DE2165658A1

DE2165658A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Bewegung fester Teilchen in einem Fließbett

Info

Publication number: DE2165658A1
Application number: DE19712165658
Authority: DE
Inventors: Harold R. Newton Mass. Sheely (V.St. A.). P
Original assignee: The Badger Co., Inc., Cambridge, Mass. (V.StA.)
Priority date: 1971-01-05
Filing date: 1971-12-30
Publication date: 1972-07-20
Also published as: CA959241A; FR2121600A1; DE2165658C3; BE777703A; GB1359377A; IT945755B; NL7200131A; US3783528A; JPS5130872B1; FR2121600B1; DE2165658B2

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. CURT WALLACH DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH 2165658 DR. TINO HAIBACH

β München 2, 3 0. Dez. 197J

UNSERZEICHEN: 13 591

IHE BADGER COMPAM", IiTC. Cambridge, Massachusetts, Y.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Bewegung fester Teilchen in einem Fließbett

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen, die es ermöglichen, Gase und feste Stoffe in innige Berührung miteinander zu bringen, und insbesondere eine verbesserte ÜPluidisierung einer Masse aus feinen festen Teilchen mit Hilfe eines gasförmigen Fludes zu bewirken.

Das Verfahren zum Fluidisieren fester Stoffe, bei dem eine aus feinen festen Teilchen bestehende Masse dadurch in einem Zustand des geregelten Aufwallens gehalten wird, daß ein Gasstrom durch die Teilchenmasse geleitet wird, um ein sogenanntes Fließbett zu erzeugen, ist bekannt, und dieses Verfahren wird bei den verschiedensten Prozessen angewendet, bei denen es erforderlich ist, große Mengen gasförmiger Stoffe in Berührung mit relativ großen Mengen eines festen teilchenförmigen Kontaktmaterials zu bringen und bestimmte Bedingungen einschließlich relativ mäßiger Strömungsgeschwindigkeiten, z. B. im Bereich von etwa 0,15 bis 3 m/sec aufrechtzuerhalten. Das Kontaktmaterial wird durch das feine teilchenförmige fluidisierbare feste Material gebildet, und hierbei kann es sich je nach dem durchzuführenden Prozeß um einen Katalysator handeln oder nicht. Bei den gasförmigen

209830/1005

Stoffen kann es sich um Stoffe handeln, die sich von Natur aus im gasförmigen Zustand befinden, oder um verdampfte Flüssigkeiten oder Flüssigkeitsgemische, und sie können sowohl Reaktionsteilnehmer als auch Gase umfassen, die lediglich als Fluidisierungsmittel verwendet werden. Der Ausdruck "Eeaktionsteilnehmer" bezeichnet Gase oder Dämpfe, die an einer Reaktion teilnehmen sollen, sowie Flude, die behandelt werden sollen oder einem physikalischen Zweck dienen ε und z. B. als Verdünnungsmittel, Wärmeaustauschmittel usw. benutzt werden. Als Beispiele für Prozesse, die unter Benutzung eines Fließbetts durchgeführt werden, seien das Kracken genannt, ferner die Hydrierung, die Reformation von Naphtha, die Hydroentschwefelung, die Oxidation, die Ammoxidation, die Oxychlorierung und die Absorption·

Der Erfindung liegt als Hauptaufgabe die Aufgabe zugrunde, ein in einem Reaktionsbehälter vorhandenes Fließbett in mehrere Stufen zu unterteilen und auf diese Weise eine RückumwäDaing von Reaktionsprodukten oder des abzuführenden Stroms zu verhindern. Wenn man z.B. Kohlenwasserstoffdämpfe von unten nach oben durch ein Fließbett aus feinen Katalysatorteilchen leitet, die sich auf einer Kracktemperatur befinden, so daß Krackprodukte entstehen, verlassen bekanntlich nicht alle Reaktionsprodukte das Katalysatorbett auf dem kürzesten Wege. Vielmehr wird ein Teil der Reaktionsprodukte in dem sich in wallender Bewegung findenden Fließbett erneut umgewälzt, so daß dieser Teil während einer längeren Zeit in Berührung mit den festen Katalysatorteilchen bleibt. Mit anderen Worten, ein erheblicher Teil der Kohlenwasserstoffdämpfe und der Katalysatorteilchen wird innerhalb des Fließbetts erneut nach unten umgewälzt. Diese Rückumwälung der Reaktionsprodukte, die auch als "Zurückströmen" oder als "Eücksaischen" bezeichnet wird, an der auch Katalysatorteilchen teilnehmen, führt zu einer Verlängerung der Berührung zwischen den Reaktionsprodukten

209830/1005

und dem Katalysator, so daß ein übermäßiger Abbau eintritt und geringwertige Erzeugnisse wie Koks und Gas entstehen. Eine solche Rückumwälzung ist insbesondere dann unerwünscht, wenn die Reaktion schrittweise abläuft, d. h., wenn der Reaktionsprozeß zwei oder mehr aufeinanderfolgende Reaktionen umfaßt, die sich in aufeinanderfolgenden Zonen des Katalysatorbetts abspielen. Beispielsweise ist es zum Erzeugen von Acrylsäure aus Propylen in einem !Fließbett,das sich in einem Keaktionsbehälter befindet, erforderlich, das Propylen mit Sauerstoff, der gewöhnlich in Form von Luft zugeführt wird, reagieren zu lassen, damit Acrolein entsteht, und dann das Acrolein mit Sauerstoff bzw. Luft und Wasser reagieren zu lassen, damit Acrylsäure entsteht, wie es in der U.b.A.-Patentschrift 3 475 488 beschrieben ist. Die beiden Reaktionen laufen nacheinander ab, wenn die Reaktionsteilnehmer in dem fluidisierten Katalysatorbett von unten nach oben strömen. Leider ist die Acrylsäure unstabil, und wenn sie erneut nach unten umgewälzt wird, wird sie leicht oxidiert und so abgebaut, daß unerwünschte Produkte entstehen, z. B. Kohlenmonoxid, Kohlendyoxid, Wasser und sogar Essigsäure. Es ist seit langer Zeit bekannt, daß es erforderlich ist, eine solche Rückumwälzung von Reaktionsprodukten bei Prozessen der genannten Art zu verhindern. Zum Herstellen ungesättigter Nitrile ist es z. B. gemäß den U.S.A.-Patentschriften 3 230 246 und J 427 343 vorgeschlagen worden, den Fließbett-Reaktionsbehälter in mehrere einen fluidisierten Katalysator enthaltende Kammern zu unterteilen und zu diesem Zweck durchlässige Elemente oder gelochte Zwischenboden aerart zu einem Stapel zu vereinigen, daß die Höhe jeder Kammer nicht größer ist als etwa das Zweifache des Durchmessers des inneren Querschnitts der Kammer. Der Reaktionsbehälter bildet somit praktisch einen mehrstufigen Reaktionsbehälter, der mehrere einander nachgeschaltete Fließbetten enthält. Ferner ist bereits versucht worden, einen Reaktionsbehälter mit Hilfe von waagerecht angeordneten Umlenkorganen in Stufen zu unterteilen.

209830/1005

Das Unterteilen eines Reaktionsbehälters mit Hilfe von Zwischenböden, waagerechten Umlenkorganen und ähnlichen Vorrichtungen führt Jedoch bei Reaktionsbehältern der bei im industriellen Maßstab durchgeführten Prozessen benutzten Art nicht zu vollständig befriedigenden Ergebnissen, und zwar wegen der hohen Kosten, des übermäßigen Widerstandes, der dem Hindurchströmen der Gase entgegengesetzt wird, der Gefahr des Verstopfens, der unerwünschten Klassierung der Katalysatoren, der unzureichenden Verzögerung der Rückumwälzung des Katalysators und der Dämpfe sowie wegen der unzureichenden Regelbarkeit des Wärmeübergangs und der Tempe- ^ ratur.

Andererseits ist nicht zu verkennen, daß das Unterteilen eines Reaktionsbehälters in mehrere Stufen Vorteile bietet, da die Rückumwälzung von Dämpfen und des Katalysators eingeschränkt wird, da sich nur eine kurze mittlere Berührungszeit ergibt, und da die festen und gasförmigen Stoffe auf gleichmäßigere Weise in Berührung miteinander gebracht werden.

Gemäß der Erfindung sind neuartige und verbesserte Verfahren und Vorrichtungen geschaffen, die es ermöglichen, einen ein Fließbett enthaltenden Reaktionsbehälter in mehfe rere Stufen zu unterteilen. Genauer gesagt werden gemäß der Erfindung Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen, die es gestatten, das Fließbett in einem Reaktionsbehälter derart in Stufen zu unterteilen, daß es bei einem relativ geringen Kostenaufwand und ohne eine erhebliche Erhöhung des dem Gasstrom entgegengesetzten Strömungswiderstandes bzw. ohne eine Verringerung der Durchsatzleistung des Reaktionsbehälters m öglich ist, die unerwünschte Rückumwälzung von Reaktionsprodukten weitgehend zu verringern oder praktisch im wesentlichen unmöglich zu machen.

209830/1005

Zu dem genannten Zweck werden gemäß der Erfindung alle senkrechten Innenflächen eines Reaktionsbehälters mit seitlich vorspringenden Rippen,- Ansätzen oder dergleichen versehen, die dazu dienen, den Strom der sich senkrecht nach unten bewegenden Katalysatorteilchen zu unterbrechen.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 im Längsschnitt eine bevorzugte Ausführungsform eines in Stufen unterteilten Reaktionsbehälters;

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines Reaktionsbehälters in einer perspektivischen Teildarstellung;

Fig. 3 in einer Fig. 2 ähnelnden Darstellung einen Reaktionsbehälter mit mehreren Reaktionszonen; und

Fig. 4 und 5 in vergrößerten Teilschnitten weitere Ausführungsformen von Bauteilen zum Unterteilen eines Reaktionsbehälters in mehrere Stufen.

Zwar befindet sich in einem mit einem Fließbett arbeitenden Reaktionsbehälter das durch die Katalysatorteilchen gebildete Fließbett in ständiger Bewegung, doch konnte festgestellt werden, daß sich an allen senkrechten Begrenzungsflächen des Katalysatorbetts eine nach unten gerichtete Strömung in Form einer Schicht von größerer Dichte ausbildet, deren Dicke in der Größenordnung von etwa 12,7 Bim liegt. Ein solcher nach unten gerichteter Strom bildet sich sogar bei relativ niedrigen Gasst'römungsgeschwindigkeiten von z. B. weniger als etwa 0,15 m/sec aus, doch macht sich diese Erscheinung bei höheren Gasströmungsgeschwindigkeiten in einem entsprechend größeren Ausmaß bemerkbar. Die Katalysatorteilchen strömen kontinuierlich nach unten, und zwar

209830/1005

nicht nur an den seitlichen Begrenzungsflächen des Fließbetts, sondern auch an allen übrigen inneren senkrechten Flächen, z. B. an den Umfangsflachen der Tauchrohre von Zyklonen sowie an senkrecht angeordneten Kühl- oder Heizrohren. Dieses Abwärtsströmen von Katalysatorteilchen führt zu einer Rückmischung· der Reaktionsprodukte mit den Reaktionsteilnehmern sowie zu einer unerwünschten Verlängerung der Berührungszeit, was zur Folge hat, daß sich unerwünschte sekundäre Reaktionen abspielen oder sich unerwünschte Bedingungen einstellen, die zu einer entsprechenden Verringerung der Ausbeute führen. Gemäß der Erfindung hat es sich

t gezeigt, daß man ein Katalysatorbett im Vergleich zum Stand der Technik auf bessere Weise in Stufen unterteilen kann, wenn man an den senkrechten Innenflächen des Reaktionsbehälters kurze seitliche Vorsprünge anbringt, welche die Abwärtsbewegung der erwähnten Katalysatorschicht von höherer Dichte unterbrechen und die Katalysatorteilchen so umlenken, daß sie sich wieder mit dem Eauptteil des Fließbetts vereinigen, und daß durch diese Maßnahme das Hindurchströmen von Gasen durch den Reaktionsbehälter nur in einem minimalen Ausmaß behindert wird. Die Unterteilungsvorrichtungen können in der verschiedensten Weise ausgebildet sein, und die erforderliche Anzahl solcher Vorrichtungen richtet sich nach der Höhe des Katalysatorbetts und der Anzahl von Stufen,

ρ in die das Katalysatorbett unterteilt werden soll. In Verbindung mit der Erfindung werden die bei Fließbetten üblichen bekannten Verfahren angewendet.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines insgesamt mit 2 bezeichneten Reaktionsbehälters, der zum Durchführen von Reaktionsprozessen der verschiedensten Art geeignet ist. Der Reaktionsbehälter 2 enthält nahe seinem unteren Ende einen Verteilungsrost M- in Form einer gelochten Platte oder eines Siebes oder der eine Unterstützung für das Bett aus festen Katalysatorteilchen bildet und gleichzeitig bewirkt, daß das Fluidisierungsgas

209830/1005

und/oder gasförmige Reaktionsteilnehmer gleichmäßig verteilt und in das Katalysatorbett eingeleitet werden. Der Rost 4 unterstützt ein Bett 6 aus festen feinkörnigen Katalysatorteilchen. Um das Bett zu fluidisieren, d. h., um es im Zustand einer turbulenten Suspension zu halten, wird ein fflud, bei dem es sich gegebenenfalls um einen Reaktionsteilnehmer handelt, über eine Rohrleitung 8 und ein Ventil 10 mit einer solchen Strömungsgeschwindigkeit zugeführt, daß die festen Teilchen über dem Rost 4 in wallende Bewegung gebracht werden und die Eigenschaften einer Flüssigkeit annehmen, die im oberen Teil des Reaktionsbehälters durch einen Spiegel 12 abgegrenzt ist. Ferner kann man eine oder mehrere zusätzliche Speiseleitungen 14 vorsehen, damit dem Katalysatorbett Reaktionsteilnehmer zugeführt werden können. Das Katalysatorbett wird auf einer der Linie 12 entsprechenden btandhöhe gehalten, so daß sich eine Trennzone 16 ausbildet, in welcher sich die Katalysatorteilchen von dem aus dem Reaktionsbehälter abzuführenden Strom trennen können. In dieser Trennzone ist ein Zyklonabschoider 18 angeordnet, der die feineren Katalysatorteilchen abscheidet, welche von dem abzuführenden Strom mitgerissen werden. Der Zyklonabscheider 18 ist mit einem Tauchrohr 20 versehen, mittels dessen die abgeschiedenen feinen Katalysatorteilchen zum unteren Teil des Katalysatorbetts zurückgeleitet werden. Der zu entnehmende Strom wird aus dem Reaktionsbehälter über eine Rohrleitung 22 abgeführt, woraufhin das gewünschte Reaktionsprodukt zum Zweck seiner Gewinnung einem beliebigen bekannten Verfahren unterzogei und z. B. gewaschen, destilliert oder absorbiert wird. Der bis jetzt beschriebene Reaktionsbehälter enthält ein einziges fluidisiertes Bett aus Katalysatorteilchen, und wenn ein solcher j.xeaktionsbehälter mit einem Fließbett nach den bis getzt üblichen Verfahren betrieben wird, bildet sich an allen Innenflächen des Reaktionsbehälters sowie längs der Außenfläche des Tauchrohrs eine sich nach unten bewegende dichte Schicht aus Katalysator-

209830/1005

teilchen aus. Wie erwähnt, hat die sich nach unten bewegende Schicht im allgemeinen eine Dicke in der Größenordnung von etwa 12,7 mm; die Dicke dieser Schicht richtet sich zum Teil nach der Größe des Reaktionsbehälters sowie der Strömungsgeschwindigkeit der Gase. Je nach der Geschwindigkeit dieser Abwärtsströmung wird somit eine erhebliche Menge des Katalysators einer Rückumwälzung unterworfen.

Gemäß der Erfindung ist die seitliche Innenfläche des Reaktionsbehälters mit einer oder mehreren nach innen vorspringenden Rippen oder Flansche 24 versehen, und auf dem Tauchrohr 20 sind auf entsprechende Weise eine coder mehrere nach außen ragende Rippen oder Plansche 26 angeordnet. Die Rippen oder Flansche 24 sind vorzugsweise als geschlossene, flache, kreisrunde Ringe ausgebildet, die mit der Innenfläche des Reaktionsbehälters durch Verschweißen oder auf andere Weise verbunden sind, während die Rippen oder Flansche 26 vorzugsweise als flache kreisrunde Ringe oder Scheiben ausgebildet und mit dem Tauchrohr 20 verschweißt sind. Die Rippen oder Flansche 24 und 26 sollen in radialer Richtung gegenüber den Flächen, auf denen sie angordnet sind, vorzugsweise über eine Strecke von mindestens etwa 12,7 nun und vorzugsweise über- eine Stiecke zwischen etwa 12,7 und 51 mm vorspringen. Die radiale Abmessung jeder Rippe wird als die effektive Breite bezeichnet. Zwar ist es möglich, Rippen oder Flansche vorzusehen, die in radialer Richtung über eine Strecke von mehr als 51 mm vorspringen, doch würae eine solche Maßnahme bezüglich der Unterteilung des Reaktionsbehälters in Stufen keine Vorteile bieten, denn die Dicke der nach unten strömenden Katalysatorschichten überschreitet in keinem Fall das Maß von etwa 19 mm· Bei kleinen Reaktionsbehältern, deren Durchmesser etwa nur 900 mm oder weniger beträgt, hat die nach unten strömende Schicht gewöhnlich eine Dicke von etwa 6,35 mm.

209830/1005

Je größer die Breite der Flansche oder Rippen ist, in einem desto größeren Ausmaß verkleinern sie den effektiven Durchtrittsquerschnitt des Reaktionsbehälters, und sie bewirken eine Erhöhung des Gesamtwiderstandes, der den Gasen entgegengesetzt wird, die von unten nach oben durch das Katalysatorbett strömen. Je größer der Durchmesser des Reaktionsbehälters und des Katalysatorbetts ist, desto kleiner wird natürlich das Ausmaß, in dem Rippen oder Elansche 24 einer gegebenen Breite den freien Durchtrittsquerschnitt verringern, und der den hindurchströmenden Gasen entgegengesetzte Widerstand verringert sich in einem entsprechend kleineren Ausmaß. Wenn bei Reaktionsbehältern von kleinem Durchmesser eine optimale Betriebsweise erzielt werden soll, darf daher die Breite der Plansche oder Rippen nicht so groß sein, daß der freie Durchtrittsquerschnitt des Reaktionsbehälters um mehr als etwa 10 # verkleinert wird. Aus Gründen der Deutlichkeit haben die Flansche 26 in Fig. 1 eine größere senkrechte Abmessung, d. h., eine größere Dicke als die Flansche 24. In der Praxis kann die Dicke der Flansche 26 gleich der Dicke der Flansche 24 oder größer oder kleiner als letztere sein. Die Dicke der Rippen oder Flansche kann variiert werden, doch wählt man vorzugsweise eine möglichst kleine Dicke, ohne jedoch eine Abmessung zu unterschreiten, bei der die Rippen oder Flansche nicht mehr selbsttragend sein würden. Die senkrechten Abstände zwischen den Flanschen oder Rippen an der betreffenden Fläche eines Reaktionsbehälters richtet sich nach dem Ausmaß, in dem der Behälter in Stufen unterteilt werden soll. In der Praxis wird es jedoch bevorzugt, eine Phasentrennung bzw. eine Unterteilung des üatalysatorbetts in getrennte Schichten oder Stufen innerhalb des -ieaktionsbehälters mit Hilfe von Rippen oder Flanschen zu bewirken, zwischen denen Abstände von mindestens etwa 25 mm vorhanden sind; ferner sollen diese Abstände nicht größer sein als etwa das Dreifache des Innendurchmessers des Reaktionsbohälters· Im allgemeinen betragen die Abstände bei Reaktions-

209800/1005

behältern mit einem Innendurchmesser von weniger als 900 mm zwischen etwa 150 und 200 mm, und bei Reaktionsbehältern mit einem größeren Innendurchmesser etwa 300 bis 900 mm. Hierbei ist es jedoch nicht erforderlich, daß die Rippen oder Flansche in gleichmäßigen senkrechten Abständen verteilt sind, d. h. es ist nicht nötig, daß das Fließbett in mehrere Stufen von gleicher Höhe unterteilt wird.

Wenn die Rippen oder Flansche 24 und 26 in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise angeordnet sind, wird die nach unten gerichtete Strömung der dichten Katalysatorschichten längs der senkrechten Flächen des Reaktionsbehälters, d. h., längs der Innenfläche $0 seiner Seitenwand und der Außenfläche des Tauchrohrs 20, unterbrochen, und die dichten Schichten werden nach innen umgelenkt, wie es in Fig. 1 durch Pfeile schematisch angedeutet ist. Dies hat zur Folge, daß das Katalysatorbett 6 praktisch in mehrere Stufen oder Zonen unterteilt ist, innerhalb welcher sich die Katalysatorteilchen in heftiger Bewegung befinden, so daß die Gase jeweils nur während einer kurzen Zeit in Berührung mit dem Katalysator kommen, und daß die dampfförmigen Reaktionsprodukte und die Katalysatorteilchen im wesentlichen daran gehindert werden, jeweils von einer höher liegenden Zone zu einer tiefer liegenden Zone zu strömen.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie angewendet werden kann, ohne die Benutzung von Hilfseinrichtungen in dem Reaktionsbehälter unmöglich zu machen oder zu beschränken. Beispielsweise kann der Reaktionsbehälter einen oder mehrere Wärmetauscher enthalten, durch die ein Kühl- oder Heizmittel geleitet werden kann, so daß die Möglichkeit besteht, die Temperatur des Katalysatorbetts zu regeln. Wenn jedoch die Benutzung solcher Hilfseinrichtungen dazu führt, daß zusätzliche senkrechte Flächen vorhanden sind, die eine erhebliche Länge haben, kann man diese Einrichtungen mit zusätzlichen Vorrichtungen zum Unterteilen

209830/100 5

des Katalysatorbetts in Stufen versehen. Ein Beispiel für eine solche Konstruktion ist in Fig. 2 dargestellt, wo ein Teil eines dem Reaktionsbehälter 2 nach Fig. 1 ähnelnden Reaktionsbehälters 34 perspektivisch gezeigt ist. Der Reaktionsbehälter 34 ist mit Stufenabgrenzungsvorrichtungen der vorstehend beschriebenen Art in Gestalt von geschlossenen flachen Ringen oder Flanschen 36 versehen. Außerdem enthält der Reaktionsbehälter einen Wärmetauscher in Form einer Rohrschlange 38, durch die je nach den Erfordernissen der in dem Behälter durchzuführenden Reaktion ein Kühlmittel oder ein Heizmittel geleitet werden kann. Gemäß Fig. 2 umfaßt die Rohrschlange 38 zwei senkrechte Abschnitte. Nimmt man an, daß der Reaktionsbehälter 34 in der anhand von Fig. 1 beschriebenen Weise ein fluidisiertes Katalysatorbett enthält, bildet sich auch in diesem Reaktionsbehälter eine nach unten gerichtete Strömung von Katalysatorteilchen in Form einer relativ dünnen, jedoch dichten Schicht längs den Außenflächen der senkrechten Abschnitte der Rohrschlange 38 aus. Gemäß der Erfindung sind daher auch die senkrechten Abschnitte der Rohrschlange 38 mit ringförmigen Flanschen oder Rippen 42 versehen, die vorzugsweise als flache Ringe ausgebildet und mit den senkrechten Rohrabschnitten verschweißt sind. Die Rippen 42 sind vorzugsweise jeweils auf gleicher Höhe mit den entsprechenden Rippen oder Flanschen 36 angeordnet und haben die gleiche Dicke und Breite wie die Flansche 36· Die Ringe oder Rippen 42 unterbrechen das Abwärtsströmen des Katalysators längs der senkrechten Abschnitte der Rohrschlange 38, und die Ringe 36 wirken auf den längs der Innenfläche der Seitenwand des Reaktionsbehälters nach unten strömenden Kondensator in der anhand von Fig. 1 bezüglich der Unterteilungsvorrichtungen 26 und 24 beschriebenen Weise. Natürlich könnte man in dem gleichen Reaktionsbehälter auch mehrere Rohrschlangen vorsehen, die auf gleicher Höhe oder in verschiedenen Höhen angeordnet sein können. Ferner !,.könnte jede Rohrsd&ange nur

209830/1005

einen senkrechten Abschnitt oder mehr als zwei senkrechte Abschnitte umfassen. Die beschriebene Erscheinung des Abwärtsströmens des Katalysators innerhalb eines Fließbetts kann auch an geneigten Flächen auftreten. Der Ausdruck "eine im wesentlichen senkrechte Fläche" bezeichnet daher hier sowohl eine senkrechte Fläche als auch eine geneigte Fläche, die in einem solchen Ausmaß geneigt ist, daß ein Katalysator in der beschriebenen Weise in Form einer dünnen und reDsfciv dichten Schicht an ihr entlang nach unten strömt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie sich bei Reaktionsbehältern anwenden läßt, in denen sich mehrere Reaktionen nacheinander abspielen sollen, ferner bei Reaktionsbehältern, in denen jeweils nur eine einzige Reaktion abläuft, sowie bei Reaktionsbehältern, die eine zum Abschrecken dienende Zone bzw. eine Zone zum Regenerieren des Katalysators umfassen. Beispielsweise kann die Erfindung bei einem zweistufigem Prozeß angewendet werden, der dazu dient, Propylen in Acrolein und dann das Acrolein in Acrylsäure umzuwandeln, und bei dem beide Reaktionsschritte in der beschriebenen Weise in ein und demselben Katalysatorbett durchgeführt werden. Ferner kann man die Erfindung jeweils bei -einem der nachstehend genannten Prozesse anwenden, bei denen die Ergebnisse dadurch verbessert werden, daß in dem Katalysatorbett eine Abschreckzone vorhanden ist, um den Ablauf der Reaktion zu begrenzen, und um eine Rückumwälzung von Bestandteilen zu verhindern, die von Katalysatorteilchen absorbiert worden sind; zu diesen Prozessen gehört erstens die Erzeugung von Äthylendichlorid aus Äthylen und Chlor, zweitens die Umwandlung von Anthrazen in Anthrachinon sowie drittens die Umwandlung von Naphthalin in Phthalsäureanhydrid, Weitere Einzelheiten über die Umwandlung von Anthrazen bzw« Naphthalin in einem Reaktionsbehälter mit einer Abschreckzone finden sich in der U.S.A.-Patentschrift 2 783 249.

209830/1005

Um ein weiteres Beispiel für die Anwendbarkeit der Erfindung zu geben, sei erwähnt, daß man eine Unterteilung eines Reaktionsbehalters in Stufen gemäß der vorstehenden Beschreibung auch bei einem mit einem Fließbett arbeitenden Reaktionsbehälter vorsehen kann, der dazu dient, Maleinsäureanhydrid aus einem aromatischen Kohlenwasserstoff, z. B. (Toluol, zu erzeugen, wobei der Reaktionsbehälter eine erste Reaktionszone umfaßt, die auf einer Temperatur gehalten wird, bei welcher die Toluolseitenkette oxidiert wird, um Benzaldehyd und Benzoesäure zu erzeugen, sowie eine zweite Reaktionszone, in der Maleinsäureanhydrid durch öxidatives Aufreißen des Riiggefüges gebildet wird. Ein solcher Reaktionsbehälter ist in Fig. 3 dargestellt; er umfaßt einen zylindrischen Reaktionsbehälter 44, in dem ein Katalysatorbett 46 durch einen ¥erteilerrost 48 bezw. ein Gitter unterstützt ist. Der Reaktionsbehälter ist mit einer Rohrleitung 50 zum Zuführen eines oxidierenden Gases, einer Rohrleitung 52 zum Zuführen von gasförmigem Toluol als Reaktionsmittel und einer weiteren Rohrleitung 54 zum Zuführen eines zweiten oxidierenden Gases versehen. Bas Bett 46 besteht aus Katalysatorteilchen von geeigneter Zusammensetzung und Größe, z. B. einem Katalysator, der gemäß dem Beispiel 2 der U.S.A.Patentschrift 2 783 249 hergestellt ist, und dieser Katalysator wird durch das oxidierende Gas, z. B. Luft oder Sauerstoff fluidisiert, so daß er ein Fließbett bildet, dessen Höhe durch die gestrichelte Linie 56 angedeutet ist. Der Reaktionsbehälter ist auf seine Innenseite mit zwei sich in der Umfangsrichtung erstreckenden Rippen oder Flanschen 58 und 60 versehen, die in den aus Fig. 3 ersichtlichen verschiedenen Abständen über dem Gitter 48 angeordnet sind. Die Rippen 58 und 60 sind vorzugsweise als gesonderte flache Ringe hergestellt und mit der Innenfläche der Seitenwand des Reaktionsbehalters verschweißt. Diese Rippen dienen in der beschriebenen Weise dazu, das Katalysatorbett in Stufen zu unterteilen, so daß das Katalysatorbett gemäß Fig. 3 drei

209830/1005

Stufen umfaßt, nämlich eine erste Reaktionszone, eine zweite Reaktionszone und eine Abschreckzone. Der Baum oberhalb des Fließbetts 46 bildet die Trennzone, in der sich die feinen Katalysatorteilchen unter der Wirkung der Schwerkraft von dem abgeführten Strom der Reaktionsprodukte trennen. Hierbei erstreckt sich ein Katalysatorbett in Form einer dichten Phase im wesentlichen von dem Verteilungsgitter 48 aus nach oben bis zum oberen Ende der Abschreckzone. Temperaturregelelemente in Form einzeln steuerbarer Ü-Rohr-Wärmetauscher 62, 64 und 66 sind in waagerechter Lage in dem Katalysatorbett in der Jeweils gewünschten Höhe angeordnet, wie es aus Big. 3 ersichtlich ist, um innerhalb jeder Zone eine Temperaturregelung zu ermöglichen, wie es erforderlich ist, um die erste bzw. die zweite Oxidationsreaktion in der gewünschten Weise ablaufen zu lassen, bzw. die Reaktions zu unterbrechen. Alle feinkörnigen Stoffe, die von dem abzuführenden Gasstrom mitgerissen werden, werden mit Hilfe einer Filtriereinrichtung 70 zurückgehalten. Diese Filtiereinrichtung könnte natürlich auch durch einen Zyklonabscheider ersetzt sein.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Verwendung flacher Ringe oder Flansche, und die Elemente zum Abteilen der Stufen brauchen nicht notwendigerweise genau waagerecht angeordnet zu sein, sondern sie können auch eine geneigte Lage einnehmen. Beispielsweise ist es gemäß Fig. 4 möglich, als Stufenunterteilungselement für die Innenfläche einer Reaktionsbehälterwand 72 einen Ring 74 zu verwenden, der eine kegelstumpfförmige Gestalt hat und an der Wand gemäß Fig. 4 so befestigt ist, daß der freie Rand des Rings höher liegt als sein an der Wand befestigter Rand. Ein konischer £ing bzw. eine konische Scheibe kann als Stufenunterteilungselement auch bei einem Tauchrohr oder einer Heizschlange oder einem anderen im wesentlichen senkrecht angeordneten Bauteil verwendet werden, das in dem

209830/1005

Katalysatorbett in einem Abstand von der Seitenwand des Reaktionsbehälters angeordnet ist. Ferner ist gemäß der Erfindung daran gedacht, Stufenunterteilungselemente zu verwenden, die eine gekrümmte, z. B. konkave Querschnittsform haben. Fig. 5 zeigt ein Stufenunterteilungselement 76 mit einer solchen Form, das an der senkrechten ümfangsflache einer Rohrleitung 78 befestigt ist, bei der es sich um das Tauchrohr eines Zyklonabscheiders oder einen Teil einer Kühlschlange bzw. einer Heizschlange handeln könnte. Mr jeden Fachmann ergeben sich weitere Möglichkeiten, im Rahmen der Erfindung weitere andere Querschnittsformen für die Rippen oder Flansche zu wählen. In jedem Fall ist es wichtig, daß sich das Stufenunterteilungselement in einer seitlichen Richtung gegenüber der senkrechten Fläche erstreckt, an der es befestigt ist, und daß seine seitliche Abmessung ausreicht, zu gewährleisten, daß das Abwärtsströmen des Katalysators längs der betreffenden senkrechten Fläche verhindert wird. Wie erwähnt, soll sich jedes Stufenunterteilungselement in seitlicher Richtung über eine Strecke erstrecken, die vorzugsweise im Bereich von etwa 12,7 bis 51 sun liegt.

Natürlich läßt sich die Erfindung allgemein bei Reaktionsbehältern mit Fließbetten und bei anderen mit Fließbetten arbeitenden Einrichtungen anwenden, die dazu dienen, Gase und feste Stoffe in Berührung miteinander zu bringen, denn die erfindungsgemäße Unterteilung in Stufen hängt von der Art des verwendeten Katalysators weder ab, noch von den jeweiligen Reaktionen bzw. den durchzuführenden Prozessen ab. Die Teilchengröße des Katalysators, die Berührungsdauer und die linearen Gasströmungsgeschwindigkeiten werden in jedem Fall so gewählt, daß bei dem betreffenden katalytischen Reaktionsprozeß unter Benutzung eines Fließbetts optimale Er-

209830/100S

gebnisse erzielt werden. Eine Anwendbarkeit der Erfindung ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich bei Reaktionsbehältern gegeben, bei denen die Korngröße des Katalysators 1 bis 1000 I"iikron, die mittlere Berührungsdauer 1 bis 25 see und die Gasströmungsgeschwindigkeit etwa 0,15 bis 3 m/sec beträgtο

Ansprüche:

209830/1005

Claims

ANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Regeln der Bewegung feiner fester Teilchen in einem Behälter, in dem eine sich aus den feinen festen Teilchen zusammensetzende Masse dem Einfluß eines Gasstroms ausgesetzt wird, der in den Behälter mit einer solchen Geschwindigkeit eingeleitet wird, daß die Masse von Teilchen in der Form eines dichten, sich turbulent bewegenden fluidisierten Betts behalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwärtsströmen der festen Teilchen in dem fluidisierten Bett länge senkrechter Flächen des Behälters innerhalb eines vorbestimmten Bereichs, der sich gegenüber den senkrechten Flächen in waagerechter Richtung über eine Tiefe in der Größenordnung von etwa 12,7 bis 51 mm von den Flächen weg erstreckt, unterbrochen wird, um das fluidisierte Bett derart in zwei Stufen zu unterteilen, daß das Abwärtsströmen fester Teilchen von einer höher liegenden Stufe zu einer tiefer liegenden Stufe eingeschränkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwärtsströmen der festen Teilchen längs der senkrechten Flächen auf mindestens zwei Niveaus unterbrochen wird, um das fluidisierte Bett in mindestens drei Stufen derart zu unterteilen, daß das Abwärtsströmen fester Teilchen von jeder höher liegenden Stufe zu der nächsttieferen Stufe eingeschränkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, Bei dem in dem fluidisierten Bett eine Hilfseinrichtung mit mindestens einer senkrechten Fläche angeordnet ist, dadurch gekennzeich net, daß das Abwärtsströmen fester Teilchen innerhalb des fluidisierten Betts längs der bzw. jeder senkrechten Fläche der Hilfseinrichtung innerhalb einer oder mehrerer vorbestimmter Zonen unterbrochen wird, die sich in waage-

2098 3 0/1005

rechter Richtung von der bzw. jeder senkrechten Fläche weg über eine Strecke in der Größenordnung von 12,7 bis 51 mm erstrecken.

4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Behälter, einem in diesem Behälter angeordneten Bett aus feinen Teilchen und einer Einrichtung ZUB Einleiten eines Gases in den Behälter mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, um das Bett im Zustand eines dichten, sich turbulent bewegenden fluidisierten Betts zu halten, dadurch gekennzeichnet , daß auf einer senkrechten Innenfläche des Behälters (2; 3^; 44) mindestens ein lückenloser Vorsprung (24; 36; 58^ 60) vorgesehen ist, und daß jeder Vorsprung von der betreffenden senkrechten fläche aus längs einer begrenzten Strecke vorspringt, die ausreicht, um das Abwärtsströmen fester Teilchen des Betts (6; 46) längs der senkrechten fläche zu unterbrechen.

5· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß auf der senkrechten Innenfläche des Behälters mehrere Vorsprünge so angeordnet sind, cfeß das fluidisiert« Bett in mehrere Stufen unterteilt wird, und daß das Abwärtsströmen fester'Teilchen von einer höher liegenden Stufe zu einer tiefer liegenden Stufe eingeschränkt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Hilfseinrichtung (20; $8; 78) mit mindestens einer in dem fluidisierten Bett angeordneten senkrechten Fläche und auf der bzw. jeder senkrechten Fläche der Hilfseinrichtung Anordnungen (26; 42) sum Unterteilen des fluidisierten Betts in Stufen umfaßt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Vorsprung bzw. die

209830/1005

Anordnung als Ring (24; 58, 60) ausgebildet ist.

8· Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung als flacLer Ring ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß der Vorsprung als konischer Ring (74-) ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Hilfseinrichtung eine Rohrleitung (20; 38; 78) ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß sich der bzw. jeder Vorsprung von der genannten Fläche weg über eine Strecke in der Größenordnung von 12,7 bis 51 mm erstreckt.

209830/10Ob

to

Le e rs e i t e