EP1675675A1 - Verfahren zum bef llen eines vertikalen rohres mit katalysat orteilchen - Google Patents

Verfahren zum bef llen eines vertikalen rohres mit katalysat orteilchen

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Publication number
EP1675675A1
EP1675675A1 EP04764214A EP04764214A EP1675675A1 EP 1675675 A1 EP1675675 A1 EP 1675675A1 EP 04764214 A EP04764214 A EP 04764214A EP 04764214 A EP04764214 A EP 04764214A EP 1675675 A1 EP1675675 A1 EP 1675675A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tube
filling
catalyst particles
filling aid
aid
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04764214A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Diehl
Steffen Rissel
Silke Berndt
Mark Duda
Knut Eger
Markus HÖLZLE
Veron Nsunda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Publication of EP1675675A1 publication Critical patent/EP1675675A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G69/00—Auxiliary measures taken, or devices used, in connection with loading or unloading
    • B65G69/16—Preventing pulverisation, deformation, breakage, or other mechanical damage to the goods or materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/0015—Feeding of the particles in the reactor; Evacuation of the particles out of the reactor
    • B01J8/003—Feeding of the particles in the reactor; Evacuation of the particles out of the reactor in a downward flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00743—Feeding or discharging of solids
    • B01J2208/00752—Feeding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00743—Feeding or discharging of solids
    • B01J2208/00769—Details of feeding or discharging
    • B01J2208/00778—Kinetic energy reducing devices in the flow channel

Definitions

  • the present invention relates to a method for filling a vertical tube with catalyst particles.
  • Such catalyst-filled tubes are used to carry out various catalytic gas phase reactions. Depending on the type of catalyzed reaction, the tubes are heated from the outside or are surrounded by a heat exchange medium such as a molten salt to dissipate heat.
  • the catalyst particles either consist of a catalytically active mass, which - if appropriate using suitable binders - is formed into shaped articles by extrusion, tabletting or the like (so-called unsupported catalysts), or they comprise a catalytically active mass which is shell-shaped on an inert support is applied (so-called shell catalysts). They can be in the form of spheres, rings, cylinders, cubes, cuboids or other geometric bodies.
  • EP-A 548 999 describes a method for filling pipes, in which the catalyst particles are filled in along a cord which has flexible bristles which extend in the transverse direction and are spaced apart from one another.
  • the known methods are well suited for filling steam reformer tubes, which typically have an inner diameter of approximately 10 cm, they are not suitable for tubes with smaller inner diameters, as are usually used for exothermic gas phase reactions, in particular gas phase oxidations. Even inserting the bristle or winged cord into a narrow tube is extremely difficult.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a method with which vertical tubes of smaller tube diameter, such as are used for gas phase oxidation reactions, can be filled with catalyst particles, catalyst breakage or abrasion on the one hand and clogging and hooking on the other the catalyst particles can be avoided.
  • This object is achieved by a method for filling a vertical tube with an inner diameter of 50 mm or less, preferably 40 mm or less, in particular 20 to 30 mm, with catalyst particles, in which - a filling aid (3) in the vertical tube (1 ), the filling aid comprising a flexible elongated body and the ratio of the cross section of the flexible elongated body to the cross section of the tube (1) 0.003 to 0.08, preferably 0.005 to 0.07 and particularly preferably 0.01 to 0, 06, and - fills the catalyst particles (2) into the tube (1).
  • the filling aid has no elements, such as bristles or wings, which extend radially outward from the flexible body and whose projection onto a plane transverse to the longitudinal direction of the filling aid includes a larger area than the cross section of the flexible body, preferably than that half cross section of the flexible body.
  • the filling aid in preferred embodiments has spacers extending perpendicular to the longitudinal direction of the filling aid, the area of their projection is negligible compared to the cross section of the flexible body.
  • the flexible, elongated body of the filling aid can be, for example, a cord, a band or a rope.
  • the flexible body consists of a textile cord or tape, e.g. B. from a network of natural or synthetic fibers such as nylon. Ropes made of metal wires, e.g. B. a stainless steel rope, but are also suitable.
  • the flexible elongated body has a substantially circular cross section.
  • the ratio of the diameter of the flexible elongated body to the diameter of the tube is preferably 0.1 to 0.3, preferably 0.1 to 0.25. So are z. B. Nylon cords with diameters of about 2.5 to 5 mm, also non-circular cross-sections, for example Bonder 0.5-2 / 5-10 mm.
  • the flexible elongated body of which is non-circular, e.g. B. rectangular, cross section. So tapes with a thickness of 0.5 to 2 mm and a width of 5 to 10 mm can be used successfully.
  • the filling aid preferably has a rigid end element at its lower end, the density of which is greater than that of the flexible body. Such a closing element makes it easier to insert the filling aid into the pipe.
  • the filling aid can be uniform over the length introduced into the tube. It is therefore a smooth filling aid without damping agents, spacers or the like.
  • the filling aid has spacers arranged at a distance from one another and extending perpendicular to the longitudinal direction of the filling aid. Such spacers ensure that the filling aid always hangs essentially in the middle of the pipe.
  • the spacers are preferably very thin to minimize the risk of clogging by falling catalyst particles.
  • the procedure is to pull the filling aid out of the tube step by step or continuously as the filling process progresses, so that the lower end of the filling aid is always arranged above the filling level of the catalyst particles in the tube.
  • a procedure is suitable in which one after the other: - the filling aid is introduced into the pipe so that the lower end of the filling aid is at a first height, - catalyst particles are filled into the pipe below the first height, - if necessary, the filling aid is partially pulls out of the pipe so that the lower end of the filling aid is at a second or further height, and fills catalyst particles into the pipe to below the second or further height, pulls the filling aid completely out of the pipe and the pipe to the final filling height Fills catalyst particles.
  • the filling aid is introduced into the tube so that its lower end divides the tube length in any ratio, a first layer of catalyst particles is filled into the tube to below the end of the filling aid, and the filling aid is pulled out of the tube and fills a second layer of (identical or different) catalyst particles into the tube. It has been found that with this embodiment of the method, the pressure loss is up to 10% less than when filling without a filling aid.
  • the filling aid extends first into 2/3 of the length of the tube, then catalyst particles are filled in below the lower end of the filling aid, the filling aid is then pulled out to 1/3 the length of the tube, then catalyst particles are filled in to below the lower end of the filling aid, the filling aid is then pulled out completely and then the tube is completely filled with catalyst particles. It has been found that this embodiment of the method is advantageous for pipe lengths between three and eight meters. When the tubular reactor was operated, the pressure losses were up to 20% lower than in a filling process in which the catalyst particles are introduced without a filling aid.
  • the filling aid initially extends into the tube over the substantially entire length thereof. Then catalyst particles are filled in and at the same time the filling aid is pulled out of the tube in accordance with the progress of the filling height of the catalyst particles. It has been found that with pipe lengths between three and six meters, this embodiment of the method reduces the pressure loss by up to 40% compared to filling without a filling aid.
  • the catalyst particles are preferably introduced into the tube at an essentially constant speed, in particular by means of suitable filling machines.
  • suitable filling machines are usually adapted for the simultaneous filling of several pipes. They have a filling funnel with several chambers, from which the catalyst particles are ejected onto an inclined shaking channel. If the vibrating trough is set in vibration, the catalyst particles slide evenly over the trough and fall into the pipes underneath via recesses in the trough.
  • the catalyst particles generally have a (largest) diameter of 2 to 15 mm, preferably 3 to 8 mm.
  • Unsupported catalysts consist of a catalytically active mass which - if appropriate using suitable binders - by extrusion, tableting or other processes to give moldings, such as extrusion lingen, tablets or the like is shaped.
  • Shell catalysts comprise a catalytic mass, usually a mixed metal oxide, applied to an inert support in the form of a shell. They can be in the form of spheres, rings, cylinders, cubes, cuboids or other geometric bodies.
  • Such catalysts are known per se and serve, for. B. the production of unsaturated aliphatic carboxylic acids or aldehydes such as acrylic acid, methacrylic acid or acrolein, by gas phase oxidation of aldehydes, alkanes or alkenes; the production of nitriles such as acrylonitrile, methacrylonitrile by ammoxidation of alkanes or alkenes or the production of aromatic carboxylic acids or anhydrides such as benzoic acid or phthalic anhydride by gas phase oxidation of aromatic hydrocarbons such as toluene, o-xylene or naphthalene.
  • Other catalysts are catalysts that catalyze hydrogenations of all kinds, or catalysts for the synthesis of methanol from synthesis gas.
  • FIG. 1 shows a section through a tube, in which a filling aid according to a first embodiment is suspended and
  • Fig. 2 shows a section through a tube, in which a filling aid according to a second embodiment is suspended.
  • a tube 1 is filled with catalyst particles 2.
  • a plurality of parallel tubes 1 form a tube bundle reactor which is suitable for carrying out gas phase oxidation reactions.
  • a flexible cord 3 which serves as a filling aid, is introduced into the tube.
  • the cord shown in FIG. 1 is a smooth cord without a spacer
  • the cord shown in FIG. 2 is a cord into which spacers 5 are introduced at regular intervals.
  • catalyst particles 2 are poured into the tube 1.
  • Either a vibrating trough or a belt conveyor can be used as the conveyor device 6 for the catalyst particles 2.
  • any number of pipes can be filled at the same time by connecting several conveyor systems working in parallel. Automatic unwinding devices can be used which insert the cords 3 into the tubes 1 and pull them out again.
  • Example 1 comparative example
  • a tube with an inner diameter of 25 mm and a length of 4500 mm without filling aid was filled with 2160 g of a catalyst (ring shape; outer diameter x height x inner diameter: 7 x 7 x 4 mm). The filling process took about min. The differential pressure was determined, which was established when 2000 Nl / h air (20 ° C.) was passed through.
  • Example 1 was repeated, except that an end weighted nylon cord with a diameter of 4 mm was hung 2600 mm deep in the tube, 720 g of catalyst were added, the cord was pulled out so that it hung 1200 mm deep in the tube, another 720 g Filled in the catalyst, removed the shear and filled in a further 720 g of catalyst.
  • the filling process took about 20 s for each of the filled layers.
  • Example 1 was repeated, except that a weighted nylon cord with a diameter of 4 mm was hung 2000 mm deep into the tube, 1080 g of catalyst were added, the cord was removed and another 1080 g of catalyst was added. The filling process took about 30 s for each of the filled layers.
  • Example 1 was repeated, except that an end weighted nylon cord with a diameter of 4 mm was allowed to hang 4300 mm deep into the tube. You filled 2160 g of catalyst and continuously pulled the shearing out of the tube as the filling progressed. The filling process took about 1 min.
  • a 50 ml portion of a catalyst (ring shape; outer diameter x height x inner diameter: 5.5 x 3 x 3 mm) was dropped into a tube with an inner diameter of 21 mm and a length of 6400 mm and the proportion of the catalyst breakage was determined.
  • a tube with an inside diameter of 21 mm and a length of 6400 mm was filled with a catalyst (ring shape; outside diameter x height x inside diameter: 5.5 x 3 x 3 mm) up to a filling height of 6000 mm.
  • the filling process took about 4 minutes.
  • Example 6 was repeated, except that a weighted nylon cord with a diameter of 4 mm was hung 3500 mm deep in the tube, 630 g of catalyst were added, the cord was removed and another 620 g of catalyst were added, and then the amount of catalyst was brought to a level of 6000 mm added. The filling process took about 2 minutes for each of the filled layers.
  • Example 7 When comparing Example 6 and Example 7, it can be seen that the catalyst bed in Example 7 is looser (lower bulk weight) and leads to a lower differential pressure.

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Befüllen eines vertikalen Rohres eines Innendurchmessers von 50 mm oder weniger mit Katalysatorteilchen, bei dem man eine Füllhilfe in das vertikale Rohr einbringt, wobei die Füllhilfe einen flexiblen länglichen Körper umfasst und das Verhältnis des Querschnitts des flexiblen länglichen Körpers zum Querschnitt des Rohres 0,003 bis 0,08 beträgt, und die Katalysatorteilchen in das Rohr einfüllt.

Description

Verfahren zum Befüllen eines vertikalen Rohres mit Katalysatorteilchen
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines vertikalen Rohres mit Katalysatorteilchen. Derartige Katalysator-gefüllte Rohre dienen der Durchführung verschiedener katalytischer Gasphasenreaktionen. In Abhängigkeit von der Art der katalysierten Reaktion werden die Rohre von außen beheizt oder sind zur Abfuhr von Wärme mit einem Wärmetauschmedium wie einer Salzschmelze umgeben. Die Kataly- satorteilchen bestehen entweder aus einer katalytisch aktiven Masse, die - gegebenenfalls unter Verwendung geeigneter Bindemittel - durch Strangpressen, Tablettieren oder dergleichen zu Formkörpern geformt ist (so genannte Vollkatalysatoren), oder sie umfassen eine katalytisch aktive Masse, die schalenförmig auf einen inerten Träger aufgebracht ist (so genannte Schalenkatalysatoren). Sie können in Form von Kugeln, Ringen, Zylindern, Würfeln, Quadern oder anderen geometrischen Körpern vorliegen.
Beim Einfüllen der Katalysatorteilchen in das Rohr können aufgrund der mechanischen Belastung - je nach Seitendruckfestigkeit und Bruchfestigkeit der verwendeten Katalysatoren - Katalysatorteilchen zerbrechen oder die katalytisch aktive Masse teilweise vom Träger gelöst werden. Die sich bildenden Bruchstücke bzw. der Abrieb verdichten die Katalysatorschüttung und führen beim späteren Betrieb der Rohrreaktoren nachteiligerweise zu erhöhten Druckverlusten.
Es ist daher vorgeschlagen worden, die Fallgeschwindigkeit der Katalysatorteilchen beim Einfüllen durch Verwendung bestimmter Einfüllhilfen abzubremsen. So beschreibt die EP-A 548 999 ein Verfahren zum Befüllen von Rohren, bei dem die Katalysatorteilchen entlang einer Schnur eingefüllt werden, welche flexible Borsten aufweist, die sich in Querrichtung erstrecken und beabstandet zueinander sind.
Ein weiteres Verfahren zum Einfüllen von Katalysatorteilchen in ein Rohr ist in der US 3,608,751 beschrieben. Bei der hier verwendeten Füllhilfe handelt es sich um einen flexiblen Körper z. B. ein Hanfseil, an dem schrägstehende Flügel befestigt sind.
Obgleich sich die bekannten Verfahren gut zur Befüllung von Steam-Reformer-Rohren eignen, die typischerweise einen Innendurchmesser von etwa 10 cm aufweisen, sind sie für Rohre mit geringeren Innendurchmessern, wie sie üblicherweise für exotherme Gasphasenreaktionen, insbesondere Gasphasenoxidationen verwendet werden, nicht geeignet. Bereits das Einführen der Borsten oder Flügel aufweisenden Schnur in ein enges Rohr ist massiv erschwert. Außerdem führen die Borsten bzw. Flügel der bekannten Füllhilfen kleinen Rohrdurchmessern rasch zum Verstopfen des Rohres , kannten Füllhilfen kleinen Rohrdurchmessern rasch zum Verstopfen des Rohres oder zum Verhaken der Katalysatorteilchen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren an- zugeben, mit dem vertikale Rohre geringeren Rohrdurchmessers, wie sie für Gaspha- senoxidationsreaktionen verwendet werden, mit Katalysatorteilchen befüllt werden können, wobei einerseits Katalysatorbruch- bzw. abrieb und andererseits Verstopfen und Verhaken der Katalysatorteilchen vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Befüllen eines vertikalen Rohres eines Innendurchmessers von 50 mm oder weniger, vorzugsweise 40 mm oder weniger, insbesondere 20 bis 30 mm, mit Katalysatorteilchen gelöst, bei dem man - eine Füllhilfe (3) in das vertikale Rohr (1) einbringt, wobei die Füllhilfe einen flexiblen länglichen Körper umfasst und das Verhältnis des Querschnitts des fle- xiblen länglichen Körpers zum Querschnitt des Rohres (1) 0,003 bis 0,08, vorzugsweise 0,005 bis 0,07 und besonders bevorzugt 0,01 bis 0,06, beträgt, und - die Katalysatorteilchen (2) in das Rohr (1) einfüllt.
Die Füllhilfe weist keine Elemente, wie Borsten oder Flügel, auf, die sich von dem fle- xiblen Körper radial nach außen erstrecken und deren Projektion auf eine Ebene quer zur Längsrichtung der Füllhilfe eine größere Fläche einschließt als der Querschnitt des flexiblen Körpers, vorzugsweise als der halbe Querschnitt des flexiblen Körpers. Soweit die Füllhilfe in bevorzugten Ausführungsformen sich senkrecht zur Längsrichtung der Füllhilfe erstreckende Abstandshalter aufweist, ist der Flächeninhalt ihrer Projektion vernachlässigbar gegenüber dem Querschnitt des flexiblen Körpers.
Überraschenderweise wurde nämlich gefunden, dass bei geringen Rohrquerschnitten eine ausreichende Verlangsamung der Fallgeschwindigkeit der Katalysatorteilchen bereits durch Anpassung des Querschnitts des flexiblen Körpers erreicht werden kann und zusätzliche Dämpfungselemente, die sich vom flexiblen Körper radial nach außen erstrecken und zum Verhaken der Katalysatorteilchen führen können, nicht erforderlich sind. Vermutlich beruht die Abbremsung der Katalysatorteilchen auf der Anregung von Querschwingungen des flexiblen Körpers oder der Bildung von Luftwirbeln.
Bei dem flexiblen länglichen Körper der Füllhilfe kann es sich beispielweise um eine Schnur, ein Band oder ein Seil handeln. Im Allgemeinen besteht der flexible Körper aus einer textilen Schnur oder einem textilen Band, z. B. aus einem Geflecht natürlicher oder synthetischer Fasern, wie Nylon. Seile aus Metalldrähten, z. B. ein Edelstahlseil, sind jedoch ebenfalls geeignet. In bevorzugten Ausführungsformen weist der flexible längliche Körper einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf. Vorzugsweise beträgt dabei das Verhältnis des Durchmessers des flexiblen länglichen Körpers zum Durchmesser des Rohres 0,1 bis 0,3, vorzugsweise 0,1 bis 0,25. So eignen sich z. B. Nylonschnüre mit Durchmessern von etwa 2,5 bis 5 mm, auch nicht-kreisförmige Querschnitte z.b. Bonder 0,5-2 / 5-10 mm.
Alternativ kann man auch Füllhilfen verwenden, deren flexibler länglicher Körper einen nicht-kreisförmigen, z. B. rechteckigen, Querschnitt aufweist. So können Bänder mit einer Dicke von 0,5 bis 2 mm und einer Breite von 5 bis 10 mm erfolgreich verwendet werden.
Vorzugsweise weist die Füllhilfe an ihrem unteren Ende ein starres Abschlusselement auf, dessen Dichte größer als die des flexiblen Körpers ist. Durch ein solches Ab- Schlusselement wird das Einführen der Füllhilfe in das Rohr erleichtert.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Füllhilfe über die in das Rohr eingebrachte Länge uniform sein. Es handelt sich demnach um eine glatte Füllhilfe ohne Dämpfmittel, Abstandshalter oder dergleichen. Es hat sich bisweilen jedoch als vorteil- haft erwiesen, wenn die Füllhilfe beabstandet zueinander angeordnete, sich senkrecht zur Längsrichtung der Füllhilfe erstreckende Abstandshalter aufweist. Durch solche Abstandshalter wird sichergestellt, dass die Füllhilfe immer im Wesentlichen mittig im Rohr hängt. Die Abstandshalter sind vorzugsweise sehr dünn, um die Gefahr einer Verstopfung durch herunterfallende Katalysatorteilchen zu minimieren.
In der Regel geht man so vor, dass man die Füllhilfe beim Einfüllen der Katalysatorteilchen schrittweise oder kontinuierlich mit dem Fortschritt des Füllvorgangs aus dem Rohr herauszieht, so dass das untere Ende der Füllhilfe stets oberhalb der Füllhöhe der Katalysatorteilchen im Rohr angeordnet ist.
Es eignet sich eine Vorgehensweise, bei der man nacheinander: - die Füllhilfe so in das Rohr einbringt, dass sich das untere Ende der Füllhilfe in einer ersten Höhe befindet, - Katalysatorteilchen bis unterhalb der ersten Höhe in das Rohr einfüllt, - gegebenenfalls die Füllhilfe teilweise aus dem Rohr herauszieht, so dass sich das untere Ende der Füllhilfe in einer zweiten oder weiteren Höhe befindet, und Katalysatorteilchen bis unterhalb der zweiten oder weiteren Höhe in das Rohr einfüllt, die Füllhilfe ganz aus dem Rohr herauszieht und das Rohr bis zur endgültigen Füllhöhe mit Katalysatorteilchen füllt. In der einfachsten Ausführungsform bringt man die Füllhilfe in das Rohr ein, so dass ihr unteres Ende die Rohrlänge in einem beliebigen Verhältnis teilt, füllt eine erste Lage Katalysatorteilchen bis unterhalb des Endes der Füllhilfe in das Rohr ein, zieht die Füll- hilfe aus dem Rohr und füllt eine zweite Lage (gleicher oder verschiedener) Katalysatorteilchen in das Rohr ein. Es hat sich herausgestellt, dass bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens der Druckverlust um bis zu 10 % geringer ist als bei einem Befüllen ohne Füllhilfe.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens reicht die Füllhilfe zunächst zu 2/3 der Länge des Rohres in dieses hinein, danach werden Katalysatorteilchen bis unterhalb des unteren Endes der Füllhilfe eingefüllt, die Füllhilfe wird dann auf 1/3 der Länge des Rohres herausgezogen, danach werden Katalysatorteilchen bis unterhalb des unteren Endes der Füllhilfe eingefüllt, die Füllhilfe wird dann ganz herausgezogen und danach wird das Rohr vollständig mit Katalysatorteilchen befüllt. Es hat sich herausgestellt, dass diese Ausgestaltung des Verfahrens bei Rohrlängen zwischen drei und acht Metern vorteilhaft ist. Beim Betrieb des Rohrreaktors waren die Druckverluste um bis zu 20 % geringer im Vergleich zu einem Befüllverfah- ren, bei dem die Katalysatorteilchen ohne Füllhilfe eingebracht werden.
Bei einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens reicht die Füllhilfe zunächst über die im Wesentlichen ganze Länge des Rohres in dieses hinein. Dann werden Katalysatorteilchen eingefüllt und gleichzeitig wird die Füllhilfe entsprechend dem Fortschritt der Füllhöhe der Katalysatorteilchen aus dem Rohr herausgezogen. Es hat sich herausgestellt, dass bei Rohrlängen zwischen drei und sechs Metern diese Ausgestaltung des Verfahrens der Druckverlust um bis zu 40 % geringer ist im Vergleich zu einem Befüllen ohne Füllhilfe.
Das Einfüllen der Katalysatorteilchen in das Rohr erfolgt vorzugsweise mit im Wesent- liehen konstanter Geschwindigkeit, insbesondere mittels geeigneter Füllmaschinen. Derartige Füllmaschinen sind in der Regel zum gleichzeitigen Befüllen mehrer Rohre angepasst. Sie weisen einen Fülltrichter mit mehreren Kammern auf, aus denen die Katalysatorteilchen auf eine geneigte Schüttelrinne ausgestoßen werden. Wird die Schüttelrinne in Vibration versetzt, gleiten die Katalysatorteilchen gleichmäßig über die Rinne und fallen über Aussparungen in der Rinne in die darunter liegenden Rohre.
Die Katalysatorteilchen weisen im Allgemeinen einen (größten) Durchmesser von 2 bis 15 mm, vorzugsweise 3 bis 8 mm auf. Vollkatalysatoren bestehen aus einer katalytisch aktiven Masse, die - gegebenenfalls unter Verwendung geeigneter Bindemittel - durch Strangpressen, Tablettieren oder andere Verfahren zu Formkörpern, wie Strangpress- lingen, Tabletten oder dergleichen geformt ist. Schalenkatalysatoren umfassen eine schalenförmig auf einen inerten Träger aufgebrachte katalytische Masse, in der Regel ein Mischmetalloxid. Sie können in Form von Kugeln, Ringen, Zylindern, Würfeln, Quadern oder anderen geometrischen Körpern vorliegen.
Solche Katalysatoren sind an sich bekannt und dienen z. B. der Herstellung ungesättigter aliphatischer Carbonsäuren oder Aldehyde wie Acrylsäure, Methacrylsäure oder Acrolein, durch Gasphasenoxidation von Aldehyden, Alkanen oder Alkenen; der Herstellung von Nitrilen wie Acrylnitril, Methacrylnitril durch Ammoxidation von Alkanen oder Alkenen oder der Herstellung aromatischer Carbonsäuren oder -anhydride, wie Benzoesäure oder Phthalsäureanhydrid durch Gasphasenoxidation aromatischer Kohlenwasserstoffe wie Toluol, o-Xylol oder Naphthalin. Weitere Katalysatoren sind Katalysatoren, die Hydrierungen unterschiedlichster Art katalysieren, oder Katalysatoren für die Methanolsynthese aus Synthesegas.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass beim Befüllen von Rohren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber dem Befüllen ohne Zuhilfenahme einer Füllhilfe eine weniger dicht gepackte, lockere Schüttung mit geringerem Schüttgewicht erzeugt wird. Hierdurch wird beim Betrieb des befüllten Rohres der Druckverlust beim Durchströmen eines Gases vorteilhafterweise verringert. Durch den geringeren Druckverlust kann beim Betrieb des Reaktors Kompressionsenergie eingespart werden, da das dem Reaktor zugeführte Gas auf ein geringeres Druckniveau komprimiert werden muss. Zudem hat eine lockere Katalysatorschüttung die positive Eigenschaft, dass die Reaktionszone im Rohr über eine größere Länge hinweg verteilt ist, was bei stark exo- thermen Umsetzungen zu geringeren Temperaturanstiegen im Rohr unter Reaktionsbedingungen führt. Beim Befüllen von Rohren mit größerem Durchmesser, wie den Steam-Reformer-Rohren des eingangs genannten Standes der Technik, werden unter Verwendung von Füllhilfen dagegen höher geordnete Packungen mit höherem Schüttgewicht der Katalysatorschüttung erhalten als ohne Füllhilfe.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und den beigefügten Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Rohr, in das eine Füllhilfe gemäß einer ersten Aus- gestaltung eingehängt ist und
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch ein Rohr, in das eine Füllhilfe gemäß einer zweiten Ausgestaltung eingehängt ist.
Bei den im Folgenden geschilderten Ausführungsbeispielen wird ein Rohr 1 mit Kataly- satorteilchen 2 befüllt. Eine Vielzahl von parallelen Rohren 1 bilden einen Rohrbündel- reaktor, der zur Durchführung von Gasphasenoxidationsreaktionen geeignet ist. Vor dem Befüllen des Rohrs 1 wird eine flexible Schnur 3, die als Füllhilfe dient, in das Rohr eingebracht. Bei der in Fig. 1 gezeigten Schnur handelt es sich um eine glatte Schnur ohne Abstandshalter, bei der in Fig. 2 gezeigten Schnur handelt sich um eine Schnur, in die in regelmäßigen Abständen Abstandshalter 5 eingebracht sind. Nachdem die Schnur 3 in das Rohr 1 eingebracht wurde, werden Katalysatorteilchen 2 in das Rohr 1 geschüttet. Als Fördereinrichtung 6 für die Katalysatorteilchen 2 kann entweder eine Rüttelrinne oder ein Bandförderer verwendet werden. Im übrigen lassen sich durch Zusammenschluss von mehreren, parallel arbeitenden Fördereinrichtungen beliebig viele Rohre zeitgleich befüllen. Dabei können automatische Abwickeleinrichtungen verwendet werden, welche die Schnüre 3 in die Rohre 1 einbringen und wieder herausziehen.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher veranschaulicht. In den Bei- spielen erfolgte das Befüllen der Rohre mittels Befüllmaschinen, bei denen die Katalysatorteilchen mittels Vibration aus einem Vorratsbehälter über eine Schüttrinne in das Rohr gefüllt wird. Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)
Man befüllte ein Rohr mit einem Innendurchmesser von 25 mm und einer Länge von 4500 mm ohne Füllhilfe mit 2160 g eines Katalysators (Ringform; Außendurchmesser x Höhe x Innendurchmesser: 7 x 7 x 4 mm). Der Füllvorgang dauerte etwal min. Man bestimmte den Differenzdruck, der sich beim Durchleiten von 2000 Nl/h Luft (20 °C) einstellte.
Beispiel 2
Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei man jedoch eine am Ende beschwerte Nylonschnur mit einem Durchmesser von 4 mm 2600 mm tief in das Rohr hängen ließ, 720 g Katalysator einfüllte, die Schur herauszog, so dass sie 1200 mm tief im Rohr hing, weitere 720 g Katalysator einfüllte, die Schur entfernte und weitere 720 g Katalysator einfüllte. Der Füllvorgang dauerte etwa 20 s für jede der eingefüllten Lagen.
Beispiel 3
Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei man jedoch eine am Ende beschwerte Nylonschnur mit einem Durchmesser von 4 mm 2000 mm tief in das Rohr hängen ließ, 1080 g Katalysator einfüllte, die Schur entfernte und weitere 1080 g Katalysator einfüllte. Der Füllvorgang dauerte etwa 30 s für jede der eingefüllten Lagen.
Beispiel 4
Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei man jedoch eine am Ende beschwerte Nylonschnur mit einem Durchmesser von 4 mm 4300 mm tief in das Rohr hängen ließ. Man füllte 2160 g Katalysator ein und zog die Schur kontinuierlich mit dem Füllfortschritt aus dem Rohr. Der Füllvorgang dauerte etwa 1 min.
Man erkennt, dass die Verwendung der Füllschnur zu einer weniger dichten (geringere Druckdifferenz) und gleichmäßigeren Befüllung (geringere Standardabweichung des Differenzdrucks) führt, wobei Beispiel 4 die besten Ergebnisse lieferte.
Beispiel 5
Man ließ eine 50 ml-Portion eines Katalysators (Ringform; Außendurchmesser x Höhe x Innendurchmesser: 5,5 x 3 x 3 mm) in ein Rohr mit einem Innendurchmesser von 21 mm und einer Länge von 6400 mm fallen und bestimmte den Anteil des Katalysatorbruchs.
Beispiel 6 (Vergleichsbeispiel)
Man befüllte ein Rohr mit einem Innendurchmesser von 21 mm und einer Länge von 6400 mm mit einem Katalysator (Ringform; Außendurchmesser x Höhe x Innendurchmesser: 5,5 x 3 x 3 mm) bis zu einer Füllhöhe von 6000 mm. Der Füllvorgang dauerte etwa 4 min.
Beispiel 7
Beispiel 6 wurde wiederholt, wobei man jedoch eine am Ende beschwerte Nylonschnur mit einem Durchmesser von 4 mm 3500 mm tief in das Rohr hängen ließ, 630 g Katalysator einfüllte, die Schur entfernte und weitere 620 g Katalysator einfüllte und dann die Katalysatormenge auf eine Füllhöhe von 6000 mm ergänzte. Der Füllvorgang dauerte etwa 2 min für jede der eingefüllten Lagen.
Beim Vergleich von Beispiel 6 und Beispiel 7 erkennt man, dass die Katalysatorschüttung im Beispiel 7 lockerer ist (geringeres Schüttgewicht) und zu einem geringeren Differenzdruck führt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Befüllen eines vertikalen Rohres (1) eines Innendurchmessers von 50 mm oder weniger mit Katalysatorteilchen (2), bei dem man - eine Füllhilfe (3) in das vertikale Rohr (1) einbringt, wobei die Füllhilfe einen flexiblen länglichen Körper umfasst und das Verhältnis des Querschnitts des flexiblen länglichen Körpers zum Querschnitt des Rohres (1 ) 0,003 bis 0,08 beträgt, und - die Katalysatorteilchen (2) in das Rohr (1) einfüllt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der flexible längliche Körper einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Verhältnis des Durchmessers des flexiblen länglichen Körpers zum Durchmesser des Rohres (1) 0,005 bis 0,07 beträgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der flexible längliche Körper aus einer textilen Schnur oder einem textilen Band besteht.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Füllhilfe (3) ein starres Abschlusselement (4) aufweist, dessen Dichte größer als die des flexiblen Körpers ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Füllhilfe (3) beabstandet zueinander angeordnete, sich senkrecht zur Längsrichtung der Füllhilfe (3) erstreckende Abstandshalter (5) aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei man die Füllhilfe (3) beim Einfüllen der Katalysatorteilchen (2) herauszieht, so dass das untere Ende der ' Füllhilfe stets oberhalb der Füllhöhe der Katalysatorteilchen (2) im Rohr (1 ) angeordnet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei man nacheinander: - die Füllhilfe (3) so in das Rohr (1) einbringt, dass sich das untere Ende der Füll- hilfe (3) in einer ersten Höhe befindet, - Katalysatorteilchen (2) bis unterhalb der ersten Höhe in das Rohr (1 ) einfüllt, - gegebenenfalls die Füllhilfe (3) teilweise aus dem Rohr (1) herauszieht, so dass sich das untere Ende der Füllhilfe (3) in einer zweiten oder weiteren Höhe befindet, und Katalysatorteilchen (2) bis unterhalb der zweiten oder weiteren Höhe in das Rohr (1) einfüllt, - die Füllhilfe (3) ganz aus dem Rohr (1) herauszieht und das Rohr (1) bis zur endgültigen Füllhöhe mit Katalysatorteilchen füllt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Katalysatorteil- chen Formkörper aus einer katalytisch aktiven Masse umfassen.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Katalysatorteilchen eine schalenförmig auf einen inerten Träger aufgebrachte katalytische Masse umfassen.
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