DE2140294C2

DE2140294C2 - Verwendung einer Wärmeaustauschvorrichtung zur Herstellung von Olefinen

Info

Publication number: DE2140294C2
Application number: DE2140294A
Authority: DE
Inventors: Masahiko Ube Yamaguchi Kitajima; Hisashi Kono; Atsushi Yamaguchi Kuribayashi; Shigeyuki Nakai; Kohei Ninomiya; Yuichi Suzukawa
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1970-08-11
Filing date: 1971-08-11
Publication date: 1982-04-22
Also published as: FR2102181A1; DE2140294A1; CA938621A; FR2102181B1; GB1340118A; US3754051A; JPS4914721B1

Description

Der DE-AS 10 03 190 ist eine tauchsiederanige Aufheizung eines Wirbelbett zu entnehmen, bei der als Energielieferant die von einer Heizflamme gelieferte Verbrennungsenergie ausgenutzt wird.

Schließlich sind aus der FR-PS 10 50 759 die Behandlung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere die gleichzeitige Verkokung und Crackung von schweren Kohlenwasserstoffen in einem fluidisierten System von drei Stufen bekannt, in dem-die für den Verkokungsvorgang erforderliche Wärme durch indirekten Wärmeaustausch mit frisch regeneriertem Katalysator zugeführt wird. Außerdem wird die zum Verkoken der Konienwasserstoffe erforderliche Wärme den Kohlenwasserstoffen von dem regenerierten, auf erhöhte Temperatur gebrachten Katalysator im Kontaktzustand abgegeben.

Aus der FR-PS 11 84 714 und der Dt-AS 10 83 805 sind für Katalysatoren bzw. andere Feststoffe, wie Aluminiumoxid, Sand usw., für die Spaltung von Kohlenwasserstoffen Korngrößen von 0,3 bis 3 mm bzw. 0,1 bis 3 mm bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die eingangs vorausgesetzte Verwendung einer Vorrichtung zum Wärmeaustausch gemäß Hauptpatent zur Herstellung von Olefinen eine besonders vorteilhafte praktische Ausgestaltung anzugeben, bei der die Vorrichtung kontinuierlich arbeitet und die Wärmeverluste sowie die im Reaktionssystem befindlichen Katalysatormengen möglichst gering sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Verwendung der Vorrichtung strömt das in die untere Kammer der einbezogenen Heizvorrichtung bzw. de? Heizbehälters eingespeiste Heizgas von hoher Temperatur durch die perforierte Platte und die Leitungen aufwärts und entweicht aus der oberen Kammer, während ein durch die Katalysatorteilchen gebildetes Fließ- oder Wirbelbett im Reaktionsbehälter durch eingespeistes Reaktionsgas aufrechterhalten wird. Durch den in der Heizvorrichtung zwischen beiden Kammern und deren Verbindungsleitungen erzeugten Zirkulationsstrom aufgewirbelter und aufgeheizter Feststoffteilchen wird so genügend Reaktionswärme zur Durchführung der Dehydrierung an das Katalysator-Fließbett im Reaktionsbehälter abgegeben.

Dadurch und insbesondere durch die Art der Oberführung der Reaktionswärme wird ein hoher Wärmetransport vom Heizbehälter zum Reaktionsbehälter erreicht, indem eine große Menge von Feststoffteilchen mit hoher Wärmekapazität durch die innerhalb des Reaktionsbehälters angeordneten Leitungen in Umlauf gehalten wird. Dabei kann unter Auswahl geeigneter Parameter für Anzahl, Durchmesser und Länge sowie Wärmeübergangskoeffizienten der Leitungen ein Wärmetransport von 100 bis 500 Kcal/m² erreicht werden. D. h., gemäß der Erfindung kann genügend Wärme für die Dehydrierung an das Reaktionssystem geliefert und ein kontinuierliches Dehydrierungsverfahren innerhalb des Reaktionssystems erreicht werden.

Zur näheren Erläuterung der Besonderheiten der Erfindung wird nachfolgend eine Dehydrierung im Reaktionsbehälter mit einbezogenem Hei/behälter unter Zuführung der in einem Hochtempcraüirgas enthaltenen Wärmeenergie betrachtet, wobei im Heizbehälter keine fluidisierten Feststoffteilchen enthalten seinsollen.

Dabei soll das Hochtemperaturgas mit der gleichen Temperatur von 1300⁰C und der gleichen Volumengeschwindigkeit (des Fluids) von 152 Nni^/rn wie im weiter unten beschriebenen Beispiel 1 derart in den Heizbehälter eingespeist und darin geführt werden, daß es seine Wärme durch die Leitungen an den Reaktionsbehälter abgibt, so daß die Dehydrierung im Reaktionsbehälter erfolgen kann und das Gas aus dem Heizbehälter mit der gleichen Temperatur von 650⁰C wie in Beispiel 1 austritt. Mit anderen Worten wird von der Annahme ausgegangen, daß die thermische Wirkung trotz Abwesenheit fluidiserter Feststoffteilchen im Heizbehälter die gleiche sein soll wie bei der erfindungsgemäßen Verwendung.

Da nun jedoch der Wärmeübergang an der Leitungswand beim alleinigen Voi liegen von Gas viel geringer ist, muß eine größere Wärmeübergangsfläche vorgesehen werden, um auf den gleichen Wärmetransport wie gemäß der Erfindung zu kommen. Eine derart vergrößerte Fläche könnte allenfalls durch Montage der Leitungen im Reaktionsbehälter '■:■ einer Mehrfachweg-Konfiguiaiiün erreicht werden. 'Veiter wäre die Hersteilung der Leitungen aus einem metallischen Material, das hohen Temperaturen in der Gegend von 1300°C widerstehen kann, erforderlich, da die Leitungen .gezwungenermaßen teilweise mit Gas von so hoher Temperatur in Kontakt wären.

Gemäß der Erfindung wird nun die Enthalpie des Hochtemperaturgase;; von 1300⁰C, das in den Heizbehälter durch die perforierte Platve eingespeist wird, wegen der hohen Wirksamkeit des Wärmetransports zwischen festen Teilchen und Gas im Fließ- oder Wirbelbett rasch an die fluidisierten Feststoffteilchen in Form (besser) übertragbarer Wärme abgegeben und das Gas rasch von 1300°C auf 800⁰C heruntergekühlt. Gemäß der Erfindung wird daher das für die Leitungen benutzte Material relativ niedrigeren Betriebstemperaturen ausgesetzt.

Nachfolgend wird die Erfindung mehr irr. einzelnen anhand von Ausführungsarten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt schematisch

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen gemäß der Erfindung verwendeten Fließbettreaktor;

F i g. 2 eine andere Ausführungsart und

F i g. 3 eine Abwandlung der Leitungen (insbesondere des Leitungsanschlusses) im Heizbehälter in dem in Fig. 1 und 2 durch gestrichelte Kreise angedeuteten Bereich.

Der in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäß verwendete Fließbettreaktor umfaßt einen Heizbehälter I und einen Reaktionsbehälter II. Der Heizbehälter I hat eine untere Kammer I₁ eine obere Kammer 2 und einen aus einer Mehrzahl von strömungsmäßig mit beiden Kammern verbundenen vertikalen Leitungen 3 bestehenden Mittelteil. Die untere Kammer ist in üblicher Anordnung mit einer perforierten Platte 11 zur Biloung eines Fließoder Wirbelbettes versehen, durch welche die Kammer in zwei Abschnitte la und \bunterteilt wird.

Der untere Abschnitt 1 a ist trichterförmig ausgebildet und dient der 'einspeisung des als Heizgas verwendeten Fluidisit-rungsgases von unten her durch einen Gaseinlciß 12. Der obere Abschnitt \b ist eine zylindrische Kammer zur Aufnahme der als Wärrnetransportmcdium geeigneten Feststoffteilchen und für die Bildung eines entsprechenden Fließ- oder Wirbelbett. Mit 13 wird ein Auslaß zur F.ntfernung der Feststoffteilchen bezeichnet. Die obere Kammer ist von zylindrischem Typ und hat einen Einlaß 21 für die Einspeisung von

Feststoffteilchen am mittleren Kopfabschnitt und einen Abgasauslaß 22 in Kopfnähe.

Die Leitungen werden durch dünne Rohre von itn wesentlichen gleichen Abmessungen gebildet, die vertikal zwischen der unteren Kammer I und tier · oberen Kammer 2 angeordnet sind.

Der Reaktionsbehälter Il hat eine perforierte Plane 41. einen Gaseinlaß 42, einen Gasaus'aß 4J. .'inen Teilcheneinlaß 45 für die Zulieferung um FeststofiKiichen zur perforierten Platte 41 hin ιι·κ! einen Teilchenauslaß 44. und er dient als Behälter /{:■: Fluidisiening eines Katalysatorteiichenoeses ober halb der perforierten Platte 41 πι,ι HH₁ dt.s eini_'esi;i is:_: ·> Reaktionsgases. Reaktionsbehälter il in I lei/ln-'u'lu·'' I sind in einer solchen Anordnung kombiniert, bei de·· die Leitungen 31 und 32 de*· Hei/behalters I \om Reaktionsbehälter umschlossen werden und durch dessen Boden. pert'Tierte Platte 41 und Decke oder K on Π ei I hindurchgehen.

(n :lVr. [ ioi/hrluihci I uird Pin lltu/a;is vi.r. h<ih,-;·

Temperatur am unteren Abschnitt Li der uricri η Kammer 1 durch den Gasemlaß 12 emgespe's'. '._:s

• luri h die perforierte Platte 11 in der- oberen Abs· '■ ,;· |h:i,!uar's unci »on d'T! weite: durch die Roh ■ il ·ι:. ι 32 zur obere;¹ Kammer 2 h:n mitih; uiui e· ».,r·.' -Lh11-Jß 1:ι■ h c! irvi· <\>:r Abgas;liislaß 22 der ο;^γ-.μ Kammer nach außen .!'Veireber.

IiCi eir.e'T, solchen \ erfahren w :rd d'.n\ !. ü.is (>as n«: Flirdisienmg einer geeigneten Menvc der :■· Λ--Behalte-I cigehraehten Fes'siotf-eiUien he'.'.Tk' .::·, > si) em Iheli- oder Wirbelbe" in· oberen Absahnt: 1 .'·· der :ΓΐΊ·^Γι.'η Kamme: 1 irebilde¹. Das :■* ilen o^-vet. AbMiiPiti l.'i'de. i-iiLTi.!: K.i.'.':,e: I ijei.iiiijLii.'.: Heizgas '.on hoher I c;ti [>cr·: fir übertragt seine ! mhalpie an die das \S irbelbett τ. de· unteren Kämmt;¹" iildo'iden ['cstMof'u ;!<hen und kiih!l sieh dabei auf .:<c geeignete niedrigere Temperatur ab- Di. in eimern solcher I !icL*- oder Wirbelbett aufgehei/ien T\.-il.-ht.T '.".erden im H'eQ/ustand /u einer Aiifwärt^bewegupg ·..»πι ·· berer Abschnitt \b der urtercr. Kammer /^r ; oberen Kanvrier 2 h.:n dur^h die vernLalcr: Rohre 31

• ■der 32 \er'.nlaUt. Diese aufu änsbew et:;en TeÜLt'.cn hc'.i.rkc: ei-".·.- ['liiidiMerung der Teilchen innerhalb der oberen K,:""n:or 2 .inter Biid'ing eines S'.iah¹· oder Sp-.jde!b.et;s S :nner:..iib dieser K.iirnier i;:id '.;r-.ken dann :■" I 'leS/us'.and -.on der Kanrrer 2 abwarf /i;i •.inter·;" Kar-trer 1 ijrie- Rückkehr durch die L-c:;Lint? 32 ■ >ä-j? 31. d. .-.. au:' einem \nn der .Aiifwrinsbe^eiiiirig ■.j-,;er--t'r,:edin.hen Wege. Ais Hrgebnis erhalt nan einen <.,'·'e gewisse- Teii-henmenge umfassenden Zirk'i'a'.ions- " ^■-'.'Γ"¹" /'.vjsehen den beiden Kammern 1 u.-;! 2 durch die LeiHiniTe-i 31 und 32.

Nachfolgend wird die Ausbildung e^;nes -.nlcher. Z,rku,a;;';nsstromes mehr im einzelnen eriauier::

Im Anfangsstadium strömt das durch die Le.tungen 31 ">" und 32 hindurchtretende Gas zusammen mit Feststoffteilchen des Fließ- oder Wirbelbetts F der unterer Kammer 1 aufwärts. Aufgrund von Unterschieden zwischen den Strömurigsuicierständen für das Gas in beiden Leitungen bilde: sich jedoch allmählich ein -' i.n'erschied zwischen den Gasgeschwindigkeiten in beiden Leitungen aus. Insbesondere zu Beginn tritt trotz vT: wesentlichen gleicher Abmessungen der Leitungen e:ne fv.enn auch geringe) Differenz zwischen den Gasgeschwindigkeiieri spontan auf. - =

Nimm; man nun an. da3 das durch die Leitung 31 str-jrper.dtrGas /u Beginn etwas rascher ist als das durch andere Le '„ng s-ro^er.de se ireien die Feststoffteilchen durch die Leitung 31 mn zunehmender Geschwin digkeit. wahrend die Geschwindigkeit des Teilchen-Stroms durch die andere Leitung 32 eine abnehmende Gesehu "idigkeit zeigt Daraus entwickelt :.icii eine sog. »Transportphasc der Feststoffteilchen" in der Leitung 31. während die andere Leitung 32 eine derartige Lrschcinuiig /u verhindern scheint. Mithin nimmt die Differenz /wischen den Strö'iiunpu ideistiinden /wischen beiden Leitungen zu. und die Leitung il ·ι·/οιιρΐ schließlich einen deutlichen Aufwartsti aiism.ii \ on Teilchen im I ließzustand von der unteren Kamnier I zur ibi.ren kamnier 2 hin. während sieh m der andeien ι ■· '. :ii: i2 ein / ■ ..nd ausbildet, in dem die ll'iidisienen ¹ :-;\· :e"! L'i "iieren K,Mi! in er 2 /iir up';· it. kaii'i'n r I Ί'! .I^1-STi. igen Auf dn'se W>· se btMitiden sr. l·· die I rsisti-titi'i'rhc!) in beulet: K.iirimeru ;,id .'inct.i I in- < ■uier Wi: !i'.'l/ustand. und sie werden L'lenh/'.'itiL' Λιΐν.·

'.n:i Fe:-!Ntnffteileheii im

Ina bv'.orzugte z'irki:lal:on d··! Fcisiolfti ! !i ·. /λ >ι·!ι·.'η b-.-iden K.nimern kann inrcl' I msu-Huii;: ei·'· ¹ -iispcisiini! \<·'·. H.-i/gas ii· de- \',··. r.e erreiJu »or |.·

erhallen y-'.i\\, die ",ii in.alen I !indisieru

'is i'l -uI.

■.!eil l.eiliiri'-'Γι

Mehifnche de^r ggg

keil ausmacht.

I" ! : g. I 'AIt-I der I'ei'behalter au. Gründen der ne.|Ueir 'i"cn Frläiiter ri;' lot it tr! ic- h irit -"-U'i I eiliineei. d ii den beiden RoDiX ι] i! und !2. ge/ngi. In der ·Ί,ι\ι·, .».erde'i leJo.'h s,i|_Lhe I lei/hehälter mit fünf · der mehr I .c:ι -ince-Ti He' or/ust i)avcm dient dann ,·;; '.iiiidest eine ! ti'...:"t ·ι·- .uititeit't.!ide ί O'Tji,»:. wa'hri ii die verblei 'LT/.'ei¹ l.ei'.jnijer, als .lo^ic^-jnile 1 ein ngen dienen

!IeT aus einer Mehr/.ihl '.on I ,Jungen bestehende Mitu-iteil muß derart '.or· ·■·-. iien werden, daß O.,\^ Verhältnis '.or. Gesamte;;,c: -ehnitt der Leitungen /M einem Horizontalqiierscnnnt der unteren Kämmet mehr als l.'2i und insbesondere l/'IO oder mehr betragt. wenn auch eine solche bevorzugte Art von der I eiichcngröße. der Gasgeschwindigkeit usw. abhängt.

Das genannte Vernältivs führt /u der günstigsten Zirkulation der l'eststof'·-jil( hon /wischen beiden Kammern Ges Heizbehälters. Line Verbesserung einer solchen Zirkulation kann durch eine abgeänderte Anordnung bezüglich des in Fig.! durch einen gestrichelten Kreis markierten Teils erreicht werden. jnd ζ·ΛϋΓ ha; dann zumindest eine der Leitungen nach unten zu eine Verlängerung 30. die von der »Decke« der unteren Kammer 1 nach linien vorspringt, oder es können auch alle Leitungsender in die untere Kammer hineinragen, wobei dann c!ie Verlängerung 30a b...;. 30£> verschieden lang sind, wie es in F ι g. 3 gezeigt ist.

Durch eine solche Anordnung kann eine Differenz der Fluidwiderstände der Leitungen erzwungen werden. Weiter führt eine solche Anordnung mit einigen Leitungen, die nicht oder nur geringfügig in die untere Kammer hineinreichen and a!s aufwärtsführende Leitungen dienen, und den restlichen Leitungen mit größerer Verlängerung in die Kammer hinein, die als abwärtsführende Leitungen, zum Passieren einer größeren Menge Gas durch die Leitungen und weiter zu einer Erhöhung der Menge der umgewälzten Teilchen dienen. Bei einer solchen Ausführung kann der Unterschied zwischen den vom oberen Ende der unteren Kammer aus gerechneten Verlängerungen vorzugsweise etwa 50 mm oder mehr betragen. Etwa '-ι-/, aller Leitungen können vorzugsweise als abwärts-

führende Leitungen angesehen »erden, durch welche die Abwärtsbewegung der Feststoffteilchen erfolgt.

Fin »Duiehblasphänomen« oder »Austragphäne men« mit Neigung zum Austrag von Teilchen aus der oberen Kamme: durch den Abgasauslaß 22 kann wirksam durch allgemein bekannte P^rall- oder Umlenk organe oder Finbauzy klonen (siehe Daizo Kunii & Octane l.e\en.sniel: Fhiidization Fjigineering. Seite 408. i^p'54) vermieden werden, die in der oberen Kammer 2iinge;:.'dnci sind.

In den Reaktionsbehälter Il wird ein Kohlenwasserstoff mit 5 Kohlenstoffatomen oder weniger enthalicni'es Reaktior slm·» kontinuierlich d.nch den (iascinlaß 42 eingespeist und bewegt sich .iiilw.ir;·. durch' die perlorii'ite l'la'ti 4L und die M'schung \ on Rcaklionsgas u'kI l'roduk: wird durch den f iasauslaß 4? aus dem lii !,ilier entlassen wahrend die ,tndcien Fes'sioffteil .•hen ,¹U W iinih'ubiT'iratTiiiigsniitii'l im I leizlvhalter i. w ii (""-.T- lies Ji rieben, zu ruckt? ι halten w erden.

|! '.'idei^{1 1}Ii ;!et' r.'inilL'cn (Schaltern gleichzeitig ιί'.Γ', liiicliihrlen l'rozi'sseii kommt d,|v resultierende I ließ- oder Wirbeihet¹ /im Reakt on^beliiihiM Il m;i den l.eiliin'.'eii in engen KnP.'.il·:. und de:' Wärmeaustausch finde" durch die l.emuiL'en hindurch /wischen den /irk ian:>nsstn>ni ! i; μΊ"·Κ"Ί''γ I ei I-, hen des He ·■ /Ivhallers i und cr-ni ι lieb- "di· Wirbelbett im Reakiion^H'liiii'e¹ Ί ι.λι -es· irdce zwi^eiien den

"l!ic μι! der äußeren leruh-i'nt' k'immen. und

Liier. die aiii der anderen ·■■ l.eiuintT'Mi in Kontakt

KiMaKs.it' irii'iichen s:;n
< )hcri!ifh·. der I eitungcü
den aufgeheizter FestMul!
Seile nut ur Innenwaiiii
gerat 'η

^!")as He.:k'^;'i"SL-a^l wird :r. Rc iküotishenältc: Il natürlich auch durch die ;ιλ Hei/fachen wirkenden Ohpriachen '.ilu'ehei/t. Den grollten I eil ihres l-.rthiilpie/uwachsrs erlangen die Reaktionsgase iedoch von den durch die Hei/flachen aulaehei/ten Katalysatorteilchcn. Die Dehydrierung des Reaktionsgases in Cicgenwar. ie^ erhitzten Katalysators erfolgt mithin durch Tnt'ispori der benötigten Warme vom erhitzten · Fliefibm uv Heiz.behälter I durch dessen Yerbindungsieitungen. Die Katalvsatortcilchen. deren Aktivität so wahrend der Reaktion abgenommen hat. können wirksam durch den Teilchenauslaß 44 des Reaktionsbehälters II entfernt werden, i'

Der Reaktionsbehälter Il kann in der V/eise angeordnet sein, daß er lediglich den durch die Leitungen gebildeten mittleren Teil umschließt, wie es in Fig.! gezeigt ist Alternativ kann zur Verminderung von Wärmeverlusten eine Anordnung vorgesehen vi werden, bei eier nicht nur die Leitungen, sondern auch die obere Kammer mit eingeschlossen werden, wie es in F i g. 2 gezeig': ist.

Im Falle vergleichsweise großer Temperaturunterschiede zwischen den eingeschlossenen Leitungen und ü dem Reaktionsbehälter II müssen Wärmespannungen oder Verformungen aufgenommen bzw. absorbiert werden, die durch die Differenz der thermischen Ausdehnung in den kombinierten Teilen der Behälter I und II verursacht werden. Zweckmäßigerweise werden «i solche Wärmespannungen durch zusätzliche Mittel wie sog. »Dehnungsringe« aufgenommen, die an der Seitenwand des umschließenden Behälters II oder an den Leitungen des Hauptbehälters i vorgesehen sind. Ernste Probleme, die bei der Absorption von Wärme- t5 spannungen auftreten, bestehen jedoch in der »Schwäche.solcher Mitte! gegenüber Wärme und mechanischen Kräften sowie vom wirtschaftlichen Standpunkt her gesehen in den hohen Kosten, die durch den Ivinbau soli hei Mittel verursacht werden.

Ui,ter diesen Umstanden kann eine Vorrichtung, wie sie in F i g. 2 gezeigt >\i'<l und dem »Wanderkopftyp« ähnlich ist. von Vorteil sein. Hei einer solchen Anordnung werden .Abdichtprobleme im Bereich zwischen dem Reakt.'itr, hälter Il und dem Abgasauslaß 22 des Meizhchäi;i.-. ·■ .. der (Kirch die »Decke« ties Reaktionsbehälters Il hiiknirchrcieht. durch Anwendung von Liihyrinthdichuing-'n leicht gelöst. Fine solche Anordnung ist vorteilhaft, d;· keine Notwendigkeit zur Anwendung komplizierter Anordnungen besieht und ein unterschiedliche'- I cinpei .iiurverhalten innerhalb des Reaktors weitgehend k<irv|.c:isiert wird, fielegciillich kann der Ahgasauslaß 22 de in F \ c. 2 gezeigten l.ii'heil als Finl.tH für I esKt<,i;eilchen \erwendei werden.

Die iils Wärmenans;iiir!niedium verwendetet, Ic-.!- sioflteikhen werdet' beispielsweise durch Sand, /e mi'iMKliiiker. M.iiMiesiaklinktT. Aliiiiiiiinimoxy-d Alumnmmoxyd-Silicnmoxyd. Miiüit oder Kohienslof gebildet. Kohlenstoff- oder Mu'üi Teikher werden aiii meisten bevorzugt, (ta derarti:'i I ek hen eine erhcbli-,''. Abrieb und Brui hfestigkeit linie! I lochti πηκ raturbcdingungen besitzen.

Die optimale Teilcltengröße hangt von der lleizgasgeschwindigkeit. dem Innendurchmesser der Leitungen usw. ab. aber im allgemeinen liegt der Bereich der Variation de ι I'eilchengrößen vorzugsweise zwischen 50 und 1500 um mit einem hesorziigten Bereich von 50 b's 500 um.

Die Temperatur des Heizgase¹· am GaseinlaP reicht ■,(in 7'Obis 1»?00 C mit einem bevorzugten Bereich von 800 bis 1 WO C. Die be: elicmischen N'erfahren oder der Eisenerzeugung und -verarbeitung anfallende Abwärme wird vorzugsweise zum Aufheizen oines Oases verwendet, das dann als Heizgas in den Heizbehältei I innerhalb des obigen Temperaturbereichs eingespeist wird.

Als Reaktionsgas können gesättigte Kohlenwasserstoffe mit bis zu 5 Kohlenstoffatomen, wie Alhan. Propan. Butan oder Pentan verwendet werden Insbesondere Propan und Butan werden am meisten bevorzugt. Als Katalysatorieilchen für die Dehydrierungsreaktion können Katalysatoren mit dehydrierender Wirkung mit ausreichender Festigkei' gegenüber einer Pulverisierung während des Reaktionsprozesses verwendet werden, wie die allgemein bekannten Aluminiumoxid-Chromoxid- oder Mangan-Al'jminiurnoxidgele oder Fe-Chromo-Kide oder solche Katalysatoren mit zusätzlichen Metallen wie Zn.Cd.Ca. Mg. Si. Pb. Sb. B. Bi. V. P. Co. Ni. K. Cu. W oder Sn.

Der Variationsbereich der Katalysatorteilchengrößen liegt vorzugsweise zwischen 10 und ΙΟΟΟμπι mit einem bevorzugten Bereich von 10 bis 100 um.

Bezüglich der Reaktionstemperatur ist zu sagen, daß niedrigere Reaktionstemperaturen zu einer geringeren Reaktionsgeschwindigkeit führen und sehr hohe Temperaturen eine breitere Vielfalt von Nebenreakiionen ergeben. Weiter wird bei höheren Temperaturen eine größere Menge an kohlehaltigem Material auf den Katalysatoroberflächen abgeschieden. Der Temperaturbereich liegt zwischen 500 und 700⁰C mit einem bevorzugten Bereich von 550 bis 650" C. Die bevorzugte Kontaktzeit des Reaktionsgases mit dem Katalysator hängt vom Ausgangsgas, der Reaktionstemperatur. dem Katalysator usw. ab. Ganz allgemein liegt die Kontaktzeit zwischen 03 und 10 s mit einem bevorzueten

Bereich von I his > s.

Wie zu verstehen ist. kann die für die Umsetzung ausreichende Wiirme dem Heizbehliltcr kontinuierlich mit großer Wirksamkeit ztigeliefcri > erden, und diese zugelieferte Wärme wird sofort bzw. unmittelbar an das Katalysator-Fhcßbett im Reaktionsbehälter weitergegeben, so dao darin optimale Reaktionstempcraturen aufrechterhalten werden.

Die Mengen der von den Reaktionsgasen auf den Katalysator teilchen abgeschiedenen kohlenstoffhaltigen Substanzen sind wegen der turbulenten Bewegung Her Katalysatorteilchen srcnivTiiigiiT. und ferner wird eine kontinuierliche F.nifetniing von desakti\ierten Katalysator durch den KataKsatorauslaß ermöglicht, so daß ein im wesentlicher konstantes Niveau der Katalysatoraktivität im Reaktionsbehälter aufrechterhalten werden kann. Genial der Kriindung wird so eine wirksame kontinuierliche Produktion von (Olefin aus gesättigtem Kohlenwasserstoff mit bis /u ϊ Kohlenstoffatomen in industriellem Maßstäbe ermögiicni.

In den nachfolgenden Beispielen werden bevorzugte Aiisführungsartcn der Frfindung beschrieben.

wie er in F" i g. I von Propylen aus

Beispiel I

l-'in ähnlicher Typ von Reaktor,
gezeigt ist. wurde zur Herstellung
Propan ir, Gegenwart eines Aluminiumoxid-Chromoxid-Katalysators verwendet. In den Heizbehälter I des Reaktors wurde durch Verbrennung von Schweröl in einem Ofen erzeugtes Verbrennungsgas von hoher Temperatur durch den Gas.jinlaß der unteren Kammer eingespeist und nach Fluidisicriing der dem Heizbehälter I ziigelieferten Feststoffteilchen und deren Umwäl-

labclle I

zung unter gleichzeitiger l.rwärmung aus der oberen Kammer wiHer abgegeben.

Bei derartigen Bedingungen im I lei/.behältcr I wurde vorgeheiztes Propan in den Reaktionsbehälter Il zur F'luidisierung der Katalvsatorteikhen oberhalb der perforierten Platte eingespeist und die Mischung von Reaktions- und Produktgasen aus dem Reaktionsbehälter Il wieder abgegeben. Die Dehydrierung wurde mit Wärmcüberfülirung vom aufgeheizten Fließbett innerhalb des Heizbehälters zum Fließbett im Reaktionsbe hälter durch die Oberflächen der Leitungen des Heizbehälters I ausgeführt.

Die Abmessungen des Reaktors und angewandten Pro/cßbedinduiigei' -ind in tabelle I urn! .? iiiiL'i'Lben

De· Aluminiiimiixid-C.'hroiivmd- Kat.iksaior hatte folgende /usanimensetzung:

Jⁿ'i« CnOi;^")⁰/,. AU),: 2"'» MgO.
Als Wärmetransportmedium in l-'orm \on I est.toff

ieiieucri win ue iVHigiicM.ir.fiimct vL-i^ciimi
Beispiel 2

Der gleiche Reaktor «ie in Beispiel I wurde hir die Dehydrierung von η-Butan in Ciegenwart eines Λliimintumoxid-C'hromoxKl-Katalysators innerhalb des F^eaktionsbehälters I verwendet.

Die für den Reaktor angewandten Prozeßbedingtingen und [Ergebnisse sind in Tabelle i angegeben.

Die Zusammensetzung des Katalysators war folgende:

18% Cr-Oi: 80% Al-O₁: 2".'o MgO.

Auch in diesem Falle wurden Magnesiaklinker als Wärmetransportmedium verwendet.

ll-jizK:liälter I

1 niere Kammer I Durchmesser. <b * Hübe. I.) Obere Kammer (Durchmesser. 3 ■ 'Hülle. 1.) Perlon'·¹·!·.- Platte der unteren Kammer:

Lochzahl

l.o'hdurchmesser (je Loch)

Vertikale Leitungen:
Material
Anzahl
Länge

Reaktionsbehälter II
Behälter (Durchmesser, 0 χ Höhe. Li

Perforierte Platte im Behälter:
Lochzahl
Lochdurchmesser

.'00 mm Φ >'h!i(> min L
MM) mm ix IWWi mm [

17.3 mm φ

25 Cr - 20 Ni-Siahl

1-1

4 m

300 mm (Sx35OO mm L

!20
1 mm ύ

Tabelle 2

Verfahrensbedingungen

Als Wärmetransportmedium verwendete Feststoffteilchen: Menge

Teilchengröße
Minimale Fluidisierungsgeschwindigkeit 65 kg

0.3 bis 1.0 mm 0

32 cm/s

Il 12

O'1-.Cl UIH:

\ .rhi. "iiiUP.^s.ibi-.i^

\ ohinicne.^>-1-\\ iniliL-kj:i 152 ΝπΓ/li

1 .'ivpcralur .mi (i.iscmlal' I3OO¹'C

k.il.ih vitiiitcilc'un

Meng., (ό k-

I -ikhcngrol^ HlO bis Γ»fK> ;ι.m

Minimale I ■ 1111 lI i ■» i -j¹ ι μ ι" ■-; ^ ·.; " ■- c h \ν ι it ι! i ti k ·ι| ^ι) cm/s

\ , >Mvh !/ΐ; ·. R j.:ki> ■ > 11 -1:. ■ ■■ Propan

\ .«I- :!iKnt:oschu ιηιΐιμίν^ ι! JS NmV-.

I '.'!HpOi.lUll .1111 ( !.!-•Cinl.lil 3 ">')■(

K. .ιΜ'οΜΜι·;ΐφ'.·ι·.ι:π:- i'-¹'¹ C

ί '_ I Il [''L [ .1 i U I <!( ι \ I li M L I HiI [Ιΐμ^.ΙΙ'UJNL' JIM ί I.! ">. I 11 "* 1. 11 > U¹U V

\Κιιμι· mim im I lci/holi.i;ur i.imsicuül/k'n I .^klicn ^l)(Hl ku/h

MiIIkTi.¹ AhiM-.tVM.'liuinihukeil ιΙιιΐ\Ίι .ilk· I jiIuiil-ch 12.⁷ m/\

ιIo IlLT/hehiiller. ((>5()'( )

Ι'πιΐνιηιιηΐΜΐί/ M¹.'¹ Selektiv j l'r(ip\ k'n

\ cri.ihr.nslicilinyunycn

\K W ,Ii mclr. 111"-P(MtIHCiIium \cruciukii.' 1 oNlolltcikl'cn:

Monuc <ö Kg

Icikhcn^niLic OJ his I.D mm Φ

Mininiak· I 111 i ti i ·< ι c π ι η μ->μ c se b \\ ι ntl j tik c ι ί 32 cm/\

\ orhrcmiuni:sahgas

\ οΙιιηκ·ιιμοι.-Ιι\\ίπιΙιμΙνίΊΐ 13" NmVh

I L'inpcr.ilui .im (i.is^ml.ill I3()O"C

kalal\ salcrlcili'lK'iv

Nk-iiüL- fi5 kg

kikhengmlv 100 bis 500 ·;.ηι

Minimale Huiilisicruniisiicschumiliukeii Il cm/s

\ oruchci/lcs RcaklHinsuas n-Bulan

N'oliinienucscliwiiuligkcit 25 NmVh

Temperaluram Ciaseinlali 40(PC

Reaktionstemperatur 5^5⁰C

Ergebnisse

Temperatur der Verbrennungsabgase am Gasauslaß 63O^CC

Menge umgewälzter Teilchen im Heizbehälter S20 kg/h

Miniere Abgasgeschwindigkeii durch alle Leitungen !!.2 m/s i63o^cO im Heizbehälter

Butanumsaiz 47.5'¹·-·

Selektive Butenbildung "0.7'n

Butenausbeute 33.6%

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verwendung einer Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen einem ersten und einem zweiten Gas durch eine Mehrzahl von einer Grenze zwischen den beiden Gasen bildenden Leitungen, die einen ersten Behälter mit einer durch eine perforierte Platte in einen unteren Abschnitt mit einem Gaseinlaß für das erste Gas und einen oberen Abschnitt unterteilten unteren Kammer, einer oberen Kammer mit einem Feststoffeinlaß für erste, im ersten Behälter zu fluidisierende Feststoffteilchen und einem Gasauslaß für das erste Gas und einem aus der Mehrzahl von die untere und die obere Kammer verbindenden Leitungen bestehenden mittleren Teil und einen zweiten Behälter aufweist, der wenigstens einen Teil des mittleren Teils des ersten Behälters umschließt und einen Gaseiniaß sowie einen Gasauslaß für das zweite Gas aufweist, wobei dieobere Kammer (2) des ersten Behälters (I) einen nach unten vorspringenden Konus (23') ais Boden aufweist, eine (31) der Leitungen (31, 32,33) einen größeren Innendurchmesser als die anderen Leitungen (32,33) hat und an den untersten Mittelteil (23a^ des Konus (23') der oberen Kammer (2) sowie an die Mitte der flachen Oberwand des oberen Abschnitts (linder unteren Kammer (1) angeschlossen ist, wogegen die anderen Leitungen (32, 33) um die Leitung (31) größeren Durchmessers herum angeordnet sind, die Leitung (31) größeren Durchmessers abwärts bis in den oberen Abschnitt (linder unteren Kammer (1) tiefer reicht, als die anderen Leitungen (32, 33), und wobei das Verhältnis der gesamten Querschnittsfläche¹· der Leitungen (31,32, 33) zur Querschnittsfiäche der unteren Kammer (1) mehr als 1/25 ist, die Leitung (31) größeren Durchmessers und größerer Reichweite einem Abwärtstransport der Feststoffteilchen dient und die anderen Leitungen (32,33) einem Aufwärtstransport der Feststoffteilchen derart dienen, daß Aufwärts- und Abwärtstransport einen Zirkulationsstrom der Feststoffteilchen im Wirbelschichtzustand durch die Leitungen (31,32,33) und die beiden Kammern (1,2) ergeben, während das erste Gas aufwärts durch den ersten Behälter (I) strömt und der zweite Behälter (II) eine perforierte Platte (41) aufweist und darüber zweite Feststoffteilchen zur Wirbelschichtbildung enthält, nach Patent 21 19 463, zur Herstellung von Olefinen, dadurch gekennzeichnet, daß man gesättigte Kohlenwasserstoffe mit bis zu 5 Kohlenstoffatomen als zweites Gas im Kontakt mit fluidisierten Katalysatorteilchen, als zweite Feststoffteilchen, im zweiten Behälter (II) bei einer Temperatur von 500 bis 700° dehydriert und die erforderliche Reaktionswärme unmittelbar an das in Reaktion befindliche Katalysator-Fließ- oder -Wirbelbett durch indirekten Wärmeaustausch mit im Fließ- oder Wirbelzustand umgewälzten Feststoffteilchen des ersten Behälters (I) überträgt.

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Vorrichtung zum Wärmeaustausch der im Oberbegriff des Patentanspruchs vorausgesetzten, dem Haupipaieni 19 463 entsprechenden Gattung zur Herstellung von Olefinen.

Es sind zahlreiche Verfahren zur Gewinnung von Olefinen, wie Propylen oder Buten, durch Dehydrierung von gesättigten Kohlenwasserstoffen mit bis zu 5 Kohlenstoffatomen, wie Propan, Butan usw., bekannt, ϊ So wird beispielsweise beim Houdry-Verfahren gasförmiges Material in einem mit einem Katalysator gefüllten Festbettreaktor dehydriert. Danach wird zur Reinigung Dampf durch den Reaktor geblasen und schließlich auf dem Katalysator während de»· Dehydrie-

K) rung abgeschiedenes kohlenstoffhaltiges Material unter Verwendung eines geeigneten Heizgases verbrannt, wodurch sowohl der Katalysator regeneriert als auch dessen infolge der endothermen Reaktion abgesunkene Temperatur wieder erhöht wird. Diese Vorgänge

r. wiederholen sich innerhalb des Reaktionsbehälters in stetiger Folge.

Ein derartiges Verfahren erfordert für die Durchführung der endotherm verlaufenden Dehydrierung eine ausreichende Ansammlung von Wärme im Katalysator-

jo Festbett durch Verbrennung der kohlenstoffhaltigen Substanz und/oder des Heizmittels. Bei der Durchführung dieses Verfahrens ergeben sich einige Nachteile dadurch, daß die Reaktionstemperatur beträchtlich absinkt und ein erheblicher Anteil an kohlenstoffhaltigern Material auf dem Katalysator abgeschieden wird, wodurch dessen Aktivität abnimmt, so daß es schwierig wird, die Reaktionsgeschwindigkeit und Selektivität des Katalysators auf iiohem Niveau zu halten.

Darüber hinaus werden für Reaktion und Regenera-

jo tion inerte Gase benötigt, damit eine Explosion der Reaktions- oder Produktgase vermieden wird, die beide explosiv sind, wodurch der Prozeß kompliziert wird und die pro Zeiteinheit und Reaktorvolumeneinheit umgesetzten Gasmengen verringert werden, da die Reini-

J5 gungsoperation schubweise durchgeführt werden muß. Gemäß einer anderen bekannten Verfahrensweise wird die Reaktion in einem Fließbettreaktor durchgeführt, wie er beispielsweise in der US-PS 32 38 271 beschrieben ist. Bei diesem Verfahren wird das in den Reaktor eingespeiste Gas durch \ί\-2 in den Katalysatorteilchen gespeicherte Wärme aufgeheizt und in Gegenwart des Katalysators dehydriert. Die durch Abscheidung von kohlenstoffhaltigem Material desaktivierten Katalysatorteilchen werden aus dem Reaktions-

•r> raum entfernt und in einen Regenerator gebracht, wo das kohlenstoffhaltige Material unter Verwendung eines geeigneten Brennstoffs abgebrannt wird. Die dabei erhcltenen erhitzten Teilchen werden zum Reaktor zurückgeführt. Bei diesem Verfahren müssen

ίο große Mengen an Katalysatorteilchen zwischen Reaktor bzw. Reaktionsraum und Regenerator umgewälzt werden, und es hat genauso wie das mit wiederholter Reinigung des Festbetts arbeitende Verfahren Mängel, wie spürbare Wärmeverluste und den Verbrauch von

Yi Katalysatorteilchen durch Abrieberscheinungen und/ oder eine Schädigung derselben. Ferner führt die starke Aufheizung der Katalysatorteilchen im Regenerator zu einer Sinterung derselben mit entsprechender permanenter Desaktivierung.

hi· Aus der »Chemiker-Zeitung/Chemische Apparatur«, 89 (1965), Nr. 8. 5.276-278 ist bekannt, daß ein Fluidatbett für die Wärmezufuhr zu einem in das Bett eintauchenden System besonders günstig ist.

Die CBPS 10 49 04b offenbart ein Verfahren /um

ι■'< ducken von Kohlenwasserstoffen, bei dem eine homogene Reaktionsmischung durch eine in ein Wirbelbett eingehängte Reaktionsschlange geleitet wird.