DE3439175A1

DE3439175A1 - Verfahren und vorrichtung zur durchfuehrung einer endothermen reaktion

Info

Publication number: DE3439175A1
Application number: DE19843439175
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dr. 8034 Germering Hofmann; Udo Dipl.-Ing. 8000 München Lang
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1984-10-25
Filing date: 1984-10-25
Publication date: 1986-05-07

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Durchfüh-
rung einer endothermen Reaktion Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung einer endothermen Reaktion, bei dem ein Einsatz über einem Katalysator dehydriert und der durch C-Ablagerungen desaktivierte Katalysator gespült, unter Wärmeabgabe regeneriert und reaktiviert wird.
Endotherme katalytische Reaktionen, beispielsweise die Dehydrierung von i-Butan, n-Butan oder Gemischen hiervon, verlaufen in der Regel nach folgendem Prinzip. Die Dehydrierung wird während einer bestimmten Zeitspanne von einigen Stunden bei hohen Temperaturen zwischen 520 und 6200C, einem Durchsatz GHSV von 150 bis 1200 Nm3 Einsatz pro m3 Katalysator, Stunde und einem Druck von 2 bis 6 bar über einem dem jeweiligen Einsatz angepaßten Katalysator durchgeführt. Während des Dehydriervorganges schlagen sich dabei C-Ablagerungen auf dem Katalysator nieder und desaktivieren diesen. Aus diesem Grund muß der Katalysator nach einer gewissen Zeit regeneriert werden. Hierzu werden in einem Spültakt noch vorhandene Gaskomponenten mittels eines Spülgases, z.B. N2,aus dem Katalysator entfernt. Sodann wird in Gegenwart eines oxidierenden Gases, z.B. Rauchgas oder Luft, der Katalysator regeneriert, d.h.
der Kohlenstoff zu CO2 oxidiert. Diese Reaktion verläuft exotherm, weshalb die freiwerdende Wärme abgeführt werden muß.
Hierzu wird der Katalysator bevorzugt mit einem weiteren Spülgas beaufschlagt, das die Wärme konvektiv abführt.
Das Spülgas dient überdies dazu, noch über dem Katalysator befindliche O2-haltige Restgasmengen sowie das entstandene CO2 zu entfernen. Als Spülgas kann entweder N2 oder ein anderes inertes Gas zur Anwendung kommen. Im Anschluß an den Spültakt wird der Katalysator zur Reaktivierung für eine kurze Zeitspanne mit einem Gas reduzierender Wirkung beaufschlagt. Hierzu kann Einsatz oder ein Teilstrom des Produktes verwendet werden. Nach dieser Reaktivierung ist der Katalysator für einen weiteren Dehydriertakt bereit.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß das Spülgas ausgeschleust wird und somit verlorengeht. AuBerdem muß das nach der Reaktivierung abgezogene Gas, ein Gemisch aus H2 und Kohlenwasserstoffen, wegen des hohen Gehaltes an Spülgas in die Fackel gefahren werden und ist damit ebenfalls verloren.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine Verbilligung der Spültakte durch Spülgaseinsparung erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das bei der Spülung verwendete Gas nach Verlassen des Katalysatorbett gespeichert wird.
Das Spülgas, beispielsweise Stickstoff, wird vor Beginn der Regenerierung über den Katalysator geleitet, um noch vorhandene Gaskomponenten aus diesem zu entfernen. Diese Gaskomponenten bestehen im wesentlichen nur aus H2 sowie Kohlenwasserstoffen des Einsatzstromes. Damit verläßt ein mit H2 und/oder Kohlenwasserstoffen vermischter Stickstoff das Katalysatorbett. Dieser Stickstoff wird nunmehr nicht wie bisher üblich ausgeschleust, sondern erfindungsgemäß gespeichert.
Insbesondere besteht dabei die Möglichkeit, das Spülgas unter Druck zu speichern. Die Dehydrierung wird bei Drücken zwischen 2 und 6 bar durchgeführt, während die Regenerierung bei Drücken zwischen 2 und 13 bar stattfindet. Steht das Spülgas nun bereits unter erhöhtem Druck zur Verfügung, so wird es auch nach Spülung des Katalysators unter erhöhtem Druck, wenn auch leicht niedrigerem Druck als bei Eintritt in den Katalysator, anfallen. Unter diesem Druck wird das Spülgas dann zwischengespeichert.
Alternativ ist es möglich, das Spülgas nach Austreten aus dem Katalysator zu entspannen und drucklos zu speichern.
In besonders zweckmäßiger Weiterführung des Erfindungsgedankens ist überdies vorgesehen, daß das gespeicherte Spülgas zum teilweisen Reaktivieren des regenerierten Katalysators verwendet wird. Wie bereits erwähnt, enthält das Spülgas hinter dem Katalysatorbett geringe Mengen an H2 und/oder Kohlenwasserstoffen. Nach Beendigung der Katalysatorregenerierung muß dieser von restlichem 02 sowie entstandenem CO2 und H20 befreit werden. Verwendet man erfindungsgemäß hierzu das gespeicherte Spülgas, so wird neben diesem Entfernen von 02 und CO2 gleichzeitig bereits eine teilweise Reaktivierung des Katalysators durch reduzierende Wirkung des Wasserstoffes bzw. gegebenenfalls bereits stattfindender Dehydrierreaktion der enthaltenen Kohlenwasserstoffe erreicht.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird zum voll- ständigen Reaktivieren des regenerierten Katalysators schließlich Einsatz verwendet und der dehydrierte Einsatz solange abgefackelt, wie sein Spülgasgehalt einen Grenzwert unterschreitet, der kleiner 20 Vol%, vorzugsweise kleiner SVol% beträgt. Im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren wird erfindungsgemäß weniger dehydrierter Einsatz oder Produkt abgefackelt, da das Spülgas bereits H2 und/oder Kohlenwasserstoffe enthält und somit die Produktverunreinigung durch Spülgas geringer ist. Überdies verkürzt sich die Reaktivierungszeit für den Katalysator, da im Zuge des Spültaktes schon eine teilweise Reaktivierung stattfindet. Anschließend wird von Fackel auf Produktleitung umgeschaltet, wenn im Produkt weniger als 20 Vol%, vorzugsweise 5Vol% Spülgas -vorhanden sind.
Alternativ oder zusätzlich zum Reaktivieren des regenerierten Katalysators kann das gespeicherte Spülgas gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erneut zur Spülung des Katalysators verwendet werden. Diese Kreislaufführung des Spülgases bedeutet eine weitere Senkung der Stickstoffverbrauchszahlen sowie Vermeidung zusätzlicher Produktverluste.
Die Erfindung bezieht sich überdies auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem einen Katalysator aufweisenden Reaktor mit Einsatz- und Spülgaszuleitung mit Verdichter sowie Produkt- und Spülgasableitung.
Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher eintrittsseitig mit der Spülgasableitung und gegebenenfalls mit der Produktleitung und austrittsseitig mit der Spülgaszuleitung verbunden ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Speicher dabei austrittsseitig mit der Druckseite des Verdichters verbunden und als Druck- speicher ausgebildet. Alternativ kann der Speicher austrittsseitig auch mit der Saugseite des Verdichters verbunden und als druckloser Gasspeicher ausgebildet sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist einsetzbar bei allen katalytischen endothermen Dehydrierprozessen, bei denen Regenerierschritte erforderlich sind. Als Beispiele seien genannt die Dehydrierung von i-Butan, n-Butan, Gemischen hiervon sowie von Propan.
Im folgenden sei das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Uber eine Leitung 1 wird Einsatz, z.B. 98 Vol%-igesi-Butan mit 2Vol% Verunreinigungen (z.B. C3-C4-Kohlenwasserstoffe) einem Reaktor 2 mit in einem Rohr 3 angeordnetem Katalysator (z.B. Chromoxid auf A12O3-Basis) zugeführt. In dem Katalysator findet bei einer Temperatur von 5600C, einem Druck von 6 bar und einem Durchsatz GHSV von 950 Nm3 i-Butan pro m3 Katalysator, Stunde die Dehydrierung zu i-Butan gemäß H H = 117kJ/mol statt. Um die erforderliche Reaktionstemperatur aufrecht zu erhalten, muß der Reaktor beheizt werden. Diese Beheizung ist der Einfachheit halber und weil sie mit dem Erfindungsgedanken nicht direkt zu tun hat, nicht dargestellt. Uber Leitung 4 wird Produkt abgezogen.
Bei der Dehydrierung entsteht auch Kohlenstoff, z.B. in Form von Koks, der sich auf dem Katalysator ablagert. Nach etwa 6 bis 8 Stunden wird daher die Zufuhr von Einsatz unterbrochen und der Katalysator regeneriert. Hierzu wird über Leitung 5 Spülgas, z.B. N2, herangeführt, in einem Verdichter 11 auf 6 bis 13 bar gedrückt und über den Katalysator geleitet. Der Stickstoff treibt noch vorhandene Restgase <H2 und Kohlenwasserstoffe) aus dem Katalysatorbett aus und wird über die Leitung 6 abgezogen und beispielsweise in einem Druckspeicher 7 unter erhöhtem Druck bis 13 bar gespeichert. Alternativ kann der mit H2 und Kohlenwasserstoffen vermischte Stickstoff auch durcklos in einem Gasspeicher 8 gespeichert werden.
Nach dem Spültakt wird über Leitung 9 ein oxidierendes Gas, z.B. Luft, herangeführt und nach Verdichtung über den Katalysator geleitet. Dort reagiert der Sauerstoff mit dem abgelagerten Koks unter Wärmeabgabe zu CO2 und wird ebenfalls über die Leitung 6 ausgeschleust. Um Spuren nicht umgesetzten Sauerstoffes wie über dem Katalysator befindliches CO2 zu entfernen, wird sodann erneut ein Spültakt durchgeführt. Hierzu wird gespeicherter Stickstoff aus Speicher 7 oder 8 über den Katalysator geführt. Neben der Spülwirkung findet gleichzeitig eine Reaktivierung des Katalysators durch den im Stickstoff enthaltenen H2 bzw.
die enthaltenen Kohlenwasserstoffe statt, die dehydriert werden, womit H2 entsteht. Dieses Spülgas wird sodann entweder erneut in einem der beiden Speicher zwischengespeichert oder abgegeben.
Bei unvollständiger Reaktivierung wird nunmehr der Katalysator mit Einsatz aus Leitung 1 beaufschlagt. Während der Reaktion entsteht weiteres H2 und Kohlenwasserstoff, der gleichzeitig den Rest-N2 aus dem Katalysator ausspült.
Der dehydrierte Einsatz wird dabei so lange über Leitung 10 abgefackelt oder gespeichert, bis der Restgehalt an Verunreinigungen, d.h. Stickstoff, im Produkt weniger 2Vol% vorzugsweise 5 Vol% beträgt. Dann wird wieder auf Produktleitung umgeschaltet.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Durchführung einer endothermen Reaktion, bei der ein Einsatz über einem Katalysator dehydriert und der durch C-Ablagerungen desaktivierte Katalysator gespült, unter Wärmeabgabe regeneriert und reaktiviert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Spülung verwendete Gas nach Verlassen des Katalysatorbettes gespeichert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülgas, das das Katalysatorbett verlassen hat, unter Druck gespeichert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülgas, das das Katalysatorbett verlassen hat, drucklos gespeichert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gespeicherte Spülgas zum teilweisen Reaktivieren des regenerierten Katalysators verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum vollständigen Reaktivieren des regenerierten Katalysators Einsatz verwendet wird und daß der dehydrierte Einsatz so lange abgefackelt wird, bis sein Spülgasgehalt einen Grenzwert unterschreitet, der kleiner 20 Vol% vorzugsweise kleiner 5 Vol% beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gespeicherte Spülgas erneut zur Spülung des Katalysators verwendet wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem einen Katalysator aufweisenden Reaktor mit Einsatz- und Spülgaszuleitung mit Verdichter sowie Produkt- und Spülgasableitung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher eintrittsseitig mit der Spülgasableitung und gegebenenfalls mit der Produktleitung und austrittsseitig mit der Spülgaszuleitung verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher austrittsseitig mit der Druckseite des Verdichters verbunden und als Druckspeicher ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher austrittsseitig mit der Saugseite des Verdichters verbunden und als druckloser Gasspeicher ausgebildet ist.