DE102007047658A1

DE102007047658A1 - Parallelreaktor mit Anpressverschluss

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Publication number: DE102007047658A1
Application number: DE102007047658A
Authority: DE
Inventors: Armin Dr. Brenner; Andreas Dr.-Ing. Müller; Luca Mazzoncini; Oliver KÖCHEL
Original assignee: HTE GmbH; HTE GmbH the High Throughput Experimentation Co
Current assignee: HTE GmbH; HTE GmbH the High Throughput Experimentation Co
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2007-10-05
Publication date: 2009-04-09
Also published as: WO2009046944A3; WO2009046944A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verschluss-System für eine Pluralität von parallelen Reaktoren, wobei die Pluralität der Reaktoren vorzugsweise zur Testung von Materialien verwendet wird. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Apparatur, umfassend zwei oder mehr parallele Reaktoren, welche mit einem zumindest zwei Reaktoren gemeinsamen Verschluss-System verschlossen und/oder abgedichtet werden. Mittels des erfindungsgemäßen Verschluss-Systems wird der Ein- und Ausbau von Reaktoren in die Apparatur und aus der Apparatur gegenüber den bekannten Vorrichtungen verbessert. Die erfindungsgemäße Apparatur eignet sich bevorzugt zur Untersuchung von Katalysatorproben, die als Feststoffe vorliegen und die vorzugsweise bei heterogen katalysierten Prozessen bei hohen Drücken und/oder hohen Temperaturen eingesetzt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verschluss-System für eine Pluralität von parallelen Reaktoren, wobei die Pluralität der Reaktoren vorzugsweise zur Testung von Materialien, weiter vorzugsweise von Katalysatoren, verwendet wird.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Apparatur umfassend zwei oder mehr parallele Reaktoren, welche mit einem zumindest zwei Reaktoren gemeinsamen Verschluss-System verschlossen und/oder abgedichtet werden.
Mittels des erfindungsgemäßen Verschluss-Systems wird der Ein- und Ausbau von Reaktoren in die Apparatur und aus der Apparatur gegenüber den bekannten Vorrichtungen verbessert. Die erfindungsgemäße Apparatur eignet sich bevorzugt zur Untersuchung von Katalysatorproben, die als Feststoffe vorliegen und die vorzugsweise bei heterogen katalysierten Prozessen bei hohen Drücken und/oder hohen Temperaturen eingesetzt werden.
Die Verwendung von Anpressverschlüssen zum Verschluss von Katalyseapparaturen ist aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt. Beispielsweise beschreibt US 7,150,994 B2 in 11A eine Katalyseapparatur, bei der ein Anpressverschluss zum Verschließen eines mit vierundzwanzig Reaktionskanälen versehenen Reaktormoduls verwendet wird.
US 6,869,799 B1 offenbart in 9 und 10 eine Katalyseapparatur, bei der einzelne Reaktorkartuschen mittels Federn an eine Dichtung gepresst werden. Der in den Figuren dargestellte Reaktor besteht aus einem kompakten Block mit Ausnehmungen. Die Beheizung der Reaktoren führt automatisch auch zu einer Beheizung von Dichtungen und Federelementen. Die Federelemente sind nicht nur thermisch direkt an den Reaktorinhalt gekoppelt sondern auch in direktem (chemischem) Kontakt mit dem Reaktorinhalt. Somit sind sowohl bezüglich des Materials, aus welchem die Feder besteht, als auch der Reaktionstemperatur enge Grenzen gesetzt.
DE 103 04 217 A1 beschreibt einen Hochtemperaturreaktor, in den Einsteckreaktorrohre eingesetzt werden, wobei die Einsteckreaktoren in Einschübe eines konzentrisch angeordneten Spalts eingesetzt werden. Durch die konzentrische Anordnung der Reaktoren um einen Mittelpunkt wird eine besonders gleichmäßige Beheizung der Reaktoren gewährleistet. Weiterhin wird offenbart, dass die Enden der Reaktionsrohre gekühlt sein können. Als Anschlussverbindungen werden individuelle Schraubverbindungen genannt.
WO 03/047744 A1 und EP 1 256 377 A1 beschreiben das Abdichten von Linern (Einschüben) innerhalb von Druckgefäßen mit Hilfe einer Anpressvorrichtung. Der Offenbarung ist zu entnehmen, dass sich die Dichtsysteme für Anwendungen im Hochdruckbereich eignen. Eine Aussage darüber, dass das offenbarte Dichtungssystem auch bei hohen Temperaturen nutzbar ist, wird nicht gemacht.
US 7,115,231 B1 beschreibt eine Apparatur zur parallelen Untersuchung von Katalysatoren, wobei die Apparatur eine Vielzahl von Ausnehmungen aufweist, die jeweils mittels Klemmschneiddichtungen abgedichtet werden.
Eine der erfindungsgemäßen Aufgaben im Lichte des vorbekannten Standes der Technik ist es, ein Verschluss-System für eine Apparatur paralleler Reaktoren bereitzustellen, mit deren Hilfe der Austausch von einzelnen Reaktoren in einer gegenüber den Verfahren des Standes der Technik verbesserten Weise vorgenommen werden kann.
Gemäß einer weiteren Aufgabe sollen die Reaktoren auch bei hohen Temperaturen einfach und verlässlich abgedichtet werden können.
Unter einer Hochtemperaturanwendung im Sinne der vorliegenden Erfindung handelt es sich bevorzugt eine um Anwendung, die in einem Temperaturbereich von 500°C bis 1000°C liegt, wobei ein Temperaturbereich von 600°C bis 900°C weiter bevorzugt ist. Als beispielhafte Reaktionen, die unter Nutzung der erfindungsgemäßen Apparatur durchgeführt werden können, sind beispielsweise Steam Cracking-Reaktionen zu nennen.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Apparatur umfassend zwei oder mehr parallelen Reaktoren. Dabei umfasst die Apparatur weiterhin zumindest ein mit zumindest einem Kopfteil (104) und/oder mit zumindest einem Fußteil (113) lösbar verbundenes Reaktormodul (101).
Vorzugsweise steht das Kopfteil (104) über zumindest ein oberes kraftvermittelndes Element (108) mit zumindest einem oberen Anpresselement (107, 107', ...) in Wirkverbindung.
Weiter vorzugsweise steht das Fußteil (113) über zumindest ein unteres kraftvermittelndes Element (115) mit zumindest einem unteren Anpresselement (116, 116', ...) in Wirkverbindung.
Somit stehen Anpresselement(e) und Reaktormodul nicht in direktem physikalischem Kontakt sondern sind vielmehr durch die dazwischenliegenden Bauteile von (zumindest) Kopf- beziehungsweise Fußteil und kraftvermittelndem Element und damit thermisch und chemisch entkoppelt. Damit kann das Anpresselement Materialien umfassen, die mit der im Reaktor ablaufenden Reaktion nicht kompatibel sind und/oder kann auf einer Temperatur gehalten werden, die deutlich unterhalb der Reaktortemperatur liegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wirken Kopf und/oder Fußteil sowie oberes und/oder unteres kraftvermittelndes Element direkt beziehungsweise indirekt auf zwei oder mehr parallelen Reaktoren im Reaktormodul gleichzeitig, d. h. sind diesen parallelen Reaktoren gemeinsam und/oder erstrecken sich über diese. Dabei wirken diese, indem sie eine Kraft auf die Reaktoren bzw. das Reaktormodul ausüben oder vermitteln.
Weiter vorzugsweise stehen sowohl Kopf- als auch Fußteil in der vorstehend beschriebenen Wirkverbindung.
Weiter vorzugsweise ist zumindest ein oberes und/oder unteres Anpresselement und/oder ist/sind das Kopf- und/oder das Fußteil mit einer Tragekonstruktion beziehungsweise Reaktormodulhalterung (300) verbunden.
Kopf- beziehungsweise Fußteil und kraftvermittelndes Element sind separate Bauteile und erfüllen verschiedene Funktionen. Das Kopf- und/oder das Fußteil stehen direkt mit der Dichtung in physikalischem Kontakt, wohingegen das kraftvermittelnde Element nur indirekt – über Kopf beziehungsweise Fußteil – auf die Dichtungen und damit auf die Reaktoren wirkt.
Weiter vorzugsweise steht keines der kraftvermittelnden Elemente mit einer der Zu- oder Ableitungen zu den parallelen Reaktoren in physikalischem Kontakt, d. h. berührt diese nicht.
Beim Abdichten der Reaktoren für Hochtemperaturanwendungen können leicht Kräfte im Bereich deutlich über 10 kN im Tonnen-Bereich auftreten. Diese Kräfte werden aber in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nicht direkt auf die Reaktoren aufgebracht, sondern werden (i) zum einen durch das mehreren Reaktoren gemeinsame kraftvermittelnde Element sowie das gleichfalls mehreren Reaktoren gemeinsame Kopf- beziehungsweise Fußteil gleichmäßig verteilt und zum anderen durch (ii) die Trennung der Funktionalitäten „Druckaufbringung" (kraftvermittelndes Element) und „gleichmäßige Abdichtung" (Kopf/Fußteil) lediglich indirekt auf die Reaktoren aufgebracht. Dies gilt insbesondere, da das Kopf- beziehungsweise Fußteil vorzugsweise mit der Reaktormodulhalterung verbunden ist und somit überschüssige Kräfte nicht (ausschließlich) auf die Reaktoren wirken sondern auch, zumindest zum Teil an die Halterung abgeleitet werden.
Weiterhin bedingt die Trennung zwischen kraftvermittelndem Element, welches mit den Zu- und Ableitungen nicht in Kontakt steht und Kopf-/Fußteil (mit den Zu- und Ableitungen), dass bei Ausdehnung der Komponenten bei steigender Temperatur nur das kraftvermittelnde Element (welches ja mit den Anpresselementen in Kontakt steht) gegebenenfalls einer Spannung ausgesetzt wird, nicht aber die (hiervon unabhängigen) besondere empfindlichen Zu- und Ableitungen.
Weiterhin sind gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform die Verbindungen vom Reaktormodul (101) zum Kopfteil (104) und/oder vom Reaktormodul (101) zum Fußteil (113) mit Dichtungen (103, 112) versehen.
Unabhängig hiervon sind gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform die Verbindungen vom Reaktormodul (101) zum Kopfteil (104) und/oder vom Reaktormodul (101) zum Fußteil (113) mit Führungselementen (105, 105', ...; 109, 109', ...) versehen.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Apparatur ist/sind das/die Reaktormodul/e (101) mit jeweils zumindest einer Führungsschiene (301) versehen, die an den Reaktormodulen in senkrechter Richtung in Bezug auf die Richtung der Reaktorkanäle angeordnet sind, und die es ermöglichen, dass das/die Reaktormodul(e) in schubkastenartiger Weise, vorzugsweise in horizontaler Richtung, aus der Apparatur, vorzugsweise aus der oben beschriebenen Tragekonstruktion (300) gezogen werden können.
Hinsichtlich der Aufhängung beziehungsweise Lagerung eines Reaktormoduls in einer Führungsschiene ist es bevorzugt, dass jedes einzelne Reaktormodul (101) eine definierte Bewegungstoleranz in Richtung des Kopfteils (104) aufweist, wobei diese Bewegungstoleranz vorzugsweise einen Wert von 0,05 mm, weiter vorzugsweise von 0,1 mm, weiter vorzugsweise von 0,3 mm nicht unterschreitet. Eine entsprechende Bewegungstoleranz in Richtung des Fußteils ist auch möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Apparatur umfasst das zumindest eine Reaktormodul (101) zumindest eine Reaktorscheibe (111) mit zumindest zwei Kanälen, wobei die zumindest zwei Kanäle der Reaktorscheibe vorzugsweise entweder selber die Reaktoren darstellen oder mit zumindest zwei Reaktoren (001) versehen sind.
Vorzugsweise ist ein Reaktor (001) als Einsteckreaktor realisiert.
Vorzugsweise ist der (Einsteck-)Reaktor als Rohrreaktor realisiert.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist der zur Bestückung der Reaktorscheiben (111) verwendete (Einsteck-)Reaktor (001) eine scheibenförmige Anschlagkante (011) im oberen oder im unteren Bereich des (Einsteck-)Reaktors auf.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn Reaktormodul (101) – auf der einen Seite – und Kopfteil und Fußteil (104, 113) und kraftvermittelnde Elemente (108, 115), sowie gegebenenfalls auch die Dichtungen (103, 112) -auf der anderen Seite – zumindest teilweise thermisch voneinander entkoppelt sind, d. h. sich das Reaktormodul auf einer höheren Temperatur, vorzugsweise einer um zumindest 50 K höheren, weiter vorzugsweise einer um zumindest 100 K höheren Temperatur befindet als Kopfteil oder Fußteil (104, 113) oder als die kraftvermittelnde Elemente (108, 115) oder als die Dichtungen (103, 112).
Das zumindest eine Reaktormodul (101) mit zumindest einem Kopfteil (104) und zumindest einem Fußteil (113) ist vorzugsweise von einem Ofengehäuse (302) (indirekte Beheizung) eingeschlossen und/oder mit zumindest einem Reaktorbeheizungssystem (direkte Beheizung) versehen. Die direkte Beheizung erfolgt vorzugsweise über Heizscheiben (303).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Reaktormodule (101) bzw. Reaktorscheiben (111) parallel angeordnet, wobei sich in einer hierzu bevorzugten Ausführungsform sowohl zwischen den einzelnen Reaktormodulen (101) bzw. Reaktorscheiben (111) sowie gegebenenfalls, weiter vorzugsweise, an den Seiten der an Randpositionen angeordneten Reaktormodule (101) bzw. Reaktorscheiben (111), Heizscheiben in physikalischem/thermischem Kontakt mit den Reaktormodulen (101) bzw. Reaktorscheiben (111) befinden.
Der Begriff Reaktormodul, wie er im Sinn der vorliegenden Erfindung vorzugsweise zu verstehen ist, bedeutet eine Anordnung von zumindest zwei parallelen Reaktoren, vorzugsweise Reaktionsrohren, die vorzugsweise als unabhängige Reaktionsrohre vorliegen, die nicht miteinander verbunden sind. Der Innenraum der Reaktoren bzw. Reaktionsrohre dient vorzugsweise der Aufnahme von zu untersuchenden Katalysatorproben, wobei die Proben vorzugsweise in Form von Pulvern und/oder Schüttungen vorliegen.
Unter einem kraftvermittelnden Element im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jedes Bauteil zu verstehen, auf welches durch zumindest ein Anpresselement eine Kraft ausgeübt wird, und welches diese Kraft, weiter vermittelt, und zwar über zumindest ein Kopf-/oder Fußteil. Dabei wird die/der durch ein Anpresselement ausgeübte Kraft/Impuls auf zumindest zwei parallele Reaktoren aufgeteilt (Impulsaufteiler).
Das kraftvermittelnde Element erstreckt sich dabei vorzugsweise auch geometrisch über zwei oder mehr parallele Reaktoren
Unter dem Begriff Anpresselement im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jedes Bauteil zu verstehen, welches auf das kraftvermittelnde (oder kraftverteilende) Element – und damit vorzugsweise auf die Dichtungen der parallelen Reaktoren – eine Kraft ausüben kann. Somit ist ein Anpresselement ein kraftausübendes Element.
Vorzugsweise ist zumindest ein Anpresselement ein Befestigungsmittel, vorzugsweise eine Verschraubung.
Weiter vorzugsweise ist ein Anpresselement ein Linearmotor oder Anpresszylinder.
Dabei ist ein Anpresszylinder bevorzugt ein Hubzylinder oder ein Senkzylinder, also ein Zylinder, welcher eine Hub- bzw. Senkkraft ausüben kann. Dieser Zylinder wird vorzugsweise hydraulisch und/oder elektrisch angesteuert.
Im Sinne der Erfindung ist es auch bevorzugt, zumindest ein oberes und/oder ein unteres Anpresselement durch zumindest eine Nipko-Presse beziehungsweise Walze zu realisieren. Eine Nipko-Presse ist aus dem Bereich der Herstellung von Papier- oder Vliesstoffen bekannt. US 3 885 283 zeigt den schematischen Aufbau einer Anpressrolle, die mit einzelnen hydraulisch betriebenen Druckstempelköpfen ausgestattet ist. Diesbezüglich wird beispielhaft auf die US 6 701 833 sowie die US 4 736 678 verwiesen.
Somit ist es also insgesamt bevorzugt, zumindest ein Anpresselement, vorzugsweise alle Anpresselemente, als Befestigungselement, als Anpresszylinder oder als Nipko-Presse zu realisieren.
Die Anzahl an Anpresselementen, die jeweils auf einer Seite des Reaktormoduls zum Zusammenpressen der Dichtungen der parallelen Reaktoren verwendet werden, hängt von der baulichen Ausgestaltung der jeweiligen parallelen Reaktoren ab, insbesondere von der Zahl der abzudichtenden parallelen Reaktoren. Dabei ist es bevorzugt, wenn zumindest pro zwei, vorzugsweise zumindest pro vier, weiter vorzugsweise zumindest pro sechs Reaktoren jeweils ein oberes und/oder unteres Anpresselement vorliegt.
Unter dem Begriff Reaktorbeheizung im Sinn der vorliegenden Erfindung ist sowohl eine unabhängige Beheizung für einzelne Reaktoren als auch ein Heizblock oder eine Anordnung von Heizelementen (Heizpatronen, Heizdraht etc.) zu verstehen, mit der zumindest zwei Reaktoren und/oder ein oder mehrere Reaktormodule beziehungsweise auch Bereiche von Reaktormodulen gleichzeitig oder unabhängig voneinander beheizt werden können.
Die Wahl der Beheizungselemente, die zur Beheizung der Reaktoren beziehungsweise der Reaktormodule oder auch der Reaktorscheiben (so genannte Heizscheiben) eingesetzt werden, richtet sich nach dem Temperaturbereich, bei dem die Reaktoren zur Durchführung der Testuntersuchungen betrieben werden. Vorzugsweise liegt zumindest ein Heizelement pro zumindest einem Reaktor/Reaktionskanal vor.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Reaktormodule beziehungsweise die Reaktoren mit Wärmewiderstandsbeheizungen temperiert, wobei üblicherweise Kontaktheizungen verwendet werden.
In einer anderen, und bei Hochtemperaturanwendungen bevorzugten, Ausführungsform werden die Reaktormodule beziehungsweise Reaktoren mittels Strahlungsheizung beheizt. Diese Beheizung erfolgt bevorzugt zusätzlich zu einer (direkten) Kontaktheizung. Weiterhin können die Reaktoren beziehungsweise Reaktormodule auch mittels Konvektionsheizelementen, vorzugsweise vermittelt über Wärmeaustauschfluide, beheizt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Apparatur insgesamt nur oder zusätzlich zu zumindest einem Reaktorbeheizungssystem mit einem Heizofen ausgestattet. Dieser Heizofen umgibt in einer bevorzugten Ausführungsform den gesamten Parallelreaktor wie vorstehend beschrieben. Der Heizofen bietet den Vorteil, dass auch Teile der Zuleitungen und Ableitungen auf eine gewünschten Temperatur temperiert werden können. Durch die Temperierung von Bauteilen der Apparatur mittels des Heizofens werden eventuelle Störungen der Testuntersuchungen, wie sie durch unkontrollierte Temperaturschwankungen und teilweise Kondensation von Fluiden in Leitungen auftreten können, vermieden oder minimiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, dass die Beheizung der Reaktoren ausschließlich mittels eines Heizofens vorgenommen wird, und zwar anstelle des oben beschriebenen Reaktorbeheizungssystems. Eine derartige Ausführungsform wird vorzugsweise dann gewählt, wenn die Untersuchungen bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen durchgeführt werden. Der Begriff niedrige Temperaturen bezieht sich Temperaturen, die vorzugsweise im Bereich von 40°C bis 350°C liegen, bevorzugt im Bereich von 80°C bis 250°C.
Die Wahl der zur Abdichtung der parallelen Reaktoren verwendeten Dichtungsmaterialien richtet sich nach den jeweils vorliegenden thermischen und. chemischen Gegebenheiten, die im Bereich der abzudichtenden Verbindungsstellen. vorliegen. Vorzugsweise werden aus synthetischem Kautschuk (NBR) oder Neopren (NR) bestehende Dichtungen bei Temperaturen von weniger als 100°C eingesetzt, aus Viton (FPM) oder Teflon (PTFE) bestehende Dichtungen bei Temperaturen von weniger als 200°C und aus Kalrez (PFPM) bestehende Dichtungen bei Temperaturen von weniger als 250°C. Bei Temperaturen oberhalb von 250°C werden Dichtungen aus Graphit, Glimmer (bzw. Vermiculit) oder Metall eingesetzt, wobei die aus Graphit bestehenden Dichtungen vorzugsweise bei Temperaturen von bis 400°C, Glimmer bei Temperaturen von vorzugsweise bis zu 600°C und Metall bei Temperaturen von vorzugsweise bis zu 700°C verwendet werden.
In Abhängigkeit der jeweiligen Anwendung werden die abzudichtenden Verbindungsstellen mit einzelnen Dichtungsringen oder mit Dichtungsscheiben versehen, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform Dichtungsscheiben verwendet werden, mit denen eine Mehrzahl an Reaktoren gleichzeitig abgedichtet werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Verbindungsstellen von den einzelnen (Einsteck-)Reaktoren zum Reaktormodul vorzugsweise zum Kopf- bzw. Fußteil mit Graphitdichtungen abgedichtet. Bevorzugt wird hierzu eine Presskraft im Bereich von 20 bis 100 N·mm^–2 gewählt.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Wechsel von Reaktoren in einem Parallelreaktor, vorzugsweise einem Parallelreaktor wie vorstehend in seinen bevorzugten Ausführungsformen beschreiben, bei dem zumindest ein Reaktormodul (101) vorzugsweise eine Reaktorscheibe (111), entlang einer Führungsschiene (301) in eine Richtung senkrecht zur Achse der Reaktionskanäle in der Reaktorscheibe in eine Position bewegt wird, so dass der obere und der untere Teil des Reaktormoduls (101) bzw. der Reaktorscheibe (111) eine entlang der Reaktionsrohrachse stapelförmige (oder anderweitig bündige) Anordnung bestehend aus einem Kopfteil (104), einem Reaktormodul (101, 111) und einem Fußteil (113) bilden.
Das erfindungsgemäße Verfahren schließt dabei in einer bevorzugten Ausführungsform auch die Verfahrensschritte ein, dass die untere Anpressvorrichtung (503) in die Richtung des unteren Teils des Reaktormoduls (101) und die obere Anpressvorrichtung (502) in die Richtung des oberen Teils des Reaktormoduls (101) bewegt wird. Bei einer bevorzugten Durchführung des Verfahrens wird zunächst die untere Anpressvorrichtung (503) mittels Hubbewegung und anschließend die obere Anpressvorrichtung (502) mittels Senkbewegung bewegt, wobei der Betrag der Hubbewegung der unteren Anpressvorrichtung (503) vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 25 mm und der Betrag der Senkbewegung der oberen Anpressvorrichtung vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 25 mm liegt.
Das erfindungsgemäße Verschluss-System bietet Vorteile gegenüber denjenigen Verschluss-Systemen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, da sich einzelne Reaktorrohre oder die mit Einsteckreaktoren ausgestatten Reaktorscheiben in zeitsparender Weise austauschen lassen, insbesondere weil das Abdichten für alle Reaktoren eines Reaktormoduls vorzugsweise für alle Reaktoren gemeinsam erfolgt.
Dies gilt insbesondere deshalb, da das kraftvermittelnde Element zumindest zwei, vorzugsweise aber allen Reaktorrohren/Einsteckreaktoren eines Reaktormoduls gemeinsam ist und somit der eigentliche Abdichtvorgang für die parallelen Reaktoren gemeinsam durchgeführt werden kann.
Insbesondere auf dem Gebiet der Hochdurchsatzforschung, wo die Parallelisierung von Testständen und Testuntersuchung eine zentrale Rolle spielt, ist eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verschluss-System vorteilhaft, da die Bestückung der Teststände und der Austausch von den mit Katalysatorproben bestückten Einsteckrohren in einer besonders zeitsparenden und zuverlässigen Weise durchgeführt werden kann. Durch die Verwendung von zumindest einem kraftvermittelnden Element wird auch vermieden, dass einzelne Reaktoren eine andere Abdichtkraft erfahren als andere, auch und gerade unter Betriebsbedingungen.
Kurze Beschreibung der Figuren:
1.a zeigt eine schematische Darstellung einer Reaktorscheibe (101) mit Kanälen und den dazugehörigen Verschlussteilen, die Kopfteil (104), Fußteil (113) und Einsteckschraubverbindungen (106, 114) umfassen, wobei sich sowohl oberhalb des Kopfteils als auch unterhalb das Fußteils jeweils ein kraftvermittelndes Element (108, 115) befindet, sowie zwei Anpresselemente (107, 107', 116, 116'), hier als Anpresszylinder realisiert.
1.b zeigt eine schematische Darstellung eines Reaktormoduls, das eine Reaktorscheibe (111) mit Kanälen umfasst, die mit acht Einsteckreaktoren (001) versehen ist, wobei die Einsteckreaktoren auf der oberen Seite eine scheibenförmige Anschlagkante (011) aufweisen. Das Reaktormodul wird in dieser Ausführungsform mit Schrauben (105, 105') verschlossen und abgedichtet.
1.c zeigt eine entsprechende Apparatur mit der Anschlagkante (011), die einen Versatz gegenüber der in 1.b gezeigten Anschlagkante aufweist.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Katalyseapparatur (aus seitlicher Ansicht), die mit zwölf Reaktorscheiben bestückt ist. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform befindet sich das gesamte Reaktormodul in einem Ofengehäuse (302).
3 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Katalyseapparatur, die mit einer Reaktorscheibe (111) ausgestattet ist, wobei die Reaktorscheibe mit acht Einsteckreaktoren bestückt ist.
4 zeigt die schematische Darstellung von sechs verschiedenen Einsteckreaktoren (a bis f), die im Bereich der Verbindungsstellen zu den Zu- und Ableitungen (002) und (003) unterschiedliche geometrische Dichtflächen aufweisen, wobei diese mit verschiedenen Dichtungsringen abgedichtet werden können.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Verbindungsstelle zwischen einem Reaktionsrohr (001), einem Kopfteil und einem kraftvermittelnden Element (108), bei welcher die Einsteckverschraubung mit der Leitungsverbindung zu erkennen ist.
6 zeigt eine schematisches Fließbild des Fluidysytems, welches zur Kraftbeaufschlagung von Hydraulikzylindern (als bevorzugte Anpresselemente) bevorzugt ist, wobei im vorliegenden Fall das Leitungssystem für das Hydraulikfluid so ausgewählt ist, dass zwei unterschiedliche Reaktormodule abgedeckt werden.
7 zeigt eine schematische Darstellung einer Nipko-Presse, die vorzugsweise zur Druckbeaufschlagung des kraftvermittelnden Elements für das Aufbringen mechanische Andruckkraft zur Abdichtung der Reaktoren verwendet wird; dabei ist die Walze der Nipko-Presse in vorliegender Darstellung mit Druckstücken (905) versehen.
8 zeigt eine schematische Darstellung eines einzelnen Druckstückes der Nipko-Presse, das mit dem oberen Teil aus der Walze herausragt.
9.a zeigt eine schematische Darstellung einer Anpressreaktorhalterung, bei der die Anpresskraft mittels Federelementen (009, 009') vermittelt wird, wobei sowohl die Anpressverbindungen der Leitungen zum Reaktor als auch die Anpressvorrichtung vom Bereich der Reaktorbeheizung weitgehend thermisch entkoppelt sind.
9.b zeigt eine entsprechende Apparatur, bei der zusätzlich auch jeder eizelne Reaktor mit Federelementen (004) versehen ist.
Im Folgenden werden in einer detaillierten Beschreibung bevorzugte Ausgestaltungen einzelner, voneinander unabhängiger, Aspekte der erfindungsgemäßen Apparatur beziehungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben.
Falls die erfindungsgemäße Katalyseapparatur in einer Weise betrieben wird, dass die im Bereich der kraftvermittelnden Elemente auftretende Temperatur 200°C oder mehr beträgt, so wird der Bereich zwischen zumindest einem kraftvermittelnden Element und zumindest einem Anpresselement vorzugsweise mit zumindest einem Abstandshalter ausgestattet, um das zumindest eine Anpresselement thermisch vom Reaktionsmodul zu entkoppeln.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Reaktormodul (101) aus einem Block mit zumindest zwei parallelen Kanälen.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform besitzt dieser Block eine scheibenförmige Gestalt, die mit Bohrlöchern versehen ist, wobei in diese Bohrlöcher vorzugsweise (vorzugsweise mit Katalysatorproben befüllte) Einsteckreaktoren eingesetzt werden (= Reaktorscheibe (111)).
Bezüglich der geometrischen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Apparatur ist es bevorzugt, dass der Abstand von jeweils zwei benachbarten Reaktionskanälen bzw. Einsteckreaktoren (001) mindestens 5 mm beträgt, weiter bevorzugt mindestens 12 mm. Dabei ist es bevorzugt, dass die Länge eines einzelnen Reaktionskanals mindestens 10 mm beträgt.
Als beispielhaft für die Ausgestaltung von Reaktormodulen, die in Form von Reaktorscheiben vorliegen, ist WO 02/09867 A1 zu nennen, deren diesbezügliche Offenbarung auch als Bestandteil der vorliegenden Anmeldung zu betrachten ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Apparatur ist/sind das/die Reaktormodul/e (101) mit jeweils zumindest einer Führungsschiene (301) versehen, die an den Reaktormodulen in senkrechter Richtung in Bezug auf die Richtung der Reaktorkanäle angeordnet ist, und die es ermöglicht, dass das/die Reaktormodul(e) in schubkastenartiger Weise, vorzugsweise in horizontaler Richtung, aus der Apparatur gezogen werden kann bzw. können.
Hinsichtlich der Aufhängung beziehungsweise Lagerung eines Reaktormoduls in einer Führungsschiene ist bevorzugt, dass jedes einzelne Reaktormodul (101) eine definierte Bewegungstoleranz in die Richtung des Kopfteils (104) aufweist, wobei diese Bewegungstoleranz vorzugsweise mindestens 0,05 mm beträgt, weiter vorzugsweise mindestens 0,1 mm, weiter vorzugsweise mindestens 0,3 mm.
Das bevorzugte Vorliegen einer vertikalen Bewegungstoleranz ist für den Anpressvorgang beim Verschließen des Reaktormoduls von Bedeutung, da hierbei zunächst der untere Teil der Pressvorrichtung in einer solchen Weise gegen das Reaktormodul gedrückt wird, dass das auf der Führungsschiene gelagerte Reaktormodul leicht angehoben wird. Es wird hierdurch vermieden, dass die Anpresskräfte auf die Führungsschiene beziehungsweise die Halterung des Reaktormoduls (anstatt auf die abzudichtenden Reaktoren) wirken.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Aufhängung bzw. Halterung, mit welcher ein Reaktormodul in Wirkverbindung steht, unter Betriebsbedingungen elastisch verformbar ist.
Die zumindest einseitige "elastische" Befestigung eines Reaktormoduls, vorzugsweise am Fußteil, ermöglicht es, dass das Reaktormodul nach dem Lösen des Anpressdruckes in die Richtung der Reaktionskanäle eine Hubbewegung durchführen kann. Durch diese Hubbewegung wird das Reaktormodul vom unteren Anpressverschluss entfernt und kann anschließend über die Führungsschienen in horizontaler Richtung aus der Anpressvorrichtung gezogen werden. Die "Elastizität" wird vorzugsweise durch Federkräfte vermittelt.
Die Erfindung betrifft in einer bevorzugten Ausführungsform eine Katalyseapparatur, wie beispielhaft in der 1.a dargestellt. Diese Apparatur verfügt über vier Anpresselemente, die vorzugsweise als Anpresszylinder realisiert sind, von denen sich zumindest zwei (d. h. die Anpresszylinder (107) und (107')) über einem oberen kraftvermittelnden Element (108) und zumindest zwei andere (d. h. die Anpresszylinder (116) und (116')) unterhalb des unteren kraftvermittelnden Elementes (115) befinden.
In 1.b ist ein Beispiel für eine bevorzugte Ausführungsform einer Apparatur von acht parallelen Einsteckreaktoren (001) (hier als Rohrreaktoren realisiert) mit jeweils einer scheibenförmigen Anschlagkante (011) im oberen Bereich der Reaktorrohre (001). Das Reaktorrohr wird von der Oberseite aus in die Reaktorscheibe (111) eingeführt, wobei sich vorzugsweise jeweils ober- und unterhalb der scheibenförmigen Anschlagkanten Dichtungen (112, 112') befinden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, wie beispielsweise in 2 gezeigt, sind mehrere Reaktormodule (101) bzw. Reaktorscheiben (111) parallel angeordnet, wobei sich in einer hierzu bevorzugten Ausführungsform sowohl zwischen den einzelnen Reaktormodulen (101) bzw. Reaktorscheiben (111) als auch weiter vorzugsweise an den Seiten der an Randpositionen angeordneten Reaktormodule (101) bzw. Reaktorscheiben (111) Heizscheiben in physikalischem/thermischem Kontakt mit den Reaktormodulen (101) bzw. Reaktorscheiben (111) befinden.
Die oberen Anpresselemente (107, 107', ...) und/oder die unteren Anpresselemente (116, 116', ...) sind vorzugsweise mit einer Tragekonstruktion (300) verbunden, die beispielhaft in 2. oder 3 dargestellt ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verschluss-Systems, welches in 3 illustriert ist, betrifft die Aufhängung und Lagerung der Reaktoren beziehungsweise des Reaktormoduls in der Tragekonstruktion (300) der Apparatur. Dabei ist es in einer weiter bevorzugten Ausführungsform möglich, dass die Abstandhalter (304) mit Wärmetauschern versehen sind, um die Effizienz der thermischen Entkoppelung zu verbessern und die Hydraulikpatronen vor einer starken Erwärmung zu schützen.
Dabei sind der obere und der untere Teil einer Anpressvorrichtung (502, 503) vom beheizten Reaktor (501) weitgehend (thermisch) entkoppelt.
In dieser bevorzugten Ausführungsform sind allerdings die dichtenden Verbindungsstellen zwischen den Enden der Reaktionsrohre und den Zu- und Ableitungen nicht thermisch von der Reaktorbeheizung entkoppelt. Eine derartige Ausführungsform ist bei katalytischen Testuntersuchungen zunächst auf einen Temperaturbereich beschränkt, bei dem die Dichtungen stabil sind und nicht in chemische Wechselwirkung mit den Fluiden treten. Davon abgesehen ist es jedoch auch möglich, die temperaturempfindlichen Teile der Verbindungsstellen mit einer Kühlvorrichtung zu versehen, durch welche eine Überhitzung der Dichtungen vermindert oder ausgeschlossen werden kann.
5 zeigt die schematische Darstellung eines kraftvermittelnden Elementes (108), bei dem die Verbindungsleitungen (701, 701') seitlich aus dem kraftvermittelnden Element herausgeführt werden, ohne mit diesem oder an diesem befestigt zu sein. In einer anderen Ausführungsform ist es bevorzugt, dass das kraftvermittelnde Element mit Bohrungen versehen ist, durch die die Verbindungsleitungen (701, 701') in eine Richtung parallel zur Längsachse des Reaktors geführt werden können. Dies kann beispielsweise auch dann vorteilhaft sein, falls flüssige Produkte über das Fußteil der Apparatur abzuführen sind, die anschließend in einen nachgeschalteten Produktsammelbehälter einströmen sollen. Die Zuleitungen oder Abteilungen können dabei auch mit separaten Mitteln zur Beheizung versehen sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Reaktormodul an zumindest einer elastischen Aufhängung befestigt oder sind zumindest zwei, vorzugsweise alle Reaktoren eines Reaktormoduls individuell mit jeweils einem Federelement verbunden, d. h. einem Element, welches auf eine Kraft mit einer elastischen Gegenkraft reagiert. Dies ist insbesondere bevorzugt, wenn die Apparatur ohne untere(s) Anpresselement(e) ausgestaltet ist. Eine solche bevorzugte Ausführungsform ist in 9.a illustriert.
Dabei ist es besonders bevorzugt, dass keine unteren Anpresselemente und kein unteres kraftvermittelndes Element vorliegen, stattdessen aber zumindest zwei, vorzugsweise alle Reaktoren mit jeweils einem Federelement in Wirkverbindung stehen. In einer weiteren Ausführungsform kann die in 9.b dargestellte Apparatur auch ohne die Federelemente (009, 009') ausgestaltet sein, wobei in diesem Fall jeder einzelne Reaktor mit Federelementen (004) versehen ist.
Das erfindungsgemäße Verschluss-System führt dazu, dass mögliche Undichtigkeiten an den Verbindungsstellen zwischen den Enden der Reaktoren und den Zu- oder Ableitungen weitgehend unterbunden werden. Die Minimierung von Undichtigkeiten ist auch dann gewährleistet, wenn an den Verbindungsstellen ein Übergang von einem Material zu einem anderen Material erfolgt, wie zum Beispiel bei einem Übergang von einem Reaktionsrohr aus Keramik zu einem Leitungsanschluss aus Metall.
Davon abgesehen ist die Minimierung von Undichtigkeiten auch beim Auftritt eines Temperaturgradienten entlang der Achse gewährleistet, die senkrecht zur Längsachse der Reaktionskanäle verläuft, da das kraftvermittelnde Element und die Anpresselemente gegebenenfalls auftretende Druckschwankungen ausgleichen. Dies gilt insbesondere, wenn das Anpresselement als Anpresszylinder und/oder als Nipko-Presse realisiert ist.
Als Bezugssystem hinsichtlich möglicher Undichtigkeiten ist dabei eine Katalyseapparatur zu betrachten, bei der jeder einzelne Reaktor eines Reaktormoduls mit einzelnen Schraubverbindungen versehen ist. Die Reaktoren werden im kalten Zustand mit den Verschraubungen and die Zu- und Ableitungen angeschlossen und anschließend erhitzt. Dabei kommt es zu einer thermischen Ausdehnung der einzelnen Bauteile. Falls innerhalb dieses Reaktormoduls ein Temperaturgradient entsteht, dann kann dies dazu führen, dass sich die einzelnen mit Schraubverbindungen versehenen Reaktorverschlüsse in unterschiedlicher Weise ausdehnen, wodurch ein gewisser Grad an Undichtigkeit hervorgerufen werden kann. Solche Undichtigkeiten werden vorliegend durch Verwendung einer Kombination von kraftvermittelndem Element mit Kopfteil und/oder Fußteil minimiert.
Mögliche Dichtigkeitsprobleme hängen gegebenenfalls auch mit der Geometrie der Reaktorscheibe und der Anzahl der darin befindlichen Einsteckreaktoren sowie der thermischen Belastung zusammen. Sobald die abzudichtende Fläche der Reaktorscheibe eine Länge von etwa 100 bis 140 mm übersteigt, und sich in diesen Längenbereich mehr als fünf (Einsteck-)Reaktoren befinden, die anschließend erhitzt werden, können mögliche Undichtigkeiten auftreten, die daraus resultieren, dass die Mittelbereiche von Kopfteil und Fußteil einer stärkeren Verbiegung unterliegen als die mit den Schraubverbindungen fixierten Randbereiche.
Die Wahrscheinlichkeit, dass bei abzudichtenden Verbindungsstellen Undichtigkeiten auftreten, steigt insbesondere auch dann an, wenn die einzelnen Bauteile beziehungsweise die Verbindungsstellen (sehr) hohen Temperaturen, (sehr) hohen Drücken und/oder insbesondere großen Temperaturschwankungen ausgesetzt werden.
Die Längenausdehnung ∂l einer beheizten Stange mit der Länge L steht in dem folgenden funktionalen Zusammenhang mit der Temperaturänderung ∂T, wobei die resultierende Größe als Ausdehnungskoeffizient f bezeichnet wird: ∂l = f(10–6·∂T·L)
Dabei ist zu berücksichtigen, dass bereits zwischen normalem Stahl und Edelstahl, d. h. zwischen zwei verschiedenen Stahlsorten, ein Unterschied im Hinblick auf die thermische Ausdehnungskoeffizient besteht, wobei Normalstahl einen thermische Ausdehnungskoeffizient von 8·10^–6 K^–1 und Edelstahl einen thermischen Ausdehnungskoeffizient von 15 bis 25·10^–6 K^–1 aufweist.
Bezüglich der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verschluss-Systems, bei der das Reaktormodul durch das Anpressen eines Kopfteils und eines Fußteils verschlossen wird, wobei das Kopfteil und Fußteil jeweils mit einem kraftvermittelnden Element, beispielsweise mit Anpresszylindern, in Wirkverbindung stehen, ist es bevorzugt, dass hierbei die Anpresskraft der einzelnen Anpresselemente konstant gehalten werden.
Dies ist bevorzugt dadurch realisiert, dass die Anpresselemente, vorzugsweise die Anpresszylinder mit einem Druckregler kommunizieren. Trotz eines möglichen Temperaturgradienten entlang der Verschlussachse der Kopfteile beziehungsweise der Fußteile kann hierdurch der Anpressdruck konstant gehalten werden.
Ein mögliches Problem bei der Übertragung einer punktuellen Anpresskraft durch ein Anpresselement auf ein kraftvermittelndes Element, bei dem es sich beispielsweise um eine U-förmige Stahlschiene handeln kann, ist möglicherweise dadurch gegeben, dass sich die U-förmige Stahlschiene unterschiedlich stark durchbiegen kann. Eine Durchbiegung, wie sie beispielsweise von der Länge des kraftvermittelnden Elements (d. h. der Stahlschiene), den auf das kraftvermittelnde Element ausgeübten Druckkräften sowie der thermischen Beanspruchung abhängen kann, könnte möglicherweise zu einer Undichtigkeit des Reaktorverschlusses führen.
Damit mögliche Undichtigkeiten vermieden werden, ist es bevorzugt, dass ab einer bestimmten Länge des kraftvermittelnden Elements und ab einer bestimmten Anzahl von abzudichtenden Reaktionsrohren auch eine ausreichende Anzahl von Anpresselementen vorhanden ist, die einen Anpresskraft auf das kraftvermittelnde Element ausüben, so dass ein Verbiegen des kraftvermittelnden Elements und daraus resultierende Undichtigkeiten minimiert oder vermieden werden.
Deshalb ist es bevorzugt, wenn zumindest pro zwei, vorzugsweise zumindest pro vier, weiter vorzugsweise zumindest pro sechs Reaktoren jeweils ein oberes und/oder unteres Anpresselement vorliegt.
Falls in einer bevorzugten Ausführungsform die Länge der abzudichtenden Reaktorscheibe mehr als 140 mm, insbesondere mehr als 200 mm, beträgt, und/oder falls die Reaktorscheibe sechs oder mehr Einsteckreaktoren enthält, dann wird das Kopfteil beziehungsweise das Fußteil der Reaktormoduls vorzugsweise mit mehr als zwei Anpresselementen (beispielsweise Verbindungsschrauben oder Hydraulikzylinder) angepresst. Das gleiche gilt hinsichtlich der Abmessungen auch für ein Reaktormodul, welches Reaktionskanäle aufweist, die direkt mit Katalysator befüllt werden.
Das erfindungsgemäße Verschluss-System betrifft daher auch das Anpressen des kraftvermittelnden Elements mit Anpresszylindern als Anpresselemente/kraftausübende Elemente, wobei es gewährleistet ist, dass das kraftvermittelnde Element mit einer gleichmäßig wirkenden Anpresskraft beaufschlagt wird, wobei die Anpresskraft vorzugsweise über einen Druckregler gesteuert wird, wodurch auf gegebenenfalls auftretende Längenveränderungen beziehungsweise thermische Gradienten im Bereich der Anschlussstellen von Kopf- und Fußteilen an die Reaktoren und gegebenenfalls damit verbundene Undichtigkeiten reagiert werden kann.

001: Reaktor, vorzugsweise Einsteckreaktor
011: Anschlagkante im oberen bzw. unteren Bereich des Reaktors, vorzugsweise eines Einsteckreaktors
002: Zuleitung
003: Ableitung
022, 033: Dichtungen
004: Federelement
005: Verbindungselement
006: obere Platte (Teil der Haltestruktur)
007: untere Platte (Teil der Haltestruktur)
008: Beheizung für ein einzelnes Reaktorrohr
009, 009': Federelemente
012: Nut zur Aufnahme einer Dichtung
101: Reaktormodul
111: Reaktorscheibe mit Kanälen zur Aufnahme von Reaktoren, vorzugsweise von Einsteckreaktoren
103: Dichtung zwischen Reaktormodul und Kopfteil
104, 113: Kopfteil beziehungsweise Fußteil zum Verschluss eines Reaktormoduls
105, 105': Führungselemente am Kopfteil des Reaktormoduls (z. B. Zentierhülsen oder Schraubverbindungen)
106; 106' ...: Einschrauber zur Befestigung einer fluidischen Verbindung am Kopfteil des Reaktormoduls
107, 107': oberes Anpresselement, vorzugsweise Anpresszylinder
108: oberes kraftvermittelndes Element zur Verteilung mechanischer Andruckkraft zur Abdichtung von Reaktor, Dichtung, Kopfteil
109, 109': Führungselement(e) am Fußteil des Reaktormoduls
112: Dichtung zwischen Reaktormodul und Fußteil
114, 114': Einschrauber zur Befestigung einer fluidischen Verbindung am Fußteil des Reaktormoduls
115: unteres kraftvermittelndes Element zur Verteilung mechanischer Andruckkraft zur Abdichtung von Reaktor, Dichtung, Fußteil
116, 116': unteres Anpresselement, vorzugsweise Anpresszylinder
300: Tragekonstruktion (Reaktormodulhalterung)
301: Führungsschiene
302: Ofengehäuse mit optionaler Isolation
303: Heizscheibe(n)
304: Abstandshalter zur thermischen Entkopplung
401: Verbindungsschiene (Teil der Tragekonstruktion/Reaktormodulhalterung)
501: Reaktoreinheit mit Beheizung und thermischer Entkopplung
502: obere Anpressvorrichtung
503: untere Anpressvorrichtung
701, 701': Verbindungsleitungen zum Einschrauber
801: Pumpe
802: Druckregler
803: Kommunikationsleitung
804: Sammelbehälter für Hydraulikversorgung
805: Wiederholungseinheit, d. h. zweite Anpressvorrichtung mit Reaktormodul
901: in drei Leitungen untergliederte Zufuhr der Hydraulikflüssigkeit zum Aufbau der Druckkraft (auch Einzelleitung möglich)
902: mit der Reaktormodulhalterung verbundener Lagerpunkt der Walze zur Ableitung von Druckkräften
903: Mantel der frei umlaufenden Walze
904: innere Walzenstruktur, die feststehend ist, mit beweglichen Druckstücken (905)
905: Druckstücke, relativ zu 904 beweglich
1002: Durchgangsleitung für Hydraulikflüssigkeit
1005: Spalt zum Austritt der Hydraulikflüssigkeit
70, 71: Pumpe
72 bis 77: Ventile
78: Überlaufbehälter
79 bis 82: Druckzylinder
84 und 86: Übertragungselemente
85: Reaktionsapparatur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 7150994 B2 [0004]
- US 6869799 B1 [0005]
- DE 10304217 A1 [0006]
- WO 03/047744 A1 [0007]
- EP 1256377 A1 [0007]
- US 7115231 B1 [0008]
- US 3885283 [0041]
- US 6701833 [0041]
- US 4736678 [0041]
- WO 02/09867 A1 [0075]

Claims

Apparatur umfassend zwei oder mehr parallele Reaktoren in einem Reaktormodul, welches zumindest mit zumindest einem Kopfteil (104) und/oder mit zumindest einem Fußteil (113) lösbar verbunden ist, wobei das Kopfteil (104) über zumindest ein oberes kraftvermittelndes Element (108) mit zumindest einem oberen Anpresselement (107, 107', ...) in Wirkverbindung steht, oder das Fußteil (113) über zumindest ein unteres kraftvermittelndes Element (115) mit zumindest einem unteren Anpresselement (116, 116', ...) in Wirkverbindung steht, oder sowohl Kopfteil als auch Fußteil in der vorstehend genannten Wirkverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Kopf- und/oder Fußteil sowie oberes und/oder unteres kraftvermittelndes Element gleichzeitig auf zwei oder mehr parallele Reaktoren im Reaktormodul wirkt bzw. wirken.
Apparatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen zwischen Reaktormodul und Kopfteil und/oder zwischen Reaktormodul und Fußteil mit Dichtungen (103, 112) und/oder mit Führungselementen (105, 105', ...; 109, 109'. ...) versehen sind.
Apparatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine obere Anpresselement (107, 107', ...) und/oder das zumindest eine untere Anpresselement (116, 116', ...) mit einer Tragekonstruktion beziehungsweise einer Reaktormodulhalterung (300) in Wirkverbindung steht bzw. stehen und/oder dass Kopf- und/oder Fußteil in einer entsprechenden Wirkverbindung stehen.
Apparatur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Reaktormodul (101) einschließlich Kopfteil (104) und/oder Fußteil (113) von einem Ofengehäuse (302) eingeschlossen ist und/oder eine Reaktorbeheizung umfasst.
Apparatur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen zumindest einem kraftvermittelnden Element und zumindest einem darauf wirkenden Anpresselement zumindest ein Abstandshalter zur weiteren thermischen Entkopplung befindet.
Apparatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Reaktormodul (101) mit zumindest einer Führungsschiene (301) versehen ist, die in Bezug auf die Richtung der Reaktionskanäle vorzugsweise in senkrechter Richtung hierzu angeordnet ist, wobei das Reaktormodul (101) vorzugsweise eine Bewegungstoleranz in die Richtung des Kopfteils (104) aufweist, welche vorzugsweise mindestens bei 0,1 mm liegt.
Apparatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Reaktormodul (101) eine Reaktorscheibe (111) mit zumindest zwei Kanälen umfasst, wobei die Kanäle der Reaktorscheibe vorzugsweise mit (Einsteck-)Reaktoren (001) versehen sind oder selber die Reaktoren darstellen.
Apparatur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der zur Bestückung der Reaktorscheibe (111) verwendeten (Einsteck-)Reaktoren (001) eine scheibenförmige Anschlagkante (011) im oberen oder im unteren Bereich des Reaktorrohrs aufweist.
Apparatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Reaktormodule (101) bzw. Reaktorscheiben (111) parallel angeordnet sind, wobei sich zwischen den einzelnen Reaktormodulen (101) bzw. Reaktorscheiben (111), oder an den Seiten der an Randpositionen angeordneten Reaktormodule (101) bzw. Reaktorscheiben (111), jeweils zumindest ein Heizelement, vorzugsweise zumindest eine Heizscheibe, in physikalischem Kontakt mit den Reaktormodulen (101) bzw. den Reaktorscheiben (111) befindet.
Apparatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktormodul an einer unter Betriebsbedingungen elastisch verformbaren Aufhängung befestigt ist, wobei die Apparatur ohne untere Anpresszylinder ausgestaltet ist.
Apparatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpressdruck der Anpresselemente bei einer Verwendung von Graphitdichtungen eine Presskraft im Bereich von 20 bis 100 N·mm^–2 aufweist.
Apparatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen und/oder unteren Anpresselemente jeweils zumindest eine Nipko-Presse umfassen.
Apparatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Reaktionskanälen bzw. Einsteckreaktoren (001) mindestens 5 mm beträgt, bevorzugt mindestens 12 mm, und/oder die Länge eines einzelnen Reaktionskanals mindestens 10 mm beträgt.
Verfahren zur Testung von Katalysatoren unter Verwendung der Apparatur gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 13.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Reaktormodul (101) bzw. die Reaktorscheibe (111) entlang einer Führungsschiene (300) in einer Richtung senkrecht zur Achse der Reaktionskanäle in eine Position bewegt wird, in der der obere und der untere Teil des Reaktormoduls (101) bzw. der Reaktorscheibe (111) eine entlang der Reaktionsrohrachse stapelförmige (oder bündige) Apparatur bestehend aus Kopfteil (104), Reaktormodul (101, 111) und Fußteil (113) bilden.
Verfahren nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Anpressvorrichtung in die Richtung des unteren Teils des Reaktormoduls (101) und die obere Anpressvorrichtung in Richtung des oberen Teils des Reaktormoduls (101) bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die untere Anpressvorrichtung (503) mittels Hubbewegung und anschließend die obere Anpressvorrichtung (502) mittels Senkbewegung bewegt wird, wobei die Distanz der Hubbewegung der unteren Anpressvorrichtung (503) in einem Bereich von 1 bis 25 mm und die Distanz der Senkbewegung der oberen Anpressvorrichtung (502) in einem Bereich von 1 bis 25 mm liegt.