DE102008064276A1 - Process for the preparation of benzene - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die endotherme, katalytische Gasphasenreaktion von Naphta mit Wasserstoff zu Benzol, worin die Umsetzung in 5 bis 12 hintereinander geschalteten Reaktionszonen unter adiabaten Bedingungen durchgeführt wird.The present invention relates to a process for the endothermic, catalytic gas phase reaction of naphtha with hydrogen to benzene, wherein the reaction is carried out in 5 to 12 successive reaction zones under adiabatic conditions.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die endotherme, katalytische Gasphasenreaktion von Naphta mit Wasserstoff zu Benzol, worin die Umsetzung in 5 bis 12 hintereinander geschalteten Reaktionszonen unter adiabaten Bedingungen durchgeführt wird.The The present invention relates to a method for the endothermic, catalytic gas phase reaction of naphtha with hydrogen to benzene, wherein the reaction in 5 to 12 successive reaction zones carried out under adiabatic conditions.

Naphta ist ein unbehandeltes Erdöldestillat aus der Raffination von Erdöl oder Erdgas, aus dem üblicherweise unter anderem auch Benzol gewonnen wird. Benzol wiederum ist ein wesentlicher Ausgangsstoff für viele weitere petrochemische Erzeugnisse.naphtha is an unrefined petroleum distillate from refining from petroleum or natural gas, from the usually under Benzene is also obtained. Benzene, in turn, is essential Starting material for many other petrochemical products.

So wird Benzol in der Chemischen Industrie für die Synthese vieler Verbindungen gebraucht, wie zum Beispiel Anilin, Styrol, Nylon, Synthesekautschuk, Kunststoffe, waschaktive Stoffe, Insektizide, Farbstoffe und viele weitere Stoffe. Des Weiteren werden durch Substitution viele Aromaten wie zum Beispiel Phenol, Nitrobenzol, Anilin, Chlorbenzol, Hydrochinon und Pikrinsäure gewonnen.So Benzene is used in the chemical industry for synthesis many compounds used, such as aniline, styrene, Nylon, synthetic rubber, plastics, detergents, insecticides, dyes and many more substances. Furthermore, by substitution many aromatics such as phenol, nitrobenzene, aniline, chlorobenzene, Hydroquinone and picric acid.

Ein weiteres Erzeugnis, welches aus Umweltgesichtspunkten jedoch mittlerweile in den Hintergrund getreten ist, ist die Verwendung des Benzol als Treibstoff für Verbrennungskraftmaschinen nach dem Otto-Zyklus.One Another product, which from an environmental point of view, meanwhile Stepping into the background is the use of benzene as Fuel for internal combustion engines after the Otto cycle.

Die im Zusammenhang mit der Herstellung von Benzol aus Naphta wesentlichen Reaktionen sind in den nachfolgenden Formeln (I bis IV) dargestellt. Die Formel (I) bezieht sich auf den Umsatz von Cyclohexan als Anteil des Naphta zu Benzol, welcher sehr endotherm ist und die Formel (II) bezieht sich auf den Umsatz von Hexan zu Cycloxan, welches wiederum gemäß Formel (I) zu Benzol umgebildet werden kann. Die Nebenreaktionen gemäß der Formeln (III und IV), die ebenfalls während der Herstellung von Benzol stattfinden können, sind mit angegeben und sind insbesondere exotherme Reaktionen. C6H12 ↔ C6H6 + 3·H2 (I) C6H14 ↔ C6H12 + H2 (II) C6H12 + 2·H2 → 2·C3H8 (III) C6H14 + H2 → 2·C3H8 (IV) The reactions which are essential in connection with the preparation of naphtha-type benzene are shown in the following formulas (I to IV). The formula (I) relates to the conversion of cyclohexane as the proportion of naphtha to benzene, which is very endothermic and the formula (II) refers to the conversion of hexane to cycloxane, which in turn are converted according to formula (I) to benzene can. The side reactions according to the formulas (III and IV), which can also take place during the preparation of benzene, are also indicated and are in particular exothermic reactions. C 6 H 12 ↔ C 6 H 6 + 3 · H 2 (I) C 6 H 14 ↔ C 6 H 12 + H 2 (II) C 6 H 12 + 2 · H 2 → 2 · C 3 H 8 (III) C 6 H 14 + H 2 → 2 · C 3 H 8 (IV)

Die Reaktion gemäß Formel (I) ist, wie auch jene gemäß der Formel (II) gleichgewichtslimitiert.The Reaction according to formula (I) is as well as those according to the Formula (II) equilibrium limited.

Das aus der Reaktion gemäß Formel (I) erhaltene Benzol bildet ein wesentliches Ausgangsprodukt für die weitere Umsetzung zum Beispiel zu den vorgenannten Produkten.The benzene obtained from the reaction according to formula (I) forms an essential starting material for the others Implementation, for example, to the aforementioned products.

Die kontrollierte Zufuhr von Wärme in Verfahren zur Gewinnung von Benzol ist wichtig, da die Lage des Gleichgewichts der vorgenannten Reaktion gemäß der Formel (I) stark abhängig von der Temperatur der Reaktionszone ist und somit die Ausbeuten und/oder Selektivitäten bezüglich Benzol hierdurch gesteuert werden kann. Insbesondere können somit die unerwünschten Nebenreaktionen gemäß der Formeln (III-IV) zumindest teilweise unterdrückt werden.The Controlled supply of heat in recovery processes Benzene is important because the position of the balance of the above Reaction according to the formula (I) strongly dependent from the temperature of the reaction zone and thus the yields and / or Selectivities related to benzene controlled thereby can be. In particular, thus, the undesirable Side reactions according to the formulas (III-IV) at least partially suppressed.

Ein unkontrollierter Temperaturabfall durch die endotherme Reaktion gemäß der Formel (I) kann somit die Bildung mehr oder weniger großer Mengen an Cyclohexan (gemäß Formel I durch Rückreaktion) und/oder Propan (gemäß Formel III) und/oder Hexan (gemäß Formel II durch Rückreaktion) befördern, was für die weitere Verwendung des Benzols nachteilig ist, da solche Nebenbestandteile zunächst abgetrennt werden müssen.One uncontrolled temperature drop due to the endothermic reaction According to the formula (I), therefore, the formation can be more or less large amounts of cyclohexane (according to formula I by reverse reaction) and / or propane (according to formula III) and / or hexane (according to formula II by reverse reaction) what further use of the Benzene is disadvantageous since such secondary constituents initially must be disconnected.

Es ist daher vorteilhaft, die Temperatur der Reaktionszonen im Laufe des Verfahrens kontrolliert auf einem Niveau zu halten, das einen schnellen Umsatz unter Minimierung der Nebenreaktionen ermöglicht.It is therefore advantageous, the temperature of the reaction zones in the course Controlled to keep the level at a level fast turnover while minimizing side reactions.

So offenbart die EP 0 601 398 A1 , dass zur Herstellung von BTX-Aromaten (Benzol, Toluol und Xylol) das Temperaturniveau und der verwendete Katalysator einen wesentlichen Einfluss auf Ausbeute und Umsatz an Zielprodukt haben. Gemäß der Offenbarung der EP 0 601 398 A1 ist das Temperaturniveau, auf dem die Reaktion ausgeführt werden sollte, im Wesentlichen bestimmt durch die Art und Zusammensetzung des verwendeten Naphta, welches üblicherweise durch seinen Siedepunkt charakterisiert wird. Dies unterstreicht die Wichtigkeit einer exakten Temperaturkontrolle in solchen Verfahren.So revealed the EP 0 601 398 A1 in that for the preparation of BTX aromatics (benzene, toluene and xylene) the temperature level and the catalyst used have a significant influence on the yield and the conversion of the target product. According to the disclosure of EP 0 601 398 A1 For example, the temperature level at which the reaction should be carried out is essentially determined by the type and composition of the naphtha used, which is usually characterized by its boiling point. This underlines the importance of accurate temperature control in such processes.

Die EP 0 601 398 A1 offenbart auch, dass es mittlerweile üblich ist, Verfahren zur katalytischen Reformation in mehreren in Reihe geschalteten Reaktoren auszuführen, in denen Katalysatoren in Form eines Festbettes vorliegen.The EP 0 601 398 A1 also discloses that it is now common practice to carry out catalytic reforming processes in multiple series-connected reactors in which catalysts are in the form of a fixed bed.

In der EP 0 601 398 A1 wird eine isotherme Verfahrensweise unter Verwendung eines Salzbades offenbart, mittels dessen die im Verfahren offenbarten Temperaturen von etwa 500°C in der Reaktionszone eingestellt werden. Eine adiabte Betriebsweise wird nicht offenbart. Der im Verfahren nach der Offenbarung der EP 0 601 398 A1 verwendete Katalysator besteht aus einem Trägermaterial, welches bevorzugt Aluminiumoxid ist, auf welchem sich eine Schicht eines Platingruppen-Metalls mit einem Promotor Metall aus der Gruppe IVB des Periodensystems der Elemente befindet.In the EP 0 601 398 A1 discloses an isothermal procedure using a salt bath by means of which the temperatures of about 500 ° C disclosed in the process are adjusted in the reaction zone. An adiabte mode of operation is not disclosed. In the method according to the disclosure of EP 0 601 398 A1 The catalyst used consists of a support material, which is preferably aluminum oxide, on which there is a layer of a platinum group metal with a promoter metal from group IVB of the Periodic Table of the Elements.

Das Verfahren gemäß der Offenbarung der EP 0 601 398 A1 ist nachteilig, da die offenbarte, isotherme Verfahrensweise überaus aufwändig und damit sehr teuer ist. Insbesondere bei der Herstellung von Grundchemikalien, zu denen das Benzol zu zählen ist, wirken sich aber bereits geringe Verfahrensnachteile gravierend auf die wirtschaftliche Verwertbarkeit des Gesamtverfahrens aus, was auch die EP 0 601 398 A1 offenbart.The method according to the disclosure of EP 0 601 398 A1 is disadvantageous since the disclosed iso thermo procedure is very complex and therefore very expensive. In particular, in the production of basic chemicals, which include the benzene, but already have a slight procedural disadvantages serious on the economic exploitation of the overall process, which also EP 0 601 398 A1 disclosed.

Die Möglichkeit einer adiabaten Betriebsweise offenbaren J. Ancheyta-Juarez et al. in „Modeling and simulation of four catalytic reactors in series for naphta reforming” in Energy & Fuels (2001) 15: 887–893 .To disclose the possibility of adiabatic operation J. Ancheyta-Juarez et al. in "Modeling and simulating four catalytic reactors in series for natal reforming" in Energy & Fuels (2001) 15: 887-893 ,

So offenbaren J. Ancheyta-Juarez et al. , dass es vorteilhaft sein kann, die Reaktion von Naphta zu (unter anderem) Benzol in drei bis vier, speziell vier in Reihe geschalteten Reaktionszonen auszuführen, wobei zwischen den vorgenannten Reaktionszonen eine Zwischenkühlung vorgesehen werden kann.So reveal J. Ancheyta-Juarez et al. in that it may be advantageous to carry out the reaction of naphtha to (among others) benzene in three to four, especially four reaction zones connected in series, intermediate cooling being possible between the abovementioned reaction zones.

Die mittels des in der Offenbarung von J. Ancheyta-Juarez et al. vorgestellten Verfahrens erzielbaren Ausbeuten an Benzol (A6) sind mit einem Anteil von nur etwa 4 mol-% am Reaktionsprodukt sehr gering, was das Verfahren nachteilig macht.The means of in the disclosure of J. Ancheyta-Juarez et al. achievable yields of benzene (A 6 ) are very low with a share of only about 4 mol% of the reaction product, which makes the process disadvantageous.

In EP 1 251 951 (B1) wird eine Vorrichtung und die Möglichkeit der Durchführung chemischer Reaktionen in der Vorrichtung offenbart, wobei die Vorrichtung durch eine Kaskade aus miteinander in Kontakt stehenden Reaktionszonen und Wärmetauschervorrichtungen gekennzeichnet ist, die stoffschlüssig miteinander im Verbund angeordnet sind. Das hierin durchzuführende Verfahren ist also gekennzeichnet durch den Kontakt der verschiedenen Reaktionszonen mit einer jeweiligen Wärmetauschervorrichtung in Form einer Kaskade. Eine Offenbarung hinsichtlich der Verwendbarkeit der Vorrichtung und des Verfahrens zur Herstellung von Benzol findet nicht statt.In EP 1 251 951 (B1) discloses a device and the possibility of performing chemical reactions in the device, wherein the device is characterized by a cascade of contacting reaction zones and heat exchanger devices, which are cohesively arranged together in the composite. The method to be carried out here is thus characterized by the contact of the various reaction zones with a respective heat exchanger device in the form of a cascade. There is no disclosure as to the usability of the apparatus and method of producing benzene.

Es bleibt also unklar, wie ausgehend von der Offenbarung der EP 1 251 951 (B1) , eine solche Reaktion mittels der Vorrichtung und des darin ausgeführten Verfahrens durchgerührt werden soll. Insbesondere wird kein Verfahren umfassend endotherme Reaktionen offenbart.It remains unclear, as starting from the revelation of EP 1 251 951 (B1) such a reaction is to be carried out by means of the device and the process carried out therein. In particular, no method comprising endothermic reactions is disclosed.

Weiter muss aus Gründen der Einheitlichkeit davon ausgegangen werden, dass das in der EP 1 251 951 (B1) offenbarte Verfahren in einer Vorrichtung gleich oder ähnlich der Offenbarung bezüglich der Vorrichtung ausgeführt wird. Hieraus resultiert, dass durch den offenbarungsgemäßen großflächigen Kontakt der Wärmeaustauschzonen mit den Reaktionszonen eine signifikante Menge an Wärme durch Wärmeleitung zwischen den Reaktionszonen und den benachbarten Wärmeaustauschzonen stattfindet.Furthermore, for reasons of uniformity, it must be assumed that this is the case in EP 1 251 951 (B1) disclosed method is performed in a device the same or similar to the disclosure with respect to the device. As a result, by the large-area contact of the heat exchange zones with the reaction zones according to the disclosure, a significant amount of heat is transferred by heat conduction between the reaction zones and the adjacent heat exchange zones.

Die Offenbarung hinsichtlich des oszillierenden Temperaturprofils kann also nur so verstanden werden, dass die hier festgestellten Temperaturspitzen stärker ausfallen würden, wenn dieser Kontakt nicht bestehen würde. Ein weiteres Indiz hierfür ist der exponentielle Anstieg der offenbarten Temperaturprofile zwischen den einzelnen Temperaturspitzen. Diese deuten an, dass eine gewisse Wärmesenke mit merklicher, aber begrenzter Kapazität in jeder Reaktionszone vorhanden ist, die den Temperaturanstieg in derselben reduzieren kann. Es kann nie ausgeschlossen werden, dass eine gewisse Abfuhr von Wärme (z. B. durch Strahlung) stattfindet; allerdings würde sich bei einer Reduktion der möglichen Wärmeabfuhr aus der Reaktionszone ein linearer oder in seiner Steigung degressiver Temperaturverlauf andeuten, da keine Nachdosierung von Edukten vorgesehen ist und somit nach exothermer Abreaktion die Reaktion immer langsamer und sich somit die erzeugte Wärmetönung verringern würde.The Revelation regarding the oscillating temperature profile can So only be understood that the temperature peaks detected here would be stronger if this contact is not would exist. Another indication of this is the exponential increase in the disclosed temperature profiles between the individual temperature peaks. These indicate that a certain Heat sink with noticeable but limited capacity present in each reaction zone, the temperature rise can reduce in the same. It can never be ruled out that some dissipation of heat (eg by radiation) takes place; however, would be at a reduction the possible heat removal from the reaction zone a linear or in its slope degressive temperature profile suggest, since no replenishment of educts is provided and Thus, after exothermic Abreaktion the reaction is slower and slower thus reduce the heat of reaction generated would.

Somit offenbart die EP 1 251 951 (B1) mehrstufige Verfahren in Kaskaden von Reaktionszonen, aus denen Wärme in undefinierter Menge durch Wärmeleitung abgeführt wird. Demnach ist das offenbarte Verfahren nicht adiabat und dahingehend nachteilig, als dass eine genaue Temperaturkontrolle der Reaktion nicht möglich ist. Dies gilt insbesondere für die nicht offenbarte Möglichkeit einer endothermen Reaktion in den Reaktionszonen.Thus, the EP 1 251 951 (B1) Multi-stage processes in cascades of reaction zones, from which heat is dissipated in an undefined amount by heat conduction. Accordingly, the disclosed process is not adiabatic and disadvantageous in that accurate temperature control of the reaction is not possible. This is especially true for the undisclosed possibility of an endothermic reaction in the reaction zones.

Ausgehend vom Stand der Technik wäre es daher vorteilhaft, ein Verfahren zur Herstellung von Benzol bereitzustellen, das in einfachen Reaktionsvorrichtungen durchgeführt werden kann und das eine genaue, einfache Temperaturkontrolle des endothermen Verfahrens ermöglicht, so dass es hohe Umsätze bei möglichst hohen Reinheiten des Produktes unter Einhaltung erwünschter Ausbeuten und/oder Selektivitäten erlaubt. Solche einfachen Reaktionsvorrichtungen wären leicht in einen technischen Maßstab zu übertragen und sind in allen Größen preiswert und robust.outgoing From the prior art, it would therefore be advantageous to have a method to provide benzene in simple reaction devices can be performed and that an accurate, simple Temperature control of the endothermic process allows so that it generates high sales at the highest possible purities of the product while maintaining desired yields and / or Selectivities allowed. Such simple reaction devices would be easy to transfer to a technical scale and are inexpensive and robust in all sizes.

Für die endotherme, katalytische Gasphasenreaktion von Naphta zu Benzol wurden, wie gerade dargestellt, bisher noch keine geeigneten Verfahren aufgezeigt, die dies erlauben.For the endothermic, catalytic gas-phase reaction of naphtha to benzene As has just been stated, no suitable methods have yet been shown that allow this.

Es besteht daher die Aufgabe, ein Verfahren zur endothermen, katalytischen Gasphasenreaktion von Naphta zu Benzol bereitzustellen, das unter genauer Temperaturkontrolle in einfachen Reaktionsvorrichtungen durchführbar ist und das hierdurch hohe Umsätze bei hohen Reinheiten des Produktes erlaubt.It There is therefore the task of a method for endothermic, catalytic To provide gas phase reaction of naphtha to benzene, which under accurate temperature control in simple reaction devices feasible and thereby high sales allowed at high purities of the product.

Es wurde überraschend gefunden, dass ein Verfahren zur Herstellung von Benzol aus Naphta in Gegenwart von Wasserstoff in einer endothermen, heterogen katalytischen Gasphasenreaktion, dadurch gekennzeichnet, dass es 5 bis 12 hintereinander geschaltete Reaktionszonen mit adiabaten Bedingungen umfasst, diese Aufgabe zu lösen vermag.It was surprisingly found that a Process for the preparation of benzene from naphtha in the presence of hydrogen in an endothermic, heterogeneous catalytic gas phase reaction, characterized in that it comprises 5 to 12 successive reaction zones with adiabatic conditions, this task can be solved.

Benzol bezeichnet im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein Prozessgas, welches im Wesentlichen Benzol umfasst. Das Benzol kann auch Anteile an Wasserstoff und weiteren Kohlenwasserstoffen umfassen.benzene in connection with the present invention denotes a process gas, which essentially comprises benzene. The benzene can also share on hydrogen and other hydrocarbons.

Weitere Kohlenwasserstoffe bezeichnen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung Stoffe vorliegend als Prozessgas bestehend aus Kohlenstoff, Wasserstoff und gegebenenfalls Sauerstoff. Im Wesentlichen bestehen solche Kohlenwasserstoffe jedoch aus Kohlenstoff und Wasserstoff.Further Hydrocarbons refer to the present invention Invention Substances present as process gas consisting of carbon, Hydrogen and optionally oxygen. In essence, exist however, such hydrocarbons are carbon and hydrogen.

Solche Kohlenwasserstoffe sind üblicherweise jene, welche entweder als weitere Bestandteile des Naphta in das erfindungsgemäße Verfahren eingeführt werden, oder solche, welche durch Nebenreaktionen im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens etwa nach den Reaktionen gemäß der Formeln (III und IV) gebildet werden.Such Hydrocarbons are usually those which either as further constituents of naphtha in the inventive Procedures are introduced, or those by Side reactions in the course of the invention Procedure according to the reactions according to the Formulas (III and IV) are formed.

Nicht abschließende Beispiele für Kohlenwasserstoffe, welche als weitere Bestandteile des Naphta in das erfindungsgemäße Verfahren eingeführt werden, sind etwa Naphtalin, Isopentan und Toluol.Not final examples of hydrocarbons, which as further constituents of the naphtha in the inventive Procedures introduced are, for example, naphthalene, isopentane and toluene.

Nicht abschließende Beispiele für Kohlenwasserstoffe, welche durch Nebenreaktionen im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens etwa nach den Reaktionen gemäß der Formeln (III und IV) gebildet werden, sind etwa Hexan, Cyclohexan und Propan.Not final examples of hydrocarbons, which by side reactions in the course of the invention Procedure according to the reactions according to the Formulas (III and IV) are formed, such as hexane, cyclohexane and propane.

Naphta bezeichnet ein Gemisch von Kohlenwasserstoffen als Prozessgas, wie es dem Fachmann allgemein bekannt ist. Bevorzugt ist im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Naphta ein Gemisch von Kohlenwasserstoffen, das im Wesentlichen Cyclohexan umfasst.naphtha denotes a mixture of hydrocarbons as a process gas, such as it is well known to those skilled in the art. Preferred is in context with the inventive method Naphta a Mixture of hydrocarbons, which is essentially cyclohexane includes.

Wasserstoff bezeichnet im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein Prozessgas, welches im Wesentlichen Wasserstoff umfasst. Dieser Wasserstoff kann etwa durch die Reaktionen gemäß der Formeln (I und II) gebildet werden oder auch dem Verfahren als Prozessgas zugeführt werden.hydrogen in connection with the present invention denotes a process gas, which essentially comprises hydrogen. This hydrogen may be due to the reactions according to the formulas (I and II) are formed or the process as a process gas be supplied.

Ein Zuführen von Wasserstoff als Prozessgas in das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt. Besonders bevorzugt wird vorgewärmter Wasserstoff als Prozessgas dem Verfahren zugeführt.One Supplying hydrogen as a process gas in the inventive Method is preferred. Preheated is particularly preferred Hydrogen supplied as process gas to the process.

Ein solches Zuführen von insbesondere Wasserstoff ist vorteilhaft, weil hierdurch der Wasserstoff als Wärmeträgermedium im Verfahren zur Kontrolle der Temperatur verwendet werden kann. Weiter verhindert der Wasserstoff Ablagerungen von Kohlenstoffprodukten an den Katalysatoroberflächen der in den Reaktionszonen befindlichen Katalysatoren (Verkokung).One such feeding of in particular hydrogen is advantageous, because, as a result, the hydrogen as the heat transfer medium can be used in the process for controlling the temperature. Furthermore, the hydrogen prevents deposits of carbon products at the catalyst surfaces in the reaction zones located catalysts (coking).

Die Bezeichnung im Wesentlichen bezeichnet im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung einen Massenanteil und/oder einer Molanteil von mindestens 80%.The Designation essentially referred to in connection with the present Invention a mass fraction and / or a mole fraction of at least 80%.

Das im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Naphta, dessen Bestandteile, der Wasserstoff, das Benzol als auch die Produkte des erfindungsgemäßen Verfahrens, werden im Folgenden auch gemeinsam als Prozessgase bezeichnet.The naphtha used in the process according to the invention, its components, hydrogen, benzene as well as the products of the method according to the invention are also hereafter collectively referred to as process gases.

Hieraus folgt, dass das gesamte erfindungsgemäße Verfahren in der Gasphase ausgeführt wird. Sollten im Verfahren verwendete Stoffe, wie etwa die Kohlenwasserstoffe bei Raumtemperatur (23°C) und Umgebungsdruck (1013 hPa) nicht gasförmig vorliegen, so ist im Folgenden davon auszugehen, dass solche Stoffe vor oder während ihrer Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren durch Erhöhen der Temperatur und/oder Verringerung des Drucks in die Gasphase überführt werden.From this it follows that the entire process according to the invention is carried out in the gas phase. Should be used in the process Substances such as hydrocarbons at room temperature (23 ° C) and ambient pressure (1013 hPa) are not gaseous, it must be assumed in the following that such substances are before or during their use in the process of the invention by raising the temperature and / or decreasing the Pressure are transferred to the gas phase.

Neben den wesentlichen Komponenten der Prozessgase, können diese auch noch Nebenkomponenten umfassen. Nicht abschließende Beispiele für Nebenkomponenten, die in den Prozessgasen enthalten sein können, sind etwa Argon, Stickstoff und/oder Kohlendioxid.Next the essential components of the process gases, these can also include minor components. Not final Examples of minor components contained in the process gases may be argon, nitrogen and / or carbon dioxide.

Erfindungsgemäß bedeutet die Durchführung des Verfahrens unter adiabaten Bedingungen, dass der Reaktionszone von Außen im Wesentlichen weder aktiv Wärme zugeführt noch Wärme entzogen wird. Es ist allgemein bekannt, dass eine vollständige Isolation gegen Wärmezu- oder Abfuhr nur durch vollständige Evakuierung unter Ausschluss der Möglichkeit des Wärmeübergangs durch Strahlung möglich ist. Daher bezeichnet adiabat im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, dass keine Maßnahmen zur Wärmezu- oder Abfuhr ergriffen werden.According to the invention the implementation of the process under adiabatic conditions that the reaction zone from the outside substantially neither active Heat is supplied nor heat is extracted. It is well known that complete isolation against heat supply or discharge only by complete Evacuation with the exclusion of the possibility of heat transfer by radiation is possible. Therefore, adiabat refers to Related to the present invention that no action be taken for heat supply or removal.

In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann aber z. B. durch Isolation mittels allgemein bekannter Isolationsmittel, wie z. B. Polystyroldämmstoffen, oder auch durch genügend große Abstände zu Wärmesenken oder Wärmequellen, wobei das Isolationsmittel Luft ist, ein Wärmeübergang vermindert werden.In an alternative embodiment of the invention However, the method can be z. B. by isolation by means of well-known Isolation agents, such as. As polystyrene, or else by sufficiently large distances to heat sinks or heat sources, the insulation means being air, a heat transfer can be reduced.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen adiabaten Fahrweise der 5 bis 12 hintereinander geschalteten Reaktionszonen gegenüber einer nicht adiabaten Fahrweise besteht darin, dass in den Reaktionszonen keine Mittel zur Wärmezufuhr bereitgestellt werden müssen, was eine erhebliche Vereinfachung der Konstruktion mit sich bringt. Dadurch ergeben sich insbesondere Vereinfachungen bei der Fertigung des Reaktors sowie bei der Skalierbarkeit des Verfahrens und eine Steigerung der Reaktionsumsätze.An advantage of the adiabatic driving according to the invention of the 5 to 12 switched in succession reaction zones compared to a non-adiabatic mode of operation is that in the reaction zones no means for heat supply must be provided, which brings a significant simplification of the design. This results in particular simplifications in the manufacture of the reactor and in the scalability of the process and an increase in reaction conversions.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Möglichkeit der sehr genauen Temperaturkontrolle, durch die enge Staffelung von adiabaten Reaktionszonen. Es kann somit in jeder Reaktionszone eine im Reaktionsfortschritt vorteilhafte Temperatur eingestellt und kontrolliert werden.One further advantage of the method according to the invention is the possibility of very accurate temperature control, through the close staggering of adiabatic reaction zones. It can thus in each reaction zone a temperature advantageous in the progress of the reaction be adjusted and controlled.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Katalysatoren sind üblicherweise Katalysatoren, die aus einem Material bestehen, das neben seiner katalytischen Aktivität für die Reaktion gemäß der Formel (I) durch ausreichende chemische Resistenz unter den Bedingungen des Verfahrens, sowie durch eine hohe spezifische Oberfläche gekennzeichnet sind.The Catalysts used in the process according to the invention are usually catalysts that are made of one material In addition to its catalytic activity for the reaction according to the formula (I) by sufficient chemical resistance under the conditions of the process, as well as through a high specific surface area are characterized.

Katalysatormaterialien, die durch eine solche chemische Resistenz unter den Bedingungen des Verfahrens gekennzeichnet sind, sind zum Beispiel Katalysatoren, die Platin und/oder Rhenium umfassen.Catalyst materials, caused by such chemical resistance under the conditions of the process are, for example, catalysts, comprising platinum and / or rhenium.

Bevorzugte Katalysatormaterialien bestehen zu gleichen Gewichtsanteilen aus Rhenium und Platin.preferred Catalyst materials consist of equal proportions by weight Rhenium and platinum.

Diese Katalysatoren können auf Trägermaterialien aufgebracht sein. Solche Trägermaterialien umfassen üblicherweise Aluminiumoxid und/oder Titandioxid. Bevorzugt sind Trägermaterialien aus Aluminiumoxid.These Catalysts can be applied to support materials be. Such carrier materials usually include Alumina and / or titanium dioxide. Preference is given to support materials made of aluminum oxide.

Besonders bevorzugte Katalysatoren bestehen aus Rhenium und Platin, die zu gleichem Gewichtsanteil auf einem Aluminiumoxidträger aufgebracht sind. Methoden, um solche Katalysatoren herzustellen, sind dem Fachmann allgemein etwa aus der EP 0 601 398 A1 bekannt.Particularly preferred catalysts consist of rhenium and platinum, which are applied to the same weight fraction on an alumina support. Methods for preparing such catalysts are generally known to those skilled in the art, for example from US Pat EP 0 601 398 A1 known.

Spezifische Oberfläche bezeichnet im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung die Fläche des Katalysatormaterials, die vom Prozessgas erreicht werden kann, bezogen auf die eingesetzte Masse an Katalysatormaterial.specific Surface referred to in connection with the present Invention the area of the catalyst material from the Process gas can be achieved, based on the mass used on catalyst material.

Eine hohe spezifische Oberfläche ist eine spezifische Oberfläche von mindestens 1 m2/g, bevorzugt von mindestens 10 m2/g.A high specific surface area is a specific surface area of at least 1 m 2 / g, preferably of at least 10 m 2 / g.

Die erfindungsgemäßen Katalysatoren befinden sich jeweils in den Reaktionszonen und können in allen an sich bekannten Erscheinungsformen, z. B. Festbett, Wanderbett, vorliegen.The catalysts of the invention are each in the reaction zones and can be in all per se known manifestations, for. B. fixed bed, moving bed, are present.

Bevorzugt ist die Erscheinungsform Festbett.Prefers is the manifestation of fixed bed.

Die Festbettanordnung umfasst eine Katalysatorschüttung im eigentlichen Sinn, d. h. losen, geträgerten oder ungeträgerten Katalysator in beliebiger Form sowie in Form von geeigneten Packungen. Der Begriff der Katalysatorschüttung, wie er hier verwendet wird, umfasst auch zusammenhängende Bereiche geeigneter Packungen auf einem Trägermaterial oder strukturierte Katalysatorträger. Dies wären z. B. zu beschichtende keramische Wabenträger mit vergleichsweise hohen geometrischen Oberflächen oder gewellte Schichten aus Metalldrahtgewebe, auf denen beispielsweise Katalysatorgranulat immobilisiert ist. Als eine Sonderform der Packung wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung das Vorliegen des Katalysators in monolithischer Form betrachtet.The Fixed bed arrangement comprises a catalyst bed in the actual meaning, d. H. loose, carried or unsupported Catalyst in any form and in the form of suitable packings. Of the Concept of catalyst bed as used herein also includes related areas more appropriate Packages on a carrier material or structured catalyst carrier. This would be z. B. to be coated ceramic honeycomb carrier with comparatively high geometric surfaces or corrugated layers of metal wire mesh on which, for example Catalyst granules is immobilized. As a special form of the pack will be present in the context of the present invention of the catalyst in monolithic form.

Wird eine Festbettanordnung des Katalysators verwendet, so liegt der Katalysator bevorzugt in Schüttungen von Partikeln mit mittleren Partikelgrößen von 1 bis 10 mm, bevorzugt 2 bis 8 mm, besonders bevorzugt von 3 bis 7 mm vor.Becomes used a fixed bed arrangement of the catalyst, so is the Catalyst preferably in beds of particles with average particle sizes of 1 to 10 mm, preferably 2 to 8 mm, more preferably from 3 to 7 mm.

Ebenfalls bevorzugt liegt der Katalysator bei Festbettanordnung in monolithischer Form vor. Besonders bevorzugt ist bei Festbettanordnung ein monolithischer Katalysator, der die vorgenannten Metalle Rhenium und Platin zu gleichen Gewichtsanteilen auf einem Aluminiumoxidträger enthält.Also The catalyst is preferably monolithic in a fixed-bed arrangement Form before. Particularly preferred is a monolithic fixed bed arrangement Catalyst containing the aforementioned metals rhenium and platinum equal parts by weight on an alumina carrier contains.

Ebenfalls besonders bevorzugt ist eine Festbettanordnung mit Schüttungen von Partikeln mit mittleren Partikelgrößen von 1 bis 10 mm, bevorzugt 2 bis 8 mm, besonders bevorzugt von 3 bis 7 mm, wobei die Partikel Aluminiumoxidpartikel sind, auf die die vorgenannten Metalle Rhenium und Platin zu gleichen Gewichtsanteilen aufgetragen sind.Also particularly preferred is a fixed bed arrangement with beds of particles with average particle sizes of 1 to 10 mm, preferably 2 to 8 mm, more preferably from 3 to 7 mm, where the particles are alumina particles to which the aforementioned metals rhenium and platinum in equal parts by weight are applied.

Wird ein Katalysator in monolithischer Form in den Reaktionszonen verwendet, so ist in einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung der in monolithischer Form vorliegende Katalysator mit Kanälen versehen, durch die die Prozessgase strömen. Üblicherweise haben die Kanäle einen Durchmesser von 0,1 bis 3 mm, bevorzugt einen Durchmesser von 0,2 bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,5 bis 1,5 mm.Becomes using a catalyst in monolithic form in the reaction zones, so is in a preferred development of the invention of monolithic catalyst with channels provided, through which the process gases flow. Usually the channels have a diameter of 0.1 to 3 mm, preferably a diameter of 0.2 to 2 mm, more preferably of 0.5 up to 1.5 mm.

Wird eine Fließbettanordnung des Katalysators verwendet, so liegt der Katalysator bevorzugt in losen Schüttungen von Partikeln vor, wie sie im Zusammenhang mit der Festbettanordnung bereits beschrieben worden sind.Becomes used a fluidized bed arrangement of the catalyst, so the catalyst is preferably in loose beds of Particles in front, as they are related to the fixed bed arrangement have already been described.

Schüttungen von solchen Partikeln sind vorteilhaft, weil die Größe der Partikel eine hohe spezifische Oberfläche des Katalysatormaterials gegenüber den Prozessgasen besitzen und damit eine hohe Umsatzrate erreicht werden kann. Es kann also die Stofftransportlimitierung der Reaktion durch Diffusion gering gehalten werden. Zugleich sind die Partikel damit aber noch nicht so klein, dass es zu überproportional erhöhten Druckverlusten bei Durchströmung des Festbettes kommt. Die Bereiche der in der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens, umfassend eine Reaktion in einem Festbett, angegebenen Partikelgrößen sind somit ein Optimum zwischen dem erreichbaren Umsatz aus den Reaktionen gemäß der Formeln (I und II) und dem erzeugten Druckverlust bei Durchführung des Verfahrens. Druckverlust ist in direkter Weise mit der notwendigen Energie in Form von Kompressorleistung gekoppelt, so dass eine überproportionale Erhöhung desselben in einer unwirtschaftlichen Betriebsweise des Verfahrens resultieren würde.Lots of such particles are present Partly because the size of the particles have a high specific surface area of the catalyst material compared to the process gases and thus a high conversion rate can be achieved. Thus, the mass transport limitation of the reaction by diffusion can be kept low. At the same time, however, the particles are not yet so small that disproportionately high pressure losses occur when the fixed bed flows through. The ranges of the particle sizes given in the preferred embodiment of the process, comprising a reaction in a fixed bed, are thus an optimum between the achievable conversion from the reactions according to the formulas (I and II) and the pressure loss produced when carrying out the process. Pressure loss is coupled in a direct manner with the necessary energy in the form of compressor performance, so that a disproportionate increase in the same would result in an inefficient operation of the method.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt der Umsatz in 6 bis 10, besonders bevorzugt 6 bis 8 hintereinander geschalteten Reaktionszonen.In a preferred embodiment of the invention Process, the conversion takes place in 6 to 10, particularly preferably 6 to 8 consecutive reaction zones.

Eine bevorzugte weitere Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das aus mindestens einer Reaktionszone austretende Prozessgas anschließend durch wenigstens eine dieser Reaktionszone nachgeschalteten Wärmeaustauschzone geleitet wird.A preferred further embodiment of the method is characterized characterized in that emerging from at least one reaction zone Process gas then through at least one of these reaction zone is passed downstream heat exchange zone.

In einer besonders bevorzugten weiteren Ausführungsform des Verfahrens befindet sich nach jeder Reaktionszone wenigstens eine, bevorzugt genau eine Wärmeaustauschzone, durch die das aus der Reaktionszone austretende Prozessgas geleitet wird.In a particularly preferred further embodiment of the Method is after each reaction zone at least one, prefers exactly one heat exchange zone through which the from the reaction zone exiting process gas is passed.

Die Reaktionszonen können dabei entweder in einem Reaktor angeordnet oder in mehreren Reaktoren aufgeteilt angeordnet werden. Die Anordnung der Reaktionszonen in einem Reaktor führt zu einer Verringerung der Anzahl der verwendeten Apparaturen.The Reaction zones can either be arranged in a reactor or arranged in several reactors. The arrangement of Reaction zones in a reactor leads to a reduction the number of equipment used.

Die einzelnen Reaktionszonen und Wärmeaustauschzonen können auch zusammen in einem Reaktor oder in beliebigen Kombinationen von jeweils Reaktionszonen mit Wärmeaustauschzonen in mehreren Reaktoren aufgeteilt angeordnet werden.The individual reaction zones and heat exchange zones can also together in a reactor or in any combination of each reaction zone with heat exchange zones in several Reactors can be arranged split.

Liegen Reaktionszonen und Wärmeaustauschzonen in einem Reaktor vor, so befindet sich in einer alternativen Ausführungsform der Erfindung zwischen diesen eine Wärmeisolationszone, um den adiabaten Betrieb der Reaktionszone erhalten zu können.Lie Reaction zones and heat exchange zones in a reactor before, so is in an alternative embodiment the invention between these a heat insulation zone, to obtain the adiabatic operation of the reaction zone.

Zusätzlich können einzelne der in Reihe geschalteten Reaktionszonen unabhängig voneinander auch durch eine oder mehrere parallel geschaltete Reaktionszonen ersetzt oder ergänzt werden. Die Verwendung von parallel geschalteten Reaktionszonen erlaubt insbesondere deren Austausch bzw. Ergänzung bei laufendem kontinuierlichen Gesamtbetrieb des Verfahrens.additionally may be one of the series reaction zones independently also by one or more parallel replaced reaction zones replaced or supplemented. The use of parallel reaction zones allowed in particular their replacement or supplementation while ongoing continuous overall operation of the process.

Parallele und hintereinander geschaltete Reaktionszonen können insbesondere auch miteinander kombiniert sein. Besonders bevorzugt weist das erfindungsgemäße Verfahren aber ausschließlich hintereinander geschaltete Reaktionszonen auf.parallel and reaction zones connected in series can in particular also be combined with each other. Particularly preferably, the inventive Procedure but only consecutively connected Reaction zones on.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt verwendeten Reaktoren können aus einfachen Behältern mit einer oder mehreren Reaktionszonen bestehen, wie sie z. B. in Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry (Fifth, Completely Revised Edition, Vol B4, Seite 95–104, Seite 210–216) beschrieben werden, wobei jeweils zwischen den einzelnen Reaktionszonen und/oder Wärmeaustauschzonen Wärmeisolationszonen zusätzlich vorgesehen sein können.The reactors preferably used in the process according to the invention may consist of simple containers with one or more reaction zones, as z. In Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry (Fifth, Completely Revised Edition, Vol B4, pages 95-104, page 210-216) be described, in each case between the individual reaction zones and / or heat exchange zones heat insulation zones can be additionally provided.

In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens befindet sich also zwischen einer Reaktionszone und einer Wärmeaustauschzone mindestens eine Wärmeisolationszone. Bevorzugt befindet sich um jede Reaktionszone eine Wärmeisolationszone.In an alternative embodiment of the method is located So between a reaction zone and a heat exchange zone at least one heat insulation zone. Preferably is located around each reaction zone a heat insulation zone.

Die Katalysatoren bzw. die Festbetten daraus werden in an sich bekannter Weise auf oder zwischen gasdurchlässigen Wandungen umfassend die Reaktionszone des Reaktors angebracht. Insbesondere bei dünnen Festbetten können in Strömungsrichtung vor den Katalysatorbetten technische Vorrichtungen zur gleichmäßigen Gasverteilung angebracht werden. Dies können Lochplatten, Glockenböden, Ventilböden oder andere Einbauten sein, die durch Erzeugung eines geringen, aber gleichmäßigen Druckverlusts einen gleichförmigen Eintritt des Prozessgases in das Festbett bewirken.The Catalysts or the fixed beds thereof are known per se Way on or between gas-permeable walls comprising the reaction zone of the reactor attached. Especially with thin ones Fixed beds can flow in front of the Catalyst beds technical devices for uniform Gas distribution are attached. These can be perforated plates, Bubble trays, valve trays or other fittings by producing a small but even Pressure loss a uniform inlet of the process gas effect in the fixed bed.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens beträgt die Eingangstemperatur des in eine Reaktionszone eintretenden Prozessgases von 740 bis 790 K, bevorzugt von 750 bis 780 K, besonders bevorzugt von 755 bis 775 K.In a preferred embodiment of the method the inlet temperature of the process gas entering a reaction zone from 740 to 790 K, preferably from 750 to 780 K, more preferably from 755 to 775 K.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens beträgt der absolute Druck am Eingang der ersten Reaktionszone zwischen 10 und 40 bar, bevorzugt zwischen 15 und 35 bar, besonders bevorzugt zwischen 20 und 30 bar.In a further preferred embodiment of the method is the absolute pressure at the entrance of the first reaction zone between 10 and 40 bar, preferably between 15 and 35 bar, more preferably between 20 and 30 bar.

In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens beträgt die Verweilzeit des Prozessgases in allen Reaktionszonen zusammen zwischen 0,5 und 30 s, bevorzugt zwischen 1 und 20 s, besonders bevorzugt zwischen 5 und 15 s.In yet another preferred embodiment of the method, the residence time of Process gas in all reaction zones together between 0.5 and 30 s, preferably between 1 and 20 s, more preferably between 5 and 15 s.

Das Naphta und gegebenenfalls der Wasserstoff werden bevorzugt nur vor der ersten Reaktionszone zugeführt. Dies hat den Vorteil, dass das gesamte Prozessgas für die Aufnahme von Reaktionswärme in allen Reaktionszonen zur Verfügung steht. Außerdem kann durch eine solche Verfahrensweise die Raum-Zeit-Ausbeute gesteigert werden, bzw. die notwendige Katalysatormasse verringert werden. Es ist aber auch möglich vor einer oder mehreren der nach der ersten Reaktionszone folgenden Reaktionszonen nach Bedarf Naphta und gegebenenfalls Wasserstoff in das Prozessgas einzudosieren. Über die Zufuhr dieser Prozessgase zwischen den Reaktionszonen kann zusätzlich die Temperatur des Umsatzes gesteuert werden, wenn diese vorgewärmt werden.The Naphta and optionally the hydrogen are preferred only supplied to the first reaction zone. This has the advantage that the entire process gas for the absorption of heat of reaction is available in all reaction zones. Furthermore can increase the space-time yield by such a procedure be, or the necessary catalyst mass can be reduced. It is also possible before one or more of the the first reaction zone following reaction zones as needed Naphta and, if appropriate, metering hydrogen into the process gas. about the supply of these process gases between the reaction zones may additionally the temperature of the sales are controlled when these are preheated become.

In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das molare Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen, enthalten im Naphta, in Bereichen von 3 bis 9, bevorzugt von 4 bis 8, besonders bevorzugt von 5 bis 7 mol Wasserstoff pro mol Kohlenwasserstoff im Naphta eingestellt.In preferred embodiments of the invention Method is the molar ratio of hydrogen to Hydrocarbons, contained in naphtha, in ranges from 3 to 9, preferably from 4 to 8, more preferably from 5 to 7 moles of hydrogen adjusted per mole of hydrocarbon in the naphtha.

Die Vorteile einer solchen Zuführung von Wasserstoff wurden bereits zuvor dargelegt. Diese gelten insbesondere im Zusammenhang mit der Zuführung eines Überschusses.The Advantages of such a supply of hydrogen were already stated above. These apply in particular in context with the supply of a surplus.

Dem Fachmann sind geeignete Mittel bekannt, die Molmengen an Kohlenwasserstoffen in einem Prozessgas, wie Naphta, zu bestimmen. Ein nicht abschließendes Beispiel ist die quantitative Analytik mittels Gaschromatographie. Wenn die molare Zusammensetzung des Prozessgases Naphta bekannt ist, kann die Einstellung des molaren Verhältnisses an Wasserstoff hierzu durch einfache Einstellung des Volumenstromverhältnisses der Prozessgase Naphta und Wasserstoff erfolgen.the Persons skilled in the art are aware of the molar amounts of hydrocarbons in a process gas such as Naphta. An incomplete one Example is the quantitative analysis by gas chromatography. If the molar composition of the process gas naphtha known is, the setting of the molar ratio can Hydrogen by simply adjusting the volume flow ratio the process gases Naphta and hydrogen take place.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Prozessgas nach mindestens einer der verwendeten Reaktionszonen, besonders bevorzugt nach jeder Reaktionszone erwärmt. Dazu leitet man das Prozessgas nach Austritt aus einer Reaktionszone durch eine oder mehrere der oben genannten Wärmeaustauschzonen, die sich hinter den jeweiligen Reaktionszonen befinden. Diese können als Wärmeaustauschzonen in Form der dem Fachmann bekannten Wärmetauscher, wie z. B. Rohrbündel-, Platten-, Ringnut-, Spiral-, Rippenrohr-, Mikrowärmetauscher ausgeführt sein. Bevorzugt sind die Wärmetauscher mikrostrukturierte Wärmetauscher.In a further preferred embodiment of the invention The process gas is after at least one of the reaction zones used, most preferably heated after each reaction zone. To one directs the process gas after leaving a reaction zone by one or more of the above heat exchange zones, which are located behind the respective reaction zones. these can as heat exchange zones in the form of the heat exchanger known to those skilled in the art, such as B. Rohrbündel-, plate, Ringnut-, spiral, Rippenrohr-, Be executed micro heat exchanger. Prefers the heat exchangers are microstructured heat exchangers.

Mikrostrukturiert bezeichnet im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, dass der Wärmetauscher zum Zweck der Wärmeübertragung Fluid-führende Kanäle umfasst, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie einen hydraulischen Durchmesser zwischen 50 μm und 5 mm aufweisen. Der hydraulische Durchmesser berechnet sich aus dem Vierfachen der durchströmten Querschnittsfläche des Fluid-führenden Kanals dividiert durch den Umfang des Kanals.micro Structured in the context of the present invention means that the heat exchanger for the purpose of heat transfer Includes fluid-carrying channels, which characterized are that they have a hydraulic diameter between 50 microns and 5 mm. The hydraulic diameter is calculated from four times the cross-sectional area of the flowed through Fluid channel divided by the circumference of the channel.

In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Erwärmen des Prozessgases in den Wärmeaustauschzonen durch eine Kondensation eines Wärmeträgermediums.In a particular embodiment of the method takes place heating the process gas in the heat exchange zones by a condensation of a heat transfer medium.

Innerhalb dieser besonderen Ausführungsform ist es bevorzugt in den Wärmetauschern, die die Wärmeaustauschzonen beinhalten, auf der Seite des Heizmediums eine Kondensation, bevorzugt Teilkondensation auszuführen.Within this particular embodiment, it is preferred in the Heat exchangers containing the heat exchange zones, on the side of the heating medium, a condensation, preferably partial condensation perform.

Teilkondensation bezeichnet im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine Kondensation, bei der ein Gas-/Flüssigkeitsgemisch eines Stoffes als Heizmedium verwendet wird und bei der auch nach Wärmeübergang in dem Wärmetauscher noch ein Gas-/Flüssigkeitsgemisch dieses Stoffes vorliegt.partial condensation in the context of the present invention designates a condensation, in which a gas / liquid mixture of a substance as Heating medium is used and in the after heat transfer in the heat exchanger still a gas / liquid mixture this substance is present.

Das Ausführen einer Kondensation ist besonders vorteilhaft, weil hierdurch der erzielbare Wärmeübergangskoeffizient zu den Prozessgasen vom Heizmedium besonders hoch wird und somit eine effiziente Erwärmung erreicht werden kann.The Performing a condensation is particularly advantageous because in this way the achievable heat transfer coefficient becomes particularly high to the process gases from the heating medium and thus a efficient heating can be achieved.

Das Ausführen einer Teilkondensation ist besonders vorteilhaft, weil die Abgabe von Wärme durch das Heizmedium hierdurch nicht mehr in einer Temperaturänderung des Heizmediums resultiert, sondern lediglich das Gas-/Flüssig-Gleichgewicht verschoben wird. Das hat zur Folge, dass über die gesamte Wärmeaustauschzone das Prozessgas gegenüber einer konstanten Temperatur erwärmt wird. Dies wiederum verhindert sicher das Auftreten von radialen Temperaturprofilen in der Strömung der Prozessgase, wodurch die Kontrolle über die Reaktionstemperaturen in den Reaktionszonen verbessert wird und insbesondere das Ausbilden von lokalen Überhitzungen durch radiale Temperaturprofile verhindert wird.The Performing a partial condensation is particularly advantageous because the release of heat through the heating medium thereby no longer in a temperature change of the heating medium results, but only shifted the gas / liquid balance becomes. As a result, over the entire heat exchange zone the process gas is heated to a constant temperature becomes. This in turn safely prevents the occurrence of radial Temperature profiles in the flow of process gases, thereby the control over the reaction temperatures in the reaction zones is improved and in particular the formation of local overheating is prevented by radial temperature profiles.

In einer alternativen Ausführungsform kann anstelle einer Kondensation/Teilkondensation auch eine Mischzone vor dem Eingang einer Reaktionszone vorgesehen werden, um die gegebenenfalls bei der Erwärmung entstehenden radialen Temperaturprofile in der Strömung der Prozessgase durch Vermischung quer zur hauptsächlichen Strömungsrichtung zu vereinheitlichen.In an alternative embodiment may instead of a Condensation / partial condensation also a mixing zone in front of the entrance a reaction zone are provided to the optionally in the Heating resulting radial temperature profiles in the Flow of process gases by mixing across the main Unify flow direction.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die nacheinander geschalteten Reaktionszonen bei von Reaktionszone zu Reaktionszone steigender oder sinkender Durchschnittstemperatur betrieben. Dies bedeutet, dass man innerhalb einer Folge von Reaktionszonen die Temperatur von Reaktionszone zu Reaktionszone sowohl ansteigen als auch absinken lassen kann. Dies kann beispielsweise über die Steuerung der zwischen die Reaktionszone geschalteten Wärmeaustauschzonen eingestellt werden. Weitere Möglichkeiten der Einstellung der Durchschnittstemperatur werden im Folgenden beschrieben.In a preferred embodiment of the Process, the successive reaction zones are operated at increasing or decreasing from reaction zone to reaction zone average temperature. This means that within a sequence of reaction zones, the temperature can be both increased and decreased from reaction zone to reaction zone. This can be adjusted, for example, via the control of the heat exchange zones connected between the reaction zone. Further options for setting the average temperature are described below.

Die Dicke der durchströmten Reaktionszonen kann gleich oder verschieden gewählt werden und ergibt sich nach dem Fachmann allgemein bekannten Gesetzmäßigkeiten aus der oben beschriebenen Verweilzeit und den jeweils im Verfahren durchgesetzten Prozessgasmengen. Die erfindungsgemäß mit dem Verfahren durchsetzbaren Massenströme an Prozessgas bezogen auf die verwendete Katalysatormasse (auch WHSV, Weight-Hourly-Space-Velocity genannt), liegt üblicherweise zwischen 28 und 42 h–1, bevorzugt zwischen 30 und 40 h–1, besonders bevorzugt zwischen 33 und 38 h–1.The thickness of the flow-through reaction zones can be chosen to be the same or different and results according to laws generally known in the art from the residence time described above and the process gas quantities enforced in the process. The mass flow rates of process gas which can be carried out according to the invention with respect to the catalyst mass used (also called WHSV, weight hourly space velocity) are usually between 28 and 42 h -1 , preferably between 30 and 40 h -1 , more preferably between 33 and 38 h -1 .

Die maximale Austrittstemperatur des Prozessgases aus der ersten Reaktionszone liegt üblicherweise im Bereich der Eintrittstemperatur, da die Reaktionen gemäß der Formeln (III) und (IV) exotherme Reaktionen sind. Sie können auch, insbesondere bei Austritt aus den letzten Reaktionen, bei denen bereits eine große Menge an Benzol gebildet worden ist und daher die insbesondere endotherme Reaktion gemäß der Formel (I) an Einfluss verliert, in einem Bereich von 770 bis 820 K, bevorzugt von 775 bis 795 K, besonders bevorzugt von 780 bis 785 K liegen.The maximum outlet temperature of the process gas from the first reaction zone is usually in the range of the inlet temperature, since the reactions according to the formulas (III) and (IV) are exothermic reactions. You can also, especially at Leaving the last reactions, where already a large Amount of benzene has been formed and therefore the particular endothermic Reaction according to the formula (I) loses influence, in a range from 770 to 820 K, preferably from 775 to 795 K, particularly preferably from 780 to 785 K.

Die nachfolgenden Reaktionszonen können durch die nachfolgenden Maßnahmen hinsichtlich ihrer Eintrittstemperatur durch den Fachmann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren frei bestimmt werden.The subsequent reaction zones can by the following Measures regarding their inlet temperature by the person skilled in the art according to the invention Procedure be determined freely.

Die Steuerung der Temperatur in den Reaktionszonen erfolgt bevorzugt durch mindestens eine der folgenden Maßnahmen: Dimensionierung der adiabaten Reaktionszone, Steuerung der Wärmezufuhr zwischen den Reaktionszonen, Zusatz von weiterem Prozessgas zwischen den Reaktionszonen, molares Verhältnis der Edukte/Überschuss an verwendetem Wasserstoff, Zusatz von Nebenbestandteilen, insbesondere Stickstoff, Kohlendioxid, vor und/oder zwischen den Reaktionszonen.The Control of the temperature in the reaction zones is preferably carried out by at least one of the following measures: sizing the adiabatic reaction zone, control of heat input between the reaction zones, addition of further process gas between the reaction zones, molar ratio of the reactants / excess to hydrogen used, addition of minor components, in particular Nitrogen, carbon dioxide, before and / or between the reaction zones.

Die Zusammensetzung der Katalysatoren in den erfindungsgemäßen Reaktionszonen kann gleich oder verschieden sein. In einer bevorzugten Ausführungsform werden in jeder Reaktionszone die gleichen Katalysatoren verwendet. Man kann aber auch vorteilhaft verschiedene Katalysatoren in den einzelnen Reaktionszonen verwenden.The Composition of the catalysts in the inventive Reaction zones may be the same or different. In a preferred embodiment the same catalysts are used in each reaction zone. But you can also advantageously different catalysts in the individual Use reaction zones.

So kann insbesondere in der ersten Reaktionszone, wenn die Konzentration der Reaktionsedukte noch hoch ist, ein weniger aktiver Katalysator verwendet werden und in den weiteren Reaktionszonen die Aktivität des Katalysators von Reaktionszone zu Reaktionszone gesteigert werden. Die Steuerung der Katalysatoraktivität kann auch durch Verdünnung mit Inertmaterialien bzw. Trägermaterial erfolgen.So especially in the first reaction zone, when the concentration the reaction educt is still high, a less active catalyst is used and in the other reaction zones the activity of the catalyst from reaction zone to reaction zone can be increased. The control of catalyst activity can also be achieved by Dilution with inert materials or carrier material respectively.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können pro 1 kg Katalysator 1 kg/h bis 50 kg/h, bevorzugt 5 kg/h bis 30 kg/h, besonders bevorzugt 10 kg/h bis 20 kg/h Benzol hergestellt werden.With the method of the invention can per 1 kg of catalyst 1 kg / h to 50 kg / h, preferably 5 kg / h to 30 kg / h, more preferably 10 kg / h to 20 kg / h of benzene become.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich somit durch hohe Raum-Zeit-Ausbeuten aus, verbunden mit einer Verringerung der Apparategrößen sowie einer Vereinfachung der Apparaturen bzw. Reaktoren. Diese überraschend hohe Raum-Zeit-Ausbeute wird durch das Zusammenspiel der erfindungsgemäßen und bevorzugten Ausführungsformen des neuen Verfahrens ermöglicht. Insbesondere das Zusammenspiel von gestaffelten, adiabaten Reaktionszonen mit dazwischen befindlichen Wärmeaustauschzonen und den definierten Verweilzeiten ermöglicht eine genaue Steuerung des Verfahrens und die daraus resultierenden hohen Raum-Zeit-Ausbeuten, sowie eine Verringerung der gebildeten Nebenprodukte, wie etwa Kohlendioxid.The inventive method is thus characterized by high space-time yields, combined with a reduction the apparatus sizes and a simplification of Apparatuses or reactors. This surprisingly high space-time yield is due to the interaction of the invention and preferred embodiments of the new method allows. In particular, the interaction of staggered, adiabatic reaction zones with intermediate heat exchange zones and the defined residence times allows an accurate Control of the process and the resulting high space-time yields, and a reduction in the by-products formed, such as carbon dioxide.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der Abbildungen erläutert, ohne sie jedoch hierauf zu beschränken.The The present invention will be explained with reference to the figures, but without restricting it to this.

1 zeigt Reaktortemperatur (T) und Molmassenfluss an Benzol (U) über eine Länge (L) von 11 m an Reaktionszonen mit jeweils nachgeschalteten Wärmeaustauschzonen (gemäß Beispiel 1), wobei die Längen der Wärmeaustauschzonen idealisiert zu Null angenommen werden, da hier kein Umsatz stattfinden soll. 1 shows reactor temperature (T) and Molmassenfluss of benzene (U) over a length (L) of 11 m of reaction zones, each with downstream heat exchange zones (according to Example 1), the lengths of the heat exchange zones are ideally assumed to be zero, since no conversion should take place here ,

Die vorliegende Erfindung wird weiterhin anhand des nachfolgenden Beispiels näher erläutert, ohne sie hierauf zu beschränken.The The present invention is further illustrated by the following example explained in more detail, without limiting it thereto.

BeispieleExamples

Gasförmiges Naphta und Wasserstoff werden als Prozessgase in einem molaren Verhältnis von 7,77 dem Verfahren zugeführt. Das Verfahren wird in insgesamt sechs Katalysatorfestbetten aus Rhenium und Platin mit je 0,29 Gew.-% auf einem Aluminiumoxidträger, also in sechs Reaktionszonen betrieben.gaseous Naphta and hydrogen are used as process gases in a molar ratio of 7.77 fed to the process. The procedure is in total six fixed beds of rhenium and platinum with 0.29 wt .-% each on an alumina support, so operated in six reaction zones.

Jeweils nach einer Reaktionszone befindet sich eine Wärmeaustauschzone, in der das austretende Prozessgas wieder erwärmt wird, bevor es in die nächste Reaktionszone eintritt.Each after a reaction zone there is a heat exchange zone, in which the exiting process gas is reheated, before it enters the next reaction zone.

Der absolute Eingangsdruck des Prozessgases direkt vor der ersten Reaktionszone beträgt 25 bar. Die Länge der Katalysatorfestbetten, also der Reaktionszonen, variiert von Reaktionszone zu Reaktionszone, beginnend von 0,15 m in der ersten Reaktionszone bis hin zu 6 m in der sechsten Reaktionszone. Die genauen Längen der Reaktionszone sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Die Aktivität des verwendeten Katalysators ist über die Reaktionszonen nicht veränderlich. Es erfolgt keine Zudosierung von Prozessgas vor den einzelnen Reaktionszonen. Die WHSV beträgt 35 h–1. Tabelle 1: Längen der Reaktionszonen Reaktionszone [#] Länge [m] 1 2 3 4 5 6 0,15 0,35 1 1,5 2 6 Σ 11,0 The absolute inlet pressure of the process gas directly in front of the first reaction zone is 25 bar. The length of the fixed catalyst beds, ie the reaction zones, varies from reaction zone to reaction zone, starting from 0.15 m in the first reaction zone up to 6 m in the sixth reaction zone. The exact lengths of the reaction zone are summarized in Table 1. The activity of the catalyst used is not variable across the reaction zones. There is no addition of process gas before the individual reaction zones. The WHSV is 35 h -1 . Table 1: Lengths of reaction zones Reaction zone [#] Length [m] 1 2 3 4 5 6 0.15 0.35 1 1.5 2 6 Σ 11.0

Die Ergebnisse sind in 1 gezeigt. Hierbei ist auf der x-Achse die fortlaufende Länge der Reaktionszonen aufgeführt, so dass ein räumlicher Verlauf der Entwicklungen im Verfahren sichtbar wird, wobei die Wärmeaustauschzonen vernachlässigt sind. Auf der linken y-Achse ist die Temperatur des Prozessgases angegeben. Der Temperaturverlauf über die einzelnen Reaktionszonen hinweg ist als dicke, durchgezogene Linie dargestellt. Durch die idealisierte Annahme der Länge der Wärmeaustauschzonen zu 0 m, ergeben sich hinsichtlich des Temperaturverlaufes Unstetigkeiten. Auf der rechten y-Achse ist der kumulierte Molenstrom an Benzol im Prozessgas über die Reaktionsstrecke angegeben. Der Verlauf desselben über die Reaktionsstrecke ist als dünne durchgezogene Linie dargestellt.The results are in 1 shown. In this case, the continuous length of the reaction zones is listed on the x-axis, so that a spatial course of the developments in the process is visible, wherein the heat exchange zones are neglected. The temperature of the process gas is indicated on the left y-axis. The temperature profile across the individual reaction zones is shown as a thick, solid line. Due to the idealized assumption of the length of the heat exchange zones to 0 m, discontinuities occur with regard to the temperature profile. The cumulative molar flow of benzene in the process gas over the reaction path is indicated on the right-hand y-axis. The course of the same over the reaction path is shown as a thin solid line.

Man erkennt, dass die Eingangstemperatur des Prozessgases vor der ersten Reaktionszone etwa 775 K beträgt. Durch die im Wesentlichen endotherme Reaktion zu Benzol unter adiabaten Bedingungen sinkt die Temperatur in der ersten Reaktionszone auf etwa 760 K, bevor das Prozessgas in der nachgeschalteten Wärmeaustauschzone wieder auf die vorgenannten 775 K erwärmt wird. Durch endotherme adiabate Reaktion sinkt die Temperatur in der zweiten Reaktionszone auf etwa 750 K. Die Abfolge aus Abkühlung durch endotherme, adiabate Reaktion und Erwärmung setzt sich mit veränderten Austrittstemperaturen nach den jeweiligen Reaktionszonen weiter fort, wobei die Eintrittstemperatur jeweils in den Wärmeaustauschzonen wieder auf die gewünschten 775 K eingestellt wird.you detects that the inlet temperature of the process gas before the first Reaction zone is about 775 K. By the essence endothermic reaction to benzene under adiabatic conditions decreases the temperature in the first reaction zone to about 760 K before the process gas in the downstream heat exchange zone is heated again to the aforementioned 775 K. By endothermic adiabatic reaction decreases the temperature in the second reaction zone to about 750 K. The sequence of cooling by endothermic, Adiabatic reaction and warming continues with altered Exit temperatures after the respective reaction zones on in each case, the inlet temperature in the heat exchange zones is again set to the desired 775 K.

Es wird ein Umsatz an Cyclohexan und Hexan von etwa 60% erhalten. Die erzielte Raum-Zeit-Ausbeute, bezogen auf die eingesetzte Masse Katalysator, beträgt etwa 15 kgBenzol/kgKath.There is obtained a conversion of cyclohexane and hexane of about 60%. The space-time yield achieved, based on the mass of catalyst used, is about 15 kg benzene / kg cat h.

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Claims (13)

Verfahren zur Herstellung von Benzol aus Naphta in Gegenwart von Wasserstoff in einer endothermen, heterogen katalytischen Gasphasenreaktion, dadurch gekennzeichnet, dass es 5 bis 12 hintereinander geschaltete Reaktionszonen mit adiabaten Bedingungen umfasst.Process for the preparation of naphtha-containing benzene in the presence of hydrogen in an endothermic, heterogeneous catalytic gas-phase reaction, characterized in that it comprises 5 to 12 reaction zones with adiabatic conditions connected in series. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsatz in 6 bis 10, bevorzugt 6 bis 8 hintereinander geschalteten Reaktionszonen geschieht.Method according to claim 1, characterized in that that the conversion in 6 to 10, preferably 6 to 8 connected in series Reaction zones happens. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangstemperatur des in die erste Reaktionszone eintretenden Prozessgases 740 bis 790 K, bevorzugt von 750 bis 780 K, besonders bevorzugt von 755 bis 775 K beträgt.A method according to claim 1 or claim 2, characterized characterized in that the inlet temperature of the first reaction zone incoming process gas 740 to 790 K, preferably from 750 to 780 K, more preferably from 755 to 775 K is. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der absolute Druck am Eingang der ersten Reaktionszone zwischen 10 und 40 bar, bevorzugt zwischen 15 und 35 bar, besonders bevorzugt zwischen 20 und 30 bar beträgt.Method according to Claims 1 to 3, characterized that the absolute pressure at the entrance of the first reaction zone between 10 and 40 bar, preferably between 15 and 35 bar, more preferably between 20 and 30 bar. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit des Prozessgases in allen Reaktionszonen zwischen 0,5 und 30 s, bevorzugt zwischen 1 und 20 s, besonders bevorzugt zwischen 5 und 15 s beträgt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the residence time of the process gas in all reaction zones between 0.5 and 30 s, preferably between 1 and 20 s, particularly preferred between 5 and 15 s. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoren in Festbettanordnung vorliegen.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the catalysts are in a fixed bed arrangement. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoren als Monolithen vorliegen.Method according to Claim 6, characterized that the catalysts are present as monoliths. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Monolith Kanäle mit einem Durchmesser von 0,1 bis 3 mm, bevorzugt von 0,2 bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,5 bis 1,5 mm umfasst.Method according to claim 7, characterized in that that the monolith channels with a diameter of 0.1 to 3 mm, preferably from 0.2 to 2 mm, particularly preferably from 0.5 up to 1.5 mm. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoren in Schüttungen von Partikeln mit mittleren Partikelgrößen von 1 bis 10 mm, bevorzugt 2 bis 8 mm, besonders bevorzugt von 4 bis 7 mm vorliegen.Process according to claims 1 to 6, characterized characterized in that the catalysts in beds of Particles with average particle sizes from 1 to 10 mm, preferably 2 to 8 mm, more preferably from 4 to 7 mm available. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich nach mindestens einer Reaktionszone wenigstens eine Wärmeaustauschzone befindet, durch die das Prozessgas geleitet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that after at least one reaction zone at least one heat exchange zone is located, through the the process gas is passed. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich nach jeder Reaktionszone wenigstens eine, bevorzugt eine Wärmeaustauschzone befindet, durch die das Prozessgas geleitet wird.Method according to claim 10, characterized in that that after each reaction zone at least one, preferably one Heat exchange zone is located, through which the process gas is passed. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen einer Reaktionszone und einer Wärmeaustauschzone mindestens eine Wärmeisolationszone befindet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that between a reaction zone and a heat exchange zone at least one heat insulation zone located. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich um jede Reaktionszone eine Wärmeisolationszone befindet.Method according to claim 12, characterized in that that around each reaction zone a heat insulation zone located.
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