DK147161B - Apparat til katalytisk behandling af kulbrinter, navnlig katalytisk afsvovling af jordolieremanenser, og fremgangsmaade til katalytisk afsvovling af kulbrinter - Google Patents

Description

i 147161

Den foreliggende opfindelse angiver et apparat af den i krav l's indledning angivne art til katalytisk behandling af kulbrinter, navnlig katalytisk afsvovling af jordolieremanenser.

Der kendes apparater til katalytisk behandling, fx desulfurisering eller afsvovling, af destillatfraktioner af jordolie. Ved driften indeholder et sådant apparat som 3 regel 10-100 m katalysator fordelt over et eller flere lejer der bør renses efter et vist tidsrum, ikke så meget på grund af nedgang i katalysatoraktivitet som på grund af en forurening der til sidst resulterer i excessivt trykfald over katalysatorlejet. Med henblik på denne rensning er det hyppigt nødvendigt at den forurenede katalysator fjernes fra apparatet, og til dette formål må betjeningspersonalet stige ned i den åbnede reaktor for successivt at fjerne understøtningsorganerne for katalysatorlejet, der er anbragt over hinanden. Da alt jernsulfid der måtte være dannet under afsvovlingen er pyrofort, er det ønskeligt at katalysatoren først deak-tiveres i denne henseende. Efter demonteringen må lejerne opbygges påny ved at understøtningsorganerne atter samles og lades med frisk eller renset katalysator. Den hastighed hvormed katalysatoren kan fjernes fra en sådan

Q

reaktor er ca. 4 m/h og anbringelseshastigheden er ca.

O

6 m /h. Da fjernelsen af katalysatoren højst er nødvendig en gang om året, er det tidstab der følger af standsningen og fornyelsen af katalysatorlejet ikke nogen utålelig ulempe i tilfælde af den nævnte størrelse af apparatet. Sagen er imidlertid en anden i tilfælde af apparater der er udformet til afsvovling af jordolieremanenser. For at arbejde effektivt og økonomisk har et sådant apparat en katalysatorladning af størrelsesordenen 500-1000 m . Ved afsvovling af remanenser bliver lejet ikke blot forurenet, men desuden går katalysatorens aktivitet forholdsvis hurtigt ned, ikke så meget på grund af koksdannelse, der sker som resultat af tilstedeværelse af asfaltener, men snarere ved aflejring i katalysatorens porer af metaller der er 147161 2 til stede i jordolieremahensen. Dette kan bidrage til at nødvendiggøre en hyppigere tilførsel af frisk, katalysator, fx en gang hver sjette måned. Ved den ovennævnte gennemsnitlige katalysatorbehandlingshastighed på 5 m /h behøves der 10 til 20 dage til fjernelse af katalysatoren og tilførsel af frisk katalysator. Dette betyder et årligt tab på 10¾ af driftstiden eller mere som følge af denne katalysatorudskiftning, og hvis der bliver gjort forsøg på at kompensere for dette tidstab ved at sætte driften i vejret (forøge reaktorens kapacitet), behøves der væsentlige yderligere kapitaludgifter.

Det er opfindelsens formål at tilvejebringe et apparat til katalytisk behandling af kulbrinter, et apparat som er konstrueret på en sådan måde at katalysatoren kan udskiftes uden demontering og fornyet samling af lejets understøtningsorganer, og som følge heraf bliver det nu unødvendigt for personalet at arbejde i reaktoren for at udskifte katalysatoren. Som følge heraf er det nu også muligt at udelade deaktiveringen af reaktorindhold forudsat at katalysatoren udtages uden at komme i kontakt med luft. Apparatet tillader en gennemsnitlig katalyseringshåndteringsha-

O

stighed på 50-60 nr katalysator i timen.

Dette opnås med apparatet ifølge opfindelsen, der er ejendommeligt ved det i krav l's kendetegnende del anførte.

Understøtningsorganerne kan have form af indbyrdes forbundne overflader af keglestubbe, hvis frembringere danner forskellige vinkler med reaktorens akse. Det er fordelagtigt hvis hvert katalysatorlejes understøtningsorgan omfatter en konisk overflade af en keglestub, hvis nedad-rettede åbning, der er permeabel for katalysatorpartikler, i så fald befinder sig centralt i reaktoren.

Den spidse vinkel der dannes mellem en frembringer for den eller de koniske overflader og reaktorens akse er ifølge opfindelsen fortrinsvis mellem 35 og 45°. Hvis denne vinkel er større, vil katalysatorpartiklerne ikke glide nedad eller kun gøre dette med vanskelighed, og 147161 3 hvis der bruges væsentligt mindre vinkler vil det tomme rum mellem den koniske overflade og den underliggende mellembund blive større end nødvendigt, og følgelig kan reaktoren indeholde mindre katalysator end ellers ved et givet reaktorrumfang.

Den eller de koniske overflader kan fx være fremstillet af perforeret plade med runde eller aflange åbninger. Fortrinsvis er ifølge opfindelsen den koniske overflade opbygget af grupper af stænger, idet alle stængerne i hver gruppe løber parallelt med hinanden og desforuden parallelt med en frembringer for den koniske overflade.

Stængerne har ifølge opfindelsen fortrinsvis glatte sideflader og er anbragt på en sådan måde at stængernes sideflader danner den koniske flades overflade. Dette giver en glattere bærende overflade end hvis der bruges stænger med cirkulært tværsnit. Stænger med trekantet, trapezformet eller rektangulært tværsnit er meget velegnede.

Det foretrækkes at den nedadrettede åbning, perme-abel for katalysatorpartikler, i understøtningsorganet og en lignende permeabel åbning i den underliggende mellembund er anbragt på en lodret linie. På denne måde bliver, hvis der bruges mere end et katalysatorleje, det katalysatorrum som afgrænses af reaktorvæggen, bunden af en mellembund og toppen af understøtningsorganet under denne mellembund indbyrdes forbundet via den (fortrinsvis- centrale.) åbning i understøtningsorganet og (fortrinsvis centrale) åbning i mellembunden. Åbningen i understøtningsorganet er scm nævnt i krav 1 forbundet med et rør som udmunder i katalysatorrummet underneden og passerer gennem åbningen i mellembunden. Diameteren af røret kan vælges i afhængighed af forskellige fordringer som det ønskes apparatet skal tilfredsstille, således af den mængde katalysator som det ønskes at føre igennem pr. tidenhed ved fyldning og tømning af lejerne, den mængde fødemateriale det ønskes at føre gennem røret ved driftsmetoden for apparatet uden at slå af på den fordring at det ønskes at føre så meget fødemateriale som muligt gennem mellembunden, og endvidere således at det tages 4 147161 i betragtning at diameteren skal være stor nok til at tillade at en mand går igennem røret om nødvendigt, såfremt det indre af en tom reaktor skulle behøve inspektion. I almindelighed er ifølge opfindelsen diameteren af det rør, hvormed åbningen af et understøtningsorgan og åbningen af en mellembund er forbundet, 45-70 cm. I tilfælde af fx en reaktordiameter på 350 cm, vil en rørdiameter på 60 cm tilfredsstille disse fordringer. Rumhastigheden af katalysatoren under fyldning og tømning kan i så fald være 50-60 m /h og gennemslipningen af fødematerialet langs mellembunden, når reaktoren er i drift, er så af størrelsesordenen kun 1-4%; denne rørdiameter tillader at en mand let kan gå igennem.

Under fyldning og tømning af lejerne - der udføres ved hjælp af en opadstrømmende bærevæske - forhindrer mellembundene, der er uigennemtrængelige for katalysatorpartikler, katalysatorpartiklerne i at komme i kontakt med undersiden af understøtningsorganerne og hænge fast der eller blive skubbet ind mellem væggen af reaktoren og understøtningsorganerne. Ved denne kombination af understøtningsorganer og rør forbundet med åbningen deri og passage gennem åbningen i mellembunden, er katalysatorstrømmen i stand til at passere udelukkende gennem dette rør. Desuden er denne mellembund meget nyttig under fordi den eksoterme reaktion så finder sted i katalysatorlejerne, og mellembunden bevirker en genfordeling af den væske som strømmer ud af katalysatorlejet, og som resultat heraf undgås der en lokal overopvarmning.

Når reaktoren er i drift virker mellembunden derfor som genfordelingsbakke eller genfordelingsbund. Mellembunden kan være af konventionel type, fx en sibund fremstillet af perforeret plade som er uigennemtrængelig for katalysatoren og som har en cirkulær omkreds som herved er forbundet med reaktorvæggen. Fortrinsvis er mellembunden også forsynet med organer til gennemføring af gas eller damp, fx en eller flere cylindre eller trug anbragt på mellembunden,ved hvilke - områder mellembunden er gaspermeabel men ikke tillader katalysatorpartikler at passere. Fortrinsvis er den øvre del af en sådan cylinder eller trug 5 147161 forsynet med en impermeabel plade parallel med fordelingsmellembundens plan, på en sådan måde at gas eller damp kan strømme igennem mellem pladen og overkanten af cylinderen eller truget.

Ledefladen i katalysatorudtømningsorganet kan evt. være understøttet af fyldelementer mellem den koniske overflade og reaktorens væg. En lukkelig væskeledning er forbundet med det rum som befinder sig mellem ledefladen og reaktorvæggen. Fortrinsvis er der også en ledning til stede til tilførsel af væske til mundingerne i sidstnævnte rør.

Opfindelsen angår også en fremgangsmåde til katalytisk afsvovling af kulbrinter ved hjælp af et bevægeligt katalysatorleje. Ifølge opfindelsen er denne fremgangsmåde ejendommelig ved at kulbrinterne føres i medstrøm med katalysatoren i nedadgående retning gennem et apparat som beskrevet.

Apparatet ifølge opfindelsen skal i det følgende belyses nærmere under henvisning til tegningen. På denne viser figur L et længdesnit gennem en foretrukken udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen, figur 2 et tværsnit af det i figur 1 viste apparat efter linien II-II, og figur 3 en perspektivgengivelse af en detalje af den i figur 2 viste koniske overflade.

I figur 1 viser henvisningstallet 1 en indgangsåbning for fødemateriale som også bruges som udgangsåbning for væske når apparatet fyldes med katalysator under anvendelse af en 'væske. 2 betegner et mandehul gennem hvilket der kan tilføres katalysator, 3 og 3a betegner hver sin koniske overflade med et rør 4 (4a) der fører gennem en væskepermeabel· mellembund 5 (5a) derunder, hvilken mellembund er forsynet med cylindriske gasmundstykker 6 (6a). 7 er en væskepermeabel ledeflade til udtømning af katalysatoren, hvilken flade har form af en konisk overflade hvis centralåbning er i forbindelse med et rør 8, hvilket rør 8’s væg er forsynet med åbninger eller mundinger for væske, hvilke mundinger er lukket med ikke viste trådnet, der ikke tillader passage 6 147161 af katalysatorpartikler. 9 er en ventil der kan åbne og lukke for udtømning af katalysatorpartikler, 10 er en endeplade og 11 en udgang for fødemateriale der tillige virker som indgang for boerevæske når apparatet fyldes med katalysator.

12 er en tilførselsledning for væske eller gas. Under drift tilføres gas gennem ledningen 12 så at rummet mellem reaktorvæggen og røret 8 ikke kan fyldes op med varm væske, hvilket kunne føre til koksdannelse i nævnte rum.

Figur 2 viser foroven anbringelsen af et antal stænger 31 af hvilke den koniske overflade 3 i figur 1 er opbygget. Disse stænger understøttes på bærebjælker 30.

Figur 3 viser i perspektiv et antal stænger med trekantet tværsnit båret på en underliggende bjælke 21 (ikke vist i figur 2), der er anbragt mellem to af de i figur 2 viste bjælker 30.

For at fylde apparatet med katalysator tilføres en bærevæske, fx en kulbrintefraktion såsom petroleum, gasolie, en cykelolie fra et katalytisk kraknings anlæg eller fødemateriale som skal behandles katalytisk, til apparatet gennem væskeindgangen 11 (figur l), og efter at have strømmet gennem apparatet fjernes den gennem udgangen 1.

En katalysator indfyldes i apparatet gennem mande-hullet 2. Denne indfyldning kan gennemføres på en hvilken som helst ønsket måde, fx pneumatisk, men fortrinsvis indføres katalysatoren som en opslæmning i en væske, der fortrinsvis er nævnte bærevæske.

Strømningshastigheden for bærevæsken vælges på en sådan måde at sættehastigheden for katalysatorpartiklerne overstiger den opadgående hastighed af bærevæsken. Ved anvendelse af gasolie som bærevæske er denne strømningshastighed meget hensigtsmæssigt mellem 0,001 og 0,01 m/sek. Strømningshastigheden afhænger naturligvis også af katalysatorpartiklernes facon og massefylde, men for de i handelen gående afsvovlingskatalysator er denne strømningshastighed i almindelighed meget passende for de nævnte bærevæsker. I stille gasolie er sættehastigheden 7 147161 for en sædvanlig afsvovlingskatalysator af størrelsesorden 0,1 m/sek., og i petroleum og cykelolie er den af samme størrelsesorden.

De katalysatorpartikler der sætter sig i den opadgående strøm af bærevæske danner et leje på den øvre koniske overflade, falder gennem de centrale åbninger i den koniske overflade og mellembunden ned i katalysatorrummene derunder og bunden af apparatet indtil det katalysatorrum der dannes af en konisk overflade 3a og den overliggende mellembund 5, foruden rørene 4 (4a) og det rum der dannes af den nederste mellembund, ledepladen 7 og røret 8 er helt fyldt med katalysatorpartikler. Strømmen af bærevæske standses så, og tilførselen af katalysator ophører. Denne metode til fyldning af apparatet med katalysator kan også meget hensigtsmæssigt udføres ved en bærervæskehastighed på 0, med andre ord i en stillestående bærevæske. I det tilfælde er det imidlertid ønskeligt periodisk at få væsken til at strømme og fluidisere partikler for at opnå homogen fyldning af lejerne.

Efter fyldning med katalysator kan apparatet sættes i gang, idet der tilføres fødemateriale ved 1, og dette fødemateriale forlader apparatet ved 11 og bærevæsken erstattes med fødemateriale.

Hvis det på grund af forurening og deaktivering af katalysatoren bliver nødvendigt at udskifte katalysatormassen, er det muligt som forberedende forholdsregel at erstatte den i reaktoren tilstedeværende væske med gasolie eller en anden bærevæske for at afkøle den varme katalysator indtil den ønskede lavere temperatur er nået. I de fleste tilfælde er det ved åbning af ventilen 9, som følge af hvilket katalysatormassen ikke længere er understøttet nedefra, muligt at få katalysatoren til sammen med bærevæsken at flyde ud af apparatet som en opslæmning. Hvis katalysatorpartiklerne hænger sammen i et vist omfang og ikke længere danner en løs masse, kan man først fluidisere katalysatoren ved at indføre en bærevæske via indgangen 11 og via 8 147161 væskeåbningerne i røret 8’. Som regel er en strømningshastighed på 0,01-0,3 m/sek. tilstrækkelig til fluidi-seringen. Efter fluidiseringen kan ventilen 9 åbnes for at udtømme de katalysatorpartikler der er fordelt i bærevæsken. Under denne tømning kan tilførslen af bærevæske stoppes, eller tilførslen af bærevæske kan fortsættes på en sådan måde at der udtømmes mindre pr. tidsenhed gennem udgangen 1 end der indføres gennem indgangen 11.

På denne måde fortsættes fluidiseringen mens der udtømmes opslæmning gennem ventilen 9- På grund af sin udformning er apparatet ifølge opfindelsen også egnet til katalytisk afsvovling af kulbrinter ved hjælp af et bevægeligt leje på en sådan måde at fødematerialet og det bevægelige leje føres med strømmen nedad gennem apparatet som det fx er beskrevet i dansk patentskrift nr. 141.016. I dette tilfælde kan der anvendes en katalysator og de reaktionsbetingelser som er beskrevet i nævnte patentbeskrivelse.

Claims (3)

147161

1. Apparat til katalytisk behandling af kulbrinter, navnlig katalytisk afsvovling af jordolieremanenser, bestående af en reaktor som indeholder en eller flere gas- og væskepermeable understøtningsorganer for et leje af en partikelf ormig katalysator, kendetegnet ved at disse understøtningsorganer (3, 3a) i det mindste delvis har form af en opad sig udvidende konisk overflade af en keglestub, hvilken overflade er permeabel for gas og væske, men ikke for katalysatorpartikler, og er forbundet med reaktorens væg og ved sit laveste punkt forsynet med en åbning også passabel for katalysatorpartikler, og at der under hvert understøtningsorgan (3, 3a) befinder sig en fortrinsvis vandret, plan mellembund (5, 5a) som tillader passage af væske og gas, men forhindrer passage af katalysator derigennem undtagen gennem en åbning deri også passabel for katalysatorpartikler, hvorhos der mellem understøtningsorganet (3, 3a) og den derunder beliggende mellembund (5, 5a) er • et rør (4, 4a) hvis ender er beliggende i åbningerne i hen holdsvis understøtningsorganet (3, 3a) og mellembunden (5, 5a) og som har tværsnit ligesom disse åbninger, hvorhos apparatet indeholder et organ til udtømning af katalysator, omfattende en ledeflade (7) som er permeabel for væske, men impermeabel for katalysatorpartikler, hvilken ledeflade har form af en konisk overflade af en keglestub, hvis centrale åbning er i forbindelse med et rør (8) hvis væg er forsynet med mundinger for væske, hvilke mundinger er dækket med trådnet som ikke tillader passage af katalysatorpartikler, og hvilket rør (8) er forbundet til en ventil (9) »

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved at den koniske overflade er opbygget af grupper af stænger (31) idet alle stænger i hver gruppe løber parallelt med hinanden og desforuden parallelt med en frembringer for den koniske overflade.

3. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved at stængerne har glatte sideflader og er således anbragt