberen Endc in der lZohrwand des frei tragenden Gehäuse, lr;festigt. Ein weite, mittleres Rohr 57 ist außerdem zwischen der Rohrwand 54 und dein frei tragenden Gehäuse 56 befestigt. Das Wärmeübertragungsmittel wird durch den Anschluß 57' zugeführt, durch den Innenraum des Gehäuses 5o und durch die Röhren ;5 in das Gehäuse 50 geleitet und dann durch das mittlere Rohr 57 und den Auslaß 58 abgeführt. Die Röhren 55 sind wie zuvor mit Rippen 59 ausgerüstet. Der Katalysator ist zwischen der Trägerplatte 6o und der Platte 111 untergebracht, die beide Löcher ö2 für den Durchtritt des Reaktionsgemisches aufweisen. Um die Trägerplatte 6o in gewissem Abstand über der Rohrwand 54 zu halten und so eine Kammer für die Einführung des Reaktionsgemisches zu schaffen., sind die Röhren 55 von kurzen Rohrstücken 63 umgehen, die auf der Rohrwand 57 ruhen und die Lochplatte 6o abstützen. Die Rippen 59 auf den Röhren 55 verlaufen zwischen den Platten 6o und 61, und die Platte 61 ist zweckmäßig über den oberen Enden der Rippen angebracht. Diese Einrichtung soll in senkrechter Lage aufgestellt werden und kann hierbei durch den Untersatz 64 getragen werden. Sie ist vorzugsweise für den Zusammenhau mit Flanschen für Bolzenverhindung versehen und kann mit dem Katalysator gefüllt werden, bevor das Gehäuse 51 aufgesetzt wird, während das Entfernen des Katalysators in den erfdrderlichen seltenen Abständen durch Abheben des Kessels ,49 von der Rohrwand 5.4 erfolgt, bis der Kataly Bator oberhalb der Platte 6o abgezogen werden kann. Es ist klar, daß bei dieser Ausführungsform die Strömungsrichtung sowohl des Reaktionsgemisches als auch des Wärmeübertragungsmittels entgegengesetzt zu der angegebenen Richtung gewählt werden kann. wobei die wesentlichen Merkmale gewahrt bleiben. Es ist ersichtlich, daß hei dieser Ausführungsform besonders auf den Ausgleich der ungleichen Wärmeausdehnung u. dgl. Bedacht genommen ist und daß einte zweckmäßige und iit t, i- I lrr<tellung preiswerte hon,trulai@,tt erzielt «-c@rrlru i,t. Fig. (.) gibt einen waa-rt-,-cittett ()uer,clinitt der Einrichtung #i,21-Vig. wieder. der -zwischen den Eiiden Ales Alen l'atal@-tett enthaltenen Raumes geführt ist.
L:s ist ersichtlich. daß diese verschiedenen _@u,tiihrun-,fornien der Einrichtung alle eilt allgemeines Kennzeichen verkörpern. Sie gestatt:n die Verwendung von Katalytinassen. die eine verhältnismäßig große Länge in der Ströniutigsrichtung des Reaktionsgemisches und mindestens eine verhältnismäßig kleine Ahinessung quer dazu besitzen, so daß jeder Teil des hataIvten in wirksamem Wärmeaustausch finit einem zwangsläufig umgetriebenen Wärmeühertragungsmittel steht, durch das seineTemperatur während des Verfahrens beeinflußt werden kann.

Claims

PATENTANSPRUCH: Langgestreckte Katalysatorkammer für die Danipfpltasenspaltung von Kohlenwasserstoffölen mit Hilfe eines körnigen Katalysators und mit einem die Kammer durchsetzenden, von einem Wärmeaustauschinittel durchflossenen Rohrbündel mit Rippen, dadurch gekennzeichnet. daß die Kammer durch das Rohrbündel und die Rippen in eine Anzahl langer schmaler Wegräume aufgeteilt ist, die in der Strönnungsrichtung der Koltlemwasserstonidämpfe verlaufen, wobei zwischen den Rippen der einzelnen Rohre nur geringe Abstände vorhanden sind. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften \r. 395 973, 629 762, 639 o81; französische Patentschriften \r. 784885, 807729; britische Patentschrift N r. 456 o9 i ; L'SA.-Patentschrift \r. 2 078 9.48; Brennstoff-Chemie, Bd. 13 (1q32), S. 4(j6 his 468.