DE102016002679A1 - Apparatus and method for carrying out heterogeneously catalyzed exothermic gas phase reactions - Google Patents

Apparatus and method for carrying out heterogeneously catalyzed exothermic gas phase reactions Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reaktor und Verfahren zur Durchführung von heterogen katalysierten Gasphasenreaktionen mit hohen Wärmetönungen, wobei die Reaktion in einem Kontaktrohrbündelreaktor 1, dessen Rohre 2 mit Katalysator befüllt sind und die im Mantelraum über an den beiden Enden angebrachte Ringleitungen 12, 13 mittels mindestens einer externen Pumpe 17 und Kühler 16 aufrecht erhaltenen Wärmeaustauschmittel-Kreislauf in bekannter Weise gekühlt werden, die Zuführung des Wärmeaustauschmittels über die untere Ringleitung 13 und das Eduktgas über die obere Reaktorhaube erfolgt 5 und der Reaktormantel mit mindestens einer oder mehreren zusätzlichen Ringleitungen 19 und entsprechenden Mantelöffnungen 18 ausgestattet ist, die von der Gaseintrittsseite aus betrachtet in der oberen Hälfte des Mantelsraumes angeordnet sind und durch eine geregelte Entnahme und/oder Zugabe von Teilmengen an Wärmeaustauschmittel eine Temperaturerhöhung von maximal 10 K in Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmittels über dem Entnahme- bzw. Zugabequerschnitts liegenden Mantelraumes bewirkt wird, wobei die Zugabe der Teilmenge über eine eine zusätzliche Pumpe erfolgt und die Teilmenge zusätzlich extern erwärmt sein kann.The invention relates to a reactor and method for carrying out heterogeneously catalyzed gas phase reactions with high heat of reaction, wherein the reaction in a contact tube bundle reactor 1, the tubes 2 are filled with catalyst and in the jacket space via attached at the two ends ring lines 12, 13 by means of at least one external Pump 17 and cooler 16 are maintained in the known heat exchange medium circuit, the supply of the heat exchange medium via the lower ring 13 and the educt gas on the upper reactor hood 5 and the reactor shell with at least one or more additional ring lines 19 and corresponding shell openings 18 equipped is, as viewed from the gas inlet side in the upper half of the jacket space are arranged and by a controlled removal and / or addition of subsets of heat exchange means, a temperature increase of not more than 10 K in Strömungsrichtu ng the heat exchange medium over the removal or addition cross section lying jacket space is effected, wherein the addition of the subset via an additional pump and the subset may be additionally heated externally.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von exothermen, heterogen katalysierten Gasphasenreaktionen wie es beispielsweise die partielle Oxidation von o-Xylol- und/oder Naphthalin-Luftgemischen zu Phthalsäureanhydrid (PSA) darstellt. Zur Durchführung solcher Reaktionen, insbesondere bei der Gasphasenoxidation von Kohlenwasserstoffen zu Aldehyden, Säuren oder Säureanhydriden haben sich in der Technik fast ausschließlich Röhrenreaktoren durchgesetzt, bei denen das Einsatzgasgemisch durch eine Vielzahl von senkrecht angeordneten, mit Katalysator gefüllten Rohre (Kontaktrohre) geleitet wird und die Rohre mit einem Kühlmedium (Wärmeaustauschmittel) umspült werden. Die Kontaktrohre sind üblicherweise mit ihren Enden in Rohrböden abdichtend befestigt und münden jeweils in eine am oberen bzw. am unteren Ende mit dem Reaktorbehälter verbundene Haube. Über diese Hauben erfolgt die Zugabe des Einsatzgemisches bzw. das Abführen des Produktgemisches. Die Katalysatoren haben in der Regel die Form von Kugeln oder Ringen, in vielen Fällen bestehen sie aus inertem keramischem Trägermaterial die mit einer dünnen Beschichtung aus katalytisch aktiver Masse versehen sind. Diese Masse ist porös, so dass die Einsatzstoffe in die katalytisch aktive Schicht eindringen und dort die chemische Umwandlung erfolgen kann. Das dabei erzeugte Reaktionsgasgemisch wird durch Diffusion zurück in den Gasstrom geleitet. Die bei der Reaktion erzeugte Wärme wird über den Gasstrom zu einem großen Teil an die Rohrwand transportiert und von dort an das Wärmeaustauschmittel abgegeben.The invention relates to a process for carrying out exothermic, heterogeneously catalyzed gas phase reactions, such as, for example, the partial oxidation of o-xylene and / or naphthalene air mixtures to phthalic anhydride (PSA). To carry out such reactions, especially in the gas-phase oxidation of hydrocarbons to aldehydes, acids or acid anhydrides, tube reactors have been almost exclusively used in the art in which the feed gas mixture is passed through a plurality of vertically arranged, catalyst-filled tubes (contact tubes) and the tubes be lapped with a cooling medium (heat exchange medium). The contact tubes are usually sealingly secured with their ends in tube sheets and each open into a connected at the top or at the bottom of the reactor vessel hood. About these hoods, the addition of the feed mixture or the removal of the product mixture. The catalysts usually have the form of spheres or rings, in many cases they consist of inert ceramic support material which are provided with a thin coating of catalytically active material. This mass is porous so that the starting materials penetrate into the catalytically active layer and there the chemical conversion can take place. The reaction gas mixture produced is passed back into the gas stream by diffusion. The heat generated in the reaction is transported via the gas flow to a large extent to the tube wall and discharged from there to the heat exchange medium.

Das Wärmetauschmittel wird in der Regel über eine Ringleitung im unteren Reaktorbereich, also an der Gasaustrittsseite, mit Hilfe eines Pumpsystems über eine Vielzahl von Mantelöffnungen in den von den beiden Rohrböden und Reaktormantel gebildeten Mantelraum zugeben und fließt unter Aufnahme der Reaktionswärme in eine am oberen Ende des Reaktors (Gaseintrittsseite) angebrachten weiteren Ringleitung über Mantelöffnungen aus dem Reaktor ab, wird dann mittels eines Wärmeaustauschers auf die gewünschte Wärmeaustauschmitteleintrittstemperatur abgekühlt und in den Reaktor zurückgeführt. Durch Einbauten im Kühlmittelraum wird ein möglichst hoher und homogener Wärmeübergang erreicht, so dass in allen Rohren eine möglichst gleichmäßige Reaktion stattfinden kann. Auf diese Weise sollen die Temperaturen in den Reaktionsrohren möglichst konstant gehalten werden, um eine hohe Produktausbeute und Produktqualität zu erzielen. In Abhängigkeit von der Art des Kohlenwasserstoffes, dessen Konzentration und eingesetzten Katalysators können die Temperaturen des Kühlmittels über 400°C liegen, im Falle der PSA-Herstellung liegen diese z. B. zwischen 350 und 420°C. Als Kühlmedium können verdampfbare Flüssigkeiten wie Wasser oder wie im Falle der PSA-Herstellung ein flüssiges eutektisches Salzgemisch dienen, welches um die Außenseite der Rohre zirkuliert und die Reaktionswärme an einen externen Kühler abgibt. Dieses Verfahren ist in vielen Patentschriften u. a. in WO 2003022418 , DE 2000124342 ausführlich beschrieben.The heat transfer medium is usually via a ring line in the lower reactor area, ie at the gas outlet side, with the aid of a pumping system via a plurality of shell openings in the jacket space formed by the two tube plates and reactor jacket and flows while receiving the heat of reaction in one at the top of the Reactor (gas inlet side) attached further ring line via shell openings from the reactor, is then cooled by means of a heat exchanger to the desired heat exchange medium inlet temperature and recycled to the reactor. Through installations in the coolant space the highest possible and homogeneous heat transfer is achieved, so that a uniform reaction can take place in all pipes. In this way, the temperatures in the reaction tubes should be kept as constant as possible in order to achieve a high product yield and product quality. Depending on the nature of the hydrocarbon, its concentration and catalyst used, the temperatures of the coolant can be above 400 ° C, in the case of PSA production these z. B. between 350 and 420 ° C. As the cooling medium can evaporable liquids such as water or as in the case of PSA production serve a liquid eutectic salt mixture which circulates around the outside of the tubes and emits the heat of reaction to an external cooler. This method is described in many patents, inter alia WO 2003022418 . DE 2000124342 described in detail.

Die mit diesem Verfahren erzielbaren molaren Ausbeuten liegen am Beispiel der PSA-Herstellung aus o-Xylol mit den derzeit verfügbaren Katalysatoren bei ca. 80 mol-% und damit noch erheblich unterhalb der theoretisch möglichen. Etwa 20% des eingesetzten o-Xylols gehen verloren durch Umwandlung in andere organische Stoffe und totale Oxidation zu Kohlendioxid und -monoxid, wobei die Überoxidation zu CO und CO2 den weitaus größten Teil des Verlustes ausmacht. Bedeutend bei stark exothermen in Rohrreaktoren durchgeführten Verfahren sind die sich ausbildenden Temperaturspitzen im Katalysatorbett, Hot-Spots genannt, hervorgerufen durch den limitierten Wärmetransport über die Gasphase zur Rohrwand und zwar insbesondere in der Katalysatorzone mit der höchsten Umwandlungsrate. Diese Zone liegt von der Gaseintrittsseite aus gesehen in der Regel immer in der ersten Hälfte des Reaktors. In kommerziellen Anlagen zur Herstellung von PSA können die Temperaturspitzen in diesem Bereich bis zu 100°C über der Temperatur des Salzbades liegen und damit bis 500°C erreichen. Hohe Temperaturen bedeuten Überoxidation und damit Ausbeuteverlust. Hierin liegt ein grundsätzliches Problem dieses Verfahrens bzw. der verwendeten Reaktoren: aus Gründen der geforderten Produktqualität ist die Bildung von Unteroxidationsprodukten (wie beispielsweise Phthalid) möglichst zu vermeiden, was nur über eine höhere Temperatur des Salzbades gewährleistet werden kann, eine Temperatur, die für eine hohe Produktausbeute eigentlich nicht erforderlich wäre.The achievable with this method molar yields are the example of PSA production from o-xylene with the currently available catalysts at about 80 mol% and thus still significantly below the theoretically possible. About 20% of the o-xylene used is lost through conversion to other organics and total oxidation to carbon dioxide and monoxide, with over-oxidation to CO and CO2 accounting for much more of the loss. Significant in highly exothermic processes carried out in tubular reactors, the forming temperature peaks in the catalyst bed, called hot spots, are caused by the limited heat transfer via the gas phase to the tube wall, specifically in the catalyst zone with the highest conversion rate. As a rule, this zone is always in the first half of the reactor from the gas inlet side. In commercial plants for the production of PSA, the temperature peaks in this range can be up to 100 ° C above the temperature of the salt bath and thus reach up to 500 ° C. High temperatures mean overoxidation and thus loss of yield. This is a fundamental problem of this process or the reactors used: for reasons of required product quality, the formation of suboxidation products (such as phthalide) should be avoided as much as possible, which can only be ensured by a higher temperature of the salt bath, a temperature that is suitable for a high product yield would actually not be required.

Es hat daher in der Vergangenheit nicht an Versuchen gefehlt, die o. a. Verfahrensweise zu verbessern. In Patenten werden die Verwendung von 2- und Mehrzonenreaktoren beansprucht, bei der verschiedene Reaktionszonen gezielt über voneinander getrennte Kühlkreisläufe gesteuert werden können, um auf diese Weise die optimalen Betriebsbedingungen für eine hohe Ausbeute und geforderte Produktqualität zu finden ( WO 2007/082827 A1 , EP 0453 951 B1 ). Da Mehrzonenreaktoren deutlich mehr kosten als Einzonenreaktoren finden solche Reaktoren in nur wenigen Einzelfällen Verwendung. In der kommerziellen Herstellung von Phthalsäureanhydrid werden ausschließlich Einzonenreaktoren, d. h. Reaktoren mit einem einzigen äußeren Wärmeaustauschmittelkreislauf, eingesetzt.There has therefore been no lack of attempts in the past to improve the above-mentioned procedure. Patents claim the use of 2- and multi-zone reactors in which different reaction zones can be selectively controlled via separate cooling circuits in order to find the optimum operating conditions for a high yield and required product quality ( WO 2007/082827 A1 . EP 0453 951 B1 ). Since multi-zone reactors cost considerably more than single-zone reactors, such reactors are used in only a few individual cases. In the commercial production of phthalic anhydride, only single-zone reactors, ie reactors with a single external heat exchange medium circuit, are used.

In den Patentschriften DE 2201 528 B1 und DE 100 24 342 A1 werden zwar u. a. Reaktorvarianten auf Basis von Einzonenreaktoren vorgeschlagen, die durch den Einbau von mindestens einer zusätzlichen Ringleitung an einer Zwischenstelle die Zuführung bzw. Abführung einer regelbaren Menge an Wärmetauschmittel ermöglichen, um auf diese Weise die Temperaturcharakteristik in bestimmter Weise zu ändern. Den in beiden Schriften offenbarten Maßnahmen ist gemeinsam, dass im oberen Reaktorbereich, insbesondere im Bereich der Hot-Spot-Zone, die Salzbadtemperatur nicht bzw. nur abgesenkt (in Richtung Eingangstemperatur) werden kann. Eine Temperaturerhöhung (in Richtung Ausgangstemperatur) ist nur für die unterhalb der Hot-Spot-Zone liegenden Bereiche möglich. In the patents DE 2201 528 B1 and DE 100 24 342 A1 Although reactor variants based on single-zone reactors are proposed which allow the introduction or discharge of an adjustable amount of heat exchange agent by the installation of at least one additional loop at an intermediate point, in this way to change the temperature characteristics in a certain way. The measures disclosed in both documents have in common that in the upper reactor area, in particular in the area of the hot spot zone, the salt bath temperature can not or only be lowered (in the direction of the inlet temperature). A temperature increase (in the direction of the outlet temperature) is only possible for the areas below the hot spot zone.

Die in den angeführten Patentschriften beanspruchten Maßnahmen zielen daher u. a. auf die Limitierung der Hot-Spot-Temperaturen via „zusätzlicher Kühlung”, ein Ziel, das aber in wirtschaftlicher Weise auch über die Optimierung der eingesetzten Katalysatoren bzw. Katalysatorsysteme erreichen lässt. Genau dieser Weg wurde auch beschritten.The measures claimed in the cited patents therefore aim u. a. on the limitation of hot-spot temperatures via "additional cooling", a goal that can be achieved in an economic way on the optimization of the catalysts or catalyst systems used. Exactly this way was also trodden.

So hat sich der Einsatz von unterschiedlich aktiven und selektiven Katalysatoren durchgesetzt, die schichtweise in den Reaktionsrohren angeordnet werden, wobei in der Regel der aktivste Katalysator zum Gasaustritt hin angeordnet ist, die inaktivste Katalysatorschicht sich am Gaseintritt befindet ( WO 2007/135104 A1 , WO 2011/095416 A1 . Damit wird im vorderen (oberen) Reaktionsbereich die aufgrund der hohen Eingangsstoffkonzentration bedingte hohe Umsetzungsrate reduziert, um die daraus resultierenden Hot-Spot-Temperaturen zu limitieren. Im unteren Bereich des Reaktors werden dagegen deutlich aktivere Katalysatorschichten eingesetzt. Dort findet in der Hauptsache nur noch die Oxidation der restlichen Einsatz- und Unteroxidationsprodukte zu PSA statt, was mit einer vergleichbar niedrigeren Wärmeentstehung verbunden ist. In den letzten fünfzehn Jahren wurde das Prinzip der Mehrschichtkatalysatoren immer weiter verfeinert, üblicherweise werden sogenannte Vierschicht-Katalysatorsysteme eingesetzt ( WO 2011/095416 A1 ).Thus, the use of differently active and selective catalysts has prevailed, which are arranged in layers in the reaction tubes, wherein usually the most active catalyst is arranged towards the gas outlet, the inactive catalyst layer is located at the gas inlet ( WO 2007/135104 A1 . WO 2011/095416 A1 , This reduces the high reaction rate due to the high input material concentration in the front (upper) reaction zone in order to limit the resulting hot spot temperatures. On the other hand, much more active catalyst layers are used in the lower part of the reactor. There, in the main, only the oxidation of the remaining feed and under oxidation products to PSA takes place, which is associated with a comparatively lower heat generation. In the last fifteen years, the principle of multilayer catalysts has been further refined, usually so-called four-layer catalyst systems are used ( WO 2011/095416 A1 ).

Ein Problem kann ein noch so optimiertes Mehrschichtkatalysatorsystem aber nicht beheben: Die mit zunehmender Einsatzdauer einhergehende partielle Deaktivierung der Katalysatoren. Die insbesondere im Hot-Spot-Bereich auftretenden hohen Temperaturen führen zu einer mit zunehmender Laufzeit einhergehenden partiellen Katalysatorschädigung, die das Reaktionsgeschehen tiefer in das Katalysatorbett verschiebt, erkennbar an einer Verschiebung der Hot-Spot-Zone. Untersuchungen von Anastasov et. al. (Braz. J. Chem. Eng. Vol. 25 no. 2 , haben gezeigt, dass schon nach 12 Monaten Laufzeit die ursprüngliche Aktivität eines Oberschichtkatalysators in der Hot-Spot-Zone bis um ca. 30% gefallen sein kann, während die aktivere Katalysatorschicht im unteren Reaktorbereich sich erst um ca. 10% erniedrigt hat. Die Folge dieser Verschiebung des Reaktionsgeschehens in tiefer liegende aktivere und weniger selektive Katalysatorschichten ist mit einer merklichen Ausbeutereduzierung und Verschlechterung der Produktqualität verbunden. Besonders bei hohen Konzentrationen an Einsatzprodukt in Verbindung mit gealterten Katalysatoren, nimmt das Problem erreichbare Produktausbeute und Produktqualität an Bedeutung zu. Dies kann soweit führen, dass das gesamte Katalysatorsystem relativ bald ausgetauscht werden muß, was mit Produktionsausfall und hohen Kosten verbunden ist.However, a still optimized multi-layer catalyst system can not solve a problem: the partial deactivation of the catalysts, which is associated with increasing duration of use. The high temperatures which occur in particular in the hot spot range lead to a partial damage to the catalyst associated with increasing transit time, which shifts the reaction process deeper into the catalyst bed, recognizable by a displacement of the hot spot zone. Investigations of Anastasov et. al. (Braz J. Chem. Eng. Vol. 25 no. 2 , have shown that the original activity of an upper-layer catalyst in the hot-spot zone may already have fallen by about 30% after only 12 months, while the more active catalyst layer in the lower reactor region has only decreased by about 10%. The consequence of this shift of the reaction into deeper active and less selective catalyst layers is associated with a significant yield reduction and product quality degradation. Especially at high concentrations of feedstock in conjunction with aged catalysts, the problem of attainable product yield and product quality becomes more important. This can lead so far that the entire catalyst system must be replaced relatively soon, which is associated with loss of production and high costs.

Eine Möglichkeit der Hot-Spot-Wanderung bei den sogenannten Einzonenreaktoren entgegen zu wirken, ist eine Erhöhung Salzbadtemperatur, die aber nach dem derzeitigen Stand der Technik stets den gesamten Reaktionsbereich betrifft, oder eine Verringerung der Menge an Eingangsgemisch, bestehend aus Luft und Einsatzstoff (z. B. o-Xylol). Ersteres bedeutet Zunahme der Totaloxidation, gleich merkliche Abnahme der Ausbeute, da die Temperaturerhöhung über den ganzen Reaktor erfolgt. Letzteres bedeutet, dass zwar mit konstanter Hot-Spot-Lage die Selektivität der Reaktion konstant bleibt, aber die Produktivität der Anlage zurückgeht. Mit großem Vorteil verbunden wäre daher ein Verfahren, bei dem gezielt die Temperatur in der oberen Reaktorhälfte angehoben werden kann, ohne die Bedingungen in der unteren Reaktorhälfte zu verändern, vorausgesetzt die dazu notwendige Reaktionseinheit ist noch wirtschaftlich darstellbar.One way of counteracting the hot-spot migration in the so-called single-zone reactors, is an increase salt bath temperature, but in the current state of the art always relates to the entire reaction range, or a reduction in the amount of input mixture consisting of air and feedstock (eg B. o-xylene). The former means increase in total oxidation, equal to noticeable decrease in yield, since the temperature increase over the entire reactor takes place. The latter means that although the selectivity of the reaction remains constant with a constant hot-spot position, the productivity of the system decreases. A great advantage would therefore be a method in which the temperature in the upper half of the reactor can be selectively raised without changing the conditions in the lower half of the reactor, provided that the necessary reaction unit is still economically feasible.

Ein weiteres Problem, insbesondere bei den neuen Mehrschichtkatalysatoren ist, dass das Anfahren eines frischen Katalysatorystems immer komplexer und zeitaufwendiger geworden ist. In der WO 2011/095416 A1 wird auf diese Probleme und die beschrittenen Lösungswege näher eingegangen. Allen neuen Mehrschichtkatalysatorsystemen ist gemein, dass in der Anfahrphase durch Variation von Luftmenge und anfänglich höheren Salzbadtemperaturen die Höhe und Lage des Hot-Spots eingestellt wird und teilweise eine bewusste Verschiebung der Hot-Spot-Zone verlangt wird. Mit einer Vorrichtung, die eine gezielte Temperaturmoderierung beschränkt auf die erste Reaktorhälfte (Gaseintritt) auf einfache Weise erlauben würde, wäre von großem Wert. Die Anfahrzeit bis ein Reaktor mit frisch gewechseltem Katalysatorsystem auf die optimale Leistung (Ausbeute, Kapazität, Qualität) gefahren ist, könnte sich damit erheblich verkürzen. Auch Fehler beim Einfahren mit negativen Folgen für Ausbeute/Kapazität und Lebensdauer des Katalysatorsystems ließen sich deutlich minimieren.Another problem, especially with the new multilayer catalysts, is that starting a fresh catalyst system has become increasingly complex and time consuming. In the WO 2011/095416 A1 is addressed in more detail on these problems and the solutions. All new multilayer catalyst systems have in common that in the start-up phase by varying the amount of air and initially higher salt bath temperatures, the height and position of the hot spot is set and sometimes a deliberate shift of the hot spot zone is required. With a device that would allow a targeted temperature moderated limited to the first half of the reactor (gas inlet) in a simple manner, would be of great value. The start-up time until a reactor with freshly changed catalyst system drove to the optimum performance (yield, capacity, quality), could be considerably shorter. Also errors during retraction with negative consequences for yield / capacity and life of the catalyst system could be significantly reduced.

Gesucht ist eine wirtschaftlich sinnvolle Vorrichtung auf Basis eines Einzonen-Vielrohrreaktors zur Durchführung von Verfahren für heterogen katalysierte exotherme Gasphasenoxidationsreaktionen, mit dem einer Hot-Spot-Wanderung in tieferliegende Katalysatorschichten entgegen gewirkt werden kann, ohne die in den tieferliegenden Katalysatorschichten herrschenden Reaktionsbedingungen negativ zu beeinflussen. Vorteilhaft wäre eine moderate und steuerbare Temperaturerhöhung über das Wärmeaustauschmittel nur in der ersten Reaktorhälfte (Gaseintrittsseite). Auch die bei der Inbetriebnahme bzw. dem Anfahren von frischen PSA-Katalysatorsystemen teilweise komplexen Anfahrprozeduren ließen sich mit einem entsprechend modifiziertem Reaktor bzw. Verfahren erheblich vereinfachen und verkürzen. Fehler beim Einfahren mit negativen Folgen für Ausbeute/Kapazität und Lebensdauer des Katalysatorsystems könnten damit vermieden bzw. deutlich minimiert werden. What is desired is an economically viable apparatus based on a one-zone multi-tube reactor for carrying out processes for heterogeneously catalyzed exothermic gas phase oxidation reactions, with which a hot spot migration into deeper catalyst layers can be counteracted without adversely affecting the reaction conditions prevailing in the underlying catalyst layers. A moderate and controllable increase in temperature via the heat exchange medium would be advantageous only in the first half of the reactor (gas inlet side). The start-up procedures or the start-up of fresh PSA catalyst systems sometimes complex start-up procedures could be considerably simplified and shortened with a correspondingly modified reactor or process. Errors during retraction with negative consequences for yield / capacity and lifetime of the catalyst system could thus be avoided or significantly minimized.

Eine Lösung der Aufgabe besteht durch einen zusätzlichen Einbau von mindestens einer Vorrichtung, die die zusätzliche Zuführung bzw. Abführung einer regelbaren Menge an Wärmetauschmittel ermöglichen und zwar in der in der Weise, dass

  • a) die Zuführung des Reaktionsgases in den Reaktor immer entgegengesetzt der Zuführung des Wärmeaustauschmittels erfolgt und
  • b) mindestens eine zusätzliche Ringleitung (1, 18a) in der 1. Hälfte des Reaktors, also auf Seite des Gaseintrittes, angebracht ist, um eine regelbare Teilmenge an Wärmeaustauschmittel abzunehmen und diese an den externen Wärmeaustauscher weitergeleitet wird. Durch die abgeführte Menge an Wärmeaustauschmittel kommt es zu einer geringen Minderung des Wärmeübergangs in dem darüber liegendem Reaktorteilbereich, in Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmittels, was zu einer moderaten Temperaturerhöhung in diesem Bereich führt. Die Teilmengenentnahme ist dabei so zu regeln, dass die maximale Temperaturzunahme (Delta T) maximal 10 K, bevorzugt maximal 5 K, besonders bevorzugt 3 ist. Als Bezugspunkt wird jeweils die vor der Entnahme gemessene Temperatur herangezogen.
A solution to the problem consists of an additional installation of at least one device, which allow the additional supply or discharge of an adjustable amount of heat exchange medium in the manner in which
  • a) the supply of the reaction gas in the reactor is always opposite to the supply of the heat exchange medium and
  • b) at least one additional loop ( 1 . 18a ) in the first half of the reactor, so on the side of the gas inlet, is mounted to remove a controllable subset of heat exchange means and this is forwarded to the external heat exchanger. The amount of heat exchanging agent removed leads to a slight reduction in the heat transfer in the overlying reactor section, in the flow direction of the heat exchange medium, which leads to a moderate increase in temperature in this area. The partial quantity removal is to be regulated so that the maximum temperature increase (delta T) is at most 10 K, preferably at most 5 K, particularly preferably 3. The reference point used is the temperature measured before removal.

Diese geringe Temperaturerhöhung führt zu einer entsprechenden leicht erhöhten Umsetzung in der darüber liegenden Katalysatorschicht, verbunden mit der einer Erhöhung der örtlichen Katalysatortemperatur, die höher sein kann als die des Wärmeaustauschmittels. Die Abnahme der Teilmenge an Wärmetauschmittel wird dabei so gesteuert, dass der Hot-Spot in Lage und Höhe über die Laufzeit möglichst konstant bleibt oder, wenn gewünscht, optimiert wird. Dadurch bleibt die Ausbeute wie auch die Produktqualität über einen deutlich längeren Zeitraum im Optimum. Die Bedingungen (Temperatur, Fluiddynamik) unterhalb des zusätzlichen Ringkanals bleiben durch diese Maßnahme unbeeinflußt. Bevorzugt wird der zur Entnahme bestimmte Ringkanal so angebracht, dass er direkt über einer an der Behälterwand befestigten Umlenkscheibe liegt (1, 7)This small increase in temperature leads to a corresponding slightly increased conversion in the overlying catalyst layer, associated with an increase in the local catalyst temperature, which may be higher than that of the heat exchange medium. The decrease of the subset of heat exchange medium is controlled so that the hot spot in position and height remains as constant as possible over the term or, if desired, is optimized. As a result, the yield as well as the product quality remains optimal over a much longer period of time. The conditions (temperature, fluid dynamics) below the additional ring channel remain unaffected by this measure. Preferably, the intended for removal ring channel is mounted so that it is directly above a mounted on the container wall deflection plate ( 1 . 7 )

Eine weitere Lösungsmöglichkeit ist die Zugabe einer Teilmenge an Wärmeaustauschmittel über einen zusätzlichen Ringkanal mittels einer Pumpe, wobei diese Teilmenge eine höhere Temperatur hat als die Temperatur des Wärmemittels im Reaktor unmittelbar unterhalb der Einspeisungsstelle (2, 18b). Die Temperatur sowie der Mengenanteil des zugegebenen Wärmetauschmittels ist dabei ebenfalls so zu wählen, dass es nur zu moderaten bzw. geringen Temperaturerhöhung in dem in Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmittels darüber liegendem Reaktorteilbereich kommt. Dabei soll die Teilmengenzugabe so geregelt sein, dass die maximale Temperaturzunahme (Delta T) maximal 10 K, bevorzugt maximal 5 K, besonders bevorzugt 3 K ist. Vorzugsweise soll bei dieser Ausführung die Teilmenge an Wärmetauschmittel aus dem oberen Ringkanal (2, 12) bzw. aus dessen Ableitung (2, 14) zum externen Kühler stammen. Bei Bedarf kann ein zusätzliche Heizungsteil (2 23) zugeschaltet werden. Bevorzugt wird der zur Zugabe bestimmte Ringkanal so angebracht, dass er unter einer an der Behälterwand befestigten Umlenkscheibe (2, 7) angeordnet ist.Another possible solution is the addition of a subset of heat exchange agent via an additional annular channel by means of a pump, this subset has a higher temperature than the temperature of the heating means in the reactor immediately below the feed point ( 2 . 18b ). The temperature and the proportion of the added heat exchange medium is also to be chosen so that there is only moderate or low temperature increase in the lying in the flow direction of the heat exchange means over the reactor section. The partial amount addition should be regulated so that the maximum temperature increase (delta T) is at most 10 K, preferably at most 5 K, particularly preferably 3 K. Preferably, in this embodiment, the subset of heat exchange medium from the upper annular channel ( 2 . 12 ) or from its derivation ( 2 . 14 ) come to the external cooler. If required, an additional heating section ( 2 23 ) are switched on. Preferably, the ring channel intended for the addition is mounted in such a way that it can be moved under a deflection disk () attached to the container wall (FIG. 2 . 7 ) is arranged.

Auch bei dieser Lösungsmöglichkeit führt die in Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmittels erfolgte geringe Temperaturerhöhung zu einer entsprechenden Umsatzerhöhung in der betreffenden Katalysatorschicht, verbunden mit der äquivalenten Erhöhung der örtlichen Katalysatortemperatur. Die Bedingungen für das Wärmeaustauschmittel im unterhalb des Zugaberingkanals liegenden Behälterteils bleiben durch diese Maßnahme unbeeinflußt. Die Zugabe ist dabei so zu steuern, dass der Hot-Spot in Lage und Höhe über die Laufzeit möglichst konstant bleibt oder, wenn gewünscht, optimiert wird. Dadurch kann die Ausbeute wie auch die Produktqualität über einen deutlich längeren Zeitraum im Optimum gehalten werden. Vorteil dieser Variante ist, dass die Fluiddynamik der Kühlmittelströmung in keinster Weise negativ beeinflusst wird.Even with this possible solution, the small increase in temperature in the flow direction of the heat exchange medium leads to a corresponding increase in the conversion in the catalyst layer concerned, associated with the equivalent increase in the local catalyst temperature. The conditions for the heat exchange medium in the lying below the Zugaberingkanals container part remain unaffected by this measure. The addition should be controlled in such a way that the hot spot in position and height remains as constant as possible over the duration or, if desired, is optimized. As a result, the yield as well as the product quality over a much longer period can be kept in the optimum. The advantage of this variant is that the fluid dynamics of the coolant flow is in no way adversely affected.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Kombination dieser o. a. Varianten. Hierzu ist mindestens eine zweite zusätzliche Ringleitung an der oberen Reaktorhälfte angebracht (3, 18c). Je nach Bedarf erfolgt eine abwechselnde oder auch gleichzeitige Zugabe oder Abnahme an Wärmetauschmittel. Vorzugsweise sind die Zusatzkanäle so zu positionieren, dass die Abnahme über die obere Ringleitung (3, 18c), die Zugabe an der darunterliegenden zusätzlichen Ringleitung (3, 18b) erfolgt.Another embodiment of the method according to the invention is a combination of these variants. For this purpose, at least one second additional ring line is attached to the upper half of the reactor ( 3 . 18c ). Depending on requirements, an alternating or simultaneous addition or decrease of heat transfer agent takes place. Preferably, the additional channels are to be positioned so that the decrease over the upper loop ( 3 . 18c ), the addition to the underlying additional loop ( 3 . 18b ) he follows.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Abnahme und/oder Zugabe von Teilmengen an Wärmeaustauschmittel über das Zentralrohr des Reaktors, welches über entsprechende radial angebrachte Rohröffnungen (4, 24, 25) sowie entsprechende Drosselventile (4, 26) verfügt. Die Regelung kann beispielsweise durch ein über ein Hub-gesteuertes Drosselventils erfolgen. Der Abfluss der entnommenen Teilmenge an Wärmeaustauschmittel geschieht über den Mantelraum, der direkt unter der oberen Bodenplatte 3 liegt und den am oberen Reaktorende positionierten Ringkanal (12). In a further embodiment of the method according to the invention, the removal and / or addition of subsets of heat exchange medium via the central tube of the reactor, which via corresponding radially mounted tube openings ( 4 . 24 . 25 ) and corresponding throttle valves ( 4 . 26 ). The control can be done for example by a hub-controlled throttle valve. The outflow of the withdrawn subset of heat exchange agent takes place via the jacket space, which is directly under the upper base plate 3 is located and positioned at the upper end of the reactor ring channel ( 12 ).

Auch in diesem Fall sind entsprechenden Kombinationen mit den vorher erwähnten Varianten möglich. Für den Fall der Zugabe von Teilmengen an Wärmetauschmittel ist eine Pumpe im Zentralrohr erforderlich sowie entsprechend ansteuerbare Ventile und ggf. zusätzliche radial angeordnete Zylinderöffnungen.Also in this case, corresponding combinations with the aforementioned variants are possible. In the case of the addition of subsets of heat transfer medium, a pump in the central tube is required as well as appropriately controllable valves and possibly additional radially arranged cylinder openings.

In den nachfolgenden Beispielen soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Beispiele stellen keine Beschränkung im Sinne der vorliegenden Erfindung dar. Die Erfindung kann jegliche, dem Fachmann geläufige Ausführungsform umfassen.In the following examples, the invention will be explained in more detail. The examples are not limitative in the sense of the present invention. The invention may comprise any embodiment known to the person skilled in the art.

1 zeigt im Längsschnitt einen Reaktionsbehälter 1, in dem eine Vielzahl an Reaktionsrohren 2 vertikal untergebracht sind, wobei die Rohre mit ihren Enden in einen oberen und unteren Reaktorboden 3 bzw. 4 abdichtend befestigt sind und in die obere bzw. untere Reaktorhaube 5 bzw. 6 münden. Über diese Hauben erfolgt die Zuführung des Edukt- bzw. die Abführung des Produktgases. Die Reaktionsrohre sind mit Katalysatoren befüllt, wobei es sich je nach Prozess auch um unterschiedliche aktive und selektive Katalysatorschichten handeln kann. Beim PSA-Prozess werden in der Regel 3–4 schichtige Katalysatorsysteme eingesetzt. 1 shows in longitudinal section a reaction vessel 1 in which a variety of reaction tubes 2 are housed vertically, the tubes with their ends in an upper and lower reactor bottom 3 respectively. 4 are sealingly attached and in the upper and lower reactor hood 5 respectively. 6 lead. About these hoods, the supply of Edukt- or the removal of the product gas. The reaction tubes are filled with catalysts, which may also be different active and selective catalyst layers depending on the process. The PSA process generally uses 3-4-layer catalyst systems.

Durch den über die Reaktorböden vom Gasraum abgetrennten Behälterraum (Mantelraum) wird ein die Reaktionsrohre umspülendes Wärmeaustauschmittel geleitet, um die Wärmebilanz auszugleichen, im Falle von exothermen Reaktionen um Wärme aufzunehmen. Die Zuleitung bzw. Ableitung des Wärmeaustauschmittel in den Mantelraum erfolgt mit Hilfe einer oberen bzw. unteren Ringleitung 12 bzw. 13 über eine Vielzahl von radial positionierten Mantelöffnungen 10, 11. Das Wärmeaustauschmittel wird nach Austritt aus dem Mantelraum über eine Zuleitung 14 in einer externen Kühleinrichtung 16 wieder auf seine ursprüngliche Temperatur gebracht, bevor es über die Zuleitung 15 und den unteren Ringkanal bzw. den dazugehörigen Mantelöffnungen 11 wieder in den Wärmetauschmittel-Kreislauf zum Mantelraumbehälter zurückgeführt wird. Der Wärmeaustauschmittel-Kreislauf wird über eine Pumpe 17 gewährleistet. Bei Reaktoren mit großem Durchmesser und einer großen Anzahl an Kontaktrohren kann der Wärmetauschmittelkreislauf bei Bedarf über zwei Pumpen aufrecht erhalten werden und ebenso die Kühlung über zusätzliche externe Kühleinheiten erfolgen.Through the tank space (shell space) separated from the gas space via the reactor bottoms, a heat exchange medium circulating around the reaction tubes is passed in order to equalize the heat balance and absorb heat in the event of exothermic reactions. The supply or discharge of the heat exchange medium into the jacket space takes place with the aid of an upper or lower ring line 12 respectively. 13 via a plurality of radially positioned shell openings 10 . 11 , The heat exchange medium is after leaving the jacket space via a supply line 14 in an external cooling device 16 brought back to its original temperature, before it over the supply line 15 and the lower annular channel or the associated shell openings 11 is recycled back to the heat transfer medium circuit to Mantelraumbehälter. The heat exchange fluid circuit is via a pump 17 guaranteed. For large diameter reactors and a large number of catalyst tubes, the heat exchange fluid circuit can be maintained via two pumps as needed, as well as cooled by additional external cooling units.

Um möglichst alle Reaktionsrohre gleichmäßig am Reaktionsgeschehen zu gewährleisten, das gilt besonders für jede waagrechte Ebene im Reaktor, ist eine gleichmäßige Umspülung der Rohrwände mit dem Wärmeaustauschmittel und ein möglichst hoher Wärmeübergang sicherzustellen. In der Technik haben sich hierzu Einbauten wie Umlenkscheiben 7, 8 die alternierend an der Behälterwand bzw. an einem im Reaktor zentrierten Innenrohr 9 angebracht sind und abwechselnd in der Reaktormitte und an der Reaktorwand einen Durchtrittsquerschnitt freilassen. Weitere Konstruktionsmerkmale der Einbauten zur Optimierung der Strömungsverhältnisse sind beispielsweise in den Patentschriften DE 2201528 B1 , EP 1569745 A1 eingehend beschrieben. Die Temperaturmessung im Katalysatorbett wie auch im Salzbad erfolgt nach dem Stand der Technik über sogenannte Multipoint-Thermoelemente (TE) die in ausgesuchten Kontaktrohren zentriert sind. Für die Salzbadmessung werden mit TE-bestückte Kontaktrohre benützt die unten verschlossen sind und anstatt mit Katalysator mit sehr gut wärmeleitfähigem Material gefüllt sind (z. B. SiC-Granulat).In order to ensure as uniform as possible all the reaction tubes in the reaction process, which is especially true for any horizontal plane in the reactor, a uniform flushing of the tube walls with the heat exchange medium and the highest possible heat transfer is to ensure. In the art for this purpose have installations such as deflecting 7 . 8th alternately on the container wall or on an inner tube centered in the reactor 9 are mounted and leave a passage cross-section alternately in the reactor center and on the reactor wall. Further design features of the internals to optimize the flow conditions are, for example, in the patents DE 2201528 B1 . EP 1569745 A1 described in detail. The temperature measurement in the catalyst bed as well as in the salt bath is carried out according to the prior art via so-called multipoint thermocouples (TE) which are centered in selected contact tubes. For the salt bath measurement, use is made of TE-equipped contact tubes, which are closed at the bottom and are filled with very good heat-conductive material instead of catalyst (eg SiC granules).

In der oberen Hälfte des Reaktors ist weiterhin mindestens ein weiterer Ringkanal 18a angeordnet, der einerseits mit dem Mantelraum über ringsum verteilte Mantelöffnungen 19a in Verbindung steht und andererseits über eine Verbindungsleitung 20a mit der externen Kühleinheit verbunden ist. Vorzugsweise ist dieser zusätzliche Ringkanal direkt oberhalb einer an der Mantelwand angebrachten Umlenkscheibe 7 angebracht. Die Abnahme an Wärmetauschmittel wird durch ein entsprechendes Öffnen eines Ventils 21a das in der Verbindungsleitung 20a zur Kühleinheit eingebaut sein kann, geregelt. Durch die Abnahme an Wärmeaustauschmittel kommt es zu der unter [0011] beschriebenen moderaten Temperaturerhöhung und einem damit verbundenen leicht erhöhten Reaktionsgeschehen, das sich in die darüber liegenden Reaktorbereiche verstärkend fortpflanzen kann. Die Bedingungen (Temperatur, Fluiddynamik) für das Wärmeaustauschmittel unterhalb der Entnahmestelle (Richtung Gasaustritt) werden durch diese Maßnahme nicht beeinflusst.In the upper half of the reactor is at least one further annular channel 18a arranged, on the one hand with the shell space on all around distributed shell openings 19a and on the other hand via a connecting line 20a connected to the external cooling unit. Preferably, this additional annular channel is directly above a deflecting plate attached to the jacket wall 7 appropriate. The decrease in heat transfer agent is by a corresponding opening of a valve 21a that in the connection line 20a can be installed to the cooling unit, regulated. The decrease in heat exchange medium leads to the moderate increase in temperature described under [0011] and a slightly increased reaction process associated therewith, which can propagate to the overlying reactor areas in a reinforcing manner. The conditions (temperature, fluid dynamics) for the heat exchange medium below the sampling point (gas outlet direction) are not affected by this measure.

In 2 ist eine weitere Lösungsvariante dargestellt, die es erlaubt, die Temperatur in der oberen Reaktorhälfte in moderater Weise zu erhöhen. Sie unterscheidet sich von der in [0020] beschriebenen Variante in der Weise, dass durch mindestens einem in der oberen Hälfte des Reaktors zusätzlich angeordneten Ringkanal 18b mit den dazu gehörenden Mantelöffnungen 19b eine Teilmenge an Wärmeaustauschmittel mittels einer Pumpe 22 und einer Zuleitung 20b, dessen Temperatur höher ist als die Temperatur des unterhalb der Einspeisungstelle befindlichen Wärmeaustauschmittels. Dadurch kommt es ab der Einspeisungstellequerschnitts zu einer moderaten Temperaturerhöhung, was wieder zu einem erhöhtem Reaktionsgeschehen über der Einspeisungstelle führt und das sich in die darüber liegenden Reaktorbereiche verstärkend fortpflanzen kann. Die Bedingungen (Temperatur, Fluiddynamik) für das Wärmeaustauschmittel unterhalb des Einspeisungquerschnitts werden dabei nicht beeinflusst. Vorzugsweise ist der zusätzliche Ringkanal mit den entsprechenden Mantelöffnungen direkt unterhalb einer an der Mantelwand angebrachten Umlenkscheibe 7 angebracht. Die zugeführte Teilmenge wird aus dem den Reaktor verlassenden Wärmetauschmittelstrom beispielsweise im Bereich der Leitung 14 entnommen, dessen Temperatur i. d. Regel höher ist als die des unterhalb der Zugabestelle fließenden Wärmetauschmittels im Mantelraum. Bei Bedarf kann die zur Zugabe bestimmte Teilmenge an Wärmeaustauschmittel über ein zusätzliches Heizungselement 23 erwärmt werden Auch in diesem Fall werden die Bedingungen (Temperatur, Fluiddynamik) für das Wärmeaustauschmittel unterhalb der Zugabeposition (Richtung Gasaustritt) durch diese Maßnahme nicht beeinflusst.In 2 is another solution variant shown, which allows to raise the temperature in the upper half of the reactor in a moderate manner. It differs from the variant described in [0020] in such a way that at least one additionally arranged in the upper half of the reactor annular channel 18b with the associated shell openings 19b a subset of heat exchange agent by means of a pump 22 and a supply line 20b whose temperature is higher than the temperature of the below the feed point located heat exchange medium. This results in a moderate increase in temperature from the feed point cross-section, which again leads to an increased reaction process over the feed point and which can propagate in the overlying reactor areas in a reinforcing manner. The conditions (temperature, fluid dynamics) for the heat exchange medium below the feed cross section are not affected. Preferably, the additional annular channel with the corresponding shell openings directly below a mounted on the shell wall deflection plate 7 appropriate. The supplied subset is from the reactor leaving the heat exchange medium flow, for example in the region of the line 14 taken, whose temperature id is usually higher than that of the flowing below the point of addition heat transfer agent in the mantle space. If necessary, the subset of heat exchanging agent for addition may be provided via an additional heating element 23 In this case too, the conditions (temperature, fluid dynamics) for the heat exchange medium below the addition position (gas outlet direction) are not affected by this measure.

Eine Erweiterung dieser Verfahrensvariante stellt die in 3 beschriebene Kombination der unter [0020] und [0024] zuvorgenannten Lösungsmöglichkeiten dar und zwar in der Weise, dass sich in der oberen Reaktorhälfte zwei Ringkanäle 18b, 18c mit entsprechenden Mantelöffnungen 19b, 19c befinden. Die beiden zusätzlichen Ringkanäle sind durch die Verbindungsleitungen 20c und 20b miteinander verbunden. Die Abnahme- und Zugabemengen sind über entsprechend angeordnete Ventile 21b und 21c steuerbar. Damit die Entnahme an „wärmeren” Wärmetauschmittel auf den Ringkanal 18c beschränkt bleibt, müssen die Verbindungsleitungen 20b und 14 über das Ventil 21d voneinander getrennt bzw. entsprechend geregelt werden.An extension of this process variant is the in 3 described combination of [0020] and [0024] above mentioned possible solutions in such a way that in the upper half of the reactor two ring channels 18b . 18c with corresponding shell openings 19b . 19c are located. The two additional ring channels are through the connecting lines 20c and 20b connected with each other. Acceptance and addition quantities are via appropriately arranged valves 21b and 21c controllable. So that the removal of "warmer" heat exchange medium on the annular channel 18c remains limited, the connecting lines 20b and 14 over the valve 21d separated or regulated accordingly.

Mit dieser beschriebenen Erweiterung, kann auch durch eine entsprechende Ventilstellungen die in 1 beschriebenen Beispiele realisiert werden:
Variante 1 Temperaturerhöhung im vorderen Reaktorbereich nur durch Entnahme an Wärmetauschmittel: Pumpe 22 aus, Ventil 21b geschlossen, Ventil 21c und Ventil 21d auf
Variante 2 Temperaturerhöhung im oberen Reaktorbereich durch Zugabe von „wärmeren” Wärmeaustauschmittel aus Leitung 14: Pumpe 22 ein, Ventil 21b und Ventil 21d auf und Ventil 21c geschlossen, bei Bedarf Heizelement in Betrieb.
With this described extension, can also be achieved by a corresponding valve positions in 1 be realized examples described:
Variant 1 Temperature increase in the front reactor area only by removal of heat transfer medium: pump 22 off, valve 21b closed, valve 21c and valve 21d on
Variant 2 Temperature increase in the upper reactor area by adding "warmer" heat exchange medium from line 14 : Pump 22 on, valve 21b and valve 21d on and valve 21c closed, if required heating element in operation.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 4 gezeigt. Hier erfolgt die Abnahme und/oder Zugabe von Teilmengen an Wärmeaustauschmittel über das Zentralrohr des Reaktors, welches über entsprechende radial angebrachte Rohröffnungen (24, 25) sowie ein entsprechendes Drosselventil verfügt (26). Die Regelung kann beispielsweise durch ein über den Hub steuerbares Drosselventils erfolgen. Der Abfluss der entnommenen Teilmenge an Wärmeaustauschmittel geschieht über den Mantelraum, der direkt unter der oberen Bodenplatte 3 liegt und den am oberen Reaktorende positionierten Ringkanal (10).Another embodiment of the method according to the invention is disclosed in 4 shown. Here, the removal and / or addition of subsets of heat exchange medium via the central tube of the reactor, which via corresponding radially mounted tube openings ( 24 . 25 ) and a corresponding throttle valve has ( 26 ). The control can be done for example by a controllable via the hub throttle valve. The outflow of the withdrawn subset of heat exchange agent takes place via the jacket space, which is directly under the upper base plate 3 is located and positioned at the upper end of the reactor ring channel ( 10 ).

Auch in diesem Fall sind entsprechenden Kombinationen mit den vorher erwähnten Varianten möglich. Für den Fall der Zugabe von Teilmengen an Wärmetauschmittel ist eine Pumpe im Zentralrohr erforderlich sowie entsprechend notwendige Ventile und zusätzlich radiale Öffnungen im Zentralrohr.Also in this case, corresponding combinations with the aforementioned variants are possible. In the case of the addition of subsets of heat transfer medium, a pump in the central tube is required and correspondingly necessary valves and additional radial openings in the central tube.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Reaktorbehälterreactor vessel
22
vertikale mit Katalysator befüllte Rohrevertical tubes filled with catalyst
3, 43, 4
oberer und unterer Rohrbodenupper and lower tubesheet
5, 65, 6
obere und untere Reaktorhaubeupper and lower reactor hood
77
Umlenkscheiben befestigt an BehälterwandDeflection pulleys attached to tank wall
88th
Umlenkscheiben befestigt an vertikalen ZentralrohrDeflection pulleys attached to vertical central tube
99
vertikales Zentralrohrvertical central tube
10, 11,10, 11,
ringsum liegende Mantelöffnungensurrounding jacket openings
12, 1312, 13
oberer bzw. unterer Ringkanalupper or lower ring channel
14, 1514, 15
Anschlußleitungen d. Ringkanäle an externen WärmetauscherConnecting cables d. Ring channels on external heat exchanger
1616
externer Wärmeaustauscherexternal heat exchanger
1717
Axialpumpeaxial pump
18a18a
Zusätzlicher Ringkanal zur Teilentnahme von WärmeaustauschmittelAdditional ring channel for partial removal of heat exchange medium
18b18b
Zusätzlicher Ringkanal zur Zugabe von WärmeaustauschmittelAdditional ring channel for the addition of heat exchange medium
18c18c
Zusätzlicher Ringkanal zur Teilentnahme von „wärmeren” WärmeaustauschmittelAdditional ring channel for partial removal of "warmer" heat exchange medium
19a, b, c19a, b, c
ringsum liegende Mantelöffnungen in den entsprechenden Ringkanälensurrounding jacket openings in the corresponding annular channels
20a20a
Rohrleitung vom zusätzlichen Ringkanal zum externen WärmetauscherPiping from the additional ring channel to the external heat exchanger
20b20b
Verbindungsleitung von der Anschlußleitung des ob. Ringkanals zum zusätzlichen Ringkanal 18b mit PumpeConnecting line from the connecting line of ob. Ring channel to the additional ring channel 18b with pump
21a, b, c21a, b, c
regelbares Drosselventile zur Einstellung der a) Ablauf- bzw. b) Zulaufmengeadjustable throttle valves for setting the a) drain or b) inflow
2222
Pumpepump
23 23
Heizungheater
24, 2524, 25
radial angebrachte Öffnungen am Zentralrohrradially mounted openings on the central tube
2626
Hubventilglobe valve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (9)

Reaktor 1 und Verfahren zur Durchführung von heterogen katalysierten Gasphasenreaktionen mit hohen Wärmetönungen mit einem Kontaktrohrbündel 2, deren Rohre mit einem Katalysatorsystem befüllt sind, dessen die Kontaktrohre umgebenden Raum, begrenzt durch Bodenplatten 3, 4 und Reaktormantel, über an beiden Enden angebrachte Ringleitungen 12, 13 und Mantelöffnungen 10, 11 mittels einer oder mehrerer Pumpsysteme 17 ein Kreislauf eines niederviskosen Wärmeaustauschmittels unter Einbeziehung einer externen Kühleinheit 16 aufrecht erhalten wird, wobei die Strömungsführung des Wärmetauschmittels im Reaktorbehälter über querliegende Umlenkscheiben 7, 8, die abwechselnd in der Reaktormitte und am äußeren Reaktorrand einen Durchtrittsquerschnitt freilassen, in bekannter Weise optimiert ist, die Zuführung des Wärmeaustauschmittels über die untere Ringleitung 13 und das Eduktgas über die obere Reaktorhaube 5 erfolgt und der Mantelraum des Reaktors mindestens eine oder mehrere zusätzliche Abnahme- und/oder Zugabevorrichtungen für Teilmengen an Wärmeaustauschmittel ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass diese zusätzlichen Vorrichtungen a) ausschließlich in der von der Gaseintrittsseite aus betrachtet ersten Hälfte des durch die Rohrböden 3, 4 und Reaktormantel begrenzten Mantelraumes liegen und b) die Entnahme und/oder Zugabe von Teilmengen an Wärmeaustauschmittel ausschließlich zu einer Temperaturerhöhung in Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmittels über dem Entnahme- bzw. Zugabequerschnitt liegenden Mantelraumes führt.reactor 1 and methods for carrying out heterogeneously catalyzed high phase reaction gas phase reactions with a contact tube bundle 2 whose tubes are filled with a catalyst system, the space surrounding the catalyst tubes, bounded by bottom plates 3 . 4 and reactor jacket, via attached at both ends ring lines 12 . 13 and shell openings 10 . 11 by means of one or more pumping systems 17 a cycle of a low-viscosity heat exchange medium involving an external cooling unit 16 is maintained, wherein the flow guidance of the heat exchange medium in the reactor vessel via transverse deflecting disks 7 . 8th , which alternately leave in the reactor center and at the outer edge of the reactor a passage cross-section, is optimized in a known manner, the supply of the heat exchange medium via the lower loop 13 and the educt gas over the upper reactor hood 5 takes place and the shell space of the reactor is equipped at least one or more additional acceptance and / or adding devices for subsets of heat exchange means, characterized in that these additional devices a) only in the viewed from the gas inlet side of the first half of the tube sheets 3 . 4 and reactor shell limited jacket space are and b) the removal and / or addition of subsets of heat exchange medium exclusively leads to an increase in temperature in the flow direction of the heat exchange medium over the removal or addition cross section lying jacket space. Reaktor und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme und/oder Zugabe von Teilmengen an Wärmeaustauschmittel regelbar ist und ausschließlich zu einer Temperaturerhöhung des über der Entnahme- bzw. Zugabequerschnitts liegenden Behälterraumes von maximal 10 K, bevorzugt von maximal 5 K, besonders bevorzugt maximal 3 K führt.Reactor and method according to claim 1, characterized in that the removal and / or addition of subsets of heat exchange medium is controllable and exclusively to an increase in temperature of lying over the removal or addition cross section of the container space space of a maximum of 10 K, preferably of at most 5 K, especially preferably a maximum of 3 K leads. Reaktor und Verfahren nach Anspruch 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den zusätzlichen Vorrichtungen zur Entnahme und/oder Zugabe um Ringkanäle 18, a, b, c mit den entsprechenden radial angeordneten Mantelöffnungen 19a, b, c und/oder radial am Zentralrohr 9 vorhandene Öffnungen handelt.Reactor and method according to claim 1-2, characterized in that it is in the additional devices for removal and / or addition to ring channels 18 , a, b, c with the corresponding radially arranged shell openings 19a , b, c and / or radially on the central tube 9 existing openings is. Reaktor und Verfahren nach Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Entnahme- bzw. Zugabe von Wärmeaustauschmittel über Ventile und/oder Pumpen erfolgt.Reactor and method according to claim 1-3, characterized in that the control of the removal or addition of heat exchange means via valves and / or pumps. Reaktor und Verfahren nach Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die in den oberen Mantelraum zugeführte Teilmenge an Wärmeaustauschmittel immer wärmer ist, als das sich direkt unterhalb des Zugabequerschnitts in Richtung Gasaustritt befindliche Wärmeaustauschmittel.Reactor and process according to claims 1-4, characterized in that the subset of heat exchange medium fed into the upper jacket space is always warmer than the heat exchange medium located directly below the addition cross section in the direction of the gas outlet. Reaktor und Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Zuführung vorgesehene Teilmenge an Wärmeaustauschmittel zusätzlich durch eine externes Heizaggregat 23 vorgewärmt wird.Reactor and method according to claim 5, characterized in that the intended for feeding subset of heat exchange means in addition by an external heating unit 23 is preheated. Reaktor und Verfahren nach Anspruch 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die abgenommene Teilmenge an Wärmeaustauschmittel direkt an das externe Kühlaggregat über die Saugseite der Pumpe 17 erfolgt oder mittels einer zusätzlichen Pumpe (22) teilweise oder ganz über entsprechende Verbindungsleitungen (20b, c) und einer weiter unten liegenden zusätzlichen Ringleitung (18b) und entsprechende Mantelöffnungen (19b) in die von der Gaseintrittsseite aus betrachtet ersten Hälfte des Mantelraumes zurückgeleitet wird.Reactor and method according to claim 1-6, characterized in that the removed portion of heat exchange medium directly to the external cooling unit via the suction side of the pump 17 carried out by means of an additional pump ( 22 ) partially or completely via corresponding connecting lines ( 20b , c) and a further lower ring line ( 18b ) and corresponding shell openings ( 19b ) is returned to the viewed from the gas inlet side of the first half of the jacket space. Verwendung des Reaktors und Verfahrens nach einem der Ansprüche von 1–7 zur Durchführung von heterogen katalysierten exothermen Gasphasenreaktionen, insbesondere von Oxidationsreaktionen wie die Herstellung von Phthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Acrylsäure, Acrolein, Methacrolein, Methacrylsäure oder die Oxidation von Ethanol zu EssigsäureUse of the reactor and process according to any one of claims 1-7 for carrying out heterogeneously catalyzed exothermic gas phase reactions, in particular of oxidation reactions such as the production of phthalic anhydride, maleic anhydride, acrylic acid, acrolein, methacrolein, methacrylic acid or the oxidation of ethanol to acetic acid Reaktor und Verfahren nach den Ansprüchen 8 zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid durch Gasphasenoxidation von o-Xylol- und/oder Naphthalin-Luftgemischen, bevorzugt bei Verwendung von Mehrschichtkatalyatoren.Reactor and process according to claims 8 for the preparation of phthalic anhydride by gas-phase oxidation of o-xylene and / or naphthalene air mixtures, preferably when using multilayer catalysts.
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