Festbett-Hydrierungsreaktor

Gerätebetriebsanleitung und Teilebeschreibung

Das Gerät verarbeitet Öl in sechs Systemen: Gaszufuhrsystem, Flüssigkeitszufuhrsystem, Reaktionssystem, Kondensations- und Trennsystem, Flüssigkeitsstandregelungs- und Rückgewinnungssystem, automatische Abgasabführung und -messung.

1. Gaszufuhrsystem

Die beiden Gase sind Wasserstoff (H2) und Stickstoff (N2). Die Zufuhr erfolgt wie folgt:

Wasserstoff (H₂) tritt über ein Zweiwege-Kugelventil (HV-11) in das System ein, wird durch einen Filter (F-11) gefiltert und anschließend durch ein Druckminderungsventil (PCV-11) auf den Zieldruck reduziert. Der Massendurchflussregler (FT/FV-11) steuert und dosiert den Wasserstoff und leitet ihn nach dem Durchlaufen des Rückschlagventils (CK-11) in das Reaktionssystem. Das Zweiwege-Kugelventil (HV-14) und das Nadelventil (HV-15) sind Bypassventile des Massendurchflussreglers (FT/FV-11). Der Eingangsdruck des Druckminderungsventils (PCV-11) ist von 0 bis 6000 psi, der Ausgangsdruck von 0 bis 1500 psi einstellbar. Ein- und Ausgang des Druckminderungsventils sind mit Manometern (PI-11) ausgestattet, ein weiteres Manometer (PI-12) dient der Druckmessung. Der Massendurchflussregler (FT/FV-11) hat einen Regelbereich von 0 bis 500 ml/min und eine Regelgenauigkeit von ± 1 %.

Stickstoff (N₂) tritt über das Zweiwege-Kugelventil (HV-21) in das System ein, wird durch den Filter (F-21) gefiltert und anschließend durch das Druckminderungsventil (PCV-21) auf den Zieldruck reduziert. Der Massendurchflussregler (FT/FV-21) steuert und dosiert den Druck, bevor der Stickstoff nach Durchlaufen des Rückschlagventils (CK-21) in das Reaktionssystem gelangt. Das Zweiwege-Kugelventil (HV-24) und das Nadelventil (HV-25) dienen als Bypassventile für den Massendurchflussregler (FT/FV-21). Der Eingangsdruck des Druckminderungsventils (PCV-21) ist von 0 bis 6000 psi, der Ausgangsdruck von 0 bis 1500 psi einstellbar. Ein- und Ausgang des Druckminderungsventils sind mit Manometern (PI-21) ausgestattet, ein weiteres Manometer (PI-22) dient zur Druckmessung. Der Massendurchflussregler (FT/FV-21) hat einen Regelbereich von 0 bis 500 ml/min und eine Regelgenauigkeit von ±1 %.

Stickstoff kann über ein Zweiwege-Kugelventil (HV-26), ein Druckminderungsventil (PCV-22) sowie ein Zweiwege-Kugelventil (HV-27) und ein Dreiwege-Kugelventil (HV-31) in den Produkttank (V-52) und den Rohstofftank (V-31) geleitet werden. Der Eingangsdruck des Druckminderungsventils (PCV-22) ist von 0 bis 3500 psi, der Ausgangsdruck von 0 bis 250 psi einstellbar. Ein Druckmessgerät (PI-23) dient zur Druckmessung am Ein- und Ausgang des Druckminderungsventils.

2. Flüssigkeitszufuhrsystem

Nach dem Wiegen mit der elektronischen Waage (WT-31) wird das flüssige Material im Rohmaterialtank (V-31) über das Dreiwege-Kugelventil (HV-32) und den Flüssigkeitsfilter (F-31) filtriert und anschließend mit der Präzisionspumpe (p-31) mit einer definierten Durchflussrate durch das Dreiwege-Kugelventil (HV-33) und das Rückschlagventil (CK-31) in das Reaktionssystem eingespritzt. Die elektronische Waage (WT-31) hat einen Messbereich von 30 kg und eine Genauigkeit von 1 g. Der Rohmaterialtank (V-31) hat ein Volumen von 3 l und ist bis zu einem Druck von 2,5 MPa druckbeständig.

Die Präzisionsdosierpumpe ist mit einem Druckbegrenzungsschutz und einem doppelten Druckschutzventil (PSV-31) ausgestattet, um Schäden durch anormalen Überdruck am Pumpenausgang zu verhindern. Der Durchflussregelbereich der Präzisionsdosierpumpe liegt zwischen 0,001 und 12 ml/min, der maximale Druck bei 6000 psi.

3. Reaktionssystem

Nach der Dosierung der Gas- und Flüssigphasenkomponenten in den Reaktor (R-101) zur katalytischen Reaktion wird die Reaktionstemperatur durch den Reaktor (FRN-101) gewährleistet.

Am Einlass des Reaktors (R-101) ist ein Druckmessumformer (PI-101) zur Messung des Einlassdrucks installiert. Ein Sicherheitsventil (PSV101) verhindert, dass der Reaktordruck den zulässigen Wert überschreitet. Die Anlage verfügt über drei Reaktortypen für unterschiedliche Katalysatorfüllmengen. Die Innendurchmesser betragen 9 mm, 12 mm und 16 mm bei einer effektiven Länge von 1000 mm für Katalysatorfüllungen von 30 ml, 50 ml bzw. 100 ml. Die Betriebstemperatur des Reaktors liegt zwischen Raumtemperatur und 500 °C, der Betriebsdruck bei 10 MPa. Der Messbereich des Druckmessumformers beträgt 16 MPa, die Messgenauigkeit 0,01 MPa.

Der Reaktor (FRN-101) ist ein offener Heizofen mit fünf Temperaturregelabschnitten (TIC101), (TIC102), (TIC103), (TIC104) und (TIC105). Der Regelbereich liegt zwischen Raumtemperatur und 500 °C. Im Inneren des Reaktors befindet sich eine Temperaturmesssonde (TI106). Der Temperaturregler verfügt über eine programmierbare Temperaturanstiegsüberwachung mit Alarmfunktion bei Überschreitung der zulässigen Höchstgrenze und einen Halbleiterrelais-Ausgang. Das Thermoelement ist vom Typ K.

Der Reaktorausgang ist mit einer Probenahmeöffnung ausgestattet, über die durch das Ventil (HV-101) und das Ventil (102) Probenahmen durchgeführt werden, um eine Echtzeit-Probenahme und -Analyse des Reaktionsprozesses zu gewährleisten.

4. Kondensatabscheidungssystem

Nach der Reaktorreaktion werden die Reaktionsprodukte im Kondensator (HE-41) gekühlt und gelangen anschließend zur Gas-Flüssigkeits-Trennung in den Gas-Flüssigkeits-Abscheider (V-51). Das im Gas-Flüssigkeits-Abscheider (V-51) abgetrennte Produkt wird in eine Gasphase und eine Flüssigphase unterteilt.

Je nach den Erfordernissen der Reaktion kann der Wassereinlass des Kondensators (HE-41) so eingestellt werden, dass die Endtemperatur des Kondensats kontrolliert wird.

5. Flüssigkeitsstandregelungs- und -rückgewinnungssystem

Der Flüssigkeitsstand im Gas-Flüssigkeits-Abscheider (V-51) wird vom Füllstandsmesser (LT-51) gemessen und über das Füllstandsregelventil (LV-51) eingestellt. Die durch den Filter (F-51) und das Füllstandsregelventil (LV-51) fließende Flüssigkeit gelangt in den Produkttank (V-52) und wird von der elektronischen Waage (WT-51) gewogen. Das Zweiwege-Kugelventil (HV-55) und das Nadelventil (HV-56) dienen als Bypassventile für das Füllstandsregelventil (LV-51).

Die elektronische Waage (WT-51) hat einen Messbereich von 30 kg und eine Genauigkeit von 1 g.

6. Automatisches Abgasabführungs- und Messsystem

Das vom Gas-Flüssigkeits-Abscheider (V-51) abgetrennte, nicht kondensierbare Gas wird durch einen Gasfilter (F-61) gefiltert und anschließend mittels eines digitalen Druckregelventils (PCV-61) so eingestellt, dass ein stabiler Systemdruck gewährleistet ist. Der Ausfluss wird mit einem Nassgas-Durchflussmesser (WTM-61) gemessen und anschließend der Entsorgung zugeführt. Ein Probenahmeventil (HV-65) ermöglicht die Probenahme in Echtzeit. Das Zweiwege-Kugelventil (HV-63) und das Nadelventil (HV-64) dienen als Bypassventile für das digitale Druckregelventil (PCV-61).

Digitales Druckregelventil (PCV-61) regelt den Druckbereich: 0-2500 psi.

Der Gasdurchflussmesser (WTM-61) hat einen Durchflussmessbereich von 0-0,2 m³/h.