DE2324164A1 - Vorrichtung fuer katalytische reaktionen in der gasphase - Google Patents

Vorrichtung fuer katalytische reaktionen in der gasphase

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DE2324164A1
DE2324164A1 DE19732324164 DE2324164A DE2324164A1 DE 2324164 A1 DE2324164 A1 DE 2324164A1 DE 19732324164 DE19732324164 DE 19732324164 DE 2324164 A DE2324164 A DE 2324164A DE 2324164 A1 DE2324164 A1 DE 2324164A1
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DE19732324164
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Antonio Cappelli
Amilcare Collina
Emanuele Malfatti
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Montedison SpA
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    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
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    • B01J8/0214—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly horizontal in a cylindrical annular shaped bed
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    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
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Description

Dipl.-lng. P. WIRTH · Dr. V. SCHMIED-KOWARZiK Dipl.-lng. G. DANNENBERG · Dr. P. WEINHOLD · Dr. D. GUDEL
281134 β FRANKFURT AM MAIN
TELEFON C0611)
287014 GR. ESCHENHEIMER STHASSE 39
SK/SK
U. 1687
Montecatini Edison S.p.A. Foro Buonaparte 31 Mailand / Italien
Vorrichtung für katalytische Reaktionen in der Gasphase
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung katalytischer Reaktionen in der Gasphase, die sich für solche Vorfahren eignet, die eine direkte Rückführung der rohen Reaktionsprodukte una ihr Mischen mit den Beschickungsgasen vorsehen. Solche Verfahren sind z.B.: die Oxidation von Äthylen in Äthylenoxid, die Oxidation von Propylen in Acrolein und Acrylsäure, die Oxidation von n-Butenen in Maleinsäureanhydrid, die katalytische Wasserdamfkrackung von Kohlenwasserstoffen und die Synthese von Methanol.
Bekanntlich erfolgen derartige Verfahren in einem Rohr- und Schalen-Reaktor, dessen Rohr^mit Katalysator gefüllt sind.
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Einige Nachteile bei derartigen Reaktoren bestehen häufig in übermaJjiger Wärme, die ausgetauscht werden muß, in einer sehr hohen Reaktionsgeschwindigkeit und in einer schwer zu kontrollierenden·Reaktionstemperatur, weshalb sehr leicht schädliche Nebenreaktionen auftreten.
Im Fall exothermer Reaktionen kann weiterhin ein unerwünschter örtlicher Anstieg der Reaktionstemperatur ("hot spots") auftreten. In diesen Fällen erfordert die Wärmeregulierung durch Thermostaten aufgrund der hohen Re:'.ktionstemperatur ein großes Austauschergebiet, eine genaue Wahl der Materialien und die Verwendung besonderer diathermischer fMeßbarer Materialien,
Weiterhin können aus konstruktionstechnischen Gründen derartige Reaktoren nur mit einem geringen Durchsatz verwendet werden.
Ein anderer Nachteil von Vorrichtungen der oben beschriebenen Art besteht im folgenden Gesichtspunkt: da das Gas entsprechend verteilt werden nuß, bevor es mit dem Katalysator in Berührung gebracht wird, bringt ciiess Verteilung, um wirksam zu sein, unweigerlich einen hohen Druckabfal] t m^ ^icn.
Ein weiterer Nachteil derartiger Reaktoren besteht in der Entwicklung von Rohren mit großem Durchmesser, die hohen thermischen Ausdehnungen unterworfen sind; dies führt zu komplizierten Konstruktionsproblemen, was besonders für solche Fälle gilt, in welchem man bei Temperaturen über 300 C. arbeiten muß.
Ziel der-vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer Vorrichtung, die alle oben genannten Nachteile vermeidet und hohe Durchsatzwerte er~ reicht.
Erfindungsgemäß soll die Reaktion weiterhin in adiabatischer Weise durcnge—
führt werden, so daß eine Temperaturregelung durch ein genaues, aber einfaches Verfahren möglich wird.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Verfahren flexibler in dem Sinne zu machen, daß der Durchsatz innerhalb weiter Grenzen variiert werden kann und die Reaktionskontrollen auf ein Minimum ver-. ringert werden.
Außerdem soll erfindungsgemäß der Energieverbrauch verringert und aufgrund von Verteilungsvorrichtungen ein hoher Druckabfall des Gases durch das Katalysatorbett vermieden werden.
Erfindungsgemäß sollen weiterhin die Rohrleitungen und die durch das Gebilde aus Vorrichtungen und Leitungen eingenammenden Überflächen verringert bzw. v&rmindert werden.
Die obigen Ziele können nun, wie festgestellt wurde, leicht durch eine Vorrichtung zur Durchführung katalytischer Reaktionen in der Gasphase erreicht werden, die sich für Verfahren mit einer direkten rückführung der rohen Reaktionsprodukte und ihrem Mischen mit den Beschickungsgasen eignen, wobei die Vorrichtung innerhalb eines einzigen Mantels oder Gehäuses die folgenden Teile enthält:
einen Strahlmischer mit Düse, Fanghals und Diffusor; einen Katalysatorbehälter mit zentrifugalem radialem Fluß, der einen praktisch zylindrischen Innenhohlraum aufweist, dessen eines Ende unmittelbar stromabwärts vom abschließenden Teil des Diffusors liegt; einen äußeren, praktisch koaxial zum Strahlmischer und dem Katalysatorbehälter liegenden Mantel, der mindestens einen Teil der aus diesem Behälter kommenden Gase zum Eingang des Strahlmischers leitet; und einen Wärmeaustauscher, in welchem mindestens ein Teil der zurückfließenden, aus dem Katalysatorbehälter kommenden Gase direkt Wärme mit einem anderen fließbaren Material austauscht. »
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Der erwähnte Mantel hat eine konische, zylindrische oder irgendeine andere geeignete Form. Als flieribares Material für den Wärmeaustauscher kann man ein Material verwenden, das an der Reaktion nicht teilnimmt, oder ein sol— ches, das an der Reaktion teilnimmt, wie z.B. die Beschickungsgase.
Mit einer solchen Vorrichtung erzielt man die folgenden Ergebnisse: niedriger Energieverbrauch, befriedigende Verteilung des üases durch den Katalysator, geringer Druckabfall, Vereinfachung der Probleme im Zusammenhang mit der thermischen Ausdehnung, Verminderung von Flächen und Volumen und Vereinfachung bei der Wahl der Materialien.
Eine Ausfuhrungsform der erfindungsgerndBen Vorrichtung ist in Fig. i der beiliegenden Zeichnungen dargestellt, wobei sich zwischen dem Rahproduktstrom und dem gasförmigem Beschickungsstram ein Wärmeaustauscher befindet.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, liegen die Achsen der Einführungsvorrichtung, ces Katalysatorbehälters und des Mantel praktisch auf einer einzigen vertikalen, geraden Achse, wobei erfindungsgemäiB jedoch auch andere Formen möglich sind.
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist der Mantel praktisch zylindrisch, und der Wärmeaustauscher liegt um der Mischkammer der Einführungsvorrichtung. Der Wärmeaustauscher kann jedoch auch anders angeordnet sein, z.B. stromabwärts vom Katalysatorbehälter oder stromaufwärts vom Einführungskopf.
Der Wärmeaustauscher kann entweder mit den anderen Teilen der Vorrichtung verschweißt oder, z.B. durch Abziehen aus dem Gehäuse, leicht entfernbar sein. Er ist weiterhin zweckmäßig ein Austauscher aus Rohr und Gehäuse, der wahlweise mit doppelten, koaxialen Rohren mit invertiertem Fluß, Kopf usw. versehen ist.
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Gemäß Fig. 1 tauscht die aus Leitung 1 kommende Beschickungsmischung im Austauscher 2 V'ärme mit den Reaktionsprodukten aus. Anschließend fließt das Beschickunysgus in Düse 3, führt die Hückführungsmischung 4 unter erneuter Komprimierung mit sich und betritt dann die Wischkammer 5 und fließt in den Diffusor 6. Von dort erreicht das Gas die Kammer 7,
die durch den inneren Hohlraum des Katalysatorbehälters B mit zen*r".Egalen radialem Fluß gebildet wird. Diese Kammer ist in solcher Weise konstruiert, daß sie unter allen Umständen als Verteiler des Gases wirkt; sie hat nur einen ganz unbedeutenden Druckabfall in Bezug auf denjenigen des Katalysator— bettes.
Durch ü'la Locher 9 'erreichen die Gase den Katalysator, reagieren in adia— batischcr v.'eise und laufen dann zum Mantel 10. Dieser Mantel führt die umgesetzten Gase, so daß sie die Außenseite der Wärmeaustauscherrohre 2 umspulen. Üie Löcher 9 können zweckmäßig die. Maschen eines Netzes sein.
Dann wird der gasförmige Strom in zwei Teile unterteilt: ein Teil bildet den RückfluHatrom 4; der andere Teil 11 verläßt den Reaktor und läuft zu den ansrj}iÜ3iJenden Verfahrensstufen.
Für eine schnelle Abführung des erschöpften Katalysators sind Öffnungen vorgesehen.
Wenn das fließbare Material, das Wärme mit den Rohprodukten austauscht, ein der Reaktion fremdes Material, wie z.B. Wasser, Dampf, diathermische Öle, geschmolzen^ Salze, Rauche usw., ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung die in Fig. 2 dargestellte Form annehmen. (Dabei werden dieselben Bezugs— zeichen wie in Fig. 1 verwendet.)
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Gemäß Fig. 2 betritt die frische gasförmige Beschickungsmischung aus Leitung 1 die Düse 3, führt den Rückführungsstrom 4 unter erneuter Komprimierung mit sich und betritt die Mischkammer 5t und läuft schließlich in die Diffundierungsvorrichtung 6.
Von dort erreicht sie die Kammer 7, die durch den inneren Hohraum des Katalysatorbehälters B mit radialem Fluß gebildet wird; diese Kammer ist von solcher Größe, daß sie in jeder Beziehung als Verteiler für das Bas wirkt und nur einen unbedeutenden Druckabfall im Bezug zu demjenigen des Katalysatorbettes hat.
Durch die Löcher 9 erreichen die Gase den Katalysator, reagieren in adiabä— tischer Weise und laufen dann in den konischen Mantel 10, der die umgesetzten Gase direkt zum Wärmetaustauscher 2 leitet. Das umgesetzte Gas wird an diesem Punkt in zwei Ströme unterteilt; ein Strom 11 verläßt den Reaktor und läuft zu den anschließenden Verfahrensstufen (z.B. Waschen, Abtrennung der Produkte usw.); der andere Strom 4 bildet, wie bereits erwähnt, den Rückfluß. Die Öffnungen 12 dienen der Abführung des Katalysators.
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Claims (2)

  1. Patentansprüche
    j Π— Vorrichtung zur Durchführung katalytischer Reaktionen in der Gasphase, die für alle Verfahren mit direktem Rückfluß der rohen Reaktionsprodukte und ihrem Mischen mit den die Reaktionsteilnehmer enthaltenden Beschickungsgasen geeignet sind, bestehend aus:
    einem Strahlmischer mit Düse (3), Fanghals (5) und Diffusor (6); einem Katalysatorbehalter (8) mit zentrifugalem radialem Fluß mit einer praktisch zylindrischen Innenhöhlung (7), deren eines Ende unmittelbar stromabwärts vom abschließenden Teil des Diffusors (6) liegt; einem zum genannten Strahlmischer und dem Katalysatorbehalter (s) praktisch koaxialen äußeren Mantel . (10), der mindestens einen Teil der vom Katalysatorbehalter (θ) kommenden Gase zum Eingang des Strahlmischers führt; und einem Wärmeaustauscher (2), in welchem mindestens ein Teil der aus dem Behälter (ö) kommenden zurückgeführten Gase indirekt Wärme mit einem anderen fließbaren Material austauscht.
  2. 2.— Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen des Strahlmischers, des Katalysatorsbehälters (θ), des Mantels (10) und des Wärmeaustauschers (2) praktisch in einer einzigen, geraden Achse liegen.
    3,- Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (1O) eine praktisch zylindrische Form hat.
    4,- Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (10) eine praktisch konische Form hat.
    5,- Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (2) um die Mischkammer (5) des Strahlmischers angebracht ist.
    Der Patentanwalt:
    / Hi /Ψ. , ο /. 309848/12'
DE19732324164 1972-05-15 1973-05-12 Vorrichtung fuer katalytische reaktionen in der gasphase Pending DE2324164A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0040666A1 (de) * 1980-05-23 1981-12-02 Röhm Gmbh Katalytisches Oxydations- und Dehydrierungsverfahren und Verwendung einer dafür geeigneten Umsetzungsvorrichtung
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WO2007134771A1 (de) * 2006-05-23 2007-11-29 Bayer Materialscience Ag Verfahren zur herstellung von chlor durch gasphasenoxidation

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WO2007134771A1 (de) * 2006-05-23 2007-11-29 Bayer Materialscience Ag Verfahren zur herstellung von chlor durch gasphasenoxidation
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BR7303505D0 (pt) 1974-07-18
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