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Verfahren und Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines im wesentlichen
gleichförmigen Stromes einer Flüssigkeit oder fein verteilter fester Stoffe Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung eines Flusses von
Flüssigkeit oder fein verteiltem Festmaterial zwischen daraus gebildeten fließenden
Körpern in getrennten Kontaktzonen.
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In ihrem Grundgedanken behandelt die Erfindung ein Verfahren zur
Unterhaltung eines im wesentlichen gleichförmigen Flusses eines nicht gasförmigen
Materials, welches von einem daraus gebildeten Körper in einer begrenzten Zone nach
und von einem daraus gebildeten Körper in einer getrennten begrenzten Zone umläuft,
während ein gasförmiges Mittel durch jede dieser Zonen geleitet wird. Dieses Verfahren
umfaßt die Regelung des Gasdrucks auf der Auslaßseite in einer der genannten Zonen
in Beziehung zu der Änderung der Druckdifferenz zwischen einem ausgewählten Punkt
in einer der genannten Zonen und einem ausgewählten Punkt in der anderen Zone, so
daß ein praktisch konstantes Verhältnis zwischen den Drücken an diesen ausgewählten
Punkten aufrechterhalten wird.
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Eines der bekanntesten Systeme, in welchem der obenerwähnte Arbeitsvorgang
angewendet wird, ist der sogenannte Fließbettyp des katalytischen Spaltungssystems,
und seine Beschreibung wird dazu dienen, die Merkmale und Vorteile der Erfindung
zu erläutern. Die nachfolgende Beschreibung wird deshalb hauptsächlich die Konstruktion
und Handhabung des Fließbettes im katalytischen Spaltungssystem behandeln, welches
die in der Erfindung vorgesehenen Merkmale aufweist.
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Die Zeichnung stellt einen Querschnitt desjenigen Teils des Fließbettyps
im katalytischen Spaltungssystem dar, welcher die charakteristischen Merk-
male
dieser Erfindung enthält. Die vorteilhaften Merkmale der Erfindung gehen aus der
Zeichnung und der folgenden Beschreibung hervor.
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Der in der Zeichnung dargestellte Apparat umfaßt ein gestrecktes,
im wesentlichen zylindrisches Reaktionsgefäß 1 und ein gestreclçtes, im wesentlichen
zylindrisches Regenerierungsgefäß 2, jedes zur Aufnahme eines in flüssigkeitsähnlicher
Bewegung befindlichen Bettes von fein verteiltem festem Kontaktmaterial, wie z.
B. einem Spaltkatalysator, geeignet. Das einer siedenden Flüssigkeit gleichende
Bett wird infolge des Durchgangs von zu spaltenden dampfförmigen Kohlenwasserstoffen
und von den erzielten dampf- und gasförmigen Umwandlungsprodukten die durch das
Gefäß im Kontakt mit den Katalysatorpartikeln aufsteigen, aufrechterhalten. Die
Nettogeschwindigkeit der Dämpfe und Gase in aufsteigender Richtung ist dabei größer
als die der Katalysatorpartikel, und es tritt das Phänomen auf, das als behindertes
Absetzen in dem Fließbett bekannt ist. Das flüssigkeitsähnliche Bett der Katalysatorpartikel
in dem Reaktionsgefäß umfaßt eine relativ dichte untere Phase, welche eine hohe
Konzentration von Katalysatorteilchen enthält, und eine wesentlich weniger dichte
obere Phase, welche eine geringere Konzentration von Katalysatorpartikeln hat. Die
annähernde Trennungslinie zwischen der leichten und der dichten Phase des Fließbettes
in der Kammer I wird durch 3 bezeichnet.
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Der Spaltkatalysator in der Kammer 1 wird durch die Abscheidung schwer
brennbarer Umwandlungsprodukte von kohlenstoff- oder kohlenwasserstoffhaltiger Natur
verunreinigt, und ein Katalvsatorstrom wird fortlaufend aus der dichten Phase des
flüssigkeitsähnlichen Bettes in die Reaktionskammer nach dem Regenerierbehälter
2 übergeführt. In dem Regenerator werden abgelagerte Verunreinigungen aus den Katalysatorpartik'eln
in einem Luft oder anderen Sauerstoff enthaltenden Gasstrom verbrannt.
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Das Bett von fein verteiltem festem Katalysator, welches einer Regenerierung
im Behälter unterworfen wird, wird infolge des Durchganges des regenerierenden Gasstromes
und der erzielten, durch diesen Behälter im Kontakt mit dem Katalysator aufsteigenden
Verbrennungsgase auch in einem turbulenten, flüssigkeitsähnlichen Zustand gehalten
und hat das Aussehen einer siedenden Flüssigkeit. Die Nettogeschwindigkeit in aufsteigender
Richtung ist dabei größer als die der Katalysatorpartikel. So wird auch ein behindertes
Ahsetzen des Katalysators im Regeneratorbehälter erreicht, in welchem das Katalysatorbett
eine relativ dichte untere Phase und eine wesentlich weniger dichte obere Phase
umfaßt. Die annähernde Trennungslinie zwischen beiden wird bei 4 in der Zeichnung
angedeutet.
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Durch den Katalysator wird während dessen Regenerierung im Behälter
2 Wärme absorbiert, und ein Strom heißen regenerierten Katalysators wird fortlaufend
aus der dichten Phase des Fließbettes im Regenerator 2 zurück zur Reaktionskammer
I geführt, wie später beschrieben wird, um den gewünschten Aktivitätsgrad für den
Katalysator in letzterer Zone aufrechtzuerhalten und um Wärme aus dem exothermen
Regeneriervorgang im Behälter 2 nach der endothermen Spaltreaktion in Behälter I
überzuführen und so der Spaltreaktion einen beträchtlichen Teil der zur Durchführung
derselben benötigten Wärme zuzuführen.
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Die aus der Spaltreaktion im Behälter 1 erhaltenen Kohlenwasserstoffdämpfe
und Gase werden aus dessen relativ leichten Phase des Fließbettes zusammen mit mitgeführten
Katalysatorpartikeln durch Leitung 5 nach einem geeigneten Trennapparat geleitet,
z. B. dem Zyklonabscheider 6.
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Katalysatorpartikel werden von den Dämpfen und Gasen in dieser Zone
getrennt, und der abgetrennte Katalysator wird aus dem unteren Teil des Abscheider
durch Standrohr 7 zurück; in die dichte Phase des Fließbettes in der Kammer geleitet.
Die Kohlenwasserstoffdämpfe und -gase werden aus dem oberen Teil des Abscheiders
6 durch Leitung 8 zu einer geeigneten Trenn- und Rüdgewinuungsanlage geführt, welche
nicht dargestellt ist.
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Der Arbeitsdruck im Reaktionsbehälter kann von Hand oder automatisch
in einer geeigneten herkömmlichen Weise reguliert werden, z. B. durch ein Ventil.
welches das Verhältnis des Gasablasses aus dem Destillatsammler des Systems bestimmt
und hier nicht dargestellt ist. Zur Erläuterung der Steuerung des Arbeitsdruckes
im Reaktionsgefäß ohne Komplizierung der Zeichnung durch die Darstellulig des Trenn-
und Rückgewinnungsapparates ist ein automatisches Druckregulierventil 9 in Leitung
8 vorgesehen. Dieses Ventil kann von jedem herkömmlichen Typ sein. Im dargestellten
Fall ist es ein direkt arbeitendes Nienihranventil. dessen DurchgangsöKnung durch
einen Druckanstieg in seiner Aufstromseite vergrößert und durch ein Nachlassen des
Druckes in der Aufstromseite verkleinert wird, so daß ein im wesentlichen konstanter
Druck in der Kammer unterhalten wird.
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Aus der Regenerierung des Katalysators im Behälter 2 herrührende
Gase werden unter Mitführung von Katalysatorpartikeln aus der relativ leichten oberen
Phase des Fließbettes in dieser Zone durch Leitung 10 nach einem geeigneten Treninapparat,
wie dem Zyklonabscheilder II, geleitet, in welchem die Katalysatorpartikel von den
Gasen getrennt und durch Standrohr 12 zu der dichten Phase des Fließbettes im Regenerator
zurückgeführt werden.
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Die Gase werden aus dem oberen Teil des Abscheiders II durch Leitung
13 vorzugsweise nach einem geeigneten Wärmerückgesvinnungs- oder anderen Apparat,
wie einem Wäscher oder Cottrelabscheidern zum Abtrennen noch vorhandener Katalysatorpartikel
aus den Gasen geleitet. Diese zusätzliche Anlage gehört nicht zur Erfindung und
ist deshalb nicht dargestellt. Ein Drucksteuerventil 14 ist in Leitung I3 zur Regelung
des ArbeSitsdruc3çs im Regenerator vorgesehen, und in Übereinstimmung mit den Merkmalen
der Erfindung wird dieses Ventil in einer besonderen Art. welche später beschrieben
wird. hetätigt. Ventil I
kann, wenn erwünscht, all irgendeinem geeignete
nachfolgenden Punkt im System, wie z. B. in der Gasauslaßleitung aus dem erwähnten
Hitzerückgewinnungs- oder zusätzlichen Trenngerät, angebracht werden.
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Der aus der Reaktionskammer nach dem Regenerator zu führende Katalvsatorstrom
wandert von einem passenden Punkt in der dichten Phase des Fließbettes in der letzteren
Zone durch Standrohr 15 und von hier aus durch eine geeignete Einschnürung, wie
ein verstellbares Schiebeventil oder Oeffnung, wie bei I6 angezeigt, in die Verhindungsleitung
I7. Die Katalysatorpartikel mischen sich in Leitung 17 mit dem regenerierenden Gas.
das iii dem Regenerator eingeleitet wird, und werden dann hauptsächlich durch dessen
Gasauftrieb in den unteren Teil des Regeneratorl>ehälters transportiert.
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Die erforderliche Luft bzw. das regenerierende Gas wird in gewünschter
Geschwindigkeit und Temperatur durch Leitung und Ventil 19 zur Zubringerleitung
I7 geführt.
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In einer ähnlichen Weise wandert der aus dem Regenerator nach dem
Reaktionsgefäß zu führende Katalysatorstrom von einem passenden Punkt in der dichten
Phase des Flüssigkeitsbettes im Regenerator durch Standrohr 20 und von da durch
eine geeignete Einschnürung. wie ein Schiebeventil oder verstellbare Öffnung, die
bei 2I angedeutet ist. zur Zubringerleitung 22. In Leitung 22 mischen sich die Katalysatorpartikel
mit dem zu spaltenden. vorerhitzten Kohlenwasserstoffstrom, welcher vorztswesise
in vorerhitztem, im wesentlichen dampft förmigem Zustand Ider Zubringerleitung22
durch Leitung 23 und Ventil 24 zugeführt wird. Die Dämpfe fließen durch Leitung
22 in den unteren Teil der Kammer und transportieren die regenerierten Katalysatorpartilkel
hauptsächlich durch ihren Gashlub durch Leitung 22 nach der Kammer.
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Um im wesentlichen die Säule von den Katalysatorpartikeln, die durch
Standrohr I5 gehen. von Kohlenwasserstoffdämpfen und Gasen zu hefreiell und um im
wesentlichen die Katalysatorsäule. die durch Standrohr 20 geht, von Verbrennungsoasen
und Luft oder Sauerstoff enthaltendem Gas zu l)efreien, werden vorzugsweise kleine
gesteuerte Mengen von Dampf oder einem anileren geeigneten, relativ inerten Gas
in die Standrohre an einem oder einer Mehrzahl von Punkten an der Aufstromseite
der Ventile oder Öffnungen I6 und 21 eingeführt, um aufwärts durch die Standrohre
im Gegenstrom zu den absteigenden Katalysatorpartikeln zu fließen.
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In dem dargestellten Fall ist Leitung 25, gesteuert durch Ventil 26,
zum Einführen des Al)streifmittels in Standrohr 15 und Leitung 27. gesteuert durch
Ventil 28, zum Einführen des Abstreifmittels in Standrohr 20 vorgesehen.
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Die Reaktions- und Regeneratorbehälter können im wesentlichen unter
gleichem Druck oder auch unter verschiedenem Druck betätigt werden, und die Überführung
des Katalysators, wie oben beschrieben, aus der Reaktionskammer nach dem Regenerator
und vom Regenerator wieder zurück nach der Kammer hängt ab von der Unterhaltung
eines niedrigeren hydrostatischen Drucks in den Zubringerleitungen I7 und 22 an
der Abstromseite der Ventile oder Öffnungen I6 und 21 im Vergleich zu dem hydrostatischen
Druck in den Standrohren I5 bzw. 20. Dies wird erreicht durch die Gashubwirkung
der transportierenden Öldämpfe und regenerierenden Gase in den Zubringerleitungen
und durch die Einstellung der Ventile oder Offnungen I6 und 21, um ein Druckgefälle
durch sie von der Aufstromseite nach der Ahstromseite zu erlangen.
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Es ist früher bei Arbeitsvorgängen dieser Art als nötig erachtet
worden, ein relativ hohes Druckgefälle durch die Einschnürungen bei I6 und 21 zu
unterhalten, und um dieses zu erreichen, ist es nötig gewesen, die Behälter zu erhöhen,
um ein relativ hohes hydrostatisches Gefälle in den Standrohren zu unterhalten,
oder eine Grube unter den Behältern vorzusehen, um relativ hohe Standrohre und Zubringerleitungen
unterzubringen. Die Erhöhung der Behälter oder Schaffung einer Grube darunter ist
kostspielig und kann durch die Anwendung eines relativ niedrigen Druckgefälles durch
die Ventile oder Öffnungen I6 und 21 vermieden werden.
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Ein hohes Druckgefälle durch die Einschnürungen I6 und 21 ist nur
insofern vorteilhaft, daß es dazu neigt, den Einfluß kleiner Druckschwankungen an
der Aufstromseite der Einschnürungen zu dämpfen.
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Diese kleineren Schwankungen sind hauptsächlich auf Schwankungen in
der Dichtigkeit des Fließhettes oder Wechseln in der Spiegelhöhe der dichten Phase
zurückzuführen. Durch die Überleitung des Katalysators zwischen der Reaktions- und
der Regenerierungszone wird jeder kleinere Wechsel im einen Bett im Vergleich zum
anderen zu einer Anhäufung und, wenn sie nicht sofort korrigiert wird, zu einem
Umwerfen des ganzen Arbeitsprozesses führen. Beabsichtigte Differenzen beim Arbeitsdruck
zwischen Reaktions- und Regenerierungszone können durch Verstellungen der Einschnürungen
i6 und 21 kompensiert werden. Schwankungen des konstanten Verhältnisses oder der
konstanten Differenz zwischen dem hydrostatischen Druck am Boden des Fließbettes
in dem einen Behälter im Vergleich zu dem Boden des Fließbettes im anderen Behälter
verstärken den Katalysatorfiuß in einer Richtung und vermindern den Katalysatorfluß
in der anderen Richtung, besonders wenn niedriges Druckgefälle an den Einschnürungen
I6 und 2I angewendet wird.
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Die Erfindung sieht ein Verfahren und ein Mittel zur Überwindung
der obenerwähnten Schwierigkeiten vor und erlaubt die Arbeit der Behälter bei im
wesentlichen demselben oder bei verschiedenen Drücken bei relativ niedrigem Druckgefälle
durch die Einschnürungen I6 und 21. Hierdurch wird ein im wesentlichen gleichförmiger
Katalysatorfluß innerhalb der Zirkulation zwischen den Behältern aufrechterhalten.
Dies wird erreicht durch die Erhaltung eines im wesentlichen konstanten Verhältnisses
zwischen dem Druck, der in den Behältern in dem unteren Teil der Fließbetten und
vorzugsweise an einem Punkt besteht, welcher im
avesentlichen mit
den Punkten korrespondiert, an denen die Katalysatorströme daraus entfernt werden.
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Die Mittel, durch welche die oben angegebenen Ziele der Erfindung
erreicht werden, umfassen in dem dargestellten Fall einen Differentialdruckregler
29, welcher irgendeine der verschiedenen bekannten Formen dieser Instrumentenart
sein kann, die entweder gegenüberstehende Blasebälge, verkettete Bourdon-Röhren,
Quecksilbermanometer od. ä. benutzen. Die Druckhähne des Instrumentes 29 sind durch
die Leitungen 30 und 3I mit den Behältern I bzw. 2, vorzugsweise in dem unteren
Bereich der dichten Phase der Fließbette verbunden, und zwar in dem dargestellten
Fall in einer Höhe, die im wesentlichen der Spitze der Standrohre 15 bzw. 20 entspricht.
Es ist auch möglich. andere passende Punkte zum Druckmessen auszuwählen. wie z.
E. in den Standrohren unmittelbar über den Einschnürungspunkten I6 bzw. 21. Die
Erfindung ist deshalb nicht auf die Erhaltung dieser Messung an irgendeinem spezifischen
Punkt begrenzt, aber vorzugsweise ist der Punkt so zu wählen, daß der gemessene
Druck Änderungen in der Dichtigkeit und/oder dem Spiegel des Katalysatorbettes anzeigt.
Instrument 29 arbeitet derart, daß es die Öffnung durch das Drucksteigerungsventil
14 in Abhängigkeit von D rucksdiwankungeii regelt, die dem Instrument durch Leitung
30 vom Behälter I im Vergleich zu dem Druck übermittelt werden. welcher dem Instrument
durch Leitung 31 vom Behälter 2 übermittelt wird, um so im wesentlichen denselben
Druck an den Kontrollpunkten in den beiden Behältern aufrechtzuerhalten oder um
eine annähernd konstante Differenz zwischen dem Druck in dem einen Behälter und
dem Druck in dem anderen Behälter an den Kontrollpunkten aufrechtzuerhalten. Die
Kontrollpunkte befinden sich im dargestellten Fall dort, wo die Leitungen 30 und
3I in die jeweiligen Behälter einmünden.
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In dem dargestellten Fall ruft der Differentialdruckregler 29 die
Verstellung des Ventils 14 dadurch hervor, daß der Luftdruck in Leitung 32, welche
die Ausgangsseite des Instrumentes mit der Membran qI des Ventils verbindet, verändert
wird.
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Luft wird der Eingangsseite des Instrumentes durch Leitung 33 und
Ventil 34 aus irgendeiner passenden Quelle mit annähernd konstantem Druck zugeführt.
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Die Handhabung des Differentialreglers der dargestellten Art oder
anderer besonderer Formen ist wohlbekannt, wie es auch die Handhabung von Membranen
und anderen Arten von Druckkontrollventilen ist. Deshalb ist eine mehr ins einzelne
gehende Beschreibung ihrer Konstruktion und Handhabung zum Verständnis der Erfindung
als nicht nötig erachtet worden.
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Um die Katalysatorpartikel aus den Fließbetten in Behälter I und
2 daran zu hindern, in den Regler 29 einzutreten, ist es wünschenswert, relativ
kleinen Mengen eines praktisch inerten Gases, wie z.B.
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Dampf, in die Leitungen 30 und 3I vor dem Regler 29 in genügendem
Maß einsickern zu lassen, um den Katalysatorfluß in das Instrument zu verhindern.
Das inerte Gas wird in dem dargestellten Fall durch Leitung 35 und Ventil 36 nach
den Zweigleitungen 37 und 38 mit den Öffnungen 39 bzw. 40 in die Leitungen 30 bzw.
3I geführt.
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Ventil 36 ist ein automatisches Drucl;regelventil. welches einen annähernd
konstanten Aufstromdruck an den Öffnungen 39 und 40 unterhält. Dieser Aufstromdruck
ist vorzugsweise höher als der Ahstromdrucli in den Leitungen 37 oder 38, so daß
der Fluß durch die Offnungen nicht durch Wechsel im Abstromdruck verändert wird
Es ist ersichtlich, daß die hier vorgesehene Erfindung auf eine Vielzahl von Verfahren
anwendbar ist, in welchen Ströme irgendeines fließenden Mittels, einschließlich
jedweder Flüssigl;eit oder fließender Festpartikel, z. B. votl fein verteiltem festen
Katalysator oder Kontaktmaterial, zwischen zwei oder mehr begrenzten Zonen zirkulieren.