NL8102816A - Verdeler met gas-zak voor een reactor met opwaartse stroom. - Google Patents

Description

* ' ' 1 ET.0.30.144

Yerdeler met gas-zak voor een reactor met opwaartse stroom

De uitvinding heeft betrekking op een verdeler voor een reactor-voeding die kan worden gebruikt in reactor met opwaartse stroom voor voedingsstromen met een gemengde fase. De verdeler is in het bijzonder bruikbaar bij katalytische reactorsi voor het vloeibaar 5 maken van kool die voedingen, bestaande uit gassen, vloeistoffen en vaste stoffen, kunnen bevatten.

Yoor vele processen is een reactor met opwaartse stroom beter dan de meer gebruikelijke reactoren met neerwaartse stroom. Dit geldt in het bijzonder in die situaties waarin een vloeibare voeding ook 10 vaste stoffen bevat omdat de vaste stoffen de neiging hebben om samen te pakken en hindernissen te vormen bij de werkwijze met neerwaartse stroom. De problemen worden verder versterkt als de voedings-stroom zowel bestaat uit gassen als vaste stoffen en vloeistoffen.

Reactoren met opwaartse stroom worden gewoonlijk gebruikt in 15 systemen voor het vloeibaar maken van kool zoals het vloeihaarmakings-proces beschreven in het Amerikaanse octrooischrift nummer 4.083.7^9· Zoals daarin beschreven worden waterstof, gemalen kool en oplosmiddel voorverhit en gevoerd naar een oplosser waarin de kool in hoofdzaak wordt opgelost bij een temperatuur van 399°-492°C en bij een 20 druk van 217 kg/cm -350 kg/em . De oplosser is een leeg reactievat met opwaartse stroom welke voldoende verblijftijd verschaft voor het oplossen van de gemalen kooldeeltjes. Oplosmiddel, opgeloste kool, koolresiduen en waterstof worden vanuit de oplosser geleid naar een katalytische hydrogeneerreactor met opwaartse stroom die werkt bij 25 een temperatuur die 13»9°-83,3°G lager is dan de temperatuur in de oplosser.

Omdat de waterstof wordt gemengd met de koolsuspensie voor de voorverhittingsstap ter vermijding van verkooksing in de verhitter, wordt weinig of geen controle uitgeoefend met betrekking tot de mate 30 van menging van vloeistof en gas die optreedt in de oplosser of ka-, talytische reactor. Bij een uit meerdere fasen bestaande stroom kan in deze eenheden kanaalvorming van gas en/of gasstoten plaatsvinden.

De aanwezigheid van elke omstandigheid is ongewenst', omdat beide tot gevolg hebben dat de reagerende bestanddelen niet goed met elkaar 35 ia aanraking zijn terwijl het stoten ook trillingen, die de inrichting beschadigen kunnen opwekken. Yerder kan het niet goed mengen van waterstof leiden tot verkooksing van de reagerende bestanddelen en falen van de inrichting onder de beschreven werkwijze-omstandig- „ 8102816 2 heden.

Het is dus duidelijk dat er behoefte bestaat aan een verdeler die voedingsstromen zal accepteren bestaande uit vloeistoffen, gassen en vaste stoffen en die de fasen gelijkmatig verdeelt zonder verstop-5 ping of het ontstaan van ongewenste erosie.

Hoewel talrijke verdelers voor een gemengde fase bekend zijn, zoals die beschreven in de Amerikaanse octrooischriften nummers 5.524.731, 4.III.663, 3-146.189, 3.195.987 en 4.187.169 blijft er behoefte bestaan aan een effici’énte en economische oplossing van het 10 probleem.

Volgens de uitvinding wordt een verdeler verschaft voor een reactorvat met opwaartse stroming die wordt gevoed met een gasvloeistof of gas-vloeistof-vaste stof dat een voedingsinlaatpoort in het onderste gedeelte daarvan bezit en een uitlaatpoort voor af-15 vloeiende vloeistof in het bovenste gedeelte daarvan. De verdeler bestaat uit een in hoofdzaak horizontaal geplaatste plaat die in het vat is gemonteerd tussen de inlaat- en uitlaatpoorten. De plaat bezit een aantal gaten die zich daardoorheen uitstrekken en ten minste een zich in benedenwaartse richting uitstrekkende buis die in open 20 verbinding staat met de ruimte van het reactorvat onder de genoemde plaat en in open verbinding met de ruimte van het reactorvat boven deze plaat. De dwarsdoorsnede-oppervlakte van de plaatperforaties en de dwarsdoorsnede-oppervlakte en lengte van de buis zijn zodanig dat onder evenwichtige voedingsomstandigheden een gas-zak wordt ge-25 vormd onder de plaat die een hoogte heeft die kleiner is dan of gelijk aan de lengte van de buis. Hoofdzakelijk al het, dat wil zeggen ten minste 75 % en bij voorkeur meer dan 95 % van het voedingsgaa zal door de gaten in de plaat lopen terwijl in hoofdzaak alle, dat wil zeggen ten minste 75 % en bij voorkeur meer dan 95 % van de voe-30 dingsvloeistof of voedingsvloeistof en vaste stoffen door de buis zal lopen.

De verdeler volgens de uitvinding wordt bij voorkeur gebruikt in een reactor die een vast of bewegend bed van uit deeltjes bestaande katalysator bevat voor het gelijkmatig verdelen van het gas en 35 de vloeistof of het gas, de vloeistof en de vaste stoffen door het katalysatorbed. De verdeler kan echter met voordeel worden gebruikt in niet-katalytische vaten zoals oplossers voor het zorgen van een goed contact van het waterstofgas met de vloeistoffen en vaste stoffen ter voorkoming van verkooksing in het vat.

40 Bij voorkeur zijn ook middelen aangebracht voor het voorkomen 81 02 8 1 6 4.

3 van de directe verticale doorgang van voedingsgasbellen in het ondereinde van de huis. Als de verdeler wordt gebruikt in een katalytisch reactievat, moet de verdeler ver genoeg onder het laagste niveau van de katalysator zijn geplaatst zodat tongvorming van gas-5 sen die optreedt in het geheel binnen de vloeistofruimte direct onder de katalysator zal liggen. Hoewel een enkele verdeler in sommige reactoren voldoende kan zijn, zullen in de praktijk meerdere verdelers verticaal op afstand van elkaar in een reactor zijn aangebracht.; 10 Verder is de verdeler volgens de uitvinding in het bijzonder geschikt voor het plotseling afkoelen van gas of voor het onttrekken van gas.

De uitvinding zal thans nader worden uiteengezet aan de hand van de tekening waarin bij wijze van voorbeeld enige uitvoerings-15 vormen van een reactievat volgens de uitvinding is weergegeven.

Pig. 1 geeft een katalytische reactor met een opwaartse stroom en een vast bed weer met een enkele verdeler.

Eig. 2 geeft een katalytische reactor met een opwaartse stroom en een vast bed weer met meerdere verdelers bestemd voor het inspui-20 ten van gas tussen de verdelers.

In fig. 1 is een verticaal geplaatst reactievat 10 weergegeven met een onderste voedingsinlaatpoort 20 en een uitlaatpoort 30 voor afvloeiende vloeistof. Een vast bed van uit por^euze vaste deeltjes bestaande katalysator 40 wordt in het vat gehouden tussen een onder-25 ste steunrooster 50, dat aan de binnenwand van het vat 10 is bevestigd en, indien gewenst, een katalysator vasthoudend scherm 60, dat ook is bevestigd aan de binnenwand van het vat.

De verdeler volgens de uitvinding, die in zijn algemeenheid is aangegeven door het verwijzingsgetal 70, is bevestigd aan de binnen-30 wand van het vat 10, tussen de inlaatpoort 20 en het de katalysator ondersteunend rooster 50. De verdeler kan op elke gebruikelijke wijze zijn bevestigd aan de vatwand, zoals door lassen of schroeven.

De verdeler 70 bestaat uit een plaat 80 die zich uitstrekt over de volledige dwarsdoorsnede van het vat 10. De plaat bezit een 35 aantal perforaties of gaten 90 die zich daardoorheen uitstrekken.

Bij voorkeur zijn de perforaties gelijkmatig verdeeld over de gehele dwarsdoorsnede van de plaat met ongeveer 20-250 of bij voorkeur ongeveer 40-250 perforaties per vierkante meter. Een buis 100 met open einde is op gebruikelijke wijze bevestigd aan de plaat 80 en strekt 40 zich naar beneden toe uit vanaf een centrale opening in deze plaat.

81 02 8 1 6

V

4

Hoewel een enkele buis is weergegeven in de tekening, kunnen tinnen het kader van de uitvinding meer dan een huis zijn aangebracht als : dit nodig is met het oog op de voedingsomstandigheden of de afmeting , van de reactor. Bij voorkeur zullen ongeveer 10 of 20 buizen per 5 vierkante meter plaatoppervlak worden gebruikt.

Een kap 110 is aangebracht aan het ondereinde van de buis 100 om te voorkomen dat gassen in de voeding direct naar boven toe door de buis zullen lopen. Hoewel de weergegeven kap 110 op gebruikelijke wijze is bevestigd aan het einde van de buis 100 via een terlenging 10 120, kan deze zijn vervangen door een gelijkwaardig keerschot beves tigd aan de vatwand. Het is ook mogelijk om de inlaatpoort vanaf het einde van de buis 100 zodanig te verplaatsen dat het probleem wordt vermeden. In het geval dat een kap wordt gebruikt, zoals weergegeven in de tekening, verdient het de voorkeur dat deze ongeveer 20 % bre-15 der is dan de buisdiameter. Als meerdere verdelers in een vat worden gebruikt, kunnen de bovenste verdelers geen kap nodig hebben om te voorkomen dat een aanzienlijk deel van het gas de buis binnenstroomt. Tijdens het in bedrijf zijn wordt een voedingsstroom met gemengde fase, bij voorkeur bestaande uit vloeistof, gas en vaste bestand-20 delen, zoals kan worden geleid in een oplosser of katalytische reactor van een eenheid voor het vloeibaar maken van kool, in de bodem in- van het vat 10 gepompt of ap andere wijze vgebracht via de inlaatpoort 20.

Volgens de uitvinding is de verdeler voor de voedingsomstandig-25 heden zodanig ontworpen dat een gas-zak, of dampruimte 130, met een hoogte h, die in hoofdzaak gelijk is aan of kleiner dan de lengte van de buis 100 die zich onder de plaat uitstrekt, gevormd onder stabiele omstandigheden terwijl in hoofdzaak alle, dat wil zeggen ten minste 75 %> gas en damp-bestanddelen van de voeding door gaten 30 90 stromen en in hoofdzaak alle vloeistof- en vaste bestanddelen van de voeding door de buis 100 stromen.

Opgemerkt wordt dat de vereiste stromingsbaan van de gassen en vloeistoffen tot stand zal worden gebracht als de drukval van de dampstroom door de gaten 90 in evenwicht is met de drukval van de 35 istroom van vloeistoffen en vaste stoffen door de buis 100 plus het jstatisch drukverschil tussen de vloeistoffen en vaste stoffen met I de hoogte h en de gas-zak, dat wil zeggen de statische druk van de vloeistoffen en vaste stoffen door de buis.

|

De drukval tengevolge van de gasstroom door een geperforeerde 40 |plaat kan worden voorspeld door de gaatjesvergelijking. Als de druk- 81 02 8 1 6 5 ; val van de vloeistof en vaste deeltjes in de buis verwaarloosbaar is, kan de gasdrukval eenvoudig in evenwicht worden gebracht ten : opzichte van het statisch drukverschil, gelijk aan (p.-p )h, waarin : de dichtheid van de stroom van vloeistof en vaste stoffen in de 5 : buis is en de gasïiehtheid.

Bij voorkeur is de verdeler ontworpen met een minimale waarde voor h van ongeveer 5-10 cm. Bij voorkeur moet h worden ingesteld op ongeveer 10-20 cm en een buislengte worden gekozen van ongeveer 20 cm. Deze waarden zuilen een aanzienlijke variatie in dampsnelhe-10 den en daardoor gas-zakhoogten mogelijk maken. Bij de stroomsnelheden waarop de inrichting is gebaseerd zullen deze waarden er ook voor zorgen dat het ondereinde van de buis in hoofdzaak gelijk ligt met of ligt onder het vloeistofoppervlak ter voorkoming van het binnenstromen van een aanzienlijke hoeveelheid gas uit de buis bij 15 verstoringen van de vloeistofoppervlakte.

Het bovenoppervlak van de horizontaal geperforeerde plaat moet bij voorkeur ongeveer 3-10 cm onder het onderste rooster 50 liggen, in afhankelijkheid van de groei van de gasbellen.

Hoewel de voorkeursuitvoeringsvorm in het bijzonder is beschre-20 ven· aan de hand van voedingen voor eenheden voor het vloeibaar maken van kool, zal het duidelijk zijn dat de verdeler volgens de uitvinding kan worden toegepast in elk systeem met gas-vloeistof of gas-vastestof-vloeistof voedingen. Yerder behoeft, als de eenheid wordt gebruikt als inrichting voor het plotseling afkoelen van gas, alleen 25 maar te worden ingespoten onder de plaat 80 voor een gelijkmatige totale verdeling.

Big. 2 geeft de inrichting volgens de uitvinding weer met meer-dere verdelers en meerdere katalysatorbedden 40· De katalysator-bedden 40 zijn op kleinere schaal getekend om de verdeler meer ge-30 detailleerd weer te geven. Koelgas, zoals terugvoergas dat waterstof bevat voor een werkwijze voor het katalytisch vloeibaar maken van gas, wordt via poorten 150, in dampruimten 130 toegevoegd. Poorten ;150 kunnen ook worden gebruikt voor het onttrekken van gas uit de dampruimten 130. Indien gewenst kan de buis 100 zich uitstrekken in 35 hetibovenste gedeelte van de katalysatorbedden 40» waarbij bij voorkeur de katalysator in de buis zich in hoofdzaak op gelijke hoogte I bevindt als de rest van het katalysatorbed. Ook kan de gas-zak een deel van de katalysator bevatten, indien dit gewenst is.

,, 81 02 8 1 6

Claims (5)

1. 3· Reactievat volgens conclusie 1,met het ken-25 m e r k, dat dit verder middelen bevat ter voorkoming van de directe verticale doorgang van voedingsgasbellen in de genoemde buis.
2. 4 Reactievat volgens conclusie 1,met het kenmerk, dat het vat een aantal verdelers verticaal op afstand van elkaar binnen het reactievat bevat. 30 5· Reactievat volgens conclusie 4> m e t het ken merk, dat het reactievat verder ten minste een uit deeltjes bestaand bed van vaste stoffen bevat dat is geplaatst onder de uitlaatmiddelen voor afvloeiende vloeistof en boven één van de verdelerpla-ten.
3. 6. Reactievat volgens conclusie 4> met het ken merk, dat dit vat verder middelen bevat ter voorkoming van de directe verticale doorgang van gasbellen in de genoemde buizen.
4. 7· Reactievat volgens conclusies 1,2, 3» 4> 5 of 6, met het kenmerk, dat het reactievat verder middelen bevat voor 40 het leiden van gas in één of meer van de genoemde gas-zakken. 81 02 8 1 6
5. 8. Reactievat volgens conclusies 1, 2, 3» 4» 5» 6 of 7» met het kenmerk, dat het reactievat verder middelen bevat voor het onttrekken van gas uit een of meer van de genoemde gas-zakken. 5 9-·' Reactievat volgens conclusies 1, 2, 3» 4> 5» 6, 7 of 8, met het kenmerk, dat de genoemde horizontaal geplaatste plaat vast is bevestigd in het vat. 81 02 8 1 6