DE102017125018A1 - Process for the formation and catalytic conversion of a reactant mixture and reactor with appropriate mixing chamber - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Reaktor (100) zur Bildung und katalytischen Umsetzung eines gasförmigen Eduktgemischs vorgeschlagen, wobei der Reaktor (100) eine erste Kammer (1), eine zweite Kammer (2) und eine dritte Kammer (3) aufweist, wobei die erste Kammer (1) mittels einer fluiddurchlässigen Trennstruktur (4) von der zweiten Kammer (2) abgegrenzt ist und die zweite Kammer (2) zwischen der ersten Kammer (1) und der dritten Kammer angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die fluiddurchlässige Trennstruktur (4) Längselemente (5) aufweist, die parallel zueinander und mit Zwischenräumen (6) zwischeneinander angeordnet sind, und die sich sich parallel zu einer Ebene (7) zwischen der ersten Kammer (1) und der zweiten Kammer (2) längs erstrecken, wobei zumindest ein Teil der Längselemente (5) jeweils Längskanäle (8) mit jeweils mehreren Öffnungen (9) aufweist, die jeweils in einen oder mehrere der Zwischenräume (6) münden. Ein entsprechendes Verfahren ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.A reactor (100) is proposed for the formation and catalytic conversion of a gaseous educt mixture, the reactor (100) having a first chamber (1), a second chamber (2) and a third chamber (3), the first chamber ( 1) is delimited from the second chamber (2) by means of a fluid-permeable separating structure (4) and the second chamber (2) is arranged between the first chamber (1) and the third chamber. It is provided that the fluid-permeable separation structure (4) longitudinal elements (5) which are arranged parallel to each other and with gaps (6) between each other, and extending parallel to a plane (7) between the first chamber (1) and the The second chamber (2) extending longitudinally, wherein at least a part of the longitudinal elements (5) each have longitudinal channels (8) each having a plurality of openings (9), each in one or more of the interstices (6) open. A corresponding method is likewise an object of the present invention.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Bildung und zur katalytischen Umsetzung eines Eduktgemischs gemäß den jeweiligen Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The present invention relates to a process and a plant for the formation and catalytic conversion of a starting material mixture according to the respective preambles of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

In einer Reihe von chemischen Prozessen werden Eduktgemische katalytisch umgesetzt. Diese können in Form zündfähiger Gasgemische vorliegen und werden dann unterhalb ihrer Selbstzündtemperatur der katalytischen Umsetzung zugeführt. Nachfolgend wird unter einem „zündfähigen Gasgemisch“ ein Gasgemisch verstanden, das eine oder mehrere oxidierbare Komponenten, insbesondere einen oder mehrere Kohlenwasserstoffe, aber auch Verbindungen wie beispielsweise Wasserstoff oder Schwefelwasserstoff, sowie Sauerstoff umfasst. Der Sauerstoff kann beispielsweise in Form von Luft oder reinem Sauerstoff zugegeben werden. Ein zündfähiges Gasgemisch weist eine Zusammensetzung auf, die es ermöglicht, das Gasgemisch mittels einer Zündquelle zu zünden. Wie auch nachfolgend erläutert, können in entsprechenden Prozessen auch nur zeitweise zündfähige Gasgemische vorliegen, beispielsweise in einem Anfahrbetrieb, bei Prozessabweichungen und dergleichen. Auch ein solches, nur zeitweise gebildetes zündfähiges Gasgemisch kann als Eduktgemisch der katalytischen Umsetzung zugeführt werden.In a series of chemical processes, reactant mixtures are catalytically reacted. These can be in the form of ignitable gas mixtures and are then fed below their auto-ignition temperature of the catalytic conversion. In the following, an "ignitable gas mixture" is understood to mean a gas mixture which comprises one or more oxidizable components, in particular one or more hydrocarbons, but also compounds such as, for example, hydrogen or hydrogen sulfide, and also oxygen. The oxygen may be added, for example, in the form of air or pure oxygen. An ignitable gas mixture has a composition which makes it possible to ignite the gas mixture by means of an ignition source. As also explained below, only occasionally ignitable gas mixtures can be present in corresponding processes, for example in a start-up operation, in process deviations and the like. Such an ignitable gas mixture formed only intermittently can also be fed to the catalytic reaction as starting material mixture.

Die vorliegende Erfindung wird u.a. am Beispiel der oxidativen Dehydrierung (engl. Oxidative Dehydrogenation, ODH) von Alkanen mit zwei bis vier Kohlenstoffatomen beschrieben, bei der die Alkane zusammen mit Sauerstoff als Eduktgemisch einer katalytischen Reaktionszone eines Reaktors zugeführt werden. Ein entsprechendes Eduktgemisch kann grundsätzlich zündfähig sein. Insbesondere kann die Erfindung bei der ODH von Ethan (sogenannte ODH-E), grundsätzlich aber auch bei der ODH höherer Alkane wie Propan und Butan eingesetzt werden. Die Erfindung ist jedoch auch für andere Prozesse einsetzbar und vorteilhaft, in denen gasförmige Eduktgemische katalytisch umgesetzt werden, beispielsweise bei anderen Oxidationsprozessen wie der Synthese von Ethylenoxid oder Acrylsäure.The present invention is i.a. Example, the oxidative dehydrogenation (ODH) of alkanes having two to four carbon atoms described in which the alkanes are fed together with oxygen as the starting material mixture of a catalytic reaction zone of a reactor. A corresponding starting material mixture can in principle be ignitable. In particular, the invention can be used in the ODH of ethane (so-called ODH-E), but in principle also in the ODH higher alkanes such as propane and butane. However, the invention can also be used and advantageous for other processes in which gaseous reactant mixtures are catalytically reacted, for example in other oxidation processes such as the synthesis of ethylene oxide or acrylic acid.

Die ODH, insbesondere die ODH-E, kann gegenüber etablierteren Verfahren zur Herstellung von Alkenen wie dem Steamcracken oder der katalytischen Dehydrierung vorteilhaft sein. So besteht hier aufgrund der Exothermie der beteiligten Reaktionen keine thermodynamische Gleichgewichtslimitierung. Grundsätzlich ist keine Regenerierung der Katalysatoren erforderlich, da die Anwesenheit von Sauerstoff eine in-situ-Regenerierung ermöglicht. Schließlich werden im Gegensatz zum Steamcracken geringere Mengen an wertlosen Nebenprodukten wie Koks gebildet.The ODH, especially the ODH-E, may be advantageous over more established processes for producing alkenes such as steam cracking or catalytic dehydrogenation. Thus, there is no thermodynamic equilibrium limitation due to the exothermicity of the reactions involved. Basically, no regeneration of the catalysts is required because the presence of oxygen allows in situ regeneration. Finally, in contrast to steam cracking, smaller amounts of worthless by-products such as coke are formed.

Zu weiteren Details bezüglich der ODH sei auf einschlägige Fachliteratur, beispielsweise Ivars, F. und Lopez Nieto, J. M., Light Alkanes Oxidation: Targets Reached and Current Challenges, in: Duprez, D. und Cavani, F. (Hrsg.), Handbook of Advanced Methods and Processes in Oxidation Catalysis: From Laboratory to Industry, London 2014: Imperial College Press, Seiten 767-834 , oder Gärtner, C.A. et al., Oxidative Dehydrogenation of Ethane: Common Principles and Mechanistic Aspects, ChemCatChem, Bd. 5, Nr. 11, 2013, Seiten 3196 bis 3217 , verwiesen.For further details regarding the ODH is to relevant literature, for example Ivars, F. and Lopez Nieto, JM, Light Alkanes Oxidation: Targets Reached and Current Challenges, in: Duprez, D. and Cavani, F. (ed.), Handbook of Advanced Methods and Processes in Oxidation Catalysis: From Laboratory to Industry , London 2014: Imperial College Press, pages 767-834 , or gardener, CA et al., Oxidative Dehydrogenation of Ethanes: Common Principles and Mechanistic Aspects, Chem. Cat. Chem., Vol. 5, No. 11, 2013, pages 3196 to 3217 , referenced.

Bei der ODH und anderen Verfahren, in denen zumindest zeitweise zündfähige Gasgemische gebildet werden können, kann es bei Vorhandensein einer Zündquelle stromauf oder in der katalytischen Reaktionszone eines Reaktors zu einer unerwünschten Zündung kommen. Der nachfolgende, ohne weitere Maßnahmen weitgehend unkontrollierte Abbrand kann explosiv, deflagrativ oder detonativ ablaufen.In the case of ODH and other processes in which ignitable gas mixtures can be formed at least temporarily, unwanted ignition may occur in the presence of an ignition source upstream or in the catalytic reaction zone of a reactor. The subsequent, largely uncontrolled burning without further measures can be explosive, deflagrative or detonative.

Bei einer Explosion handelt es sich um einen unkontrollierten Abbrand eines zündfähigen Gasgemischs mit laminarer Flammenfront. Bei einer Deflagration liegt eine turbulente Flammenfront vor. Explosionen bzw. Deflagrationen einerseits und Detonationen unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Geschwindigkeit der Ausbreitung. Bei einer Explosion bzw. Deflagration liegt diese unterhalb, bei einer Detonation typischerweise deutlich oberhalb der Schallgeschwindigkeit. Eine Explosion bzw. Deflagration kann nach einer bestimmten Anlauflänge und einer Mindestkonzentration an Brennstoff und Sauerstoff in eine Detonation umschlagen. Durch Explosionen, Deflagrationen und Detonationen von Gasgemischen kommt es zu einem massiven Druckanstieg, der zum Bersten der verwendeten Anlageteile und entsprechenden Folgeschäden führen kann.An explosion is an uncontrolled burn-up of an ignitable gas mixture with a laminar flame front. In a deflagration there is a turbulent flame front. Explosions or deflagrations on the one hand and detonations differ essentially by the speed of propagation. In an explosion or deflagration this is below, in a detonation typically well above the speed of sound. An explosion or deflagration can turn into a detonation after a certain start-up length and a minimum concentration of fuel and oxygen. Explosions, deflagrations and detonations of gas mixtures lead to a massive increase in pressure, which can lead to bursting of the equipment used and corresponding consequential damage.

Bei einer Explosion bzw. Deflagration eines stöchiometrischen Gemischs aus Alkanen, Alkenen und Luft kann es zu einer Drucksteigerung um den Faktor zehn, bei einer Explosion bzw. Deflagration eines stöchiometrischen Gemischs aus Alkanen, Alkenen und Sauerstoff zu einer Drucksteigerung um den Faktor 20 kommen. Im Falle einer Detonation werden nochmals weitaus höhere Drucksteigerungen bewirkt.In the case of an explosion or deflagration of a stoichiometric mixture of alkanes, alkenes and air, a pressure increase by a factor of ten or an explosion or deflagration of a stoichiometric mixture of alkanes, alkenes and oxygen can lead to a pressure increase by a factor of 20. In the case of a detonation again much higher pressure increases are effected.

Ist nachfolgend von einer Explosion die Rede, erstrecken sich die entsprechenden Erläuterungen auch auf eine Deflagration. Entsprechend bieten „explosionsfeste“ Anordnungen bzw. Explosionsschutzmaßnahmen auch einen Schutz vor Deflagrationen.If an explosion is mentioned below, the corresponding explanations also extend to deflagration. Accordingly, "explosion-proof" arrangements or explosion protection measures also provide protection against deflagration.

Es ist möglich, entsprechende Mischungszustände, d.h. die Bildung zündfähiger Gasgemische, grundsätzlich zu vermeiden und in diesem Zusammenhang Maßnahmen zu ergreifen, die es ermöglichen, die Bildung zündfähiger Gasgemische auch beim An- und Abfahren sowie bei Prozessabweichungen sicher auszuschließen. Ferner ist es möglich, entsprechende Verfahren bei Niederdruck zu betreiben und die verwendeten Anlagen explosionsfest, ggf. sogar detonationsfest, auszuführen. In diesem Zusammenhang können alternativ oder zusätzlich sicherheitsgerichtete Ableitungsmaßnahmen bzw. Ableitungsmittel, beispielsweise Berstscheiben oder Explosionsschutzklappen, eingesetzt werden. It is possible, in principle, to avoid corresponding mixing states, ie the formation of ignitable gas mixtures, and to take measures in this connection which make it possible to reliably exclude the formation of ignitable gas mixtures also during startup and shutdown as well as during process deviations. Furthermore, it is possible to operate corresponding methods at low pressure and the equipment used explosion-proof, possibly even detonationsfest execute. In this context, alternatively or additionally, safety-related discharge measures or discharge means, for example rupture disks or explosion protection flaps, can be used.

Grundsätzlich kann jedoch hinsichtlich des Umsetzungsverhaltens, des Produktspektrums bzw. der Selektivität und/oder in Anbetracht einer nachgeschalteten Produktaufbereitung jedoch die katalytische Umsetzung eines zündfähigen Gasgemischs als Eduktgemisch wünschenswert oder unvermeidlich sein, bzw. kann es in bestimmten Konstellationen vorteilhaft sein, wenn kein Ausschluss der Bildung von zündfähigen Gasgemischen unter allen Umständen erforderlich ist. In derartigen Fällen ist daher die Vermeidung der Bildung zündfähiger Gasgemische nicht möglich oder zumindest aus unter den genannten Aspekten nachteilig. Die explosions- oder detonationsfeste Auslegung von Anlagen bzw. die Bereitstellung von entsprechenden Ableitungsmaßnahmen bzw. Ableitungsmitteln führt zu zusätzlichen Kosten.In principle, however, with regard to the reaction behavior, the product spectrum or the selectivity and / or in view of downstream product processing, however, the catalytic conversion of an ignitable gas mixture as educt mixture may be desirable or unavoidable, or it may be advantageous in certain constellations if no exclusion of the formation of flammable gas mixtures is required in all circumstances. In such cases, therefore, the avoidance of the formation of ignitable gas mixtures is not possible or at least disadvantageous under the aspects mentioned. The explosive or detonation-resistant design of systems or the provision of appropriate discharge measures or discharge means leads to additional costs.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, Maßnahmen anzugeben, die es ermöglichen, die Bildung und ggf. katalytische Umsetzung entsprechender Gasgemische, die zumindest zeitweise in zündfähigen Zustand vorliegen können, ohne unerwünschte Zündung und nachfolgende Explosion bzw. Deflagration oder Detonation sicher zu ermöglichen.The object of the invention is to provide measures which make it possible to safely enable the formation and, if appropriate, catalytic conversion of corresponding gas mixtures which can be present at least temporarily in an ignitable state without undesired ignition and subsequent explosion or deflagration or detonation.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung einen Reaktor und ein Verfahren zur katalytischen Umsetzung eines gasförmigen Eduktgemischs und eine entsprechende Anlage mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, the present invention proposes a reactor and a process for the catalytic conversion of a gaseous starting material mixture and a corresponding plant with the features of the independent patent claims. Embodiments are each the subject of the dependent claims and the following description.

Die vorliegende Erfindung geht von einem Reaktor bzw. Verfahren zur Bildung und zur katalytischen Umsetzung eines gasförmigen Eduktgemischs aus, bei dem zumindest ein erstes Gas oder Gasgemisch und ein zweites Gas oder Gasgemisch zu dem Eduktgemisch vermischt werden. Das Eduktgemisch wird zu dessen katalytischer Umsetzung einer Reaktionszone des Reaktors zugeführt.The present invention is based on a reactor or process for the formation and catalytic conversion of a gaseous reactant mixture in which at least one first gas or gas mixture and a second gas or gas mixture are mixed to form the educt mixture. The educt mixture is fed to its catalytic reaction of a reaction zone of the reactor.

Beispiele für katalytische Umsetzungen wurden bereits zuvor erläutert. Wie erwähnt, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zum Einsatz in ODH-(E-) Reaktoren bzw. entsprechenden Verfahren, bei denen einer Reaktionszone eines Reaktors ein Alkane und Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch als Eduktgemisch zugeführt wird. Wie erwähnt, kann die vorliegende Erfindung jedoch auch beispielsweise in den zuvor genannten anderen Prozessen bzw. in sämtlichen Prozessen zum Einsatz kommen, in denen gasförmige Eduktgemische katalytisch umgesetzt werden sollen und dabei eine Zündfähigkeit vorliegt bzw. nicht von vorneherein ausgeschlossen werden kann oder soll.Examples of catalytic reactions have already been explained above. As mentioned, the process according to the invention is suitable in particular for use in ODH (E) reactors or corresponding processes in which a reaction zone of a reactor is fed with an alkane and oxygen-containing gas mixture as reactant mixture. However, as mentioned above, the present invention can also be used, for example, in the abovementioned other processes or in all processes in which gaseous reactant mixtures are to be catalytically reacted and an ignitability is present or can not be ruled out from the outset.

Grundsätzlich kann die Reaktionszone im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit beliebigen Katalysatoren, insbesondere in immobilisierter Form, ausgestattet sein. Beispielsweise können im Rahmen der vorliegenden Erfindung Festbettkatalysatoren, Wabenkörper oder katalytisch aktive Körper in von außen erwärmten und/oder gekühlten Rohren zum Einsatz kommen. Im Falle eines Rohrreaktors ist beispielsweise eine Anzahl von Reaktionsrohren mit Katalysator befüllt. Diese werden durch eine Reaktorkammer geführt und in dieser beheizt oder gekühlt. Durch geeignete Verteilereinrichtungen wird das Eduktgemisch auf die einzelnen Reaktionsrohre verteilt, wie auch nachfolgend noch erläutert.In principle, the reaction zone in the context of the present invention may be equipped with any desired catalysts, in particular in immobilized form. For example, in the context of the present invention, fixed-bed catalysts, honeycomb bodies or catalytically active bodies can be used in externally heated and / or cooled pipes. In the case of a tube reactor, for example, a number of reaction tubes are filled with catalyst. These are passed through a reactor chamber and heated or cooled therein. By suitable distribution devices, the starting material mixture is distributed to the individual reaction tubes, as also explained below.

Ist hier davon die Rede, dass eine Bildung und eine katalytische Umsetzung eines gasförmigen Eduktgemischs erfolgt bzw. dieses Gasgemisch einer Reaktionszone eines Reaktors zugeführt wird, sei hierunter, wie bereits zuvor erläutert, nicht notwendigerweise verstanden, dass im Rahmen des gesamten Verfahrens ständig ein zündfähiges Gasgemisch als das Eduktgemisch gebildet und umgesetzt werden muss. Insbesondere kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch lediglich zu bestimmten Zeiten, d.h. beispielsweise im Anfahrbetrieb eines entsprechenden Reaktors bzw. bei der Umstellung zwischen unterschiedlichen Betriebsarten oder bei Betriebsabweichungen, zur Bildung zündfähiger Gasgemische kommen. In einem Regelbetrieb kann hingegen der Reaktionszone beispielsweise auch ein nicht zündfähiges Gasgemisch als Eduktgemisch zugeführt werden. Umgekehrt kann ein nicht zündfähiges Gemisch auch nur nahe oder am gewählten Betriebspunkt gefahren werden, während beim Anfahren oder Betriebswechsel nicht zündfähige Bedingungen gewählt werden, beispielsweise durch erhöhte Verdünnung mit inerten Gasen.If this is the case that an education and a catalytic conversion of a gaseous Eduktgemischs takes place or this gas mixture is fed to a reaction zone of a reactor, this, as previously explained, not necessarily understood that in the context of the entire process is constantly an ignitable gas mixture must be formed and reacted as the starting material mixture. In particular, in the context of the present invention, only at certain times, i. For example, in the starting operation of a corresponding reactor or when switching between different operating modes or operating deviations, come to form ignitable gas mixtures. In a control operation, however, the reaction zone, for example, a non-ignitable gas mixture can be supplied as a starting material mixture, for example. Conversely, a non-flammable mixture can also be driven only near or at the selected operating point, while non-flammable conditions are selected during start-up or operating change, for example by increased dilution with inert gases.

Die Zündfähigkeit eines entsprechenden Gasgemischs bestimmt sich nach dessen Zusammensetzung, insbesondere dessen Gehalt an oxidierbaren Verbindungen und Sauerstoff, absolut und im Verhöltnis zueinander. Insbesondere enthält ein entsprechendes zündfähiges Gasgemisch Kohlenwasserstoffe wie im Falle der ODH Alkane. Neben dem ersten und dem zweiten Gasgemisch können im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch weitere Gasgemische verwendet und vermischt werden.The ignitability of a corresponding gas mixture is determined by its composition, in particular its content of oxidizable compounds and oxygen, absolutely and in relation to each other. In particular, contains a corresponding ignitable gas mixture Hydrocarbons as in the case of the ODH alkanes. In addition to the first and the second gas mixture, other gas mixtures can also be used and mixed in the context of the present invention.

Insbesondere kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung das erste Gas oder Gasgemisch eine oder mehrere oxidierbare Verbindungen, insbesondere Alkane oder Alkene, enthalten. Das zweite Gas oder Gasgemisch kann insbesondere Sauerstoff enthalten. Grundsätzlich ist auch möglich, dass das erste Gas oder Gasgemisch den Sauerstoff enthält und das zweite Gas oder Gasgemisch die eine oder die mehreren oxidierbaren Verbindungen. Bei dem jeweils den Sauerstoff enthaltenden Gas oder Gasgemisch kann es sich um reinen Sauerstoff, Luft oder sauerstoffangereicherte Luft oder Gemische hiervon handeln. Allgemein können beide Gase unabhängig von der Sauerstoffquelle weitere inerte oder wenig reaktive Verdünnungsmittel enthalten, wie etwa Wasserdampf, Stickstoff, Methan, Kohlendioxid oder weitere Komponenten. Der Begriff „inert“ bezieht sich dabei auf das Reaktionsverhalten entsprechender Verbindungen in einem entsprechenden Reaktionssystem und ist nicht auf klassischerweise als „inert“ bezeichnete Verbindungen wie beispielsweise die Inertgase Stickstoff, Helium oder Argon beschränkt.In particular, in the context of the present invention, the first gas or gas mixture may contain one or more oxidisable compounds, in particular alkanes or alkenes. The second gas or gas mixture may in particular contain oxygen. In principle, it is also possible that the first gas or gas mixture contains the oxygen and the second gas or gas mixture contains the one or more oxidizable compounds. The gas or gas mixture containing the oxygen in each case can be pure oxygen, air or oxygen-enriched air or mixtures thereof. Generally, both gases may contain other inert or less reactive diluents, such as water vapor, nitrogen, methane, carbon dioxide or other components, independent of the source of oxygen. The term "inert" refers to the reaction behavior of corresponding compounds in a corresponding reaction system and is not limited to classically referred to as "inert" compounds such as the inert gases nitrogen, helium or argon.

Grundsätzlich ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich, das erste und/oder das zweite Gas oder Gasgemisch bereits als Gas oder Gasgemisch bereitzustellen, das eine oder mehrere oxidierbare Verbindungen und zugleich Sauerstoff enthält. Auf diese Weise kann ggf. eine Vermischbarkeit des ersten des zweiten Gases oder Gasgemischs verbessert werden. Auch wenn beispielsweise das erste oder das zweite Gasgemisch vollständig oder teilweise als Recyclestrom bereitgestellt wird, kann dieses neben einer oder mehreren oxidierbaren Verbindungen auch Sauerstoff enthalten. Im Gegensatz zu dem unter Verwendung des ersten und des zweiten Gases oder Gasgemischs gebildeten Eduktgemisch kann in einem derartigen ersten oder zweiten Gasgemisch jedoch ggf. eine Zündunfähigkeit zu jedem Zeitpunkt einfacher sichergestellt werden.In principle, it is also possible within the scope of the present invention to provide the first and / or the second gas or gas mixture already as a gas or gas mixture which contains one or more oxidizable compounds and at the same time oxygen. In this way, possibly a miscibility of the first of the second gas or gas mixture can be improved. Even if, for example, the first or the second gas mixture is provided completely or partially as a recycle stream, this may also contain oxygen in addition to one or more oxidizable compounds. In contrast to the reactant mixture formed using the first and the second gas or gas mixture, however, in such a first or second gas mixture, it may be easier to ensure an ignitability at any time.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird dabei ein Reaktor bereitgestellt, der zur Bildung und katalytischen Umsetzung eines gasförmigen Eduktgemischs eingerichtet ist. Der Reaktor weist eine erste Kammer, eine zweite Kammer und eine dritte Kammer auf, wobei die erste Kammer mittels einer fluiddurchlässigen Trennstruktur von der zweiten Kammer abgegrenzt ist und die zweite Kammer zwischen der ersten und der dritten Kammer angeordnet ist. Ein derartiger Reaktor weist typischerweise eine zumindest teilweise zylindrische Außenhülle auf, so dass die erste Kammer, die zweite Kammer und die dritte Kammer jeweils zumindest teilweise zylindrisch ausgebildet sind und dabei zumindest teilweise identische Querschnitte aufweisen. Eine Zylinderachse verläuft dabei durch die erste Kammer, die zweite Kammer und die dritte Kammer, wobei die fluiddurchlässige Trennstruktur insbesondere senkrecht zu der Zylinderachse zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer angeordnet ist.In the context of the present invention, a reactor is provided which is set up for the formation and catalytic conversion of a gaseous reactant mixture. The reactor comprises a first chamber, a second chamber and a third chamber, wherein the first chamber is delimited from the second chamber by means of a fluid-permeable separation structure and the second chamber is arranged between the first and the third chamber. Such a reactor typically has an at least partially cylindrical outer shell, so that the first chamber, the second chamber and the third chamber are each at least partially cylindrical and at least partially have identical cross sections. A cylinder axis extends through the first chamber, the second chamber and the third chamber, wherein the fluid-permeable separation structure is arranged in particular perpendicular to the cylinder axis between the first chamber and the second chamber.

Es versteht sich, dass, wie nachfolgend noch im Detail erläutert, die Trennstruktur auch eine Erstreckung in Richtung dieser Zylinderachse aufweist, so dass diese zwischen zwei Ebenen angeordnet ist, von denen eine erste Ebene zu der ersten Kammer und eine zweite Ebene zu der zweiten Kammer weist. Die erste und die zweite Ebene sind dabei parallel zueinander und in einem definierten Abstand, der die Dicke der fluiddurchlässigen Trennstruktur definiert, angeordnet.It is understood that, as explained in more detail below, the separation structure also has an extension in the direction of this cylinder axis, so that it is arranged between two planes, of which a first plane to the first chamber and a second plane to the second chamber has. The first and second planes are arranged parallel to one another and at a defined distance, which defines the thickness of the fluid-permeable separation structure.

Wie auch nachfolgend unter Bezugnahme auf das erfindungsgemäße Verfahren noch näher erläutert, wird über die erste Kammer insbesondere ein erstes Gas oder Gasgemisch eingespeist, das über die fluiddurchlässige Trennstruktur in der nachfolgend erläuterten Weise insbesondere eine Fluidgleichrichtung bzw. Strömungsgleichverteilung erfährt. Typischerweise kann dieses erste Gas oder Gasgemisch dabei über eine Zuleitung, die ebenfalls konzentrisch zu der Zylinderachse angeordnet sein kann, jedoch typischerweise einen geringeren Querschnitt als die erste Kammer aufweist, in die erste Kammer eingespeist werden. Hieraus ergibt sich typischerweise eine Strömungsungleichförmigkeit des ersten Gases oder Gasgemischs in der ersten Kammer, die durch die fluiddurchlässige Trennstruktur zumindest teilweise beseitigt wird. Das erste Gas oder Gasgemisch strömt daher mit weitgehend homogenisierter Fluidströmung über die fluiddurchlässige Trennstruktur in die zweite Kammer ein.As also explained in more detail below with reference to the method according to the invention, in particular a first gas or gas mixture is fed via the first chamber, which experiences in particular a fluid rectification or flow uniform distribution via the fluid-permeable separation structure in the manner explained below. Typically, this first gas or gas mixture can be fed into the first chamber via a feed line, which may also be arranged concentrically to the cylinder axis, but typically has a smaller cross-section than the first chamber. This typically results in a flow non-uniformity of the first gas or gas mixture in the first chamber, which is at least partially eliminated by the fluid-permeable separation structure. The first gas or gas mixture therefore flows with largely homogenized fluid flow via the fluid-permeable separation structure into the second chamber.

Wie auch nachfolgend noch erläutert, kann ein zweites Gas oder Gasgemisch insbesondere durch Elemente der fluiddurchlässigen Trennstruktur eingespeist werden, wobei dieses zweite Gas oder Gasgemisch insbesondere aus in der Trennstruktur bzw. deren Elementen angeordneten Kanälen in Zwischenräume dieser Elemente austritt. Auf diese Weise kann eine besonders rasche und sichere Einmischung des zweiten Gases oder Gasgemischs über entsprechende Kanäle in das erste Gas oder Gasgemisch, das ausgehend von der ersten Kammer über Zwischenräume zwischen den Elementen der fluiddurchlässigen Trennstruktur in die zweite Kammer abströmt, bewirkt werden. Noch in den Abständen zwischen den Elementen der fluiddurchlässigen Trennstruktur selbst, spätestens jedoch in der zweiten Kammer, ergibt sich dadurch eine besonders gute Vermischung der beiden Gase oder Gasgemische. Insbesondere wird dabei eine Rückströmung vermieden, wie auch nachfolgend noch erläutert.As also explained below, a second gas or gas mixture can be fed in particular by elements of the fluid-permeable separation structure, this second gas or gas mixture escaping, in particular, from channels arranged in the separation structure or their elements into interspaces of these elements. In this way, a particularly rapid and safe mixing of the second gas or gas mixture via corresponding channels in the first gas or gas mixture, which flows from the first chamber via gaps between the elements of the fluid-permeable separation structure into the second chamber, are effected. Even at the intervals between the elements of the fluid-permeable separation structure itself, but at the latest in the second chamber, this results in a particularly good mixing of the two gases or gas mixtures. In particular, a backflow is avoided, as also explained below.

Grundsätzlich kann es sich bei dem ersten Gas oder Gasgemisch oder dem zweiten Gas oder Gasgemisch um ein Sauerstoff enthaltendes Gas oder Gasgemisch handeln, wobei das andere Gas oder Gasgemisch dann jeweils die oxidierbare Komponente aufweist. Weitere Ausgestaltungen hierzu wurden bereits zuvor erläutert. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das in die erste Kammer eingespeiste und über die fluiddurchlässige Trennstruktur in die zweite Kammer übertretende Gas oder Gasgemisch jenes mit dem höheren Massenstrom ist. In principle, the first gas or gas mixture or the second gas or gas mixture may be an oxygen-containing gas or gas mixture, the other gas or gas mixture then each having the oxidizable component. Further embodiments for this purpose have already been explained above. It is particularly advantageous if the gas or gas mixture fed into the first chamber and passing into the second chamber via the fluid-permeable separating structure is the one with the higher mass flow.

Ausgehend von der zweiten Kammer und damit nach der Vermischung wird das auf diese Weise gebildete Eduktgemisch in die dritte Kammer überführt, die als Reaktionskammer ausgebildet und mit einem entsprechenden Katalysator ausgestattet ist. Ein Katalysator kann dabei in einer beliebigen Art und Weise bereitgestellt werden, beispielsweise in Form eines Festbetts, in Form von Wabenkörpern oder in Form von katalytisch aktiven Körpern in von außen erwärmten und/oder gekühlten Rohren, wie bereits zuvor erwähnt. Daher kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung die zweite Kammer durch geeignete Mittel von der dritten Kammer abgegrenzt sein, beispielsweise über einen geeigneten Rohrboden.Starting from the second chamber and thus after mixing, the educt mixture formed in this way is transferred into the third chamber, which is formed as a reaction chamber and equipped with a corresponding catalyst. A catalyst can be provided in any desired manner, for example in the form of a fixed bed, in the form of honeycomb bodies or in the form of catalytically active bodies in externally heated and / or cooled tubes, as already mentioned above. Therefore, in the context of the present invention, the second chamber may be delimited by suitable means from the third chamber, for example via a suitable tube sheet.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist nun vorgesehen, dass die fluiddurchlässige Trennstruktur Längselemente aufweist, die parallel zueinander und mit Zwischenräumen zwischeneinander angeordnet sind, und die sich parallel zu einer Ebene zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer längs erstrecken. Die Längselemente weisen also eine Längserstreckung auf, deren Richtung parallel zu der genannten Ebene angeordnet ist. Eine „Längserstreckung“ gibt dabei die Richtung an, in der die Längselemente die größte Länge aufweisen. Die Längserstreckung ist damit senkrecht zu der mehrfach erwähnten Zylinderachse, um der die erste Kammer, die zweite Kammer und die dritte Kammer angeordnet sein können, orientiert. Die fluiddurchlässige Trennstruktur ist damit, mit anderen Worten, in Form eines Längsgitters ausgebildet, das zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer angeordnet ist, und das über die Zwischenräume zwischen den Längselementen einen Übertritt von Fluid aus der ersten Kammer in die zweite Kammer ermöglicht.In the context of the present invention, it is now provided that the fluid-permeable separating structure comprises longitudinal elements which are arranged parallel to one another and with gaps between them, and which extend longitudinally parallel to a plane between the first chamber and the second chamber. The longitudinal elements thus have a longitudinal extent, whose direction is arranged parallel to said plane. A "longitudinal extent" indicates the direction in which the longitudinal elements have the greatest length. The longitudinal extent is thus oriented perpendicular to the cylinder axis mentioned several times, around which the first chamber, the second chamber and the third chamber can be arranged. In other words, the fluid-permeable separating structure is in the form of a longitudinal grid, which is arranged between the first chamber and the second chamber, and which allows a passage of fluid from the first chamber into the second chamber via the intermediate spaces between the longitudinal elements.

Wie bereits angesprochen, weist zumindest ein Teil der Längselemente jeweils Längskanäle mit jeweils mehreren Öffnungen auf, die jeweils in einen oder beide jeweils benachbarte Zwischenräume münden. Entsprechende Längskanäle können damit mit einer Einspeiseleitung zur Bereitstellung des zweiten Gases oder Gasgemischs verbunden werden, so dass das zweite Gas oder Gasgemisch über die Längskanäle und deren Öffnungen in den oder die Zwischenräume zwischen den Längselementen direkt in die Zwischenräume und damit in das durch diese Zwischenräume strömende erste Gas oder Gasgemisch eingespeist bzw. eingemischt werden kann. Durch eine derartige Anordnung kann eine besonders effektive Vermischung erzielt werden, wobei wie erwähnt, Rückströmungen von zündfähigen Gasen oder Gasgemischen gegen die Strömungsrichtung in Richtung der ersten Kammer vermieden werden kann. Ferner wird durch den Einsatz der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Anordnung die Bildung von nicht oder schlecht durchströmten Bereichen in Strömungsrichtung stromab der fluiddurchlässigen Trennstruktur, d.h. in der zweiten Kammer, vermieden.As already mentioned, at least some of the longitudinal elements each have longitudinal channels, each having a plurality of openings, each opening into one or both adjacent intermediate spaces. Corresponding longitudinal channels can thus be connected to a feed line for providing the second gas or gas mixture, so that the second gas or gas mixture via the longitudinal channels and their openings in the space or between the longitudinal elements directly into the interstices and thus into the flowing through these spaces first gas or gas mixture can be fed or mixed. By such an arrangement, a particularly effective mixing can be achieved, as mentioned, backflow of ignitable gases or gas mixtures can be avoided against the flow direction in the direction of the first chamber. Furthermore, the use of the arrangement proposed according to the invention makes the formation of regions which are not or poorly perfused in the flow direction downstream of the fluid-permeable separation structure, i. in the second chamber, avoided.

Durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Reaktor bzw. dessen spezifische Ausgestaltung kann erreicht werden, dass sämtliche Funktionen der Strömungsgleichrichtung bzw. Homogenisierung, der Durchmischung und weiterer Funktionen aus reaktionstechnischer und sicherheitstechnischer Sicht kombiniert werden können. In dem Reaktor kommt es zu einer nahezu vollständigen Gleichverteilung der Strömung über die gesamte durchströmte Fläche und einer gleichmäßigen Verteilung des zweiten Gases oder Gasgemischs in dem ersten Gas oder Gasgemisch bei kurzer Mischstrecke, wobei eine Rückströmung von zündfähigem Gemisch gegen die Strömungsrichtung und eine Bildung von nicht oder nur schlecht durchströmten Bereichen vermieden wird.By the inventively proposed reactor or its specific configuration can be achieved that all functions of flow equalization or homogenization, mixing and other functions from a reaction engineering and safety point of view can be combined. In the reactor there is an almost complete uniform distribution of the flow over the entire area flowed through and a uniform distribution of the second gas or gas mixture in the first gas or gas mixture at a short mixing distance, wherein a backflow of ignitable mixture against the flow direction and a formation of non or poorly traversed areas is avoided.

Erfindungsgemäß ist insbesondere vorgesehen, dass die erste Kammer mit dem bereits mehrfach erwähnten ersten Gas oder Gasgemisch beaufschlagbar ist, das über die Zwischenräume die zweite Kammer einspeisbar ist, und dass die Längskanäle mit dem mehrfach erwähnten zweiten Gas oder Gasgemisch beaufschlagbar sind, das über die Öffnungen und die Zwischenräume in die zweite Kammer einspeisbar ist. Wie erwähnt, ergibt sich auf diese Weise eine besonders effektive Durchmischung und sicherheitstechnisch günstige Strömung. Ein „Längskanal“ erstreckt sich insbesondere entlang zumindest eines Teils der Längserstreckung der jeweiligen Längselemente.According to the invention, provision is made in particular for the first chamber to be acted upon by the first gas or gas mixture already mentioned several times, the second chamber being able to be fed in via the interspaces, and the longitudinal channels being able to be acted upon by the second gas or gas mixture mentioned several times, via the openings and the spaces in the second chamber can be fed. As mentioned, results in this way a particularly effective mixing and safety-favorable flow. A "longitudinal channel" extends in particular along at least part of the longitudinal extent of the respective longitudinal elements.

Erfindungsgemäß ist insbesondere vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Längselemente paarweise einander zuweisende Bereiche aufweisen, die durch Abschlussflächen der Längselemente gebildet sind. Unter „einander zuweisenden Bereichen“ seien dabei insbesondere solche Wandbereiche bzw. Abschlussflächen von Längselementen verstanden, die bei Draufsicht entlang einer Ebene, in der die Achsen angeordnet sind, die die jeweilige Längserstreckung der Längselemente definieren, übereinander projizieren. Diese einander zuweisenden Bereiche liegen also zwischen den teils zuvor erwähnten ersten und zweiten Ebenen, wobei die erste Ebene der ersten Kammer zuweist und die zweite Ebene der zweiten Kammer zuweist und die erste und die zweite Ebene in einem Abstand parallel zueinander angeordnet sind. Die erste und die zweite Ebene definieren dabei eine maximale Erstreckung der Längselemente in Richtung der ersten bzw. zweiten Kammer. Die genannten Abschlussflächen der Längselemente definieren dabei jeweils einen Eintrittsbereich für Fluid in die Zwischenräume zwischen den Längselementen, einen freien Strömungsbereich und einen Austrittsbereich in die zweite Kammer. Vorzugsweise verjüngen sich dabei diese Abschnitte zunächst und erweitern sich anschließend in Richtung der zweiten Kammer erneut.According to the invention it is provided in particular that at least a part of the longitudinal elements have pairs facing each other, which are formed by end faces of the longitudinal elements. In this context, "mutually assigning regions" are understood in particular to be those wall regions or end surfaces of longitudinal elements which, when viewed from above, project one above the other along a plane in which the axes are arranged which define the respective longitudinal extension of the longitudinal elements. These mutually adjoining areas thus lie between the first and second levels, which are partly mentioned above, wherein the first level assigns the first chamber and the second level assigns the second chamber and the first and second levels second level are arranged at a distance parallel to each other. The first and the second plane define a maximum extent of the longitudinal elements in the direction of the first and second chamber. In each case, said end surfaces of the longitudinal elements define an entry region for fluid into the intermediate spaces between the longitudinal elements, a free flow region and an exit region into the second chamber. Preferably, these sections initially taper and then widen again in the direction of the second chamber.

Eine entsprechende Verjüngung wird insbesondere dadurch gebildet, dass die Abschlussflächen aus Richtung der ersten Ebene in Richtung der zweiten Ebene jeweils eine gekrümmte erste Abschlussfläche und eine sich an diese gekrümmte erste Abschlussfläche anschließende ebene zweite Abschlussfläche umfassen. Durch die Krümmung der gekrümmten ersten Abschlussflächen verringert sich dabei ein Abstand dieser Abschlussflächen zunehmend ausgehend von der ersten Kammer in Richtung der zweiten Kammer. Der freie Strömungsbereich, der dann durch Ebenen der zweiten Abschlussfläche definiert wird, ändert seinen Querschnitt vorzugsweise hingegen nicht.A corresponding taper is formed in particular in that the end faces from the direction of the first plane in the direction of the second plane each comprise a curved first end face and a flat second end face adjoining this first end face curved. As a result of the curvature of the curved first end surfaces, a distance between these end surfaces decreases increasingly starting from the first chamber in the direction of the second chamber. The free flow area, which is then defined by planes of the second end face, preferably does not change its cross section.

Mit anderen Worten sind vorteilhafterweise die jeweils paarweise einander zuweisenden zweiten Abschlussflächen in der soeben erläuterten Ausführungsgestaltung der vorliegenden Erfindung parallel zueinander und in einem Abstand d zueinander angeordnet. Dieser Abstand d wird insbesondere auf Grundlage von strömungstechnischen Betrachtungen in geeigneter Weise und in Abstimmung mit den jeweils anderen Dimensionen der Längselemente und des entsprechenden Abstandes definiert. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass ein entsprechender Anströmbereich, der durch die gekrümmten Abschlussflächen definiert ist, druckverlustminimiert ausgeführt wird. Der Abstand d kann insbesondere 5 bis 50 mm, bevorzugt 15 bis 25mm, betragen.In other words, the pairs of second end faces facing each other in the embodiment of the present invention just explained are advantageously arranged parallel to one another and at a distance d from one another. This distance d is defined in particular on the basis of fluidic considerations in a suitable manner and in coordination with the respective other dimensions of the longitudinal elements and the corresponding distance. In this case, provision is made in particular for a corresponding inflow region, which is defined by the curved end surfaces, to be designed to minimize pressure loss. The distance d may in particular be 5 to 50 mm, preferably 15 to 25 mm.

Vorteilhafterweise sind daher die jeweils paarweise aneinander zuweisenden ersten Abschlussflächen jeweils in Form eines Viertelzylinders mit einem Radius r ausgebildet, der mit dem Abstand d gemäß r = n × d in Beziehung steht, wobei n 0,1 bis 5, inbesondere 0,5, beträgt. Anstelle der Bereitstellung einer entsprechenden gekrümmten ersten Abschlussfläche kann auch jeweils lediglich eine Kantenbrechung erfolgen. Werden gekrümmte erste Abschlussflächen in der erläuterten Ausgestaltung bereitgestellt, erstreckt sich eine Achse des Viertelzylinders dabei jeweils in Richtung der Längsstreckung der Längselemente und damit senkrecht zu der mehrfach erwähnten Zylinderachse durch die erste, zweite und dritte Kammer.Advantageously, therefore, the respective first end surfaces facing each other in pairs are each in the form of a quarter cylinder with a radius r, which is related to the distance d according to r = n × d, where n is 0.1 to 5, in particular 0.5 , Instead of providing a corresponding curved first end surface, only one edge break can also be made in each case. If curved first end faces are provided in the illustrated embodiment, an axis of the quarter cylinder extends in each case in the direction of the longitudinal extension of the longitudinal elements and thus perpendicular to the cylinder axis mentioned several times through the first, second and third chambers.

Der durch die parallel zueinander angeordneten zweiten Abschlussflächen definierte freie Strömungsbereich wird vorteilhafterweise derart gewählt, dass sich die Strömung in einem entsprechend gebildeten Kanal an der Wand anlegt und somit eine Rückströmung und ein diffusives Rückvermischen wirkungsvoll unterdrückt wird.The free flow region defined by the second end surfaces arranged parallel to one another is advantageously selected such that the flow is applied to the wall in a correspondingly formed channel and thus a backflow and a diffusive backmixing are effectively suppressed.

Insbesondere können die mehrfach erwähnten Abschlussflächen dabei aus Richtung der ersten Ebene in Richtung der zweiten Ebene jeweils über einen Rücksprung an die zweiten Abschlussflächen anschließende dritte Abschlussflächen umfassen. Auf diese Weise erweitert sich der erwähnte Kanal zwischen den parallel angeordneten zweiten Abschlussflächen zu einer größeren lichten Weite, die durch die dritten Abschlussflächen, die ebenfalls insbesondere parallel zueinander angeordnet sein können, gebildet bzw. definiert wird.In particular, the repeatedly mentioned end faces may comprise third end faces adjoining the second end faces from the direction of the first plane in the direction of the second plane. In this way, the mentioned channel expands between the second end surfaces arranged in parallel to form a larger clear width, which is formed or defined by the third end faces, which can likewise be arranged in particular parallel to one another.

In der soeben erläuterten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung definiert der Rücksprung dabei jeweils einen Parallelversatz mit einem Wert t zwischen der zweiten Abschlussfläche und der dritten Abschlussfläche, wobei der Wert t mit dem Abstand d gemäß t = q × d in Beziehung steht, wobei q 0,25 bis 2,5, insbesondere 0,5, beträgt. Wie nachfolgend erläutert, kann insbesondere über die dritte Abschlussfläche und die hier mündenden Öffnungen der Längskanäle in den Längselementen das zweite Gas oder Gasgemisch eingemischt werden. Dies erfolgt dabei in einem Bereich, in dem sich die entsprechenden Kanäle in Form der Zwischenräume erweitern bzw. bereits erweitert haben, so dass ein Gegendruck und hierdurch eine Rückströmung verhindert wird.In the embodiment of the present invention just described, the return in each case defines a parallel offset with a value t between the second termination surface and the third termination surface, wherein the value t is related to the distance d according to t = q × d, where q is 0, 25 to 2.5, in particular 0.5. As explained below, the second gas or gas mixture can be mixed in in particular via the third end face and the openings of the longitudinal channels opening out here in the longitudinal elements. This takes place in a region in which the corresponding channels have widened or already widened in the form of the intermediate spaces, so that a back pressure and thus a backflow is prevented.

Wie erwähnt, wird vorteilhafterweise eine Länge des freien Strömungsbereichs zwischen den zweiten Ebenen optimiert. Hierbei wird insbesondere eine Länge, in der über die eine entsprechende freie Strömung erfolgen kann, in geeigneter Weise gewählt. Dies geschieht im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere dadurch, dass ein Abstand zwischen der ersten Ebene und dem Rücksprung derart gewählt wird, dass dieser den Wert I beträgt, wobei I mit dem Abstand e gemäß l = s × d in Beziehung steht, wobei s 0,5 bis 25, insbesondere 10, beträgt.As mentioned, a length of the free flow area between the second planes is advantageously optimized. In this case, a length in which a corresponding free flow can take place is chosen in a suitable manner. This is done in the context of the present invention in particular in that a distance between the first plane and the return is chosen such that it is the value I, where I is related to the distance e according to l = s × d, where s 0 , 5 to 25, in particular 10.

Alternativ zu der soeben erläuterten Ausgestaltung mit dem Rücksprung zwischen der zweiten Ebene und der dritten Ebene kann auch vorgesehen sein, dass die Abschlussflächen aus Richtung der ersten Ebene in Richtung der zweiten Ebene jeweils sich kontinuierlich an die zweite Abschlussfläche anschließende, in Richtung der zweiten Ebene voneinander weg gekrümmte dritte Abschlussflächen umfassen. Die Krümmung kann insbesondere in Form einer Halbellipse oder einer parabolischen Funktion ausgebildet sein. Auf diese Weise kann ggf. eine nochmals erhöhte Verbesserung der Strömungseigenschaften erzielt werden, jedoch ergibt sich in einer derartigen Ausgestaltung ggf. ein erhöhter Fertigungsaufwand.As an alternative to the configuration just described, with the return between the second plane and the third plane, it is also possible to provide that the end surfaces from the direction of the first plane in the direction of the second plane are in each case continuously adjacent to the second end surface, in the direction of the second plane include curved third end surfaces. The curvature can be designed in particular in the form of a semi-ellipse or a parabolic function. In this way, if necessary a further increase in the flow properties can be achieved, but in such an embodiment, if necessary, an increased manufacturing outlay arises.

In sämtlichen zuvor erläuterten Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass die Öffnungen der Längskanäle alternierend in den dritten Abschlussflächen auf beiden Seiten der Längselemente münden. Auf diese Weise wird eine besonders vorteilhafte Einmischung erzielt, weil ein entsprechendes Gasgemisch nochmals gleichmäßiger verteilt werden kann. Eine Mündung der Öffnungen kann dabei in einer Richtung von 90°zur Strömung in den Zwischenräumen gerichtet se in, es kann jedoch ein Winkel von 15°bis 90°mit der Strömung ausgebildet werden . Entsprechende Winkel können unabhängig davon bereitgestellt werden, ob eine alternierende oder nicht alternierende Anordnung der Öffnungen vorgesehen ist.In all of the embodiments explained above, it can be provided that the openings of the longitudinal channels open alternately in the third end faces on both sides of the longitudinal elements. In this way, a particularly advantageous interference is achieved because a corresponding gas mixture can be evenly distributed even more. An opening of the openings can be directed in a direction of 90 ° to the flow in the spaces se in, however, it can be an angle of 15 ° to 90 ° formed with the flow. Corresponding angles can be provided regardless of whether an alternating or non-alternating arrangement of the openings is provided.

Wie bereits mehrfach erläutert, kann die erste Kammer insbesondere mit einer ersten Fluideinspeiseleitung fluidisch verbunden werden und die Längskanäle können insbesondere mit einer zweiten Fluideinspeiseleitung fluidisch verbunden werden. Über die erste Fluideinspeiseleitung kann dabei das erste Gas oder Gasgemisch, über die zweite Fluideinspeiseleitung das zweite Gas oder Gasgemisch eingespeist werden.As already explained several times, the first chamber can in particular be fluidically connected to a first fluid feed line and the longitudinal channels can in particular be fluidically connected to a second fluid feed line. The first gas or gas mixture can be fed in via the first fluid feed line and the second gas or gas mixture can be fed via the second fluid feed line.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zur Bildung katalytischen Umsetzung eines gasförmigen Eduktgemischs umfasst, dass ein erstes und ein zweites Gas oder Gasgemisch zu dem Eduktgemisch vermischt und danach einer Reaktionszone eines Reaktors zugeführt und dort katalytisch umgesetzt werden.The inventively proposed method for forming catalytic reaction of a gaseous reactant mixture comprises that a first and a second gas or gas mixture are mixed to the educt mixture and then fed to a reaction zone of a reactor and catalytically reacted there.

Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass in einem entsprechenden Verfahren ein Reaktor eingesetzt wird, wie er zuvor in unterschiedlichen Ausführungsformen erläutert wurde. Dabei wird erfindungsgemäß das erste Gas oder Gasgemisch über die erste Kammer eingespeist, das zweite Gas oder Gasgemisch wird über die Längskanäle und deren Öffnungen eingespeist, und das erste Gas oder Gasgemisch und das zweite Gas oder Gesgemisch werden in den Zwischenräumen und/oder der zweiten Kammer zu dem Eduktgemisch vermischt. Die dritte Kammer wird dabei als die Reaktionszone verwendet und ist daher in geeigneter Weise ausgestaltet, beispielsweise mit einem entsprechenden Katalysator versehen.According to the invention it is provided that in a corresponding method, a reactor is used, as has been previously explained in different embodiments. In this case, according to the invention, the first gas or gas mixture is fed via the first chamber, the second gas or gas mixture is fed via the longitudinal channels and their openings, and the first gas or gas mixture and the second gas or Gesgemisch be in the interstices and / or the second chamber mixed to the educt mixture. The third chamber is used as the reaction zone and is therefore designed in a suitable manner, for example, provided with a corresponding catalyst.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit an der engsten Stelle der Zwischenräume zwischen den Längselementen, die durch eine geeignete geometrische Ausgestaltung erzielt werden kann, derart eingestellt, dass sie höher als die laminare Flammgeschwindigkeit, höher als die turbulente Flammgeschwindigkeit, bei einem Viertel bis zur Hälfte der Schallgeschwindigkeit, insbesondere bei ca. einem Drittel der Schallgeschwindigkeit, oder bei Schallgeschwindigkeit liegt. Auf diese Weise kann insbesondere eine Rückströmung vermieden werden.According to a particularly preferred embodiment of the present invention, an average flow velocity at the narrowest point of the interstices between the longitudinal elements, which can be achieved by a suitable geometrical configuration, is set to be higher than the laminar flame velocity, higher than the turbulent flame velocity a quarter to half the speed of sound, in particular at about one third of the speed of sound, or at the speed of sound. In this way, in particular a backflow can be avoided.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann ferner insbesondere vorgesehen sein, dass eine Verweilzeit des Eduktgemischs derart eingestellt wird, dass sie geringer als die Zündverzögerungszeit des Eduktgemisches ist. Die Zündverzögerung hängt ab von der Temperatur, dem Druck und der Zusammensetzung des Eduktgemischs. Die Verweilzeit bezieht sich dabei insbesondere auf eine Verweilzeit in der zweiten Kammer, in der grundsätzlich eine Zündung möglich ist.In the context of the present invention, it may further be provided, in particular, that a residence time of the educt mixture is set such that it is less than the ignition delay time of the educt mixture. The ignition delay depends on the temperature, the pressure and the composition of the educt mixture. The residence time refers in particular to a residence time in the second chamber, in which basically an ignition is possible.

Weitere Aspekte und Vorteile des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens ergeben sich aus den zuvor erläuterten Merkmalen und Vorteilen des erfindungsgemäßen Reaktors in entsprechender Weise, so dass auf diese ausdrücklich verwiesen wird.Further aspects and advantages of the method proposed according to the invention result from the previously explained features and advantages of the reactor according to the invention in a corresponding manner, so that reference is expressly made to these.

Eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann umfassen, dass die zweite Kammer, also die Mischzone eines entsprechenden Reaktors, mit einer inerten oder einer bereits katalytisch wirkenden Schüttung versehen wird, um auf diese Weise die Masse reaktiven Gases zu minimieren und die inerte Masse zu erhöhen. A further embodiment of the present invention may comprise providing the second chamber, ie the mixing zone of a corresponding reactor, with an inert or already catalytically active bed in order to minimize the mass of reactive gas and to increase the inert mass.

Insbesondere kann auf diese Weise im Rahmen der vorliegenden Erfindung einer anlaufenden Explosion Energie durch eine entsprechende Schüttung entzogen werden, so dass der Abbrand erlischt. Damit kann der geforderte Auslegungsdruck nennenswert reduziert und der Druckmantel dementsprechend günstiger ausgeführt werden.In particular, in this way, in the context of the present invention, a startling explosion energy can be withdrawn by a corresponding bed, so that the burn goes out. Thus, the required design pressure can be significantly reduced and the pressure jacket can be performed accordingly cheaper.

Anstelle einer inerten Schüttung kann für denselben Zweck auch eine strukturierte Packung und/oder ein statisches Mischelement vorgesehen sein. Auch durch die thermische Masse einer strukturierten Packung oder eines statischen Mischelements kann einer anlaufenden Explosion Energie entzogen werden. Die strukturierte Packung, die beispielsweise aus entsprechend strukturierten Blechen gebildet sein kann, oder ein statisches Mischelement kann insbesondere auch nur in einem Teil der zweiten Kammer angeordnet sein. Durch eine strukturierte Packung oder ein statisches Mischelement kann zusätzlich eine verbesserte Mischung des ersten und des zweiten Gasgemischs in der Mischkammer bzw. dem entsprechenden Bereich erzielt werden.Instead of an inert bed, a structured packing and / or a static mixing element may be provided for the same purpose. Also by the thermal mass of a structured packing or a static mixing element energy can be withdrawn from a starting explosion. The structured packing, which may for example be formed from correspondingly structured metal sheets, or a static mixing element may in particular also be arranged only in a part of the second chamber. By means of a structured packing or a static mixing element, an improved mixture of the first and the second gas mixture in the mixing chamber or the corresponding area can additionally be achieved.

Anstelle einer explosionssicheren Auslegung der Mischzone, also der zweiten Kammer, kann diese auch mit gasabführenden Maßnahmen ausgestattet werden, beispielsweise mit Berstscheiben zur Umgebung oder zu einem Ableitungssystem. Nicht sicher durchströmte Randzonen am Rand eines entsprechenden Reaktors können insbesondere aus einer Schürze mit Blech versehen und technisch dicht ausgeführt oder beispielsweise einem Inertmedium oder einem Prozessmedium, bei dem es sich aber insbesondere nicht um das jeweils Sauerstoff enthaltene Gas oder Gasgemisch handelt, durchströmt werden. Instead of an explosion-proof design of the mixing zone, ie the second chamber, this can also be equipped with gas-discharging measures, for example with rupture disks to the environment or to a discharge system. Unsafe flow-through edge zones on the edge of a corresponding reactor can in particular be provided with a sheet metal sheet and executed in a technically sealed manner or, for example, an inert medium or a process medium, but which is not in particular the gas or gas mixture contained in each case.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, die eine bevorzugte Ausgestaltung von erfindungsgemäßen Reaktoren und deren Teilen veranschaulicht.The present invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawing, which illustrates a preferred embodiment of reactors according to the invention and their parts.

Figurenlistelist of figures

  • 1A veranschaulicht einen Reaktor gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung in vereinfachter schematischer Längsansicht und in Teildarstellung. 1A illustrates a reactor according to an embodiment of the invention in a simplified schematic longitudinal view and in partial view.
  • 1B zeigt einen vereinfachten und vergrößerten Querschnitt entlang einer Schnittebene A-A durch den in 1A gezeigten Reaktor. 1B shows a simplified and enlarged cross-section along a sectional plane AA through the in 1A shown reactor.
  • 1C veranschaulicht einen vereinfachten und vergrößerten Schnitt entlang einer Schnittebene B-B durch den in 1A gezeigten Reaktor. 1C illustrates a simplified and enlarged section along a sectional plane BB through the in 1A shown reactor.
  • 2 veranschaulicht eine alternative Ausgestaltung von Längselementen einer Trennstruktur für einen Reaktor gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung. 2 Figure 3 illustrates an alternative embodiment of longitudinal elements of a separation structure for a reactor according to an embodiment of the invention.
  • 3A veranschaulicht Längselemente für eine Trennstruktur für einen Reaktor gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung in pseudoperspektivischer Ansicht. 3A illustrates longitudinal elements for a separation structure for a reactor according to an embodiment of the invention in a pseudo-perspective view.
  • 3B veranschaulicht einen Längskanal durch ein Längselement einer Trennstruktur für einen Reaktor gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung anhand eines Schnitts in der Schnittebene C-C in 3A. 3B FIG. 3 illustrates a longitudinal channel through a longitudinal element of a separation structure for a reactor according to an embodiment of the invention, with a section in the sectional plane CC in FIG 3A ,

In den Figuren sind einander entsprechende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert. Wird nachfolgend ein erfindungsgemäßer Reaktor erläutert, gelten die entsprechenden Erläuterungen in gleicher Weise auch für ein mit diesem Reaktor durchgeführtes Verfahren gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.In the figures, corresponding elements are given identical reference numerals and will not be explained repeatedly for the sake of clarity. If a reactor according to the invention is explained below, the corresponding explanations apply equally to a process carried out with this reactor according to an embodiment of the present invention.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

In 1A ist ein Reaktor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in vereinfachter schematischer Teildarstellung in Form eines Längsschnitts entlang einer strichpunktiert veranschaulichten Achse und in Teildarstellung dargestellt. Der Reaktor bzw. dessen in 1A dargestellter Teil ist insgesamt mit 100 bezeichnet.In 1A is a reactor according to an embodiment of the invention in a simplified schematic partial view in the form of a longitudinal section along an axis illustrated by dash-dotted lines and shown in partial view. The reactor or its in 1A shown part is in total with 100 designated.

Der in 1 dargestellte Reaktor 100 umfasst im dargestellten Beispiel eine erste Kammer 1, eine zweite Kammer 2 und eine dritte Kammer 3, wobei die erste Kammer 1 insbesondere als Einspeisekammer zur Einspeisung eines ersten Gases oder Gasgemischs, das über eine erste Fluideinspeiseleitung 17 bereitgestellt wird, die zweite Kammer 2 als Mischkammer zur Mischung des ersten Gases oder Gasgemischs mit einem zweiten Gas oder Gasgemisch, das über eine zweite Fluideinspeiseleitung 18 bereitgestellt wird, und die dritte Kammer 3 als Reaktionskammer verwendet wird, wobei die dritte Kammer 3 insbesondere mit einem geeigneten Katalysator versehen ist, wie zuvor mehrfach erläutert.The in 1 represented reactor 100 includes in the example shown a first chamber 1 , a second chamber 2 and a third chamber 3 , where the first chamber 1 in particular as a feed chamber for feeding a first gas or gas mixture, via a first fluid feed line 17 is provided, the second chamber 2 as a mixing chamber for mixing the first gas or gas mixture with a second gas or gas mixture via a second fluid feed line 18 is provided, and the third chamber 3 is used as the reaction chamber, wherein the third chamber 3 is provided in particular with a suitable catalyst, as previously explained several times.

Die erste Kammer 1 und die zweite Kammer 2 sind dabei mittels einer fluiddurchlässigen Trennstruktur 4 voneinander abgegrenzt und die zweite Kammer 2 befindet sich zwischen der ersten Kammer 1 und der dritten Kammer 3.The first chamber 1 and the second chamber 2 are by means of a fluid-permeable separation structure 4 separated from each other and the second chamber 2 is located between the first chamber 1 and the third chamber 3 ,

Details bezüglich der fluiddurchlässigen Trennstruktur 4 werden insbesondere unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren bzw. Teilfiguren veranschaulicht. Die fluiddurchlässige Trennstruktur ist in dem Reaktor 100 derart angeordnet, dass sie sich parallel zu einer Ebene, die hier gestrichelt veranschaulicht und mit 7 bezeichnet ist, zwischen der ersten Kammer 1 und der zweiten Kammer 2 längs erstreckt.Details regarding the fluid-permeable separation structure 4 are illustrated in particular with reference to the following figures or sub-figures. The fluid-permeable separation structure is in the reactor 100 arranged such that it is parallel to a plane, which is shown here by dashed lines and designated 7, between the first chamber 1 and the second chamber 2 extends longitudinally.

1B zeigt eine Querschnittsansicht des in 1A veranschaulichten Reaktors gemäß der Schnittebene A-A, die in 1A entsprechend bezeichnet ist. Wie insbesondere aus 1B ersichtlich, umfasst die fluiddurchlässige Trennstruktur 4 jeweils Längselemente 5, die parallel zueinander und mit Zwischenräumen 6 zwischeneinander angeordnet sind. Wie insbesondere aus einer Zusammenschau der 1A und 1B ersichtlich, erstrecken sich die Längselemente parallel zu der Ebene 7 zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer. 1B shows a cross-sectional view of the in 1A illustrated reactor according to the sectional plane AA , in the 1A is designated accordingly. As in particular from 1B can be seen, comprises the fluid-permeable separation structure 4 each longitudinal elements 5 that are parallel to each other and with gaps 6 are arranged between each other. As in particular from a synopsis of 1A and 1B As can be seen, the longitudinal elements extend parallel to the plane 7 between the first chamber and the second chamber.

Weitere Details bezüglich der fluiddurchlässigen Trennstruktur 4 bzw. der Längselemente 5 ergeben sich aus der 1C, die eine vergrößerte und nur teilweise Schnittansicht gemäß der Schnittebene B-B in 1A veranschaulicht. Hierbei sind zwei der Längselemente 5 (eines davon nur in Teildarstellung) mit einem dazwischen ausgebildeten Zwischenraum 6 veranschaulicht.Further details regarding the fluid-permeable separation structure 4 or the longitudinal elements 5 arise from the 1C , which is an enlarged and only partial sectional view according to the sectional plane BB in 1A illustrated. Here are two of the longitudinal elements 5 (one of them only in partial representation) with a gap formed between them 6 illustrated.

Wie insbesondere aus der 1C ersichtlich, weisen die hier dargestellten Längselemente 5 dabei jeweils Längskanäle 8 auf, die ihrerseits jeweils Öffnungen 9 aufweisen, welche jeweils in einen der Zwischenräume 6 münden. Wie ebenfalls aus der 1C ersichtlich weisen die hier dargestellten Längselemente 5 paarweise einander zuweisende Bereiche auf, die hier insgesamt mit 10 bezeichnet sind, und die sich, wie hier veranschaulicht, jeweils zwischen einer der ersten Kammer 1 zuweisenden ersten Ebene 15 und einer der zweiten Kammer 2 zuweisenden zweiten Ebene 16, die parallel zu der ersten Ebene ausgerichtet ist, erstrecken. Die genannten Ebenen sind hier jeweils punktiert veranschaulicht. Sie definieren die maximale Erstreckung der Längselemente 5 in Richtung der ersten bzw. zweiten Kammer 1,2.As in particular from the 1C can be seen, have the longitudinal elements shown here 5 while each longitudinal channels 8th on, in turn, each openings 9 each having in one of the interstices 6 lead. As also from the 1C can be seen, the longitudinal elements shown here 5 A pair of facing each other areas, which are designated here in total by 10, and which, as illustrated here, in each case between one of the first chamber 1 assigning first level 15 and one of the second chamber 2 assigning second level 16 which is aligned parallel to the first plane extend. The mentioned levels are shown here dotted. They define the maximum extent of the longitudinal elements 5 in the direction of the first and second chambers 1,2.

Wie in 1C jeweils nur an dem rechts dargestellten Längselement 5 veranschaulicht, umfassen diese Abschlussflächen 10 dabei aus Richtung der ersten Ebene 15 in Richtung der zweiten Ebene 16 jeweils eine gekrümmte erste Abschlussfläche 11 und eine sich an diese Ebene anschließende zweite Abschlussfläche 12. Es schließt sich eine dritte Abschlussfläche 13 an, und zwar über einen entsprechenden Rücksprung (ohne gesonderte Bezeichnung), der einen Parallelversatz der zweiten Abschlussfläche 12 und der dritten Abschlussfläche 13 definiert. Die Öffnungen 9 der Längskanäle 8 münden dabei insbesondere im Bereich dieser dritten Abschlussfläche.As in 1C only on the longitudinal element shown on the right 5 Illustrates include these termination surfaces 10 doing so from the direction of the first level 15 towards the second level 16 each a curved first end surface 11 and a second termination surface adjacent to this plane 12 , It closes a third end surface 13 on, via a corresponding return (without a separate name), the parallel offset of the second end face 12 and the third endface 13 Are defined. The openings 9 the longitudinal channels 8th lead in particular in the area of this third end face.

Während damit in der in 1C veranschaulichten Ausführungsform entsprechende Rücksprünge und ebene Abschlussflächen 12 und 13 vorgesehen sind, ist in 2 eine alternative Ausführungsform veranschaulicht, die gegenüber der 1C nur teilweise mit Bezugszeichen versehen ist. Auch hier schließt sich an die zweite Abschlussfläche 12 eine dritte Abschlussfläche 13 an, wobei hier jedoch die zweite Abschlussfläche 12 kontinuierlich in die dritte Abschlussfläche 13 übergeht und die dritte Abschlussfläche 13 wie oben erläutert gekrümmt ausgebildet ist.While doing so in the in 1C illustrated embodiment, corresponding recesses and flat end surfaces 12 and 13 are provided in 2 an alternative embodiment is shown opposite to 1C only partially provided with reference numerals. Here, too, joins the second end surface 12 a third endface 13 but here is the second endface 12 continuously in the third end surface 13 passes over and the third closing surface 13 as explained above is curved.

In 3A ist eine pseudoperspektivische Ansicht eines teilweise geschnitten dargestellten Längselements 5, das insbesondere der in den 1A bis 1C erläuterten Ausführungsform entsprechen kann, veranschaulicht. Wie insbesondere aus 3A ersichtlich, münden die Öffnungen 9 der Längskanäle 8 in den dritten Abschlussflächen 13. Wie aus 3B ersichtlich, die eine Schnittansicht durch die Schnittebene C-C gemäß 3A veranschaulicht, können dabei diese Öffnungen 9 alternieren, d.h. auf beiden Seiten der Längselemente 5 münden.In 3A is a pseudo-perspective view of a partially cut longitudinal member shown 5 , especially in the 1A to 1C illustrated embodiment illustrated, illustrated. As in particular from 3A As can be seen, the openings open 9 the longitudinal channels 8th in the third closing areas 13 , How out 3B can be seen, which is a sectional view through the cutting plane CC according to 3A illustrated, while these openings 9 alternate, ie on both sides of the longitudinal elements 5 lead.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Ivars, F. und Lopez Nieto, J. M., Light Alkanes Oxidation: Targets Reached and Current Challenges, in: Duprez, D. und Cavani, F. (Hrsg.), Handbook of Advanced Methods and Processes in Oxidation Catalysis: From Laboratory to Industry, London 2014: Imperial College Press, Seiten 767-834 [0005]Ivars, F. and Lopez Nieto, JM, Light Alkanes Oxidation: Targets Reached and Current Challenges, in: Duprez, D. and Cavani, F. (ed.), Handbook of Advanced Methods and Processes in Oxidation Catalysis: From Laboratory to Industry , London 2014: Imperial College Press, pp. 767-834 [0005]
  • C.A. et al., Oxidative Dehydrogenation of Ethane: Common Principles and Mechanistic Aspects, ChemCatChem, Bd. 5, Nr. 11, 2013, Seiten 3196 bis 3217 [0005]C.A. et al., Oxidative Dehydrogenation of Ethanes: Common Principles and Mechanistic Aspects, Chem. Cat. Chem., Vol. 5, No. 11, 2013, pages 3196 to 3217. [0005]

Claims (15)

Reaktor (100) zur Bildung und katalytischen Umsetzung eines gasförmigen Eduktgemischs, wobei der Reaktor (100) eine erste Kammer (1), eine zweite Kammer (2) und eine dritte Kammer (3) aufweist, wobei die erste Kammer (1) mittels einer fluiddurchlässigen Trennstruktur (4) von der zweiten Kammer (2) abgegrenzt ist und die zweite Kammer (2) zwischen der ersten Kammer (1) und der dritten Kammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die fluiddurchlässige Trennstruktur (4) Längselemente (5) aufweist, die parallel zueinander und mit Zwischenräumen (6) zwischeneinander angeordnet sind, und die sich sich parallel zu einer Ebene (7) zwischen der ersten Kammer (1) und der zweiten Kammer (2) längs erstrecken, wobei zumindest ein Teil der Längselemente (5) jeweils Längskanäle (8) mit jeweils mehreren Öffnungen (9) aufweist, die jeweils in einen oder mehrere der Zwischenräume (6) münden.Reactor (100) for the formation and catalytic conversion of a gaseous starting material mixture, wherein the reactor (100) has a first chamber (1), a second chamber (2) and a third chamber (3), wherein the first chamber (1) by means of a fluid-permeable separation structure (4) from the second chamber (2) is delimited and the second chamber (2) between the first chamber (1) and the third chamber is arranged, characterized in that the fluid-permeable separation structure (4) longitudinal elements (5) which are arranged parallel to each other and with spaces (6) between each other and which extend longitudinally parallel to a plane (7) between the first chamber (1) and the second chamber (2), at least a part of the longitudinal elements (5 ) each having longitudinal channels (8) each having a plurality of openings (9), each in one or more of the intermediate spaces (6) open. Reaktor (100) nach Anspruch 1, bei dem die erste Kammer (1) mit einem ersten Gas oder Gasgemisch beaufschlagbar ist, das über die Zwischenräume (6) in die zweite Kammer (2) einspeisbar ist, und bei dem die Längskanäle (8) mit einem zweiten Gas oder Gasgemisch beaufschlagbar ist, das über die Öffnungen (9) und die Zwischenräume (6) in die zweite Kammer (2) einspeisbar ist.Reactor (100) according to Claim 1 in which the first chamber (1) can be acted upon by a first gas or gas mixture which can be fed into the second chamber (2) via the intermediate spaces (6) and in which the longitudinal channels (8) can be acted upon by a second gas or gas mixture is that on the openings (9) and the intermediate spaces (6) in the second chamber (2) can be fed. Reaktor (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zumindest ein Teil der Längselemente (5) paarweise einander zuweisende Bereiche (10) aufweisen, die durch Abschlussflächen (11-13) der Längselemente (5) gebildet sind, die sich jeweils entlang der Längselemente (5) längs erstrecken und dabei zwischen einer der ersten Kammer (1) zuweisenden ersten Ebene (15) und einer der zweiten Kammer (2) zuweisenden zweiten Ebene (16), die parallel zu der ersten Ebene (15) ausgerichtet ist, angeordnet sind.Reactor (100) according to Claim 1 or 2 in which at least part of the longitudinal elements (5) have pairs of facing areas (10) formed by end faces (11-13) of the longitudinal elements (5) extending longitudinally along the longitudinal elements (5) and between them a first plane (15) facing the first chamber (1) and a second plane (16) facing the second chamber (2) aligned parallel to the first plane (15). Reaktor (100) nach Anspruch 3, bei dem die Abschlussflächen (11-13) aus Richtung der ersten Ebene (15) in Richtung der zweiten Ebene (16) jeweils eine gekrümmte erste Abschlussfläche (11) und eine sich an diese anschließende ebene zweite Abschlussfläche (12) umfassen.Reactor (100) according to Claim 3 in that the end faces (11-13) from the direction of the first plane (15) in the direction of the second plane (16) each comprise a curved first end face (11) and a flat second end face (12) adjoining the same. Reaktor (100) nach Anspruch 4, bei dem die jeweils paarweise einander zuweisenden zweiten Abschlussflächen (12) parallel zueinander und in einem Abstand d voneinander angeordnet sind.Reactor (100) according to Claim 4 in which the second end faces (12) facing each other in pairs are arranged parallel to one another and at a distance d from one another. Reaktor (100) nach Anspruch 5, bei dem die jeweils paarweise einander zuweisenden ersten Abschlussflächen (11) jeweils in Form eines Viertelzylinders mit einem Radius r ausgebildet sind, der mit dem Abstand d gemäß r = n × d in Beziehung steht, wobei n 0,1 bis 5, insbesondere 0,5, beträgt.Reactor (100) according to Claim 5 in which the respective first end faces (11) facing each other in pairs are in the form of a quarter-cylinder with a radius r, which is related to the distance d in accordance with r = n × d, where n is from 0.1 to 5, in particular 0 , 5, is. Reaktor (100) nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Abschlussflächen (11-13) ferner aus Richtung der ersten Ebene (15) in Richtung der zweiten Ebene (16) jeweils über einen Rücksprung an die zweiten Abschlussflächen (12) anschließende dritte Abschlussflächen (13) umfassen.Reactor (100) according to Claim 5 or 6 in that the end surfaces (11-13) furthermore comprise third end surfaces (13) adjoining the second end surfaces (12) from the direction of the first plane (15) in the direction of the second plane (16). Reaktor (100) nach Anspruch 7, bei dem der Rücksprung jeweils einen Parallelversatz mit einem Wert t zwischen der zweiten Abschlussfläche (12) und der dritten Abschlussfläche (13) definiert, wobei der Wert t mit dem Abstand d gemäß t = q × d in Beziehung steht, wobei q 0,25bis 2,5, insbesondere0,5, beträgt.Reactor (100) according to Claim 7 in which the return respectively defines a parallel offset with a value t between the second termination surface (12) and the third termination surface (13), the value t being related to the distance d according to t = q × d, where q is 0, 25 to 2.5, especially 0.5. Reaktor (100) nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der Abstand zwischen der ersten Ebene (15) und dem Rücksprung den Wert I beträgt, wobei I mit dem Abstand d gemäß I = s × d in Beziehung steht, wobei s 0,5 bis 25, insbesondere 10, beträgt.Reactor (100) according to Claim 6 or 7 in which the distance between the first plane (15) and the return is I, where I is related to the distance d according to I = s × d, where s is 0.5 to 25, in particular 10. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Abschlussflächen (11-14) ferner aus Richtung der ersten Ebene (15) in Richtung der zweiten Ebene (16) jeweils sich kontinuierlich an die zweite Abschlussfläche (12) anschließende, in Richtung der zweiten Ebene (16) voneinander weg gekrümmte dritte Abschlussflächen (13) umfassen.Reactor according to one of the Claims 1 to 6 in that the end surfaces (11-14) also extend from the direction of the first plane (15) in the direction of the second plane (16), respectively, continuously adjoining the second end surface (12) and curved away from each other in the direction of the second plane (16) third end surfaces (13) include. Reaktor (100) nach einem der Ansprüche 7 oder 10, bei dem die Öffungen (9) der Längskanäle (8) alternierend in den dritten Abschlussflächen (13) auf beiden Seiten der Längselemente (5) münden.Reactor (100) according to one of Claims 7 or 10 in which the openings (9) of the longitudinal channels (8) open alternately in the third end surfaces (13) on both sides of the longitudinal elements (5). Reaktor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die erste Kammer (1) mit einer ersten Fluideinspeiseleitung (17) und die Längskanäle (8) mit einer zweiten Fluideinspeiseleitung (18) fluidisch verbunden sind.A reactor (100) according to any one of the preceding claims, wherein the first chamber (1) is fluidly connected to a first fluid feed line (17) and the longitudinal channels (8) are fluidly connected to a second fluid feed line (18). Verfahren zur Bildung und katalytischen Umsetzung eines gasförmigen Eduktgemischs, bei dem ein erstes und ein zweites Gas oder Gasgemisch zu dem Eduktgemisch vermischt und danach einer Reaktionszone eines Reaktors (100) zugeführt und dort katalytisch umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass als der Reaktor (100) ein Reaktor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche verwendet wird, wobei das erste Gas oder Gasgemisch über erste Kammer (1) eingespeist wird, wobei das zweite Gas oder Gasgemisch über die Längskanäle (8) und deren Öffnungen (9) eingespeist wird, wobei das erste Gas oder Gasgemisch und das zweite Gas oder Gasgemisch in den Zwischenräumen (6) und/oder der zweiten Kammer (2) zu dem Eduktgemisch vermischt werden, und wobei die dritte Kammer (3) als die Reaktionszone verwendet wird.Process for the formation and catalytic conversion of a gaseous reactant mixture, in which a first and a second gas or gas mixture are mixed to the educt mixture and then fed to a reaction zone of a reactor (100) and catalytically reacted there, characterized in that as the reactor (100) a reactor (100) according to any one of the preceding claims is used, wherein the first gas or gas mixture via the first chamber (1) is fed, wherein the second gas or gas mixture via the longitudinal channels (8) and their openings (9) is fed, the first gas or gas mixture and the second gas or gas mixture in the interstices (6) and / or the second chamber (2) are mixed into the reactant mixture, and wherein the third chamber (3) is used as the reaction zone. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit an der engsten Stelle der Zwischenräume derart eingestellt wird, dass sie höher als die laminare Flammgeschwindigkeit, höher als die turbulente Flammgeschwindigkeit, bei einem Viertel bis zur Hälfte der Schallgeschwindigkeit oder bei Schallgeschwindigkeit liegt.Method according to Claim 13 in which a mean flow velocity at the narrowest point the clearance is set to be higher than the laminar flame speed, higher than the turbulent flame speed, at a quarter to half the speed of sound or at the speed of sound. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem eine Verweilzeit des Eduktgemischs in der zweiten Kammer (2) derart eingestellt wird, dass diese geringer als eine Zündverzögerung ist.Method according to Claim 13 or 14 in which a residence time of the educt mixture in the second chamber (2) is set to be less than an ignition delay.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C.A. et al., Oxidative Dehydrogenation of Ethane: Common Principles and Mechanistic Aspects, ChemCatChem, Bd. 5, Nr. 11, 2013, Seiten 3196 bis 3217
Ivars, F. und Lopez Nieto, J. M., Light Alkanes Oxidation: Targets Reached and Current Challenges, in: Duprez, D. und Cavani, F. (Hrsg.), Handbook of Advanced Methods and Processes in Oxidation Catalysis: From Laboratory to Industry, London 2014: Imperial College Press, Seiten 767-834

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