DE2140294A1

DE2140294A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Her stellung von Olefinen aus gesattigten Kohlen Wasserstoffen

Info

Publication number: DE2140294A1
Application number: DE19712140294
Authority: DE
Inventors: Yuichi Kono Hisashi Nakai Shigeyuki Ninomiya Kohei Kunbayashi Atsüshi Kitajima Masahiko Übe Yamaguchi Suzukawa (Japan) P
Original assignee: Übe Industries Ltd , Übe, Yamaguchi (Japan)
Priority date: 1970-08-11
Filing date: 1971-08-11
Publication date: 1972-02-17
Also published as: FR2102181B1; FR2102181A1; GB1340118A; DE2140294C2; US3754051A; JPS4914721B1; CA938621A

Description

Patentanwälte DIpI.-Ing. R. BEETZ sen. Dlpl.-Inn. K. LAMP;3ECHT Dr.-!-, ;: z

8 München 22, Sielnedorfctr.Ίθ 034-17O91P 11. 8. 1971

ÜBE INDUSTRIES, LTD., Yamaguchi-ken (Japan)

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Olefinen aus gesättigten Kohlenwasserstoffen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Olefinen durch Dehydrierung gesättigter Kohlen-■wasserstoffe in Gegenwart von fluidisierten Katalysatorteilchen sowie insbesondere auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bislang sind zahlreiche Verfahren zur Gewinnung von Olefinen, wie Propylen oder Buten, durch Dehydrierung von gesättigten Kohlenwasserstoffen mit bis zu 5 Kohlenstoffatomen, wie Propan, Butan usw., bekannte

So wird beispielsweise beim Houdry-Verfahren gasförmiges Material in einem mit einem Katalysator gefüllten ÜPest-

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bettreaktor dehydrierte Danach wird zur Reinigung Dampf durch den Reaktor geblasen und schließlich auf äem katalysator während der Dehydrierung abgeschiedenes kohlenstoffhaltiges Material unter Verwendung eines geeigneten Heizgases verbrannt, wodurch sowohl der Katalysator regeneriert als auch dessen infolge der endothermen Reaktion abgesunkene Temperatur wieder erhöht wird» Diese Vorgänge wiederholen sich innerhalb des Reaktionsbehälters in stetiger Jolge,

Ein derartiges Verfahren erfordert für die Durchführung der endotherm verlaufenden Dehydrierung eine ausreichende Ansammlung von Wärme im Katalysator-Pestbett durch Verbrennung der kohlenstoffhaltigen Substanz und/oder des Eeizmittels. Bei der Durchführung dieses Verfahrens ergeben sich einige Nachteile dadurch, daß die Reaktionstemperatur beträchtlich absinkt und ein erheblicher Anteil an kohlenstoffhaltigem Material auf dem Katalysator abgeschieden y/ird, wodurch dessen Aktivität abnimmt, so daß es schwierig wird, die Reaktionsgeschwindigkeit und Selektivität des Katalysators auf hohem Niveau zu halten.

Darüber hinaus werden für Reaktion und Regeneration inerte Gase benötigt, damit eine Explosion der Reaktionsoder Produktgase vermieden wird, die beide explosiv sind, wodurch der Prozeß kompliziert wird und die pro Zeiteinheit und Reaktorvolumeneinheit umgesetzten Gasmengen verringert werden, da die Reinigungsoperation schubweise durchgeführt werden muß.

Gemäß einer anderen bekannten Verfahrensweise wird die Reaktion in einem Pließbettreaktor durchgeführt, wie er beispielsweise in der US-PS 3 238 271 beschrieben ist, ±3ei

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diesem Verfahren wird das iii den Reaktor eingespeiste Gas durch die in den Katalysatorteilchen gespeicherte Wärme aufgeheizt und in Gegenwart des Katalysators .dehydriert. Die durch Abscheidung von kohlenstoffhaltigem Material desaktivierten Katalysatorteilchen werden aus dem Reaktionsraum entfernt und in einen Regenerator gebracht, wo das kohlenstoffhaltige Material unter Verwendung eines geeigneten Brennstoffs abgebrannt wirdo Die dabei erhaltenen erhitzten Teilchen werden zum Reaktor zurückgeführt. Bei diesem Verfahren müssen gro(3e Mengen an Katalysatorteilchen zwischen Reaktor bzw. Reaktionsraum und Regenerator umgewälzt werden und es hat genauso wie das mit wiederholter Reinigung des Pestbetts arbeitende Verfahren Mangel, wie spürbare Wärmeverluste und den Verbrauch von Katalysatorteilchen durch Abrieberscheinungen und/oder eine Schädigung derselben» Ferner führt die starke Aufheizung der Katalysatorteilchen im Regenerator zu einer Sinterung derselben mit entsprechender permanenter Desaktivierungo

Ziel der Erfindung ist daher ein kontinuierliches Verfahren, bei dem die Wärmeverluste geringer und die im Reaktionssystem befindlichen Katalysatormengen verringert eind, indem die erforderliche Reaktionswärme direkt an die katalysatorhaltige Reaktionsmischung im Reaktionsraum übertragen wird, und zwar mittels Heizeinrichtungen, die in die Reaktionsapparatur einbezogen sind und in denen im Wirbelzustand befindliches feinteiliges Material als Wärmeübertragungsmedium ausgenutzt wird. Dabei wird berücksichtigt, daß ein Fließ- oder Wirbelbett einen hohen Wärmeübergang besitzt und daß in einer Leitung bzw. einem Kreislauf umgewälzte fluidisierte Feststoffteilchen für die Wärmeüberführung besser geeignet sind als Gase allein. Durch eine spezielle Art

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der Wärmeübertragung an einen Fließbett-Katalysator kann so eine kontinuierliche Olefinproduktion ausgehend von gesättigten Kohlenwasserstoffen wie Äthan, Propan, Butan und Pentan, d„ho insbesondere von Kohlenwasserstoffen mit bis zu 5 Kohlenstoffatomen ohne irgendeine Verminderung der Katalysatoraktivität wirksam erreicht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Olefinen durch Dehydrierung gesättigter Kohlenwasserstoffe ist mithin dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Reaktionswärme unmittelbar-an das in Reaktion befindliche Katalysator-Fließ- oder -Wirbelbett durch indirekten Wärmeaustausch mit im Fließ- oder V/i rb el zu st and umgewälzten Partikeln bzw. Feststoffteilchen übertragen wird.

Dazu wird gemäß der Erfindung ein geeignetes Katalysatorteilchen enthaltender Reaktionsbehälter vom Fließbett-Typ mit einbezogener Heizvorrichtung verwendet, in der Feststoffteilchen als Wärmetransportmedium enthalten sind; diese einbezogene Heizvorrichtung umfaßt

(a) eine untere Kammer mit perforierter Platte zur Bildung eines Fließ- oder Wirbelbetts aus besagten Feststoffteilchen}

(b) eine obere Kammer mit G-asauslaß und

(c) einen aus einer Mehrzahl von strömungsmäßig mit beiden Kammern verbundenen Leitungen bestehenden mittleren Teil. Vom Reaktionsbehälter werden dabei zumindest die Verbindungsleitungen des mittleren Teils umschlossen, in denen eine Zirkulationsströmung fluidisierter Feststoffteilchen durch in die untere Kammer eingeblasenes Heißgas angeregt bzw. aufrechterhalten wird.

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Jßei dieser Vorrichtung strömt das in die untere Kammer der einbezogenen Heizvorrichtung bzw. des Heizbehälters eingespeiste Heizgas von hoher Temperatur durch die perforierte Platte und die leitungen aufwärts und entweicht aus der oberen Kammer, während ein durch die Katalysatorteilchen gebildetes Hieß- oder 'wirbelbett im Reaktionsbehälter durch eingespeistes Reaktionsgas aufrechterhalten v/ird» Durch den in der Heizvorrichtung zwischen beiden Kammern und deren Verbindungsleitungen erzeugten Zirkulationsstrom aufgewirbelter und aufgeheizter !Feststoffteilchen wird so genügend Reaktionswärme zur Durchführung der Dehydrierung an das Katalysator-l'ließbett im Reaktionsbehälter abgegebene

Durch vorstehendes Verfahren und insbesondere die Art der Überführung der Reaktionswärme wird ein hoher Wärmetransport vom Heizbehälter zum Reaktionsbehälter erreicht, indem eine große iienge von feststoffteilchen mit hoher Wärmekapazität durch die innerhalb des Reaktionsbehälters angeordneten leitungen in Umlauf gehalten wird« Dabei kann unter Auswahl geeigneter Parameter für Anzahl, Durchmesser und Länge sowie Wärmeübergangskoeffizienten der Leitungen ein Värmetransport von 100 bis 500 Kcal/m erreicht werden. D.h., gemäß der Erfindung kann genügend Wärme für die Dehydrierung an das Reaktionssystem geliefert und ein kontinuierliches Dehydrierungsverfahren innerhalb des Reaktionssystems erreicht werden.

Zur näheren Erläuterung der Besonderheiten der Erfindung wird nachfolgend eine Dehydrierung im Reaktionsbehälter mit einbezogenem Heizbehälter unter Zuführung der in einem Hochtemperaturgas enthaltenen Wärmeenergie betrachtet, wobei im Heizbehälter keine fluidisierten i'eststoff-

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teilchen enthalten sein sollen.

Dabei soll das Kochtemperaturgas mit .der gleichen Temperatur von 1300 G und der gleichen Volumengeschwindigkeit (des Fluids) von 152 Έτα^/κι wie im weiter unten beschriebenen Beispiel 1 derart in den Heizbehälter eingespeist und darin geführt werden, dal3 es seine Wärme durch die Leitungen an den Reaktionsbehälter abgibt, so daß die Dehydrierung im Reaktionsbehälter erfolgen kann und das Gas aus dem Heizbehälter mit der gleichen Temperatur von 65O⁰G wie in Beispiel 1 austritt. Mit anderen Worten wird von der Annahae ausgegangen, daß die thermische Wirkung trotz Abwesenheit fluidisierter Feststoffteilchen im Heizbehälter die gleiche sein soll wie beim erfindungsgemäßen Verfahren.

Da nun jedoch der V/ärmeübergang an der Leitungswand beim alleinigen Vorliegen von G-as viel geringer ist, muß eine größere Wärmeübergangsfläche vorgesehen werden, um auf den gleichen Wärmetransport wie gemäß der Erfindung zu kommen. Eine derart vergrößerte Fläche könnte allenfalls durch Montage der Leitungen im Reaktionsbehälter in einer Liehrfachweg-Konfiguration erreicht werden. Weiter wäre die Herstellung der Leitungen aus einem metallischem Material, das hohen Temperaturen in der Gegend von 1300⁰G widerstehen kann, erforderlich, da die Leitungen gezwungenermaßen teilweise mit Gas von so hoher Temperatur in Kontakt wären.

Gemäß der Erfindung wird nun die Enthalpie des Hochtemperaturgases von 1300⁰G, das in den Heizbehälter durch die perforierte Platte eingespeist wird, wegen der hohen Wirksamkeit des Värmetransports zwischen festen Teilchen und Gas im Fließ- oder Wirbelbett rasch an die fluidisierten

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Feststoffteilchen in Form (besser) übertragbarer Wärme abgegeben und das Gas rasch von 1300⁰G auf 800°0 heruntergekühlt. Gemäß der Erfindung wird daher das für- die Leitungen benutzte Material relativ niedrigeren Betriebstemperaturen ausgesetzt.

Nachfolgend wird die Erfindung mehr im einzelnen anhand von Ausführungsarten unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen beschriebene Es zeigen schematischi

Fig« 1 einen Längsschnitt durch einen Flie'ßbettreaktor gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine andere Ausführungsart und

Fig. 3 eine Abwandlung der Leitungen (insbesondere des Leitungsanschlußes) im Heizbehälter in dem in Fig. 1 und 2 durch gestrichelte Kreise angedeuteten Bereich«

Der in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Fließbettreaktor umfaßt einen Heizbehälter I und einen Reaktionsbehälter Der Heizbehälter I hat eine untere Kammer 1, eine obere Kammer 2 und einen aus einer Mehrzahl von strömungsmäßig mit beiden Kammern verbundenen vertikalen Leitungen 3 bestehenden Mittelteile Die untere Kammer ist in üblicher Anordnung mit einer perforierten Platte 11 zur Bildung eines Fließoder Wirbelbettes versehen, durch welche die Kammer in zwei Abschnitte 1a und 1b unterteilt wird«.

Der untere Abschnitt 1a ist trichterförmig ausgebildet und dient der Einspeisung des als Heizgas verwendeten Fluidisierungsgases von unten her durch einen·Gaseinlaß 12. Der obere Abschnitt 1b ist eine zylindrische Kammer zur Aufnahme

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der als Wärmetransportmedium geeigneten Feststoffteilchen und für die Bildung eines entsprechenden Fließ- oder Wirbelbetts ο Mit 13 wird ein Auslaß "zur Entfernung der Peststoffteilchen bezeichnete Die obere Kammer ist von zylindrischem Typ und hat einen Einlaß 21 für die Einspeisung von Feststoffteilchen am mittleren Kopfabschnitt und einen Abgasauslaß 22 in Kopfnähe ο

Die Leitungen werden durch dünne Rohre von im wesentlichen gleichen Abmessungen gebildet, die vertikal zwischen der unteren Kammer 1 und der oberen Kammer 2 angeordnet sind.

Der Reaktionsbehälter II hat eine perforierte Platte 41, einen Gaseinlaß 42, einen G-asauslaß 43 > einen ΐeileneneinlaß 45 für die Zulieferung von Feststoffteilchen zur perforierten Platte 41 hin und einen Teilchenauslaß 44 und er dient als Behälter zur Fluidisierung eines Katalysatorteilchenbettes oberhalb der perforierten Platte 41 mit Hilfe des eingespeisten Reaktionsgases (material gas). Reaktionsbehälter II in Heizbehälter I sind in einer solchen Anordnung kombiniert, bei der die Leitungen 31 und 32 des Heizbehälter I vom Reaktionsbehälter umschlossen werden und durch dessen Boden, perforierte Platte 41 und Decke oder Kopfteil hindurchgehenο

In den Heizbehälter I wird ein Heizgas von hoher Temperatur am unteren Abschnitt 1a der unteren Kammer 1 durch den Graseinlaß 12 eingespeist, das durch die perforierte Platte 11 in den oberen Abschnitt 1b aufwärts strömt und von dort weiter durch die Rohre 31 und 32 zur oberen Kammer 2 hin und es wird schließlich durch den Abgasauslaß 22 der oberen Kammer nach außen abgegeben.

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Bei einem solchen Verfahren wird durch das Gas eine Fluidisierung einer geeigneten Menge der in den Behälter I eingebrachten Peststoffteilchen bewirkt und so ein Fließ- oder T/irbelbett im oberen Abschnitt 1b der unteren Kammer gebildet« Das in den oberen Abschnitt 1b der unteren Kammer 1 gelangende Heizgas von hoher Temperatur überträgt seine Enthalpie an die das Wirbelbett in der unteren Kammer bildenden !Feststoffteilchen und kühlt sich dabei auf die geeignete niedrigere Temperatur ab. Die in einem solchen Fließ- oder V/'irbelbett aufgeheizten Teilchen werden im Fließzustand zu einer Aufwärtsbewegung vom oberen Abschnitt 1b der unteren Kammer zur oberen Kammer 2 hin durch die vertikalen Rohre 31 oder 32 veranlaßt. Diese aufwärtsbewegten Teilchen bewirken eine Fluidisierung der Teilchen innerhalb der oberen Kammer 2 unter Bildung eines Strahl- oder Sprudelbetts S innerhalb dieser Kammer und sinken dann im i'ließzustand von der Kammer 2 abwärts zur unteren Kammer 1 unter Rückkehr durch die Leitung 32 oder 31, d_oho auf einem von der Aufwärtsbewegung unterschiedlichen Wege, Als Ergebnis erhält man einen eine gewisse Teilchenmenge umfassenden Zirkulationsstrom zwischen den beiden Kammern 1 und 2 durch die Leitungen 31 und 32o

Nachfolgend wird die Ausbildung eines solchen Zirkulationsstromes mehr iu einzelnen erläutert:

Im Anfangsstadium strömt das durch die Leitungen 31 und 32 hindurchtretende Gas zusammen mit Feststoffteilchen des Fließ- oder V/irbelbetts F der unteren Kammer 1 aufwärts. Aufgrund von Unterschieden zwischen den Strö'mungswiderständen für da3 Gas in beiden Leitungen bildet sich jedoch allmählich ein Unterschied zwischen den Gasgeschwindigkeiten in beiden Leitungen aus. Insbesondere zu Beginn tritt trotz

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im wesentlichen gleicher Abmessungen der leitungen eine . (wenn auch geringe) Differenz zwischen den Gasgeschwindigkeit en spontan auf»

Ei'immt man nun an, daß das durch die Leitung 31 strömende Gas zu Beginn etwas rascher ist als das durch andere Leitung strömende, so treten die Feststoffteilchen durch die Leitung 31 mit zunehmender Geschwindigkeit, während die Geschwindigkeit des· Teilchenstroms durch die andere Leitung eine abnehmende Geschwindigkeit zeigt« Daraus entwickelt sich eine sog, "Transportphase der Feststoffteilchen" in der Lei-

W tung 31» während die andere Leitung 32 eine derartige Erscheinung zu verhindern scheint» Mithin nimmt die Differenz zwischen den Strömungswiderständen zwischen beiden Leitungen zu und die Leitung 31 erzeugt schließlich einen deutlichen Aufwärtstransport von Teilchen im Fließzustand von der unteren Kammer 1 zur oberen Kammer 2 hin, während sich in der anderen Leitung 32 ein Zustand ausbildet, in dem die fluidisierten Teilchen der oberen Kammer 2 zur unteren Kammer 1 hin absteigen. Auf diese Weise befinden sich die Feststoffteilchen in beiden Kammern in einem Fließ- oder v/irbelzustand und sie werden gleichzeitig durch beide Leitungen unter Erzeugung eines Zirkulationsstroms von Feststoffteilchen im Fließzustand ausgetauscht.

Eine bevorzugte Zirkulation der Feststoffteilchen zwischen beiden Kammern kann durch Einstellung einer Einspeisung von Heizgas in der Weise erreicht werden, daß eine ausreichende mittlere Gasgeschwindigkeit in den Leitungen erhalten wird, die das 10- oder üehrfache der minimalen Fluidisierungsgeschwindigkeit ausmacht.

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In ib'ige ■ 1 wird der Heizbehälter aus Gründen der bequemeren Erläuterung lediglich mit zwei Leitungen, d_oh_o den beiden Rohren 31 und 32, gezeigt. In der Praxis werden jedoch solche Heizbehälter mit fünf oder mehr Leitungen bevorzugt. Davon dient dann zumindest eine Leitung als aufsteigende Leitung, während die verbleibenden Leitungen als absteigende Leitungen dienen.

Der aus einer Mehrzahl von. Leitungen bestehende Mittelteil kann in einer derart bevorzugten Weise vorgesehen werden, daß das Verhältnis von Gesamtquerschnitt der Leitungen zu einem Horizontalquerschnitt der unteren Kammer 1/25 oder mehr und insbesondere 1/10 oder mehr beträgt, wenn auch eine solche bevorzugte Art von der Teilchengröße, der Gasgeschwindigkeit usw. abhängte

Das genannte Verhältnis führt zu der günstigsten Zirkulation der Feststoffteilchen zwischen beiden Kammern des Heizbehälters. Eine Verbesserung einer solchen Zirkulation kann durch eine abgeänderte Anordnung bezüglich,des in Fig. durch einen gestrichelten Kreis markierten Teils erreicht werden, und zwar hat dann zumindest eine der Leitungen nach unten zu eine Verlängerung 30, die von der "Decke" der unteren Kammer 1 nach unten vorspringt oder es können auch alle Leitungsenden in die untere Kammer hineinragen, wobei dann die Verlängerungen 30a bzw_e 30b verschieden lang sind, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.

Durch eine solche Anordnung kann eine Differenz der Fluidwiderstände der Leitungen erzwungen werden. Weiter führt eine solche Anordnung mit einigen Leitungen, die nicht oder nur geringfügig in die untere Kammer hineinreichen und

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als aufwärtsführende Leitungen dienen und den restlichen Leitungen mit größerer Verlängerung in die Kammer hinein, die als abwärtsführende Leitungen dienen, zum Passieren einer größeren Menge Gas durch die Leitungen und weiter zu einer Erhöhung der Menge der umgewälzten Teilchen,, Bei einer solchen Ausführung kann der Unterschied zwischen den vom oberen Ende der unteren Kammer aus gerechneten Verlängerungen vorzugsweise etwa 50 mm oder mehr betragen« Etwa 2/10 aller Leitungen können vorzugsweise als abwärtsführende Leitungen angesehen werden, durch welche die Abwärtsbewegung der Feststoffteilchen erfolgt»

Ein "Durchblasphänomen" oder "Austragphänomen" mit Neigung zum Austrag von Teilchen aus der oberen Kammer durch den Abgasauslaß 22 kann wirksam durch allgemein bekannte Prall- oder Umlenkorgane oder EinbauZyklonen (siehe Daizo Kunii & Octane Levenapielj 3?luidization Engineering, Seite 408, 1969) vermieden werden, die in der oberen Kammer 2 angeordnet sind ο

In den Reaktionsbehälter II wird ein Kohlenwasserstoff mit 5 Kohlenstoffatomen oder weniger enthaltendes Reaktionsgas kontinuierlich durch den G-aseinlaß 42 eingespeist und bewegt sich aufwärts durch die perforierte Platte 41 und die Mischung von Reaktiqnsgas und Produkt wird durch den Gasauslaß 43 aus dem Behälter entlassen, während die anderen Peststoffteilchen als Wärmeübertragungsmittel im Heizbehälter I wie oben beschrieben zurückgehalten werden.

Bei beiden in den jeweiligen Behältern gleichzeitig durchgeführten Prozessen kommt das resultierende Pließ- oder Wirbelbett P in Reaktionsbehälter II mit den Leitungen

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in engen Kontakt und der ';/ärmeaustausch findet durch die leitungen hindurch zwischen den Zirkulationsstrom fluidisierter !Teilchen des Heizbehälters I und dem Fließ- oder Wirbelbett im Reaktionsbehälter II statt insbesondere zwischen den Katalysatorteilchen, welche mit der äußeren Oberfläche der Leitungen in Berührung kommen und den aufgeheizten feststoffteilchen, die auf der anderen Seite mit der Innenwand der Leitungen in Kontakt geraten»

Das Reaktionsgas wird im Reaktionsbehälter II natürlich auch durch die als Heizflächen wirkenden Oberflächen aufgeheizt,, Den größten Teil ihres Enthalpiezuwachses erlangen die Reaktionsgase jedoch von den durch die Heizflächen aufgeheizten Katalysatorteilchen. Die Dehydrierung des Reaktionsgases in G-egenwart des erhitzten Katalysators erfolgt mithin durch !Transport der benötigten Wärme vom erhitzten I'ließbett im Keizb ehält er I durch dessen Verbindungsleitungen. Die Katalysatorteilchen, deren Aktivität so während der Reaktion abgenommen hat, können v/irksam durch den Teilchenauslaß 44 des Reaktionsbehälters II entfernt werden.

Der Reaktionsbehälter II kann in der v/eise angeordnet sein, daß er lediglich den durch die Leitungen gebildeten mittleren Teil umschließt, wie es in Figo 1 gezeigt ist«, Alternativ kann zur Verminderung von Wärmeverlusten eine Anordnung vorgesehen werden, bei der nicht nur die Leitungen, sondern auch die obere Kammer mit eingeschlossen werden, wie es in Pig« 2 gezeigt ist.

Im Palle vergleichsweise großer Temperaturunterschiede zwischen den eingeschlossenen Leitungen und dem Reaktionsbehälter II müssen Mrmespannungen oder Verformungen aufge-

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nommen bzwo absorbiert werden, die durch die Differenz der thermischen Ausdehnung in den kombinierten Teilen der Behälter I und II verursacht werden. Zweckmäßigerweise werden solche Wärmespennungen durch zusätzliche Mittel wie sog» "Dehnungsringe" aufgenommen, die an der Seitenwand des umsohließenden Behälters II oder an den leitungen des Hauptbehälters I vorgesehen sind. Ernste Probleme, die bei der Absorption von Wärmespannungen auftreten, bestehen jedoch in der "Schwäche" solcher Mittel gegenüber Wärme und mechanischen Kräften sowie vom wirtschaftlichen Standpunkt her gesehen in den hohen Kosten, die durch den Einbau aolcher Mittel verursacht werden.

Unter diesen Umständen kann eine Vorrichtung, wie sie in Pig. 2 gezeigt wird und dem "Wanderkopftyp" ähnlich ist, von Vorteil sein. Bei einer solchen Anordnung werden Abdichtprobleme im Bereich zwischen dem Reaktionsbehälter II und dem Abgasauslaß 22 des Heizbehälters I, der durch die "Decke" des Reaktionsbehälters II hindurchreicht, durch Anwendung von Labyrinthdichtungen leicht gelöst. Eine solche Anordnung ist vorteilhaft, da keine Notwendigkeit zur Anwendung komplizierter Anordnungen besteht und ein unterschiedliches Temperaturverhalten innerhalb des Reaktors weitgehend kompensiert wird. Gelegentlich kann der Abgasauslaß 22 der in lig. 2 gezeigten Einheit als Einlaß für Peststoffteilchen verwendet werden.

Die als Wärmetransportmedium verwendeten !feststoffteilchen werden beispielsweise durch Sand, Zementklinker, llagnesiaklinker, Aluminiumoxyd, Aluminiumoxyd-Siliciumoxyd, Mullit oder Kohlenstoff gebildet. Kohlenstoff- oder Mullitteilchen werden am meisten bevorzugt, da derartige Teilchen

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eine erhebliche Abrieb- und -Bruchfestigkeit unter Hochtemperaturbedingungen besitzen.

Die optimale Teilchengröße hängt von der Heizgasgeschwindigkeit, dem Innendurchmesser der Leitungen usw. ab, aber im allgemeinen liegt der Bereich der Variation der !Peilchengrößen vorzugsweise zwischen 50 und 1500 μ mit einem bevorzugten Bereich von 50 bis 500 yu_o

Die Temperatur des Heizgases am Gaseinlaß reicht von 700 bis 1600°0 mit einem bevorzugten Bereich von 800 bis 1500⁰O. Die bei chemischen Verfahren oder der Eisenerzeugung und -verarbeitung anfallende Abwärme wird vorzugsweise zum Aufheizen eines Grases verwendet, das dann als Heizgas in den Heizbehälter I innerhalb des obigen Temperaturbereichs eingespeist wird.

Als Reaktionsgas können gesättigte Kohlenwasserstoffe mit bis zu 5 Kohlenstoffatomen, wie Xthan, Propan, Butan oder Pentan verwendet werden. Insbesondere Propan und Butan werden am meisten bevorzugt. Als Katalysatarteilchen für die Dehydrierungsreaktion können Katalysatoren mit dehydrierender Wirkung mit ausreichender Festigkeit gegenüber einer Pulverisierung während des Reaktionsprozesaes verwendet werden, wie die allgemein bekannten Aluminiumoxid-Chromoxid- oder Hangan-Aluminiumoxidgele oder !e-Ghromoxide oder solche Katalysatoren mit zusätzlichen Metallen wie Zn, G&, Oa, Mg, Si, Pb, Sb, B, Bi, V, Έ, Co, Ui, K, Ou, W oder Sn.

Der Varistionsbereich der Katalysatorteilchengrößen liegt vorzugsweise zwischen 10 und 1000 ix mit einem bevorzugten Bereich von 10 bis 100 ^i.

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Bezüglich der Reaktionstemperatur ist zu sagen, daß niedrigere Reaktionstemperaturen zu einer geringeren Reaktionsgeschwindigkeit führen und sehr hohe Temperaturen eine breitere Vielfalt von Hebenreaktionen ergeben«, Weiter wird bei höheren [Temperaturen eine größere iienge an kohlehaltigem Material auf den Eatalysatoroberflachen abgeschieden,, Der Temperaturbereich liegt zwischen 500 und 700 0 mit einem bevorzugten Bereich von 550 bis 650 G. Die bevorzugte Kontaktzeit des Reaktionsgases mit dem Katalysator hängt vom Ausgangsgas, der. Reaktionstemperatur, dem Katalysator usw. ab, G-anz allgemein liegt die Kontaktzeit zwischen w 0,5 und 10 s mit einem bevorzugten Bereich von 1 bis 5 s.

Wie zu verstehen ist, kann die für die Umsetzung ausreichende Wärme dem Heizbehälter kontinuierlich mit großer Wirksamkeit zugeliefert werden und diese zugelieferte Wärme wird sofort bzw. unmittelbar an das Katalysator-I'ließbett im Reaktionsbehälter weitergegeben, so daß darin-optimale Reaktionstemperaturen aufrechterhalten werden.

Die Mengen der von den Reaktionsgasen auf den Katalysatorteilchen abgeschiedenen kohlenstoffhaltigen Substanzen sind wegen der turbulenten Bewegung der Katalysatorteilchen geringfügig und ferner wird eine kontinuierliche Entfernung von desaktivierten Katalysator durch den Katalysatorauslaß ermöglicht, so daß ein im wesentlichen konstante Niveau der Katalysatoraktivität im Reaktionsbehälter aufrechterhalten werden kann. Gemäß der Erfindung wird so eine wirksame kontinuierliche Produktion von Olefin aus gesättigtem Kohlenwasserstoff mit bis zu 5 Kohlenstoffatomen in industriellem Maßstabe ermöglicht.

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In den nachfolgenden Beispielen werden bevorzugte Ausführung sarten der Erfindung beschriebene

Beispiel 1

Sin ähnlicher Typ von Reaktor, wie er in Fig» 1 gezeigt ist, wurde zur Herstellung von Propylen aus Propan in Gegenwart eines Aluiainiumoxid-Ghromoxid-Katalysators verwendet. In den Heizbehälter I des Reaktors wurde durch Verbrennung von Schweröl in einem Ofen, erzeugtes Verbrennungsgas von hoher Temperatur durch den öaseinlaß der unteren Kammer eingespeist und nach Fluidisierung der dem Heizbehälter I zugelieferten Feststoffteilchen und deren Umwälzung unter gleichzeitiger Erwärmung aus der oberen Kammer wieder abgegeben.

.Bei derartigen Bedingungen im Heizbehälter I wurde vorgeheiztes Propan in den Reaktionsbehälter II zur Fluidisierung der Katalysatorteilchen oberhalb der perforierten Platte eingespeist und die Mischung von Reaktions- und Produktgasen aus dem Reaktionsbehälter II wieder abgegeben. Die Dehydrierung wurde mit Wärmeüberführung vom aufgeheizten Fließbett innerhalb des HeizbeMLlters zum Fließbett im Reaktionsbehälter durch die Oberflächen der leitungen des Heizbehälters I ausgeführt.

Die Abmessungen des Reaktors und angewandten Prozeßbedindungen' sind in Tabelle 1 und 2 angegeben.

Der Aluminiumoxid-Chromoxid-Katalysator hatte folgende Zusammensetzung:

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3°/o Or₂O₃; 95$ Al₂O₃; 2$ MgO

Als Wärmetransportmedium in Form von Feststoffteilchen wurde Magnesiaklinker verwendet.

Beispiel 2

Der gleiche Reaktor wie in Beispiel 1 wurde für die Dehydrierung von η-Butan in Gegenwart eines Aluminiumoxid-Ghromoxid-Katalysator innerhalb des Reaktionsbehäiters I verwendet.

Die für den Reaktor angewandten Prozeßbedingungen und Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben.

Die Zusammensetzung des Katalysators war folgende; 18# Or₂O₃; 8Of₀ Al₂O₃; 20# MgO.

Auch in diesem Falle wurden Magnesiaklinker als v/ärmetransportmedium verwendet.

Tabelle

Heiz-

behälter

untere Kammer (Durchmesser, 0 χ Höhe, L) obere Kammer (Durchmesser, 0 χ Höhe, L)

perforierte Platte der unteren Kammers

3OO mmjZf χ 600 mmL 300 mm0 x 1600 mmL

Lochzahl· 9

Lochdurchmeaser (je Loch) 17,3

vertikale Leitungen:

Material	25Or -	2OM-Stahl
Anzahl		14
Länge		4 m

Reaktions- be-

hälter II

Behälter

(Durchmesser, 0 χ Höhe, L)

perforierte Platte im Behälter: Lochzahl Lochdurchmesser

3OO mmjZf χ 35ΟΟ mmL

120 1

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Tabelle 2

	als Wärmetransportmedium verwendete	Feststoff-
	teilchen:
	Menge	65 kg
	Teilchengröße	0,3 bis 1,0 wa0
	minimale Pluidisierungs-	32 cm/s
	geschwindigkeit
"ΪΓατί
ν er— fahrens-	Verbrennungsabgast	152 Um /h
bedin-	Volumengeschwindigkeit	1300⁰O
gungen	Temperatur am Gaseinlaß
	Katalysatorteilchen:	65 kg
	Menge	100 bis 500 μ0
	Teilchengröße	9 cm/s
	minimale Pluidisierungs-	Propan
	geschwindigkeit	28 Um /s
	vorgeheiztes Reaktionsgast	35O⁰O
	Volumengeschwindigkeit	620⁰O
	Temperatur am G-aseinlaß	6RO⁰H
	Reaktionstemperatur
	Temperatur der Verbrennungsab	900 kg/h
	gase am Gasauslaß	12,7 m/s (65000)
	Menge von im Heizbehälter um	56,0%
	gewälzten Teilchen	72,4#
	mittlere Abgasgeschwindigkeit	40,5%
	durch alle Leitungen des Heiz behälters
	Propanumsatz
	selektive Propylenbildung
	Propylenausbeute

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tabelle 3

	als Wännetransportmedium verwendete stoffteilchen:	Fest-
	Menge -	65 kg
	!teilchengröße 0	,3 bis 1,0 nmij2*
	minimale 3Pluidisierungs- geschwindigkeit	32 cm/s
	Verbrennungsabgas 5
Ter-	Volumengeschwindigkeit	137 Nm³Zh
fahreiB-	!Temperatur am G-aseinlaß	1300⁰C
bedin-	Katalysatorteilchen!
gungen	Menge	65 kg
	!Teilchengröße	100 bis 500 f$
	minimale Fluidisierungs- geachwindigkeit	11 cm/s
	vorgeheiztes Eeaktionsgas	n-Butan
	Volumengeschwindigkeit	25 NmVh
	Temperatur am G-aseinlaß	400⁰O
	Eeaktionstemperatur	595⁰O
	!Temperatur der Verbrennungsab gase am G-asauslaß	630⁰O
Ergeb	Menge umgewälzter Teilchen im Heizbehälter	820 kg/h
nisse	mittlere Abgasgeschwindigkeit durch alle leitungen im Heizbehälter	11,2 m/s (63O⁰G)
	Butanumsatz	47, 5>
	selektive Butenbildung	70,7^b
	Butenausbeute	33,656"

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Claims

1o Verfahren zur Herstellung von Olefinen durch Dehydrierung gesättigter Kohlenwasserstoffe in Gegenwart von fluidisierten Katalysatorteilchen, dadurch gekennzeichnet , daß die erforderliche Reaktionswärme unmittelbar an das in Reaktion befindliche Katalysator-Fließ- oder Wirbelbett durch indirekten Wärmeaustausch mit im Fließ- oder Wirbelzustand umgewälzten Partikeln bzw« Feststoffteilchen übertragen wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Deh;
erfolgt,

die Dehydrierung bei einer Temperatur von 500 bis 700⁰G

3ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesättigte Kohlenwasserstoff bis zu 5 Kohlenstoffatome aufweist»

4o Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Wärmetransport ausgenutzten umgewälzten Feststoffteilchen durch Sand, Zementklinker, Magnesiaklinker,
Aluminiumoxyd, Aluminiumoxyd-Siliciumoxyd, Mullit oder-Kohlenstoff gebildet werden.

5o Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Wärmetransport ausgenutzten Feststoffteilchen eine Größe von 50 bis 150Ou haben»

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorteilchen eine Größe von 50 bis 300Ou haben»

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7o Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ·" die Aufenthaltszeit des Fluids im Reaktionsbehälter 0,5 bis 10 Sekunden beträgt_o

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in die Reaktionsapparatur einbezogenen Heizbehälter (I) mit einer unteren Kammer (1) mit G-aseinlaß (12) und perforierter Platte (11) für die Bildung eines Fließ- oder Wirbelbettes aus den Feststoffteilchen, einer oberen Kammer (2) und einem durch eine Mehrzahl von strömungsmäßig mit beiden Kammern verbundenen leitungen (31,32) gebildeten Mittelteil (3), von dem (I) zumindest die leitungen (31,32) vom Reaktionsbehälter (il) mit G-aseinlaß (42) und perforierter Platte (41) umschlossen werden und durch Mittel zum Einspeisen von Heizgas von hoher !Temperatur in die untere Kammer des Heizbehälters, das durch die perforierte Platte und die Verbindungsleitungen aufwärtsströmt und aus der oberen Kammer entlassen wird, mit einer solchen Geschwindigkeit, daß ein Zirkulationsstrom fluidisierter aufgeheizter Feststoffteilchen erzeugt wird, der zwischen beiden Kammern durch die leitungen umläuft.

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