DK142485B - Fremgangsmåde til udtagning af katalysator fra en ringformet bevægelig katalysatormasse. - Google Patents

Description

(11) FREMLÆGGELSESSKRIFT 142485 (jef/ DANMARK mi lnt.CI.> B 01 J 8/12 • (21) Ansøgning nr. 57βΐ/72 (22) Indleveret den 17· HOV. 1972 (24) Løbedag 17. noV. 1972 (44) Ansøgningen fremlagt og fremlaaggeløesskriftet offentliggjort den 10. noV. 1 980

Dl REKTORATET FOR , u PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Prom* begæret fra døn

18. nov. 197U 200123, US

(71) UNIVERSAL OIL PROJECTS COMPANY, Ten UOP Plaza-AIgonquin & Mt.

"Prospect Roads, Des Plaines, Illinois 60016, US.

(72) Opfinder: David Mil ton Boyd, 315, Ridge Avenue, Claredon Hiils,

Illinois, US: Arthur Raymond Greenwood, 8201 Elmore Street,

Niles, Illinois, US.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Ingeniørfirmaet Budde, Schou & Co.

(54) Fremgangsmåde til udtagning af katalysator fra en ringformet bevsø“ gelig katalysatormasse.

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til udtagning af katalysator fra et carbonhydridreaktianskammer, som indeholder en ringformet bevægelig katalysatormasse, medens en carbonhydridføde-strøm behandles på tværs derigennem, hvor katalysatoren skal udtages i relativ carbonhydridfri tilstand i praktisk taget ensartede mængder fra flere udtagningspunkter anbragt med ensartet afstand tværs over katalysatortværsnitsarealet.

Reaktorer med beveagelig masse er kendte. Ϊ disse systemer udtages portioner af massen periodisk eller kontinuerligt, således at alle de faste stoffer, der er indeholdt 1 massen, bevæges eller fjernes med en ensartet hastighed. Ved en kontinuerlig reforming-fremgangsmåde, f.eks. den i USA-patentskrift nr. 3.470.090 beskrevne, udtages f.eks. forbrugt katalysator periodisk, og frisk eller rekon- \ 2 162485 ditioneret katalysator tilsættes periodisk. Når der foregår en carbon-hydridomdannelsesreaktion i en reaktor med bevægelig masse, er det nødvendigt, at hele katalysatoren relativt har samme opholdstid i reaktoren. Hvis der er en hred variation i katalysatoropholdstiden, kan katalysator, der forbliver i reaktoren lsaigere end ønsket, agglo-merere på grund af dannelse af c arb onhydr i daf1e jr inger mellem de partikler, der ikke bevæger sig eller bevæger sig langsomt, hvorved der forårsages yderligere mangelfuld fordeling i katalysatorstrømningen.

Et skridt mod ensartet strømning af faste stoffer eller katalysator gennem et system kan tages ved udtagning af det faste stof fra flere punkter ensartet fordelt tværs over det faste stofs tværsnits-areal fremfor udtagning af det faste stof fra et enkelt, centralt placeret punkt. Medens denne driftsmetode giver forbedrede resultater, opnås der imidlertid sædvanligvis ikke ensartede udtagningsmængder fra hver af disse flere punkter, og der er vedvarende en uønskelig variation i opholdstiden.

I overensstemmelse hermed er det formålet med den foreliggende opfindelse at tilvejebringe en fremgangsmåde til udtagning af en ensartet mængde katalysator fra hvert af flere ensartet fordelte punkter på tværsnitsarealet af en bevægelig katalysatormasse, hvor katalysatormassen holdes under carbonhydridomdannelsesbetingel-ser, og katalysatoren, således som den udtages til sidst, skal være relativt fri for carbonhydrider.

Ifølge den foreliggende opfindelse opnås dette formål med en fremgangsmåde, som er ejendommelig ved, at man 1) udtager carbonhydridholdig katalysator fra reaktionskammeret, medens dette holdes under carbonhydridomdannelsesbetingelser, på flere punkter anbragt med ensartet afstand tværs over katalysatortværsnitsarealet gennem flere ledninger, der står i åben forbindelse med den bevægelige, ringformede katalysatormasse, 2) bringer den carbonhydridholdige katalysator i kontakt med en i modstrøm strømmende gasstrøm i ledningerne, hvorhos gasstrømmen har en hastighed, som er tilstrækkelig til at tillade katalysatoren at strømme gennem ledningerne og at strippe størstedelen af carbon-hydriderne fra den strømmende katalysator til frembringelse af en relativ carbonhydridfri katalysator, 3) leder den carbonhydridfrie katalysator gennem ledningerne til en faststofopsamlingsbeholder omfattende flere vertikale opsamlingszoner, med omtrent ensartet fastsat volumen og svarende i antal 3 142485 til antallet af ledninger, hvorhos hver ledning står i åben forbindelse med en enkelt opsamlingszone og ender i ensartet afstand inde i hver opsamlingszone, hvorhos faststofopsamlingszonen har en cylindrisk topzone, en omvendt konisk bundzone og en udtagningszone i forbindelse med hver opsamlingszone i den nedre del af den koniske zone, hvorhos strømningen af katalysator gennem ledningerne stopper automatisk, når katalysatorniveauet i hver opsamlingszone når ledningernes udtømningsende, 4) forøger hastigheden af den i modstrøm strømmende gasstrøm til en hastighed, der er tilstrækkelig til at holde katalysatorstrømningen stoppet, men finder en hastighed, der ville reversere katalysatorstrømningen i ledningerne, og 5) udtager katalysatoren fra opsamlingsbeholderen, medens strømningen af fast stof fra kammeret er stoppet.

Fordelen ved den her omhandlede fremgangsmåde beror på tilvejebringelsen af flere lodrette opsamlingszoner, nemlig så mange, at deres antal svarer til antallet af udtagningsledninger, som er placeret ensartet over hele katalysatormassens tværsnitsareal. Ved denne dobbelte regulering, dvs. ensartet fordelte udtagningspunkter og ensartet niveau af katalysator i en opsamlingszone svarende til hvert enkelt udtagningspunkt, sikres det,at katalysatoren kan udtages i ensartet mængde, uanset hvor i reaktionskammeret den befinder sig.

Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse anvendes, når der fra en bevægelig masse af fast stof i et kammer skal fjernes ensartede mængder fast stof fra flere punkter på den bevægelige masses tværsnitsareal, hvilket især er af interesse i forbindelse med et system til katalytisk reforming af naphtha. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan imidlertid også anvendes til udførelse af anden carbonhydridomdannelsesdrift, såsom afsvovling, hydrokrakning, de-hydrogenering og isomerisering, samt andre kemiske omdannelser, der ikke direkte angår behandlingen af et carbonhydridchargemateriale.

4 142485

Katalytisk reforming af carbonhydridnaphtha kræver anven-- delse af en platinholdig katalysator. Typiske reformingkatalysato-rer er et sammensat platin-aluminiumoxid-halogen-materiale, fortrinsvis i form af sfærer med en diameter på fra oa. 0,8 til ca.

3,2 mm. En sfærisk katalysator har fri strømning-karakteristika og tilstopper eller blokerer ikke så let en nedadgående katalysatorkolonne. Katalysatorudtagningsledningerne har fortrinsvis en lille diameter, således at katalysatorstrømningen i ledningen stopper, når hastigheden af den i modstrøm strømmende gasstrøm forøges, når katalysatoren udtages fra opsamlingszoneme. Katalysatoren bør have en tilstrækkelig lille diameter, f.eks. mindre end 3,2 mm, til forbedring af tyngdestrømningen fra reaktionskammeret gennem ledningerne til faststofopsamlingsbeholderen.

En foretrukken katalysator er sfærisk aluminiumoxid indeholdende platin og bundet ehlor. Katalysatoren kan indeholde en yderligere komponent, såsom rhenium, til forbedring af stabiliteten. Almindeligvis udgør platingruppemetallet, fortrinsvis platin, fra ca. 0,01 til 5 vægtprocent af katalysatoren, og halogenkomponenten, fortrinsvis ehlor, udgør fra ca. 0,5 til 1,5 vægtprocent af katalysatoren.

Katalytiske reformingbetingelser omfatter temperaturer på fra ca. 371 til ca. 538°C, tryk på ca. 4,4 - ca. 69 atm (absolut), en væskerumhastighed eller volumen flydende fødemateriale ved 15°C pr. time pr. volumen katalysator, VBH, på fra ca. 0,2 til 10, og et molforhold mellem hydrogen og carbonhydrid på fra ca. 1:1 til ca. 10:1. Den foreliggende opfindelse er særlig anvendelig ved lavtryks-r.eforming, der foregår ved 4,4 - l4,6 atm.

Den foreliggende opfindelse tilvejebringer et apparat og en fremgangsmåde til reforming af et carbonhydridfødemateriale med et katalysatorsystem, der er ejendommeligt ved en praktisk taget konstant katalysatoraktivitet. Denne opretholdelse af et konstant aktivitetsniveau gennemføres ved konstant udtagning af brugt katalysator og erstatning af den udtagne katalysator med frisk eller regenereret katalysator, hvorved katalysatorsystemet opretholder konstant aktivitet.

Systemet ifølge den foreliggende opfindelse er anvendeligt, hvis reformingreaktorer holdes på relativt samme plan, og ligeledes hvis der anvendes reaktorer anbragt i forskellige planer. I et system med reaktorer anbragt i forskellige planer sættes frisk eller rekon-ditioneret katalysator kontinuerligt til topreaktoren og ledes 5 142485 fortløbende gennem reaktorsystemet, Indtil den udtages fra bundreaktoren. Systemet med de i forskellige planer anbragte reaktorer har en fælles katalysatormasse, der bevæger sig som en praktisk taget ubrudt kolonne af partikler fra topreaktoren til bundreaktoren.

Den eksakte konstruktion og drift af systemet og fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse beskrives nærmere under henvisning til tegningen. Opfindelsen er ikke begrænset til denne udførelsesform.

Fig. 1 illustrerer en reformer med reaktorer anbragt i forskellige planer, der anvender systemet ifølge den foreliggende opfindelse.

Fig. 2 viser detaljeret bundreaktoren, set fra bunden,*

Fig. 5 viser et tværsnit gennem en mellemliggende del af en reaktor ved linien III-III. h;

Fig. 4 viser en katalysatoroverførselsledning med et konisk deflektororgan fastgjort foroven, set delvis i tværsnit.

Fig. 5 viser katalysatoroverførselsledningerne ved linien V-V, set i plan.

Fig. 6 viser katalysatoropsamleren, set fra siden, og illustrerer den foretrukne orientering af de indvendige skærme.

Fig. 7 viser katalysatoropsamleren, set fra siden, og.viser et alternativt skærmarrangement.

Der henvises nu til fig. 1, hvor en straight run-naphtha-fraktion, der koger mellem 95 og 204°C, chargeres gennem en ledning 1, blandes med hydrogenrig recirkuleringsgasstrøm fra en ledning 2 og ledes gennem en ledning 5 til et opvarmningsorgan 4. Blandingen opvarmes og ledes via en ledning 5 til et reformingsystern med reaktorer anbragt i forskellige planer omfattende en øvre reaktor 9 og en nedre reaktor 19.

Reformingreaktoren 9 er vertikalt på linie med refbrming-reaktoren 19. Et mellemliggende opvarmningsorgan 14 genopvarmer de reaktanter, der afkøles af den endoterme reaktion. Anbragt over reaktoren 9 er en katalysatorreduktionssektion 7, hvor frisk eller regenereret katalysator, der kommer ind via en ledning 6, bringes i kontakt med hydrogen og varmeveksles indirekte med den opvarmede blanding, der kommer ind via ledningen 5.

Katalysatoren er sfæriske alumlniumoxidpartikler med en diameter på 1,6 mm og indeholdende ca. 0,575 vægtprocent Pt og ca.

6 U2485 0,9 vægtprocent Cl. Hver reaktor holdes ved en temperatur på fra • ea. 454 til ca. 510°c og et tryk på ca. 14,6 atm. Reaktoren 9^inde- ........

holder en ringformet bevægelig masse 11 dannet af med afstand anbragte cylindriske sigter 12. Naphtha-hydro genbiåndingen kommer i kontakt med katalysatoren via radial strømning (udefra og ind) gennem katalysatormassen og strømmer ud gennem et cylindrisk rum 10. Afgangsstrømmen fra reaktoren 9 udtages via en ledning 13 og sendes til mellemopvarmningsorganet 14 til genopvarmning og sendes tilbage til reformingsystemet via en.ledning 15.

I reaktoren 19 passerer reaktantstrøm gennem en ringformet katalysatormasse 17 i radial strømning udefra og ind. Afgangsstrømmen fra reaktoren 19 kommer ind i et cylindrisk rum 18 og udtages via en ledning 20 og ledes til et konventionelt produktadskillelsesanlæg til udvinding af et benzinprodukt med højt octantal og recirkuleringshydrogen.

Hvis man igen ser på reaktoren 9, passerer katalysatorpartikler, der kommer ind via ledningen 6, gennem reduktionszonen 7 og fordeles ensartet i den ringformede bevægende masse 11 gennem flere ledningsorganer 8. Enten kontinuerligt eller med mellemrum får katalysatoren lov at strømme på grund af tyngden gennem reaktoren 9 for at blive fjernet fra dennes bunddel via flere ledningsorganer 16. Ledningerne 16 er anbragt på flere punkter og tilleder katalysator til reaktoren 19, ligeledes på flere punkter for at sikre en ensartet katalysatorfordeling igennem hele systemet. Ledningerne 16 har en tilstrækkelig lille diameter til, at næsten al naphtha--hydrogenblandingen fra rummet 10 udtages via ledningen 13 og ledes til mellemopvarmningsorganet 1½. Kun lidt, om overhovedet nogen, strømning fra reaktoren 9 passerer forbi mellemopvarmningsorganet l4 I realiteten har deh kombinerede reformingreaktorsystem, der omfatter reformingreaktoren 9 og reformingreaktoren 19, en fælles katalysatormasse, der bevæger sig som en praktisk taget ubrudt kolonne af partikler gennem topreaktoren 9 °g bundreaktoren 19. Ved typisk reformingdrift udtages katalysatoren fra den nedre reaktor 19 via ledninger 22 med en sådan hastighed, at hele reaktorsystemets katalysatorbeholdning bliver erstattet på j50 dage eller mindre.

Katalysator udtages fra den nedre reaktor 19 gennem flere udgangsåbninger 21 og ledningsorganerne 22, der er ensartet fordelt tværs over tværsnitsarealet af den ringformede katalysatormasse.

7 142485 Når der udtages katalysator fra reaktoren 19, er en ventil 27 i en ledning 28 lukket. Katalysator udtages via udtagningsåbningen 21 og ledningsorganet 22 til en faststofopsamlingszone 23 omfattende en beholder, der er delt 1 flere vertikale sektioner af vertikale skærme 25. Hver sektion har et relativt ensartet volumen, og der er. én sektion pr. ledning. Ledningsorganet 22 ender et lille stykke inde i hver opsamlingssektion. Anbragt i den koniske del af faststofopsamlingsorganet 23 er en opsamlingszone 26, der ikke er forsynet med skærme, og som står i forbindelse med hver af de vertikale sektioner.

Når katalysatoren er udtaget fra reaktoren 19, bringes den i ledningen 22 i kontakt med en i modstrøm strømmende kold hydrogenstrøm, der kommer ind i beholderen 23 via en ledning 24. Denne gas, recirkuleringshydrogen, der er relativt fri for carbonhydrid, kommer ind i opsamlingsbeholderen og strømmer op gennem ledningen 22 i tilstrækkelige mængder til at afkøle katalysatoren og strippe carbon-hydrider fra katalysatoren, men gasstrømningen er ikke så overordentlig stor, at den stopper katalysatorstrømningen. Past stof, der kommer ind i opsamlingsorganet 23, indeholder mindre end 2 vægtprocent carbonhydrider. Katalysatoren strømmer gennem ledningerne 22 til opsamlingsorganet 23, indtil katalysatomiveauet i hver vertikal sektion når udtømningspunktet i ledningerne 22. På dette punkt stopper katalysatorstrømningen automatisk på grund af katalysatorens strømningskarakteristika og friktionsvinkel. Der strømmer ikke katalysator over fra en afdeling til en anden, og den katalysator, der udtages fra hvert af udtagningspunkteme 21, svarer til volumenet af hver af de vertikale sektioner i opsamlingsbeholderen 23. På grund af variationer i strømningshastigheden gennem ledningerne 22 kan hver vertikal sektion blive fyldt med forskellige hastigheder, men det faktiske volumen katalysator, der bliver overført, forbliver konstant. Når katalysatorniveauet i alle de vertikale sektioner når afgangen iba ledningerne 22, forøges gasstrømningen gennem ledningen 24, indtil gashastigheden er tilstrækkelig til at stoppe katalysatorstrømningen gennem ledningerne 22, endog selv om der ikke var nogen katalysator i opsamlingsbeholderen 23. Ved en typisk drift holdes strømningshastigheden for modstrømshydrogenmassen gennem ledningerne 22 på ca. 1/4 af gennemsnitshastigheden for strømningsmassen af katalysator, der udtages. Efter at der har været tilstrækkelig tid til at fylde hver af sektionerne i beholderen 23, forøges gashastigheden i ledningerne 22 til en hastighed, der er omtrent den dobbelte 8 162485 af katalysatormassens minimale fluidiseringshastighed. Denne hastighed er tilstrækkelig til at stoppe katalysatorstrømningen, medens katalysatoropsamlingsorganet 23 tømmes, men den er mindre end den hastighed, der ville bevirke, at katalysatoren løber tilbage gennem ledningerne 22.

Som illustreret udtages katalysatoren med mellemrum fra reaktoren 19· Ved tilvejebringelse af flere opsamlingsbeholdere 23 kan der imidlertid udtages katalysator kontinuerligt til tilvejebringelse af en kontinuerlig strømning af katalysator gennem reaktorsystemet.

Katalysator, der er udtaget fra beholderen 23, ledes til en slusetragt 29 via ventilen 27 og ledningen 28 til fjernelse af resterende carbonhydrider og for at skylle katalysatoren fri for adsorberet hydrogen. Efter skylning af katalysatoren fjernes den via en ledning 30 gennem en ventil 31 og ledes til et medriverorg«n 32, hvor katalysatoren rives med i en nitrogenstrøm, der kommer ind via en ledning 33 og ledes via en ledning 3^ til et ikke vist rekonditionerings- eller regenereringsorgan.

I fig. 3 illustreres orienteringen af udtagningsåbningerne 21 i forhold til den ringformede masse. Hvert af disse udtagningspunkter er ensartet fordelt tværs over katalysatorens tværsnitsareal til sikring af en ensartet katalysatoroverførsel fra hvert punkt på katalysatormassen. Antallet af ledninger er selvfølgeligt afhængigt af katalysatormassens diameter. Katalysatormassesektionen 17 er fortrinsvis indeholdt mellem cylindriske skærme 38 og 18', og den er relativ snæver for at minimalisere trykfald igennem massen. En cirkulær orientering af ledningerne 22 tilvejebringer almindeligvis en ensartet katalysatorf or deling.

Pig. 2 og 4 viser en foretrukken struktur til udtagning af katalysator fra reaktoren 19° Over tilgangen til hvert af udtagnings-punkterne 21 er et kegleorgan 35 understøttet af stænger 36, der afbøjer katalysatorpartiklerne fra en direkte synken ned i overføringsledningerne 22. Katalysatoren strømmer rundt om den nedre basis af keglen -35 °g derpå i en vis vinkel ind i hvert udtagningspunkt 21. Dette sikrer en ensartet bevægelse af katalysatoren i massen og minimali-serer lommer med langsomt bevægende eller stillestående katalysator.

Med 1,6 mm katalysator kan ledningerne 22 have en diameter på 51 mm, en længde på 2,4 m og være anbragt ca. 0, 6 m fra hinanden inde i en ræktorbe-holder med en diameter på fra 2,1 til 3,6 m for at muliggøre praktisk taget ensartet katalysatorstrømning fra en ringformet masse.

:- .· · r.

9 142485

Pig. 5 viser faststofopsamlingsorganet 23 set i plan og langs linien V-V i fig. 1. Hvert udtagningspunkt 22 står i forbindelse med en vertikal sektion 4l, der er dannet af vertikale skærme 25. Hydrogenoverføringsledningen 24 tilvejebringer hydrogen til at strippe katalysatoren for carbonhydrid og ligeledes til at stoppe katalysatorstrømningen.

Fig. 6 viser beholderen 23 set fra siden. Denne beholder har en massiv plade 40, der lukker opsamlingsbeholderen ude fra atmosfæren. Skærmene 23, der er fastgjort til en ledning 39, danner de vertikale sektioner 4l. Ledningen 39 letter fremstillingen og fastgørelsen af skærmene og er lukket i toppen. De vertikale skærme 25 slutter over den nederste spidsdel af katalysatoropsamlings-organet og danner opsamlingssektionen 26. Sektionen 26 er tilstrækkelig lille i størrelse til, at katalysatorvandring fra en afdeling til en anden via sektionen 26 minimaliseres. Ledningen 39 er åben i bunden, således at temperatur- eller trykcirkulering ikke forårsager nogen belastning på den, hvorved man undgår deformering af nogen af de vertikale skærme 25· De vertikale skærme 25 slutter et kort stykke under pladen 40, således at hydrogen fra ledningen 24 kan komme ind i ledningerne 22.

Fig. 7 viser en alternativ konfiguration for den nedre opsamlingszone 26. I denne konfiguration strækker de vertikale skærme 25 sig nedad, helt ned til væggen i beholderens spidsdel. De vertikale faststofopsamlingssektioner 4l står i forbindelse med opsamlings-zonen 26 gennem en fra siden og indadgående bevægelse af katalysatoren modsat den nedadgående bevægelse, som ville forekomme i fig. 6.

Claims (2)

142485 ίο Paten.tk.rav .

1. Fremgangsmåde til udtagning af katalysator fra et carbonhydridreaktionskammer, som indeholder en ringformet bevægelig katalysatormasse, medens en carbonhydrid-fødestrøm behandles på tværs derigennem, hvor katalysatoren skal udtages i relativ carbonhydridfri tilstand i praktisk taget ensartede mængder fra flere udtagningspunkter anbragt med ensartet afstand tværs over katalysatortværsnitsarealet, kendetegnet ved, at man 1. udtager carbonhydridholdig katalysator fra reaktionskammeret, medens dette holdes under carbonhydridomdannel-sesbetingelser, på flere punkter anbragt med ensartet afstand tværs over katalysatortværsnitsarealet gennem flere ledninger, der står i åben forbindelse med den bevægelige, ringformede katalysatormasse, 2. bringer den carbonhydridholdige katalysator i kontakt med en i modstrøm strømmende gasstrøm i ledningerne, hvorhos gasstrømmen har en hastighed, som er tilstrækkelig til at tillade katalysatoren at strømme gennem ledningerne og at strippe størstedelen af carbonhydriderne fra den strømmende katalysator til frembringelse af en relativ carbonhydridfri katalysator, 3. leder den carbonhydridfri katalysator gennem ledningerne til en faststofopsamlingsbeholder omfattende flere vertikale opsamlingszoner med omtrent ensartet fastsat volumen og svarende i antal til antallet af ledninger, hvorhos hver ledning står i åben forbindelse med en enkelt opsamlingszone og ender i ensartet afstand inde i hver opsamlingszone, hvorhos faststofopsamlingszonen har en cylindrisk topzone, en omvendt konisk bundzone og en udtagningszone i forbindelse med hver opsamlingszone i den nedre del af den koniske zone, hvorhos strømningen af katalysator gennem ledningerne stopper automatisk, når katalysatorniveauet i hver opsamlingszone når ledningernes udtømningsende, 4. forøger hastigheden af den i modstrøm strømmende gasstrøm til en hastighed, der er tilstrækkelig til at holde katalysatorstrømningen stoppet, men under en hastighed, der ville reversere katalysatorstrømningen i ledningerne, og