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Title:
REACTOR FOR CARRYING OUT A CONTINUOUS OXIDE HYDROGENATION, AND METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/074787
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a reactor (1) for carrying out a continuous oxide hydrogenation of a feed gas flow (2) of saturated hydrocarbons, which has been previously mixed with a gas flow (3) containing oxygen, on a moving catalyst bed (4) arranged between two concentric cylindrical holding devices (5, 6) in the longitudinal direction of the reactor, leaving a central inner space (7) and an intermediate space (8) between the moving catalyst bed (4) and the inner envelope of the reactor, in order to obtain a reaction gas mixture. Said reactor (1) is characterised in that it comprises at least two reactor sections which are separated from each other and split into sub-sections by means of alternating disk-type deflector plates (10) arranged in the central inner space (7) and annular deflector plates (11) arranged in the intermediate space between the moving catalyst bed (4) and the inner envelope of the reactor. The reactor sections each comprise a mixing device (12) which is arranged in the direction of flow of the reaction gas mixture upstream of the moving catalyst bed (4), said mixing device being formed from the following elements: two or three successively arranged rows of tubes (13) comprising turbulence generators on the outer side thereof, which narrow the cross-section for the passage of the feed gas flow (2) to between 1/2 and 1/10 of the free cross-section, the oxygen-containing gas flow (3) being guided through the tubes and sprayed into the feed gas flow (2) through holes (14) in the tubes (13); in addition to a perforated plate (17) mounted upstream of the tubes (13); and a perforated plate (18) mounted downstream of the tubes (13).

Inventors:
OLBERT GERHARD (DE)
CORR FRANZ (DE)
CRONE SVEN (DE)
Application Number:
PCT/EP2007/064093
Publication Date:
June 26, 2008
Filing Date:
December 17, 2007
Export Citation:
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Assignee:
BASF SE (DE)
International Classes:
B01J8/08; B01F5/04; B01J8/12; C07C5/32
Domestic Patent References:
WO1999046039A11999-09-16
WO1999029420A11999-06-17
Foreign References:
DE102004032129A12005-03-03
US4102776A1978-07-25
DE2222562A11972-11-23
US2417393A1947-03-11
US5462719A1995-10-31
US2350644A1944-06-06
US3217247A1965-11-09
DE3240987A11983-07-14
US4788371A1988-11-29
EP0705136A11996-04-10
US5220091A1993-06-15
US5430220A1995-07-04
US5877369A1999-03-02
EP0117146A11984-08-29
DE19937106A12001-02-08
DE19937105A12001-02-08
DE19937107A12001-02-08
DE1950246A11970-08-06
DE2131085A11971-12-30
Attorney, Agent or Firm:
ISENBRUCK, Günter (PatentanwälteTheodor-Heuss-Anlage 12, Mannheim, DE)
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Claims:

Patentansprüche

1. Reaktor (1 ) zur Durchführung einer kontinuierlichen Oxidehydrierung eines Einsatz- gastromes (2) von gesättigten Kohlenwasserstoffen nach Vormischen mit einem Sauerstoff enthaltenden Gasstrom (3) an einem Katalysatorwanderbett (4), das in

Reaktorlängsrichtung zwischen zwei konzentrischen zylindrischen Halteeinrichtungen (5, 6) unter Freilassung eines zentralen Innenraumes (7) und eines Zwischenraumes (8) zwischen dem Katalysatorwanderbett (4) und dem Reaktorinnenmantel eingebracht ist, unter Erhalt eines Reaktionsgasgemisches, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1 ) zwei oder mehrere Reaktorabschnitte (9) aufweist, die voneinander mit alternierend im zentralen Innenraum (7) angeordneten scheibenförmigen Umlenkblechen (10) und im Zwischenraum zwischen dem Katalysatorwanderbett (4) und dem Reaktorinnenmantel angeordneten ringförmigen Umlenkblechen (11 ) in Teilbereichen getrennt sind, mit jeweils einer in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemi- sches vor dem Katalysatorwanderbett (4) angeordneten Einmischvorrichtung (12), die aus den folgenden Elementen gebildet ist:

zwei oder drei hintereinander angeordnete Reihen von Rohren (13) mit Turbulenzerzeugern auf der Außenseite derselben, die den Durchtrittsquerschnitt für den Einsatzgasstrom (2) auf 1/2 bis 1/10 des freien Durchtrittsquerschnitts verengen, wobei durch die Innenräume der Rohre (13) der sauerstoffhaltige Gasstrom (3) geleitet und über öffnungen (14) der Rohre (13) in den Einsatzgasstrom (2) eingedüst wird, sowie mit einem den Rohren (13) vorgeschalteten Lochblech (17) und einem den Rohren (13) nachgeschalteten Lochblech (18).

2. Reaktor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (13) mit Turbulenzerzeugern Rippenrohre (19) sind, und dass die öffnungen (14) in den Rippengängen (15) zwischen den Rippen (16) der Rippenrohre (19) angeordnet sind.

3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, mit Turbulenzerzeugern auf der Außenseite derselben, dadurch gekennzeichnet, dass zwei bis acht Reaktorabschnitte (9), bevorzugt vier Reaktorabschnitte (9), vorgesehen sind.

4. Reaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenrohre (19) den freien Durchtrittsquerschnitt für den Einsatzgasstrom (2) auf 1/3 bis 1/6 desselben verengen.

5. Reaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenrohre (19) aus Rohren (19) mit zylindrischem Außenumfang gebildet sind, mit spiralförmig auf diesem entlang einer Streifen-Längskante aufgeschweißten, aus länglichen Streifen bestehenden Rippen (16), die unter Ausbildung von Segmen- ten (20) mit Ausnahme einer Rippenbasis (21 ) eingeschnitten sind.

6. Reaktor (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (20) gegenüber der Rippenbasis (21 ) in einem Winkel hierzu verdreht sind.

7. Reaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenrohre (19) 100 bis 300 Umläufe der Rippen (9) pro Meter Länge des Rippenrohres (19) aufweisen.

8. Reaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Außen- durchmesser der Rohre (13) im Bereich von 25 bis 150 mm, bevorzugt in einem Bereich zwischen 20 und 50 mm.

9. Reaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein Verhältnis der Höhe der Rippen (16) zum Außendurchmesser der Rohre (13) im Bereich von 1/10 bis 1/2.

10. Reaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Dicke der Rippen (16) im Bereich zwischen 0,3 und 1 ,5 mm und durch eine Breite der Segmente (13) im Bereich zwischen 3 und 12 mm, bevorzugt in einem Bereich zwischen 4 und 8 mm.

1 1. Reaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Reihe der Rippenrohre (19) auf Lücke zur ersten Reihe der Rippenrohre (19) angeordnet ist.

12. Reaktor (1 ) nach Anspruch 11 , gekennzeichnet durch drei Reihen von Rippenrohren (19), wobei die dritte Reihe von Rippenrohren (19) auf Lücke zur zweiten Reihe der Rippenrohre (19) angeordnet ist.

13. Reaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch jeweils zwei öffnungen (14) pro Rippengang (15) zwischen den Rippen (16) der Rippenrohre (19),

an diametral entgegengesetzten Stellen der Rippengänge (15), mit dem geringsten Abstand zu dem jeweils benachbarten Rippenrohr (19) in der Rippenrohrreihe.

14. Reaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgeschaltete Lochblech (17) in einem Abstand zur Anströmebene der ersten Reihe von Rippenrohren (19) durch den Einsatzgasstrom (2) entsprechend 7 bis 20 mal dem Durchmesser der öffnungen (22) im vorgeschalteten Lochblech (17) angeordnet ist.

15. Reaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der öffnungen (22) im vorgeschalteten Lochblech (17) kleiner als die Hälfte des lichten Abstandes der Rippen (16) zwischen zwei aufeinander folgenden Umläufen ist.

16. Reaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das öffnungsverhältnis im vorgeschalteten Lochblech (17) definiert als Summe der freien Flächen der öffnungen (22) im vorgeschalteten Lochblech (17) bezogen auf die gesamte Querschnittsfläche senkrecht zur Zuführrichtung des Einsatzgasstromes (2) zur Einmischvorrichtung (12) < 0,5, bevorzugt < 0,3, ist.

17. Reaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch ein Verhältnis der Lochblechdicke zum Durchmesser der öffnungen (22, 23) im Lochblech (17, 18) im Bereich zwischen 0,75 und 2,0.

18. Reaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das nachgeschaltete Lochblech (18) von der Abströmebene der Rippenrohre (19) um 0,5 bis 2 mal dem Durchmesser der Rippenrohre (19) der letzten Reihe von Rippenrohren (19) beabstandet ist.

19. Reaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der öffnungen (23) im nachgeschalteten Lochblech (18) größer oder gleich dem Durchmesser der öffnungen (22) im vorgeschalteten Lochblech (17) ist.

20. Reaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch einen Ab- stand des nachgeschalteten Lochblechs (18) zum Eintritt des Reaktionsgemisches in das Katalysatorfestbett (4) entsprechend 5 bis 20 mal dem Durchmesser der öffnungen (23) im nachgeschalteten Lochblech (18).

21. Verfahren zur Durchführung einer kontinuierlichen Oxidehydrierung eines Einsatzgasstromes (2) von gesättigten Kohlenwasserstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 20 durchgeführt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzgasstrom (2) ein Propan oder ein Butan enthaltender Gasstrom ist.

23. Verfahren nach Anspruch 2! oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff enthaltende Gasstrom (3) Luft oder technischer reiner Sauerstoff ist.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilstrom des Reaktionsgasgemisches aus dem in Strömungsrichtung letzten Reaktorabschnitt (9) in den ersten Reaktorabschnitt (9) recycliert wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzgasstrom (2) mit dem den letzten Reaktorabschnitt (9) verlassenden Reaktionsgasgemisch durch indirekte Wärmeübertragung vorgewärmt wird.

Description:

Reaktor zur Durchführung einer kontinuierlichen Oxidehydrierung sowie Verfahren

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur Durchführung einer kontinuierlichen Oxidehydrierung eines Einsatzgasstromes von gesättigten Kohlenwasserstoffen sowie ein Verfahren zur Durchführung einer kontinuierlichen Oxidehydrierung im Reaktor.

Oxidehydrierungen werden in der chemischen Verfahrenstechnik im großtechnischen Umfang zum Aufwerten von paraffinhaltigen Kohlenwasserstoffströmen zu den entsprechenden Olefinen durchgeführt. Da die Reaktion endotherm ist, muss Wärme von außen zuge- führt werden. Großtechnische Oxidehydrierungen sind beispielsweise die Oxidehydrierung von Propan oder die Oxidehydrierung von Butan.

Nach dem als UOP-Oleflex-Prozess bekannten Verfahren zur Dehydrierung von Propan zu Propen wird ein Propan enthaltender Einsatzgasstrom auf eine erhöhte Temperatur, von häufig 700 bis 750 0 C, vorgeheizt, und in Wanderbett-Dehydrierreaktoren an einem Katalysator, der Platin auf Aluminiumoxid enthält, dehydriert, wobei ein überwiegend Propan, Propen und Wasserstoff enthaltender Produktgasstrom erhalten wird. Nach dem UOP- Oleflex-Verfahren wird die für die endotherme Reaktion erforderliche Reaktionswärme über Zwischenheizer eingebracht, wobei häufig eine Serienanordnung von vier Zwischenheizern mit jeweils einem nachfolgenden adiabat betriebenen Reaktor vorgesehen ist. Nachteilig ist hierbei insbesondere der erhöhte Investitionsaufwand für die Zwischenheizer; darüber hinaus ist bei der absatzweisen indirekten Wärmeübertragung einer höherer Energieaufwand und eine Aufheizung des Einsatzgasstromes auf höhere Temperaturen, mit entsprechend verstärkt ablaufenden Nebenreaktionen gegenüber einer direkten Wärmeübertragung er- forderlich.

Eine direkte Wärmeübertragung realisiert das autotherme BASF-Verfahren, bei dem für die Bereitstellung der für die endotherme Reaktion erforderlichen Wärme ein Teil des paraffinhaltigen Einsatzgasstromes und darüber hinaus ein Teil des bei der Oxidehydrierung ent- stehenden Wasserstoffes verbrannt wird. Vorteilhaft ist die bessere energetische Nutzung und darüber hinaus, dass bei der direkten Wärmeübertragung niedrigere Temperaturen, mit entsprechend geringerer Belastung des Einsatzgasstromes, erforderlich sind. Für das autotherme BASF-Verfahren sind in der Regel zwei Festbettreaktoren erforderlich, die abwechselnd im Oxidehydrier- bzw. Regenerierbetrieb gefahren werden, mit entsprechendem Investitionsaufwand.

Es war demgegenüber Aufgabe der Erfindung, einen Reaktor und ein Verfahren zur Durchführung von Oxidehydrierungen gesättigter Kohlenwasserstoffe zur Verfügung zu stellen, das die Vorteile bekannter Reaktoren und Verfahren verbindet, insbesondere die Vorteile des Katalysatorwanderbettes nach dem UOP-Oleflex-Verfahren und die energetischen Vorteile des autothermen BASF-Verfahrens.

Entsprechend wurde ein Reaktor zur Durchführung einer kontinuierlichen Oxidehydrierung eines Einsatzgasstromes von gesättigten Kohlenwasserstoffen nach Vormischen mit einem Sauerstoff enthaltenden Gasstrom an einem Katalysatorwanderbett, das in Reaktorlängs- richtung zwischen zwei konzentrischen zylindrischen Halteeinrichtungen unter Freilassung eines zentralen Innenraumes und eines Zwischenraumes zwischen dem Katalysatorwanderbett und dem Reaktorinnenmantel eingebracht ist, unter Erhalt eines Reaktionsgasgemisches, zur Verfügung gestellt, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Reaktor zwei oder mehrere Reaktorabschnitte aufweist, die voneinander mit alternierend im zentralen Innenraum angeordneten scheibenförmigen Umlenkblechen und im Zwischenraum zwischen dem Katalysatorwanderbett und dem Reaktorinnenmantel angeordneten ringförmigen Umlenkblechen in Teilbereichen getrennt sind, mit jeweils einer in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches vor dem Katalysatorwanderbett angeordneten Einmischvorrichtung, die aus den folgenden Elementen gebildet ist:

zwei oder drei hintereinander angeordnete Reihen von Rohren mit Turbulenzerzeugern auf der Außenseite derselben, die den Durchtrittsquerschnitt für den Einsatzgasstrom auf 1/2 bis 1/10 des freien Durchtrittsquerschnitts verengen, wobei durch die Innenräume der Rohre der sauerstoffhaltige Gasstrom geleitet und über öffnun- gen in den Rippengängen zwischen den Rippen der Rohre in den Einsatzgasstrom eingedüst wird, sowie mit einem den Rohren vorgeschalteten Lochblech und einem den Rohren nachgeschalteten Lochblech und dass das Reaktionsgasgemisch in aufeinander folgenden Reaktorabschnitten alternierend vom zentralen Innenraum in den Zwischenraum zwischen dem Katalysatorwanderbett und dem Reaktorinnenmantel und umgekehrt geleitet wird.

Die auf der Außenseite der Rohre angeordneten Turbulenzerzeuger können Gebilde unterschiedlichster Geometrie sein, wobei wesentlich ist, dass sie die Turbulenz in den die Roh- re umströmenden Fluiden erhöhen. Bevorzugt kann es sich um Elemente handeln, wie sie für statische Mischer bekannt sind oder auch als Packungselemente von Destillationsko-

lonnen oder auch beispielsweise um gekreuzte Blechstreifen. Bevorzugt sind die Rohre mit Turbulenzerzeugern Rippenrohre.

Es wurde gefunden, dass durch Verwendung einer speziellen Einmischvorrichtung die eine weitgehend homogene Vermischung bei sehr kurzen Verzögerungszeiten, unter 150 ms oder auch unter 50 ms, gewährleistet eine kontinuierliche Zuführung eines Sauerstoff enthaltenden Gases in maßgeschneiderten Mengen entsprechend dem Reaktionsfortschritt an einem Katalysatorwanderbett möglich ist.

In der Einmischvorrichtung werden der Einsatzgasstrom von gesättigten Kohlenwasserstoffen und der Sauerstoff enthaltende Gasstrom vorgemischt. Unter Vormischen wird vorliegend ein Mischen vor Eintritt in das Katalysatorwanderbett verstanden.

Durch den Einsatz von als Wärmetauscher bekannten und handelsüblichen Rippenrohren durch geringfügige Modifizierung derselben, indem öffnungen in den Rippengängen zwischen den Rippen vorgesehen werden, werden die Zwischenräume der Rippengänge zwischen den Rippen als nahezu ideale Mischkammern mit hoher Turbulenz genutzt, indem der Einsatzgasstrom im Wesentlichen quer zu den Rippenrohren und ein Sauerstoff enthaltender Gasstrom durch die Innenräume der Rippenrohre über die öffnungen in den Rip- pengängen in den Einsatzgasstrom eingedüst wird.

Die Volumenströme des Einsatzgasstromes und des Sauerstoff enthaltenden Gasstromes sind in der Regel stark unterschiedlich, was die Mischaufgabe entsprechend erschwert: der Mengenstrom des Sauerstoff enthaltenden Gases kann insbesondere zwischen 5 und 30 % des Mengenstromes des Einsatzgasstromes betragen.

Der Katalysator ist in einem vertikal aufrecht stehenden, in der Regel zylindrischen, Reaktor, zwischen zwei konzentrischen zylindrischen Halteeinrichtungen, die in einer bevorzugten Ausführungsform Kantenspaltsiebe sein können, angeordnet und die von oben, insbe- sondere über einen Vorratsbehälter, befüllt und im unteren Bereich über geeignete Einrichtungen entleert werden. Die rieseiförmigen Katalysatorformkörper gleiten im Reaktor zwischen den zylindrischen Halteeinrichtungen, über die gesamte Höhe des Reaktors von oben nach unten in durchgehenden, engen Spalten. Die maximalen linearen Abmessungen der Spalte sind bevorzugt kleiner oder gleich der Hälfte des kleinsten Außendurchmessers der Katalysatorformkörper und liegen bevorzugt im Bereich zwischen 0,75 und 2,00 mm, insbesondere bevorzugt etwa 1 ,2 mm.

Zwischen den einzelnen Reaktorabschnitten befinden sich im Katalysatorwanderbett kurze Abdichtstrecken, deren Länge insbesondere etwa einer Bettstärke entspricht, um Bypässe des Reaktionsgasgemisches weitgehend zu unterdrücken.

Ein bevorzugter Katalysator, der selektiv die Verbrennung von Wasserstoff katalysiert, enthält Oxide und/oder Phosphate, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Oxiden und/oder Phosphaten von Germanium, Zinn, Blei, Arsen, Antimon oder Bismut. Ein weiterer bevorzugter Katalysator, der die Verbrennung von Wasserstoff katalysiert, enthält ein Edelmetall der VIII. und/oder I. Nebengruppe.

Die eingesetzten Dehydrierungskatalysatoren weisen im Allgemeinen einen Träger und eine Aktivmasse auf. Der Träger besteht dabei in der Regel aus einem wärmebeständigen Oxid oder Mischoxid. Bevorzugt enthalten die Dehydrierungskatalysatoren ein Metalloxid, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zirkondioxid, Zinkoxid, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid, Magnesiumoxid, Lanthanoxid, Ceroxid und deren Gemischen, als Träger. Bei den Gemischen kann es sich um physikalische Mischungen oder auch um chemische Mischphasen wie Magnesium- oder Zinkaluminiumoxid-Mischoxide handeln. Bevorzugte Träger sind Zirkondioxid und/oder Siliziumdioxid, besonders bevorzugt sind Gemische aus Zirkondioxid und Siliziumdioxid.

Die Aktivmasse der Dehydrierungskatalysatoren enthalten im allgemeinen ein oder mehrere Elemente der VIII. Nebengruppe, bevorzugt Platin und/oder Palladium, besonders bevorzugt Platin. Darüber hinaus können die Dehydrierungskatalysatoren ein oder mehrere Elemente der I. und/oder II. Hauptgruppe aufweisen, bevorzugt Kalium und/oder Cäsium. Weiterhin können die Dehydrierungskatalysatoren ein oder mehrere Elemente der III. Nebengruppe einschließlich der Lanthaniden und Actiniden enthalten, bevorzugt Lanthan und/oder Cer. Schließlich können die Dehydrierungskatalysatoren ein oder mehrere Elemente der III. und/oder IV. Hauptgruppe aufweisen, bevorzugt ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe bestehend aus Bor, Gallium, Silizium, Germanium, Zinn und Blei, beson- ders bevorzugt Zinn.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Dehydrierungskatalysator mindestens ein Element der VIII. Nebengruppe, mindestens ein Element der I. und/oder II. Hauptgruppe, mindestens ein Element der III. und/oder IV. Hauptgruppe und mindestens ein Element der III. Nebengruppe einschließlich der Lanthaniden und Actiniden.

Beispielsweise können erfindungsgemäß alle Dehydrierkatalysatoren eingesetzt werden, die in den WO 99/46039, US 4,788,371 , EP-A 705 136, WO 99/29420, US 5,220,091 , US 5,430,220, US 5,877,369, EP 0 1 17 146, DE-A 199 37 106, DE-A 199 37 105 und DE-A 199 37 107 offenbart werden. Besonders bevorzugte Katalysatoren für die vorstehend be- schriebenen Varianten der autothermen Propan-Dehydrierung sind die Katalysatoren gemäß den Beispiel 1 , 2, 3 und 4 der DE-A 199 37 107.

Bevorzugt werden pneumatisch förderbare und wasserdampffeste Katalysatoren eingesetzt.

Die autotherme Propan-Dehydrierung wird bevorzugt in Gegenwart von Wasserdampf durchgeführt. Der zugesetzte Wasserdampf dient als Wärmeträger und unterstützt die Vergasung von organischen Ablagerungen auf den Katalysatoren, wodurch der Verkokung der Katalysatoren entgegengewirkt und die Standzeit der Katalysatoren erhöht wird. Dabei werden die organischen Ablagerungen in Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und gegebenenfalls Wasser umgewandelt.

Frischer und/oder regenerierter Katalysator wird von oben, insbesondere über den Vorratsbehälter aufgegeben und am unteren Ende des Reaktors, beladen mit Schadproduk- ten, abgezogen. Der Katalysator wandert somit von oben nach unten durch den Reaktor. Der beladene Katalysator wird insbesondere pneumatisch in einen separaten Regenerierturm befördert und dort mit sauerstoffhaltigem Gas in bekannter Weise, durch Entspannung, Spülen, Abbrennen, Rekristallisieren, Niederpressen und Zuschalten regeneriert und anschließend, ebenfalls pneumatisch erneut auf den Kopf des Reaktors zurückgeführt.

Das Reaktionsgasgemisch strömt das Katalysatorwanderfestbett von der Seite einer Anströmfläche desselben an und verlässt das Katalysatorwanderbett über eine Abströmfläche.

Erfindungsgemäß ist vor der Anströmsfläche des Katalysatorwanderbettes eine Einmischvorrichtung für die umzusetzenden Edukte vorgesehen, die die folgenden Elemente um- fasst:

zwei oder drei hintereinander angeordnete Reihen von Rohren mit Tubulenzerzeu- gern, bevorzugt Rippenrohren, sowie

ein den Rippenrohren vorgeschaltetes und

ein den Rippenrohren nachgeschaltetes Lochblech.

Rippenrohre sind in der chemischen Verfahrenstechnik bekannt und werden insbesondere als Wärmetauscherrohre eingesetzt. Rippenrohre und ihre Herstellung sind beispielsweise in DE-A 1 950 246 oder DE-A 2 131 085, beschrieben.

Ein Rippenrohr ist aus einem Rohr, in der Regel einem Metallrohr, mit zylindrischem Außenumfang gebildet, mit auf diesem, in der Regel durch Schweißen entlang einer Längskante desselben aufgebrachten länglichen Streifens, den Rippen. Die Rippen sind häufig spiral- bzw. wendeiförmig auf dem Außenumfang des Rohres, können aber auch in Längsrichtung desselben angebracht sein. Sie haben normalerweise eine glatte durchlaufende Oberfläche, können aber auch perforiert sein. Sie können durchlaufend, aber auch, vorteilhaft, unter Ausbildung von Segmenten bis auf eine Rippenbasis eingeschnitten sein. Die Segmente können hierbei unterschiedliche Geometrien aufweisen, beispielsweise in Form von Rechtecken, Trapezen, usw.. Die Einschnitte zwischen den Segmenten können mit oder ohne Materialverlust ausgeführt sein. Besonders vorteilhaft können die Segmente gegenüber der Rippenbasis in einem Winkel verdreht bzw. geschränkt ausgebildet sein, um über einen Anstellwinkel die Turbulenz insbesondere in den Bereichen zwischen den Rippen, den Rippengängen, zu erhöhen, und entsprechend die Mischwirkung zu verbes- sern.

Eine dichte Anordnung von Rippen über die Rohrlänge ist vorteilhaft, insbesondere können 100 bis 300 Umläufe der Rippen pro Meter Rohrlänge vorgesehen sein.

Vorteilhaft werden Rohre mit einem Außendurchmesser im Bereich zwischen 25 und 150 mm, insbesondere zwischen 20 und 50 mm, eingesetzt.

Die Rippenhöhe bezogen auf den Außendurchmesser der Rohre liegt vorteilhaft in einem Bereich zwischen 1/10 und 1/2.

Die Rippendicke kann vorteilhaft zwischen 0,3 und 1 ,5 mm liegen.

Bei eingeschnittenen Rippen ist es vorteilhaft, Segmente mit einer Breite zwischen 3 und 12 mm, bevorzugt zwischen 4 und 8 mm, auszubilden.

Die Rohre können jeden Querschnitt aufweisen, beispielsweise kreisförmig, oval oder auch polygonal, zum Beispiel dreieckig.

Die Rippenrohre sind in Reihen, parallel zueinander angeordnet, wobei eine Rippenrohr- reihe entlang eines Kreisradius angeordnet ist.

Bei dem vorliegenden Radialstromreaktor, mit radialer Strömungsrichtung des Reaktions- gasgemisches, ist das Katalysatorwanderbett in Form eines Hohlzylinders mit der Bettdicke entsprechender Wandstärke, in geeigneten Aufnahmevorrichtungen, wie vorstehend beschrieben, angeordnet. Auf der Anströmseite des Katalysatorwanderbettes, die alternierend innen oder außen ist, sind die Rippenrohre entlang eines zum Katalysatorwanderbett konzentrischen Kreisringes angeordnet.

Es hat sich gezeigt, dass für die erfindungsgemäße Mischaufgabe zwei oder drei Reihen von Rippenrohren geeignet sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Zusammensetzung des sauerstoffhaltigen Gasstromes in den einzelnen Reihen von Rohren mit Turbulenzerzeugern untereinander unterschiedlich sein. Insbesondere kann in die erste Reihe von Rohren mit Turbulenzerzeugern ein Sauerstoff enthaltender Gasstrom mit einer anderen Zusammensetzung gegenüber der zweiten Reihe von Rohren mit Turbulenzerzeugern eingeleitet werden.

Hierbei ist es vorteilhaft, die zweite Reihe von Rippenrohren gegenüber der ersten auf Lücke anzuordnen sowie, für den Fall von drei Rippenrohrreihen, die dritte Rippenrohrreihe auf Lücke zur zweiten Rippenrohrreihe. Die zweite und gegebenenfalls auch die dritte Reihe von Rippenrohren können vorteilhaft von einem Wärmeträger durchströmt sein. Es ist auch möglich, die zweite und gegebenenfalls auch die dritte Reihe von Rippenrohren aus Vollmaterial beliebigen Querschnitts auszubilden.

Innerhalb einer Rippenrohrreihe sollen Rippenrohre gleicher Geometrie eingesetzt werden, diese kann jedoch innerhalb der Rippenrohrreihen variieren.

Die Rippenrohre weisen am Außenumfang der sie bildenden Rohre in den Rippengängen zwischen den Rippen pro Rippengang jeweils zwei diametral entgegengesetzte öffnungen auf, an den Stellen mit dem geringsten Abstand zu dem jeweils benachbarten Rippenrohr in der Rippenrohrreihe. Durch diese öffnungen wird der Sauerstoff enthaltende Gasstrom in die Rippengänge zwischen den Rippen in den Einsatzgasstrom eingedüst. Es werden somit in den Rippengänge eine Vielzahl von feinskaligen Mischkammern zur Verfügung gestellt, mit hoher Turbulenz, insbesondere bei segmentartig eingeschnittenen Rippen,

wobei dieser Effekt durch verschränkte Anstellung der Rippensegmente noch erhöht werden kann. Dadurch wird eine ausgezeichnete Mischgüte im Mikrobereich erreicht.

Im Innenraum der Rippenrohre kann vorteilhaft jeweils ein konzentrisches Einsteckrohr mit in geeigneten Abständen am Außenumfang desselben, bevorzugt jeweils zwei diametral entgegengesetzt angeordneten Ausströmöffnungen, vorgesehen sein, um die Vorverteilung des Sauerstoff enthaltenden Gasstromes über die Rohrlänge und damit auch einen weitgehenden Temperaturausgleich desselben zu gewährleisten.

Bevorzugt wird der Sauerstoff enthaltende Gasstrom in die Rippenrohre über eine Ringleitung als Hauptverteiler, und besonders bevorzugt über zwei Ringleitungen, an jedem Ende der Rippenrohre, gleichmäßig aufgegeben.

Den Rippenrohrreihen ist, ebenfalls quer zur Anströmrichtung des Sauerstoff enthaltenden Gasstromes und somit im Wesentlichen auf einem konzentrischen Kreisring zu den Rippenrohrreihen, ein Lochblech vorgeschaltet.

Das vorgeschaltete Lochblech weist öffnungen auf, deren Gesamtfläche bevorzugt bezogen auf die Querschnittsfläche der Zuführung des Sauerstoff enthaltenden Gasstromes kleiner oder gleich 0,5, insbesondere kleiner oder gleich 0,3, ist.

Das vorgeschaltete Lochblech ist vorteilhaft zur Anströmfläche der ersten Rippenrohrreihe um das Sieben- bis Zwanzigfache des Durchmessers der öffnungen im vorgeschalteten Lochblech beabstandet.

Der Durchmesser der öffnungen im vorgeschalteten Lochblech ist vorteilhaft kleiner als die Hälfte des lichten Abstandes der Rippen zwischen zwei aufeinander folgenden Umläufen.

Die Einmischvorrichtung weist in Abströmrichtung aus derselben ein zweites, nachgeschal- tetes Lochblech auf, mit öffnungen, deren Durchmesser größer oder gleich dem Durchmesser des vorgeschalteten Lochbleches ist.

Die Blechdicke beider Lochbleche, des vorgeschalteten und des nachgeschalteten Lochbleches, bezogen auf den Durchmesser der öffnungen in den Lochblechen liegt bevorzugt im Bereich zwischen 0,75 und 2,0.

Das nachgeschaltete Lochblech ist vorteilhaft von der Abströmebene der letzten Reihe von Rippenrohren um das 0,75 bis Zweifache des Durchmesser der Rippenrohre der letzten der Rippenrohrreihe beabstandet angeordnet.

Das nachgeschaltete Lochblech ist vorteilhaft zum Eintritt in das Katalysatorwanderbett in einem Abstand zwischen 5 und 20 mal dem Durchmesser der öffnungen in demselben beabstandet.

Der Werkstoff für alle Reaktorbereiche, die mit dem Reaktionsgasgemisch in Kontakt kommen, insbesondere für die Rippenrohre und die Lochbleche wie auch den Reaktorinnenmantel ist bevorzugt nichtaufhohlender Stahl.

Die Einmischvorrichtung ist im Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des Sauerstoff enthaltenden Gasstromes angeordnet. Darunter wird verstanden, dass der Sauerstoff ent- haltende Gasstrom senkrecht zur Hauptfläche der Einmischvorrichtung zugeführt wird, die bei Radialstromreaktoren gekrümmt ist. Unter im Wesentlichen quer sollen jedoch auch Abweichungen von der Senkrechten zwischen ± 5° oder ± 10°, oder auch ± 30°, verstanden werden.

Die Einmischvorrichtung kann mit Bautiefen, das heißt einem Abstand zwischen dem vorgeschalteten und dem nachgeschalteten Lochblech im Bereich zwischen 100 und 200 mm, eine ausgezeichnete, nahezu 100 %ige Mischgüte erreichen, bei einem Druckverlust für den Einsatzgasstrom in der Größenordnung von 20 mbar und einem Druckverlust für den Sauerstoff enthaltenden Strom, der bereits aus Sicherheitsgründen unter einem gewissen überdruck stehen muss, im Bereich von etwa 50 bis 100 mbar.

Es wird eine extrem hohe Anzahl von Eindüsstellen des Einsatzgasstromes in den Sauerssttooffff eeiinthaltenden Gasstrom, in der Größenordnung von 10000 Eindüsstellen pro m 2 , er- reicht.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Durchführung von kontinuierlichen Oxidehydrierungen in einem vorstehend beschriebenen Reaktor.

Der Einsatzgasstrom von gesättigten Kohlenwasserstoffen kann insbesondere ein Propan oder ein Butan enthaltender Gasstrom sein.

In den Einsatzgasstrom wird kontinuierlich über die Einmischvorrichtung ein Sauerstoff enthaltender Gasstrom, insbesondere Luft oder technisch reiner Sauerstoff, eingedüst. Dabei entsteht am Ende des ersten Reaktorabschnittes ein Reaktionsgasgemisch, das insbesondere, neben nicht umgesetzten gesättigten Kohlenwasserstoffen, die entspre- chenden Olefine sowie Wasserstoff enthält, und das in den nächsten Reaktorabschnitt als Einsatzgasstrom einströmt, wo kontinuierlich ein weiterer Sauerstoff enthaltender Gasstrom eingedüst wird. Diese Verfahrensführung wird wiederholt, bis das Reaktionsgasgemisch den letzten Reaktorabschnitt verlässt. Hierbei ist auch nach dem letzten Reaktorabschnitt der Umsatz der gesättigten Kohlenwasserstoffe nicht vollständig, sondern bei- spielsweise im Bereich von etwa 30 %.

In einer besonderen Ausführung wird ein Teilstrom des Reaktionsgasgemisches mit frischem, gesättigte Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsatzgasstrom, gemischt und in den Reaktor, in den ersten Reaktorabschnitt, recycliert. Der übrige Teilstrom des Reaktions- gasgemisches wird als Produktstrom abgezogen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das den letzten Reaktorabschnitt verlassende Reaktionsgasgemisch zur Wärmeintegration benutzt werden, indem es den Einsatzgasstrom, enthaltend gesättigte Kohlenwasserstoffe, durch indirekten Wärmetausch vorwärmt.

Der Reaktor und das Verfahren kennzeichnen sich insbesondere durch eine vollkontinuierliche Strömungsführung des Reaktionsgasgemisches wodurch eine einheitliche, konstante Produktzusammensetzung über die Zeit erreicht wird.

Die Regenerierung des Katalysators erfolgt ebenfalls kontinuierlich, in einer kleinen, speziell dafür ausgelegten Apparatur und ist wesentlich einfacher gegenüber der Regenerierung des Katalysators im Verfahren nach dem Stand der Technik, mit Regenerierung des verbrauchten Katalysators im Oxidehydrierreaktor, wofür eine komplizierte Folge von Re- generierschritten, mit Umschaltung, Entspannung, Spülung, Abbrennen, Inertisieren, Wiederaufpressen und Umschalten erforderlich ist und entsprechend den Katalysator extrem schädigenden Temperatur- und Druckwechseln in kurzer Folge.

Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise wird weitgehend ein Investitionsvorteil in der Größenordnung von 40 % und eine gleichmäßige Zusammensetzung des abgezogenen Produktstromes erreicht.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen im Einzelnen:

Figur 1 einen kreissegmentartigen Ausschnitt durch einen erfindungsgemäßen Reaktor mit Strömungsrichtung des Einsatzgasstromes von außen nach innen ,

Figur 2A die Detaildarstellung eines Rippenrohres, mit Darstellung einer einzelnen Rippe und der Arbeitsgänge zu ihrer Ausbildung in Figur 2B sowie eine Querschnittsdarstellung durch ein Rippenrohr in Figur 2C,

Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines Rippenrohres,

Figur 4A eine Längsschnittdarstellung durch eine bevorzugte Ausführungsform für ein

Rippenrohr mit Querschnittsdarstellung in Figur 4B,

Figur 5 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors,

Figur 6 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsge- mäßen Reaktors, mit Rückführung eines Teilstroms des Produktgasstromes und

Figur 7 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors mit Vorerwärmung des Einsatzgasstromes durch den Pro- duktgasstrom.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche oder entsprechende Bauteile.

Figur 1 zeigt ein Kreissegment aus einem Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors 1 mit Zuführung eines Einsatzgasstromes 2 am Reaktoraußenmantel und Abströmung desselben über den Innenraum des Reaktors. Der Einsatzgasstrom 2 trifft senkrecht auf eine Einmischvorrichtung 12, umfassend zwei Reihen von Rippenrohren 19, die auf Lücke angeordnet sind und der in Strömungsrichtung ein erstes Lochblech 17 vorgeschaltet und ein zweites Lochblech 18 nachgeschaltet ist. Die beiden Reihen der Rippenrohre 19 sowie das vorgeschaltete Lochblech 17 und das nachgeschaltete Lochblech 18 sind jeweils auf konzentrischen Kreisringen angeordnet. Das in

der Einmischvorrichtung 12 vorgemischte Reaktionsgasgemisch durchströmt anschließend das Katalysatorwanderbett 4.

Die Figuren 2A bis 2C zeigen Detaildarstellungen von Rippenrohren 19 mit diametral ge- genüber angeordneten öffnungen 14 in den Rippengängen 15 zwischen den Rippen 16 der Rippenrohre 19. Hiervon zeigt Figur 2B eine Rippe 16, die bis auf eine Rippenbasis 21 durch Einschnitte in Segmente 20 aufgeteilt ist und Figur 2C einen Querschnitt durch ein Rippenrohr 19 mit Rohr 13, Rippengängen 15, und Segmenten 20.

Figur 3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Rippenrohres 19 mit Rohr 13 und wendeiförmig aufgebrachter Rippe 16, die in Segmente 20 mit Ausnahme einer durchgehenden Rippenbasis 21 aufgeteilt ist.

Figur 4A zeigt eine Längsschnittdarstellung durch ein Rippenrohr 19 mit Rohr 13 und Rip- pen 16, mit öffnungen 14 in den Rippengängen 15 zwischen den Rippen 16 der Rippenrohre 19. Im Rohrinneren ist konzentrisch ein zentrales Einsteckrohr 24 vorgesehen, das über diametral entgegengesetzt angeordnete öffnungen 25, die in der Querschnittdarstellung in der Ebene D-B in Figur 4B ersichtlich sind, den Sauerstoff enthaltenden Gasstrom 3 in Längsrichtung des Rippenrohres 13 verteilen. In Figur 4A ist ein Ende des Rippenrohres 19 mit Ringverteiler 26 für den Sauerstoff enthaltenden Gasstrom 3 auf die Rippenrohre 19 dargestellt.

Figur 5 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors 1 mit vier übereinander angeordneten Reaktorabschnitten 9. Der Sauerstoff ent- haltende Gasstrom 3 wird über den Innenraum der Rippenrohre 19 in den Einsatzgasstrom 2 eingedüst. Der gesättigte Kohlenwasserstoff enthaltende Einsatzgasstrom 2 wird in den zentralen Innenraum 7 des ersten Reaktorabschnittes 9 geführt, und strömt über eine zylindrisch vor dem in konzentrisch zylindrischen Halteeinrichtungen 5 und 6 angebrachten Wanderbettkatalysator 4 über eine Einmischvorrichtung 12 mit Rippenrohren 19 und die- sem vorgeschalteten Lochbleche 17 sowie nachgeschaltetem Lochblech 18. Der erste Reaktorabschnitt 9 ist in Teilbereichen, und zwar im Bereich des zentralen Innenraumes 7 durch ein scheibenförmiges Umlenkblech 10 abgetrennt, dergestalt, dass das den ersten Reaktorabschnitt 9 verlassende Reaktionsgasgemisch über den Zwischenraum 8 am Reaktorinnenmantel in den darüber angeordneten, zweiten Reaktorabschnitt 9 strömt. Im zweiten Reaktorabschnitt 9 ist die Einmischvorrichtung 12 wiederum in Strömungsrichtung vor dem Katalysatorwanderbett 4, das heißt in diesem Fall konzentrisch außerhalb desselben, angeordnet. Der zweite Reaktorabschnitt 9 ist durch ringförmige Umlenkbleche 1 1 im

Bereich des Zwischenraumes 8 am Reaktorinnenmantel vom darauf folgenden, dritten Reaktorabschnitt 9 getrennt. Die Abfolge von scheibenförmigen Umlenkblechen 10 und ringförmigen Umlenkblechen 1 1 alterniert, dergestalt, dass der dritte Reaktorabschnitt 9 wiederum von einem scheibenförmigen Umlenkblech 10 nach oben abgetrennt ist und der vierte Reaktorabschnitt 9 entsprechend von einem ringförmigen Umlenkblech 11.

Figur 6 zeigt einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors mit Rückführung eines Teilstromes des Produktgasstromes.

Die Ausführungsform in Figur 7 weist zusätzlich im oberen Reaktorbereich einen Wärmetauscher zur Wärmeintegration auf, wobei das heiße Produktgas den gesättigte Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsatzgasstrom 2 vorerwärmt.

Bezugszeichenliste

1 Reaktor

2 Einsatzgasstrom 3 Sauerstoff enthaltender Gasstrom

4 Katalysatorwanderbett

5, 6 konzentrische zylindrische Halteeinrichtungen

7 zentraler Innenraum

8 Zwischenraum am Reaktorinnenmantel 9 Reaktorabschnitt

10 scheibenförmige Umlenkbleche

1 1 ringförmige Umlenkbleche

12 Einmischvorrichtung

13 Rohre 14 öffnungen

15 Rippengänge

16 Rippen

17 vorgeschaltetes Lochblech

18 nachgeschaltetes Lochblech 19 Rippenrohre

20 Segmente

21 Rippenbasis

22 öffnungen in 17

23 öffnungen in 18 24 zentrales Einsteckrohr

25 öffnungen in 24

26 Ringverteiler