DE102014108272A1 - Anlage und Verfahren zur Durchführung von heterogen katalysierten Gasphasen-Reaktionen - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage (1) zur Durchführung von heterogen katalysierten Gasphasen-Reaktionen, umfassend
– einen Reaktor (3),
– zumindest eine in den Reaktor (3) führende Leitung (11) zum Einleiten von Edukten in den Reaktor (3),
– zumindest eine erste Zuführung (5) zum Bereitstellen zumindest eines ersten Edukts A, die in die Leitung (11) führt,
– zumindest eine zweite Zuführung (7) zum Bereitstellen zumindest eines zweiten Edukts B, die in die Leitung (11) führt,
– zumindest eine dritte Zuführung (9) zum Bereitstellen eines Kreisgases G, die in die Leitung (11) führt,
– eine vor dem Reaktor (3) in der Leitung (11) angeordnete Temperiereinheit (13) zum Temperieren des ersten Edukts A und/oder zweiten Edukts B und/oder des Kreisgases G vor dem Eintritt in den Reaktor (3) und
– zumindest eine Abführung (15) für Produkte, Nebenprodukte und/oder unreagierte Edukte der Gasphasen-Reaktion.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Durchführung von heterogen katalysierten Gasphasen-Reaktionen.
– einen Reaktor (3),
– zumindest eine in den Reaktor (3) führende Leitung (11) zum Einleiten von Edukten in den Reaktor (3),
– zumindest eine erste Zuführung (5) zum Bereitstellen zumindest eines ersten Edukts A, die in die Leitung (11) führt,
– zumindest eine zweite Zuführung (7) zum Bereitstellen zumindest eines zweiten Edukts B, die in die Leitung (11) führt,
– zumindest eine dritte Zuführung (9) zum Bereitstellen eines Kreisgases G, die in die Leitung (11) führt,
– eine vor dem Reaktor (3) in der Leitung (11) angeordnete Temperiereinheit (13) zum Temperieren des ersten Edukts A und/oder zweiten Edukts B und/oder des Kreisgases G vor dem Eintritt in den Reaktor (3) und
– zumindest eine Abführung (15) für Produkte, Nebenprodukte und/oder unreagierte Edukte der Gasphasen-Reaktion.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Durchführung von heterogen katalysierten Gasphasen-Reaktionen.
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anlage und ein Verfahren zum Durchführen von heterogen katalysierten Gasphasen-Reaktionen.
- Solche Anlagen und Verfahren sind aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt. So beschreibt
DE 41 32 263 A1 ein Verfahren zur katalytischen Gasphasenoxidation von Acrolein zu Acrylsäure in einem Kontaktrohr-Festbettreaktor bei erhöhter Temperatur an katalytisch aktiven Oxiden, bei dem die Reaktionstemperatur in Strömungsrichtung längs der Kontaktrohre in zwei aufeinanderfolgenden Reaktionszonen einem bestimmten Temperaturprofil unterliegt.DE 40 23 239 A1 beschreibt ein ähnliches Verfahren zur katalytischen Gasphasenoxidation von Propen oder iso-Buten zu Acrolein oder (Meth)acrolein. Ziel dieser Druckschriften ist ein im Hinblick auf eine erhöhte Selektivität Reaktion verbesserter Verlauf der Reaktionstemperatur. - Ein ähnliches Ziel hat
DE 10 2010 048 405 A1 , die ein Verfahren zum Langzeitbetrieb einer heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation von Propen zu Acrolein zum Gegenstand hat. Nach dieser Veröffentlichung wird das Reaktionsgasgemisch durch ein in zwei räumlich aufeinanderfolgenden Temperaturzonen A und B das aufgeteiltes Katalysatorfestbett geführt. Dabei wird das Katalysatorfestbett in einen Reaktionsraum eingebracht, z.B. in den Innenraum eines (Reaktions-)Rohres. Auf einer bestimmten Länge der Gesamtlänge der Festbettkatalysatorschüttung wird als eine erste Zone ein homogenes Gemisch aus Katalysatorformkörpern und Verdünnungsformkörpern bereitgestellt. In einer weiteren Zone wird dann eine weniger stark verdünnte oder unverdünnte Festbettkatalysatorschüttung eingebracht. Ferner ist eine reine Inertmaterialschüttung vorgesehen, deren Länge, bezogen auf die Länge der Festbettkatalysatorschüttung, 5 % bis 20 % beträgt und die in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches auf die Festbettkatalysatorschüttung hinführt. Diese Inertmaterialschüttung wird als Aufheizzone für das Reaktionsgasgemisch genutzt. - Auch in
DE 10 2007 004 961 A1 , die ein Verfahren zur Herstellung von Katalysatorformkörpern betrifft, wird vorgeschlagen, ein Reaktionsrohr in einem ersten Abschnitt von ca. 25 % der gesamten Länge mit einer inerten Vorschüttung und in einem zweiten Abschnitt von ca. 60 % mit einem Katalysatormaterial zu beschicken, wobei ein Anteil von ca. 15 % des Reaktionsrohr unbefüllt bleibt. - Nach dem Stand der Technik werden also 20 % oder mehr des Reaktorvolumens nicht für heterogen katalysierte Gasphasen-Reaktionen verwendet, sondern zum Aufheizen des Reaktionsgasgemisches, das mit 100 °C bis 120 °C zugeführt wird. Das bedeutet, dass (bezogen auf das Reaktorvolumen) entweder eine geringere Betriebslast in Kauf genommen wird, oder dass das Reaktorvolumen für eine entsprechend höhere Betriebslast noch einmal vergrößert werden muss. Da am Eingang der Reaktionsrohre durch das kühlere Reaktionsgasgemisch keine optimale Reaktionstemperatur eingestellt werden kann, ist ferner die Umsetzung der Edukte häufig unzureichend.
- Als weiterer nachteiliger Aspekt im Stand der Technik ist zu berücksichtigen, dass das Aufheizen des Reaktors, bzw. des Reaktorvolumens (einschließlich Reaktionsrohren, Katalysatorschüttung, Inertmaterialschüttung, Wärmeträgermedium etc.) auf die benötigte Reaktionstemperatur von 240 °C bis 300 °C einen sehr hohen Energieeinsatz erfordert, der teilweise nur für das Aufheizen des Reaktionsgasgemisches aufgewendet wird.
- Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anlage bereitzustellen und ein Verfahren anzugeben, welche die Nachteile des Standes der Technik überwinden und mit denen insbesondere heterogen katalysierte Gasphasen-Reaktionen in effizienter Weise durchgeführt werden können.
- Gelöst wird diese Aufgabe zunächst durch eine Anlage zur Durchführung von heterogen katalysierten Gasphasen-Reaktionen, umfassend
- – einen Reaktor (
3 ), - – zumindest eine in den Reaktor (
3 ) führende Leitung (11 ) zum Einleiten von Edukten in den Reaktor (3 ), - – zumindest eine erste Zuführung (
5 ) zum Bereitstellen zumindest eines ersten Edukts A, die in die Leitung (11 ) führt, - – zumindest eine zweite Zuführung (
7 ) zum Bereitstellen zumindest eines zweiten Edukts B, die in die Leitung (11 ) führt, - – zumindest eine dritte Zuführung (
9 ) zum Bereitstellen eines Kreisgases G, die in die Leitung (11 ) führt, - – eine vor dem Reaktor (
3 ) in der Leitung (11 ) angeordnete Temperiereinheit (13 ) zum Temperieren des ersten Edukts A und/oder zweiten Edukts B und/oder des Kreisgases G vor dem Eintritt in den Reaktor (3 ) und - – zumindest eine Abführung (
15 ) für Produkte, Nebenprodukte und/oder unreagierte Edukte der Gasphasen-Reaktion. - Gelöst wird die vorstehend genannte Aufgabe ferner durch ein Verfahren zur Durchführung von heterogen katalysierten Gasphasen-Reaktionen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anlage (
1 ), umfassend die Schritte - a) Bereitstellen zumindest eines ersten Edukts A in einer ersten Zuführung (
5 ), - b) Bereitstellen zumindest eines zweiten Edukts B in einer zweiten Zuführung (
7 ), - c) Bereitstellen zumindest eines Kreisgases G in einer dritten Zuführung (
9 ), - d) Mischen des ersten Edukts A, des zweiten Edukts B und des Kreisgases G zu einem Reaktionsgemisch R in einer Leitung (
11 ), - e) Temperieren des Reaktionsgemischs R in einer Temperiereinheit (
13 ), - f) Zuführen des temperierten Reaktionsgemischs R zu einem Reaktor (
3 ), - g) Durchführen zumindest einer heterogen katalysierten Gasphasen-Reaktion zumindest zwischen dem ersten Edukt A und dem zweiten Edukt B und
- h) Abführen eines Gemischs aus zumindest einem Reaktionsprodukt P und dem zumindest einen Kreisgas G über zumindest eine Abführung (
15 ). - Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Vorheizen des Reaktionsgemischs R aus dem Reaktor (
3 ) ausgelagert wird und dadurch mit deutlich geringerem apparativen Aufwand vorgenommen werden kann. Damit steht zudem im Wesentlichen das gesamte Reaktorvolumen für die Gasphasen-Reaktion zur Verfügung. Desweiteren bietet das Verfahren den Vorteil, Energie auf niedrigerem Temperaturniveau einzukoppeln und auf einem deutlich höheren Niveau im Reaktor wiederzugewinnen. - Sofern in der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anlage (
1 ) auch Verfahrensmerkmale genannt sind, beziehen sich diese vorzugsweise auf das erfindungsgemäße Verfahren. Ebenso beziehen sich gegenständliche Merkmale die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgeführt werden, vorzugsweise auf die erfindungsgemäße Anlage (1 ). - Nachfolgend wird die Erfindung detaillierter beschrieben.
- Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anlage (
1 ) zur Durchführung von heterogen katalysierten Gasphasen-Reaktionen, umfassend - – einen Reaktor (
3 ), - – zumindest eine in den Reaktor (
3 ) führende Leitung (11 ) zum Einleiten von Edukten in den Reaktor (3 ), - – zumindest eine erste Zuführung (
5 ) zum Bereitstellen zumindest eines ersten Edukts A, die in die Leitung (11 ) führt, - – zumindest eine zweite Zuführung (
7 ) zum Bereitstellen zumindest eines zweiten Edukts B, die in die Leitung (11 ) führt, - – zumindest eine dritte Zuführung (
9 ) zum Bereitstellen eines Kreisgases G, die in die Leitung (11 ) führt, - – eine vor dem Reaktor (
3 ) in der Leitung (11 ) angeordnete Temperiereinheit (13 ) zum Temperieren des ersten Edukts A und/oder zweiten Edukts B und/oder des Kreisgases G vor dem Eintritt in den Reaktor (3 ) und - – zumindest eine Abführung (
15 ) für Produkte, Nebenprodukte und/oder unreagierte Edukte der Gasphasen-Reaktion. - Die erfindungsgemäße Anlage hat den Vorteil, dass mit der Temperiereinheit (
13 ) die Einrichtung zum Vorheizen des Reaktionsgemischs aus dem Reaktor (3 ) heraus ausgelagert ist und mit einem anderen Wärmeträgermedium betrieben werden kann, als es für das Aufheizen des Reaktors (3 ) notwendig ist. Damit können abzuführende Energieströme im Prozess auf verhältnismäßig niedrigem Temperaturniveau wieder in den Prozess eingekoppelt und auf höherem Energieniveau als hochgespannter Dampf widergewonnen werden. - Bei dem ersten Edukt A kann es sich erfindungsgemäß um eine flüssige oder gasförmige Verbindung oder ein Gemisch von zwei oder mehr dieser Verbindungen handeln. Ganz konkrete Beispiele sind flüssiges Propylen, Propan, Acrolein und (Meth)acrolein, Butan, n-Buten oder iso-Buten.
- Bei dem zweiten Edukt B kann es sich ebenfalls erfindungsgemäß um eine flüssige oder gasförmige Verbindung oder ein Gemisch von zwei oder mehr dieser Verbindungen handeln, erfindungsgemäß bevorzugt sind jedoch sauerstoffhaltige Gase, insbesondere Luft.
- Die heterogen katalysierten Gasphasen-Reaktionen, für welche die erfindungsgemäße Anlage (
1 ) ausgelegt ist, sind insbesondere heterogen katalysierte, ggf. partielle Gasphasen-Oxidationen von Propen, Propan oder iso-Buten zu Acrolein oder (Meth)acrolein, n-Buten zu Maleinsäure sowie von Acrolein oder (Meth)acrolein zu Acrylsäure oder (Meth)acrylsäure. - Unter dem Kreisgas G ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Gas zu verstehen, das der Verdünnung der Edukte A und B sowie der Aufnahme von Reaktionswärme dient und sich in der Gasphasen-Reaktion im Wesentlichen inert verhält. Das Kreisgas G kann Stickstoff, Wasserdampf, Kohlenstoffoxide und Mischungen davon enthalten.
- Bei der vorstehenden Definition der erfindungsgemäßen Anlage (
1 ) wurden nur die für die Erfindung wesentlichen Anlagenteile aufgeführt. Für den Fachmann selbstverständliche Anlagenteile, bspw. eine Heiz- und Zirkulationsvorrichtung für ein Wärmeträgermedium für den Reaktor (3 ) oder notwendige Zu- und Ableitungen wurden nicht explizit beschrieben, sind aber aus dem Definitionsbereich nicht ausgeschlossen. - In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Reaktor (
3 ) ein Rohrbündelreaktor, dessen Reaktionsrohre im Wesentlichen vollständig mit einem katalytisch aktiven Material gefüllt sind. Da die erfindungsgemäße Anlage (1 ) eine Temperiereinheit (13 ) umfasst, muss in dem Reaktor (3 ) keine Zone zum Vorheizen der Edukte A, B und/oder des Kreisgases G (ggf. mit einer inerten Schüttung) vorgesehen werden, so dass im Wesentlichen das vollständige Volumen der Reaktionsrohre eines Rohrbündelreaktors für die Gasphasen-Reaktion zur Verfügung steht. Bei gleichem Reaktorvolumen kann somit eine höhere Betriebslast realisiert werden. - Gattungsgemäße Anlagen zur Durchführung von heterogen katalysierten Gasphasen-Reaktionen müssen in regelmäßigen Abständen für Wartungsarbeiten heruntergefahren und abgestellt werden, beispielsweise um die Katalysatorbeschickung auszutauschen. Hierzu wird in der Regel ein abgekühltes Gas, beispielsweise das Kreisgas G oder Luft, verwendet. Nach dem Stand der Technik wird dieses Gas über einen separaten Kühler (Wärmetauscher) herunter gekühlt, bevor es dem Reaktor der Anlage zugeführt wird, um diesen selbst von innen zu kühlen. Da der Reaktor aufgrund seine stabilen metallischen Bauweise und der großen Mengen an Wärmeträgermedium einen hohen Wärmeinhalt hat, sind zusätzliche Investitionen für die Verrohrung entsprechend dimensionierter Leitungen notwendig, ebenso wie ein hoher Energieeinsatz für die Kühlung.
- Um die Investitionen und den Energieeinsatz zu verringern, ist in einer Weiterbildung der Erfindung die Temperiereinheit (
13 ) als Wärmetauscher ausgestaltet, der als Vorheizer oder als Kühler betreibbar ist. Im regulären Betrieb, d.h. bei der Durchführung von heterogen katalysierten Gasphasen-Reaktionen, dient die Temperiereinheit (13 ), d.h. der Wärmetauscher dem Vorheizen des Gasgemischs, das dem Reaktor (3 ) zugeführt wird. Im Wartungsbetrieb wird die gleiche Temperiereinheit (13 ) als Wärmetauscher in entgegen gesetzter Richtung betrieben, d.h. sie dient nun der Kühlung des dem Reaktor (3 ) zugeführten Gases. - Obwohl die erfindungsgemäße Temperiereinheit (
13 ) in dieser Ausführungsform aufwändiger gestaltet sein muss als ein reiner Vorheizer oder ein reiner Kühler, können der apparative Aufwand für die erfindungsgemäße Anlage und damit die Investitionskosten deutlich gesenkt werden. - Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Durchführung von heterogen katalysierten Gasphasen-Reaktionen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anlage (
1 ), umfassend die Schritte - a) Bereitstellen zumindest eines ersten Edukts A in einer ersten Zuführung (
5 ), - b) Bereitstellen zumindest eines zweiten Edukts B in einer zweiten Zuführung (
7 ), - c) Bereitstellen zumindest eines Kreisgases G in einer dritten Zuführung (
9 ), - d) Mischen des ersten Edukts A, des zweiten Edukts B und des Kreisgases G zu einem Reaktionsgemisch R in einer Leitung (
11 ), - e) Temperieren des Reaktionsgemischs R in einer Temperiereinheit (
13 ), - f) Zuführen des temperierten Reaktionsgemischs R zu einem Reaktor (
3 ), - g) Durchführen zumindest einer heterogen katalysierten Gasphasen-Reaktion zumindest zwischen dem ersten Edukt A und dem zweiten Edukt B und
- h) Abführen eines Gemischs aus zumindest einem Reaktionsprodukt P und dem zumindest einen Kreisgas G über zumindest eine Abführung (
15 ). - Das erfindungsgemäße Verfahren weist im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie das vorstehend beschriebene System (
1 ) auf. Insbesondere kann durch die erfindungsgemäße Temperiereinheit (13 ) das Vorheizen des Reaktionsgemischs R aus dem Reaktor (3 ) heraus ausgelagert und mit deutlich geringerem Energieaufwand vorgenommen werden, als es nach dem Stand der Technik möglich ist. - Ferner steht nach der Erfindung im Wesentlichen das gesamte Reaktorvolumen für die Gasphasen-Reaktion zur Verfügung, so dass bei gleichem Reaktorvolumen eine höhere Betriebslast realisiert werden kann.
- In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Temperiereinheit (
13 ) in Schritt d) als Wärmetauscher zum Vorheizen des Reaktionsgemischs R betrieben. Hierdurch kann im Reaktor (3 ) eine gleichmäßigere und für die Gasphasen-Reaktion optimalere Temperaturverteilung eingestellt werden, da dem Reaktor kein kühleres Reaktionsgemischs R zugeführt wird. Weiterhin gelangt das Reaktionsgemischs R mit einer höheren Temperatur auf eine Katalysatorbeschickung, was zu besseren Produktausbeuten führt. - Es ist für eine optimale Umsetzung der Edukte A und B zudem bevorzugt, wenn das Reaktionsgemisch R in Schritt d) in der Temperiereinheit (
13 ) auf eine Temperatur vorgeheizt wird, die bei 60 % bis 100 % der der Reaktionstemperatur im Reaktor (3 ) liegt. - Es hat sich für die Energiebilanz des erfindungsgemäßen Verfahrens als vorteilhaft herausgestellt, wenn Temperiereinheit (
13 ), d.h. dem Wärmetauscher, als Wärmeträgermedium heißer Prozessdampf D zugeführt wird. In größeren Betrieben der chemischen Industrie fällt heißer Prozessdampf D in der Regel als niederwertigere Energie in größerem Umfang an und steht für verschiedene Verwendungen zur Verfügung. Indem diese niederwertigere Energie, insbesondere Prozessdampf D mit 10 bar bis 25 bar, in der erfindungsgemäßen Temperiereinheit (13 ) zum Vorheizen des Reaktionsgemischs R verwendet wird, kann gegenüber dem Stand der Technik höherwertigere Energie, d.h. hochgespannter Dampf von mindestens 35 bar, eingespart werden, die beispielsweise zum Aufheizen des Reaktors (3 ) eingesetzt werden muss. - Wie vorstehend beschrieben müssen gattungsgemäße Anlagen zur Durchführung von heterogen katalysierten Gasphasen-Reaktionen in regelmäßigen Abständen für Wartungsarbeiten heruntergefahren und abgestellt werden. Dieser Notwendigkeit trägt eine weitere Ausführungsform des Verfahrens Rechnung, indem in Zeitintervallen die Schritte ausgeführt werden
- i) Anhalten der Schritte a) und b),
- ii) Durchführen des Schritts c),
- iii) Anhalten des Schritts d),
- iv) Temperieren des Kreisgases G in der Temperiereinheit (
13 ), - v) Zuführen des temperierten Kreisgases G zu dem Reaktor (
3 ), - vi) Anhalten des Schritts g)
- vii) Abführen des Kreisgases G über die Abführung (
15 ). - Hierdurch wird in einfacher, aber effizienter Weise die eigentliche heterogen katalysierte Gasphasen-Reaktion angehalten und das Verfahren in einen Wartungs- bzw. Instandhaltungsmodus gebracht.
- In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform wird die Temperiereinheit (
13 ) in Schritt d) als Wärmetauscher zum Abkühlen des Kreisgases G betrieben. Mit dieser Maßnahme können in vorteilhafter Weise die Investitionen für eine erfindungsgemäße Anlage (1 ) und der Energieeinsatz für das erfindungsgemäße Verfahren verringert werden. Gegenüber dem regulären Betrieb zur Durchführung der heterogen katalysierten Gasphasen-Reaktionen wird hier die Betriebsweise der Temperiereinheit (13 ), d.h. des Wärmetauschers, umgekehrt und zur Kühlung des dem Reaktor (3 ) zugeführten Gases eingesetzt. - Für die Energieeffizient hat es sich als sinnvoll erwiesen, dass der Temperiereinheit (
13 ) als Wärmeträgermedium kaltes Kondensat K zugeführt wird. Kaltes Kondensat K fällt in größeren Betrieben der chemischen Industrie (ähnlich wie heißer Prozessdampf D) in der Regel in größeren Mengen an. Nach der Verwendung als kühlendes Wärmeträgermedium steht das Kondensat K zudem als Heißkondensat HK zur Verfügung, das einen für die weitere Verwendung ausreichenden Energieinhalt besitzt. Somit kann die lokale Energiebilanz des Betriebs der chemischen Industrie weiter verbessert werden. - Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung der Anlage (1 ) in einer ersten Ausführungsform der Erfindung und -
2 eine schematische Darstellung der Anlage (1 ) in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. - In
1 wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Aus einem nicht näher dargestellten Vorratsgefäß wird über die erste Zuführung5 ein flüssiges oder gasförmiges Edukt A bereitgestellt. Dieses Edukt A wird dann an der dritten Zuführung9 mit einem vorgeheizten Kreisgas G vermischt, so dass das Edukt A, sofern es in flüssiger Form vorlag, im Wesentlichen vollständig verdampft wird. Über die zweite Zuführung7 wird das zweite Edukt B zugeführt und mit der Mischung aus Edukt A und Kreisgas G vermischt, so dass das Reaktionsgemisch R erhalten wird. - Das Reaktionsgemisch R wird über eine Leitung
11 in die Temperiereinheit13 eingeführt, wo es in dieser Ausführungsform mit Prozessdampf D auf eine Temperatur von 200 °C vorgeheizt wird. Das so vorgeheizte Reaktionsgemisch R wird dem Reaktor3 , in der vorliegenden Ausführungsform ein Rohrbündelreaktor mit Festbettkatalysatorbeschickung, zugeführt. - Da das Reaktionsgemisch R bereits auf eine ausreichende Temperatur für die heterogen katalysierte Gasphasen-Reaktion vorgeheizt ist, sind die Reaktionsrohre des Rohrbündelreaktors
3 im Wesentlichen vollständig mit katalytisch aktivem Material gefüllt, so dass bereits am Anfang der Reaktionsrohre die Umsetzung der Edukte A und B stattfindet. Aus dem Reaktor3 werden über eine Abführung15 das/die Produkt(e), Nebenprodukte und/oder unreagierte Edukte A und B abgeführt. - Die Darstellung der
1 verzichtet auf die aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannte Einrichtung für die weitere Aufarbeitung der/des Produkte/s und der Nebenprodukte wie beispielsweise Absorbtionskolonnen, Desorbtionskolonnen, Destillationskolonnen, Kristallisatoren oder dergleichen. - Während in
1 die erfindungsgemäße Anlage1 im Reaktionsmodus dargestellt ist, zeigt2 eine weitere Ausführungsform für die Wartung und Instandhaltung der Anlage. Nicht dargestellt sind die erste Zuführung5 und die zweite Zuführung7 für die Edukte A und B, da die Edukte im Wartungsmodus nicht bereitgestellt werden. Über die dritte Zuführung9 wird das Kreisgas G bereitgestellt und über die Leitung11 der Temperiereinheit13 zugeführt. Die als Wärmetauscher ausgeführte Temperiereinheit13 wird in dieser Ausführungsform nicht mehr mit Prozessdampf D zum Vorheizen des Reaktionsgemischs R betrieben. Die Zuführung von Prozessdampf D wird unterbrochen, indem das Ventil V1 geschlossen wird, und stattdessen kaltes oder vorgekühltes Kondensat K, dem Öffnen des Ventils V2, zugeführt, um das Kreisgas G in der Temperiereinheit13 herunterzukühlen. - Das auf diese Weise herunter gekühlte Kreisgas G wird dem Reaktor
3 zugeführt, um diesen seinerseits von innen zu kühlen. Durch den Wärmetausch wird das gekühlte Kondensat K zu Heißkondensat HK erhitzt, das in anderer Art und Weise sinnvoll weiterverwendet werden kann. - Über die Abführung
15 wird das im Reaktor aufgeheizte Kreisgas G entnommen und im Wesentlichen über eine nicht dargestellte Zirkulation an der dritten Zuführung9 bereitgestellt, um erneut der als Kühler wirkenden Temperiereinheit13 wieder zugeführt zu werden. - Auch in der Darstellung der
2 sind einige Anlagenteile nicht dargestellt, beispielsweise die Zirkulation und mögliche Auffang- und Lagerbehälter für das Wärmeträgermedium, welches im Reaktionsmodus die Reaktionsrohre des Rohbündelreaktors umspült. Dieses Wärmeträgermedium wird natürlich ebenfalls aus dem Reaktor3 abgelassen, um diesen ausreichen herunterkühlen zu können. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (10)
- Anlage (
1 ) zur Durchführung von heterogen katalysierten Gasphasen-Reaktionen, umfassend – einen Reaktor (3 ), – zumindest eine in den Reaktor (3 ) führende Leitung (11 ) zum Einleiten von Edukten in den Reaktor (3 ), – zumindest eine erste Zuführung (5 ) zum Bereitstellen zumindest eines ersten Edukts A, die in die Leitung (11 ) führt, – zumindest eine zweite Zuführung (7 ) zum Bereitstellen zumindest eines zweiten Edukts B, die in die Leitung (11 ) führt, – zumindest eine dritte Zuführung (9 ) zum Bereitstellen eines Kreisgases G, die in die Leitung (11 ) führt, – eine vor dem Reaktor (3 ) in der Leitung (11 ) angeordnete Temperiereinheit (13 ) zum Temperieren des ersten Edukts A und/oder zweiten Edukts B und/oder des Kreisgases G vor dem Eintritt in den Reaktor (3 ) und – zumindest eine Abführung (15 ) für Produkte, Nebenprodukte und/oder unreagierte Edukte der Gasphasen-Reaktion. - Anlage (
1 ) nach Anspruch 1, wobei der Reaktor (3 ) ein Rohrbündelreaktor ist, dessen Reaktionsrohre im Wesentlichen vollständig mit einem katalytisch aktiven Material gefüllt sind. - Anlage (
1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Temperiereinheit (13 ) ein Wärmetauscher ist, der als Vorheizer oder als Kühler betreibbar ist. - Verfahren zur Durchführung von heterogen katalysierten Gasphasen-Reaktionen unter Verwendung der Anlage (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend die Schritte a) Bereitstellen zumindest eines ersten Edukts A in einer ersten Zuführung (5 ), b) Bereitstellen zumindest eines zweiten Edukts B in einer zweiten Zuführung (7 ), c) Bereitstellen zumindest eines Kreisgases G in einer dritten Zuführung (9 ), d) Mischen des ersten Edukts A, des zweiten Edukts B und des Kreisgases G zu einem Reaktionsgemisch R in einer Leitung (11 ), e) Temperieren des Reaktionsgemischs R in einer Temperiereinheit (13 ), f) Zuführen des temperierten Reaktionsgemischs R zu einem Reaktor (3 ), g) Durchführen zumindest einer heterogen katalysierten Gasphasen-Reaktion zumindest zwischen dem ersten Edukt A und dem zweiten Edukt B und h) Abführen eines Gemischs aus zumindest einem Reaktionsprodukt P und dem zumindest einen Kreisgas G über zumindest eine Abführung (15 ). - Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Temperiereinheit (
13 ) in Schritt d) als Wärmetauscher zum Vorheizen des Reaktionsgemischs R betrieben wird. - Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Reaktionsgemisch R in Schritt d) in der Temperiereinheit (
13 ) auf eine Temperatur vorgeheizt wird, die bei 60 % bis 100 % der der Reaktionstemperatur im Reaktor (3 ) liegt. - Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Temperiereinheit (
13 ) als Wärmeträgermedium heißer Prozessdampf D zugeführt wird. - Verfahren nach Anspruch 4, wobei in Zeitintervallen die Schritte ausgeführt werden i) Anhalten der Schritte a) und b), ii) Durchführen des Schritts c), iii) Anhalten des Schritts d), iv) Temperieren des Kreisgases G in der Temperiereinheit (
13 ), v) Zuführen des temperierten Kreisgases G zu dem Reaktor (3 ), vi) Anhalten des Schritts g) vii) Abführen des Kreisgases G über die Abführung (15 ). - Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Temperiereinheit (
13 ) in Schritt d) als Wärmetauscher zum Abkühlen des Kreisgases G betrieben wird. - Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Temperiereinheit (
13 ) als Wärmeträgermedium kaltes Kondensat K zugeführt wird.
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