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Verfahren zum pneumatischen Fördern körniger Feststoffe
Die Erfindung
betrifft die Betriebsweise eines pneumatischen Förderers, der zum Heben eines körnigen
Kontaktstoffes benutzt wird und der insbesondere für Anlagen zur fortlaufenden katalytischen
Behandlung von Kohlenwasserstoffen bestimmt- ist, bei denen der körnige Kontaktstoff
in einem geschlossenen Kreislauf durch Umwandlungs und Regenerierungszonen bewegt
wird.
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Die Erfindung kann beispielsweise beim katalytischen Kracken, bei
der Isomerierung, Hydrierung, Dehydrierung, Reformierung, Hydroformierung, Aromatisierung,
Alkylierung, Zyklisierung oder Entschwefelung von Erdölfraktionen, beim Verkoken
von Kohlenwasserstoffen in Gegenwart von körnigem Koks oder hitzebeständigen festen
Teilchen, bei der Viskositätserniedrigung von Erdölrückständen, bei erhöhten Temperaturen,
bei pyrolytischen Umwandlungsverfahren, wie beispielsweise der Umwandlung von Propan
und Äthan in ungesättigte Kdhlenwasserstoffe und von Methan in Acetylen, angewendet
werden.
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Je nach dem Verwendungszweck können die verschiedensten Kontaktstoffe
benutzt werden, und zwar in Form von Körnern, Kugeln, Tabletten, Pillen oder unregelmäßig
geformten Körpern, soweit sie nicht pulverförmig sind. Im Rahmen der Erfindung kommen
Teilchengrößen von ungefähr 0,13 bis I2,7 mm und vorzugsweise von ungefähr 4,7 bis
0,83 mm in Betracht. Das Schüttgewicht kann im Bereich von 0,32 bis 2 g/cmS liegen.
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Bei kontinuierlich arbeitenden katalytischen Krackanlagen wird der
körnige Kontaktstoff im Kreislauf durch eine Umwandtungszone und eine Regenerierungszone
geführt, wobei er in Form einer kompakten Säule durch Schwerkraft absinkt.
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Bis vor kurzem wurden ausschließlich kontinuierlich arbeitende Becherwerke
benutzt, um den Katalysator nach Durchlauf durch die Zonen zu heben. Bei diesen
mechanischen Elevatoren ist jedoch die Höhe der Anlage und die Menge des umlaufenden
Katalysators praktisch sehr begrenzt.
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Deshalb mußten diese katalytischen Krackanlagen mit nebeneinanderliegenden
Reaktions- und Regenerierungsgefäßen arbeiten, benötigten daher zwei Elevatoren
und erzielten nur verhältnismäßig geringe Katalysatorumlaufgeschwindigkeiten. Es
wurde als wünschenswert gefunden, die Katalysatorumlaufgeschwindigkeiten zu erhten'-,-
ffi dadurch eine Vereinfachung anderer Teile der Anlage, insbesondere des Regenerierungsgefäßes,
zu ermöglichen und das Reaktionsgefäß und das Regenerierungsgefäß senkrecht übereinander
anzuordnen, so daß nur ein einziger Katalysatorfördervorgang je Umlauf erforderlich
wird. Dies konnte praktisch nur durch pneumatische Förderer erreicht werden, die
sich jedoch nicht einführen konnten, weil sie einen sehr hohen Katalysatorabrieb
und -bruch verursachten und die Förderung einen äußerst hohen Leistungsverbrauch
hatte. Neuerdings sind Förderer entwickelt worden, die eine praktisch befriedigende
pneumatische Förderung des körnigen Kontaktstoffes ermöglichen, und zwar zum Teil
durch feine Regelung der Gasgeschwindigkeiten an verschiedenen Stellen längs des
Hebers. Diese Heber bestehen im wesentlichen aus einer fortlaufenden senkrechten
Hebeleitung, die an beiden Enden offen ist und mit den Enden in Speise- und Abgabezonen
hinein ragt und hier zwischen den Oberen und unteren Enden jeder Zone mündet. Der
Kontaktstoff sinkt durch Schwerkraft in die Speisezone am unteren Ende des Hebers
als praktisch kompakte Masse. Bei einer bevorzugten Form des Gashebers wird ein
Fördergas in die Zone in zwei Strömen, einem Primär- und einem Sekundär-Gasstrom,
eingeführt. Der Primär-Gasstrom wird von einer Stelle dicht am unteren Ende des
Hebers so eingeführt, daß er in die Hebeleitung gelangt, ohne durch die Masse des
kompakten Stoffes hindurchzugehen, und zwar gewöhnlich direkt unterhalb des Hebers.
Der Sekundär-Gasstrom wird an einer oder mehreren Stellen zugeführt, die seitlich
von der Mittelachse des Hebers entfernt liegen, und geht durch eine wesentliche
Kontaktstoffschicht in der Speisezone hindurch. Die Aufgabe des Primär-Gasstroms
besteht darin, die körnigen Teilchen durch die Hebeleitung nach oben in die Abgabezone
zu fördern. Die Aufgabe des Sekundär-Gasstroms ist die Regelung der Umlaufgeschwindigkeiten
der Teilchen, indem diese in den Primär-Gasstrom der Hebeleitung eingedrückt werden.
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Es wurde gefunden, daß sich ein Rückflußzustand einstellt, durch
den die Wirksamkeit des Hebers leidet, wenn die Geschwindigkeit der festen Teilchen
in der Hebeleitung zu klein ist. Ist dagegen die Geschwindigkeit des Katalysators
im Heber zu hoch, so wird der fontänenartige Austritt des KatalysaRors aus dem oberen
Ende der Hebeleitung in die Abgabezone hinein zu hoch und die Wirksamkeit des Hebers
ist ebenfalls unzureichend.
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Wird der Katalysatorumlauf durch eine bestimmte Stärke des Sekundär-Gasstroms
festgelegt, so regelt der Gesamtgasstrom die Geschwindigkeit des Katalysators in
der Hebeleitung und folglich auch die Höhe der Austrittsfontäne in der Abgabezone
am oberen Ende der Leitung. Eine zu kleine Gasgeschwindigkeit ergibt einen Zustand
des Aufwellens. Wird die Gasgeschwindigkeit erhöht, indem die Stärke des Primär-Gasstroms
erhöht wird, so hört das Aufwellen auf, und die Geschwindigkeit des Katalysators
und die Höhe der Austrittsfontäne erhöht sich.
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Es wurde nun gefunden, daß der Gasheber am wirksamsten arbeitet,
wenn ein Zustand schwachen Rückflusses, d. h. beginnenden Rückflusses, in der Hebeleitung
vorliegt, und daß sich dieser Zustand durch Druckablesungen an einem Zwischennivean
in der Hebeleitung, vorzugsweise in den oberen zwei Dritteln derselben, feststellen
läßt. Erfindungsgemäß wird also die Druckablesung dazu benutzt, den Heber mit Spitzenleistung
zu betreiben.
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Man ist an sich durchaus bestrebt, einen Gasheber unter möglichst
konstanten Bedingungell so wirtschaftlich wie möglich zu betreiben. In dieser Hinsicht
wurde empfohlen, die Abgase aus 4em Regenerierungsgefäß als Fördergas zu benutzen.
und es wurden auch bestimmte Geschwindigkeitsbereiche als zweckmäßig angegeben.
Für eine bekannte Anlage ist festgestellt worden. daß der Gasförderer mit hohem
Ävirkungsgrad und niedrigerem Abrieb arbeitet, wenn die Du.rchschnittsgeschwindigkeit
über etwa 3 m/s und unter etwa 18 m/s liegt, wobei Werte zwischen etwa 6 und Y2
m/s bevorzugt werden.
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Abgesehen davon. daß es sich hierhei noch um ziemlich weite Bereiche
handtellt. kann aus diesen Angaben die Lehre der Erfindung, die erwähnte Druckahlesunlg
zur Einstellung der Spitzenleistung zu benutzen, nicht entnommen werden.
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Der wesentliaclhie Fortschritt der Erfindung zeigt sich besonders
hei einem Verglleicql der Aieriiel)-werte bisher ausgeführt er Anlagen mit den Werten
einer Anlage gemäß der Erfindung. Für bekannte Anlagen werden in Veröffentlichungen
Ahrieb"erte von 0,055 bzw. 0,073% genannt, wogegen sich bei einer Anlage gemäß der
Erfindung, wie aus dem in der nachfolgenden Beschreibung noch erläuterten Ausführungsbeispi.el
hervorgeht ein Abrieb von nur 0.018% ergibt Durch die Möglichkeit, mittels dor Druckablesung
die Spitzenleistung einzustel'l,n. wird also der Abrieb gegenüber der bisherigen
Arbeitswei-se auf ein Drittel bis ein Viertel herahgesetzt, was für den praktischen
Betrieb wirtschaftlfch einen sehr großen Vorteil darstellt.
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Es ist zwar hei Versuchen mit einem Gasgeber auch ein Abrieb von
0,OI bis 0,02 % ermittelt worden. Diese Angaben haben sich aber bei der
praktischen
AuslfühSrung der entsprechenden Anlagen nicht bestätigt. Zu berücksichtigen ist,
daß der für die Erfindung ermittelte Abriebwert von beispielsweise O,OI88/o den
Gesamtumlau£ des Katalysators betrifft, wobei also auch der Abrieb beim Durchlauf
durch das Reaktions- und Kegenerierungsgefäß sowie Nebenleitungen eingesch,losson
ist, während bei der versuchsweisen Erprobung der Abriehwbert von 0,OI bis 0,020/0
nur auf die Hebeleitung allein bezogen war.
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Schließlich sind noch Laborversuche bekannt. um pulverförmige Stoffe
in flu,idfisiertem Zustand zu untersuchen. Diese aufgewirbelten Stoffe verhalten
sich hekanntlich ähnlich wie Flüssigkeiten.
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Für die Untersuchungen bzw. Messungen des Druckabfalles usw. wurde
ein (-ilasSrohr mit einer Länge voll II2 cm und einem Innendurchmesser von 44 mm
benutzt, das zwei waagerechte Abbiegungen hatte. Abgesehen davon, daß die Verhältnisse
bei fluidisierten Stoffen nicht auf die Förderung von körnigen Stoffen. die beispielsweise
Erbsengröße halten und jedenfalls nicht pulverförmig sind. nicht übertragen werden
können, lassen sich aus Untersuchungen an einem etwa I m hohen Glasrohr keine Schlüsse
für Anlagen ziehen. bei denen die Hebeleitung ei neu Höhenunterschied von beispielsweise
70 m zu überwinden hat und - Kontaktstoffmengen von etwa 300 bis 400 t/h gehoben
werden müssen.
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In der Zeichnung ist Fig. I eine Seitenansicht einer Umwandlungsanlage
mit Kreislaufsystem, Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines pneumatischen
-Förderers mit der Gasspeisung und automatischen Vorrichtung, um den Heber mit optimaler
Wirksamkeit zu betreiben, Fig. 3 eine Seitenansicht eines Gashebers mit einer abgeänderten
Ausführung der Gasspeisung und der automatischen Vorrichtung, um den Heber mit optimaler
Wirksamkeit zu betreiben, Fig. 4 eine Seitenansicht eines Gashebers mit einer abgeänderten
Ausbildung der Erfindung, Fig. 5 ein typisches Druck-Zeit-Diagramm, das durch Aufzeichnung
des statischen Drucks an einem Zwischenniveau der Hebeleitung bei einer Anlage zum
Kracken von Kohlenwasserstoffen mit bewegtem Katalysator innerhalb einer 24stündigen
Periode aufgenommen wurde.
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In Fig. I ist eine typische Anwendung der Erfindung auf ein kontinuierliches
Krackverfahren mit im Kreislauf bewegtem Katalysator dargestellt.
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Für dieses Kraokverfahren wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung
kein Schutz beansprucht.
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Das Reaktionsgefäß 10 enthält ein bewegtes kompaktes Katalysatorbett
und ist in bekannter Weise innen so eingerichtet, daß der gleichmäßige Fluß, der
Kontakt und das In- und Außerberübrungsbringen des Katalysators und des reagierenden
Kohlenwasserstoffs gewährleistet ist. Der Katalysator tritt in das Reaktionsgefäß
durch ein Speiserohr in ein, in dem er durch Schwerkraft nach unten sinkt, und wird
aus dem Reaktionsgefät; durch zwei oder mehrere Auslässe 12 und I3 abgezogen, von
denen aus er durch Zweigleitungen I4 in das Regenerierungsgefäß 15 geleitet wird.
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Verdampfter Kohlenwasserstoff tritt oben in das Reaktionsgefäß durch
Leitung 17 ein. Das eingeführte Ö1 kann in einer nicht dargestellten Heizvorrichtung
vorerhitzt sein. Ein geeigneter hochsiedender flüssiger Kohlenwasserstoff wird in
das Reaktionsgefäß durch die Leitung8 eingeführt, und zwar entweder kalt oder in
vorerhitztem Zustand. Die Spaltprodukte können unten aus dem Reaktionsgefäß durch
die Leitung 20 abgezogen werden. Ein geeignetes inertes Verschluß gas, beispielsweise
Wasserdampf oder Abgas, kann einer oberen Abschlußzone des Reaktionsgefäßes durch
die Leitung 21 zugeführt werden. Die Zuflußgeschwindigkeit des Verschlußgases wird
durch einen Differentialdruckregler g eingestellt, der den Druck in der Verschlußzone
so einregelt, daß dieser etwas über dem Druck in der eigentlichen Reaktionszone
liegt. In gleicher Weise wird unten in das Reaktionsgefäß durch die Leitung 22 ein
Verschluß- und Spülgas zugeführt, um von dem hier ausgeschleusten Katalysator gas-
oder dampfförmige Kohlenwasserstoffe abzustreifen. Das Reaktionsgefäß wird mit einem
Druck betrieben, der nahe bei dem Druck des Regenerierungsgefäßes liegt oder etwas
darüber oder darunter. Liegt der Druck im Reaktionsgefäß erheblich über dem Druck
im Regenerierungsgefäß, so wird eine Druckausgleichszone in den Auslässen I2, I3
vorgesehen.
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Das Regenerierungsgefäß ist hier beispielsweise ringförmig dargestellt,
so daß ein mittlerer Schacht vorhanden ist, durch den sich eine Hebeleitung 25 nach
oben erstreckt. Das Regenerierungsgefäß 15 ist mit einem mittleren Lufteinlaß 26
und mit Auslässen I6 und Ig für das Abgas versehen, die dicht am oberen und unteren
Ende des Gefäßes liegen.
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Kühlschlangen sind im unteren Teil des Regenerierungsgefäßes angebracht,
denen eine geeignete Kühlflüssigkeit oder ein Kühlgas durch die Leitung 27 zugeführt
wird. Das Kühlmittel wird aus den Kühlschlangen durch die Leitung 28 abgeführt.
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Der Katalysator wird aus dem Regenerierungsgefäß 15 durch zwei oder
mehrere Leitungen 30 und 3I in kompakten Strömen abgeführt, die ihn in Speiseleitungen
32 und 33 abgeben, in denen er ebenfalls in kompakter Form durch Schwerkraft absinkt.
Diese Leitungen sind oben nach der Atmosphäre zu offen, und es können Meßgeräte
für die Katalysator-Strömungsgeschwindigkeit mit ihnen verbunden sein.
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Ein Fördergas zum Heben des Katalysators wird durch den senkrechten
Schacht 50 mittels eines Gebläses 51 angesaugt und unter Druck der Heizvorrichtung
52 zugeführt. Das Gebläse wird durch den Motor 57 angetrieben, dessen Geschwindigkeit
automatisch durch den Druckregler 56 so geregelt wird, daß der Gebläseauslaßdruck
praktisch konstant bleibt. Das Fördergas kann vorzugsweise Luft, Wasserdampf oder
ein anderes inertes Gas sein. Luft wird bevorzugt. In die Heizvorrichtung 52 wird
Brennstoff eingeführt und verbrannt, um die Luft auf eine Temperatur nahe
der
Temperatur des Katalysators zu erhitzen. Die erhitzte Luft wird durch die Leitung
53 derPrimär-Gaszuführung 38 und der Sekundär-Gaszuführung 54 zugeleitet. Bei der
bevorzugten Form des Luftdruckförderers ragt die Primär-Gaszuführung 38 durch den
Boden des Ilebetanks 34 in diesen hinein und endet unter der Hebeleitung. Die Sekundär-Gaszuführung
54 kann in mehrere Zweigleitungen 43 aufgeteilt werden, die über die Wandung des
Hebetanks 34 verteilt liegen, so daß das eingeführte Gas durch das Katalysatorbett
im Hebetank 34 hindurchgeht, bevor es in die Hebeleitung 25 eintritt, wodurch der
Katalysator in den Primär-Gasstrom eingeblasen wird. Die kombinierten Gasströme
fördern die Katalysatorteile durch die Lei tung 25 nach oben in den Abscheider 36.
Aus diesem Abscheider 36 wird das Gas durch die Leitun 63 abgezogen, und die festen
Teile gelangen durch das Speiserohr II in den Abschluß topf 2I und werden dann in
das Reaktionsgefäß 10 gefördert. Der Differentialdruckiegier g wird benutzt, um
das Ventil 8 in der Leitung 55 für. inertes Gas zu steuern, die an den Abschlußtopf
2I angeschlossen ist, so daß in dem Abschluß topf ein Druck aufrechterhalten wird,
der etwas höher als der Druck im Reaktionsgefäß ist, wodurch ein Entweichen von
Reaktionsprodukten durch das Speiserohr II nach oben verhindert wird.
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Ein Strömungsmesser60 ist im Schacht 50 angeordnet, um die Gesamtmenge
des Fördergas ~stroms zu messen. Ein Strömungsregler steht mit dem Strömungsmesser
60 und dem Ventil 62 in der Primär-Gaszuführung 38 in Verbindung, so daß der Gesamtgasstrom
durch den Heber konstant gehalten wird Bei dieser Art Gasheber wird der Katalysatorstrom
durch den Heber mittels der Strömungsgeschwindigkeit des Sekundär-Gases durch die
Zuführung 54 bestimmt. Es wurde gefunden, daß der Strom der festen Teile im wesentlichten
proportional dem Druck am unteren Ende des Hdbers ist. Daher ist ein Druckregler
58 mit einem Druckstutzen 5 am unteren Ende des Hebers und einem Ventil 59- in der
Gaszuführung 54 verbunden, damit der Katalysatorkreislauf im wesentlichen konstant
bleibt.
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In den oberen zwei Dritteln der-Hebeleitung ist ein Druckstutzen
70 angeordnet und mit dem Druckanzeiger 79 verbunden. Diese D ruckablesung wird
erfindungsgemäß benutzt, um die Geschwin-- digkeit des Gasstroms auf ein Minimum
an Abrieb einzustellen. Wenn die Geschwindigkeit der durch die Hebeleitung 25 aufwärts
geförderten Teilchen zu gering ist, so stellt sich ein Rückflußzustand in der Leitung
ein, der so stark sein kann, daß der Fluß der festen Teilchen durch die Leitung
ernstlich beeinträchtigt oder vollkommen abgestoppt wird. Abrieb oder Bruch der
geförderten Teilchen wird, wie festgestellt wurde, übermäßig hoch, wenn ein Rückfluß
in der Leitung stattfindet. Wenn dagegen die Geschwindigkeit der Teilchen zu hoch
ist; so fliegen sie oben aus der Leitung mit übermäßig hoher Geschwindigkeit heraus,
und es ergeben sich wieder hohe Abriebwerte. Der Gasstrom wird deshalb oberhalb
des Rückfluß-Wertes eingestellt, bei dem ein heftiges Aufwellen und Rückfließen
in der Leitung mit ?lötzlichen starken Druckänderungen stattfindet. Sodann wird
der Gasstrom allmählich durch Zurückschalten des Strömungsreglers herabgesetzt,
bis der vom Druckmesser 79 angezeigte Druck innerhalb eines Bereichs von etwa IooO/o
schwankt. Dies wird als der Rückflußschwellenwert bezeichnet. Jede kleine weitere
Herabsetzung der Geschwindigkeit des Gesamtgasstroms würde verursach,en, daß der
in der Hebeleitung vom Druckmesser angezeigte Druck auf das Drei- oder Vierfache
seines normalen Wertes steigt, und es würde ein Rückfluß in der Leitung vorhanden
sein. Der Strömungsregler wird dann so eingestellt, daß die Strömungsgeschwindigkeit
ungefähr IO/o über dem Schwellenwert für Rückfluß liegt, und dadurch wird für den
Katalysatorahneb ein Minimalwert erhalten. Im allgemeinen soll zur Erreichung bester
Arbeitsbedingungen die Geschwindigkeit des Gesamtgasstroms - ungefähr 0,5 bis 2
O/o'. und vorzugsweise ungefähr 0,75 bis 1,25 0/o oberhalb des Rückflußschwellenwertes
liegen.
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Wie in Fig. 2 dargestellt, gelangt der Katalysator aus den Leitungen
32, 33 in ein Bett 29, das sich in dem Hebetank 34 befindet. Eine senkrechte sich
nach oben erweiternde Hebeleitung 25 erstreckt sich von einer Stelle in diesem Hebetank
bis zu einem Absetzgefäß 36, das in wesentlicher Entfernung über dem Reaktionsgefäß
10 liegt. Das untere Ende der Hebeleitung kann nach außen zu einem Mundstück 35
aufgeweitet sein. Das Mundstück kann als getrennter Teir am unteren Ende der Hebeleitung
angebracht sein, oder es kann mit dem Rohr der Hebeleitung aus einem Stück bestehen.
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Der Primär-Gasstrom wird durch die Zuführung 38 eingeführt, die direkt
unter der Hebeleitung und oberhalb der Oberfläche der Masseteilehen mündet. Der
Sekundär-Gasstrom wird durch die Zuführung43 in den Ringraum hinter der Stauwand
47 eingeführt. Der Sekundär-Gasstrom geht nach innen durch die Masse der festen
Teile hindurch, um das untere Ende der Hebeleitung herum und gelangt dann in das
untere Ende der Hebeleitung. Vorzugsweise wird der Kontaktstoff von einer Niveauhöhe
aus nach oben gefö-dert, die unter' oder wenigstens nicht über der Eintrittsstelle
des Pr,imär-Gasstroms liegt.
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Das ganze Fördergas strömt durch den Schacht 50 nach unten in das
Gebläse 51. Das Gas wird durch die Leitung 44 der Heizvorrichtung 52 zugeführt.
Um den Betrieb gleichmäßig zu erhalten, ist ein Druckregler 56 mit einem Druckstutzen
64 in der Leitung 44 verbunden und wird benutzt, um die Drehzahl des GeblässCes
zu regeln. Dies ist insbesondere notwendig, wenn das Gebläse eine hohe Leistung
(Verhältnis von pro Zeiteinheit geförderter Gasmenge zur Umdre!hungsgeschwindigkeit)
hat. In Fig. 2 wird der Regler benutzt, um ein automatisches Ventil in der Dampfzuleitung
einer Dampfturbine zu betätigen, die als Antrieb für das Gebläse 5I dient. Das Fördergas,
das in der Heiz-
vorrichtung 52 erhitzt wird, gelangt durch die
Leitung 53 und teilt sich in den Primär- und den Sekundär-Gasstrom auf.
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Beim Anfahren des Hebers wird das Ventil 66 weit genug geöffnet,
um den durch den Strömungsmesser 60 im Kamin 50 gemessenen Gesamtgasstrom so einzustellen,
daß er eine Katalysatorgeschwindigkeit oberhalb des Rückfluß-Wertes ergibt. Die
Umlaufgeschwindigkeit des Katalysators wird dann durch Öffnen des Ventils 67 in
der Sekundär-Gaszuführung eingestellt. Es wurde gefunden, daß die Fließgescbwindigkeit
des Katalysators in Beziehung zum Druckabfall in der Hebeleitung steht. Daher kann,
wenn die Hebeleitung oben offen zur Atmosphäre ist oder der Druck an dieser Stelle
konstant gehalten wird, die Strömungsgeschwindigkeit des Katalysators mittels eines
Druckreglers 48 konstant gehalten werden, der an einen Druckstutzen 69 angeschlossen
ist und das Ventil 67 automatisch betätigt. Um den Abrieb des Katalysators möglichst
dicht beim erreichbaren Minimum zu halten, wird das Ventil 67 in einer festen Stellung
gehalten und der Gesamtgasstrom durch allmähliches Schließen des Ventils 66 gedrosselt.
Der Druck am unteren Ende des Hebers, angezeigt durch einen an den Druckstutzen
69 angeschlossenen Druckmesser, durchläuft ein Minimum. Das Ventil 67 kann dann
auf automatische Betriebsweise geschaltet werden, um den Katalysatorumlauf konstant
zu halten.
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Es ist festgestellt worden, daß beim Einstellen der Stärke des Gasstroms
auf den minimalen Druckabfall in der Hebeleitung der Abrieb des Katalysators im
Heber beträchtlich variieren kann.
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Dieser Mangel an Gleichmäßigkeit im Abrieb ist wahrscheinlich auf
Schwankungen in der Gasgeschwindigkeit zurückzuführen, die so klein sind, daß sie
keine meßbaren Änderungen im Gesamtdruckabfall bewirken und daher nicht entdeckt
werden können. Versuchsweiser Betrieb einer Hebeleitung, die für die praktische
Benutzung bei einem Katalysatorumlauf von 345 t pro Stunde bestimmt war, wobei es
sich um körnige Katalysatorteidchen handelte, hat gezeigt, daß die Regelung der
Gasgeschwindigkeit außerordentlich kritisch ist. Eine 30/oige Steigerung der Geschwindigkeit
verursacht eine 25°/oige Steigerung des Katalysatorabriebs. Eine gleiche Verminderung
der Geschwindigkeit unter den Optimalwert kann wegen des starken dadurch bedingten
Rückflusses sogar noch ernstere Schwierigkeiten verursachen.
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Es wurde gefunden, daß die optimale Gasgeschwindigkeit piel genauer
bestimmt werden kann, indem der statische Druck an einzelnen Stellen längs der Hebeleitung,
vorzugsweise in Höhen oberhalb des unteren Drittels der Leitung, gemessen wird.
Wenn die Gasgeschwindigkeit zu gering ist und ein Rückfluß in der Leitung eintritt,
steigt der statische Druck auf ungefahr den vierfachen Wert des normalen an. ermäßige
Geschwindigkeiten bedingen ein Absinken des statischen - Drucks. Ferner sind bei
optimaler Geschwindigkeit die Schwankungen im statischen Druck größer als bei übermäßiger
Gasgeschwindigkeit, obwohl sie einheitlicher und nicht so heftig sind wie diejenigen,
die auftreten, wenn ein Rückfluß stattfindet. Es wurde gefunden, daß sich eine optimale
Gasgeschwindigkeit einstellt, wenn die an einer mittleren Stelle gemessenen Drucksehwankungen
ihren Maximalwert, aber doch noch gleichmäßigen Charakter haben. Dies wird als Rückflußschwellenwert
bezeichnet. Wenn die Stärke des Gesamtgasstroms fortlaufend oder periodisch eingestellt
wird, um die optimale Gasgeschwindigkeit in der Leitung, angezeigt durch den an
einer mittleren Stelle gemessenen statischen Druck, aufrechtzuerhalten, wird die
beste Gesamtwirkung in dem Heber erreicht und der Katalysatorabrieb nimmt den Minimalwert
an.
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Die Gasgeschwindigkeit kann also geregelt werden, indem der an einer
mittleren Stelle gemessene statische Druck als Anhält benutzt und die Stärke des
Gesamtgasstroms in Abhängigkeit von den Druckablesungen eingestellt wird. Die Geschwindigkeit
des Gasstroms wird niedrig genug gehalten, um eine maximale Weite des Druckbereiches
bei einem Druck zu erhalten, der so hoch wie möglich ist, ohne daß sich der Druck
plötzlich auf ein Mehrfaches seines Normalwertes erhöht.
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Der Rückflußschwellenwert wird von Zeit zu Zeit bestimmt, indem die
Geschwindigkeit des Gasstroms gesenkt wird, bis der statische Druck schnell ansteigt.
Die Geschwindigkeit des Gasstroms wird dann bis zum beginnenden Rückflußzustand
erhöht.
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Es wurde gefunden, daß eine Steigerung von ungefähr IO/o über den
Rückflußschwellenwert die Bedingungen in der Hebeleiltung vom Rückfluß zum beginnenden
Rückfluß verschiebt.
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Der Gasheber kann auch automatisch bei einer fortdauernden optimalen
Gasgeschwindigkeit betrieben werden. Fig. 2 zeigt einen Druckstutzen 70 zur Messung
des statischen Drucks, der mit einem Dämpfer 7I verbunden ist, dessen Ausbildung
Druckschwankungen ausgleicht. Der gleichförmige Druck wird einem Druckregler 72
zugeleitet. Da die optimale Gasgeschwindigkeit sehr kritisch ist, wird bei einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Regler nicht benutzt, um das Ventil
66 zu betätigen, sondern um das Ventil 73 in einer kleinen Nebenleitung zu beeinflussen,
die parallel zum Hauptventil 66 geschaltet ist. Da der Gas strom durch das nebengeschaltete
Ventil 73 nur ein geringer Teil des Stroms durch das Hauptventil ist, hat das Ventil
73 eine genügende Empfindlichkeit, um ein sehr genaues Einstellen der optimalen
Gasgeschwindigkeit zu gewährleisten. Das Hauptventil-66 wird von Hand auf eine Stärke
des Gasstroms eingestellt, die als leicht unter dem Optimalwert liegend bekannt
ist.
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Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Ausführung. Der Strömungsmesser 60
kann aus einer Lochplatte, einem Venturirohr oder einer anderen geeigneten Einrichtung
zum Messen des Gasstroms bestehen.
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Die Heizvorrithtung kann, wie dargestellt, in der Primär-Gaszufuhr
38 liegen, da diese im allgemeinen 85 bis 95 ovo des gesamten Gasstroms
fördert.
Der Druckstutzen 70 ist mit einem begrenzenden Regler 80 verbunden, um den Bereich
des Drucks zwischen Maximal- und Minimalwert zu steuern. Der Regler ist mit einem
Ventil 8I in einer kleinen Abzapfleitung 82 verbunden. Diese kann so angeordnet
sein, daß sie Gas aus der Primär-Gaszuführung 38 abzieht, wenn das Ventil 8I geöffnet
ist, Oder andererseits Gas aus einer nicht dargestellten Druckquelle zuführt. Durch
diese Maßnahme wird, wenn die statische Druckänderung abnimmt, die Stärke des Gasstroms
vermindert, und umgekehrt. Die optimale Schwankung für jede Hebdleitung wird einfach
durch einen Rückflußversuch festgestellt und die Grenzwerte des Reglers werden entsprechend
eingestellt.
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In Fig. 4 ist eine. Einrichtung dargestellt, bei der das Hauptventil
66 automatisch durch einen Strömungsregler 83 betätigt wird, um eine konstante Strömung
durch die Hebeleitung 25 aufrechtzuerhalten. Ein begrenzender Regler 84 ist mit
dem Druckstutzen 70 verbunden und wird benutzt, um das Ventil 73 in der Leitung
85 zu betätigen, die im Nebenscbluß zum Hauptventiil66 liegt. Der Strömungsregler
83 hat Druckleitungen86, 87 auf jeder Seite des Messers 60 und eine Nebenleitung
88, die diese Leitungen verbindet. Das Ventil 89 in der Leitung 88 ist normalerweise
geschlossen.
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Jedoch ist der begrenzende Regler 84 so ausgebildet, daß er das Ventil
89 automatisch betätigt, wenn das Ventil 73 betätigt wird, so daß der Druckabfall
am Strömungsmesser sich nicht ändert.
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Es ist auch möglich, den begrenzenden Regler 84 direkt auf den Strömungsregler
83 arbeiten zu lassen, um den Strömungsmesser jedesmal auf einen neuen Regelpunkt
einzustellen, wenn der Gasstrom durch die Nebenschlußleitung 85 erhöht oder vermindert
wird. Der Regler 83 muß so verstellt werden, daß die geregelte Stärke des Gasstroms
um einen Betrag erhöht oder vermindert wird, der gleich der Erhöhung oder Verminderung
in der Nebenschlußleitung 85 ist.
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Anstatt der Benutzung eines begrenzenden Reglers in der Einrichtung
nach Fig. 3 kann als weitere Ausführungsform ein automatisches Probenahmegerät verwendet
werden, um fortlaufend Rückflußteste zu machen. Das Gerät 80' ist an Stelle des
begrenzenden Reglers 80 mit dem Druckstutzen 70 verbunden und betätigt das Ventil
8I, wie in Fig. 3 gezeigt. Das Gerät 80' reduziert den Gesamtgasstrom, bis der statische
Druck im Heber um 100 0/o steigt, und dann erhöht es die Stärke des Gesamtgasstroms
um IO/o. Diese Reihe von Regelvorgängen findet fortlaufend statt, wodurch die Geschwindigkeit
des Hebegases in einem optimalen Bereich ,gehalten wird.
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Ausführungsbeispiel Eine für den praktischen Betrieb eingerichtete
katalytische Krackanlage, bei der das Reaktionsgefäß über dem Regenerierungsgefäß
angeordnet war und die eine 72,3 m lange Lufthebeleitung enthiielt, wurde mit einer
Katalysatorumlaufgeschwindigkeit von 308 t je Stunde betrieben. Es wurde ein üblicher
Krackkatalysator benutzt. Die Hebeleitung hatte unten ein Mundstück mit einer ausgeweiteten
Öffnung. Der untere kegelstumpfförmige Teil der Leitung machte etwa 65 O/o der gesamten
Länge aus, und der obere Teil der Leitung war nach einer glatten Kurve nach auswärts
auf einen maximalen inneren Durchmesser von 1 m ausgebogen. Der Innendurchmesser
der Leitung betrug am unteren Ende des kegelstumpfförmigen Teils 65 cm und in Höhen
von I5,3I und 46 m über dem unteren Ende 69 cm, 74 bzw. 8I cm. Druckstutzen waren
in Höhen von 50,5 und 65 m über dem unteren Ende der, Leitung angebracht, und es
wurden fortlaufend Ablesungen innerhalb eines 24stündigen Zeitraums gemacht. Das
Druck-Zeit-Diagramm ist in Fig. 5 wiedergegeben. Während der normalen Betriebsweise
schwankten die Drücke in einem gewissen Bereich um einen ziemlich konstanten Mittelwert.
Die Zeitdauer oder einzelnen Schwankungen von einem Grenzwert des Schwankungsbereiches
zum anderen betrug ungefähr I Minute. Wenn der Primär-Gasstrom vermindert wurde,
vergrößerte sich der Schwankungsbereich, und der Mittelwert verschob sich in Richtung
auf höhere Drücke hin. Bei weiterer Herabsetzung des Primär-Gasstroms stellte sich
der Rückfiußzustand ein, wie aus den sich nach außen erstreckenden und auf Seite
des hohen Drucks der Druckbereiche bei normaler Betriebsweise (Punkte A, B, C, D,
E des Druck-Diagramms in Fig. 5) liegenden plötzlichen Drucksteigerungen zu ersehen
ist. Während des Zeitraums von I Uhr mittags bis 7 Uhr abends wurde der Gasstrom
variiert, wie aus Fig. 5 herrorgeht, um die Unterschiede im Druck-Zeit-Diagramm
bei verschiedenen Gasgeschwindigkeiten aujzuzeigen. Wenn kontinuierlich bei beginnenden
Rückflußbedingungen gearbeitet wurde, wie in Fig. 5 zwischen 7 Uhr abends und 9
Uhr morgens gearbeitet wurde, betrug der Abrieb weniger als i,36 t pro Tag bei einer
Umlaufgeschwindigkeit des Katalysators von 308 t je Stunde, was einen Abriebwert
von o,oI80/o ergibt. Der Gas strom für einen Minimalwert des Abriebs betrug bei
den Betriebsbedingungen ungefähr 356 m3/Minuten.
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Der Rückflußschwellenwert wurde zu etwa 353 m8/ Minuten ermittelt.