DE102009011375A1

DE102009011375A1 - Verfahren zur Niederhaltung von angeströmten Katalysatorpartikeln

Info

Publication number: DE102009011375A1
Application number: DE200910011375
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr. Hamel; Domenico Dr. Pavone
Original assignee: Uhde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2010-09-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Reaktionen in der Gasphase, die über ein Katalysatorbett mit Katalysatorpartikeln geführt werden, wobei in Gasführungsrichtung über dem Katalysatorbett eine Schicht aus Keramikelementen angeordnet ist, so dass diese Schicht aus Keramikelementen die Katalysatorpartikel am Zurückströmen und Verwirbeln hindert, und die Keramikelemente korrosions- und temperaturbeständig sind, so dass diese auch bei hohen Temperaturen eine störungsfreie Rückhaltevorrichtung darstellen. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, die aus gasdurchlässigen keramischen Elementen besteht, die zum Abdecken eines aus Katalysatorpartikel bestehenden Katalysatorbettes geeignet sind, wobei diese Elemente bevorzueignet sind, die in Reihe nebeneinander liegenden Elemente gegeneinander zu verkanten, so dass sich zwischen den Reihen Spalten bilden, die kleiner sind als der Durchmesser der Katalysatorpartikel, so dass diese undurchlässig für Katalysatorpartikel sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Niederhaltung von angeströmten festen Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von katalysierten Gasphasenreaktionen. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Fixierung von festen Katalysatorpartikeln in einem Katalysatorbett eines Reaktors zur Durchführung von chemischen Reaktionen in der Gasphase. Ohne diese Vorrichtung werden die Katalysatorpartikel im Reaktor verwirbelt, so dass es zu einer unerwünschten Rückströmung und Verwirbelung der Katalysatorpartikel entgegengesetzt der Gasströmungsrichtung im Reaktor kommt. Die Vorrichtung ist bevorzugt aus einzelnen Elementen gefertigt, die aus Keramik bestehen und die eine geschlossene, aber gasdurchlässige Schicht über der Katalysatorschüttung bilden.
Ziel der Erfindung ist es, die Katalysatorpartikel, die in einer in Schwerkraftrichtung von Reaktionsgas durchströmten Festbettschüttung vorliegen, festzuhalten und eine ungewollte Partikelbewegung zu verhindern. Bewegen sich die Katalysatorpartikel übermäßig stark, so bedeutet dies langfristig Verschleiß der Katalysatorpartikel und Abrieb oder Verlust durch Fragmentierung in kleinere Bruchstücke. Dies kann im Katalysatorbett selbst bereits zu erhöhtem Druckverlust führen. Durch die mit dem Gasstrom ausgetragenen Partikelbruchstücke oder durch den bei der Fragmentierung erzeugten Staub können auch in nachfolgenden Anlagenteilen Probleme verursacht werden. Dazu müssen die Katalysatorpartikel, die für den Festbettbetrieb konzipiert sind, gegen Bewegung gesichert werden.
Die DE 103 59 744 A1 beschreibt ein Verfahren zur Eindüsung von Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigem Gas in einen Synthesereaktor, beispielsweise zur Oxidehydrierung, mit im Wesentlichen axialer Durchströmung des Gasgemisches durch eine Katalysatorpackung. Der sauerstoffhaltige Gasstrom wird durch eine spezielle Vorrichtung mit einem Ringverteiler, der speziell angeordnete Austrittsöffnungen besitzt, in schrägem Winkel in die Richtung der Katalysatoroberfläche gedüst. Dadurch erreicht man eine Vermischung des Sauerstoffs oder des sauerstoffhaltigen Gasgemisches mit dem Reaktionsgas, welches nach der Vermischung mit dem Sauerstoff durch den Katalysator geleitet wird. Um kurze Verweilzeiten des Gasgemisches vor Eintritt in die Katalysatorschüttung zu gewährleisten, wird der Abstand zwischen den Mischdüsen und der Katalysatoroberfläche gering gehalten. Die schräge Anströmung der Schüttungsoberfläche und der kurze Abstand zwischen den Mischdüsen und der Katalysatoroberfläche führen dazu, dass sich in dem einströmenden Gasstrom Turbu lenzen ausbilden können, die zu lokalen Verwirbelungen und Rückströmungen führen, so dass sich die Katalysatorpartikel unerwünscht in Bewegung setzen. Dies ist jedoch unerwünscht, da dies langfristig zum Abrieb oder Bruch der Partikel führen kann.
Bekannt ist die Niederhaltung von Katalysatorpartikeln durch eine Schicht aus Keramikkugeln, die größer und schwerer sind als die Katalysatorpartikel oder durch ein Lochblech. Durch die Durchströmung der Kugelschüttung wird die Verweilzeit des Gasgemisches stark erhöht. Zudem führt die Aufbringung von großen Kugeln auf eine Schüttung von Katalysatorpartikeln zu einer regellosen Schüttung, wodurch sich die Gefahr von lokalen Wirbeln und Rezirkulationszonen erhöht, die sich negativ auf die Gasgemischverweilzeit auswirken. Die Installation von Lochblechen ist ebenfalls problematisch, da durch den Betrieb der Lochblenden die Katalysatorschüttung absinken kann. Dadurch entstehen unterhalb des Bleches Hohlräume, die Zirkulationszonen darstellen und zu einer unerwünschten Bewegung der Katalysatorpartikel führen können. Die Lochbleche können im Laufe der Zeit durch die Durchströmung mit dem Reaktionsgas Korrosion erleiden, wodurch ein regelmäßiger Austausch der Lochbleche erforderlich wird. Dies führt zu erhöhten Betriebskosten.
Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine effektive Zurückhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Festbettreaktor ermöglicht und die in einer Atmosphäre aus einem sauerstoffhaltigen Gas im Gemisch mit dem Reaktionsgas keinerlei Korrosionsneigung besitzt. Die Niederhaltevorrichtung soll auch bei hohen Temperaturen beständig sein und keinerlei Aufweichungserscheinungen durch Schmelzprozesse zeigen. Auch soll der Gasdurchtrittswiderstand möglichst variabel einstellbar sein.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Vorrichtung, die aus keramischen Elementen oder Schichtelementen aufgebaut ist und die so aufgebaut ist, dass diese Elemente nebeneinander gelegt werden können und dabei eine bündige Schicht bilden. Diese kommt auf den Katalysatorpartikeln zu liegen und hindert die Katalysatorpartikel vor dem Verwirbeln und vor dem Zurückströmen. Die keramischen Elemente besitzen herstellungsbedingt eine beliebig einstellbare Porengröße, so dass der Gasdurchtrittswiderstand beliebig einstellbar ist. Die keramischen Elemente sind sehr temperaturbeständig und besitzen keinerlei Korrosionsneigung in der sauerstoffhaltigen Atmosphäre. Die keramischen Elemente zeichnen sich weiterhin durch einen sehr geringen Temperaturausdehnungskoeffizienten aus. Zudem werden weniger unerwünschte Partikel mit dem Prozessgas in den Reaktor eingetragen.
Die keramischen Elemente oder Schichtelemente können eine beliebige geometrische Form aufweisen, die die Ausbildung einer geschlossenen, aber gasdurchlässigen Schicht ermöglicht. Die keramischen Elemente sind bevorzugt in Form von Quadern gestaltet, die an den Seiten Formgebungen aufweisen, die ein Ineinandergreifen der Schichtelemente gestatten. Dies können beispielsweise abgeschrägte Seiten sein, so dass die Schichtelemente in nebeneinander liegenden Reihen einen umgekehrten Liegesinn aufweisen. Dadurch greifen die Reihen ineinander und schließen die Katalysatorschicht in Gasströmungsrichtung aufwärts ab. Die in den Seiten abgeschrägten Quadern werden in Reihen angeordnet, wobei die nebeneinanderliegenden Reihen einen jeweils umgekehrten horizontalen Richtungssinn der abgeschrägten Seiten aufweisen, so dass diese Elemente in nebeneinander gelegenen Reihen ineinandergreifen und eine geschlossene, aber gasdurchlässige Schicht bilden.
Die seitliche Formgebung kann auch wechselseitige Ein- und Ausbuchtungen umfassen, die jeweils ineinandergreifen und so ein bündiges Abschließen der Katalysatorschicht nach oben aufweisen. Diese Ein- und Ausbuchtungen werden gemeinhin auch als „Nut-Feder-Verbindungen” bezeichnet. Möglich sind zur seitlichen Formgebung beispielhaft auch T-Stücke, die reihenweise im umgekehrten Richtungssinn aufgereiht werden, so dass diese die Katalysatorschicht nach oben bündig abschließen.
Schliesslich ist es auch möglich, dass die Schicht aus übereinandergelagerten Gittern oder Lochplatten besteht, wobei diese dann aus einem keramischen Material bestehen und diese Schicht durchlässig für Gase, aber undurchlässig für Katalysatorpartikel ist. Es ist denkbar, dass die erfindungsgemäße Haltevorrichtung für die Durchführung von Reaktionen in flüssiger Phase geeignet ist. Bevorzugt werden damit jedoch Reaktionen in der Gasphase durchgeführt.
Beansprucht wird insbesondere ein Verfahren zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen, wobei

• das zu reagierende Gas in einen Reaktor geführt wird, der ein Katalysatorbett besitzt, welches mit festen Katalysatorpartikeln oder mit Partikeln aus einem festen Trägermaterial, das einen Katalysator enthält oder das mit einem katalytisch aktiven Material beschichtet ist, beschickt ist, und
• die Katalysatorpartikel mittels einer Katalysatorhaltevorrichtung im Reaktor zurückgehalten werden, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass
• die Katalysatorpartikel in Gasströmungsrichtung vor dem Katalysatorbett durch eine Haltevorrichtung zurückgehalten werden, die aus mindestens einem keramischen Element oder Schichtelement besteht, wobei dieses Element oder diese Elemente undurchlässig für Katalysatorpartikel und durchlässig für Gase sind.

Die Schicht aus keramischen Elementen zum Zurückhalten des Katalysators kann im Reaktor eine beliebige Schichtdicke besitzen. Die Dicke der keramischen Elemente richtet sich nach der zulässigen Verweilzeit des Gasgemisches außerhalb der Katalysatorschüttung. Zusammen mit der Porosität der Elemente und der Dicke der Schicht aus den keramischen Elementen ergibt sich eine Verweilzeit des Gasgemisches, die den reaktionstechnischen Anforderungen angepasst werden kann. Die Dicke der Elemente oder der Schicht aus keramischen Elementen im Reaktor kann beliebig sein. Bevorzugt ist die Schicht aus keramischen Elementen jedoch 1 bis 10 cm hoch.
Die Katalysatorpartikel besitzen eine kleinste durchschnittliche Größe, die größer ist als die Spalten zwischen keramischen Elementen und die Poren oder die Öffnungen in den keramischen Elementen. Dadurch wird ein Zurückströmen des Katalysators durch die Schicht aus keramischen Elementen verhindert. Die durchschnittliche Partikelgröße des Katalysators beträgt typischerweise 1 bis 5 Millimeter im Durchmesser. Der größte Durchmesser der Poren über alle Poren der Schichtelemente ist dabei geringfügig kleiner. Die Formgebung der Katalysatorpartikel kann beliebig sein. Möglich sind Kugeln, Pellets, Ringe, Ellipsoide, Stäbchen, unregelmäßig geformte Partikel oder Bruchstücke.
Prinzipiell kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in jeder Gasphasenreaktion eingesetzt werden, die mit einem partikelförmigen Katalysator durchgeführt wird. Beispiele sind Oxidehydrierungen, Hydrierungen, Oxidationsreaktionen, Isomerisierungen oder Alkylierungen. Bevorzugt werden mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung jedoch Oxidehydrierungen durchgeführt. Ein bevorzugter Temperaturbereich zur Durchführung der Oxidehydrierung liegt bei 500 bis 1000°C. Der Katalysator kann sowohl für Verfahren genutzt werden, in denen das Katalysatorbett radial angeströmt wird, als auch für Verfahren, in denen das Katalysatorbett axial angeströmt wird.
Die Vorrichtung ist bevorzugt aus flachen Schichtelementen geartet, die aus einem keramischen Material gearbeitet sind. In einer Ausführungsform der Erfindung sind diese an den Seiten abgeschrägt, so dass diese bei einer Anordnung in nebeneinander liegenden Reihen in entgegengesetztem horizontalen Richtungssinn eine abgeschlossene, aber gasdurchlässige Schicht bilden. Diese Schicht enthält noch Spalten, die durch die gegenüberliegenden Kanten gebildet werden. Diese Spalten sind so geartet, dass sie eine kleinere Spaltbreite als die Katalysatorpartikel besitzen, so dass ein Verwirbeln und Zurückströmen des Katalysators verhindert wird.
Die Vorrichtung ist bevorzugt aus Elementen mit einem rechteckigen oder quadratischen Grundriss gefertigt. Die Elemente, die diese Schicht bilden, können auch rund oder unregelmäßig geformt sein. Wichtig ist lediglich, dass sich eine geschlossene Schicht aus diesen Elementen bilden lässt. Die Schicht ist dabei gasdurchlässig. Die Elemente können an den Wänden zum Einpass in den Reaktor in der Form an die Wand angepasst werden.
Die Schichtelemente können auch eine geometrische Form besitzen, die ein Ineinandergreifen der Schichtelemente und damit die Bildung der erfindungsgemäßen Schicht erleichtert. So können die Schichtelemente beispielhaft als verbreiterte T-Stücke geartet sein und diese Keramikelementen in Reihen angeordnet werden, wobei die nebeneinander liegenden Reihen einen jeweils umgekehrten vertikalen Richtungssinn der T-Stücke aufweisen, so dass diese Elemente in nebeneinander gelegenen Reihen ineinandergreifen und eine geschlossene, aber gasdurchlässige Schicht bilden. Dadurch bilden die Ausbuchtungen der T-Stücke einen versetzten Spalt, wodurch die Festigkeit der Schicht vergrößert wird und die Partikeldurchlässigkeit der Spalten erniedrigt wird. Diese Elemente werden Reihen angeordnet, wobei die nebeneinander liegenden Reihen einen jeweils umgekehrten vertikalen Richtungssinn der T-Stücke aufweisen, so dass diese Elemente in nebeneinander gelegenen Reihen Ineinandergreifen und eine geschlossene, aber gasdurchlässige Schicht bilden.
Die Schichtelemente können auch seitliche Ausbuchtungen besitzen, durch die bei einer Lagerung in Reihen nebeneinander in umgekehrtem horizontalen Richtungssinn ein Ineinandergreifen der Schichtelemente ermöglicht wird, wodurch die Festigkeit der Schicht vergrößert wird und die Partikeldurchlässigkeit der Spalten erniedrigt wird. Auf diese Weise bildet sich ebenfalls eine geschlossene, aber gasdurchlässige Schicht. Die Schichtelemente besitzen in dieser Ausführungsform auf zwei nebeneinanderliegenden Seiten Ausbuchtungen und zwei weiteren nebeneinanderliegenden Seiten Einbuchtungen. Bei einer Aufstellung in Schichten greifen die Ausbuchtungen und Einbuchtungen der Seiten der Schichtelemente ineinander, so dass man eine Schicht mit vergrößerter Festigkeit und erniedrigter Partikeldurchlässigkeit erhält.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Elemente aus einer Schaumkeramik gefertigt. Die Ausführung als Schaumkeramik hat den Vorteil, dass das Material Poren besitzt, durch die das zu reagierende Gas strömen kann. Die Gasführung erfolgt durch die Poren in dem Material. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Durchmesser der Poren aus Schaumkeramik (SK) in Gasdurchströmungstrichtung auf der der Katalysatorschüttung zugewandten Seite kleiner als der kleinste Durchmesser der Katalysatorpartikel (d_SK < d_Kat). Um die Zurückhaltung der Partikel zu erleichtern, kann die Porengröße in Gasdurchströmungsrichtung herstellungsbedingt verringert werden oder abnehmen. Dadurch wird die Fähigkeit zur Zurückhaltung von Partikeln verbessert, so dass die Partikel nicht in die Poren der keramischen Elemente eindringen können, wodurch der Strömungswiderstand erhöht würde.
Die Schaumkeramik kann durch die bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik hergestellt werden. Ein bevorzugtes Verfahren ist das der Formgebung durch einen Polyurethanschaum. Dabei wird ein Polyurethanschaum (PUR-Schaum) mit der gewünschten Geometrie in eine wässrige Dispersion eines keramischen Feinmaterials getaucht, anschließend getrocknet und gebrannt. Bei dem Brennprozess verbrennt der PUR-Schaum, wobei ein Keramikschaum übrig bleibt. Ein beispielhaftes Verfahren hierzu lehrt die EP 260826 B1 . Die Porendichte und die Porengröße der Schäume können zur Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beliebig sein. Bevorzugt liegt diese im Bereich von 8 bis 100 ppi („Pores Per Inch”).
Die Elemente aus Schaumkeramik können aus beliebigen keramischen Werkstoffen gefertigt sein. So kann diese beispielhaft aus oxidischen keramischen Materialien gefertigt sein. Diese können als Einfachkomponenten oder im Gemisch verwendet werden. Beispiele für oxidische keramische Materialien sind die chemischen Verbindungen Al₂O₃, CaO, CeO, Cr₂O₃, Fe₂O₃, HfO₂, MgO, SiO₂, SnO₂, TiO₂, Y₂O₃ oder ZnO. Die Schaumkeramik kann auch Zirkondioxid ZrO₂ im Gemisch mit CaO, CeO, MgO oder Y₂O₃ zur Stabilisierung enthalten. Möglich sind auch Beimengungen von ZnAlO₄, CaAlO₄, V₂O₅ oder MoO₃. Die Elemente aus Schaumkeramik können aber auch aus nichtoxidischen keramischen Werkstoffen gefertigt sein. Beispiele für nichtoxidische keramische Materialien sind die chemischen Verbindungen AlN, BN, BC, Mo-Si₂, SiC oder SiN. Diese können ebenfalls als Einfachkomponenten oder im Gemisch verwendet werden. Schließlich ist es auch möglich, die Elemente aus einem Gemisch von oxidischen und nichtoxidischen keramischen Werkstoffen herzustellen.
Zur Verhinderung von Kriechströmungen im Randbereich der Katalysatorabdeckung können beispielsweise Keramikkugeln mit darauf abgestimmten Durchmessern positioniert werden. Durch den erhöhten Strömungswiderstand wird eine ungewollte Durchströmung des Randbereiches sicher verhindert. Die Keramikkugeln oder -Partikel können beispielsweise zwischen die keramischen Schichtelemente und die Reaktorwandung auf die Katalysatorschüttung gelegt werden. Dadurch wird das Restvolumen, das sich zwischen der Wand des Reaktors und der Haltevorrichtung bildet, mit Partikeln aus gasdurchlässiger Keramik abgedichtet. Die Partikel zur Abdichtung des Restvolumens werden beispielhaft aus Kugeln, Granulat, oder beliebig geartete Formstücke gebildet. Möglich ist jede Form von Partikeln, die sich für die Partikel zum Abdichten des freibleibenden Volumens zwischen Wand des Reaktors und der Haltevorrichtung nutzen lässt. Durch die Partikelschüttung im Spalt zwischen Keramikschichtelementen und Wand und dem damit verbundenen höheren Strömungswiderstand wird eine unerwünscht hohe „Bypass”-Strömung des Gasgemisches in die Katalysatorschicht reduziert oder gänzlich verhindert. Zur Einbringung und Montage der keramischen Elemente auf die Katalysatorschüttung können beispielhaft Saugnäpfe verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet den Vorteil einer einfachen, aber wirkungsvollen Barriere für Katalysatorpartikel in einem Reaktor für Gasreaktionen. Dadurch lassen sich in Gasströmungsrichtung rückwärtige Verwirbelungen und Rückströmungen von Katalysatorpartikeln verhindern. Die Vorrichtung ist hochtemperaturbeständig, sie ist beständig gegenüber korrosiven Gasen oder einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre. Sie läßt sich bezüglich ihres Gasdurchströmungswiderstandes und bezüglich ihrer Porengröße und dadurch in ihrer Rückhaltefähigkeit für Katalysatorpartikel gut einstellen. Schließlich besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung auch den Vorteil eines geringen Gewichtes, so dass es nicht zu Partikelbruch und zu Abrieb der Katalysatorpartikel kommen kann.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Strömungsführung von Synthesegasen wird anhand von drei Zeichnungen genauer erläutert, wobei das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist.
1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung, die in nebeneinanderliegenden Reihen von Schichtelementen mit abgeschrägten Seiten mit jeweils horizontal entgegengesetztem Richtungssinn angeordnet sind. Diese bilden eine für Katalysatorpartikel geschlossene, aber gasdurchlässige Schicht. 2 zeigt die erfindungsgemä ße Vorrichtung, die in nebeneinanderliegenden Reihen von verbreiterten T-Stücken mit jeweils horizontal entgegengesetztem Richtungssinn angeordnet sind. 3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Aus- und Einbuchtungen („Nut-Feder-Verbindung”) auf jeweils gegenüberliegenden Seiten.
1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung aus gasdurchlässigen Keramikelementen, wobei die einzelnen Elemente in Form von Schichtelementen (1) mit abgeschrägten Seiten (1a, 1b) ausgebildet und in Reihen nebeneinander aufgelegt sind. Diese bedecken das Katalysatorbett (2). Die Keramikelemente bedecken das Katalysatorbett in Gasströmungsrichtung (3) aufwärts. Dadurch können die Katalysatorpartikel aus dem Katalysatorbett nicht verwirbeln oder zurückströmen. Die Keramikelemente liegen seitlich an der Reaktorwand (4). Die Katalysatorpartikel werden in Gasströmungsrichtung von einer gasdurchlässigen Katalysatorhaltevorrichtung (5) zurückgehalten. Dies kann beispielhaft ein Gitterrost sein, wobei die Katalysatorrückhaltevorrichtung (5) aus keramischen Elementen bestehen kann.
2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung aus gasdurchlässigen Keramikelementen, wobei die einzelnen Elemente in Form von Schichtelementen (1), die als verbreiterte T-Stücke geartet sind, in Reihen nebeneinander aufgelegt sind. Die Ausbuchtungen der T-Stücke (1c, 1d) sind hier zu sehen, die bei einem umgekehrten Richtungssinn der Aufstellung der T-Stücke ineinandergreifen. Die gebildete Schicht aus Keramikelementen (1) bedeckt das Katalysatorbett (2). Die Keramikelemente (1) bedecken das Katalysatorbett (2) in Gasströmungsrichtung (3) aufwärts. Dadurch können die Katalysatorpartikel aus dem Katalysatorbett (2) nicht verwirbeln oder zurückströmen. Die Keramikelemente liegen seitlich an der Reaktorwand (4). Die Katalysatorpartikel werden in Gasströmungsrichtung von einer gasdurchlässigen Katalysatorhaltevorrichtung (5) zurückgehalten. Dies kann beispielhaft ein Gitterrost sein, wobei die Katalysatorrückhaltevorrichtung (5) aus keramischen Elementen bestehen kann.
3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung aus gasdurchlässigen Keramikelementen, wobei die einzelnen Elemente in Form von Schichtelementen (1) mit Aus- und Einbuchtungen (1e, 1f) versehen sind, die auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Die Elemente sind hier in Reihen angeordnet, wobei die Ein- und Ausbuchtungen (auch „Nut-Federverbindung” genannt) ineinandergreifen. Die so gebildete Schicht aus Keramikelementen (1) bedeckt das Katalysatorbett (2). Die Keramikelemente (1) bedecken das Katalysatorbett (2) in Gasströmungsrichtung (3) aufwärts. Dadurch können die Katalysatorpartikel aus dem Katalysatorbett (2) nicht verwirbeln oder zurückströmen. Die Keramikelemente liegen seitlich an der Reaktorwand (4). Die Katalysatorpartikel werden in Gasströmungsrichtung von einer gasdurchlässigen Katalysatorhaltevorrichtung (5) zurückgehalten. Dies kann beispielhaft ein Gitterrost sein, wobei die Katalysatorrückhaltevorrichtung (5) aus keramischen Elementen bestehen kann.

1: Schichtelemente aus Schaumkeramik
1a: Abgeschrägte Seite eines Schichtelementes
1b: Abgeschrägte Seite eines Schichtelementes
1c: T-Überhang eines Schichtelementes
1d: T-Überhang eines Schichtelementes
1e: Ausbuchtung eines Schichtelementes
1f: Einbuchtung eines Schichtelementes
2: Katalysatorbett
3: Gasstrom
4: Reaktorwand
5: Gasdurchlässige Katalysatorhaltevorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10359744 A1 [0003]
- EP 260826 B1 [0019]

Claims

Verfahren zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen, wobei • das zu reagierende Gas in einen Reaktor geführt wird, der ein Katalysatorbett besitzt, welches mit festen Katalysatorpartikeln oder mit Partikeln aus einem festen Trägermaterial, das einen Katalysator enthält oder das mit einem katalytisch aktiven Material beschichtet ist, beschickt ist, und • die Katalysatorpartikel mittels einer Katalysatorhaltevorrichtung im Reaktor zurückgehalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass • die Katalysatorpartikel in Gasströmungsrichtung vor dem Katalysatorbett durch eine Haltevorrichtung zurückgehalten werden, die aus mindestens einem keramischen Element oder Schichtelement besteht, wobei dieses Element oder die Elemente undurchlässig für Katalysatorpartikel und durchlässig für Gase sind.
Verfahren zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung aus keramischen Elementen im Reaktor eine Schichtdicke von 1 bis 10 cm besitzt.
Verfahren zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatorpartikel, die von der keramischen Schicht am Zurückströmen gehindert werden, eine durchschnittliche Partikelgröße von 1 bis 5 Millimeter im Durchmesser besitzen.
Verfahren zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatorpartikel, die von der keramischen Schicht am Zurückströmen gehindert werden, eine Form von Kugeln, Pellets, Ringe, El lipsoide, Stäbchen, unregelmäßig geformten Partikeln oder Bruchstücken besitzen.
Verfahren zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen oder Poren in dem oder den keramischen Elementen in Gasdurchströmungsrichtung auf der der Katalysatorschüttung zugewandten Seite kleiner sind als der kleinste Durchmesser der Katalysatorpartikel.
Verfahren zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Restvolumen, das sich zwischen der Wand des Reaktors und der Haltevorrichtung bildet, mit Partikeln aus gasdurchlässiger Keramik abgedichtet wird.
Verfahren zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel zur Abdichtung des Restvolumens aus Kugeln, Granulaten, oder beliebig gearteten Formstücken gebildet werden.
Verfahren zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Gasphasenreaktion um eine Reaktion zur oxidativen Dehydrierung von Alkanen handelt.
Verfahren zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese bei einer Temperatur von 500 bis 1000°C durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus Keramikelementen besteht, die eine beliebige Geometrie besitzen, die die Ausbildung einer geschlossenen, aber gasdurchlässigen Schicht ermöglicht.
Vorrichtung zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus Keramikelementen besteht, die die Geometrie von in den Seiten abgeschrägten Quadern besitzen, und diese Elemente in Reihen angeordnet werden, wobei die nebeneinanderliegenden Reihen einen jeweils umgekehrten horizontalen Richtungssinn der abgeschrägten Seiten aufweisen, so dass diese Elemente in nebeneinander gelegenen Reihen ineinandergreifen und eine geschlossene, aber gasdurchlässige Schicht bilden.
Vorrichtung zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus Keramikelementen besteht, die die Geometrie von T-Stücken besitzen, und diese Elemente in Reihen angeordnet werden, wobei die nebeneinander liegenden Reihen einen jeweils umgekehrten vertikalen Richtungssinn der T-Stücke aufweisen, so dass diese Elemente in nebeneinander gelegenen Reihen ineinandergreifen und eine geschlossene, aber gasdurchlässige Schicht bilden.
Vorrichtung zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus Keramikelementen besteht, die die Geometrie von Quadern besitzen, die auf der einen Seite eine seitliche Ausbuchtung besitzen, und auf der entgegengesetzten Seite eine seitliche Einbuchtung besitzen und diese Elemente in Reihen angeordnet werden, so dass diese Elemente in nebeneinander gelegenen Reihen ineinandergreifen und eine geschlossene, aber gasdurchlässige Schicht bilden.
Vorrichtung zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus übereinandergelagerten Gittern oder Lochplatten besteht, wobei die dabei gebildete Schicht durchlässig für Gase und undurchlässig für Katalysatorpartikel ist.
Vorrichtung zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus einer Schaumkeramik besteht.
Vorrichtung Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Porengröße der Schaumkeramik auf der Seite der Gaszuführungsrichtung größer ist als auf der der Katalysatorschüttung zugewandten Seite.
Vorrichtung Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Porengröße der Schaumkeramik in Gasdurchströmungsrichtung abnimmt.
Vorrichtung Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikelemente oder die Schaumkeramiken oxidische Keramiken, entnommen aus der Gruppe der chemischen Verbindungen Al₂O₃, CaO, CeO, Cr₂O₃, Fe₂O₃, HfO₂, MgO, SiO₂, SiO₂, TiO₂, Y₂O₃ oder ZnO als Einfachkomponenten oder im Gemisch enthalten.
Vorrichtung zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumkeramik Zirkondioxid ZrO₂ im Gemisch mit CaO, CeO, MgO oder Y₂O₃ zur Stabilisierung enthält.
Vorrichtung zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikelemente oder die Schaumkeramiken nichtoxidische Keramiken, entnommen aus der Gruppe der chemischen Verbindungen AlN, BN, BC, MoSi₂, SiC oder SiN als Einfachkomponenten oder im Gemisch enthalten.
Vorrichtung zur Niederhaltung von Katalysatorpartikeln in einem Reaktor zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikelemente oder die Schaumkeramiken aus oxidischen und nichtoxidischen Keramiken im Gemisch bestehen.