[0001] Die Erfindung betrifft einen oder mehrere Brenner zur zusätzlichen Beheizung im Rauchgaskanal eines Reaktors zur Durchführung einer endothermen Reaktion, durch die sich eine annähernd konstante Menge an Rauchgas produzieren lässt, wobei der Reaktor einen Dampferzeuger enthält, der sich im Ausgang des Rauchgaskanals des Heizraumes befindet, und wobei diese Brenner als Hilfsbrenner zum Ausgleich der Rauchgasreduzierung im Rauchgaskanal des Heizraumes genutzt werden, die üblicherweise während der Regenerationsphase der exothermen Regenerierung des verwendeten Katalysators auftritt. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, die einen oder mehrere Hilfsbrenner umfasst, die sich in einem Reaktor zur Durchführung einer endothermen Reaktion mit den dazu notwendigen Einrichtungen befindet und mit dem sich die Menge an Rauchgas im Ausgang des Rauchgaskanals, in dem sich ein Dampferzeuger befindet, steuern lässt. Auf diese Weise wird der dem Dampferzeuger entnehmbare Dampfstrom erheblich vergleichmäßigt, was ein Vorteil beim Betrieb von Turbinen oder Kompressoren ist. Besonders geeignet ist diese Vorrichtung für Reaktoren, in denen typischerweise Alkandehydrierungen durchgeführt werden.

[0002] Ein gängiges Verfahren zur Durchführung von Alkandehydrierungen ist die Überleitung eines alkanhaltigen Kohlenwasserstoffgemisches über einen Dehydrierungskatalysator, durch den eine Reaktion des im Gasgemisch enthaltenen Alkanes in das korrespondierende Alken ermöglicht wird. Der Katalysator befindet sich in einer typischen Ausführungsform in abwärtsgerichteten Reaktionsrohren, durch die das Reaktionsgas über einen Eingangskanal einströmt, so dass das Produktgas, das als Komponente das erwünschte Alken enthält, am Ausgang der Reaktionsrohre entnommen werden kann. Die Reaktion ist endotherm, wodurch die Reaktionsrohre von außen beheizt werden müssen. Dies geschieht üblicherweise mittels eines Reaktors, der einen Heizraum enthält, durch den die Reaktionsrohre geführt werden, und der durch ein Heizgas beheizbar ist. Die Reaktionsrohre sind dabei gegenüber dem Heizraum abgeschlossen. Der Heizraum mündet in einen Rauchgaskanal, in dem das heiße Rauchgas thermisch genutzt und schließlich in einen Kamin abgeführt wird.

[0003] Eine typische Ausführungsform für das Verfahren zur Alkandehydrierung mit einer entsprechenden Vorrichtung beschreibt die WO 2004/039920 A2. Eine Auswahl an verschiedenen Dehydrierungsverfahren und den dabei verwendeten Katalysatoren findet man in der Veröffentlichungsschrift F. Buonomo, D. Sonfillipo, F. Trifirö, Handbook of Heterogeneous Catalysis, 1 ^st Edition, VCH, Weinheim, 1997 p. 2140 ff. und den darin zitierten Literaturstellen. [0004] Das Rauchgas aus der Beheizung wird aus dem Heizraum durch Rauchgaskanäle ausgeführt. Dabei besitzt es je nach Ausführungsform eine Temperatur von etwa 1000°C. Um die Wärme aus der Beheizung der Reaktionsrohre weiter zu nutzen, befindet sich am oder hinter dem Ausgang des Rauchgaskanals für das Rauchgas typischerweise ein Dampferzeuger. [0005] Eine Alkandehydrierung läuft typischerweise unter Bildung von kohlenstoffhaltigen Nebenprodukten ab, die sich nach einer gewissen Reaktionszeit auf dem Katalysator ablagern. Dadurch sinkt der Umsatz der Reaktion und die Produktion an erwünschtem Alken. Aus diesem Grund wird die Reaktion nach einer gewissen Zeit unterbrochen und die Überleitung von Reak- tionsgäs über den Katalysator gestoppt. Daran anschließend wird in einer typischen Ausfüh- rungsform ein sauerstoffhaltiges Gas über den Katalysator geleitet. Dadurch werden die kohlenstoffhaltigen Beläge abgetragen und der Katalysator wird regeneriert. Nach der Regeneration wird die Alkandehydrierung in dem betreffenden Reaktionsrohr oder Reaktor erneut durchgeführt. Das Verfahren wird nach dieser Verfahrensweise zyklisch durchgeführt.

[0006] Da die Dehydrierung von Alkanen endotherm und die Regeneration des Katalysa- tors exotherm ist, muss dem Reaktor während der Regeneration erheblich weniger Wärme zugeführt werden als während des Normalbetriebes. Üblicherweise werden dazu die Brenner während der Regenerationsphase mit weniger Heizgas betrieben, so dass auch weniger Rauchgas entsteht.

[0007] Die WO 2007/118825 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Olefinen aus Kohlenwasserstoffen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Durch das Ausschalten der Brenner während der Regenerationsphase wird die Wärmezufuhr in das Katalysatorbett unterbrochen, so dass bei der Regeneration durch Überleiten eines sauerstoffhaltigen Gases keine Wärme mehr in das Katalysatorbett gelangt und der Katalysator vor Überhitzung und Beschädigung geschützt wird. Die Brenner besitzen zur Ausführung des Verfahrens eine Vorrichtung zum Abschalten und werden zum Wiederanfahren nach der Regeneration mit Pilotbrennern wieder gezündet. Sowohl die Heizbrenner als auch die Pilotbrenner können mit einer Überwachungseinrichtung ausgestattet sein. Es werden keinerlei Hinweise zur Erzeugung von Dampf durch die Verwendung eines Dampferzeugers und einer Kompensation der Heizunterbrechung gegeben. [0008] Die EP 179322 B1 beschreibt ein Verfahren zum exothermen Regenerieren eines Katalysators, der während einer endothermen katalytischen Umsetzung innerhalb eines diskontinuierlichen Verfahrens deaktiviert worden ist. Durch eine Reduzierung der Brennerleistung auf weniger als 50 Prozent der Ursprungsleistung, vorzugsweise weniger als 10 Prozent der ursprünglichen Brennerleistung, was durch eine Verringerung der Zufuhr an Heizmittel durchge- führt wird, wird eine Einsparung an Heizmedium und Verbrennungsluft erreicht. Als in Frage kommende Prozesse zur Anwendung werden insbesondere die Dehydrierung von i-Butan, n- Butan oder Gemische daraus genannt. Bei Verwendung mehrerer Reaktoren ist es möglich, diese im Wechsel zu betreiben, so dass insgesamt keine Änderung der zugeführten Heizmittel, der Verbrennungsströme und kein Lastwechsel im Abhitzesystem erfolgt. Auch diese Lehre gibt keinerlei Hinweise zur Erzeugung von Dampf durch die Verwendung eines Dampferzeugers oder zur Kompensation der Heizunterbrechung.

[0009] Bei der Drosselung des Heizprozesses für die Regenerierung des Katalysators kommt es zu einer Reduzierung des Rauchgaszuflusses in die Dampferzeuger, die im Rauch- gaskanal angeordnet ist. Dies ist problematisch, denn der durch die Dampferzeuger erzeugte Dampf wird in einer wichtigen Ausführungsform zum Antrieb eines Kompressors mittels einer Dampfturbine genutzt. Der Dehydrierprozess arbeitet so, dass sowohl während des Normalbetriebes als auch während der Regeneration Dampf zur Verwendung als Turbinendampf zugeführt wird. Während der Regenerationsphase ist die Dampfeigenproduktion geringer. Gleichzei- tig ist der Dampfverbrauch im Regerationsbetrieb jedoch ähnlich hoch wie im Normalbetrieb. Daher bestimmt die zugeführte Dampfmenge während der Regenerationsphase die Menge des zugeführten Dampfes für die Dehydrierungsanlage.

[0010] Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren zur endotherm katalysierten Herstellung eines Alkens bereitzustellen, die eine während der Regenerationsphase möglichst hohe Menge an Rauchgas zum Betrieb eines Dampferzeugers bereitstellt, so dass eine konstante Menge an Dampf über den gesamten Zyklus„Produktion-Regeneration" bereitgestellt werden kann. Die Erfindung soll auch eine Vorrichtung hierzu bereitstellen. Diese soll es auch ermöglichen, eine Überwachung und eine Fernsteuerung des Prozesses durchzuführen.

[0011 ] Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren zur gleichmäßigen oder gesteuerten Bereitstellung von Rauchgas aus einer endotherm katalysierten Reaktion, wodurch sich durch dieses Rauchgas über einen Dampferzeuger ein in der Menge möglichst großer Dampfstrom produzieren lässt, wobei sich im Ausgang des Rauchgaskanals mindestens ein Hilfsbrenner befindet, durch den ein Rauchgasstrom erzeugt wird, der nicht mit den zu beheizenden Reaktionsrohren in Kontakt kommt und durch den der Rauchgasstrom an den Wärmeaustauschflächen des Dampferzeugers während der Regenerierung in der Menge erhöht wird. Die Erfindung löst diese Aufgabe auch durch eine Vorrichtung, die durch einen oder mehrere Hilfsbrenner am Eingang des Rauchgaskanals eines Reaktors zur Durchführung einer endotherm katalysierten Reaktion gebildet wird, wobei die Hilfsbrenner im Rauchgasstrom hinter den Reaktionsrohren angeordnet sind. Die Vorrichtung beinhaltet auch eine Einrichtung, mit der die Hilfsbrenner überwacht und gesteuert werden können. [0012] Mittels der hier vorliegenden Erfindung kann die Menge des zugeführten Dampfes reduziert werden. Dabei entstehen keine zusätzlichen Kosten für Wärmetauschereinrichtungen, da die für den Normalbetrieb dimensionierten Apparate und Einbauten genutzt werden. Die Hilfsbrenner, die im Wesentlichen für den Regenerationsbetrieb benötigt werden, sind verhält- nismäßig preiswert.

[0013] Typische endotherm katalysierte Verfahren, für die die Erfindung zur Anwendung kommt, sind Dehydrierungen von Alkanen. In jedem Fall sind dies Reaktionen, die in mit Katalysator befüllbaren Reaktionsrohren durchgeführt werden, wobei die Reaktionsrohre in einem beheizbaren Reaktionsraum sitzen und dieser Reaktionsraum durch Brenner mit einem Heizgas beheizt wird. Ein typisches Verfahren zur Dehydrierung von Alkanen, in der die Erfindung anwendbar ist, beschreibt die WO 2004/039920 A2. Darin wird auch ein Reaktor beschrieben, durch den in einer separaten Prozessstufe der bei Alkandehydrierung entstehende Wasserstoff verbrannt wird.

[0014] Beansprucht wird insbesondere ein Verfahren zur Regenerierung eines Festbettka- talysators mit einer zeitlich konstanten Erzeugung von Dampf aus der Beheizung des Reaktors, wobei

• ein Festbettkatalysator in einem oder mehreren Reaktionsrohren untergebracht ist, in welchem eine endotherme Reaktion unter Durchströmung eines zu reagierenden Gasgemisches durchgeführt wird, und

• das oder die Reaktionsrohre von außen durch Verbrennung eines Heizgases in einem Heizraum beheizt werden, durch welchen die Reaktionsrohre zur Durchführung der endothermen Reaktion geführt werden, und

• die Reaktion in dem oder den Reaktionsrohren in einem begrenzten Zeitraum zyklisch durchgeführt wird, wobei der nicht für die Reaktion genutzte Zeitraum für die Regenerierung des Katalysators durch Überleitung eines Sauerstoff- oder wasserdampfhaltigen Gases oder einem Gemisch dieser Gase genutzt wird, und

• der durch die Beheizung der Reaktionsrohre entstehende Rauchgasstrom aus dem Heizraum ausgeführt wird und dieser bei der Ausführung über einen

Dampferzeuger zur Erzeugung von Dampf genutzt wird,

und das dadurch gekennzeichnet ist, dass

• sich im Ausgang des Rauchgaskanals mindestens ein Hilfsbrenner befindet, durch den ein Rauchgasstrom erzeugt wird, der nicht mit den zu beheizenden Reaktionsrohren in Kontakt kommt und durch den der Rauchgasstrom an den Wärmeaustauschflächen des Dampferzeugers während der Regenerierung in der Menge erhöht wird.

[0015] Durch die Erhöhung der Menge an Rauchgas im Rauchgaskanal können die Wärmeaustauschflächen im Rauchgaskanal während der Regenerationsphase des Katalysators besser genutzt werden. Dadurch lässt sich die Menge an produziertem Dampf über die Gesamtzeitdauer des Prozesses nahezu konstant halten. Die Hilfsbrenner sind hierzu mit einer Regelungseinrichtung ausgestattet, durch die sich die Verbrennungsgasmenge steuern lässt. Dies kann durch eine Regelung der Hilfsbrenner in Abhängigkeit von der Rauchgastemperatur im Rauchgasstrom hinter den Hilfsbrennern erfolgen. Die Regelung steuert dabei den Zufluss an Heizgas oder Verbrennungsluft in die Hilfsbrenner.

[0016] Um die Erzeugung von Dampf während der Regeneration weiter zu erhöhen, werden die Hilfsbrenner vorteilhaft so eingesetzt, dass die Temperatur des Rauchgasstroms am Eingang des Rauchgaskanals an den Wärmeaustauschflächen des Dampferzeugers erhöht wird. Die Steuerung der Temperatur im Rauchgaskanal und an den Wärmeaustauschflächen kann dabei über die zugeführte Menge an Frischluft in den Rauchgaskanal gesteuert werden, wenn dies benötigt wird.

[00 7] Die Hilfsbrenner werden vorteilhaft mit einer Regelungseinrichtung ausgestattet, so dass die Heizgaszufuhr und damit die Produktion von Rauchgas geregelt werden kann. Die Regelungseinrichtung wird dabei über einen Temperatursensor gesteuert, der sich in der Nähe der Wärmeaustauschflächen des Dampferzeugers befindet, so dass die Hilfsbrenner in Abhängigkeit von der Temperatur im Rauchgaskanal gesteuert werden können. In einer einfacheren Ausführungsart kann auch eine manuelle Steuerung der Hilfsbrenner vorgenommen werden.

[0018] Die Regelungseinrichtung der Hilfsbrenner kann auch über die Menge des produzierten Dampfes gesteuert werden. In diesem Fall sitzt an einer geeigneten Stelle des Dampf- erzeugers eine Dampfmengenmesseinrichtung für die Erzeugungsmenge des Dampfes, so dass die Hilfsbrenner in Abhängigkeit von der Menge des produzierten Dampfes gesteuert werden können.

[0019] Prozesse, die für das erfindungsgemäße Verfahren in Frage kommen, sind insbesondere Alkandehydrierungen, durch die ein Alkan unter Abgabe von Wasserstoff in ein Alken umgewandelt wird. Dies kann als einziger Prozess durchgeführt werden. Häufig werden damit aber auch Alkandehydrierungen betrieben, durch die ein Alkan unter Abgabe von Wasserstoff in ein Alken umgewandelt wird und der Wasserstoff in einem nachfolgenden separaten Prozessschritt oxidiert wird, wobei es zu einer weiteren Dehydrierung von bisher nicht umgesetztem Al- kan kommt. Die Hilfsbrenner können dann in einem oder in mehreren Reaktoren installiert werden. Dadurch wird der gesamte endotherme Prozess mit der Regenerierung des Katalysators unterstützt.

[0020] Beansprucht wird auch eine Vorrichtung, mit der sich das erfindungsgemäße Verfahren ausführen lässt. Beansprucht wird insbesondere eine Vorrichtung zur gleichmäßigen Dampferzeugung aus der Abwärme einer Alkandehydrierung, umfassend

• einen Reaktor mit Heizraum zur Durchführung einer endothermen Reaktion und darin enthaltene Reaktionsrohre, die mit einem Katalysator befüllbar sind, einen Eingang für das Reaktionsgas und einen Ausgang für das Produktgas in den Reaktionsrohren, einen oder mehrere Hauptbrenner, die nicht mit dem Katalysator oder dem Reaktionsgas in Kontakt kommen und die Reaktionsrohre in dem Heizraum von außen beheizen, und am Ende des Heizraumes einen Rauchgaskanal mit Ausgang für das Rauchgas, und im Rauchgaskanal einen oder mehrere Dampferzeuger,

und die dadurch gekennzeichnet ist, dass

• am Ausgang in den Rauchgaskanal hinter den Reaktionsrohren und vor dem Durchströmen des oder der Dampferzeuger ein oder mehrere Hilfsbrenner sitzen.

[0021] Reaktoren zur Durchführung von endothermen Prozessen, die Hilfsbrenner zur Überbrückung des Anfahrprozesses besitzen, sind im Stand der Technik bekannt. Die US

2003/0101651 A1 beschreibt eine Vorrichtung für eine endotherm katalysierte Reaktion, durch die ein kohlenwasserstoffhaltiges Gas durch mit einem Katalysator befüllbare Rohre geleitet wird, die von außen beheizt werden, wobei das Reaktionsgas durch Konvektion im Gegenstrom erhitzt wird. Durch die Reaktionsanordnung kann die Größe des Reaktors erheblich reduziert und die gesamte Anordnung transportabel gebaut werden. Die Vorrichtung beschreibt Hilfsbrenner, die zum Starten der Reaktion genutzt werden, indem diese in den Heizraum zur Verbrennung des Heizgases gegeben werden. Eine Regeneration des Katalysators oder eine Unterbrechung des Heizprozesses wird nicht beschrieben. Auch wird keine Steuerungseinrichtung für die Hilfsbrenner genannt. [0022] In den häufigsten Ausführungsformen der Erfindung sind die Hilfsbrenner mit Regelungseinrichtungen versehen, durch die sich der Brenner in der Leistung regeln lässt. Geeignete Regelungseinrichtungen sind beispielsweise Ventile, Schieber, Klappen oder Spindeln, mit denen sich die Zufuhr von Brenngas in die Hilfsbrenner regeln lässt. Die Regelungseinrichtung kann auch eine Regelung für die Zufuhr von Verbrennungsluft in die Hilfsbrenner beinhalten. [0023] Die Hilfsbrenner können auch in Abhängigkeit von Messparametern im Ausgang des Rauchgaskanals gesteuert werden. Dies sind im Zusammenhang mit den entsprechenden Verfahrensansprüchen insbesondere Messfühler für die Messung der Menge an Verbrennungsgas oder für die Temperatur des Verbrennungsgases. Diese sitzen zur Erfüllung dieses Zweckes im Ausgang des Rauchgaskanals. Wird eine Regelung des Hilfsbrennereinsatzes in Abhängigkeit von der Verbrennungsgasmenge gewünscht, so sind die Rauchgaskanäle mit einer Messeinrichtung ausgestattet, durch die die Verbrennungsgasmenge des Rauchgases im Rauchgaskanal gemessen werden kann und sich davon abhängig der Hilfsbrenner regeln lässt.

[0024] Wird eine Regelung des Hilfsbrennereinsatzes in Abhängigkeit von der Temperatur im Rauchgasstrom gewünscht, so sind die Rauchgaskanäle mit einer Messeinrichtung ausgestattet, durch die die Temperatur des Rauchgases im Rauchgaskanal gemessen werden kann und durch die sich davon abhängig der Hilfsbrenner regeln lässt. Wird eine Vergleichsmessung im Vergleich zur Gesamtmenge oder -temperatur des Rauchgases benötigt, so können entsprechende Messfühler auch im Rauchgaskanal selbst oder an den Wärmeaustauschflächen des Dampferzeugers sitzen. In einer weiteren Ausführungsform kommen auch Lambda-Sonden zur Messung des Sauerstoffgehaltes im Rauchgaskanal in Betracht, wenn die Steuerung der Hilfsbrenner über den Sauerstoffgehalt im Rauchgaskanal erfolgt.

[0025] Der Reaktor zur Einbringung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist typischerweise so aufgebaut, wie dies im Stand der Technik üblich ist. Zur Ausführung der Erfindung sind dies ein Reaktor zur Durchführung einer endothermen Reaktion, darin enthaltene Reaktionsrohre, die mit einem Katalysator befüllbar sind, Brenner, die nicht mit dem Katalysator oder dem Reaktionsgas in Kontakt kommen und die Reaktionsrohre von außen beheizen, einen Eingang für das Reaktionsgas und einen Ausgang für das Produktgas in den Reaktionsrohren, einen Eingang für das Heizgas und einen Rauchgaskanal, und einen Dampferzeuger mit Wärmeaus- tauschflächen im oder hinter dem Ausgang des Rauchgaskanals. Die Hauptbrenner und die erfindungsgemäßen Hilfsbrenner können im Heizraum oder im Rauchgaskanal an beliebiger Stelle angebracht sein. Dies gilt auch für die zu beheizenden Wärmeaustauschflächen. Die Brenner, Reaktionsrohre oder Dampferzeuger können einfach oder mehrfach vorhanden sein. Die Hilfsbrenner sind in jedem Fall so angeordnet, dass die daraus entweichenden Rauchgase nicht mit den Reaktionsrohren und dem darin enthaltenen Katalysator in Kontakt kommen.

[0026] Zur Steuerung und Regelung der Hilfsbrenner kommen insbesondere Vorrichtungen in Betracht, die im Stand der Technik zur Regelung von Brennern genutzt werden. Dies sind typischerweise Ventile, Schieber, Klappen oder Spindeln, mit denen sich die Zufuhr von Brenngas oder Verbrennungsluft in die Hilfsbrenner regeln lässt. Zur Messung von Steuerungsmess- werten kommen insbesondere Thermoelemente, Druckmessgeräte, Gasdurchfiussmesser und Sauerstoffsonden in Betracht.

[0027] Zur Anwendung als Hilfsbrenner können Gasbrenner, Flüssigkeitsbrenner, Raketenbrenner oder Feststoff-Gebläsebrenner kommen. Dies richtet sich nach der Größe des Rauchgaskanals und der Wärmeaustauschflächen. Zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Hilfsbrenner gehören auch geeignete Einrichtungen zur Zündung. Dies können beispielsweise elektrische oder elektronische Zünder, Pilotbrenner oder Feuersteine sein. Die Hilfsbrenner sind bevorzugt mit einer Regelungseinrichtung ausgestattet, durch die der oder die Hilfsbrenner in der Leistung geregelt werden. Diese kann beispielsweise so gestaltet sein, dass der Rauchgas- kanal mit einer Messeinrichtung ausgestattet ist, durch die die Temperatur im Rauchgaskanal für das Rauchgas gemessen werden kann und davon abhängig der oder die Hilfsbrenner in der Leistung regelbar sind.

[0028] Zur weiteren Nutzung der Abwärme werden Dampferzeuger genutzt, die beliebig angeordnet sein können und in beliebiger Zahl vorhanden sein können. Typischerweise handelt es sich dabei um Dampferzeuger, die als indirekte Wärmetauscher mit Wärmeaustauschflächen angeordnet sind. Diese können beliebig gestaltet sein. Diese können auch Messeinrichtungen zur Messung der erzeugten Dampfmenge enthalten. Die Dampferzeuger, die mit dem oder den Hilfsbrennern beheizt werden, können mit einer Dampf mengenmesseinrichtung ausgestattet sein, so dass davon abhängig der oder die Hilfsbrenner in der Leistung regelbar sind. Ferner gehören zur erfindungsgemäßen Vorrichtung auch Hilfseinrichtungen, wozu Rohrleitungen gehören. Diese können in beliebiger Ausführungsform und -zahl vorhanden sein.

[0029] Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet den Vorteil einer zeitlich möglichst gleichmäßigen Erzeugung von Dampf aus der Abwärme einer Alkandehydrierung. Durch die Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren kann die Dampfproduktion aus der Abwärme der genannten Prozesse optimiert und daraus mechanische Energie gewonnen werden.