WO2016055453A1 - Reaktor zur durchführung von gasphasenreaktionen unter verwendung eines heterogenen katalysators - Google Patents

Reaktor zur durchführung von gasphasenreaktionen unter verwendung eines heterogenen katalysators Download PDF

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Gerhard Olbert
Carlos TELLAECHE HERRANZ
Roland Bauer
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Definitions

  • Reactor for carrying out gas phase reactions using a heterogeneous catalyst for carrying out gas phase reactions using a heterogeneous catalyst
  • the invention relates to a reactor for carrying out gas phase reactions using a heterogeneous catalyst, which is preferably formed as a monolith, and a use of the reactor.
  • a heterogeneous catalyst which is preferably formed as a monolith
  • Ceramic or metallic monoliths as catalyst supports in exhaust gas purification or in chemical production engineering are known, and are known as
  • parallelepipedic blocks having a plurality of continuous channels of parallel cross-section, arranged in parallel, in the range of about 0.5 mm to 4 mm.
  • the channels have a low flow resistance at the same time uniform accessibility of the outer catalyst surface for gaseous
  • the parallelepiped monoliths are usually installed in such a way that the
  • Reactor shell are arranged. Such, equipped with monoliths reactor is z. As described in WO 2013/017609. It was accordingly an object of the invention to further improve a reactor with internals containing a heterogeneous catalyst, wherein the internals are in particular monoliths.
  • an improved reactor for carrying out heterogeneously catalyzed gas phase reactions which is structurally simple manufacturable, has a high compressive strength and the one simple
  • the object is achieved by a cylindrical reactor with a vertical longitudinal axis for carrying out heterogeneously catalyzed gas-phase reactions by reaction a gaseous reactant stream to a product gas mixture, with a
  • cylindrical reactor shell and a concentric inner cylinder which divides the reactor interior into an outer annulus and a central interior, wherein in the outer annulus internals are provided which contain the heterogeneous catalyst, with a feed line for the gaseous educt current in an inlet segment of the outer annulus and with a Outlet line for the product gas mixture from an outlet segment of the outer annular space, wherein the inlet segment and the outlet segment are gas-tight separated from each other.
  • the reactor of the present invention is a cylindrical, upright apparatus, preferably with a greater degree of slimming, i. a ratio of height of the reactor to the inner diameter in the range of 0.5 to 3.0, in particular in the range of 0.7 to 1.2.
  • the greater degree of slimming has the advantage of greater compressive strength with the same wall thickness.
  • the reactor has a cylindrical reactor jacket, in which a concentric inner cylinder is inserted, which divides the interior of the reactor into an outer annular space and a central inner space.
  • a ratio of the inner radius of the reactor shell to the outer radius of the concentric inner cylinder in the range of 1, 1 to 2.0, preferably between 1, 3 and 1, 6.
  • the outer annulus is the same at both ends, i. H. above and below, closed by covers.
  • the covers are preferably designed such that they can be easily assembled and disassembled.
  • the reactant stream is passed over the internals by first introducing it into the outer annulus, into an entrance segment that is free of internals, and which is a subspace (chamber) that acts as a predistributor, that is, the gaseous reactant stream distributed over the entire reactor height and thus causes a coarse flow distribution of the same over the reactor height.
  • a further homogenization of the gaseous educt current can preferably be achieved by a rectifier, which is advantageously arranged immediately after the entry segment in the annular space over the entire height thereof.
  • the gaseous reactant stream flows through the complete outer annulus, wherein the heterogeneous catalyst, the gas phase reaction takes place, and the
  • Product gas mixture exits the outer annular space via the outlet segment, which closes the outer annular space to the inlet segment and is separated from it gas-tight.
  • the exit segment is, like the entry segment, a subspace (a chamber) in the outer annulus and is a collection device for the
  • the separation between the inlet segment and the outlet segment can be carried out by means of a partition, which can also be advantageously profiled.
  • the separation between the inlet segment and the outlet segment can be carried out by means of a separation segment, that is to say a separation chamber, with the advantage that feed lines can be laid from outside the reactor directly into the central interior of the reactor via the separation segment, and / or the accessibility of the central interior is made possible from outside the reactor.
  • Monolith modules used.
  • the channels are preferably formed with a square cross section, in particular with a side length of the square in the range of 0.6 mm to 3 mm, more preferably from 1, 0 mm to 1, 5 mm.
  • the monoliths are preferably formed from a ceramic material as a carrier material, whereupon a catalytically active layer, preferably by the so-called wash-coating method, is applied.
  • cordierite a ceramic material consisting of magnesium oxide, silica and alumina in the ratio 2: 5: 2.
  • Other materials whose monolith structures are commercially available are metals, mullite (mixed oxide of silica and alumina, ratio 2: 3) and
  • Monolithic ceramic elements are available with cell densities from 25 cpsi to 1600 cpsi (cells per square inch, equivalent to a cell size of 5 mm to 0.6 mm). By using a higher cell density, the geometric surface area increases, so that the catalyst can be used more efficiently. Disadvantages of higher cell densities are a somewhat more difficult manufacturing process, a more difficult washcoat coating and a higher pressure drop across the reactor. Furthermore, as a rule, the webs are also thinner at high cell densities, which reduces the mechanical stability of the monoliths. In cylindrical reactors, the monoliths in the edge area must be adapted by appropriate cutting. However, the pressure loss remains very low for monoliths with high cell density compared to a packed reactor (usually lower by a factor of 10), which is due to the straight monolith channels
  • a mixture of talc, clay and alumina-providing components and silica may be prepared, the mixture blended to form a molding compound, the mixture molded, the greenware dried and heated at a temperature of 1200 ° C to 1500 ° C to obtain a ceramic mainly containing cordierite and having a low thermal expansion coefficient.
  • the paste usually consists of a mixture of ceramic powders of suitable size, inorganic and / or organic additives, solvents (water),
  • Peptizer to adjust the pH and a permanent binder (colloidal solution or sol).
  • the additives may be a plasticizer or a surfactant to adjust the viscosity of the paste or a temporary binder which may later be burned off. occasionally Glass or carbon fibers are added to increase the mechanical strength of the monolith.
  • the permanent binder should improve the internal strength of the monolith.
  • Cordierite monoliths can be prepared from a batch consisting of talc, kaolin, calcined kaolin and alumina and together comprise a chemical compound of 45 to 55% by weight of Si0 2 , 32 to 40% by weight of Al 2 O 3 and 12 to
  • Talc is a material that is mainly made up of
  • Magnesium silicate hydrate Mg3Si40io (OH) 2.
  • the talc may also be mixed with other minerals such as tremolite (CaMg3 (Si03) 4 ), serpentine
  • the materials used also include the additives added, the pH, the water content and the force used in the extrusion.
  • the additives used in the extrusion are, for example, celluloses, CaCl 2 , ethylene glycols, diethylene glycols, alcohols, wax, paraffin, acids and heat-resistant inorganic fibers.
  • other solvents can be used, such as ketones, alcohols and ethers.
  • the addition of additives can lead to improved monolithic properties, such as the formation of microcracks, which improves thermal shock resistance, better porosity and absorbency and increased mechanical strength or low thermal expansion.
  • the bare monolithic structure is coated with a catalyst support layer comprising one or more ceramic oxides, or a catalyst layer which already supports the catalytically active metals and the optional further (promoter) elements supported on the ceramic oxide support material
  • Coating is produced by a washcoat coating method.
  • the macroporous structure of ceramic monoliths facilitates the anchoring of the washcoat layer.
  • the manner of the washcoat coating can be divided into two methods: one can (partially) fill the macroporous support with the high surface area washcoat material or a washcoat as Deposit layer in the pores of the ceramic carrier. Pore filling leads to the strongest interaction between monolith and washcoat, since most of the washcoat layer is actually fixed in the pores of the carrier and is not bound only to the outer surface of the monolith channels.
  • This type of coating is carried out with a solution (or a sol) of the material to be deposited or with a solution containing very small colloidal particles.
  • the disadvantage of coating by means of pore filling is that the depositable
  • Coating amount is limited because the pores will eventually be completely filled and the washcoat will become inaccessible.
  • Monoliths offer favorable conditions, in particular for carrying out the autothermal dehydrogenation of hydrocarbons: in particular, narrower reactor cross sections and higher flow rates can be realized compared to randomly packed fixed beds, so that an effective, stepped metered addition of the oxygen into the hydrocarbon-containing main stream is possible. Due to the fact, compared to randomly packed fixed beds, smaller
  • both the distributor and the fixed internals of the mixing zones are mechanically less heavily loaded, i. they are less likely to hang because of the shorter anchoring length.
  • the distributor and the fixed internals of the mixing zones are mechanically less heavily loaded, i. they are less likely to hang because of the shorter anchoring length.
  • Main flow direction through the reactor is not limited to a downflow, as in the case of randomly packed fixed beds.
  • the presently recommended catalysts can normally be regenerated in a simple manner, for example by initially air in first regeneration stages, which is (preferably) diluted with nitrogen and / or steam, at an inlet temperature of 300 ° C to 600 ° C. (in extreme cases up to 750 ° C), often from 500 ° C to 600 ° C, passes through the fixed catalyst bed.
  • the catalyst loading with regeneration gas may be, for example, 50r 1 to 10,000 h -1 (based on the total amount of catalyst regenerated), and the oxygen content of the regeneration gas may be 0.5% to 20% by volume.
  • Monolith modules are provided, which are formed of monoliths having horizontally arranged substantially along concentric circles channels, which are arranged in each case to two, three or more, each along a reactor radius adjacent to a row and wherein two, three or more rows of monoliths
  • each monolithic module stacked on top of each other, with each monolithic module circumferentially thereof, while leaving the end faces containing the entrance or exit openings of the channels, enclosed in one or more fibrous mats and above them in a metal shell, each monolithic module (MM) surrounding the outer one Annulus completely filled in the radial direction, wherein in each case two or more monolith modules are summarized one above the other to form planar unit packs, which are arranged radially in the annulus of the reactor, and wherein one, two or more
  • Packing units each fill a segment in the outer annulus of the reactor over its entire height and form a catalytically active zone.
  • Monoliths are preferably provided as internals containing the heterogeneous catalyst, which are formed of monoliths having horizontally arranged substantially along concentric circles channels, each of which is arranged to four or more, along each reactor radius adjacent to a row and wherein four or more rows of monoliths are stacked on top of each other, with each monolith module over the circumference thereof, below
  • each monolith module the outer annulus in the radial direction completely fills, wherein each two or more monolith modules to be stacked Packing units are combined, which are arranged radially in the outer annulus of the reactor, and wherein one, two or more packing units each fill a segment in the annular space of the reactor over the entire height thereof and form a catalytically active zone.
  • Catalyst containing monolith modules which are formed of monoliths with horizontally arranged substantially along concentric circles channels, which are arranged in each case eight or more, each along a reactor radius side by side and wherein eight or more rows of monoliths are stacked, each Monolith module over the circumference of the same, below
  • each monolith module the outer annulus in the radial direction completely fills, wherein each two or more Monolithmodule one above the other to flat packing units are combined, which are arranged radially in the outer annulus of the reactor, and wherein one, two or more flat packing units each fill a segment in the annular space of the reactor over the entire height thereof and form a catalytically active zone.
  • Each monolith module fills the outer annulus in the radial direction of the same completely.
  • each monolithic module over the circumference of the same, leaving free the end faces, the inlet and outlet openings of the channels included, enclosed in one or more fibrous mat and above in a metal shell.
  • larger layers may optionally be overlaid with layers of fibrous mats for one layer.
  • the fiber-containing mats used in the present case are sheets with two opposing large surfaces and two end faces arranged perpendicular thereto.
  • the fibrous mats may preferably be flattening, d. H. Inflatable mats, which expand (swell) at high temperatures.
  • Blähmatten are usually made of silicates, z. For example, aluminum silicate, - or Aluminiumoxidsilikatmaschinen a Blähschiefer, z. As vermiculite, and an organic binder. Blähmatten be marketed for example by the company 3M under the trade name INTERAM®. Furthermore, there are 3M non-flattening polycrystalline fiber mats suitable for high temperature applications.
  • the organic binders have a number of disadvantageous properties under the initial temperature control up to the operating temperature, in particular they lead to odor nuisance due to evaporation of volatile components, as well as to the poisoning of catalysts. Therefore, it is particularly important that the inflatable mats or
  • Fiber mats quickly, preferably be brought in a separate process step in the use state.
  • inflatable mats are increasingly having a lower content of organic binders, from previously about 12 to 14 wt .-%, to now about 2 to 5 wt .-%, in particular 3 to 4 wt .-% organic binder, based on the Total weight of the inflatable mat, required. Due to the lower content of organic binder become the crumbs crumbly, but in the consistency less readily malleable and difficult to handle and difficult to process during cold processing. Furthermore, when assembling parallelepiped monoliths, the lateral displacement of the mats between the monoliths is added.
  • reaction temperature often in the range of about 400 to 700 ° C, is mechanically and chemically stable, and has no catalytic activity for the heterogeneously catalyzed gas phase reaction, that is no reaction with the
  • the metal shell is preferably formed of a material that has a low
  • two or more monolith modules are to be stacked one above the other
  • Packing units which are arranged radially in the outer annular space of the reactor and extend over the entire height thereof.
  • Packing unit thus has the shape of a flat cuboid whose length corresponds to the height of the outer annulus, whose width corresponds to the radial extent of the outer annular space and whose thickness is the extension of a single monolith in the direction of the channels thereof.
  • One, two or more packing units each fill a segment in the outer annulus of the reactor and form a catalytically active zone.
  • Packing units may be provided spacers preferred. Two or more flat packing units are advantageously each inserted into preferably U-shaped guide rails, and thus can be exchanged in a simple manner by removing the corresponding upper and / or lower cover of the outer annular space.
  • Blending device provided.
  • the internals containing the heterogeneous catalyst may be formed as screen baskets filled with particulate heterogeneous catalyst.
  • suitable sites, bays for receiving inert material and / or heat exchange devices can be provided in the outer annulus.
  • reactor jacket By means of the reactor jacket, devices for measuring sensor technology and analysis can be introduced or installed into the outer annular space in a simple manner, at any required location, and the reaction processes can be precisely and simply monitored.
  • measuring elements for determining temperatures and / or concentrations can be provided between in each case two packing units which, via the cylindrical reactor jacket from outside the reactor to the outside
  • the reactor can be easily isolated from the inside with respect to the central interior and from the outside by its simple form.
  • the outer annulus, both to the reactor shell and to the central interior provided with a thermal insulation.
  • the thermal insulation can be carried out in one or more layers, preferably the thermal insulation which faces the outer annular space, namely both the thermal insulation applied to the inner wall of the reactor jacket and the inner cylinder, is formed from a microporous material.
  • a further layer can preferably be provided, which isolates to the outside in the reactor jacket, as well as a layer which insulates the inner cylinder toward the central inner space.
  • rock wool can be used.
  • the microporous insulation material may be mounted in cassettes, for example;
  • the individual cassettes are assembled and gas-tight sealed by a thin sheet against the outer annulus, so that the hot reaction gases are not to the two, the outer annulus limiting cylinder, d. H. the
  • Reactor casing and the inner cylinder can pass.
  • the invention also relates to the use of the reactor described above for carrying out endothermic, exothermic or adiabatic, heterogeneously catalyzed gas phase reactions.
  • the reactions may be preferred
  • Be dehydrogenations in particular autothermal gas phase dehydrogenations, preferably of n-butane, isobutane, n-propane, butene or ethylbenzene, or else oxidations, in particular to acrolein, methacrolein, acrylic acid, methacrylic acid,
  • Phthalic anhydride or maleic anhydride or hydrogenations in particular from maleic anhydride to tetrahydrofuran.
  • the same reference numerals designate identical or corresponding components to the figures.
  • FIG. 1 shows a cross section through a preferred embodiment of a
  • Figures 2a and 2b are sectional views through that in Figure 1 in cross section
  • Figures 3, 3a and 4 are cross-sectional views through further preferred embodiments of the reactor R according to the invention;
  • Figure 5 shows a cross section through a reactor according to the invention
  • FIG. 6 shows a partial cross-section through a reactor according to the invention R, with
  • Clarification of a preferred arrangement of the monolith modules in the outer annulus Clarification of a preferred arrangement of the monolith modules in the outer annulus.
  • Figure 1 shows a cross section through a preferred embodiment of a reactor according to the invention R, with a cylindrical reactor shell RM and a concentric inner cylinder I, the reactor interior in an outer annulus RR and a central interior IR split, wherein in the outer annulus RR internals are provided in the preferred embodiment shown in the figure are formed as monoliths M, wherein in the radial direction by way of example six monoliths, are arranged.
  • a gaseous reactant stream is introduced into an inlet segment ES of the outer annular space RR, uniformized via the flow rectifier G and flows through the arranged in the outer annular space RR
  • monoliths M Internals containing the heterogeneous catalyst, and those of the preferred embodiment shown in the figure are formed as monoliths M, which are combined to form monolith modules MM.
  • the monolith modules MM are in
  • reaction gas mixture flows through the complete outer annular space RR, which is formed in the preferred embodiment shown in Figure 1 as a single catalytically active zone Z, and leaves the same via the exit segment AS, which, in the preferred embodiment shown in the figure by a partition wall T. is separated from the inlet segment, and via the discharge line. 2
  • Figure 2a shows a sectional view A - A ', wherein the section through the supply line 1, the inlet chamber ES, the outlet chamber AS and the outlet line 2 is placed.
  • the reactor jacket RM and the inner cylinder I each have a thermal
  • Figure 2a shows a sectional view A - A ', through the supply line 1, the
  • Reactor shell RM limited diameter D of the outer annulus RR clarifies.
  • the figure also shows the upper and lower cover of the outer annular space RR, which, as well as the reactor jacket RM and the inner cylinder I preferably has a thermal insulation IS.
  • FIG. 2b shows a longitudinal section B - B through the preferred embodiment of a reactor R according to the invention shown in cross section in section 1.
  • Section B - B is laid through monolith modules MM and illustrates their expansion in the longitudinal direction of the reactor, forming a flat packing unit P.
  • FIG. 3 shows a further preferred embodiment of a reactor according to the invention with preferably 3 in the flow direction
  • the catalytically active zones Z arranged one behind the other shows three feed lines 3 for additional gas, wherein after each feed line 3 a respective mixing device EV is arranged.
  • a fuel gas supply BG is provided in the inlet chamber ES.
  • FIG. 3 a shows a further improved variant with respect to the embodiment shown in FIG. 3, wherein the thermal insulation IS has two layers, with a first layer IS1, which is located on the reactor jacket as well as on the inner cylinder I on the outer annular space RR facing sides thereof, and preferably one
  • microporous material is formed.
  • the layers S2 of the thermal insulation which are respectively arranged on the opposite walls of the reactor jacket RM and of the inner cylinder I isolate the reactor towards the outside or central interior, and are formed for example from rock wool.
  • FIG. 4 shows a cross-section through a further preferred embodiment of a reactor according to the invention which is suitable, by way of example, in particular for the two-stage partial oxidation of propene to acrolein and further to acrylic acid.
  • the gaseous reactant stream propene / air / circulating gas flows via the feed line 1 into the inlet chamber ES into the outer annular space RR of the reactor R, is uniformly preheated via the flow rectifier G via two heat exchanger devices WT arranged in the outer annular space RR.
  • the first stage of the gas phase partial oxidation takes place, to acrolein, alternatively monolith modules MM and heat exchanger means WT are arranged for the purpose of intermediate cooling in order to dissipate the heat of reaction.
  • the reaction gas mixture must be cooled to a temperature below about 250 ° C.
  • 6 heat exchanger devices WT are provided at the end of the first catalytically active zone Z by way of example.
  • the cooled product gas mixture of the first process stage is then fed via the supply line 3 secondary air and mixed with the same via the mixing device EV.
  • the second process stage the oxidation of acrolein to acrylic acid, usually takes place at about 280 ° C, so that no further preheating is required for this.
  • the second oxidation stage takes place at the monolith modules MM of the second catalytically active zone Z, wherein, as in the first process stage, monolith modules MM and heat exchanger devices WT are arranged alternately for the purpose of dissipating the heat of reaction.
  • the reaction gas mixture leaves the reactor via the
  • Figure 5 shows a cross section through an embodiment of a reactor according to the invention, wherein the designations for the inner diameter D of the reactor shell RM and the outer diameter d of the inner cylinder I are illustrated.
  • FIG. 6 shows a section of a cross-section of a reactor according to the invention, with a preferred arrangement of the monolith modules MM in the outer annular space RR, in such a way that the distance between two monolith modules MM immediately adjacent to each other on the inside of the cylindrical reactor shell RM denoted by b is, to the distance between two immediately successive monolith modules MM on the inside of the concentric inner cylinder I, which is denoted by a, in the range of 1, 1 to 5, lies.
  • successive monolith modules MM ensures that they can be largely uniformly flowed.
  • Butane dehydrogenation illustrates, wherein a reactor is used according to the preferred embodiment shown in Figure 3a.
  • the outer annulus RR is, in the preferred embodiment, thermally insulated by thermal insulation IS1 both from the reactor shell RM and from the inner cylinder I, the thermal insulation IS1 is a microporous insulating material, which is incorporated in metallic cassettes, which are assembled in tongue and groove construction.
  • the metallic cassettes are still retracted in a 2 mm sheet metal lining of a high temperature steel.
  • the reactor shell RM and the inner cylinder I are made of steels with the
  • Reactor R is fed with a butane-containing educt gas having a mass flow of 82,000 kg / h, an inlet temperature in the inlet chamber ES of 437 ° C. and an inlet pressure of 2.5 bar absolute.
  • Reaction gas mixture from the outlet chamber AS is 524 ° C and the
  • the data for the design of the outer annulus RR are: maximum pressure 7 bar absolute and maximum temperature 700 ° C.
  • the outer annulus RR of the reactor comprises:
  • the flow straightener G is formed of two successively perforated plates, each measuring 5,760 mm ⁇ 960 mm in the main flow direction,
  • Pack unit P from each 216 monoliths M is formed, wherein each 36 monoliths M are combined to form a monolith module MM by 6 monoliths are stacked radially and 6 rows thereof stacked.
  • the monoliths M are the monolith modules MM with each other and the metal border, the each monolith module laterally, leaving the flow channels, sealed with fibrous mats.
  • Pack unit P summarized and via guide rails F, which are arranged on the opposite inner walls of the central inner space and the radial annular space RR inserted.
  • Monolith modules MM are also sealed against each other at both, the outer annulus RR walls bounded by means of fibrous mats;

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein zylindrischer Reaktor (R) mit vertikaler Längsachse zur Durchführung von heterogen katalysierten Gasphasenreaktionen durch Umsetzung eines gasförmigen Eduktstromes zu einem Produktgasgemisch, mit einem zylindrischen Reaktormantel (RM) und einem konzentrischen Innenzylinder (I), der den Reaktorinnenraum in einen äußeren Ringraum (RR) und einen zentralen Innenraum (IR) aufteilt, wobei im äußeren Ringraum (RR) Einbautenvorgesehen sind, die den heterogenen Katalysator enthalten, mit einer Zuführleitung (1) für den gasförmigen Eduktstrom in ein Eintrittssegment (ES) des äußeren Ringraumes (RR) sowie mit einer Abführleitung (2) für das Produktgasgemisch aus einem Austrittssegment (AS) des äußeren Ringraumes (RR), wobei das Eintrittssegment (ES) und das Austrittssegment (AS) gasdicht voneinander getrennt sind.

Description

Reaktor zur Durchführung von Gasphasenreaktionen unter Verwendung eines heterogenen Katalysators
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur Durchführung von Gasphasenreaktionen unter Verwendung eines heterogenen Katalysators, der bevorzugt als Monolith ausgebildet ist, sowie eine Verwendung des Reaktors. Keramische oder metallische Monolithe als Katalysatorträger in der Abgasreinigung oder in der chemischen Produktionstechnik sind bekannt, und liegen als
parallelepipedische Blöcke mit einer Vielzahl von parallel zueinander angeordneten, durchgehenden Kanälen, mit engem Querschnitt, im Bereich von etwa 0,5 mm bis 4 mm, vor. Die Kanäle weisen einen geringen Strömungswiderstand bei gleichzeitig gleichmäßiger Zugänglichkeit der äußeren Katalysatoroberfläche für gasförmige
Reaktionsmedien auf. Dies ist vorteilhaft gegenüber regellosen Haufwerken, bei denen durch unzählige Umlenkungen bei der Strömung um die Partikel ein großer
Druckverlust entsteht und die Katalysatoroberfläche gegebenenfalls nicht gleichmäßig genutzt wird. Des Weiteren sind bei Schüttungen Toträume vorhanden, worin das Gas länger verweilt. Dadurch entstehen vermehrt Nebenprodukte und Verkokungen, die durch Ablagerung aktive Katalysatorbereiche deaktivieren und zu Umsatz- und Selektivitätseinbußen führen.
In Reaktoren bzw. in Abgasreinigungsanlagen, z. B. in Denox-Systemen, werden die paralellepipedischen Monolithe in der Regel dergestalt eingebaut, dass die
Monolithkanäle in Längsrichtung des zylindrischen oder auch prismatischen
Reaktormantels angeordnet sind. Ein derartiger, mit Monolithen bestückter Reaktor, ist z. B. in der WO 2013/017609 beschrieben. Es war demgegenüber Aufgabe der Erfindung, einen Reaktor mit Einbauten, die einen heterogenen Katalysator enthalten, wobei die Einbauten insbesondere Monolithe sind, weiter zu verbessern. Bereit gestellt werden sollen ein verbesserter Reaktor zur Durchführung von heterogen katalysierten Gasphasenreaktionen, der konstruktiv einfach fertigbar ist, eine hohe Druckfestigkeit aufweist und der eine einfach
Zugänglichkeit der Einbauten, die den Katalysator tragen, eine einfache Zuführung und gegebenenfalls Zwischeneinspeisung von Edukten sowie eine einfach Zugänglichkeit der Messsensorik und Analytik ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen zylindrischen Reaktor mit vertikaler Längsachse zur Durchführung von heterogen katalysierten Gasphasenreaktionen durch Umsetzung eines gasförmigen Eduktstromes zu einem Produktgasgemisch, mit einem
zylindrischen Reaktormantel und einem konzentrischen Innenzylinder, der den Reaktorinnenraum in einen äußeren Ringraum und einen zentralen Innenraum aufteilt, wobei im äußeren Ringraum Einbauten vorgesehen sind, die den heterogenen Katalysator enthalten, mit einer Zuführleitung für den gasförmigen Eduktstrom in ein Eintrittssegment des äußeren Ringraumes sowie mit einer Abführleitung für das Produktgasgemisch aus einem Austrittssegment des äußeren Ringraumes, wobei das Eintrittssegment und das Austrittssegment gasdicht voneinander getrennt sind. Es wurde gefunden, dass durch die obige besondere Ausbildung des Raumes zur
Aufnahme des heterogenen Katalysators, und zwar als ein äußerer Ringraum, der von zwei konzentrischen Zylindern, dem zylindrischen Reaktormantel und dem
konzentrischen Innenzylinder begrenzt ist, eine ausgezeichnete Druckstabilität des Reaktors gewährleistet ist, so dass auch Reaktionen unter hohem Druck durchgeführt werden können, ohne dass hierzu unzulässige/unwirtschaftliche Wandstärken erforderlich wären.
Der erfindungsgemäße Reaktor ist ein zylindrischer, aufrecht stehender Apparat, bevorzugt mit einem größeren Schlankheitsgrad, d.h. einem Verhältnis von Höhe des Reaktors zum Innendurchmesser im Bereich von 0,5 bis 3,0, insbesondere im Bereich von 0,7 bis 1 ,2. Der größere Schlankheitsgrad hat den Vorteil größerer Druckfestigkeit bei gleicher Wandstärke.
Der Reaktor weist einen zylindrischen Reaktormantel auf, in dem ein konzentrischer Innenzylinder eingesteckt ist, der den Innenraum des Reaktors in einen äußeren Ringraum und einen zentralen Innenraum aufteilt.
Bevorzugt ist ein Verhältnis des Innenradius des Reaktormantels zum Außenradius des konzentrischen Innenzylinders im Bereich von 1 ,1 bis 2,0, bevorzugt zwischen 1 ,3 und 1 ,6.
Der äußere Ringraum ist an beiden Enden desselben, d. h. oben und unten, durch Abdeckungen geschlossen. Die Abdeckungen sind bevorzugt dergestalt ausgebildet, dass sie in einfacher Weise montier- und demontierbar sind.
Es ist auch möglich, die untere und/oder obere Abdeckung dergestalt auszubilden, dass sie nur in Teilbereichen zu öffnen sind, durch die die Einbauten, die den heterogenen Katalysator enthalten, in den äußeren Ringraum ein- und ausgebaut werden können. Im äußeren Ringraum sind Einbauten angeordnet, die den heterogenen Katalysator enthalten.
Der Eduktstrom wird über die Einbauten geleitet, indem er zunächst in den äußeren Ringraum, in ein Eintrittssegment eingeleitet wird, das frei von Einbauten ist, und das ein Teilraum (eine Kammer) ist, die als Vorverteiler fungiert, das heißt, die den gasförmigen Eduktstrom über die gesamte Reaktorhöhe verteilt und somit eine grobe Strömungsgleichverteilung desselben über die Reaktorhöhe bewirkt. Eine weitere Vergleichmäßigung des gasförmigen Eduktstromes kann bevorzugt durch einen Gleichrichter erreicht werden, der vorteilhaft unmittelbar im Anschluss an das Eintrittssegment im Ringraum über die gesamte Höhe desselben angeordnet ist.
Der gasförmige Eduktstrom durchströmt den kompletten äußeren Ringraum, wobei am heterogenen Katalysator die Gasphasenreaktion stattfindet, und das
Produktgasgemisch tritt aus dem äußeren Ringraum über das Austrittssegmentes aus, das den äußeren Ringraum zum Eintrittssegment hin schließt und von diesem gasdicht getrennt ist. Das Austrittssegment ist, wie auch das Eintrittssegment, ein Teilraum (eine Kammer) im äußeren Ringraum und ist eine Sammeleinrichtung für das
Produktgasgemisch über die gesamte Höhe des äußeren Ringraumes.
Die Trennung zwischen dem Eintrittssegment und dem Austrittssegment kann mittels einer Trennwand, die auch vorteilhaft profiliert sein kann, ausgeführt sein. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Trennung zwischen dem Eintrittssegment und dem Austrittssegment mittels eines Trennsegmentes, das heißt einer Trennkammer ausgeführt sein, mit dem Vorteil, dass über das Trennsegment Zuführleitungen von außerhalb des Reaktors unmittelbar in den zentralen Innenraum des Reaktors gelegt werden können, und/oder das die Zugänglichkeit des zentralen Innenraums von außerhalb des Reaktors ermöglicht wird.
Als Einbauten, die den heterogenen Katalysator enthalten, werden bevorzugt
Monolithmodule eingesetzt. Als Monolith wird in bekannter Weise ein einstückiger, parallelepipedischer Block mit einer Vielzahl von parallel zueinander angeordneten, durchgehenden Kanälen mit engem Querschnitt, im Bereich von etwa 0,36 mm2 bis 9 mm2, verstanden. Die Kanäle sind bevorzugt mit quadratischem Querschnitt ausgebildet, insbesondere mit einer Seitenlänge des Quadrates im Bereich von 0,6 mm bis 3 mm, besonders bevorzugt von 1 ,0 mm bis 1 ,5 mm. Die Monolithe sind bevorzugt aus einem keramischen Werkstoff als Trägermaterial gebildet, worauf eine katalytisch aktive Schicht, bevorzugt nach dem sogenannten Wash-Coating-Verfahren, aufgebracht ist.
Das gängigste Material für monolithische Strukturen ist Cordierit (ein Keramikmaterial, das aus Magnesiumoxid, Siliciumoxid und Aluminiumoxid im Verhältnis 2:5:2 besteht). Andere Materialien, deren Monolithstrukturen im Handel erhältlich sind, sind Metalle, Mullit (Mischoxid von Siliciumoxid und Aluminiumoxid, Verhältnis 2:3) und
Siliciumcarbid. Diese Materialien haben ähnlich wie Cordierit eine niedrige spezifische BET-Oberfläche (BET = Brunauer, Emmet und Teller) (z.B. für Cordierit typischerweise 0,7 m2/g).
Monolithische Keramikelemente sind mit Zelldichten von 25 cpsi bis 1600 cpsi (Zellen pro Quadratzoll, entspricht einer Zellgröße von 5 mm bis 0,6 mm) erhältlich. Durch Verwendung einer höheren Zelldichte nimmt die geometrische Oberfläche zu, so dass der Katalysator effizienter verwendet werden kann. Nachteile von höheren Zelldichten sind ein et-was schwierigeres Herstellungsverfahren, eine schwierigere Washcoat- Beschichtung und ein höherer Druckverlust über den Reaktor. Des Weiteren sind in der Regel bei großen Zelldichten auch die Stege dünner, was die mechanische Stabilität der Monolithe verringert. In zylindrischen Reaktoren sind die Monolithe im Randbereich durch entsprechenden Zuschnitt anzupassen. Der Druckverlust bleibt jedoch für Monolithen mit hoher Zelldichte im Vergleich zu einem Füllkörperreaktor sehr gering (in der Regel um den Faktor 10 geringer), was auf die geraden Monolithkanäle
zurückzuführen ist.
Zur Herstellung von monolithischen Keramikelementen kann man eine Mischung von Talk, Ton und einer aluminiumoxidliefernden Komponenten und Siliciumdioxid herstellen, die Mischung zur Bildung einer Formmasse mischen, die Mischung formen, die Rohware trocknen und sie bei einer Temperatur von 1200 °C bis 1500 °C erhitzen, wobei man eine Keramik erhält, die hauptsächlich Cordierit enthält und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Allgemein gesprochen kann man eine Paste mit entsprechenden rheologischen Eigenschaften und entsprechender rheologischer Zusammensetzung zu einem Monolithträger extrudieren. Die Paste besteht in der Regel aus einer Mischung von Keramikpulvern geeigneter Größe, anorganischen und/oder organischen Additiven, Lösungsmittel (Wasser),
Peptisierungsmittel (Säure) zur Einstellung des pH-Werts und einem permanenten Bindemittel (kolloidale Lösung oder Sol). Bei den Additiven kann es sich um einen Weichmacher oder ein Tensid zur Einstellung der Viskosität der Paste oder ein temporäres Bindemittel, das später abgebrannt werden kann, handeln. Zuweilen werden Glas- oder Kohlefasern zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Monolithen zugesetzt. Das permanente Bindemittel sollte die innere Festigkeit des Monolithen verbessern. Cordierit-Monolithe können aus einer Charge hergestellt werden, die aus Talk, Kaolin, calciniertem Kaolin und Aluminiumoxid besteht und zusammen eine chemische Verbindung aus 45 bis 55 Gew.-% Si02, 32 bis 40 Gew.-% Al203 und 12 bis
15 Gew.-% MgO liefern. Talk ist ein Material, das hauptsächlich aus
Magnesiumsilicathydrat, Mg3Si40io(OH)2 besteht. Der Talk kann je nach Quelle und Reinheit auch mit anderen Mineralien wie Tremolit (CaMg3(Si03)4), Serpentin
(3Mg0.2Si02, 2H20), Anthophyllit (Mg7(OH)2(Si40ii)2), Magnesit (MgCOs), Glimmer und Chlorit vergesellschaftet sein.
Durch Extrusion können auch Monolithe aus anderen Materialien wie SiC, B4C, S13N4, BN, AIN, AI2O3, Zr02, Mullit, Al-Titanat, ZrB2, Sialon, Perowskit, Kohlenstoff und Ti02 hergestellt werden.
Von Bedeutung hinsichtlich der Eigenschaften der Monolithprodukte sind bei der Extrusion neben der Qualität der Düse, der Art und den Eigenschaften der zur
Herstellung der formbaren Mischung verwendeten Materialien auch die zugesetzten Additive, der pH-Wert, der Wassergehalt und die bei der Extrusion verwendete Kraft. Bei den bei der Extrusion angewandten Additiven handelt es sich beispielsweise um Cellulosen, CaCI2, Ethylenglykole, Diethylenglykole, Alkohole, Wachs, Paraffin, Säuren und hitzebeständige anorganische Fasern. Neben Wasser können auch andere Lösungsmittel verwendet werden, wie Ketone, Alkohole und Ether. Der Zusatz von Additiven kann zu verbesserten Eigenschaften der Monolithe, wie der Bildung von Mikrorissen, die die Temperaturwechselbeständigkeit verbessert, besserer Porosität und besserem Absorptionsvermögen und erhöhter mechanischer Festigkeit oder geringer Wärmeausdehnung führen.
Die nackte monolithische Struktur wird mit einer Katalysatorträgerschicht, die ein oder mehrere keramischen Oxide umfasst, oder einer Katalysatorschicht, die die katalytisch wirksamen Metalle und die fakultativen weiteren (Promotor-)Elemente bereits auf dem keramischen Oxidträgermaterial geträgert umfasst, beschichtet, wobei die
Beschichtung nach einer Washcoat-Beschichtungsmethode hergestellt wird.
Die makroporöse Struktur von Keramikmonolithen erleichtert die Verankerung der Washcoatschicht. Die Art und Weise der Washcoat-Beschichtung kann in zwei Methoden unterteilt werden: Man kann den makroporösen Träger (teilweise) mit dem eine große Oberfläche aufweisenden Washcoatmaterial füllen oder einen Washcoat als Schicht in den Poren des Keramikträgers abscheiden. Das Porenfüllen führt zur stärksten Wechselwirkung zwischen Monolith und Washcoat, da der größte Teil der Washcoatschicht tatsächlich in den Poren des Trägers fixiert ist und nicht nur an die äußere Oberfläche der Monolithkanäle gebunden ist. Diese Art von Beschichtung wird mit einer Lösung (oder einem Sol) des abzuscheidenden Materials oder mit einer sehr kleine kolloidale Teilchen enthaltenden Lösung durchgeführt. Der Nachteil des Beschichtens mittels Porenfüllung besteht darin, dass die abscheidbare
Beschichtungsmenge begrenzt ist, da die Poren irgendwann vollständig gefüllt sein werden und der Washcoat unzugänglich werden wird.
Monolithe bieten günstige Voraussetzungen besonders für die Durchführung der autothermen Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen: insbesondere sind engere Reaktorquerschnitte und höhere Strömungsgeschwindigkeiten gegenüber regellos gepackten Festbetten realisierbar, so dass eine effektive, gestufte Zudosierung des Sauerstoffes in den Kohlenwasserstoff enthaltenden Hauptstrom möglich ist. Aufgrund des dadurch, gegenüber regellos gepackten Festbetten, kleineren
Reaktorquerschnittes sind sowohl die Verteiler als auch die festen Einbauten der Mischzonen mechanisch weniger stark belastet, d.h. sie hängen wegen der geringeren Verankerungslänge weniger stark durch. Darüber hinaus ist die
Hauptströmungsrichtung durch den Reaktor nicht auf eine Abwärtsströmung begrenzt, wie im Fall von regellos gepackten Festbetten.
Nach längerer Standzeit können die vorliegend empfohlenen Katalysatoren normalerweise auf einfache Art und Weise regeneriert werden, beispielsweise indem man zunächst in ersten Regenerationsstufen Luft, die (vorzugsweise) mit Stickstoff und/oder Wasserdampf verdünnt ist, bei einer Eintrittstemperatur von 300 °C bis 600 °C (in Extremfällen auch bis zu 750 °C), häufig von 500 °C bis 600 °C, durch das Katalysatorfestbett leitet. Die Katalysatorbelastung mit Regenerationsgas kann (bezogen auf die Gesamtmenge an regeneriertem Katalysator) beispielsweise 50 r1 bis 10 000 h-1 betragen, und der Sauerstoffgehalt des Regenerationsgases kann 0,5 Vol.-% bis 20 Vol.-% betragen.
Danach ist es im Allgemeinen empfehlenswert, auch unter ansonsten identischen Bedingungen mit reinem molekularem Wasserstoff oder mit molekularem Wasserstoff, der mit Inertgas (vorzugsweise Wasserdampf und/oder Stickstoff) verdünnt ist, zu regenerieren (der Wasserstoffgehalt sollte ä 1 Vol.-% sein).
Daneben ist es auch möglich, Monolithe als Vollkatalysatormasse zu extrudieren. Insbesondere sind als Einbauten, die den heterogenen Katalysator enthalten,
Monolithmodule vorgesehen, die aus Monolithen mit horizontal, im wesentlichen entlang konzentrischer Kreise angeordneten Kanälen gebildet sind, die jeweils zu zwei, drei oder mehreren, entlang jeweils eines Reaktorradius nebeneinander zu einer Reihe angeordnet sind und wobei zwei, drei oder mehrere Reihen von Monolithen
übereinander gestapelt sind, wobei jedes Monolithmodul über den Umfang desselben, unter Freilassung der Stirnflächen, die Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen der Kanäle enthalten, in einer oder mehreren faserhaltigen Matten und über denselben in einer Metallhülle eingefasst ist, wobei jedes Monolithmodul (MM) den äußeren Ringraum in radialer Richtung vollständig ausfüllt, wobei jeweils zwei oder mehrere Monolithmodule übereinander zu flächigen Packungseinheiten zusammengefasst sind, die radial im Ringraum des Reaktors angeordnet sind, und wobei ein, zwei oder mehrere
Packungseinheiten jeweils ein Segment im äußeren Ringraum des Reaktors über die gesamte Höhe desselben ausfüllen und eine katalytisch aktive Zone bilden.
Weiter bevorzugt sind als Einbauten, die den heterogenen Katalysator enthalten, Monolithmodule vorgesehen, die aus Monolithen mit horizontal, im wesentlichen entlang konzentrischer Kreise angeordneten Kanälen gebildet sind, die jeweils zu vier oder mehreren, entlang jeweils eines Reaktorradius nebeneinander zu einer Reihe angeordnet sind und wobei vier oder mehrere Reihen von Monolithen übereinander gestapelt sind, wobei jedes Monolithmodul über den Umfang desselben, unter
Freilassung der Stirnflächen, die Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen der Kanäle enthalten, in einer oder mehreren faserhaltigen Matten und über denselben in einer Metallhülle eingefasst ist, wobei jedes Monolithmodul den äußeren Ringraum in radialer Richtung vollständig ausfüllt, wobei jeweils zwei oder mehrere Monolithmodule übereinander zu flächigen Packungseinheiten zusammengefasst sind, die radial im äußeren Ringraum des Reaktors angeordnet sind, und wobei ein, zwei oder mehrere Packungseinheiten jeweils ein Segment im Ringraum des Reaktors über die gesamte Höhe desselben ausfüllen und eine katalytisch aktive Zone bilden.
In einer weiteren Ausführungsform sind als Einbauten, die den heterogenen
Katalysator enthalten, Monolithmodule vorgesehen, die aus Monolithen mit horizontal, im wesentlichen entlang konzentrischer Kreise angeordneten Kanälen gebildet sind, die jeweils zu acht oder mehreren, entlang jeweils eines Reaktorradius nebeneinander angeordnet sind und wobei acht oder mehrere Reihen von Monolithen übereinander gestapelt sind, wobei jedes Monolithmodul über den Umfang desselben, unter
Freilassung der Stirnflächen, die Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen der Kanäle enthalten, in einer oder mehreren faserhaltigen Matten und über denselben in einer Metallhülle eingefasst ist, wobei jedes Monolithmodul den äußeren Ringraum in radialer Richtung vollständig ausfüllt, wobei jeweils zwei oder mehrere Monolithmodule übereinander zu flächigen Packungseinheiten zusammengefasst sind, die radial im äußeren Ringraum des Reaktors angeordnet sind, und wobei ein, zwei oder mehrere flächige Packungseinheiten jeweils ein Segment im Ringraum des Reaktors über die gesamte Höhe desselben ausfüllen und eine katalytisch aktive Zone bilden.
Jedes Monolithmodul füllt den äußeren Ringraum in radialer Richtung desselben vollständig aus.
Je nach Aufgabenstellung sind die einzelnen Monolithe in den jeweiligen
Monolithmodulen gegeneinander parallel zur Strömungsrichtung mit faserhaltigen Matten gegen Beschädigung durch thermische Ausdehnung zu schützen.
Vorteilhaft ist jedes Monolithmodul, über den Umfang desselben, unter Freilassung der Stirnflächen, die Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen der Kanäle enthalten, in einer oder mehreren faserhaltigen Matte und darüber in einer Metallhülle eingefasst. Um den entsprechenden thermischen Ausdehnungen gerecht zu werden, können bei größeren Modulen auch gegebenenfalls mehrere Lagen von faserhaltigen Matten für eine Schicht übereinander gelegt werden. Die vorliegend eingesetzten faserhaltigen Matten sind Flächengebilde mit zwei einander gegenüberliegenden Großflächen und zwei senkrecht hierzu angeordneten Stirnflächen.
Die faserhaltigen Matten können bevorzugt blähend, d. h. Blähmatten, sein, die sich bei hohen Temperaturen ausdehnen(aufquellen). Blähmatten sind in der Regel aus Silikaten, z. B. Aluminiumsilikat,- oder Aluminiumoxidsilikatfasern einem Blähschiefer, z. B. Vermiculit, und einem organischen Bindemittel zusammengesetzt. Blähmatten werden beispielsweise von der Firma 3M unter der Markenbezeichnung INTERAM® vertrieben. Des Weiteren gibt es von der Firma 3M noch nicht blähende Matten aus polykristallinen Fasern, die für Hochtemperaturanwendungen geeignet sind.
Die organischen Bindemittel haben jedoch unter der erstmaligen Temperierung bis zur Betriebstemperatur eine Reihe von nachteiligen Eigenschaften, insbesondere führen sie zur Geruchsbelästigung durch Ausdampfen flüchtiger Anteile, sowie zur Vergiftung von Katalysatoren. Deshalb ist es besonders wichtig, dass die Blähmatten bzw.
Fasermatten zügig, bevorzugt in einem eigenen Prozessschritt in den Einsatzzustand gebracht werden. Insbesondere werden Blähmatten zunehmend mit einem niedrigeren Gehalt an organischen Bindemitteln, von früher ca. 12 bis 14 Gew.-%, auf nunmehr ca. 2 bis 5 Gew.-%, insbesondere 3 bis 4 Gew.-% organisches Bindemittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Blähmatte, gefordert. Durch den niedrigeren Gehalt an organischem Bindemittel werden die Blähmatten krümeliger, jedoch in der Konsistenz weniger gut plastisch verformbar und schlechter handhabbar und schwerer verarbeitbar während der Kaltverarbeitung. Desweitern kommt beim Zusammenbau von parallelepipedischen Monolithen noch das seitliche Verschieben der Matten zwischen den Monolithen dazu.
Indem die Blähmatten allseitig mit einer Kunststofffolie umhüllt werden und der Innenraum vakuumiert wird, werden diese Nachteile jedoch behoben und auch Matten mit den geforderten niedrigeren Bindemittelgehalten und sonst krümeliger Konsistenz können in einfacher Weise gehandhabt und in die Hohlräume, unter Ausfüllung derselben, eingebracht werden.
Die Metallhülle ist vorteilhaft aus einem Werkstoff gebildet, der bei der hohen
Belastung durch die Reaktionstemperatur, häufig im Bereich von etwa 400 bis 700 °C, mechanisch und chemisch stabil ist, und keine katalytische Aktivität für die heterogen katalysierte Gasphasenreaktion aufweist, das heißt keine Reaktion mit dem
Reaktionsgas initiiert.
Die Metallhülle ist bevorzugt aus einem Werkstoff gebildet, der einen geringen
Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt und hitzebeständig ist.
Bei selektiven Gasphasenreaktionen an Monolithkatalysatoren, die in Metallgehäusen eingefasst sind bieten sich, jedoch bevorzugt Werkstoffe aus Edelstahl mit den Werksstoffnummern 1 .4541 ; 1 .4919 oder 1.4841 an. Um dem Monolithmodul einen besseren Zusammenhalt zu geben, werden die jeweils gegenüberliegenden Seiten mit dünnen Stäben oder dergleichen versteift.
Bevorzugt sind zwei oder mehrere Monolithmodule übereinander zu flächigen
Packungseinheiten zusammengefasst, die radial im äußeren Ringraum des Reaktors angeordnet sind und sich über die gesamte Höhe desselben erstrecken. Eine
Packungseinheit hat somit die Form eines flachen Quaders, dessen Länge der Höhe des äußeren Ringraumes, dessen Breite der radialen Ausdehnung des äußeren Ringraumes und dessen Dicke der Ausdehnung eines einzelnen Monolithen in Richtung der Kanäle desselben, entspricht.
Eine, zwei oder mehrere Packungseinheiten füllen jeweils ein Segment im äußeren Ringraum des Reaktors aus und bilden eine katalytisch aktive Zone.
Vorteilhaft können zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden flächigen
Packungseinheiten bevorzugt Abstandshalter vorgesehen sein. Zwei oder mehreren flächigen Packungseinheiten sind vorteilhaft jeweils in bevorzugt U-förmige Führungsschienen eingeschoben, und können somit in einfacher Weise durch Abnahme der entsprechenden oberen und/oder unteren Abdeckung des äußeren Ringraumes ausgetauscht werden.
Bevorzugt ist in Strömungsrichtung des Reaktionsgemisches vor jeder katalytisch aktiven Zone jeweils eine Zuführleitung für ein Zusatzgas sowie eine
Einmischvorrichtung, vorgesehen.
Alternativ können die Einbauten, die den heterogenen Katalysator enthalten, als Siebkörbe ausgebildet sein, die mit partikelförmigem heterogenem Katalysator gefüllt sind. In den äußeren Ringraum können zusätzlich zu den Einbauten, die den heterogenen Katalysator enthalten, an, je nach Reaktionsverlauf, geeigneten Stellen, Einschübe zur Aufnahme von Inertmaterial und/oder Wärmetauscheinrichtungen vorgesehen sein.
Durch den Reaktormantel lassen sich, in einfacher Weise, an jeder erforderlichen Stelle, Einrichtungen für die Messsensorik und -analytik in den äußeren Ringraum einführen bzw. installieren und die Reaktionsvorgänge präzise, in einfacher Weise überwachen.
Insbesondere können zwischen jeweils zwei Packungseinheiten Messelemente zur Bestimmung von Temperaturen und/oder Konzentrationen vorgesehen sein, die über den zylindrischen Reaktormantel von außerhalb des Reaktors in den äußeren
Ringraum eingeführt sind.
Der Reaktor lässt sich durch seine einfache Form gut von innen gegenüber dem zentralen Innenraum und von außen isolieren.
Bevorzugt ist der äußere Ringraum, sowohl zum Reaktormantel als auch zum zentralen Innenraum hin, mit einer thermischen Isolierung versehen. Die thermische Isolierung kann ein - oder mehrlagig ausgeführt werden, bevorzugt ist die thermische Isolierung, die dem äußeren Ringraum zugewandt ist, und zwar sowohl die an der Innenwand des Reaktormantels als auch die am Innenzylinder anliegende thermische Isolierung, aus einem mikroporösen Material gebildet. Darüber kann bevorzugt eine weitere Lage vorgesehen sein, die im Reaktormantel nach außen isoliert, sowie eine Lage, die den Innenzylinder zum zentralen Innenraum hin isoliert. Hierfür kann zum Beispiel Steinwolle eingesetzt werden. Durch die thermische Isolierung des äußeren Ringraumes wird die Wandtemperatur beider Zylinder, die denselben begrenzen, d.h. sowohl des Reaktormantels als auch des Innenzylinders, herabgesetzt, so dass hierfür geringere Wandstärken bei gleicher Festigkeit erforderlich sind. Insbesondere ist auch durch die geringere Wandstärke die thermische Trägheit der den äußeren Ringraum begrenzenden Zylinder geringer, so dass ein schnelleres Umschalten zwischen
Verfahrensabschnitten mit unterschiedlichem Temperaturniveau, wie sie zum Beispiel bei autothermen Gasphasendehydrierungen, beispielsweise bei der
Butandehydrierung, auftreten, vorteilhaft sind. Das mikroporöse Isolationsmaterial kann beispielsweise in Kassetten angebracht sein; die einzelnen Kassetten werden zusammengebaut und mittels eines dünnen Blechs gasdicht gegen den äußeren Ringraum abgedichtet, so dass die heißen Reaktionsgase nicht an die beiden, den äußeren Ringraum begrenzenden Zylinder, d. h. den
Reaktormantel und den Innenzylinder, gelangen können.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung des vorstehend beschriebenen Reaktors zur Durchführung von endothermen, exothermen oder adiabaten, heterogen katalysierten Gasphasenreaktionen. Die Reaktionen können bevorzugt
Dehydrierungen sein, insbesondere autotherme Gasphasendehydrierungen, bevorzugt von n-Butan, Isobutan, n-Propan, Buten oder Ethylbenzol, oder auch Oxidationen, insbesondere zu Acrolein, Methacrolein, Acrylsäure, Methacrylsäure,
Phthalsäureanhydrid oder Maleinsäureanhydrid oder Hydrierungen, insbesondere von Maleinsäureanhydrid zu Tetra hydrofu ran. Zu den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche oder entsprechende Bauteile.
Es zeigen im Einzelnen: Figur 1 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Reaktors R;
Figuren 2a und 2b Schnittdarstellungen durch die in Figur 1 im Querschnitt
dargestellte bevorzugte Ausführungsform,
Figuren 3, 3a und 4 jeweils Querschnittdarstellungen durch weitere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Reaktors R; Figur 5 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Reaktor mit
Verdeutlichung der Bezeichnungen für den Innendurchmesser des
Reaktormantels und den Außendurchmesser des Innenzylinders, und Figur 6 einen Teil-Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Reaktor R, mit
Verdeutlichung einer bevorzugten Anordnung der Monolithmodule im äußeren Ringraum.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors R, mit einem zylindrischen Reaktormantel RM und einem konzentrischen Innenzylinder I, die den Reaktorinnenraum in einen äußeren Ringraum RR und einen zentralen Innenraum IR aufteilen, wobei im äußeren Ringraum RR Einbauten vorgesehen sind, die, in der in der Figur dargestellten bevorzugten Ausführungsform als Monolithe M ausgebildet sind, wobei in radialer Richtung beispielhaft sechs Monolithe, angeordnet sind.
Wie aus der Längsschnittdarstellung in Figur 2b (Schnitt B - B) erkennbar ist, sind 6 Reihen zu jeweils 6 Monolithen M übereinander zu jeweils einem Monolithmodul MM übereinander gestapelt und 6 Monolithmodule MM unter Ausbildung jeweils einer flächigen Packungseinheit P übereinander gestapelt,
Über eine Zuführleitung 1 wird ein gasförmiger Eduktstrom in ein Eintrittssegment ES des äußeren Ringraumes RR eingeleitet, über den Strömungsgleichrichter G vergleichmäßigt und durchströmt die im äußeren Ringraum RR angeordneten
Einbauten, die den heterogenen Katalysator enthalten, und die der in der Figur dargestellten bevorzugten Ausführungsform als Monolithe M ausgebildet sind, die zu Monolithmodulen MM zusammengefasst. Die Monolithmodule MM sind in
Führungsschienen F, die an den dem äußeren Ringraum RR zugewandten Wänden des Reaktormantels RM und des Innenzylinders I angeordnet sind, eingeschoben.
Das Reaktionsgasgemisch durchströmt den kompletten äußeren Ringraum RR, der in der in Figur 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform als eine einzige katalytisch aktive Zone Z ausgebildet ist, und verlässt denselben über das Austrittssegment AS, das, in der in der Figur dargestellten bevorzugten Ausführungsform durch eine Trennwand T vom Eintrittssegment getrennt ist, und über die Abführleitung 2.
Figur 2a zeigt eine Schnittdarstellung A - A', wobei der Schnitt durch die Zuführleitung 1 , die Eintrittskammer ES, die Austrittskammer AS und die Austrittsleitung 2 gelegt ist. Der Reaktormantel RM und der Innenzylinder I weisen jeweils eine thermische
Isolierung IS auf.
Figur 2a zeigt eine Schnittdarstellung A - A', durch die Zuführleitung 1 , die
Eintrittskammer ES, die Austrittskammer AS und die Abführleitung 2. In der Figur sind die Höhe H des äußeren Ringraumes RR, sowie der durch die Innenwand des
Reaktormantels RM begrenzte Durchmesser D des äußeren Ringraumes RR verdeutlicht. Die Figur zeigt darüber hinaus die obere und untere Abdeckung des äußeren Ringraumes RR, die, wie auch der Reaktormantel RM und der Innenzylinder I bevorzugt eine thermische Isolierung IS aufweist.
Figur 2b zeigt eine Längsschnittdarstellung B - B durch die in Figur 1 im Querschnitt dargestellte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors R. Der Schnitt B - B ist durch Monolithmodule MM gelegt und verdeutlicht deren Ausdehnung in Längsrichtung des Reaktors, unter Ausbildung einer flächigen Packungseinheit P.
Die Querschnittsdarstellung in Figur 3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors mit bevorzugt 3 in Strömungsrichtung
hintereinander angeordneten katalytisch aktiven Zonen Z Die Ausführungsform in Figur 3 zeigt drei Zuführleitungen 3 für Zusatzgas, wobei nach jeder Zuführleitung 3 jeweils eine Einmischvorrichtung EV angeordnet ist. In der Eintrittskammer ES ist darüber hinaus eine Brenngaszuführung BG vorgesehen.
Die in Figur 3a dargestellte weitere bevorzugte Ausführungsform zeigt eine gegenüber der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform weiter verbesserte Variante, wobei die thermische Isolierung IS zweilagig ausgeführt ist, mit einer ersten Lage IS1 , die am Reaktormantel sowie auch am Innenzylinder I an jeweils dem äußeren Ringraum RR zugewandten Seiten derselben angeordnet ist, und die bevorzugt aus einem
mikroporösen Material ausgebildet ist. Die jeweils an den gegenüberliegenden Wänden des Reaktormantels RM sowie des Innenzylinders I angeordneten Lagen S2 der thermischen Isolierung isolieren den Reaktor nach außen bzw. zentralen Innenraum hin, und sind beispielsweise aus der Steinwolle gebildet.
Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors, der beispielhaft insbesondere für die zweistufige Partialoxidation von Propen zu Acrolein und weiter zu Acrylsäure geeignet ist. Der gasförmige Eduktstrom Propen/Luft/Kreisgas strömt über die Zuführleitung 1 in die Eintrittskammer ES in den äußeren Ringraum RR des Reaktors R, wird über den Strömungsgleichrichter G vergleichmäßigt über zwei im äußeren Ringraum RR angeordnete Wärmetauschereinrichtungen WT vorgeheizt. In der ersten katalytisch aktiven Zone Z findet die erste Stufe der Gasphasenpartialoxidation, zu Acrolein, statt, wobei alternativ Monolithmodule MM und Wärmetauschereinrichtungen WT zwecks Zwischenkühlung, um die Reaktionswärme abzuführen, angeordnet sind. Am Ende der ersten Prozessstufe muss das Reaktionsgasgemisch auf eine Temperatur unterhalb von etwa 250 °C abgekühlt werden. Hierzu sind am Ende der ersten katalytisch aktiven Zone Z beispielhaft 6 Wärmetauschereinrichtungen WT vorgesehen. Dem abgekühlten Produktgasgemisch der ersten Prozessstufe wird anschließend über die Zuführleitung 3 Sekundärluft zugeführt und mit derselben über die Einmischvorrichtung EV vermischt. Die zweite Prozessstufe, die Oxidation von Acrolein zu Acrylsäure, läuft in der Regel bei ca. 280 °C ab, so dass hierfür keine weitere Vorheizung erforderlich ist. Die zweite Oxidationsstufe erfolgt an den Monolithmodulen MM der zweiten katalytisch aktiven Zone Z, wobei, wie auch in der ersten Prozessstufe, Monolithmodule MM und Wärmetauschereinrichtungen WT zwecks Abführung der Reaktionswärme, alternierend angeordnet sind. Das Rektionsgasgemisch verlässt den Reaktor über die
Austrittskammer AS und die Abführleitung 2.
Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors, wobei die Bezeichnungen für den Innendurchmesser D des Reaktormantels RM sowie den Außendurchmesser d des Innenzylinders I verdeutlicht sind.
Figur 6 zeigt einen Ausschnitt aus einem Querschnitt eines erfindungsgemäßen Reaktors, mit einer bevorzugten Anordnung der Monolithmodule MM im äußeren Ringraum RR, und zwar dergestalt, dass der Abstand zwischen zwei unmittelbar aufeinander folgenden Monolithmodulen MM an der Innenseite des zylindrischen Reaktormantels RM, der mit b bezeichnet ist, zum Abstand zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Monolithmodulen MM an der Innenseite des konzentrischen Innenzylinders I, der mit a bezeichnet ist, im Bereich von 1 ,1 bis 5, liegt. Durch diese besondere Auswahl des Abstandes zwischen zwei jeweils unmittelbar
aufeinanderfolgenden Monolithmodulen MM wird gewährleistet, dass sie weitgehend gleichmäßig angeströmt werden können.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels für die
Butandehydrierung verdeutlicht, wobei ein Reaktor entsprechend der in Figur 3a dargestellten bevorzugten Ausführungsform eingesetzt wird.
Der äußere Ringraum RR ist, in der bevorzugten Ausführungsform, durch eine thermische Isolierung IS1 sowohl gegenüber dem Reaktormantel RM als auch gegenüber dem Innenzylinder I thermisch isoliert, wobei die thermische Isolierung IS1 ein mikroporöses Isoliermaterial ist, das in metallischen Kassetten eingebracht ist, die in Nut- und Feder-bauweise zusammengesetzt sind. Um eine gasdichte Isolierung des Reaktormantels RM und des Innenzylinders I gegenüber dem äußeren Ringraum RR zu erreichen, sind die metallischen Kassetten noch in eine 2 mm-Blechauskleidung aus einem hochwarmfesten Stahl eingezogen.
Der Reaktormantel RM und der Innenzylinder I sind aus Stählen mit der
Werkstoffnummer 1 .4541 (für die kälteren Bereiche) bzw. 1 .4910 für die übrigen Bereiche, gebildet, und haben eine Höhe von jeweils 6000 mm, mit einem
Innendurchmesser D des Ringmantels RM von 6200 mm, und einem
Außendurchmesser d des Innenzylinders I von 4000 mm.
Dem Reaktor R wird ein Butan enthaltendes Eduktgas mit einem Massenstrom von 82000 kg/h, eine Eintrittstemperatur in die Eintrittskammer ES von 437 °C und einem Eintrittsdruck von 2,5 bar absolut zugeführt. Die Austrittstemperatur des
Reaktionsgasgemisches aus der Austrittskammer AS beträgt 524 °C und der
Austrittsdruck 2,2 bar absolut.
Die Daten für die Auslegung des äußeren Ringraumes RR sind: maximaler Druck 7 bar absolut und maximale Temperatur 700 °C. Der äußere Ringraum RR des Reaktors umfasst:
ein Stück segmentförmige Eintrittskammer ES mit Zuführleitung 1 (Zuführstutzen DM 1000) für das Eduktgas durch den Reaktormantel RM,
ein Stück Brenngaszuführung BG
ein Stück Strömungsgleichrichtereinheit G, die den Eduktstrom, der in das Eintrittssegment ES eintritt, gleichmäßig im äußeren Ringraum RR in
Umfangsrichtung desselben verteilt; der Strömungsgleichrichter G ist aus zwei hintereinandergeschalteten Lochblechen, mit den Abmessungen von jeweils 5.760 mm x 960 mm in Hauptströmungsrichtung, gebildet,
drei Stück Zuführleitungen 3 für sauerstoffhaltiges Gas, das aus einer Mischung aus Wasserdampf und Sauerstoff, durch den Ringmantel RM, gebildet aus 18 waagrecht übereinanderliegenden Verteilerrohren DM 125,
drei Stück Einmischvorrichtungen EV mit festen Einbauten in Strömungsrichtung vor jeder der insgesamt drei katalytisch aktiven Zonen Z,
drei Stück katalytisch aktiven Zonen Z, wobei jede katalytisch aktive Zone Z aus 15 hintereinander gesetzten flächigen Packungseinheiten P und jede flächige
Packungseinheit P aus jeweils 216 Monolithen M gebildet ist, wobei jeweils 36 Monolithe M zu einem Monolithmodul MM zusammengefasst sind, indem 6 Monolithe radial und 6 Reihen hiervon übereinandergestapelt sind. Die Monolithe M sind den Monolithmodulen MM untereinander und zur Metalleinfassung, die jedes Monolithmodul seitlich, unter Freilassung der Strömungskanäle, umfasst, mit faserhaltigen Matten abgedichtet.
6 der Monolithmodule sind jeweils übereinander zu einer flächigen
Packungseinheit P zusammengefasst und über Führungsschienen F, die an den einander gegenüberliegenden Innenwänden des zentralen Innenraumes und des radialen Ringraumes RR angeordnet sind, eingeschoben. Die einzelnen
Monolithmodule MM sind ebenfalls an beiden, den äußeren Ringraum RR begrenzenden Wänden hin gegeneinander mittels faserhaltigen Matten abgedichtet;
ein Stück segmentformige Austrittskammer AS, mit Austrittsstutzen DM 1000 für das Reaktionsgasgemisch durch den äußeren Reaktormantel RM.
Bezugszeichenliste
1 Eduktstrom
2 Produktgasgemisch
3 Zusatzgas AS Austrittssegment
BG Brenngaszuführung
d Außendurchmesser des Innenzylinders I
D Innendurchmesser des Reaktormantels RM
ES Eintrittssegment
EV Einmischvorrichtung
F Führungsschiene
G Strömungsgleichrichter
H Höhe des äußeren Ringraumes RR
I Innenzylinder
IS thermische Isolierung
IR zentraler Innenraum
M Monolith
MM Monolithmodul
R Reaktor
RM Reaktormantel
RR äußerer Ringraum
P flächige Packungseinheit
WT Wärmetauschereinrichtung
Z katalytisch aktive Zone

Claims

Patentansprüche
Zylindrischer Reaktor (R) mit vertikaler Längsachse zur Durchführung von heterogen katalysierten Gasphasenreaktionen durch Umsetzung eines gasförmigen Eduktstromes zu einem Produktgasgemisch, mit einem
zylindrischen Reaktormantel (RM) und einem konzentrischen Innenzylinder (I), der den Reaktorinnenraum in einen äußeren Ringraum (RR) und einen zentralen Innenraum (IR) aufteilt,
wobei im äußeren Ringraum (RR) Einbauten vorgesehen sind, die den heterogenen Katalysator enthalten,
mit einer Zuführleitung (1 ) für den gasförmigen Eduktstrom in ein
Eintrittssegment (ES) des äußeren Ringraumes (RR) sowie mit einer
Abführleitung (2) für das Produktgasgemisch aus einem Austrittssegment (AS) des äußeren Ringraumes (RR), wobei das Eintrittssegment (ES) und das Austrittssegment (AS) gasdicht voneinander getrennt sind.
Reaktor (R) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die gasdichte Trennung des Eintrittssegmentes (ES) vom Austrittssegment (AS) mittels einer Trennwand (T) ausgeführt ist.
Reaktor (R) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gasdichte Trennung des Eintrittssegmentes (ES) vom Austrittssegment (AS) mittels eines Trennsegmentes ausgeführt ist, durch das Zuführleitungen in den zentralen Innenraum (IR) gelegt werden können und/oder das die Zugänglichkeit des zentralen Innenraums (IR) von außerhalb des Reaktors ermöglicht.
Reaktor (R) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Einbauten, die den heterogenen Katalysator enthalten, Monolithmodule (MM) vorgesehen sind, die aus Monolithen (M) mit horizontal, im wesentlichen entlang konzentrischer Kreise angeordneten Kanälen gebildet sind, die jeweils zu zwei, drei oder mehreren, entlang jeweils eines Reaktorradius nebeneinander zu einer Reihe angeordnet sind und wobei zwei, drei oder mehrere Reihen von Monolithen (M) übereinander gestapelt sind, wobei
jedes Monolithmodul (MM) über den Umfang desselben, unter Freilassung der Stirnflächen, die Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen der Kanäle enthalten, in einer oder mehreren faserhaltigen Matten und über denselben in einer Metallhülle eingefasst ist, wobei jedes Monolithmodul (MM) den äußeren Ringraum (RR) in radialer
Richtung vollständig ausfüllt, wobei
jeweils zwei oder mehrere Monolithmodule (MM) übereinander zu flächigen Packungseinheiten (P) zusammengefasst sind, die radial im Ringraum (RR) des Reaktors (R) angeordnet sind, und wobei
ein, zwei oder mehrere Packungseinheiten (P) jeweils ein Segment im äußeren Ringraum (RR) des Reaktors (R) über die gesamte Höhe desselben ausfüllen und eine katalytisch aktive Zone (Z) bilden.
Reaktor (R) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Einbauten, die den heterogenen Katalysator enthalten, Monolithmodule (MM) vorgesehen sind, die
aus Monolithen (M) mit horizontal, im wesentlichen entlang konzentrischer Kreise angeordneten Kanälen gebildet sind, die jeweils zu vier oder mehreren, entlang jeweils eines Reaktorradius nebeneinander zu einer Reihe angeordnet sind und wobei vier oder mehrere Reihen von
Monolithen (M) übereinander gestapelt sind, wobei
jedes Monolithmodul (MM) über den Umfang desselben, unter Freilassung der Stirnflächen, die Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen der Kanäle enthalten, in einer oder mehreren faserhaltigen Matten und über denselben in einer Metallhülle eingefasst ist, wobei
jedes Monolithmodul (MM) den äußeren Ringraum (RR) in radialer
Richtung vollständig ausfüllt, wobei
jeweils zwei oder mehrere Monolithmodule (MM) übereinander zu flächigen Packungseinheiten (P) zusammengefasst sind, die radial im äußeren Ringraum (RR) des Reaktors (R) angeordnet sind, und wobei
ein, zwei oder mehrere Packungseinheiten (P) jeweils ein Segment im Ringraum (RR) des Reaktors (R) über die gesamte Höhe desselben ausfüllen und eine katalytisch aktive Zone (Z) bilden.
Reaktor (R) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Einbauten, die den heterogenen Katalysator enthalten, Monolithmodule (MM) vorgesehen sind, die
aus Monolithen (M) mit horizontal, im wesentlichen entlang konzentrischer Kreise angeordneten Kanälen gebildet sind, die jeweils zu acht oder mehreren, entlang jeweils eines Reaktorradius nebeneinander angeordnet sind und wobei
acht oder mehrere Reihen von Monolithen (M) übereinander gestapelt sind, wobei jedes Monolithmodul (MM) über den Umfang desselben, unter Freilassung der Stirnflächen, die Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen der Kanäle enthalten, in einer oder mehreren faserhaltigen Matten und über denselben in einer Metallhülle eingefasst ist, wobei
jedes Monolithmodul (MM) den äußeren Ringraum (RR) in radialer Richtung vollständig ausfüllt, wobei
jeweils zwei oder mehrere Monolithmodule (MM) übereinander zu flächigen Packungseinheiten (P) zusammengefasst sind, die radial im äußeren Ringraum (RR) des Reaktors (R) angeordnet sind, und wobei ein, zwei oder mehrere flächige Packungseinheiten (P) jeweils ein Segment im Ringraum (RR) des Reaktors (R) über die gesamte Höhe desselben ausfüllen und eine katalytisch aktive Zone (Z) bilden.
Reaktor (R) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Ringraum (RR) sowohl zum Reaktormantel (RM) als auch zum zentralen Innenraum (IR) hin eine thermische Isolierung (IS) aufweist.
Reaktor (R) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden flächigen Packungseinheiten (P) Abstandshalter vorgesehen sind.
9. Reaktor (R) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die eine, zwei oder mehreren flächigen Packungseinheiten (P) jeweils in
Führungsschienen (E) eingeschoben sind.
10. Reaktor (R) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches vor jeder katalytisch aktiven Zone (Z) jeweils eine Zuführleitung (3) für ein Zusatzgas sowie eine
Einmischvorrichtung (EV) vorgesehen ist.
1 1 . Reaktor (R) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbauten als Siebkörbe ausgebildet sind, die mit einem partikelförmigen, heterogenen Katalysator gefüllt sind. 12. Reaktor (R) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im äußeren Ringraum (RR) zusätzlich zu den Einbauten, die den heterogenen Katalysator enthalten, Einschübe zur Aufnahme von Inertmaterial und/oder Wärmetauschereinrichtungen (WT) vorgesehen sind.
13. Reaktor (R) nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils zwei Packungseinheiten (P) Messelemente zur Bestimmung von Temperaturen und/oder Konzentrationen vorgesehen sind, die über den zylindrischen Reaktormantel (RM) von außerhalb des Reaktors (R) in den äußeren Ringraum (RR) eingeführt sind.
14. Verwendung des Reaktors (R) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur
Durchführung von endothermen, exothermen oder adiabaten Reaktionen. 15. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionen Dehydrierungen sind, insbesondere autotherme Gasphasendehydrierungen, bevorzugt von n-Butan, Isobutan, n-Propan, Buten oder Ethylbenzol,
Oxidationen, insbesondere zu Acrolein, Methacrolein, Acrylsäure,
Methacrylsäure, Phthalsäureanhydrid oder Maleinsäureanhydrid oder
Hydrierungen, insbesondere von Maleinsäureanhydrid zu Tetrahydrofuran.
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