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Die Erfindung betrifft ein Reaktionsgefäß mit einem Reaktor und
Mitteln, die so ausgelegt sind, daß sie die Wärmemenge
einstellen, die für einen guten Ablauf der Reaktionen notwendig ist,
die innerhalb dieses Reaktors beim gewünschten Wert auf jedem
Niveau dieses in Funktion befindlichen Reaktors, im Falle
katalytischer Reaktionen der Aktivität des Katalysators, auf dem
betreffenden Niveau auszuführen sind.
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Die vorliegende Erfindung befaßt sich ebenfalls mit der
Verwendung dieses Reaktionsgefässes, insbesondere, um die katalytische
Reformierung von Kohlenwasserstoffraktionen, insbesondere
Naphtas, unter niedrigem Druck in Anwesenheit wenigstens eines
Katalysators auszuführen. Gegenstand der Erfindung ist auch die
Verwendung dieses Reaktionsgefässes zur Durchführung der
Dehydrierung einer paraffinischen Kohlenwasserstoffraktion und
insbesondere die Dehydrierung des Propans zu Propylen. Auch ist
Ziel der Erfindung die Verwendung dieses Reaktionsgefässes zur
Durchführung der Zyklisierung oder Dehydrozyklisierung der
Alkane zu aromatischen Verbindungen. Schliesslich befaßt sich die
Erfindung mit im allgemeinen endothermen Verfahren der
katalytischen Reformierung, der Dehydrierung und der
Dehydrozyklisierung, die in diesem Reaktionsgefäß durchgeführt werden.
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Genauer befaßt sich die Erfindung mit einem Reaktionsgefäß, das
in Verbindung mit den in den Figuren 1 - 11 dargestellten
Ausführungsformen beschrieben wird, welche erläuternd, aber nicht
als begrenzend anzusehen sind.
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Figur 1 zeigt schematisch ein Reaktionsgefäß (E) nach der
Erfindung.
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Figur 2 entspricht einem Horizontal schnitt längs der Achse A des
Reaktionsgefässes E, das schematisch in Figur 1 dargestellt ist.
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Die Figuren 3 und 4 entsprechen einem Vertikal schnitt durch das
Reaktionsgefäß (E), einem Schnitt, der im Falle der Figur 3 im
Raum (oder dem Kanal) durchgeführt wird, der zwischen diesen
elementaren benachbarten katalytischen Reaktionszellen und dem
Niveau einer Reaktionszelle im Falle der Figur 4 gelegt ist.
Figur 5 zeigt ein bevorzugtes Modell des Reaktors (5), das im
Reaktionsraum (E) vorgesehen und insbesondere für die Verfahren
der Reformierung gemäß der Erfindung verwendbar ist, wobei
dieses Reaktormodell demjenigen entspricht, das von der Anmelderin
in der französischen Patentanmeldung beschrieben ist, die am 22.
Juli 1988 unter der nationalen Eintragungsnumrner EN 88/10.039
eingereicht wurde, deren summarische Beschreibung als Bezug hier
eingeführt ist (FR-A-2 634 396).
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Figur 6 zeigt eine bevorzugte Variante einer der wesentlichen
dem Reaktor (5) enthaltenen Vorrichtungen: eine elementare
katalytische Reaktionszelle.
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Figur 7 entspricht dem Horizontal schnitt AA des Reaktors 5 der
Figur 5.
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Figur 8 entspricht einem Vertikalschnitt des Reaktors (5) der
Figur 5, einem Schnitt, der in einer elementaren katalytischen
Reaktionszelle gelegt ist.
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Figur 9 zeigt einen Vertikalschnitt des Reaktors (5) der Figur
5, einen Schnitt, der im Raum (oder dem Kanal) gelegt ist, der
zwischen den beiden katalytischen elementaren benachbarten
Reaktionszellen vorhanden ist.
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Die Figuren 10A, 10B und 10C geben beispielsweise Profile von
Leitungen, die in Räumen oder Kanälen verwendbar sind, die
zwischen zwei katalytischen elementaren benachbarten
Reaktionszellen vorgesehen sind.
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Figur 11 entspricht einem Vertikalschnitt durch einen Reaktor
(5) vom gleichen Typ wie dem in Figur 5 gezeigten, wobei der
Schnitt in Höhe einer katalytischen elementaren Reaktionszelle
für den Fall eines Reaktors (5) mit einem individuellen
Verteiler
(52.1) und einem individuellen Kollektor (52.3) bevorzugter
Ausgestaltung gemäß der Erfindung, im wesentlichen prismatisch,
gelegt ist.
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In den Figuren stellen der Buchstabe C und die Pfeile C die
Charge sowie die Wanderung der zu behandelnden Charge sowie der
behandelten Charge dar und der Buchstabe G und die Pfeile G
zeigen das Fluid und die Wanderung des Wärmeträgerfluids.
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Die Erfindung betrifft also ein Reaktionsgefäß (E) von dem eine
Ausführungsform in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist und
umfaßt:
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- einen Kalanderreaktor (5), länglicher Gestalt, der an einem
Ende wenigstens ein Mittel (4) zum Einführen einer flüssigen
oder gasförmigen zu behandelnden Charge (C), an einem zweiten
Ende wenigstens ein Mittel (6) zum Abziehen der behandelten
Charge hat, wobei wenigstens zwei elementare Reaktionszellen
(52), die untereinander nicht angrenzend und nicht an die
Wandungen (53, 54) dieses Reaktors angrenzen (üblicherweise
im wesentlichen vertikale Wandungen) je ausgehend von einem
ihrer Enden mit dem Einführungsmittel (4) für diese Charge,
gewöhnlich vermittels des allgemeinen Verteilers (41) der
Charge verbunden sind und ausgehend von ihrem anderen Ende
mit diesem Mittel (6) zum Abziehen der behandelten Charge,
üblicherweise vermittels des allgemeinen Kollektors (61) der
behandelten Charge, wobei diese Reaktionszellen (52) in
wenigstens einem Teil ihres Volumens wenigstens einen pulver
förmigen Feststoff enthalten und (diese Zellen) von einander
getrennt sind sowie Wandungen des Reaktors über einen Kanal
oder hohlen Innenraum (Wärmeaustauscher) (51), verbunden
sind, der sich über eine Länge erstreckt, die wenigstens
gleich derjenigen ist, über die sich dieser pulverformlge
Feststoff erstreckt, der in diesen Reaktionszellen enthalten
ist,
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- wenigstens ein Mittel (V) um in jedem Kanal (51) dieses
Reaktors
(5) im wesentlichen querbezogen auf die allgemeine
Zirkulationsrichtung der zu behandelnden Charge in diesem
Reaktor (5) wenigstens ein Wärmeträgerfluid zu versetzen, das in
diesem Reaktionsgefäß enthalten ist, wobei das Mittel, das
dazu dient, um in Zirkulation zu versetzen, üblicherweise ein
Ventilator ist und dieses Wärmeträgerfluid üblicherweise ein
Gas (oder ein Gasgemisch) ist,
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- wenigstens n Mittel (S) zur Schichtung des
Wärmeträgerfluidstroms, wobei das oder die Mittel (S) im wesentlichen
senkrecht zur allgemeinen Zirkulationsrichtung der zu
behandelnden Charge in diesem Reaktor und anströmseitig bezogen auf
die Zirkulationsrichtung dieses Wärmeträgerfluids der Fläche
der Kanäle (51) positioniert sind, über welche dieser
Wärmeträger in diese Kanäle eintritt, wobei n eine ganze Zahl
größer oder gleich 1, meist größer oder gleich 2 ist,
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- wenigstens n + 1 thermische Mittel (T), die je die Enthalpie
eines Teils dieses Wärmeträgerfluids modifizieren, wobei
jedes dieser Mittel (T) zu beiden Seiten einer Ebene
positioniert ist, die durch eines der Schichtungsbildungsmittel (S)
definiert ist und anströmseitig, bezogen auf die Zirkula
tionsrichtung dieses Wärmeträgerfluids der Fläche der Kanäle,
über die dieses Wärmeträgerfluid in diese Kanäle eindringt,
wobei diese thermischen Mittel (T) beispielsweise T1 und T2,
üblicherweise mit Energie über wenigstens eine Leitung (80),
beispielsweise die Leitungen 80.1 und 80.2, wie sie in Figur
1 schematisiert sind, gespeist sind.
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Diese thermischen Mittel (T) sind meist Mittel, die es
ermöglichen, Wärme dem Wärmeträgerfluid zuzuführen (d.h. Heizmittel)
durch Konvektion bei ihrem Durchgang in diesen Kanälen (51),
wenn sie diesen Reaktor (5) durchsetzen. Verschiedene Heizmittel
können auch verwendet werden wie beispielsweise elektrische
Widerstandsheizer oder Brenner. Am meisten verwendet man
Brenner, beispielsweise Strahlungsbrenner (vom Typ Pyrocore
beispielsweise), dessen Strahlungsrohr vorzugsweise in der
Zirkulationsebene
des Wärmeträgerfluids angeordnet ist; so, im
häufigsten Fall eines Reaktionsgefässes (E) das einen im wesentlichen
vertikalen Reaktor (5), wenigstens ein Mittel (V) beispielsweise
einen Ventilator im wesentlichen horizontal er Achse und
wenigstens n Mittel (5) zur Bildung im wesentlichen horizontaler
Schichten werden der oder die Strahlungsrohre im wesentlichen
horizontal sein und mitten im Strom der Wärmeträgergase
angeordnet sein, die im wesentlichen horizontal zirkulieren. Die
verwendeten Brenner werden im allgemeinen mit gasförmigem flüssigem
oder festem Brennstoff, vorzugsweise gasförmig oder flüssigen
Brennstoff über wenigstens eine Leitung (80) gespeist. Die
vorliegende Erfindung umfaßt auch die Möglichkeit eines oder
mehrere thermische Mittel zum Kühlen des Wärmeträgerfluids zu
verwenden.
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Das Reaktionsgefäß (E) gemäß der Erfindung umfaßt eine
Kalanderreaktor (5) dessen Reaktionszellen (52) in wenigstens einem Teil
ihres Volumens wenigstens einen pulverförmigen Feststoff
aufweisen, bei dem es sich meist um einen katalytischen Feststoff
handelt oder der einen Teil katalytischen Feststoffs umfaßt. Das
Feststoffbett oder Katalysatorbett kann ein festes Bett, ein
bewegliches Bett, ein Siedebett oder ein wirbelbett sein. Die
Charge kann dieses Feststoffbett vertikal, schräg oder
horizontal durchfliessen, wenn das Gefäß (E) und der Reaktor (5) im
wesentlichen vertikal sind.
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In der häufigsten Ausführungsform des Reaktionsgefässes (E), wie
perspektivisch in Figur 1, im Horizontalschnitt längs der Achse
AA in Figur 2, im Vertikalschnitt in Höhe eines Kanals (51) in
Figur 3 und in Höhe einer Reaktionszelle (52) in Figur 4
dargestellt ist, hat der Reaktor (5) die allgemeine Gestalt eines
rechtwinkeligen Parallelepipedes; das oder die Mittel, um das
Wärmeträgerfluid in Zirkulation zu versetzen (V), sind in der
Verlängerung des Reaktors (5) im wesentlichen in dem Volumen
angeordnet, das sich zwischen den Ebenen befindet, die durch
vier der Flächen dieses Parallelepipedes gehen und dem oder den
Schichtungsbildungsmitteln (S) gehen. Auch sind die thermischen
Mittel (T), die je die Enthalpie eines Teils dieses
Wärmeträgerfluids modifizieren, in einem Volumen angeordnet, das
zwischen dem oder den Zirkulationsmitteln (V) und der Fläche des
rechtwinkelingen Parallelepipedes angeordnet sind, durch das das
Wärmeträgerfluid eintritt. Beispielsweise, wie in Figur 1
gezeigt, besitzt der im wesentlichen parallelepipedförmige und
vertikale Reaktor (5) eine Symmetrieebene, in der der Ventilator
(V) angeordnet ist, dessen Achse senkrecht zu dieser
Symmetrieebene ist, wobei das Schichtungsbildungsmittel (S) im
wesentlichen horizontal ist und sich über die gesamte Breite des
Reaktors (5) zwischen den Wandungen (53) und (54) erstreckt und die
thermischen Mitteln (T&sub1;) und (T&sub2;) sind im freien Volumen
zwischen dem Ventilator (V) und dem Ende des
Schichtungsbildungsmittels angeordnet, das in Höhe der Ebene der Wandung (54) des
Reaktors zu beiden Seiten der Ebene sich befindet, die durch das
Schichtungsbildungsmittel (S) definiert ist.
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Das Reaktionsgefäß (E) kann ein einziges Mittel umfassen, um
Wärmeträgerfluid in Zirkulation zu versetzen (V) oder mehrere
Mittel, um in Zirkulation zu versetzen (V), umfassen, wobei
diese Mittel am häufigsten Ventilatoren sind; verwendet man
einen einzigen Ventilator, so ist sein Durchmesser bevorzugt im
wesentlichen benachbart dem Wert der Höhe oder der Entfernung
zwischen dem Eintritt (5) der Charge und dem Austritt (6) der
behandelten Charge des Reaktors (5) und, wenn man mehrere
Ventilatoren verwendet, liegt deren Zahl vorzugsweise bei n + 1,
wobei jeder dieser Ventilatoren dann bevorzugt zu beiden Seiten
einer Ebene sich befindet, die durch eines dieser n + 1
Schichtungsbildungsmittel definiert ist.
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In einer Ausführungsform, die besonders gut auf den Fall der im
allgemein endothermen Reaktionen angepaßt ist, beispielsweise
auf den Fall der katalytischen Reformierung, umfasst das
Reaktionsgefäß (E) nach der Erfindung einen Reaktor (5), wie er
schematisch in Figur 5 dargestellt ist. Dieser Reaktor (5)
(siehe die Figuren 5 - 11) umfaßt die in Verbindung mit den Figuren
1 bis 4 beschriebenen wesentlichen Elemente und umfaßt im
übrigen vorzugsweise:
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wenigstens ein Mittel (5a) zum Einführen pulverförmigen
Feststoffes, beispielsweise frischen Katalysators am oberen Teil
dieses Reaktors benachbart dem Mittel zum Einführen (4) der
Charge,
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wenigstens ein Mittel (5b) zum Abziehen des pulverförmigen
Feststoffes (in der folgenden Beschreibung Katalysator genannt) am
unteren Teil dieses Reaktors benachbart dem Mittel (6) zum
Abziehen der behandelten Charge,
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wenigstens zwei elementare Reaktionszellen (52), die
untereinander im wesentlichen parallel sind, von einander sowie von den
Wandungen (53, 54) dieses Reaktors (5) über einen Kanal (51),
der im wesentlichen parallelepipedförmig ist, getrennt sind,
wobei jede dieser Zellen aus drei der folgenden Kammern (siehe
Figur 6) zusammengesetzt ist:
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- einem individuellen Verteiler der Charge (52.1),
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- einem individuellen Kollektor der behandelten Charge (52.3),
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- einem katalytischen Bett (beispielsweise beweglich) (52.2),
das zwischen diesem individuellen Verteiler und diesem
individuellen Kollektor eingeführt ist.
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Dieses Bett (52.2) ist über eine dünne im wesentlichen vertikale
Fläche F&sub1; gegen diesen individuellen Verteiler (52.1) offen und
auf der anderen dünne Fläche F'&sub1;, im wesentlichen parallel zu
F&sub1; gegen diesen individuellen Sammler (52.3) offen. Diese dünnen
Flächen F&sub1; und F'&sub1; sind je durch eine Wandung definiert, die
permeabel für die Fluide und impermeabel für die katalytischen
Feststof fpartikel ist (beispielsweise ein Gitter vom Typ Johnson
oder auf der Basis profilierter Drähte oder irgendein anderes
äquivalentes Mittel).
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Jede der beiden großen im wesentlichen vertikalen Flächen dieses
Bettes (52.2) ist durch eine dichte Wand geschlossen, deren
Verlängerungen über dieses Bett (52.2) hinaus dichte Wandungen des
individuellen Verteilers (52.1) und des individuellen Sammlers
(52.3) bilden.
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Die Flächen oder Wandungen der elementaren katalytischen
Reaktionszellen (52) werden beispielsweise ausgehend von dünnen
flachen Blechen oder sämtlichen äquivalenten Mitteln hergestellt.
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In dem Fall, wo jedes Bett (52.2) beweglich ist, steht diesem
über seine obere im wesentlichen horizontale dünne Fläche F&sub2; mit
dem oder den Mitteln zum Einführen des frischen Katalysators
(5a) und über seine im wesentlichen horizontale untere Fläche F'&sub2;
mit dem (oder den) Mittel (Mitteln) zum Abziehen des
verbrauchten Katalysators (5b) in Verbindung.
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Der Reaktor (5) gemäß der in Figur 5 schematisierten
Ausführungsform umfaßt im übrigen:
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- wenigstens einen allgemeinen Verteiler der Charge (41) der mit
dem oder den Mittel(n) zum Einführen der Charge (4) und mit
sämtlichen der Einzelverteiler der Charge (52.1) über eine
ihrer im wesentlichen horizontalen dünnen Flächen verbunden
ist und
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- wenigstens einen allgemeinen Sammler der behandelten Charge
(61), der mit dem oder den Mittel(n) zum Abziehen der
behandelten Charge (6) und mit sämtlichen individuellen Sammlern
der behandelten Charge (52.3) über eine ihrer dünnen im
wesentlichen horizontalen Flächen verbunden ist, die im
wesentlichen diagonal gegenüberliegend, bezogen auf die
Mitte des katalytischen entsprechenden Bettes (52.2), zu der
im wesentlichen horizontalen dünnen Fläche des entsprechenden
individuellen Verteilers (52.1) ist, über die dieser mit
dem allgemeinen Verteiler (41) verbunden ist.
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Der Reaktor (5) umfaßt ebenfalls:
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- wenigstens eine dichte Wand, die miteinander die oberen im
wesentlichen horizontalen Seiten der grossen einander
gegenüberstehenden Flächen zweier benachbarter katalytischer
Betten (52.2) verbindet,
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- wenigstens eine dichte Wandung, die untereinander die unteren
im wesentlichen horizontalen Seiten dieser grossen einander
gegenüberstehenden Flächen zweier benachbarter katalytischer
Betten (52.2) verbindet,
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- wenigstens eine dichte Wandung, die die obere im wesentlichen
horizontale Seite der grossen Fläche des katalytischen Betts
(52.2), das jeder Wandung (53 oder 54) des Reaktors am
weitesten benachbart ist (im wesentlichen vertikale und im
wesentlichen zu diesem Bett parallele Wandung) mit dieser Wandung
verbindet und
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- wenigstens eine dichte Wandung, welche die untere im
wesentlichen horizontale Seite der grossen Fläche des katalytischen
Betts (52.2), die jeder Wandung (53 oder 54) des Reaktors am
weitesten benachbart ist (im wesentlichen vertikale, und
im wesentlichen zu diesem Bett parallele Wandung) mit
dieser Wandung verbindet.
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Diese vier Kategorien dichter Wandungen werden biespielsweise
ausgehend von dünnen Blechen, vorzugsweise gewellten dünnen
Blechen, hergestellt, wobei die abgewickelte Fläche jeder
hiervon vorzugsweise zwischen dem 1 und 500fachen, vorzugsweise
zwischen dem 2 und 50fachen der Fläche der vertikalen Wandungen
(beispielsweise der Fläche) der katalytischen Betten, die sie
verbinden, beträgt.
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Die individuellen Verteiler (52.1) und die individuellen Sammler
(52.3) haben vorzugsweise die gleiche Dicke 13 und die gleiche
Höhe l&sub1; wie die katalytischen Betten (52.2).
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Die elementaren Reaktionszellen (52) sind im allgemeinen im
wesentlichen parallelepideförmig, im wesentlich zu einander
parallel (und zu den Wandungen (53) und (54) dieses Reaktors).
Figur 6 zeigt in der Perspektive eine katalytische
Elementarzelle, die die Form eines rechtwinkeligen Parallelepipdes hat.
Diese Zelle wird zusammengesetzt gemäß der in Figur 6
schematisierten Ausführungsform aus den folgenden drei im wesentlichen
prallelepipedförmigen (in Figur 6 rechtwinkelingen) Kammern:
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- einem individuellen Verteiler (52.1) der Charge
-
- einem individuellen Sammler (52.3) der behandelten Charge
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- einem pulverförmigen Feststoffbett (52.2) (Katalysator), das
zwischen diesem individuellen Verteiler und diesem
individuellen Sammler eingeführt ist.
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Diese Form von Verteiler und Sammler der Reaktionszelle ist
ebenfalls in Figur 8 sichtbar, bei der es sich um einen
Vertikalschnitt in Höhe einer Reaktionszelle (52) des
Reaktionsgefässes (E) gemäß der Erfindung handelt, die einen Reaktor (5)
umfaßt, wie er in Figur 5 schematisiert ist und zwei Mittel (S&sub1;)
und (S&sub2;) zur Schichtenbildung des Wärmeträgerfluids umfaßt.
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Figur 9 ist ein Vertikal schnitt durch eben dieses Reaktionsgefäß
(E) in Höhe eines Kanals oder hohlen Innenraums
(Wärmeaustauscher) (51).
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform, die eine bessere
Verteilung der Charge im Katalysatorbett gestattet, hat jeder der
individuellen Verteiler (52.1) der zu behandelnden Charge eine
im wesentlichen prismatische Gestalt, deren Querschnitt gemäß
einer Horizontalebene eine grössere Fläche benachbart dem
allgemeinen Verteiler (41) der Charge als benachbart dem
allgemeinen Verteiler (61) der behandelten Charge hat; der individuelle
Sammler (52.3) der behandelten Charge kann im wesentlichen die
Gestalt eines rechtwinkeligen Parallelepipeds haben, dessen
Querschnitt gemäß einer im wesentlichen horizontale Ebene eine
im wesentlichen identische Fläche benachbart dem allgemeinen
Verteiler (51) der Charge und benachbart dem allgemeinen Sammler
(61) der behandelten Charge oder bevorzugt eine im wesentlichen
prismatische Gestalt (wie im Vertikal schnitt des
Reaktionsgefässes (E) in Höhe einer Reaktionzelle (52), schematisiert in Figur
11) hat), deren Querschnitt gemäß einer im wesentlichen
horizontalen Ebene eine weniger grosse Fläche benachbart dem
allgemeinen Verteiler (41) der Charge als benachbart dem allgemeinen
Sammler (61) der Charge hat. In diesem Fall hat dieses
pulverförmige Festbett, eingefügt zwischen diesem individuellen
Verteiler und diesem individuellen Sammler meist im wesentlichen
die Form eines parallelepipedförmigen Rechtecks.
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In der Ausführungsform des Reaktors (5) gemäß Figur 5 ist jeder
Kanal oder hohle Innenraum (Wärmeaustauscher) (51), im
wesentlichen parallelepipedförmig, zwischen zwei Zellen (52) oder
zwischen einer im wesentlichen vertikalen Wand (53 oder 54) des
Reaktors und der Zelle (52), die dieser Wandumg an weitesten
benachbart ist und im wesentlichen parallel zu dieser Wandung
ist, für die Zirkulation der Heizgase bestimmt. So befindet sich
jede Zelle (52) sandwichartig zwischen zwei freien
Katalysatorräumen. Diese Räume oder Kanäle (51) sind über ihre "Flächen",
im wesentlichen senkrecht zu den seitlichen im wesentlichen
vertikalen Wandungen (53 und 54) des Reaktors offen, um den
Eintritt eines Wärmeträgerf luids (beispielsweise auf der Basis von
Heizgas) in den Reaktor und dann ihre Zirkulation zwischen den
Zellen (52) und schliesslich ihren Abzug aus dem Reaktor zu
verwirklichen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Reaktionsgefäßes (E)
ist der Reaktor (5) derart aufgebaut, daß die Höhe l&sub1;, die Breite
l&sub2; und die Dicke l&sub3; jedes Katalysatorbetts (52.2) den folgenden
Bedingungen (1mm =
10&supmin;³m) gehorcht:
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l&sub1;> l&sub2;> l&sub3; mit, bevorzugt l&sub1; ≥ 2 l&sub2;;
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- 50 mm ≤ l&sub2; ≤ 10,000 mm, bevorzugt, 100 mm ≤ l&sub1; ≤5,000 mm;
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- 2 mm ≤ l&sub3; ≤ 2.000 mm, bevorzugt, 5 mm ≤ l&sub3; ≤ 500 mm.
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Eine zu geringe Breite l&sub2; kann eine falsche Verteilung der
Reaktionsteilnehmer zwischen den katalytischen Betten erzeugen und
kann daher nicht wünschenswert sein; umgekehrt hätte eine zu
große Breite l&sub2; die Tendenz, den mittleren Druck mitten im
Katalysator zu erhöhen, was nicht wünschenswert ist.
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Im Falle der Anwendung auf die katalytische Reformierung kann es
vorteilhaft sein, um eine bessere Umwandlung der Benzine bei der
Verwendung des Reaktionsgefässes (E) nach der Erfindung zu
haben, daß die Dicke 13 jedes katalytischen Betts (52.2), (l&sub3;
entspricht im wesentlichen dem Abstand zwischen den Kanälen oder
den wärmeaustauschenden innenhohlräumen (51)) derart ist, daß
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l&sub3;/2 ≥ dpm ≥ l&sub3;/200, bevorzugt l&sub3;/5 ≥dpm ≥ l&sub3;/100,wo dpm
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dem hydraulischen mittleren Durchmesser eines Katalysatorkorns,
welches die mittlere Abmessung eines Katalysatorkorns darstellt
(dp = hydralischer Durchmesser eines Katalysatorkorns = 6V/S
wo V sein Volumen und S seine Oberfläche ist).
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Wenn die Katalysatorkörner Kugeln sind, stellt dpm den mittleren
Durchmesser dieser Kugeln dar.
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Man kann (s. Figur 10) in jedem Kanal oder im wesentlichen
parallelepipedförmigen Innenhohlraum (51) zwischen zwei
katalytischen elementaren benachbarten Reaktionszellen (52) und in
jedem Kanal oder Innenhohlraum (51) der im wesentlichen
parallelepipedförmig ist und zwischen einer Wand (53, 54) des Reaktors
und der elementaren katalytischen Reaktionszelle (52) angeordnet
ist, welche dieser Wandung am weitesten benachbart und im
wesentlichen parallel zu dieser Wandung ist, benachbarte im
wesentlichen untereinander parallele Leitungen vorsehen, die
bevorzugt im wesentlichen senkrecht zur Hauptzirkulationsrichtung
der zu behandelnden Charge (d.h. im wesentlichen horizontal im
Fall eines im wesentlichen vertikalen Reaktionsgefässes (E) mit
einem im wesentlichen vertikalen Reaktor (5), beispielsweise wie
dem in Figur 5 schematisierten, sind). Diese Leitungen können
vermittels gewellter Bleche hergestellt sein, wobei die
Querschnitte dieser Leitungen nach Wahl eine der folgenden Form
haben: dreieckig (Figur 10B), quadratisch, rechtwinklig,
polygonal (Figur 10A), mit einem sinusförmigen Teil (Figur 10C) oder
Äquivalenten.
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Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung dieses
Reaktionsgefässes (E) zur Durchführung der katalytischen
Reformierung von Kohlenwasserstoffraktionen insbesondere Naphtas, zur
Herstellung von Benzinen mit hoher Oktanzahl, unter niedrigem
Druck sowie zur Durchführung der Dehydrierung der parafinischen
Kohlenwasserstoffraktionen, um Olefine herzustellen,
beispielsweise für die Umformung des Propans in Propylen und auch zur
Durchführung der Zyklisierung oder Dehydrozyklisierung der
Alkane in aromatischen Verbindungen.
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Das Reaktionsgefäß (E) nach der Erfindung und insbesondere mit
einem Reaktor (5) wie in Figur 5 schematisiert, das wenigstens
ein Mittel (5a) zum kontinuierlichen Einführen frischen
Katalysators und wenigstens ein Mittel (5b) zum kontinuierlichen
Abziehen des verbrauchten Katalysators (5b) hat, ist insbesondere
gut zur Durchführung der katalytischen Reformierung von
Kohlenwasserstoffschnitten geeignet.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren der
katalytischen Reformierung, durchgeführt in einem Reaktionsgefäß
(E), wie vorher beschrieben, in dem man eine
Kohlenwasserstoff-Charge unter Reformierungsbedingungen in Anwesenheit von
Wasserstoff durch eine Reaktionszone (siehe die Figuren 1 - 11)
zurkulieren läßt, in der der Druck zwischen 0,05 und 2,0 MPa,
vorzugsweise
zwischen 0,05 und 1,0 MPa liegt, wobei diese Zone
umfaßt:
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- einerseits wenigstens zwei katalytische elementare einander
nicht benachbarte Reaktionsräume (52), die vorzugsweise im
wesentlichen parallelepipedförmig sind und je vorzugsweise aus
einer individuellen Verteilerzone (52.1), die im
wesentlichen parallelepipedförmig ist, einer individuellen
Sammlerzone (52.3), vorzugsweise im wesentlichen
parallelepipedförmig und aus einem Katalysatorbett (52.2) sich
zusammensetzt, das zwischen diese beiden genannten Zonen
(52.1. und 52.2) zwischengeschaltet ist und im
wesentlichen vorzugsweise parallelepipedförmig ist und
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- andererseits, vorzugsweise im wesentlichen
parallelepipedförmige Innenhohlräume (51).
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Diese katalytischen elementaren Reaktionsräume (52) und diese
Innenhohlräume (51) sind vorzugsweise im wesentlichen vertikal
oder im wesentlichen parallel untereinander angeordnet, wobei
jeder elementare katalytische Reaktionsraum (52) sandwichartig
zwischen wenigstens zwei Innenhohlräumen (51) erfaßt ist, in
denen vorzugsweise im wesentlichen horizontal das
Wärmeträgerfluid (vorher definiertes Heizgas) zirkuliert, welches die zur
Reformierungsreaktion notwendige Wärme zuführt.
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In dem verbesserten Verfahren wird das Wärmeträgerfluid in n
Schichten unterteilt, wobei die Enthalpie jeder Schicht auf den
gewünschten Wert durch Wärmezufuhr eingestellt wird, wobei diese
Wärmezufuhr in oder wenigstens benachbart der
Schichtenbildungszone vor dem Eintritt des Wärmeträgerfluids in diese
Innenhohlräume (51) durchgeführt wird, wobei diese
Wärmeträgerfluidschichten je die für die Reformierungsreaktion notwendige Wärme
zuführen, Verfahren, bei dem im übrigen man:
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- die Kohlenwasserstoff-Charge in das Innere einer allgemeinen
Verteilerzone (41) schickt,
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- diese Charge, die aus der allgemeinen Verteilerzone (41)
stammt, in die individuelle Verteilerzone (52.1) jedes
katalytischen elementaren Reaktionsraums (52) schickt,
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- diese Charge aus der individuellen Verteilerzone (52.1)
in jedes entsprechende katalytische Bett (52.2), das
sie horizontal durchsetzt, schickt, wobei Charge und
Wärmeträgerfluid dann im wesentlichen parallel
und im Gleichstrom strömen,
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- die behandelte Charge am Austritt jedes katalytischen Betts
(52.2) der individuellen entsprechenden Sammelzone (52.3)
gewinnt und
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- die behandelte Charge aus jeder individuellen Sammlerzone
(52.3) in eine allgemeine Sammlerzone (51) abzieht,
aus der man dann diese behandelte Charge abzieht.
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Im übrigen ist in jedem katalytischen elementaren Reaktionsraum
(52) die Position des Eintritts der Charge in die individuelle
Verteilerzone (52.1) im wesentlichen diagonal bezogen auf die
Mitte des entsprechenden katalytischen Bettes (52.2)
gegenüberliegend der Austrittsposition der behandelten Charge aus der
entsprechenden individuellen Sammlerzone (52.3).
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Jedes katalytische Bett (52.2) ist vorzugsweise vom beweglichen
Typ, die Katalysatorkörner werden beispielsweise kontinuierlich
am oberen Teil jedes katalytischen Bettes (52.2) eingeführt und
kontinuierlich am unteren Teil jedes katalytischen Bettes (52.2)
abgezogen, nachdem sie von oben nach unten im Innern jedes
Bettes (52.2) gewandert sind.
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Die Katalysatorkörner können dann über das untere Ende
beispielsweise einer verbreiterten Zone abgezogen werden, die die
Form eines Konus oder einer Pyramide hat, deren Spitze nach
unten weist, wobei die Zone mit dem unteren Teil jedes
katalytischen Bettes (52.2) verbunden ist.
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Es ist vorteilhaft, daß das Wärmeträgerfluid im Innern jedes
Innenhohlraums (51) in benachbarten (siehe Figur 10)
vorzugsweise im wesentlichen horizontalen Leitungen auf der Basis
gewellter Bleche zirkuliert, wobei die Querschnitte dieser
Leitungen nach Wahl eine der folgenden Formen haben: dreieckig (Figur
10B), quadratisch, rechtwinklig, polygonal (Figur 10A) mit einem
sinusförmigen Teil (Figur 10C) oder Äquivalent. Diese Leitungen
ermöglichen es insbesondere, eine homogenere Zirkulation des
Wärmeträgerfluids in sämtlichen Innenhohlräumen (51)
sicherzustellen und konstant diesem Fluid eine Zirkulation zu erteilen,
die sehr wesentlich parallel zu der der Charge in den
katalytischen Betten (52.2) ist.
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Eine bevorzugte Verwirklichung der Verfahren gemäß der Erfindung
besteht darin, daß die Höhe l&sub1;, die Breite l&sub2; und die Dicke l&sub3;
jedes Katalysatorbettes (52.2) den folgenden Bedingungen
entspricht (1 mm = 10&supmin;³m):
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. l&sub1; > l&sub2; > l&sub3; mit vorzugsweise l&sub1; ≥ 2l&sub2;;
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. 50 mm ≤ l&sub2; ≤ 10.000 mm, vorzugsweise 100 mm ≤ l&sub2; ≤ 5.000 mm;
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. 2 mm ≤ l&sub3; ≤ 2.000 mm, vorzugsweise 5 mm ≤ l&sub3; ≤ 500 mm.
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Um die Wirksamkeit der Verfahren gemäß der Erfindung zu erhöhen,
kann es vorteilhaft sein, daß die Dicke l&sub3; jedes katalytischen
Bettes (52.2) (l&sub3; entspricht ebenfalls dem Abstand zwischen den
wärmeaustauschenden Kanälen oder Innenhohlräumen (51)) derart
ist, daß
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l&sub3;/2 ≥ dpm ≥ l&sub3;/200, bevorzugt l&sub3;/5 ≥dpm ≥ l&sub3;/100,wo dpm
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dem hydraulischen mittleren Durchmesser eines Katalysatorkorns
entspricht, welches die mittlere Abmessung eines
Katalysatorkorns darstellt.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf ein katalytisches
Reformierverfahren, bei dem man eine üblicherweise flüssige
Kohlenwasserstoffcharge unter Reformierungsbedingungen in Anwesenheit von
Wasserstoff nacheinander durch zwei Reaktionszonen zirkulieren
läßt, wobei wenigstens in deren erster dieses Verfahren wie
vorher abläuft.
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Unter den verschiedenen Verfahren gemäß der Erfindung liegt der
stündliche Massendurchsatz der zu behandelnde
Kohlenwasserstoffcharge üblicherweise bei dem ein- bis zehnfachen vorzugsweise
dem zwei- bis fünffachen der Gesamtmasse an Katalysator, der in
der oder den Reaktionszonen enthalten ist.
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In den Fällen, wo das verwendete Wärmeträgerfluid aus Rauchgasen
(oder Heizgasen) besteht, bevorzugt man es, einen Teil dieser
Heizgase (beispielsweise vermittels eines in Figur 1
dargestellten Kamins (100)) abzuziehen und damit zu eliminieren, wobei der
Rezyklisierungsgrad der Heizgase (Gewichtsverhältnis der
rezyklisierten Heizgase zum abgezogenen und nicht rezyklisierten
Heizgas) dann nützlicherweise zwischen etwa 0,5 und etwa 200,
vorzugsweise zwischen etwa 2 und 50, beträgt.
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In einer bevorzugsten Verwirklichungform des
Reformierungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird das
Wärmeträgerfluid in drei Schichten durch 2 Mittel (S&sub1;) und (S&sub2;) zur
Schichtenbildung unterteilt, wobei jede Schicht derart erwärmt wird,
daß die gemessene Austrittstemperatur des Wärmeträgerfluids in
Höhe jeder Schicht in der Ebene im wesentlichen senktrecht zu
den seitlichen im wesentlichen vertikalen Wandungen (53 und 54)
des Reaktors in der Austrittszone des Wärmeträgerfluids, im
wesentlichen gegenüber einem Kanal (51) derart ist, daß die
untere benachbart dem allgemeinen Sammler (61) der behandelten
Charge angeordnete Schicht eine Temperatur Ts³ derart hat, daß
die obere benachbart dem allgemeinen Verteiler (41) der Charge
angeordnete Schicht eine Temperatur Ts¹ hat und daß die
Zwischenschicht zwischen den beiden oben beschriebenen Schichten
befindliche Schicht eine Temperatur Ts² hat, wobei diese Temperaturen
derart sind, daß Ts³ grösser oder gleich Ts² ist, die selbst
grösser oder gleich Ts¹ ist und Ts³ grösser als Ts¹ wird.
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Bevorzugt haben die durch die Schichtungsbildungsmittel (S)
definierten Schichten im wesentlichen gleiche Volumina.
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Beispielsweise kann eine der zu reformierenden
Kohlenwasserstoffchargen üblicherweise 35 - 80% Volumen an paraffinischen
Kohlenwasserstoffen, 14 - 51 % naphtenischen Kohlenwasserstoffen
und 2 - 18% aromatischen Kohlenwasserstoff enthalten. Sie werden
im wesentlichen aus Benzinen gebildet. Diese Charge ist
beispielsweise ein Naphta, das zwischen 55 und etwa 225º C
destilliert.
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Die Reformierung gemäß der Erfindung wird an einem Gemisch
dieser Charge und rezyklisiertem Wasserstoff (oder rezyklisierten
Wasserstoff) in einem Anteil derart vorgenommen, daß das
Molverhältnis von Wasserstoff zu behandelnder
Kohlenwasserstoffcharge (H2/HC) üblicherweise etwa zwischen etwa 1 und 100 und
vorzugsweise zwischen etwa 2 und 10 beträgt.
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Die Reformierung erfolgt bei einer Temperatur, die üblicherweise
zwischen 300 und 700ºC vorzugsweise zwischen etwa 400 und 600ºC
liegt.
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Man kann jeden dem Fachmann bekannten Reformierungskatalysator,
der zu im wesentlichen kugelförmigen Körnern konditioniert ist,
verwenden.
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Man verwendet beispielsweise Katalysatoren, die auf der Basis
wenigstens eines Edelmetalls der Gruppe VIII des periodischen
Systems der Elemente, im allgemeinen Platin, getragen ist, und
vorzugsweise durch wenigstens einen Promotor wie Indium,
Germanium, Iridium dotiert ist (US-A-2.848.377) oder Rhenium (US-A-
3.415.737) bzw. Zinn (US-A-3.700.588). Im allgemeinen arbeitet
man in die Katalysatoren ein Halogen wie Chlor oder Fluor ein
(FR-B-2.600.668).
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Die Träger der Reformierungskatalysatoren werden üblicherweise
gewählt aus den Oxiden der Metalle der Gruppen II, III und/oder
IV des periodischen Systms der Elemente wie beispielsweise den
Oxiden des Magnesiums, Aluminiums, Titans, Zirkoniums, Thoriums
oder Siliziums, entweder allein oder im Gemisch miteinander oder
mit Oxiden anderer Elemente des Periodensystems beispielsweise
dem Bor. Man kann auch Kohlenstoff bzw. Kohle verwenden. Man
kann auch Zeolithe oder Molekularsiebe vom Typ X oder T oder vom
Typ Mordenit oder Faujasit oder vom Typ ZSM-5, ZSM-4, ZSM-8 L
etc. verwenden sowie Gemische von Oxiden der Metalle der Gruppen
II, III oder IV mit dem Zeolithmaterial.
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Bevorzugterweise verwendet man einen Träger, der hauptsächlich
aus Aluminiumoxyd gebildet wird, d.h. dessen Aluminiumoxyd
wenigstens 50 Gewichts-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Trägers
und vorzugsweise wenigstens 80 Gewichts-% ausmacht und weiter
bevorzugt verwendet man Aluminiumoxyd allein.
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Die zu reformierende Charge aus Kohlenwasserstoffen, die
vorzugsweise entschwefelt ist, beispielsweise ein Gemisch aus
Benzinen, das aus der direkten Destillation des Rohöls und/oder
Destillation von thermisch oder katalytisch gekrackten
Erdölprodukten stammt, wird in eine Reformierungseinheit geschickt, wo
es sich mit Wasserstoff in einem Verhältnis im allgemeinen
zwischen etwa 1 und 100, vorzugsweise zwischen etwa 2 und 10 Molen
Wasserstoff pro Mol zu behandelnde Kohlenwasserstoffcharge
vermischt.
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Das so gebildete Gemisch, das sich dann erfindungsgemäß unter
einem Druck zwischen 0,05 und 2,0 MPa, vorzugsweise zwischen
0,05 und 1,0 MPa befindet, wird dann vorzugsweise indirekt
erwärmt, üblicherweise bis auf eine Temperatur zwischen 300 und
700ºC, vorzugsweise zwischen etwa 400 und 600ºC.
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Dieses Gemisch passiert dann anschließend über die Leitung (4)
in den erfindungsgemäßen und weiter unten beschriebenen Reaktor
(5), wobei dieser Reaktor einen vorher definierten
Reformierungskatalysator enthält.
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Im Reaktor (5) werden die Benzine reformiert, ihre Molküle
werden dann wenigstens teilweise vermittels von
Dehydrierungsreaktionen, Isomerierungs-, gegebenenfalls Dehydrozyklisierungs- und
Krackreaktionen in Verbindungen mit klar verbesserten
klopffesten Eigenschaften umgewandelt.
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Diese Reaktionen führen zu einer grossen Produktion von
Wasserstoff und einem starken Wärmebedarf.
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In den klassischen Einheiten mit adiabatischen Reaktoren führt
die Endothermizität der Reaktionen dazu, daß schnell die
Temperatur fällt und, um die Reformierungsvorgänge fortzusetzen ist
es dann notwendig, wenigstens eine Zwischenerhitzung
vorzunehmen, indem man die Reaktionsmittel auf einen oder mehrere
äussere Öfen führt.
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Die Verfahren gemäß der Erfindung zeichnen sich insbesondere
dadurch aus, daß man im Reaktor vermittels eines
Wärmeträgerfluids, vorzugsweise auf der Basis von Rauchgasen (oder
Heizgas), die beispielsweise aus der Luftverbrennung von flüssigen
oder gasförmigen Gemischen von Kohlenwasserstoffen stammen,
beispielsweise Erdgas, Raffineriegas, die zwischen den im
Reaktor (5) enthaltenen Katalysatorbetten zirkulieren, führt man
Luft zu, die für die Reforinierungsreaktionen notwendig ist. Der
Kreislauf des Wärmeträgerfluids ist gegen das Reaktionssystem
nicht offen.
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Um eine zu große Ansammlung von Koks zu vermeiden, läßt sich der
Katalysator konstant erneuern; hierzu wird verbrauchter
Katalysator beispielsweise kontinuierlich gegen den unteren Bereich
des Reaktors 5 hin abgezogen und kontinuierlich durch frischen
Katalysator (und/oder regenerierten Katalysator) ersetzt, der
gegen den Kopf des Reaktors (5) eingeführt wird (Arbeitsweise im
sogenannten beweglichen Bett).
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Nach einer Ausführungsform des Reformierungsverfahrens gemäß der
Erfindung umfaßt das Reaktionssystem nur einen einzigen Reaktor
(5) wobei der Reaktionsabstrom aus dem Reaktor über die Leitung
(6) austritt, um das Gemisch (Kohlenwasserstoffe und
Wasserstoff) durch einen Wärmeaustauscher vorzuwärmen.
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In manchmal bevorzugter Weise, und dies als Funktion der Wünsche
des Raffineurs folgt dem Reaktor (5) ein zweiter Reaktor (5'),
entweder vom selben Typ wie dem des Reaktors (5) oder vom
adiabatischen Typ; der aus (5) austretende Reaktionsstrom tritt in
(5') ein und bei Austritt aus dem Reaktor (5') passiert der
Reaktionsabstrom in einem Wärmeaustauscher, wo er das Gemisch
(Kohlenwasserstoffe plus Wasserstoff) vorwärmen wird.
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Man bevorzugt, im zweiten Reaktor (5') bei einer mittleren
Temperatur von mehr als 5 - 100ºC, vorzugsweise 10 - 50ºC, bei der
im ersten Reaktor (5) herrschenden Temperatur zu arbeiten.
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Dieser zweite Reaktor (5') kann adiabatisch sein. Wünschenswert
ist jedoch, daß er durch einen isothermen Reaktor vom gleichen
Typ wie dem des Reaktors (5) gebildet wird, wobei die für die
Reformierungsreaktionen notwendige Wärme direkt im Reaktor (5'),
ebenfalls vermittels eines Wärmeträgerfluids, vorzugsweise auf
der Basis von Rauchgasen (oder Heizgas) zugeführt wird, die
beispielsweise aus der Luftverbrennung von flüssigen oder
gasförmigen Gemischen von Kohlenwasserstoffen stammen, die zwischen
den im Reaktor (5') enthaltenen Katalysatorbetten zirkulieren
(dieses Wärmeträgerfluid ist gegebenenfalls identisch dem im
Reaktor (5) zirkulierenden).
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Dieser zweite Reaktor (5') kann auch in beweglichen Betten
arbeiten; hierzu wird verbrauchter Katalysator beispielsweise
kontinuierlich gegen die Unterseite des Reaktors (5') gesogen
und kontinuierlich durch frischen (und/oder regenerierten)
Katalysator ersetzt, der gegen den Kopf dieses Katalysators (5')
geführt wird.
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Im Wärmeaustauscher kühlt der Reaktionsabstrom ab und die
Benzine, deren Forschungsoktanzahl (NOR) auf etwa 100 gebracht worden
ist, werden wenigstens teilweise kondensiert.
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Dieser Abstrom wird dann beispielsweise in einen Endkondensator
geführt, wo die Benzine zu Ende kondensieren.
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Am Austritt dieses Kondensators passiert der Abstrom
beispielsweise in einen separator, der es ermöglicht, das
Reforming-Erzeugnis eines an Wasserstoff reichen Gemisches abzutrennen.
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Vom Boden des Separators zieht man die erhaltenen Benzine ab,
die das Reforming-Erzeugnis bilden und führt sie vorzugsweise
gegen eine Stabilisierungszone.
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Das an Wasserstoff reiche Gemisch tritt aus dem Separator über
eine nahe seinem Kopf angeordnete Leitung. Man gewinnt
Wasserstoff und rezyklisiert ihn mit Hilfe eines Kompressors in eine
Gemischzone mit der Charge.
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Im Reaktor (5) (siehe die Figuren) wird die für die Reforming-
Reaktionen notwendige Wärme, wie wir vorher gesehen haben, über
ein Wärmeträgerfluid, vorzugsweise auf der Basis von Rauchgasen
(oder Heizgas oder Basen von Rauchgasen), geführt.
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Hierzu wird Luft angesaugt und auf eine Temperatur vorgewärmt,
die üblicherweise zwischen 60 und 300ºC, vorzugsweise zwischen
100 und 250ºC liegt.
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Diese vorgewärmte Luft geht dann durch eine Leitung in einen
Brenner (T) (Verbrennungszone) der im Reaktionsraum (E)
enthalten ist, wo er als Verbrennungsmittel einem
Kohlenwasserstoffgemisch, beispielsweise Erdgas, dient, das über eine Leitung
zugeführt wird (diese Leitungen sind in den Figuren durch eine
einzige Linie 80 schematisiert).
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Die Menge an verwendeter Luft liegt vorzugsweise zwischen dem l
und 5-fachen, vorzugsweise zwischen dem 1 und 3,2-fachen der
Menge stoechiometrische Luft, die zur Verbrennung des
verwendeten Kohlenwasserstoffgemisches notwendig ist.
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Die Temperatur der Rauchgase (oder des Heizgases) wird
vorzugsweise auf eine Temperatur eingestellt, die meist zwischen 400
und 900ºC und vorzugsweise zwischen 450º und 750ºC liegt und sie
wird als Funktion des Niveaus der Schicht bezogen auf das Niveau
der Eintrittszone der Charge in den Reaktor eingestellt.
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Für den Fall, daß man einen zweiten Reaktor (5') vom gleichen
Typ wie den ersten Reaktor (5) verwendet, kann die für die
Reforming-Reaktionen im Reaktor (5') notwendige Wärme ebenfalls
durch ein Wärmeträgerfluid, vorzugsweise auf der Basis von
Abgasen (oder Rauchgasen oder Heizgasen) zugeführt werden. Die
Bildung und der Transport des Wärmeträgerf luids sind
beispielsweise analog dem vorher ebenfalls für den Fall des Reaktors (5)
beschriebenen.
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Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung ohne sie zu
begrenzen.
Beispiel 1 (Vergleich)
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In einer katalytischen Pilot-Reforming-Einheit, deren Reaktor
gemäß den Figuren 5 - 9 und 10A realisiert wurde, dessen
katalytische Betten beweglich sind (l&sub1; = 2500 mm, l&sub2; = 800 mm, l&sub3; =
90 mm und l&sub3; = dpm = 15), bei denen jedoch das Reaktionsgefäß (E)
kein Schichtungsbildungsmittel umf aßt, jedoch 3 Brenner T&sub1;, T&sub2;,
und T&sub3; aufweist, verwendet man den im folgenden beschriebenen
Katalysator und injiziert eine Charge (Naphta), dessen
Zusammensetzung im folgenden gegeben wird, im Gemisch mit Wasserstoff in
einem Molarverhältnis von 4.
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Der verwendete Katalysator ist auf der Basis von Platin, Chlor
und Rhenium (in Gewicht: = 0,35% PT; 0,25% Re; 1,12% Cl) und hat
Aluminiumoxyd als Träger (mit einer spezifischen Oberfläche von
200 m²/g und einem Porenvolumen von 0,57 cm³/g).
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Die zu behandelnde Kohlenwasserstoff-Charge hat die folgende
Zusammensetzung:
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Paraffine: 55,3 %
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Naphtene: 38,7 %
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Aromate: 6,0 %
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Die Charge tritt in den Reaktor (Figur 5) bei 450ºC ein und man
stellt die Temperatur dank einer Rauchgasmenge ein, deren
Eintrittstemperatur auf dem Wert von 650ºC gehalten wird, indem man
Ofenrauchgase mit Austrittsrauchgasen dieses Reaktors, die sich
bei 510ºC befinden, vermischt.
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Der Rezyklisierungsgrad der Rauchgase (im Gewichtsanteil) liegt
bei etwa 9 und der verwendete Luftüberschuß bei eta 10 %.
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Am Austritt kondensiert man das erhaltene Reforming-Erzeugnis,
man rezyklisiert den für das Gemisch notwendigen Wasserstoff zum
Eintritt hin und man stellt die Reinigung der erzeugten Gase
derart ein, daß man einen Austrittsdruck = 0,23MPa erhält.
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Der stündliche Massenstrom der Charge ist derart eingestellt,
daß man ein Reforming-Erzeugnis von 98 NOR erhält.
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In diesem Augenblick stellt man fest, daß
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- das Verhältnis zwischen dem stündlich eingeführten
Massenstrom
und der Masse des im Reaktor enthaltenen
Katalysators gleich 3,3 ist;
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- der Druck am Eintritt in den Reaktor = 0,25 MPa ist;
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- die Temperatur der Reaktionsteilnehmer, obwohl sie gleich
495ºC am Austritt ist, hat jedoch ein Minimum bei 420ºC
in der Mitte des Reaktors;
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- die Ausbeuten stellen sich in folgender Weise
(Gewichtsprozent bezogen auf die Charge) ein:
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. H&sub2; : 3,6 %
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. C&sub1; &submin; &sub2; : 2,2 %
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C&sub3; &submin; &sub4; : 4,6 %
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Reforming-Erzeugnis (C&sub5;&sbplus;): 89,6 %
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Trotz einer geringen Eintrittstemperatur (450ºC) dank
Niederdruckbetrieb, den dieses isotherme Reaktionssystem ermöglicht,
erhält man einen guten Wirkungsgrad an Reformings-Erzeugnis und
Wasserstoff.
Beispiel 2 (erfindungsgemäß)
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Man reproduziert das vorgenannte Beispiel 1, verwendet jedoch
ein Reaktionsgefäß mit zwei Mitteln S&sub1; und S&sub2; zur
Schichtungbildung des Heizgases, dessen Ebenen sich jeweils zwischen den
Brennern T&sub1; und T&sub2; und zwischen den Brennern T&sub2; und T&sub3; (siehe die
Figuren 8 und 9) befinden. Die Charge tritt ebenfalls in den
Reaktor (5) bei 450ºC ein und man stellt die Temperatur dank des
gleichen Rauchgasdurchsatzes ein, dessen Eintrittstemperatur auf
dem Wert von 650ºC gehalten wird.
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Die Brenner werden derart einstellgeregelt, daß die
Austrittstemperaturen der Rauchgase des Reaktors (5) in Höhe jeder
erzeugten Schicht Ts³, Ts², Ts¹ jeweils gleich 515, 510 und 505ºC
sind.
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Der Rezyklisierungsgrad der Rauchgase liegt bei etwa 9 und der
verwendete überschuß bei etwa 10%.
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Am Austritt kondensiert man das erhaltene Reforming-Erzeugnis,
man rezyklisiert den zum Gemisch notwendigen Wasserstoff zum
Eintritt und man einstellregelt die Reinigung der erzeugten
Gase, derart, daß man einen Austrittsdruck aus dem Reaktor
gleich 0,23 MPa erhält.
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Der stündliche Massenstrom der Charge wird derart
einstellgeregelt, daß man ein Reforming-Erzeugnis von 98 NOR erhält.
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In diesem Augenblick stellt man fest, daß:
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- das Verhältnis zwischen dem stündlich eingeführten
Massenstrom und der Masse des im Reaktor enthaltenen Katalysators
gleich 3,3 ist;
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- der Druck am Eintritt des Reaktors liegt bei 0,25 MPa;
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- die Temperaturen der Reaktionsteilnehmer am Austritt
aus dem Katalysatorbett auf dem Niveau der Mitte der
ersten Schicht, der Mitte der zweiten Schicht und der
Mitte der dritten Schicht liegen jeweils bei 490, 495
und 500ºC;
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- die Ausbeuten stellen sich wie folgt ein (Gewichtsprozent
bezogen auf die Charge:
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H&sub2; : 3,8%
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. C&sub1; &submin; &sub2; : 2,0%
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. C&sub3; &submin; &sub4; : 4,2%
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. Reforming-Erzeugnis(C&sub5;&sbplus;) : 90,0%
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Man erhält so eine bessere Ausbeute an Reforming-Erzeugnis und
an Wasserstoff.