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Verfahren zum In-Berührung-Bringen feinverteilter Feststoffe mit Gasen
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum In-Rerührung-Bringen feinverteilter Feststoffe
mit Gasen, wobei die Feststoffe unter Aufwirbelung in der Verbindungsleitung zwischen
einer ersten und einer zweiten Kammer kontinuierlich durch diese Kammern hindurchgeführt
werden und wobei die Feststoffe mindestens in der zweiten Kammer als Suspension
in einem im unteren Teil der Kammer unter erhöhtem Druck eingeführten Gas eingeführt
und in der Kammer, die einen größeren Querschnitt hat als die Zuführungsleitung
der Suspension, unter Verringerung der Gasgeschwindigkeit in dem aufwärts fließenden
Gas in eine dichtere Suspension gehracht werden.
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Als Beispiele für solche Verfahren seien genannt: Tieftemperaturverkokung
von Kohle, Erzeugung von Wassergas aus Kohle, Destillation von Holz, Öl schiefer
oder Kohle, Verhüttung von Erzen etwa durch Reduktion und Rösten, Trocknen von Feststoffen,
Oxydation von Gasen durch verschiedenartige feste Oxyde, Trennung und Reinigung
von Gasen durch feste Adsorbentien, wie aktive Kohle und oxydische Gele, z. B. bei
der Konditionierung von Luft, Rückgewinnung von Dämpfen aus Gasen, etwa bei der
Wiedergewinnung von Lösungsmitteln aus Gasen in Trockenreinigungs- und Anstrichanlagen,
Gewinnung von Benzinhestandteilen aus Erdgas oder Spaltraffineriegas, Trennung von
Gasen oder Dämpfen durch selektive Adsorption, z. B. bei der selektiven Abtrennung
höhersiedender Kohlenwasserstoffe von niedrigersiedenden Kohlenwasserstoffen.
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Eine weitere Verfahrensgruppe umfaßt die Verfahren, bei denen die
feinverteilten Feststoffe kata-
lytisch Gasreaktionen bewirken.
Als Beispiele seien erwähnt: verschiedenartige organische Reaktionen, unter anderem
Oxydation, Reduktion, Chlorierung, Hydration, Dehydration, namentlich Reaktionen
zur Umsetzung von Kohlenwasserstoffen, für die feste Katalysatoren oder Behandlungsmittel
Anwendung finden, z. B. bei der Spaltung, Hydrierung, Dehydrierung, Polymerisation,
Alkylierung, Dealkylierung, Isomerisation, Aromatisierung, Desulforierung, Synthese
von Kohlenwasserstoffen aus Kohlenoxyd und Wasserstoff.
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Die Erfindung bezieht sich in ihren spezielleren Merkmalen besonders
auf Verfahren, bei denen der Feststoff nach Passieren der Behandlungszone von dem
Gas- oder Dampfstrom abgetrennt wird und in die Behandlungszone zurückkehrt. Die
Erfindung wird namentlich in den Dienst solcher Verfahren gestellt, bei denen Katalysatorpulver
vor Rückkehr in die Behandlungszone reaktiviert oder regeneriert werden sollen.
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Die Erfindung besteht darin, daß die aus der ersten Kammer unter
einem geringeren als dem genannten erhöhten Druck abgeführten Feststoffe zum Kopf
eines Standrohres geführt werden, in dessen Kopf ein geringerer als der genannte
erhöhte Druck herrscht, und daß die Feststoffe über die gesamte Höhe des Standrohres
durch in das Standrohr eingeführtes Aufwirbelungsgas in aufgewirbeltem Zustand gehalten
werden, wobei die Höhe des Standrohres so bemessen ist, daß der am Fuß des Standrohres
entstehende hydrostatische Druck größer als der ersterwähnte erhöhte Druck ist,
daß aufgewirbelte Feststoffe vom Fuß des Standrohres unter diesem hydrostatischen
Druck in das Gas eingeführt werden, welches in den unteren Teil der zweiten Kammer
nach Bildung der ersterwähnten Suspension eintritt, und wobei der Durchmesser der
zweiten Kammer so bemessen ist, daß die Dichte der Feststoffsuspension in der Kammer
mindestens doppelt so hoch ist wie die Dichte der in der Kammer eintretenden Suspension,
und wobei die Feststoffe aus der zweiten Kammer abgeführt und gegebenenfalls zur
ersten Kammer zurückgeführt werden, vorzugsweise mittels eines zweiten Standrohres
in im wesentlichen der gleichen Weise, in der die Feststoffe von der ersten zur
zweiten Kammer geführt werden.
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Zum Zweck der Erläuterung wird die Erfindung für die katalytische
Spaltung von Erdölen beschrieben, für die sie sich als besonders anwendbar erweist.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug
genommen.
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Fig. I zeigt schematisch im Aufriß einen Teil der Vorrichtung gemäß
der Erfindung; Fig. 1 A ist eine Fortsetzung von Fig. I und bringt den übrigen Teil
der Vorrichtung zur Anschauung.
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In Fig. I bedeutet 10 eine Beschickungsleitung, durch die das zu
spaltende Öl in die Anlage eingebracht wird, etwa reines Kondensat, wie Gasöl oder
Rückstandsöl, z. B. getopptes oder reduziertes Rohöl.
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Das Öl passiert zunächst einen Wärmeaustauscher ii und tritt dort
in Wärmeaustausch mit verbrauchtem Regenerierungsgas, wie noch weiter unten darzulegen
ist. Aus Wärmeaustauscher II gelangt das Öl über Leitung 12 in einen zweiten Wärmeaustauscher
I3 und wird dort durch Wärmeaustausch mit Katalysatorpulver weiter erwärmt, das
gemäß späterer Beschreibung aus der Regenerationszone abgezogen ist. Aus Wärmeaustauscher
I3 kommt das Öl über Leitung 14 und I5 in eine Verdampfungsschlange I6, die sich
im Ofen I7 befindet, und wird dort rasch so hoch erhitzt, daß wenigstens ein wesentlicher
Teil desselben verdampft. Gegebenenfalls wird Dampf oder ein anderes Entziehungsgas
in das Öl durch Leitung I8 vor oder während des Durchströmens von Verdampfungsschlange
16, um bei der Verdampfung des Ols mitzuwirken, zugesetzt.
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Das Öl fließt aus Verdampfungsschlange I6 über Leitung 19 in ein
Scheidegefäß 21 zur Abtrennung der Dämpfe vom unverdampften Rückstand. Zusätzlich
kann Dampf oder ein anderes Entziehungsgas in das Scheidegefäß 21 durch Leitung
22 eingeführt werden. Unverdampfter Rückstand wird durch Leitung 23 aus dem Scheidegefäß
2I entfernt. Die im Scheidegefäß 2I frei gewordenen Dämpfe ziehen nach oben durch
Leitung 24 ab.
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Bei der Verarbeitung von reinem Kondensat fällt das Scheidegefäß
21 fort, oder das Öl umgeht letzteres auf dem Wege durch Leitung 25.
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Die im Scheidegefäß 2I frei gewordenen Dämpfe bilden das Beschickungsgut
für die katalytische Spaltzone. Sie ziehen durch Leitung 24 und 25 in eine Leitung
27 und werden dort mit Katalysatorpulver vermischt, das gemäß späterer Beschreibung
dort zugeführt wird. Die Dispersion von t)ldämpfen und Pulver gelangt aus Leitung
27 in einen Spaltkessel 29 (Fig. 1 A).
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Zuweilen ist es zweckmäßig, die Oldämpfe nach Verlassen des Scheidegefäßes
21 weiter zu erwärmen. Solchenfalls durchströmen die Dämpfe, aus Leitung 24 kommend,
eine Überhitzungsschlange 3I oder eine andere Heizvorrichtung, in der ihnen die
verlangte Wärmemenge zugeführt wird.
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Die Menge des Katalysatorzusatzes zum Öl auf dem Wege zur Reaktionskammer
29 kann sich innerhalb weiter Grenzen bewegen und bestimmt sich nach mehreren Faktoren,
unter anderem den Eigenschaften des zu spaltenden Öls, der Aktivität des Katalysators
und dem Grad der gewünschten Umsetzung. Im allgemeinen bewegt sich das Katalysatorquantum
zwischen o,5 und 20 Gewichtsteilen Katalysator auf 1 Gewichtsteil Ö1.
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Die Suspension strömt durch eine Siebplatte32, die sich im unteren
Teil der Reaktionskammer befindet und die Suspension gleichmäßig über den ganzen
Querschnitt der Reaktionskammer verteilen soll.
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Der Spaltkessel ist zweckmäßig so groß dimensioniert, daß die gewünschte
Umsetzung oder Umwandlung bei verhältnismäßig niedriger Geschwindigkeit, etwa von
o,I5 bis 3 m/Sek., stattfindet. Die relativ geringe Geschwindigkeit, mit der die
Gase
sich im Kreislauf bewegen, hat zur Folge, daß sich das Pulver
aus dem Gas abzusetzen geneigt ist.
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Es besteht daher ein beträchtlicher Schlupf zwischen den festen Teilchen
und den Dämpfen, so daß sich diese beiden Komponenten kontinuierlich vermischen.
Außerdem ist die Dichte der Suspension in der Reaktionszone wesentlich größer als
die des Stromes zur Reaktionszone oder der relativen Mengen von in die Reaktionszone
eingeführten Katalysatorteilchen und Öldämpfen. Die Dichte der Mischung in der Zone
ist wenigstens zweimal so groß wie die des Stromes zu dieser Zone. Mit anderen Worten:
Die Regelung der Gasgeschwindigkeit im Reaktor erfolgt unter Berücksichtigung von
Größe und Dichte der Katalysatorteilchen, so daß die Verweilzeit derselben in der
Spaltzone in diesem Fall erheblich größer ist als die der Ö1-dämpfe. Wenn beispielsweise
die Verweilzeit der dämpfe 5 bis 50 Sekunden beträgt, beläuft sich die der festen
Teilchen in der Spaltzone auf 10 Sekunden bis I Stunde oder mehr. Man kann daher
einen Reaktor von kleinerer und gedrängterer Bauart für eine Spaltanlage bestimmter
Kapazität verwenden und die Menge des umlaufenden Katalysatorpulvers herabsetzen.
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Die Geschwindigkeit der Öl dämpfe in der Spaltzone ist so groß, daß
sich das Pulver nicht vollständig absetzen kann; die gespaltenen Dämpfe können demnach
das Pulver aus der Spaltzone austragen.
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Die Suspension von Öldämpfen und Katalysator wird nach Durchgang
durch den Spaltkessel mittels Leitung 32 mit Venturidüse 33 abgeführt und gelangt
in einen ersten Zyklon 34, in dem das Pulver großenteils aus den Oldämpfen abgeschieden
wird. Der dort abgetrennte Katalysator fällt in den unteren Abschnitt 35; dieser
ist zweckmäßig so groß dimensioniert, daß er einen Reservevorrat für 5 bis I5 Minuten
bilden kann. Der Katalysator wird aus Trichter 35 durch Ventil 36 in den Strom eines
Entziehungsgases, z. B. Dampf, entleert, der durch Leitung 37 in einen Zyklon 38
zieht, der den oberen Teil eines zweiten Katalysatorspeichers 39 bildet. Der im
Zyklon 38 abgetrennte Dampf wird durch Leitung 41 entnommen und mittels Dampfinjektors
42 zur Einlaßseite des ersten Zyklons 34 durch Leitung 43 gedrückt.
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Durch Wiedereinführung des Katalysators in einen Dampfstrom in Leitung
37 sollen in erster Linie alle flüchtigen Ölbestandteile entfernt werden, die von
dem Katalysator nach der Abscheidung zurückgehalten werden. Statt Dampf können andere
inerte Gase, wie Stickstoff, Kohlendioxyd, Verbrennungsabgase usw., benutzt werden.
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Die Dämpfe, aus denen im ersten Zyklon 34 das Pulver großenteils
abgeschieden wurde, ziehen durch Leitung 44 zu einem zweiten Zyklon 45 und werden
dort weiter gereinigt. Letzterer kann in üblicher Weise in den oberen Abschnitt
des Katalysatorspeichers 39 eingebaut sein. Der im Zyklon 45 abgeschiedene Katalysator
kann unmittelbar in den Katalysatorspeicher 39 fallen. Spaltdämpfe aus dem zweiten
Zyklon 45 werden durch Leitung 46 einem dritten Zyklon 47 zur weiteren Abscheidung
von Pulver zugeführt. Der im dritten Zyklon 47 abgeschiedene Katalysator wird durch
Leitung48, die bis in den unteren Abschnitt des Katalysatorspeichers 39, d. h. bis
unter den Spiegel des Katalysators, reicht, entleert. Spaltdämpfe werden aus Zyklon47
durch Leitung 49 zu einer Fraktionier-oder Rektifiziervorrichtung (in der Zeichnung
nicht dargestellt) zwecks Gewinnung von Motorkraftstoff und dessen Abtrennung von
ungenügend gespaltenen Bestandteilen und normal gasförmigen Bestandteilen geführt.
Die Fraktionier- oder Rektifiziervorrichtung entspricht der üblichen Bauart.
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Der Einfachheit halber ist sie in der Zeichnung nicht dargestellt.
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Beschrieben und dargestellt wurden drei Zyklone, die in Serie geschaltet
sind, zur Abscheidung des Katalysatorpulvers aus den Dämpfen. An deren Stelle können
naturgemäß andere, gleichwertige Einrichtungen zum Zweck der Abscheidung von Feststoffen
aus Gasen benutzt werden.
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Wenn der Katalysator nicht vollständig aus den Öldämpfen vor deren
Eintritt in die Fraktionierkolonne abgeschieden wird, wird eine Fraktion mit engem
Siedebereich des Anfangskondensates, welches sich in der Fraktionierkolonne gebildet
hat und den Katalysatorrest enthält, mittels eines Abzapforgans od. dgl. abgetrennt
und durch Leitung 5I zur Einlaßseite des ersten Zyklons 34 zurückgeführt.
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Der im Speicher 39 angesammelte Katalysator wird in ein vertikales
Standrohr 52 entleert. Dieses besitzt zweckmäßig solche Höhe, daß der Katalysator
in den Strom des Regenerierungsgases unter einem Druck eingespeist wird, der den
Druckabfall im Regenerationsumlauf wenigstens aufwiegt.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, eine Katalysatorsäule
von solcher Höhe zu schaffen, daß ein Bodendruck entsteht, der den Katalysator in
den Strom des Regenerierungsgases einführt. Dies geschieht dadurch, daß das Pulver
im Standrohr durch Aufwirbelungsgas in aufgewirbeltem Zustand gehalten und dadurch
fließbar gemacht wird. Die Gas-Feststoff-Mischung verhält sich wie eine Flüssigkeit
und folgt vielen physikalischen Flüssigkeitsgesetzen. Als Aufwirbelungsgase werden
vorzugsweise inerte Gase, wie Dampf, Kohlendioxyd, Verbrennungsabgas, Stickstoff
od. dgl., verwendet, die an einer oder mehreren Stellen in gewissem Abstand voneinander
längs des Standrohres durch Leitungen 55, 56 und 57 eingeführt werden.
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Ventil 58 am unteren Ende von Standrohr 52 regelt die Menge des Katalysatorabzuges.
Ein Gleitventil üblicher Bauart, das zur Regelung der lichten Weite der hoffnung,
welche das Pulver passiert, eingestellt wird, ist hierfür geeignet; man kann sich
aber auch anderer Ventilarten bedienen.
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Das Ventil wird von Hand betätigt oder arbeitet selbsttätig, indem
es etwa durch den Stand der Katalysatorsäule in Trichter 39 eingestellt wird.
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Nach der schematischen Darstellung in der Zeich-
nung
wird das Ventil mittels Organ 59 durch den Stand in Trichter 39 eingestellt.
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Um die Möglichkeit auszuschalten, daß Regenerierungsgas in das Standrohr
eindringt und sich mit Öldämpfen mischt, wird als Sicherheitsmaßnahme zweckmäßig
ein zweites Ventil eingebaut. Letzteres schließt sich selbsttätig, wenn der Spiegel
des Katalysators im Trichter 39 unter einen bestimmten Grenzwert fällt, oder schließt
sich selbsttätig, wenn der Druck unter dem Ventil 58 sich dem Druck über diesem
Ventil nähert oder gleich wird.
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Der von den Spaltprodukten abgetrennte verbrauchte Katalysator wird
in dem Strom eines Regenerierungsgases, welches durch Leitung 65 in die Anlage aufgegeben
wird, z. B. Luft oder durch ein inertes Gas, wie Dampf, Kohlendioxyd, Stickstoff
od. dgl., verdünnte Luft, eingeführt. Dieses Gas wird unter genügendem Druck durch
ein Gebläse oder eine ähnliche Einrichtung (in der Zeichnung nicht dargestellt)
eingeblasen, der den Strom aus Gas und Katalysator durch den Regenerierungskreislauf
drückt. In Leitung 66 bildet sich eine Suspension von Regenerierungsgas und zu regenerierendem
Katalysator und strömt durch Leitung67 in den Regenerator 68 (Fig. I), der konstruktiv
der Spaltkammer 29 entspricht.
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Regenerator 68 ist auch vorteilhaft so dimensioniert, daß die Suspension
verhältnismäßig langsam hindurchströmt, so daß ein beträchtlicher Schlupf zwischen
Pulver und Gasen entsteht. Die Gasgeschwindigkeit ist aber größer als die mittlere
Absetzgeschwindigkeit, so daß der Katalysator von den Gasen durch das Regenerierungssystem
getragen werden kann. Folglich ist wie in Spaltkammer 29 die Verweilzeit des Katalysators
in der Regenerationszone wesentlich größer als die des Regenerierungsgases. Die
Suspension von Katalysatorpulver und Regenerierungsgas wird beim Eintritt in den
Regenerator 68 mit gekühltem regeneriertem Katalysator gemischt, der durch Leitung
69, wie noch weiter unten beschrieben wird, eintritt. Der Zusatz des regenerierten
Katalysators wird entsprechend eingeregelt, um die Temperatur im Regenerator unter
einem Wert zu halten, welcher der Aktivität des Katalysators fortlaufend Abbruch
tun würde. Letzterer wird beim Durchgang durch den Regenerator oxydiert; hierbei
verbrennen kohleartige Abscheidungen, die sich beim Spalten abgeschieden haben.
Die den Regenerator 68 verlassende Suspension aus regeneriertem Katalysator und
Gas wird über Leitung 7I einem ersten Zyklon 72 zugeführt, in dem sich die Hauptmasse
des Katalysators von dem Regenerierungsgas abscheidet.
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Die Dichte des die Leitung 7I passierenden Stromes läßt sich nach
dem Druckabfall in einer Venturidüse 73 bestimmen; diese Messung kann zur Regelung
der Strömung durch den Regenerator 68 benutzt werden.
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Es wurde gefunden, daß z. B. der Druckabfall auf dem Wege durch die
Venturidüse von der Dichte des diese Düse passierenden Stromes aus Gasen und Feststoffen
abhängt. Die Verwendung geeigneter Anzeigeorgane für den Druck, die der Einfachheit
halber in der Zeichnung nicht dargestellt sind, für die Bestimmung des Druckabfalls
auf dem Wege durch die Venturidüse bildet ein geeignetes Mittel zur Einstellung
der Konzentration des festen Kontaktmaterials im Dampfstrom.
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Der in dem ersten Zyklon 72 abgetrennte regenerierte Katalysator
wird in einen Speicher 74 entleert. Zu diesem Zweck ist der Zyklon 72 in den oberen
Abschnitt des Speichers eingebaut, wie zeichnerisch dargestellt ist. Das Regenerierungsgas
zieht aus Zyklon 72 durch Leitung 75 ab und gelangt in einen zweiten Zyklon 76,
in dem zusätzlich Katalysator abgeschieden und durch Leitung 77 ausgetragen wird,
dessen unteres Ende bis unter den Katalysatorspiegel im Speicher 74 reicht.
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Die Regenerierungsgase kommen aus dem zweiten Zyklon 76 durch Leitung
78 in einen dritten Zyklon 79, in dem nochmals regenerierter Katalysator abgeschieden
wird.
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Letzterer wird durch Leitung 8I in den Speicher 74 an einer Stelle
unterhalb des Katalysatorspiegels eingeführt. Die hier gewählte Anordnung, daß die
Entleerungsrohre 77 und 8I unter dem Katalysatorspiegel im Speicher enden, sichert
einen Verschluß, der den Übertritt von Gas aus dem Katalysatorspeicher in umgekehrter
Richtung durch den zweiten und dritten Zyklon verhindert.
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Das Regenerierungsgas kommt aus dem dritten Zyklon 79 über Leitung
82 in den Wärmeaustauscher II und gibt dort Wärme an das zu spaltende frische 01
ab, wie oben auseinandergesetzt wurde, bzw. tritt, allgemein gesagt, in Wärmeaustausch
mit dem zu spaltenden Frischöl. Der Vorteil des Wärmeaustauschers 11 besteht nicht
nur in der Vorwärmung des Öls, sondern auch in der Abkühlung der Regenerierungsgase
in dem Maße, daß diese einem Elektrofilter zur restlosen Entfernung des pulverförmigen
Materials zugeführt werden können. Beispielsweise wird das Regenerierungsgas im
Wärmeaustauscher II vor Eintritt in das Elektrofilter von etwa 5400 C auf etwa 3700
C abgekühlt.
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Regenerierungsgas wird nach Durchgang durch Wärmeaustauscher II über
Leitung 83 einem Elektrofilter 84 üblicher Bauart zur weiteren Reinigung zugeführt,
bevor es nach außen abgelassen wird.
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Der dort ausgefällte Katalysator läuft durch Leitun 85 in den Speicher
74 an einer Stelle unterhalb des Spiegels. Die mittels Zyklone und Elektrofilter
gereinigten Regenerierungsgase verlassen die Anlage durch Leitung 86, gegebenenfalls
nach Abgabe von Wärme an einen Abwärmekessel oder eine andere Einrichtung zur Rückgewinnung
von Wärme.
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Der im Speicher 74 angesammelte regenerierte Katalysator wird kontinuierlich
in ein Paar Standrohre 87 und 88 entladen. Letztere sind so hoch ausgebildet, daß
der auf der Bodenfläche lastende Druck den Katalysator in den Strom der zu spaltenden
Öldämpfe fördert, der seinerseits den Druck-
abfall in der Spaltanlage
wenigstens ausgleichen muß.
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Damit die Standrohre druckwirksam sind, muß der Katalysator in ihnen
frei fließbar gehalten werden. Dies geschieht durch Einführung eines Gases an einer
oder mehreren Stellen der Standrohre 87 und 88 in gewissen Abständen voneinander
durch Rohre go bis 93 bzw. 94 bis 96.
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Der Katalysator im Standrohr 88 ist zur Rückführung in den Spaltkreislauf
bereit. Zu diesem Zweck trägt dieses Standrohr am Boden ein Ventil 97, welches den
Katalysatorzufluß in den Strom der Öldämpfe in Leitung 27 regelt.
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Ventil 97 regelt die gewünschte Konzentration des Katalysators in
dem Ölstrom, gemessen an dem Druckabfall auf dem Wege durch die Venturidüse 33,
wie bereits im Zusammenhang mit der Venturidüse 73 in Leitung 71 für den Strom des
Regenerierungsgases ausgeführt wurde.
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Ein zweites oder Sicherheitsventil 99 am Boden des Standrohres 88
schaltet die Möglichkeit aus, daß dämpfe aus Leitung 27 in das Standrohr 88 eindringen
und sich mit dem Regenerierungsgas vermischen. Zu diesem Zweck kann Ventil 99 so
eingerichtet sein, daß es sich automatisch schließt, wenn der Spiegel im Standrohr
88 oder Katalysatorspeicher 74 unter einen bestimmten Grenzwert absinkt oder wenn
die Druckdifferenz auf beiden Seiten des Ventils 97 einen Mindestwert erreicht.
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Der im Standrohr 87 befindliche Katalysator ist zur Rückkehr in die
Regenerationskammer bereit, um die Temperatur dort zu regeln.
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Zu diesem Zweck geht ein Teil des Katalysators aus Standrohr 87 durch
Ventil 103 und Leitung 104 in den Kühler I3, tritt in Wärmeaustausch mit dem zu
destillierenden und zu spaltenden Frischöl und kehrt von dort in die Regenerierungszone
68 zurück. Im Bedarfsfall umgeht ein Teil des zur Regenerationszone zurückkehrenden
Katalysators den Kühler I3 auf dem Wege durch Ventil 105 und Leitung Io6. Luft oder
ein anderes Regenerierungsgas kann durch Leitung 107 in den Strom des regenerierten
Katalysators, der durch Kühler I3 umläuft, und bzw. oder durch Leitung 108 in Leitung
io6 unter Umgehung des Kühlers eingeführt werden, um als Träger für den rückzuführenden
Katalysator zu dienen.
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Durch Regelung des Mengenverhältnisses von gekühltem und ungekühltem
regeneriertem Katalysator, der durch die Leitungen 104 und Io6 in die Regenerationskammer
zurückläuft, kann man die Temperatur in dieser Kammer sicher beherrschen.
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In vielen Fällen überschreitet die Wärmemenge, die aus dem Katalysator
während der Regeneration abgeleitet werden muß, den Wärmebedarf für die Vorwärmung
der Ölbeschickung auf die gewünschte Temperatur. Aus betriebstechnischen Gründen
ist es ferner empfehlenswert, das Öl in die Verdampfungsschlange I6 mit gleichbleibender
Temperatur, ohne Rücksicht auf die in der Regenerationszone entwickelte Wärmemenge,
einzuführen.
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Wie in der Zeichnung dargestellt ist, kommt ein Teil des Öls, welches
den Wärmeaustauscher I3 passiert hat, durch Leitung I I I in einen Abwärmekessel
II2 zur Kühlung und Entwicklung von Dampf. Das Öl kehrt nach Durchgang durch Kessel
112 auf die Zulaßseite des Wärmeaustauschers 13 mittels Pumpe 113 und Leitung 114
zurück.
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Durch Regelung der den Kessel 112 passierenden Ölmenge kann eine
gleichbleibende Temperatur der in die Verdampfungsschlange I6 fließenden Beschickung
aufrechterhalten werden, ohne den Abkühlungseffekt in dem Katalysatorkühler I3 zu
beeinflussen.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung dienen nachstehende Beispiele.
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Reduziertes Rohöl wird zur Behandlung in die Anlage durch Leitung
10 eingeführt und im Wärmeaustauscher 11 von der Anfangstemperatur von etwa 205
bis 2350 C auf etwa 235 bis 2600 C und im Katalysatorkühler I3 auf etwa 340 bis
4000 C, gewöhnlich etwa 3700 C, vor Eintritt in den Verdampfer I6 erhitzt. Das Öl
wird auf dem Wege durch Verdampferschlange I6 auf etwa 425 bis 4850 C, gewöhnlich
etwa 4550 C, erhitzt und fließt dann in das Scheidegefäß, wo 60 bis 95010 dampfförmig
abziehen. Die Dämpfe passieren einen Überhitzer und werden dort weitererhitzt auf
etwa 455 bis 5100 C, vorzugsweise etwa 4800 C.
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Die Öldämpfe müssen unter einem Druck stehen, der den Widerstand
im Spaltkreislauf und in der Fraktionierungseinrichtung überwindet. In einer Spaltapparatur
betriebsüblicher Größe genügt bei Verwendung der oben beschriebenen Bauart des Reaktors
gewöhnlich ein Druck von 1 Atm.
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Als Katalysator zur Einführung in den Strom der dämpfe kann man sich
irgendeines aktiven Spaltkatalysators bedienen, z. B. aktiver Naturtone oder aktivierter
Tone, namentlich sauer behandelter Tone bzw. synthetischer Gele oder anderer adsorptionsfähiger
Katalysatoren von der gleichen oder verschiedener chemischer Zusammensetzung, beispielsweise
synthetischer Kieselsäure-Tonerdegele, Kieselsäure-Magnesiagele und Gemische derselben.
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Man führt in die dämpfe etwa 0,I bis 20 Gewichtsteile Katalysator
auf 1 Gewichtsteil Öl ein.
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Bei der Verwendung von sauer behandelten Bentonittonen beläuft sich
das Verhältnis auf 4: I. Die Temperatur des in den Ölstrom eingeführten Katalysators
entspricht vorzugsweise im wesentlichen der Regenerierungsendtemperatur von etwa
535 bis 5950 C. Die Gleichgewichtstemperatur von Katalysator und Öldämpfen stellt
sich auf etwa 485 bis 5350 C Die Höhe des Standrohres 88, das den Ölstrom mit dem
Katalysator beschickt, muß ausreichen, um einen für die Einführung des Katalysators
in den Strom der Dämpfe genügenden Druck zu entwickeln.
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Wenn aktivierter Ton als Katalysator benutzt und die Säule durch
Zusatz eines fließbar machenden Gases längs dem Standrohr fließbar gemacht wird,
werden 1,2 bis I,8m/o,45kg Druck an fließendem Katalysator benötigt. Wenn die 01-dämpfe
unter einem Druck von I Atm. stehen und
der Druck an der Spitze
des Standrohres 88 0,2 Atm. beträgt, ist die Mindesthöhe des Standrohres etwa I5,24
m, zweckmäßig 30,48 m oder mehr. Um den Zusatz des Katalysators in den 01-strom
genau überwachen zu können, muß eine Druckdifferenz durch das Kontrollventil 97
hindurch von o,I36 bis 0,34 Atm. aufrechterhalten werden.
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Die Geschwindigkeit des ÖIstroms auf dem Wege durch die Spaltzone
29 beträgt vorzugsweise weniger als 2,44 m/Sek., beispielsweise etwa 0,6I m/Sek.
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Bei Einhaltung derart geringer Geschwindigkeiten ist die Konzentration
des Katalysators in der Reaktionszone wesentlich größer als die des Katalysators
in dem zur Reaktionszone ziehenden Strom.
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Wenn beispielsweise die Geschwindigkeit der Öldämpfe auf o,6, m/Sek.
eingestellt ist, kann die Konzentration des Katalysators in der Spalt zone auf 4,5
kg/28,3 1 ansteigen. Unter solchen Betriebsbedingungen beläuft sich die Verweilzeit
des Katalysators in der Reaktionszone auf etwa 3 Minuten, die der dämpfe auf etwa
10 Sekunden.
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Die Spaltdämpfe und der verbrauchte Katalysator kommen in den ersten
Zyklon mit einer Temperatur von etwa 455 bis 5Io0 C. Der Druckabfall von der Stelle
ab, wo der Katalysator in die Ö1-dämpfe eingespeist wird, durch die Spaltkammer
bis zum ersten Zyklon, wo der Katalysator abgeschieden wird, beträgt etwa 0,34 Atm.
Solchenfalls stehen die Öldämpfe auf dem Wege zur Fraktionierkolonne unter einem
positiven Druck von etwa o,68 Atm. Zusätzlicher Druck für die Fraktionierung und
Stabilisierung wird folglich nicht benötigt.
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Die Höhe des Standrohres 52, welches den Katalysator in das Regenerierungsgas
einspeist, muß einen so hohen Druck auf die Grundfläche ausüben, daß der verbrauchte
Katalysator in den Strom des Regenerierungsgases eingeführt wird, der seinerseits
so druckwirksam sein muß, - daß das Gemisch durch den Regenerationskreislauf gefördert
wird.
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Dieser Druck kann beispielsweiseo,82his 1,02 Atm. betragen. Wenn der
Druck auf dem Speicher 39 o,68 Atm. ausmacht, beträgt die Höhe des Standrohres 52
9,I4 bis 18,29 m, um eine genügende Druckdifferenz auf dem Wege durch die Kontrollventile
zu gewährleisten.
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Katalysator und Regenerierungsgas werden auf dem Wege zur Regenerierungskammer
68 mit gekühltem regeneriertem Katalysator, der durch Standrohr 87 und Kühler I3
rückläuft, in solchen Mengen gemischt, daß di e die Gleichgewichtstemperatur des
in den Regenerator eingeführten Gemisches etwa 4800 C beträgt. Die Temperatur wird
durch die Katalysatormenge, die über den Kühler zurückläuft, und die Menge, die
unter Umgehung des Kühlers zurückläuft, geregelt, um zu verhindern, daß die Temperatur
in dem Regenerator den Punkt überschreitet, bei dem das Gebiet bleibender Schädigung
der Aktivität des Katalysators beginnt. Bei Verwendung aktivierter Tone beläuft
sich die zulässige Höchsttemperatur im Regenerator auf etwa 5650 C.
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Die Geschwindigkeit des Regenerierungsgases im Regenerator kann sich
mit der der Öldämpfe im wesentlichen decken, welche die Spaltzone durchlaufen, d.
h. etwa 0,3 bis 2,44 m/Sek. betragen.
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Die Verweilzeit des Katalysators im Regenerator beträgt dann I,5
Minuten, die des Regenerierungsgases 2 bis 60 Sekunden.
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Die Suspension von regeneriertem Katalysator und Regenerierungsgas
wird in den Zyklonen und Elektrofiltern bei etwa Regenerierungstemperatur, d. h.
bei etwa 535 bis 5950 C, zerlegt.
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Die Höhe von Standrohr 87, welches der Rückleitung von Katalysator
durch Kühler 13 in den Strom des unregenerierten Katalysators auf dessen Weg zum
Regenerator dient, soll so eingestellt werden, daß der Druckabfall auf dem Wege
durch den Kühler, den Regenerator und die Verbindungsleitungen überwunden wird.
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Es sei hier erwähnt, daß der Umlauf des Pulvers von dem höchsten
Punkt zurück zu diesem dadurch ermöglicht wird, daß die Dichte des steigenden Stroms
niedriger ist als die des fallenden Stroms.
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Der durch die Standrohre und die darüberliegenden Trichter erzeugte
Druck läßt sich durch die Formel DP = dh ausdrücken, in der DP den Differenzialdruck,
d die Dichte des Materials und h den Abstand zwischen Spitze und Grundfläche bedeutet.
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Um das Pulver in der Anlage umlaufen zu lassen, muß d1 111 größer
sein als d2 d2h2, wobei d1 h1 Dichte und Höhe des Materials in dem fallenden Strom
der Standrohre, d2 h2 Dichte und Höhe des Materials in dem steigenden Strom bedeutet,
auf dem Wege durch den Reaktor oder Regenerator nebst Verbindungsleitungen. Die
Dichte des steigenden Stroms wird unter der Dichte des Materials in den Standrohren
gehalten, indem man Reaktions- oder Regenerationsgas dem steigenden Strom zuführt.
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Zu dem gleichen Erfolg kommt man auch durch Erwärmung des steigenden
Stroms.
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Damit das Pulver einen eigenen Spiegel besitzt und sich auch anderweitig
wie eine Flüssigkeit verhält, muß es im Zustand feiner Verteilung sein und jedes
Teilchen zweckmäßig von einem Gasfilm umhüllt sein. Die Teilchengröße liegt vorteilhaft
unter 74 Mikron.
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Im einzelnen beschrieben wurde die Erfindung für die katalytische
Spaltung von Kohlenwasserstoffölen, für die sie sich besonders eignet. Die gleichen
allgemeinen Verfahrensmaßnahmen sind aber auch auf andere Arten von Kohlenwasserstoffreaktionen,
gegebenenfalls in Gegenwart eines von außen eintretenden Gases, z. B. Wasserstoff,
anwendbar, wobei die besonderen Arbeitsbedingungen gewöhnlich von den beschriebenen
abweichen.
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Bei der Reformierung von Benzin zur Verbesserung der Octanzahl kann
der Katalysator ein zweckmäßig adsorptionsfähiger Träger, wie Tonerde oder Magnesia,
sein, der Oxyde oder Sulfide der Metalle der Gruppe III bis VIII, vorzugsweise der
Gruppe VI, enthält. Der Tempe-,raturbereich beträgt etwa 480 bis 7600 C, die Kontaktzeit
2 bis 60 Sekunden, der Druckbereich I bis 27,2 Atm.
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Die Anlage kann unter beliebigem Druck betriehen werden, wenn der
durch die Standrohre erzeugte Druck den Druckabfall in der Anlage überwindet.
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Bei der Verwendung von Wasserstoff für die Reformierung müssen Maßnahmen
für die Rückleitung üherschüssigen Wasserstoffs getroffen werden.
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Wenn man sich des Verfahrens zur Dehydrierung von Gasen bedient,
kann der gleiche allgemeine Katalysatortypus wie bei der Reformierung angewandt
werden. Die Temperatur kann etwas höher, etwa 370 bis 7600 C, der Druck etwas niedriger
liegen, und zwar das Gebiet von unteratmosphärischem Druck bis 13,6 Atm. abdecken.
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Bei der Alkylierung von Olefinen mit Seitenkettenparaffinen verwendet
man aktive Alkylierungskatalysatoren, namentlich ein komplexes Natriumaluminiumchlorid.
Der Druck liegt hierbei in der Größenordnung von 34 bis 204 Atm.
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Bei Verfahren zur Isomerisation von Paraffinen mit gerader Kette
zu solchen mit verzweigter Kette kann Natriumaluminiumchlorid, wasserfreies Aluminiumchlorid
oder Borfluorid als Katalysator in adsorptiver Bindung an adsorptionsfähige Träger,
wie aktive Kohle, natürliche oder aktivierte Tone, synthetische Gele od. dgl., gebraucht
werden. Die Temperatur beträgt etwa 93 bis I50° C, der Druck I bis 20,4 Atm.
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Für die Isomerisierung von Olefinen sind aktivierte Tone, Bauxit
und aktivierte Tonerde als Katalysatoren sowie Temperaturen von etwa 300 bis 5400
C zu nennen.
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Bei der katalytischen Raffinierung von Kohlenwasserstoffen zur Entfernung
harzbildender Bestandteile, Schwefel und anderer Verunreinigungen können aktivierte
Tonerde, Tonerdegele, natürliche aktive oder aktivierte Tone, gegebenenfalls in
Anwesenheit anderer Metalloxyde als Katalysatoren, Anwendung finden. Die Arbeitstemperatur
liegt hierbei unterhalb der aktiven Spalttemperatur, nämlich bei etwa 205 bis 2450
C.
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Für die Durchführung von Hydrierungsreaktionen werden Drücke von
etwa 2OAtm. aufwärts angewandt. DasTemperaturgebiet liegt oberhalb von etwa 3700
C bei Benutzung von Katalysatoren aus feinverteiltem Nickel, Wolfram, Molybdän oder
deren Oxyden und Sulfiden. Auch andere bekannte Hydrierungskatalysatoren können
Anwendung finden.
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Bei einigen Abarten katalytischer Spaltverfahren oder anderen Verfahren,
die sich der Erfindung bedienen, kann die bei der Regeneration entwickelte Wärmemenge
verhältnismäßig klein und der Bereich der erwünschten Regenerierungstemperatur vom
Einlaß bis zum Auslaß verhältnismäßig groß sein; es ist dann ratsam, den Strom des
fließbar gemachten gebrauchten Katalysators vor Einführung in den Regenerator zu
kühlen und von dem Rücklauf regenerierten Katalysators aus dem Standrohr zum Regenerator
abzusehen.
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Gelegentlich mag es sogar empfehlenswert sein, den regenerierten
Katalysator, der in den Reaktor zurückläuft, eher zu erwärmen als zu kühlen.
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Bei einigen Verfahren, die sich der Erfindung bedienen, kann die
in der Behandlungsstufe absorbierte Wärmemenge verhältnismäßig groß und der Bereich
der erwünschten Arbeitstemperatur vom Einlaß bis zum Auslaß verhältnismäßig klein
sein; es empfiehlt sich dann, zusätzlich zu der oben besdlriebenen Vorrichtung eine
nicht dargestellte Einrichtung für Rückleitung von Katalysator aus dem Standrohr
für verbrauchten Katalysator über indirekte Wärmeaustauscher oder andere Einrichtungen
(zur Einführung von Wärme in den Strom) in den Reaktor einzubauen.
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Die Desorbierung des im Zyklon 34 abgeschiedenen Katalysators kann
vielfach fortbleiben.