NL193984C - Reactor met beweegbaar katalysatorbed en werkwijze voor het katalytisch ontzwavelen en ontmetalliseren van olieresiduen daarmee. - Google Patents

Description

1 193984

Reactor met beweegbaar katalysatorbed en werkwijze voor het katalytisch ontzwavelen en ontmetal-liseren van olieresiduen daarmee

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een reactor met een beweegbaar katalysatorbed en op een 5 werkwijze voor het katalytisch ontzwavelen en ontmetalliseren van olieresiduen onder toepassing daarvan, welke reactor geschikt is voor het katalytisch behandelen van koolwaterstoffen, in het bijzonder katalytische ontzwaveling en ontmetallisering van olieresiduen, omvattende een gewoonlijk verticaal opgesteld, cilindervormig vat met afzonderlijke toevoeren voor reactiecomponent en katalysator aan het bovengedeelte van het vat en afzonderlijke afvoeren voor uit de reactor tredend product en katalysator, een tussenliggende 10 katalysatorbed-ondersteuning en een op de bodem van het vat aangebrachte katalysatorbed-ondersteuning, waarbij de katalysatorbed-ondersteuning uit meerdere, in benedenwaartse richting convergerende afgeknot-kegelvormige oppervlakken bestaat.

Een dergelijke reactor en werkwijze is bekend uit de EP-A-45108.

Reactoren met een beweegbaar katalysatorbed omvatten in het algemeen een gewoonlijk verticaal 15 opgesteld cilindervormig vat met afzonderlijke toevoeren voor reactiecomponent en katalysator aan het bovengedeelte van het vat en katalysatorbed-ondersteuningen in de vorm van een in de benedenwaartse richting convergerend oppervlak, waarvan het ondereinde verbonden is met een verticaal afvoerkanaal dat voorzien is van een omtrekwand voor het gecombineerd doorvoeren van katalysator en het scheiden van uit de reactor tredend product, waarbij genoemde omtrekwand voorzien is van een ronde zeefsectie voor het 20 scheiden van uit de reactor tredend product en de katalysator, waarbij genoemd vat verder voorzien is vein afzonderlijke afvoerleidingen voor het uit de reactor tredende product en katalysator, welke afvoerleidingen stroomafwaarts van genoemde zeefsectie zijn aangebracht. Zie bijvoorbeeld het Amerikaanse octrooischrift 3.883.312. Volgens deze publicatie worden zowel de gebruikelijke katalysatordeeltjes als het uit de reactor tredende product via dezelfde afvoerleiding uit een reactor met een beweegbaar katalysatorbed verwijderd. 25 Het uit de reactor tredende product verlaat de leiding via in de wand aangebrachte openingen van een omtrekzeefsectie.

De laatste jaren bestaat er een neiging werkwijzen van het bovenbedoelde type op steeds grotere schaal uit te voeren, hetgeen gepaard gaat met toenemende ontwerpproblemen voor reactoren met een dergelijke vergrote capaciteit. Een probleem vormt bijvoorbeeld de omstandigheid dat het oppervlak van het 30 katalysatorbed daarbij steeds groter wordt, en dat het oppervlak van de dwarsdoorsnede van het afvoerkanaal voor de katalysator en het uit de reactor tredende product zodanig dient te worden vergroot dat de toenemende hoeveelheid katalysator met een aanvaardbare snelheid door het afvoerkanaal kan worden gevoerd. Vergroting van het oppervlak van de dwarsdoorsnede van het afvoerkanaal voor katalysator en uit de reactor tredend product betekent echter een verminderde doelmatigheid bij het scheiden van katalysator 35 en uit de reactor tredend product, aangezien het scheiden van uit de reactor tredend product uit de centrale delen van het bed steeds moeilijker wordt.

De EP-A-45108 heeft betrekking op een verbeterde reactor met beweegbaar katalysatorbed van een ontwerp waarbij het uit de vergroting van het afvoerkanaal voortvloeiende schaalvergrotingsprobleem is overwonnen. Volgens genoemd octrooischrift is het afvoerkanaal voor katalysator/uit de reactor tredend 40 product aan de binnenzijde verder voorzien van zeefsecties voor het scheiden van uit de reactor tredend product en katalysator.

De reactor volgens de onderhavige uitvinding onderscheidt zich van de reactor beschreven in EP-A-45108 in dat ten minste een tussenliggende katalysatorbed-ondersteuning uit meerdere, regelmatig over de dwarsdoorsnede van het cilindervormig vat verdeeld en onderling verbonden, in benedenwaartse richting 45 convergerende afgeknot-kegelvormige oppervlakken bestaat, terwijl de ondereinden ervan verbonden zijn met op afstand van elkaar aangebrachte, verticale afvoerkanalen met in de omtrekrichting lopende zeefsecties, waarbij de assen van de verticale afvoerkanalen gelijkmatig in een ringvormig patroon zijn verdeeld. Een tweetal problemen wordt hierdoor opgelost: hoe in reactoren met zeer grote afmetingen een betere verdeling van vloeistof en katalysatordeeltjes over het onderliggende katalysatorbed te verkrijgen en 50 hoe de kracht op de ondersteuningen te verminderen.

US-A-4.246.998 heeft betrekking op een reactor ontworpen voor het verwerken van leisteen waarin zich een zeefplaat bevindt bestaande uit een aantal holtes speciaal bedoeld voor het verkrijgen van een gelijkmatige gassnelheid door het zich boven de holtes bevindende leisteen en het snel onder gebruikmaking van de zwaartekracht ledigen van de reactor. Het aan opschaling gerelateerde probleem van herverde-55 ling van vloeistof en katalysatordeeltjes over een onderliggend katalysatorbed komt als zodanig niet aan de orde. Bovendien bevat de reactor afvoerbuizen voor de afvoer van leisteen, welke niet bedoeld of geschikt zijn voor het scheiden van een vaste stof en een vloeistof (geen zeefsectie aanwezig).

193984 2 FR-A-1.579.262 heeft betrekking op een reactor geschikt voor het behandelen van korrelige materialen, zoals maïs. Het probleem van opschalïng komt niet aan de orde. Verder is ook in deze reactor geen sprake van afvoerbuizen waarin vaste stof en vloeistof van elkaar gescheiden kunnen worden.

Een ander probleem dat gepaard gaat met schaalvergroting van katalytische behandelingsmethoden is 5 het ontwerpen van reactoren met een dergelijke grote capaciteit. Vergroting van de diameter van het afvoerkanaal voor katalysator/uit de reactor tredend product, en derhalve vergroting van de omlrekzeefsectie in de wand van het kanaal maakt het fabriceren en monteren van de zeefsectie steeds ingewikkelder. Een ander gevolg van schaalvergroting is het feit dat de zeefsecties in de afvoerkanalen in staat dienen te zijn weerstand te bieden aan steeds groter wordende belasting, zowel in horizontale als verticale richting.

10 Wanneer een reactor voorzien is van verscheidene, boven elkaar geplaatste katalysatorbedden, zoals bijvoorbeeld is vereist voor het tussentijds koelen van het uit de reactor tredende product, worden er eisen gesteld met betrekking tot de herverdeling van fluïdum uit een katalysatorbed over een volgend lager katalysatorbed. In het bijzonder wanneer reactoren met een zeer grote diameter dienen te worden gebruikt, is een juiste herverdeling van fluïdum over een zo groot mogelijk deel van het/de katalysatorbed(den) zeer 15 belangrijk, teneinde de hoogte van het katalysatorbed binnen aanvaardbare grenzen te houden. Toename in de hoogte van het bed betekent toename in de lengte van het reactorvat en derhalve een aanzienlijke stijging in de fabricagekosten, in het bijzonder wanneer het vat een zogenaamd drukvat is, zoals gebruikelijk bij katalytische behandelingsmethoden.

Zoals in het voorafgaande reeds is vermeld, zijn voor de werking van een reactor met hoge capaciteit in 20 het algemeen meerdere zeefsecties voor het scheiden van uittredend product in de bekende reactoren met beweegbaar katalysatorbed vereist. Voor het ondersteunen van dergelijke inwendige zeefsecties zullen speciale ondersteuningsconstructies nodig zijn om de op deze zeefsectie uitgeoefende belasting over te brengen naar de wand van het afvoerkanaal waarin deze secties zijn opgesteld.

Door de-bovengenoemde opstellingjvanJn-benedenwaartse richting convergerende, kegelvormige 25 oppervlakken met bijbehorende verticale afvoerkanalen, kan katalysator uit genoemde afvoerkanalen regelmatiger over de daaronder volgende katalysatorbed-ondersteuningen worden verdeeld dan in de situatie waarin een enkelvoudig ringvormig afvoerkanaal wordt toegepast. Een regelmatiger verdeling van katalysatordeeltjes over de dwarsdoorsnede van het vat betekent dat de hoogte van het/de katalysator-bed(den) en derhalve de totale hoogte van het vat kleiner kunnen worden gehouden dan met de bekende 30 typen afvoerkanalen. Het totale aantal te kiezen afvoerkanalen hangt in eerste instantie af van het totale zeefgebied dat vereist is voor een gewenste doorvoer vanuit de reactor tredend product.

Aangezien er een neiging bestaat grotere reactoren te ontwerpen, zal het aantal afvoerkanalen waarschijnlijk nog verder toenemen. Het aantal afvoerkanalen dat in een bepaalde reactor aanwezig is, kan variëren van drie tot enkele honderden, afhankelijk van de grootte van de gekozen afvoerkanalen. Een 35 geschikt aantal afvoerkanalen is gekozen binnen het traject van 3 t/m 8. Veelvouden van geschikte aantallen, welke bepaald worden door geometrische ontwerpoverwegingen, kunnen met voordeel worden toegepast.

Door de bovengenoemde opstelling van verticale afvoerkanalen volgens de uitvinding, kunnen de afvoerkanalen volledig worden ondersteund door uitwendige ondersteuningen zonder dat inwendige 40 ondersteuningen door de afvoerkanalen behoeven te worden gevoerd.

Door toepassing van het voorgestelde ontwerp is het verder mogelijk het uit de reactor tredende product dat door de zeefopeningen in de afvoerkanalen wordt gevoerd, over de totale dwarsdoorsnede van het vat opnieuw te verdelen voordat het fluïdum aan een daaronder volgend katalysatorbed wordt toegevoerd. Door deze herverdeling van het uit de reactor tredende product is het mogelijk de minimaal vereiste hoogte van 45 een katalysatorbed verder te optimaliseren.

In een voorkeursuitvoering van de reactor volgens de uitvinding zijn de naar elkaar toegekeerde delen van de afgeknot-tegelvormige oppervlakken aan de boveneinden ervan losneembaar verbonden met een in bovenwaartse richting convergerend, kegelvormig oppervlak dat coaxiaal ten opzichte van het vat is opgesteld. Door deze opstelling is de ruimte tussen de verticale afvoerkanalen gemakkelijk toegankelijk voor 50 onderhoud en inspectie van de inwendige delen van de zeefsecties in genoemde kanalen. De tophoek van de in bovenwaartse richting convergerende, kegelvormige oppervlakken en de tophoek van de aangrenzende afgeknot-kegelvormige oppervlakken zijn bij voorkeur gelijk en zijn geschikt van 30° t/m 90°, teneinde ervoor te zorgen dat de katalysatordeeltjes op een gelijkmatige wijze de verticale afvoerkanalen binnentreden.

55 Voor het absorberen van de belasting op het in bovenwaartse richting convergerende kegelvormige oppervlak, wordt dit kegelvormige oppervlak bij voorkeur ondersteund door afzonderlijke ondersteuningen, die bijvoorbeeld gevormd kunnen zijn door een buisvormig element dat op zijn beurt wordt ondersteund door 3 193984 de ondersteuningen van de verticale afvoerkanalen.

De uitvinding zal thans aan de hand van de tekeningen nader worden toegelicht, waarbij: figuur 1 een schematische doorsnede is van een reactorvat dat voorzien is van afvoerkanalen voor 5 katalysator/uit de reactor tredend product volgens de uitvinding; figuur 2 de schematische dwarsdoorsnede is gezien langs de lijn ll-ll van figuur 1; en figuur 3 de schematische dwarsdoorsnede is gezien langs de lijn Ill-ill van figuur 1.

Figuur 1 toont een verticale sectie van een gewoonlijk verticaal opgesteld, nagenoeg cilindervormig 10 reactorvat 1 met een zijwand 2. Het reactorvat 1 is voorzien van afzonderlijke toevoeren 3 en 4 voor respectievelijk reactiecomponent en katalysator in het bovenste gedeelte 5 van het vat, en afzonderlijke afvoeren 6 en 7 voor respectievelijk uit de reactor tredend product en katalysator in het onderste gedeelte 8 van het vat. Het reactorvat 1 is inwendig voorzien van meerdere, boven elkaar geplaatste katalysatorbed· ondersteuningen, waardoor het inwendige van het vat wordt verdeeld in meerdere reactorzones 8. De 15 katalysatorbed-ondersteuningen kunnen worden onderverdeeld in tussenliggende ondersteuningen en benedenondersteuningen.

De tussenliggende katalysatorbed-ondersteuningen, aangeduid met verwijzingsgetal 9, bestaan uit meerdere, in benedenwaartse richting convergerende, afgeknot-kegelvormige oppervlakken 10, waarvan de assen in een ringvormig patroon nagenoeg coaxiaal met de hoofdas van het reactorvat 1 zijn opgesteld. Elk 20 van de convergerende, kegelvormige oppervlakken 10 wordt aan het ondereinde ervan begrensd door een verticaal afvoerkanaal 12 voor het doorvoeren van katalysator en uit de reactor tredend product. In dit voorbeeld is de hoek met de verticale as van de kegelvormige oppervlakken 10 ongeveer 20°. De kegelvormige oppervlakken zijn verbonden met een zich in bovenwaartse richting uitstrekkende, cilindervormige constructie 13, welke op zijn beurt wordt ondersteund door kegelsteunen 14 aan het binnenoppervlak 25 van de reactorzijwand 2.

Elk verticaal afvoerkanaal 12 is voorzien van een ringvormige zeef 15 in de kanaalwand voor het scheiden van uit de reactor tredend product dat door de zeefopeningen stroomt, van de katalysator. De verticale afvoerkanalen 12 omvatten elk een nagenoeg cilindervormig bovendeel 16 waarin zich de zeven bevinden, een in benedenwaartse richting convergerend middendeel 17 en een nagenoeg cilindervormig 30 benedendeel 18. De in de benedenwaartse richting convergerende middendelen 17 zijn bedoeld om de tegendruk in de kanalen 12 tijdens bedrijf te verhogen, en daardoor de scheiding van uittredend product en katalysator via de zeven 15 te bevorderen. De halve tophoek van de middendelen 17 dient bij voorkeur te worden gekozen binnen het traject van 15-45° teneinde massastroming van katalysator door de afvoerkanalen 12 te bevorderen. Teneinde de verticale belasting op de zeven 15 in de verticale afvoerkanalen te 35 absorberen, worden de zeven bij voorkeur via schotten 19 ondersteund door cilindervormige mantels 20 welke bevestigd zijn aan de hoofdondersteuningsconstructie 13.

De naar elkaar toegekeerde delen van de kegelvormige oppervlakken 10 zijn aan het boveneinde ervan verbonden met een centraal opgestelde, in bovenwaartse richting convergerende kegel 21. De tophoek van deze kegel 21 is bij voorkeur zodanig gekozen dat hij nagenoeg gelijk is aan de tophoek van de kegelvor-40 mige oppervlakken 10 teneinde te zorgen voor een gelijkmatige doorgang van katalysator uit een bovendeel van het katalysatorbed naar de verticale afvoerkanalen 12. De kegel 21 is losneembaar gemonteerd op de kegelvormige oppervlakken 10 via een pen/sleufconstructie 22 welke door het buisvormige element 23 loopt. De kegel 21 wordt ondersteund door de hoofdondersteuningsconstructie 13 via een buisvormig element 24 en nog een mantel 25.

45 Het vat 1 is verder voorzien van een koelvloeistoftoevoerpijp 26 welke zich van de bovenkant van het vat uitstrekt naar een daarmee verbonden koelvloeistofinjectiepijp 27, en van vloeistofverdeelschotels 28 boven de katalysatorbedden welke worden ondersteund door kegeivormige oppervlakken 10.

Ofschoon in de tekeningen slechts één tussenliggende katalysatorbed-ondersteuning wordt getoond, welke ondersteuning wordt gevormd door de kegelvormige oppervlakken 10, zal het duidelijk zijn dat 50 meerdere van dergelijke, boven elkaar geplaatste katalysatorbed-ondersteuningen kunnen worden toegepast.

In de uitvoeringsvorm van het vat welke in de figuren is getoond, worden de onderste katalysatorbed-ondersteuningen, aangeduid met verwijzingsgetal 30, op dezelfde wijze gevormd als de tussenliggende katalysatorbed-ondersteuningen 9. De verschillende onderdelen van de ondersteuningen 30 zijn derhalve 55 aangeduid met dezelfde verwijzingsgetallen als de delen van de ondersteuningen 9. De verticale afvoerkanalen 12 van de onderste katalysatorbed-ondersteuningen 30 worden aan het ondereinde ervan begrensd door een enkele katalysatorafvoerpijp 31 welke door een opening in de bodem van het vat loopt, waardoor

Claims (7)

193984 4 de katalysatorafvoer 7 wordt gevormd. De zes afvoerkanalen welke in de figuren 2 en 3 zijn getoond, kunnen geschikt worden opgesteld zoals in die figuren is weergegeven, in de vorm van zes reeksen, of zelfs in grotere veelvouden, bijvoorbeeld in een reactor met een grotere dwarsdoorsnede of door kleinere afvoerkanalen te ontwerpen, of beide.

1. Reactor met beweegbare katalysatorbed omvattende een gewoonlijk verticaal opgesteld, cilindervormig vat met afzonderlijke toevoeren voor reactiecomponent en katalysator aan het bovengedeelte van het vat en afzonderlijke afvoeren voor uit de reactor tredend product en katalysator, een tussenliggende 30 katalysatorbed-ondersteuning en een op de bodem van het vat aangebrachte katalysatorbed-ondersteuning; waarbij de katalysatorbed-ondersteuning uit meerdere, in benedenwaartse richting convergerende afgeknot-kegelvormige oppervlakken bestaat, met het kenmerk, dat ten minste een tussenliggende katalysatorbed-ondersteuning uit meerdere in benedenwaartse richting convergerende afgeknot-kegelvormige oppervlakken bestaat die regelmatig over de dwarsdoorsnede van het cilindervormige vat verdeeld en onderling verbon-35 den zijn, terwijl de ondereinden ervan verbonden zijn met op afstand van elkaar aangebrachte, in de langsrichting van het cilindervormige vat lopende afvoerkanalen met in de omtrekrichting lopende zeef-secties voor het scheiden van uit de reactor tredend product en katalysator, waarbij de assen van de afvoerkanalen gelijkmatig in een ringvormig patroon zijn verdeeld.

2. Reactor met beweegbaar katalysatorbed volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het aantal in de 40 langsrichting van het cilindervormige vat lopende afvoerkanalen van elke tussenliggende katalysatorbed- ondersteuning gekozen is binnen het traject van 3 tot en met 8, of veelvouden daarvan.

3. Reactor met beweegbaar katalysatorbed volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de naar elkaar toegekeerde, afgeknot-kegelvormige oppervlakken aan de boveneinden ervan losneembaar verbonden zijn met een in bovenwaartse richting convergerende kegelvormig oppervlak dat coaxiaal ten opzichte van het 45 vat is opgesteld.

4. Reactor met beweegbaar katalysatorbed volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de tophoek van het in bovenwaartse richting convergerende, kegelvormige oppervlak en de tophoek van de aangrenzende afgeknot-kegelvormige oppervlakken gelijk zijn.

5. Reactor met beweegbaar katalysatorbed volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat de tophoek van 50 het in bovenwaartse richting convergerende, kegelvormigé oppervlak en de tophoek van de aangrenzende afgeknot-kegelvormige oppervlakken elk binnen het traject van 30° tot en met 90° Is.

5 Gewoonlijk zal het aantal afvoerkanalen worden bepaald door de gewenste totale omtrek van de zeven. Het zal duidelijk zijn dat in plaats van een enkele katalysatorafvoerpijp (31) te gebruiken, het ook mogelijk is de onderste verticale afvoerkanalen door de openingen in de bodem van het vat te laten lopen. In dat geval wordt de katalysatorafvoer gevormd door de ondereinden van de gezamenlijke verticale afvoerkanalen.

10 Zoals in het voorafgaande reeds is vermeld, zijn belangrijke voordelen van de uitvoering van de ondersteuningen volgens de uitvinding onder andere de mogelijkheid van herverdeling vanuit de reactor tredende product over de dwarsdoorsnede van het vat, en de mogelijkheid van nagenoeg gelijkmatige verdeling van katalysator over een volgend lager katalysatorbed. Aangezien deze voordelen geen rol spelen in het onderste gedeelte van het vat, kunnen de onderste katalysatorbed-ondersteuningen op een andere 15 wijze worden gevormd dan de tussenliggende katalysatorbed-ondersteuningen, zonder af te wijken van de uitvinding. De zeven 15 in de verticale afvoerkanalen 12 kunnen elke geschikte vorm hebben, zoals bijvoorbeeld beschreven in de Europese octrooiaanvrage 68558. De reactoren met beweegbaar katalysatorbed kunnen geschikt worden toegepast bij het katalytisch 20 behandelen van koolwaterstoffen. Ze zijn uitermate geschikt voor de katalytische ontzwaveling en ontmetalli-sering van zware koolwaterstoffen, in het bijzonder olieresiduen. De toe te passen verwerkingscondities zijn bij deskundigen algemeen bekend.

25 Conclusies

6. Reactor met beweegbaar katalysatorbed volgens één der conclusies 3-5, met het kenmerk, dat het vat verder voorzien is van afzonderlijke middelen voor het ondersteunen van het in bovenwaartse richting convergerende, kegelvormige oppervlak, welke middelen op hun beurt ondersteund worden door de 55 uitwendige ondersteuningen van de in de langsrichting van het cilindervormige vat lopende afvoerkanalen. « 5 193984 .

7. Werkwijze voor het katalytisch ontzwavelen en ontmetalliseren van olieresiduen onder toepassing van een reactor met een bewegend katalysatorbed, met het kenmerk, dat een reactor volgens één van de conclusies 1-6 wordt toegepast. Hierbij 2 bladen tekening