DE957837C - Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung von Wirbelschichtreaktionen in nebeneinander angeordneten Reaktionsräumen - Google Patents

Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung von Wirbelschichtreaktionen in nebeneinander angeordneten Reaktionsräumen

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DE957837C
DE957837C DENDAT957837D DE957837DA DE957837C DE 957837 C DE957837 C DE 957837C DE NDAT957837 D DENDAT957837 D DE NDAT957837D DE 957837D A DE957837D A DE 957837DA DE 957837 C DE957837 C DE 957837C
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Geleen Martinus Lambertus Goedkoop (Niederlande)
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Stamicarbon N. V., Heerlen (Niederlande)
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Description

AUSGEGEBEN AM 7. FEBRUAR 1957
St 8051IVa j 12 g
ist in Anspruch genommen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung von Wirbelschichtreaktionen in nebeneinander angeordneten, vom aufgewirbelten Feststoff nacheinander durchströmten Reaktionsräumen.
In den USA.-Patentschriften 2 521 195 und 2 656 258 und in der französischen Patentschrift 939 805 sind Vorrichtungen beschrieben., in den die nebeneinander angeordneten Reaktionsräume nacheinander vom aufgewirbelten Feststoff durchströmt werden mit Hilfe von je einem zwischen je zwei Reaktionsräumen: angeordneten Zwischenraum, in dem der Feststoff mit Hilfe eines Hilfsgases fortbewegt wird und zu dem nächsten Reaktionsraum weitergeführt wird.
Es wurde nun gefunden, daß bei der kontinuierlichen Durchführung von Wirbelschichtreaktionen in nebeneinander angeordneten, vom aufgewirbelten Feststoff nacheinander durchströmten Reaktionsräumen ein Hilfsgas nicht nötig ist, wenn die Reaktionsräume durch je mindestens ein aufwärts gezeigtes Steigrohr mit trichterförmig erweitertem Mundstück, welches unterhalb der Wirbelschichtoberfläche liegt, miteinander verbunden sind.
Die Anwendung von Steigrohren, in Wirbelschichtvorrichtungen ist bekannt. Bei der in. Abb. 1 der US A.-Patentschrift 2 419 245 dargestellten Vorrichtung sind Steigrohre für das Gas oberhalb der Wirbelschicht vorgesehen, aber die Wirbelschicht kommt mit diesen Steigrohren nicht in Berührung.
Die Benutzung von einem abwärts gerichteten Rohr ist in der USA.-Patentschrift 2 654 699 angegeben. Bei der Vorrichtung gemäß dieser Patentschrift wird die oben im Reaktionsraum abgeschiedene Gasphase zusammen mit den aus der Wirbelschicht in das Gasabfuhrrohr überlaufenden. Feststoffteilchen abwärts in. einen Trennungsraum geführt.
Die Gesamtmenge des Gases und der Feststoffteilchen kann auch gemäß Chemie-Ingenieur-Technik, Bd. 24, S. 99, 100 (1952), durch ein an der Oberseite des Reaktionsraumes angeordnetes Steigrohr abgeführt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird jedoch die oberhalb der Wirbelschicht abgeschiedene Gasphase nicht durch das-Steigrohr abgeführt, da das Mundstück des Steigrohrs unterhalb der Wirbelschichtoberfläche liegt.
Die Wirkung dieser Vorrichtung läßt sich weiterhin steigern, indem man das Steigrohr nach einem. Trennungsraum führt, der an. der oberen Seite eine Abfuhrleitung für das Gas und an der unteren Seite eine Abfuhrleitung für den Feststoff aufweist. Hierdurch erzielt man, daß das durch das Steigrohr fließende Gemisch aus Gas und Feststoff entmischt wird, ehe die festen Teilchen dem aus Feststoff bestehenden Fliesbett zugeleitet werden, so daß die zugeführten festen Teilchen sich nicht in dem Reaktions raum aus der Gasphase abzusetzen brauchen.
Als Trennungsraum kann jeder Raum dienen, in dem die festen Teilchen infolge ihres Gewichtes von dem Gas getrennt werden. An sich bekannte Vorrichtungen, wie Staubfänger, oder Zyklone, lassen sich verwenden.
Weiterhin liegt mit der mit einem Trennungsraum ausgestatteten Vorrichtung die Möglichkeit vor, die Gase in den verschiedenen Reaktions räumen völlig getrennt zu halten. Zu diesem Zweck wird die Vorrichtung in solcher Weise ausgebildet, daß die Gasabfuhrleitung des Trennungsraums außerhalb des Reaktionsraums ausmündet in den die feststoffabfuhrleitung des Trennungsraums einmündet.
Bei der auf diese Weise konstruierten Vorrichtung kann der Trennungsraum zwischen zwei Reaktionsräumen so angeordnet sein, daß das Steigrohr aus dem einen Reaktionsraum durch die Wand hindurchragt und mit dem Trennungsraum verbunden ist, während die Abfuhrleitung für den Feststoff aus dem Trennungsraum durch die Wand des anderen, Reaktionsraumes hindurchragt. Auch kann das Steigrohr durch die Wand des nächsten Reaktionsraums hindurchragen und mit einem in diesem Reaktionsraum angeordneten Trennungsraum verbunden sein, während die Gasabfuhrleitung des Trennungsraumes durch die Wand hindurch nach dem vorhergehenden Reaktionsraum, aus dem der Feststoff durch das Steigrohr abgeführt wird, zurückgeführt ist.
Vorzugsweise jedoch werden Trennungsraum und Steigrohr in. demselben Reaktions raum angebracht, so daß das Steigrohr nach einem im gleichen Reaktionsraum angeordneten Trennungsraum führt und die Abfuhrleitung für den Feststoff aus dem Trennungsraum nach dem nächsten Reaktionsraum läuft. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, daß man die Wand nur einmal zum Hindurchführen einer Verbindungsleitung zu durchbohren braucht.
Die Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei denen die Gase in den verschiedenen R'eaktionsräumen getrennt bleiben, eignen sich besonders zum Durchführen katalytischer Reaktionen mit Regenerierung des Katalysators. In einer Anzahl serienweise geschalteter Reaktions räume einer derartigen Vorrichtung kann ein kontinuierlicher Katalysatorstrom in den aufeinanderfolgenden Reaktionsräumen abwechselnd mit Reaktionsund Regenerationsgasen in Berührung gebracht werden.
Die Zeichnungen, stellen, verschiedene Äusführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.
Eine einfache Vorrichtung zeigt Fig. 1, in der zwei Reaktions räume 1 und 2 durch ein geneigtes Steigrohr 3, das eine erweiterte Einlaßöffnung 4 aufweist, miteinander verbunden, sind.
Befindet sich die Vorrichtung im Betrieb, so· wird feinverteilter Feststoff durch die Leitung 5 zügeführt und durch das Ausströmungsrohr 6 aus dem Reaktionsraum 2 abgeführt. Der Feststoff in den Reaktionsräumen wird mit Hilfe von Gas im Wirbelzustand gehalten. Dieses Gas, das durch die Leitungen 7 und 8 hineingeleitet wird, steigt in den Reaktionsräumen empor und wird an der oberen Seite abgeführt.
Der kontinuierlich durch Leitung 5 angeführte Feststoff bildet in dem Reaktionsraum 1 ein Niveau oberhalb des unteren Randes der Einlaßöffnung 4 des geneigten Steigrohrs 3. Der Feststoff wird durch das emporsteigende Gas in, die Öffnung 4 hineingeleitet. Da die Öffnung 4 allmählich in das engere 'Rohr 3 übergeht, strömt der Feststoff in dem Steigrohr 3 empor und wird anschließend dem Reaktionsraum 2 zugeführt.
In dieser Weise bewirkt der emporsteigende Gasstrom den Transport des Feststoffes, wodurch ein Niveauunterschied in den Reaktionsräumen 1 und 2 nicht eintritt.
Folglich gewinnt man den Vorteil, daß die Feststoffmenge sowie die Gasgeschwindigkeit in den beiden Reaktionsräumen, gleich groß sein können.
Weiterhin liegt die Möglichkeit vor, das Steigrohr 3 niedriger anzubringen als in der Figur angegeben. Es kann sich sogar völlig unterhalb des Feetstoffniveaus befinden. Außerdem kann sich das Auslaßende des Steigrohrs 3 in dem Reaktionsraum 2 unterhalb des Feststoffniveaus in diesem Raum befinden. Auch in diesem Falle strömt nahezu kein Feststoff durch das Rohr zurück.
In. der Vorrichtung gemäß Fig. 2 sind in drei seriengeschalteten Reaktionsräumen 9, 10 und 11, die auf einem gemeinsamen. Rost 12 aufgestellt sind, Steigrohre 3 angebracht. Der Feststoff wird durch die Leitung 5 zugeführt und strömt der Reihe nach
durch die drei Reaktionsräume. Das Gas wird durch die Leitungen 13 in die unter dem Rost befindlichen R'äume 14 geleitet. Zur Förderung einer gleichmäßigen Verteilung des Gases an der unteren Seite des Rostes 12 können an den Gasleitungen 13 Verteilungsvorrichtungen 15 vorgesehen sein.. Die Gasabfuhr findet an der oberen Seite der Vorrichtung statt (nicht in der Zeichnung vorhanden).
Wie Fig. 2 zeigt, können die Steigrohre 3 in soleher Weise angebracht sein, daß sie einen Durchgang durch die Wand zwischen, den Reaktionsräumen bilden, jedoch nicht durch die Wand hindurchragen. Diese Konstruktion gewährt den Vorteil, daß sich kein Feststoff an der oberen Seite der Steigrohre 3 absetzen kann.
Fig. 3 zeigt in schematischer Form in. einem waagerechten. Querschnitt, wie eine Anzahl Reaktionsräume, welche in einer auf Fig. 2 angegebenen Weise verbunden sind, serienweise geschaltet sein, können. Der Feststoff wird durch die Zufuhrleitung 5 in den zentralen Reaktionsraum geleitet und durchläuft anschließend die weiteren Reaktionsräume in einer von den Pfeilen, angegebenen Reihenfolge.
Mit der Vorrichtung nach Fig. 3 läßt sich die Temperatur in den Reaktionsräumen in einfacher Weise regulieren. Dabei kann über die Trennungswände1 zwischen, den Reaktionsräumen Wärmeaustausch stattfinden, während weiterhin auch die Reihenfolge, in der der Feststoff die Reaktionsräume durchläuft, Einfluß auf die Wärmeübertragung ausüben kann,. Im allgemeinen läßt sich die Temperatur durch das Anbringen, von Wärmeübertragungselementen in den Wänden zwischen den Reaktionsräumen in hinreichendem Maße regulieren, SO' daß es sich meistens erübrigt, einen Temperaturregelmechanismus in die Reaktionsräume einzubringen.
Die Vorrichtung kann weiterhin ausgebildet sein, wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Fig. 4 zeigt schematisch einen senkrechten Querschnitt A-A und Fig. 5 einen waagerechten Querschnitt B-B.
Die Fig. 4 und 5 zeigen, daß der Rost 12 in einem geräumigen Zylinder 16 untergebracht ist, während auf dem Rost eine Anzahl zylindrischer Reaktionsräume 17 vorgesehen, ist. Mit Hilfe von Steigrohren: 3 sind diese Räume serienweise geschaltet, ■ so daß der durch die Leitung 5 zugeführte Feststoff der Reihe nach sämtliche Reaktionsräume 17 durchläuft und schließlich in dem Scheidegefäß 18 mit Gasabzug 19 und Feststoff austritt 20 aufgefangen wird.
Die Reaktionsräume 17 sind in solcher Weise auf dem Rost 12 aufgestellt, daß sie in dem Zylinder 16 von dem Raum 21 umgeben sind. In, diesen freien Raum 21 kann durch die Leitung 22 Feststoff eingeleitet werden, der anschließend durch das Rohr 23 abgeführt wird.
Sowohl in den Reaktionsräumen 17 als in. dem freien Raum 21 wird der Feststoff mit Hilfe eines Gases im Wirbelzustand gehalten. Das Gas wird durch die Leitungen. 13, die an eine gemeinsame Gasleitung 24 angeschlossen sind, zugeführt und strömt anschließend durch die öffnungen 25 von Rost 12 nach oben. An der oberen Seite der Vorrichtung (nicht auf der Zeichnung vorhanden) ist eine gesonderte Ableitung für das Gas aus den Reaktionsräumen 17 und das Gas aus dem freien Raum 21 vorgesehen.
Die Regelung der Temperatur in der Vorrichtung gemäß den Fig. 4 und 5 kann mit Hilfe eines Feststoffes erfolgen·, der in dem die Reaktionsräume umringenden freien Raum im Wirbelzustand gehalten wird. Dabei kann man diesen Feststoff kontinuierlich durch den. freien Raum strömen lassen und demzufolge für die Wärmeübertragung benutzen. Auch ist es möglich, eine Menge Feststoff in dem freien Raum in einem Wirbelzustand zu halten, so daß kein Feststoff abgeführt wird, wobei die Wärmeübertragung mittels des Gases erfolgt, das in dem freien Raum zur Aufrechterhaltung des Wirbelzustands angewandt wird. Bei der Anwendung der Vorrichtung gemäß den Fig. 4 und 5 benutzt man vorzugsweise in dem den Reaktionsraum umringenden freien. Raum einen, Feststoff, der mit Rücksicht auf die Aufrechterhaltung des Wirbelzustands Eigenschaften aufweist, die denen des Feststoffs in den Reaktionsräumen entsprechen. Wird z, B. in diesen Rbaktionsräumen ein Katalysator angewandt, der auf einem Träger angebracht worden ist, so kann in dem freien Raum nur der Träger benutzt werden. Falls in den Reaktionsräumen Verkokung von Kohle oder Herstellung von durch Anoxydation aktivierter Kohle stattfindet, so kann, in dem freien Raum beispielsweise Koks in dem Wirbelschichtbett angewandt werden.
In dieser Ausführungsform der Vorrichtung können weiterhin zwei Reaktionen zu gleicher Zeit durchgeführt werden, beispielsweise eine endotherme Reaktion, wie das Kracken von Kohlen- too Wasserstoffen, in den Reaktionsräumen und eine exotherme Reaktion, wie das Regenerieren, des Katalysators, in dem die Reaktionsräume umringenden, freien Raum. Dabei ist für eine gesonderte Gaszufuhr und Gasabfuhr für die zwei Reaktionen zu sorgen.
Der freie Raum kann weiterhin zum Vorerhitzen des Feststoffes benutzt werden, wobei der Feststoff zunächst den freien Raum durchläuft und anschließend, z. B. mit Hilfe eines Steigrohrs, in. den ersten Reaktionsraum hineingeleitet wird. Auch das Gas kann in dieser Weise vorerhitzt werden.
Die Vorrichtung nach Fig. 6 umfaßt wie die Vorrichtung nach Fig. 1 zwei Reaktionsgefäße 1 und 2, in denen eine Feststoffschicht mittels eines Gases, das durch die Leitungen 7 und 8 zugeführt wird, in. einem Wirbelzustand gehalten wird. Der Feststoff wird durch Leitung 5 zugeführt und strömt durch das Steigrohr 3 mit öffnung 4 in den Trennungsraum 27, der an der oberen Seite ein Gasabfuhr- iao rohr 28 und an der unteren Seite eine Abfuhrleitung 29 für den Feststoff aufweist. Der Feststoff wird durch die Abfuhrleitung 6 aus dem Reaktionsgefäß 2 abgeführt.
Fig. 7 zeigt eine Anzahl Reaktionsräume, die wie i«5 die Reaktions räume nach Fig. 2 nebeneinander an-
geordnet sind. In den Reaktionsräumen. 30 und 32 werden die Feststoffschichten mittels eines Gases, das durch die Leitungen 34 und 13 und die Verteilungsvorrichtüngen 15 zugeführt wird, im Wirbel zustand gehalten. In den Reaktionsräumen. 31 und 33 werden die Feststoffschichten mittels eines durch die Leitungen. 35 und i3a und die Verteilungsvorrichtungen 15 angeführten Gases im Wirbelzustand gehalten. Der Feststoff in den Reaktionsräumen be-, findet sich oberhalb des Rostes 12, durch den die Gase aus den Gaskammern 14 emporsteigen. . In jedem dieser Reaktionsräume ist ein Steigrohr 3 mit öffnung 4 vorhanden, welches Rohr mit einem Trennungsraum 27 in Verbindung steht, der mit einer Gasabfuhrleitung 28 und einer durch die Wand hindurchragenden Abfuhrleitung 29 für den Feststoff ausgestattet ist.
Fig. 8 stellt in den Hauptzügen die Vorrichtung gemäß Fig. 6 dar, in der die Gasabfuhrleitung 28
ao die obere Seite des Trennungsraums 27 mit dem ■ Reaktionsgefäß 1 verbindet, so daß eine Vermischung des Gases aus dem Reaktionsgefäß 1 herrührenden mit jenem des Reaktionsgefäßes 2 vermieden, wird.
Diese Figur zeigt zugleich, daß die Rohre 5 und 29, durch die der Feststoff den Wirbelschichten ' zugeleitet wird, in den an, der oberen Seite offenen geräumigeren Teil eines sich nach unten; verjüngenden Raumes 34 einmünden, der an. der unteren. Seite eine öffnung 35. aufweist. Die Seitenwand 36 des Raumes 34 ist mittels der Stangen. 37 an dem Rohr 5 bzw. 29 befestigt. Hierdurch wird eine ungehemmte Zufuhr von· Feststoffen erzielt.
Die Steigrohre 3 können eine verschiedenartige Konstruktion aufweisen. Es können sowohl gerade als gebogene Steigrohre angewandt werden. Jedoch hat der Übergang des Steigrohrs in, die breitere öffnung 4 immer allmählich zu verlaufen, beispielsweise trichterförmig, wie die Figur zeigt. Ein Rückfließen, des Feststoffes, das übrigens nur teilweise stattfindet, läßt sich weiterhin noch verringern, indem man die öffnung 4 über eine Entfernung von nur ι bis 2 cm zylindrisch ausbildet und den Durchmesser anschließend allmählich abnehmen läßt. Die Fig. 4, 6 und 8 zeigen eine solche Austrittsöffnung 4, deren Rand-26 zylindrisch ausgebildet ist.
Der Durchmesser der Steigrohre 3 kann stark variieren und wird meistens auf etwa ein, Drittel des Durchmessers des unteren Randes der öffnung 4
50. bemessen. Anstatt Steigrohre mit einem großen Durchmesser von mehr als 5 cm können zwei oder mehr parallel arbeitende Steigrohre mit einem geringeren Durchmesser von 1 bis 5 cm angewandt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich im allgemeinen zum Durchführen von. Reaktionen, bei denen ein Feststoff im Wirbelzustand gehalten wird. Als Beispiele mögen die katalytischen Reaktionen von Gasen dienen, bei denen ein in dem Wirbelschichtbett befindlicher Katalysator angewandt wird; wie das Kracken, Dehydrieren, Hydrieren, Aromatisieren, und Alkylieren von Kohlenwasserstoffen und die Synthese von. Kohlenwasserstoffen durch Reaktion von. Kohlenmonoxyd und Wasserstoff.
Weitere Beispiele sind die Reaktionen, bei denen sich auch der Feststoff an der Reaktion beteiligt, wie das Regenerieren von Katalysatoren, das Oxydieren, von Methan, und anderen Kohlenwasserstoffen durch Metalloxyde, das Rösten von. Erzen, die Herstellung von. Calciumoxyd durch Erhitzung von Calciumkarbonat, das Entschwefeln von Gasen, die Herstellung von, Phenolen durch Reaktion von Dampf mit einem feinkörnigen Gemisch aus benzolsulfonsäuren Salzen und Alkali- oder Erdalkalihydroxyden, die Herstellung von aktivierter Kohle durch Reaktion von Kohle mit Sauerstoff, die Verkokung von Kohle und die Herstellung von Gasgemischen aus Kohle oder Koks mittels Reaktion mit Sauerstoff und Dampf.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung von Wirbelschichtreaktionen in nebeneinander angeordneten, vom aufgewirbelten Feststoff nacheinander durchströmten Reaktionsräumen, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsräume durch je mindestens ein aufwärts geneigtes Steigrohr (3) mit trichterförmig erweitertem Mundstück (4), welches unterhalb der Wirbelschichtoberfläche liegt, miteinander verbunden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steigrohr nach einem Trennungsraum führt, der an der oberen Seite eine Abfuhrleitung für das Gas und an der unteren Seite eine Abfuhrleitung für den Feststoff aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabfuhrleitung des Trennungsraums außerhalb des Reaktionsraums ausmündet, in den die Feststoffabfuhrleitung des Trennungsraums einmündet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steigrohr nach einem i;· demselben Reaktionsraum vorhandenen Trennungsraum und die Feststoffabfuhrleitung des Trennungsraums nach'dem nächsten Reaktionsraum führt.
5. Vorrichtung nach Anspruch.4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsräume in einem geräumigen Gefäß auf einem Rost angebracht sind und jeder Reaktionsraum von einem freien Raum umgeben ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften· Nr. 2 419 245, 2 521 195, 2394814, 2656258, 2654699;
französische Patentschrift Nr. 939 805;
Ghemie-Ingenieure-Technik, Bd. 24, (1952), S.99.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
© 609 579/488 8. (609 782 1. 57)
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