DK149040B - Dispensor til partikelformigt materiale - Google Patents

Description

i 149040 o

Den foreliggende opfindelse angår en dispensor, der fordeler partikelformigt materiale i praktisk taget samme mængde ensartet over et givet område.

Før i tiden er partikelformigt materiale"'blevet 5 fyldt i beholdere eller tømt ud ved, hvad der gængs betegnes "sok"-metoden. Ved denne metode anvendes en tragt med en tilhørende slange, der strækker sig til beholderens bund eller til overfladen af partikelformigt materiale, der er tømt ud tidligere. Tragten og slangen fyldes med 10 partikelformigt materiale, og partiklerne frigives ved slangens udløbsåbning ved, at slangen hæves langsomt.

De fremkomne udtømte partikler ligger i form af en kegle, der under udtømningen af partiklerne kan fordeles over hele det givne område ved rivning.

15 Kommercielle katalysatorreaktionszonebeholdere fyl des hensigtsmæssigt med katalysatorpartikler på en måde, der anvender den her omhandlede dispensor. Kommercielle katalysatorreaktions zonebeholdere eller -reaktorer, dér varierer i vidde eller diameter fra 0,3 til 4,5 m, og som har en læng-20 de på fra 1,5 til 21 m fyldes ved den ovenfor beskrevne "sok"--teknik. Et af de problemer, der er forbundet med fyldning af reaktorer ved denne metode, består i, at katalysatormassen kan indeholde for store katalysatorhulrum, der under katalysatorens anvendelse kan forårsage katalysatorsætningsproblemer 25 eller "sammensynkning", lokale varme steder under reaktanters eksoterme reaktioner samt nødvendigheden af anvendelse af forøget reaktorvolumen. Endvidere kræver "sok"-teknikken forlængede tidsrum til fyldning af en reaktor, eftersom den slange, hvorigennem katalysatoren kommer ind i reaktoren, kontinuerligt 30 skal reguleres opad for at tillade katalysatoren at strømme. Foruden ved ovenstående metode kan katalysatoren tilsættes kontinuerligt gennem en tragt, der er ophængt over katalysatoroverfladen, hvilket også resulterer i dannelsen af en kegleformet bunke af katalystor oven på katalysatormassen. Ligesom 35 ved ovennævnte metode kan katalysatorkeglen fordeles over katalysatormassen ved rivning.

149040 2

O

At katalysatoren sætter sig kan således ændre det samlede volumen af katalysatormassen, hvorved den forårsager skade på udstyr, såsom termobrønde, der er indsat i reaktoren til temperaturmålinger. Endvidere kan katalysatorsætningen 5 reducere katalystormassens overflade til et niveau, ved hvilket termobrønden ikke er ikontakt med katalysatoren, hvorved det ikke bliver muligt at overvåge reaktionstemperaturen Under forløbet af en reaktion. For store hulrum i en "sok"--påfyldt katalysatormasse bevirker dårlig gas-, væske- eller 10 gas-væske-fordeling igennem massen. Den dårlige fordeling kræver ofte en formindsket behandlingsmængde eller forhøjede temperaturer, eftersom den resulterende katalysator-udnyttelse er lav, og produktspecifikationer måske ikke kan opfyldes. -Sætningsproblemer, der er forbundet med "sok^påfyld-15 te masser, kan resultere i skade på andre indvendige reaktordele, såsom kurve, genfordelingsbakker, katalysatorbærere og bratkølingssprøjtekranse.

Et yderligere problem, der er forbundet med den kendte metode til chargering af katalysator, er, at man for et 20. givet reaktorvolumen fastsætter den mængde katalysator, der kan chargeres, efter s lutkatalysator rumvæg ten. Et middel til forøgelse af en rumvægt i løst mål af en katalysator, der er til stede i en reaktionszone, ville således muliggøre en forøget behandlet mængde reaktanter ved samme strenghed eller sam-25 me behandlede mængde ved lavere strenghed. Der kan således opnås mildere reaktonsbetingelser og/eller en forøget behandlet mængde for et givet reaktionszonevolumen, hvis der kan opnås en stigning i katalysatorens rumvægt i løst mål.

Den kendte teknik, jfr. USA-patentskrift nr. 3.718.579 30 og nr. 3.668.115, indebærer, at katalysatorudnyttelsen og rumvægten i løst mål forøges ved en fremgangsmåde til chargering af katalysatorpartikler til en reaktor, hvilken fremgangsmåde omfatter chargering til reaktoren i nedadgående retning i reaktoren ved en gennemsnitlig frit fald-afstand for katalysator-35 partiklerne gennem et gasformigt medium til katalysatoroverfladen på mindst 0,3 m samt fordeling af katalysatorpartiklerne over hele katalystormasseoverfladen ved praktisk taget samme opfyldningsmængde.

3

O

143040

Selv om den kendte teknik er bekendt med, at den ovenfor beskrevne metode forøger katalysatorudnyttelsen i katalysatorreaktionszoner, har den ikke kunnet forestille sig selve den anordning, der let og mest fuldstændigt kan udnytte 5 en sådan metode. Den kendte teknik har foreslået en fremgangsmåde til chargering af katalystoren til reaktoren, hvilken fremgangsmåde gennemføres ved, at katalysatorpartiklerne får lov at strømme ved hjælp af tyngden fra en konisk tragt til en konisk divertor, der er monteret i tragtafgangen.

10 Selv om diameteren af den koniske divertors fod skal reguleres til kompensation for reaktordiameteren, og selv om denne divertor indeholder åbninger, hvorigennem en fraktion af katalysatoren kan falde, viser det sig, at den ønskede fordeling af partikler ikke kan opnås. Med en smule fantasi 15 vil den mest drevne iagttager bemærke, at det er højst usandsynligt, at der kan opnås en ensartet fordeling af partikler ved, at partiklerne simpelt hen falder ned på en konisk divertor. Denne manglende evne bør være særlig indlysende, når reaktionszonens diameter er 3,6 m eller derover; og 20 endog med reaktionszoner med mindre diameter er der ringe sandsynlighed for, at aflejringen af partikler på området direkte under den koniske divertor, hvis størrelse maksimali-seres til fordeling i katalysatorzonens ydre periferi, sker i samme mængde som på området uden for divertorens halvskygge.

25 Hvis den ønskede fordeling ikke kan opnås, kan man derfor indlysende ikke nyde fordelene ved en sådan fordeling.

I USA-patentskrift nr. 3.804.273 er der beskrevet katalysatorfordeling fra en konisk divertor. Når fordelingsorganet bringes i rotation, rammer katalysatorpartiklerne den 30 skrå overflade og tilbagekastes radialt, eller de rammer finner og tilbagekastes tangentialt. Nogle katalysatorpartikler passerer gennem spalter i keglen til arealet umiddelbart under di-vertoren. Dette organ har den ulempe, at det er helt tilfældigt, hvilken bevægelse den enkelte partikel får ved ud-35 tømningen. Dette element af tilfældighed gør det umuligt at opnå den helt frie kontrol med fordelingen af partikler i reaktoren.

De omtalte ulemper ved den kendte teknik overvindes med dispensoren ifølge opfindelsen.

o 4

1A 904 O

Ifølge den foreliggende opfindelse er der tilvejebragt en dispensor til partikelformigt materiale med en nominel diameter/ hvilken dispensor omfatter en depotbeholder og et omkring en vertikal akse roterbart udtømningsorgan anbragt under 5 depotbeholderen og i forbindelse med denne og forbundet med en kilde for rotationskraft, idet den her omhandlede dispensor er ejendommelig ved, at udtømningsorganet omfatter et centralt hus eller muffe med en øvre åbning til modtagelse af par-tikelformigt materiale fra depotbeholderen og med mindst én prak-10 tisk taget horisontalt og radialt udragende, almindeligvis tubu-lær arm, hvis ydre ende er lukket, og som har en aflang udtømningsåbning langs mindst en del af sin nedre, under rotationen bagudvendende side, hvilken udtømningsåbning er tilspidset således, at den tiltager i vidde mod arnens ydre ende, og udtømnings-15 åbningens minimumvidde er mindst 125% af den nominelle partikeldiameter .

Den her omhandlede dispensor eliminerer de ovenfor omtalte svagheder ved de kendte dispensorer og muliggør en nøjagtig, ensartet fordeling af katalysatorpartikler i en 20 katalysatorreaktionszone til frembringelse af en væsentlig forbedring af rumvægten i løst mål, der nærmer sig katalystorens maksimale rumvægt i løst mål. Desuden frembringer stigningen i rumvægten i løst mål en stiv katalystormasse med en væsentligt reduceret tendens til sætning. Af yderligere betydning er den 25 kendsgerning, at opfindelsen muliggør fremstilling af en katalysatormasse med minimal dannelse af fine katalysatorpartikler. Dannelsen af fine katalysatorpartikler er således almindeligvis under 1%, baseret på det totale katalysatorvolumen, der er chargeret, og almindeligvis under 0,5 volumenprocent.

30 Endvidere eliminerer den her omhandlede dispensor ethvert element af tilfældighed i den enkelte bevægelse. I forhold til udtømningsarmen bibringer den her omhandlede dispensor alle partikler en praktisk taget spiralformet bane. Der opnås ydermere en mere ensartet katalysatorfordeling, fordi den åbning, 35 hvorigennem katalystoren passerer, kan begrænses svarende til arealet af den katalysatormasse, hvorhenover dispensoren passerer.

O

5 149040

Dimensionerne af udtømningsåbningen i fordelerarmen kan indstilles, således at ifyldningshastigheden og hældningen af katalysatormassens overflade kan reguleres efter ønske eller behov.

5 Antallet af de almindeligvis tubulære arme, hvor hver arm har ovennævnte åbning, er fortrinsvis to arme anbragt aksi-alt på række, men kan forøges til så mange som 8-10 arme eller derover.

Det foretrækkes også, at hver udtømningsåbning har en 10 maksimumvidde, der er tilstrækkelig til at muliggøre, at det partikelformige materiale ifyldes i en mængde på fra 488 til 7320 kg/time/m^.

Den her omhandlede dispensor kan anvendes til fyldning af cylindriske eller ringformede beholdere. Når dispensoren an-15 vendes til fyldning af en cylindrisk beholder, strækker udtømningsåbningen sig fortrinsvis langs praktisk taget hele den almindeligvis tubulære arms længde. Når dispensoren anvendes til fyldning af en ringformet beholder, er udtømningsåbningén delvis blokeret for at forhindre partikelformigt materiale 20 i at falde ned i den ringformede beholders centerrør. Den blokerede del er selvfølgelig nærmest den centrale muffes vertikale akse. Den mængde, der skal blokeres, er en funktion af beholderens geometri.

En særlig fordel ved anvendelse af katalysator, der 25 chargeres med den her omhandlede dispensor, ligger i forskellige carbonhydridomdannelsesprocesser, såsom hydrogenering, re-formning, hydrokrakning, polymerisering, hydroafsvovlning og dehydrogenering, hvor sådanne carbonhydridomdannelsespro-cesser gennemføres i en reaktor med ikke-fluidiseret kataly-30 satormasse, hvilket indbefatter reaktorer med fikseret masse og reaktorer med masse, som bevæger sig. Den foreliggende opfindelse er særlig fordelagtig ved hydroafsvovlnings-, hydrokraknings- , hydrogenerings- og reformingfremgangsmåder.

En særlig foretrukket anvendelse af den foreliggende opfindelse 35 er ved reforming- og hydrogeneringsfremgangsmåder.

En yderligere fordel ved forøget rumvægt i løst mål af o 149040 6 den ifyldte katalysator er, at katalysatorlevetiden kan forlænges for samme behandlede mængde og strenghed. Denne forlængelse af katalysatorlevetiden er et resultat af den håndgribelige virkning af den forøgede katalysatorvægt i et bestemt -5 reaktorvolumen samt den mindre håndgribelige virkning af ensartet gas-, væske- eller gas-væske-fordeling, som falder sammen med den mere ensartede hulrumsfordeling i en tæt ifyldt katalysatormasse. Længere katalysatorlevetid resulterer i en længere driftsvarighed for enheden.

10 Endvidere tilvejebringer en tæt fyldning af alle reak torer i et integreret raffinaderiet middel til at forudsige, regulere og optimalisere forekomsten af eftersyn, baseret på den forudsætning, at katlaystorlevetiden i hver reaktor i raffinaderianlægget bliver en forudsigelig funktion af kon-15 krete faktorer, såsom katalysatoregenskaber, behandlet mængde og driftsstrenghed. Ikke-konkrete virkninger, der er forbundet med dårlig fordeling, sætning og varme steder, minimeres ved en tæt katalysatorfyldning.

Den her omhandlede dispensor anvendes til at chargere 20 katalysatorpartikler til en reaktor i nedadgående retning i denne reaktor. Almindeligvis kan man chargere reaktorstørrelser, der varierer mellem 0,3 og 4,8 m, fortrinsvis fra 0,6 til 3,9 m, i diameter og fra 1,5 til 37,5 m, fortrinsvis fra 3 til 22,5 m, i længden. Fyldningshastigheden i reaktoren kan være uensartet.

25 Det foretrækkes imidlertid, at fyldningshastigheden er ensartet, og at man efter etablering af en given fyldningshastighed opretholder denne fyldningshastighed, medens katalysatormassen præpareres. Katalysatorpartiklerne indføres i reaktoren på et sådant punkt, at afstanden til den katalysatoroverflade, der 30 dannes, efterhånden som ' kåtålysatorpartiklerne indføres gennem et gasformigt medium, tilvejebringer en gennemsnitlig frit fåld-afstand for katalysatorpartiklerne på mindst 0,3 m, fortrinsvis fra 1,5 til 37,5 m, og mere foretrukket fra 3 til 21 m. Det gasformige medium er almindeligvis luft eller afhæn-35 gigt af katalysatoren et indifferent medium, såsom nitrogen.

Således falder katalysatorpartiklerne almindeligvis individuelt o 7 149040 på katalysatoroverfladen, efterhånden som katalysatormassen dannes. Katalysatorpartiklerne fordeles over overfladearealet af katalysatormassen, efterhånden som denne dannes, således at katalysatoroverfladen stiger med en praktisk taget ensartet 5 hastighed. Katalysatorpartiklerne fordeles for at frembringe en katalysatoroverflade, som har en forskel mellem den højeste del af katalysatoroverfladen og den laveste del af katalysatoroverfladen, der er mindre end 10% af diameteren af katalysatormassen, dvs. en praktisk taget flad overflade, mere foretruk-10 ket mindre end 5%, og endnu mere foretrukket mindre ned 1%.

En af de mest gængs anvendte former, der anvendes som beholdere eller reaktorer, er cylinderen med et cirkelformet, horisontalt tværsnit. Den her omhandlede dispensor er imidlertid også yderst anvendelig til ifyldning af partikelformigt materiale i en cirkel-15 formet beholder, der har et ringformet, horisontalt tværsnit.

I udtrykket "fyldningshastighed" ligger stigningen i massens højde, og denne kan udtrykkes i enheden m/time. Et andet udtryk "partikelstrømning" er hensigtsmæssigt til at kendetegne trækkene ved ifyldningshastigheden, og den defineres som 20 kg katalysatorpartikler, der falder på et område på 1 m^ på 1 time (kg/time/m ). Det har vist sig, at en bestemt partikelstrømning er mest gunstig for en optimal ifyldning af en givet katalysator. Partikelstrømning og fyldningshastighed står i relation til hinanden via rumvægten i løst mål af den ifyldte 25 katalysator: strømning, - time/nr --- = fyldningshastighed, 30 ifyldt tilsyneladende rumvægt i løst mål, m/tiine ni 2

Det har vist sig, at en strømning mellem 488 og 7.320 kg/time/m er foretrukket til forøgelse af den ifyldte rumvægt i løst mål af katalysatoren, og at der opnås mere foretrukne resultater 35 for de fleste katalysatorer under anvendelse af en strømning på mellem 1.464 og 4.880 kg/time/m .

Ovennævnte størrelser af strømning og frit fald-afstand og ensartet fordeling af katalysatoren inden for ovenstående foretrukne områder foretrækkes, fordi de sørger for en væsentlig 149040 o 8 tilnærmelse til den maksimale rumvægt i løst mål, der kan opnås for en givet katalysatormasse. De reaktorstørrelser, der foretrækkes, er de reaktorer, der almindeligvis anvendes ved kommercielle fremgangsmåder, såsom hydrogenering, reforming 5 og hydrokrakning.

Den foreliggende opfindelse kan anvendes på katalysator-partikler, der er sfærer, piller, ekstrudater, krystaller, cylindre etc. Almindeligvis hør partikeldiameteren ikke være større end 3% af reaktordiameteren og fortrinsvis ligge på fra 10 0,04 til 1,3 cm, mere foretrukket på fra 0,15 til 0,6 cm.

Katalysatorpartikeldiameteren refererer til den nominelle partikeldimension i det tilfælde, hvor partiklen ikke er sfærisk.

Udtrykket "nominel partikeldimension" er almindeligvis 15 anvendt i forbindelse med masser af partikelformet materiale, hvis partikler kun varierer i ringe grad i størrelse, uanset hvilken retning de ses fra. Derfor kan partikelstørrelsen beskrives ved en enkelt dimension, som betegner en almen gennemsnitlig eller middel partikelstørrelse. Det er denne gen-20 nemsnitsstørrelse, som betegnes "nominel partikeldimension".

En bred mangfoldighed af faste katalysatorer kan chargeres til katalysatorreaktionszoner med den her omhandlede dispensor, såsom oxidations-, hydroafsvovlnings-, hydrokraknings-, kraknings-, reformning- og hydrogeneringskatalysatorer.

25

Eksempel 1

En beholder med en diameter på 0,6 m udvælges til at fyldes med aluminiumoxidkatalysatorsfærer med en diameter på 0,16 cm ved hjælp af den konventionelle kendte metode 30 til "sok"-ifyldning, som er beskrevet ovenfor, og ligeledes ved hjælp af ifyldningsanordningen ifølge den foreliggende opfindelse for at sammenligne de to metoders evne til at maksima-iisere den ifyldte katalysators tilsyneladende rumvægt i løst mål. De katalysatorpartikler, der er ifyldt ved den kendte 35 "sok"-metode har en tilsyneladende rumvægt i løst mål på 3 0,499 g/cm , medens den katalysator, der er ifyldt med den 9 149040

O

her omhandlede anordning med de foretrukne to arme, o viser en tilsyneladende rumvægt i løst mål på 0,534 g/cm .

Denne stigning i den tilsyneladende rumvægt i løst mål er en stigning på 7,1¾ i forhold til den kendte metode.

5

Eksempel 2 I dette eksempel anvendes samme beholder og ifyld-ningsteknik som i eksempel 1. De katalysatorpartikler, der udvælges til anvendelse i dette eksempel, er imidlertid eks-10 trudater med en diameter på 0,08 cm, som har et forhold mellem længde og diameter på fra 6,5 til 8. Den tilsyneladende rumvægt i løst mål af den ekstrudatkatalysator, der ifyIdes ved "sok"-metoden og ved hjælp af ifyldningsanordningen ifølge den foreliggende opfindelse, der har de foretrukne to arme, konsta- 3 3 15 teres at være henholdsvis 0,589 g/cm og 0,652 g/cm . Denne stigning i den tilsyneladende rumvægt i løst mål udgør en stigning på 12,4% i forhold til den kendte metode.

Kommercielle adskillelseszonebeholdere fyldes også hensigtsmæssigt med partikelformig adsorbent på en måde, der 20 anvender den her omhandlede dispensor. Kommercielle adskillelseszonebeholdere kan variere i vidde eller diameter fra 0,3 til 4,5 m, og de har længder på fra 1,5 til 21 m.

Et eksempel på den partikelformige adsorbent, der kan fyldes i kommercielle adskillelseszonebeholdere med den her 25 omhandlede dispensor, er de 5 Ångstrøm molekylsigter, der anvendes til at adskille ligekædede carbonhydrider fra forgrenede og cycliske strukturer. Både naturlige og syntetiske aluminium-silicater kan vælges som adsorbenter. Andre egnede partikel-formige materialer, der kan udgøre den ønskede adskillelses-30 funktion, kan også vælges.

Ovenstående problemer vedrørende ifyldning af katalysatorer, hvilke problemer mindskes ved hjælp af den her omhandlede dispensor, er lige så vanskelige ved anvendelsen af adsorbenter ved adskillelsesprocesser. Det har imidlertid vist sig, 35 at fordelene ved anvendelsen af den her omhandlede dispensor også viser sig, når adsorbenter ifyIdes med den her omhandlede dispensor.

149040 o ίο

Opfindelsen skal nu nærmere beskrives under henvisning til tegningen.

Fig. 1 viser en beholder med den foretrukne toarms-dispensor set i et længdetværsnit.

5 Fig. 2 viser en detalje af udtømningsåbningerne i den roterbare arm.

Der henvises nu til fig. 1, hvor en dispensor for partikelf ormigt materiale, alment betegnet 1, indbefatter en depotbeholder 2, hvori materialet hældes ned og opbevares for-10 ud for udtømning i en beholder 6. Et roterbart udtømningsorgan 3 strækker sig nedad fra depotbeholderen 2 og er monteret, så det kan rotere i forhold til depotbeholderen 2. Det roterbare udtømningsorgan 3 omfatter en central muffe, der er tilpasset til at rotere omkring en vertikal akse og forbundet 15 med en kilde (ikke vist) for rotationskraft, hvilken muffe har en øvre åbning til at modtage partikelformigt materiale fra depotbeholderen 2 samt to almindeligvis tubulære arme, hvorhos hver arm har en lukket ende 4 og en aflang udtømningsåbning 5 langs en del af sin længde mellem den centrale muffe og 20 den lukkede ende 4. De aflange udtømningsåbninger 5 har en voksende vidde i retning udad fra aksen. Minimumvidden af de aflange udtømningsåbninger 5 er mindst 125% af den nominelle diameter af det partikelformige materiale, der fordeles.

Under driften til fyldning af en beholder med den her 25 omhandlede dispensor roteres det roterbare udtømningsorgan eller rotor ved en tils traskkel ig hastighed til, at de partikler, der forlader rotorens yderende, lige netop når beholdervæggen.

Med henvisning til fig. 2 har det vist sig, at dimension X be.stemmer hældningen af topoverfladen af det ifyldte par-30 tikelformige materiale i en beholder, og at dimension Y bestemmer katalysatorifyldningsmængden. Hvis det partikelformige materiale var en perfekt strømmende substans, ville dimensionen X i teOr* rien være lig med nul. Eftersom virkeligt partikelformigt materiale ikke er en perfekt strømmende substans, må dimensionen X 35 være endelig. Hvis partikelformigt materiale fik lov at strømme gennem en rektangulær udmunding med vidden X, ville dimensionen X blive defineret som den maksimale åbning i udmundingen, hvor partikelstrømningen lige netop ville begynde. Dimensionen Y ville stadig regulere partikelstrømningsmængden.

o 11 149040

Udmundingen skulle derfor deles i to dele, nemlig A^ og A2·

Delen A-j^ af hjælper den kendsgerning, at partikelformigt materiale ikke er en perfekt substans, og delen A2 tillader en ensartet ifyldningsstrømning og regulerer ifyldningsmængden.

5 Ved anvendelse af denne teori på rotordrift er det indlysende, at centrifugalkræfterne vokser yderligere vask fra centret, men denne stigning er lineær. Derfor er fordelingsudmundingen i rotoren opdelt som vist i fig. 2 (dvs. A^ er ikke rektangulær). A^ korrigerer stadig for den ikke-perfekte strømning af partikel-10 formigt materiale, og A2 tillader en ensartet ifyldningsstrømning og regulerer ifyldningsmængden af partikelformigt materiale.

Det må bemærkes, at dimensionen X i fig. 2 stadig regulerer hældningen af topoverfladen af det ifyldte partikelformige materiale i beholderen, og dimensionen Y regulerer ifyldningshastigheden 15 for partikelformigt materiale·. Det må yderligere bemærkes, at udmundingskanten forbliver lineær.