EP2139598A1

EP2139598A1 - Vorrichtung und verfahren zur kontinuierlichen überführung und analyse von fluiden

Info

Publication number: EP2139598A1
Application number: EP07819167A
Authority: EP
Inventors: Andreas Christian Moeller; Theo Vergunst; Armin Brenner
Original assignee: HTE GmbH; HTE GmbH the High Throughput Experimentation Co
Current assignee: HTE GmbH the High Throughput Experimentation Co
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2010-01-06
Also published as: WO2008055585B1; DE102006053078A1; WO2008055585A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontinuierlichen Überführung von Produktf luiden aus Reaktionsräumen (20') Die Vorrichtung enthält eine Anordnung von zumindest zwei Hochdruck-Abscheidern (80) welche mit jeweils einem Niederdruck-Abscheider/Niederdruckbereich in Wirkverbindung stehen. Die jeweilige Verbindung (84) vom Hochdruck-zum Niederdruckbereich ist mit einem Restriktor (83) ausgestattet. In bevorzugten Ausgestaltungsformen der Vorrichtung ist die Seite des Niederdruckbereichs mit einer Rektifikationskolonne (80 ') ausgestattet, wobei die von der Rektifikationskolonne (80 ') abgehenden Gasleitung mit der Gasleitung (82) der jeweils zugehörigen Hochdruckseite über einen Gasmischer (95) zu einer Leitung vereinigt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemässe Verfahren unter Bedingungen durchgeführt, unter welchen zyklische und/oder oszillierende Druckschwankungen im Hochdruckbereich der Apparatur auftreten. Die oszillierenden Druckschwankungen werden bevorzugt zur Prozesskontrolle und /oder zur Steuerung des Verfahrens genutzt.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur kontinuierlichen Überführung und Analyse von Fluiden

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Testen der Reaktivität von Feststoffkatalysatoren, die bevorzugt zur Charakterisierung von Multikomponenten-Gemischen sowie zur Optimierung von Reaktionsbedingungen eingesetzt werden. Vorliegend werden vorzugsweise Multi- komponenten-Gemische, analysiert bzw. verarbeitet, die zumindest zwei nicht vollständig mischbare fluide Phasen enthalten. Bevorzugt ist das Multi- komponenten-Gemisch ein Produktfluid aus einem Reaktionsraum.

Bei einer Vielzahl von chemischen Prozessen fallen Multikomponenten-Gemische an, die beispielsweise von Prozess-Systemen in Analyse-Systeme zu transferieren sind. Multikomponenten-Gemische müssen dabei typischerweise Trennschritten oder einer Produkt-Aufarbeitung unterzogen werden. Multikomponenten- Gemische werden bevorzugt in Abscheidern getrennt, wobei beispielsweise die flüssige und die Gasphase voneinander getrennt werden.

Bevorzugt werden die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit der Untersuchung von petrochemischen Prozessen eingesetzt. Zu diesen Prozessen gehören bevorzugt die Entschwefelung („Hydro- desulfurization") und Denitrogenierung („Hydrodenitrogenation") vorzugsweise von Ölen, Vakuumgasölen oder Diesel sowie die Hydroprozessierung („Hydroprocessing, Hydrotreating, Hydrocracking") wiederum vorzugsweise von Ölen und Vakuumgasölen. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Untersuchung von Gas-zu-Flüssig-Konvertierungen (z.B. Fischer-Tropsch- Prozessen) eingesetzt wird. Eine Übersicht über das technische Gebiet, auf welches sich die vorliegende Anmeldung bezieht, ist beispielsweise in der WO 2005/063372 und in der DE 103 61 003 B3 gegeben. Diese Schutzrechte beziehen sich auf Apparaturen zur parallelisierten Testung von Katalysatoren unter hohem Druck, bei denen Multikomponenten-Gemische mit Komponenten unterschiedlicher Flüchtigkeit anfallen. Beim Austritt der unter hohem Druck stehenden Multikomponenten- Gemische (Produktfluide) aus den Reaktionsräumen werden diese zunächst in Hochdruck-Abscheidern gesammelt, wobei die besonders leichtflüchtigen Fluid- bestandteile über Gasausgangsleitungen des Hochdruck- Abscheiders abgeleitet und einer Analyseeinheit zugeführt werden. Gemäß einer Ausführungsform weist jeder einzelne Hochdruck- Abscheider jeweils eine Gasausgangsleitung für leichter flüchtige Komponenten auf. Nachdem sich in einzelnen Hochdruck- Abscheidern eine bestimmte Menge an weniger flüchtigem Produktfluid abgeschieden hat, wird dieses periodisch durch Öffnen eines Ventils entleert, welches sich innerhalb der Auslaufleitung befindet, die bodenseitig am Hochdruck-Abscheider angebracht ist. Dabei ist es allerdings als nachteilig anzusehen, dass durch das periodische Öffnen und Schließen des Ventils oder der Ventile kein kontinuierlicher Betrieb möglich ist. Ein solcher Betrieb ist für bestimmte chemische Reaktionen vorteilhaft. Weiterhin sind Ventile - insbesondere bei hohen Reaktionstemperaturen - störanfällige Bauteile, deren Einsatz vorzugsweise vermieden oder minimiert wird.

Eine der erfindungsgemäßen Aufgaben ist es demnach, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem Produktfluide in flüchtige und weniger flüchtige Bestandteile aufgetrennt und möglichst in kontinuierlicher Weise unterschiedlichen Aufnahmebereichen beziehungsweise Analyseneinheiten zugeführt werden können. '

Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Störanfälligkeit der Apparatur hinsichtlich der mechanischen Belastbarkeit von einzelnen Bauteilen zu verbessern. Darüber hinaus soll das erfindungsgemäße Verfahren auch in der Weise ausgelegt sein, dass sich das Verfahren mittels einer geeigneten Prozesskontrolle möglichst halbautomatisch beziehungsweise vollautomatisch durchfuhren lässt.

Die hier genannten und weitere Aufgaben werden dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung zum Überfuhren und/oder zur Analyse von Multikomponenten- Gemischen bereitgestellt wird, welche zumindest die folgenden Komponenten umfasst:

(a) zumindest zwei parallele Reaktionsräume (20'); (b) pro Reaktionsraum (20') zumindest eine reaktionsraumausgangsseitige

Verbindung (81) zu zumindest einem Hochdruck- Abscheider (80);

(c) pro Reaktionsraum (20') zumindest einen Hochdruck-Abscheider (80);

(d) pro Hochdruck-Abscheider (80) zumindest eine Verbindung (84) zu zumindest einem Niederdruckbereich oder zu zumindest einem Nieder- druck- Abscheider;

(e) pro Hochdruck-Abscheider (80) zumindest eine Ausgangsverbindung (82) für im Wesentlichen gasförmige Verbindungen, die zu einer Analyseneinheit (40) fuhrt;

(f) im reaktionsraumausgangsseitigen Hochdruckbereich, d.h. entweder zwischen Ausgang des Reaktionsraumes (20') und Hochdruck- Abscheider (80) oder am Hochdruck- Abscheider, jeweils pro Einheit „Reaktionsraum-Hochdruck-Abscheider", eine Verbindung zu einem (Druck-)Haltegas (50) sowie optional eine Verbindung zu einem (Druck- )Regelfluid (60).

Dabei ist es bevorzugt, dass jede Verbindung (84) zu zumindest einem Niederdruckbereich oder Niederdruck-Abscheider jeweils zumindest einen Restriktor (83) enthält und weiter vorzugsweise kein Ventil enthält. Der Restriktor (83) ermöglicht vorzugsweise das kontinuierliche Abziehen von Produktfluid und erlaubt den Verzicht auf ansonsten notwendige Komponenten wie Ventil und/oder Niederdruck-Abscheider. Damit ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur einen einfacheren, sondern auch einen weniger störanfälligen Betrieb sowie dabei insbesondere einen kontinuierlichen Betrieb.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zumindest eine weitere der folgenden Komponenten auf: (g) an zumindest einer Verbindung (84) stromabwärts hinter dem Restriktor

(83) auf der Niederdruckseite zumindest eine Rektifikationskolonne (80'), die vorzugsweise mit Gaszuleitung (96) und Ableitung (97) ausgestattet ist;

(h) zumindest eine Verbindung (83') von der Rektifikationskolonne (80') zu zumindest einen Aufnahmebereich und/oder Analysenbereich für wenig(er) flüchtige Fluide;

(i) pro Reaktionsraum (20') eine von der niederdruckseitigen Rektifikationskolonne (80') abgehende Gasleitung (97), welche mit jeweils einer zugehörigen hochdruckseitigen Gasausgangsleitung (27) und jeweils einem Gasmischer (95) in Wirkverbindung steht, wobei die

Ausgangsleitung des Gasmischers (95) vorzugsweise zu einer Analyseneinheit (40) führt.

Mit Hilfe der bevorzugten Komponeten (h) beziehungsweise (h) und (i) ist es in einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, Produktfluid im Gegenstrom mit einem Inertgas/Stripgas kontinuierlich aufzuarbeiten. Diese bevorzugte Ausführungsform ist insbesondere für Anwendungen im „Hydroprozessing"-Bereich geeignet. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform befindet sich zwischen den einzelnen Verbindungen, die von den unterschiedlichen Gasmischern (95) zur Analyseneinheit (40) fuhren, ein Multiportventil (30). Die Gaszuleitung (96) dient bevorzugt der Zufuhr von Inertgas/Stripgas, die Gasableitung (97) bevorzugt zur Ableitung des- selben.

Ist die erfindungsgemäße Vorrichtung ohne Rektifikationskolonne (80') ausgestattet, so befindet sich zwischen den jeweiligen Ausgangsverbindungen (82, 27) und der Analyseneinheit (40) vorzugsweise ein Multiportventil (30).

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die gemeinsame Haltegaszufuhr (50) dergestalt aufgebaut, dass diese pro Reaktionseinheit bestehend aus jeweils einem Reaktionsraum und der reaktionsraumausgangsseitig angebrachten Haltegaszufuhr mit jeweils einer Druckmesseinrichtung pro Verbindung (82) (200, 300, ... ) in Wirkverbindung steht.

Die oben genannten Aufgaben werden auch durch ein Verfahren zum kontinuierlichen Überführen von Produktfluiden aus dem Hochdruckbereich von zumindest zwei parallelen Reaktionsräumen gelöst, welches zumindest die folgen- den Schritte umfasst:

(i) Abscheiden von zumindest einer Multikomponenten-Mischung, die aus zumindest zwei parallelen Reaktionsräumen (20') austritt, in jeweils einen diesen zugeordneten Hochdruck-Abscheider (80), welcher in Wirkverbindung (84) mit einem Niederdruckbereich und/oder einem Niederdruckabscheider steht;

(ii) Überfuhren von leicht(er) flüchtigen, im Wesentlichen gasförmigen Komponenten eines Produktfluids über eine Ausgangsverbindung (82) für gasförmige Verbindungen des jeweiligen Hochdruckbereichs des Hochdruck-Abscheiders (80) zu einer Analyseneinheit (40); (iii) Überfuhren von wenig(er) flüchtigen Komponenten eines Produktfluids aus dem Hochdruck- Abscheider (80) über eine am Hochdruck-Abscheider befindliche bodenseitige, mit Restriktor (83) versehene Ausgangsleitung zu einem Niederdruckbereich (84).

Dabei ist es bevorzugt, dass Schritt (iii) kontinuierlich durchgeführt wird und/oder so dass sich während des Überführens von Produktfluid ein Zustand einstellt, bei welchem an einem Drucksensor für die Haltegaszufuhr (50) eine zyklische und/oder oszillatorische Druckänderung messbar ist. Weiter ist es bevorzugt, dass Schritt (iii) ohne die Verwendung eines Ventils in der Ausgangsleitung (84) durchgeführt wird. Falls sich im Produktfluid ein besonders hoher Anteil an gasförmigen Fluid befinden sollten, ist die Verwendung eines Ventils zur zusätzlichen Regelung möglich sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren zumindest einen weiteren der folgenden Schritte:

(iv) Überleiten des aus der Ableitung (84) des Hochdruck-Abscheiders stammenden Produktfluids über eine Rektifikationskolonne (80'), die vorzugsweise mit einem Stripgas durchspült wird; (v) Zuführen des aus der Rektifikationskolonne (80') austretenden Stripgases zu einem Gasmischer (95) unter Vereinigung des Stripgases mit dem leichter flüchtigen Produktfluid, welches aus der Ausgangsverbindung des Hochdruckbereichs (82, 27) entstammt;

(vi) Zuführen der im Gasmischer (95) vereinigten Gase zu einer Analysen- einheit (40) für gasförmige Komponenten.

Eine Betriebsweise, welche vorzugsweise für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gewählt wird, betrifft jeweils den Wechsel zwischen Eintritt von im Wesentlichen gasförmigem Fluid und Eintritt von im Wesentlichen flüssigem Produktfluid in die mit Restriktorelement (83) versehene bodenseitig angebrachte Ableitung (84) des Abscheiders (80). Hierdurch treten bevorzugt geringe (zyklische) Druckschwankungen innerhalb des Hochdruckbereiches der Apparatur auf. Die Bezeichnung „gering" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Größe der Druckschwankungen kleiner ist als 1 % des Prozessdrucks auf der Hockdruckseite (der im wesentlichen dem Innendruck der Reaktoren entspricht), wobei Drucksschwankungen kleiner als 0,5 % beziehungsweise auch kleiner als 0,02 % weiter bevorzugt sind..

Der Gesamtdruck im Hochdruckbereich der Apparatur kann Werte zwischen 5 und 500 bar annehmen, wobei Druckwerte zwischen 45 und 180 bar bevorzugt sind. Die Druckschwankungen werden vorzugsweise über einen Drucksenor oder über eine Drucküberwachung registriert, die in Verbindung mit der Haltegasfluid- zufuhr (50) steht.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird also bevorzugt in einer Weise durchgeführt, in welcher sich die (geringen) Druckschwankungen zwischen dem Druckanstieg und der Druckabnahme, welche durch die Art und Weise des kontinuierlichen Fluidaustritts durch das Restriktorelement in der Ableitung des Abscheiders bedingt sind, in zyklischer Weise {„oszillierend'') ändern.

Die Zeitdauer für einen Zyklus für geringfügige Druckänderungen, bestehend aus Druckanstieg und Druckabfall, liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 150 Sekunden pro Zyklus, wobei ein Bereich von 2 bis 80 Sekunden pro Zyklus weiter bevorzugt ist. Ein Zyklus läuft dabei von Maximaldruck bis Maximaldruck (Ende des Druckanstiegs) bzw. von Minimaldruck zu Minimaldruck (Ende des Druckabfalls). Diese oszillierende Betriebsweise wird beim Betrieb der Vorrichtung mit Ventilen an der Produktfluid-Ausgangsleitung des Hochdruck- Abscheiders nicht aufgefunden und kann so auch nicht erwartet werden. Der überraschende oszillierende Effekt ergibt sich vermutlich aus der erfindungsspezifischen Kombination der Vorrichtungsmerkmale (d) und (f), wobei die vorliegende Erfindung nicht auf diesen vorgeschlagenen Mechanismus beschränkt ist.

Figur 3 zeigt eine bevorzugte Ausfuhrungsform gemäß welcher die Oszillationen für jeden einzeln gemessen werden. Die Messung von Oszillationen in den Reaktionsräumen kann auf zwei unterschiedliche Weisen erfolgen. Entweder durch die Messung des Flusses beziehungsweise Massenflusses des Druckhaltegases oder durch die Messung des Drucks in der Druckhaltegasleitung bei konstantem Volumenstrom des Druckhaltegases. Nachteilig an dieser Variante ist jedoch, dass durch gemeinsame Volumenstrom- oder Druckmessung nicht auf einen individuellen Reaktor geschlossen werden kann, sondern nur das mittlere Verhalten der Reaktoren erfasst wird. Wenn eine individuelle Bewertung eines Reaktors stattfinden soll, so müssen die Drucke in den Druckhaltegasleitungen für die einzelnen Reaktoren separat erfasst werden. Ferner ist eine Entkopplung der Abgangsleitungen von der Versorgungsleitung erforderlich. Die Entkopplung wird durch Rückschlagventile oder -klappen erreicht (220).

Gemäß vorliegender Erfindung ist eine Betriebsweise der Vorrichtung besonders bevorzugt, bei welcher Druckschwankungen in zyklischer beziehungsweise oszillationsartiger Form auftreten. Anhand der oszillatorischen Signale lässt sich erkennen, ob der Prozess in einem stabilen und/oder gewünschten Zustand läuft. Darüber hinaus können die oszillatorischen Signale auch gezielt zur Prozesssteuerung genutzt werden, da eine Veränderungen von Prozessparametern in der Regel anhand von der Änderung der oszillatorischen Signale erkennbar ist.

In Verbindung mit dem Überfuhren des Fluids vom Hochdruck-Abscheider in den Niederdruckbereich kommt es normalerweise zu einer Entspannung des Fluids beziehungsweise von im flüssigen Fluid gelösten gasförmigen Verbindungen, bei welcher zumindest ein Teil dieser flüchtigen Komponenten in die Gasphase über- treten (können). Um dem flüssigen Produktfluid die leichtflüchtigen gasförmigen Bestandteile möglichst vollständig zu entziehen, wird das flüssige Produktfluid in einer bevorzugten Ausfuhrungsform über eine Rektifikationskolonne geleitet. Die Rektifikationskolonne (80') wird vorzugsweise mit Inertgas/Stripgas im Gegenstrom betrieben. Hierdurch sollen die im Fluid gelösten (schwerer flüchtigen) gasförmigen Komponenten zum größten Teil aus dem flüssigen Fluid ausgetrieben werden. Diese Ausführungsform ist beispielsweise in Figur 2 dargestellt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die gasförmigen Komponenten, die auf der Niederdruckseite (84) austreten und mittels Rektifikationskolonne (80') aus dem Produktfluid abgezogen werden, mit einem Inertgas/Stripgas über eine Gasableitung (97) am oberen Ende der Rektifikationskolonne zu einem Gasmischer (95) geleitet. Im Gasmischer wird der von der Niederdruckseite kommende Gasstrom vorzugsweise mit dem gasförmigen Fluid, das direkt vom Auslass für gasförmige Verbindungen von der Hochdruckseite (27) her kommt, vereinigt und einer Analyseneinheit (40) zugeführt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ver- lässt der größte Anteil an gasförmigen Fluiden, welche aus dem Hochdruckbereich der Apparatur austreten, diesen über die Ausgangsverbindung für gas- förmige Komponenten (82). Vorzugsweise werden die Restriktoren (25') für die Ausgangsverbindung (82) und die Restriktoren (83) am bodenseitigen Ablauf der am Hochdruck-Abscheider (80) so ausgelegt, dass durch die Ausgangsverbindung (82) für gasförmige Verbindungen vorzugsweise jeweils mehr als 80 % der gesamten Gasmenge austreten, die insgesamt von der Reaktion freigesetzt wird, weiter bevorzugt mehr als 90 % der gesamten Gasmenge.

Unter einem „Restriktor" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jedes Bauteil zu verstehen, welches beim Durchströmen mit einem Fluid diesem gegenüber einen messbaren Strömungswiderstand darstellt. „Messbar" bedeutet dabei, dass der Strömungswiderstand eines jeden Restriktors zumindest um mehr als den Faktor 2, bevorzugt um zumindest um mehr als den Faktor 5, weiter bevorzugt um mehr als den Faktor 10 größer ist als der Strömungswiderstand eines jeden anderen Bauteils (Komponente) in der Vorrichtung, ausgenommen andere Restriktoren.

Werden Restriktoren reaktionsraumeingangsseitig eingesetzt, so soll im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt ein Druckverlust von zumindest 2 bar erzeugt werden, weiter bevorzugt ein Druckverlust von zumindest 5 bar, weiter bevorzugt von zumindest 10 bar. Dabei ist der Druckverlust die Differenz „Druck vor dem Reaktionsraum'''' abzüglich des Druckes nach dem Reaktionsraum.

Werden die Restriktoren reaktionsraumausgangsseitig eingesetzt, und dienen diese damit gegebenenfalls neben der Fluidgleichverteilung auch zum „Entspannen" des in den Reaktionsräumen herrschenden Drucks auf den Druck der Komponenten, die den Reaktionsräumen gegebenenfalls nachgeschaltet sind, so soll im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt ein Druckverlust von mindestens 10 bar erfolgen, bevorzugt von mindestens 20 bar. Für die vorliegend besonders bevorzugten Restriktoren (83) erfolgt die Charakterisierung bevorzugt über die LHSV („Liquid Hourly Space Velocity").

Pluralitäten von Restriktoren werden bevorzugt entsprechend ihrer funktionalen Zusammengehörigkeit als „Sets" (oder „Gruppen") gruppiert. Ein Set ist dabei bevorzugt eine Pluralität von mindestens zwei Restriktoren, die räumlich und/oder funktional zusammen gehören können, die aber in jedem Fall innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung die gleiche Funktionalität aufweisen. So stellen beispielsweise alle eingangs- oder alle ausgangsseitig zu den Reaktionsräumen oder zu Teilmengen von Reaktionsräumen gehörigen Restriktoren ein solches Set dar. Entsprechend umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt ein Set von Restriktoren, die jeweils der Eduktflüssigkeitszufuhr oder der Regelfluid- zufuhr oder der Haltegaszufuhr oder den Ableitungen (84) für gasförmige Kom- ponenten zugeordnet sind. AIs Restriktoren im Sinne der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise Metallplatten mit Bohrungen, Sintermetallplatten, Lochblenden („pinholes"), mikrogefräste Kanäle („micromachined Channels"), Kapillaren und/oder Fritten (poröse Materialien, insbesondere gesinterte Keramikfπtten) anzusehen („passive Restriktoren"). Restriktoren (15) im reaktionsraumeingangsseitigen Bereich sollen bevorzugt den Fluss des einströmenden Fluids (10) kontrollieren und eine weitgehende Gleichverteilung der einströmenden Fluide über die einzelnen Verbindungen hinweg gewährleisten.

Für die Restriktoren (83) in der Ableitung (84) sind Kapillaren bevorzugt. Eine Kapillare besteht vorzugsweise aus ,fused silica"-Mateτial. Der Innendurchmesser der Kapillare liegt vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 250 μm, wobei ein Bereich von 10 bis 150 μm weiter bevorzugt ist. Die Länge der Kapillare liegt vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 20 m, weiter bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 10 m.

Ein Blockieren der Restriktorelemente durch Feststoffpartikel (beispielsweise Katalystorfeinstaub) sollte vorzugsweise vermieden oder minimiert werden. Dazu wird das Katalysatormaterial im Reaktionsraum vorzugsweise auf feinmaschigen Netzen und/oder Fritten gelagert, durch welche nur Fluide und keine Feststoffpartikel hindurch treten können.

Die spezifischen Kenndaten der Restriktoren (83) sind von Bedeutung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese hängen beispielsweise davon ab, bei welchen Druck- und Temperaturbedingungen die flüssigen Produktfluide vom Hochdruck- in den Niederdruckbereich transferiert werden, sowie auch von den viskosen Eigenschaften der Produktfluide selber.

Anhand der Kenndaten der jeweiligen Restriktorelemente (83) unter ausgewählten experimentellen Bedingungen wird vorzugsweise eine geeignete Eduktfluid- zuführungsrate festgelegt, wobei die Zuführungsrate an Eduktfluid in der Regel geringer sein sollte als die Rate an Produktfluidabfluss durch das Restriktor- element (83) an der Bodenseite des Abscheiders (80). Die Eduktfiuidzufuhr erfolgt dabei bevorzugt in der Weise, dass ein definierter Eingangsdruck eingestellt wird, der unter den jeweils gewählten Bedingungen nahezu, beziehungsweise vollständig, konstant ist. Geeignete Eduktfluidzufuhrungsraten - bezogen auf die Zufuhr an flüssigen Edukten und ausgedrückt durch LHSV - liegen vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 20 h^"1, weiter bevorzugt von 1 bis 8 h^"1.

Für den Fall, dass die Produkteintragsraten im Abscheider (80) deutlich geringer sind als die maximal möglichen Austragsraten, tritt normalerweise überwiegend gasförmiges Fluid aus der mit Restriktorelement (83) versehenen bodenseitig angeordneten Ableitung (84), wobei dieses gasförmige Fluid im Wesentlichen aus der Haltegaszufuhr (50) und/oder der Regelfluidzufuhr (60) entstammt. Beim Eintrag von größeren Mengen an Produktfluid in den Abscheider (80), treten ent- sprechend geringere Mengen an gasförmigen Fluid aus der bodenseitig angeordneten Ableitung (84) aus.

In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Haltegaszufuhr (50) zu jedem einzelnen Reaktor beziehungsweise Hochdruckbereich mit jeweils einem Druckmessvorrichtung pro Verbindungsleitung (200, 300, ...) ausgestattet.

Bei der Verwendung von (passiven) Restriktoren (83) zwischen Hochdruck- und Niederdruckbereich können diese entweder in Verbindung mit einem Ventil (87) oder ohne Ventil in der Ableitung eingebaut sein. Für den Fall, dass ein Ventil (87) stromaufwärts vor dem passiven Restriktor angebracht ist, ist es möglich, dass das Überführen von Produktfluid während des Prozesses durch das Schließen des Ventils vom kontinuierlichen in den diskontinuierlichen Zustand geändert wird. Ein diskontinuierlicher Betriebszustand kann beispielsweise dann ge- wünscht sein, wenn Wartungsarbeiten an der Apparatur vorzunehmen sind, ohne dabei die innerhalb der Reaktoren ablaufenden Prozesse zu unterbrechen. Es ist weiter bevorzugt, dass zumindest eine Ableitung (84) des bodenseitigen (niederdruckseitigen) Abscheiderauslaufs jeweils mit zumindest einem Detektor (201, 202, ...) verbunden ist, mit dessen Hilfe der Strom an Produktfluid durch das passive Restriktorelement überwacht werden kann. Als Detektoren eignen sich vorzugsweise Lichtschranken, die in der Betriebsweise Reflexion, Refraktion oder Absorption arbeiten können.

Im Betrieb können die Kapillaren erhöhte Temperaturen aufweisen. Aufgrund dieser erhöhten Temperaturen der Kapillaren ist es vorteilhaft, die Lichtschranke mittels Lichtleitern an eine Optik/Elektronikeinheit anzukoppeln, so dass diese nicht den erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist, die direkt an der Kapillare herrschen. Neben dem Einsatz von optischen Sensoren ist auch eine Verwendung von akustischen oder dielektrischen Sensoren sowie von Schwingungssensoren bevorzugt.

Mit Hilfe der genannten Detektoren lässt sich - zusätzlich zu den möglichen geringen Druckschwankungen innerhalb des Hochdruckbereichs der Anlage - bestimmen, ob zu einem bestimmten Zeitpunkt t] (im Wesentlichen) gasförmiges Fluid oder (im Wesentlichen) flüssiges Produktfluid durch den Leitungsbereich an der Position der Ableitung strömt. Die hierbei gemessenen Werte werden mittels einer Prozesskontrolleinheit aufgezeichnet und dienen vorzugsweise - zusätzlich zur Aufnahme der Druckschwankungen wie oben beschrieben - zur Steuerung beziehungsweise zur Prozessüberwachung.

Dabei ist es bevorzugt, dass ein Detektorelement ausgewählt wird, dessen Ansprechzeit kürzer ist als die Zyklusdauer einer jeweiligen Druckschwankung.

Die leichter flüchtigen, im Wesentlichen gasförmigen Fluide, welche am Hoch- druck- Abscheider (80) abgezogen und über die Ausgangsverbindung (82) einer

Einheit zur Analyse (40) zugeführt werden, werden auch als Heißgas bzw. als Permanentgas bezeichnet. Vorzugsweise enthalten diese leicht (oder leichter) flüchtigen Gase zumindest eine der folgenden Komponenten: Wasserstoff, Methan, Kohlenmonoxid; C₂-Komponenten Ethan, Ethen, Ethin; Trägergase; SO_x oder NO_x. Durch eine geeignete Prozessführung, insbesondere durch Restriktor- demente (25') in der Ausgangsverbindung (82) wird der Austritt von gasförmigen Komponenten, die eine geringere Flüchtigkeit aufweisen, an dieser Stelle weitgehend unterbunden, so dass diese Komponenten zunächst im Fluid gelöst bleiben. Dies bedeutet, dass das im Hochdruck-Abscheider vorliegende Fluid vorzugsweise als Matrix fungiert, in welcher gasförmige Komponenten entsprechend ihrer Löslichkeit bzw. Flüchtigkeit unter den jeweiligen Prozessbedingungen teilweise zurückgehalten werden können.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die leicht(er) flüchtigen gasförmigen Komponenten, die über die Verbindung (82) aus dem Hochdruckbereich (80) abgezogen werden, direkt oder über ein Multiportventil (36) einer Einheit zur Analyse (40) zugeführt, um die Zusammensetzung der leichter flüchtigen Komponenten qualitativ und quantitativ zu bestimmen. Zur Bestimmung des Wasserstoffgehaltes sowie weiterer im Produktgas-Strom enthaltenen Komponenten kann beispielsweise ein Gas- Chromatograph eingesetzt werden, der vorzugsweise mit einem Wärmeleitfähigkeits-Detektor ausgestattet ist. Andere Detektionsmethoden sind beispielsweise Kohlenstoffanalysator, IR, UV VIS, Raman.

Durch das Abziehen von leicht(er) flüchtigen gasförmigen Komponenten bereits am Hochdruckabscheider (80) wird eine nachgeschaltete Analyseeinheit, die mit dem Niederdruckbereich verbunden ist, entlastet. Weiterhin erfordern leicht flüchtige Gase (z.B. H₂, H₂S, Methan, Ethan, Ethen u.a.) vorzugsweise andere Analysemethoden (z.B. TCD, FID, Wärmeleitfähigkeits-Detektoren) als höher flüchtige Gase (Ionisation, z.B. FID). Kurze Beschreibung der Figuren:

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Apparatur mit acht parallel angeordneten Reaktionsräumen (20'), von denen jeder einzelne mit einem Hochdruck-Abscheider (80) und nachfolgendem Niederdruckbereich (84) verbunden ist. Im Hochdruck-Abscheider (80) anfallende gasförmige

Komponenten werden über mit Restriktoren (25') versehene

Verbindungen (82) abgeleitet. Die so transferierten Gase werden über die

Verbindungen (27) und ein Multiport- Ventil (30) zu einer Analyseneinheit (40) beziehungsweise zu einer Ausgangsleitung (45) geleitet. Im

Niederdruckbereich nach dem Abscheider (80) befinden sich Restriktoren

(83).

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Apparatur mit acht parallel angeordneten Reaktionsräumen (20'), die jeweils eine Kombination von

Hochdruck-Abscheider (80) und Niederdruckbereich aufweisen, wobei der jeweiligen Verbindungsleitung (84) auf der Niederdruckseite eine Rektifϊ- kationskolonne (80') nachgeschaltet ist.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Apparatur mit drei Reaktionsräumen, bei welcher jeder einzelne Hochdruckbereich jeweils mit einer separaten Drucküberwachung (200, 300, 400) ausgestattet ist, die jeweils mit der Gasausgangsleitung (27) verbunden ist. An die Rektifikationskolonne (80') sind Zuleitungen (96) und Ableitungen (97) für Strip- bzw. Intergas angeschlossen. Die Ableitung (97), die mit der hochdruckseitigen Gasausgangsleitung (27) in Verbindung steht, führt über einen Gasmischer (95) zu einer Analyseneinheit (40).

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eine Apparatur mit drei Reaktionsräumen, bei der jede einzelne Verbindungsleitung (84) mit Kapillaren von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite mit einer optischen Überwachungseinheit (201, 301, 401) ausgestattet ist.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Apparatur mit zwei Reaktionsräumen, bei der jede Verbindungsleitung (84) mit einem optischen Messwertnehmer (201), einem PID-Regler (203), einem Ventil zur Dosierung eines Kühlfluids (204) und einer Kühlstrecke (205) zur

Kühlung der Kapillare (83) ausgestattet ist.

Im Folgenden sollen wesentliche technische Begriffe, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet werden und soweit sie nicht unmittelbar aus dem Fachwissen folgen, erläutert werden.

Unter einer „Gasphasen-Reaktion" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine chemische Reaktion zu verstehen, bei welcher alle Edukte und Produkte unter Reaktionsbedingungen als Gase vorliegen.

Unter einer „Flüssigphasen-Reaktion" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine chemische Reaktion zu verstehen, bei welcher alle Edukte und Produkte unter Reaktionsbedingungen flüssig sind.

Unter einer „Mehrphasen-Reaktion" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine chemische Reaktion zu verstehen, die unter Reaktionsbedingungen in Anwesenheit zumindest zweier verschiedener Phasen, die nicht vollständig miteinander mischbar sind, abläuft. Die Phasen können dabei alle oder teilweise oder einzeln flüssig und/oder fest und/oder gasförmig sein. Die Phasen können Edukte oder Produkte oder beides sein. Die mit Hilfe der vorliegenden Vorrichtung zu untersuchenden Reaktionen können Gasphasen-, Flüssigphasen- oder Mehrphasenreaktionen sein. Unter dem Begriff ,ftfehrkomponenten-Gemisch" ist im Sinne der vorliegenden Erfindung jede Mischung von zumindest zwei Komponenten zu verstehen, welche durch physikalische oder physikalisch-chemische Verfahren, oder Kombinationen hiervon, zumindest teilweise voneinander getrennt werden können. Hierunter sind insbesondere Mischungen von zumindest zwei nicht vollständig miteinander mischbaren flüssigen Phasen oder Mischungen von zumindest einer gasförmigen Phase und zumindest einer flüssigen Phase sowie Emulsionen, Dispersionen oder Suspensionen zu verstehen.

Unter einer „nicht volumenkonstanten Reaktion" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jede chemische Reaktion zu verstehen, bei der sich die Molzahl an gasförmigen Substanzen pro Formelumsatz ändert und/oder das Volumen auf Grund einer Umwandlung fest/fest, fest/flüssig, flüssig/flüssig, flüssig/ gasförmig oder gasförmig/gasförmig (bei nicht idealen Gasen) zu- bzw. abnimmt. Für nicht volumenkonstante Reaktionen ist eine Vorrichtung mit Haltegaszufuhr (50) besonders bevorzugt.

Unter dem Begriff „Hochdruck"' ist im Sinne der vorliegenden Erfindung jeder Druck zu verstehen, der höher ist als der Druck, welcher auf der stromabwärts gerichteten Seite eines Bauteils herrscht. Im allgemeinen liegt der Druck auf der Hochdruckseite der Vorrichtung, und dabei insbesondere im bzw. stromaufwärts vom Hochdruckabscheider, in einem Bereich von 5 bis 500 bar. Bevorzugt ist dort ein Druck im Bereich von 20 bis 250 bar und weiter bevorzugt ist ein Druck im Bereich von 90 bis 150 bar. Bezüglich des Druckbereichs auf der Hochdruckseite der Apparatur beziehungsweise von Reaktor und Hochdruckabscheider sind nach oben keine festen Grenzen gesetzt, wobei jedoch durch die Wahl von bestimmten Materialien sowie konstruktiver Merkmale eine bestimmte Grenze bezüglich der Druck-Obergrenze vorliegen kann, welche der Fachmann unter Berücksichtigung der Materialien erkennt. Unter dem Begriff Niederdruck ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Druck zu verstehen, der geringer ist als der Druck auf der stromaufwärts (in Bezug auf den Eduktstrom) gerichteten Seite eines Bauteils. Der Druck auf der Niederdruckseite der Vorrichtung, d.h. vorzugsweise stromabwärts des Hoch- druckabscheiders, liegt vorzugsweise zumindest 0,5 bar tiefer als der Druck auf der Hochdruckseite der Vorrichtung. Bevorzugt liegt der Druck auf der Niederdruckseite in einem Bereich von 0 bis 20 bar, weiter bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 10 bar.

Eine „leicht (er) flüchtige gasförmige Komponente" ist vorzugsweise ein Gas, welches bereits im Hochdruckabscheider im gasförmigen Zustand vorliegt oder in diesen übergeht.

Ein „Fluid" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jede Substanz, bei welcher sich die elementaren (molekularen) Bestandteile, welche die Substanz aufbauen, beispielsweise Elemente oder Moleküle, aber auch Agglomerate davon, gegeneinander bewegen, und insbesondere keine fest bleibende Fernordnung zueinander aufweisen. Darunter fallen insbesondere Flüssigkeiten oder Gase, aber auch Wachse, Öle, Dispersionen, Fette, Suspensionen oder Schmelzen. Sofern das Medium in flüssiger Form vorliegt, werden auch mehrphasige flüssige Systeme als Fluide verstanden.

Unter dem Begriff „Ventil" ist im Sinne der vorliegenden Erfindung jedes Bauteil zu verstehen, welches es erlaubt, einen Fluidstrom zu verringern, einschließlich diesen zum Erliegen zu bringen.

Unter einer „gemeinsamen Eduktzufuhr" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jede Art der Zufuhr zu verstehen, in welcher zumindest ein Edukt mindestens zwei räumlich mit einer Zufuhr verbundenen Reaktionsräumen zugeführt wird, und zwar so, dass die Reaktionsräume gleichzeitig und gemeinsam dem zu- mindest einen Edukt ausgesetzt sind. Die gemeinsame Eduktzufuhr (12) befindet sich vor den Reaktionsräumen (20'),

Unter einem „Eduktgas" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jedes Gas oder jede Gasmischung zu verstehen, die den Reaktionsräumen, oder Teilmengen hiervon, (über eine gemeinsame Eduktzufuhr) zugeführt werden kann. Das Eduktgas kann, muss aber nicht, ein Inertgas enthalten und/oder eine Beimischung, die als interner Standard zur Bestimmung bestimmter Eigenschaften (beispielsweise Gas- fluss etc.) dienen kann. Das Eduktgas enthält bevorzugt zumindest eine Kompo- nente, die an der zu untersuchenden chemischen Reaktion teilnimmt. Das Edukt kann auch flüssige Komponenten enthalten.

Unter einem „Produkt"' oder „Produktfluid' im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jedes Fluid oder jede Fluidmischung zu verstehen sowie jede disperse Phase (die gegebenenfalls auch feste Bestandteile enthalten kann), welches/welche aus zumindest einem Reaktionsraum abgeführt und analysiert werden kann. Das Produkt kann, muss aber nicht, Edukt enthalten. Das Produkt kann, muss aber nicht, ein fluides Reaktionsprodukt der Umsetzung, welche in einem Reaktionsraum stattgefunden hat, enthalten.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Produkt ein Gas oder eine Gasmischung, oder eine Flüssigkeit, die ein Gas physikalisch oder chemisch gelöst enthält. Ist das Produkt ein Gas oder eine Gasmischung, so wird es als „Reaktionsgas" bezeichnet.

Unter einer „gemeinsamen Eduktflüssigkeitszufuhr" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jede Art der Zufuhr zu verstehen, in welcher zumindest eine Eduktfiüssigkeit mindestens zwei räumlich miteinander verbundenen Reaktionsräumen zugeführt wird, und zwar so, dass zumindest zwei Reaktionsräume der zumindest einen Eduktfiüssigkeit gleichzeitig und gemeinsam ausgesetzt sind. Der Reaktionsraum ist in diesem Fall bevorzugt ein Gas-Flüssig-Fest-Reaktor. Die gemeinsame Eduktflüssigkeitszufuhr liegt bevorzugt zusätzlich neben der oben offenbarten gemeinsamen Eduktzufuhr vor. Eine Eduktflüssigkeitszufuhr wird bevorzugt bei Mehrphasen-Reaktionen eingesetzt.

Eine „Verbindung", Zufuhr, Verbindungsleitung, Zuleitung oder Ableitung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jedes Mittel, welches eine fluidische Kommunikation zwischen zwei Punkten innerhalb der Vorrichtung erlaubt, und die nach außen (außerhalb der Vorrichtung) bezüglich des Austausches von Stoffen abgeschlossen ist. Bevorzugt ist die Verbindung dabei fluiddicht, weiter bevor- zugt fluiddicht auch bei hohen Drucken. Weiter bevorzugt erfolgt die Verbindung über die unten beschriebenen Kanäle, Rohre oder Kapillaren.

Der Begriff „Kanal" im Sinne der vorliegenden Erfindung beschreibt eine durch einen Körper, bevorzugt einen massiven Körper beliebiger Geometrie, bevorzugt einen Rundkörper, einen Quader, eine Scheibe oder eine Platte, hindurchlaufende Verbindung zweier an der Körperoberfläche vorliegender Öffnungen, die insbesondere den Durchtritt eines Fluids durch den Körper erlaubt.

Ein „Rohr" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Kanal, bei welchem ein durchgehender Hohlraum gebildet wird, und die Geometrie der Außenseite des Rohres im Wesentlichen der den Hohlraum definierenden Geometrie der Innenseite folgt.

Eine „Kapillare" kann im Wesentlichen als ein Spezialfall eines Rohres ange- sehen werden, mit dem Unterschied, dass in einer Kapillare - gemäß der oben bezüglich „Restriktoren" gegebenen Vorgaben - bestimmte Dimensionen erfüllt sein müssen. Eine Kapillare im Sinne der vorliegenden Erfindung kann bevorzugt gleichzeitig als „Verbindung" und/oder als „Restriktor" fungieren.

Kanal, Rohr oder Kapillare können vorliegend jede beliebige Geometrie aufweisen. Bezüglich des von Kanal, Rohr oder Kapillare im Inneren gebildeten Hohlraums kann eine über die Länge von Kanal, Rohr oder Kapillare veränderliche Querschnittsfläche oder vorzugsweise eine konstante Querschnittsfläche vorliegen.

Der Innenquerschnitt kann beispielsweise einen ovalen, runden oder polygonalen Umriss mit geraden oder gebogenen Verbindungen zwischen den Eckpunkten des Polygons aufweisen. Bevorzugt sind ein runder oder ein gleichseitiger polygonaler Querschnitt.

Unter einem „Haltegas" (holding gas) im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jedes Gas zu verstehen, mit welchem die Ausgangsseiten von zumindest zwei Reaktionsräumen über eine gemeinsame Haltegaszufuhr beaufschlagt werden können, so dass der Druck im Reaktionsraum gegenüber dem Druck ohne Haltegas erhöht ist.

Als Haltegas kann jedes Gas oder jede Gasmischung eingesetzt werden, das oder die mit den aus dem Reaktionsraum fließenden Produkten sowie den Materialien der Vorrichtung, mit denen es in Berührung kommt, nicht reagiert, oder nur so reagiert, dass die zu untersuchende Reaktion nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Bevorzugt wird als Haltegas ein inertes Gas oder eine inerte Gasmischung eingesetzt. Besonders bevorzugt sind Stickstoff, sowie die Edelgase des Periodensystems der chemischen Elemente, sowie sämtliche Mischungen hiervon.

Der Zweck des Haltegases ist es, Volumenschwankungen in den einzelnen Reak- tionsräumen beim Vorliegen zumindest einer nicht volumenkonstanten Reaktion in zumindest einem der Reaktionsräume zu vermeiden oder zumindest zu minimieren. Ohne Beaufschlagung mit einem Haltegas können Volumenschwankungen auf den reaktionsraumausgangsseitigen Teil der Vorrichtung „durchschlagen". Unter einer gemeinsamen „Haltegaszufuhr" ist zu verstehen, dass jeder der zumindest zwei räumlich voneinander getrennten Reaktionsräume mit derselben Haltegaszufuhr verbunden ist. Es ist darüber hinaus auch denkbar, mehr als eine Haltegaszufuhr zu verwenden, unter der Maßgabe, dass die Reaktionsräume und die Haltegaszufuhren bevorzugt miteinander in stofflicher Verbindung stehen.

Unter einem „Regelfluid"' im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jedes Gas oder jede Flüssigkeit, oder jede Mischung hiervon, zu verstehen, mit welchem/welcher die Produktflüsse aus zumindest zwei Reaktionsräumen über eine gemeinsame Regelfluidzufuhr beaufschlagt werden können.

Als Regelfluid kann jedes Fluid oder jede Fluidmischung eingesetzt werden, das oder die mit den aus dem Reaktionsraum fließenden Produkten sowie den Materialien der Vorrichtung, mit denen es in Berührung kommt, nicht reagiert, oder nur so reagiert, dass die zu untersuchende Reaktion nicht wesentlich beeinträchtigt wird.

Das Regelfluid kann dabei entweder flüssig oder gasförmig sein. Handelt es sich bei den Reaktionen im Reaktionsraum um Gasphasenreaktionen, so ist als Regelfluid ein Regelgas bevorzugt. Wird im Reaktionsraum eine Flüssigphasen- reaktion durchgeführt, so wird entsprechend eine Regelflüssigkeit bevorzugt.

Ist das Regelfluid ein Gas, so gilt die oben angegebene Offenbarung bezüglich des Haltegases entsprechend. Als inerte Flüssigkeiten werden Wasser und Lösungs- mittel sowie auch höherviskose oder nicht-Newtonsche Flüssigkeiten wie beispielsweise inerte Öle bevorzugt. Überkritische Gase werden für die Zwecke der vorliegenden Erfindung auch als Flüssigkeiten angesehen.

Im Gegensatz zur Haltegaszufuhr, welche es zur Aufgabe hat, mögliche VoIu- menschwankungen in den einzelnen Reaktionsräumen auszugleichen, ist es die

Aufgabe der Regelfluidzufuhr, die Fluidflüsse durch die einzelnen Reaktions- räume gemeinsam und gleichzeitig auf einen vorgegebenen gleichen Wert einzuregeln (Reaktionsraumsflussregelung), und zwar ohne dabei den Druck in den Reaktionsräumen zu verändern.

Dies wird bevorzugt dadurch erreicht, dass in einem Massendurchflussregler der Regelfluidzufuhr ein vorbestimmter gesamter Regelfluidfluss (F^R _ges) eingestellt wird. Dadurch, dass sich bei der Regelfluidzufuhr zwischen dem Massendurchflussregler und der Pluralität von räumlich voneinander getrennten Verbindungen zu den einzelnen Reaktionsräumen jeweils bevorzugt ein Restriktor befindet, und die Restriktoren alle den gleichen oder ähnliche Strömungswiderstand/widerstände aufweisen, wird das gesamte Regelfluid in gleichen Flüssen auf die einzelnen Reaktionsräume aufgeteilt.

Wird beispielsweise im Massendurchflussregler der Regelfluidzufuhr ein Fluss von 1,5 l/h eingestellt, und verzweigt sich die Regelfluidzufuhr nach dem Massendurchflussregler in drei separate Verbindungen (mit jeweils einem Restriktor), die zu drei räumlich voneinander getrennten Reaktionsräumen führen, so ergibt sich nach jedem Restriktor ein Fluss von ca. 0,5 l/h.

Bezüglich der so mit Hilfe eines Massendurchflussreglers, bevorzugt mit Hilfe eines thermischen Massendurchflussreglers, eingestellten Flüsse besteht im Prinzip keine Beschränkung. Bevorzugt wird der Fluss des Regelfluids so eingestellt, dass Edukt von der Eduktzufuhr durch die Reaktionsräume, oder Teilmengen hiervon, fließen kann. Weiter ist es bevorzugt, dass der Fluss zumindest eines Regelfluids 0,001 % bis 99,9 % des Flusses zumindest eines Eduktfluids beträgt, weiter bevorzugt 95 % bis 0,01 % desselben, weiter bevorzugt 90 % bis 0,1 %. Beträgt das Volumen der Reaktionsräume 0,1 bis 50 ml, so sind ist im Sinne der vorliegenden Erfindung Regelfluidflüsse von 0,5 bis 10 l/h bevorzugt.

Da diese Flüsse bereits sozusagen von der Regelfluidzufuhr „bereitgestellt" werden, vermindert sich der von der Eduktzufuhr bereitzustellende Fluss, und damit der Fluss durch die Reaktionsräume, um jeweils um diesen Betrag. Wird in der oben beschriebenen „Anlaufphase" ein konstanter Regelfluidfluss eingestellt, so kann durch Erhöhen oder Erniedrigen dieses Regelfluidflusses der Fluss an Edukt durch den Reaktor jeweils erniedrigt oder erhöht werden, ohne dass hiervon der Druck in den Reaktionsräumen signifikant oder überhaupt beeinträchtigt würde.

Dementsprechend kann durch Erhöhen (Erniedrigen) des Regelgasflusses aus der Regelfluidzufuhr der Eduktfluss bei einer Gasphasenreaktion erniedrigt (erhöht) werden, und es kann durch Erhöhen (Erniedrigen) des Regelflüssigkeitsflusses aus der Regelfluidzufuhr der Eduktfluss bei einer Flüssigphasenreaktion erniedrigt (erhöht) werden.

Insgesamt ist es in dieser Ausführungsförrn also möglich, auf eine einfache Art und Weise, und insbesondere mit einem einzigen Massendurchflussregler, die durch alle Reaktionsräume fließende Fluidmenge auch während des Ablaufens der parallelen Reaktionen zu regulieren, und zwar ohne dadurch den in den Reaktionsräumen herrschenden Druck signifikant zu beeinflussen.

Ein „Durchflussmesser" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jedes Bauteil, welches den Fluidfluss, beispielsweise den gesamten Gasfluss eines Haltegases messen kann. Solche Bauteile sind dem Fachmann auch als ,flow indicator" (,,FF) bekannt. Durchflussmesser, die auf einem thermischen Verfahren beruhen, sind dabei bevorzugt.

Ein „Druckregler" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jedes Bauteil, welches den Druck eines Fluids messen und, nach Vergleich mit einem vorgegebenen Soll- oder Schwellenwert, gegebenenfalls einregeln kann. Solche Bauteile sind dem Fachmann auch als „pressure indicator control" („P/C") bekannt. Unter einem ,M^ssendurchfluss-Reglerⁱⁱ (mass flow Controller) im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jeder Mess- und Regelkreis zu verstehen, mit Hilfe dessen der Fluss eines Fluids gemessen und, gegebenenfalls nach Vergleich mit einem Sollwert, variabel eingestellt werden kann. Ein Massendurchfluss-Regler kann als ein aktiver Restriktor im oben beschriebenen Sinn angesehen werden. Ein Massendurchfluss-Regler ist dem Fachmann auch als „F/C" (flow indicator control) bekannt. Massendurchfluss-Regler im Sinne der vorliegenden Erfindung können sowohl für Flüssigkeiten als auch für Gase eingesetzt werden. Bevorzugt werden solche Massendurchfluss-Regler eingesetzt, die auf einem thermischen Messprinzip beruhen.

In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Entnahme von Multikomponenten-Gemischen aus Hochdruckreaktoren beziehungsweise aus Hochdruck-Systemen verwendet, in denen Stoffgemische prozessiert werden, die zum überwiegenden Teil in flüssiger Phase vorliegen. Im Sinne der vorliegenden Schrift bezieht sich der Begriff Flüssigphasen-Gemische auf Fluide, die überwiegend in flüssiger Phase vorliegen. Dabei ist es nicht ausgeschlossen, dass im Flüssigphasen-Gemisch auch ein gewisser Anteil an dispergiertem Festsoff - wie beispielsweise Polymerisationskatalysatoren - enthalten sein kann. Die Apparaturen in denen die Flüssigphasen-Gemische prozessiert werden, werden als Apparaturen für Flüssigphasen-Systeme bezeichnet.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Begriff Abscheider" auf eine Vorrichtung, in welcher die flüssigen und gasförmige Komponenten oder zwei flüssige Komponenten des Produktfluids aus einem Reaktionsraum zumindest teilweise aufgetrennt werden. Es ist — insbesondere auf der

Niederdruckseite - möglich, dass einige leicht flüchtige Komponenten in der flüssigen Phase verweilen beziehungsweise auch, dass einige Komponenten mittlerer Flüchtigkeit in die jeweilige Gasphase übertreten. Mittels des bevorzugten Verfahrenschrittes des Strippens (welches durch Einleiten von Inert- /Stripgas in die im Abscheider befindliche flüssige Phase erfolgt) können flüchtige Komponenten nahezu vollständig aus der flüssigen Phase in die Gasphase überführt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren werden bevorzugt in Verbindung mit Testständen im Laborbereich eingesetzt, vorzugsweise zum Testen von Katalysatoren.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Ver- fahrens kann die Durchführung von katalytischen Testexperimenten in verbesserter Weise bevorzugt parallel durchgeführt werden. Die in den Reaktoren vorzugsweise parallel durchgeführten Reaktionen können dabei gleich oder verschieden sein.

Vorzugsweise können Reaktionen und Analysen unter kontinuierlichen Versuchsbedingungen vorgenommen werden, wodurch Schwankungen, die üblicherweise in Verbindung mit diskontinuierlicher Betriebsweise auftreten können, vermieden oder minimiert werden. Die Qualität der Analysedaten wird somit verbessert. Darüber hinaus können auch kinetische Studien mit einem höheren Auflösungsgrad durchgeführt werden, da kontinuierlich Produktströme zur Analyse zur Verfügung stehen. Hierbei ist es vorteilhaft, dass der Austrag an Produktfluid von den Zykluszeiten möglicher Analysengeräte entkoppelt ist. Darüber hinaus lassen sich auch technische Vereinfachungen erzielen, da auf einen aufwendigen Regelmechanismus zur Entleerung des Abscheiders, wie dies bei der Verwendung eines diskontinuierlichen Testapparatur notwendig ist, verzichtet werden kann.

Hieraus ergibt sich auch die bevorzugte Anwendung der Erfindung auf den Gebieten der Hochdurchsatz-Forschung und der kombinatorischen Chemie. Be- sonders bevorzugt kann die Erfindung bei der Untersuchung von Prozessen angewandt werden, bei denen flüssige und gasförmige Produktfluide gemeinsam an- fallen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Vorrichtung und das Verfahren zur kontinuierlichen Testung in Verbindung mit Apparaturen zur Testung von Feststoff-Katalysatoren eingesetzt, die mit einem Fluidstrom, insbesondere mit einem Gemisch von Fluiden (Mehrkomponenten-Gemisch), kon- taktiert werden.

Bevorzugt weist die Apparatur zur Testung von Feststoff-Katalysatoren ein Katalysator-Fassungsvermögen (in den Reaktionsräumen) auf, das im Bereich von 0,1 bis 500 ml liegt.

Das Verhältnis vom Innenvolumen des Hochdruckabscheiders zum Volumen des eingesetzten Katalysators liegt bevorzugt in einem Bereich von 10 : 1 bis 100 : 1, wobei ein Verhältnis in einem Bereich von 20 : 1 bis 50 : 1 bevorzugt ist.

Das Innenvolumen der Rektifikationskolonne - sofern die Apparatur mit Rektifikationskolonne ausgestattet ist - liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 600 ml, wobei ein Bereich von 0,5 bis 300 ml bevorzugt ist. Die Dimensionierung des Innenvolumens der Rektifikationskolonne wird vorzugsweise anhand des Bereichs der LHSV bestimmt, mit welcher die Anlage betrieben wird.

Auf der Niederdruckseite wird das über die Verbindung (84) geleitete Pro- duktfluid bevorzugt in Sammelbehältern gesammelt. Dabei ist es in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens möglich, dass die Menge an erhaltenem Produktfluid gravimetrisch bestimmt wird.

Bevorzugt wird das Produktfluid auf der Niederdruckseite auch einer qualitativen Analyse unterworfen. Anhand der Analyseergebnisse lassen sich wesentliche Informationen gewinnen, die dazu dienen, die Effektivität von Katalysatormaterialien oder Eigenschaften von Einsatzfluiden zu bestimmen sowie unterschiedliche Prozessbedingungen zu vergleichen. Die Hochdruckseite der Vorrichtung und die Niederdruckseite der Vorrichtung können getrennt voneinander wahlweise beheizt oder gekühlt werden. Hierzu sind entsprechende, dem Fachmann bekannte Heiz- und/oder Kühlmittel einzusetzen.

In Bezug auf die Auslegung der Vorrichtung für ein Mehrfach-Reaktorsystem ist es unter anderem auch von Bedeutung, dass die Dimensionierung der einzelnen Baueinheiten der Vorrichtung möglichst genau bekannt ist. Der Begriff der „Dimensionierung von Baueinheiten " bezieht sich hierbei beispielsweise auf die Länge oder den Durchmesser von Leitungen, das Innenvolumen und die Form von Abscheidern. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die innerhalb der Vorrichtung verwendeten (parallelen) Baueinheiten jeweils gleiche oder ähnliche Dimension(en) auf. Insbesondere bei Vorrichtungen, bei denen nur geringe Mengen an Produktfluiden zu handhaben sind, ist unter anderem auch die Anpassung der einzelnen Systemkomponenten von ent- scheidender Bedeutung für die hohe Qualität der mittels der Vorrichtung erzielbaren Performance.

Die Verweilzeiten des Fluids im Abscheider sollten vorzugsweise das 2- bis 100- fache der Verweilzeiten des Fluids im Reaktor betragen. Höhere Verweilzeiten sind allerdings keinesfalls ausgeschlossen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in unterschiedlichen Ausgestaltungsformen wahlweise mit oder ohne Rektifikationskolonnen (80') und Gasmischern (95) zur Produktaufarbeitung ausgestattet sein. Bei einer Nutzung der erfindungs- gemäßen Apparatur in Verbindung mit Hydroentschwefelung („Hydrodesulphuri- sation") kann vorzugsweise auf die Nachschaltung von Rektifikationskolonnen (δθ')verzichtet werden (siehe Figur 1), da an leicht flüchtigen Produktfluiden hauptsächlich H₂S entsteht, welches bereits zum überwiegenden Teil auf der Hochdruckseite über die Ausgangsleitung (82) für Gase abgezogen werden kann. Davon abgesehen ist es in derartigen Anlagen oftmals ausreichend, die Wiederfindungsrate anhand der Analyse des flüssigen Produktfluids zu überprüfen. Bezüglich der ,£toffwiederfindung" wird auf den diesbezüglichen Offenbarungsgehalt der DE 10 2006 034 172 verwiesen.

Bei der Nutzung von Apparaturen in Verbindung mit Gastrennung auf der Niederdruckseite mittels Rektifikation sowie der Gasvereinigung der Gase von der Hochdruck- und der Niederdruckseite über Gasmischer (wie beispielsweise in den Figuren 2 und 3 dargestellt) sind die Bauteile in ihren Dimensionen an die apparativen Gegebenheiten und die Anlagenbetriebsweise anzupassen. Hierbei relevante Parameter sind beispielsweise die Bodenzahl der Rektifikationskolonne und die Mindestgröße des Gasmischers.

Es ist bevorzugt, die erfϊndungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit Gas-zu-Flüssig-Prozessen, Flüssig-zu-Flüssig- Prozessen (z.B. Entschwefelung, Denitrogenierung) und Flüssig-zu-Gas-Prozes- sen (z.B. „Hydrocracking oder Cracking") zu nutzen. Bei Fischer-Tropsch-Reak- tionen werden gasförmige Eduktfluide in die Reaktionsräume eingeführt, wobei jedoch flüssige und gasförmige Produktfiuide gebildet werden, die mittels der vorliegenden Apparatur untersucht werden können.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren mittels einer Prozesskontrolleinheit zumindest teilweise automatisiert durchgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform können Sequenzen der einzelnen Prozess-Schritte auch wiederholt werden. Bei Versuchsapparaturen, die eine Vielzahl von Reaktionssystemen aufweisen, können die Reaktionssysteme sequentiell, teilweise parallel beziehungsweise parallel mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung angesteuert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden Reinigungsschritte in den

Verfahrensablauf integriert. Reinigungsschritte bestehen vorzugsweise daraus, dass beispielsweise Lösungsmittel oder Spülgas durch Teile der Vorrichtung gespült werden oder dass Teile der Vorrichtung evakuiert werden, um mögliche Verunreinigungen zu entfernen.

Durch die Vorgabe von Prozessbedingungen (wie beispielsweise Druck, Tempe- ratur) und/oder durch Anpassen von apparativen Elementen (wie beispielsweise Widerstandswert von Restriktorelementen) lassen sich vorzugsweise sowohl auf der Hochdruckseite als auch auf der Niederdruckseite die relativen Mengen an gasförmigen Komponenten und an flüssigen Komponenten im Produktfluid beeinflussen beziehungsweise steuern.

Bezugszeichenliste:

10 - Versorgungseinheit für Edukt

11 - Druckregler für Edukt 12 - gemeinsame Eduktzufuhr

15 - reaktionsraumeingangsseitige Restriktoren

20' - Reaktionsraum

21 - im Reaktionsraum befindliche Substanz, vorzugsweise Katalysator 25' - Restriktoren zur Ausgangsverbindung (82)

27 - Verbindung (Reaktionsraum - Restriktor - Multiportventil)

30 - Multiportventil

40 - Verbindungsleitung zur Analyseeinheit

41 - Durchflussmesser 45 - Ableitung

50 - Versorgungsleitung für Haltegas/Haltegaszufuhr

51 - Druckregler für Haltegas

53' - Verbindung (Haltegaszufuhr - Reaktionsgas-Ableitung)

54 - Knoten/Mischpunkt 56 - Flusssensor

57 - Drucksensor

60 - Versorgungseinheit für Regelfluid

61 - Massendurchfluss-Regler für Regelfluid 65 - Restriktoren für Regelfluidzufuhr 70 - Versorgungseinheit für Eduktflüssigkeit

71 - Massendurchfluss-Regler für Eduktflüssigkeit

72 - gemeinsame Eduktflüssigkeitszufuhr

73 - Restrikoren der Eduktflüssigkeitszufuhr 80 (Hochdruck-)Abscheider

80' Rektifikationskolonne

81 Verbindung Reaktionsraum-Abscheider

82 Ausgangsverbindung am Hochdruck- Abscheider für im Wesentlichen leicht(er) flüchtige Komponenten

83 Restriktor

83' Verbindung zum Aufnahmebereich/Analysenb« für schwerer flüchtige Fluide

84 Verbindung zu zumindest einem Niederdruckbereich oder Niederdruck- Abscheider (Ausgangsleitung des Hochdruck- Abscheiders; „Ableitung")

85 Ventil

87 (Stell-)Ventil

91 Massenflussregler

92 Restriktorelement / oder Ventil

93 Stripgas-/Inertgaszufuhr

94 Temperierte Einheit für Gasmischer

95 Gasmischer

96 Gaszuleitung (für Stripgas/Inertgas)

97 Gasableitung (für Stripgas/Inertgas)

200, 300, ... - Drucküberwachung

201 optische Überwachung (bzw. Messwertnehmer)

202 PID-Regler

204 Ventil zu Dosierung des Kühlfluids

205 Kühlstrecke für Kapillare

206 zufuhr für Kühlmedium

210 Rückschlageinrichtung zum Entkoppeln der Reaktoren

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Überfuhren und/oder zur Analyse von Multikomponenten-Gemischen, umfassend zumindest die folgenden Komponenten:

(a) zumindest zwei parallele Reaktionsräume (20');

(b) pro Reaktionsraum (20') zumindest eine reaktionsraumausgangs- seitige Verbindung (81) zu zumindest einem Hochdruck- Abscheider (80);

(c) pro Reaktionsraum (20') zumindest einen Hochdruck-Abscheider (80);

(d) pro Hochdruck-Abscheider (80) zumindest eine Verbindung (84) zu zumindest einem Niederdruckbereich oder zu zumindest einem Niederdruck-Abscheider;

(e) pro Hochdruck-Abscheider (80) zumindest eine Ausgangsverbindung (82) für im Wesentlichen gasförmige Verbindungen, die zu einer Analyseneinheit (40) führt;

(f) im reaktionsraumausgangsseitigen Hochdruckbereich, d.h. entweder zwischen Ausgang des Reaktionsraumes (20') und Hochdruck- Abscheider (80) oder am Hochdruck-Abscheider, jeweils pro Einheit „Reaktionsraum-Hochdruck-Abscheider", eine Verbindung zu einem (Druck-)Haltegas (50) sowie optional eine Verbindung zu einem (Druck-)Regelfluid (60),

dadurch gekennzeichnet, dass jede Verbindung (84) zu zumindest einem

Niederdruckbereich oder Niederdruck-Abscheider jeweils zumindest einen Restriktor (83) enthält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass pro Abscheider (80) jede Verbindung (84) zu einer vorzugsweise mit Gaszuleitung (96) und Gasableitung (97) versehenen Rektifikationskolonne (80') führt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest eine Verbindung (83') von der Rektifikationskolonne (80') zu zumindest einem Aufnahmebereich und/oder Analysenbereich für wenig(er) flüchtige Fluide aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese pro Reaktionsraum (20') eine von jeder niederdruckseitigen Rektifikationskolonne (80') abgehende Gasleitung (97) umfasst, welche mit jeweils einer zugehörigen hochdruckseitigen Gasausgangsleitung (27) und jeweils einem Gasmischer (95) in Wirkverbindung steht, wobei die Ausgangsleitung des Gasmischers vorzugsweise zu einer Analyseneinheit (40) führt.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Haltegaszufuhr (50) pro Reaktionseinheit bestehend aus jeweils einem Reaktionsraum (20') und der reaktionsraumausgangsseitig angebrachten Haltegaszufuhr jeweils über eine eigene Druckmesseinrichtung (200, 300, ...) verfugt.

6. Verfahren zum Überführen von Produktfluiden aus dem Hochdruckbereich von zumindest zwei parallelen Reaktionsräumen (20), welches zumindest folgende Schritte umfasst:

(i) Abscheiden von zumindest einer Mulikomponenten-Mischung, die aus zumindest zwei parallelen Reaktionsräumen (20') austritt, in jeweils einen diesen zugeordneten Hochdruck-Abscheider (80), welcher in Wirkverbindung (84) mit einem Niederdruckbereich steht; (ii) Überführen von leicht(er) flüchtigen, im Wesentlichen gasförmigen Komponenten eines Produktfluids über eine Ausgangsleitung (82) für gasförmige Verbindungen des jeweiligen Hochdruckbereichs des Hochdruck-Abscheiders (80) zu einer Analyseneinheit (40); (iii) Überführen von wenig(er) flüchtigen Komponenten eines

Produktfluids aus dem Hochdruck-Abscheider (80) über eine am Hochdruck-Abscheider befindliche bodenseitige, mit Restriktor (83) versehene Ausgangsleitung zu einem Niederdruckbereich (84).

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (iii) so durchgeführt wird, dass sich während des Überführens von Produktfluid ein Zustand einstellt, bei welchem an einem Drucksensor, bevorzugt an einem Drucksensor für die Haltegaszufuhr (50) eine zyklische und/oder oszillatorische Druckänderung messbar ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das über die Verbindung (84) bodenseitig aus dem Hochdruck-Abscheider ausgeschleuste Produktfluid über eine Rektifikationskolonne (80') geleitet und vorzugsweise mit Stripgas/Inertgas überspült wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Rektifikationskolonne (80') austretende Stripgas mit dem jeweiligen aus der Abgasleitung (82, 27) der Hochdruckseite ausgeführten Gas zusammengeführt und durchmischt wird, vorzugsweise in einem Gasmischer (95).

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das im Gasmischer (95) vereinigte Gas zu einer Analyseneinheit (40) überführt wird.

11. verfahren nach einem der Ansprüche 6-10, dadurch gekennzeichnet, dass das Überfuhren in Schritt (iii) kontinuierlich beziehungsweise weitgehend kontinuierlich erfolgt.

12. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5 oder des Verfahrens nach einem der Ansprüche 6-11 zur Entschwefelung, Denitrogenierung oder zum Hydroprozessieren oder zur Untersuchung von Gas-zu-Flüssig-Konvertierungen.