DE3422012A1

DE3422012A1 - Fliessbettreaktor mit einer oben eingebauten recyclisierungspumpe

Info

Publication number: DE3422012A1
Application number: DE19843422012
Authority: DE
Inventors: John David Little Silver N.J. Milligan
Original assignee: Hri Inc Gibbsboro NJ; HRI Inc; Hydrocarbon Research Inc
Current assignee: HRI Inc
Priority date: 1983-06-20
Filing date: 1984-06-14
Publication date: 1984-12-20
Also published as: ZA844308B; FR2548045A1; JPS6038030A; CA1251130A

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum chemischen Umsetzen von Flüssigkeiten oder Aufschlämmungen von Flüssigkeiten und Feststoffen mit gasförmigen Materialien in einem Fließbettverfahren. Die Erfindung ist insbesondere auf solche Verfahren gerichtet, bei denen eine Flüssigkeitsrecyclisierungspumpe, die in dem oberen Teil eines Fließbettreaktors installiert ist, verwendet wird.

Die bekannten Fließbettverfahren umfassen im allgemeinen ¹^ das Leiten von im Gleichstrom fließenden Strömen von Flüssigkeiten oder Aufschlämmungen, von Flüssigkeiten und Feststoffen und von gasförmigen Materialien nach oben durch einen im allgemeinen zylindrischen Behälter, der eine Menge teilchenförmiges Kontaktmaterial enthält. Die Kontaktpartikel werden in dem flüssigen Medium in eine statistische Bewegung versetzt, und die Teilchen haben ein Bruttovolumen, verteilt durch das flüssige Medium, das größer ist als das Volumen der Partikelmasse, wenn sie stationär ist. Diese Technologie hat kommerzielle Anwendung gefunden bei der Qualitätsverbesserung von schweren flüssigen Kohlenwasserstoffen und bei der Konvertierung von Kohle in synthetische öle.

Dieses FIießbettreaktionsverfahren ist allgemein beschrie-

ben in der US-PS 25,770 (Johanson) mit spezieller Bezugnahme auf eine öl- und Kohleumwandlung. Ein Gemisch von Kohlenwasserstofflüssigkeit und Wasserstoff wird nach oben durch ein Bett von Katalysatorpartikeln geleitet

mit einer derartigen Geschwindigkeit, daß die Partikel 35

in eine statistische Bewegung versetzt werden, da die Flüssigkeit und das Gas nach oben durch das Bett geleitet werden, und die Katalysatorbettbewegung wird durch

einen recyclisierten Flüssigkeitsfluß kontrolliert, so daß die Mehrzahl der Katalysatorpartikel nicht oberhalb ein oberes Niveau in dem Reaktor steigen. Die Flüssigkeit, die zusammen mit den, in der Reaktion gegenwärtigen Dämpfen hydriert werden soll, wird durch das obere Niveau der Katalysatorpartikel geleitet und wird von dem oberen Teil des Reaktors entfernt.

Beim normalen Betrieb eines solchen Systems steigen wesentliche Mengen an Wasserstoffgas und an leichten Kohlenwasserstoffdämpfen durch die Reaktionszone in die Flüssigkeits/Gas-Separationsabteilung, von welcher etwas Flüssigkeit zum Boden des Reaktors recyclisiert wird, und das verbleibende sieht einen flüssigen abgehenden Strom vor. Die Gase und Dämpfe werden von Flüssigkeit abgetrennt, und ein flüssiger Teil wird zum Boden des Reaktors recyclisiert durch eine Pumpe, welche so kontrolliert wird, daß die gewünschte Expansion und die statistische Bewegung der Katalysatorpartikel bei einem relativ konstanten und stabilen Niveau aufrechterhalten wird. Irgendwelche Gase oder Dämpfe, die in der recyclisierten Flüssigkeit gegenwärtig sind, vermindern nicht nur die Kapazität und die Wirksamkeit der Recyclisierungspumpe, sondern ändern auch die gewünschten Strömungsverhaltnisse und auf diese Weise nimmt die Stabilität des Fließbetts ab. Auch muß die Recyclisierung der Reaktorflüssigkeit durch das Bett zuverlässig aufrechterhalten werden, um irgendein Absacken des Bettes zu verhindern, was zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung und zu Verkoken führen kann; die letzteren beiden Effekte stellen ernste Probleme beim Betrieb von Fließbetten dar.

Typischerweise sind bei katalytischen Hydrierverfahren verwendete Reaktoren, bei denen Fließbette von Katalysatorpartikeln verwendet werden, mit einer vertikalen Leitung versehen zum Recyclisieren einer sauberen Flüs-

sigkeit von dem oberen Niveau oberhalb dem aufgewallten Katalysatorbett zum Sog einer Recyclisierungspumpe, verwendet zum Recyclisieren der Flüssigkeit nach oben durch die katalytische Reaktionszone. Ein derartiges Recyclisieren einer Flüssigkeit von dem oberen Teil des Reaktors dient zum Aufwallen des Katalysatorbetts, zum Vorsehen eines guten Flüssigkeits/Gas-Kontakts darinnen und zum Aufrechterhalten einer im wesentlichen gleichförmigen Temperatur durch den Reaktor hindurch.

Ein bekannter Reaktor mit einer Gas/Flüssigkeits-Separation und einer Reaktorflüssigkeitsrecyclisierung ist gezeigt in der US-PS 3,124,518 (Guzman), das eine Flüssigkeitsfallrohrleitung mit einem aufgesetzten großen Eingangskegel beschreibt. Dieser Kegel erlaubt eine Verlangsamung der Aufwärtsgeschwindigkeit der Flüssigkeit relativ zu dem Gas, so daß Gas, welches in der Flüssigkeit mitgerissen worden ist, sich abtrennen und aufsteigen kann zu der Flüssigkeits/Gas-Grenzfläche oberhalb des Kegels, vor dem Recyclisieren der Flüssigkeit durch die Fallrohrleitung und das Bett. Eine andere Reaktorflüssigkeitsrecyclisierungskonfiguration ist beschrieben in der US-PS 3,227,528 (Jaeger), das eine Fallrohrleitung zeigt, die zu einer Pumpe an ihrem unteren Ende

²^ zum Recyclisieren der Reaktorflüssigkeit führt. Obwohl eine derartige Verwendung einer Pumpe, die am unteren Ende einer Fallrohrleitung zum Recyclisieren einer Reaktorflüssigkeit installiert ist, sich gewöhnlich als

zufriedenstellend erwiesen hat, können Probleme entstein

hen während irgendwelcher Reaktorbetriebsstörungen, bei welchen der Katalysator im Übermaß expandiert werden kann und eine Menge des Katalysators unerwünschterweise darüber hinausgetragen werden kann in den Sog der Recyclisierungspumpe und einen Erosionsschaden an der Pumpe verursachen kann. Nachfolgend auf irgendwelche derartigen Betriebsstörungsperioden ist es gewöhnlich notwendig, das Verfahren abzustellen und die untere

Recyclisierungspumpe zwecks Reinigung oder Reparatur zu entfernen, was eine beträchtliche Stillstandszeit für die Anlage bedeutet.

Beim Betrieb von Fließbettreaktoren besteht daher ein Bedarf nicht nur nach einer verbesserten Zuverlässigkeit in der Recyclisierung der Reaktorflüssigkeit für die Bettaufwallung, sondern auch nach verbesserten Mitteln zum Entfernen von irgendwelchem Katalysator aus dem Bereich der Fallrohrleitung und des Sogs der unteren Pumpe ohne eine unerwünschte Entfernung und mögliches Auseinanderbauen der Pumpe, so daß die Zuverlässigkeit und die Effizienz des gesamten Hydrierungsverfahrens erheblich verbessert werden könnte. Zur Lösung dieser Aufgabe beschreibt die vorliegende Erfindung einen Fließbettreaktor mit einem Recyclisierungspumpenzusammenbau, der in vorteilhafter Weise im oberen Teil des Reaktors installiert ist zum Rezirkulieren der Reaktorflüssigkeit nach oben durch das Katalysatorbett, um das Bett zu expandieren und aufzuwallen.

Die vorliegende Erfindung sieht ein kontinuierliches Verfahren zum Umsetzen viskoser Flüssigkeiten vor, bei dem die Beschickungsflüssigkeit oder Flüssigkeits/Feststoffe-Aufschlämmung in Berührung gebracht wird mit einem Reaktionsgas bei erhöhten Temperaturen und erhöhtem Druck in einer Reaktionszone, die ein Fließbett an Kontaktpartikeln enthält. Die Flüssigkeit oder Flüssigkeits/Feststoffe-Aufschlämmung wird in einen unteren Teil der Reaktionszone mit einem Gas eingeführt bei einer nach oben gerichteten Strömungsgeschwindigkeit, die ausreicht, um eine statistische Bewegung der Kontaktpartikel zu erreichen und das Bett in der Reaktionszone zu expandieren. Das Fließbett der Kontaktpartikel wird in der Reaktionszone in statistischer Bewegung gehalten, wie beschrieben in der US-PS 25,770, und das Bett hat eine volumetrische Ausdehnung zwischen etwa

"Ό bis 200 % größer als in einem abgesetzten Zustand. Die behandelte Flüssigkeit und das Gas werden von der Reaktionszone nach oben geleitet ohne ein wesentliches Kontaktpartikelmitreißen in eine angrenzende Phasenseparationszone, um auf diese Weise eine wesentliche Trennung des Gases von der Flüssigkeit herbeizuführen. Ein größerer Teil der behandelten dampf-verminderten Flüssigkeit wird gesammelt und von der Phasenseparationszone nach unten recyclisiert durch eine Leitung mit einem vergrößerten oberen Teil und einem Pumpenflügelrad, das sich vorteilhafterweise an dem oberen Ende der Leitung befindet. Der verbleibende Teil des behandelten Flüssigkeits- und Gasgemisches von der Phasenseparation wird von oberhalb der Phasensepärationszone abgezogen.

Im einzelnen werden die Beschickung und das Gas in das untere Ende der Reaktionszone eingeführt, welche ein Fließbett von teilchenförmigen Kontaktfeststoffen oder vorzugsweise von Katalysatormaterial enthält, und steigt gleichförmig durch die Reaktionszone zu einer Phasenseparationszone, welche eine Phasenseparations/ Sammlungs-Einrichtung enthält. Diese Einrichtung bewerkstelligt eine wirksame Trennung des gasförmigen Anteils von dem aufsteigenden Flüssigkeits/Gas-Gemisches, so daß eine im wesentlichen dampffreie Flüssigkeit gesammelt und zurückgeführt wird durch die Fallrohrleitung zu wenigstens einer Recyclisierungspumpe mit einem Flügelrad, das in dem oberen Ende der Leitung und unterhalb der Phasenseparations/Sammlungs-Einrichtung angeordnet ist. Die Pumpe sorgt für die Rezirkulation der Reaktorflüssigkeit durch die Reaktionszone, um die erwünschte gleichförmige Fließbettexpansion darinnen aufrecht zu erhalten.

Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Fließbettreaktionsverfahren bereitzustellen, bei dem die Zuverlässigkeit und die Effizienz des Verfah-

rens, wie ζ. B. für die katalytische Hydrierung von Kohlenwasserst offbeschickungen, unter Anwendung einer Fließbettkatalysatorreaktion erheblich erhöht ist.

Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, einen oberen ßecyclisierungs- oder Aufwallungspumpenzusammenbau bereitzustellen, der allein oder in Verbindung mit einer unteren Recyclisierungspumpe verwendet werden kann zum zuverlässigen Recyclisieren der Reaktionsflüssigkeit nach oben durch ein Katalysatorfließbett.

Der obere Reaktorpumpenzusammenbau hat ein Flügelrad, das angeordnet ist in dem oberen Teil der Recyclisierungsflüssigkeitsleitung und unterhalb aber in der Nähe der Separations/Sammlungs-Einrichtung, und der Pumpenzusammenbau ist lösbar befestigt an dem oberen Kopf des Reaktors. Das Pumpenflügelrad oder Rotor hat eine benachbarte Lagerung und Abdichtung, welche abgedichtet sind gegen Jeglichen Eintritt von Aufschlämmungsflüssigkeitspartikeln durch einen kleinen Fluß einer geeigneten reinen Flüssigkeit, die mit der Reaktorflüssigkeit verträglich ist, wie z. B. Kohlenwasserstoffgas oder Flüssigkeit, die nach außen fließt durch das Lager und die Dichtung. Die Pumpe verwendet vorzugsweise ein Lager, das oberhalb oder nach innen gerichtet von dem Flügelrad angeordnet ist, wobei das Lager kontinuierlich geschmiert und gespült wird unter Verwendung einer sauberen verträglichen Flüssigkeit. Gewöhnlich wird ein genügender Wasserstoffgasdruck in dem Gehäuse, welches den Lagerzusammenbau enthält, aufrecht erhalten, um das Reaktorflüssigkeitsniveau darinnen zu drücken und um derartige Flüssigkeit, die feine Feststoffpartikel enthält, am Kontaktieren des Lagers oder der Abdichtungsoberflächen zu hindern. Auch werden, um ein unerwünschtes Mitreißen von Gas oder Dampf in der Pumpensaugflüssigkeit aufgrund von Wirbelfluß zu verhindern, mehrere den Strom gerade richtende oder Anti-

wirbelflügel vorzugsweise gerade stromaufwärts des Pumpenflügelrads angeordnet.

Gegebenenfalls kann für eine verbesserte Zuverlässigkeit die Rezirkulation der Reaktorflüssigkeit durch die Reaktionszone durch eine zweite Recyclisierungspumpe unterstützt werden, die an dem unteren Ende der Flüssigkeitsfallrohrleitung und in Serienflußrelation mit der oberen Recyclisierungspumpe angeordnet ist. Alternativ kann eine derartige Rezirkulation der Reaktorflüssigkeit stromaufwärts durch das Fließbett durch eine zweite Recyclisierungspumpe unterstützt werden, die sich außerhalb des Reaktors befindet.

Wichtige Vorteile der Verwendung einer oben installierten Recyclisierungs- oder Aufwallungspumpe in einem Fließbettreaktor sind, daß die Pumpe auf übliche Weise entfernt werden kann, ohne die gesamte Reaktorflüssigkeit ablassen zu müssen. Die obere Pumpe kann auch in umgekehrter Strömungsrichtung betrieben werden, um ein Verstopfen des Reaktors wieder aufzuheben. Weiter kann die obere Pumpe entweder alleine als die primäre Recyclisierungspumpe verwendet werden, oder sie kann vorteilhaft erweise hinsichtlich des Flusses in Serie betrieben werden mit einer zweiten, am Boden installierten Recyclisierungspumpe.

Obwohl dieses Verfahren und diese Vorrichtung geeignet sind zum Behandeln und Umsetzen von irgendwelchen fließfähigen Beschickungen mit einem reaktiven Gas in einem Fließbett von Kontaktpartikeln oder Katalysator bei einer erhöhten Temperatur und einem erhöhten Druck, ist die Beschickung vorzugsweise ein fließender Kohlenwasserstoff, bestehend aus Petroleumrohöl, Residuum, Schieferöl, Teersandbitumen, Kohle und Braunkohle, und das Gas ist Wasserstoff.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; es zeigt:

Figur Ί einen Längsschnitt durch einen Katalysatorfließbettreaktor mit einer oberen und einer unteren Recyclisierungspumpe zum Gebrauch innerhalb des Reaktors,

Figur 2 eine Teilansicht eines Teils der oberen Recyclisierungspumpe, zeigend das Flügelrad und damit verbunden ein nach innen gerichtetes Lager, das innerhalb der Reaktorflüssigkeitsfall-

rohrleitung installiert ist, 15

Figur 3 einen Längsschnitt|einer alternativen Anordnung für den Reaktor mit oberen und unteren Recyclisierungspumpen, wobei die obere Pumpe ein Lager vom Outboard-Typ hat, das innerhalb der Reaktorflüssigkeitsfallrohrleitung installiert

ist,

Figur 4 eine Teilansicht eines Teils der oberen Recyclisierungspumpe, die das Flügelrad und damit verbunden eine Outboard-Lagerkonfiguration und

Antiwirbelflügel zeigt.

Während die vorliegende Erfindung für irgendein Verfahren zur chemischen Umsetzung von flüssigen und gasförmigen Materialien in der Gegenwart einer Masse von festen Kontaktpartikeln anwendbar ist, wird die Erfindung mit besonderem Bezug auf die Verflüssigung von Kohle, wie allgemein beschrieben in der US-PS 3,607,719 - diese Offenbarung wird hiermit durch Bezugnahme in diese Be-Schreibung eingeschlossen - beschrieben werden.

Im allgemeinen ist der Reaktorbehälter in zwei Zonen unterteilt, eine untere Reaktionszone und eine obere Phasenseparationszone. Die Beschickungsflüssigkeit und Gas werden in das untere Ende der Reaktionszone, welche ein Bett von teilchenförmigen Feststoffen oder vorzugsweise ein Katalysatormaterial enthält, hinein eingeführt und steigen gleichförmig durch die Reaktionszone hindurch, wobei sie das Katalysatorbett expandieren. Die Flüssigkeit und das Gas werden nach oben geleitet zu der Phasenseparationszone, welche eine Phasenseparations/ Sammlungs-Einrichtung enthält, die eine wirksame Trennung des gasförmigen und Dampfanteils des aufsteigenden Flüssigkeits/Gas-Gemisches vorsieht. Ein im wesentlichen dampffreier Flüssigkeitsanteil wird gesammelt und zurückgeführt durch eine Fallrohrleitung zu wenigstens einer oberen Recyclisierungspumpe zum Rezirkulieren der Flüssigkeit nach oben durch die Fließbettreaktionszone, um die erwünschte Fließbettexpansion darinnen aufrecht zu erhalten. Die Separations/Sammlungs-Einrichtung hat einen vergrößerten oberen Teil, der gewöhnlich konisch oder frusto-konisch geformt ist und an seinem unteren Ende verbunden ist mit einer Flüssigkeitsfallrohrleitung, die das Flügelrad der Recyclisierungspumpe, die in dem oberen Teil des Reaktors angeordnet ist, enthält.

Die Erfindung wird weiter beschrieben mit Bezug auf die Figur 1, die den Reaktorbehälter 10 zeigt, der vorzugsweise zylindrisch geformt und in einer vertikalen Position orientiert ist. Obwohl die Figur 1 eine schematische Zeichnung ist, ist das so zu verstehen, daß der Reaktor 10 in einer solchen Weise konstruiert ist, daß er geeignet ist zum Umsetzen von Flüssigkeiten, Flüssigkeit s/Feststoffe-Aufschlämmungen, Feststoffe und Gase bei erhöhten Temperaturen und Drücken, und in einer bevorzugten Ausführungsform ist er geeignet zum Behandeln von Kohlenwasserstofflüssigkeiten und Kohle/

Öl-Aufschlämmungen mit Wasserstoff bei hohen Temperaturen und Drücken, wie z. B. bei 260° - 820° C (500 - 15OO⁰ F) und 70 - 350 bar (1000 - 5OOO psi). Der Reaktor 10 ist versehen mit einer Einlaßleitung 12 zum Einspeisen eines schweren Öls oder eines Gemisches aus öl mit kleinen Kohlepartikeln und eines Wasserstoff enthaltenden Gases. Auslaßleitungen sind vorgesehen in dem oberen Teil des Reaktors 10, wobei die Leitung 14· eingerichtet ist zum Abziehen von kombiniert Dampf und Flüssigkeit und die Leitung 16 zum Abziehen von hauptsächlich flüssigen Produkten, wenn gewünscht. Der Reaktor kann auch Einrichtungen zum Einführen und Abziehen von Katalysatorpartikeln enthalten, welche schematisch gezeigt werden als Einlaßverbindung 15 und Auslaßverbindung 17.

Eine Beschickung, wie z. B. ein Schweröl oder öl mit darin aufgeschlämmten Kohlepartikeln, wird durch die Leitung 11 eingeführt, während Wasserstoff enthaltendes Gas durch die Leitung 13 eingeführt wird, und wird mit der Be-Schickung kombiniert und eingespeist in den Bodenteil des Reaktors 10 durch die Leitung 12. Die hereinkommende Flüssigkeit wird durch das Gitter 18 geleitet, welches geeignete Flüssigkeitsverteilungseinrichtungen enthält, wie z. B. Blasenkappen 19, aber das ist so zu verstehen, daß irgendeine geeignete Einrichtung, die bekannt ist und zum gleichförmigen Verteilen der Flüssigkeit von der Leitung 12 über die gesamte Querschnittsfläche des Reaktors 10 dient, verwendet werden kann.

Das Gemisch der Flüssigkeit und des Gases strömt nach oben durch das Katalysatorbett 22, und die Katalysatorpartikel werden dabei in eine statistische aufwallende Bewegung versetzt durch die vereinigten Ströme von Gas, Beschickungsflüssigkeit und des recyclisierten Flüssigkeitsstroms, der vorgesehen wird durch die Recyclisierungspumpe 20 mit dem Flügelrad 21, das in dem oberen Ende der Fallrohrleitung 24 angeordnet ist. Der Flüs-

sigkeitsfluß, der von diesem Recyclisierungspumpenflügelrad oder Rotor 21 geliefert wird, ist ausreichend, um die Masse der Katalysatorpartikel in dem Bett 22 um wenigstens etwa 10 % und gewöhnlich um etwa 20 - 200 % über ihre abgesetzte Höhe zu expandieren. Aufgrund des nach oben gerichteten Gas- und Flüssigkeitsstroms, wie allgemein gezeigt durch die Richtungspfeile 22a durch das Bett 22, in einer gleichförmigen Geschwindigkeit. Wegen der nach oben gerichteten Flüssigkeitsströme, vorgesehen durch die Recyclisierungspumpe und durch die nach unten gerichteten Gravitationskräfte werden die Katalysatorbettpartikel ein oberes Niveau der Bewegung oder Aufwallung erreichen, während die leichtere Flüssigkeit und Gas sich fortgesetzt nach oben bewegen über dieses Niveau hinaus. Das obere Niveau des Katalysators oder die Katalysatorgrenzfläche ist allgemein gezeigt bei 23, und die Reaktionszone erstreckt sich vom Gittertablett 18 zum Niveau 23. Die Katalysatorpartikel im Bett 22 bewegen sich statistischer Verteilung und im allgemeinen gleichförmig verteilt durch die gesamte Reaktionszone im Reaktor 10, während im wesentlichen keine Katalysatorpartikel oberhalb der Katalysatorgrenzfläche 23 aufsteigen.

Das Volumen oberhalb der Katalysatorgrenzfläche 23 enthält Flüssigkeit und mitgerissenes Gas oder Dampf nach oben bis zur Flüssigkeits/Gas-Grenzfläche, gezeigt als Niveau 25- Der obere Teil des Reaktors ist die Phasenseparationszone, in welcher die Flüssigkeit und das Gas getrennt werden in einer Separations/Sammlungs-Einrichtung 28 zum Sammeln einer Flüssigkeit mit nur einem geringfügigen Gas- und Dampfgehalt und Recyclisieren derselben durch das Fallrohr 24a. Die Auslaßleitung 14 endet in dem Dampfraum und wird gewöhnlich zum Abziehen eines vereinigten, abgehenden Stroms aus Dampf und Flüssigkeit verwendet. Gegebenenfalls kann jedoch ein im wesentlichen flüssiger Strom abgezogen werden ge-

16
trennt von dem Gas und dem Dampf durch den Auslaß 16.

Der obere Teil der Fallrohrleitung 24 ist vergrößert bei 28 und hat vorzugsweise eine umgekehrte frustokonische Form und kann vertikale Leitungen enthalten, die darin für einen zusätzlichen Flüssigkeitsstrom inkorporiert sind. Der ringförmige Raum 26 zwischen der Innenwandung des Reaktors 10 und der Phasenseparator/ Sammlungs-Einrichtung 28 erlaubt einen nach oben gerichteten Flüssigkeitsstrom dadurch hindurch. Gas-mitgerissene Flüssigkeit bewegt sich im allgemeinen nach oben durch die Phasenseparations/Sammlungs-Einrichtung, worin der flüssige Teil seine Richtung umkehrt und nach unten fließt zu und durch das Fallrohr 24 zu dem Einlaß der Recyclisierungspumpe 20, und wird dadurch recyclisiert durch den unteren Teil des Reaktors 10. Die Leitung 24 ist vorzugsweise zentral innerhalb des Reaktors 10 angeordnet. Gas und Dämpfe, die von der Flüssigkeit abgetrennt worden sind, steigen zu der Flüssigkeits/ Gas-Grenzfläche 25 und werden in dem oberen Teil des Reaktors 10 gesammelt und durch die Auslaßleitung 14 entfernt. Die an diesem Punkt entfernten Gase und Dämpfe werden in üblicher Weise weiterverarbeitet zur Wiedergewinnung von möglichst viel Wasserstoff zum Recyclisieren in den Gasbeschickungseinlaß 13· Der flüssige Anteil wird weiterverarbeitet zur Entfernung von teilchenförmigen Feststoffen, wenn notwendig, und zur Fraktionierung desselben in die gewünschten Produktströme.

Die Figur 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des oberen Recyclisierungspumpenzusammenbaus 20, in welchem die Pumpe getragen wird vom oberen Ende des Reaktors durch einen mit Bolzen versehenen Flansch 31· Der Pumpenschaft 32 und das Schaftlager 33 befinden sich oberhalb des Pumpenflügelrads 21; d. h., nach innen gerichtet (inboard) zwischen dem Pumpenflügelrad 21 und dem Antriebsmotor 34. Das Lager wird getragen von der Ge-

häusestruktur 36, welche konisch geformt ist, so daß sie den rotierenden Teilen eine erhöhte Festigkeit verleihen kann, und an dem Motorflansch 34a befestigt ist. Der Pumpenzusammenbau 20 ist entfernbar gemacht durch eine obere, mit Flanschen versehene öffnung 31· Eine saubere verträgliche Fluid, wie z. B. Wasserstoffgas, wird vorgesehen zum Raum 37 bei einem Druck geringfügig oberhalb des Reaktordrucks zum Unterdrucksetzen und Abdichten des Lagers 33 zur Verhinderung des unerwünschten Eintritts irgendwelcher Aufschlämmungsflüssigkeiten. SchmiermittelÖl wird vorgesehen zum Lager 33 gewöhnlich durch eine Rohrleitung 39? die zur Halterung an der Gehäusestruktur 36 befestigt ist, oder kann zugeführt werden durch einen zentralen longitudinalen Durchgangsweg 32a im Schaft 32.

Das Flügelrad 21 sollte unterhalb dem unteren Ende des konischen Teils des Phasenseparators 28 angeordnet werden in einem Abstand von wenigstens gleich dem 0,5-fachen des Durchmessers der Leitung 24 und vorzugsweise gleich dem 0,6- bis 6-fachen dieses Durchmessers. Gegebenenfalls kann das Flügelrad 21 und der Motor 34 zum umgekehrten Betrieb gebracht werden, um gegebenenfalls irgendwelches Material entfernen zu können, wie z. B. nicht umgesetzte Kohlenfeststoffe und Katalysator in der Leitung 24, die Beschränkungen der Strömung hervorrufen.

Um in der Hauptsache Dampf von der Phasenseparations/ Sammlungs-Einrichtung 28 am Mitgerissenwerden in die Saugpumpe 20 hinein zu hindern, werden wenigstens einer oder vorzugsweise zwei bis acht stationäre Flügel 38 stromaufwärts aber nahe dem Flügelrad 21 vorgesehen. Die Flügel sind im allgemeinen radial angeordnet und sind in üblicher Weise an der Pumpentragstruktur 36 befestigt und dienen als Stromgeradeausrichtungs- oder Antiwirbelflügel, die in der Hauptsache Dampf daran hindern, vom Raum 25a in den Pumpeneinlaß hinein getragen zu werden durch Herumwirbeln oder Wirbelströ-

mung der Flüssigkeit. Die äußeren Enden der Flügel 38 sollten einen Durchmesser haben, der wenig* tens gleich dem des Pumpenflügelrades 21 ist, aber kleiner als der innere Durchmesser der Leitung 24. Gegebenenfalls können zusätzlich radial orientierte Flügel vorteilhafterweise fest an der inneren Oberfläche des Phasenseparatorkegels bei dessem unteren Ende angebracht und so angeordnet werden, daß der Ausbau des Pumpenzusammenbaus 20 nach oben möglich ist.

Ein zweiter Recyclisierungspumpenzusammenbau 50 mit einem Flügelrad 51» angetrieben durch den Motor 52, kann in dem Reaktor 10 vorzugsweise vorgesehen werden an dem unteren Ende der Flüssigkeitsleitung 24, wie in der Figur 1 gezeigt. Diese Pumpe wird vorzugsweise in Serienstromanordnung mit dem oberen Pumpenzusammenbau 20 betrieben, um die Zuverlässigkeit der kontinuierlichen Recyclisierung der Reaktorflüssigkeit zum Katalysatorfließbett 22 zu erhöhen. Alternativ kann ein unterer Recyclisierungspumpenzusammenbau 55 außerhalb an dem Reaktorbehälter 10 angeordnet werden, mit einer Leitungserstreckung 54, die zu dem Pumpensog führt, und einer Leitung 561 die vom Pumpenausgang zu dem Raum unterhalb des Flußverteilergitters 18 führt, wie in der Figur 3 gezeigt.

Die Figur 4 zeigt einen Querschnitt einer alternativen Konfiguration für einen oberen Recyclisierungspumpenzusammenbau 40, der von einem Flansch 31 getragen wird und sein Flügelrad innerhalb der Flüssigkeitsfallrohrleitung 24 angeordnet, hat. Das Pumpenflügelrad oder Rotor 41 ist durch einen geeigneten Motor 44 über einen röhrenförmigen Schaft 42 angetrieben. Ein außenbordiges (outboard) Lager 43 ist für das Pumpenflügelrad 41 vorgesehen und wird getragen von der Fallrohrleitung 24 durch eine radiale Struktur 46, die eine eng aufgesetzte zentrale nicht rotierbare Führungsbuchse 47 hat. Schmiermittelöl

wird zum Lager 43 zugeführt durch die Rohrleitungen 4-9, befestigt am Tragrohr 60, in Verbindung mit einem longitudinalen Durchgangsweg 49a am unteren Ende des Schaftes 42. Auch ist, um die in der Reaktorflüssigkeit enthaltenen feinen teilchenförmigen Feststoffe am Eintreten in das außenbordige Lager 43 zu hindern, der Raum 43a oberhalb des Lagers unter Druck gesetzt auf einen Druck, der geringfügig oberhalb des Reaktordrucks liegt, mit einer sauberen Fluid, die mit der Reaktorflüssigkeit verträglieh ist, wie z. B. Wasserstoff oder öl. Auf diese Weise wird ein kleiner, nach außen gerichteter Fluß einer solchen sauberen Fluid durch die Schaftabdichtung 45 vorgesehen. Gegebenenfalls kann vorgesehen werden, daß das Flügelrad 21 und der Motor 44 während des Betriebs in umgekehrte Richtung laufen.

Um das Herumwirbeln von Flüssigkeit zu vermindern und um in der Hauptsache Dampf vom Dampfraum 25a, am Mitgerissenwerden in den Sog der Pumpe 40 zu hindern, sind mehrfache, radial orientierte Antiwirbelflügel 58 vorgesehen, die befestigt sind an einem Tragrohr 60, das zylindrisch gemacht sein kann, aber vorzugsweise nach außen kegelförmig ist wegen verbesserter Festigkeit. Die Flügel 58 und das Rohr 60 sind an einem Motorflansch 44a angebracht und sind lösbar, um eine Entfernung des Pumpenflügelrads 41 von dem Reaktor 10 nach oben zu erlauben, wenn notwendig. Auch können, um das Flüssigkeitsherumwirbeln in dem Pumpensog zu vermindern, mehrfache, radial orientierte Antiwirbelflügel 62 zusätzlich vorgesehen werden, die an der inneren Oberfläche der Phasenseparations/Sammlungs-Einrichtung 28 befestigt sind, vorzugsweise an dessen unteren geneigten Öberflächenteil. Die inneren Enden solcher Flügel 62 bilden einen Durchmesser D, der .geringfügig größer gemacht wird als der Durchmesser des Pumpenflügelrades 41, um auf diese Weise die Entfernung des Pumpenzusammenbaus nach oben aus dem Reaktor zu ermöglichen.

Claims

Dr. Ing. E. Liebau Patentanwalt (1935-1975)

P k Τί& NfA N -W Ä L- T £

LIEBAU & LIEBAU

Birkenstrasse 39 · D-8900 Augsburg 22

Patentanwälte Liebau & Liebau ■ Birkenstrasse 39 ■ D-B9OO Augsburg

Dipl. Ing. G. Liebau Patentanwalt

Telefon (0821) 96096 · Cables: elpatent augsburg

Ihr Zeichen: your/votre ref

Unser Zeichen: H our/notre ref.

Datum: date

13.

HRI, INC.

Fließbettreaktor mit einer oben eingebauten Recyclisierungspumpe

Pat entansprüche

15 '

Reaktorzusammenbau,

gekennz eichnet durch

a) einen im allgemeinen vertikalen, unter Druck setzbaren Behälter mit einem oberen und einem unteren Kopf,

b) Mittel zum Einführen von flüssigen und gasförmigen Beschickungsmaterialien in den unteren Teil des Behälters unterhalb einer Flußverteilungseinrichtung,

Bankverbindung: Postscheckamt München. Konto 86510-809, BLZ 700100 80 · Deutsche Bank AG Augsburg, Konto 0834192, BLZ 720700 01

c) eine Phasenseparations/Saimlungs-Vorrichtung, angeordnet im oberen Teil des Behälters, zum Abtrennen der nach oben strömenden umgesetzten Flüssigkeit in flüssige und gasförmige Anteile,

d) eine im allgemeinen vertikale Leitung, angeordnet innerhalb des Behälters, die ihr oberes Ende in Flüssigkeitsverbindung mit der Phasenseparations/ Sammlungs-Vorrichtung hat und die ihr unteres Ende in Flüssigkeitsverbindung mit dem unteren Teil des Behälters hat,

e) ein Pumpenzusammenbau, der im oberen Kopf des Reaktors gehaltert ist und dessen Flügelrad in dem oberen Ende der Leitung zur Rezirkulation der Reaktorflüssigkeit durch den Reaktor sich befindet, und

f) Mittel zum Abziehen eines Produktstroms von dem oberen Teil des Reaktors über der Phasenseparations/ S ammlung s-Vo rri chtung.
2. Reaktorzusammenbau nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichnet, daß das Pumpenflügelrad gedreht wird durch einen damit verbundenen, verlängerten Schaft und einen Motor, der im oberen Kopf des Reaktors gehaltert ist.
3- Reaktorzusammenbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenlager unter Druck gesetzt ist durch eine vereinbare Fluid , um Reaktorflüssigkeit und -feststoffe von dem Lager auszuschließen.
4. Reaktorzusammenbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe wenigstens einen Antiwirbelflügel, angeordnet stromaufwärts des Pumpenflügelrads, hat.
5. Reaktorzusammenbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenzusammenbau zur Umkehrung seiner Strömungsrichtung eingerichtet ist.
6. Reaktorzusammenbau nach Anspruch 1, dadurch gekennz ei chnet, daß das Pumpenlager für das Pumpenflügelrad zwischen dem Flügelrad und dem Pumpenantriebsmotor angeordnet ist.
7· Reaktorzusammenbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,

dadurch gekennz ei chnet, daß das Pumpenlager für das Pumpenflügelrad unterhalb dem Flügelrad angeordnet ist und getragen ist von der Fallrohrflüssigkeitsleitung.
8. Reaktorzusammenbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,

dadurch gekennz ei chnet, daß eine zweite Recyclisierungspumpe vorgesehen ist unterhalb und in Abstromserienflußrelation mit dem oberen Pumpenzusammenbau zur Recyclisierung der Reaktorflüssigkeit.
9. Reaktorzusammenbau nach Anspruch 4-,

dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Antiwirbelflügel vorgesehen sind, die an der inneren Oberfläche der Phasenseparations/Sammlungs-Vorrichtung befestigt sind.
10. Lösbarer Pumpenzusammenbau zum Einbau in einen Reaktor, bestehend aus

a) einem Antriebsmotor, der an einem Einbauflansch befestigt ist,

b) einer verlängerten, konisch geformten Tragstruktur, die an dem Flansch befestigt ist und die ein Lager an dem äußeren Ende der Struktur enthält,

c) ein Antriebsschaft, der sich von dem Motor durch das Lager erstreckt,

d) ein Flügelrad, das an dem äußeren Ende des Antriebsschafts installiert ist, und

e) mehrere radiale Flügel, die sich von der äußeren Oberfläche der konisch geformten Tragstruktur anschließend an das Lager erstreckt.
11. Pumpenzusammenbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,

dadurch gekennzeichnet, daß die Außendurchmesser der vielfachen radialen Flügel wenigstens gleich ist dem des Pumpenflügelrads.