DE2260802C2

DE2260802C2 - Vorrichtung zur Durchführung von Umwandlungen von Kohlenwasserstoffen

Info

Publication number: DE2260802C2
Application number: DE2260802A
Authority: DE
Inventors: Roger Le Pecq Boret; Charles Chatou Bronner; Roland Montesson-La-Borde Huin; Andre Le Vesinet Vidal
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1971-12-17
Filing date: 1972-12-13
Publication date: 1982-06-09
Also published as: DE2260802A1; GB1420761A; FR2165130A5; NL173922C; NL7217246A; BE792236A; JPS5523095B2; JPS4868475A; IT971780B; NL173922B; US3909208A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Umwandlungen von Kohlenwasserstoffen, in Gegenwart eines Katalysators, aus mindestens einer praktisch vertikalen länglichen Kammer, deren Schnitt in horizontaler Ebene einen Kreis oder eine Ellipse darstellt und die mindestens einen ringfönnigen Einsatz (Ringeinsctz) zur Aufnahme eines festen oder beweglichen Katalysatorbetts aufweist und praktisch vertikal in der länglichen Kammer angeordnet ist, wobei jeder Ringeinsatz durch zwei zylindrische Wandungen abgegrenzt ist, zwischen denen sich der genannte Ringeinsatz befindet und von denen die eine, die den Wandungen der länglichen Kammer am nächsten ist, als »Außenwandung des Ringeinsatzes« und die andere als »Innenwandung des Ringeinsatzes« bezeichnet wird, ferner aus einem an jeden Ringeinsatz angrenzenden Sammler, der aus dem durch die zylindrische Innenwandung jedes Ringeinsatzes begrenzten Innenraum der länglichen Kammer gebildet wird, einem an jeden Ringeinsatz angrenzenden äußeren Verteiler, der durch den durch die Wandungen der länglichen Kammer und durch die zylindrische Außen wandung jedes Ringeinsatzes begrenzten Raum gebildet wird, einem mit dem an jeden Ringeinsatz angrenzenden äußeren Verteiler verbundenen Zufluß für die Zuführung der Reaktionskomponenten, einem mit dem an jeden Ringeinsatz angrenzenden inneren Sammler verbundenen Abfluß zum Abziehen der Reaktionskomponenten, ferner aus Mitteln zum Einführen des Katalysators am oberen Ende jedes Ringeinsatzes sowie Mitteln zum Entnehmen des Katalysators am unteren Ende jedes Ringeinsatzes besteht und wobei die Innenwandung jedes Ringeinsatzes an ihrem oberen Teil mit einem Leitblech versehen ist.

Die Mehrzahl der in der Erdölindustrie verwendeten Reaktionsbehälter, vor allem die, die bei katalytischen Umwandlungsprozessen von Kohlenwasserstoffen eingesetzt werden und z. B. feste oder bewegliche Katalysatorbetten aufweisen, sind entweder radial oder axial wirkende Reaktionsbehälter.

Die Katalysatoren bestehen im allgemeinen aus mindestens einem Metall, z. B. einem Metall der Gruppen VIII, VI A oder VII A, auf einem herkömmlichen Träger (Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid usw.).

In einem praktisch vertikal angeordneten axial wirkenden Reaktionsbehälter mit kugeligem oder

ellipsoidförmigem Boden werden die Charge oder die zu behandelnden Reaktionskomponenten von oben durch einen Verteiler in den Reaktionsbehälter eingegeben und durchströmen dann im allgemeinen eine Feststoffschicht, die im wesentlichen durch den Träger des verwendeten Katalysators gebildet wird und z. B. in Form von Kügelchen vorliegt

Diese Schicht dient der besseren Verteilung der Reaktionskomponenten über die Katalysatormase. Nach dem Durchdringen des Katalysators strömen die Reaktionskomponenten durch zwei im wesentlichen durch den Träger des Katalysators gebildete, z. B. .aus Kügelchen bestehende Schichten von unterschiedlicher Korngröße, von denen die eine dazu dient, den Katalysator zu halten, während die andere (deren Korngröße stärker ist), auf der der Katalysator und das Aluminiumoxid ruhen, die Rückgewinnung der Produkte in dem unten im Reaktionsbehälter angeordneten Sammler ermöglicht

Der axial wirkende Reaktionsbehälter, in dem die Zirkulation der Reaktionskomponenten in vertikaler Bewegung von oben nach unten parallel zu der Achse des Reaktionsbehälters erfolgt (daher der Ausdruck »axial wirkender Reaktionsbehälter«), hat einen großen Nachteil: Um einen zu hohen Verlust an Charge zu vermeiden, muß der Schnitt der Katalysatorschicht groß sein, während ihre Höhe relativ gering sein muß; wegen des ungenutzten Volumens des Reaktionsbehälters infolge der Kugelform oder ellipsoidischen Form seines Bodens ist die Verwendung solcher Reaktionsbehälter vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit aus wenig interessant

In den radial wirkenden Reaktionsbehältern hat das Katalysatorbett die Form eines vertikalen zylindrischen Rings, der innen durch ein den Katalysator haltendes Gitter und außen entweder durch die Wandung des Reaktionsbehälters und »Scallops« oder »Muscheln« oder durch ein weiteres Gitter der gleichen Art wie das Innengitter abgegrenzt wird. Die Reaktionskomponenten werden von oben in den Reaktionsbehälter eingegeben und entweder durch die »Scallops« oder durch den leeren Raum zwischen dem den Katalysator haltenden Außengitter und der Wandung des Reaktionsbehälters in der Katalysatormasse verteilt Das Zirkulieren in der Katalysatormasse erfolgt von außen nach innen, praktisch in Richtung der Radien des Reaktionsbehälters (daher die Bezeichnung »radial wirkender Reaktionsbehälter«). Nach Durchströmen des Katalysatorbetts durchdringen die Reaktionskomponenten das den Katalysator haltende Innengitter und ein schwach perforiertes Blech, das eine bessere Verteilung der Reaktionskomponenten in dem Katalysatorbett bewirken und die Bildung bevorzugter Strömungswege in diesem Katalysatorbett verhindern soll, und werden in einem vertikalen zylindrischen Sammler aufgefangen.

So betrifft der ältere Vorsehlag P 22 55 497.8 einen radial wirkenden Reaktionsbehälter mit einem Leitblech auf dem Sammler. Man kann gemäß diesem Vorschlag einen oder mehrere Reaktionsbehälter verwenden, von denen jeder aus einer oder mehreren Katalysatorkammern besteht, die übereinander oder in Reihe oder parallel angeordnet sind.

Die längliche Katalysator-Kammer kann aus mehreren übereinander angeordneten Ringeinsätzen bestehen.

Der Hauptnachteil der radial wirkenden Reaktionsbehälter ergibt sich aus der Tatsache, daß der Katalysator im Laufe der Zeit zusammengedrückt wird, wodurch sich oben auf dem Katalysatorbett ein leerer Raum bildet, der bewirkt daß die Reaktionskomponenten einen bevorzugten Strömungsweg nehmen. Um dies zu vermeiden, hat man oben ruf dem Sammler ein Leitblech von angemessener Länge angeordnet, das die Strömungsbahn der Reaktionskomponenten nach unten ablenkt und diese Strömungsbahn dadurch verlängert Dadurch konnte die Rentabilität der radial wirkenden

ίο Reaktionsbehälter verbessert werden.

Ferner muß man, wenn man in einem radial wirkenden Reaktionsbehälter die Aktivität des Katalysators dadurch aufrechterhalten will, daß man den aufgebrauchten Katalysator unten aus dem Reaktionsbehälter herausnimmt und ihn durch einen frischen Katalysator, den man oben in den Reaktionsbehälter einführt, ersetzt, das Herausnehmen des Katalysators ermöglichen, und zwar sowohl bei periodischem als auch bei kontinuierlichem Abziehen.

Dieses Abziehen ist nur möglich, wenn die horizontale Komponente der auf das einzelne Korn des Katalysators einwirkenden Kraft der Reaktionsteilnehmer in bezug auf die vertikale Komponente dieser Kraft, die zu der Schwerkraft hinzukommt kontrolliert wird. Das wird mit Hilfe eines oben auf dem zentral angeordneten Sammler aufgesetzten Leitblechs erreicht Durch Ablenken der Strömungsbahn der Reaktionsteilnehmer nach unten und durch Verstärken der vertikalen Komponente der auf das einzelne Korn des Katalysators wirkenden Kraft der Reaktanten wurde das Entnehmen des Katalysators ermöglicht.

F i g. 1 zeigt die Anordnung eines solchen Leitblechs in einem Reaktionsbehälter. (Zur Vereinfachung des Schemas des Reaktionsbehälters weist dieser nur eine Katalysatorkammer auf; man kann jedoch auch einen Reaktionsbehälter mit mehreren übereinander angeordneten Katalysatorkammern verwenden. Man kann auch mehrere in Reihe oder parallel angeordnete Reaktionsbehälter verwenden, von denen jeder eine oder mehrere Katalysatorkammer(n) besitzt). F i g. 1 fällt nicht unter die vorliegende Erfindung und dient nur als Vergleichsmaterial, um im folgenden die vorgenommenen Verbesserungen verständlicher zu machen: Der Reaktionsbehälter ist eine längliche vertikale und zylindrische Kammer mit elliptischer Grundfläche. In dieser Kammer befindet sich ein im Querschnitt ringförmiger Einsatz (Ringeinsatz), in dem sich das Katalysatorbett befindet Die Wandungen 3 dieses Ringeinsatzes (genannt »Außenwandungen« des Ringeinsatzes) und die Wandungen 4 dieses Ringeinsatzes (genannt »Innenwandungen« des Ringeinsatzes) sind zylindrisch und haben im allgemeinen die Form eines Gitters, das den Katalysator im Innern des Ringeinsatzes hält und die Reaktionskomponenten in ihn hinein- oder aus ihm herausströmen läßt (Statt eines Gitters kann man auch ein perforiertes Blech oder eine Wandung aus inert gesintertem Material verwenden). Die Reaktanten gelangen durch Hen Zulaufflansch 1 in den Reaktionsbehälter und fließen dann in den Verteiler 8 (genannt äußerer Verteiler), nämlich in den durch die Wandungen des Reaktionsbehälters und das Außengitter 3 abgegrenzten Raum (dieser Verteiler 8 grenzt also an den Ringeinsatz 2).
Aus dem Verteiler 8 strömen die Reaktionskomponenten durch das Außengitter 3 und durch das Katalysatorbett des Ringeinsatzes 2, gelangen durch das Gitter 4 (und vorzugsweise auch durch eine schwach perforierte Wandung 5, die im allgemeinen ein

perforiertes Blech ist, welches dadurch, daß es das Entstehen bevorzugter Strömungswege durch den Katalysator verhindert, eine bessere Verteilung in dem Katalysator bewirkt) aus diesem Ringeinsatz heraus, sammeln sich in dem Sammler 9 (der als innerer Sammler bezeichnet wird und der aus dem durch die Innenwandung des Ringeinsatzes 2 begrenzten Innenraum des Reaktionsbehälters besteht) und strömen durch den Abflußflansch 6 aus.

Das Leitblech 7, das dazu dient, die Strömungsbahnen der Reaktionskomponenten in dem oberen Teil des Ringeinsatzes nach unten abzulenken, ist nicht perforiert, hat eine zylindrische Form und hat in der Verlängerung der zylindrischen Innenwandung (Gitter 4) des Ringeinsatzes 2 die gleiche Achse wie diese zylindrische innenwandung. Aües vollzieht sich also so, als ob am oberen Teil des ringförmigen Raumes 2 die Perforationen des Gitters 4 geschlossen wären.

Im allgemeinen beträgt die Höhe des Leitblechs 50 bis 400% und vorzugsweise 100 bis 300% der Gesamtbreite des Ringeinsatzes 2.

Trotzdem weist ein solches Leitblech Nachteile auf; der Hauptnachteil dieses oben auf dem Sammler der radial wirkenden Reaktionsbehälter angeordneten Leitblechs besteht darin, daß der Teil der Katalysatormasse, der sich in Höhe dieses Leitblechs befindet, im Hinblick auf die Umsetzung weniger gut ausgenutzt wird, weil dort weniger Reaktionskomponenten durchströmen als durchschnittlich durch das übrige Katalysatorbett Das führt zu einer verstärkten Koksablagerung auf den Körnern des Katalkysators, denn die Umsetzungsbedingungen werden erheblich erschwert, da die auf das Gewicht der Flüssigkeit bezogene Raumgeschwindigkeit oder PPH (Gewicht an flüssiger Charge pro Katalysatorgewicht pro Stunde) im oberen Teil der Katalysatormasse erheblich geringer ist als in dem übrigen Katalysatorbett

Versuche haben nämlich ergeben, daß in einem radial wirkenden Reaktionsbehälter, dessen zentral angeordneter Sammler oben mit einem Leitblech versehen ist, die Strömungsbahn der Reaktionskomponenten in dem Teil der Katalysatormasse, der sich in Höhe des Leitblechs befindet (Bahn 10a in Fig. 1), in a) eine senkrecht zu dem Gitter, durch das diese Reaktionskomponenten einströmen, verlaufende praktisch horizontale Strömungsbahn, b) eine geneigte Bahn und c) eine an der Basis des auf dem Sammler angeordneten Leitblechs horizontal verlaufende Bahn unterteilt werden kann. In dem unteren Teil der Katalysatormasse ist die Bahn der Reaktanten (Bahnen iOb und 10c) weniger geneigt und nähen sich an der Basis des Reaktionsbehälters der Horizontalen=

Diese drei Bahnen unterscheiden sich in Form und Länge sowie in den Mengen an Reaktanten, die diesen Bahnen folgen.

So ist die auf das Gewicht der Flüssigkeit bezogene Raumgeschwindigkeit oder PPH in dem Teil der Katalysatormasse, der sich in Höhe des Leitblechs befindet gering im Vergleich zu dem durchschnittlichen PPH des Reaktionsbehälters, und zwar deswegen, weil zum einen die Menge der Reaktionskomponenten relativ geringer ist als im übrigen Reaktionsbehälter, und zum anderen die betref enden Katalysatormenge auf Grund der größeren Länge der Bahn 10a im Vergleich zu den Bahnen 106 und 10c größer ist

Weiterhin hat man festgestellt, daß die Bahnen, die wie Bahn 10a verlaufen, sich an der Basis des Leitblechs wieder vereinigen. Obgleich nur wenige Reaktionskomponenten entlang der Bahn 10a strömen, läßt sich unschwer erkennen, daß der Verlauf aller dieser Bahnen eine Anhäufung von Materie an der Basis von Leitblech 7 mit sich bringt. Diese Anhäufung führt zu einer Stauung in dem oberen Teil des Sammlers.

Ein radial wirkender Reaktionsbehälter, dessen zentral angeordneter Sammler an seinem oberen Ende mit einem zylindrischen Leitblech versehen ist, weist also zwei große Nachteile auf:

a) Der Katalysator wird in der Zone, die sich in Höhe des auf dem zentralen Sammler angeordneten zylindrischen Leitblechs befindet nicht voll ausgenutzt und

b) an der Basis dieses Leitblechs kommt es zu einer Verstopfung, die die Reaktionsprodukte in dem zentralen Sammler am Ausströmen hindert

Demgegenüber liegt vorliegender Erfindung die

Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und einen radial wirkenden Reaktionsbehälter mit festem oder beweglichem Katalysatorbett zu schaffen, bei dem eine bessere Ausnutzung des Katalysators im Bereich des auf dem zentralen Sammler angeordneten

Leitblechs möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst daß die Leitblechhöhe 50 bis 400% der Gesamtbreite jedes Ringeinsatzes beträgt und das Leitblech die Form eines umgekehrten Kegels'umpfes hat, der sich von unten nach oben verbreitert und der die gleiche Achse hat wie die zylindrische Innenwandung jedes Ringeinsatzes, wobei die kleinere Fläche der beiden Grundflächen des Kegelstumpfes praktisch gleich der Schnittfläche der zylindrischen Innenwandung jedes Ringeinsatzes ist und der durch die Achse dieses Kegelstumpfes und eine seiner Mantellinien gebildete Winkel 2 bis 55° beträgt Eine besondere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet daß der durch die Achse des Kegelstumpfes und eine seiner Mantellinien gebildete Winkel 10 bis 30° beträgt

Eine weitere besondere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet daß sie eine zwischen der Innenwan dung jedes Ringeinsatzes und dem inneren Sammler an jedem Ringeinsatz angeordnete perforierte zylindrische Wandung aufweist wobei die Fläche der Perforationen dieser Wandung 2 bis 7% der Gesamtfläche der perforierten Wandung ausmacht

Eine weitere besondere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet daß die Außenwandung jedes Ringeinsatzes außerdem in ihrem oberen Teil, der 10 bis 40% der Höhe jedes Ringeinsatzes ausmacht die Form eines Kegelstumpfes aufweist der sich von oben nach unten verbreitert, wobei die größere der beiden Grundflächen dieses Kegelstumpfes praktisch gleich dem Schnitt jeder zylindrischen Außenwandung jedes Ringeinsatzes ist und der durch die Achse dieses Kegelstumpfes und eine seiner Mantellinien gebildete Winkel 2 bis 55° beträgt.

Eine weitere besondere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die relative Fläche der Perforationen des Teils der perforierten Wandung, der sich nahe der Grundfläche des Leitblechs befindet, 1,5- bis 4mal größer ist als die Fläche der Perforationen der unterhalb dieser Zone befindlichen perforierten Wandung.

Eine weitere besondere Ausfuhrungsform ist dadurch gekennzeichnet daß die perforierte Wandung nach oben über die untere Grenze des Leitblechs hinaus um

eine Länge verlängert ist, die 10 bis 40% der Höhe des Leitblechs beträgt.

Die Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden näher erläutert.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Innenwandung jedes Ringeinsatzes an ihrem oberen Teil mit einem Leitblech versehen, das verhindern soll, daß die aus jedem Ringeinsatz austretenden Reaktanten in dem an jeden Ringeinsatz angrenzenden inneren Sammler nach oben strömen. Dessen Höhe beträgt anspruchsgemäß 50 bis 400% und vorzugsweise 100 bis 300% der Gesamtbreite jedes Ringeinsatzes. Der durch die Achse dieses lCegelstumpfes und eine seiner Mantellinien gebildete Winkel liegt anspruchsgemäß zwischen 2 und 55° und vorzugsweise zwischen 10 und 30°.

Anders gesagt hat man in dem Bestreben, die nicht voll ausgenutzte Katalysatormenge zu verringern, festgestellt, daß es äußerst vorteilhaft ist, das zylindrische Leitblech 7 von F i g. 1 durch das kegelstumpfförmige Leitblech 12 (siehe F i g. 2) zu ersetzen, dessen durch die Achse des lCegelstumpfes und die Mantellinie gebildeter Winkel hauptsächlich von den Umsetzungsbedingungen wie Durchsatz und Geschwindigkeit der Reaktionskomponenten und Drücke im Innern des Ringeinsatzes 2 abhängt.

Gegebenenfalls ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch dadurch gekennzeichnet, daß außerdem die Außenwandung jedes Ringeinsatzes an ihrem oberen Teil zu 10 bis 40% der Höhe jedes Ringeinsatzes die Form eines Kegelstumpfes (und nicht eines Zylinders wie die restliche Außenwandung) aufweisen kann, der sich von unten nach oben verjüngt, wobei die größere der beiden Grundflächen dieses Kegelstumpfes praktisch gleich dem Schnitt der zylindrischen Außenwandung des Ringeinsatzes ist und der durch die Achse dieses Kegelstumpfes mit einer seiner Manteliinien gebildete Winkel zwischen 2 und 55° und vorzugsweise zwischen 10 und 40° liegt

Mit anderen Worten: Man hat den oberen Teil des Gitters 3, durch das die Reaktanten einströmen, durch ein kegelstumpfförmiges Gitter 13 (siehe F i g. 3) ersetzt

Meistens hat dieser kegelstumpfförmige Teil der Außenwandung praktisch die gleiche Höhe wie der Kegelstumpf 12.

Die Vorteile dieser Verbesserungen (kegelstumpfförmiges Leitblech 12 oder Kombination von kegelstumpfförmigem Leitblech 12 und kegelstumpfförmigem Gitter 13) bestehen darin, daß das Leitblech 12 und das kegelstumpfförmige Einströmgitter 13 so geformt sind, daß sie das Fließen der Reaktionskomponenten durch das Katalysatorbett nicht stören und dabei bewirken, daß ein Teil des Katalysators, der sonst nicht voll ausgenutzt worden wäre, eingespart wird.

Außerdem sei darauf hingewiesen, daß die bereits erwähnte Stauung an der Basis des auf dem Sammler 9 angeordneten Leitblechs 12 bewirkt, daß weniger Reaktionskomponenten mit dem in Höhe des Leitblechs 12 befindlichen Teil des Katalysators in Kontakt kommen.

Wird diese Stauung ausgeschaltet, so wird die Verweilzeit der Reaktionskomponenten auf dem Katalysator verringert, so daß auch der Verlust an Aktivität des Katalysators, zu dem es im Laufe der Zeit kommt, geringer wird.

Um die Stauung an der Basis des auf dem oberen Teil des zentralen Sammlers 9 angeordneten Leitblechs 12 zu vermeiden, wobei der gleiche Verlust an Charge an der perforierten Wandung 5 (im allgemeinen einem perforierten Blech), die eine gute Verteilung der Reaktionskomponenten in dem Katalysator bewirken soll, aufrechterhalten bleibt, kann man die Vorrichtung dadurch verbessern, daß man die perforierte Wandung 5 auf zweierlei Weise etwas abwandelt:

a) Entweder man behält nahe der Basis des Leitblechs 12 die gleiche Anordnung der Perforationen auf der perforierten Wandung 5 bei, wobei man jedoch die Abmessungen dieser Perforationen vergrößert, so daß nahe der Basis des Leitblechs die Fläche der Perforationen dieser Wandung 1,5- bis 4mal größer ist als die Fläche der Perforationen der unterhalb dieser Zone befindlichen perforierten Wandung, wobei diese Fläche selbst 2 bis 7% der Gesamtfläche der perforierten Wandung ausmacht (unter »nahe dem Leitblech« ist der obere Teil der perforierten Wandung zu verstehen, dessen Höhe etwa 5 bis 40% der Gesamthöhe der vom Fuße des Ringeinsatzes bis zur Basis des Leitblechs reichenden perforierten Wandung beträgt),

b) oder man behält entlang der perforierten Wandung 5 die gleichen Perforationen bei, d. h. die gleiche Anordnung und die gleichen Abmessungen der Perforationen entlang der perforierten Wandung, verlängert jedoch diese perforierte Wandung unter Leitblech 12 nach oben über die untere Grenze des Leitblechs hinaus, und zwar um eine Länge von etwa 10 bis 40% der Höhe des Leilblechs.

Natürlich kann man die beiden genannten Lösungen a) und b) auch kombinieren.

Im Innern der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der verwendete Katalysator in allen bekannten Formen vorliegen, z. B. in Form von Agglomeraten (z. B. Extrudaten); man kann ihm auch in Form von Körnern und z. B. in Form von Kügelchen verwenden, deren Durchmesser im allgemeinen zwischen 1 und 3 mm und vorzugsweise zwischen 1,5 und 2 mm liegt Die lose Dichte eines in Form von Kügelchen verwendeten Katalysators liegt im allgemeinen zwischen 0,4 und 1 und vorzugsweise zwischen 0,5 und 0,9 und besonders zwischen 0,6 und 0,8.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen eignen sich vor allem zur Durchführung von Reforming-, Hydrierungs-, Dehydrierungsreaktionen (z. B. von n-Paraffinen oder Naphthenen), zur Isomerisierung, Aromatisierung von Kohlenwasserstoffen, Cyclisierung unter Wasserabspaltung und zum Hydrocrackverfahren.

Diese Reaktionen werden gewöhnlich in einem Temperaturbereich von 300 bis 600° C durchgeführt

Die Reformingreaktionen werden im allgemeinen bei einer Temperatur zwischen 450 und 580⁰C unter einem Druck zwischen 5 und 20 bar durchgeführt, wobei die stündliche Umsetzungsgeschwindigkeit zwischen 0,5 und 10 Volumen flüssiger Charge (Naphtha destilliert etwa zwischen 60 und 220°) pro Katalysatorvolumen liegt

Die Hydrierungsreaktionen werden im allgemeinen bei einer Temperatur zwischen 100 und 500⁰C unter einem Druck von 1 bis 40 bar durchgeführt

Die Isomerisierungsreaktionen erfolgen im allgemeinen bei einer Temperatur zwischen 200 und 600° C unter einem Druck von 0,05 bis 70 bar, wobei der stündliche Volumendurchsatz das 0,1- bis lOfache des Katalysatorvolümens beträgt
Die Dehydrierungseaktionen (z. B. von n-Paraffinen)

oder die Aromatisierung erfolgen im allgemeinen bei einer Temperatur von 300 bis 650° C unter einem Druck von 0,1 bis 60 bar, wobei der stündliche Volumendurchsatz das 0,1- bis 20fache des Katalysatorvolumens beträgt.

Die Hydrocrackreaktionen werden im allgemeinen bei einer Temperatur von 260 bis 53O⁰C unter einem Druck von 30 bis 80 bar durchgeführt.

Vergleichsbeispiel

Dieses Beispiel gehört nicht in den Rahmen der vorliegenden Erfindung, sondern wird zu Vergleichszwecken angeführt. Der verwendete radial wirkende Reaktionsbehälter ist mit einem zylindrischen, keinem kegelstumpfförmigen Leitblech versehen.

In einer Einheit zur Durchführung einer katalytischen Reformierung verwendet man also einen radial wirkenden Reaktionsbehälter mit den folgenden Merkmalen:

— Katalysatormenge: 5 Tonnen

— Durchmesser der Außenwandung des Ringeinsatzes: 1,70 m

— Durchmesser der Innenwandung des Ringeinsatzes: 0,80 m

— Höhe des Katalysatorbetts: 4,70 m

— Höhe des auf dem oberen Teil der Innenwandung des Ringeinsatzes angeordneten zylindrischen Leitblechs: 0,80 m

— Höhe der Innenwandung des Ringeinsatzes: 3,90 m

Der Durchsatz an frischer Charge in der Einheit beträgt 75 t/h. Man kann eine auf das Gewicht der Flüssigkeit bezogene globale Geschwindigkeit (Global-PPH) bei diesem Reaktionsbehälter wie folgt bestim- men:

Global-PPH = Purchsatz an frischer Charge/ Katalysatormenge

75 t/h 5t

15 l/h.

Man kann eine auf das Gewicht der Flüssigkeit bezogene lokale Geschwindigkeit (Lokal-PPH) für die Strömungsbahnen der Reaktionskomponenten bestimmen:

— Bei einer Bahn, die oben im Reaktionsbehälter in Höhe des Leitblechs verläuft (Bahn 10a der F«g. 1 und 2\ ist PPH sehr gering.

— Bei einer Bahn, die in Höhe der Basis des zylindrischen Leitblechs beginnt (Bahn 10a der F i g. 1 und 2\ ist PPH praktisch gleich Global-PPH.

— Bei einer Bahn, die unten in dem Reaktionsgefäß verläuft (Bahn 10c· der F i g. 1 und 2), liegt PPH über Global-PPH.

Man kann die Schwankung von Lokal-PPH graphisch darstellen (siehe Fig.4, Kurve a}. Auf der Ordinate liegen die Lokal-PPH, und auf der Abzisse befindet sich die Angabe h des Beginns einer Strömungsbahn von Reaktionskomponenten, wobei das obere Ende des Katalysatorbetts den Wert 0 und das untere Ende des Katalysatorbetts den Wert 4,70 hat.

In diesem Vergleichsbeispiel 1 wird der innere Sammler an seinem oberen Teil durch das zylindrische Leitblech und durch eine perforierte zylindrische Wandung (perforiertes Blech) begrenzt, deren Perforationen 8% der Fläche an dem oberen Teil des Blechs über eine Höhe von 0,30 m und 4% an dem unteren Teil des Blechs über eine Höhe von 3,60 m ausmachen.

Beispiel 1

Man verwendet den gleichen Reaktionsbehälter wie im Vergleichsbeispiel, hat jedoch das zylindrische Leitblech durch ein kegelstumpfförmiges Leitblech ersetzt, dessen untere Grundfläche den gleichen Durchmesser hat wie die Innenwandung des Ringeinsat zes, nämlich 0,80 m, und dessen obere Grundfläche einen Durchmesser von 1,20 m hat; der durch die Achse dieses Kegelstumpfes und eine seiner Mantellinien gebildete Winkel beträgt etwa 14°. Kurve b von F i g. 4 zeigt den Verlauf der Kurve, die Lokal-PPH als

Funktion des Abzissenwertes angibt

Man ersieht aus diesem Beispiel, daß der Katalysator im oberen Teil des Katalysatorbettes weniger stark aufgebraucht wird, und man spart 140 kg Katalysator.

Beispiel 2

Man verwendet den gleichen Reaktionsbehälter wie in Beispiel I, hat jedoch ebenfalls den oberen Teil der Außenwandung des Ringeinsatzes über eine Höhe von 0,80 m durch eine kegelstumpfförmige Wandung er setzt, deren untere Grundfläche einen Durchmesser von 1,70 m und deren obere Grundfläche einen Durchmesser von 130 m hat Der durch die Achse dieses Kegelstumpfes und eine seiner Mantellinien gebildete Winkel beträgt etwa 14°. Kurve c von Fig.4 stellt

Lokal-PPH als Funkition des Abzissenwertes dar.

Der Katalysator wird noch besser ausgenutzt als in dem vorhergehenden Beispiel (PPH nähert sich noch mehr dem mittleren Wert an), und man spart 240 kg Katalysator im Vergleich zu Beispiel 2 und 380 kg Katalysator im Vergleich zu Beispiel 1 (das sind 7,6% des Katalysators).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Durchführung von Umwandlungen von Kohlenwasserstoffen, in Gegenwart eines Katalysators, aus mindestens einer praktisch vertikalen länglichen Kammer, deren Schnitt in horizontaler Ebene einen Kreis oder eine Ellipse darstellt und die mindestens einen ringförmigen Einsatz (Ringeinsatz) zur Aufnahme eines festen oder beweglichen Katalysatorbettes aufweist und praktisch vertikal in der länglichen Kammer angeordnet ist, wobei jeder Ringeinsatz durch zwei zylindrische Wandungen abgegrenzt ist, zwischen denen sich der genannte Ringeinsatz befindet und von denen die eine, die den Wandungen der länglichen Kammer am nächsten ist, als »Außenwandung des Ringeinsatzes« und die andere als »Innenwandung des Ringeinsatzes« bezeichnet wird, ferner aus einem an jeden Ringeinsatz angrenzenden Sammler, der aus dem durch die zylindrische Innenwandung jedes Ringeinsatzes begrenzten Innenraum der länglichen Kammer gebildet wird, einem an jeden Ringeinsatz angrenzenden äußeren Verteiler, der durch den durch die Wandungen der länglichen Kammer und durch die zylindrische Außenwandung jedes Ringeinsatzes begrenzten Raum gebildet wird, einem mit dem an jeden Ringeinsatz angrenzenden äußeren Verteiler verbundenen Zufluß für die Zuführung der Reaktionskomponenten, einem mit dem an jeden Ringeinsatz angrenzenden inneren Sammler verbundenen Abfluß zum Abziehen der Reaktionskomponenten, ferner aus Mitteln zum Einführen des Katalysators am oberen Ende jedes Ringeinsatzes sowie Mitteln zum Entnehmen des Katalysators am unteren Ende jedes Ringeinsatzes besteht und wobei die Innenwandung jedes Ringeinsatzes an ihrem oberen Teil mit einem Leitblech versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitblechhöhe 50 bis 400% der Gesamtbreite jedes Ringeinsatzes beträgt und das Leitblech die Form eines umgekehrten Kegelstumpfes hat, der sich von unten nach oben verbreitert und der die gleiche Achse hat wie die zylindrische Innenwandung jedes Ringeinsatzes, wobei die kleinere Fläche der beiden Grundflächen des Kegelstumpfes praktisch gleich der Schnittfläche der zylindrischen Innenwandung jedes Ringeinsatzes ist und der durch die Achse dieses Kegelstumpfes und eine seiner Mantellinien gebildete Winkel 2 bis 55° beträgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Achse des Kegelstumpfes und eine seiner Mantellinien gebildete Winkel 10 bis 30° beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zwischen der Innenwandung jedes Ringeinsatzes und dem inneren Sammler an jedem Ringeinsatz angeordnete perforierte zylindrische Wandung aufweist, wobei die Fläche der Perforation dieser Wandung 2 bis 7% der Gesamtfläche der perforierten Wandung ausmacht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwandung jedes Ringeinsatzes außerdem in ihrem oberen Teil, der 10 bis 40% der Höhe jedes Ringeinsatzes ausmacht, die Form eines Kegelstumpfes aufweist, der sich von oben nach unten verbreitert, wobei die größere der beiden Grundflächen dieses Kegelstumpfes praktisch gleich dem Schnitt jeder zylindrischen Außenwandung jedes Ringeinsatzes ist und der durch die Achse dieses Kegelstumpfes und eine seiner Mantellinien gebildete Winkel 2 bis 55° beträgt

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Fläche der Perforationen des Teils der perforierten Wandung, der sich nahe der Grundfläche des Leitblechs befindet, 1,5- bis 4mal größer ist als die Fläche der Perforationen der unterhalb dieser Zone befindlichen perforierten Wandung.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3,4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die perforierte Wandung nach oben über die untere Grenze des Leitbleches hinaus um eine Länge verlängert ist, die 10 bis 40% der Höhe des Leitblechs beträgt.