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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf die katalytische
Oxidation von Kohlenwasserstoffen und im besonderen auf die katalytische
oxidative Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen zur Erzeugung von
Olefinen.
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Verfahren
für die
katalytische Oxidation von Kohlenwasserstoffen sind allgemein bekannt,
zum Beispiel die Oxidation von Methan zur Erzeugung von Synthesegas;
die Oxidation von Ethylen zur Erzeugung von Ethylenoxid; die Oxidation
von Ethylen und Essigsäure
zur Erzeugung von Vinylacetat; die Herstellung von Maleinsäureanhydrid
durch die Oxidation von Buten, Butan oder Benzol; die Herstellung
von Phthalsäureanhydrid durch
die Oxidation von Naphthalin oder o-Xylol; die Ammonoxidation von
Propan zu Acrylnitril.
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WO
82/02548 bezieht sich auf ein Verfahren und ein Gerät zur teilweisen
Oxidation von kohlenwasserstoffhaltigen Gasen, worin ein kohlenwasserstoffhaltiges
Gas vorerwärmt,
mit Sauerstoff umgesetzt und gequencht wird.
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Die
katalytische oxidative Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen ist
ein bekanntes Verfahren zur Herstellung von Olefinen. Ein Beispiel
für ein
solches Verfahren wird in EP-A-0 332 289 beschrieben. In diesem Verfahren
werden ein Kohlenwasserstoff und ein Sauerstoffenthaltendes Gas
mit einem Katalysator, mit dem die Verbrennung über die brennstoffreiche Grenze
der Entflammbarkeit hinaus gefördert
werden kann, kontaktiert. Der Kohlenwasserstoff wird teilweise verbrannt,
und die produzierte Wärme
wird dazu verwendet, die Dehydrierung der Kohlenwasserstoffspeisung
in die Olefine herbeizuführen.
Gegebenenfalls wird auch eine Wasserstoff-Coeinspeisung verbrannt,
und die durch diese Verbrennungsreaktion produzierte Wärme wird
dazu verwendet, die Dehydrierung des Kohlenwasserstoffs herbeizuführen.
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WO
94/04632 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Monoolefinen
aus einer Kohlenwasserstoffeinspeisung, die einen oder mehrere Kohlenwasserstoffe
mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen enthält, wobei das Verfahren die
teilweise Verbrennung eines Gemisches aus der Kohlenwasserstoffeinspeisung und
einem molekularen Sauerstoff-enthaltenden Gas in Kontakt mit einem
Katalysator, mit dem die Verbrennung über die normale brennstoffreiche
Grenze der Entflammbarkeit hinaus gefördert werden kann, um Reaktionswärme zu erzeugen,
umfaßt.
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Im
allgemeinen werden in katalytischen oxidativen Dehydrierungsverfahren
die Reaktanten (Kohlenwasserstoff und ein Sauerstoff-enthaltendes
Gas) direkt über
den Katalysator geführt,
um ein Olefinprodukt zu erzeugen. Typischerweise ist der Kohlenwasserstoff
ein gesättigter
Kohlenwasserstoff wie ein gesättigter C2-C10-Kohlenwasserstoff,
wie Ethan, oder ein Gemisch aus gesättigten Kohlenwasserstoffen
wie ein Gemisch aus C2-C10-Kohlenwasserstoffen,
Benzin oder Gasöl.
Der Kohlenwasserstoff kann bei Umgebungstemperatur und -druck gasförmig oder
flüssig
sein, ist typischerweise aber gasförmig.
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In
den Verfahren zur katalytischen Oxidation von Kohlenwasserstoffen
ist es wünschenswert,
die Reaktanten effektiv zu mischen und/oder daß ein einheitliches Geschwindigkeitsprofil
des Reaktantengemisches vor dem Kontakt mit dem Katalysator vorliegt.
Obgleich die Reaktanten (Kohlenwasserstoff und das Sauerstoff-enthaltende
Gas) vor ihrer Einführung
in den Reaktor gemischt werden können,
ist das Geschwindigkeitsprofil des Reaktantengemisches oftmals noch
immer nicht einheitlich. Ein solches nicht einheitliches Geschwindigkeitsprofil
kann zu einer instabilen Reaktion führen. Beispielsweise können Hochgeschwindigkeitsgasgemische
gegenüber
nur einem Teil des Katalysators zu einer Verringerung der Selektivität führen. Ist
die Oxidationsreaktion eine, die nahe ihrer Entflammbarkeitsgrenze
durchgeführt
wird, wie bei der katalytischen oxidativen Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen,
können
langsame Gasgemische gegenüber
nur einem Teil des Katalysators zu Flammrückschlägen führen.
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Überdies
wird die durch die Oxidationsreaktion erzeugte Wärme nicht gleichmäßig verteilt,
wodurch die Effizienz des Oxidationsverfahrens verringert wird und
zum möglichen
Verlust des Produktes führt.
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Wir
haben nun herausgefunden, daß die
obigen Nachteile verringert werden, indem die Reaktanten (Kohlenwasserstoff
und ein Sauerstoff-enthaltendes Gas) durch einen Wärmetauscher
vor dem Kontakt der Reaktanten mit dem Katalysator geführt werden.
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Folglich
stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren für die Oxidation eines Kohlenwasserstoffes
bereit, wobei das Verfahren:
das teilweise Oxidieren eines
Gemisches, umfassend einen Kohlenwasserstoff und ein Sauerstoffenthaltendes
Gas, in Gegenwart eines Katalysators, mit dem die Oxidation des
Kohlenwasserstoffs gefördert
werden kann, in einer Reaktionszone umfaßt, wobei vor der teilweisen
Oxidation das Gemisch, das den Kohlenwasserstoff und das Sauerstoff-enthaltende
Gas umfaßt,
durch einen Wärmetauscher
geführt
wird.
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Der
Wärmetauscher,
der in dem vorliegenden Verfahren eingesetzt wird, stellt einen
Druckabfall bereit, der dazu dient, das Geschwindigkeitsprofil des
Reaktantengemisches auszugleichen. Dies stellt sicher, daß die Reaktanten
im wesentlichen einheitlich über
den Katalysator fließen,
was die Wirksamkeit der Oxidationsreaktion verbessert.
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Geeignete
Wärmetauscher
umfassen Rohrbündel-
oder Wirbelzellenwärmetauscher,
sind aber nicht darauf beschränkt.
Das Geschwindigkeitsprofil des Reaktantengemisches wird im allgemeinen
von dem Abstand der benachbarten Gasaustrittsöffnungen des Wärmetauschers
abhängen.
Daher kann ein verbessertes Reaktantengemisch-Geschwindigkeitsprofil
durch Minimieren des Abstandes zwischen den benachbarten Gasaustrittsöffnungen
erreicht werden. Geeigneterweise können die benachbarten Gasaustrittsöffnungen mehrere
Millimeter voneinander weg sein, beispielsweise in dem Bereich von
1 bis 10 mm, bevorzugt 1 bis 5 mm, insbesondere 2 bis 5 mm.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Wärmetauscher ein Kompaktwärmetauscher.
Die Kompaktwärmetauscher
umfassen im allgemeinen eine Vielzahl von Kanälen, die sicherstellen, daß sich das
Fluid (Gas oder Flüssigkeit),
das in die Kanäle
eindringt, zu einem im wesentlichen einheitlichen Geschwindigkeitsprofil
innerhalb eines relativ kurzen Abstandes von den Kanalaustrittsöffnungen vollständig entwickelt.
Vorzugsweise entwickelt sich das Fluid vollständig zu einem im wesentlichen
einheitlichen Geschwindigkeitsprofil innerhalb eines Abstandes von
weniger als 100 mm von dem Austreten aus den Kanalaustrittsöffnungen.
Stärker
bevorzugt kann ein im wesentlichen einheitliches Geschwindigkeitsprofil
innerhalb eines Abstandes von weniger als 60 mm, noch stärker bevorzugt
weniger als 40 mm und am stärksten bevorzugt
weniger als 25 mm und insbesondere weniger als 15 mm von dem Austreten
aus den Kanalaustrittsöffnungen
erreicht werden.
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Der
Kompaktwärmetauscher
kann durch Diffusionsverbinden von einer Vielzahl von Metallplatten
miteinander unter Bildung eines Stapels hergestellt werden. Rillen
können
in die Oberfläche
jeder Platte geätzt oder
anderweitig gebildet werden, so daß die resultierende Struktur
eine Vielzahl von Kanälen
definiert. Vorzugsweise sind die Kanäle des Kompaktwärmetauschers
parallel zueinander. Die Kanäle
können
von jeglicher Form sein, wie linear oder z-förmig. Der Querschnitt jedes
Kanals kann in jeder geeigneten Form vorliegen. Vorzugsweise hat
jeder Kanal dieselbe Form. Vorzugsweise ist jeder Kanal halbkreisförmig. Wo
die Kanäle halbkreisförmig sind,
kann der Radius jedes Kanals 0,1 bis 2,5 mm, bevorzugt 0,25 bis
1,5 mm und am stärksten
bevorzugt 0,5 bis 1 mm messen.
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Der
Kompaktwärmetauscher
kann in jeglicher geeigneter Form im Querschnitt vorliegen, beispielsweise
kreisförmig,
rechtwinklig oder quadratisch. Vorzugsweise hat der Kompaktwärmetauscher
einen quadratischen Querschnitt. Wo ein Kompaktwärmetauscher mit einem quadratischen
Querschnitt eingesetzt wird, kann jede Seite des Quadrats in dem
Bereich von 100 bis 3000 mm, bevorzugt in dem Bereich von 400 bis 2000
mm, stärker
bevorzugt in dem Bereich von 1200 bis 1800 mm liegen. Wo dementsprechend
ein kreisförmiger
Kompaktwärmetauscher
eingesetzt wird, kann der Durchmesser des Austauschers in dem Bereich
von 100 bis 3000 mm, bevorzugt in dem Bereich von 400 bis 2000 mm,
stärker
bevorzugt in dem Bereich von 1200 bis 1800 mm liegen.
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Das
Reaktantengemisch kann vorerwärmt
werden, und wird bevorzugt vor dem Eintritt in die Reaktionszone
vorerwärmt.
Im allgemeinen wird das Reaktantengemisch auf Temperaturen unter
der Selbstentzündungstemperatur
des Reaktantengemisches vorerwärmt.
Typischerweise werden bei der katalytischen oxidativen Dehydrierung
von Kohlenwasserstoffen Vorerwärmungstemperaturen
von bis zu 200 °C,
aber unter der Selbstentzündungstemperatur
der Reaktanten eingesetzt. Vorzugsweise erwärmt der Wärmetauscher das Reaktantengemisch
auf eine Temperatur von bis zu 30 °C unter der Selbstentzündungstemperatur
des Gemisches vor.
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Vorteilhafterweise
kann die Verwendung des Wärmetauschers
die Erwärmung
des Reaktantengemisches auf hohe Vorerwärmungstemperaturen erwärmen, wie
Temperaturen bei oder über
der Selbstentzündungstemperatur
des Reaktantengemisches. Die Vorteile der Verwen dung von Vorerwärmungstemperaturen über der
Selbstentzündungstemperatur
des Reaktantengemisches werden in Abhängigkeit des speziellen eingesetzten
katalytischen Oxidationsverfahrens variieren. Wo das Verfahren die
katalytische oxidative Dehydrierung von Kohlenwasserstoff zur Erzeugung
von Olefin ist, ist die Verwendung von hohen Vorerwärmungstemperaturen
vorteilhaft, indem weniger Sauerstoffreaktant erforderlich ist,
der zu wirtschaftlichen Einsparungen führt. Außerdem kann bei der katalytischen
oxidativen Dehydrierung von Kohlenwasserstoff zur Erzeugung von
Olefin die Verwendung von hohen Vorerwärmungstemperaturen zur verbesserten
Selektivität
zu dem Olefinprodukt führen.
Es ist selbstverständlich,
daß die
Selbstentzündungstemperatur
eines Reaktantengemisches vom Druck sowie der Einspeisungszusammensetzung
abhängt:
sie ist kein absoluter Wert. Typischerweise kann bei der katalytischen
oxidativen Dehydrierung von Kohlenwasserstoff zur Erzeugung von
Olefin, wo die Kohlenwasserstoffeinspeisung Ethan bei einem Druck
von 2 Atmosphären
ist, eine Vorerwärmungstemperatur
von bis zu 450 °C
verwendet werden.
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Es
ist selbstverständlich,
daß die
Verweilzeit des Reaktantengemisches in dem Wärmetauscher von einer Vielzahl
von Faktoren, wie der Länge
der Wärmetauscherrohre
und der Geschwindigkeit des Reaktantengemisches durch den Wärmetauscher,
abhängen
wird. Wo jedoch das Reaktantengemisch über seine Selbstentzündungstemperatur
erwärmt
wird, kann vorzeitige Reaktion der Reaktanten auftreten. Um eine
solche vorzeitige Reaktion zu vermeiden, sollte der Wärmetauscher
bevorzugt eine Verweilzeit des Reaktantengemisches bereitstellen,
die weniger als die Zündungsverzögerungszeit
für die
Temperatur des Reaktantengemisches ist. Typischerweise kann die
Verweilzeit in dem Bereich von 10 bis 1000 Millisekunden, bevorzugt
10 bis 100 Millisekunden liegen.
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Bei
der Verwendung kann der in der vorliegenden Erfindung eingesetzte
Wärmetauscher
durch jegliche geeignete Mittel erwärmt werden. Geeigneterweise
kann der Wärmetauscher
indirekt durch die Wärme
erwärmt
werden, die durch die teilweise Verbrennung der Reaktanten erzeugt
wird. Es kann ebenso möglich sein,
die Wärme,
die durch die teilweise Oxidationsreaktion erzeugt wurde, durch
Erwärmen
des Wärmetauschers
durch äußere Mittel
zu ergänzen.
Beispielsweise kann der gesamte oder ein Teil des Wärmetauschers elektrisch
erwärmt
werden. Alternativ oder zusätzlich
kann ein heißes
Fluid, wie Dampf, durch den Wärmetauscher
geführt
werden. Bei bestimmten Umständen
kann es beispielsweise, um den Flammrückschlag in dem Wärmetauscher
zu verhindern, wünschenswert
sein, den gesamten oder einen Teil des Wärmetauschers abzukühlen. Dies
kann durch Führen
eines Kühlmittels,
wie Kühlwasser,
durch den Austauscher erreicht werden.
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Obwohl
der Kohlenwasserstoff und das Sauerstoff-enthaltende Gas vor der
Einführung
in die Reaktionszone vorgemischt werden können, ist der Umfang des Mischens
von gasförmigen
Reaktanten oftmals noch ungleichmäßig. Dieses ungleichmäßige Mischen
der Reaktanten kann zu einer instabilen Reaktion führen.
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Vorteilhafterweise
kann das verbessere Mischen und/oder verbesserte Geschwindigkeitsprofil
der Reaktanten mittels Führen
des Reaktantengemisches durch eine Prallwandzone vor Eintritt in
den Wärmetauscher
erreicht werden.
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Daher
werden in einem anderen Aspekt der Erfindung der Kohlenwasserstoff
und das Sauerstoff enthaltende Gas in mindestens einer Prallwandzone
vor dem Führen
durch den Wärmetauscher
gemischt. Die Prallwandzone wird durch ein Gehäuse definiert, das mindestens
ein Prallblech enthält.
Unter dem Prallblech ist irgendeine Vorrichtung zu verstehen, die
dazu dient, den Fluß der
Reaktanten zu korrigieren, wodurch das Mischen und/oder Geschwindigkeitsprofil
der Reaktanten verbessert wird.
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Das
Gehäuse
kann jegliche geeignete Form im Querschnitt haben, beispielsweise
quadratische, rechtwinklig oder kreisförmig. Ein Gehäuse mit
einem quadratischen Querschnitt ist bevorzugt. Am stärksten bevorzugt
definiert das Gehäuse
eine würfelförmige Prallwandzone.
Um das Volumen des Reaktantengemisches in dem Gehäuse zu minimieren,
ist es bevorzugt, das Volumen des Prallwandzonengehäuses zu
minimieren.
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Das
Gehäuse
kann aus jedem geeigneten Material wie Metall sein.
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Geeigneterweise
kann das Prallblech fest sein (nicht-perforiert). Bevorzugt hat
das Prallblech einen kreisförmigen
Querschnitt. Das Prallblech kann jedes geeignete Material wie Metall
sein.
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Bevorzugt
ist das Prallblech im wesentlichen in einem rechten Winkel zu der
Fließrichtung
des Reaktantengemisches, das in die Prallwandzone eindringt, angeordnet.
Diese Orientie rung des Blechs beschleunigt das Mischen der Reaktanten.
Es ist herausgefunden worden, daß, wo der Winkel des Blechs
leicht von der Senkrechten beispielsweise um wenige Grade abweicht,
der Umfang des Mischens schlechter ist als der, der erhalten wird,
wenn das Blech senkrecht zu dem Fluß der Reaktanten ist.
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Bevorzugt
ist das Prallblech im wesentlichen mittig entlang der Länge des
Gehäuses
lokalisiert, so daß der
Abstand von der Austrittsöffnung
der Mischvorrichtung zu dem Blech ungefähr gleich zu dem Abstand des Bleches
zu den Eintrittsöffnungen
der Wärmetauscherkanäle ist.
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Wo
das Prallblech kreisförmig
ist und das Gehäuse
einen quadratischen Querschnitt hat, liegt das Verhältnis der
Länge des
Gehäuses
zu dem Durchmesser des Prallbleches geeigneterweise in dem Bereich
von 4:1 bis 1:1, wie 2:1.
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Die
Reaktanten aus Kohlenwasserstoff- und Sauerstoff-enthaltendem Gas
werden vor der Einführung in
die Prallwandzone vorgemischt. Das Vormischen der Reaktanten kann
durch jedes geeignete Mittel durchgeführt werden. Geeignete Mischmittel
umfassen Vorrichtungen, welche die Reaktanten vor dem Eintritt in
die Prallwandzone im wesentlichen mischen können, wie ein oder mehrere
Injektoren, beispielsweise Gasinjektoren. Bevorzugte Mischvorrichtungen
sind die, die das Mischen von mindestens 80 % der Reaktanten vor
dem Eintritt in die Prallwandzone bereitstellen.
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Geeigneterweise
wird der Kohlenwasserstoff in das Sauerstoff-enthaltende Gas vor
dem Eintritt in die Prallwandzone mitgeführt. Bevorzugt wird das Sauerstoff-enthaltende
Gas in die Prallwandzone durch einen oder mehrere Gasinjektoren
injiziert. Geeigneterweise kann der Gasinjektor in einem Rohr oder
anderem Gehäuse
lokalisiert sein, so daß der
Sauerstoffenthaltende Gasstrom mit einem Kohlenwasserstoffstrom,
der in das Rohr oder Gehäuse
eintritt, mitgeführt
werden kann. Der Injektor kann einen gekrümmten Abschnitt um die Injektordüse haben,
um so eine Verengung in dem Rohr bereitzustellen. Der Kohlenwasserstoff
wird über dem
gekrümmten
Abschnitt bei geringerer Geschwindigkeit als der Geschwindigkeit
des Sauerstoff-enthaltenden Gases eingespeist. Der Unterschied in
den Geschwindigkeiten und die Scherung zwischen dem Sauerstoff-enthaltenden
Gas und den Kohlenwasserstoffströmen
sorgen dafür,
daß der
Kohlenwasserstoff in dem Sauerstoff-enthaltenden Gas mitge führt wird.
Bevorzugt beträgt
das Verhältnis
des Sauerstoff-enthaltenden Gases zu Kohlenwasserstoff 20:1 bis
2:1, stärker
bevorzugt 3:1 bis 8:1. Die relativen Geschwindigkeiten der Reaktanten
und der Abstand, den sie zum Bewegen vor Erreichen der Prallwandzone
haben, sollten sorgfältig berechnet
und überwacht
werden, um sicher zu stellen, daß die Reaktanten ausreichend
dispergiert werden, wenn sie die Austrittsöffnung des Injektors verlassen
und in die Prallwandzone eintreten.
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Das
Reaktantengemisch, das in die Prallwandzone eintritt, trifft auf
das Prallblech und wird durch das Prallblech abgelenkt, wodurch
der Impuls des Gemisches reduziert wird. Diese Reduktion des Impuls
stellt ein einheitlicheres Geschwindigkeits- und Druckprofil des
Gemisches vor dem Eintritt in den Wärmetauscher bereit. Die Reduktion
des Impuls wird verstärkt,
wenn das Prallblech in einer Linie mit der Austrittsöffnung der Mischvorrichtung
positioniert ist (wie die Austrittsöffnung einer Injektordüse), das
heißt,
die Austrittsöffnung
der Mischvorrichtung ist im wesentlichen senkrecht zu dem Prallblech
angeordnet.
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Bevorzugt
sind die Dimensionen des Prallblechs so, daß im wesentlichen alle Reaktanten
auf das Prallblech stoßen.
Das Verhältnis
des Durchmessers eines kreisförmigen
Prallblechs zu dem Durchmesser der Austrittsöffnung der Mischvorrichtung
beträgt
bevorzugt 1–5:1,
stärker
bevorzugt 1–3:1
und am stärksten
bevorzugt 2:1.
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Eine
Vielzahl von Prallwandzonen kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren
eingesetzt werden. Jedes Prallwandzonengehäuse kann mit einer einzelnen
Mischvorrichtung oder einer Vielzahl von Mischvorrichtungen, vorzugsweise
eine Vielzahl von Mischvorrichtungen beschickt werden. Wo eine Vielzahl
von Mischvorrichtungen ein einzelnes Prallwandzonengehäuse beschickt,
beträgt
das Verhältnis
der Prallbleche zu den Mischvorrichtungen bevorzugt 1:1. Jedoch
kann ein Prallwandzonengehäuse,
das durch eine Vielzahl von Mischvorrichtungen beschickt wird, ein
einzelnes Prallblech unterbringen.
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Um
sicher zu stellen, daß die
Fließgeschwindigkeiten
der Reaktanten durch die Mischvorrichtungen einheitlich sind, weist
die Austrittsöffnung
von jeder Mischvorrichtung vorzugsweise im wesentlichen denselben
Durchmesser auf.
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Alternativ
kann die Prallwandzone ein Gehäuse
mit einem Prallblech umfassen. In diesem Fall kann das Gemisch aus
Kohlenwasserstoff/Sauerstoff-enthaltendem Gas im wesentlichen tangential
in das Gehäuse unter
Verwendung von einer oder mehreren Mischvorrichtungen eingespeist
werden.
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Gegebenenfalls
kann der Kohlenwasserstoff und/oder das Sauerstoff-enthaltende Gas
vorm Einführen
in die Prallwandzone vorerwärmt
werden. Die Temperatur, auf die die Reaktanten vorerwärmt werden
können,
wird jedoch durch die Selbstentzündungstemperatur
der Einspeisung eingeschränkt.
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Wenn
das Reaktantengemisch einmal durch die Prallwandzone und den Wärmetauscher
geführt
wird, wird es mit einem Katalysator kontaktiert, mit dem die Oxidation
des Kohlenwasserstoffes gefördert
werden kann.
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Der
Katalysator, der bei der Oxidationsreaktion der vorliegenden Erfindung
verwendet wird, wird von dem speziellen Oxidationsverfahren, das
eingesetzt werden soll, abhängen.
Wo beispielsweise das Oxidationsverfahren die Oxidation von Methan
zur Erzeugung von Synthesegas ist, umfassen geeignete Katalysatoren
Platin/Rhodium- oder Nickel-basierende Katalysatoren. Geeignete
Katalysatoren zur Oxidation von Ethylen zur Erzeugung von Ethylenoxid
umfassen Katalysatoren auf Silberbasis. Bei der Oxidation von Ethylen
und Essigsäure
zur Erzeugung von Vinylacetat umfassen geeignete Katalysatoren Katalysatoren
auf Palladiumbasis, wie Palladium/Gold-Katalysatoren. Geeignete
Katalysatoren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid aus der Oxidation
von Buten, Butan oder Benzol umfassen Katalysatoren auf Vanadium-
und/oder Molybdänbasis. Typischerweise
werden bei der Herstellung von Phthalsäureanhydrid durch die Oxidation
von Naphthalin oder o-Xylol Katalysatoren auf Vanadiumbasis eingesetzt.
Geeignete Katalysatoren bei der Ammonoxidation von Propan zu Acrylnitril
umfassen Katalysatoren auf Bismuthbasis. Diese und andere geeigneten
Katalysatoren für
die zuvor genannten und anderen Kohlenwasserstoffoxidationsreaktionen
sind in der Technik bekannt.
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Bevorzugt
wird die Oxidationsreaktion in einem Festbettreaktor durchgeführt.
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Irgendein
geeigneter Kohlenwasserstoff kann eingesetzt werden, beispielsweise
C1- bis C6-Kohlenwasserstoffe,
wie C1- bis C6-Alkane,
oder C2- bis C6-Olefine.
Der C1- bis C6-Kohlenwasserstoff
kann linear, verzweigt oder cyclisch sein. Aromatische Kohlenwasserstoffe
wie Benzol und Naphthalin können
ebenso eingesetzt werden.
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Irgendein
geeignetes Sauerstoff-enthaltendes Gas kann eingesetzt werden, beispielsweise
molekularer Sauerstoff oder Luft.
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Geeigneterweise
ist die Oxidationsreaktion der vorliegenden Erfindung irgendeine
Kohlenwasserstoffoxidationsreaktion, die in einem Festbettreaktor
durchgeführt
werden kann. Geeigneterweise kann die Oxidationsreaktion die Oxidation
von Ethylen zu Ethylenoxid, die Oxidation von Ethylen und Essigsäure zu Vinylacetat,
die Oxidation von Naphthalin zu Phthalsäureanhydrid, die Oxidation
von ortho-Xylol zu Phthalsäureanhydrid,
die Ammonoxidation von Propan zu Acrylnitril, die Oxidation von
gasförmigen
paraffinischen Kohlenwasserstoffen, wie Methan, zu Synthesegas,
die Oxidation von C4-Kohlenwasserstoff,
wie Butan und/oder Buten zu Maleinsäureanhydrid und die Oxidation
von Benzol zu Maleinsäureanhydrid
sein.
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Die
Oxidationsreaktionsbedingungen, wie Temperatur und Druck, werden
von der speziellen eingesetzten Oxidationsreaktion abhängen. Geeignete
Reaktionsbedingungen sind in der Technik bekannt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur katalytischen oxidativen
Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen zur Erzeugung von Olefinen
wie Ethylen bereitgestellt.
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Folglich
stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines
Olefins bereit, umfassend:
die teilweise Verbrennung in einer
Reaktionszone eines Gemisches aus einem Kohlenwasserstoff und einem Sauerstoff-enthaltenden
Gas in Gegenwart eines Katalysators, mit dem die Verbrennung über die
brennstoffreiche Grenze der Entflammbarkeit hinaus gefördert werden
kann, um das Olefin herzustellen, wobei vor der teilweisen Verbrennung
das Gemisch aus dem Kohlenwasserstoff und dem Sauerstoff-enthaltenden
Gas durch einen Wärmetauscher
geführt
wird und wobei der Wärmetauscher
einen Druckabfall bereitstellt.
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Das
Verfahren umfaßt
das Kontaktieren eines Kohlenwasserstoffes oder eines Gemisches
aus Kohlenwasserstoffen und einem Sauerstoff-enthaltenden Gas mit
einem Katalysator unter katalytischen oxidativen Dehydrierungsreaktionsbedingungen,
um das Olefin herzustellen.
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Der
Kohlenwasserstoff kann irgendein Kohlenwasserstoff sein, der zu
einem Olefin, bevorzugt ein Mono-olefin, unter den eingesetzten
katalytischen oxidativen Dehydrierungsreaktionsbedingungen umgewandelt werden
kann.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann verwendet werden, um sowohl flüssige als auch gasförmige Kohlenwasserstoffe
in Olefine umzuwandeln. Geeignete flüssige Kohlenwasserstoffe umfassen
Benzin und Gasöle.
Vorzugsweise werden jedoch gasförmige
Kohlenwasserstoffe, wie Ethan, Propan, Butan und Gemische davon
eingesetzt.
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Irgendein
geeignetes Sauerstoff-enthaltendes Gas kann eingesetzt werden, beispielsweise
molekularer Sauerstoff, Luft oder molekularer Sauerstoff, der mit
einem nicht-reaktiven Gas, wie Stickstoff, Argon, Kohlendioxid oder
Helium, verdünnt
wurde.
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Irgendein
Molverhältnis
von Kohlenwasserstoff zu Sauerstoff ist geeignet, vorausgesetzt,
daß das
gewünschte
Olefin in dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellt wird. Das bevorzugte stöchiometrische Verhältnis von
Kohlenwasserstoff zu Sauerstoff beträgt das 5- bis 16fache, bevorzugt
5- bis 13,5fache, bevorzugt 6- bis 10fache des stöchiometrischen
Verhältnisses
von Kohlenwasserstoff zu Sauerstoff, das für die vollständige Verbrennung
des Kohlenwasserstoffs zu Kohlendioxid und Wasser erforderlich ist.
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Der
Kohlenwasserstoff wird über
den Katalysator bei einer stündlichen
Gasraumgeschwindigkeit von mehr als 10.000 h–1,
bevorzugt über
20.000 h–1 und
am stärksten
bevorzugt mehr als 100.000 h–1 geführt. Es ist
jedoch selbstverständlich,
daß die
optimale stündliche
Gasraumgeschwindigkeit von dem Druck und der Beschaffenheit der
Einspeisungszusammensetzung abhängen
wird.
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Vorteilhafterweise
kann der Kohlenwasserstoff vorerwärmt werden. Die Temperatur,
auf die der Kohlenwasserstoff, das Sauerstoff-enthaltende Gas und
(gegebenenfalls) das Wasserstoffgemisch vorerwärmt werden kann, ist jedoch
durch die Selbstentzündungstemperatur
der Einspeisung eingeschränkt.
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Bevorzugt
wird Wasserstoff mit dem Kohlenwasserstoff und molekularen Sauerstoffenthaltenden
Gas in die Reaktionszone coeingespeist. Das Molverhältnis von
Wasserstoff zu Sauerstoff kann über
jeden betreibbaren Bereich variieren, vorausgesetzt, daß das gewünschte Olefinprodukt
hergestellt wird. Geeigneterweise liegt das Molverhältnis von
Wasserstoff zu Sauerstoff in dem Bereich von 0,2 bis 4, bevorzugt
in dem Bereich von 0,5 bis 3.
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In
Gegenwart des Katalysators verbrennt Wasserstoff vorzugsweise relativ
zu dem Kohlenwasserstoff, wodurch die Olefinselektivität für das gesamte
Verfahren erhöht
wird.
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Außerdem kann
die Einspeisung ein Verdünnungsmittel,
wie Stickstoff, Kohlenmonoxid und Dampf umfassen.
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Die
teilweise Verbrennungsreaktion kann geeigneterweise bei einer Katalysatoraustrittstemperatur zwischen
600 °C und
1200 °C,
bevorzugt zwischen 850 °C
und 1050 °C
und am stärksten
bevorzugt zwischen 900 °C
und 1000 °C
durchgeführt
werden.
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Das
katalytische oxidative Dehydrierungsverfahren kann bei Atmosphären- oder Überatmosphärendruck
durchgeführt
werden. Geeigneterweise kann der Druck in dem Bereich von 0 bis
2 bar, bevorzugt 1,5 bis 2 bar, beispielsweise 1,6 bis 1,8 bar,
insbesondere 1,65 bar liegen. Drücke
von beispielsweise 2 bis 50 bar können ebenso geeignet sein.
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Der
Katalysator, der in dem katalytischen oxidativen Dehydrierungsverfahren
eingesetzt wird, ist einer, mit dem die Verbrennung über die
brennstoffreiche Grenze der Entflammbarkeit hinaus gefördert werden
kann. Geeignete Katalysatoren können
ein oder mehrere Übergangsmetalle
der Gruppe VIII umfassen. Die Übergangsmetalle
der Gruppe VIII umfassen Eisen, Kobalt, Nickel, Ruthenium, Rhodium,
Palladium, Osmium, Iridium und Platin. Bevorzugt ist das Übergangsmetall
der Gruppe VIII Rhodium und stärker
bevorzugt Platin und Palladium.
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Bevorzugt
wird das Übergangsmetall
der Gruppe VIII in Kombination mit einem Katalysatorpromotor eingesetzt.
Der Promotor kann ein Metall der Gruppe IIIA (Aluminium, Gallium,
Indium und Thallium), IVA (beispielsweise Germanium, Zinn und Blei)
und/oder VA (beispielsweise Arsen und Antimon) sein. Alternativ
kann der Promotor ein Übergangsmetall
sein, das sich von dem Übergangsmetall
der Gruppe VIII unterscheidet.
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Bevorzugte
Metalle der Gruppe IIIA umfassen Gallium und Indium. Bevorzugte
Metalle der Gruppe IVA umfassen Germanium, Zinn und Blei. Bevorzugte
Metalle der Gruppe VA umfassen Antimon. Bevorzugte Übergangsmetalle
umfassen die der Gruppen IB, IIB, VIB, VIIB und VIIIB des Periodensystems.
Beispiele von geeigneten Übergangsmetallen
umfassen Chrom, Molybdän,
Wolfram, Eisen, Ruthenium, Osmium, Kobalt, Rhodium, Iridium, Nickel,
Platin, Kupfer, Silber, Gold, Zink, Cadmium und Quecksilber. Bevorzugte Übergangsmetallpromotoren
sind Molybdän,
Rhodium, Ruthenium, Iridium, Platin, Kupfer und Zink.
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Geeigneterweise
kann der Katalysator Pt/Ga, Pt/In, Pt/Sn, Pt/Ge, Pt/Cu, Pd/Sn, Pd/Ge,
Pd/Cu, Pd/Sn, Pd/Ge und Rh/Sn sein. Von diesen sind Pt/Cu und Pt/Sn
bevorzugt.
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In
einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfaßt
der Katalysator Platin und Palladium und ein weiteres Metall, ausgewählt aus
der Gruppe IIIA, Gruppe IVA oder den Übergangsmetallreihen des Periodensystems.
Geeigneterweise kann der Katalysator Pt/Pd/Cu sein.
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Zur
Verweidung von Zweifeln können
das Übergangsmetall
der Gruppe VIII und der Promotor in jeder Form, beispielsweise als
das Metall oder in der Form einer Metallverbindung, wie ein Metalloxid
vorliegen.
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Geeignete
katalytische oxidative Dehydrierungskatalysatoren werden ausführlich in
EP-A-0 332 289, WO 97/26987,
GB
9930598.9 und
GB 9930597.1 beschrieben,
wobei deren Inhalte hierin durch Verweis aufgenommen werden.
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Der
Katalysator, der in der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird,
kann trägerlos
sein, beispielsweise kann der Katalysator in Form eines Metallgewebes
vorliegen.
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Bevorzugt
wird der Katalysator auf jedem geeigneten Träger getragen. Geeigneterweise
ist der Träger ein
Metall oder Keramikträger,
vorzugsweise ein Keramikträger.
Geeignete Keramikträgerumfassen
Lithiumaluminiumsilicat (LAS), Aluminiumoxid (α-Al2O3), Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumdioxid,
Aluminiumoxidtitanat, Niascon und Calciumzirconylphosphat. Der Träger kann
beispielsweise mit γ-Al2O3 waschbeschichtet
werden.
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Der
Katalysator kann in Form von Fliesen, bevorzugt mit Abschrägungen eingesetzt
werden. Diese Fliesen können
benachbart zueinander angeordnet sein, um ein Katalysatorbett mit
einer gewünschten
Größe zu bilden.
Es kann wünschenswert
sein, die Fläche
zwischen dem Bett und den Reaktorwänden zu versiegeln, um zu vermeiden,
daß nicht
umgesetzte Reaktanten durch die Lücke zwischen dem Bett und dem
Reaktor fließen.
Bevorzugt wird ein Aufblähdichtungsmittel,
wie Vermiculitbase eingesetzt. Alternativ kann das Dichtungsmittel
komprimierte Siliciumdioxid-Fasermatten umfassen.
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Wo
es möglich
ist, wird die Wärme,
die durch die teilweise Verbrennung des Kohlenwasserstoffs und Sauerstoff-enthaltenden
Gaswasserstoffs erzeugt wird, rückgeführt, um
beispielsweise die Reaktanten in dem Wärmetauscher zu erwärmen.
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Wo
die Krackreaktion bei Überatmosphärendruck
durchgeführt
wird, können
die Reaktionsprodukte beispielsweise mit Wasser gequencht werden,
wenn sie aus der Reaktionskammer austreten, um das Stattfinden von
weiteren Reaktionen zu vermeiden. Das Quenchen kann für Reaktionen,
die bei relativ niedrigem Druck, beispielsweise Drücken von
weniger als 5 bar durchgeführt
werden, nicht notwendig sein.
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Jegliches
Koks, das in dem erfindungsgemäßen Verfahren
produziert wurde, kann durch mechanische Mittel oder durch Entkohlung
entfernt werden. Geeignete Entkohlungsverfahren werden in EP-A-0
709 446 beschrieben.
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Die
Erfindung wird nun nur mittels eines Beispiels und mit Bezug auf 1 und
die folgenden Beispiele dargestellt.
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1 stellt
in schematischer Form die Vorrichtung dar, die zur Verwendung in
dem erfindungsgemäßen Verfahren
geeignet ist.
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Die
Vorrichtung (1) ist mit Mitteln zur Zufuhr eines Sauerstoff-enthaltenden
Gases (2) und Mitteln zur Zufuhr eines Kohlenwasserstoffs
und gegebenenfalls Wasserstoff (3) ausgestattet. In Abhängigkeit
des Maßstabes
des Verfahrens können
einzelne Mittel oder mehrere Mittel für die Zufuhr von Reaktanten
vorhanden sein. Die Mittel zur Zufuhr eines Sauerstoffenthaltenden
Gases (2) und Mittel zur Zufuhr eines Kohlenwasserstoffs
und gegebenenfalls Wasserstoff (3) werden an das Prallwandzonengehäuse geschweißt (4).
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Die
Vorrichtung (1) umfaßt
ebenso ein Prallwandzonengehäuse
(4), das mit einem Prallblech (5) ausgestattet
ist. Das Prallwandzonengehäuse
(4) ist würfelförmig und
aus Edelstahl. Das Prallblech (5) ist fest (nicht-perforiert)
und aus Monelmetall. Das Verhältnis
der Länge
des Prallwandzonengehäuses
zu dem Durchmesser des Prallblechs beträgt 2:1. Das Prallblech (5)
ist im wesentlichen senkrecht zu den/dem Austrittsöffnung(en)
der Reaktantenzufuhrmittel und ungefähr mittig entlang der Länge des
Prallwandzonengehäuses
(4) angeordnet. Das Verhältnis des Durchmessers des
Prallblechs zu dem Durchmesser der Austrittsöffnung der Düse des Injektors
(8) beträgt
2:1. In Abhängigkeit
des Umfangs des Verfahrens kann die Prallwandzone entweder eine
einzelne Prallwandzone oder mehrere Prallwandzonen umfassen. Jede
Prallwandzone kann ein einzelnes oder mehrere Prallbleche umfassen.
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Das
Prallwandzonengehäuse
(4) wird an einen Wärmetauscher
(6) geschraubt.
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Die
Vorrichtung (1) umfaßt
außerdem
einen Kompaktwärmetauscher
(6) mit quadratischem Querschnitt und mit im wesentlichen
z-förmigen
Kanälen
mit halbkreisförmigem
Querschnitt und einem Radius von 1 mm. Der Wärmetauscher (6) wird
an den Reaktor (7) geschraubt. Geeignete Kompaktwärmetauscher
werden von Heatric Limited hergestellt.
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Die
Vorrichtung (1) umfaßt
ebenso einen Reaktor (7). Die Querschnittsform des Reaktors
ist quadratisch, um so im wesentlichen der Querschnittsform des
Wärmetauschers
(6) zu entsprechen. Um die Wärmeverluste zu minimieren,
wird der Reaktor sowohl innen als auch außen isoliert.
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Bei
der Verwendung ist der Reaktor (7) mit mindestens einem
Katalysator ausgestattet, mit dem die Verbrennung über die
brennstoffreiche Grenze der Entflammbarkeit hinaus gefördert werden
kann. Geeigneterweise ist der Katalysator ein Trägerkatalysator. Der Katalysator
wird unter einem Aluminiumoxidwärmeschild
(nicht gezeigt) angeordnet. Ein Sauerstoffenthaltendes Gas wird
in die Vorrichtung (1) aus einer Zufuhr (2) geeigneterweise über einen
Gasinjektor (8) eingespeist. Ein gasförmiges Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial,
das Ethan und gegebenenfalls Wasserstoff umfaßt, wird in die Vorrichtung
(1) aus Zufuhr (3) geeigneterweise über einen
Gasinjektor (8) eingespeist. Das Verhältnis der Geschwindigkeit des
Sauerstoffenthaltenden Gases zu der Geschwindigkeit der Kohlenwasserstoffeinspeisung
beträgt
5:1. Das Sauerstoff-enthaltende Gas, der Kohlenwasserstoff und gegebenenfalls
Wasserstoff mischen sich in dem Injektor (8) unter Bildung eines
Reaktantengemisches vor dem Austreten aus der Austrittsöffnung des
Injektors (8) in die Prallwandzone (4). Beim Eintreten
in die Prallwandzone (4) trifft das Reaktantengemisch auf
das Prallblech (5) und wird in die Kanäle des Kompaktwärmetauschers
(6) abgelenkt. Der Kompaktwärmetauscher (6) wird
durch Dampf erhitzt. Beim Führen
durch die Kanäle
des Kompaktwärmetauschers
(6) wird das Reaktantengemisch auf die erforderliche Temperatur
vorerwärmt.
Beim Austreten aus den Kanälen
des Kompaktwärmetauschers
(6) strömt das
Reaktantengemisch in den Reaktor (7), worauf er den Katalysator
kontaktiert. In dem Reaktor (7) verbrennt mindestens ein
Teil der Kohlenwasserstoffeinspeisung unter Produktion von Wasser
und Kohlenoxiden. Die Wasserstoffcoeinspeisung, wenn vorhanden,
verbrennt unter Produktion von Wasser. Beide dieser Verbrennungsreaktionen
sind exotherm und die dadurch erzeugte Wärme wird verwendet, um die
Dehydrierung von Kohlenwasserstoff zu Olefinprodukt anzutreiben.
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Allgemeines katalytisches
oxidatives Ethan-Dehydrierungsreaktionsverfahren
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Typischerweise
wurde ein Platin-Kupfer-Katalysator, umfassend Nennladungen von
3 Gew.-% Platin und 1 Gew.-% Kupfer, auf 99,5 % Aluminiumoxidschaum
getragen (mit Porosität
von 45 Poren pro Inch) (Vesuvius Hi-Tech Ceramics Inc), um ein Katalysatorbett
bereitzustellen, das hinsichtlich der Größe eine Tiefe von 60 mm und
ein Volumen von 1008 cm3 hat, damit es der
Querschnittsfläche
des Wärmetauschers
entspricht. Der Trägerkatalysator
wurde dann in einen Festbettreaktor geladen. Ein Aluminiumoxidwärmeschild
wurde über
dem Katalysator positioniert. Der Katalysator wurde unter Stickstoff
auf 200 °C
er wärmt.
Ein Stickstofffluß wurde
direkt über
dem Katalysator gehalten, um eine nicht-entflammbare Atmosphäre sicherzustellen, bis die Reaktion
auf dem Katalysator erreicht war.
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Flüsse aus
Ethan, Wasserstoff und Sauerstoff wurden dann in eine Vorrichtung,
wie für 1 beschrieben,
eingeführt.
Die Flüsse
aus Ethan, Wasserstoff und Sauerstoff wurden allmählich über einen
Zeitraum von 1 Stunde erhöht,
um eine Gasgeschwindigkeit an der Aufwärtskatalysatorseite von 4,35
m/s bei der Einspeisungstemperatur mit den folgenden Einspeisungsmasseverhältnissen
von Sauerstoff:Ethan:Sauerstoff 1,84 und Wasserstoff:Sauerstoff
0,12 bereitzustellen. Während
dieses Zeitraums stieg die Katalysatoraustrittstemperatur stetig
und stabilisierte sich dann bei 850 °C.
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Nach
dem Äquilibrierungszeitraum
von 1 Stunde wurde der Stickstofffluß auf 0 kg/h über einem
Zeitraum von 2 Stunden reduziert. Die Ethan-, Wasserstoff- und Sauerstoffflüsse wurden
eingestellt, um die Zielflüsse
zu erreichen.
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Das
Reaktantengemisch wurde auf die erforderliche Vorerwärmungstemperatur
durch den Kompaktwärmetauscher
erwärmt.
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Die
katalytische oxidative Dehydrierungsreaktion wurde bei einem Druck
von 1,8 bar durchgeführt.
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Die
Produktzusammensetzung wurde durch Gaschromatographie analysiert.
Die Einspeisungs- und Produktfließgeschwindigkeiten wurden durch
Durchflußmesser
vom Coriolis-Typ bestimmt.
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Aus
der Analyse der Einspeisungs- und Produktfließgeschwindigkeiten und Zusammensetzungen wurden
die Ethanumwandlung und Selektivität für Ethylen berechnet.
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Das
Geschwindigkeitsprofil und der Mischgrad der Reaktanten können durch
Techniken bestimmt werden, wie Computer-Hydrodynamikmodellierung
(CFD-Modellierung) und physikalische Fließmodelle. Alternativ und/oder
zusätzlich
können
Thermoelemente unter dem Katalysator lokalisiert sein, um die einheitliche
Reaktion über
dem Katalysator zu bestätigen.
Die einheitliche Reaktion wird erhalten, wenn das Geschwindigkeitsprofil
und das Ausmaß des
Mischens des Reaktantengemisches, das in den Katalysator eingespeist
wird, einheitlich ist.
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Beispiel 1
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In
diesem Beispiel wurden Ethan, Sauerstoff und Wasserstoff als Einspeisung
in dem allgemeinen obigen Reaktionsverfahren verwendet. Das Reaktantengemisch
wurde auf eine Temperatur unter der Selbstentzündungstemperatur des Gemisches
vorerwärmt.
Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 nachstehend gezeigt.
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Beispiel 2
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Die
Daten in diesem Beispiel wurden durch thermochemische Analyse der
Daten in Beispiel 1 erhalten. Die Vorerwärmungstemperatur des Reaktantengemisches
wurde bei einer Temperatur über
seiner Selbstentzündungstemperatur
eingestellt. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 nachstehend gezeigt.
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Es
wird erwartet und angenommen, daß in Abwesenheit des Wärmetauschers
und/oder der Prallwandzone die Umwandlung von Ethan und/oder die
Selektivität
für Ethylen
in bezug auf die oben erhaltenen Ergebnisse schlechter sein würden.
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Beispiel
2 zeigt, daß die
Verwendung einer Vorerwärmungstemperatur über der
Selbstentzündungstemperatur
des Reaktantengemisches zur verbesserten Selektivität für das Olefin produkt
und zu einer Reduktion der Sauerstoffverwendung im Vergleich zu
der Verwendung einer Vorerwärmungstemperatur
unter der Selbstentzündungstemperatur
des Reaktantengemisches (Beispiel 1) führt.
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Beispiel 3
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Unter
Verwendung der Vorrichtung, wie in 1 beschrieben,
wurde die Verteilung von Sauerstoff in einem Sauerstoff/Ethangasgemisch
(Verhältnis
von Sauerstoff zu Ethan, 1:2,4), das in die Prallwandzone (4) durch
den Injektor (8) eingespeist, durch die Prallwandzone (4)
und in den Kompaktwärmetauscher
(6) geführt wird,
durch 3D-CFD-Modellierung unter Verwendung der FluentTM-Software
analysiert. In diesem Beispiel wurde das Prallblech (5)
senkrecht, d. h. bei 90° zu
dem Sauerstoff/Ethangasfluß angeordnet.
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Die
CFD-Modellierungsergebnisse zeigen, daß sich der Sauerstoff und Ethan
teilweise in dem Injektor (8) vor dem Eintritt in die Prallwandzone
(4) mischen. Nach Ablenkung durch das Prallblech (5)
scheinen die Sauerstoff- und Ethangase im wesentlichen gemischt
(ungefähr
99 % gemischt).
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Es
wurde kein weiteres Mischen der Gase nach dem Austritt aus der Prallwandzone
(4) beobachtet.
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Beispiel 4
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Beispiel
3 wurde wiederholt, außer
daß das
Prallblech (5) bei einem Winkel zu dem Sauerstoff/Kohlenwasserstoffgasfluß von 2,6° plaziert
wurde.
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Die
CFD-Modellierungsergebnisse zeigen, daß das Mischen der Sauerstoff-
und Ethangase nach der Ablenkung durch das Prallblech (5)
nicht so gut (ungefähr
96 % gemischt) wie das war, das in Beispiel 4 erhalten wurde (wo
das Prallblech senkrecht zum Gasfluß war).
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Beispiele
3 und 4 zeigen deutlich, daß das
Mischen des Sauerstoffs und Ethans an dem Prallblech nicht vollständig war.
Daher würde
es in Abwesenheit einer Prallwandzone einen Bereich an Ethan/Sauerstoffgasgemischen
geben, die den Katalysator kontaktieren, was zu einem weniger effizienten
autothermen Krackverfahren führt.
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Die
CFD-Modellierung zeigt ebenso, daß in beiden Beispielen 3 und
4 der Impuls des injizierten Reaktantengemisches durch das Prallblech
(5) reduziert wurde, was in jedem Fall zu einem verbesserten,
d. h. einheitlicheren Geschwindigkeitsprofil des Reaktantengemisches
vor dem Eintritt in den Wärmetauscher
(6) führt.