Die vorliegende Erfindung betrifft einen homogenen oder heterogenen chemischen Reaktor gegebenenfalls für homogene oder heterogene Reaktionen und Phasentrennungen mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Aus dem Stand der Technik ist ein Bettreaktor bekannt, bei welchem ein Flüssigkeitsstrom oder Gasstrom durch eine Schichtung. von Festkörperpartikeln geleitet wird. Der um- strömte Festkörper kann ein Reaktant, ein Katalysator oder ein inerter Stoff sein. Der Aufbau ist ein senkrechter Turm. Die Strömung erfolgt von oben nach unten.

Ein derartiger bekannter Bettreaktor weist zahlreiche Nachteile auf : Ein besonders gravierender Nachteil des bekannten Bettre- aktors ist darin zu sehen, daß er beispielsweise im Falle von mehreren Umsetzungsprodukten lediglich eine Mischung hiervon abgibt, welche gegebenenfalls mühsam, zeitaufwen- dig und unter erheblichem apparativem Aufwand aufzutrennen ist.

Außerdem besteht bei einem Bettreaktor stets die Gefahr eines Zusetzens des Reaktors, wenn dieser mit zähflüssige- ren oder festen Substanzen beschickt wird.

Ein Bettreaktor ist folglich nicht zur Phasentrennung und zur Abtrennung fester oder viskoser Substanzen geeignet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung eines chemischen Reaktors, welcher zum einen die Durchführung chemischer Reaktionen ermöglicht und zum anderen gleichzeitig zumindest in Abhängigkeit von dem spezifischen Gewicht der in der Reaktionsmischung ent- haltenen oder dort gebildeten Substanzen deren Separierung (Phasentrennung) auf besonders effektive, einfache, ko- stengünstige und schnelle Art und Weise sowie ohne zu- sätzlichen apparativen Aufwand unter Ausschluß einer Ge- fahr des Zusetzens erlaubt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemä- ßen Vorrichtung durch die im kennzeichnenden Teil des Pa- tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Besonders bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt : Figur 1 einen schematischen Querschnitt durch einen erfin- dungsgemäßen Schrägrohrreaktor mit Bypaß.

Der erfindungsgemäße homogene oder heterogene chemische Schrägrohrreaktor ist beispielsweise für homogene Gas- oder Flüssigphasenreaktionen oder heterogene Gas-, Flüs- sig-Flüssig-oder Feststoff-Flüssigkeits-Reaktionen oder für die homogene oder heterogene Katalyse und/oder für Phasentrennungen, Separationszwecke oder dergleichen ein- setzbar.

In der Regel umfaßt der erfindungsgemäße Schrägrohrreaktor ein, zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder mehrere gerade oder gekrümmte Schrägrohre (17 ; 15,16).

Diese Schrägrohre (17 ; 15,16) sind gegenüber der Horizon- talen (1) beispielsweise in einem spitzen Winkel a ausge- richtet oder können die Horizontale (1) in einem spitzen Winkel a schneiden, der im Bereich von 40° bis 80°, vor- zugsweise in einem Bereich von 45° bis 78°, insbesondere in einem Bereich von 55° bis 75°, liegt.

Im Allgemeinen sind die Schrägrohre (17 ; 15,16) zueinan- der parallel oder zumindest hinsichtlich ihres unteren Ab- schnittes (2) aufeinander zulaufend ausgerichtet sind.

Alternativ hierzu können sich die Schrägrohre (17 ; 15,16) schneiden oder in ihrer Gesamtheit oder zumindest im Be- reich ihrer unteren Abschnitte (2) Y-oder V-artig mitein- ander in Verbindung stehen (siehe Figur 1).

Vorzugsweise sind in dem Bereich des Zusammentreffens der unteren Bereiche (2) der Schrägrohre (17 ; 15, 16) oder un- terhalb dieses Bereiches eine oder mehrere kontinuierlich oder diskontinuierlich öffenbare und verschließbare Aus- laßöffnungen (19) für eine chemische Substanz (9) mit ei- nem größeren spezifischen Gewicht vorgesehen.

In der Regel weist der erfindungsgemäße chemische Reaktor im oberen Endbereich (3) des mindestens einen Einlaß- Schrägrohres (16) eine oder mehrere Eintrittsöffnungen (4) für das umzusetzende und/oder zu separierende Reaktionsge- misch (5) auf.

In dem oder den Endbereichen (8) der einen oder mehreren Auslaßschrägrohre (15) kann der erfindungsgemäße chemische Reaktor über jeweils eine oder mehrere Austrittsöffnungen (6) verfügen, gegebenenfalls für das zumindest teilweise oder vollständig umgesetzte Reaktionsprodukt (7) mit ge- ringerem spezifischen Gewicht und/oder für eine andere ab- zutrennende chemische Substanz mit einem geringeren spezi- fischen Gewicht.

Es liegt auf der Hand, daß der erfindungsgemäße chemische Reaktor kontinuierlich (Durchflußreaktor) oder diskontinu- ierlich betreibbar ist.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen umfaßt der er- findungsgemäße chemische Reaktor in seinem oberen Bereich und/oder in seinem mittleren Bereich und/oder in seinem unteren Bereich einen oder mehrere Bypässe (18) zur Ver- bindung aller Schrägrohre (17 ; 16,15) oder zumindest ei- nes Teils hiervon.

In der Regel ist jeder Bypaß (18) im wesentlichen horizon- tal oder schräg ausgerichtet.

Vorzugsweise umfaßt das mindestens eine Einlaß-Schrägrohr (16) des erfindungsgemäßen chemischen Schrägrohrreaktors abschnittsweise oder über seine gesamte Länge eine oder mehrere Verwirbelungseinrichtungen (21).

Diese Verwirbelungseinrichtungen (21) sind beispielsweise in Form von Kaskaden (20) oder Treppen ausgebildet und dienen insbesondere zur Phasentrennung und/oder zur Vermi- schung des umzusetzenden Reaktionsgemisches (5) und damit zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit sowie des Reak- tordurchsatzes.

Vorzugsweise liegt die Strömungsgeschwindigkeit des umzu- setzenden und/oder zu separierenden Reaktionsgemisches (5) in dem Einlaß-Schrägrohr (16) beispielsweise mit einer Verwirbelungseinrichtung (21) im Bereich von 0,01 m pro Sekunde bis 2, 0 m pro Sekunde, vorzugsweise im Bereich von 0,02 bis 1,5 m pro Sekunde, insbesondere im Bereich von 0,03 m pro Sekunde bis 1,0 m pro Sekunde.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungs- gemäßen chemischen Reaktors kann jedes Auslaßschrägrohr (15) oder zumindest ein Teil hiervon abschnittsweise oder über seine gesamte Länge innenseitig eine oder mehrere Verwirbelungseinrichtungen (22) aufweisen.

Diese Verwirbelungseinrichtungen (22) in dem oder den Aus- laßschrägrohren (15) sind beispielsweise in Form von Prallflächen, Prallblechen oder in Form eines um seine Längsachse rotierenden oder feststehenden Statikmischers oder einer Förderschnecke ausgebildet.

Diese Verwirbelungseinrichtungen (22) in dem oder den Aus- laßschrägrohren (15) dienen beispielsweise zur Zurückhal- tung von Feststoffen oder Medien höheren spezifischen Ge- wichtes und gegebenenfalls zur Herbeiführung einer ab- schließenden und vollständigen Umsetzungsreaktion.

Im Falle des erfindungsgemäßen chemischen Schrägrohrreak- tors können also sowohl das oder die Einlaß-Schrägrohre (16) als auch das oder die Auslaß-Schrägrohre (15) ab- schnittsweise oder über ihre gesamte Länge Einbauten (20, 21,22) aufweisen.

Diese Einbauten (20,21, 22) sind beispielsweise in Form von Lamellen, Faserbündel-Packungen, Prallblechen, Förder- schnecken, Statikmischern, Leitblechen, Füllkörpern wie Raschig-Ringen, Kühlschlangen, Heizschlangen, Venturidüsen oder Dosiereinheiten, ausgebildet.

Der erfindungsgemäße chemische Schrägrohrreaktor kann ge- gebenenfalls direkt oder indirekt beheizbar und/oder kühl- bar ausgestaltet und in einem weiten Temperaturbereich von etwa 50 Kelvin bis etwa 400 °C betreibbar sein.

Des weiteren ist der erfindungsgemäße chemische Schrägrohrreaktor vorzugsweise im wesentlichen bei Umge- bungsdruck betreibbar. Selbstverständlich kann der erfin- dungsgemäße chemische Schrägrohrreaktor jedoch derart ar- miert ausgestaltet sein, daß er mit einem Unterdruck oder einem Überdruck bis etwa 200 bar beaufschlagbar ist.

Der erfindungsgemäße chemische Schrägrohrreaktor ist bei- spielsweise zur Umesterung, Polymerisation, Dekantierung, Phasentrennung, Emulsionstrennung, Öl-und/oder Altölab- scheidung, als chemischer Reaktor, als Koaleszenzfilter, als Klärer, als Mischer, als Wäscher, als Klassifizierer, als Fermenter oder als Bioreaktor, gegebenenfalls für Mol- kereiprodukte, Farbstoffe, Kunststoffe, Öle oder Fette, organische Verbindungen oder anorganische Verbindungen so- wie zum Einsatz auf dem Gebiet der Chemie der Öle und Fet- te, verwendbar.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Umsetzung von chemischen Substanzen (5) miteinander und zur im wesentlichen gleichzeitigen Abtrennung, Separa- tion oder Phasentrennung von während der Umsetzungsreakti- on gebildeten chemischen Substanzen (9) und/oder von in dem in den Reaktor eingebrachten Reaktionsgemisch bereits enthaltenen chemischen Substanzen voneinander.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können chemisch miteinander reaktive Substanzen (5) und/oder voneinander zu trennende chemische Substanzen beispielsweise über eine oder mehrere Eintrittsöffnungen (4) eines oder mehrerer Einlaßschrägrohre (16) kontinuierlich oder diskontinuier- lich in einen oben näher beschriebenen, ebenfalls erfin- dungsgemäßen chemischen Schrägrohrreaktor eingebracht wer- den.

Die Strömungsgeschwindigkeit der zugeführten Substanzen (5) innerhalb des Einlaßschrägrohres (16) liegt hierbei beispielsweise im Bereich von 0,01 m pro Sekunde bis 2,0 m pro Sekunde, vorzugsweise im Bereich von 0,02 m pro Sekun- de bis 1,5 m pro Sekunde, insbesondere im Bereich von 0,03 m pro Sekunde bis 1,0 m pro Sekunde.

In der Regel werden die chemisch miteinander reaktiven Substanzen (5) in einem oben näher beschriebenen Schrägrohrreaktor (17 ; 15,16) bei einem Druck im Bereich von Unterdruck bis etwa 200 bar sowie bei einer Temperatur im Bereich von 50 Kelvin bis 400 °C gegebenenfalls über einer oder mehreren Strecken (17 ; 15,16) mit Verwirbe- lungseinrichtungen (21,22) miteinander zur Reaktion ge- bracht.

Anschließend können die entstehenden Reaktionsprodukte (7, 9) und/oder die in den Schrägrohrreaktor eingebrachten chemischen Substanzen vorzugsweise entsprechend, ihrem spe- zifischen Gewicht separiert werden.

Bei dieser Separation setzen sich die chemischen Substan- zen (9) mit höherem spezifischem Gewicht in der Regel in dem unteren Bereich (2) des Schrägrohrreaktors ab.

Gegebenenfalls können diejenigen chemischen Substanzen (9), welche sich aufgrund ihres höheren spezifischen Ge- wichtes beispielsweise in dem unteren Bereich (2) des er- findungsgemäßen chemischen Schrägrohrreaktors abgesetzt haben, über eine oder mehrere untere Auslaßöffnungen (19) gegebenenfalls mit einer Dosiervorrichtung (10) kontinu- ierlich oder diskontinuierlich aus dem Schrägrohrreaktor abgeführt werden.

Während sich die Substanzen (9) mit einem höheren spezifi- schen Gewicht beispielsweise in dem unteren Bereich (2) des erfindungsgemäßen chemischen Schrägrohrreaktors abset- zen, strömen die chemischen Substanzen (7) mit einem ge- ringeren spezifischen Gewicht unmittelbar und/oder mittel- bar über einen oder mehrere das oder die Einlaßschrägrohre (16) mit dem oder den Auslaßschrägrohren (15) verbindende Bypässe (18) dem oder den gegebenenfalls mit einer Verwir- belungseinrichtung (22) zumindest abschnittsweise versehe- nen Auslaßschrägrohren (15) zu.

In der Regel sind die chemischen Substanzen (7) mit einem geringeren spezifischen Gewicht über eine oder mehrere Austrittsöffnungen (6) in den oberen Endbereichen (8) des oder der Auslaßschrägrohre (15) abführbar.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß der erfindungsgemä- ße chemische Schrägrohrreaktor selbst im Falle von mehre- ren Umsetzungsprodukten gerade keine Mischung hiervon ab- gibt, welche gegebenenfalls mühsam, zeitaufwendig und un- ter erheblichem apparativem Aufwand aufzutrennen ist.

Vielmehr erlaubt der erfindungsgemäße chemische Schräg- rohrreaktor eine besonders effektive, einfache, schnelle und gerade keine weitere apparative Vorrichtung erfordern- de, kontinuierliche oder diskontinuierliche Phasentrennung oder Separation von entstehenden Umsetzungsprodukten oder anderen in dem Reaktionsgemisch enthaltenen Substanzen in Abhängigkeit von deren unterschiedlichen spezifischen Ge- wichten.

Ein gravierender Vorteil des erfindungsgemäßen chemischen Schrägrohrreaktors ist ferner darin zu sehen, daß bei ihm -im Gegensatz zum Bettreaktor-gerade keine Gefahr eines Zusetzens des Reaktors gegeben ist, selbst wenn er mit zähflüssigeren oder gar festen Substanzen beschickt wird.

Der erfindungsgemäße chemische Schrägrohrreaktor ist folg- lich nicht nur zur Umsetzung von Reaktanten mit sehr hohen Umsetzungsgraden bis 99,99 %, sondern auch zur Phasen- trennung und zur Abtrennung fester oder viskoser Substan- zen geeignet.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird demnach ein che- mischer Schrägrohrreaktor und ein Verfahren unter seiner Anwendung beschrieben, wobei der Schrägrohrreaktor zum ei- nen die Durchführung chemischer Reaktionen ermöglicht und zum anderen gleichzeitig zumindest in Abhängigkeit von dem spezifischen Gewicht der in der Reaktionsmischung enthal- tenen oder dort gebildeten Substanzen deren Separierung (Phasentrennung) auf besonders effektive, einfache, ko- stengünstige und schnelle Art und Weise sowie ohne zusätz- lichen apparativen Aufwand unter Ausschluß einer Gefahr des Zusetzens erlaubt.