DK146757B - Fremgangsmaade til fyldning af en reaktor med mindst et homogent leje af faste partikler, hvis dimensioner ligger inden for snaevre graenser - Google Patents

Description

146757 i

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fyldning af en reaktor med et eller flere homogene lejer af faste partikler, navnlig katalysatorpartikler, hvis dimensioner ligger inden for snævre grænser.

For at opnå et leje af faste partikler, der ikke udviser et meget højt trykfald når en væske, der skal omdannes ved hjælp af disse partikler, føres over lejet, er det fordelagtigt at dimensionerne af de faste partikler holdes inden for snævre grænser. Navnlig bør man undgå tilstedeværelse af faste partikler med mindre dimensioner end ønsket og af helt fine partikler eller smuld, fordi de kan tilstoppe passagerne og. derved bevirke et kraftigt trykfald.

Ved fremstilling af katalysatorpartikler, fx ved strengpresning forekommer der sædvanligvis brud under den senere behandling (transport, udhældning etc.), hvilket resulterer i dannelse af mindre partikler, samtidig med at der altid er en vis mængde pulverformigt materiale (smuld) til stede.

Ved teknisk anvendelse af reaktioner hvor væsker og/el-ler gasser føres over en partikelformig katalysator er det i almindelighed betydningsfuldt at katalysatorpartiklerne er til stede i et eller flere homogene lejer, dvs. lejer med en ensartet pakning og en arbitrær orientering af katalysatorpartiklerne. Herved opnås der en regulær strømning gennem katalysatorlejet og en optimal grad af befugtning af katalysatorpartikler med reaktionsblandingen, og desuden forlader ingen reaktionsblanding reaktoren uden at have været i kontakt med katalysatoren eller efter en for kort kontaktperiode.

Selv om det er vanskeligt at fylde forholdsvis små reaktorer med et homogent leje af katalysatorpartikler (sædvanligvis bestående af små cylindre), kan det opnås ved at man udhælder katalysatorpartiklerne omhyggeligt, eller ved at man i reaktoren indfylder en opslæmning af katalysatorpartiklerne i en væske. Langt større problemer opstår når store reaktorer (fx i form af cylindre med en diameter på over 2 m og en højde på over 10 m) skal fyldes med et eller flere homogene lejer af katalysatorpartikler.

Store reaktorer af denne type kan fx bruges ved processer til hydrodesulfurisering af mineraloliefraktioner, navn- 146757 2 lig af rå mineralolier eller residualolier vundet ved fjernelse af i det mindste en del af de flygtige produkter fra en rå mineralolie. Begrebet mineralolie omfatter enhver jordolie, skiferolie, klippeolie, olie vundet fra tjæresand og lignende kulbrintebaserede naturolier som er til stede i jordskorpen.

Den foreliggende opfindelse tilvejebringer en fremgangsmåde ved hvilken en reaktor kan fyldes på hensigtsmæssig måde med et eller flere homogene lejer af faste partikler i almindelighed og katalysatorpartikler i særdeleshed.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del anførte. Således fluidise-rer man først i en tilførselszone en blanding af partikler hvis dimensioner ligger inden for snævre grænser og partikler med mindre dimensioner i en inert fluidiseringsvæske, hvorved partiklerne med mindre dimensioner akkumuleres i et eller flere øvre lag i tilførselszonen.

Dernæst standser man fluidiseringen og lader partiklerne sætte sig, fjerner det eller de øvre lag af partikler med mindre dimensioner, indfører mindst en del af de partikler, der er tilbage i tilførselszonen, i en reaktor som en opslæmning i en inert væske og bringer disse partikler i en tilstand af begyndende fluidisering ved hjælp af en strøm af en inert fluidiseringsvæske, og til slut lader partiklerne sætte sig eller bundfælde.

Ved fluidisering menes en tilstand hvor faste partikler er suspenderet i et fluidum. Ved opretholdelse af en væskestrøm gennem reaktoren forhindres de faste partikler i at sætte sig eller bundfælde sig; de befinder sig i et fluidi-seret leje. Udvidelse eller ekspansion af det fluidiserede leje sigter til den procentdel, med hvilken det fluidiserede lejes rumfang overstiger rumfanget af lejet dannet af fuldt bundfældede katalysatorpartikler. Med udtrykket "begyndende ^ fluidisering" menes at graden af denne ekspansion er lav, dvs. under 10% og fortrinsvis under 5%. Det vil forstås at desto lavere ekspansionsgraden af det fluidiserede leje, desto mere fuldstændig vil fyldningen af reaktoren efter at katalysatorpartiklerne har sat sig være (og desto mindre et tomt rum vil der følgelig være til stede i reaktoren).

3 UB767

Den strømningshastighed af væskestrømmen, der må anvendes for at fluidisere katalysatorpartikler af en given type med givne dimensioner eller holde dem i en tilstand af begyndende fluidisering, må forudbestemmes ved modelforsøg.

Det eller de øvre lag af partikler med mindre dimensioner kan ifølge opfindelsen hensigtsmæssigt fjernes ved sugning. Under fluidiseringen, der med fordel udføres i en tilførselszone i form af en tank, en stor, fx cylindrisk beholder, sætter smuldet eller de fine partikler sig sædvanligvis ikke, men indfanges af væsken og fjernes fra tilførselstanken. Før man på ny indfører fluidiseringsvæske i bunden af tilførselstanken, fjernes smuldet hensigtsmæssigt ved filtrering.

Anvendelse af sådanne tilførselstanke har desuden den store fordel at de kan bruges som oplagringsrum for de faste partikler. Efter at de faste partikler med dimensioner inden for snævre grænser er blevet opsamlet i tilførselstanken, kan de føres til reaktoren på et hvilket som helst ønsket tidspunkt, fortrinsvis i form af en opslæmning som nævnt.

Når de faste partikler i reaktoren skal udskiftes, kan denne operation udføres meget hurtigt. Reaktoren tømmes og fyldes derefter i overensstemmelse med opfindelsen fra en tilførselszone med partikler med dimensioner inden for snævre grænser, og denne operation kan udføres på nogle få timer. Når reaktoren skal fyldes med faste partikler, der ikke er blevet opsamlet i forvejen i en tilførselstank eller på anden måde, kan denne operation tage mange dage i tilfælde af en reaktor med store dimensioner. Det er klart at det er fordelagtigt hvis tilførselstanken har et rumfang af samme størrelsesorden som reaktorens og fortrinsvis er noget større.

Reaktoren indeholder fortrinsvis et eller flere koniske gittere eller riste til de faste partikler, således at der kan dannes et leje af faste partikler på hvert gitter. Disse gittere har en indstillet åbning hvorigennem de faste partikler kan gå nedad når reaktoren skal tømmes, og gitrenes hældning er fortrinsvis en sådan at de faste partikler kan forlade reaktoren under indflydelse af tyngdekraften når reaktoren skal tømmes. En reaktor af denne type er fx beskrevet i svensk fremlæggelsesskrift nr. 395.713.

146757 4

Ifølge opfindelsen er det derfor hensigtsmæssigt at man i trin d) indfører de faste partikler fra tilførselszonen i toppen af reaktoren.

Som nævnt foran bringes de faste partikler under fyldningen af reaktoren i en tilstand af begyndende fluidisering ved hjælp af en væskestrøm. For også at fylde rummene under gitrene så godt som muligt, er det ifølge opfindelsen fordelagtigt at nedsætte strømningshastigheden af væskestrømmen en eller flere gange i en kort periode kort før man nedsætter denne strømningshastighed eller afbryder væskestrømmen.

Den anvendte væskestrøm er fortrinsvis en strøm af et jordoliebaseret produkt. Jordoliedestillatfraktioner, navnlig gasolier, er meget hensigtsmæssige.

Selv om det er muligt at tilføre frisk væske kontinuerligt for at bringe de faste partikler i en tilstand af begyndende fluidisering, vil man i almindelighed recirkulere væsken. Væskestrømmen indføres meget hensigtsmæssigt ved bunden af reaktoren med den ønskede hastighed og aftages ved toppen af reaktoren, fortrinsvis på et sted hvor der ikke længer er faste partikler i væsken.

Når reaktoren indeholder alle de faste partikler der skal indføres i en tilstand af begyndende fluidisering nedsættes væskestrømmens hastighed eller strømmen afbrydes og partiklerne får lov til at sætte sig. Efter sætningen kan væsken eventuelt bortkastes eller erstattes af en anden væske.

I visse tilfælde kan den væske, som er anvendt til fluidiseringen, føres ved forhøjet temperatur og/eller tryk over det nu dannede homogene katalysatorleje for at give katalysatoren en aktiv form, fx en sulfidiseret form af afsvovlingskatalysatorer baseret på bårne metaller af gruppe VI og/eller gruppe VIII.

De faste partikler er fortrinsvis ekstrudater. Meget hensigtsmæssigt har de en diameter på 0,5 til 3 mm og en længde på 3 til 7 mm.

De faste partikler er meget hensigtsmæssigt katalysatorpartikler, navnlig katalysatorpartikler der kan bruges til demetallisering og/eller hydrodesulfurisering af rå mineralolie eller residualolier. De indeholder fortrinsvis et 5 1Λ6757 eller flere metaller fra gruppe VI og/eller VIII i det periodiske system eller forbindelser deraf på en oxydisk bærer; navnlig katalysatorpartikler bestående af et eller flere oxyder og/eller sulfider af kobolt, nikkel, molybdæn og wolfram på en bærer bestående helt eller overvejende af aluminiumoxyd og/eller siliciumdioxyd er meget hensigtsmæssige.

Demetalliseringen og/eller hydrodesulfuriseringen af fx en rå mineralolie eller en residualolie kan udføres i reaktoren under i og for sig kendte betingelser, fx ved temperaturer på 385-445°C, hydrogentryk på 75-225 kg/cin og rumhastigheder på 0,5-5 vægtdele fødemateriale pr. rumfangsdel katalysator og time.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan hensigtsmæssigt udøves med et apparat som omfatter en reaktor med en væskeindgang i bunden, en væskeudgang i toppen og en opslæmningsindgang i toppen. Desuden er der hensigtsmæssigt et eller flere koniske gittere eller riste for faste partikler i reaktoren. Det har fortrinsvis også en tilførselstank med en væskeindgang i bunden, en væskeudgang i toppen, en indgang for faste partikler i toppen og en udgang for faste partikler i bunden samt en ledning der forbinder sidstnævnte udgang med den første reaktor. Ledninger for væske og opslæmning kan omfatte sådant udstyr som pumper til transport deraf.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen skal i det følgende forklares mere udførligt dels under henvisning til tegningen, der skematisk viser et egnet apparat; og dels til et eksempel.

På tegningen angiver tallet 1 en reaktor som kan fyldes med katalysatorpartikler fra en tilførselstank 2. Disse partikler kan forlade tilførselstanken 2 gennem en ledning 3 og blandes med væske (fx gasolie) der tilføres gennem en ledning 4, og de kan føres til toppen af reaktoren 1 gennem en ledning 6 ved hjælp af en opslæmningspumpe 5. Samtidig kan der tilføres væske til bunden af reaktoren 1 gennem en ledning 7 med en sådan hastighed, at katalysatorpartiklerne bringes i en tilstand af begyndende fluidisering. En ledning 8 tjener til at fjerne væske fra toppen af reaktoren. Gennem denne ledning 8 kan der føres væske til et reservoir 9 som er forsynet med en udluftningsledning 10. En pumpe 11 tjener til at 6 146757 pumpe væske fra reservoiret 9 til ledningerne 4 og 7 gennem en ledning 12. Tilførselstanken 2 har en indgang 17 for faste partikler, en væskeindgang 13 (der er lukket når reaktoren ikke fyldes) gennem hvilken væske, når ledningerne 3, 4 og 7 er lukkede, kan pumpes fra reservoiret 9 til tilførselstanken 2 gennem ledningen 12 ved hjælp af pumpen 11. Toppen af tilførselstanken 2 er forsynet med en afgangsledning 14 gennem hvilken væske kan recirkulere til reservoiret 9. Om ønsket kan smuld og småpartikler fjernes fra væsken i ledningen 14 ved hjælp af et filterorgan 15. En ledning 16 forefindes ved bunden af tilførselstanken og er beregnet til at fjerne væske fuldstændigt eller næsten fuldstændigt fra tilførselstanken, hvilket man kan gøre når tanken er blevet fyldt med faste partikler hvis dimensioner ligger inden for snævre grænser.

Eksempel

Henvisningstallene i dette eksempel refererer til de foran forklarede henvisningstal for tegningen. En reaktor 1 med en højde på 23 m og en diameter på 3,4 m fyldes med 170 m ekstruderede katalysatorpartikler med en gennemsnitlig diameter på 1,5 mm og en gennemsnitlig længde på 5 mm. Katalysatorpartiklerne tilføres fra tilførselstanken 2 (højde 26 m, diameter 3,4 m) gennem røret 3, pumpen 5 og ledningen 6 med en hastighed på 15 tons pr. time ved hjælp af gasolie som tilføres gennem ledningen 4 med en hastighed på 223 m pr. time. Gennem ledningen 7 føres gasolie til reaktoren 1 med en hastighed i reaktoren på 7 mm/sek, med det resultat at partiklerne i reaktoren bringes i en tilstand af begyndende fluidisering. Fra toppen af reaktoren recirkuleres gasolie til reservoiret 9 gennem ledningen 8. Når den ønskede mængde katalysatorpartikler er i reaktoren i en tilstand af begyndende fluidisering, nedsættes strømningshastigheden for den gasolie, der tilføres gennem ledningen 7, kortvarigt et antal gange. Tilførslen af gasolie afbrydes derefter, og om ønsket kan den gasolie der er til stede i reaktoren udtages.

De partikler der skal transporteres til reaktoren fra tilførselstanken 2 fremkommer på følgende måde: 146757 7

Tilførselstanken fyldes med katalysatorpartikler, fx fra tromler, gennem indgangen 17. Smuld og småpartikler (partikler mindre end ønsket) fjernes derfra ved fluidisering af indholdet af tilførselstanken ved hjælp af gasolie tilført gennem ledningen 13 med en hastighed i tilførselstanken på 9 mm/sek. Gasolie afgår gennem ledningen 14 ved toppen af tilførselstanken og går til reservoiret 9 efter filtrering i filterorganet 15. Tilførslen af gasolie afbrydes efter 3 timer og gasolie aftappes fra tilførselstanken. Partikler med mindre dimensioner, der er blevet opsamlet i det øvre lag af indholdet af tilførselstanken, fjernes derefter ved hjælp af en stor støvsuger.