WO2015189228A1 - Kompakter katalysator-teststand und befüllen desselben - Google Patents

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WO2015189228A1
WO2015189228A1 PCT/EP2015/062868 EP2015062868W WO2015189228A1 WO 2015189228 A1 WO2015189228 A1 WO 2015189228A1 EP 2015062868 W EP2015062868 W EP 2015062868W WO 2015189228 A1 WO2015189228 A1 WO 2015189228A1
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reaction
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reactors
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Michael Bartz
Armin Brenner
Oliver KÖCHEL
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Hte Gmbh The High Throughput Experimentation Company
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Definitions

  • the present invention relates to the use of reactors in which at least one reaction space extends as a turn, preferably of reactors with multiply wound reaction spaces, in particular spiral-wound reactor tubes, for testing catalysts, in particular for parallel testing of catalysts.
  • the present invention also relates to a method for filling such reactors with at least one twist, which are difficult to access and thus difficult to attack with conventional methods, in particular if the contents are powdery, for example in the case of a fixed catalyst bed.
  • Reactors in particular reactors with powdery and / or particulate solid filling, in particular fixed-bed filling, as are of relevance for example for catalyst test stands, are distinguished according to the prior art in that they are arranged in one plane and parallel to one another . Individual reactors have arranged in a straight flight (typically vertically "linearly” arranged) reactor chambers on soft because of their arrangement comparatively easily filled, emptied, heated, cooled and controlled.
  • Such parallel arranged in a plane reactors are for example from the
  • the reaction space is on a circular arc, or represents a 3-dimensional helical arrangement, which arrangement is preferably helical, i. the radii of the turns of the screw are the same or similar.
  • Archimedean, logarithmic, Fermat or hyperbolic spirals are also preferred, as are three-dimensional arrays such as Archimedean sphere spirals, conical spirals and loxodromes.
  • At least one reactor has at least one multiply wound reaction space, more preferably with at least one spiral wound reactor tube, and is used in a catalyst test stand, this reactor due to its compact dimensions, here due to the "loop-shaped” or “spiral ", in any case tortuous arrangement, even in a small volume segment, in particular one nen the furnace area for temperature control, can be integrated, whereby a test stand is provided, which is particularly easy to temper, especially in comparison to the classical construction of test reactors space because of the more homogeneous temperature field and thus saves energy and complex control technology.
  • reaction space that is to say the volume segment located inside a reactor and to be filled with catalyst
  • the reaction space is at least 5 times, preferably at least 10 times, more preferably at least 5 times in the direction of flow of the fluid flowing through the reaction space 100 times larger dimensioned than perpendicular thereto.
  • the reaction space is substantially tubular, ie perpendicular to the flow direction characterized by a characteristic diameter, which is then at least 5 times, 10 times or 100 times smaller than the length of the tubular reaction space.
  • a spiral reaction space is that, when operated as a tap reactor, all lines of the taps to an analysis unit can be made of the same length, which automatically ensures that similar pressure drop prevails on the lines and ensures that the residence time of the fluid mixtures in the analysis line is the same length for all lines. It is particularly preferred that at least two, more preferably at least four, more preferably at least 16 such reactors, in each of which at least one reaction space extends as a turn, be tested in a catalyst test stand parallel to each other, wherein preferably at least on the reactant Side the reaction spaces in fluid communication with each other.
  • a system comprising:
  • At least one reaction space that extends as a turn preferably designed as a multiply wound reaction space, preferably configured as at least one spiral-wound reactor tube;
  • At least one unit for analysis this unit for analysis completely enclosing the at least one such reaction space, preferably the reaction space is part of this unit for analysis.
  • the system additionally comprises at least one catalyst which is in powder form or in solid particulate form, preferably present as a solid in a solid bed, and introduced into said reaction space. It is in no way excluded that said system can also have multiple catalysts.
  • the unit of analysis may be any analytical unit commonly used for testing fluid product streams. Examples include: gas chromatographs, mass spectrometers, UV-VIS spectrometers, IR spectrometers. Combinations thereof are especially preferred.
  • the use according to the invention and the system according to the invention also make it possible to install larger reaction spaces in the immediate vicinity of units for analysis, or even to integrate them in units for analysis, for example to integrate them in GC ovens and to heat them isothermally, and thus to analyze them in immediate spatial proximity.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a device with a loop or
  • the illustrated embodiment relates to a tap reactor having three cylindrically shaped turns and ten taps. Connecting to the reactor are the filling and compression tools.
  • Figure 2 shows a schematic representation of an apparatus for filling loop or spiral reactors, in particular comprising a reservoir (7) which is connected via a funnel-shaped element (5) with the metering unit (4), wherein the metering unit (4) via the Connection (8) with the cavity (9) is connected.
  • Figure 3 shows a schematic representation of a further embodiment of the device shown in Figure 2, which also also has a line (13). The line (13) advantageously causes a pressure equalization between dosing unit and reservoir.
  • Figure 4 shows a schematic representation of a device analogous to the device of
  • FIGS. 2 and 3 which as a further element comprise a pressure vessel (21) and valve (23) , wherein these elements allow a recording of compressed gases to generate gas pressure pulses.
  • FIG. 5 shows a fourfold apparatus with four tap reactors (61) and one manifold or supply rail (60).
  • curved or helical reaction tubes are known in principle and often have to have a minimum length required for this type of assay, which is the conventional length range of reactors in a range from 0.2 m to 0.8 m.
  • Examples of such reactors are so-called “tap reactor", which have a length in the range of 0.5 m to 10 m and whose inner diameter is in the range of 0.5 mm to 20 mm.
  • Catalyst test stands in the sense of the present invention are preferably in the "bench-scale", so they can be positioned on a laboratory bench. It is particularly preferred that amounts of catalyst in the range of 0.1 g to 1 kg can be handled.
  • the amount of catalyst is preferably in the range from 0.2 g to 500 g, more preferably in the range from 0.3 g to 250 g and in particular in the range from 0.5 g to 100 g.
  • This catalyst is preferably present as a solid pulverulent or particulate substance, in particular as a fixed bed catalyst.
  • a reaction space which extends as a turn is preferred, and preferably is designed as a multiply wound reaction space, and more preferably as a helical (or helix-like) coiled reactor tube, with a length of 10 cm to 2 m, preferably from 15 cm to 1, 5 m, farther preferably from 20 m to 1, 2 m, for the length of the reaction space (extension in the flow direction), and with a characteristic measure of the spatial extent perpendicular to the flow direction of 1 mm to 50 mm, preferably from 2 mm to 15 mm, this characteristic extent perpendicular to the flow direction in the case of a tube, the inner diameter of the tube is.
  • winding preferably at least three turns, more preferably from two to ten turns, more preferably from two to five turns
  • the diameter of such a reactor is preferably in a range of 5 cm to 50 cm, preferably 10 cm to 30 cm, more preferably 15 cm to 20 cm.
  • the inventive test scale for catalysts on an industrial scale (typically for 60 g of catalyst per reaction space) has a dimension which corresponds to the furnace chamber of a gas chromatograph.
  • the reactor can be arranged without difficulty in the interior of the furnace.
  • the loop or spiral reactor according to the invention is preferably operated under elevated pressure relative to the ambient pressure and / or elevated temperature relative to the ambient temperature. Temperature and pressure limitations of the reaction space result, for example, from the production process of the reaction space.
  • a steel pipe that is cold-rolled has a lower pressure stability than a steel pipe that is hot-wound.
  • the preferred operating pressure is in the range from 1 bar to 300 bar, preferably from 1 bar to 200 bar.
  • the loop or spiral reactor has at least one "bleed point", ie removal point for liquid and / or solid samples along the flow direction of the reaction mixture in the reactor, preferably at least 2, 3, 5 or 10 such taps, said In a further preferred embodiment, taps are in operative connection with a multiport valve (for example a valve of the manufacturer VICI Valco Instruments Co. Inc.). Such a reactor is also known as a “tap reactor”. This arrangement of such "tapping point" (57) is also shown in FIG. 1. An arrangement of tapping points which permits sampling along the flow direction, ie along the progress of the reaction, is particularly advantageous, since such an arrangement in particular makes it possible to carry out meaningful kinetics examinations to be able to NEN.
  • a multiport valve for example a valve of the manufacturer VICI Valco Instruments Co. Inc.
  • the sampling takes place in the gas phase, but also a removal of liquid is possible, preferably via a collecting device for liquids.
  • the reactors can be operated as gas-solid, liquid-solid and as gas-liquid-solid reactors in swamp, trickle bed and heavily loaded liquid column.
  • sampling lines are provided at various points of the tap reactor, which are in operative connection with at least one selector valve.
  • the individual sampling lines have the same length and / or the same diameter.
  • the sampling lines preferably have a length in the range of 10 cm to 200 cm.
  • the multiport valve is arranged in the door of a furnace, preferably a circulating air oven, more preferably a GC oven.
  • the accessibility of the furnace interior is such that there are further technical elements of the catalyst testing apparatus are arranged, such as in particular gas saturator or heat exchanger for preheating gas streams.
  • the loop-shaped or helical / helical reactor is heated with a heat transfer medium (for example, with gas) and realized in this way a possible isothermal temperature field.
  • a heat transfer medium for example, with gas
  • the heating of such a reactor can also take place via another fluid heat transfer medium, such as a liquid (oil, water), a melt (salt, metal) or a solid heat transfer medium such as sand, silicon or silicon carbide powder or metal powder or a gas such as nitrogen or air.
  • the introduction of the loop or spiral reactor according to the invention in the heat transfer medium is relatively simple and the reactor can be accommodated to save space.
  • Cassette-type modules are preferred, in particular for a high-throughput system for testing catalysts, which also makes it possible to test at different temperatures, in each case in a module in a system.
  • the inhomogeneous heating of such cassettes by applying an inhomogeneous temperature field, preferably using solid heat transfer medium.
  • the modules can be stacked horizontally or vertically and / or arranged in rows.
  • at least one thermocouple is in operative connection with at least one tap, which enables sample removal and simultaneous temperature measurement, in particular also of the catalyst bed, at this point.
  • Such a charging of a reactor with a pulverulent or pellet-like solid is technically easy to realize for a suitably dimensioned linear reactor, but not for a tortuous, in particular loop-shaped reactor.
  • a freely accessible reactor In contrast to a poorly accessible reactor, a freely accessible reactor is characterized in that the reaction space is arranged linearly and the inner volume of the reaction space (in the unfilled state) is completely visible from the inlet opening and in the direction of the viewing axis.
  • a straight tube or a block having straight bores.
  • the present invention thus also relates to an apparatus and a method for introducing / introducing powdery goods, preferably pulverulent catalysts, into curved and / or not easily accessible reaction spaces or reaction spaces in reactors, in particular in the curved and miniaturized catalyst test stands according to the invention.
  • reaction spaces or reaction spaces are characterized in that they have windings which are arranged more or less regularly and by which a direct access to the line area is "shadowed".
  • the shadowing means that the areas for technical applications are not accessible in the same way as is the case with the linear reaction spaces.
  • the filling of packed columns is known, which are used in chromatography. For example, liquid slurries of the powdery bulk material are formed and these liquid slurries are then in the form of liquid Phase pumped by means of the curved pipe sections.
  • this is associated with the disadvantage of the presence of an often undesirable liquid phase.
  • the object mentioned here and further objects are / is achieved by providing an apparatus and a method for filling curved reaction spaces.
  • the device for filling at least one reaction space limited in its accessibility, in particular a curved / tortuous reaction space has at least the following components:
  • At least one storage vessel (7) At least one storage vessel (7)
  • metered-dose store (4) and storage vessel (7) are materially connected to one another via at least one funnel element (5),
  • the dosing material store (4) is furthermore firmly bonded to the reaction space (9) to be filled via at least one operative connection (8),
  • the internal volume of the storage vessel (7) is in the range of 10 ml to 500 ml, preferably in the range of 20 ml to 200 ml, and
  • the internal volume of the Dosiergutaires (4) in the range of 5 ml to 400 ml, preferably 5 ml to 50 ml.
  • the dimensioning of storage vessel and Dosiergut organizer is particularly on the inventive use (testing of catalysts in compact reactors) and the inventive system Voted.
  • the storage vessel (7) and the Dosiergut immediately (4) via an operative connection element (13) are connected, which causes a pressure equalization between the storage vessel (7) and the Dosiergut immediately (4), wherein the active connection element (13) in a preferred Embodiment has a control element.
  • the device is suitable for filling reaction chambers which are of tubular construction, these preferably having a length in the range of 0.5 m to 10 m and a diameter in the range of 5 mm to 25 mm.
  • the associated therewith powder packets preferably have a bed volume in the range 0.5 cm 3 to 1000 cm 3, preferably from 1 cm 3 to 500 cm 3, and even more preferably from 5 cm 3 to 250 cm 3.
  • the reaction space (9) to be filled has an inlet which is in operative connection with the dosing material store (4) via a connecting piece (8).
  • the reaction space to be filled further has at least one outlet (10) which is arranged at a spatial distance from the entrance, for example at a pipe at its other end.
  • the outlet (s) (10) preferably have elements (11) which retain the powdery material but allow gases or liquids (carrier fluids) to pass through.
  • These retention elements may for example comprise or be sieves, frits, cotton wool or the like.
  • the dosing product store (4) is connected to a switching valve (2) via a line (3), which functions as an operative connection.
  • a line (3) On the input side there is a pressure supply / fluid supply for the carrier fluid.
  • the supply line and the pressure supply for the carrier fluid are combined in the unit (1).
  • the valve (2) preferably has the functionality that the valve makes it possible to generate pressure pulses, ie a pressure increase, a target pressure and a pressure drop.
  • the period of time during which the pressure inside the device, in particular in the operative connection (3), as well as the operative connection (8), is higher than the ambient pressure or the previously prevailing pressure is referred to as the "pressure phase".
  • the time length of the printing phase preferably ranges from 1 ms to within the range of 100 s. Preferred is a time range of 100 ms to 10 s, more preferably 50 ms to 5 s.
  • the pauses between the pressure phases are preferably in the same time range as the pressure surges themselves. However, it is not mandatory for the pauses between two pressure phases to have the same length as the pressure phases. In any case, it is preferred that the pressure in the device rises rapidly, ie the pressure for establishing the pressure phase should reach 80% of the equilibrium pressure in 1 ms, preferably 10 ms, preferably in 500 ms.
  • a Sequence of pressure phase and non-pressurized phase is referred to in the context of the present invention as a pressure pulse.
  • the storage vessel (7) is connected via an operative connection (5) with the Dosiergut immediately (4) in connection.
  • the storage vessel is preferably oriented so that the content passes under the action of gravity in the Dosiergut immediately (4). Accordingly, embodiments are preferred for the storage vessel, which facilitate the "trickling" of the content ("bulk") in the Dosiergut immediately (4). In particular, funnel-like formations of the bottom of the container are preferred.
  • the active compound (5) has the same cross-sectional area as the Dosiergut- memory, preferably the value of half the cross-section, more preferred is the value of the third part of the cross section.
  • the storage vessel (7) is subjected to a pressurization.
  • a preferred storage vessel (7) has an internal volume in the range from 10 ml to 500 ml, preferably the internal volume is in the range from 20 ml to 200 ml.
  • the dosage product storage preferably has an internal volume in the range from 5 ml to 400 ml, preferably from 5 ml to 50 ml.
  • FIG. 3 shows the device as described above in connection with FIG. 2, but with the preferred embodiment that a line (13) for pressure equalization is provided between the storage vessel (7) and the dosing product store (4), which is a "trickle" of the bulk material from the storage vessel transported into the Dosiergut immediately.
  • FIG. 4 shows a variant for generating gas pressure pulses.
  • the volume (21) is on the one hand via a valve (22) in operative connection, in this case with a gas supply. On the other hand, there is an operative connection to the valve (2).
  • In the volume (21) is closed when the valve (2) via the valve (22) gas. In this way, a pressure in the volume (21) is built up.
  • the valve (22) is blocked, the pressure from the volume (22) via the valve (2) and via the line (3) in the Dosiergut eater (4) is released. In this embodiment, no further switching operations to generate a pressure pulse are required.
  • FIG. 5 shows an embodiment with four reactors (61) arranged in parallel.
  • the reactors (61) are driven by the supply line (60), each having a feed line (62) to the reactors.
  • the individual tap connections are led in this particular embodiment to a common drain (63).
  • the steepness of the pressure pulse next to the cross section of the valve is determined by its switching time.
  • directly controlled solenoid valves are preferred.
  • the active compound (8) preferably has a maximum length of 20 cm, preferably 10 cm, more preferably 1 cm.
  • the cross section of this active compound (8) is between three times to one tenth of the diameter of the inlet to the reaction space, preferably between twice to one fifth, preferably the same, to a quarter of the value of the entrance to the reaction space (8).
  • the compressed air filling in the sense of the present invention has the advantage that the pulverulent material does not come into contact with a liquid which can easily change the surface of the material or even clog the pores. In addition, no cleaning or drying of the catalyst bed or the powder bed is required after the compressed air filling.
  • the present invention also relates to a method for filling a curved and restricted in its accessibility reaction space, this method being characterized by the following steps:
  • pressure buildup in the apparatus may cause fluid to flow into the hopper and lift the powder. After the pressure has been reduced again, powder trickles into the space of the dosing storage. As a result of the second pressure pulse, the powder now present in the metered product store is conveyed into the reaction space. At the same time, the powder already in the reaction space is compressed by the pressure surge. After at least two, preferably at least four pressure pulses, the reaction space is completely filled and the powder already present in the reaction space is compressed.
  • the pressure pulses used for filling can have an absolute pressure in the range of 1 bar to 200 bar.
  • the absolute pressure preferably has values in the range from 1 bar to 50 bar, more preferably from 2 bar to 10 bar, in particular from 3 bar to 6 bar.
  • the storage vessel (7) via an operative connection (5) with the Dosiergut arrived (4) in operative connection.
  • the cross-section of the active compound has similar dimensions as the active compound (3). This connection serves to counteract the pressure pulse which penetrates from below into the storage vessel, another pressure pulse from above, so that the powdery material is not ejected upwards out of the vessel.
  • the storage vessel (7) has a removable lid (12), which closes the vessel pressure-tight and -dicht.
  • Another preferred aspect of the invention also relates to the use in liquid-solid systems in which liquids are passed through solids beds or Trickle Bed applications in which liquids and gases are passed through the catalyst bed.
  • the applications GTL (gas-to-liquid), FT (Fischer-Tropsch-Verfaren) or HBF columns are also preferred.
  • a preferred field of use of the reactor systems according to the invention relates to the performance of kinetic measurements. It is also possible to determine a so-called global kinetics for certain catalyst systems. Particularly preferably, such data can be used to determine the microkinetics.
  • the reactors are also used in more complex systems. can be arranged, which can be present in very different embodiments.
  • two or more reactors are helically wound together so that the reactors so arranged produce a multi-threaded helix.
  • one embodiment of two reactors is in the form of a DNA double helix as a two-turn helix.
  • the more complex arrangements may be in the form of twisted pairs or twisted triplets.
  • the more complex arrangement provides another contribution to making the reactor arrangements more compact than simple reactors.
  • the more compact design also facilitates the modularization of the components, which in turn leads to a reduction in the size of the systems, which can also be arranged in a flexible manner.
  • the filling of the reactors could already be achieved with the aid of the filling method according to the invention and the filling device according to the invention, which is also part of the present disclosure. Flexibility in process control and use of the reactor systems
  • the apparatus may be used to perform Simulated Living Bed (SMB) experiments in which migration of the catalyst bed is controlled by valve switching and fluid flow guidance in a specific manner. It is possible that the educt is supplied via the taps in the course of the reaction and further switched after a certain time. This sometimes leads to a reversal of the flow direction. This flow reversal creates a time behavior that can be described equivalently to a moving bed.
  • SMB Simulated Living Bed
  • the device according to the invention according to FIG. 3 was used for filling a tap reactor with a length of 1.20 m and an internal pipe diameter of 9.13 mm.
  • the Zapf site reactor which had a spiral shape and each had a valve for sampling at a distance of 5 cm or 10 cm, had a reaction zone with a length of 1.00 m, which corresponds to a volume of 65.47 cm 3 to be filled .
  • a reservoir was connected, which had an internal volume of 50 ml.
  • Example B1 As metering experiments, the metering of corundum with a particle size in the range from 250 ⁇ m to 500 ⁇ m was carried out in Example B1; in Example B2, a copper catalyst with a particle size of 250 ⁇ m to 500 ⁇ m was metered and in Example B3, a pumice was applied impregnated copper catalyst with a particle size of 1, 1 mm to 1, 6 mm dosed.
  • the device was equipped with a Dosiergut everything (4), which had a volume of 50 ml.
  • the device was connected to a compressed air pressure line, which provided compressed air under a pressure of 4.0 bar.
  • the tap reactor could be filled in a densely packed manner in a reproducible manner within a short time and with a number of 20 to 40 pressure surges.
  • the length of the reactor bed in the reactor tube of a tap reactor was determined in each case, wherein the weight of the introduced into the catalyst tube powder amount was determined.
  • the packing density was determined, since the tube diameter of the tap reactor is known. Comparative tests were carried out for packing in a linear tube reactor in which the same catalyst powder was compressed in each case within the reactor tube by means of a tamping compressor.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Reaktoren, in denen sich zumindest ein Reaktionsraum als Windung erstreckt, vorzugsweise von Reaktoren mit mehrfach gewundenen Reaktionsräumen, insbesondere spiralförmig gewundenen Reaktor-Rohren, zum Testen von Katalysatoren, insbesondere zum parallelen Testen, sowie ein Verfahren zum Befüllen solcher Reaktoren mit zumindest einer Windung, welche schwer zugänglich und somit auch schwer mit konventionellen Methoden zu befüllen sind, insbesondere, wenn das Füllgut pulverförmig ist, insbesondere ein Katalysator-Festbett.

Description

Kompakter Katalysator-Teststand und Befüllen desselben Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Reaktoren, in denen sich zumindest ein Reaktionsraum als Windung erstreckt, vorzugsweise von Reaktoren mit mehrfach gewundenen Reaktionsräumen, insbesondere von spiralförmig gewundenen Reaktor-Rohren, zum Testen von Katalysatoren, insbesondere zum parallelen Testen von Katalysatoren. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Befüllen solcher Reaktoren mit zumindest einer Win- dung, welche schwer zugänglich und somit auch schwer mit konventionellen Methoden zu befallen sind, insbesondere, wenn das Füllgut pulverförmig ist, beispielsweise im Falle eines Katalysator-Festbetts.
Reaktoren, insbesondere Reaktoren mit pulverförmiger und/oder partikulärer Feststoff- Befüllung, insbesondere Festbett-Befüllung, wie diese beispielsweise für Katalysator- Teststände von Relevanz sind, zeichnen sich gemäß dem Stand der Technik dadurch aus, dass sie in einer Ebene und parallel zueinander angeordnet sind. Einzelne Reaktoren weisen dabei in einer geraden Flucht angeordnete (typischerweise vertikal "linear" angeordnete) Reaktorräume auf weiche aufgrund ihrer Anordnung vergleichsweise leicht befüllt, entleert, beheizt, gekühlt sowie kontrolliert werden können.
Allerdings limitiert eine solche "vertikale" oder "geradlinige" Anordnung und Form die Einsatzmöglichkeiten von solcher Reaktoren in Katalysator-Testständen, insbesondere auch, weil stets eine gewisse "Höhe" des Katalysator-Bettes notwendig ist und auf die Dimensionierung des gesamten Teststandes einen großen Einfluss hat, bzw. maßgeblich ist. Insbesondere dann wenn Katalysatoren im Gramm-Maßstab oder größeren Maßstäben befüllt und getestet werden sollen.
Solche parallel in einer Ebene angeordnete Reaktoren sind beispielsweise aus der
DE 198 09 477 bekannt, wobei hier die geradlinigen Reaktorkanäle als Bohrungen in einem massiven Metallblock (ggf. mit Einsätzen) vorliegen. Ein Verfahren zum Befüllen von parallel in einer Ebene angeordneten Reaktor-Rohren ist aus der EP 1 796 897 bekannt.
Eine entsprechende Testung in„U"-förmigen Reaktoren ist aus Jozsef M. Berty: Experiments in Catalytic Reaction Engineering, Elsevier Science (1999), ISBN 0-444-54137-3, S. 31 ff bekannt.
Im Lichte des bekannten Standes der Technik, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, deutlich verkleinerte und/oder kompaktere Teststände für Katalysatoren bereitzustellen, insbesondere solche, die eine geringere Höhe bzw. Einbauhöhe aufweisen, und die dennoch die Te- stung von Katalysatoren im„Grammbereich" also größer al 0,1 g, bevorzugt größer als 0,2 g, weiter bevorzugt größer als 0,5 g ermöglichen, sowie die auch ein effektives paralleles Testen von Katalysatoren ermöglichen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung von zumindest einem Reaktor, in welchem sich zumindest ein Reaktionsraum als Kreissegment („Windung") erstreckt.
Vorzugsweise liegt der Reaktionsraum auf einem Kreisbogen, oder stellt eine 3 dimensional spiralförmige Anordnung dar, wobei diese Anordnung bevorzugt schraubenförmig ist, d.h. die Radien der Windungen der Schraube sind gleich oder ähnlich. Archimedische, logarithmische, fermatsche oder hyperbolische Spiralen sind auch bevorzugt, sowie auch dreidimensionale Anordnungen wie archimedische Kugelspiralen, konische Spiralen und loxodrome. Vorzugsweise weist zumindest ein Reaktor zumindest einem mehrfach gewundenen Reaktionsraum auf, weiter vorzugsweise mit zumindest einem spiralförmig gewundenen Reaktor- Rohr, und wird in einem Katalysator-Teststand eingesetzt, wobei dieser Reaktor aufgrund seiner kompakten Dimensionierung, hier bedingt durch die "schlaufenförmige" oder "spiralförmige", in jedem Fall gewundene Anordnung, auch in eine kleine Volumen-Segment, insbesondere ei- nen den Ofenbereich zur Temperierung, integriert werden kann, wodurch ein Teststand bereitgestellt wird, der besonders im Vergleich zur klassischen Bauweise von Testreaktoren platzsparend, einfach zu temperieren ist wegen des homogeneren Temperaturfeldes und somit Energie und aufwändige Regelungstechnik spart. Im Hinblick auf den Reaktionsraum, also dem im Inneren eines Reaktors befindlichen und mit Katalysator zu befüllenden Volumensegment, bestehen erfindungsgemäß keine Beschränkungen, außer dass dieser in Flussrichtung des durch den Reaktionsraum hindurchströmenden Fluids zumindest 5-mal, bevorzugt zumindest 10-mal, weiter bevorzugt zumindest 100-mal größer dimensioniert ist, als senkrecht hierzu. Besonders bevorzugt ist der Reaktionsraum im wesentlichen rohrförmig ausgebildet, also senkrecht zur Flussrichtung durch einen charakteristischen Durchmesser gekennzeichnet, der dann zumindest 5-mal, 10-mal oder 100-mal kleiner ist als die Länge des rohrförmigen Reaktionsraumes.
Ein weiterer Vorteil eines spiralförmigen Reaktionsraumes ist es, dass bei Betrieb als Zapfstel- lenreaktor alle Leitungen der Zapfstellen zu einer Analyseeinheit leicht gleich lang gestaltet werden können, was automatisch sicherstellt, dass ähnlicher Druckabfall auf den Leitungen herrscht und sicherstellt, dass die Verweilzeit der Fluidmischungen in der Analysenleitung für alle Leitungen gleich lang ist. Besonders bevorzugt ist es, dass zumindest zwei, weiter bevorzugt zumindest vier, weiter bevorzugt zumindest 16 solcher Reaktoren, in welchen sich jeweils zumindest ein Reaktionsraum als Windung erstreckt, in einem Katalysator-Teststand parallel zu einander getestet werden, wobei bevorzugt zumindest auf der Edukt-Seite die Reaktionsräume in fluidischer Kommunikation zueinander stehen. Die vorliegende Aufgabe wird auch gelöst durch ein System umfassend:
• zumindest einen Reaktionsraum, der sich als Windung erstreckt, vorzugsweise ausgestaltet als ein mehrfach gewundener Reaktionsraum, vorzugsweise aus- gestaltet als zumindest ein spiralförmig gewundenes Reaktor-Rohr;
· zumindest eine Einheit zur Analyse, wobei diese Einheit zur Analyse den zumindest einen solchen Reaktionsraum vollständig umschließt, vorzugsweise der Reaktionsraum Bestandteil dieser Einheit zur Analyse ist.
Vorzugsweise umfasst das System zusätzlich zumindest einen Katalysator, der pulverförmig oder in fester partikulärer Form vorliegt, vorzugsweise als Feststoff in einem Feststoffbett vorliegt, und in diesen besagten Reaktionsraum eingebracht ist. Dabei ist es in keiner Weise ausgeschlossen, dass besagtes System auch mehrere Katalysatoren aufweisen kann.
Die Einheit zur Analyse kann jede für das Testen von fluiden Produktströmen gebräuchliche Analyseeinheit sein. Beispiele sind unter anderem: Gaschromatographen, Massenspektrome- ter, UV-VIS Spektrometer, IR Spektrometer. Kombinationen hiervon, sind besonders bevorzugt.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung und das erfindungsgemäße System lassen sich auch größere Reaktionsräume in unmittelbarer Nähe von Einheiten zur Analyse anbringen, be- ziehungsweise sogar in Einheiten zur Analyse integrieren, beispielsweise in GC-Öfen integrieren und isotherm beheizen, und somit in unmittelbarer räumlicher Nähe analysieren.
Die vorliegende Erfindung nachfolgend anhand von weiteren Ausführungsformen beschrieben. Dabei dienen die folgenden Figuren der beispielhaften Illustration der Erfindung.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einem schleifen- bzw.
spiralförmig aufgebauten Zapf Stellenreaktor. Die dargestellte Ausführungsform bezieht sich auf einen Zapfstellenreaktor mit drei zylindrisch geformten Windungen und zehn Zapfstellen. An den Reaktor anschlössen sind das Füllungs- und das Ver- dichtungswerkzeug.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Befüllen von schlaufen- oder spiralförmigen Reaktoren, insbesondere aufweisend einem Vorratsbehälter (7), der über ein trichterförmiges Element (5) mit der Dosiereinheit (4) verbunden ist, wobei die Dosiereinheit (4) über die Verbindung (8) mit der Kavität (9) verbunden ist. Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung der in Figur 2 gezeigten Vorrichtung, die außerdem noch eine Leitung (13) aufweist. Die Leitung (13) bewirkt vorteilhaft einen Druckausgleich zwischen Dosiereinheit und Vorratsbehälter.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung analog zur Vorrichtung der
Figuren 2 und 3, die als weiteres Element einen Druckbehälter (21 ) und Ventil (23) aufweist, wobei diese Elemente eine Aufnahme von Druckgasen zur Erzeugung von Gas-Druckimpulsen ermöglichen.
Figur 5 zeigt eine Vierfachapparatur mit vier Zapfstellenreaktoren (61 ) und einem Manifold beziehungsweise Versorgungsrail (60).
Aus dem Gebiet von Reaktoren, die zur Untersuchung von Reaktionskinetiken eingesetzt werden, sind gekrümmte oder helix- bzw. spiralförmig verlaufende Reaktionsrohre prinzipiell bekannt, wobei diese oftmals eine für diese Art der Untersuchung erforderlichen Mindestlänge aufweisen müssen, die den herkömmlichen Längenbereich von Reaktoren in einem Bereich von 0,2 m bis 0,8 m überschreiten. Beispiele für derartige Reaktoren sind sogenannte "Zapfstellenreaktoren", die eine Länge im Bereich von 0,5 m bis 10 m aufweisen und deren Innendurchmesser im Bereich von 0,5 mm bis 20 mm liegt.
Zapfstellenreaktoren sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus Sole. Jozsef M. Berty: Experiments in Catalytic Reaction Engineering. 292 Seiten, Elsevier Science (1999), ISBN 0-444-54137-3, S. 31 ff
Solche gekrümmten oder helixförmig verlaufenden Reaktionsrohre werden allerdings bisher im Stand der Techik nicht zum Testen von Katalysatoren, insbesondere von Festbett- Katalysatoren, eingesetzt, da es bisher nicht möglich ist, in solche schwer zugänglichen Reaktionsräume reproduzierbar einen Feststoff einzubringen. Insbesondere aber für das parallele, also vergleichende Testen von Katalysatoren, muss allerdings sichergestellt werden, dass sich in jedem Reaktionsraum einer parallelen Anordnung (2, 4, 8, 16, 32 ... Reaktionsräume) reproduzierbar dieselbe Menge an Katalysator in einer Schüttung derselben Dichte vorliegt. Sollte dies nicht gewährleistet sein, so können Reaktionsergebnisse nicht aussagekräftig verglichen werden.
Katalysator-Teststände im Sinne der vorliegenden Erfindung liegen vorzugsweise im "bench- scale" vor, können also auf einer Laborbank positioniert werden. Besonders bevorzugt ist es, dass Katalysatormengen im Bereich von 0,1 g bis 1 kg gehandhabt werden können. Vorzugsweise liegt die Katalysatormenge im Bereich von 0,2 g bis 500 g, weiter bevorzugt im Bereich von 0,3 g bis 250 g und insbesondere im Bereich von 0,5 g bis 100 g. Vorzugsweise liegt dieser Katalysator als eine feste pulverförmige oder partikelförmige Substanz, insbesondere als Festbettkatalysator, vor.
Wie bereits oben erwähnt, ist im Sinne der vorliegenden Erfindung für den zumindest einen Reaktoren, vorzugsweise für eine Anordnung mit 2, 4, 16, 32 oder mehr Reaktoren (zum parallelen Testen) ein Reaktionsraum bevorzugt, der sich als Windung erstreckt, sowie der vorzugsweise als ein mehrfach gewundener Reaktionsraum ausgestaltet ist, sowie weiter vorzugsweise als ein spiralförmig (oder helix-artiges) gewundenes Reaktor-Rohr ausgestaltet ist, und zwar mit einer Länge von 10 cm bis 2 m, vorzugsweise von 15 cm bis 1 ,5 m, weiter vorzugsweise von 20 m bis 1 ,2 m, für die Länge des Reaktionsraumes (Erstreckung in Flussrichtung), sowie mit einem charakteristischen Maß für die räumliche Erstreckung senkrecht zur Flussrichtung von 1 mm bis 50 mm, vorzugsweise von 2 mm bis 15 mm, wobei diese charakteristische Erstreckung senkrecht zur Flussrichtung im Falle eines Rohres der Innendurchmesser des Rohres ist.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung weist der mehrfach gewundene, vorzugsweise der spiralförmig gewundene Reaktionsraum, beziehungsweise das Reaktor-Rohr, mindestens zwei gekrümmten Segmenten auf, welche im Sinne der vorliegenden Erfindung eine kontinuierliche Windung darstellen, die sich über ein 360° Segment erstreckt („Windung"), vorzugsweise min- destens drei Windungen, weiter vorzugsweise von zwei bis zehn Windungen, weiter vorzugsweise von zwei bis fünf Windungen. Der resultierende helix- oder spiralförmige Reaktor ist schematisch in Figur 1 gezeigt.
Der Durchmesser eines solchen Reaktors, bestimmt durch den Außendurchmesser der größten solchen "Windungen" (Spirale), liegt vorzugsweise in einem Bereich von 5 cm bis 50 cm, vorzugsweise von 10 cm bis 30 cm, weiter vorzugsweise von 15 cm bis 20 cm.
Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße Teststand für Katalysatoren im technischen Maßstab (typischerweise für 60 g an Katalysator pro Reaktionsraum) eine Dimension auf, welche dem Ofen-raums eines Gaschromatographen entspricht. Dabei kann der Reaktor ohne Schwierigkeiten im Innenraum des Ofens angeordnet werden.
Der erfindungsgemäße Schlaufen- oder spiralförmige Reaktor wird vorzugsweise unter gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhtem Druck und/oder gegenüber der Umgebungstemperatur erhöhter Temperatur betrieben. Temperatur und Drucklimitierungen des Reaktionsraumes resultieren beispielsweise aus dem Herstellungsverfahren des Reaktionsraumes. So weist beispielsweise ein Stahlrohr, welches kalt gewickelt wird, eine geringere Druckstabilität auf als ein Stahlrohr, welches heiß gewickelt wird. Für kalt gewickelte Stahlreaktoren liegt der bevorzugte Betriebsdruck in einem Bereich von 1 bar bis 300 bar, vorzugsweise von 1 bar bis 200 bar.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schlaufen- oder spiralförmige Reaktor zumindest eine "Zapfstelle", also Entnahmestelle für flüssige und/oder feste Proben, entlang der Strömungsrichtung des Reaktionsgemische im Reaktors auf, vorzugsweise zumindest 2, 3 , 5 oder 10 solcher Zapfstellen, wobei diese Zapfstellen in einer weiter bevorzugten Ausführungs- form mit einem Multiportventil (beispielsweise einem Ventil des Herstellers VICI Valco Instruments Co. Inc.) in Wirkverbindung stehen. Ein solcher Reaktor ist entsprechend auch als "Zapfstellenreaktor" bekannt. Diese Anordnung solches "Zapfstellen" (57) ist gleichfalls in Figur 1 gezeigt Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung von Zapfstellen, die eine Probenentnahme entlang der Strömungsrichtung, d.h. entlang des Reaktionsfortschritts, ermöglicht, da eine solche Anordnung es insbesondere erlaubt, aussagekräftige Kinetik-Untersuchungen durchführen zu kön- nen.
Bevorzugt erfolgt die Probenentnahme in der Gasphase, allerdings ist auch eine Entnahme von Flüssigkeit möglich, vorzugsweise über eine Sammelvorrichtung für Flüssigkeiten. Insbesonde- re können die Reaktoren als gas-fest, flüssig-fest und als gas-flüssig-fest Reaktoren in sumpf-, trickle-bed und als hochbelastete Flüssig-Kolonne betrieben werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform, sind an verschieden Stellen des Zapfstellenreaktors Probenentnahmeleitungen vorgesehen, die mit zumindest einem Selektor-Ventil in Wirkverbin- dung stehen. Vorzugsweise weisen die einzelnen Probenentnahmeleitungen die gleiche Länge und/oder den gleichen Durchmesser auf.
Die Probenentnahmeleitungen weisen vorzugsweise eine Länge im Bereich von 10 cm bis 200 cm auf. In einer bevorzugten Anordnung ist das Multiportventil in der Tür eines Ofens, vor- zugsweise eines Umluftofens, weiter bevorzugt eines GC-Ofens, angeordnet. In dieser Ausgestaltung ist die Zugänglichkeit des Ofeninnenraums derart, dass dort weitere technische Elemente der Katalysatortestungsapparatur angeordnet werden, so wie insbesondere Gas-Sättiger oder Wärmetauscher zum Vorwärmen von Gasströmen Wie bereits oben erwähnt wurde, basieren die bekannten Hochdurchsatzsysteme, die dem
Fachmann zum Testen von Katalysatoren bekannt sind, auf geraden, insbesondere im Wesentlichen vertikal angeordneten Reaktoren (Reaktionsrohre). Um diese "geraden" Reaktoren als Zapfstellenreaktoren zu betreiben, wäre es notwendig, die Heizung als Heizmanschetten um die Zapfstellen herumanzuordnen, was mit großem technischen Aufwand beziehungsweise Nach- teilen verbunden ist. Die Nachteile bestehen darin, dass ein ungleich höherer Aufwand erforderlich ist, als dies in Verbindung mit einem Schlaufen- oder spiralförmigen Reaktor notwendig ist, der von einem fluiden Medium beheizt wird. Zudem ist die "in sich gewundene" spiral- oder he- lixförmige Bauweise sehr platzsparend und hat weitere Vorteile, die nachfolgend erläutert werden.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der schlaufenförmige oder spiral- /helixartiger Reaktor mit einem Wärmeträgermedium (beispielsweise mit Gas)beheizt und auf diese Weise ein möglichst isothermes Temperaturfeld realisiert. Die Beheizung eines solchen Reaktors kann auch über ein anderes fluides Wärmeträgermedium erfolgen, wie eine Flüssig- keit (Öl, Wasser), eine Schmelze (Salz, Metall) oder ein festes Wärmträgermedium wie Sand, Silizium- oder Siliziumcarbidpulver oder Metallpulver oder ein Gas wie Stickstoff oder Luft.
Das Einbringen des erfindungsgemäßen Schlaufen- oder spiralförmigen Reaktors in das Wärmeträgermedium ist vergleichsweise einfach und der Reaktor kann platzsparend untergebracht werden. Kassettenartige Module sind bevorzugt, insbesondere für eine Hochdurchsatzanlage zum Testen von Katalysatoren, die auch eine Austestung bei unterschiedlichen Temperaturen, jeweils in einem Modul in einer Anlage, möglich macht. Ebenfalls bevorzugt ist die inhomogene Beheizung solcher Kassetten durch Anwenden eines inhomogenen Temperaturfeldes, vorzugsweisen unter Verwendung fester Wärmeträger. Die Module können horizontal oder vertikal gestapelt und/oder gereiht vorliegen Vorzugsweise ist zumindest ein Thermoelement in Wirkverbindung mit mindestens einer Zapfstelle, was Probenentnahme und gleichzeitige Temperaturmessung, insbesondere auch des Katalysatorbetts, an dieser Stelle ermöglicht.
Verfahren und Vorrichtung zum Befüllen eines gekrümmten Reaktors
Ein besonderes Problem auf dem Gebiet der Katalysator-Testung ist es, insbesondere für die heterogene Katalyse, dass die Reaktoren mit einem Festbett beschickt werden müssen, beispielsweise mit Katalysator-Pellets. Ein solches Beschicken eines Reaktors mit einem pulver- förmigen oder pellet-artigen Feststoff ist für einen entsprechend dimensionierten linearen Reak- tor technisch gut zu realisieren, nicht aber für einen gewundenen, insbesondere schlaufenför- migen Reaktor.
Somit ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Beschicken eines vorstehend beschriebenen gewundenen Reaktors, oder generell eines schlecht zugängli- chen, nicht im Wesentlichen geradlinigen Reaktors, bereitzustellen.
Im Gegensatz zu einem schlecht zugänglichen Reaktor ist ein frei zugänglicher Reaktor dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum linear angeordnet ist und das innere Volumen des Reaktionsraumes (im ungefüllten Zustand) von der Eingangsöffnung und in Richtung der Sichtachse vollständig einsehbar ist. Als Beispiele für solche frei zugängliche Reaktoren ist ein gerades Rohr genannt, oder ein Block der geradlinige Bohrungen aufweist.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit auch eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einbringen/Einfüllen von pulverartigen Gütern, vorzugsweise pulverförmigen Katalysatoren, in ge- krümmte und/oder nicht einfach zugängliche Reaktionsräume oder Reaktionsräume in Reaktoren, insbesondere in den erfindungsgemäßen gekrümmten und miniaturisierten Katalysator- Testständen.
Nicht einfach zugängliche Reaktionsräume oder Reaktionsräume sind dadurch gekennzeichnet, dass diese Windungen aufweisen, die mehr oder weniger regelmäßig angeordnet sind und durch die ein direkter Zugang zum Leitungsbereich "abgeschattet" wird. Die Abschattung führt dazu, dass die Bereiche für technische Anwendungen nicht in gleicher weise zugänglich sind, wie dies bei den linearen Reaktionsräumen der Fall ist. Aus dem Stand der Technik ist das Befüllung von gepackten Säulen bekannt, die in der Chromatographie eingesetzt werden. Beispielsweise werden flüssige Aufschlämmungen des pulverförmigen Schüttguts gebildet und diese flüssigen Aufschlämmungen dann in Form der flüssigen Phase mittels Pumpen in die gekrümmte Rohrleitungsbereiche hineingefördert. Dies ist allerdings mit dem Nachteil der Anwesenheit einer oft unerwünschten flüssigen Phase verbunden.
Auch ist das Befüllen von gekrümmten Rohrleitungen mit Pulvern über Trichter und unter Ver- wendung von Vibrationsvorrichtungen ist bekannt. Diese Verfahren sind allerdings unter räumlich begrenzten Bedingungen schlecht einsetzbar.
Somit ist es eine erfindungsgemäße Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereit zu stellen, mittels derer/dessen das Befüllen von gekrümmten Reaktionsräumen verbessert wird.
Die hier genannte Aufgabe und weitere Aufgaben, wird/werden dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Befüllung von gekrümmten Reaktionsräumen bereitgestellt wird.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zum Befüllen von zumindest einem in seiner Zugäng- lichkeit eingeschränkten Reaktionsraum, insbesondere eines gekrümmten/ gewundenen Reaktionsraumes, zumindest die folgenden Komponenten auf:
• zumindest einen Dosiergutspeicher (4),
• zumindest ein Vorratsgefäß (7),
• wobei Dosiergutspeicher (4) und Vorratsgefäß (7) über zumindest ein Trichterelement (5) miteinander stoffschlüssig verbunden sind,
• wobei der Dosiergutspeicher (4) weiterhin über zumindest ein Wirkverbindung (8) mit dem zu befüllenden Reaktionsraum (9) stoffschlüssig verbunden ist,
• und der Dosiergutspeicher (4) eine weitere Verbindung (3) aufweist, und zwar zu einer Vorrichtung zu Druckluftzufuhr (1 ),
wobei das Innenvolumen des Vorratsgefäßes (7) im Bereich von 10 ml bis 500 ml liegt, vorzugweise im Bereich von 20 ml bis 200 ml, und
wobei das Innenvolumen des Dosiergutspeichers (4) im Bereich von 5 ml bis 400 ml liegt, vorzugsweise 5 ml bis 50 ml. Die Dimensionierung von Vorratsgefäß und Dosiergutspeicher ist dabei insbesondere auf die erfindungsgemäße Verwendung (Testen von Katalysatoren in kompakten Reaktoren) sowie das erfindungsgemäße System abgestimmt.
Besonders bevorzugt ist, dass das Vorratsgefäß (7) und der Dosiergutspeicher (4) über ein Wirkverbindungselement (13) verbunden sind, welches einen Druckausgleich zwischen Vorratsgefäß (7) und der Dosiergutspeicher (4) bewirkt, wobei das Wirkverbindungselement (13) in einer bevorzugten Ausführungsform ein Regelelement aufweist.
Die unterschiedlichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Fi- guren 2 bis 5 dargestellt.
Insbesondere ist die Vorrichtung dazu geeignet, Reaktionsräume zu befüllen, die rohrförmig aufgebaut sind, wobei diese vorzugsweise eine Länge im Bereich von 0,5 m bis 10 m und einen Durchmesser im Bereich von 5 mm bis 25 mm aufweisen. Die damit in Verbindung stehenden Pulverpackungen weisen vorzugsweise ein Bettvolumen im Bereich von 0,5 cm3 bis 1.000 cm3, vorzugsweise 1 cm3 bis 500 cm3 und noch weiter vorzugsweise 5 cm3 bis 250 cm3 auf.
Der zu befüllende Reaktionsraum (9), wie in Figur 2 gezeigt, weist einen Eingang auf, der über ein Verbindungsstück (8) in Wirkverbindung mit dem Dosiergutspeicher (4) steht. Der zu befüllende Reaktionsraum weist weiterhin zumindest einen Ausgang (10) auf, der in räumlicher Entfernung vom Eingang angeordnet ist, beispielsweise bei einem Rohr an dessen anderen Ende.
Der oder die Ausgänge (10) verfügen vorzugsweise über Elemente (1 1 ), die das pulverartige Gut zurückhalten, aber Gase oder Flüssigkeiten (Trägerfluide) passieren lassen. Diese Rückhalte-Elemente können beispielsweise Siebe, Fritten, Stopfen aus Watte oder ähnliches aufweisen oder sein.
Des Weiteren steht in einer bevorzugten Ausführungsform der Dosiergutspeicher (4) über eine Leitung (3), die als Wirkverbindung fungiert, mit einem Schaltventil (2) in Verbindung. Ein- gangsseitig befindet sich eine Druckversorgung/Fluidversorgung für das Trägerfluid. Die Zuleitung und die Druckversorgung für das Trägerfluid sind in der Einheit (1 ) zusammengefasst.
Das Ventil (2) hat vorzugsweise die Funktionalität, dass das Ventil es ermöglicht, Druckimpulse zu erzeugen, also ein Druckanstieg, einen Solldruck sowie einen Druckabfall.
Dies bedeutet, dass es möglich ist, mittels des Ventils in einer vorgegebenen Zeitspanne einen bestimmten Druck im System aufzubauen, insbesondere in der Wirkverbindung (3), sowie der Wirkverbindung (8), und in einer weiteren Phase den Druck durch Absperren des Fluidzustroms auf den Umgebungsdruck abfallen zu lassen.
Der Zeitraum, innerhalb dessen im Inneren der Vorrichtung, insbesondere in der Wirkverbindung (3), sowie der Wirkverbindung (8), eine gegenüber Umgebungsdruck bzw. dem zuvor herrschenden Druck erhöhter Druck herrscht, wird als "Druckphase" bezeichnet. Die zeitliche Länge der Druckphase reicht vorzugsweise von 1 ms bis in den Bereich von 100 s. Bevorzugt ist ein Zeitbereich von 100 ms bis 10 s, besonders bevorzugt 50 ms bis 5 s.
Die Pausen zwischen den Druckphasen liegen vorzugsweise im gleichen Zeitbereich, wie die Druckstöße selbst. Es ist jedoch nicht zwingend, dass die Pausen zwischen zwei Druckphasen die gleiche Länge aufweisen, wie die Druckphasen. In jedem Fall ist es bevorzugt, dass der Druck in der Vorrichtung schnell ansteigt, d.h. der Druck zum Aufbau der Druckphase soll in 1 ms, bevorzugt 10 ms bevorzugt in 500 ms 80% des Gleichgewichtsdrucks erreichen. Eine Folge aus Druckphase und druckloser Phase wird im Sinne der vorliegenden Erfindung als Druckimpuls bezeichnet.
Das Vorratsgefäß (7) steht über eine Wirkverbindung (5) mit dem Dosiergutspeicher (4) in Ver- bindung. Das Vorratsgefäß ist dabei vorzugsweise so orientiert, dass der Inhalt unter der Wirkung der Schwerkraft in den Dosiergutspeicher (4) gelangt. Demzufolge sind für das Vorratsgefäß Ausführungsformen bevorzugt, die das "Rieseln" des Inhalts ("Schüttgut") in den Dosiergutspeicher (4) erleichtern. Insbesondere sind trichterartige Ausformungen des Bodens des Behälters bevorzugt. Die Wirkverbindung (5) weist die gleiche Querschnittsfläche wie der Dosiergut- Speicher auf, bevorzugt ist der Wert des halben Querschnitts, weiter bevorzugt ist der Wert des dritten Teils des Querschnitts.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird auch das Vorratsgefäß (7) einer Druckbeaufschlagung unterzogen.
Ein bevorzugtes Vorratsgefäß (7) weist ein Innenvolumen im Bereich von 10 ml bis 500 ml auf, vorzugweise ist das Innenvolumen im Bereich von 20 ml bis 200 ml. Der Dosiergutspeicher hat vorzugsweise ein Innenvolumen im Bereich von 5 ml bis 400 ml, vorzugsweise von 5 ml bis 50 ml.
Figur 3 zeigt die Vorrichtung wie vorstehend im Zusammenhang mit Figur 2 beschreiben, allerdings mit der bevorzugten Ausgestaltung, dass zwischen Vorratsgefäß (7) und Dosiergutspeicher (4) eine Leitung (13) zum Druckausgleich vorgesehen ist, welche ein "Nachrieseln" des Schüttguts vom Vorratsgefäß in den Dosiergutspeicher befördert.
In Figur 4 ist eine Variante zur Erzeugung von Gasdruckimpulsen dargestellt. Das Volumen (21 ) steht einerseits über ein Ventil (22) in Wirkverbindung, in diesem Fall mit einer Gasversorgung. Andererseits besteht eine Wirkverbindung zum Ventil (2). In das Volumen (21 ) wird bei gesperrtem Ventil (2) über das Ventil (22) Gas eingelassen. Auf diese Weise wird ein Druck im Volu- men (21 ) aufgebaut. Bei gesperrtem Ventil (22) wird der Druck aus dem Volumen (22) über das Ventil (2) und über die Leitung (3) in den Dosiergutspeicher (4) entlassen. In dieser Ausführung sind keine weiteren Schaltvorgänge zur Erzeugung eines Druckimpulses erforderlich.
In Figur 5 ist eine Ausführungsform mit vier parallel angeordneten Reaktoren (61 ) gezeigt. Die Reaktoren (61 ) werden durch die Versorgungsleitung (60) angesteuert, die jeweils eine Zuführungsleitung (62) zu den Reaktoren aufweist. Die einzelnen Zapfstellenanschlüsse werden in dieser speziellen Ausführungsform zu einer gemeinsamen Ableitung (63) geführt.
In der Variante entsprechend den Figuren 2 oder 3 wird die Steilheit des Druckimpulses neben dem Querschnitt des Ventils durch dessen Schaltzeit bestimmt. So sind beispielsweise direkt gesteuerte Magnetventile bevorzugt. Im Hinblick auf alle vorstehend genannten Ausführungsformen weist die Wirkverbindung (8) vorzugsweise eine maximale Länge von 20 cm auf, bevorzugt 10 cm weiter bevorzugt 1 cm. Der Querschnitt dieser Wirkverbindung (8) liegt zwischen dem dreifachen Wert bis zu einem Zehntel des Durchmessers des Eingangs zum Reaktionsraum, bevorzugt zwischen dem dop- pelten bis zu einem Fünftel, bevorzugt dem gleichen bis zu einem Viertel des Werts des Eingangs zum Reaktionsraum (8).
Die Druckluft-Befüllung im Sinne der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, dass das pulver- förmige Gut nicht mit einer Flüssigkeit in Berührung kommt, die leicht die Oberfläche des Mate- rials verändern kann oder auch die Poren verstopfen kann. Darüber hinaus ist nach der Druck- luftbefüllung auch keine Reinigung oder Trocknung des Katalysatorbettes beziehungsweise des Pulverbettes erforderlich.
Verfahren zum Befüllen von gekrümmten Reaktionsräumen
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Befüllen eines gekrümmten und in seiner Zugänglichkeit eingeschränkten Reaktionsraumes, wobei dieses Verfahren durch die nachfolgenden Schritte gekennzeichnet ist:
• druckloser Transfer von pulverförmigem Gut von einem Vorratsgefäß (7) über einen Trich- ter (5) in einen Dosiergutspeicher (4), der mit dem zu füllenden Reaktionsraum (9) und mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Druckimpulsen verbunden ist,
• zumindest einmalige Druckbeaufschlagung des Dosiergutspeichers (4) und Transfer des pulverförmigen Guts vom Dosiergutspeicher (4) in den zu füllenden Reaktionsraum (9),
• zumindest einmaliges, bevorzugt mehrmaliges Wiederholen der Verfahrensschritte (i) und (ii).
In einer bevorzugten Ausführungsform kann es durch den Druckaufbau in der Apparatur dazu kommen, dass Fluid in den Trichter strömt und das Pulver anhebt. Nach Abbau des Drucks rieselt erneut Pulver in den Raum des Dosiergutspeichers. Durch den zweiten Druckimpuls wird das nun im Dosiergutspeicher vorhandene Pulver in den Reaktionsraum gefördert. Zugleich wird das bereits in dem Reaktionsraum befindliche Pulver durch den Druckstoß verdichtet. Nach zumindest zwei, vorzugsweise zumindest vier Druckimpulsen ist der Reaktionsraum vollständig gefüllt und das bereits in dem Reaktionsraum vorhandenen Pulver ist verdichtet.
Die zur Befüllung eingesetzten Druckimpulse können einen absoluten Druck im Bereich von 1 bar bis 200 bar aufweisen. Vorzugsweise weist der absolute Druck Werte im Bereich von 1 bar bis 50 bar auf, weiter vorzugsweise von 2 bar bis 10 bar, insbesondere von 3 bar bis 6 bar. In einer weiterhin bevorzugten Form der Vorrichtung, steht das Vorratsgefäß (7) über eine Wirkverbindung (5) mit dem Dosiergutspeicher (4) in Wirkverbindung. Der Querschnitt der Wirkverbindung weist ähnliche Dimensionen auf, wie die Wirkverbindung (3). Diese Verbindung dient dazu, dem Druckimpuls, der von unten in das Vorratsgefäß eindringt, einen anderen Dru- ckimpuls von oben entgegen zu setzen, so dass das pulverartige Gut nicht nach oben aus dem Gefäß herausgeschleudert wird.
In der bevorzugten Ausführungsform mit Druckausgleich verfügt das Vorratsgefäß (7) über einen abnehmbaren Deckel (12), der das Gefäß druckfest und -dicht abschließt.
Zusammenspiel erfindungsgemäßer Reaktor/Teststand und Befüll-Verfahren
Zwischen der erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung (bzw. dem entsprechenden Verfahren) und dem erfindungsgemäßen Reaktor mit zumindest einer Windung/Schlaufe bestehen Synergieef- fekte, da aufgrund der verbesserten Herstellung von Reaktorpackungen in schlaufenförmigen Reaktoren deren praktischer Einsatz zur Katalysator-Testung vorteilhaft ermöglicht wird.
Ein weiterer bevorzugter Aspekt der Erfindung betrifft auch die Anwendung in Flüssig-Fest- Systemen, bei denen Flüssigkeiten durch Feststoffschüttungen geleitet werden oder auch Trick- Ie-Bed-Anwendungen, bei denen Flüssigkeiten und Gase durch die Katalysatorschüttung geleitet werden. Insbesondere sind hierbei auch die Anwendungen GTL (gas-to-liquid), FT (Fischer- Tropsch-Verfaren) oder auch HBF-Kolonnen bevorzugt.
Ein bevorzugtes Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Reaktorsysteme betrifft das Durchfüh- ren von kinetischen Messungen. Möglich ist auch die Bestimmung einer sogenannten Globalkinetik für bestimmte Katalysatorsysteme. Besonders bevorzugt können solche Daten zur Ermittlung der Mikrokinetik verwendet werden.
Ein besonders vorteilhafter Einsatz der erfindungsgemäßen Systeme in Forschung und Technik ist gegeben, da besonders flexibel und vielseitig. Insbesondere auch für die Durchführung von kinetische Untersuchungen hausragende Eigenschaften. Aufgrund der Einbringung von großen Katalysatormengen ist es möglich, Testdaten zu erzielen, die eine hohe technische Aussagekraft und daher eine hohe Relevanz haben. Limitierungen können dadurch gegeben sein, wenn es bei den durchgeführten Reaktionen sehr große Wärmetönungen auftreten. Dem Fachmann sollte es dann jedoch möglich sein, die Dimensionierung des Reaktors zu verändern oder das Katalysatormaterial mit Inertmaterial zu verdünnen, um so gezielt durch eine Abänderung und Anpassung der experimentellen Gegebenheiten zur Systemoptimierung beizutragen und das erfindungsgemäße System in einem reproduzierbaren Verfahren zum Einsatz zu bringen. Anordnung von Reaktoren in komplexeren Systemen
Weiterhin ist festzustellen, dass die Erfindung nicht auf die Darstellung in der Beschreibung und den Zeichnungen beschränkt ist, sondern die Reaktoren auch in komplexeren Systemen ange- ordnet sein können, die in ganz verschiedenen Ausführungsformen vorliegen können. In einer dieser komplexeren Ausführungsformen sind zwei oder mehr Reaktoren schraubenförmig zusammengewunden, so dass die so angeordneten Reaktoren eine mehrgängige Schraubenlinie erzeugen. Beispielsweise weist eine Ausgestaltung aus zwei Reaktoren die Form einer DNS- Doppelhelix als eine zweigängige Schraubenlinie. Die komplexeren Anordnungen können als Verdrillungen in Form von Twisted-Pairs oder auch Twisted-Tripletts vorliegen. Die Anordnung in komplexeren Ausführungen liefert einen weiteren Beitrag, um die Reaktoranordnungen gegenüber einfachen Reaktoren kompakter zu gestalten. Durch den kompakteren Aufbau kann auch die Modularisierung der Bauelemente erleichtert werden, was wiederum zu einer Verklei- nerung der Systeme führt, die auch in einer flexiblen Art und Weise angeordnet werden können. Die Befüllung der Reaktoren konnte ja bereits mit Hilfe des erfindungsgemäßen Befüllverfah- rens und der erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung gelöst werden, was auch Bestandteil der vorliegenden Offenbarung ist. Flexibilität in der Verfahrensführung und Nutzung der Reaktorsysteme
In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutsam ist auch deren flexible Verwendung in ganz unterschiedlichen Verfahren - beispielsweise zur Auftrennung von Stoffgemischen oder zur Durchführung von kinetischen Untersuchungen. In einer speziellen Ausgestaltung kann die Vorrichtung dazu verwendet werden, um Experimente im Sinne von SMB (Simulated Mo- ving Bed) durchzuführen, bei die Wanderung des Katalysatorbetts durch Ventilschaltung und Fluidstromführung in einer speziellen Weise gesteuert wird. Dabei ist es möglich, dass das Edukt im Laufe der Reaktion über die Zapfstellen zugeführt und nach einer gewissen Zeit weiter weitergeschaltet wird. Dabei kommt es teilweise zu einer Umkehrung der Strömungsrichtung. Durch diese Strömungsumkehr entsteht ein Zeitverhalten, dass man äquivalent einem beweg- ten Bett beschreiben kann. Durch das Weiterschalten des Einspeisepunkts - im Sinn vom Eingang Richtung Ausgang - Treffen die Edukte immer wieder auf eine„frisches" Bett. In der mathematischen Beschreibung erscheint das wie ein sich bewegendes Bett. SMB-Verfahren werden im Bereich der HPLC-Chromatographie eingesetzt - auch im semi- und präparativen Maßstab.
Betrieb des Reaktorsystems analog zur Rührkesselkaskade
Darüber hinaus ist es in einer weiteren Verfahrensführung möglich, die jeweiligen Zapfstellen dazu zu benutzen, um das Edukt in Teilströmen über die ganze Länge des Reaktors zuzuführen. Am Beispiel einer Oxidationsreaktion könnte dies beispielsweise bedeuten, dass die zu oxidierenden Stoffe am Eingangsrohr des Reaktors dosiert werden und das Oxidationsmittel portionsweise über alle Zapfstellen verteilt zugeführt. Hierdurch wird beispielsweise vermieden, dass im ersten Teil des Katalysatorbetts eine zu hohe Wärmetönung auftritt, wie dies bei hoher Reaktivität sehr leicht der Fall sein kann. Beispiele
Vorliegend wurde die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß der Figur 3 zur Befüllung eines Zapfstellenreaktors mit einer Länge von 1 ,20 m und einem inneren Leitungsdurchmesser von 9,13 mm eingesetzt. Der Zapf Stellenreaktor, der eine spiralförmige Form aufwies und der im Abstand von 5 cm beziehungsweise 10 cm je ein Ventil zur Probennahme aufwies, hatte eine Reaktionszone mit einer Länge von 1 ,00 m, was einem zu befüllenden Volumen von 65,47 cm3 entspricht. An die Dosiervorrichtung war ein Vorratsbehälter angeschlossen, der über ein Innenvolumen von 50 ml verfügte. Als Dosierexperimente wurde in Beispiel B1 ein die Dosierung von Korund mit einer Partikelgröße im Bereich von 250 μηη bis 500 μηη durchgeführt, in Beispiel B2 wurde ein Kupfer-Katalysator mit einer Partikelgröße von 250 μηη bis 500 μηη dosiert und in Beispiel B3 wurde ein auf Bimsstein getränkter Kupferkatalysator mit einer Partikelgröße von 1 ,1 mm bis 1 ,6 mm dosiert. Die Vorrichtung war mit einem Dosiergutspeicher (4) ausgestattet, der ein Volumen 50 ml aufwies. Die Vorrichtung wurde mit einer Pressluftdruckleitung verbunden, die Pressluft unter einem Druck von 4,0 bar bereitstellte.
Bei der Durchführung mehrerer Beispiele konnte der Zapfstellenreaktor innerhalb kurzer Zeit und mit einer Anzahl von 20 bis 40 Druckstößen reproduzierbar dicht gepackt befüllt werden.
Zur Kontrolle der Packungsgüte wurde jeweils die Länge des Reaktorbetts im Reaktorrohr eines Zapfstellenreaktors bestimmt, wobei auch das Gewicht der in das Katalysatorrohr eingebrachten Pulvermenge bestimmt wurde. Anhand der Gewichtsmenge an Katalysatorpulver und der Reaktorbettlänge wurde die Packungsdichte ermittelt, da der Rohrdurchmesser des Zapfstellenreaktors bekannt ist. Es wurden Vergleichsuntersuchungen zur Packung in einem linear aufgebauten Rohrreaktor durchgeführt, bei denen die gleichen Katalysatorpulver jeweils innerhalb des Reaktorrohrs mittels eines Stampfverdichters komprimiert wurde. Im Ergebnis wurde festgestellt, dass erwartungsgemäß die Reaktorpackungen, die mit in einem linearen Reaktorrohr mittels Stampfverdichter hergestellt wurden, die also mithin als "ideal gepackter" Reaktor anzusehen sind, eine höhere Schüttdichte aufwiesen als diejenigen Reaktorpackungen, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Zapfstellenreaktor mit Spiralwindung hergestellt wurden. Die Schüttdichte, die mittels des linearen Reaktorrohrs erhalten wurde, wurde als die maximal zu erreichende Packungsdichte angenommen. Der maximalen Schüttdichte im linearen Rohrreaktor wurde ein Wert von 100 % zugeordnet. In Bezug auf die Schüttdichte, die mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde, konnte ein Wert erzielt werden, der bei 62,2 % lag. Die Messungen wurden zehnmal wiederholt und die Schwankung des Schüttdichte lag bei 2 % bis 3 %. Hervor- zuheben ist, dass eine Abweichung von 1 % einer Änderung der Packungsdichte von
0,004 g/cm3 entspricht. Somit weist das erfindungsgemäße Verfahren eine sehr hohe Reproduzierbarkeit auf. Damit ist gezeigt, dass dicht gepackte spiralförmige oder schlaufenformige Reaktoren gerade auch für Katalysator-Testung und insbesondere auch für die parallele Testung eingesetzt werden können, da vergleichbare Katalysatorbetten eingestellt werden können. Bezugszeichenliste
1 - Zuleitung einer Fluidversorgung (Druckluftzufuhr)
2 - Schaltventil
3 - Wirkverbindung zwischen Schaltventil und Dosiergutspeicher
4 - Dosiergutspeicher
5 - Wirkverbindung zwischen Vorratsgefäß für pulverartiges Gut und Dosiergutspeicher
6 - Pulverartiges Gut
7 - Vorratsgefäß für pulverartiges Gut
8 - Wirkverbindung zwischen Dosiergutspeicher und zu befüllendem Reaktionsraum
9 - zu befüllender Reaktionsraum
10 - Ausgang des Reaktionsraumes
1 1 - Elemente zum Rückhalten von pulverartigem Gut
12 - Deckel zum Verschluss des Vorratsgefäßes
13 - Leitung für Druckausgleich zwischen Dosiergutspeicher und Vorratsgefäß
20 - Verbindung zum Schaltventil (2)
21 - Volumen zum Speichern von Gas unter Druck
22 - Zweites Ventil
23 - Gasversorgung
51 - Zuleitung einer Fluidversorgung (entspricht 1 )
52 - Schaltventil (entspricht 2)
53 - Dosiergutspeicher
54 - Wirkverbindung (entspricht 3)
55 - Vorratsgefäß bzw. Dosiergutspeicher (entspricht 4) - spiralförmiger Reaktionsraum (entspricht 9) - Ableitungsrohre der Zapfstellen - Auswahlventil - Wirkverbindung zu analytischen Instrumenten - Versorgungsstrang (Versorgungsrail) - Reaktoren - Edukt-Zuführungsleitungen zu den Reaktoren, die gegebenenfalls auch Verteilungselemente enthalten - Ableitung der Produkte

Claims

Patentansprüche
1 . Verwendung von zumindest einem Reaktor, in welchem sich zumindest ein Reaktionsraum als Windung erstreckt, wobei dieser als zumindest ein mehrfach gewundener Reak- tionsraum vorliegt, wobei dieser als zumindest ein sich spiralförmig oder helixformig oder über zumindest einen Kreisbogen von 360° erstreckender Reaktionsraum vorliegt zum Testen von Katalysatoren.
2. Verwendung nach Anspruch 1 , zum parallelen Testen von Katalysatoren, wobei zumin- dest zwei, vorzugsweise zumindest 12, weiter vorzugsweise zumindest 24 Reaktionsräume als Reaktionsräume mit Windung vorliegen, vorzugsweise als mehrfach gewundene Reaktionsräume, weiter vorzugsweise als spiralförmig gewundene Reaktor-Rohre.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Reaktionsraum solchermaßen als gewundenes Reaktor-Rohr vorliegt.
4. System umfassend:
• zumindest einen Reaktionsraum, der sich als Windung erstreckt, wobei dieser Reak- tionsraumals ein mehrfach gewundener Reaktionsraum ausgestaltet ist, vorzugs- weise ausgestaltet als zumindest ein spiralförmig gewundenes Reaktor-Rohr;
• zumindest eine Einheit zur Analyse.
5. System nach Anspruch 4:
• wobei diese Einheit zur Analyse den zumindest einen solchen Reaktionsraum voll- ständig umschließt und vorzugsweise der Reaktionsraum Bestandteil dieser Einheit zur Analyse ist.
6. System nach Anspruch 4 oder Anspruch 5,
wobei der spiralförmige Reaktor zumindest eine Zapfstelle entlang der Strömungs- richtung des Reaktionsgemisches aufweist, vorzugsweise zumindest 2, 3, 5 oder 10 solcher Zapfstellen.
7. System nach einem der Ansprüche 4 - 6, weiterhin umfassend zumindest einen Katalysator, der pulverförmig oder in fester partikulärer Form vorliegt, vorzugsweise als Feststoff in einem Feststoffbett, und in diesem besagten Reaktionsraum eingebracht ist.
8. System nach einem der Ansprüche 4 - 7 zur Verwendung für das Testen von zumindest einem Katalysator, vorzugsweise für das parallele Testen einer Vielzahl von Katalysatoren, wobei das System zumindest 2, 4, 16 oder 32 Reaktionsräume aufweist.
9. System nach zumindest einem der Ansprüche 4 - 8 , wobei zumindest eine Einheit zur Analyse ein Gaschromatograph ist.
10. Vorrichtung zum Befüllen von zumindest einem in seiner Zugänglichkeit eingeschränkten Reaktionsraum in Kombination mit einem System nach einem der Ansprüche 4 - 9, insbesondere eines gekrümmten/gewundenen Reaktionsraumes, wobei die Vorrichtung zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
• zumindest einen Dosiergutspeicher (4);
• zumindest ein Vorratsgefäß (7),
· wobei Dosiergutspeicher (4) und Vorratsgefäß (7) über zumindest ein Trichterelement (5) miteinander stoffschlüssig verbunden sind,
• wobei der Dosiergutspeicher (4) weiterhin über zumindest ein Wirkverbindung (8) mit dem zu befüllenden Reaktionsraum (9) stoffschlüssig verbunden ist,
• und der Dosiergutspeicher (4) eine weitere Verbindung (3) aufweist, und zwar zu ei- ner Vorrichtung zu Druckluftzufuhr (1 ),
wobei das Innenvolumen des Vorratsgefäßes (7) im Bereich von 10 ml bis 500 ml liegt, vorzugweise im Bereich von 20 ml bis 200 ml, und
wobei das Innenvolumen des Dosiergutspeichers (4) im Bereich von 5 ml bis 400 ml liegt, vorzugsweise im Bereich von 5 ml bis 50 ml.
1 1 . Vorrichtung nach Anspruch 10 in Kombination mit einem System nach einem der Ansprüche 4 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorratsgefäß (7) und der Dosiergutspeicher (4) über das Wirkverbindungselement (13) verbunden sind, wobei das Wirkverbin- dungselement (13) in einer bevorzugten Ausführungsform ein Regelelement aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 1 1 in Kombination mit einem System nach einem der Ansprüche 4 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftzufuhr einen Druckluftvorratsbehälter (21 ) und ein Schaltventil (22) aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 - 12 in Kombination mit einem System nach einem der Ansprüche 4 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in Verbindung mit einem Reaktionsraum, weiter bevorzugt mit einem System nach einem der Ansprüche 3 bis 6 steht, und dass der Reaktionsraum eine Länge im Bereich von 0,5 m bis 10 m und einen Durchmesser im Bereich von 5 mm bis 25 mm aufweist.
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