DE2226344C3 - Katalytischer Reaktor zur Durchführung gekoppelter chemischer Reaktionen - Google Patents

Katalytischer Reaktor zur Durchführung gekoppelter chemischer Reaktionen

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Description

30
Die Erfindung bezieht sich auf einen katalytischen Reaktor zur Durchführung gekoppelter chemischer Reaktionen.
Aus der DE-PS 20 15 248 ist bereits ein katalytischer Reaktor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art bekannt. Bei dem bekannten Reaktor besteht die Trennwand aus einem System dünnwandiger Rohre, deren eines Ende im Deckel und deren anderes Ende im Boden des Reaktors derart befestigt ist. daß der Reaktionsraum in zwei Zonen getrennt wird. Der Innenraum des Gehäuses dient zur Durchführung der Dehydrierungsreaktion und der Innenraum der Rohre zur Durchführung der Hydrodealkylierungsraktion.
Im Betrieb des bekannten Reaktors wird dem Inneren der Rohre Kohlenwasserstoff zugeführt, der an der Oberfläche der Rohrwandung unter Abspaltung von Wasserstoff dehydriert wird. Dem die Rohre umgebenden Raum wird Kohlenwasserstoff zugeführt der mit dem Wasserstoff in Anlagerungsreaktion tritt.
Der bei der Dehydrierung innerhalb des Rohres ausgeschiedene Wasserstof diffundiert durch die Rohrwandung hindurch und tritt an der Außenfläche des Rohres in Anlagerungsreaktion mit dem Kohlenwasserstoff, der dem Innenraum des Reaktors zugeführt wird. Somit wird im Reaktor eine Kopplung von zwei Reaktionen ohne Mischen der reagierenden Stoffe nur durch Übertragung der für die beiden Reaktionen gemeinsamen Komponente, des Wasserstoffes aus der einen Zone de; Reaktors in die andere gewährleistet.
Ein Nachteil des bekannten katalytischen Reaktors ist ω die geringe Größe der katalytisch aktiven Rohroberfläche je Volumeneinheit des Reaktors. Dies erfordert zur Erzielung einer hohen Leistungsfähigkeit die Herstellung eines Reaktors größeren Volumens, was die Notwendigkeit nach sich zieht, größere Mengen von kostspieligen Materialien zu verbrauchen.
Ein weiterer Nachteil des bekannten Reaktors sind die unterschiedlichen dynamischen Bedingungen des Ablaufs der Prozesse in dem Innenrohrraum und dem Zwischenrohrraum infolge der unterschiedlichen geometrischen Formen der Außen- und der Innenfläche der Rohre.
Dieser Nachteil führt zur Notwendigkeit die dynamischen Bedingungen für die Durchführung der gekoppelten Reaktionen sorgfältig zu wählen, was den Betrieb des Reaktors komplizierter macht
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen katarytischen Reaktor für die Durchführung gekoppelter chemischer Reaktionen zu entwickeln, in dem die Größe der katalytisch aktiven Oberfläche der den Reaktor in zwei Teile teilenden Trennwand je Volumeinheit des Reaktors die des bekannten Reaktors wesentlich übersteigt und in dem außerdem gleiche dynamische Bedingungen für die Durchführung gekoppelter Reaktionen in beiden Teilen des Innenraumes des Reaktors gewährleistet werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Reaktor der gattungsgemäßen Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst Dabei sind wesentliche Merkmale, daß durch die Befestigung der Platten in den Seitenwänden die notwendige Abdichtung erzielt wird, und daß die Verbindungskanäle der Kammern in die Seitenwände verlegt sind.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Reaktors ist Gegenstand des Patentanspruchs 2.
Dsl bei dem erfindungsgemäßen Reaktor die Platten nahe einander angeordnet werden können, ist es möglich, die katalytisch aktive Fläche der Trennwände je Volumeneinheit wesentlich zu vergrößern. Die geometrische Form der Kammern der beiden Teile des erfindungsgemäßen Reaktors ist die gleiche, wodurch identische dynamische Bedingungen für die Durchführung jeder der zu koppelnden Reaktionen erzeugt werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Reaktors ist die Verwendung von Platten, deren Herstellung viel einfacher ist als die der Rohre,
Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt
F i g. i die perspektivische Ansicht eines z. T. aufgeschnittenen Reaktors zur Durchführung gekoppelter chemischer Reaktionen, und
F i g. 2 einen Querschnitt des Reaktors.
Der katalytische Reaktor zur Durchführung gekoppelter chemischer Reaktionen enthält ein Gehäuse 1 (Fig. 1), dessen Innenraum durch dünnwandige Platten 2, die parallel, zueinander angeordnet und deren Ränder in den Wänden des Gehäuses 1 befestigt sind, in eine Reihe von Kammern 3 geteilt ist. Die Platten 2 sind aus einem Material ausgeführt, das für die gemeinsame Komponente der gekoppelten Reaktionen selektiv permeabel ist und gegenüber den beiden Reaktionen katalytisch aktiv ist.
Jede der Kammern 3 ist mit der übernächsten Kammer durch in den Wänden des Reaktorgehäuses 1 ausgeführte Kanäle 4 verbunden, wodurch der Innenraum des Gehäuses 1 in zwei Räume A und B geteilt wird, die je mit einem Stutzen 5 für die Zufuhr des Ausgangsproduktes und einem Stutzen 6 für die Abführung des Reaktionsproduktes verbunden sind.
Zur Verhinderung einer Verformung und zur zusätzlichen Vergrößerung der aktiven Oberfläche der Platten können diese wie die Platten 7, gewellt ausgeführt werden (Fig. 2). Die Wellen werdf.n zur Steigerung der Steifigkeit des Systems der Plrtten 7
zweckmäßig so angeordnet, daß sich die gewölbten Teile einer Platte 7 auf die gewölbten Teile der benachbarten Platte 7 stützen.
Der katalytische Reaktor zur Durchführung gekoppelter chemischer Reaktionen wird wie folgt betrieben.
Den Reaktor erhitzt man auf eine Temperatur, die die Durchführung der gekoppelten Reaktionen gewährleistet Durch die Stutzen 5 wird dem Raum A der Stoff, der für die Durchführung einer der gekoppelten Reaktionen notwendig ist, dem Raum B der Stoff, der für die Durchführung der anderen Reaktion notwendig ist, zugeführt Der erste Stoff tritt in Reaktion an der katalytisch aktiven Oberfläche der Platten 2 unter Bildung des Endproduktes und der gemeinsamen Komponente der beiden gekoppelten Reaktionen, die is sich in dem Material der Platten 2 auflöst und an die andere Oberfläche der Platten 2 in den Raum B diffundiert, der den zweiten Stoff enthält Die durch die Platte 2 getretene gemeinsame Komponente tritt in Reaktion mit dem zweiten Stoff untei Bildung des zweiten Endproduktes. Die gebildeten Reaktionsprodukte werden durch die Stutzen 6 aus dem Raum A bzw. B herausgeleitet Möglich ist die Zufuhr des ersten Stoffes in den Raum B des Reaktors und des zweiten in den Raum A des Reaktors.
Der erfindu.ngsgemäße Reaktor kann zur Durchführung von Dehydrierungs-, Hydrierungs- und Hydrodealkylierungsreaktionen angewandt werden. In diesem Falle werden die dünnwandigen Platten 2 aus einer Palladiumlegierung ausgeführt, die z. B. für die Durchführung der Dehydrierungs- und Hydrodealkylierungsreaktion aktiv ist Dem Raum A wird z. B. Isoamylen, dem Raum B Toluol zugeführt
Das Isoamylen tritt in Dehydrierungsreaktion unter Entwicklung von Wasserstoff und Bildung von Isopren. Der Wasserstoff löst sich in der Palladiumlegierung auf und diffundiert an die Oberfläche der Platten 2, die dem Raum B zugewandt sind. Der durch die Platten 2 getretene hochaktive atomare Wasserstoff tritt in Reaktion mit dem Toluol unter Bildung von Benzol und Methan.
Das gebildete Isopren und das gebildete Benzol werden durch die Stutzen 6 abgeleitet.
In dem erfindungsgemäßen Reaktor ist es wegen des gleichen Aufbaus der den Raum A und B bildenden Kammern 3 möglich, die notwendigen Bedingungen für die Durchführung gekoppelter Reaktionen rasch zu wählen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Katalytischer Reaktor zur Durchführung gekoppelter chemischer Reaktionen, der ein Gehäuse enthält, dessen Innenraum durch eine Trennwand in wenigstens zwei Teile geteilt ist, dessen jeder für die Durchführung einer der gekoppelten Reaktionen dient und mit Stutzen zum Zuführen der Ausgangsprodukte und Abführen der Reaktionsprodukte versehen ist, wobei die Trennwand aus einem Material ausgeführt ist, das für die gemeinsame Komponente der gekoppelten Reaktionen selektiv permeabel ist und katalytische Aktivität gegenüber den beiden Reaktionen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand ein System von zueinander parallel angeordneten Platten (2) darstellt, deren Ränder in den Wänden des Gehäuses (i) befestigt sind und die seinen Innenraum in eine Reihe von Kammern (3) teilen, wobei jede der Kammern (3) mit der übernächsten durch Kanäle (4) verbunden ist, die in den Wänden des Gehäuses (1) des Reaktors ausgeführt sind.
2. Katalytischer Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (2) gewellt ausgebildet und hintereinander so angeordnet sind, daß die Wellen senkrecht zueinander gerichtet sind.
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