DE2742752A1 - Reaktor fuer chemische reaktionen, bei denen gase oder fluide medien mit einem feststoffbett in kontakt gebracht werden - Google Patents
Reaktor fuer chemische reaktionen, bei denen gase oder fluide medien mit einem feststoffbett in kontakt gebracht werdenInfo
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Description
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Reaktor für chemische Reaktionen, bei denen Gase oder fluide Medien mit einem Feststoffbett in
Kontakt gebracht werden, unter praktisch radialer Zirkulation der Gase oder Fluida. Dabei handelt es sich insbesondere um
Reaktoren, die mit einem Feststoffbett versehen sind, das von
dem Fluidum oder den Fluida, die zur Umsetzung bestimmt sind, durchströmt wird.
So werden z. B. Dehydrierungsreaktionen von Kohlenwasserstoffen und insbesondere die Herstellung von Styrol aus Äthylbenzol
in der Regel dadurch bewirkt, daß ein Gemisch aus überhitzten Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf durch ein Katalysatorbett
geleitet wird, das sich im Innern eines zylindrischen Reaktors befindet. In dem Reaktor kann die Gaszirkulation parallel
zur Achse des Zylinders erfolgen, in welchem Falle der Reaktor axial genannt wird, oder parallel zu den Radien von geraden
Zylinderabschnitten, in welchem Falle von einem radialen Reaktor gesprochen wird. Das Konzept der Schaffung von Reaktoren
mit immer größerer Kapazität hat dazu geführt, die axialen Reaktoren zu Gunsten der radialen Reaktoren allmählich aufzugeben
.
In den radialen Reaktoren kann die Zirkulation der Gase oder Flüssigkeiten entweder von der Mitte des Reaktors in Richtung
Peripherie erfolgen, wobei von einem zentrifugalen Reaktor gesprochen wird, oder von der Peripherie zur Reaktorachse hin,
in welchem Falle der Reaktor zentripetal genannt wird.
Die zentrifugalen Reaktoren werden bisweilen bevorzugt, da sie bei Gasen oder Fluida einen schwächeren Druckverlust zwischen
Ein- und Ausgang hervorrufen, was für die Selektivität der Reaktion und folglich auch für die Ausbeute günstig ist.
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Die zentripetalen Reaktoren besitzen jedoch verschiedene Vorteile,
die sie den zentrifugalen Reaktoren überlegen machen können: so ist z. B. ihre technologische Fabrikation leichter;
ferner werden die eingespeisten überhitzten Fluida mit der größtmöglichen Fläche der Feststoffe in Kontakt gebracht, was
das Risiko einer Verunreinigung vermindert und eine bessere Verteilung der Fluida in der Feststoffmasse sicherstellt;
schließlich wird das größte Leervolumen des Reaktors, bei dem es sich zwangsläufig um das Zentralrohr handelt, bei der
niedrigsten Temperatur gehalten.
In den radialen Reaktoren erfolgt ein allmähliches Zusammendrücken
des Feststoffbettes im Verlaufe von dessen Benutzung. Um dieses Zusammenpressen zu kompensieren und um eine korrekte
radiale Zirkulation in dem Reaktor aufrecht zu erhalten, ist es erforderlich, einen Überschuß an Feststoffmaterial im oberen
Abschnitt des Reaktors vorzusehen. Es wurde bereits vorgeschlagen, diesen Materialüberschuß zumindest teilweise durch eine
inerte Substanz zu ersetzen, wobei sich jedoch zeigte, daß diese inerte Substanz allmählich in die Gesamtheit des Hauptbettes
eindringt, was zu einer schlechten Ausnutzung desselben führt. Außerdem wird dieser obere Teil des Bettes unabhängig von dessen
Zusammensetzung allmählich verunreinigt, da er von den Reaktionsgasen oder -fluida nicht bestrichen wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten
Nachteile auszuschalten und zur Lösung der Aufgabe wird ein bestimmter Typ von praktisch radialem Zirkulationsreaktor
geschaffen, in dem die gesamte Feststoffmasse von den Reaktionsgasen oder -fluida durchströmt wird.
Der erfindungsgemäße Reaktor ist dadurch gekennzeichnet, daß
der zylindrische Teil des Feststoffbettes mit einer praktisch halbkugelförmigen, für die Gase oder Fluida permeablen Reaktionszone versehen ist.
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Vom technologischen Standpunkt aus und weniger wegen der Herstellbarkeit
kugelförmiger Flächen ist es im Prinzip leichter, eine Einheit aus zylindrischen Elementen und Kegelstümpfen, die
sich innerhalb einer Kugel vereinigen, zu bauen. Aus diesem Grunde wird der Ausdruck "praktisch halbkugelförmig" verwendet,
der derartige Flächenanordnungen umfaßt.
Die praktisch halbkugelförmige Reaktionszone befindet sich vorzugsweise
zwischen zwei praktisch halbkugelförmigen Kalotten, von denen die innere Kalotte das Zentralrohr des Reaktors überdeckt.
Im Innern der praktisch halbkugelförmigen Reaktionszone erfolgt die Zirkulation der Gase oder Fluida längs der Kugelradien.
Die Zirkulation der Gase oder Fluida in dem erfindungsgemäßen
Reaktor kann zentrifugal oder zentripetal sein. Vorzugsweise ist sie zentripetal.
In einem Reaktor des letztgenannten Typs erhöht sich der Strömungswiderstand
der Produkte in dem Maße, wie sich die Produkte zum Zentrum hin verlagern. Der Druckverlust pro Längeneinheit
ist daher in der Peripherzone des Bettes gering und sehr viel größer in der Nähe des Zentrums. Dies führt dazu, daß eine
auf das Zusammenpressen zurückzuführende Verminderung des Niveaus des Feststoffbettes im oberen Abschnitt des Reaktors
nur einen schwachen Einfluß auf den Druckverlust und demzufolge auf die Zirkulation der Gase oder Fluida in der reaktiven
Masse hat.
Die feste Reaktionsmasse wird in an sich bekannter Weise in Stellung gehalten mit Hilfe einer oder mehrerer Drahtgitter verschiedener
Dicke. Außerdem wird erfindungsgemäß zwischen diese Masse und die Hohlteile des Reaktors ein perforiertes Blech eingesetzt,
das die Aufgabe hat, einesteils diese Feststoffmasse in
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Stellung zu halten und andererseits einen zusätzlichen, nicht unbedeutenden Druckverlust zwischen Ein- und Ausgang in
der Größenordnung von 0,5 bis 12 %, vorzugsweise von 1 bis 6 %, bezogen auf den durch das eigentliche Feststoffbett hervorgerufenen
Druckverlust, sicherzustellen. Dieser Druckver lust ermöglicht eine bessere Verteilung der Gase oder Fluida
in der Masse. Er hat ferner die Aufgabe, Änderungen des Drucklustes im oberen Teil des Reaktors, welche auf ein Zusammendrücken
des Feststoffbettes zurückzuführen sind, auf ein Minimum herabzusetzen.
Im erfindungsgemäßen Reaktor wird somit die Feststoffmasse von
dem Hohlraum, der sich an der Peripherie des Reaktors befindet, durch ein perforiertes Blech getrennt, welches einen vorbestimmten
Druckverlust sicherstellt. Diese Masse ist ferner auch vom Zentralrohr durch ein perforiertes Blech getrennt.
Der praktisch halbkugelförmige Teil und der zylinderische Teil des Zentralrohres weisen unterschiedliche Perforationen auf. In
der Tat ist der Druckverlust, der durch die die halbkugelförmige Zone durchströmenden Gase oder Fluida eintritt, stärker
als derjenige, der durch die die zylindrische Zone durchquerenden Gase oder Fluida erfolgt. Die Perforationen des halbkugelförmigen
Teils des Zentralrohres werden daher so berechnet, daß dieser Unterschied kompensiert wird. Diese Rechnung berücksichtigt
ein mittleres Zusammendrücken des Feststoffbettes in seinem oberen Abschnitt.
Die Erfindung und die erfindungsgemäß erzielbaren Vorteile werden
durch die beigefügte Zeichnung näher veranschaulicht, in der darstellen:
Figur 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen zentripetalen
Zirkulationsreaktpr, wie er für eine katalytische Dehydrierung und insbesondere zur Dehydrierung von Äthylbenzol
zu Styrol verwendbar ist, und
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Figur 2 die in Figur 1 bezeichneten Details in größerem Maßstab.
Der Reaktor weist eine katalytische Masse 1 auf, die sich zwischen
einem perforierten Blech 2, das das Zentralrohr 15 des Reaktors begrenzt, und einem perforierten Blech 3, das die Katalysatormasse
vom peripheren Hohlraum 14 des Reaktors trennt, befindet. Das perforierte Blech 2 umfaßt ein zylindrisches Element
4, das überdeckt ist mit zwei Kegelstümpfen 5 und. 6, die eine praktisch halbkugelförmige Zone begrenzen. Die Perforationen
des zylindrischen Elements 4 machen 8 % von dessen Oberfläche aus (Druckunterschied etwa 5 g/cm2), während die Perforationen
der Kegelstümpfe 5 und 6 etwa 16 % ihrer Oberfläche ausmachen (Druckunterschied etwa 1 g/cma). Das perforierte Blech 3
umfaßt ebenfalls ein zylindrisches Element 7, das überragt wird von zwei Kegelstümpfen 8 und 9. Die Perforationen des Bleches 7
machen 3 % von dessen Oberfläche aus (Druckunterschied etwa 8 g/cma). Die Perforationen der Bleche 8 und 9 machen etwa 3 %
ihrer Oberfläche aus (Druckverlust etwa 5 g/cm2). Die Katalysatormasse
ist von den Blechen 2 und 3 durch zwei Metallgewebe oder Drahtgeflechte 20-21 (vgl. Fig. 2) getrennt,.von denen
das erste, weitmaschige Drahtgeflecht 20, das auf das perforierte Blech seitlich des Katalysatorbettes aufgebracht ist, die
Verteilung des Gases zwischen den Perforationen des Bleches ermöglicht, und das zweite, feinmaschige Drahtgeflecht 21, das
auf das erste Drahtgeflecht aufgebracht ist, hält das Katalysatorbett und verhindert eine Verstopfung der Perforationen. Die
Katalysatormasse ruht auf einem Träger 10, der in solcher Weise ausgestaltet ist, daß er in an sich bekannter Weise die freie
Ausdehnung des Reaktors ermöglicht. Zentriereinrichtungen 11
stellen eine gute Lage der Katalysatormasse sicher.
Die überhitzten Reaktionsgase werden in den Reaktor durch die öffnung 12 eingeführt. Ein perforierter Blechkonus 13 stellt
die Verteilung der Gase in dem peripheren Hohlraum 14 sicher
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vor deren Eintritt in die katalytische Masse. Die Gase durchdringen
die katalytische Masse unter Abkühlung, da die Dehydrierungsreaktion endotherm ist und sie gelangen in das Zentralrohr
15 und treten durch die öffnung 16 aus.
Der Reaktor weist ferner Öffnungen 17 für die Entleerung des
Katalysators auf sowie außerdem eine äußere Isolierung 18 und Temperatur- und Druckabnehmer 19.
Erfindungsgemäß sind selbstverständlich zahlreiche Modifikationen
möglich, die dem Fachmann geläufig sind.
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e e r s e i t e
Claims (12)
1. Reaktor für chemische Reaktionen, bei denen Gase oder fluide
Medien mit einem Feststoffbett in Kontakt gebracht werden, unter praktisch radialer Zirkulation der Gase oder
Fluida, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Teil des Feststoffbettes mit einer praktisch halbkugelformigen,
für die Gase oder Fluida permeablen Reaktionszone versehen ist.
2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der halbkugelförmige Teil der Reaktionszone zwischen zwei
praktisch halbkugelformigen Kalotten befindet, von denen die eine das Zentralrohr überdeckt und die andere die obere
Peripherie dieser Zone begrenzt.
3. Reaktor nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffmasse vom peripheren Hohlraum des Reaktors
durch ein perforiertes Blech mit nicht unbedeutendem Druck-
809813/0924
MtTKCIIEK 8β -SZEBERTSTR.* · POSTFACH 80 0720 -KADEL: MUEBOPAT ■ TEL. (089) 47 4003 · TELEX 3-24283
Verlust zwischen Ein- und Ausgang getrennt ist.
4. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht unbedeutende Druckverlust in der Größenordnung
von 0,5 bis 12 %, vorzugsweise von 1 bis 6 %, bezogen auf
den durch das eigentliche Feststoffbett hervorgerufenen
Druckverlust, liegt.
Druckverlust, liegt.
5. Reaktor nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Zentralrohr des Reaktors aus einem perforierten
Blech besteht.
Blech besteht.
6. Reaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Zone und die praktisch halbkugelförmige Zone
des Zentralrohrs unterschiedliche Druclc/erluste pro
Einheitsfläche aufweisen,die in solcher Weise gewählt sind, daß die Gaszirkulation in der gesamten Feststoffmasse homogen ist.
Einheitsfläche aufweisen,die in solcher Weise gewählt sind, daß die Gaszirkulation in der gesamten Feststoffmasse homogen ist.
7. Reaktor nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Druckverluste wie folgt verteilen:
- zylindrisches Zentralelement: Druckverlust etwa 5 g/cm2,
- halbkugelförmige Kalotte, welche das zylindrische Zentralelement
überdeckt: Druckverlust etwa 1 g/cm2,
- zylindrisches Peripherelement: Druckverlust etwa
8 g/cm2,
8 g/cm2,
- halbkugelförmige Kalotte, welche das zylindrische Peripherelement
überdeckt: Druckverlust etwa 5 g/cm2.
8. Reaktor nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulation der Gase oder Fluida zentripetal erfolgt.
9. Reaktor nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulation der Gase oder Fluida zentrifugal erfolgt.
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10. Verwendung des Reaktors nach Ansprüchen 1 bis 9 für katalytische
Reaktionen.
11. Verwendung nach Anspruch 10 für Dehydrierreaktionen von Kohlenwasserstoffen.
12. Verwendung nach Anspruch 11 für die Herstellung von Styrol
aus Äthylbenzol.
80981 3/092/»
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D2 | Grant after examination | ||
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