WO2005049194A1 - Verfahren und reaktor zur kontinuierlichen durchführung einer chemischen mehrphasenreaktion - Google Patents

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WO2005049194A1
WO2005049194A1 PCT/EP2004/013077 EP2004013077W WO2005049194A1 WO 2005049194 A1 WO2005049194 A1 WO 2005049194A1 EP 2004013077 W EP2004013077 W EP 2004013077W WO 2005049194 A1 WO2005049194 A1 WO 2005049194A1
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hydrocarbons
heat exchanger
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PCT/EP2004/013077
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William Davey
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Lurgi Ag
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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • C10G2/30—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen
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    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
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    • B01J8/0055—Separating solid material from the gas/liquid stream using cyclones
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    • B01J8/007—Separating solid material from the gas/liquid stream by sedimentation
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    • B01J8/22—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles with liquid as a fluidising medium gas being introduced into the liquid
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    • B01J8/226—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles with liquid as a fluidising medium gas being introduced into the liquid the particles being subject to a circulatory movement internally, i.e. the particles rotate within the vessel
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    • 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
    • B01J2208/0015—Plates; Cylinders
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    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/0061—Controlling the level

Definitions

  • the invention relates to a method and a reactor for the continuous implementation of a chemical multiphase reaction, in which a suspension of liquid feed hydrocarbons with fine-grained catalyst particles dispersed therein is gassed with synthesis gas, the suspension containing swirled synthesis gas bubbles as a result of the gassing in a direct current directed from bottom to top by a Reaction zone is conducted in which a suspension of liquid hydrocarbons with dispersed gaseous hydrocarbons, water vapor and fine-grained catalyst particles is generated by indirect heat exchange and from which the gaseous hydrocarbons and water vapor escape after leaving the reaction zone and are discharged from the process.
  • EP-B-0998346 describes a process for the production of liquid and optionally gaseous products from gaseous reactants by means of indirect heat exchange.
  • the gaseous reactants are passed into a suspension in which catalyst particles are dispersed.
  • the upward movement through the suspension forms liquid and optionally gaseous products, the gaseous reactants and products keeping the catalyst particles in suspension in the slurry consisting of the suspension liquid and the liquid products.
  • Above the upper level of the slurry the gaseous products and unused reactants emerging therefrom collect and are withdrawn.
  • the upwardly moving slurry flows from its highest to a lower level via at least one return pipe and from there to an even lower level via at least one further return pipe. Liquid phase is withdrawn from the slurry.
  • the gaseous reactants react to the liquid and possibly gaseous product through the catalyst particles, the gaseous reactants consisting of synthesis gas being able to react in the slurry and by means of Fischer-Tropsch synthesis a liquid and a gaseous one Form hydrocarbon product.
  • the heat exchangers used in this process have a complicated structure.
  • reactants are introduced into a slurry of reactants, at least one liquid component and finely divided catalyst, the liquid product is separated from the rest of the slurry by filtering, and the slurry is blown by blowing gas into it kept constant motion.
  • the gas space above the slurry is in communication with the filtrate, in addition to any connection in the slurry itself.
  • the filter cake formed in this process must be removed at certain intervals.
  • This object is achieved in that the suspension of liquid hydrocarbons with the fine-grain catalyst particles dispersed after the gaseous hydrocarbons and water vapor has escaped is subjected to sedimentation to separate the fine-grain catalyst particles from the liquid hydrocarbons, the fine-grain catalyst particles are sedimented and the liquid hydrocarbons be removed from the process.
  • the suspension containing synthesis gas bubbles produced by gassing the suspension consisting of feed hydrocarbon with fine-grain catalyst particles dispersed therein has a lower density than the slurry of liquid feed hydrocarbons and fine-grain catalyst particles surrounding the fumigation zone, so that the suspension automatically enters the heat exchange zone, in which there is an exothermic Reaction occurs, rises.
  • the gaseous hydrocarbons and water vapor formed in the reaction escape from the suspension produced and are discharged from the process.
  • the remaining suspension of liquid hydrocarbons with fine-grain catalyst particles dispersed therein is passed into a calming zone, in which gaseous hydrocarbons and water vapor still contained are separated off and the fine-grain catalyst particles are separated off by sedimentation.
  • the fine-grained catalyst particles sink down into because of their greater specific gravity than the liquid hydrocarbons Slurry zone as the clarified liquid hydrocarbons are discharged from the process.
  • the entrained suspension droplets contained in the gas mixture formed from water vapor and gaseous hydrocarbons are separated off before being discharged from the process, preferably by cycloning, and added to the remaining suspension of liquid hydrocarbons with fine-grained catalyst particles dispersed therein.
  • Slurry is discharged from the process discontinuously, with the possibility of adding slurry to the batch feed hydrocarbons.
  • the reactor for carrying out the process consists of a vertical pressure vessel, in which at least one plate heat exchanger surrounded by a closed jacket and from which the suspension is swirled from below to above and through which a suspension is swirled upwards and through which a suspension is swirled can be installed, forming an all-round intermediate space, below the inlet opening for the whirled-up suspension a fumigation device is provided, on the lower jacket edge of which a portion of the fumigation zone is surrounded by an inlet funnel with its narrowing end and on its upper jacket edge a separation zone for the escape of water vapor and the gaseous hydrocarbons from the generated suspension outlet funnel with its widening end is, the upper edge of the discharge funnel being slightly below the liquid level present in the pressure vessel, opposite the upper section of the discharge funnel gend on the inside of the pressure vessel a circumferential with the overflow edge slightly below the existing liquid level in the pressure vessel for receiving the clarified liquid hydrocarbons is arranged and between the discharge funnel and the gutter serving as a calming
  • a gas cleaning zone with a gas cleaning device, preferably consisting of at least one cyclone, for separating the water vapor and the gaseous hydrocarbons entrained suspension droplets from the suspension produced.
  • a gas cleaning device preferably consisting of at least one cyclone
  • a special design of the reactor consists of a funnel which surrounds the outlet funnel and forms an intermediate space with its upper edge projecting above the liquid level present in the pressure vessel. The remaining suspension with fine-grained catalyst particles dispersed therein flows from the separation zone via the lower opening of the intermediate space into the calming zone lying between the similar funnel and the channel running around the inner wall of the pressure vessel.
  • a further embodiment of the reactor consists in the fact that several plate heat exchangers are arranged in a row one above the other in the pressure vessel and in the space between two successive heat exchangers each have a corrugated, trapezoidal or rectangular profile distribution plate with located in the profile peaks and valleys Hole-shaped perforations, the diameter of which is larger in the region of the profile valleys than in the region of the profile mountains, in order to break up the larger bubbles formed by water vapor and volatile hydrocarbons emerging from the preceding plate heat exchanger into smaller bubbles.
  • the plate heat exchangers are block-shaped and have a rectangular cross section.
  • the plate heat exchangers can advantageously each be composed of a plurality of block-shaped modules.
  • plate heat exchangers for use in a reactor, plate heat exchangers according to DE-A-19525802 and DE-C-10035776 are preferably suitable, which are constructed from heat exchanger plates which are arranged in series to form a package and which alternate between a heat-emitting and a heat-absorbing medium by means of circumferential seals arranged between the heat exchanger plates Form closed channels, which can be acted upon by the respective medium via aligned inlet and outlet openings of the heat exchanger plates, profiles starting from the inlet and outlet openings and, in the profiling area, alternately from plate pair to plate pair, seals for partitioning the inlet and outlet openings from the heat exchanger surfaces are arranged.
  • plate heat exchangers consisting of consecutively arranged to form a bundle of thermal plates, each consisting of two Spot welding, interconnected, embossed shaped sheets with cross-sectionally elliptical flow channels for flowing through the suspension are used. There is a gap between adjacent thermal sheets for the heat-absorbing medium to flow through.
  • plate heat exchangers are known from DE-C-19754185.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through a reactor with a heat exchanger arranged therein
  • Fig. 2 shows a longitudinal section through a reactor with three heat exchangers in series one above the other
  • Fig. 3 shows a section of a cross section through a heat exchanger
  • a block-shaped plate heat exchanger (2) with a rectangular cross section is built into a vertical pressure vessel (1) with a circular cross section, forming an all-round space (3) with the inner wall of the pressure vessel (1).
  • the plate heat exchanger (2) consists of heat exchanger plates (4) arranged one behind the other and compressed into a package.
  • the heat exchanger plates (4) by means of circumferential seals arranged between them, alternately form closed channels (5, 6) for a heat-emitting and heat-absorbing medium, which channels can be acted upon by the respective medium via aligned inlet and outlet openings of the heat exchanger plates (4) - and outlet openings go out profilings and are arranged in the profiling area, alternately from plate pair to plate ⁇ jo, seals for partitioning the inlet and outlet openings from the heat exchanger surfaces.
  • the suspension of liquid hydrocarbons with fine-grained catalyst particles dispersed therein flows through the channels (5) in cocurrent from bottom to top, while the heat-absorbing medium is guided in channels (6) running transversely to it.
  • the heat exchanger plates (4) held together in a frame in the form of a package are surrounded by a closed jacket (7).
  • Liquid (8) Hydrocarbons are introduced into the space (3) formed by the inner wall of the pressure vessel (1) and the jacket (7) of the plate heat exchanger (2) by means of a gas distributor (10) arranged below the plate heat exchanger (2) via line (9) and loaded with synthesis gas the feed hydrocarbons are then gassed with dispersed fine-grain catalyst particles originating from the slurry, so that a synthesis gas bubbles and fine-grain catalyst particles are formed which rise due to their lower density compared to the non-fumigated feed hydrocarbons and the plate heat exchanger (2) in cocurrent from bottom to top flowed through
  • a hollow pyramid-shaped inlet funnel funnel (11) with its narrowing end is attached to the lower edge of the jacket (7) of the plate heat exchanger (2)
  • the upper edge of the jacket (7) of the plate heat exchanger (2) is circumferentially
  • the outlet funnel (12) surrounds the separation zone (14 ), in which the gaseous hydrocarbons and water vapor formed from the suspension formed during the chemical reaction in the plate heat exchanger (2) escape into the gas collection space (15), by means of hydrocyclones (16, 17) in the gas collection space (15) from entrained suspension droplets cleaned and then discharged via line (18) from the pressure vessel (1).
  • the upper edge of the hollow cuboid section (13) of the outlet funnel (12) ends slightly below the liquid level (19) present in the pressure vessel (1), so that the remaining suspension from liquid hydrocarbons with fine-grain catalyst particles dispersed therein over d
  • the space between the outlet funnel (12) and the similar hollow pyramid-shaped funnel (21) surrounding it can flow out.
  • the upper edge of the hollow cuboid section (22) of the funnel (21) projects above the liquid level (19) present in the pressure container (1) )
  • the remaining suspension flows into the upper section of the space (3) between the inner wall of the pressure vessel (1) and the jacket (7) of the heat exchanger (2), in which one The remaining suspension calms down, the fine-grain catalyst particles are separated due to their greater specific weight than the liquid hydrocarbons and sedimented as a slurry in the area of the bottom of the pressure vessel (1).
  • the upper section of the funnel (21) is located on the inside of the Pressure vessel (1) circumferential channel (23), the overcurrent edge is low lies below the liquid level (19) present in the pressure vessel (1), so that in the between Clarified liquid hydrocarbons formed in the trough (23) and the funnel (21), which serve as a calming zone, flow into the trough (23) and are discharged from the pressure vessel (1) via line (24).
  • a steam drum (25) located outside the pressure vessel (1)
  • the channels (6) of the plate heat exchanger (2) are acted upon by a heat-absorbing medium via line (26).
  • the vapors formed in the channels (6) are returned to the steam drum (25) via line (27). Slurry can be discharged from the pressure vessel (1) via line (28).
  • two additional plate heat exchangers (29, 30) are arranged in series under the plate heat exchanger (2) in the pressure vessel (1), with the lower edge of their jacket (31, 32) an inlet funnel (33, 34) shaped like a truncated pyramid is attached with its narrowing end.
  • the suspension of feed hydrocarbons with fine-grained catalyst ponds dispersed therein flows through the channels (35, 36) of the plate heat exchangers (29, 30) in cocurrent from bottom to top, while the heat-absorbing medium is guided in channels (37, 38) running transversely thereto.
  • the heat-absorbing medium is fed via the sub-lines (39, 40) to the channels (37, 38) and the vapors formed are discharged from the channels (37, 38) via the sub-lines (41, 42) and the line (27).
  • the top plate heat exchanger In the between the top plate heat exchanger
  • the larger gas bubbles rising in the dispersion are divided into smaller gas bubbles by the distributor plates (43, 44).
  • FIG. 3 shows through a plate heat exchanger (2, 29, 30) constructed from embossed molded sheets (45) made of austenitic material, two superimposed molded sheets form the horizontal flow path (46) for the heat-absorbing medium and two superimposed ones Shaped sheets the vertical flow path (47) for the rising suspension of feed hydrocarbons fumigated with synthesis gas with fine-grained catalyst particles dispersed therein.

Abstract

Bei einem Verfahren zur kontinuierlichen Durchführung einer chemischen Mehrphasenreaktion wird eine Suspension aus flüssigen Einsatzkohlenwasserstoffen mit darin dispergierten Katalysatorteilchen mit Synthesegas begast und dann durch eine Reaktionszone geleitet, in der durch indirekten Wärmetausch eine Suspension aus flüssigen Kohlenwasserstoffen mit darin dispergierten gasförmigen Kohlenwasserstoffen, Wasserdampf und Katalysatorteilchen erzeugt wird. Zur Verbesserung der Reaktionswirkung wird die erzeugte Suspension nach dem Entweichen von Wasserdampf und gasförmigen Kohlenwasserstoffen zur Abtrennung der Katalysatorteilchen einer Sedimentation unterworfen, die Katalysatorteilchen sedimentiert und die geklärten flüssigen Kohlenwasserstoffe aus dem Prozess ausgeleitet werden.

Description

Verfahren und Reaktor zur kontinuierlichen Durchführung einer chemischen Mehrphasenreaktion
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Reaktor zur kontinuierlichen Durchführung einer chemischen Mehrphasenreaktion, bei dem eine Suspension aus flüssigen Einsatzkohlenwasserstoffen mit darin dispergierten feinkörnigen Katalysatorteilchen mit Synthesegas begast wird, die infolge der Begasung aufgewirbelte Synthesegasbläschen enthaltende Suspension in einem von unten nach oben gerichteten Gleichstrom durch eine Reaktionszone geleitet wird, in der durch indirekten Wärmeaustausch eine Suspension aus flüssigen Kohlenwasserstoffen mit darin dispergierten gasförmigen Kohlenwasserstoffen, Wasserdampf und feinkörnigen Katalysatorteilchen erzeugt wird und aus der nach dem Verlassen der Reaktionszone die gasförmigen Kohlenwasserstoffe und der Wasserdampf entweichen und aus dem Prozess ausgeleitet werden.
In der EP-B-0998346 ist ein Verfahren zur Herstellung flüssiger und wahlweise gasförmiger Produkte aus gasförmigen Reaktanden mittels indirektem Wärmeaustausch beschrieben. Die gasförmigen Reaktanden werden in eine Suspension, in der Katalysatorteilchen dispergiert sind, geleitet. Bei der Aufwärtsbewegung durch die Suspension bilden sich flüssige und wahlweise gasförmige Produkte, wobei die gasförmigen Reaktanden und Produkte die Katalysatorteilchen in der aus Suspensionsflüssigkeit und den flüssigen Produkten bestehenden Aufschlämmung in Schwebe halten. Über dem oberen Niveau der Aufschlämmung sammeln sich die daraus austretenden gasförmigen Produkte und nicht verbrauchten Reaktanden und werden abgezogen. Über wenigstens ein Rücklaufrohr strömt die aufwärtsbewegte Aufschlämmung vom ihrem höchsten zu einem niedrigeren Niveau und von dort über wenigstens ein weiteres Rücklaufrohr zu einem noch niedrigeren Niveau. Aus der Aufschlämmung wird flüssige Phase abgezogen. Durch die Katalysatorteilchen reagieren die gasförmigen Reaktanden zu dem flüssigen und ggf. gasförmigen Produkt, wobei die gasförmigen aus Synthesegas bestehenden Reaktanden in der Aufschlämmung reagieren können und mittels Fischer-Tropsch-Synthese ein flüssiges und ein gasförmiges Kohlenwasserstoffprodukt bilden. Die bei diesem Verfahren eingesetzten Wärmetauscher besitzen einen komplizierten Aufbau.
Bei einem Verfahren zur Durchführung einer kontinuierlichen katalytischen Mehrphasenreaktion gemäß EP-B-0627959 werden in eine Aufschlämmung aus Reaktanden, wenigstens einer flüssigen Komponente und feinteiligem Katalysator Reaktanden eingeleitet, das flüssige Produkt vom Rest der Aufschlämmung durch Filtern getrennt und die Aufschlämmung durch Einblasen von Gas in konstanter Bewegung gehalten. Der über der Aufschlämmung befindliche Gasraum steht mit dem Filtrat in Verbindung und zwar zusätzlich zu irgendeiner Verbindung über die Aufschlämmung selbst. Der bei diesem Verfahren gebildete Filterkuchen muss in bestimmten Zeitabständen entfernt werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs beschriebenen Verfahren so zu auszubilden, dass das Ergebnis der Mehrphasenreaktion verbessert wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die nach dem Entweichen der gasförmigen Kohlenwasserstoffe und des Wasserdampfs verbleibende Suspension aus flüssigen Kohlenwasserstoffen mit den darin dispergierten feinkörnigen Katalysatorteilchen einer Sedimentation zur Trennung der feinkörnigen Katalysatorteilchen von den flüssigen Kohlenwasserstoffen unterworfen wird, die feinkörnigen Katalysatorteilchen sedimentiert und die flüssigen Kohlenwasserstoffe aus dem Prozess ausgeleitet werden. Die durch die Begasung der aus Einsatzkohlenwasserstoff mit darin dispergierten feinkörnigen Katalysatorteilchen bestehenden Suspension mit Synthesegas erzeugte Synthesegasbläschen enthaltende Suspension hat eine kleinere Dichte als die die Begasungszone umgebende Aufschlämmung aus flüssigen Einsatzkohlenwasserstoffen und feinkörnigen Katalysatorteilchen, so dass die Suspension selbsttätig in die Wärmetauschzone, in der eine exotherme Reaktion erfolgt, aufsteigt. Nach dem Austritt aus der Wärmetauschzone entweichen aus der erzeugten Suspension die bei der Reaktion gebildeten gasförmigen Kohlenwasserstoffe und der Wasserdampf und werden aus dem Prozess ausgeleitet. Die verbleibende Suspension aus flüssigen Kohlenwasserstoffen mit darin dispergierten feinkörnigen Katalysatorteilchen wird in eine Beruhigungszone geleitet, in der noch darin enthaltene gasförmige Kohlenwasserstoffe und Wasserdampf abgeschieden und die feinkörnigen Katalysatorteilchen durch Sedimentieren abgetrennt werden. Die feinkörnigen Katalysatorteilchen sinken auf Grund ihres gegenüber den flüssigen Kohlenwasserstoffen vergleichsweise größeren spezifischen Gewichts nach unten in die Aufschlämmzone, während die geklärten flüssigen Kohlenwasserstoffe aus dem Prozess ausgeleitet werden.
Im Rahmen der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die in dem aus Wasserdampf und gasförmigen Kohlenwasserstoffen gebildeten Gasgemisch enthaltenen mitgerissenen Suspensionströpfchen vor dem Ausleiten aus dem Prozess, vorzugsweise durch Zyklonieren, abgetrennt und der verbleibenden Suspension aus flüssigen Kohlenwasserstoffen mit darin dispergierten feinkörnigen Katalysatorteilchen zugesetzt.
Aus dem Prozess wird Aufschlämmung diskontinuierlich ausgeleitet, wobei die Möglichkeit besteht, Aufschlämmung den diskontinuierlich zugeführten Einsatzkohlenwasserstoffen zuzusetzen.
Der Reaktor zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem vertikalen Druckbehälter, in den unter Bildung eines allseitigen Zwischenraums mit der Innenwand des Druckbehälters wenigstens ein von einem geschlossenen Mantel umgebener von unten nach oben von aufgewirbelter Suspension durchströmbarer Plattenwärmetauscher eingebaut ist, unterhalb dessen Eintrittsöffnung für die aufgewirbelte Suspension eine Begasungseinrichtung vorgesehen ist, an dessen unterem Mantelrand umlaufend einen Abschnitt der Begasungszone umgebender Einiauftrichter mit seinem sich verengenden Ende und an dessen oberem Mantelrand ein die Trennzone für das Entweichen des Wasserdampfs und der gasförmigen Kohlenwasserstoffe aus der erzeugten Suspension umgebender Auslauftrichter mit seinem sich erweiternden Ende angebracht ist, wobei der obere Rand des Auslauftrichters geringfügig unter dem in dem Druckbehälter vorliegenden Flüssigkeitsniveau liegt, dem oberen Abschnitt des Auslauftrichters gegenüberliegend an der Innenseite des Druckbehälters eine umlaufende mit der Überströmkante geringfügig unterhalb des im Druckbehälter vorhandenen Flüssigkeitsniveaus liegenden Rinne für die Aufnahme der geklärten flüssigen Kohlenwasserstoffe angeordnet ist und zwischen dem Auslauftrichter und der Rinne ein als Beruhigungszone für die verbleibende Suspension dienender Zwischenraum besteht.
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal befindet sich zwischen der von dem Auslauft chter umgebenen Trennzone und der Öffnung für das Ausleiten des Wasserdampfs und der flüchtigen Kohlenwasserstoffe aus dem Prozess eine Gasreinigungszone mit einer Gasreinigungseinrichtung, vorzugsweise bestehend aus wenigstens einem Zyklon, zum Abscheiden der von dem Wasserdampf und den gasförmigen Kohlenwasserstoffen aus der erzeugten Suspension mitgerissenen Suspensionströpfchen. Eine besondere Ausbildung des Reaktors besteht in einem den Auslauftrichter unter Bildung eines Zwischenraums umgebenden ähnlichen mit seinem oberen Rand über das in dem Druckbehälter vorhandene Flüssigkeitsniveau ragenden Trichter. Über den Zwischenraum strömt verbleibende Suspension mit darin dispergierten feinkörnigen Katalysatorteilchen aus der Trennzone über die untere Öffnung des Zwischenraums in die zwischen dem ähnlichen Trichter und der an der Innenwand des Druckbehälters umlaufenden Rinne liegenden Beruhigungszone.
Eine weitere Ausführungsform des Reaktors besteht darin, dass in dem Druckbehälter mehrere Plattenwärmetauscher in Reihe übereinander angeordnet sind und in dem zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wärmetauschern bestehenden Zwischenraum jeweils ein Wellen-, Trapez- oder Rechteckprofil besitzendes Verteilerblech mit in den Profil-Bergen und Profil-Tälern befindlichen lochförmigen Durchbrechungen, deren Durchmesser im Bereich der Profil-Täler größer als im Bereich der Profil-Berge ist, angebracht ist, um die aus dem jeweils vorhergehenden Plattenwärmetauscher austretenden größeren aus Wasserdampf und flüchtigen Kohlenwasserstoffen gebildeten Blasen in kleinere Blasen zu zerteilen.
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal sind die Plattenwärmetauscher blockförmig gestaltet und besitzen einen rechteckigen Querschnitt.
In vorteilhafter Weise können die Plattenwärmetauscher jeweils aus mehreren blockförmigen Modulen zusammengesetzt sein.
Für den Einsatz in einem Reaktor sind vorzugsweise Plattenwärmetauscher gemäß DE-A- 19525802 und DE-C-10035776 geeignet, die aus hintereinander angeordneten zu einem Paket verbundenen Wärmetauscherplatten aufgebaut sind und die mittels zwischen den Wärmetauscherplatten angeordneten Umfangsdichtungen abwechselnd für ein wärmeabgebendes und ein wärmeaufnehmendes Medium geschlossene Kanäle bilden, die über miteinander fluchtende Ein- und Austrittsöffnungen der Wärmetauscherplatten mit dem jeweiligen Medium beaufschlagbar sind, wobei von den Ein- und Austrittsöffnungen Profilierungen ausgehen und in dem Profilierungsbereich, abwechselnd von Plattenpaar zu Plattenpaar, Dichtungen zur Abschottung der Ein- und Austrittsöffnungen von den Wärmetauscherflächen angeordnet sind.
Für den Reaktor können auch Platteήwärmetauscher, bestehend aus hintereinander angeordneten zu einem Paket verbundenen Thermoblechen, die jeweils aus zwei durch Punktschweißen miteinander verbundenen geprägten mit im Querschnitt elliptischen Strömungskanälen für das Durchströmen der Suspension umschließenden Formblechen gebildet sind, Verwendung finden. Zwischen benachbarten Thermoblechen ist jeweils ein Spalt für das Durchströmen des wärmeaufnehmenden Mediums vorhanden ist. Derartige Plattenwärmetauscher sind aus der DE-C-19754185 bekannt.
Die Erfindung wird in den Zeichnungen näher und beispielhaft schematisch dargestellt und wird nachstehend näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Reaktor mit einem darin angeordneten Wärmetauscher
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Reaktor mit drei in Reihe übereinander darin Wärmetauschern
Fig. 3 einen Ausschnitt eines Querschnitts durch einen Wärmetauschers
Gemäß Fig. 1 ist in einen vertikalen im Querschnitt kreisförmigen Druckbehälter (1) ein blockförmiger im Querschnitt rechteckiger Plattenwärmetauscher (2) unter Bildung eines allseitigen Zwischenraums (3) mit der Innenwand des Druckbehälters (1 ) eingebaut. Der Plattenwärmetauscher (2) besteht aus hintereinander angeordneten, zu einem Paket zusammengepressten Wärmetauscherplatten (4). Die Wärmetauscherplatten (4) bilden mittels zwischen ihnen angeordneten Umfangsdichtungen abwechselnd für ein wärmeabgebendes und wärmeaufnehmendes Medium geschlossene Kanäle (5,6), die über miteinander fluchtende Ein- und Austrittsöffnungen der Wärmetauscherplatten (4) mit dem jeweiligen Medium beaufschlagbar sind, wobei von den Ein- und Austrittsöffnungen Profilierungen ausgehen und in dem Profilierungsbereich, abwechselnd von Plattenpaar zu Platteπpaar, Dichtungen zur Abschottung der Ein- und Austrittsöffnungen von den Wärmetauscherflächen angeordnet sind. Die Suspension aus flüssigen Einsatzkohlenwasserstoffen mit darin dispergierten feinkörnigen Katalysatorteilchen strömt durch die Kanäle (5) im Gleichstrom von unten nach oben, während das wärmeaufnehmende Medium in quer dazu verlaufenden Kanälen (6) geführt wird. Die in einem Rahmen paketförmig zusammengehaltenen Wärmetauscherplatten (4) sind von einem geschlossenen Mantel (7) umgeben. Über Leitung (8) werden flüssige Einsatzkohlenwasserstoffe in den von der Innenwand des Druckbehalters (1 ) und dem Mantel (7) des Plattenwarmetauschers (2) gebildeten Zwischenraum (3) eingetragen Mittels eines unterhalb des Plattenwarmetauschers (2) angeordneten über Leitung (9) mit Synthesegas beaufschlagten Gasverteilers (10) werden die Einsatzkohlenwasserstoffe mit dann dispergierten aus der Aufschlämmung stammenden feinkornigen Katalysatorteilchen begast, so dass eine Synthesegasblaschen und feinkornige Katalysatorteilchen enthaltende Suspension entsteht, die auf Grund ihrer gegenüber den nicht begasten Einsatzkohlenwasserstoffen geringeren Dichte nach oben steigt und den Plattenwarmetauscher (2) im Gleichstrom von unten nach oben durchströmt Um die Suspension gezielt zur Eintrittsoffnung des Plattenwarmetauschers (2) zu fuhren, ist am unteren Rand des Mantels (7) des Plattenwarmetauschers (2) umlaufend ein hohlpyramidenstumpfformiger Einlauftrichtertrichter (11) mit seinem sich verengenden Ende angebracht Am oberen Rand des Mantels (7) des Plattenwarmetauschers (2) ist umlaufend ein hohlpyramidenstumpfformiger Auslauftrichter (12), dessen sich verengendes Ende in einen hohlquaderformigen Abschnitt (13) übergeht, mit dem sich erweiternden Ende befestigt Der Auslauftrichter (12) umgibt die Trennzone (14), in der die aus der bei der chemischen Reaktion im Plattenwarmetauscher (2) erzeugten Suspension gebildeten gasformigen Kohlenwasserstoffe und Wasserdampf entweichen, in den Gassammeiraum (15) eintreten, mittels der im Gassammeiraum (15) befindlichen Hydrozyklone (16,17) von mitgerissenen Suspensionstropfchen gereinigt und danach über Leitung (18) aus dem Druckbehalter (1) ausgeleitet werden Der obere Rand des hohlquaderformigen Abschnitts (13) des Auslauftrichters (12) endet geringfügig unter dem im Druckbehalter (1 ) vorhandenen Flussigkeitsniveau (19), so dass die verbleibende Suspension aus flussigen Kohlenwasserstoffen mit darin dispergierten feinkornigen Katalysatorteilchen über den zwischen dem Auslauftrichter (12) und dem diesen umgebenden ähnlichen hohlpyramidenstumpfformigen Trichter (21 ) bestehenden Zwischenraum (20) abfließen kann Der obere Rand des hohlquaderformigen Abschnitts (22) des Trichters (21 ) ragt über das im Druckbehalter (1) vorliegende Flussigkeitsniveau (19) hinaus Da der Zwischenraum (20) nach unten offen ist, strömt die verbleibende Suspension in den oberen Abschnitt des zwischen der Innenwand des Druckbehalters (1) und dem Mantel (7) des Wärmetauschers (2) bestehenden Zwischenraums (3), in dem eine Beruhigung der verbleibenden Suspension erfolgt, die feinkornigen Katalysatorteilchen auf Grund ihres gegenüber den flussigen Kohlenwasserstoffen größeren spez Gewichts abgetrennt und als Aufschlämmung im Bereich des Bodens des Druckbehalters (1 ) sedimentieret werden Dem oberen Abschnitt des Trichters (21) gegenüberliegend befindet sich eine an der Innenseite des Druckbehalters (1) umlaufende Rinne (23), deren Uberstromkante geringfügig unterhalb des in dem Druckbehalter (1) vorhandenen Flussigkeitsniveaus (19) liegt, so dass die in dem zwischen der Rinne (23) und dem Trichter (21 ) bestehenden als Beruhigungszone dienenden Zwischenraum entstandenen geklärten flüssigen Kohlenwasserstoffe in die Rinne (23) überströmen und über Leitung (24) aus dem Druckbehälter (1 ) ausgeleitet werden. Ausgehend von einer außerhalb des Druckbehälters (1 ) befindlichen Dampftrommel (25) werden die Kanäle (6) des Plattenwärmetauschers (2) über Leitung (26) mit einem wärmeaufnehmendem Medium beaufschlagt. Über Leitung (27) werden die in den Kanälen (6) gebildeten Brüden zur Dampftrommel (25) zurückgeleitet. Über Leitung (28) kann Aufschlämmung aus dem Druckbehälter (1) ausgeleitet werden.
Im Unterschied zu Fig.1 sind bei dem in Fig. 2 dargestellten Reaktor in dem Druckbehälter (1 ) zwei zusätzliche Plattenwärmetauscher (29,30) in Reihe unter dem Plattenwärmetauscher (2) angeordnet, wobei am unterem Rand ihres Mantels (31 ,32) umlaufend jeweils ein hohlpyramidenstumpfformiger Einlauftrichter (33,34) mit seinem sich verengenden Ende befestigt ist. Die Suspension aus Einsatzkohlenwasserstoffen mit darin dispergierten feinkörnigen Katalysatorteichen strömt durch die Kanäle (35,36) der Plattenwärmetauscher (29,30) im Gleichstrom von unten nach oben, während das wärmeaufnehmende Medium in quer dazu verlaufenden Kanälen (37,38) geführt ist. Das wärmeaufnehmende Medium wird über die Teilleitungen (39,40) den Kanälen (37,38) zugeführt und die entstandenen Brüden aus den Kanälen (37,38) über die Teilleitungen (41,42) und die Leitung (27) abgeführt. In dem zwischen dem oberen Plattenwärmetauscher
(2) und dem mittleren Plattenwärmetauscher (29) sowie dem mittleren Plattenwärmetauscher (29) und dem unteren Plattenwärmetauscher (30) bestehenden Zwischenraum befindet sich jeweils ein ein Trapezprofil besitzendes Verteilerblech (43,44), dessen Größe der Größe des Querschnitts des Plattenwärmetauschers entspricht, mit im Bereichen der Profil-Täler und Profil-Berge angebrachten Durchbrechungen, deren Öffnungsquerschnitt im Bereich der Profil-Berge kleiner als im Bereich der Profil-Täler ist. Durch die Verteilerbleche (43,44) werden die in der Dispersion aufsteigenden größeren Gasblasen in kleiner Gasblasen zerteilt.
Wie der in Fig. 3 dargestellte Teilquerschnitt durch einen aus geprägten übereinander gepackten Formblechen (45) aus austenitischem Werkstoff aufgebauten Plattenwärmetauscher (2,29,30) zeigt, bilden zwei übereinandergelegte Formbleche den horizontalen Strömungsweg (46) für das wärmeaufnehmende Medium und zwei übereinander gelegte Formbleche den senkrechten Strömungsweg (47) für die mit Synthesegas begaste aufsteigende Suspension aus Einsatzkohlenwasserstoffen mit darin dispergierten feinkörnigen Katalysatorteilchen.

Claims

Patentansprüche
1 Verfahren zur kontinuierlichen Durchfuhrung einer chemischen Mehrphasenreaktion, bei dem eine Suspension aus flussigen Einsatzkohlenwasserstoffen mit dann dispergierten feinkornigen Katalysatorteilchen mit Synthesegas begast wird, die infolge der Begasung aufgewirbelte Synthesegasblaschen enthaltende Suspension im von unten nach oben gerichtetem Gleichstrom durch eine Reaktionszone geleitet wird, in der durch indirekten Warmetausch eine Suspension aus flussigen Kohlenwasserstoffen mit dann dispergierten gasformigen Kohlenwasserstoffe, Wasserdampf und feinkornigen Katalysatorteilchen erzeugt wird, aus der nach dem Verlassen der Reaktionszone die darin enthaltenen gasformigen Kohlenwasserstoffe und Wasserdampf entweichen und aus dem Prozess ausgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die verbleibende Suspension aus flussigen Kohlenwasserstoffen mit den dann dispergierten feinkornigen Katalysatorteilchen einer Sedimentation zur Trennung der feinkornigen Katalysatorteilchen von den flussigen Kohlenwasserstoffen unterworfen wird, die feinkornigen Katalysatorteilchen sedimentiert und die geklarten flussigen Kohlenwasserstoffe aus dem Prozess ausgeleitet werden Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die in dem aus Wasserdampf und gasformigen Kohlenwasserstoffen gebildeten Gasgemisch enthaltenen mitgerissenen Suspensionstropfchen vor dem Ausleiten des Gasgemisches aus dem Prozess, vorzugsweise durch Zyklonieren, abgetrennt und der verbleibenden Suspension aus flussigen Kohlenwasserstoffen mit darin dispergierten Katalysatorteilchen zugesetzt werden Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Prozess ausgeleitete feinkornige Katalysatorteilchen enthaltende Aufschlämmung den Einsatzkohlenwasserstoffen zugesetzt wird Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verbleibende Suspension aus flussigen Kohlenwasserstoffen mit dann dispergierten feinkornigen Katalysatorteilchen vor der Sedimentation beruhigt wird Reaktor zur kontinuierlichen Durchfuhrung einer chemischen Mehrphasenreaktion, bei dem eine Suspension aus flussigen Einsatzkohlenwasserstoffen mit dann dispergierten feinkornigen Katalysatorteilchen mit Synthesegas begast wird, die infolge der Begasung aufgewirbelte Syntheseblaschen enthaltende Suspension im von unten nach oben gerichteten Gleichstrom durch eine Reaktionszone geleitet wird, in der durch indirekten Wärmeaustausch eine Suspension aus flüssigen Kohlenwasserstoffen mit darin dispergierten gasförmigen Kohlenwasserstoffen, Wasserdampf und feinkörnigen Katalysatorteilchen erzeugt wird, aus der nach dem Verlassen der Rektionszone die darin enthaltenen gasförmigen Kohlenwasserstoffe und Wasserdampf entweichen und aus dem Prozess ausgeleitet werden, wobei die verbleibende Suspension aus flüssigen Kohlenwasserstoffen mit den darin dispergierten feinkörnigen Katalysatorteilchen einer Sedimentation zur Trennung der feinkörnigen Katalysatorteilchen von den flüssigen Kohlenwasserstoffen unterworfen wird, die feinkörnigen Katalysatorteilchen sedimentiert und die geklärten flüssigen Kohlenwasserstoffe aus dem Prozess ausgeleitet werden, gekennzeichnet durch wenigstens einen in einen vertikalen Druckbehälter (1 ) unter Bildung eines allseitigen Zwischenraums (3) mit der Innenseite des Druckbehälters eingebauten von einem geschlossenen Mantel umgebenen Plattenwärmetauscher (2), eine unterhalb der Eintrittsöffnung des Plattenwärmetauschers zum Aufwirbeln der Suspension angeordnete Begasungseinrichtung (10), ein am unteren Rand des Mantels (7) des Plattenwärmetauschers umlaufend mit seinem sich verengenden Ende angebrachten wenigstens einen Abschnitt der Begasungszone umgebenden Einlauftrichter (11 ), ein am oberen Rand des Mantels des Plattenwärmetauschers umlaufend mit seinem sich erweiternden Ende angebrachten die Trennzone (14) für das Entweichen des Wasserdampfs und der gasförmigen Kohlenwasserstoffe aus der erzeugten Suspension umgebenden mit dem oberen Rand geringfügig unterhalb des in dem Druckbehälter vorhandenen Flüssigkeitsniveaus (19) liegenden Auslauftrichter (12), eine dem oberen Abschnitt (13) des Auslauftrichters gegenüberliegend auf der Innenseite des Druckbehälters umlaufend angebrachte mit der Überströmkante geringfügig unterhalb des im Druckbehälter vorhandenen Flüssigkeitsniveaus liegenden Rinne (21 ) für die Aufnahme der geklärten flüssigen Kohlenwasserstoffe und einen zwischen dem Auslauftrichter und der Rinne bestehenden als Beruhigungszone für die verbleibende Suspension dienender Zwischenraum (22).
5 Reaktor nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen oberhalb der Trennzone (14) befindlichen Gassammeiraum (15) mit einer darin befindlichen Gasreinigungseinrichtung, insbesondere mit wenigstens einem darin angeordneten Zyklon (16,17).
6. Reaktor nach einem der Ansprüche 4 und 5, gekennzeichnet durch einen den Auslauftrichter (12) unter Bildung eines Zwischenraums (20) umgebenden ähnlichen mit seinem oberen Rand über das in dem Druckbehälter (1) vorhandenen Flüssigkeitsniveau (19) ragenden Trichter (21 ).
7. Reaktor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch mehrere in Reihe übereinander angeordnete Plattenwärmetauscher (2,29,30), wobei in dem zwischen zwei benachbarten Plattenwärmetauschern bestehenden Zwischenraum jeweils ein ein Wellen-, Trapez- oder Rechteckprofil besitzendes Verteilerblech (43,44) mit in den Profil- Bergen und Profil-Tälern befindlichen lochförmigen Durchbrechungen, deren Durchmesser im Bereich der Profil-Täler größer als im Bereich der Profil-Berge ist, angebracht ist.
8. Reaktor nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch blockförmige im Querschnitt rechteckige Plattenwärmetauscher (2, 29,30).
9. Reaktor nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch aus mehrere blockförmigen Modulen zusammengesetzte Plattenwärmetauscher (2,29,30).
10. Reaktor nach einem der Ansprüche 4 bis 9, gekennzeichnet durch die Verwendung eines aus hintereinander angeordneten zu einem Paket verbundenen Wärmetauscherplatten bestehenden Plattenwärmetauschers, die mittels zwischen den Wärmetauscherplatten angeordneten Umfangsdichtungen abwechselnd für ein wärmeabgebendes und ein wärmeaufnehmendes Medium geschlossene Kanäle bilden, die über miteinander fluchtenden Ein- und Austrittsöffnungen der Wärmetauscherplatten mit dem jeweiligen Medium beaufschlagbar sind, wobei von den Ein- und Austrittsöffnungen Profilierungen ausgehen und in diesem Profilierungsbereich, abwechselnd von Plattenpaar zu Plattenpaar, Dichtungen zur Abschottung der Ein- und Austrittsöffnungen von den Wärmetauscherflächen angeordnet sind.
11. Reaktor nach einem der Ansprüche 4 bis 9, gekennzeichnet durch die Verwendung eines aus hintereinander angeordneten, zu einem Paket verbundenen Thermoblechen bestehenden Plattenwärmetauschers, dessen Thermobleche jeweils aus zwei durch Punktschweißen miteinander verbundenen geprägten mit im Querschnitt elliptischen Strömungskanälen für das Durchströmen der Dispersion umschließenden Formblechen bestehen, wobei zwischen benachbarten Thermoblechen ein Spalt für das Durchströmen des wärmeaufnehmenden Mediums vorhanden ist
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