DD235565A1

DD235565A1 - METHOD AND DEVICE FOR THE TWO-STAGE THREE-PHASE REACTION PROCESSING WITH SUSPENDED SOLIDS

Info

Publication number: DD235565A1
Application number: DD27447985A
Authority: DD
Inventors: Kurt Winkler; Andreas Zahn; Erwin Schwarz; Lothar Ebner
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1985-03-27
Filing date: 1985-03-27
Publication date: 1986-05-14

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Blasensaeulenreaktor fuer die Kontaktierung fluider Medien, wie eines Gases einer Fluessigkeit in Anwesenheit einer Partikelphase bei starker Waermetoenung, insbesondere fuer die Umsetzung von Synthesegas zu hochwertigen Kohlenwasserstoffen. Ziel ist die Schaffung eines konstruktiv und fertigungstechnisch einfachen Dreiphasenreaktors, in dem die Dispersion ueber zwei Reaktionszonen hinweg eine durchgehende, jedoch stroemungsmaessig unterteilte Saeule bildet, wobei spezifische Wirkungen eines Katalysators funktionell vorwiegend auf zwei Apparatesektionen aufgeteilt werden. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass der Reaktor durch ein Diaphragma oder Verteilerboden in zwei miteinander kommunizierende Zonen getrennt wird, die jeweils separate Leiteinrichtungen zur Realisierung grossraeumiger Rezirkulationsstroemungen, kombiniert mit Einrichtungen zur Waermefuehrung, besitzen. Dabei wird ein Reaktionsschnitt vorwiegend in Naehe der begasten Reaktorwand realisiert. Die Erfindung ist in der chemischen Grundstoffindustrie einsetzbar. Fig. 1The invention relates to a bubble column reactor for contacting fluid media, such as a gas of a liquid in the presence of a particle phase with strong heat treatment, in particular for the conversion of synthesis gas to high-quality hydrocarbons. The aim is to create a structurally and industrially simple three-phase reactor in which the dispersion over two reaction zones forms a continuous, but strokungsmaessig subdivided column, wherein specific effects of a catalyst are divided functionally mainly on two Apparateektionen. According to the invention this is achieved in that the reactor is separated by a diaphragm or distributor base in two communicating zones, each having separate guide means for the realization of large-scale recirculation, combined with means for heat conduction. In this case, a reaction section is realized mainly in the vicinity of the fumigated reactor wall. The invention can be used in the basic chemical industry. Fig. 1

Description

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Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und seine Durchführung in einem Blasensäulenreaktor für die Kontaktierung fluider Medien in Suspensionsphase, wie eines Gases oder Dampfes mit einer Flüssigkeit, in Wechselwirkung mit dispergierten Feststoffanteilen, auf dem Gebiet dertechnischen Reaktionsführung unter stark exo- oder endothermen Bedingungen in Blasenoder leichtexpandierten Wirbelschichten und dem Einfluß von Katalysatorpartikeln.The invention relates to a method and its implementation in a bubble column reactor for contacting fluid media in suspension phase, such as a gas or vapor with a liquid, in interaction with dispersed solids, in the field of technical reaction under strongly exo- or endothermic conditions in bubbles or lightly expanded fluidized beds and the influence of catalyst particles.

Anwendungsgebiet ist insbesondere die Umsetzung von Synthesegas zu Kohlenwasserstoffen oder die Hydroraffination ölartiger Produkte.Areas of application are in particular the conversion of synthesis gas to hydrocarbons or the hydrorefining of oil-like products.

Characteristic of the known technical solutions

Für die technische Reaktionsführung in flüssig-gasförmigen Systemen mit einem Feststoffanteil bis etwa 15% sind Blasensäulen besonders dann geeignet, wenn starke Wärmetönung beherrscht werden müssen. Beispiele werden seit 1943 mit der Fischer-Tropsch-Synthese zur heterogenkatalytischen Synthesegasumsetzung zu Kohlewasserstoffen, später mit der Entschwefelung von Produkten der petrolchemischen Industrie (H-Oil-Prozeß), aber auch mit der direkten Kohlehydrierung und der Erzeugung von Polymeren (Polyäthylen) gegeben.For the technical reaction in liquid-gaseous systems with a solids content of up to about 15%, bubble columns are particularly suitable when strong heat of reaction must be controlled. Examples have been given since 1943 with the Fischer-Tropsch synthesis for heterogeneous catalytic synthesis gas conversion to hydrocarbons, later with the desulfurization of products of the petrochemical industry (H-Oil process), but also with the direct coal hydrogenation and the production of polymers (polyethylene).

Die gute Durchmischung der Suspension, erzeugt durch natürliche Konvektion über die vertikal aufsteigende Gasphase oder auch durch eine erzwungene, pumpengetriebene Phasenführung sorgt für einen Ausgleich sich stets einstellender Temperatur-, Konzentrations-oder auch Druckgradienten. Der Kontakt alter Phasen ist intensiv. Hohe Wärmekapazitäten der flüssigen Phase ermöglichen eine gute Temperaturregelung und Ausbeutesteuerung. Der Katalysator kann kontinuierlich zu und abgeführt werden. Wegen der dämpfenden Wirkung der Flüssigkeit ist der Partikelabrieb gering.The good mixing of the suspension, generated by natural convection via the vertically rising gas phase or by a forced, pump-driven phase control ensures a balance of constantly adjusting temperature, concentration or pressure gradients. The contact of old phases is intense. High heat capacities of the liquid phase allow good temperature control and yield control. The catalyst can be continuously added to and removed. Due to the damping effect of the liquid, particle abrasion is low.

Es sind bereits Blasensäulenreaktoren bekannt, bei denen eine Prozeßstufe im wesentlichen mit den Abmessungen eines durch seine geometrische Form vorgegebenen zylindrischen Apparates identisch ist. Dabei wird das Gas in vertikaler Vorzugsrichtung über eine Dispergiereinrichtung (Düsen, Lochplatten, Siebböden) in die därüberbefindliche Phase eingeführt und zur Erzielung einer größeren Kontaktfläche zerteilt. Andere Lösungen sehen die Dispergierung der Gasphase durch strahlartigen Flüssigkeitseintrag auf die Flüssigkeitsoberfläche und Mitreissen feiner Gasblasen vor (Tauchstrahlprinzip). Des weiteren kann eine große Kontaktfläche durch den Eintrag zusätzlicher mechanischer Energie (Rührwerk) erzeugt werden. In allen Fällen wird durch zumindest örtliches Überschreiten der minimalen Fluidisierungsgeschwindigkeit eine stabile raumfüllende Verteilung suspendierter Feststoffpartikel angestrebt, die ihrerseits hohe Raum-Zeit-Ausbeuten einer Prozeßstufe ermöglicht.Bubble column reactors are already known in which a process stage is substantially identical to the dimensions of a cylindrical apparatus predetermined by its geometric shape. The gas is introduced in the vertical preferred direction via a dispersing device (nozzles, perforated plates, trays) in the Därüberbefindliche phase and divided to achieve a larger contact area. Other solutions provide the dispersion of the gas phase by jet-like liquid entry on the liquid surface and entrainment of fine gas bubbles (immersion jet principle). Furthermore, a large contact area can be generated by the addition of additional mechanical energy (agitator). In all cases, a stable space-filling distribution of suspended solid particles is sought by at least locally exceeding the minimum fluidization rate, which in turn allows high space-time yields of a process stage.

Eine angenähert optimale Verknüpfung von Diffusions- und Reaktionsschritten sowie der Wärmeführung mit der vorgelagerten Hydrodynamik wird neuerdings mittels Leiteinbauten versucht, die in der Regel koaxial in den Reaktor eingebrachte offene Hohlzylinder darstellen und von der Dreiphasendispersion großräumig geordnet in Form von inneren Rezirkulationskonturen durchströmt werden. Auch werden, alternativ oder zusätzlich, aus dem eigentlichen Kontaktraum ausgelagerte äußere Konturen vorgesehen, oft mit Einrichtungen für einen Zwangsumlauf oder Kühlung gekoppelt. Diese Reaktoren gewährleisten, besonders im Bereich kleinerer Höhen-Durchmesserverhältnisse, oft eine bereits befriedigende Isothermie der Prozeßführung. Mitunter genügen sie noch nicht dem Ziel einer intensiven und schnellen Wärmeführung am Entstehungsort der Wärme bzw. in ihrem Senkenbereich, was zu niederiger Produktionsqualität und bzw. auch verändertem Produktspektrum führt. In anderen Fällen wird eine vertikale Strömungsbeeinflussung durch unzweckmäßig eingebrachte (z. B. horizontale) Kühlrohre vermerkt. Nachteilig ist grundsätzlich, daß Einbauten zur Strömungs- und Wärmeführung (Leitzylinder und Heiz-/Kühlelemente) unterschiedliche, voneinander getrennte Bauteile darstellen.An approximately optimal combination of diffusion and reaction steps and the heat transfer with the upstream hydrodynamics is recently attempted by Leiteinbauten that represent usually coaxial introduced into the reactor open hollow cylinder and are arranged in a large-scale by the three-phase dispersion flows through in the form of inner recirculation contours. Also, alternatively or additionally, outer contours outsourced from the actual contact space are provided, often coupled with means for forced circulation or cooling. These reactors, especially in the area of smaller height-diameter ratios, often ensure an already satisfactory isotherm of the process control. Occasionally, they are not yet sufficient for the goal of intensive and rapid heat management at the point of origin of the heat or in their sink area, which leads to low production quality and / or a changed product range. In other cases, a vertical flow influence is noted by inappropriately introduced (eg horizontal) cooling tubes. The disadvantage is basically that internals for flow and heat management (guide cylinder and heating / cooling elements) represent different, separate components.

Das meist nicht übereinstimmende Verhältnis der hydrodynamisch bedingten Verweilzeit mit der reaktionsbestimmenden Katalysatorkontaktzeit erzeugt vielfach zusätzliche Zwänge, die zu einer Realisierung mehrstufiger Prozesse in eigenständigen, dabei lediglich systemverfahrenstechnisch miteinander verknüpften Apparaten führen. Die Vorzüge konstruktiver Einfachheit werden nachteilig durch die Schaffung von Apparateverbunden kompensiert, wenn komplexe Vorgänge im Einzelapparat mangelhaft beherrscht werden. Das gilt z. B. für ein Verfahren der Mobil Res. Dev. Corp., USA, bei dem die Synthesegasumsetzung über Fischer-Tropfsch-Produkte in ein Ausgangsgemisch für die Superbenzinraffination zweistufig in zwei getrennten Reaktoren erfolgt (H. Nettelhoff, CIT 56 [1984], 638). Dabei werden in einem ersten Reaktor gradkettige Kohlenwasserstoffe mittels eines FT-Kontaktes erzeugt, die nachfolgend in einem zweiten Reaktor durch molekülformierende Zeolithen in klopffestere Isomeren- und Aromatengemische umgewandelt werden.The mostly mismatched ratio of the hydrodynamically induced residence time with the reaction-determining catalyst contact time often creates additional constraints that lead to a realization of multi-stage processes in independent, thereby only system process technology linked together apparatuses. The advantages of constructive simplicity are disadvantageously compensated for by the creation of apparatus networks when complex operations in the single apparatus are poorly controlled. This applies z. Dev. Corp., USA, in which the synthesis gas conversion via Fischer-Tropfsch products into a starting mixture for superbenzine refining takes place in two stages in two separate reactors (H. Nettelhoff, CIT 56 [1984], 638 ). In this case, in a first reactor straight-chain hydrocarbons are generated by means of an FT contact, which are subsequently converted in a second reactor by molecularly forming zeolites in knock-resistant isomer and aromatic mixtures.

Die einstufige Benzinherstellung aus Synthesegas wird hingegen durch den Einsatz einer Dreikomponentensupension unterschiedlicher Katalysatoren in einem Blasensäulenreaktor möglich.The one-step gasoline production from synthesis gas, however, is made possible by the use of a three-component suspension of different catalysts in a bubble column reactor.

Diese Lösung besitzt den Vorteil einer Direktumwandlung kohlenmonoxidreicher Gase in Benzin ohne Zwischenschritte. Der durch Mischung unterschiedlicher Grundkomponenten bzw. durch Aufbringen verschiedener aktiver Komponenten auf einen gemeinsamen Träger hergestellte (bifunktionelle) Katalysator hat jedoch parallellaufend voneinander abweichende Wirkungen auszulösen, d. h. Reaktionsschritte verschiedener Kinetik, meist sogar unter verschiedenen optimalen Betriebsbedingungen der Teilprozesse zu beeinflussen. Damit treten bei abgestimmt einstellbar hydrodynamischer Verweilzeit wiederum unterschiedliche Katalysatorkontaktzeiten auf. Ein ähnliches Problem ergibt sich bei der Einstellung optimaler Prozeßparameter (wie Drücke und Temperaturen) für die beiden unterschiedlichen Aktivkomponenten des Katalysators. Abhängig vom Katalysatortyp treten beispielsweise Temperaturdifferenzen von 50 bis 100 K zwischen jeweils optimal wirkenden Temperaturbedingungen auf, wodurch Einbußen an Katalysatoraktivität und -Selektivität unvermeidlich werden. Die Vorteile des Kompaktapparates werden somit durch unterschiedliche Einflüsse der Eigenschaften, Zusammensetzung und Wirkungen der Katalysatorkomponenten relativiert.This solution has the advantage of direct conversion of carbon monoxide rich gases in gasoline without intermediate steps. However, the (bifunctional) catalyst prepared by mixing different basic components or by applying various active components to a common support has parallel effects to trigger divergent effects, i. E. H. Reaction steps of different kinetics, usually even under different optimal operating conditions of the sub-processes to influence. In turn, different catalyst contact times occur when the hydrodynamic residence time is set in an adjustable manner. A similar problem arises in setting optimal process parameters (such as pressures and temperatures) for the two different active components of the catalyst. Depending on the type of catalyst, for example, temperature differences of 50 to 100 K occur between each optimally effective temperature conditions, whereby losses of catalyst activity and selectivity become unavoidable. The advantages of the compact apparatus are thus relativised by different influences of the properties, composition and effects of the catalyst components.

Bisher ist eine zweistufige Reaktiohsführung in Blasensäulen und suspendiertem Katalysator bei geordneter Strömungsführung und vertikal angeordneten Reaktionszonen, in denen unterschiedliche Katalysatorwirkungen angestrebt werden und die miteinander kommunizieren, nicht bekannt geworden. Die Dringlichkeit einer anstehenden Lösung kann jedoch z. B. aus der Patentschrift DE-3015401 abgeleitet werden, gemäß der die Abscheidung gebrauchter, verunreinigter Katalysatorfraktionen, je nach.Teilchendichte unterschieden, zwecks Rückgewinnung unter Verwendung mehrerer konzentrischer Abteile erfolgt. Dabei ist jedoch ein geordneter Gas- und Flüssigphasedurchlauf nach dem einfach zu realisierenden Mammutpumpenprinzip zur Katalysatorsuspendierung nicht möglich. In einem Vorschlag zur mehrstufigen Realisierung eines Gas-Flüssigkeits-Feststoff-Prozesses in einer Siebbodenkolonne mit dem Ziel einer Annäherung einer idealen Rührstufenkaskade (DE-2157736) werden zwar hohe Produktionsqualitäten beansprucht, Probleme der Strömungs- und Wärmeführung hingegen unbeachtet gelassen. Andere Apparatevorschläge sehen komplizierte Separationseinrichtungen (z. B. im Reaktionsraum integrierte · Beruhigungsräume) für den Feinkornabzug vor, die jedoch durch konsequente Ausnutzung von Rezirkulationsströmungen umgangen werden können.So far, a two-stage Reaktiohsführung in bubble columns and suspended catalyst with ordered flow control and vertically arranged reaction zones in which different catalyst effects are sought and communicate with each other, has not become known. The urgency of an upcoming solution, however, z. From DE-3015401 according to which the separation of used, contaminated catalyst fractions, depending on the particle density, is carried out for the purpose of recovery using a plurality of concentric compartments. However, an orderly gas and liquid phase pass is not possible according to the easy-to-implement mammoth pump principle for catalyst suspension. In a proposal for the multi-stage realization of a gas-liquid-solid process in a sieve tray column with the aim of approximating an ideal Rührstufungskaskade (DE-2157736) Although high production qualities claimed, problems of flow and heat management, however, ignored. Other apparatus proposals provide complicated separation means (eg, calming chambers integrated in the reaction space) for the fine-grain removal, which, however, can be avoided by consistent use of recirculation flows.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in der Ausarbeitung eines Verfahrens zur Dreiphasenreaktionsführung bei Schaffung eines konstruktiv und fertigungstechnisch einfachen Blasensäulenreaktors, dazu in dem mindestens zwei aufeinanderfolgende, miteinander kommunizierende Reaktionszonen vertikal und strömungsgünstig so miteinander verbunden werden, daß die Dreiphasendispersion eine durchgehende Säule bildet und dabei spezifische Wirkungen des suspendierten Katalysators funktionell vorwiegend auf mindestens zwei Zonen aufgetrennt und verteilt werden.The object of the invention is the development of a method for three-phase reaction in creating a structurally and manufacturing simple bubble column reactor, in which at least two successive, communicating reaction zones are connected vertically and streamlined so that the three-phase dispersion forms a continuous column and doing specific effects of the suspended catalyst are functionally predominantly separated and distributed over at least two zones.

Object of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verfahrensvorschlag verbunden mit einer Einrichtung zu machen, wobei sich in mindestens zwei Reaktionszpnen unterschiedliche Strömungsverhältnisse, Temperatur- und Druckdifferenzen einstellen. Zu diesem Zweck sind durch Anordnung zweier senkrecht auf einer Reaktorachse befindlicher Reaktorteile getrennte Apparatesektionen zu schaffen, in denen Vorrichtungen für die Strömungs- und Wärmeführung auf geeignete Weise miteinander kombiniert und integriert werden.The invention has for its object to make a method proposal associated with a device, wherein set in at least two Reaktionszpnen different flow conditions, temperature and pressure differences. For this purpose, separate apparatus sections are to be created by arranging two reactor parts located perpendicularly on a reactor axis, in which devices for flow and heat conduction are suitably combined and integrated with one another.

Merkmale der Erfindung ' — - fFeatures of the Invention - - f

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß ein Katalysator mit einer vorgegebenen Korngrößenverteilung mit Beginn der Reaktoranfahrperiode durch unterschiedliche Strömungsverhältnisse in mindestens zwei Reaktionszonen höhenabhängig klassiert wird. Mit Herstellung stabiler Betriebsverhältnisse entstehen dabei mindestens zwei räumlich getrennte Katalysatorfraktionen, denen unterschiedliche Wirkungen zugeordnet werden und die außerdem durch unterschiedliche Temperatur- und auch Druckverhältnisse modifizierbar sind.According to the invention, this is achieved by classifying a catalyst having a predetermined particle size distribution at the start of the reactor startup period by different flow conditions in at least two reaction zones in a height-dependent manner. With the production of stable operating conditions, at least two spatially separate catalyst fractions are formed, to which different effects are assigned and which can also be modified by different temperature and pressure conditions.

Es empfiehlt sich, Katalysatorgemische mit Kornverteilungsspektren einzusetzen, die zweigipflig sind. Zweckmäßig ist es, wenn die beiden Reaktionszonen durch eine gesteuerte Abführung der Reaktionswärme oder durch getrenntes Aufheizen "mit um 10 bis 100°K unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden, wobei ein Einsatz der beiden aufeinander abgestimmten Aktivkomponenten des bifunktionellen Katalysators im jeweils optimalen Arbeitsbereich erfolgt. Günstig wirkt es sich aus, wenn beide Reaktionszonen teilweise so miteinander verbunden sind, daß zwischen ihnen eine Druckdifferenz von vorzugsweise 0,5 bis 5KPa entsteht.It is recommended to use catalyst mixtures with grain distribution spectra, which are zweigipflig. It is expedient if the two reaction zones are operated by a controlled dissipation of the heat of reaction or by separate heating "with different temperatures by 10 to 100 ° K., whereby the two matched active components of the bifunctional catalyst are used in the respectively optimum working range it turns out when both reaction zones are partially connected to each other so that between them, a pressure difference of preferably 0.5 to 5KPa arises.

Eine entsprechende Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens sieht vor, daß ein gemeinsamer Kolonnenmantel in zwei Abschnitte und damit in zwei Reaktionsräume unterteilt wird, die durch ein grobesOiaphragma öder einen für die Suspension randgängigen Verteilerboden abgetrennt sind. Das umzusetzende Gas wird am Boden der Kolonne über eine übliche eindüsende Verteiler- oder Dispergiereinrichtung so injiziert, daß im unteren Abschnitt entweder ein wandnaher oder ein um die Kolonnenachse gruppierter intensiver Blasenstrom entsteht. Konzentrisch zu dieser Achse sind im unteren und oberen Abschnitt Einrichtungen zur Wärmeführung, z. B. Rohrschlangen oder auch senkrechte Rohrregister angeordnet, die gleichzeitig Leiteinrichtungen für die Strömung und getrennt schaltbare Heiz-(für die Reaktionsstartphase) oder Kühlelemente darstellen. Das Verhältnis des lichten Abstandes zwischen zwei benachbarten Windungen zum Rohrdurchmesser sollte vorzugsweise 2:1 bis 3:1 betragen. Damit werden großräumigeRezirkulationsschlaufen für die Flüssigphase unter Rückvermischung kleinblasiger Gasanteile erreicht. Gleichzeitig tritt die erwünschte Klassierung des Katalysatorträgermaterials über die Höhe ein, die ausgeprägt zweigipflig sein kann, wobei der Grobkornanteil überwiegend in der unteren Reaktionszone verbleibt. Die Feinkornanteile können hingegen vorwiegend in den oberen Abschnitt gelangen, da sie am Diaphragma bzw. Verteilerboden nicht so stark in den unteren Abschnitt rückgelenkt werden. Dieser Effekt wird dadurch verstärkt, daß sich die Strömungsgeschwindigkeit nach Hindurchtreten eines Teils "der Suspension durch die Dispergiereinrichtung wiederum verkleinert, eventuell auch unterstützt durch die Volumenkontraktion des gesamten Blasenbettes durch Überschreitung einer gewissen Korngrenze oder auch des reagierenden Gases. Damit werden zwei Fraktionen des Katalysators jeweils vorzugsweise auf eine Reaktionszone lokalisiert. Bereits verbrauchter Katalysator oder abgeriebene bzw. abgesprengte Partikel, die insbesondere im unerwünschten Verkokungsprozeß an der Oberfläche des Grobkorns entstehen, werden zum Teil in der oberen Zone aufgehalten und können so aus dem Reaktor entfernt werden, zum anderen erfolgt ihre Rezirkulation. Die Schlaufenführung in beiden Zonen kann, jeweils rechts- oder linksdrehend angestellt so erfolgen, daß entsprechend im unteren oder oberen Kolonnenabschnitt wandnah aufsteigende Strömungen realisiert werden, die.sich durch einen besonders intensiven Wärmeübergang über den Reaktormantel auszeichnen. Dieser Wärmeübergang wird vorteilhaft dort durch Aufbringen eines äußeren, zusätzlichen Kühlmantels, bestehend etwa aus mit dem Reaktormantel verbundenen Halbrohren, weiter intensiviert. Somit können hohe, auch unterschiedlich hohe Wärmetönungen beherrscht werden, wenn diese vorzugsweise im Grob- oder Feinkombereich der Suspension auftreten. Auch über unterschiedlich eingestellte Temperaturen der Wärmeträger in den Einrichtungen zur Wärmeführung können die Reaktiohsbedingungen in beiden Zonen in gewissen Grenzen variiert werden. Zusätzlich dient eine Gleich-bzw. Gegenstromführung beider fluider Phasen diesem Ziel. Zweckmäßig ist es, wenn die durch den Mantel und die Wärmeführung abgegrenzte kreisringförmige Querschnittsfläche zum durch den Mantel ausgebildeten Gesamtquerschnitt sich vorzugsweise wie 1:3 verhält.A corresponding device for carrying out the method provides that a common column jacket is divided into two sections and thus into two reaction spaces, which are separated by a coarse oömung or a randgängigen for the suspension distributor tray. The gas to be reacted is injected at the bottom of the column via a conventional injecting distributor or disperser so that in the lower section either a near-wall or an intensive bubble stream grouped around the column axis is formed. Concentric to this axis are in the lower and upper section means for heat management, z. B. pipe coils or vertical pipe register arranged, which simultaneously constitute flow control devices and separately switchable heating (for the reaction start phase) or cooling elements. The ratio of the clearance between two adjacent turns to the pipe diameter should preferably be 2: 1 to 3: 1. This achieves large-scale recirculation loops for the liquid phase with backmixing of small gas bubbles. At the same time, the desired classification of the catalyst support material occurs over the height, which can be pronounced zweigipflig, wherein the coarse fraction predominantly remains in the lower reaction zone. By contrast, the fine grain fractions can predominantly reach the upper section, since they are not so strongly deflected back into the lower section on the diaphragm or distributor floor. This effect is exacerbated by the fact that the flow rate decreases again after passing through a portion of the suspension by the dispersing device, possibly also assisted by the volume contraction of the entire bubble bed by exceeding a certain grain boundary or the reacting gas Thus, two fractions of the catalyst each Already consumed catalyst or abraded or blown off particles, which arise in particular in the unwanted coking process on the surface of the coarse grain, are partly held up in the upper zone and can thus be removed from the reactor, on the other hand, their recirculation occurs The loop guide in both zones can, in each case turned clockwise or counterclockwise, take place in such a way that, correspondingly in the lower or upper column section, upward-ascending flows are realized which depend on a particular rs characterize intense heat transfer over the reactor jacket. This heat transfer is advantageously further intensified there by applying an outer, additional cooling jacket, consisting for example of half pipes connected to the reactor jacket. Thus, high, even different degrees of heat of reaction can be controlled, if they occur preferably in the coarse or Feinkombereich the suspension. The reaction conditions in both zones can also be varied within certain limits by means of different temperatures of the heat carriers in the means for heat conduction. In addition, a Gleich- resp. Counterflow of both fluid phases this goal. It is expedient if the annular cross-sectional area delimited by the jacket and the heat conduction to the overall cross section formed by the jacket is preferably as 1: 3.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, verbunden mit der vorgeschlagenen Einrichtung, besteht die Möglichkeit, vermittels vorgegebener Korngröße unterschiedliche Reaktionsschritte zu beeinflussen.With the method according to the invention, combined with the proposed device, it is possible to influence different reaction steps by means of predetermined grain size.

Zur Verbesserung des Rezirkulationsverhaltens kann es zweckmäßig sein, die Öffnungen der Dispergiereinrichtung in Nähe ihrer Peripherie zu konzentrieren und bevorzugt hier auf Kreisringen anzuordnen. Die als Siebboden ausgebildete Dispergiereinrichtung sollte ein Öffnungsverhältnis von maximal 15% besitzen.To improve the recirculation behavior, it may be expedient to concentrate the openings of the dispersing device in the vicinity of their periphery and preferably to arrange them here on circular rings. The trained as a sieve bottom disperser should have an aperture ratio of not more than 15%.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show:

Fig. 1: einen Blasensäulenreaktor für die zweistufige Dreiphasenreaktionsführung mit suspendiertem Feststoff, Fig. 2: eine Variante des Reaktors nach Fig. 1.1: a bubble column reactor for the two-stage three-phase reaction guide with suspended solid, FIG. 2: a variant of the reactor according to FIG. 1.

Nach Fig. 1 strömt innerhalb des Reaktormantels 1 über die Gaszuführung 9 unter einen Verteilerboden 2 an dessen Peripherie Gas (flächig gezeichnete Pfeile) über Injektionseinrichtungen 6 in die Dispersion ein.1 flows within the reactor shell 1 via the gas supply 9 under a distributor plate 2 at the periphery of gas (area-drawn arrows) via injection devices 6 in the dispersion.

Nach dem Mammutpumpenprinzip wird zwischen dem Mantel 1 und der Einrichtung für die Wärmeführung 3'(z.B. zur Aufheizung in der Reaktorstartphase und Kühlung im Dauerbetrieb) ein intensiver Aufwärtsstrom (flüssige Phase — dünne Pfeile) erzeugt, mit dem die Feststoffpartikel nach oben getragen werden. Die durch den Mantel 1 und Einrichtung 3 abgeteilte Querschnittsfläche des Wandgebietes verhält sich zur entsprechenden Fläche des Reaktorkerngebietes wie etwa 1:3. Mit radialer Auslenkung der Strömung durch den Wandring 4 erfolgt eine Rezirkulation eines Teils der Flüssgkeit im Uhrzeigersinn, die einen gewissen Anteil an kleineren Blasen durch Mitreißen und einen größeren Anteil gröberkörnigen Feststoffes mit Schwerkraftunterstützung rückführt. Zur Unterordnung einer Rückmischung um die Einrichtung 3 herum gegenüber der großräumigen Rezirkulation beträgt das Verhältnis des lichten Abstandes zwischen zwei benachbarten Rohrwindungen zum Rohrdurchmesser, im Falle einer Rohrschlange, mindestens 2:1 bis3:1. Die unter dem Wandring 4 aufsteigenden großvolumigen Gasblasen brechen nach einem möglichen Stau an der Dispergiereinrichtung 5 mit einem Öffnungsverhältnis unter 15% durch dieses hindurch und transportieren neben Flüssigkeitsanteilen auch Feinkornanteile in die obere Reaktionszone. Die Rezirkulation der Dispersion um die Einrichtung zur Wärmeführung 3'erfolgt entgegen dem Uhrzeigersinn, wobei der Hauptanteil des Gases über die Gasabführung 11 ausgetragen wird. Die Zuführung 8 sowie die Fein- und Grobkornabzüge 7 und T dienen der Flüssigkeitszu-und Flüssigkeitsabführung suspendierten Feststoffanteilen. Ein Niveauregler 10 ermöglicht die Anpassung des Reaktorfüllvolumens an unterschiedliche Belastungsverhältnisse beider fluider Phasen bzw. den Fortschreitungsgrad der Reaktion.According to the mammoth pump principle, an intensive upward flow (liquid phase - thin arrows) is generated between the jacket 1 and the device for the heat guide 3 '(eg for heating in the reactor start phase and cooling in continuous operation), with which the solid particles are carried upwards. The divided by the shell 1 and device 3 cross-sectional area of the wall area behaves to the corresponding area of the reactor core area such as 1: 3. With radial deflection of the flow through the wall ring 4 is a recirculation of a portion of the liquid clockwise, which returns a certain proportion of smaller bubbles by entrainment and a larger proportion of coarser solid with gravity support. To subordinate a backmixing around the device 3 with respect to the large-scale recirculation, the ratio of the clear distance between two adjacent pipe turns to the pipe diameter, in the case of a coil, is at least 2: 1 to 3: 1. The rising under the wall ring 4 large-volume gas bubbles break after a possible congestion on the disperser 5 with an aperture ratio below 15% therethrough and transport not only liquid fractions and fine grain fractions in the upper reaction zone. The recirculation of the dispersion around the means 3 'for heat conduction takes place in the counterclockwise direction, wherein the majority of the gas is discharged via the gas outlet 11. The feed 8 and the fine and coarse grain 7 and T serve the Flüssigkeitszu and liquid discharge suspended solids. A level controller 10 makes it possible to adapt the reactor charge volume to different load ratios of both fluid phases or the degree of progression of the reaction.

Gemäß Fig. 2 sind das Diaphragma 5 mit dem Wandring 4 und der Verteilerboden 2 mit den Injektionseinrichtungen 6 so miteinander vertauscht angeordnet, daß zu beiden Reaktionszonen der Einrichtung nach Fig. 1 alternativ gerichtete Rezirkulationsströme entstehen.According to FIG. 2, the diaphragm 5 with the wall ring 4 and the distributor base 2 are interchanged with the injection devices 6 in such a way that alternatively directed recirculation flows are produced in both reaction zones of the device according to FIG.

Claims

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Claim:

1. A process for the two-stage three-phase reaction system in the liquid-gaseous suspension system with suspended solid in a bubble column, wherein a suspension of liquid starting material and particulate catalyst is guided together with the liquid-gaseous reaction products through the feed gas looped in the baffles, the liquid phase and the catalyst be continuously and periodically fed and discharged, characterized in that in at least two reaction zones, a catalyst mixture or homogeneous catalyst support, each with different proportions of at least bifunctional active components is used, wherein the solid phase has a particle size distribution, which is at least zweigipflig and preferably each Kornverteilungspeak predominantly one Active component is assigned.

2. The method according to claim 1, characterized in that the two reaction zones are operated by a separately controlled dissipation of the heat of reaction or by separate heating with 10 to 100K different temperatures, wherein a use of at least two matched active components of the at least bifunctional catalyst in each case optimal work area.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the two reaction zones are partially connected to each other so that between them, a pressure difference of preferably 0.5 to 5 kPa.

4. A device for carrying out the method according to claim 1 to 3, characterized in that the Reaktormantei (1) at least two vertically aligned, superposed reaction spaces formed by a diaphragm (5) with wall ring (4) or by a distributor base (2 ) are partially separated from one another by means of injection means (6) but communicate with each other in flow, both of which have separate flow directing means which simultaneously constitute heat guiding means (3; 3 ') and the mouths of the injection means (6) into free space directed, which is formed with ring-shaped cross-section between the jacket (1) and the heat guide (3, 3 ').

5. Device according to claim 4, characterized in that the heat guides (3, 3 ') represent pipe coils, wherein the ratio of the clear distance between two adjacent turns to the pipe diameter is preferably 2: 1 to 3: 1.

6. Device according to claim 4 and 5, characterized in that the through the jacket (1) and the heat guide (3) delimited annular cross-sectional area through the jacket (1) formed overall cross-section preferably behaves as 1: 3.

7. Device according to claim 4 to 6, characterized in that the dispersing device (5) is preferably formed as a sieve bottom with an aperture ratio of at most 15%, preferably 10%, whose openings, preferably located on circular rings, concentrated in the vicinity of the periphery of the soil are.