DE954869C - Verfahren und Vorrichtung zur Durchfuehrung von Reaktionen in Dampfphase - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 27. DEZEMBER 1956

N 8898 IVa/is g

in Dampfphase

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung von Reaktionen in Dampfphase an feinzerteilten festen Katalysatoren mit nachfolgender Abtrennung und Rückführung des Katalysators.

Es ist bereits bekannt, Reaktionen in Dampfform an feinzerteilten festen Katalysatoren, die durch Hindurchleiten der Reaktionsteilnehmer in eine Wirbelschicht übergeführt worden sind, durchzuführen, wobei die Reaktionen in der Wirbelschicht selbst stattfinden. Die mitgerissenen Katalysatorteilchen werden hierbei aus der Dampfphase oberhalb des normalen Spiegels der Wirbaischicht abgetrennt und sodann in die Wirbelschicht zurückgeführt. Auch ist es bekannt, heizbare Roste innerhalb einer Wirbelschicht anzuordnen, urn die Reaktionstemperatur einzustellen.

Es ist auch schon die Durchführung chemischer Reaktionen in einer Anzahl von übereinander angeordneten Wirbelschichtzonen beschrieben worden. Die Katalysatorteilchen folgen hierbei nicht der Bewegung des Gases, wenn dieses durch den Apparat emporsteigt, d. h., es werden keine Katalysatarteilchen mitgerissen, sondern diese verbleiben in ihren Wirbelschichtzonen.

Die Hauptvorteile der Verwendung des Katalysators in feinzerteilter Form beruhen darauf, daß man hierbei den Katalysator gleichzeitig als

Wärmeträger oder Temperaturregulator verwenden und daß er aufgewirbelt und verhältnismäßig leicht zu den verschiedenen Teilen der Anlage transportiert werden kann.

Wenn man die Dämpfe des Reaktionsteilnehmers nach oben durch die Schicht eines feinzerteilten Katalysators mit einer solchen Geschwindigkeit führt, so daß sie den Katalysator in einem wirbelnden Zustand halten, wird man finden, daß die Tetnperatux an allen Punkten innerhalb der Wirbelschicht sehr einheitlich ist, selbst dann, wenn beträchtliche Mengen von Wärme zugeführt oder von der Schicht abgeführt werden müssen. Genau so wie die Temperatur ist die Zusammensetzung der GasiS phase innerhalb der Katalysatorwirbelschicht praktisch einheitlich. Die Konzentration der noch nicht reagiert habenden Reaktionsteilnehmer ist daher infolge der Durchmischung an der Stelle des Austritts aus der Schicht im wesentlichen.die gleiche wie in der Nähe der Zuführung, und die Konzentration der Reaktionsprodukte nahe der Zuführung in die Schicht ist praktisch die gleiche wie die Konzentration des Gemisches, das man aus der Wirbelschicht abführt. Infolgedessen ist eine solche einhei-tliche Katalysatorwirbelschicht nur ungefähr halb so wirksam wie eine Ruheschüttung mit dem gleichen Katalysatorinhalt.

Die Erfindung schafft nun ein neues und verbessertes Verfahren für Katalysatorreaktionen in der Dampfphase an feinzerteilten Katalysatoren, wobei die Vorteile der Durchmischung verwertet, jedoch diese Nachteile ausgeschaltet werden. Das Verhältnis von Katalysator zu Reaktionsteiilnehmer kann hierbei ohne jegliche mechanische Vorrichtung innerhalb des Katalysatorkreislaufes kontrolliert werden.

Dieses neue Verfahren besteht in der Kombination folgender Verfahrensschritte: 1. Halten einer Schicht feinzerteilten Katalysators in wirbelndem Zustand in einer unteren Zone, indem man durch diese ein Verdünnungsgas hindurchleitet; 2. Einleiten der Dämpfe des Reaktionsteilnehmers oberhalb dieser Katalysatorwirbelschicht in den aus dieser Wirbelschicht austretenden Verdünnungsgasstrom; 3. Hindurchführen des erhaltenen Gemisches zusammen mit schwebenden Kaitalysatorteilchen durch eine enge Reaktionszone zu einer Zentrifugiertrennzone, in welcher der schwebende Katalysator von dem Gasgemisch getrennt wird; 4. Zurückführen des abgetrennten Katalysators zu dar erwähnten Wirbelschicht mittels Schwerkraft in einem begrenzten dichten Strom und 5. Einstellen des Verhältnisses von schwebendem Katalysator und Reaktionsteilnehmerdämpfen innerhalb dieser engen Reaktionszone durch Regulierung der Höhe dieser Wirbelschicht in der erwähnten unteren Zone. Bei diesem Verfahren findet die Reaktion daher bei gleichsinnigem Strom des Reaktionsteilnehmerdampfes und des Katalysators in einer Reaktionszone mit geringem Durchmesser statt, wobei' die Geschwindigkeit ausreichend hoch ist, um den Katalysator in den Reaktionsgasen im Schwebezustand zu halten..

Die erfindungsgemäß benutzte Vorrichtung enthält einen senkrecht angeordneten zylindrischen Kessel, der unten mit Ausnahme einer Leitung zum Abführen von Katalysatoranteilen völlig geschlossen und an seinem oberen Ende mit einem röhrenförmigen Reaktionsraum von engerem Durchmesser verbunden ist. Weiterhin sind bei der Vorrichtung vorhanden: Eine Anordnung zum Einführen eines Gases in den Kessel nahe dessen Boden; ein Gitter innerhalb des Kessels in der Nähe seines oberen Endes, das oberhalb des normalen Spiegels der Wirbelschicht angeordnet ist; eine Einrichtung zum Einleiten der Reaktionsteilnehmerdämpfe in den Kessel oberhalb dieses Gitters sowie ein am oberen Ende des röhrenförmigen Reaktionsraumes angebrachter Zentrifugalabscheider, der mit einer Abführleitung für den Dampf sowie mit einer getrennten Katalysatorrückführleitung versehen und der so angeordnet ist, daß die nach oben durch den Reaktionsraum strömenden Dämpfe gezwungen werden, durch den Abscheider zu strömen. Die Katalysatorrückführleitung ist so angebracht, daß der abgetrennte Katalysator direkt in den Kessel zurückgeführt wird. Außerdem ist noch ein besonderer Katalysatorvorratslagerkessel mit Einrichtungen zum Überführen des Katalysators zu dem ersten Kessel vorgesehen. Vorzugsweise enthält diese Vorrichtung weiterhin noch eine Druckausgleichsleitung, die dien obearen Tail des Katalysatorlagerkessels mit der Dampfabführleitung des Zentrifugalabscheiders verbindet.

Falls die Reaktion exotherm ist, wird die Reaktionswärme mit Hilfe von Kühlschlangen oder Kühlrohren, die in der Katalysatorschicht angeordnet sind, entfernt. Es kann auch eine stärkere Temperatur zunähme dadurch verhindert werden, daß man ein gekühltes Gas direkt in die Katalysatorschicht einleitet. Dieses Verfahren reicht in den Fällen aus, in denen das eingeführte Gas unschädlich ist und man eine Katalysatorwirbelschicht verwendet. In anderen Fällen jedoch, z. B. wenn der Katalysator im Schwebezustand in den strömenden Reaktionsdämpfen gehalten wird, ist diese Anordnung nur wirkungsvoll, wenn Vorrichtungen vorgesehen sind, um das Kühlgas an einer Reihe von. Stellen mit einregulierten Geschwindigkeiten in den Gasstrom einzuleiten.

In den Fällen, wo die Reaktion endotherm ist, wird im allgemeinen soviel Wärme wie nur möglich mit dem Reaktionsteilnehmer zugeführt, was bedeutet, daß die Beschickung auf die höchste Temperatur, die das Material aushalten kann, vorgewärmt werden muß. Es ist dann schwierig, noch zusätzliche Wärme zuzuführen, ohne den Reaktionsteilnehmerbeschickungsstrom zu überheizen.

Wenn die durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführende Reaktion exotherm ist, kann die Abführung der Reaktionswärme dadurch in sehr wirkungsvoller Weise durchgeführt werden, daß man das Verdünn.ungsgas in einem relativ kühlen Zustand durch die wirbelnde Katalysatorschicht leitet, wobei dieses den Katalysator abkühlt und ihn auf einer Tem-

peratur unterhalb der gewünschten Reaktionstemperatur hält. Der gekühlte Katalysator wird dann von den Reaktionsteilnehmerdämpfen aufgenommen und strömt im schwebenden Zustand durch die Reaktionszone.

Wenn das erfindungsgemäße Verfahnen bei einer endothermen Reaktion durchgeführt wird, so kann die benötigte sensible Wärme ohne Überhitzung der Reaktionsteilniehmerdämpfe in der Weise zugeführt werden, daß man das Verdünnungsgas vorheizt und es durch die wirbelnde Katalysatorschicht hindurchleitet Dadurch wird diese· Schicht auf einer Temperatur gehalten, die oberhalb der gewünschten Reäktionstemperatur liegt. Der vorgewärmte Katalysator wird dann zusammen mit diem teilweise abgekühlten Verdünnungsgas aus dieser Schicht von den Reaktions teilnehmerdämpfen mit aufgenommen und in schwebendem Zustand bei Reäktionstemperatur durch die Reak-

ao tionszone hindurchgeleitet.

Bei den Anordnungen, bei denen ein feinzerteilter Katalysator auch als Wärmeträger verwendet wird, entweder um Wärme zuzuführen oder um Wärme abzuführen, wird der Katalysator innerhalb des

Systems im Kreislauf geführt, wobei die Menge an übertragener Wärme von der Menge der zirkulierenden Katalysatormasse abhängt. Letztere ist wiederum abhängig von der Menge des Reaktionsteilnehmers. Daher wird man den Katalysator im Kreislauf in einer solchen Menge herumführen, daß sich das gewünschte Katalysator-Reaktionsteilnehmer-Verhältnis ergibt. In manchen Fällen wird dieses Verhältnis auch so eingestellt, daß man damit das Ausmaß der Umwandking kontrolliert. Die Geschwindigkeit der Beschickung wird unabhängig davon kontrolliert. Die Durchgangsmenge an Katalysator wird dann mittels eines oder mehrerer Kontrollventile gesteuert, z. B. durch Schieberventile, die in der Leitung des Katalysatorstroms angeordnet sind.

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann das Katalysatoc-Reaktionsteilnehmer·-Verhältnis ohne ein Kontrollvemtil oder-eine entsprechende mechanische Einrichtung in dem Katalysato'rkreislauf überwacht werden und gegebenenfalls auch ohne daß die Menge des hierbei verwendeten Gases verändert wird. Dies wird dadurch erreicht, daß man eine wirbelnde Katalysatorschicht unterhalb der Reaktionszone und in Zusammenwirkung damit einen gleichsinnigian Strom von schwebendem Katalysator und Reaktionsteilnehmerdänipfen in der Reaktionszone vorsieht, wobei in dieser Anordnung die Geschwindigkeit des Katalysatoirstroms durch Regelung des Vorrats an zirkulierendem Katalysator innerhalb des Systems kontrolliert wird.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung werden nachstehend an Hand des* Zeichnung näher erläutert.

Fig. I zeigt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung im Querschnitt;

Fig. II zeigt einen Querschnitt der gleichen Vorrichtung durch die Ebene II-II der Fig. I, und

Fig. III stellt eine teilweise geschnittene Ansicht der Ebene IH-III der Fig. II dar.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt einen Kessel 1, der mit Einrichtungen 2 zum Einleiten eines im allgemeinen katalysatorfreien Verdünnungsgases am Boden versehen ist. In der Nähe seines oberen Erides ist eine Einrichtung 3 zum Einleiten des Reaktionsteilnehmers vorgesehen. Der Kessel 1 weist ein Gitter 4 auf, das oberhalb des normalen Spiegels 5 der Wirbelschicht und unterhalb der Beschickungseinrichtung 3 angeordnet ist. Es ist zweckmäßig, das Gitter ungefähr— in Höhe des oberen Endes des zylindrischen" Teils des Kessels anzuordnen, wie dies in der Fig. I gezeigt ist. Wenn ein elliptischer Oberteil an Stelle der gezeigten kpnischen Form vorhanden ist, so ist es angebracht, das Gitter etwas niedriger anzubringen. Das Gitter kann, wie gezeigt, aus einer Reihe von parallel nebeneinander angeordneten Trägern oder aus einer Platte mit Löchern oder Schlitzen bestehen. Die freie Fläche des Gitters, d. h. der Prozentanteil der gesamten Fläche, der für den Durch- laß des Gases und des Katalysators bestimmt ist. wird entsprechend der hindurchzuleitenden Gasmenge so gewählt, daß durch das Gitter ein Druckabfall von etwa 0,007 bis 0,056 kg/cm² erhalten wird. Das Gitter 4 hat drei wichtige Funktionen.: Ersteins wirkt es als Engpaß und dient dadurch als Bezugshöhe für eine Kontrolle der Höhe der darunterliegenden Wirbelschicht, zweitens wirkt es als Prallwand, die verhindert, daß Klümpchen von dem schwebenden Katalysator in den oberen Zwischenraum gelangen, und drittens wirkt es als Vermischungshemmittel, d. h. es verhindert, daß Beschickung und Katalysator aus der oberen Zone in die untere Zone gelangt.

Der Durchmesser des Kessels 1 ist so groß, daß die notwendige wirbelnde Katalysatorschicfat bed der gewünschten Gaszuführungsgeschwindigkeit bestehenbleibt. Eine Gasgeschwindigkeit von mindestens 0,6 m/Sek., vorzugsweise 0,6 bis 1,5 m/Sek., bezogen auf den als leer gedachten freien Querschnitt des Gefäßes, ist im allgemeinen zweckmäßig.

Über der Beschickungseinrichtung 3 wird der Kessel 1 im Durchmesser enger und trifft auf ein enges zylindrisches Reaktionsgefäß 6, das direkt in einen Zentrifugal- oder Zyklonabscheider einmündet. Der Durchmesser des Reaktionsgefäßes 6 und die Fläche des ringförmigen Zwischenraumes zwischen dem Zyklongehäuse 19 und der Zyklontrennungsvorrichtung 7 werden so bemessen, daß die Dampfströmungsgeschwindigkeit, bezogen auf den als leer gedachten freien Querschnitt des Gefäßes, zwischen 7,6 und 15,2 m/Sek. beträgt. Wenn daher der Durchmesser des -Kessels 1 etwa 3 m beträgt, kann 'der Durchmesser des Gefäßes 6 z. B. etwa 0,9 m betragen. Die Länge des Gefäßes 6 wird so gewählt, daß die gewünschte Reaktionsdauer bei der festgelegten Durchströmgeschwindigkeit erreicht wird, und kann dann z. B. etwa 7,6 bis 15,2 m betragen. Die Leitung 8 ist vorgesehen, um den in dem Abscheider 7 gesammelten Katalysator

bis zu einer niedrigen Stelle in dem Kessel ι zurückzuführen.

Die Vorrichtung weist auch einen für den Katalysator bestimmten Kessel 9 auf, der so angeschlossen, ist, daß man daraus je nach Bedarf dem Katalysator dem Kessel 1 zuführen kann,. Eine ' Katalysatorabführleitung 10 ist am Boden des Kessels 1 vorgesehen, um die darin enthaltene Katalysatormenge zu verringern. Um die im Kessel 1 vorhandene Menge zu vergrößern, wird Katalysator aus dem Gefäß 9 abgezogen und über die Leitung 11 dem Kessel 1 zugeführt. Das Ventil 12 ist daher normalerweise geschlossen und wird nur geöffnet, wenn man die Katalysatormenge im Kessel 1 vergrößern will. Die mit Ventilen versehenen. Leitungen. 13 und 14 sind dazu da, die Überführung des Katalysators zu unterstützen. Hierbei wird über die Leitung 13 eine geringe Gasmenge dem Verteiler 15 zugeführt, um dort den Katalysator aufzulockern und ihn leichter fließbar zu machen. Dieses Gas läßt man über die Leitung 14 in die Dampfleitung 16 für das Reaktionsprodukt ausströmen. Das Ventil 17 kann etwas gedrosselt sein, wodurch der Druck in dem Kessel 9 etwas erhöht wird.

Bei Betrieb der Anlage strömt der Katalysator aus der dichten Wirbelschicht im Kessel 1 in einem Schwebezustand nach oben durch das Gitter 4, dann durch das Reaktionsgefäß 6 zu dem Abscheider 7 und über die Leitung 8 wieder zurück in den Kessel 1, wobei auf diesem Weg weder ein Ventil oder eine andere mechanische Durchströmregelvorrichtung nötig ist. Der Reaktionsteilnehmerdampf strömt aus der Verteilereinrichtung 3 nach oben durch das Reaktionsgefäß 6, dann durch den Abscheider 7 und durch die Leitung 16 für das Reaktionsprodukt nach außen ab.

Die Konzentration an schwebendem Katalysator in dem Zwischenraum zwischen dem oberen Ende der Wirbelschicht 5 und dem Gitter 4 bei einer gegebenen Gasdufchströmgeschwindigkeit verändert sich entsprechend dem Abstand zwischen diesen beiden Punkten innerhalb eines von den Katalysatorgeschwindigkeiten der gewünschten Größen-Ordnung gegebenen Bereiches. Die durch das Gitter 4 hindurch nach oben geleitete Katalysatormenge wird bei gegebener Gasströmung durch die Änderung in der Höhe der Katalysatorwirbelschicht geregelt. Diese Höhe wird durch Zugeben oder Abführen von Katalysator zu oder aus dem Kessel kontrolliert. Das Verhältnis von Katalysator zu Reaktionsteilnehmer kann auf diese Weise innerhalb eines praktischen Bereiches von 1 bis 20 eingestellt werden.

Bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird über den Verteiler 2 eine relativ feste Gasmenge in die Katalysatorwirbelschicht eingeleitet. Die Höhe der Wirbelschicht im Kessel 1 wird entweder durch Abziehen von etwas Katalysator mittels der Leitung 10 oder durch Zugabe von etwas Katalysator aus dem Kessel-9 einreguliert, so daß die vorhandene Menge des Katalysators das nach oben durch das Gitter 4 hindurchtretende gewünschte Katalysator-Reaktionsteilnehmer-Verhältnis ergibt. Der Beschickungsdampf wird durch den Verteiler 3 oberhalb des Gitters 4 eingeführt. Als Ergebnis des erhöhten Gasvolumens bleibt der gesamte Katalysator oberhalb des Gittere 4 in dem Gas verteilt, d. h., dort ist der Katalysator nicht mehr in einem pseudoflüssigen Zustand. Die Reaktion tritt dann ein, während die Suspension nach oben durch die Kammer 6 hindurchströmt. Auf Grund des relativ verengten Querschnitts der Kammer 6 ist die Gasgeschwindigkeit hoch, und die Geschwindigkeit des suspendierten Katalysators nähert sich dieser Geschwindigkeit des Gases. Daher tritt nunmehr ein geringes Zurückgleiten des Katalysators ein, und es findet praktisch keine Rückmischung statt. Diese hohe Geschwindigkeit ermöglicht im allgemeinen der Suspension, sich vollständig in dem Zentrifugalabscheider zu trennen, ohne daß hierfür ihre Geschwindigkeit zuerst noch durch eine weitere Verengung im Abscheidereingang erhöht werden muß.

Bei üblicher Durchführung des Verfahrens werden die Dämpfe der Reaktionsteilnehmerbeschickung vor dem Einleiten in den Reaktor über den Verteiler 3 zuerst auf die geeignete Temperatur gebracht. Wenn die Reaktion -von einem stärkeren Wärmeeffekt begleitet ist, so ist es jedoch im all- go gemeinen nicht möglich, die gewünschte Reaktionstemperatur ohne Zufuhr oder Abfuhr von zusätzlicher Wärme durch andere Vorrichtungen zu erhalten. In der erfindungsgemäßen Anordnung wird diese Wärmeübertragung durch Regulierung der Temperatur des durch den Verteiler 2 eingeleiteten Hilfsgases erreicht. Wenn daher die Reaktion exotherm ist, so liegt die Temperatur des eingeleiteten Gases unter der gewünschten Reaktionstemperatur, und wenn die Reaktion endotherm ist, so ist das eingeleitete Gas auf eine solche Temperatur aufzuheizen, daß die benötigte Menge an fühlbarer Wärme hierdurch zugeführt wird.

Indem die gewünschte Zufuhr an Wärme oder das Kühlen durch eine Kontrolle der Temperatur des Hilfsgases durchgeführt wird, ist noch ein bedeutender Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung darin zu sehen, daß die Wärme nicht direkt durch dieses Gas von oder auf den Reaktionsteilnehmer übertragen wird, sondern daß sie zuerst auf den Katalysator in der Wirbelschicht und dann von dem Katalysator auf den Reaktionsteilnehmer innerhalb der Reaktionszone übertragen wird. Dies ändert das Temperaturprofil entlang dieser Reaktionszone. Wenn daher die Reaktion relativ langsam abläuft und relativ große Katalysatorteilchen verwendet werden, z. B. in der Größe von 1 mm im Durchmesser, so nehmen oder geben diese Teilchen eine ziemlich lange Zeit Wärme auf bzw. ab, wodurch sie einen Einfluß während des gesamten Längsdurchganges durch die Reaktionszone ausüben. Wenn andererseits die Reaktion sehr schnell abläuft, so sollen vorteilhafterweise Katälysatorteilchen verwendet werden, die z. B. durch ein Sieb mit Maschenweite von 0,149 hindurchgehen. Diese Teilchen gelangen viel schneller zu einem Tempe-

raturgleichgewicht mit der Gasphase, wodurch sie die gewünschte Wärme meist bereits in dem ersten Teil der Reaktionszone, in der die Hauptreaktion stattfindet, übertragen oder aufnehmen. Beispielsweise kann bei der Dehydrierung von Naphthen-Kohlenwasserstoffen mittels eines Platin-Aluminiumoxyd-Katalysators, wobei das Hilfsgas vorzugsweise Wasserstoff ist, ein ungefähr 75°/oiger Umsatz bei der sehr großen Raumgeschwindigkeit

ίο von stündlich 250 1, gerechnet als Flüssigkeit und bezogen auf 1 1 Katalysator, erreicht werden. Dies entspricht einer Kontaktdauer von nur einigen tausendstel Sekunden. In diesem Fall werden Katalysatorteilchen mit einem Durchmesser von weniger als 300 Mikron vorgezogen, wobei vorteilhaft das Platin nur auf die Außenseite der Katalysatorteilchen . aufgetragen oder Katalysatorteilchen verwendet werden, die relativ dicht sind und keinen porösen Innenkern aufweisen.

Da es sowohl hinsichtlich der Erhaltung des gewünschten Umwandlungsgrades als auch hinsichtlich der Sicherung der notwendigen Wärmeübertragung wichtig ist, daß das Katalysator-Reaktionsteilnehmer-Verhältnis in der Reaktionszone 6 auf

as dem gewünschten Wert bleibt, und da bei einer solchen Anordnung das Volumen des im Kreislauf geführten Katalysators dazu neigt, sich infolge der unvermeidlichen Verluste sowie der auf Grund von Änderungen in der Verteilung hinsichtlich der Teilchengröße auftretenden Dichteänderungen 'zu . verändern, muß man den Spiegel 5, d. h. die Höhe des Wirbelbettes, häufig nachregulieren. Dies kann man manuell durchführen, jedoch wird es am besten automatisch mittels geeigneter Kontrollinstrumente durchgeführt. Beispielsweise kann der Spiegel. 5 kontinuierlich durch ein übliches Differentialdruckmeßgerät durch Bestimmung, des Druckunterschiedes zwischen Punkten über und unter dem Spiegel gemessen werden. Dieses Instrument kann so angeordnet sein, daß es das Ventil 12 öffnet, sobald der Spiegel zu niedrig ist, und das Ventil in der Abführleitung 10 öffnet, sobald der Spiegel zu hoch wird. Der auf diese Weise aufrechterhaltene Spiegel 5 wird so eingestellt, daß er das Katalysator-Reaktionsteilnehmer-Verhältnis herbeiführt, das zu dem gewünschten Umsatz und der gewünschten Temperatur innerhalb der Reaktionszone 6 führt. Gegebenenfalls kann ein TemperaturkontroUgerät vorhanden sein, das die Temperatur in der Reaktionszone 6 mißt, um das Ventil 12 und das Ventil in der Leitung 10 zu steuern. Wenn es sich auch im allgemeinen empfiehlt, eine gleichmäßige, im voraus bestimmte Menge des Verdünnungsgases durch den Verteiler 2 einzuleiten, so kann dieser Gasstrom gegebenenfalls auch geändert werden. In dem Maße, wie die Gaseinströmgeschwindigkeit erhöht wird, nimmt die Katalysatorumwälzung und daher das Katalysator-Reaktioneteilnehmer-Verhältnis zu, und umgekehrt. Hierbei tritt nur eine kleine Änderung in der Höhe des Spiegels der Wirbelschicht auf. Die Änderung dieser Gaszuführungsgeschwindigkeit wirkt sich auch auf die gesamte Wärmezuführung aus. Daher ist die Änderung der Geschwindigkeit dieses Gasstromes für Kontrollzwecke nicht zu empfehlen; jedoch kann die Gasstromgeschwindigkeit von Zeit zu Zeit nachgestellt werden, um den Bereich festzulegen, in welchem man z. B. ein Katalysator-Öl· Verhältnis durch Kontrolle des Spiegels der Wirbelschicht zu halten hat.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung eignen sich zur Durchführung einer großen Anzahl von Reaktionen in Dampfphase, die durch feinzerteilte feste Katalysatoren katalysiert werden. Insbesondere sind sie geeignet zur Durchführung von Reaktionen, die relativ schnell ablaufen, und vorzugsweise von solchen Reaktionen, die mit einer wesentlichen Wärmewirkung verbunden sind, wie Oxydationisreaktionen, Dehydrierungsreaktionen, z. B. die Dehydrierung von naphthenischen Erdölfraktionen, gewisse Hydrierungsreaktionen und Pyrolysereaktionen.

Bei der Durchführung dieser verschiedenen Reaktionen kann man die üblicherweise bei diesen Reaktionen verwendeten festen Katalysatoren benutzen. Es ist aber unbedingt nötig, daß der Katalysator genügend fein zerteilt ist, damit das Aufwirbeln der Schicht möglich ist. Im allgemeinen neigt der Katalysator, auf Grund des während des Betriebs stattfindenden Abriebs dazu, einen mehr oder weniger gleichmäßigen Verteilungszustand hinsichtlich der Teilchengröße zu erreichen, der von dem Abreibwiderstand des Katalysators sowie von der Geschwindigkeit abhängt, mit der der Katalysator durch frischen Katalysator ergänzt, wird. Bei diesem gleichbleibenden Zustand wird praktisch der gesamte Katalysator durch ein Standardsieb mit Maschenweite von 0,149 mm hindurchgehen, selbst dann, wenn etwas größere Teilchen, z. B. solche mit 1 mm Durchmesser, nachgeliefert werden, um die. Aktivität aufrechtzuerhalten und die Katalysatorverluste auszugleichen.

Das über den Verteiler 2 zugeführte Verdünriungsgas kann irgendein im wesentlichen inertes Verdünnungsgas sein, das die gewünschte Reaktion nicht schädlich beeinflußt. Je nach der betreffenden Reaktion kann dieses Gas daher ein Verbrennungsgas, Kohlendioxyd, Kohlenmonoxyd, Wassergas, Methan, Stickstoff, Wasserstoff oder Wasserdampf sein. Bei der Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen bed' Temperaturen über etwa. 260 ° ist ein ■im Kreislauf geführter Anteil des hauptsächlich aus Wasserstoff bestehenden Reaktionsgaises hierfür geeignet. Das Verdünnungsgas kann, je nach der Art der Reaktion, vorgewärmt oder gekühlt wenden, um damit die notwendige Wärme zuzuführen oder abzuführen.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Verfahren zur Durchführung von Reak-"tionen in Dampfphase an feinzerteiltem schwebendem, den Reaktionsraum mit den Dämpfen durchlaufendem festem Katalysator mit nachfolgender Abtrennung und Rückführung des Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus feinzerteiltem Katalysator in einer.

   unteren Zone durch Hindurchleiten eines Verdünnungsgases im Wirbelzustand gehalten, die Dämpfe des Reaktionsteilnehmers oberhalb dieser Katalysatorwirbelschicht in das aus dieser Schicht austretende, mitgerissene Katalysatorteilchen enthaltende Verdünnungsgas eingeleitet und das erhaltene Gasgemisch zusammen mit den darin schwebenden Katalysatorteilchen nach oben durch eine enge Reaktionszone zu einem Zentrifugalabscheider geleitet werden, wo die Katalysatorteilchen abgetrennt und nach unten in die Wirbelschicht zurückgeleitet werden, wobei das Verhältnis von schwebendem* - Katalysator zu Reaktionsteil-■ nehmerdämpfen in der Reaktionszone durch~die Höhe des Spiegels der Oberfläche der Wirbelschicht in der unteren Zone eingestellt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorwirbelschicht

   ao durch Hindurchleiten von relativ kaltem Verdünnungsgas unterhalb der Reaktionstempefatur gehalten wird.

   ■
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das durch die Katalysatorwirbelschicht strömende Verdünnungsgas auf eine Temperatur über der Reaktionstemperatur vorwärmt und daß man das durch Einleiten von dampfförmigen Reaktionsteilnehmern oberhalb der Wirbelschicht in das abgekühlte, aus der Schicht austretende Verdünnungsgas erhaltene Gasgemisch zusammen mit den darin schwebenden Katalysatorteilchen durch eine enge Reaktionszone bei Reaktionstemperatur nach oben führt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verdünnungsgas durch die Schicht -des feinzerteilten Katalysators mit einer Gasgeschwindigkeit von 0,6 bis 1,5 m/Sek., bezogen auf den als leer gedachten freien Querschnitt des Gefäßes, hindurchleitet, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Verdünnungsgases oberhalb der Wirbelschicht gesteigert wird, und daß man die erhaltene Suspension, in die die Reaktionsteilnehmerdämpfe eingeleitet werden, noch oben durch die enge Reaktionszone mit einer Gasgeschwindigkeit von etwa 7,6 bis 15,2 m/Sek. leitet.
5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, bestehend aus einem geschlossenen Reaktionsgefäß in Form eines senkrecht angeordneten Kessels mit einer Katalysatorabführleitung am Gefäßboden, Vorrichtungen zur Gaseinleitung in der Nähe des Bodens, einem Zentrifugalabscheider mit Dampfabführleitung und Rückführleitung für abgetrennte Katalysatorteilchen am oberen Ende der Vorrichtung, wobei die Katalysatorrückführleitung direkt in das Reaktionsgefäß mündet, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgefäß (1) im oberen Teil einen Rost (4) aufweist und mit seinem oberen Ende mit einem röhrenförmigen Gefäß (6) engeren Durchmessers verbunden ist, in dessen oberem Teil ein Zentrifugalabscheider (7) angebracht ist, dessen Rückflußleitung (8) für die abgeschiedenen Katalysatorteilchen in das Reaktdonsgefäß (1) mündet, und daß ein gesonderter Katalysatorvorratskessel (9) vorgesehen ist mit Einrichtungen zum Überführen des Katalysators in das Reaktionsgefäß (1).
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Druckausgleichsleitung (14) zwischen dem oberen Teil des Katalysatorvorratskessels und der Dampfabführleitung des Zentrifugalabscheiders.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 578 710;
   USA.-Patentschriften Nr. 2376190, 2536099; französische Patentschriften Nr. 914126,939 805, 430.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   θ 609 5+7/510 6.56 (609 723 12.56)