DE2551641A1

DE2551641A1 - Verfahren zur durchfuehrung von reaktionen zwischen mindestens zwei reaktionspartnern

Info

Publication number: DE2551641A1
Application number: DE19752551641
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Dr Ing Wuerfel
Original assignee: Saarbergwerke AG
Current assignee: Saarbergwerke AG
Priority date: 1975-11-18
Filing date: 1975-11-18
Publication date: 1977-06-02
Also published as: US4123348A

Description

SaarbrücKpn. 17. November 1975 (EM h) P 75/1

Verfahren zui¹ Durchführung von Reaktionen zwischen mindestens zwei HoaV l'ionspartnern,

Di.p Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung voi¹ Reaktionen zwischen in.? nde.^tens zwei Reaktionspartnern, wobei innerhalb der Real«tionszone ein die Reaktionen begünstigender, aus stückigen Teilchen bestehender Feststoff vorgesehen wird.

Ks ist bereits ein Verfahren zur Durchführung von chemischen oder physikalischen Reaktionen zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas bekannt geworden, bei dem innerhalb einer Reaktionszone die stückigen Teilchen eines die Reaktionen begünstigenden Feststoffs, z. B. eines Katalysators, in einen ungeordneten Bewegungszustand versetzt werden, so daß jedem Teilchen nahezu die gesamte Reaktionszone als Bewegungsrauin zur Verfügung steht (us-ps 2987 U65).

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Dieses bekannte Verfahren, das unter anderem zur Durchführung von exothermen chemischen Reaktionen, wie der Hydrierung von Kohle oder Schweröl, vorgeschlagen wird, weist eine Reihe von Nachteilen auf. So hat es sich gezeigt, daß die Raumerfüllung des Katalysatorbettes aufgrund des ungeordneten Bewegungszustandes der einzelnen Katalysatorteilchen relativ niedrig ist, mit den" Folge, daß bed einem gegebenen Rea.ktionszonenvolumeii der Durchsatz an Einsatzmaterialien niedrig gehalten werden muß. Hinzu kommt, daß aufgrund der geringen Anzahl der Katalysatorteilchen in der Reaktionszone der gasförmige Reaktionspartner zur Bildung großer Blasen neigt, welche nahezu ungehindert die Reaktionszone durchlaufen und somit an der vorgesehenen Reaktion nur in vermindertem Maße teilnehmen. Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens .liegt darin, daß bei der Regelung der Temperatur einer exotherm verlaufenden Hydrierreaktion durch Zugabe von kaltem Wasserstoff das Strömungsverhalten so gestört wird, daß sich eine stark kochende, überschäumende Wirbelschicht bildet, aus der die Katalysatorteilchen zusammen mit dem Reaktionsprodukt aus der Reaktionszone ausgetragen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, welches auf einfache und doch wirtschaftliche Weise die Durchführung physikalischer oder chemischer Reaktionen zwischen mindestens zwei Reaktionspartnern ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die stückigen Teilchen in einen pulsierenden Bewegungszustand versetzt werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren gelingt es auf einfache Weise, die Raumerfüllung eines gegebenen Reaktionsvolumens an Feststoffteilchen erheblich zu erhöhen.

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Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, daß durch die pulsierende Bewegung der Teilchen in der Reaktionszoiie eine erheblich größere Teilchendichte pro Reaktionszoiienvolumeneinheit erzielt werden kann, ohne daß es zu unerwünschten Agglomerationen mehrerer Teilchen oder zu unerwünschten Ablagerungen zwischen den Teilchen kommt. Durch die pulsierende Bewegung der Teilchen bleibt somit die äußere Gesamtoberfläche der Teilchen erhalten. Der Umsatz pro Volumeneinheit Reaktionsraum kann daher im Vergleich zu dem bekannten Verfahren erheblich erhöht werden.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß, falls ein Gas als Reaktionspartner an der Reaktion beteiligt ist, die Bildung unerwünscht großer Gasblasen vermieden wird. Es bilden sich, wie sich gezeigt hat, lediglich Gasblasen von maximal der Größe der einzelnen Feststoffteilchen.

Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die pulsierende Bewegung der Teilchen durch pulsierende Zttfuhr mindestens eines Teiles von mindestens einem der Reaktionspartner in die Reaktionszone erzeugt.

Für den Fall, daß eine flüssige Fraktion an der Reaktion beteiligt ist, erweist es sich als zweckmäßig, die pulsierende Bewegung der Teilchen durch pulsierende Zufuhr zumindest eines Teiles dieser Fraktion in den Reaktionsraum zu erzeugen. Hierbei kann ein Teil der Fraktion als kon_ stante Grundströmung in den Reaktionsraum eingeführt werden, während der Rest als pulsierender Strom dieser Grundströmung überlagert wird, wobei durch die Grundströmung bereits eine Auflockerung der Feststoffteilchen und durch den pulsierenden Strom die pulsierende Bewegung der Teilchen erzielt wird.

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Das erf indu rigs gernäße Verfahren erweist sich als besonder« vorteilhaft im Zusammenhang mit der Durchführung stark exothermer chemischer Reaktionen, wie z. B. der Hydrierung von Kohle oder Schweröl, Bei solchen Verfahren, bei denen eine Kohlenstoffatome enthaltene flüssige Fraktion, bei der Hydrierung von Kohle ist dies ein Brei ans Öl und suspendiertem Kohlenstaub, und Wasserstoff in der Reaktionszone miteinander reagieren, wird in der Regel ein Teil der die Reaktionszone verlassenden flüssigen Reaktionsprodukte im Kreislauf erneut der Reaktionszone zugeführt. Die pulsierende Bewegung der in der Reaktionszone angeordneten stückigen Teilchen, in diesem Fall sind dies Katalysatorteilchen, wird hierbei durch Pulsierung der im Kreislauf geführten Reaktionsprodukte erzeugt. Die Pulsierung kann dabei mittels einer im Kreislauf angeordneten Umwälzpumpe erfolgen, wobei zweckmäßigerweise durch eine Grundströmung zunächst eine Auflockerung der Teilchen und durch eine der Grundströmung überlagerte pulsierende Strömung die pulsierende Bewegung der Teilchen erzeugt wird.

Ein weiterer sehr wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich im Hinblick auf die Erneuerung der in der Reaktionszone vorhandenen Feststofffüllung, die von Zeit zu Zeit erfolgen muß. Bei dem bekannten Verfahren, bei dem sich alle Katalysatorteilchen in einem ungeordneten Bewegungszustand befinden, läßt es sich nicht vermeiden, daß zusammen mit verbrauchten auch unverbrauchte Katalysatorteilchen aus der Reaktionszone abgezogen werden, was zu einer negativen Beeinflussung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens führt. Demgegenüber befinden sich gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die Teilchen zwar auch in einem Bewegungszustand, doch wird durch den speziellen Charakter dieses Zustandes erreicht, daß jedes Teilchen sich nur in einem bestimmten Bereich der Reaktionszone bewegt.

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D.Los hat zur Folge, daß ein geordneter Katalysatorteilnhenaustaupch, der vorteilhafterweise im Betrieb eines polcli"n Reaktors erfolgt, durchgeführt werden kann, indem oben frischer Katalysator zugeführt und unten verbrauchter Katalysator abgezogen wird. Der frische Katalysator wandert, wie sich gezeigt hat, entsprechend der unten abgezogenen Menge in einer ge ordne» ten Bewegung langsam von oben nach unten durch den Reaktor. Hierbei werden nahezu keine unverbrauchten Teilchen abgezogen, was sich im Hinblick auf den Renktionsablauf und die ■Wirtschaft] ichkeit des Verfahrens als «ehr günstig erwf> ist.

Obwohl sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere im Hinblick auf die Durchführung stark exothermer chemischer Reaktionen, wie d⁴e Hydrierung von Kohle und Schweröl, als Sfhr vorteilhaft erweist, ist es nicht auf diese Prozesse beschränkt. Es kann ohne weiteres auch zur Durchführung physikaler Prozesse, wie die Durchführung von Wärrneaustauschvorgängen sowie Adsorptionsund Absorptiönsprozesaen verwendet werden. Auch kann bei der Durchführung chemischer Reaktionen der Katalysator in Form von Staub den Einsatzprodukten zugemischt und in flor Reaktionszone selbst eine Feststoff-Füllung aus inerten Bestandteilen, wie z. B. Aluminiumoxid, vorgesehen υerden.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren nochmals beispielhaft an der Hydrierung von Kohle beschrieben.

Die zu hydrierende staubförmige Kohle wird mit Öl zu einem Brei vermischt und mit einer Pumpe zusammen mit Wasserstoff durch eine Vorerhitzerrohrschlange von unten in einen vertikal angeordneten Hydrierreaktor eingespeist. Die aus stückigen Teilchen bestehende Katalysatorfüllung befindet

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sich auf einem waagerecht angeordneten Siebboden unmittelbar oberhalb des Exnspeisenxveaus. Oberhalb.des Katalysatorbettes wird von einer außenliegenden Umwälzpumpe flüssiges Reaktxonsgemxsch mit der darin suspendierten Kohle abge saugt und unten dem Reaktor wieder zugeführt, wobei eine gute Vermischung mit der frischen Öl-Kohle-Wasserstoff-Mischung erfolgt. Die Umwälzpumpe arbeitet derart, daß einer Grundströmung zur Auflockerung des Katalysatorbettes, ohne da/3 sich in diesem Zustand bereits einzelne Teilchen bewegen, nun eine zusätzliche Strömung pulsierend überlagert wird, so daß jetzt einzelne Teilchen in einen Schwin gungszustand geraten. Das gesamte Katalysatorbett führt dabei eine Art "atmende" Bewegung aus, wobei sich die Oberfläche der Schüttung periodisch auf und ab bewegt.

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Claims

P 75/1

Patentansprüche

Verfahren zur Durchführung von Reaktionen zwischen mindestens zwei Reaktionspartnern in einer Reaktionszone, wobei innerhalb der Reaktionszone ein die Reaktionen begünstigender, aus stückigen Teilchen bestehender Feststoff vorgesehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die stückigen Teilchen in einen pul sierenden Bewegungszustand versetzt werden.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pulsierende Bewegung der Teilchen durch pulsierende Zufuhr zumindest eines Teiles von zumindest einem der Reaktionspartner in die Reaktionszone erzeugt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Grundströmung eines Teiles eines oder mehrerer der Reaktionspartner eine Auflockerung des Feststoffbettes und durch eine dieser Grundströmung überlagerten pulsierenden Strömung eines oder mehrerer der Reaktionspartner die pulsierende Bewegung der stückigen Teilchen erzeugt wird.

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h . Verfcihren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» wobei die Reaktion zwischen einer Kohlenstoffatome enthaltende fluiden Phase und Wasserstoff durchgeführt und ein Teil der Reaktionsprodukte im Kreislauf erneut der Reakt i on =:zone zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß di.e pulsierende Bewf-gnng der Teilchen durch pulsierende Zufuhr zum inde.^ I- einejs Teile? ünr Reaktionsprodukte i.n die ReaKtioi'szcmp erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch h, dadurch gekenti/.ft ? chnp {:, daß die Kohlensto PPa tome enthaltende Phase eine Suspension aus Öl und Kohlenstaub ist.

. Verfahren nach Anspruch '(·, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohl ens tof Patome enthaltende Phase ο in -^I ist.

7. Verfahren nach, einem der Ansprüche 1 bis f>_} dadurch gekennzeichnet, daß dor Katalysator den Rp.aktionspartnern staub Pörni i g zugegeben u^rird und daß ti i «■> stückigen Teilchen in der Reakt ionszone zuintnde.«t teilweise aus inertem Material bestehen.

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