Es ist bekannt, dass eine Vielzahl von chemischen Reaktionen bei erhöhtem Druck und unter Zusatz eines dispergierten oder suspendierten Katalysators durchgeführt werden können. Die fluiden Reaktionspartner können dabei in einer flüssigen Phase, in mehreren flüssigen Phasen oder zusätzlich als Reaktionsgas dem Reaktor zugeführt werden. Beispielhaft seien für Flüssig- Reaktionen genannt : Oligomerisierungen, Methathesen, Alkylierungen oder Isomerisierungen, sowie heterogene bio-katalytische Reaktionen.

Bei der Durchführung solcher Reaktionen aber auch bei der Bestimmung der intrinsischen Reaktionskinetik ist die Verwendung von fein dispergierten Katalysatorkörnern zu bevorzugen, da dadurch der Druckabfall im Vergleich zu einem Festbettreaktor mit Katalysatorpellets minimiert werden kann. Zudem wird Porendiffusionshemmung durch die geringe Partikelgröße weitgehend vermieden und bei exothermen Reaktionen treten meist keine lokalen Temperaturspitzen wie in einem Festbett-Reaktor auf, da der fluidisierte Katalysator durch konvektive Vermischung zu einem isothermen Reaktorverhalten führt.

Bei den Reaktionen wird der Feststoff-Katalysator im allgemeinen durch die zum Produkt führende Reaktion nicht verbraucht, so dass der Katalysator nicht aus dem Reaktionsbereich ausgeschleust werden müsste.

Aus diesem Grunde werden solche Suspensionsreaktionen häufig so durchgeführt, dass der Katalysator durch Sintermetall-oder Keramik-Fritten, oder durch Drahtgewebekonstrukte im Reaktor zurückgehalten wird. Problematisch ist hierbei der insbesondere bei hohem Feststoffgehalt in der Flüssigkeit mit der Zeit erfolgende Aufbau eines Filterkuchens auf diesen Filterelementen, der eine gleichmäßige Verteilung des Katalysators beeinträchtigt und zu einer Reaktorverstopfung fuhrt. Auch durch Rührer kann meist der Filterkuchenaufbau nicht

verhindert werden. Der Reaktor muss daher ggf. periodisch stillgelegt und die Filterelemente müssen gereinigt werden.

In einer Variante dieser Prozessführung wurde für Gas/Flüssig-Reaktionen (Hydrierende Umsetzung) vorgeschlagen ein weiteres Filterelement einzubauen, durch das der Wasserstoff zugegeben wird (US 5,935, 418). Nach einem vorgegebenen Intervall wird zwischen den beiden Filterelementen umgeschaltet, so dass durch das H2-Filterelement nun die Reaktionsflüssigkeit entfernt und über das Austritts-Filterelement nun der Wasserstoff zugeführt wird. Problematisch ist in diesem Falle jedoch die Einhaltung eines genauen Flüssigkeitsstandes im Reaktor, weil zwei unabhängige Zuströme in den Reaktor existieren. Besonders bei hohen Lineargeschwindigkeiten und niedrigen Verweilzeiten, wie sie für kinetische Untersuchungen notwendig sind, ist ein solches Prinzip problembehaftet. Im Falle einer Flüssig-Reaktion müsste bei dieser Art der Reaktionsführung Inertgas zudosiert werden, was einen an sich unnötigen Aufwand darstellt.

Zur Vermeidung dieser Probleme wurde auch häufig vorgeschlagen, den Katalysator nicht im Reaktor zurückzuhalten, sondern mit dem Produkt auszutragen, und dort unter Verwendung klassischer Trennapparate wie Dekanter, Filter, Filterkerzen, Hydrozyklone oder dergleichen von der flüssigen Phase abzutrennen (z. B. US 3,901, 660). Unvorteilhafterweise wird bei diesen Verfahren anschließend die Handhabung von feuchtem Feststoff oder konzentrierten Suspensionen notwendig, wenn der Feststoff dem Reaktorsystem als Katalysator wieder zugeführt werden soll. Darüber hinaus gestaltet sich die Kontrolle der zurückzuführenden Menge an Katalysator schwierig, wenn die Reaktion kontinuierlich, ohne schwankende Umsätze im Reaktor durchgeführt werden soll, da dem Reaktionsraum kontinuierlich Katalysator entzogen wird.

Alternativ wird die Trennung von Katalysator und Flüssigkeit außerhalb des Reaktors über Cross-Flow-Filtration vorgeschlagen, bei der ein Teil der Suspension aus dem Reaktor abgezweigt und durch ein bei gleichem Druck arbeitenden, nach dem Querstromprinzip betriebenen, Mikrofilter rezirkuliert wird und das flüssige Reaktionsprodukt als Filtrat am Mikrofilter abgezogen wird (DE 32 45 318). Nachteilig ist hierbei, dass ebenfalls mit der Zeit ein Filterkuchen aufgebaut wird, der periodisch entfernt werden muss, was zu einem Abstellen

der Anlage führt. Darüber hinaus wird unter Umständen ein Absenken der Temperatur der Reaktionsmischung vor Eintritt in die Filtereinheit notwendig, da die bekannten Filtermaterialien nur bei begrenzten Temperaturen betrieben werden können.

Allen genannten externen Trennmethoden gereicht zum Nachteil, dass eine Feststoffsuspension gefördert werden muss. Hierzu sind zusätzliche Pumpen notwendig, deren Lebensdauer darüber hinaus durch Feststoff-Abrieb limitiert ist.

Bei der Verwendung von Sprudelbetten oder Slurry-Blasensäulen, wie sie z. B. für die Fischer- Tropsch-Synthese vorgeschlagen wurden, kann der Kreislaufstrom möglicherweise durch die frisch eingedüste Flüssigkeit oder die aufsteigenden Blasen erzeugt werden. Hierbei können aber aufgrund der oft unzureichenden Stoff-und Wärmeaustauschprozesse zwischen den fluiden Phasen und/oder mit dem Feststoff mit Problemen in der Reaktionskontrolle auftreten. Es ist daher mit minderen Umsätzen oder, bei exothermen Reaktionen, mit für die Reaktion hinderlichen Wärmeprofilen im Reaktor zu rechnen.

Es bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu finden, bei dem/bei der der Katalysator in seiner voll wirksamen Form im Reaktionsbereich genutzt werden kann, ohne dass der Prozess periodisch zur Regeneration oder Reinigung unterbrochen werden muss.

Gleichzeitig sollte das Rohprodukt der Reaktion kontinuierlich als feststoff&eie Flüssigkeit anfallen.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass es möglich ist einen feststofffreien Produktstrom aus einem Reaktionsgemisch, in dem ein pulverförmiger Katalysator fein dispergiert vorliegt, kontinuierlich zu erhalten, wenn die Reaktion in einem Reaktor durchgeführt wird, der an Zulauf und Ablauf ein Filterelement aufweist und Zu-und Ablauf so miteinander verschaltet werden können, dass der Zulauf als Ablauf und der Ablauf als Zulauf dienen kann. Durch das Umschalten von Zu-und Ablauf werden gegebenenfalls vorhandene Ablagerungen am Filterelement wieder in den Reaktionsraum zurückgespült.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb ein Reaktor zur kontinuierlichen Durchführung von katalysierten Flüssig-Reaktionen bei denen der Katalysator dispergiert im Reaktionsraum vorliegt, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass er über zumindest einen

Zulauf und einen Ablauf verfügt, wobei über einen Zulauf alle Edukte zugeführt werden und über einen Ablauf alle Produkte abgeführt werden, und Zulauf und Ablauf mit einem Mittel versehen sind, welches es ermöglicht Zulauf und Ablauf so zu verschalten, dass ein vorher als Ablauf dienender Ausgang als Zulauf dienender Eingang und zeitgleich ein als Zulauf dienender Eingang als Ablauf dienender Ausgang genutzt wird, und an Zulauf und Ablauf jeweils ein Filterelement vorhanden ist, welches den Katalysator im Reaktor zurückhält, und im Reaktor eine Vorrichtung vorhanden ist, die eine homogene Verteilung des Katalysators und der Edukte im Reaktor sicherstellt.

Ebenso ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur kontinuierlichen Durchführung von katalysierten Flüssig-Reaktionen in zumindest einem Reaktor bei denen-der Katalysator dispergiert im Reaktionsraum vorliegt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Verfahren in zumindest einem erfindungsgemäßen Reaktor durchgeführt wird.

Außerdem ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Anordnung von zumindest zwei parallel angeordneten erfindungsgemäßen Reaktoren sowie die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, eines erfindungsgemäßen Reaktors oder einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung eines Hochdurchsatz-Screenings. Unter Hochdurchsatzscreening wird im allgemeinen und im Rahmen der vorliegenden Erfindung das schnelle Testen von Katalysator-Zusammensetzungen und Eigenschaften zu deren Optimierung hinsichtlich ihrer Eignung zum technischen Einsatz für die untersuchte Reaktion oder Reaktionsklasse, sowie die Optimierung der dafür notwendigen Reaktionsparameter (z. B.

Druck, Temperatur, Volumenstrom, hydrodynamische Verweilzeit) in parallel betriebenen, und bevorzugt miniaturisierten und automatisierten Apparaturen, verstanden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. der erfindungsgemäße Reaktor weist folgende bedeutende Vorteile auf : Eine externe Abtrennung des Katalysators ist nicht notwendig. Es entfallen damit die Probleme, die bei dem Pumpen von Suspensionen auftreten können, wie z. B. begrenzte Lebensdauer von Pumpen, Ablagerungen in Rohrleitungen etc.

Es entfallen aufwendige Verfahrensschritte, wie Fördern einer hoch Feststoff-beladenen Flüssigkeit, Kühlen und Entspannen auf filterverträgliche Drücke und Wiedereinspeisung des

Katalysators.

Der erfindungsgemäße Reaktor kann prinzipiell in jedem handelsüblichen Rührkesselreaktor mit mindestens einem Eingang und einem Ausgang verwirklicht werden.

'Das aus der Vorrichtung erhaltene Produkt (Filtrat) ist im allgemeinen feststofffrei, so dass Verschmutzungen nachgeschalteter Verfahrensstufen, z. B. in einer Destillationseinheit, ausgeschlossen sind.

'Die anwendbaren Drücke und Temperaturen sind nur durch die Zulassung des Kessels und die Materialeigenschaften der verwendeten Filterelemente begrenzt.

Der erfindungsgemäße Reaktor zeigt die gleiche Charakteristik wie ein Rührkesselreaktor.

Der erfindungsgemäße Reaktor kann auch bei Reaktionen eingesetzt werden, bei denen der Katälysatoranteil mehr als 20 Volumen-%, bevorzugt mehr als 30 Volumen-% und besonders bevorzugt mehr als 40 Volumen-% beträgt.

Auch für die Bestimmung der intrinsischen Reaktionskinetik ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft, weil eine Verwendung von fein dispergierten Katalysatorkörnern zu bevorzugen ist, da hierdurch der Druckabfall im Vergleich zu einem Festbettreaktor mit Katalysatorpellets minimiert werden kann. Zu dem wird Porendiffusionshemmung durch die geringe Partikelgröße weitgehend vermieden und bei exothermen Reaktionen treten meist keine lokalen Temperaturspitzen wie in einem Festbett-Reaktor auf, da der fluidisierte Katalysator durch konvektive Vermischung zu einem isothermen Reaktorverhalten führt. Mittels des erfindungsgemäßen Reaktors sind Reaktionen mit fein verteilten kleinen Katalysator-Partikeln einfach durchzuführen, weshalb solche Reaktor/Reaktionskombinationen besonders gut zur Bestimmung der intrinsischen Reaktionskinetik geeignet sind, die für das Scale-Up von Reaktoren von Bedeutung ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren werden nachfolgend beschrieben, ohne dass die Erfindung auf diese Ausführungsformen beschränkt sein soll.

Der erfindungsgemäße Reaktor zur kontinuierlichen Durchführung von katalysierten Flüssig- Reaktionen bei denen der Katalysator dispergiert im Reaktionsraum vorliegt, zeichnet sich dadurch aus, dass der Reaktor über zumindest einen Zulauf und zumindest einen Ablauf verfügt, wobei über einen Zulauf alle Edukte zugeführt werden und über einen Ablauf alle Produkte abgeführt werden. Zuläufe und Abläufe sind mit einem Mittel versehen, welches es ermöglicht,

Zuläufe und Abläufe so zu verschalten, dass ein vorher als Ablauf dienender Ausgang als Zulauf dienender Eingang und zeitgleich ein als Zulauf dienender Eingang als Ablauf dienender Ausgang genutzt wird. An den Zuläufen und Abläufen ist jeweils ein Filterelement vorhanden, welches den Katalysator im Reaktor zurückhält. Im Reaktor ist außerdem eine Vorrichtung vorhanden, die eine homogene Verteilung des Katalysators und der Edukte im Reaktor sicherstellt. Eine solche Vorrichtung kann z. B. ein motorisch angetriebener Rührer, insbesondere ein Impeller-Rührer sein.

Das Mittel zur Verschaltung von Zulauf und Ablauf kann z. B. ein Vierwegeventil sein, bei dem jeweils zwei Abgänge untereinander verbunden sind. Sind mehr als ein Ablauf und ein Zulauf vorhanden, so muss ein Ventil mit einer entsprechend größeren Anzahl an Abgängen eingesetzt werden oder für je einen Zulauf und einen Ablauf ist jeweils ein Vierwegeventil vorhanden. Die eingesetzten Ventile können von Hand oder automatisch gesteuert werden (z. B. elektrisch oder pneumatisch), wobei die Regelung über eine übliche Prozessleittechnik erfolgen kann.

Das Mittel zur Verschaltung von Zulauf und Ablauf kann mit einer Vorrichtung versehen werden, die eine periodische Umschaltung gewährleistet. Es kann aber vorteilhaft sein, wenn der Reaktor mit einem Drucksensor ausgestattet ist, der mit der Prozessleittechnik verbunden ist, die das Mittel in Abhängigkeit vom Druck im Reaktor steuert.

Die an den Zuläufen und Abläufen im Reaktor vorhandenen Filterelemente können als filteraktive Materialien z. B. eine Sintermetallfritte, eine Keramikfritte, ein Keramikverbund, eine Monolithkeramik, eine Polymermembran, ein Metalldrahtvlies oder-gewirke oder eine Drahtgewebekonstruktion aufweisen oder ganz aus diesen Materialien bestehen.

Je nachdem, was für Reaktionen im Reaktor durchgeführt werden sollen, kann es vorteilhaft oder notwendig sein, wenn der Reaktor eine Vorrichtung zur Zufuhr oder Abfuhr von Wärmeenergie aufweist. Solche Vorrichtungen können Kühl-oder Heizschlangen sein, die im Inneren des Reaktors und/oder in dessen Wandung vorhanden sind und die von einem entsprechenden Kühl-oder Heizmedium durchflossen werden.

Die Filterelemente können Hohlkörper unterschiedlicher Geometrie sein. Diese können planare

Platten oder Säulen mit unterschiedlichen Grundflächen, wie zum Beispiel Kreis, Ellipse, Dreieck, Viereck usw. sein. Die Filterelemente können geformt sein wie hohle Ringe oder Teile von hohlen Wänden eines Zylinders. In dem erfindungsgemäßen Reaktor sind zumindest zwei Filterelemente vorhanden, Vorzugsweise sind die zumindest zwei Filterelemente gleich groß oder weisen zumindest eine gleich große Fläche an filteraktivem Material auf, so dass sichergestellt ist, dass es beim Umschalten von Zulauf und Ablauf nicht zu einem ungewollten Druckaufbau wegen unterschiedlicher Strömungsquerschnitte in Zu-und Ablauf kommt. Die filteraktiven Materialien können an den Innenseiten und/oder den Außenseiten der Filterelemente vorhanden sein. Die Filterelemente können so groß und so geformt sein, dass sie beim Zusammensetzen nur einen Teil eines Zylindermantels ergeben oder aber auch so groß, dass sie einen aus den Filterelementen zusammengesetzten kompletten Zylindermantel ergeben.

Im einfachsten Fall setzt sich ein kompletter Zylindermantel aus zwei Teilstücken zusammen. Es kann aus strömungstechnischen Gründen aber auch vorteilhaft sein, dass sich der komplette Zylindermantel aus einer geradzahligen Anzahl, größer als zwei, Teilstücken zusammensetzt, wobei einem als Zulauf dienenden Filterelement bevorzugt jeweils zwei als Abläufe dienende Filterelemente benachbart sind. Es kann aber auch vorteilhaft sein, als Zulauf und Ablauf dienende Filterelemente unregelmäßig anzuordnen. Die Zuläufe und Abläufe zu den Filterelementen können zwar zusammengeführt werden und nur einem Mittel zu Umschaltung zugeführt werden. Es hat sich allerdings als vorteilhaft erwiesen, wenn beim Vorhandensein von mehreren Filterelementen, jeweils ein Zulauf über ein Mittel zum Umschalten mit nur einem Ablauf verbunden ist, um sicherzustellen, dass alle Zuläufe und Abläufe, und damit auch die Filterelemente mit dem gleichen Druck (Massenstrom) durchströmt werden. Das Mittel zur Umschaltung kann trotzdem so ausgeführt sein, dass es mehrere der genannten Verschaltungen gleichzeitig ausführen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Reaktor Filterelemente auf, die geformt sind wie Teile (hohle) Wände eines Zylinders (Das Permeat wird bei diesen Filterelementen aus dem Inneren der hohlen Wände des Zylinders abgenommen während das Retentat auf den inneren und/oder äußeren Seiten der Zylinderteile zurückgehalten wird). Des weiteren weist der Reaktor in dieser bevorzugten Ausführungsart zumindest einen zusätzlichen Rührer auf, der an der inneren und/oder der äußeren Seite (Oberfläche), vorzugsweise an der inneren und äußeren Seite (Oberfläche) des Zylinders in einem Abstand von kleiner gleich 1 cm,

bevorzugt kleiner-gleich 2 mm, vorzugsweise kleiner-gleich 1 mm an der Oberfläche der Filterelemente, insbesondere den filteraktiven Flächen der Filterelemente vorbeiläuft. Bevorzugt sind die Filterelemente wie die Halbmäntel (Hälften) eines Zylinders geformt und die Rührerblätter laufen in einem Abstand von kleiner-gleich 2 mm, vorzugsweise 1 mm, bevorzugt 0,75 mm an den inneren und äußeren Oberflächen vorbei. Der Rührer, der an den äußeren Oberflächen der Filterelemente vorbeiläuft, ist vorzugsweise ein Ankerrührer. Der Rührer, der an den inneren Oberflächen der Filterelemente vorbeiläuft, ist vorzugsweise ein Blattrührer mit vorzugsweise zwei bis zehn Blättern. Durch das Vorbeilaufen des Rührers in einem vorgegebenen Abstand zu den filteraktiven Flächen der Filterelemente wird der Aufbau eines Filterkuchens auf der filteraktiven Fläche verhindert.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors sind die Filterelemente ebenfalls wie Teile oder Halbmäntel (Hälften) eines Zylinders geformt, wobei nur die Innenseiten der Halbschalen das filteraktive Material aufweisen und somit die filteraktive Fläche darstellen. Das Besondere an dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Filterelemente Teile der zylindrischen Reaktorwand sind oder sogar die gesamte Reaktorwand bilden. Wiederum können nur zwei oder auch mehr, vorzugsweise eine gerade Anzahl an Filterelemente vorhanden sein, wobei die Verschaltung der Filterelemente als Zu-und Abläufe wie oben beschrieben erfolgen kann. Wiederum ist vorzugsweise ein Rührer vorhanden, der an der Oberfläche der filteraktiven Fläche der Filterelemente in einem Abstand von kleiner-gleich 1 cm, bevorzugt kleiner-gleich 2 mm, vorzugsweise kleiner-gleich 1 mm an der Oberfläche der Filterelemente vorbeiläuft. Bei dieser Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der apparative Aufwand relativ gering gehalten. Dies kann insbesondere dann geschehen, wenn nur ein Rührer eingesetzt wird, der so geformt ist, dass er im vorgegebenen Abstand an der Oberfläche der filteraktiven Flächen der Filterelemente vorbeiläuft und gleichzeitig für eine ausreichende Durchmischung im gesamten Reaktor sorgt.

Es kann vorteilhaft sein, wenn der Rührer, der für die homogene disperse Verteilung des Katalysators vorhanden ist, und der oder die Rührer, die an den inneren und/oder äußeren Oberflächen der Filterelemente vorbeilaufen auf einer Achse laufen. Auf diese Weise wird der apparative Aufwand möglichst gering gehalten. Zum Erzielen einer noch besseren Durchmischung kann es aber vorteilhaft sein, wenn die Rührer mit Mitteln versehen sind, die ein

gegenläufiges Betreiben der Rührer und/oder ein Betreiben der Rührer mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ermöglichen.

Die erfindungsgemäßen Reaktoren können Reaktoren für Produktionsanlagen, Technikumsapparaturen oder Kleinstapparaturen sein. Dementsprechend kann die Größe der erfindungsgemäßen Reaktoren im Bereich von 5 ml bis zu über 100 m3 variieren, wobei die Größe des Reaktors bzw. das Volumen des Reaktors nahezu beliebig den technisch notwendigen Bedingungen angepasst werden kann. Handelt es sich bei den Reaktoren um Reaktoren, die im technischen Maßstab, z. B. für die Oligomerisierung von Olefinen, insbesondere Butenen eingesetzt werden, so weisen die erfindungsgemäßen Reaktoren eine Größe von mehreren Litern bis zu mehreren hundert Kubikmetern, insbesondere von 0,1 m3 bis 200 m3, bevorzugt von 1 bis 100 m3 und ganz besonders bevorzugt von 5 bis 50 m3 auf Handelt es sich bei den erfindungsgemäßen Reaktoren z. B. um Laborreaktoren oder Reaktoren für Hochdurchsatzuntersuchungen, so kann es vorteilhaft sein, wenn Reaktoren Reaktionsgefäße, die ein Reaktorvolumen von 10 ml bis 10000 ml, vorzugsweise von größer 50 ml und ganz besonders bevorzugt von größer 100 ml aufweisen.

Mittels des erfindungsgemäßen Reaktors ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Durchführung von katalysierten Flüssig-Reaktionen in zumindest einem Reaktor bei denen der Katalysator dispergiert im Reaktionsraum vorliegt, zugänglich, das sich dadurch auszeichnet, dass das Verfahren in eben zumindest einem der erfindungsgemäßen Reaktoren durchgeführt wird. In diesem Reaktor können als erfindungsgemäße Verfahren z. B. Oligomerisierungs-, Metathese-, Alkylierungs-oder Isomerisierungs-Reaktionen und heterogene bio-katalytische Reaktionen durchgeführt werden. Besonders bevorzugt ist der erfindungsgemäße Reaktor zur Durchführung von heterogen katalysierten Hochdruckflüssigkeitsreaktionen, wie z. B. der Oligomerisierung von Olefmen, der Hydrierung, der Metathese, der Alkylierung, der Isomerisierung sowie von heterogen bio-katalysierte Reaktionen geeignet. Ein besonderer Vorteil des Einsatzes des erfindungsgemäßen Reaktors liegt darin, dass insbesondere auch Verfahren durchgeführt werden können, bei denen der Katalysatoranteil im Reaktor über 20 Volumen-%, vorzugsweise von 30 bis 50 Volumen-% betragen kann. Eine Obergrenze für den Katalysatoranteil liegt bei ca. 60 bis 65 Volumen-%, da bei einem noch höheren Katalysatoranteil das Vorliegen eines fluiden Mediums nicht mehr gewährleistet ist. Sollte bei noch höheren Katalysatoranteilen

weiterhin ein fluides Medium (eine Dispersion) vorliegen, kann der erfindungsgemäße Reaktor und somit auch das erfindungsgemäße Verfahren selbstverständlich weiterhin eingesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bevorzugt so durchgeführt werden, dass der Zulauf und Ablauf zum bzw. vom Reaktor automatisch so umgeschaltet werden, dass Zulauf und Ablauf vertauscht werden, wenn die Druckdifferenz über dem Filterelement so stark ansteigt, dass die eingestellte Durchflussmenge nur noch durch einen Druckanstieg im Reaktor von mehr als 5 %, vorzugsweise von mehr als 1 %, besonders bevorzugt von mehr als 0,5 % im Vergleich zum Anfangsdruck oder zum Druck nach der letzten Umschaltung beibehalten werden kann, oder wenn eine bestimmte voreingestellte Zeitspanne nach der letzten Umschaltung vergangen ist.

Die Zeitspanne wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass diese kleiner oder gleich der Zeit ist, die zu einem signifikanten messbaren Druckanstieg führt. Diese Zeit kann z. B. in einfachen Vorversuchen ermittelt werden. Der Druckanstieg im Reaktor kann z. B. über einen Drucksensor im Reaktor gemessen werden. Die Umschaltung kann manuell erfolgen. Besonders bevorzugt erfolgt die Umschaltung durch ein Prozessleitsystem, welches automatisch die Umschaltung bei einem entsprechenden Druck im Reaktor oder nach einer voreinstellbaren Zeitspanne auslöst. Zur Vermeidung von technischem Aufwand ist es vorteilhaft, wenn das Umschalten periodisch erfolgt. Je nach Art und insbesondere Größe des eingesetzten Katalysators sowie der Porenweite des verwendeten Filterelements muss die Umschaltung häufiger oder weniger häufig erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Umschaltung alle 10 Minuten bis alle 24 Stunden, vorzugsweise alle 0,5 Stunden bis alle 12 Stunden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann z. B. die Oligomerisierung von Butenen in einem Temperaturbereich von 50 bis 150 °C und bei Drucken von 10 bis 70 bar sein. Wird diese zum Beispiel bei Volumenströmen von 0,5 bis 100 ml/min, bei Verwendung eines Edelstahlgewebes von 3,2 cm x 4,2 cm mit einer Maschenweite von 5 um und bei Verwendung eines Katalysators von 15 um Partikeldurchmesser durchgeführt, so wurden Umschaltzeiten von ca. 30 min als besonders bevorzugte Umschaltzeiten gefunden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so durchgeführt werden, dass das Verfahren in zwei oder mehreren parallel und/oder in Reihe betriebenen erfindungsgemäßen Reaktoren durchgeführt wird.

Bei Laborversuchen wird das Verfahren vorzugsweise in 2 bis 50, bevorzugt in 4 bis 25 und

ganz besonders bevorzugt in 9 bis 16 parallel betriebenen Reaktoren durchgeführt. Eine solche Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die erfindungsgemäßen, miniaturisierten Reaktoren eingesetzt werden.

Die dabei parallel betriebenen Reaktoren können in dem erfindungsgemäßen Verfahren gleich oder unterschiedlich betrieben werden. Die Reaktoren können alle mit dem gleichen Eduktgemisch beschickt werden oder die einzelnen oder zu Gruppen zusammengefassten Reaktoren der parallel betriebenen Reaktoren können unterschiedliche Eduktgemische zugeführt werden. Die in den Reaktoren erhaltenen Produkte können einzeln aufgearbeitet oder analysiert werden. Ebenso ist es aber möglich die Produkte aller Reaktoren oder von Gruppen von Reaktoren zusammenzuführen und zu analysieren oder aufzuarbeiten.

Neben der Variation der Zusammensetzung der Edukte kann es in dem erfindungsgemäßen Verfahren auch vorteilhaft sein, in einzelnen oder zu Gruppen zusammengefassten Reaktoren der parallel betriebenen Reaktoren, denen gleiche oder unterschiedliche Eduktzusammensetz- ungen zugeführt werden, gleiche oder unterschiedliche Reaktionsbedingungen einzustellen. Die Reaktionsbedingungen, die dabei variiert werden können, sind vorzugsweise Druck, Temperatur und Menge und/oder Art des eingesetzten Katalysators.

Zur Durchführung der parallelen Reaktionen können die erfindungsgemäßen Reaktoren vorzugsweise zu erfindungsgemäßen Anordnungen arrangiert werden, die zumindest zwei, parallel angeordnete erfindungsgemäße Reaktoren aufweisen. Vorzugsweise weist die Anordnung 2 bis 50, bevorzugt 4 bis 25 und ganz besonders bevorzugt 9 bis 16 parallel angeordnete Reaktoren auf. Bevorzugt sind die Zuläufe und Abläufe zu den Reaktoren mit einer Umschaltmöglichkeit ausgestattet, die es ermöglicht die Zuläufe und Abläufe zu vertauschen, wenn der Druckanstieg im Reaktor mehr als 5 % im Vergleich zum Anfangsdruck oder zum Druck nach der letzten Umschaltung beträgt. Die Umschaltung von Zu-und Ablauf kann aber automatisch nach Verstreichen einer voreingestellten Zeitspanne erfolgen.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung können einzelnen oder zu Gruppen zusammengefassten Reaktoren der parallel betriebenen Reaktoren gleiche oder unterschiedliche Eduktgemische zugeführt werden. Dies kann z. B. über einen Verteiler oder Dosierer erfolgen. Ebenso weisen

die in der erfindungsgemäßen Anordnung vorhandenen Reaktoren jeweils zumindest ein Mittel zur Einstellung von Reaktionsbedingungen auf. Dies kann insbesondere ein Wärmetauscher sein, der das Reaktionsgemisch mit Wärme versorgt oder Reaktionswärme abführt, so dass z. B. isotherme oder quasi isotherme Bedingungen eingestellt werden können. Weitere Mittel zur Einstellung der Reaktionsbedingungen sind beispielsweise Druckregelungen, Zulauf-und/oder Ablaufregelungen etc. Je nach Verwendungszweck können die parallel angeordneten Reaktoren in der erfindungsgemäßen Anordnung vollständig voneinander unabhängig insbesondere in Bezug auf die Edukte und Produkt (abgedichtet) sein oder aber die Eduktzufuhr oder Produktabfuhr kann über einen gemeinsamen Zulauf/Ablauf erfolgen. Vorzugsweise sind die einzelnen Reaktoren gegen einen Übergang von Fluidverbindungen von einem zum anderen Reaktor abgedichtet, so dass in den einzelnen Reaktoren völlig unterschiedliche Reaktionsbedingungen eingestellt werden können.

Durch den Einsatz von mehreren parallel betriebenen erfindungsgemäßen Reaktoren oder einer erfindungsgemäßen Anordnung davon ist das erfindungsgemäße Verfahren geeignet, zur schnellen Bestimmung optimaler Reaktionsparameter (Hochdurchsatz-Screening) verwendet zu werden. Auch durch die Möglichkeit zur Miniaturisierung der erfindungsgemäßen Reaktoren eignen sich diese, insbesondere solche mit einem Volumen kleiner 100 ml, hervorragend zur Verwendung im Hochdurchsatz-Screening.

Die vorliegende Erfindung wird an Hand der Figuren Fig. 1 bis 7 beispielhaft näher erläutert, ohne darauf beschränkt zu sein.

In Fig. 1 wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Apparates zur Flüssigreaktion an einem festen Katalysator beispielhaft erläutert. In einem bei dem nötigen Reaktionsdruck und der benötigten Reaktionstemperatur betreibbaren Reaktionsraum (3), bevorzugt mit der Hydrodynamik eines kontinuierlich betriebenen Rührkessels, befinden sich mindestens zwei Filtrationseinheiten (1 und 2). Hierbei kann es sich um filteraktive Medien, wie z. B.

Sintermetalle, Keramiken, Keramikverbünde, Monolithkeramiken, Polymermembranen, Metalldrahtvliesen oder-gewirken oder Drahtgewebekonstruktionen handeln. Durch die erste Filtereinheit (1) wird die Flüssigkeit oder eine mit Gas gesättigte oder angereicherte Flüssigkeit als Einsatzstoff (gemisch) dem Reaktor zugeführt (6). Durch die zweite Filtereinheit (2) wird die

reagierte Flüssigkeit (Produkt) dem Reaktor wieder entzogen (7). Die Druckhaltung im Reaktor kann über ein hinter der Ausgangsfritte angebrachtes, elektromagnetisch oder pneumatisch gesteuertes Druckhalteventil (4) erfolgen. Die Filterelemente sind so praktisch keinem Druckgradienten ausgesetzt und werden mechanisch nur minimal belastet. Zur Reinigung der Filterelemente und zur Durchmischung des Reaktors sind mehrere Rührer (5a, 5b und 9) vorhanden. Trotz Reinigung der Filterelemente durch die Rührer (5a und 5b) kann es durch Tiefenfiltration zu einer Verstopfung der Austritts-Filterelemente kommen. Bei einem beobachteten Druckanstieg wird deshalb über ein 4-Wege-Ventil (8) die Strömung in den Filterelementen umgekehrt, so dass nun die Zufuhr durch Filter (2) und die Abfuhr durch Filter (1) erfolgt.

In Fig. 2 ist eine Aufsicht und eine Seitenansicht der Filterelemente (1) und (2), die durch zwei eine Bohrung aufweisende Halterungen (lOa und 10b) gegeneinander befestigt sind. Durch Pfeile sind der einströmende Feed (6a) und der weggeführte Produktstrom (7a) dargestellt.

Gestrichelt ist eine Rührerantriebswelle (11) dargestellt, an der ein oder mehrere Rührer befestigt sein können. Die Welle kann zur besseren Führung der Rührer in einer oder beiden Bohrung/-en (lOa oder lOb) gelagert sein (12). Hierdurch wird eine mögliche Unwucht in den Rührern verhindert, die eine Berührung zwischen den Rührern und Filtereinheiten und damit mögliche Beschädigungen der Filtereinheiten nach sich ziehen kann. Als Lagermaterialien sind Materialien wie z. B. Lagerbronze oder abriebfeste Kunststoffe geeignet.

In Fig. 3 ist eine alternative Konstruktion des Reaktors schematisch in einer Aufsicht und einer Seitenansicht gezeigt. Die Filterelemente (lb und 2b) befinden sich in diesem Falle als Inlay auf der Reaktorinnenwand. Bei dieser Konstruktion stellt die eine Hälfte (Hälfte des Zylinders plus gegebenenfalls dem halben Boden) der Reaktorinnenwand das erste Filterelement lb und die andere Hälfte das zweite Filterelement 2b dar. Die Reaktoraußenwände werden durch die nicht porösen Rückwände der als Inlay eingebrachten Filterelemente gebildet, oder die Reaktoraußenwand bildet die nicht poröse Rückwand des Filterelementes. Zulauf (6b) und Ablauf (7b) bzw. erstes und zweites Filterelement sind durch undurchlässige Barrieren (13) voneinander getrennt. Der Rührer (5) in der Mitte dient zur Reinigung der Filterflächen und der Durchmischung des Reaktors und wird über die Welle (11) angetrieben. Diese Konstruktion ist insbesondere geeignet, um Reaktionen in der Dispersion kontinuierlich in der

erfindungsgemäßen Weise in größerem Maßstab durchzuführen.

Fig. 4 zeigt eine beispielhafte Verschaltung von einer Anzahl n an erfindungsgemäßen Reaktoren mit Flussumschaltung, wie in Fig. 1 oder 3 gezeigt. Der Zufluss in die Reaktoren (21) wird durch Regler (22) auf die gewünschte Menge dosiert und den Reaktoren zugeführt. Die aus dem Reaktor austretenden Fluide werden einem Selektor (23) zugeführt, in dem der Reaktorausfluss aus einem der Reaktoren ausgewählt und einer Analytik (24), z. B. einem Gaschromatographen oder einem Massenspektrometer oder anderen Analysegeräten zugeführt werden kann. Die übrigen Ströme werden der Entsorgung (25) oder anderen Analysatoren zugefuhrt.

In Fig. 5 ist ein Diagramm dargestellt, in welchem der graphisch gemessene Druck gegen die Versuchszeit aufgetragen ist. Der Versuch ist wie in Beispiel 2 durchgeführt worden, mit dem Unterschied, dass nach 0, 7 und 1 Stunde jeweils einmal die Strömungsrichtung umgeschaltet wurde. Es ist deutlich zu erkennen, dass nach Einstellen des Reaktionsdrucks nach ca. 0,05 Stunden der Druck zunächst gleich bleibt, bis ab ca. 0,3 Stunden der Druck stetig ansteigt, was auf eine Verblockung der filteraktiven Schicht zurückzuführen ist. Durch das Umschalten und die damit einhergehende Spülung der filteraktiven Schicht nach ca. 0,7 Stunden kann der Reaktionsdruck wieder auf den Ausgangswert zurückgebracht werden. Durch eine präventive Umschaltung nach einer Stunde bleibt der Reaktionsdruck zunächst konstant, bis bei ca. 1,45 Stunden der Druck stetig wieder ansteigt. Dieser Versuch zeigt zum einen, dass durch eine Umschaltung eine bereits erfolgte Verblockung der filteraktiven Schicht rückgängig gemacht werden kann und zum anderen, dass durch eine rechtzeitige präventive Umschaltung eine Verblockung vermieden werden kann.

In den Figuren Fig. 6 und Fig. 7 sind graphisch die Verweilzeitkurven für eine Testsubstanz in dem erfindungsgemäßen Reaktor gemäß Beispiel 2 und im Vergleich dazu die Verweilzeitkurven des Modells eines idealen Rührkesselreaktors für zwei unterschiedliche Zulaufvolumenströme gezeigt. In Fig. 6 sind die Kurven für einen Volumenstrom von 69 ml/min und in Fig. 7 sind die Kurven für einen Volumenstrom von 28 ml/min wiedergegeben. Die experimentell ermittelten und normierten Werte sind jeweils als schwarze Quadrate eingezeichnet. Die berechneten Werte sind als Linie dargestellt. Wie den Graphiken zu

entnehmen ist, zeigen die Verläufe der experimentellen und berechneten Kurven keine signifikanten Unterschiede. Es kann deshalb davon ausgegangen werden, dass das hydrodynamische Verhalten des mit den Filterelementen und Rührern versehenen Reaktionsgefäßes annähernd dem eines idealen Rührkesselreaktors entspricht.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne die Anwendungsbreite einzugrenzen, die sich aus der Beschreibung und den Patentansprüchen ergibt.

Ausführungsbeispiele Zum Test des Durchlaufverhaltens des erfindungsgemäßen Reaktors wurde in den nachfolgenden Versuchen (Ausführungsbeispiel 1 und 2) eine Dispersion von 20 Gew.-% Silikatpulver mit einem dso-Wert von 25 um in Hexan (n-Hexan techn., Aldrich) verwendet.

Diese wurde in den Reaktor vorgelegt. Dann wurde ein bestimmter Hexan-Strom mit einem Druck von 22 bar durch den Zulauf in den Reaktor geleitet und über den Ablauf wieder abgenommen.

Ausfiihrungsbeispiel 1 Es wurde eine wie in Fig. 2 abgebildete Filterkombination, bestehend aus zwei Filtereinheiten, die in einen 300 ml Rührkessel-Reaktor (Büchi) eingebaut wurden, verwendet. Die Filtereinheiten weisen an den Innenseiten eine filteraktive Fläche von jeweils 2,8 cm x 3,8 cm auf. Der Querschnitt von Zu-und Ablauf betrug je 1/8". Der Abstand der filteraktiven Fläche zur Rückwand des Filterelements betrug ebenfalls jeweils 1/8". Die filteraktive Fläche bestand aus einem Edelstahlgewebe/Edelstahlsieb mit 5 um Öffnungsweite. Die Filterelemente wurden durch zwei Halterungen aus Edelstahl, die eine Bohrung für die Rührerwelle aufweisen, mit einem Abstand der Innenflächen zueinander von 3,4 cm miteinander verbunden. Die Rührerwelle wurde zentral zwischen den Filterelementen gefiihrt, so dass der daran befestigte Blattrührer (5a) (5-Blatlrührer, Höhe = 3 cm, Breite des einzelnen Blatts = 1, 7 cm, V4-A Stahl) die porösen Innenseiten der zylindrischen Filterelemente immer im gleichen Abstand von 0,5 mm überstreicht. Am unteren Ende der Welle wurde außerdem ein Impeller-Rührer mit 4 Rührblättern (Winkel zur Strömungsrichtung : 15°) befestigt, der für die weitestgehend homogene Verteilung der dispersen Phase sorgt. Die Welle rotierte mit einer Geschwindigkeit von 1000 U/min. Mit einer Filterfläche von 10,6 cm2 je Filtereinheit ließen sich Durchflüsse bis 50 ml/min (Hexan) bei einem Feststoff Volumenanteil von Vol-20 % (Silikatpulver, d5o = 15

um) im Dauerbetrieb (> 1000 h) realisieren. Das Umschaltventil wurde alle 30 min ausgelöst, um Verstopfungen innerhalb der Siebporen rückzuspülen. Ohne Rückspülung sank die Durchlässigkeit der Filter bei Betriebszeiten über 0,5 h unter den genannten Bedingungen ab und der beobachtete Druck im Reaktor stieg an.

Ausführungsbeispiel 2 Zur Vergrößerung der Filterfläche wurden in einem zweiten Ausführungsbeispiel solche Filterelemente eingesetzt, bei denen auch die äußere Seite der Zylinderschale als Sieb ausgestaltet war. Die Filterelemente sind wiederum über ein Stabilisierungsgestänge miteinander verlötet. Zur Vermeidung eines Filterkuchenaufbaus an der äußeren Filterfläche wurde ein zusätzlicher Rührer (z. B. ein Ankerrübrer (5b) notwendig, der auf der selben Welle wie der Blattrührer lief und die Außenseiten der Filterelemente im Abstand von 0,5 mm überstreicht.

Mit einer Filterfläche von 21,4 cm2 je Filtereinheit lassen sich Durchflüsse bis 100 ml/min (Hexan) bei einem Feststoff-Volumenanteil von 20 Vol.-% (Silikatpulver, Dso =15 um) im Dauerbetrieb (> 1000 h) realisieren. Das Umschaltventil wurde alle 30 min ausgelöst, um Verstopfungen innerhalb der Siebporen rückzuspülen. Ohne Rückspülung sinkt die Durchlässigkeit der Filter bei Betriebszeiten über 0,5 h unter den genannten Bedingungen ab, was durch einen Druckanstieg im Reaktor angezeigt wird (siehe Fig. 5). Unterhalb der Filterelemente ist wie in Ausfhmgsbeispiel 1 in Bodennähe ein Impeller-Rührer auf der Rührer-Welle angebracht, der den suspendierten Feststoff nach oben in Richtung der Filterelemente fördert. Hierdurch wird eine gleichmäßige Feststoff-Verteilung im gesamten Reaktor erzielt.

In beiden Ausführungsbeispielen konnte bei Rührerabständen von <= 1 mm keine sichtbare Filterkuchenbildung mehr beobachtet werden (beobachtet in-situ durch Verwendung eines Glasreaktors). Der Reaktor zeigt bei genügend hoher Drehzahl (abhängig von der Durchflussmenge) trotz der Einbauten eine Hydrodynamik, die vergleichbar mit der eines idealen Rührkessels ist. Dies wurde durch einen Vergleich der Verweilzeitkurven einer Testsubstanz mit denen des Modells eines idealen Rührkesselreaktors gezeigt (Fig. 6 und 7).

Wie den Graphiken in Fig. 6 und 7 zu entnehmen ist, zeigen beide Kurven keinen Unterschied.

Ausführungsbeispiel 3

In einem wie in Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Reaktor mit eingebauter Filterkombination aus Anwendungsbeispiel 2 wurde die Oligomerisierung von Butenen (77,4 Gew.-% lineare Butene und 22,6 Gew.-% unter den Reaktionsbedingungen inerte, fluide Verbindungen) bei 80°C bzw. 96°C und einem Druck von 25 bar untersucht (Nachfolgend sind die bei 96°C erhaltenen Werte in Klammern angegeben). Der Volumenstrom betrug ca. 5 ml/min. Als Katalysator wurden 25 g eines wie in DE 39 14 817 in Beispiel 2 zur Oligomerisierung eingesetzten Katalysators verwendet (mittlere Partikelgröße dp = 15 um). Es wurde ein Umsatz zu Cs bis 20 Oligomeren in Höhe von 25 % (32 %) beobachtet. Alle 30 min wurde automatisch der Zulauf zwischen den beiden Filterelementen umgeschaltet. Der Versuch lief über 2000 h ohne eine erkennbare Verstopfung der Filterelemente.