EP2313187A1 - Vertical cylindrical reactor with thin catalyst bed - Google Patents

Vertical cylindrical reactor with thin catalyst bed

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EP2313187A1
EP2313187A1 EP09777784A EP09777784A EP2313187A1 EP 2313187 A1 EP2313187 A1 EP 2313187A1 EP 09777784 A EP09777784 A EP 09777784A EP 09777784 A EP09777784 A EP 09777784A EP 2313187 A1 EP2313187 A1 EP 2313187A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
catalyst bed
reactor
catalyst
gas
receiving
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09777784A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dennis Lippmann
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ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
Uhde GmbH
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Filing date
Publication date
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Priority claimed from DE102008037215A external-priority patent/DE102008037215A1/en
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Publication of EP2313187A1 publication Critical patent/EP2313187A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • 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
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    • B01J8/0221—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 the fluid flow within the bed being predominantly horizontal in a cylindrical shaped bed
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    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00743—Feeding or discharging of solids
    • B01J2208/00761—Discharging

Definitions

  • the invention relates to a vertical cylindrical reactor having a thin layer of a catalyst bed, which is traversed horizontally by gas and is referred to below as a thin-film reactor.
  • the inventive design of the reactor is characterized in that the vertically arranged device for receiving the catalyst bed has two plane-parallel arranged gas-permeable limiting walls, the vertically arranged in the reaction chamber device for receiving the catalyst bed has a height-to-thickness ratio greater than 1 in that the catalyst bed has a height-to-thickness ratio greater than 1, wherein the catalyst bed is arranged along its vertical dimension along the vertical axis of the reactor, and gas entry and exit into the catalyst bed are transverse to the reactor axis while the gas inlet and outlet of the reactor are at the same height lie of the cylindrical pressure jacket.
  • the document CA 1248327A1 describes a horizontally oriented reactor for the production of ammonia. Disadvantage of this construction in addition to the high space requirement is that the holder of the catalyst bed must absorb the entire weight of the catalyst in order to allow gas leakage on the bottom. Furthermore, to change the catalyst, the entire installation must be pulled horizontally out of the reactor.
  • the US 2112335 claims a cylindrical horizontally arranged reactor, which thus requires a large installation area.
  • the use of plane-parallel gas passage surfaces is completely avoided in order to make the flow due to obstructions by liquid impurities, which migrate down in the catalyst bed to comparative.
  • the direction of flow is axially along the axis of the reactor, which leads to the aforementioned disadvantage of the high pressure drop as in vertical angeodneten axial reactors.
  • a reduction in the pressure loss can only take place via an increase in the reactor diameter, which is very cost-intensive.
  • the object of the invention is to avoid the disadvantages of the specifically high pressure loss of an axially flown reactor and to design a reactor so that the equipment of the interior is simplified compared to a radial reactor and reduced to a minimum, whereby high manufacturing costs and investment costs are saved. This is to be done in a manner which provides easy handling when filling and emptying the catalyst bed, but also relieves the device for receiving the catalyst material so that high loads on the material can be avoided.
  • the object of the invention is to disclose the method for operating such a reactor.
  • an axial thin-film reactor for carrying out catalytic reactions in the gas phase, comprising a cylindrical pressure jacket, a device for the inlet of a gaseous reactant stream, a device for discharging a gaseous product stream, and a vertically arranged in the reaction chamber for receiving device a catalyst bed.
  • the vertically arranged device for receiving the catalyst bed which is separated at the sides and at the ends opposite the reactor wall, so that there are two separate spaces for the gaseous reactant stream and the gaseous product stream, which are sealed from each other.
  • the vertically arranged device for receiving the catalyst bed has two plane-parallel arranged gas-permeable limiting walls and is designed so that the vertically arranged device for receiving the catalyst bed has a height-to-thickness ratio greater than 1 and also the catalyst material itself Height-to-thickness ratio of greater than 1, wherein the catalyst bed is arranged over the height dimension along the vertical axis of the reactor and gas inlet and gas outlet are arranged in the catalyst bed transversely to the reactor axis, while gas inlet and outlet of the reactor at the same height of the cylindrical pressure jacket lie.
  • the longitudinal axis of the cylindrical reactor is meant by reactor axis.
  • Gas inlet space and gas outlet space the gas velocity and thus also the static pressure over the height of the catalyst bed remain in the same ratio.
  • the driving pressure gradient across the height of the catalyst bed remains constant, whereby a uniform flow through the catalyst is achieved.
  • baffles are dispensed with. This leads to a reduction in the construction costs or improved interior utilization and thus a specifically favorable reactor.
  • the weight of the catalyst material does not have to be fully carried by the catalyst holding device, thereby minimizing high stresses on the material of the catalyst holding device.
  • the vertical design of the axial thin-film reactor according to the invention also allows a structurally simple derivation of the weight forces of the catalyst on the jacket in the frame opposite horizontally arranged reactors, which are supported only at the end points.
  • the inventive axial thin-film reactor can be designed so that the device for receiving the catalyst bed is composed of a plurality of vertically arranged devices for receiving catalyst beds.
  • the device for receiving the catalyst bed is equipped with a Nachloisvolumen to compensate for a shrinkage of the catalyst during operation, in the reduction or in the activation without a gas bypass at the top of the catalyst bed arises.
  • this Nachloisvolumen is not separated against the upper gas inlet space or gas outlet space so that the Nachloisvolumen partly flows through in the vertical direction and thus can also be used to carry out the reaction.
  • the axial thin film reactor is equipped with a manhole for filling the catalyst bed and / or a device for emptying the catalyst bed.
  • the method for carrying out catalytic reactions of a corresponding axial thin-film reactor is characterized in that the vertically arranged catalyst bed is flowed through mainly horizontally with gaseous reactant stream.
  • the Nachrisonvolumen can be flowed through in the upper part of the catalyst bed, if the catalyst bed is kept open and up to the gas inlet space or gas outlet space.
  • the Nachrisonvolumen in the upper part of the catalyst bed is not flowed through, which is prevented by a device for sealing the gas inlet space and gas outlet space out.
  • Thin-film reactor with a vertically arranged device for receiving a catalyst bed, wherein the gas inlet and the gas outlet at the upper end are at the same height of the cylindrical pressure jacket.
  • 2 shows a cross section through an axial according to the invention
  • FIG. 3 A longitudinal section through the upper part of an axial thin-film reactor according to the invention with a vertically arranged device for receiving a catalyst bed, wherein the gas inlet and the gas outlet at the upper end are at the same height of the cylindrical pressure jacket and is equipped with a non-perfused Nachloisvolumen
  • 4 shows a longitudinal section through the upper part of an axial thin-film reactor according to the invention with a vertically arranged device for receiving a catalyst bed, in which the gas inlet and the gas outlet at the upper end are at the same height of the cylindrical pressure jacket and which is equipped with a flow-through Nachloisvolumen.
  • Fig. 1 shows a reactor with a cylindrical pressure jacket 1, with an opening 6 at the upper end of the pressure jacket for the inlet of the reactant stream and a further opening 3 to the outlet of the product stream, which is also at the upper end of the pressure jacket at the same height to Inlet of the reactant stream is located.
  • a device for receiving a catalyst 5 which is exemplified by a perforated plate and the
  • Catalyst bed delimits the gas inlet space or gas outlet space.
  • this device which no longer flows through, for receiving the catalyst material, it is optionally possible to fill in inert material 9 in order to save catalyst.
  • the weight of the catalyst material is introduced directly into the cylindrical pressure jacket 1.
  • the respective reactor optionally has at the upper end a manhole 2 for the commissioning and erection of the internals and for filling the catalyst material if this access through the gas inlet nozzle is not sufficient. After introduction of the catalyst material, the catalyst bed 7 forms.
  • the introduced educt gas flows into the educt space 4 in the interior of the reactor and can pass through the openings in the perforated plate 5 into the catalyst bed and flow through it horizontally and on the opposite side of the catalyst bed through the perforated plate delimiting the catalyst bed there 5 flow into the product space 8 of the reactor interior.
  • the product stream can be passed out of the reactor via a device to the outlet 3.
  • Fig. 2 shows a cross section through the axial thin film reactor described in Fig. 1, wherein the reactant stream 4, the catalyst bed 7, which is embedded in a device for receiving the catalyst bed 5, flows through in the horizontal direction and is passed into the product space 8 ,
  • a further advantageous embodiment of the invention is shown. This differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that a slip-off volume 10 is provided at the upper end of the catalyst bed 7. This slip-off volume may be needed to avoid gas bypass when the catalyst material is shrinking during operation or activation of the catalyst.
  • the Nachrisonvolumen not flowed through by gas and takes part in the reaction of starting material in product only when it has slipped into the flow-through part of the catalyst bed 7.
  • Fig. 4 differs from Fig. 3 exclusively in that the Nachloisvolumen 10 is traversed by gas and is involved in the reaction of reactant conversion in product from the outset.
  • a plurality of openings may be provided for the inlet of the feed stream and for the outlet of the product stream, e.g. different gases are fed in separate feed lines to the reactor.
  • the low pressure loss of the thin axial layer can save operating costs.
  • the construction of the device for receiving the catalyst is less expensive than a radial bed
  • Catalyst is introduced directly or via inert material in the pressure jacket.

Abstract

An axial thin-film reactor for carrying out catalytic reactions in the gas phase, comprising a cylindrical pressure casing (1), a device for letting in a gaseous reactant stream (6), a device for letting out a gaseous product stream (3), a device for receiving a catalyst bed (5) arranged vertically in the reaction chamber and isolated from the reactor wall at the sides and at the ends so as to produce two separate chambers for the gaseous reactant stream and the gaseous product stream that are sealed with respect to one another and have two gas-permeable bounding walls arranged plane-parallel to one another.  The device (5) is designed in such a way that it has a height-to-thickness ratio greater than 1 and the catalyst bed (7) has a height-to-thickness ratio greater than 1, wherein the catalyst bed (7) is arranged over its height along the vertical reactor axis and the gas entry and gas exit into and from the catalyst bed take place transversely in relation to the reactor axis, while the gas inlet (6) and gas outlet (3) of the reactor lie at the same height of the cylindrical pressure casing.

Description

Vertikaler zylindrischer Reaktor mit dünnem Katalysatorbett Vertical cylindrical reactor with a thin catalyst bed
[0001] Die Erfindung betrifft einen vertikal aufgestellten zylindrischen Reaktor, der eine dünne Schicht eines Katalysatorbetts aufweist, welches horizontal von Gas durchströmt wird und im Folgenden als Dünnschichtreaktor bezeichnet wird. Insbesondere zeichnet sich die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Reaktors dadurch aus, dass die vertikal angeordnete Vorrichtung zur Aufnahme des Katalysatorbetts zwei planparallele zueinander angeordnete gasdurchlässige begrenzende Wände aufweist, die im Reaktionsraum vertikal angeordnete Vorrichtung zur Aufnahme des Katalysatorbetts ein Höhen-zu-Dicken-Verhältnis größer 1 aufweist, das Katalysatorbett ein Höhen-zu-Dicken-Verhältnis größer 1 aufweist, wobei das Katalysatorbett über dessen Höhenmaß entlang der vertikalen Reaktorachse angeordnet ist, und dass Gaseintritt und Gasaustritt in das Katalysatorbett quer zur Reaktorachse erfolgen während Gaseintritt und Gasaustritt des Reaktors auf der gleichen Höhe des zylindrischen Druckmantels liegen.The invention relates to a vertical cylindrical reactor having a thin layer of a catalyst bed, which is traversed horizontally by gas and is referred to below as a thin-film reactor. In particular, the inventive design of the reactor is characterized in that the vertically arranged device for receiving the catalyst bed has two plane-parallel arranged gas-permeable limiting walls, the vertically arranged in the reaction chamber device for receiving the catalyst bed has a height-to-thickness ratio greater than 1 in that the catalyst bed has a height-to-thickness ratio greater than 1, wherein the catalyst bed is arranged along its vertical dimension along the vertical axis of the reactor, and gas entry and exit into the catalyst bed are transverse to the reactor axis while the gas inlet and outlet of the reactor are at the same height lie of the cylindrical pressure jacket.
[0002] Mögliche Anwendungsgebiete eines solchen Reaktors zur Durchführung katalytischer Reaktionen in der Gasphase sind beispielsweise die CO-Konvertierung oder Methanisierung bei der Herstellung von Synthesegas.Possible fields of application of such a reactor for carrying out catalytic reactions in the gas phase, for example, the CO conversion or methanation in the production of synthesis gas.
[0003] Bei den Reaktoren üblicher Bauart werden heterogen katalytische Reaktionen in axialen Katalysatorbetten durchgeführt. Hierbei befindet sich ein Katalysatorbett mit einem Höhen- zu Durchmesserverhältnis von typischerweise >1 in einem zylindrischen Reaktor und wird in der Regel von oben nach unten in vertikaler Richtung in Richtung der Reaktorachse durchströmt. Diese Art der Reaktorausgestaltung zeichnet sich durch eine einfache Bauweise aus, da die Zahl der Einbauten auf ein Minimum reduziert werden kann.In the reactors conventional design heterogeneous catalytic reactions are carried out in axial catalyst beds. Here is a catalyst bed with a height to diameter ratio of typically> 1 in a cylindrical reactor and is usually flowed through from top to bottom in the vertical direction in the direction of the reactor axis. This type of reactor design is characterized by a simple design, since the number of internals can be reduced to a minimum.
[0004] Die Bauweise führt jedoch beim Durchströmen zu einem relativ hohen Druckverlust. Eine Verringerung der durchströmten Schichtdicke bzw. des Höhen- zu Durchmesserverhältnisses zur Reduzierung des Druckverlustes ist nur durch eine Vergrößerung des Reaktordurchmessers möglich, welche jedoch die Kosten für den Reaktor aufgrund der größeren erforderlichen Wandstärke ansteigen lässt.However, the design leads to a relatively high pressure drop when flowing through. A reduction in the flow-through layer thickness or the height to diameter ratio to reduce the pressure loss is only possible by increasing the reactor diameter, which, however, increases the cost of the reactor due to the larger required wall thickness.
[0005] Eine Optimierung des oben genannten Problems konnte dadurch erzielt werden, dass die Reaktoren mit Halbkugelböden ausgeführt werden und auch ein Teil des Volumens der Halbkugelböden mit Katalysator ausgefüllt wird. Allerdings müssen Reaktoren dieser Bauart nach wie vor einen großen Durchmesser aufweisen, um den Druckverlust beim Einsatz in industriellen Großanlagen möglichst minimal zu halten.An optimization of the above-mentioned problem could be achieved in that the reactors are performed with hemispherical bottoms and also a part of the volume of the hemisphere bottoms is filled with catalyst. However, you have to Reactors of this type still have a large diameter in order to keep the pressure loss when used in large industrial systems as minimal as possible.
[0006] Die Schrift CA 1248327A1 beschreibt einen horizontal ausgerichteten Reaktor zur Herstellung von Ammoniak. Nachteil dieser Konstruktion neben dem hohen Platzbedarf ist aber, dass die Halterung des Katalysatorbettes die gesamte Gewichtskraft des Katalysors aufnehmen muss, um einen Gasaustritt auf der Unterseite zu ermöglichen. Ferner muss für einen Wechsel des Katalysators der gesamte Einbau horizontal aus dem Reaktor gezogen werden.The document CA 1248327A1 describes a horizontally oriented reactor for the production of ammonia. Disadvantage of this construction in addition to the high space requirement is that the holder of the catalyst bed must absorb the entire weight of the catalyst in order to allow gas leakage on the bottom. Furthermore, to change the catalyst, the entire installation must be pulled horizontally out of the reactor.
[0007] Den geringsten Druckverlust erfahren nach dem Stand der Technik Reaktoren, deren Katalysatorbett in radialer Bauweise ausgeführt ist. Eine Beschreibung eines solchen Reaktors findet sich beispielsweise in der US 4181701. Ein großer Nachteil dieser Ausführungsform ist allerdings der hohe Fertigungs- und Installationsaufwand der notwendigen Einbauten.The lowest pressure loss experience according to the prior art reactors whose catalyst bed is designed in a radial design. A description of such a reactor can be found for example in US 4181701. A major disadvantage of this embodiment, however, is the high production and installation costs of the necessary internals.
[0008] Die Offenlegungsschrift DE 3026199 A1 A1 beschreibt einen Reaktor, dessen Katalysatormaterial in übereinanderliegenden Lagen angeordnet ist und vorwiegend radial durchströmt wird und damit neben einer besseren Ausnutzung des Katalysatorvolumens auch eine vereinfachte innere bauliche Gestaltung aufweistThe published patent application DE 3026199 A1 A1 describes a reactor whose catalyst material is arranged in superimposed layers and is predominantly flowed through radially and thus in addition to a better utilization of the catalyst volume also has a simplified internal structural design
[0009] Die US 2112335 beansprucht einen zylindrischen horizontal angeordneten Reaktor, der somit einer großen Aufstellungsfläche bedarf. Die Verwendung planparalleler Gasdurchtrittsflächen wird dabei komplett vermieden, um die Strömung aufgrund von Behinderungen durch flüssige Verunreinigungen, die im Katalysatorbett nach unten wandern, zu vergleichsmäßigen. Die Durchströmungsrichtung ist axial entlang der Reaktorachse, welches zu dem zuvor genannten Nachteil des hohen Druckverlustes wie bei vertikal angeodneten Axialreaktoren führt. Eine Verringerung des Druckverlustes kann nur über eine Vergrößerung des Reaktordurchmessers erfolgen, welche sehr kostenintensiv ist.The US 2112335 claims a cylindrical horizontally arranged reactor, which thus requires a large installation area. The use of plane-parallel gas passage surfaces is completely avoided in order to make the flow due to obstructions by liquid impurities, which migrate down in the catalyst bed to comparative. The direction of flow is axially along the axis of the reactor, which leads to the aforementioned disadvantage of the high pressure drop as in vertical angeodneten axial reactors. A reduction in the pressure loss can only take place via an increase in the reactor diameter, which is very cost-intensive.
[0010] In der US 4246235 wird ein zylindrischer Gasphasenreaktor beschrieben, in dessen Mitte sich das Katalysatorbett zwischen zwei gasdurchlässigen Wänden befindet und vertikal zur Reaktorachse angeordnet ist. Oberhalb davon ist weiterer Katalysator vorgesehen, der nachrutschen kann, wobei dieses Nachrutsch-Volumen nicht durchströmt wird und von einem Umlenkblech geteilt wird. Durch dieses Umlenkblech sind zwei Öffnungen zum Nachfüllen von Katalysatormaterial nötig. Auch hier erfolgt die Durchströmungsrichtung wieder axial entlang der Reaktorachse, welches zu den zuvor genannten Nachteilen des hohen Druckverlustes führt. Eine Verringerung des Druckverlustes kann nur über eine Vergrößerung des Reaktordurchmessers erfolgen, welches sehr kostenintensiv ist.In US 4246235 a cylindrical gas phase reactor is described, in the middle of which the catalyst bed is located between two gas-permeable walls and is arranged vertically to the reactor axis. Above this, another catalyst is provided, which can slip, whereby this Nachrutsch volume is not flowed through and is divided by a baffle. Through this baffle two openings for refilling of catalyst material are needed. Also Here, the flow direction is again axially along the reactor axis, which leads to the aforementioned disadvantages of the high pressure loss. A reduction in the pressure loss can only take place via an increase in the reactor diameter, which is very cost-intensive.
[0011] Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des spezifisch hohen Druckverlustes eines axial durchströmten Reaktors zu vermeiden und einen Reaktor so auszugestalten, dass die Ausstattung des Innenraums im Vergleich zu einem Radial- Reaktor vereinfacht und auf ein Minimum reduziert wird, wodurch hoher Fertigungsaufwand und Investitionskosten eingespart werden. Dies soll auf eine Art und Weise geschehen, die eine einfache Handhabung bei Füllung und Entleerung des Katalysatorbetts mit sich bringt, dabei aber auch die Vorrichtung zur Aufnahme des Katalysatormaterials eine Entlastung erfährt, so dass hohe Belastungen des Materials vermieden werden können. Außerdem soll die Aufgabe der Erfindung das Verfahren zum Betrieb eines derartigen Reaktors offenbaren.The object of the invention is to avoid the disadvantages of the specifically high pressure loss of an axially flown reactor and to design a reactor so that the equipment of the interior is simplified compared to a radial reactor and reduced to a minimum, whereby high manufacturing costs and investment costs are saved. This is to be done in a manner which provides easy handling when filling and emptying the catalyst bed, but also relieves the device for receiving the catalyst material so that high loads on the material can be avoided. In addition, the object of the invention is to disclose the method for operating such a reactor.
[0012] Dies wird erreicht durch den Einsatz eines axialen Dünnschichtreaktors zur Durchführung katalytischer Reaktionen in der Gasphase, umfassend einen zylindrischen Druckmantel, eine Vorrichtung zum Einlass eines gasförmigen Eduktstroms, eine Vorrichtung zum Auslass eines gasförmigen Produktstroms, und eine im Reaktionsraum vertikal angeordnete Vorrichtung zur Aufnahme eines Katalysatorbetts. Dabei ist die vertikal angeordnete Vorrichtung zur Aufnahme des Katalysatorbetts, die an den Seiten sowie an den Enden gegenüber der Reaktorwand abgetrennt ist, so dass sich zwei getrennte Räume für den gasförmigen Eduktstrom und den gasförmigen Produktstrom ergeben, die gegeneinander abgedichtet sind. Außerdem weist die vertikal angeordnete Vorrichtung zur Aufnahme des Katalysatorbetts zwei planparallele zueinander angeordnete gasdurchlässige begrenzende Wände auf und ist dabei so ausgelegt, dass die vertikal angeordnete Vorrichtung zur Aufnahme des Katalysatorbetts ein Höhen-zu-Dicken-Verhältnis größer 1 aufweist und auch das Katalysatormaterial selbst ein Höhen-zu-Dicken-Verhältnis von größer 1 aufweist, wobei das Katalysatorbett über dessen Höhenmaß entlang der vertikalen Reaktorachse angeordnet ist und Gaseintritt und Gasaustritt in das Katalysatorbett quer zur Reaktorachse angeordnet sind, während Gaseintritt und Gasaustritt des Reaktors auf der gleichen Höhe des zylindrischen Druckmantels liegen. Dabei ist mit Reaktorachse die Längsachse des zylindrischen Reaktors gemeint. [0013] Für die Ströumungsführung im Gaseintrittsraum und Gasaustrittsraum muss die Bernoulli-Gleichung berücksichtigt werden, die besagt, dass in einem strömenden Fluid ein Geschwindigkeitsanstieg mit einem statischen Druckabfall einhergeht. Durch die bewusste Anordnung des Gaseintritt und Gasaustritt auf der gleichen Höhe des zylindrischen Druckmantels wird erreicht, dass sowohl imThis is achieved by the use of an axial thin-film reactor for carrying out catalytic reactions in the gas phase, comprising a cylindrical pressure jacket, a device for the inlet of a gaseous reactant stream, a device for discharging a gaseous product stream, and a vertically arranged in the reaction chamber for receiving device a catalyst bed. In this case, the vertically arranged device for receiving the catalyst bed, which is separated at the sides and at the ends opposite the reactor wall, so that there are two separate spaces for the gaseous reactant stream and the gaseous product stream, which are sealed from each other. In addition, the vertically arranged device for receiving the catalyst bed has two plane-parallel arranged gas-permeable limiting walls and is designed so that the vertically arranged device for receiving the catalyst bed has a height-to-thickness ratio greater than 1 and also the catalyst material itself Height-to-thickness ratio of greater than 1, wherein the catalyst bed is arranged over the height dimension along the vertical axis of the reactor and gas inlet and gas outlet are arranged in the catalyst bed transversely to the reactor axis, while gas inlet and outlet of the reactor at the same height of the cylindrical pressure jacket lie. In this case, the longitudinal axis of the cylindrical reactor is meant by reactor axis. For the Ströumungsführung in the gas inlet space and gas outlet space, the Bernoulli equation must be taken into account, which states that in a flowing fluid, an increase in speed associated with a static pressure drop. Due to the deliberate arrangement of the gas inlet and gas outlet at the same height of the cylindrical pressure jacket is achieved that both in
Gaseintrittsraum als auch Gasaustrittsraum die Gasgeschwindigkeit und somit auch der statische Druck über die Höhe des Katalysatorbettes im gleichen Verhältnis bleiben. Damit bleibt das treibende Druckgefälle über die Höhe des Katalysatorbettes konstant, womit eine gleichmäßige Durchströmung des Katalysators erzielt wird. Dabei kann auf aufwendige Einbauten, wie beispielsweise Vorrichtungen, die mit unterschiedlichen Gasdurchtrittsflächen ausgestattet sind, die die Unterschiede im statischen Druckabfall über der Höhe ausgleichen und so eine gleichmäßige Verteilung der Durchströmung des Katalysatormaterials über die gesamte Höhe des Reaktors sicherstellen, oder Umlenkbleche verzichtet werden. Dies führt zu einer Verringerung der Konstruktionskosten bzw. Verbesserten Innenraumausnutzung und somit einem spezifisch günstigeren Reaktor.Gas inlet space and gas outlet space, the gas velocity and thus also the static pressure over the height of the catalyst bed remain in the same ratio. Thus, the driving pressure gradient across the height of the catalyst bed remains constant, whereby a uniform flow through the catalyst is achieved. In this case can be complex installations, such as devices that are equipped with different gas passage surfaces that compensate for the differences in static pressure drop over the level and so ensure a uniform distribution of the flow of the catalyst over the entire height of the reactor, or baffles are dispensed with. This leads to a reduction in the construction costs or improved interior utilization and thus a specifically favorable reactor.
[0014] Im Gegensatz zu vielen Radial-Reaktor Konstruktionen muss bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform die Gewichtskraft des Katalysatormaterials nicht vollständig von der Vorrichtung zur Aufnahme des Katalysatormaterials getragen werden, wodurch hohe Belastungen des Materials der Vorrichtung zur Aufnahme des Katalysatormaterials minimiert werden.In contrast to many radial reactor constructions, in the embodiment of the present invention, the weight of the catalyst material does not have to be fully carried by the catalyst holding device, thereby minimizing high stresses on the material of the catalyst holding device.
[0015] Die vertikale Ausführung des erfindungsgemäßen axialen Dünnschichtreaktors ermöglicht ferner eine konstruktiv einfache Ableitung der Gewichtskräfte des Katalysators über den Mantel in die Standzarge gegenüber horizontal angeordneten Reaktoren, die nur an den Endpunkten unterstützt werden.The vertical design of the axial thin-film reactor according to the invention also allows a structurally simple derivation of the weight forces of the catalyst on the jacket in the frame opposite horizontally arranged reactors, which are supported only at the end points.
[0016] Der erfindungsgemäße axiale Dünnschichtreaktor kann so ausgelegt sein, dass die Vorrichtung zur Aufnahme des Katalysatorbetts aus mehreren vertikal angeordneten Vorrichtungen zur Aufnahme von Katalysatorbetten zusammengesetzt ist.The inventive axial thin-film reactor can be designed so that the device for receiving the catalyst bed is composed of a plurality of vertically arranged devices for receiving catalyst beds.
[0017] In einer weiteren Ausgestaltung des Reaktors ist die Vorrichtung zur Aufnahme des Katalysatorbettes mit einem Nachrutschvolumen ausgestattet um ein Schrumpfen des Katalysators im Betrieb, bei der Reduktion oder bei der Aktivierung zu kompensieren ohne dass ein Gasbypass am oberen Ende des Katalysatorbettes entsteht. In einer weiteren Ausgestaltung des Reaktors ist dieses Nachrutschvolumen nicht gegen den oberen Gaseintrittsraum oder Gasaustrittsraum abgetrennt so dass das Nachrutschvolumen zum Teil auch in vertikaler Richtung durchströmt und somit auch zur Durchführung der Reaktion genutzt werden kann.In a further embodiment of the reactor, the device for receiving the catalyst bed is equipped with a Nachrutschvolumen to compensate for a shrinkage of the catalyst during operation, in the reduction or in the activation without a gas bypass at the top of the catalyst bed arises. In a further embodiment of the reactor, this Nachrutschvolumen is not separated against the upper gas inlet space or gas outlet space so that the Nachrutschvolumen partly flows through in the vertical direction and thus can also be used to carry out the reaction.
[0018] Optional ist der axiale Dünnschichtreaktor mit einem Mannloch zum Einfüllen des Katalysatorbetts und/oder einer Vorrichtung zur Entleerung des Katalysatorbetts ausgestattet.Optionally, the axial thin film reactor is equipped with a manhole for filling the catalyst bed and / or a device for emptying the catalyst bed.
[0019] Das Verfahren zur Durchführung katalytischer Reaktionen eines entsprechenden axialen Dünnschichtreaktors zeichnet sich dadurch aus, dass das vertikal angeordnete Katalysatorbett vorwiegend horizontal mit gasförmigem Eduktstrom durchströmt wird. Dabei kann auch das Nachrutschvolumen im oberen Teil des Katalysatorbetts durchströmt werden, falls das Katalysatorbett nach oben und zum Gaseintrittsraum oder Gasaustrittsraum hin offen gehalten wird. Im anderen Fall wird das Nachrutschvolumen im oberen Teil des Katalysatorbettes nicht durchströmt, was durch eine Vorrichtung zur Abdichtung zum Gaseintrittsraum sowie Gasaustrittsraum hin, verhindert wird.The method for carrying out catalytic reactions of a corresponding axial thin-film reactor is characterized in that the vertically arranged catalyst bed is flowed through mainly horizontally with gaseous reactant stream. In this case, the Nachrutschvolumen can be flowed through in the upper part of the catalyst bed, if the catalyst bed is kept open and up to the gas inlet space or gas outlet space. In the other case, the Nachrutschvolumen in the upper part of the catalyst bed is not flowed through, which is prevented by a device for sealing the gas inlet space and gas outlet space out.
[0020] Die Erfindung wird nachstehend beispielhaft anhand von 3 Figuren näher erläutert:The invention is explained in more detail below by way of example with reference to 3 figures:
Fig. 1 : Einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen axialen1 shows a longitudinal section through an axial according to the invention
Dünnschichtreaktor mit einer vertikal angeordneten Vorrichtung zur Aufnahme eines Katalysatorbetts, bei dem der Gaseintritt und der Gasaustritt am oberen Ende auf gleicher Höhe des zylindrischen Druckmantels liegen. Fig. 2: Einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen axialenThin-film reactor with a vertically arranged device for receiving a catalyst bed, wherein the gas inlet and the gas outlet at the upper end are at the same height of the cylindrical pressure jacket. 2 shows a cross section through an axial according to the invention
Dünnschichtreaktor mit vertikal angeordnetem Katalysatorbett. Fig. 3: Einen Längsschnitt durch den oberen Teil eines erfindungsgemäßen axialen Dünnschichtreaktor mit einer vertikal angeordneten Vorrichtung zur Aufnahme eines Katalysatorbetts, bei dem der Gaseintritt und der Gasaustritt am oberen Ende auf gleicher Höhe des zylindrischen Druckmantels liegen und der mit einem nicht durchströmten Nachrutschvolumen ausgestattet ist. Fig. 4: Einen Längsschnitt durch den oberen Teil eines erfindungsgemäßen axialen Dünnschichtreaktor mit einer vertikal angeordneten Vorrichtung zur Aufnahme eines Katalysatorbetts, bei dem der Gaseintritt und der Gasaustritt am oberen Ende auf gleicher Höhe des zylindrischen Druckmantels liegen und der mit einem durchströmten Nachrutschvolumen ausgestattet ist.Thin-film reactor with vertically arranged catalyst bed. Fig. 3: A longitudinal section through the upper part of an axial thin-film reactor according to the invention with a vertically arranged device for receiving a catalyst bed, wherein the gas inlet and the gas outlet at the upper end are at the same height of the cylindrical pressure jacket and is equipped with a non-perfused Nachrutschvolumen , 4 shows a longitudinal section through the upper part of an axial thin-film reactor according to the invention with a vertically arranged device for receiving a catalyst bed, in which the gas inlet and the gas outlet at the upper end are at the same height of the cylindrical pressure jacket and which is equipped with a flow-through Nachrutschvolumen.
[0021] Fig. 1 zeigt einen Reaktor mit einem zylindrischen Druckmantel 1 , mit einer Öffnung 6 am oberen Ende des Druckmantels zum Einlass des Eduktstroms und einer weiteren Öffnung 3 zum Auslass des Produktstroms, die sich ebenfalls am oberen Ende des Druckmantels auf gleicher Höhe zum Einlass des Eduktstromes befindet. Im Innenraum des jeweiligen Reaktors befindet sich eine Vorrichtung zur Aufnahme eines Katalysators 5, die beispielhaft durch ein Lochblech ausgeführt ist und dieFig. 1 shows a reactor with a cylindrical pressure jacket 1, with an opening 6 at the upper end of the pressure jacket for the inlet of the reactant stream and a further opening 3 to the outlet of the product stream, which is also at the upper end of the pressure jacket at the same height to Inlet of the reactant stream is located. In the interior of the respective reactor is a device for receiving a catalyst 5, which is exemplified by a perforated plate and the
Katalysatorschüttung zum Gaseintrittsraum bzw. Gasaustrittsraum hin abgrenzt. Im unteren nicht mehr durchströmten Teil dieser Vorrichtung zur Aufnahme des Katalysatormaterials kann optional Inertmaterial 9 zur Einsparung von Katalysator eingefüllt werden. In beiden Fällen wird die die Gewichtskraft des Katalysatormaterials direkt in den zylindrischen Druckmantel 1 eingeleitet. Der jeweilige Reaktor besitzt optional am oberen Ende ein Mannloch 2 zur Begehung und Errichtung der Einbauten sowie zum Einfüllen des Katalysatormaterials falls hierfür der Zutritt über den Gaseintrittsstutzen nicht ausreichend ist. Nach Einfüllen des Katalysatormaterials bildet sich das Katalysatorbett 7. Das eingeleitete Eduktgas strömt in den Eduktraum 4 im Reaktorinnenraum und kann über die Öffnungen im Lochblech 5 in das Katalysatorbett eintreten und dieses horizontal durchströmen und auf der gegenüberliegenden Seite des Katalysatorbetts durch das dort das Katalysatorbett abgrenzende Lochblech 5 in den Produktraum 8 des Reaktorinnenraums strömen. Nach Durchlaufen des Katalysatorbetts 7 kann der Produktstrom über eine Vorrichtung zum Auslass 3 aus dem Reaktor geführt werden.Catalyst bed delimits the gas inlet space or gas outlet space. In the lower part of this device, which no longer flows through, for receiving the catalyst material, it is optionally possible to fill in inert material 9 in order to save catalyst. In both cases, the weight of the catalyst material is introduced directly into the cylindrical pressure jacket 1. The respective reactor optionally has at the upper end a manhole 2 for the commissioning and erection of the internals and for filling the catalyst material if this access through the gas inlet nozzle is not sufficient. After introduction of the catalyst material, the catalyst bed 7 forms. The introduced educt gas flows into the educt space 4 in the interior of the reactor and can pass through the openings in the perforated plate 5 into the catalyst bed and flow through it horizontally and on the opposite side of the catalyst bed through the perforated plate delimiting the catalyst bed there 5 flow into the product space 8 of the reactor interior. After passing through the catalyst bed 7, the product stream can be passed out of the reactor via a device to the outlet 3.
[0022] Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den in Fig. 1 beschriebenen axialen Dünnschichtreaktor, wobei der Eduktstrom 4 das Katalysatorbett 7, das in eine Vorrichtung zur Aufnahme des Katalysatorbettes gebettet ist 5, in horizontaler Richtung durchströmt und in den Produktraum 8 geleitet wird.Fig. 2 shows a cross section through the axial thin film reactor described in Fig. 1, wherein the reactant stream 4, the catalyst bed 7, which is embedded in a device for receiving the catalyst bed 5, flows through in the horizontal direction and is passed into the product space 8 ,
[0023] In Fig. 3 wird eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dargestellt. Diese unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten Ausführung dadurch, dass der am oberen Ende des Katalysatorbetts 7 ein Nachrutschvolumen 10 vorgesehen ist. Dieses Nachrutschvolumen kann zur Vermeidung eines Gas-Bypasses benötigt werden, wenn das Katalysatormaterial während des Betriebes oder der Aktivierung des Katalysators schrumpft. In dieser Ausführungsform wird das Nachrutschvolumen nicht von Gas durchströmt und nimmt an der Reaktion von Edukt in Produkt erst dann Teil, wenn es in den durchströmten Teil des Katalysatorbetts 7 gerutscht ist.In Fig. 3, a further advantageous embodiment of the invention is shown. This differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that a slip-off volume 10 is provided at the upper end of the catalyst bed 7. This slip-off volume may be needed to avoid gas bypass when the catalyst material is shrinking during operation or activation of the catalyst. In this embodiment, the Nachrutschvolumen not flowed through by gas and takes part in the reaction of starting material in product only when it has slipped into the flow-through part of the catalyst bed 7.
[0024] Fig. 4 unterscheidet sich von Fig. 3 ausschließlich dadurch, dass das Nachrutschvolumen 10 von Gas durchströmt wird und an der Reaktion der Eduktumwandlung in Produkt von vornherein beteiligt ist.Fig. 4 differs from Fig. 3 exclusively in that the Nachrutschvolumen 10 is traversed by gas and is involved in the reaction of reactant conversion in product from the outset.
[0025] In allen beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen können zum Einlass des Eduktstroms und zum Auslass des Produktstroms mehrere Öffnungen vorgesehen werden, wenn z.B. verschiedene Gase in getrennten Zuleitungen dem Reaktor zugeführt werden.In all embodiments described by way of example, a plurality of openings may be provided for the inlet of the feed stream and for the outlet of the product stream, e.g. different gases are fed in separate feed lines to the reactor.
[0026] Vorteile, die sich aus der Erfindung ergeben:Advantages resulting from the invention:
• Die dünne und hohe Ausgestaltung ermöglicht eine kostengünstige Ausführung des zylindrischen Reaktor-Druckmantels• The thin and high design allows a cost-effective design of the cylindrical reactor pressure jacket
• Durch den geringen Druckverlust der dünnen Axialschicht können Betriebskosten gespart werden. • Die Konstruktion der Vorrichtung zur Aufnahme des Katalysators ist kostengünstiger als ein Radialbett• The low pressure loss of the thin axial layer can save operating costs. The construction of the device for receiving the catalyst is less expensive than a radial bed
• Die dünne und hohe Ausgestaltung erfordert wenig Aufstellungsplatz und kann damit auch in schon bestehende Anlagen integriert und nachgerüstet werden.• The thin and tall design requires little installation space and can thus be integrated into existing systems and retrofitted.
• Umlenkung oder verschiedene Lochbleche zum Vergleichmäßigen der statischen Druckdifferenz über die Höhe sind nicht mehr erforderlich, was mit einer wesentlich vereinfachten baulichen Anforderung einhergeht.• Deflection or different perforated plates to equalize the static pressure difference across the height are no longer necessary, which is accompanied by a much simplified structural requirement.
• Eine gute Raumausnutzung im zylindrischen Teil bei Wegfall einer Gasumlenkung wird gewährleistet, was eine höhere Produktausbeute verspricht.• A good space utilization in the cylindrical part with elimination of a gas deflection is guaranteed, which promises a higher product yield.
• Die Vorrichtung zur Aufnahme des Katalysators muss nicht mehr das gesamte Katalysatorgewicht aufnehmen und wird somit entlastet da die Gewichtskraft des• The device for receiving the catalyst no longer has to absorb the entire catalyst weight and is thus relieved because the weight of the
Katalysators direkt oder über Inertmaterial in den Druckmantel eingeleitet wird.Catalyst is introduced directly or via inert material in the pressure jacket.
• Die Befüllung und Entleerung mit Katalysator ist bei Anordnung des Mannloches in der Reaktorachse sehr einfach. Bezugszeichenliste• Filling and emptying with catalyst is very easy when arranging the manhole in the reactor axis. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 zylindrischer Druckmantel des Reaktors1 cylindrical pressure jacket of the reactor
2 Mannloch2 manhole
3 obere Öffnung zum Auslass des Produktstroms3 upper opening to the outlet of the product stream
4 Eduktraum4 Eduktraum
5 Vorrichtung zur Aufnahme eines Katalysators5 Apparatus for receiving a catalyst
6 obere Öffnung zum Einlass des Eduktstroms6 upper opening to the inlet of the reactant stream
7 Katalysatorbett7 catalyst bed
8 Produktraum8 product room
9 Inertmaterial9 inert material
10 Nachrutschvolumen 10 slipping volume

Claims

Ansprüche claims
1. Axialer Dünnschichtreaktor zur Durchführung katalytischer Reaktionen in der Gasphase, umfassend1. Axial thin-film reactor for carrying out catalytic reactions in the gas phase, comprising
• einen zylindrischen Druckmantel,A cylindrical pressure jacket,
• eine Vorrichtung zum Einlass eines gasförmigen Eduktstroms,A device for the inlet of a gaseous reactant stream,
• eine Vorrichtung zum Auslass eines gasförmigen Produktstroms,A device for the outlet of a gaseous product stream,
• eine im Reaktionsraum vertikal angeordnete Vorrichtung zur Aufnahme eines Katalysatorbetts, die an den Seiten sowie an den Enden gegenüber der Reaktorwand abgetrennt ist, so dass sich zwei getrennte Räume für den gasförmigen Eduktstrom und den gasförmigen Produktstrom ergeben, die gegeneinander abgedichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dassA vertically arranged in the reaction chamber device for receiving a catalyst bed, which is separated at the sides and at the ends opposite the reactor wall, so that there are two separate spaces for the gaseous reactant stream and the gaseous product stream, which are sealed from each other, characterized that
• die vertikal angeordnete Vorrichtung zur Aufnahme des Katalysatorbetts zwei planparallele zueinander angeordnete gasdurchlässige begrenzende Wände aufweist,The vertically arranged device for receiving the catalyst bed has two plane-parallel, gas-permeable delimiting walls arranged relative to one another,
• die im Reaktionsraum vertikal angeordnete Vorrichtung zur Aufnahme des Katalysatorbetts ein Höhen-zu-Dicken-Verhältnis größer 1 aufweist,The device arranged vertically in the reaction space for receiving the catalyst bed has a height-to-thickness ratio greater than 1,
• das Katalysatorbett ein Höhen-zu-Dicken-Verhältnis größer 1 aufweist, wobei das Katalysatorbett über dessen Höhenmaß entlang der vertikalen Reaktorachse angeordnet ist, undThe catalyst bed has a height-to-thickness ratio greater than 1, wherein the catalyst bed is arranged along its vertical dimension along the vertical axis of the reactor, and
• Gaseintritt und Gasaustritt in das Katalysatorbett quer zur Reaktorache angeordnet sind• Gas inlet and gas outlet are arranged in the catalyst bed transversely to the reactor axis
• Gaseintritt und Gasaustritt des Reaktors auf der gleichen Höhe des zylindrischen Druckmantels liegen.• Gas inlet and gas outlet of the reactor are at the same level of the cylindrical pressure jacket.
2. Axialer Dünnschichtreaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Aufnahme des Katalysatorbetts aus mehreren vertikal angeordneten Vorrichtungen zur Aufnahme von Katalysatorbetten zusammengesetzt ist.2. Axial thin-film reactor according to claim 1, characterized in that the device for receiving the catalyst bed is composed of a plurality of vertically arranged devices for receiving catalyst beds.
3. Axialer Dünnschichtreaktor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nachrutschvolumen zur Kompensation einer Schrumpfung des Katalysators vorgesehen ist. 3. Axial thin-film reactor according to one of claims 1 or 2, characterized in that a Nachrutschvolumen is provided to compensate for a shrinkage of the catalyst.
4. Axialer Dünnschichtreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachrutschvolumen zur Kompensation einer Schrumpfung des Katalysators nach allen Seiten abgedichtet ist.4. Axial thin-film reactor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Nachrutschvolumen to compensate for a shrinkage of the catalyst is sealed on all sides.
5. Axialer Dünnschichtreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachrutschvolumen zur Kompensation einer Schrumpfung des Katalysators zur Gaseintrittsseite oder Gasaustrittsseite hin offen gestaltet ist.5. Axial thin-film reactor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Nachrutschvolumen to compensate for a shrinkage of the catalyst to the gas inlet side or gas outlet side is designed to be open.
6. Axialer Dünnschichtreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mannloch zum Einfüllen des Katalysatorbetts und/oder eine Vorrichtung zum Entleerung des Katalysatorbetts vorgesehen ist.6. Axial thin-film reactor according to one of claims 1 to 5, characterized in that a manhole for filling the catalyst bed and / or a device for emptying the catalyst bed is provided.
7. Verfahren zur Durchführung katalytischer Reaktionen in einem axialen Dünnschichtreaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatorbett vorwiegend horizontal mit gasförmigem Eduktstrom durchströmt wird.7. A method for carrying out catalytic reactions in an axial thin-film reactor according to claim 1, characterized in that the catalyst bed is flowed through mainly horizontally with gaseous reactant stream.
8. Verfahren zur Durchführung katalytischer Reaktionen nach Anspruch 7 in einem axialen Dünnschichtreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachrutschvolumen im oberen Teil des Katalysatorbetts nicht mit gasförmigem Eduktstrom durchströmt wird.8. A process for carrying out catalytic reactions according to claim 7 in an axial thin film reactor according to claim 4, characterized in that the Nachrutschvolumen is not flowed through in the upper part of the catalyst bed with gaseous Eduktstrom.
9. Verfahren zur Durchführung katalytischer Reaktionen nach Anspruch 7, in einem axialen Dünnschichtreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachrutschvolumen im oberen Teil des Katalysatorbetts mit gasförmigem Eduktstrom durchströmt wird. 9. A process for carrying out catalytic reactions according to claim 7, in an axial thin-film reactor according to claim 5, characterized in that the Nachrutschvolumen is flowed through in the upper part of the catalyst bed with gaseous Eduktstrom.
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