WO1993000159A1 - Schacht-reaktor und seine verwendung - Google Patents

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WO1993000159A1
WO1993000159A1 PCT/EP1992/001346 EP9201346W WO9300159A1 WO 1993000159 A1 WO1993000159 A1 WO 1993000159A1 EP 9201346 W EP9201346 W EP 9201346W WO 9300159 A1 WO9300159 A1 WO 9300159A1
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cooling
reactor according
catalyst bed
fatty acid
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Manfred Greger
Bernhard Gutsche
Lutz Jeromin
Heiner Brinkmann
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Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien
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    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/132—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group
    • C07C29/136—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group of >C=O containing groups, e.g. —COOH
    • C07C29/147—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group of >C=O containing groups, e.g. —COOH of carboxylic acids or derivatives thereof
    • C07C29/149—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group of >C=O containing groups, e.g. —COOH of carboxylic acids or derivatives thereof with hydrogen or hydrogen-containing gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0285—Heating or cooling the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00115—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
    • B01J2208/00132—Tubes

Definitions

  • the invention relates to a vertically arranged tubular shaft reactor for solid-catalyzed gas-liquid reactions, in particular a hydrogenation reactor for trickle bed operation, with a jacket, at least one inlet and at least one outlet and a fixed catalyst bed.
  • the hydrogenation of fats, fatty acids or fatty acid esters is a strongly exothermic reaction which, for. B. in the liquid phase at pressures up to 300 bar and temperatures up to 250 ° C in a fixed bed reactor with a large excess of hydrogen.
  • a tube bundle reactor is generally advantageous.
  • a disadvantage of this type of reactor are the problems with the uniform application of fluids, in particular the liquid, to the individual tubes when scaling up from test to production plants. In addition, increased additional effort is required when filling, emptying and cleaning the reaction tubes.
  • the invention is therefore based on the object of providing a type of reactor of the type mentioned at the outset with which good heat dissipation is achieved and at the same time utilizing the advantages of the shaft reactor, ie unproblematic liquid application to the fixed bed and easier catalyst change compared to the tube bundle reactor.
  • This object is achieved according to the invention in that at least one cooling element is provided which is arranged at least partially within the fixed catalyst bed and which has a plurality of hollow bodies, in particular tubes, with vertical longitudinal axes which open at the top and bottom into a task or collecting line, wherein the hollow bodies are arranged in concentric rings around the longitudinal axis of the reactor and the distance between adjacent hollow bodies within a ring is less than the distance between adjacent rings.
  • the ring lines provided ensure a uniform distribution of the starting materials which is important for the trickle bed mode of operation, since the largest possible free cross-section is achieved at the top of the reactor in the region of the inflow of the coolant.
  • the proposed reactor concept achieves good heat dissipation and at the same time maintains the advantages of the shaft reactor and the advantages of the tube bundle reactor.
  • the application of the liquid to the fixed bed is also unproblematic compared to a tube bundle reactor.
  • the catalyst change is also simplified compared to a tube bundle reactor.
  • the proposed modified shaft reactor is also, like the conventional shaft reactor, more robust in operation and significantly cheaper to invest than a tube bundle reactor.
  • the wall thickness of the cooling element can be smaller in the case of high-pressure reactors than in the tubes of a tube bundle reactor and thus better heat transfer and better heat dissipation than in the tube bundle reactor can be achieved. Furthermore, in contrast to the known reactor mode of operation with cooling by cold gas feed in the reactor concept according to the invention, the uniform flow of fluids through the fixed bed is not disturbed.
  • the choice of the tube diameter of the cooling elements and the wall thickness of a cooling tube depends, depending on the application, from the coolant side
  • the hollow bodies have cooling fins. These fins can be arranged radially in the reactor in order not to hinder a quick and easy catalyst change.
  • An additional advantage of the reactor concept according to the invention is that shaft reactors of the conventional type can be converted into the shaft reactor according to the invention in a simple and inexpensive manner.
  • Another important advantage of the shaft reactor according to the invention can be seen in the fact that a very precise initial liquid distribution, as in the case of the tube bundle reactor with the loading of the individual tubes, is desirable for the optimal operation of the reactor, but is not absolutely necessary, since an initial uneven distribution of the phases by the radial mixing within the catalyst bed is balanced.
  • the cooling element itself can be designed in a variety of ways. It has proven to be advantageous if the feed or collecting line is designed in the form of a ring, star or as a branched pipe system and takes up a proportion between 0.23 and 0.30 of the free cross-sectional area of the reactor. It is also advantageous if the hollow bodies themselves occupy a proportion between 0.05 and 0.07 of the free cross-sectional area of the reactor.
  • the invention also relates to the use of the above-mentioned reactor. It is advantageous to use the reactor to produce fatty alcohols by hydrogenating saturated and / or unsaturated fatty acids and / or fatty acid esters, especially fatty acid methyl. ester, in trickle mode.
  • the use of such a reactor is particularly advantageous for the production of fatty alcohols by hydrogenating unsaturated fatty acids and / or fatty acid esters, in particular fatty acid methyl esters, in a trickle mode, the Process parameters are selected so that hardening takes place in the area of the cooling element closest to the inlet of the fat connection and the conversion into fatty alcohol takes place in the area of the other cooling element / elements.
  • the above-mentioned reactor according to the invention can also advantageously be used for curing unsaturated fatty acids and / or unsaturated fatty acid compounds by hydrogenation in a trickle mode.
  • FIG. 1 an embodiment of a shaft reactor according to the invention in longitudinal section
  • FIG. 2 shows a section A-B according to FIG. 1,
  • FIG. 3 an alternative arrangement of the feed or collecting line in cross section
  • Figure 4 another alternative arrangement of a task or manifold, also in cross section and
  • Figure 5 another embodiment of the shaft reactor according to the invention in longitudinal section.
  • a cooling element with vertical cooling tubes 3 is arranged within the container wall 1 of an embodiment of the vertically arranged shaft reactor according to FIG. 1, which is supplied with the cooling liquid by an annular cooling liquid distributor 9. This distributor rests on a support 6. After flowing through the cooling tubes 3, the cooling liquid enters a likewise annular cooling liquid collector 4 and is led out of the reactor from there. The feed product enters through the inlet 2 and possibly through a phase distributor at the head of the reactor and exits again through the outlet 7 arranged at the base of the reactor.
  • the arrangement of the cooling element within the reactor is shown particularly clearly in FIG. 2.
  • the same reference numbers also refer to the same parts.
  • the cooling liquid collector 4 consisting of several rings can be seen, to which the vertical cooling tubes 3 shown in cross section with additional cooling fins 8 are connected.
  • FIG. 3 show distributors or collectors with branched or star-shaped arrangement.
  • FIG. 2 Another variant of the shaft reactor according to the invention is shown in FIG.
  • annular cooling elements arranged vertically one above the other are arranged in the reactor 2.
  • the reactor can be set such that in the production of fatty alcohols by hydrogenation of fats, fatty acids or fatty acid esters, hardening takes place in the area of one cooling element and the end product, the hardened fatty alcohol, is produced in the area of the other cooling element .

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  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen lotrecht angeordneten rohrförmigen Schachtreaktor für feststoffkatalysierte Gas-Flüssigkeitsreaktionen, insbesondere Hydrierreaktor für die Rieselfahrweise ('trickle bed'), mit einem Mantel (1), mindestens einem Einlaß (2) und mindestens einem Auslaß (7) und einem Katalysatorfestbett. Damit gleichzeitig eine gute Wärmeabfuhr erreicht wird und die Vorteile des Schachtreaktors genutzt werden, d.h. im Vergleich zum Rohrbündelreaktor die unproblematische Flüssigkeitsaufgabe auf das Festbett und der einfachere Katalysatorwechsel, enthält der Reaktor mindestens ein zumindest teilweise innerhalb des Katalysatorfestbetts angeordnetes Kühlelement (3, 4, 9), das mehrere Hohlkörper, insbesondere Rohre (3), mit lotrechten Längsachsen aufweist, die oben und unten in eine Aufgabe (9) - bzw. Sammelleitung (4) münden, wobei die Hohlkörper (3) in konzentrischen Ringen um die Längsachse des Reaktors angeordnet sind, wobei der Abstand benachbarter Hohlkörper innerhalb eines Rings dabei vorzugsweise geringer als der Abstand benachbarter Ringe ist.

Description

"Schacht-Reaktor und seine Verwendung"
Die Erfindung betrifft einen lotrecht angeordneten rohrför igen Schachtreaktor für feststoff-katalysierte Gas-Flüssigkeitsreak¬ tionen, insbesondere einen Hydrierreaktor für die Rieselfahrweise ("trickle-bed"), mit einem Mantel, mindestens einem Einlaß und mindestens einem Auslaß und einem Katalysatorfestbett.
Die Hydrierung von Fetten, Fettsäuren bzw. Fettsäureestern ist eine stark exotherme Reaktion, die z. B. in flüssiger Phase bei Drücken bis 300 bar und Temperaturen bis 250°C im Festbettreaktor unter großem Wasserstoff-Überschuß durchgeführt wird.
Zum Erreichen hoher Selektivitäten und damit geringer Nebenprodukt¬ bildung sowie hoher Katalysatorstandzeiten z.B. durch Reduzierung der Rekristallisationsgeschwindigkeit sind Maßnahmen zur Abfuhr der aufgrund der Exothermie der Hydrierreaktionen auftretenden Reakti- onswärme notwendig.
Technische Möglichkeiten dazu sind die Verdampfungskühlung z. B. durch Zugabe von Methanol bei einer Methylesterhydrierung oder die Wärmeabfuhr durch Konvektion eines hohen Wasserstoff-Gas-Stroms.
Bei aus einem Rohr mittleren oder großen Durchmessers (d > 200 mm) bestehenden Festbettreaktoren ist aufgrund der relativ schlechten Wärmeleitfähigkeit der Schüttung und der großen Wandstärken eine Wärmeabfuhr über die Wand nur in geringem Maße möglich, so daß Verdampfungskühlung und/oder Wärmeabfuhr durch Konvektion des Wasserstoffs zur Einhaltung von Maximal-Temperaturen dringend erforderlich sind.
Gelingt es durch andere technische Maßnahmen, eine bessere Wärmeabfuhr zu erreichen, kann auf die Zugabe von Flüssigkeit zur Verdampfung verzichtet werden bzw. der Mengenstrom an Wasserstoff reduziert werden.
Für stark exotherme Gas-Gas-Feststoff-Reaktionen werden in der Literatur viele Vorschläge gemacht. Bekannt ist ein RohrbündeIreaktor mit von Wär eübertragungsfluid umströmten Rohren kleinen Durchmessers, die mit Katalysator gefüllt sind (0. Levenspiel, Chemical Reaction Engineering (1972), S. 508 und z.B. DE-PS 2543758 (1978)).
Eine andere Variante für Gas-Gas-Feststoff-Systeme wird von P. Tra brouze (Les Reacteurs Chimiques, Ed. Technip, Paris (1984), S. 436) vorgeschlagen: In einer Katalysatorschüttung eines Schachtreaktors erfolgt die Abfuhr von Wärme durch ein System von Kühlrohren, d. h. es erfolgt gegenüber dem RohrbündeIreaktor ein Austausch der Medien innerhalb und außerhalb der Rohre. Das Kühlmittel wird durch die Rohre geleitet, die Reaktion findet in der Schüttung im Außenraum statt.
Spezielle Reaktoren dieser Bauart wurden zur Methanol- und zur Am¬ moniaksynthese konzipiert (DE 300 72 02, DE 300 72 03 und DE 3522308). Dabei wurde auch der Einsatz von mit einem Kühlmedium durchströmten Kühlplatten vorgeschlagen (EP 324 670A) bzw. die Küh¬ lung zur direkten Frisch-Edukt-Gas-Vorwärmung innerhalb des Reaktors verwendet (EP 0114138A).
Für Reaktionen von Gas und Flüssigkeit in einem Katalysatdrfestbett (trickle-bed-Reaktoren) ist neben der Kühlung durch die gezielte Einspeisung von Kaltgas wie bei der Ammoniak-Synthese (W. Brötz, Verlag Chemie (1970), S. 254, z. B. Frisch-Wasserstoff bei der Hydrierung von Fettderivaten) auch der Betrieb von Rohrbündel¬ reaktoren bekannt (W. Swodenk, Chem. Techn. 4 (1975) S. 439). Die Anwendung auf die Fettchemie ist beispielsweise in der DE 3809270 AI beschrieben.
Bei stark exotherm ablaufenden Gas-Flüssigreaktionen in einem Fetstbettreaktor, bei denen aus Selektivitätgründen ein enger Temperaturbereich eingehalten werden muß, ist grundsätzlich ein Rohrbündelreaktor vorteilhaft. Nachteilig bei diesem Reaktortyp sind jedoch die beim Scale-up von Versuchs- auf Produktionsanlagen auftretenden Probleme der gleichmäßigen Beaufschlagung der Einzelrohre mit den Fluiden insbesondere der Flüssigkeit. Zusätzlich ist ein erhötεer Mehraufwand beim Befüllen, Entleeren und Reinigen der Reaktionsrohre notwendig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Reaktortyp der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine gute Wärmeabfuhr erreicht wird und dabei die Vorteile des Schachtreaktors zu nutzen, d.h. im Vergleich zum Rohrbündelreaktor unproblematische Flüssig¬ keitsaufgabe auf das Festbett und der einfachere Katalysatorwechsel. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens ein zumindest teilweise innerhalb des Katalysatorfestbetts angeord¬ netes Kühlelement vorgesehen ist, das mehrere Hohlkörper, insbeson¬ dere Rohre, mit lotrechten Längsachsen aufweist, die oben und unten in eine Aufgabe - bzw. Sammelleitung münden, wobei die Hohlkörper in konzentrischen Ringen um die Längsachse des Reaktors angeordnet sind und der Abstand benachbarter Hohlkörper innerhalb eines Rings geringer als der Abstand benachbarter Ringe ist. Durch die vorge¬ sehenen Ringleitungen wird eine für die Rieselbett-Fahrweise wich¬ tige gleichmäßige Verteilung der Einsatzstoffe sichergestellt, da ein möglichst großer freier Querschnitt am Kopf des Reaktors im Bereich des Zuflußes des Kühlmittels erreicht wird. Ähnlich wie beim RohrbündeIreaktor wird mit dem vorgeschlagenen Reaktor-Konzept eine gute Wärmeabfuhr erreicht und damit die Vorteile des Schachtreaktors sowie die Vorteile des Rohrbündelreaktors gleichzeitig erhalten. Auch die Aufgabe der Flüssigkeit auf das Festbett ist hier unproblematisch gegenüber einem Rohrbündelreaktor. Der Katalysator¬ wechsel ist ebenfalls gegenüber einem Rohrbündelreaktor vereinfacht. Der vorgeschlagene modifizierte Schachtreaktor ist ferner ebenso wie der herkömmliche Schachtreaktor robuster im Betrieb und deutlich kostengünstiger in der Investition gegenüber einem Rohrbündelreak¬ tor.
Da erfindungsgemäß die Kühlung innerhalb des Reaktors erfolgt, kann bei Hochdruckreaktoren die Wandstärke des Kühlelementes geringer ausfallen als bei den Rohren eines Rohrbündelreaktors und damit ein besserer Wärmedurchgang und eine bessere Wärmeabfuhr als beim Rohr¬ bündelreaktor erzielt werden. Ferner wird im Gegensatz zur bekannten Reaktorbetriebsweise mit einer Kühlung durch Kaltgaseinspeisung bei dem erfindungsgemäßen Reaktorkonzept die gleichmäßige Durchströmung des Festbettes mit den Fluiden nicht gestört. Die Wahl des Rohr¬ durchmessers der Kühlelemente und die Wandstärke eines Kühlrohrs ergibt sich je nach Anwendungsfall aus dem kühlmittelseitigen
ERSATZBLATT _T Druckverlust und- dem Betriebsdruck der Anlage.
Insbesondere hat sich in Versuchen herausgestellt, daß es besonders günstig ist, wenn das oben genannte Verhältnis der Abstände benachbarter Hohlkörper zwischen 1 : 10 und 1 : 55 liegt.
Zur Verbesserung der Wärmeübertragung wird ferner vorgeschlagen, daß die Hohlkörper Kühlrippen aufweisen. Diese Rippen können radial im Reaktor angeordnet werden, um einen schnellen und problemlosen Ka¬ talysatorwechsel nicht zu behindern.
Ein zusätzlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Reaktorkonzepts liegt darin, daß Schachtreaktoren herkömmlichen Typs auf eine einfache und kostengünstige Weise zum erfindungsgemäßen Schachtreaktor umgebaut werden können. Ein weiterer wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Schachtreaktors ist darin zu sehen, daß eine sehr genaue Anfangsflüssigkeitsverteilung wie im Falle des Rohrbündelreaktors mit der Beschickung der Einzelrohre für den optimalen Betrieb des Reaktors zwar wünschenswert, aber nicht zwingend notwendig ist, da eine anfängliche Ungleichverteilung der Phasen durch die radiale Vermischung innerhalb der Katalysatorschüttung ausgeglichen wird.
Da in den meisten Fällen der größte Teil der Reaktionswärme im ersten Drittel der von den Reaktanden durchströmten Katalysator- schüttung freigesetzt wird, ist es bei längeren Reaktoren vorteil¬ haft, die Kühleinbauten in mindestens zwei Abschnitte zu untertei¬ len, um eine gezielte Wärmeabfuhr durchführen zu können und so eine Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung im Reaktor zu erreichen.
Daher wird vorgeschlagen, daß mindestens zwei voneinander unabhän¬ gige und entlang der Längsachse des Reaktors angeordnete Kühlele¬ mente vorgesehen sind.
ERSATZBLATT Das Kühlelement selber kann auf verschiedenste Weise ausgeführt sein. Als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Aufgabe- bzw. Sammelleitung ring-, sternförmig oder als verzweigtes Rohrsystem ausgebildet ist und einen Anteil zwischen 0,23 und 0,30 der freien Reaktorquerschnittsfläche einnimmt. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Hohlkörper selber einen Anteil zwischen 0,05 und 0,07 der freien Reaktorquerschnittsfläche einnehmen.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des obengenannten Reak¬ tors. Vorteilhaft ist dabei der Einsatz des Reaktors zum Herstellen von Fettalkoholen durch Hydrieren gesättigter und/oder ungesättigter Fettsäuren und/oder Fettsäureester, insbesondere Fettsäuremethyl- . ester, in Rieselfahrweise.
Sind mindestens zwei voneinander unabhängige und entlang der Längs¬ achse des Reaktors angeordnete Kühlelemente vorgesehen, so ist die Verwendung eines solchen Reaktors insbesondere vorteilhaft zum Her¬ stellen von Fettalkoholen durch Hydrieren ungesättiger Fettsäuren und/oder Fettsäureester, insbesondere Fettsäuremethylester, in Rieselfahrweise,- wobei die Verfahrensparameter so gewählt werden, daß im Bereich des dem Einlaß der Fettverbindung nächsten Kühlelements eine Härtung erfolgt und im Bereich des/der übrigen Kühlelements/Kühlelemente die Umsetzung in Fettalkohol stattfindet.
Ferner kann der obengenannte erfindungsgemäße Reaktor auch vorteil¬ haft zum Härten von ungesättigten Fettsäuren und/oder ungesättigten Fettsäureverbindungen durch Hydrieren in Rieselfahrweise eingesetzt werden. B e i s p i e l e
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schachtreaktors anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen
Figur 1: eine erfindungsgemäße Ausführung eines Schachtreaktors im Längsschnitt,
Figur 2: einen Schnitt A-B nach Figur 1,
Figur 3: eine alternative Anordung der Aufgabe- bzw. Sammelleitung im Querschnitt,
Figur 4: eine weitere alternative Anordung einer Aufgabe- bzw. Sammelleitung, ebenfalls im Querschnitt und
Figur 5: eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform des Schachtreaktors im Längsschnitt.
Innerhalb der Behälterwand 1 einer erfindungsgemäßen Ausführung des senkrecht angeordneten Schachtreaktors nach Figur 1 ist ein Kühl¬ element mit senkrechten Kühlrohren 3 angeordnet, die von einem ringförmigen Kühlflüssigkeitsverteiler 9 mit der Kühlflüssigkeit versorgt werden. Dieser Verteiler ruht auf einer Auflage 6. Nach Durchströmen der Kühlrohre 3 tritt die Kühlflüssigkeit in einen ebenfalls ringförmigen Kühlflüssigkeitssammler 4 ein und wird von dort aus dem Reaktor herausgeführt. Das Einsatzprodukt tritt durch den Zulauf 2 und ggf. durch einen Phasen-Verteiler am Kopf des Re¬ aktors ein und durch den am Fuß des Reaktors angeordneten Ablauf 7 wieder aus. Die Anordung des Kühlelements innerhalb des Reaktors ist besonders deutlich in Figur 2 dargestellt. Hier wie auch in den übrigen Zeichnungen sind durch gleiche Bezugszeichen auch gleiche Teile be¬ zeichnet. Erkennbar ist der aus mehreren Ringen bestehende Kühl¬ flüssigkeitssammler 4, an den die senkrechten, im Querschnitt ge¬ zeigten Kühlrohre 3 mit zusätzlichen Kühlrippen 8 angeschlossen sind.
Anstelle der ringförmigen Anordnung der Kühlrohre 3 sind auch andere Anordnungen der Kühlrohre möglich und liegen im Rahmen der Erfin¬ dung. So zeigen Figur 3 und 4 Verteiler bzw. Sammler mit verzweigter bzw. sternförmiger Anordung.
Eine weitere erfindungsgemäße Variante des Schachtreaktors ist in Figur 5 dargestellt. Anstelle eines einzigen Kühlelementes sind im Reaktor 2 senkrecht übereinander angeordnete ringförmige Kühlele¬ mente angeordnet. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung läßt sich der Reaktor derart einstellen, daß bei der Herstellung von Fettalkoholen durch Hydrieren von Fetten, Fettsäuren bzw. Fettsäureestern im Bereich des einen Kühlelementes eine Härtung und im Bereich des anderen Kühlelementes die Herstellung des Endproduktes, des gehärteten Fettalkoholes, stattfindet.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel zum erfindungsgemäßen Hy¬ drieren mit dem beschriebenen Reaktor vorgestellt. In einem Hydrier¬ reaktor mit herkömmlicher Betriebsweise, also ohne Wärmeabfuhr, wird bei einem Durchsatz von 1000 1 Methylester/h und 7000 Nm-*- Wasser¬ stoff/h eine Temperaturerhöhung zwischen Reaktoreintritt und -austritt von Delta T = 25 K erreicht. Zum Erreichen dieses Tempe¬ raturanstiegs ist ein Molverhältnis n^/n^ = 80 nötig. Die durch 3 die chemische Umsetzung bedingten Wärmeleistung des Reaktors beträgt 80 kW.
Bei der Verwendung der oben beschriebenen Kühleinbauten, die aus 6 senkrechten Rohren zu dR>a = 0,04 m und LR = 5 und jeweils oben und unten aus einer Ringleitung bestehen, können 45 kW über das Kühlmittel abgeführt werden. Dieser Rechnung liegt ein mittleres Temperaturgefälle von Delta T = 20 K und ein Wandwärmedurchgangs¬ koeffizient kw = 600 W/m2K zugrunde.
Der bei dieser Wärmeabfuhr von 45 kW über das Kühlmittel für eine Begrenzung des Temperaturanstiegs von 25 K zwischen Reaktoreintritt und -austritt benötigte Wasserstoffstrom beträgt nur noch 2100 Nm3/h. Dies entspricht einem Molverhältnis ni^/n^E = 24.
_
B e z u g s z e i c h e n l i s t e
1 Behälterwand
2 Zulauf (Gas, Flüssigkeit) und Phasen-Verteiler
3 Kühlrohr
4 ringförmiger Kühlflüssigkeitssammler
6 Auflage
7 Ablauf der Reaktionsprodukte
8 Kühlrippen
9 ringförmiger Kühlflüssigkeitsverteiler

Claims

// P a t e n t a n s p r ü c h e
Lotrecht angeordneter rohrförmiger Schachtreaktor für feststoff¬ katalysierte Gas-Flüssigkeitsreaktionen, insbesondere Hydrier¬ reaktor für die Rieselfahrweise ("trickle bed"), mit einem Man¬ tel (1), mindestens einem Einlaß (2) und mindestens einem Auslaß (7) und einem Katalysatorfestbett,
gekennzeichnet durch mindestens ein zumindest teilweise innerhalb des Katalysator¬ festbetts angeordnetes Kühlelement (3,4,9), das mehrere .Hohlkör¬ per, insbesondere Rohre (3), mit lotrechten Längsachsen auf¬ weist, die oben und unten in eine Aufgabe (9) - bzw. Sammel¬ leitung (4) münden, wobei die Hohlkörper (3) in konzentrischen Ringen um die Längsachse des Reaktors angeordnet sind, wobei der Abstand benachbarter Hohlkörper innerhalb eines Rings dabei vorzugsweise geringer als der Abstand benachbarter Ringe ist.
2. Reaktor nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Verhältnis der Abstände zwischen 1 : 10 und 1 : 55 liegt.
3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (3) Kühlrippen (8) aufweisen.
4. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei voneinander unabhängige und entlang der Längsachse des Reaktors angeordnete Kühlelemente vorgesehen sind.
5. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufgabe (9)- bzw. Sammelleitung (4) ring-, sternförmig oder als verzweigtes Rohrsystem ausgebildet ist und einen Anteil zwischen 0,23 und 0,30 der freien Reaktorquerschnittsfläche einnimmt.
6. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (3) einen Anteil zwischen 0,05 und 0,07 der freien Reaktorquerschnittsfläche einnehmen.
7. Verwendung des Reaktors nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Herstellen von Fettalkoholen durch Hydrieren gesättiger und/oder ungesättigter Fettsäuren und/oder Fettsäureester, insbesondere Fettsäuremethylester, in Rieselfahrweise.
8. Verwendung des Reaktors nach Anspruch 4 zum Herstellen von Fettalkoholen durch Hydrieren ungesättigeter Fettsäuren und/oder Fettsäurester, insbesondere Fettsäuremethylester, in Rieselfahrweise, wobei die Verfahrensparameter so gewählt wer¬ den, daß im Bereich des dem Einlaß (2) der Fettverbindung nächsten Kühlelements (3,4,9) eine Härtung erfolgt und im Bereich des/der übrigen Kühlelements/Kühlelemente (3,4,9) die Umsetzung zu* Fettalkohol stattfindet.
PCT/EP1992/001346 1991-06-24 1992-06-15 Schacht-reaktor und seine verwendung WO1993000159A1 (de)

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