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WO2018024740A1 - Reaktor zur durchführung der autothermen gasphasendehydrierung eines kohlenwasserstoffhaltigen gasstromes - Google Patents

Reaktor zur durchführung der autothermen gasphasendehydrierung eines kohlenwasserstoffhaltigen gasstromes Download PDF

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WO2018024740A1
WO2018024740A1 PCT/EP2017/069465 EP2017069465W WO2018024740A1 WO 2018024740 A1 WO2018024740 A1 WO 2018024740A1 EP 2017069465 W EP2017069465 W EP 2017069465W WO 2018024740 A1 WO2018024740 A1 WO 2018024740A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reactor
reaction
oxygen
containing gas
monoliths
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2017/069465
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Olbert
Carlos TELLAECHE HERRANZ
Norbert Asprion
Alexander Weck
Sonja Giesa
Hans-Günter Wagner
Christine TOEGEL
Gregor BLOCH
Hendrik Reyneke
Heinz Boelt
Ulrike Wenning
Anton Wellenhofer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Linde GmbH
Original Assignee
BASF SE
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE, Linde GmbH filed Critical BASF SE
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Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B01J2219/2441—Other constructional details
    • B01J2219/2444—Size aspects
    • B01J2219/2445—Sizes

Definitions

  • the invention relates to a reactor for carrying out the autothermal gas-phase dehydrogenation of a hydrocarbon-containing gas stream, in particular a propane or butane-containing gas stream, using a heterogeneous catalyst which is formed as a monolith.
  • Ceramic or metallic monoliths are established as catalyst supports for noble metal catalysts in mobile and stationary exhaust gas purification.
  • the channels provide the flow with a low flow resistance and at the same time uniform accessibility of the outer catalyst surface for gaseous reaction media. This is advantageous over random heaps, in which a large pressure loss is created by countless deflections in the flow around the particles and the catalyst surface may not be used evenly.
  • the use of monoliths is generally of interest for catalytic processes with high volume flows and adiabatic reaction at high temperatures. These features apply in chemical production engineering in particular for dehydrogenation reactions that occur in a temperature range of 400 ° C up to 700 ° C.
  • a tube bundle heat exchanger is advantageously provided, with a bundle of tubes through which the reaction gas mixture from the autothermal gas phase dehydrogenation is passed, and wherein through the shell space around the tubes, in countercurrent to the reaction gas mixture of the autothermal gas phase dehydrogenation of the dehydrogenated hydrocarbon-containing gas stream is passed.
  • WO 2012/084609 proposes a reactor which has been improved from a safety point of view, according to which the exterior area B is exposed to a gas which is inert under the reaction conditions of the autothermal gas phase dehydrogenation and in which the hydrocarbon-containing gas stream to be dehydrogenated passes over a gas stream to be dehydrogenated Feed line introduced into the heat exchanger, through the
  • the design of the above reactors is complicated, in particular by the division of the reactor interior into an inner region and an outer region in which a housing arranged in the longitudinal direction of the reactor is provided.
  • EP 2931413 describes a reactor with the simpler design and easier exchange of monoliths, in which a reactor is proposed in the form of a cylinder with vertical longitudinal axis for carrying out an autothermal gas phase dehydrogenation of a hydrocarbon-containing gas stream with an oxygen-containing gas stream to obtain a reaction gas mixture, at one heterogeneous catalyst, which is formed as a monolith, wherein one or more catalytically active zones are arranged in the interior of the reactor, comprising in each case a pack of juxtaposed and / or stacked monoliths and wherein before each catalytically active zone in each case one
  • hydrocarbon gas stream in particular a gas stream containing propane or butane, to be further improved, in particular with respect to
  • a reactor in the form of a cylinder with a vertical longitudinal axis for carrying out the autothermal gas phase dehydrogenation of a hydrocarbon-containing gas stream, in particular a gas stream containing propane or butane, with an oxygen-containing gas stream to obtain a reaction gas mixture on a heterogeneous catalyst, which is formed as a monolith in which two, three or more reaction zones are arranged in the interior of the reactor, comprising in each case one, two or more modules of monoliths stacked side by side and one above the other, each of the one, two or more modules extending over the entire height of the reaction zone and wherein before each reaction zone in each case a mixing zone is provided with fixed internals, with one or more supply lines for the dehydrogenated
  • Hydrocarbon-containing gas stream at the upper end of the reactor - with one or more independently controllable supply lines, for the oxygen-containing gas stream in each of the mixing zones, each supply line supplies one or more oxygen gas distributor, and with one or more discharge lines for the reaction gas mixture of the autothermal Gas phase dehydrogenation at the lower end of the reactor, characterized in that the reactor is designed to be separable into the following components: a head portion into which the hydrocarbon to be dehydrogenated
  • Gas stream is supplied uniformly distributed over a cross-section of the reactor via a hydrocarbon gas distributor, and is mixed in a first mixing zone with a first, oxygen-containing gas stream, which is supplied via one or more independently controllable supply lines, each supply line one or more oxygen gas distributor supplying, one or more central parts, each comprising a reaction zone, one or more further independently controllable supply lines, for a further oxygen-containing gas stream, each supply line supplying one or more oxygen distributors, and a mixing zone with fixed internals, and - a bottom part which has only one reaction zone, but not one
  • Reaction gas mixture successively effetströmbare components is constructed dismantled, and moreover has guide shafts for receiving monolithic modules.
  • the reactor preferably has a diameter in the range from 0.5 m to 10 m, in particular in the range from 2.5 m to 5 m.
  • the autothermal gas phase dehydrogenation of the hydrocarbon-containing gas stream takes place on a heterogeneous catalyst, which is in the form of monoliths.
  • a monolith in the present case is a one-piece, parallelepipedic block having a plurality of mutually parallel, continuous channels with narrow Cross section, in the range of about 0.36 mm 2 to 9 mm 2 , understood.
  • the channels are preferably formed with a square cross section, in particular with a
  • Side length of the square in the range of 0.6 mm to 3 mm, particularly preferably from 1, 0 mm to 1, 5 mm.
  • the monoliths are preferably formed from a ceramic material as a carrier material, whereupon a catalytically active layer, preferably by the so-called wash-coating method, is applied.
  • a ceramic material consisting of magnesium oxide, silica and alumina in the ratio 2: 5: 2).
  • cpsi cells per square inch, corresponding to a cell size of 5 mm to 0.6 mm.
  • the geometric surface area increases, so that the catalyst can be used more efficiently.
  • Disadvantages of higher cell densities are a somewhat more difficult manufacturing process, a more difficult one
  • a mixture of talc, clay and alumina-providing components and silica may be prepared, the mixture blended to form a molding compound, the mixture molded, the greenware dried and heated at a temperature of 1200 ° C to 1500 ° C to obtain a ceramic mainly containing cordierite and having a low thermal expansion coefficient.
  • the paste usually consists of a mixture of ceramic powders of suitable size, inorganic and / or organic additives, solvent (water), peptizer (acid) for adjusting the pH and a permanent binder (colloidal solution or sol).
  • the additives may be a plasticizer or a surfactant to adjust the viscosity of the paste or a temporary binder which may later be burned off. Sometimes glass or carbon fibers are added to increase the mechanical strength of the monolith. The permanent binder should improve the internal strength of the monolith.
  • Cordierite monoliths can be prepared from a charge consisting of talc, kaolin, calcined kaolin and aluminum oxide and together form a chemical compound of 45 to 55% by weight of SiO 2 , 32 to 40% by weight of Al 2 O 3 and 12 to 15 wt.% MgO.
  • Talc is a material mainly composed of magnesium silicate hydrate,
  • Mg3Si 4 Oio (OH) 2 exists.
  • the talc may also be mixed with other minerals such as tremolite (CaMg 3 (Si0 3 ) 4), serpentine (3Mg0.2Si0 2 , 2H 2 0), anthophyllite (Mg 7 (OH) 2 (Si40n) 2), Magnesite (MgCOs), mica and chlorite be associated.
  • the monolithic base structure is coated with a catalyst support layer comprising one or more ceramic oxides or a catalyst layer which already supports the catalytically active metals and the optional further (promoter) elements supported on the ceramic oxide support material, the coating following a washcoat coating method is produced.
  • the monoliths are incorporated in the reactor in the reaction zones in such a way that the channels of the same are flowed through in the vertical direction by the reaction gas mixture.
  • the monoliths are stacked side by side and one above the other to form modules; In this case, each of the two, three or more reaction zones can each have one, two or more modules of monoliths stacked next to and above one another.
  • Each of the one, two or more modules essentially extends over the entire height of the respective reaction zone.
  • one module may comprise four by four monoliths in a horizontal plane (layer) in the reactor and fifteen monoliths in the vertical direction, or three by three monoliths in the horizontal direction and by fifteen monoliths in the vertical direction.
  • the guide shafts are preferably formed of a heat-resistant metallic material, preferably of a stainless steel with the material numbers 1 .4541 or 1.4910 or 1.4841.
  • Embodiment releasably connected to each other, that is they form one
  • Guide shafts with square or rectangular cross section firmly connected.
  • the individual guide shafts are not detachable (ie fixed) connected to each other, that is, they form a one-piece spatial matrix in the reactor interior.
  • the matrix of guide shafts is preferably self-supporting and torsionally rigid.
  • the matrix of guide shafts is welded. There must be a suitable clearance between the guide shafts and the monolithic modules to be inserted so that the modules can be exchanged as needed as the catalyst activity falls below a predetermined level. Within a module, the adjacent monoliths each form a horizontal position.
  • the monoliths of a module arranged next to one another in each case form a layer, which is preferably provided by means of spacers for
  • empty spaces or intended distances are advantageously provided for this purpose so that the reaction gas can again mix over the reactor cross section.
  • spacers are advantageously provided.
  • the spacers are placed so that as no
  • the monoliths of a module which form a layer and are arranged side by side, are sealed against each other and toward the module wall with fiber or inflatable mats.
  • the modules of monoliths stacked next to and above one another are sealed in a gas-tight manner to the guide shafts, in particular by means of fiber or blown mats or by weld lip seals.
  • the modules inserted into the guide shafts are sealed off from the same.
  • the modules in a preferred embodiment at its upper
  • seal are, for example, high temperature fiber mats.
  • a weld lip seal can be provided for sealing the modules against the guide shafts.
  • the reactor is cylindrical and the guide shafts have a square or rectangular cross-section, it is preferable to seal the edge region between the reactor inner wall and the guide shafts.
  • these may be filled metal filled boxes.
  • the displacers may be formed of a cast material, for example of lightweight expanded concrete or of ceramic.
  • the inner wall of the reactor has one or more gas-tight insulation layers.
  • the reactor inner wall advantageously has an insulation layer.
  • the reactor jacket is exposed to a lower temperature and can thus from a cheaper material and / or be made in a smaller thickness compared to an embodiment without insulation layer.
  • the insulation layer is preferably formed in multiple layers. It can also be made of different materials. In one embodiment, as
  • Insulation material microporous material are used, which is installed in sheet metal cassettes. Preferably, any shocks of individual cassettes are offset from each other to reduce the heat losses.
  • the insulation layer is advantageously gas-tight. This can be achieved, for example, by drawing a thin stainless steel cover over the insulation layer, also called a metal shirt.
  • the insulating layer on the inner wall of the reactor in the region of the reaction zones is double-layered, with a first, applied to the inner wall of the reactor, pressure-stable position and a second, to the reactor interior oriented position, which is formed from a Blähmatte, and in the remaining areas in one layer of a high-temperature-stable fiber mat, which has a sheet metal facing towards the reactor interior.
  • the reactor wall has an outer insulation.
  • the hydrocarbon-containing reactant stream flows hot, at reaction temperature, in particular at 480 ° C to 520 ° C or slightly overheated, over a
  • Hydrocarbon gas distributor preferably distributed over perforated plate distributor with different hole sizes roughly over the cross-sectional area of the reactor.
  • Reactor cross section corresponds.
  • the inner wall of the head part is advantageously one or more layers gas-tight thermally insulated.
  • the insulation is lined with a metal shirt.
  • each Supply line comprises one or more oxygen gas distributor.
  • Oxygen gas distributor is arranged in the cylindrical part of the head part.
  • the oxygen gas distributors can advantageously be designed as ring distributors or bar distributors, in particular as tubes welded or screwed together with openings.
  • hydrocarbon-containing and oxygen-containing gas streams are then mixed in a mixing zone with solid internals.
  • a multilayer offset plate system or a radial mixing system can be used for this purpose, in which the gas to be mixed is guided between spaced-apart plates with static mixers arranged therebetween.
  • the mixing devices are advantageously designed in such a way that a mixing quality of at least 95% is achieved.
  • the lowest layer of the plate-shaped mixing elements is interrupted by gaps through which the reaction gas mixture flows in a wide flat jet.
  • the plate-shaped mixing elements form of vortex rolls, which are essential for mixing.
  • a further perforated plate device is advantageously provided for equalizing the flow. This ensures in particular a mechanical protection of the monoliths.
  • the homogenization of the gas distribution to the individual Monolithkanäle is rather of minor importance, since the pressure drop across the channels is sufficiently large.
  • the aperture ratio and the hole diameter are advantageously to be chosen such that the spacing of the perforated plates to the monoliths in the range of about ten times the mean hole diameter of the sheet.
  • the headboard is advantageously flanged. In another embodiment, it is connected to the first or only central part of the reactor with a weld lip seal. It is important to note that the distance from the mixing zone of the head part to the first reaction zone in the first or in the single center part is sufficiently short, so that the total residence time of the reaction gas mixture remains below 100 ms. This also applies to the other interference zones.
  • reaction zone In the one or more middle parts is in each case a reaction zone
  • the modules are designed in such a way that in each case a plurality of monoliths in the horizontal direction, next to each other, are assembled into a respective layer, and that a plurality of layers are assembled one above the other to form a respective module. Between the monoliths are provided for sealing inflatable mats or storage mats. The monoliths are also sealed to the metallic enclosure of the module wall, preferably also with inflatable mats or storage mats.
  • Inflatable mats are known from the catalytic emission control and described for example in DE-A4026566. They consist essentially of ceramic fibers
  • the individual monolithic layers of a module can be placed directly on one another or at a distance from one another. For spaced layers, it is advantageous to use spacers.
  • the modules formed from monoliths advantageously have a metallic enclosure in the longitudinal direction of the channels of the same.
  • tie rods between the monolithic layers.
  • Tie rods can be used by suitable dimensioning of the same as a spacer between the monoliths.
  • the tie rods also have the further advantage that the monoliths can not slip in the modules in the vertical direction. This could occur in the case of failure of the inflatable and / or fiber mats.
  • the reactor has a single central part.
  • the reactor has two, three or more, preferably identically formed middle parts.
  • the one or more middle parts closes below the same one
  • Base part which comprises a further reaction zone corresponding to the reaction zones described above, but not a further supply of oxygen-containing gas and also no further mixing zone.
  • reaction zone modules are preferably on carriers or hang, carried by the flanging of the module housing in the
  • the modules can be placed directly on the carriers or hang in the guide shafts.
  • a support system in the form of a support grid are integrated in the lowest part of the module.
  • the Auflageroste are advantageously designed such that they do not obstruct the channels for the flow through the reaction gas mixture, so are open-pored.
  • one or more layers of a wire mesh may be provided on the support bottom, wherein the meshes of the directly located on the support post layer are slightly coarser and increasingly finer towards the monoliths.
  • Preference is given to mesh sizes in the range of 5 to 15 mm and wire diameter in the range of 0.2 to 2 mm.
  • a layer of an open-cell foam ceramic preferably with a void volume of 70% to 90%, which is free for the reaction gas flow, may be provided in the region immediately adjacent to the support bottom.
  • a first layer of a highly porous foam ceramic in particular with a free void volume of about 70% and a height in the range of 10 mm to 100 mm, preferably in the range of 40 mm to 60 mm, Be provided, and about a second layer, which is formed of monoliths with a thickness of 50 mm, the channels with a larger cross-section with respect to the other, from the Auflagerost further away monoliths have.
  • the monoliths are formed in the two or more reaction zones each having different catalytic activity.
  • Monoliths formed from different catalyst material or from catalyst material with different activity are monoliths formed from different catalyst material or from catalyst material with different activity.
  • Guide shafts are provided for the monolith modules, it is possible in a simple manner, the same, after dropping the catalytic activity, usually after an operating time of about one to two years, individually exchange, outside the reactor, so a more precise and much faster Operation is possible over an exchange of monolith modules via manholes inside the reactor.
  • the catalyst change can take place in up to one-fifth of the time previously required for this, with a correspondingly lower downtime.
  • the reactor is also advantageous from a safety point of view.
  • Monolith modules and below the respective mixing device can be kept small, low residence times of usually less than 100 ms, possible, so that side reactions are significantly limited, with a corresponding improvement in product quality.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a preferred embodiment of a
  • Figure 2 is a supplement to the basic structure shown in Figure 1 by
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through an exemplary monolith module, formed from
  • FIG. 3A shows a section through the monolith module shown in Figure 3 in the plane
  • FIG. 3 shows a spatial representation of the monolith module shown in FIG. 3
  • FIG. 4 shows a section in the plane A-A through the reactor shown in FIG. 2, showing the seal in the region between the monolith modules and the reactor inner wall;
  • Figure 5 is a longitudinal section through a central part of a preferred embodiment of a reactor according to the invention.
  • FIGS. 1 to 6 show a section in the plane D-D through the reactor shown in Figure 5.
  • FIGS. 1 to 6 use the following reference symbols:
  • FIG. 1 shows an embodiment of a reactor 1 according to the invention in the form of a cylinder with a vertical longitudinal axis for carrying out the autothermal gas phase dehydrogenation of a butane-containing gas stream B with an oxygen-containing gas stream O to obtain a reaction gas mixture R on a heterogeneous catalyst which is designed as a monolith 4 is.
  • the reactor 1 has at its upper end a head part 13, into which a
  • Feed line 7 for a butane-containing gas stream B opens.
  • the butane-containing gas stream B is distributed over a hydrocarbon gas distributor 16 and a flow rectifier 17 evenly over the free reactor cross-section and flows in the reactor down.
  • Below the flow rectifier 17 opens a feed line 8 for an oxygen-containing gas stream O in the head part 8.
  • the oxygen-containing gas stream is distributed by means of oxygen gas distributor over the free reactor section and blown into the butane-containing gas stream B. Both streams are intimately mixed in a subsequent mixing zone 6.
  • the head part is adjoined by two identically formed middle parts 14, each comprising a reaction zone 5 of a plurality of modules 3, each of which are formed of monoliths stacked side by side and stacked one on top of the other, as in the preferred embodiment shown here can.
  • the modules 3 from the monoliths 4 are not shown in FIG. 1 for the sake of clarity.
  • the bottom part 15 of the reactor 1 comprises, analogously to the two middle parts 14, a reaction zone 5, but no further supply line 8 of an oxygen-containing gas stream O and no corresponding gas mixing devices more.
  • the bottom part 15 has in its lower part a discharge line 10 for the
  • Reaction products in the form of a reaction gas mixture R Reaction products in the form of a reaction gas mixture R.
  • FIG. 2 illustrates the modules 3 of monoliths 4 inserted in the exemplary three reaction zones 5.
  • the reactor 1 can be dismantled into individual components, in particular into the head part 13, the individual middle parts 14 and the bottom part 15.
  • the head part 13, the middle parts 14 and the bottom part 15 are in the example shown connected by flanges 18, between which seals 19 are arranged.
  • the bottom part 15 itself can be dismantled into two parts, which are connected via a flange connection.
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through a module 3 made of monoliths 4, which by way of example has, in cross section, 4 ⁇ 4 monoliths and 15 monoliths in the longitudinal direction.
  • the monoliths are sealed against each other and to the Wandein neutral by means of inflatable mats.
  • spacers 12 are provided in the vertical direction.
  • FIG. 3b further illustrates the structure of a module of 4 x 4 x 15 monoliths, with the same sheet metal jacket in the longitudinal direction.
  • Figure 4 shows a cross section through an exemplary reactor according to the invention with 17 symmetrically arranged monolith modules 3, with sealing of the space between the monolith modules 3 and the reactor inner shell, and with Equipment of the reactor shell 20 with both an outer insulation 21 and an inner insulation 22.
  • the inner insulation 22 is also inside and outside with
  • Blähmatten 23 provided as an additional seal.
  • displacement elements 24 are also arranged in the areas not filled by monoliths, which ensure that the reaction gas mixture can flow only through the filled with monoliths cross-section of the reactor.
  • FIG. 5 shows a longitudinal section through a middle part of the reactor 1 shown in FIG.
  • FIG. 6 shows a cross section through the central part shown in FIG. 5 in the plane D-D, that is to say in the region of the oxygen gas distributor 9 and the feed 8 of the oxygen-containing gas O.
  • the exemplary experimental reactor consists of three reaction zones.
  • Reaction zone are installed an upstream intermediate feed for an oxygen-containing gas stream and a downstream mixing zone.
  • Each reaction zone consists of 15 layers of catalytic monoliths of dimensions
  • Each monolithic layer consists of two monoliths, which are combined into a 2-module.
  • the main stream is the feed with a butane-containing gas. This is homogenized before the first feed of oxygen-containing gas and mixed after the feed of the oxygen-containing gas in a mixing zone before it flows into the first reaction zone.
  • Reaction zone flows largely rectified, is acted upon by the second inlet of oxygen-containing gas. After repeated mixing, the reaction gas mixture flows into the second reaction zone and analogously through or into the third reaction zone.
  • Christsgasabloom founded online gas analyzes, in particular GC, IR performed.
  • the reactor is operated in two operating modes, the actual production mode and the regeneration mode.
  • the operating time of each mode lasts in each case 12 h, so that two reactors in alternating operation are necessary for a large-scale implementation.
  • the experimental reactor was operated with the following feed streams in production mode: Feed butane-containing gas Feed oxygen-containing gas (about 50 mol% butane) (about 15 mol% oxygen)
  • the operating temperature during the production mode was between 550 and 620 ° C.
  • the total pressure loss over the three reaction zones was 600 mbar.
  • the experimental reactor was running TOS ("time on stream") for 4,000 hours, ie 160 cycles were run, one cycle each containing one production and one cycle

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reaktor (1) in Form eines Zylinders mit vertikaler Längsachse zur Durchführung der autothermen Gasphasendehydrierung eines kohlenwasserstoffhaltigen Gasstromes(B), insbesondere eines Propan oder Butan enthaltenden Gasstromes, mit einem Sauerstoff enthaltenden Gasstrom (O) unter Erhalt eines Reaktionsgasgemisches (R) an einem heterogenen Katalysator, der als Monolithe (4) ausgebildet ist. Der erfindungsgemäße Reaktor ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) in die folgenden Bauteile zerlegbar ausgebildet ist: ein Kopfteil (13), in das der zu dehydrierende kohlenwasserstoffhaltigen Gasstrom (B) zugeführt, über einen Kohlenwasserstoffgasverteiler (16) gleichförmig über den Querschnitt des Reaktors (1) verteilt, und in einer ersten Mischzone (6) mit einem ersten, Sauerstoff enthaltenden Gasstrom (O) vermischt wird, der über eine oder mehrere, unabhängig von einander regelbare Zuführleitungen (8) zugeführt wird, wobei jede Zuführleitung (8) einen oder mehrere Sauerstoffgasverteiler (9) versorgt; ein oder mehrere Mittelteile (14), umfassend jeweils eine Reaktionszone (5), eine oder mehrere weitere, unabhängig voneinander regelbare Zuführleitungen (8) für einen weiteren, Sauerstoff enthaltenden Gasstrom (O), wobei jede Zuführleitung (8) einen oder mehrere Sauerstoffgasverteiler (9) versorgt, sowie eine Mischzone (6) mit festen Einbauten, undein Bodenteil (15), das lediglich eine Reaktionszone (5) aufweist, nicht jedoch eine Zuführleitung (8) für einen weiteren, Sauerstoff enthaltenden Gasstrom (O) sowie auch keine weitere Mischzone (6), und dass in der zwei, drei oder mehreren Reaktionszonen (5) jeweils eine räumliche Matrix aus zwei, drei oder mehreren in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches (R) durch den Reaktor (1) offenen Führungsschächten (11) mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt vorgesehen ist, und wobei sämtliche der neben-und übereinander angeordneten Monolithe (4) eines Moduls (3) jeweils in demselben Führungsschacht (11) eingeschoben sind.

Description

Reaktor zur Durchführung der autothermen Gasphasendehydrierung eines
kohlenwasserstoffhaltigen Gasstromes
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur Durchführung der autothermen Gasphasendehydrierung eines kohlenwasserstoffhaltigen Gasstromes, insbesondere eines Propan oder Butan enthaltenden Gasstromes, unter Verwendung eines heterogenen Katalysators, der als Monolith ausgebildet ist.
Keramische oder metallische Monolithe sind als Katalysatorträger für Edelmetallkatalysatoren in der mobilen und stationären Abgasreinigung etabliert. Die Kanäle bieten der Strömung einen geringen Strömungswiderstand bei gleichzeitig gleichmäßiger Zugänglichkeit der äußeren Katalysatoroberfläche für gasförmige Reaktions- medien. Dies ist vorteilhaft gegenüber regellosen Haufwerken, bei denen durch unzählige Umlenkungen bei der Strömung um die Partikel ein großer Druckverlust entsteht und die Katalysatoroberfläche eventuell nicht gleichmäßig genutzt wird. Der Einsatz von Monolithen ist generell interessant für katalytische Prozesse mit hohen Volumenströmen und adiabater Reaktionsführung bei hohen Temperaturen. Diese Merkmale treffen in der chemischen Produktionstechnik insbesondere für Dehydrierungsreaktionen zu, die in einem Temperaturbereich von 400 °C bis zu 700 °C ablaufen.
Fortschritte in der Katalysatortechnik ermöglichen die selektive Verbrennung des Dehydrierwasserstoffes in Anwesenheit von Kohlenwasserstoffen, wie beispielsweise in US 7,034,195 beschrieben. Eine derartige Fahrweise wird als autotherme Dehydrierung bezeichnet und erlaubt, Dehydrierreaktoren direkt zu beheizen, so dass aufwändige Vorrichtungen zur indirekten Vor- und Zwischenheizung des Reaktionsgemisches entfallen. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in US 2008/01 19673 beschrieben. Dieses Verfahren besitzt jedoch den gravierenden Nachteil, dass die Dehydrierung an einem heterogenen Katalysator in Pelletform durchgeführt wird: Der hohe Strömungswiderstand von Pelletschüttungen erfordert einen großen Reaktorquerschnitt und eine entsprechend niedrige Durchströmungsgeschwindigkeit, um den Druckabfall in der katalytisch aktiven Schicht zu begrenzen. Dieser Nachteil wird durch eine sehr aufwändige Vorrichtung zur Dosierung und Verteilung des Sauerstoffes ausgeglichen, was den Vorteil der autothermen Dehydrierung beeinträchtigt. Die EP-A 2 506 963 stellt einen Reaktor in Form eines liegenden Zylinders zur
Durchführung einer autothermen Gasphasendehydrierung eines kohlenwasserstoff- haltigen Gasstromes mit einem Sauerstoff enthaltenden Gasstrom unter Erhalt eines Reaktionsgasgemisches an einem heterogenen Katalysator, der als Monolith ausge- bildet ist, zur Verfügung, wobei der Innenraum des Reaktors durch ein lösbar, in Längsrichtung des Reaktors angeordnetes kreiszylindrisches oder prismatisches, in Umfangsrichtung gasdichtes, an beiden Stirnseiten desselben offenes Gehäuse G in einen Innenbereich A, mit einer oder mehreren katalytisch aktiven Zonen, worin jeweils eine Packung aus aufeinander, nebeneinander und hintereinander gestapelten Monolithen und vor jeder katalytisch aktiven Zone jeweils eine Mischzone mit festen Einbauten vorgesehen ist und einen koaxial zum Innenbereich A angeordneten Außenbereich B aufgeteilt ist, mit einer oder mehreren Zuführleitungen für den zu dehydrierenden
kohlenwasserstoffhaltigen Gasstrom in den Außenbereich B, Umlenkung des zu dehydrierenden Kohlenwasserstoffstroms an einem Ende des Reaktors und
Zuführung über einen Strömungsgleichrichter in den Innenbereich A, mit einer oder mehreren, unabhängig voneinander regelbaren Zuführleitungen für den Sauerstoff enthaltenden Gasstrom in jede der Mischzonen, wobei jede Zuführleitung eine oder mehrere Verteilerkammern versorgt, sowie mit einer Abführleitung für das Reaktionsgemisch der autothermen Gasphasendehydrierung am Ende des Reaktors wie die Zuführleitung für den zu dehydrierenden Kohlenwasserstoffstrom.
An dem Reaktorende, an dem die Abführleitung für das Reaktionsgasgemisch der autothermen Gasphasendehydrierung angeordnet ist, ist vorteilhaft ein Rohrbündelwärmetauscher vorgesehen, mit einem Bündel von Rohren, durch die das Reaktionsgasgemisch von der autothermen Gasphasendehydrierung kommend geleitet wird, und wobei durch den Mantelraum um die Rohre, im Gegenstrom zum Reaktionsgasgemisch der autothermen Gasphasendehydrierung der zu dehydrierende kohlen- wasserstoffhaltige Gasstrom geleitet wird. Die WO 2012/084609 schlägt, ausgehend von der EP-A 2 506 963, einen aus sicherheitstechnischer Sicht verbesserten Reaktor vor, wonach der Außenbereich B mit einem unter den Reaktionsbedingungen der autothermen Gasphasendehydrierung inerten Gas beaufschlagt ist und dass der zu dehydrierende kohlenwasserstoffhaltige Gasstrom über eine Zuführleitung in den Wärmetauscher eingeleitet, durch das
Reaktionsgasgemisch im Gegenstrom durch indirekten Wärmetausch aufgeheizt und weiter an das dem Wärmetauscher entgegengesetzte Ende des Reaktors geleitet, dort umgelenkt, über einen Strömungsgleichrichter in den Innenbereich A eingeleitet, und in den Mischzonen mit dem Sauerstoff enthaltenden Gasstrom vermischt wird, worauf im Innenbereich A des Reaktors die autotherme Gasphasendehydrierung stattfindet.
Das Design der obigen Reaktoren ist jedoch aufwendig, insbesondere durch die Aufteilung des Reaktorinnenraumes in einen Innenbereich und einen Außenbereich, in dem ein in Längsrichtung des Reaktors angeordnetes Gehäuse vorgesehen ist.
Die EP 2931413 beschreibt einen Reaktor mit dem gegenüber einfacherem Design und einfacherem Austausch der Monolithe, in dem ein Reaktor vorgeschlagen wird in Form eines Zylinders mit vertikaler Längsachse zur Durchführung einer autothermen Gasphasendehydrierung eines kohlenwasserstoffhaltigen Gasstromes mit einem Sauerstoff enthaltenden Gasstrom unter Erhalt eines Reaktionsgasgemisches, an einem heterogenen Katalysator, der als Monolith ausgebildet ist, wobei im Innenraum des Reaktors eine oder mehrere katalytisch aktive Zonen angeordnet sind, umfassend jeweils eine Packung aus neben- und/oder übereinander gestapelten Monolithen und wobei vor jeder katalytisch aktiven Zone jeweils eine
Mischzone mit festen Einbauten vorgesehen ist, mit einer oder mehreren Zuführleitungen für den zu dehydrierenden kohlenwasserstoffhaltigen Gasstrom am unteren Ende des Reaktors, mit einer oder mehreren, unabhängig voneinander regelbaren Zuführleitungen für den Sauerstoff enthaltenden Gasstrom in jede der Mischzonen, wobei jede Zuführleitung einen oder mehrere Verteiler versorgt, sowie - mit einer oder mehreren Abführleitungen für das Reaktionsgasgemisch der autothermen Gasphasendehydrierung am oberen Ende des Reaktors, wobei die eine oder jede der mehreren katalytisch aktiven Zonen über jeweils ein oder mehrere Mannlöcher von außerhalb des Reaktors zugänglich ist, und wobei die Innenwand des Reaktors durchgehend mit einer Isolationsschicht versehen ist.
Demgegenüber war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten Reaktoren zur Durchführung der autothermen Gasphasendehydrierung eines
kohlenwasserstoffhaltigen Gasstromes, insbesondere eines Propan oder Butan enthaltenden Gasstromes, weiter zu verbessern, insbesondere bezüglich der
Reaktorstandzeiten, der Produktqualität und der Raum-Zeit-Ausbeute.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Reaktor in Form eines Zylinders mit vertikaler Längsachse zur Durchführung der autothermen Gasphasendehydrierung eines kohlenwasserstoffhaltigen Gasstromes, insbesondere eines Propan oder Butan enthaltenden Gasstromes, mit einem Sauerstoff enthaltenden Gasstrom unter Erhalt eines Reaktionsgasgemisches an einem heterogenen Katalysator, der als Monolith ausgebildet ist, wobei - im Innenraum des Reaktors zwei, drei oder mehrere Reaktionszonen angeordnet sind, umfassend jeweils ein, zwei oder mehrere Module aus neben- und übereinander gestapelten Monolithen, wobei sich jedes der ein, zwei oder mehreren Module jeweils über die gesamte Höhe der Reaktionszone erstreckt und wobei vor jeder Reaktionszone jeweils eine Mischzone mit festen Einbauten vorgesehen ist, mit einer oder mehreren Zuführleitungen für den zu dehydrierenden
Kohlenwasserstoff enthaltenden Gasstrom am oberen Ende des Reaktors, - mit einer oder mehreren, unabhängig voneinander regelbaren Zuführleitungen, für den Sauerstoff enthaltenden Gasstrom in jede der Mischzonen, wobei jede Zuführleitung einen oder mehrere Sauerstoffgasverteiler versorgt, sowie mit einer oder mehreren Abführleitungen für das Reaktionsgasgemisch der autothermen Gasphasendehydrierung am unteren Ende des Reaktors, dadurch gekennzeichnet ist, dass der Reaktor in die folgenden Bauteilen zerlegbar ausgebildet ist: ein Kopfteil, in das der zu dehydrierende Kohlenwasserstoff enthaltende
Gasstrom zugeführt, über einen Kohlenwasserstoffgasverteiler gleichförmig über den Querschnitt des Reaktors verteilt, und in einer ersten Mischzone mit einem ersten, Sauerstoff enthaltenden Gasstrom vermischt wird, der über eine oder mehrere, unabhängig von einander regelbare Zuführleitungen zugeführt wird, wobei jede Zuführleitung einen oder mehrere Sauerstoffgasverteiler versorgt, ein oder mehrere Mittelteile, umfassend jeweils eine Reaktionszone, eine oder mehrere weitere, unabhängig voneinander regelbare Zuführleitungen, für einen weiteren, Sauerstoff enthaltenden Gasstrom, wobei jede Zuführleitung einen oder mehrere Sauerstoffverteiler versorgt, sowie eine Mischzone mit festen Einbauten, und - ein Bodenteil, das lediglich eine Reaktionszone aufweist, nicht jedoch eine
Zuführleitung für einen weiteren Sauerstoff enthaltenden Gasstrom, sowie auch keine weitere Mischzone, und dass in den zwei, drei oder mehreren Reaktionszonen jeweils eine räumliche Matrix aus zwei, drei oder mehreren in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches durch den Reaktor offenen Führungsschächten mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt vorgesehen ist, und wobei sämtliche der neben- und übereinander angeordneten Monolithe eines Moduls jeweils in demselben Führungsschacht eingeschoben sind.
Erfindungsgemäß wird somit ein Reaktor vorgeschlagen, der in mehrere, vom
Reaktionsgasgemisch nacheinander durchströmbare Bauteile (Reaktorschüsse) zerlegbar aufgebaut ist, und der darüber hinaus Führungsschächte zur Aufnahme von Monolithmodulen aufweist.
Bevorzugt weist der Reaktor einen Durchmesser im Bereich von 0,5 m bis 10 m, insbesondere im Bereich von 2,5 m bis 5 m, auf.
Die autotherme Gasphasendehydrierung des kohlenwassertsoffhaltigen Gasstromes findet an einem heterogenen Katalysator statt, der in Form von Monolithen vorliegt.
Als Monolith wird vorliegend ein einstückiger, parallelepipedischer Block mit einer Vielzahl von parallel zueinander angeordneten, durchgehenden Kanälen mit engem Querschnitt, im Bereich von etwa 0,36 mm2 bis 9 mm2, verstanden. Die Kanäle sind bevorzugt mit quadratischem Querschnitt ausgebildet, insbesondere mit einer
Seitenlänge des Quadrates im Bereich von 0,6 mm bis 3 mm, besonders bevorzugt von 1 ,0 mm bis 1 ,5 mm.
Die Monolithe sind bevorzugt aus einem keramischen Werkstoff als Trägermaterial gebildet, worauf eine katalytisch aktive Schicht, bevorzugt nach dem sogenannten Wash-Coating-Verfahren, aufgebracht ist. Das gängigste Material für monolithische Strukturen ist Cordierit (ein Keramikmaterial, das aus Magnesiumoxid, Siliciumoxid und Aluminiumoxid im Verhältnis 2:5:2 besteht). Andere Materialien, deren Monolithstrukturen im Handel erhältlich sind, sind Metalle, Mullit (Mischoxid von Siliciumoxid und Aluminiumoxid, Verhältnis 2:3) und Silicium- carbid. Diese Materialien haben ähnlich wie Cordierit eine niedrige spezifische BET- Oberfläche (BET = Brunauer, Emmet und Teller, z.B. für Cordierit typischerweise 0,7 m2/g).
Monolithische Keramikelemente sind mit Zelldichten von 25 cpsi bis 1600 cpsi (cpsi = Zellen pro Quadratzoll, entspricht einer Zellgröße von 5 mm bis 0,6 mm) erhältlich. Durch Verwendung einer höheren Zelldichte nimmt die geometrische Oberfläche zu, so dass der Katalysator effizienter verwendet werden kann. Nachteile von höheren Zelldichten sind ein etwas schwierigeres Herstellungsverfahren, eine schwierigere
Washcoat-Beschichtung und ein höherer Druckverlust über den Reaktor. Des weiteren sind in der Regel bei großen Zelldichten auch die Stege dünner, was die mechanische Stabilität der Monolithe verringert. Der Druckverlust bleibt jedoch für Monolithen mit hoher Zelldichte im Vergleich zu einem Füllkörperreaktor sehr gering (in der Regel um den Faktor 10 geringer), was auf die geraden Monolithkanäle zurückzuführen ist.
Zur Herstellung von monolithischen Keramikelementen kann man eine Mischung von Talk, Ton und einer aluminiumoxidliefernden Komponenten und Siliciumdioxid herstellen, die Mischung zur Bildung einer Formmasse mischen, die Mischung formen, die Rohware trocknen und sie bei einer Temperatur von 1200 °C bis 1500 °C erhitzen, wobei man eine Keramik erhält, die hauptsächlich Cordierit enthält und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Allgemein gesprochen kann man eine Paste mit entsprechenden rheologischen Eigenschaften und entsprechender Theologischer Zusammensetzung zu einem Monolithträger extrudieren. Die Paste besteht in der Regel aus einer Mischung von Keramikpulvern geeigneter Größe, anorganischen und/oder organischen Additiven, Lösungsmittel (Wasser), Peptisierungsmittel (Säure) zur Einstellung des pH-Werts und einem permanenten Bindemittel (kolloidale Lösung oder Sol). Bei den Additiven kann es sich um einen Weichmacher oder ein Tensid zur Einstellung der Viskosität der Paste oder ein temporäres Bindemittel, das später abgebrannt werden kann, handeln. Zuweilen werden Glas- oder Kohlefasern zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Monolithen zugesetzt. Das permanente Bindemittel sollte die innere Festigkeit des Monolithen verbessern.
Cordierit-Monolithe können aus einer Charge hergestellt werden, die aus Talk, Kaolin, calciniertem Kaolin und Aluminiumoxid besteht und zusammen eine chemische Verbin- dung aus 45 bis 55 Gew.-% Si02, 32 bis 40 Gew.-% Al203 und 12 bis 15 Gew.-% MgO liefern. Talk ist ein Material, das hauptsächlich aus Magnesiumsilicathydrat,
Mg3Si4Oio(OH)2 besteht. Der Talk kann je nach Quelle und Reinheit auch mit anderen Mineralien wie Tremolit (CaMg3(Si03)4), Serpentin (3Mg0.2Si02, 2H20), Anthophyllit (Mg7(OH)2(Si40n)2), Magnesit (MgCOs), Glimmer und Chlorit vergesellschaftet sein.
Durch Extrusion können auch Monolithe aus anderen Materialien wie SiC, B4C, S13N4, BN, AIN, AI2O3, Zr02, Mullit, Al-Titanat, ZrB2, Sialon, Perowskit, Kohlenstoff und Ti02 hergestellt werden. Von Bedeutung hinsichtlich der Eigenschaften der Monolithprodukte sind bei der Extrusion neben der Qualität der Düse, der Art und den Eigenschaften der zur Herstellung der formbaren Mischung verwendeten Materialien auch die zugesetzten Additive, der pH-Wert, der Wassergehalt und die bei der Extrusion verwendete Kraft. Bei den bei der Extrusion angewandten Additiven handelt es sich beispielsweise um Cellulosen, CaCI2, Ethylenglykole, Diethylenglykole, Alkohole, Wachs, Paraffin, Säuren und hitzebeständige anorganische Fasern. Neben Wasser können auch andere Lösungsmittel verwendet werden, wie Ketone, Alkohole und Ether. Der Zusatz von Additiven kann zu verbesserten Eigenschaften der Monolithe, wie der Bildung von Mikrorissen, die die Temperaturwechselbeständigkeit verbessert, besserer Porosität und besserem
Absorptionsvermögen und erhöhter mechanischer Festigkeit oder geringer Wärmeausdehnung führen.
Die monolithische Grundstruktur wird mit einer Katalysatorträgerschicht, die ein oder mehrere keramischen Oxide umfasst, oder einer Katalysatorschicht, die die katalytisch wirksamen Metalle und die fakultativen weiteren (Promotor-)Elemente bereits auf dem keramischen Oxidträgermaterial geträgert umfasst, beschichtet, wobei die Beschich- tung nach einer Washcoat-Beschichtungsmethode hergestellt wird. Die Monolithe sind im Reaktor in den Reaktionszonen dergestalt eingebaut, dass die Kanäle derselben in vertikaler Richtung durch das Reaktionsgasgemisch durchströmt werden. Die Monolithe sind neben- und übereinander zu Modulen gestapelt; dabei kann jede der zwei, drei oder mehreren Reaktionszonen jeweils ein, zwei oder mehrere Module aus neben- und übereinander gestapelten Monolithen aufweisen.
Jedes der ein, zwei oder mehreren Module erstreckt sich im Wesentlichen jeweils über die gesamte Höhe der jeweiligen Reaktionszone.
Ein Modul kann beispielsweise vier mal vier Monolithe in einer horizontalen Ebene (Lage) im Reaktor und 15 Monolithe in vertikaler Richtung umfassen, oder auch drei mal drei Monolithe in horizontaler Richtung und 15 Monolithe in vertikaler Richtung.
Zur Aufnahme jedes der aus neben- und übereinander angeordneten Monolithen gebildeten Module ist jeweils ein in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches durch den Reaktor offener Führungsschacht mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt vorgesehen.
Die Führungsschächte sind bevorzugt aus einem hitzebeständigen metallischen Werkstoff gebildet, bevorzugt aus einem Edelstahl mit einer der Werkstoffnummern 1 .4541 oder 1.4910 oder 1.4841 . In einer bevorzugten Ausführungsform sind die zwei, drei oder mehreren, in
Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches durch den Reaktor offenen
Führungsschächte mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt lösbar miteinander verbunden. Die einzelnen Führungsschächte sind in dieser
Ausführungsform lösbar miteinander verbunden, das heißt sie bilden eine
mehrstückige räumliche Matrix im Reaktorinnenraum.
In einer alternativen Ausführungsform sind die zwei, drei oder mehreren, in
Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches durch den Reaktor offenen
Führungsschächte mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt fest miteinander verbunden. In dieser Ausführungsform sind die einzelnen Führungsschächte nicht lösbar (also fest) miteinander verbunden, das heißt sie bilden eine einstückige räumliche Matrix im Reaktorinnenraum. Bevorzugt ist die Matrix aus Führungsschächten selbsttragend und verwindungssteif gefertigt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Matrix aus Führungsschächten verschweißt. Zwischen den Führungsschächten und den darin einzuschiebenden Modulen aus Monolithen muss ein geeignetes Spiel vorhanden sein, damit die Module bei Bedarf, sobald die Katalysatoraktivität unter ein vorgegebenes Niveau abfällt, ausgetauscht werden können. Innerhalb eines Moduls bilden die nebeneinander angeordneten Monolithe jeweils eine horizontale Lage.
In einer bevorzugten Ausgestaltung bilden die nebeneinander angeordneten Monolithe eines Moduls jeweils eine Lage, die bevorzugt mittels Abstandhaltern zur
nächstfolgenden Lage beabstandet ist.
Zwischen den einzelnen horizontalen Lagen innerhalb eines Moduls sind zu diesem Zweck vorteilhaft Leerräume bzw. beabsichtigte Abstände, insbesondere im Bereich von ca. 10 mm bis 30 mm, vorgesehen, damit sich das Reaktionsgas erneut über den Reaktorquerschnitt vermischen kann.
Zur Beabstandung der einzelnen horizontalen Lagen sind vorteilhaft Abstandhalter vorgesehen. Die Abstandhalter werden so zu platziert, dass möglichst keine
Monolithkanäle versperrt werden.
Als Abstandhalter werden vorteilhafterweise Blechstreifen mit geprägten Sicken eingesetzt und/oder das Modulgehäuse selbst weist geprägte Sicken auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die jeweils eine Lage bildenden, nebeneinander angeordneten Monolithe eines Moduls gegeneinander und zur Modulwand hin mit Faser- oder Blähmatten abgedichtet.
In einer geeigneten Ausgestaltung sind die Module aus neben- und übereinander gestapelten Monolithen zu den Führungsschächten hin gasdicht abgedichtet, insbesondere mittels Faser- oder Blähmatten oder durch Schweißlippendichtungen. Um zu gewährleisten, dass das Reaktionsgasgemisch ausschließlich durch die in Reaktorlängsrichtung angeordneten Kanäle der Monolithe strömt, sind die in die Führungsschächte eingeschobenen Module gegenüber denselben abgedichtet. Hierzu weisen die Module in einer bevorzugten Ausführungsform an ihrem oberen
Ende eine Umbordelung (Abkantung) auf. Zwischen der Umbordelung und dem oberen Befestigungsbereich der Führungsschächte ergibt sich eine Überlappungsfläche, die abgedichtet werden muss. Dazu kann eine Dichtung eingelegt werden und die Module zusammen mit der eingelegten Dichtung mit den Führungsschächten verschraubt werden.
Als Dichtung eignen sich zum Beispiel Hochtemperaturfasermatten.
In einer besonders geeigneten Ausführungsform kann zur Abdichtung der Module gegen die Führungsschächte eine Schweißlippendichtung vorgesehen sein.
Da der Reaktor zylindrisch ist und die Führungsschächte einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen, ist es bevorzugt, den Randbereich zwischen der Reaktorinnenwand und den Führungsschächten abzudichten.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind der Randbereich zwischen der Innenwand des Reaktors und den Führungsschächten sowie die einzelnen
Führungsschächte gegeneinander gasdicht abgedichtet. Hierzu empfehlen sich Verdränger, die geometrisch dem Zwischenraum zwischen Reaktorinnenwand und Führungsschächten angepasst sind.
In einer Ausführungsform können diese mit Füllstoffen gefüllte metallische Kästen sein. In einer weiteren Ausführungsform können die Verdränger aus einem gegossenen Material gebildet sein, beispielsweise aus leichtem Blähbeton oder aus Keramik.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die Innenwand des Reaktors eine oder mehrere gasdichte Isolationsschichten auf.
Die Reaktorinnenwand weist vorteilhaft eine Isolationsschicht auf. Dadurch ist der Reaktormantel einer niedrigeren Temperatur ausgesetzt und kann somit aus einem preiswerteren Werkstoff und/oder in geringerer Dicke ausgeführt werden gegenüber einer Ausführungsform ohne Isolationsschicht.
Die Isolationsschicht ist bevorzugt mehrlagig ausgebildet. Sie kann auch aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein. In einer Ausführungsform kann als
Isolationsmaterial mikroporöses Material eingesetzt werden, das in Blechkassetten eingebaut ist. Bevorzugt sind eventuelle Stöße einzelner Kassetten gegeneinander versetzt angeordnet, um die Wärmeverluste zu verringern. Die Isolationsschicht ist vorteilhafterweise gasdicht. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem, über die Isolationsschicht eine dünne Edelstahlverkleidung gezogen wird, auch Metallhemd genannt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Isolationsschicht an der Innenwand des Reaktors im Bereich der Reaktionszonen doppellagig ausgeführt, mit einer ersten, an der Innenwand des Reaktors anliegenden, druckstabilen Lage sowie einer zweiten, zum Reaktorinnenraum hin ausgerichteten Lage, die aus einer Blähmatte gebildet ist, und in den übrigen Bereichen einlagig aus einer hochtemperaturstabilen Fasermatte, die zum Reaktorinnenraum hin eine Blechverkleidung aufweist. In einer geeigneten Ausführungsform weist die Reaktorwand eine Außenisolierung auf.
Der kohlenwasserstoffhaltige Eduktstrom strömt heiß, bei Reaktionstemperatur, insbesondere bei 480 °C bis 520 °C oder auch leicht überhitzt, über einen
Zuführstutzen in das Kopfteil des Reaktors und wird über einen
Kohlenwasserstoffgasverteiler, bevorzugt über Lochblechverteiler mit unterschiedlichen Lochgrößen grob über die Querschnittsfläche des Reaktors verteilt.
Daran schließt sich vorteilhafterweise ein mehrstufiger Strömungsgleichrichter mit großen Öffnungsverhältnissen an, der am unteren Ende des Haubenteils des Kopfteils angeordnet ist, wo der Querschnitt desselben bereits dem zylindrischen
Reaktorquerschnitt entspricht.
Die Innenwand des Kopfteils ist vorteilhaft ein- oder mehrlagig gasdicht thermisch isoliert. Vorteilhafterweise ist die Isolierung mit einem Metallhemd ausgekleidet.
Anschließend folgt die Zuführung eines Sauerstoff enthaltenden Gasstromes über eine oder mehrere, unabhängig voneinander regelbare Zuführleitungen, wobei jede Zuführleitung einen oder mehrere Sauerstoffgasverteiler umfasst. Der
Sauerstoffgasverteiler ist im zylindrischen Teil des Kopfteils angeordnet.
Die Sauerstoffgasverteiler können vorteilhaft als Ringverteiler oder Stabverteiler, insbesondere als miteinander verschweißte oder verschraubte Rohre mit Öffnungen, ausgebildet sein.
Der kohlenwasserstoffhaltige und der Sauerstoff enthaltende Gasstrom werden anschließend in einer Mischzone mit festen Einbauten vermischt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann hierfür ein mehrschichtiges versetztes Plattensystem oder ein radiales Mischsystem eingesetzt werden, bei dem das zu mischende Gas zwischen zueinander beabstandeten Platten mit dazwischen angeordneten statischen Mischern geführt wird.
Die Mischeinrichtungen sind vorteilhaft dergestalt ausgelegt, dass eine Mischgüte von mindestens 95 % erreicht wird.
Die unterste Lage der plattenformigen Mischelemente ist durch Spalte unterbrochen, durch die das Reaktionsgasgemisch in einem breiten Flachstrahl strömt. Dabei bilden sich im Strömungsschatten unterhalb der plattenformigen Mischelemente Wirbelwalzen aus, die wesentlich für die Vermischung sind.
Damit der Reaktionsgasgemischstrahl nicht unmittelbar auf die Monolithe aufprallt, wird vorteilhaft zur Vergleichmäßigung der Strömung eine weitere Lochblecheinrichtung vorgesehen. Dadurch wird insbesondere ein mechanischer Schutz der Monolithe gewährleistet. Demgegenüber ist die Vergleichmäßigung der Gasverteilung auf die einzelnen Monolithkanäle eher von untergeordneter Bedeutung, da der Druckverlust über die Kanäle ausreichend groß ist.
Das Öffnungsverhältnis sowie die Lochdurchmesser sind vorteilhafterweise dergestalt zu wählen, dass die Beabstandung der Lochbleche zu den Monolithen im Bereich von etwa dem zehnfachen des mittleren Lochdurchmessers des Bleches liegt. Das Kopfteil ist vorteilhaft geflanscht. In einer weiteren Ausführungsform ist es mit einer Schweißlippendichtung mit dem ersten oder einzigen Mittelteil des Reaktors verbunden. Hierbei ist es wesentlich zu beachten, dass der Abstand von der Mischzone des Kopfteiles bis zur ersten Reaktionszone im ersten oder im einzigen Mittelteil ausreichend kurz ist, so dass die Gesamtverweilzeit des Reaktionsgasgemisches unter 100 ms bleibt. Dies gilt auch für die anderen Einmischzonen.
In dem einen oder den mehreren Mittelteilen ist jeweils eine Reaktionszone
angeordnet, umfassend jeweils ein, zwei oder mehrere Module aus neben- und übereinander gestapelten Monolithen, wobei sich jedes der ein, zwei oder mehreren Module jeweils über die gesamte Höhe der Reaktionszone erstreckt.
Die Module sind dergestalt ausgebildet, dass jeweils mehrere Monolithe in horizontaler Richtung, nebeneinander, zu jeweils einer Lage zusammengesetzt werden, und dass mehrere Lagen übereinander zu jeweils einem Modul zusammengesetzt werden. Zwischen den Monolithen sind zur Abdichtung Blähmatten bzw. Lagermatten vorgesehen. Die Monolithe sind ebenfalls zur metallischen Einfassung der Modulwand hin abgedichtet, vorzugsweise ebenfalls mit Blähmatten bzw. Lagermatten.
Blähmatten sind aus der katalytischen Abgasreinigung bekannt und beispielsweise in DE-A4026566 beschrieben. Sie bestehen im Wesentlichen aus Keramikfasern mit
Glimmereinlagerung, insbesondere Vermiculit. Infolge der Glimmereinlagerung hat die Blähmatte bei steigenden Temperaturen das Bestreben, sich auszudehnen, wodurch eine besonders sichere Halterung des darin eingehüllten Körpers auch bei höheren Temperaturen erreicht wird. Als Lagermatten können bevorzugt Interam ® Lagermatten der Firma 3 M ® eingesetzt werden.
Die einzelnen Monolithlagen eines Moduls können direkt aufeinander aufgesetzt oder zueinander beabstandet sein. Bei beabstandeten Lagen ist es vorteilhaft Abstandhalter einzusetzen.
Die aus Monolithen gebildeten Module weisen vorteilhafterweise in Längsrichtung der Kanäle derselben eine metallische Einfassung auf. Um eine Durchbiegung derselben zu vermeiden, ist es vorteilhaft, zwischen den Monolithlagen Zuganker einzusetzen. Diese sind mit der gegenüberliegenden Wand festverbunden, insbesondere
verschraubt oder verschweißt. Zuganker können durch geeignete Dimensionierung derselben auch als Abstandhalter zwischen den Monolithen eingesetzt werden. Die Zuganker haben auch den weiteren Vorteil, dass die Monolithe nicht in den Modulen in vertikaler Richtung verrutschen können. Dies könnte im Falle von einem Versagen der Bläh- und/oder Fasermatten auftreten. In einer ersten bevorzugten Ausführungsform weist der Reaktor ein einziges Mittelteil auf.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Reaktor zwei, drei oder mehrere, bevorzugt gleichartig ausgebildete Mittelteile auf.
An das eine oder die mehreren Mittelteile schließt sich unterhalb derselben ein
Bodenteil an, das eine weitere Reaktionszone umfasst, die den oben beschriebenen Reaktionszonen entspricht, nicht jedoch eine weitere Zuführung von Sauerstoff enthaltendem Gas sowie auch keine weitere Mischzone.
Die jeweils eine Reaktionszone ausbildenden Module liegen bevorzugt auf Trägern auf oder hängen, getragen von der Umbördelung des Modulgehäuses, in den
Führungsschächten. Eine weitere Möglichkeit ist, auf Trägern Auflageroste
anzuordnen, auf denen die Module direkt aufliegen.
Des Weiteren können die Module direkt auf den Trägern aufgestellt sein oder in den Führungsschächten hängen. In diesem Falle sind im untersten Bereich des Moduls ein Auflagesystem in Form eines Auflagenrostes integriert.
Die Auflageroste sind vorteilhaft dergestalt ausgebildet, dass sie die Kanäle für die Durchströmung durch das Reaktionsgasgemisch nicht versperren, also offenporig sind. Um dies zuverlässig zu verhindern, ist es vorteilhaft, im unmittelbar an den Auflagerost angrenzenden Bereich eine oder mehrere Lagen von Monolithen vorzusehen, die einen wesentlich größeren Querschnitt der Kanäle gegenüber den übrigen, vom Auflagerost weiter entfernt liegenden Monolithen, aufweisen. Alternativ können auf den Auflagerost eine oder mehrere Lagen eines Drahtnetzes vorgesehen sein, wobei die Maschen der unmittelbar auf dem Auflagerost befindlichen Lage etwas gröber sind und zu den Monolithen hin zunehmend feiner werden.
Bevorzugt sind Maschenweiten im Bereich von 5 bis 15 mm und Drahtdurchmesser im Bereich von 0,2 bis 2 mm.
Zusätzlich oder alternativ kann im unmittelbar an den Auflagerost angrenzenden Bereich eine Lage aus einer offenporigen Schaumkeramik, bevorzugt mit einem für die Reaktionsgasströmung freien Lückenvolumen von 70 % bis 90 %, vorgesehen sein. Besonders bevorzugt kann im unmittelbar an den Auflagerost angrenzenden Bereich eine erste Lage aus einer hochporösen Schaumkeramik, insbesondere mit einem freien Lückenvolumen von ca. 70 % und einer Höhe im Bereich von 10 mm bis 100 mm, bevorzugt im Bereich von 40 mm bis 60 mm, vorgesehen sein, und darüber eine zweite Lage, die aus Monolithen mit einer Dicke von 50 mm gebildet ist, die Kanäle mit größerem Querschnitt gegenüber den übrigen, vom Auflagerost weiter entfernt liegenden Monolithen, aufweisen. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Monolithe in den zwei oder mehreren Reaktionszonen mit jeweils unterschiedlicher katalytischer Aktivität ausgebildet.
In einer weiteren geeigneten Ausführungsform sind die einzelnen Lagen von
Monolithen aus unterschiedlichem Katalysatormaterial oder aus Katalysatormaterial mit unterschiedlicher Aktivität gebildet.
Da der Reaktor in Form von einzelnen Schüssen zerlegbar ausgebildet ist und
Führungsschächte für die Monolithmodule vorgesehen sind, ist es in einfacher Weise möglich, dieselben, nach Abfall der katalytischen Aktivität, in der Regel nach einer Betriebszeit von etwa ein bis zwei Jahren, einzeln auszutauschen, und zwar außerhalb des Reaktors, sodass eine präzisere und deutlich schnellere Arbeitsweise gegenüber einem Austausch der Monolithmodule über Mannlöcher im Inneren des Reaktors möglich ist. Dadurch kann der Katalysatorwechsel in bis zu einem Fünftel der bislang hierfür benötigten Zeit erfolgen, mit entsprechend deutlich niedrigerem Standzeitausfall.
Dadurch, dass der Katalysatorwechsel außerhalb des Reaktors erfolgt, ist der Reaktor auch aus sicherheitstechnischer Hinsicht vorteilhaft.
Indem durch Verzicht auf Mannlöcher der freie Reaktionsraum oberhalb der
Monolithmodule und unterhalb der jeweiligen Einmischvorrichtung klein gehalten werden kann, sind niedrige Verweilzeiten von in der Regel kleiner als 100 ms, möglich, so dass Nebenreaktionen deutlich begrenzbar sind, mit entsprechender Verbesserung der Produktqualität.
Insbesondere wird ein erfindungsgemäßer Reaktor zur Propan- oder
Butandehydrierung verwendet. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 6 sowie eines
Ausführungsbeispiels näher erläutert Figurenbeschreibung In den Figuren zeigt:
Figur 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Reaktors (Basisaufbau),
Figur 2 eine Ergänzung des in Figur 1 dargestellten Basisaufbaus durch
zusätzliche Darstellung der eingebauten Monolithmodule,
Figur 3 einen Längsschnitt durch ein beispielhaftes Monolithmodul, gebildet aus
4 x 4 x 15 Monolithen,
Figur 3A einen Schnitt durch das in Figur 3 dargestellte Monolithmodul in der Ebene
C-C,
Figur 3B eine räumliche Darstellung des in Figur 3 dargestellten Monolithmoduls, Figur 4 einen Schnitt in der Ebene A-A durch den in Figur 2 dargestellten Reaktor mit Darstellung der Abdichtung im Bereich zwischen den Monolithmodulen und der Reaktorinnenwand,
Figur 5 einen Längsschnitt durch ein Mittelteil einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors, und
Figur 6 einen Schnitt in der Ebene D-D durch den in Figur 5 dargestellten Reaktor. den Figuren 1 bis 6 werden folgende Bezugszeichen verwendet:
B Butan enthaltender Gasstrom
R Reaktionsgasgemisch
O Sauerstoff enthaltende(r) Gasstrom/-ströme
1 Reaktor
2 Träger
3 (Monolith-)Modul
4 Monolith
5 Reaktionszone
6 Mischzone
7 Zuführleitung für Butan enthaltenden Gasstrom
8 Zuführleitung für Sauerstoff enthaltenden Gasstrom 9 Sauerstoffgasverteiler
10 Abführleitung
1 1 Führungsschacht
12 Abstandhalter
13 Kopfteil
14 Mittelteil
15 Bodenteil
16 Kohlenwasserstoffgasverteiler
17 Strömungsgleichrichter
18 Flansch
19 Dichtung
20 Reaktormantel
21 Außenisolierung
22 Innenisolierung
23 Blähmatte
24 Verdrängerelement
Der Längsschnitt in Figur 1 zeigt einen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors 1 in Form eines Zylinders mit vertikaler Längsachse zur Durchführung der autothermen Gasphasendehydrierung eines Butan enthaltenden Gasstromes B mit einem Sauerstoff enthaltenden Gasstrom O unter Erhalt eines Reaktionsgasgemisches R an einem heterogenen Katalysator, der als Monolith 4 ausgebildet ist.
Der Reaktor 1 weist an seinem oberen Ende eine Kopfteil 13 auf, in das eine
Zuführleitung 7 für einen Butan enthaltenden Gasstromes B mündet. Der Butan enthaltenden Gasstromes B wird über einen Kohlenwasserstoffgasverteiler 16 und einen Strömungsgleichrichter 17 gleichmäßig über den freien Reaktorquerschnitt verteilt und strömt im Reaktor nach unten. Unterhalb des Strömungsgleichrichters 17 mündet eine Zuführleitung 8 für einen Sauerstoff enthaltenden Gasstrom O in das Kopfteil 8. Der Sauerstoff enthaltenden Gasstrom wird mittels Sauerstoffgasverteiler über den freien Reaktorschnitt verteilt und in den Butan enthaltenden Gasstromes B eingeblasen. Beider Ströme werden in einer anschließenden Mischzone 6 innig durchmischt.
An den Kopfteil schließen sich zwei gleichartig ausgebildete Mittelteile 14 an, umfassend jeweils eine Reaktionszone 5 aus mehreren, jeweils aus neben- und übereinander gestapelten Monolithen 4 gebildeten Modulen 3, die, wie in der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform, jeweils auf einem Träger 2 aufliegen können. Die Module 3 aus den Monolithen 4 sind der Übersichtlichkeit halber in Figur 1 nicht dargestellt.
Der Bodenteil 15 des Reaktors 1 umfasst, analog den beiden Mittelteilen 14, eine Reaktionszone 5, jedoch keine weitere Zuführleitung 8 eines Sauerstoff enthaltenden Gasstromes O und auch keine entsprechenden Gasmischeinrichtungen mehr. Das Bodenteil 15 weist in seinem unteren Bereich eine Abführleitung 10 für die
Reaktionsprodukte in Form eines Reaktionsgasgemisches R auf.
Zusätzlich zu dem in Figur 1 dargestellten Basisaufbau verdeutlicht die Figur 2 die in den beispielhaft vorgesehenen drei Reaktionszonen 5 eingeschobenen Modulen 3 aus Monolithen 4.
Wie man den Figuren 1 und 2 entnehmen kann, ist der Reaktor 1 in einzelne Bauteile zerlegbar ausgebildet, insbesondere in das Kopfteil 13, die einzelnen Mittelteile 14 und das Bodenteil 15. Das Kopfteil 13, die Mittelteile 14 und das Bodenteil 15 sind im dargestellten Beispiel über Flansche 18 miteinander verbunden, zwischen denen Dichtungen 19 angeordnet sind. Im dargestellten Beispiel ist das Bodenteil 15 selbst wieder in zwei Einzelteile zerlegbar, die über eine Flanschverbindung verbunden sind.
Figur 3 stellt einen Längsschnitt durch ein Modul 3 aus Monolithen 4 dar, das beispielhaft im Querschnitt jeweils 4 x 4 Monolithe und in Längsrichtung 15 Monolithe aufweist. Die Monolithe sind mittels Blähmatten gegeneinander und zur Wandeinfassung hin abgedichtet.
Zwischen den einzelnen horizontalen Lagen von Monolithen 4 sind in vertikaler Richtung Abstandhalter 12 vorgesehen.
Die Anordnung der Monolithe in den einzelnen horizontalen Lagen ist in der Quer- Schnittsdarstellung in Figur 3a (Schnitt C-C) für eine beispielhafte 4 x 4-Monolith- anordung gezeigt.
Die räumliche Darstellung in Figur 3b verdeutlicht weiter den Aufbau eines Moduls aus 4 x 4 x 15 Monolithen, mit Blechummantelung in Längsrichtung desselben.
Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch einen beispielhaften erfindungsgemäßen Reaktor mit 17 symmetrisch angeordneten Monolithmodulen 3, mit Abdichtung des Zwischenraumes zwischen den Monolithmodulen 3 und dem Reaktorinnenmantel, und mit Ausstattung des Reaktormantels 20 sowohl mit einer Außenisolierung 21 und eine Innenisolierung 22. Die Innenisolierung 22 ist außerdem innen und außen mit
Blähmatten 23 als zusätzliche Abdichtung versehen. Im Innenraum des Reaktors sind außerdem in den nicht durch Monolithe ausgefüllten Bereichen Verdrängerelemente 24 angeordnet, die gewährleisten, dass das Reaktionsgasgemisch nur durch den mit Monolithen ausgefüllten Querschnitt des Reaktors strömen kann.
Figur 5 zeigt einen Längsschnitt durch ein Mittelteil des in Figur 2 dargestellten Reaktors 1.
Figur 6 zeigt einen Querschnitt durch den in Figur 5 dargestellten Mittelteil in der Ebene D-D, das heißt im Bereich des Sauerstoffgasverteilers 9 und der Zuführung 8 des Sauerstoff enthaltenen Gases O. Ausführungsbeispiel
Der beispielhafte Versuchsreaktor besteht aus drei Reaktionszonen. Vor jeder
Reaktionszone sind eine vorgeschaltete Zwischeneinspeisung für einen sauerstoffhaltigen Gasstrom und eine nachgeschaltete Mischzone installiert. Jede Reaktions- zone besteht aus je 15 Lagen katalytischer Monolithe mit den Abmessungen
150 x 150 x 150 mm, die hintereinander angeordnet sind. Jede Monolithlage besteht aus jeweils zwei Monolithen, die zu einem 2-er-Modul zusammengefasst sind. Der Hauptstrom ist der Zulauf mit einem butanhaltigen Gas. Dieser wird vor dem ersten Zulauf von sauerstoffhaltigem Gas vergleichmäßigt und nach dem Zulauf des sauer- stoffhaltigen Gases in einer Mischzone vermischt, bevor er in die erste Reaktionszone einströmt. Der Reaktionsgasstrom, der aus der letzten Monolithlage der ersten
Reaktionszone weitgehend gleichgerichtet herausströmt, wird mit dem zweiten Zulauf an sauerstoffhaltigem Gas beaufschlagt. Nach wiederholter Durchmischung strömt das Reaktionsgasgemisch in die zweite Reaktionszone und analog durch bzw. in die dritte Reaktionszone. In der Reaktionsgasabführleitung werden online-Gasanalysen, insbesondere GC, IR, durchgeführt.
Der Reaktor wird in zwei Betriebsmodi betrieben, dem eigentlichen Produktionsmodus und dem Regeneriermodus. Die Betriebszeit jedes Modus' dauert jeweils 12 h, so dass für eine großtechnische Umsetzung zwei Reaktoren in Wechselbetrieb notwendig sind.
Der Versuchsreaktor wurde mit den folgenden Zulaufströmen im Produktionsmodus betrieben: Zulauf butanhaltiges Gas Zulauf sauerstoffhaltiges Gas (ca. 50 mol-% Butan) ( ca. 15 mol-% Sauerstoff )
ReaktionsReaktionsReaktionszone 1 zone 2 zone 3
Massen¬
[kg/h] 640 86 63 58 strom
Temperatur [°C] 490 180 180 180
Druck [bar a] 2,6 2,6 2,4 2,2
In den Reaktionszonen lag die Betriebstemperatur während des Produktionsmodus zwischen 550 und 620 °C. Der Gesamtdruckverlust über die drei Reaktionszonen betrug 600 mbar.
Der Versuchsreaktor lief 4000 h TOS („time on stream"), das heißt es wurden 160 Zyklen gefahren. Ein Zyklus beinhaltet jeweils einen Produktions- und
Regeneriermodus.
Über die 160 Zyklen wurden die erwarteten Umsätze an Butan von 40 % und
Buten/Butadienselektivitäten von jeweils > 95% erreicht.

Claims

Patentansprüche
Reaktor (1 ) in Form eines Zylinders mit vertikaler Längsachse zur Durchführung der autothermen Gasphasendehydrierung eines kohlenwasserstoffhaltigen Gasstromes (B), insbesondere eines Propan oder Butan enthaltenden
Gasstromes, mit einem Sauerstoff enthaltenden Gasstrom (O) unter Erhalt eines Reaktionsgasgemisches (R) an einem heterogenen Katalysator, der als
Monolith (4) ausgebildet ist, wobei im Innenraum des Reaktors (1 ) zwei, drei oder mehrere
Reaktionszonen (5) angeordnet sind, umfassend jeweils ein, zwei oder mehrere Module (3) aus neben- und übereinander gestapelten Monolithen (4), wobei sich jedes der ein, zwei oder mehreren Module (3) jeweils über die gesamte Höhe der Reaktionszone (5) erstreckt und wobei vor jeder Reaktionszone (5) jeweils eine Mischzone (6) mit festen Einbauten vorgesehen ist, mit einer oder mehreren Zuführleitungen (7) für den zu dehydrierenden kohlenwasserstoffhaltigen Gasstrom (B) am oberen Ende des Reaktors (1 ), mit einer oder mehreren, unabhängig voneinander regelbaren Zuführleitungen (8) für den Sauerstoff enthaltenden Gasstrom (O) in jed der Mischzonen (6), wobei jede Zuführleitung (8) einen oder mehrere Sauerstoffgasverteiler (9) versorgt, sowie mit einer oder mehreren Abführleitungen (10) für das
Reaktionsgasgemisch (R) der autothermen Gasphasendehydrierung unteren Ende des Reaktors (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1 ) in die folgenden Bauteile zerlegbar ausgebildet ist: ein Kopfteil (13), in das der zu dehydrierende kohlenwasserstoffhaltigen Gasstrom (B) zugeführt, über einen Kohlenwasserstoffgasverteiler (16) gleichförmig über den Querschnitt des Reaktors (1 ) verteilt, und in einer ersten Mischzone (6) mit einem ersten, Sauerstoff enthaltenden Gasstrom (O) vermischt wird, der über eine oder mehrere, unabhängig von einander regelbare Zuführleitungen (8) zugeführt wird, wobei jede
Zuführleitung (8) einen oder mehrere Sauerstoffgasverteiler (9) versorgt, ein oder mehrere Mittelteile (14), umfassend jeweils eine
Reaktionszone (5), eine oder mehrere weitere, unabhängig voneinander regelbare Zuführleitungen (8) für einen weiteren, Sauerstoff enthaltenden Gasstrom (O), wobei jede Zuführleitung (8) einen oder mehrere
Sauerstoffgasverteiler (9) versorgt, sowie eine Mischzone (6) mit festen Einbauten, und ein Bodenteil (15), das lediglich eine Reaktionszone (5) aufweist, nicht jedoch eine Zuführleitung (8) für einen weiteren, Sauerstoff enthaltenden Gasstrom (O) sowie auch keine weitere Mischzone (6), und dass in den zwei, drei oder mehreren Reaktionszonen (5) jeweils eine räumliche Matrix aus zwei, drei oder mehreren in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches (R) durch den Reaktor (1 ) offenen
Führungsschächten (1 1 ) mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt vorgesehen ist, und wobei sämtliche der neben- und übereinander angeordneten Monolithe (4) eines Moduls (3) jeweils in demselben Führungsschacht (1 1 ) eingeschoben sind.
Reaktor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zwei, drei oder mehreren, in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches (R) durch den Reaktor (1 ) offenen Führungsschächte (1 1 ) mit quadratischem oder
rechteckigem Querschnitt lösbar miteinander verbunden sind.
Reaktor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zwei, drei oder mehreren, in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches (R) durch den Reaktor (1 ) offenen Führungsschächte (1 1 ) mit quadratischem oder
rechteckigem Querschnitt fest miteinander verbunden sind.
Reaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die nebeneinander angeordneten Monolithe (4) eines Moduls (3) jeweils eine Lage bilden, die bevorzugt mittels Abstandhaltern (12) zur nächstfolgenden Lage beabstandet ist.
5. Reaktor (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils eine Lage bildenden nebeneinander angeordneten Monolithe (4) eines Moduls (3) gegeneinander und zur Modulwand hin mit Faser- oder Blähmatten abgedichtet sind.
6. Reaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (3) aus neben- und übereinander gestapelten Monolithen (4) zu den Führungsschächten (1 1 ) hin gasdicht abgedichtet sind, insbesondere mittels Faser- oder Blähmatten oder durch Schweißlippendichtungen.
7. Reaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich zwischen der Innenwand des Reaktors (1 ) und den
Führungsschächten (1 1 ) sowie die einzelnen Führungsschächte (1 1 ) gegeneinander gasdicht abgedichtet sind.
8. Reaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (20) des Reaktors (1 ) eine oder mehrere gasdichte
Isolationsschichten (22) aufweist. 9. Reaktor (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Isolationsschicht an der Innenwand (20) des Reaktors (1 ) im Bereich der Reaktionszonen (5) doppellagig ausgebildet ist, mit einer ersten, an der Innenwand des Reaktors (1 ) anliegenden, druckstabilen Lage, sowie einer zweiten, zum Reaktorinnenraum hin ausgerichteten Lage, die aus einer Blähmatte (23) gebildet ist, und in den übrigen Bereichen einlagig aus einer hochtemperaturstabilen Fasermatte, die zum Reaktorinnenraum hin eine Blechverkleidung aufweist.
10. Reaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktorwand eine Außenisolierung (21 ) aufweist.
1 1 . Reaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei oder mehreren Reaktionszonen (5) jeweils Module (3) aus
Monolithen (4) mit unterschiedlicher katalytischer Aktivität aufweisen.
12. Reaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Lagen von Monolithen (4) aus unterschiedlichem
Katalysatormaterial oder aus Katalysatormaterial mit unterschiedlicher Aktivität gebildet sind.
13. Verwendung des Reaktors (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Propanoder Butandehydrierung, wobei der kohlenwasserstoffhaltige Gasstrom Propan oder Butan enthält.
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