WO2017162512A1 - Chemischer reaktor mit kühlvorrichtung - Google Patents

Chemischer reaktor mit kühlvorrichtung Download PDF

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WO2017162512A1
WO2017162512A1 PCT/EP2017/056243 EP2017056243W WO2017162512A1 WO 2017162512 A1 WO2017162512 A1 WO 2017162512A1 EP 2017056243 W EP2017056243 W EP 2017056243W WO 2017162512 A1 WO2017162512 A1 WO 2017162512A1
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reaction
sorbent
space
catalyst
reactor
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Jakob Albert
Manfred Baldauf
Jenny Reichert
Katharina Stark
Alexander Tremel
Peter Wasserscheid
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/20—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles with liquid as a fluidising medium
    • B01J8/22—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles with liquid as a fluidising medium gas being introduced into the liquid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/15—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively
    • C07C29/151—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases
    • C07C29/152—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases characterised by the reactor used

Definitions

  • the invention relates to a reactor according to claim 1 and a method for operating a reactor according to claim 8.
  • the object of the invention is to provide a reactor or process suitable for equilibrium-limited reactions using a
  • the reactor according to the invention according to claim 1 comprises egg ⁇ NEN reaction chamber, wherein a delivery device for reactants, a feeding device for a sorbent and a discharge device for the Sorptionsmit ⁇ tel are arranged at the reaction chamber.
  • the discharge device is in communication with the supply device and between the discharge Device and the delivery device is provided a conveying device for recirculation of the sorbent.
  • the invention is characterized in that a cooling device for cooling the sorbent is arranged between the discharge device and the supply device.
  • the cooling of the sorbent causes ei ⁇ ner thermal decomposition of the sorbent is prevented, which in turn increases the selection of possible sorbents and allows the use of more efficient sorbents in the reaction.
  • the cooling of the sorbent reduces the heating in the entire reaction space, which has a positive effect on the equilibrium conversion of the reaction.
  • a phase separator for the separation of the sorbent is disposed of a reaction product. In this way, the sorbent can be separated from the reaction product and returned to the process.
  • phase separator in connection with, on the one hand, the discharge device and, on the other hand, in conjunction with the supply device.
  • a recirculation device (21) which comprises the discharge device (10), the phase separator (28), the cooling device (13), the conveying device (17) and the feed device (8).
  • reaction products standing on the catalyst surface are absorbed by the sorbent and discharged from the reaction space.
  • reaction space comprises the catalyst space and a sorption space.
  • a separation of the catalyst material from the sorbent is useful in many Paa ⁇ ments of catalyst and sorbent, since both substances can adversely affect the reaction.
  • the Sorptionsraum and the catalyst space are separated by a gas-permeable element vonei ⁇ Nander.
  • This element is in turn expediently impermeable to liquids or to liquid drops.
  • a gaseous reaction product can more easily pass from the catalyst space into the sorption space without being able to get sorbent, which is in liquid form, into the catalyst space.
  • the element may, for example, be a tissue, in particular a metallic tissue or a se ⁇ selective membrane.
  • Another component of the invention is a process for operating a reactor which serves to implement equilibrium-limited reactions.
  • This method comprises the following steps: First, starting materials are introduced into a reaction ⁇ space. Furthermore, a liquid sorbent is also introduced into this reaction space. In Wei ⁇ mod the reactants are fed to a catalyst which is also arranged in the reaction space. On a door surface Katalysa ⁇ this reaction educts are reacted to Matterspro ⁇ Dukten until a state of equilibrium between the products and starting materials is established. The Reakti ⁇ modulation products are guided from the catalyst surface to the sorbent and be sorbed by this, after which the laden sorbent with the reaction products is passed from the reaction chamber. In a further process step, the reaction product is removed from the sorbent. divorced, after which the sorbent at least partially he ⁇ neut is introduced into the reaction space. The method is characterized in that the sorbent is cooled outside the reaction space.
  • the sole figure shows a reactor for the implementation of equilibrium-limited reactions with a circulation device for sorbents.
  • a reactor 2 which is designed in the form of a stirred tank reactor, shown.
  • Reactor 2 here comprises an educt feed device 6 and a feed device 8 for sorbent 9.
  • Educts 7 and sorbent 9 are introduced into a reaction space 4.
  • the reaction space 4 further comprises a catalyst space 20 suitable for receiving a catalyst 22.
  • the reaction chamber 4 comprises a Sorptionsraum 24, in which the sorption medium 9, preferably in droplet form will be ⁇ while continuously in the direction of a lower region 11, where, issues a Sorptionsffensammelzone 12 befin ⁇ det.
  • the gaseous educts 7 are introduced into the reaction space 4, wherein they are led to the location of the reaction space 4 where the catalyst 20 is present.
  • suitable reaction conditions which are each aligned with the corresponding reaction or the corresponding starting materials, it comes on the cata ⁇ tor to an exothermic (heat-softening) reaction of the reactants to liquid or gaseous reaction products 15.
  • This increases the temperature in one Gas phase within the reactor, which can lead to deactivation mechanisms on the catalyst (boiling or sintering).
  • the gas phase in the reactor comprises both gaseous reactants 7 and ge ⁇ optionally gaseous reaction products 15.
  • the reactants 7 will respond maximally to the thermodynamically possible equilibrium conversion which is in some reactions at low values. For example, the reaction of carbon dioxide and hydrogen to methanol
  • the sorbent can absorb the heat contained in the gas phase ⁇ and thus lower the temperature of the gas phase. This leads to a homogeneous temperature distribution in the reaction zone (in the environment of the catalyst) and thus ideally to an isothermal behavior in the reaction space 4. For this purpose, an effective heat exchange of the gas phase, ie in particular the phase of the educts 7, with the sorbent 9 is required.
  • the catalyst 21 and the sorbent 9 are substances which, in some cases, should as far as possible not come into contact with each other, since their stability and their functionality can be adversely affected. For this reason, it is expedient that the catalyst space 20 is separated from the sorption space 24 by a gas-permeable element 26.
  • This gas-permeable element 26 may be formed, for example, in the form of a metallic fabric or in the form of a membrane which is permeable to the corresponding gas phases. This makes it possible that the gaseous reactants usually 7 and penetrate through the gas-permeable member 26 gieren on the catalyst surface to the reaction products 15 rea ⁇ .
  • the reaction products 15 are gaseous at the prevailing atmosphere also generally and leave the catalyst chamber 20 through the corresponding element 26. ⁇ which they are entered by the element 26 in the Sorptionsraum 24, they can sorbed by the sorbent 9 ⁇ to.
  • the sorbent 9 charged with the reaction products 15 is referred to below as 9 ⁇ .
  • This sorption medium 9 containing the reaction products 15 accumulate in the Sorptionsffensammelzone 12 and can optionally be substituted by a circulating device 19, here configured in the form of a stirring device, are circulated before it leaves through the discharge device 10 the reaction space. 4
  • the sorbent 9 ⁇ is ge ⁇ enter into a phase separator 28 and discharged there from the reaction product 15.
  • the Reakti ⁇ ons. 15 is withdrawn from the phase separator and otherwise given further used as a valuable material. The now discharged
  • Sorbent 9 is removed from the phase separator 28 and fed via a corresponding line to a cooling device 13.
  • the cooling device 13 is part of a recirculation device 21 and is thus arranged outside the reaction space 4.
  • Via a conveying device 17, usually designed in the form of a pump, the Sorp ⁇ tion means 9 is passed back to the feed device 8 and the reaction chamber 4 is fed again.
  • the circulation device 21 In the combination nation from the discharge device 10, the phase separator 28, the cooling device 13, the conveying device 17 and the feeding device 8 will be discussed below by the circulation device 21.
  • the circulation device 21 thus contains the cooling device 13, wherein the arrangement of the cooling device 13 in the circulation device 21 in the figure is chosen by way of example.
  • the cooling device 13 can also be arranged on other segments of the circulation device 21, for example directly after the discharge device before the phase separator 28. In this case, cooled sorbent 9 ⁇ would be introduced into the phase separator 28, depending on the nature of the sorbent for discharging the reaction - products 15 may be appropriate.
  • Cooling device in general for a tempering device.
  • the cooling device in principle, depending on the nature of the means of Sorptionsmit ⁇ and those carried out in the reaction chamber 4 reaction (for example, if this is endothermic), the cooling device to be embodied in the form of a heating device.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reaktor mit einem Reaktionsraum (4), wobei am Reaktionsraum (4) eine Zuführvorrichtung (6) für Edukte (7), eine Zuführvorrichtung (8) für ein Sorptionsmittel (9) sowie eine Ablassvorrichtung (10) für das Sorptionsmittel (9) angeordnet sind, wobei die Ablassvorrichtung (10) in Verbindung mit der Zuführvorrichtung (8) steht und zwischen der Ablassvorrichtung (10) und der Zuführvorrichtung (8) eine Fördervorrichtung (17) zur Rezirkulation des Sorptionsmittels (9, 9') vorgesehen ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen der Ablassvorrichtung (10) und der Zuführvorrichtung (8) eine Kühlvorrichtung (13) zur Kühlung des Sorptionsmittels (9) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
CHEMISCHER REAKTOR MIT KÜHLVORRICHTUNG Die Erfindung betrifft einen Reaktor nach dem Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines Reaktors nach Patentanspruch 8.
Der Umsatz bei chemischen Reaktionen ist durch die Gleichge- wichtslage der Reaktion beschränkt. Liegt das chemische
Gleichgewicht einer Synthesereaktion nur teilweise auf der Seite der Produkte, führt eine einstufige Reaktionsführung nur zu einem Teilumsatz. Werden dagegen kontinuierlich die Reaktionsprodukte aus dem Reaktor abgeführt, findet im Reak- tor ein kontinuierlicher Umsatz von Edukten zu Produkten statt. Zur kontinuierlichen Abfuhr von Reaktionsprodukten können Sorptionsmittel verwendet werden. Diese Sorptionsmit¬ tel bilden eine zusätzliche Phase die Selektivprodukte auf¬ nimmt, die dadurch aus dem chemischen Gleichgewicht entfernt werden. Die Sorptionsphase kann mitsamt dem Produkt aus dem Reaktor ausgeschleust werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Reaktor bzw. ein Verfahren bereitzustellen, die dafür geeignet sind, gleichgewichtslimitierte Reaktionen unter Verwendung eines
Sorptionsmittels durchzuführen und dabei gegenüber den Stand der Technik, die Ausbeute an Reaktionsprodukten zu erhöhen.
Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Reaktor mit den Merk- malen des Patentanspruchs 1 sowie in einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8.
Der erfindungsgemäße Reaktor gemäß Patentanspruch 1 weist ei¬ nen Reaktionsraum auf, wobei am Reaktionsraum eine Zuführvor- richtung für Edukte, eine Zuführvorrichtung für ein Sorptionsmittel sowie eine Ablassvorrichtung für das Sorptionsmit¬ tel angeordnet sind. Dabei steht die Ablassvorrichtung in Verbindung mit der Zuführvorrichtung und zwischen der Ablass- Vorrichtung und der Zuführvorrichtung ist eine Fördervorrichtung zur Rezirkulation des Sorptionsmittels vorgesehen. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen der Ablassvorrichtung und der Zuführvorrichtung eine Kühlvorrich- tung zur Kühlung des Sorptionsmittels angeordnet ist.
Die Kühlung des Sorptionsmittels bewirkt zum einen, dass ei¬ ner thermischen Zersetzung des Sorptionsmittels vorgebeugt wird, was wiederum die Auswahl an möglichen Sorptionsmitteln erhöht und den Einsatz effizienterer Sorptionsmittel bei der Reaktion erlaubt. Andererseits wird durch die Kühlung des Sorptionsmittels die Erwärmung im gesamten Reaktionsraum reduziert, was sich positiv auf den Gleichgewichtsumsatz der Reaktion auswirkt.
Im Weiteren kann es zweckmäßig sein, dass außerhalb des Reak¬ tionsraumes ein Phasenabscheider zur Trennung des Sorptionsmittels von einem Reaktionsprodukt angeordnet ist. Auf diese Weise kann das Sorptionsmittel von dem Reaktionsprodukt ge- trennt werden und dem Prozess wieder zugeführt werden.
In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls zweckmäßig, dass der Phasenabscheider in Verbindung mit einerseits der Ablassvorrichtung und andererseits in Verbindung mit der Zuführvor- richtung steht.
In einer Ausgestaltungsform der Erfindung ist es zweckmäßig, dass eine Rezirkulationsvorrichtung (21) vorgesehen ist, die die Ablassvorrichtung (10), den Phasenabscheider (28), die Kühlvorrichtung (13), die Fördervorrichtung (17) und die Zuführvorrichtung (8) umfasst.
Ferner ist es zweckmäßig, zur Beschleunigung der Umsetzungs¬ reaktion, im Reaktionsraum einen Katalysatorraum zur Aufnahme eines Katalysators anzuordnen. Der Katalysator sorgt dafür, dass die Reaktion schneller abläuft, er beeinflusst jedoch nicht im Wesentlichen den Gleichgewichtszustand. Reaktions- Produkte, die an der Katalysatoroberfläche stehen, werden vom Sorptionsmittel absorbiert und aus dem Reaktionsraum geführt.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Reaktionsraum den Katalysa- torraum und einen Sorptionsraum umfasst. Eine Trennung des Katalysatormaterials vom Sorptionsmittel ist bei vielen Paa¬ rungen von Katalysator und Sorptionsmittel zweckmäßig, da beide Stoffe sich bezüglich der Reaktion negativ beeinflussen können .
Dabei ist es wiederum zweckmäßig, dass der Sorptionsraum und der Katalysatorraum durch ein gasdurchlässiges Element vonei¬ nander getrennt sind. Dieses Element ist dabei wiederum zweckmäßigerweise für Flüssigkeiten bzw. für Flüssigkeits- tropfen undurchlässig. Auf dieser Weise kann ein gasförmiges Reaktionsprodukt leichter vom Katalysatorraum in den Sorptionsraum gelangen, ohne dass dabei Sorptionsmittel, das in flüssiger Form vorliegt, in den Katalysatorraum gelangen kann. Bei dem Element kann es sich beispielsweise um ein Ge- webe, insbesondere ein metallisches Gewebe oder um eine se¬ lektive Membran handeln.
Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Reaktors, das zur Umsetzung von gleichge- wichtslimitierten Reaktionen dient. Dieses Verfahren umfasst folgende Schritte: Zunächst werden Edukte in einen Reaktions¬ raum eingebracht. Im Weiteren wird in diesen Reaktionsraum ebenfalls ein flüssiges Sorptionsmittel eingebracht. Im Wei¬ teren werden die Edukte an einen Katalysator geführt, der ebenfalls im Reaktionsraum angeordnet ist. An einer Katalysa¬ toroberfläche werden diese Reaktionsedukte zu Reaktionspro¬ dukten umgesetzt, bis sich ein Gleichgewichtszustand zwischen den Produkten und Edukten einstellt. Dabei werden die Reakti¬ onsprodukte von der Katalysatoroberfläche zum Sorptionsmittel geführt und sie werden von diesen sorbiert, wonach sich das mit den Reaktionsprodukten beladene Sorptionsmittels aus dem Reaktionsraum geleitet wird. In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Reaktionsprodukt vom Sorptionsmittel abge- schieden, wonach das Sorptionsmittel zumindest teilweise er¬ neut in den Reaktionsraum eingeleitet wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Sorptionsmittel außerhalb des Reaktionsraums gekühlt wird.
Auch hier besteht wieder der Vorteil, dass durch die Kühlung des Sorptionsmittels die Anzahl der verfügbaren Spezies er¬ höht wird, andererseits wird durch die Senkung der Temperatur im Reaktionsraum der Gleichgewichtsumsatz positiv beein- flusst.
Dabei ist es ebenfalls zweckmäßig, dass die Kühlung des Sorp¬ tionsmittels nach dem Abscheiden des Reaktionsproduktes vom Sorptionsmittel erfolgt.
Weitere Ausgestaltungsformen und weitere Merkmale der Erfindung werden anhand der folgenden Figur näher erläutert. Dabei handelt es sich um eine exemplarische Ausgestaltungsform, die keine Einschränkung des Schutzbereichs darstellt.
Dabei zeigt:
Die einzige Figur einen Reaktor zur Umsetzung von gleichgewichtslimitierten Reaktionen mit einer Zirkulationsvorrich- tung für Sorptionsmittel.
In der Figur ist ein Reaktor 2, der in Form eines Rührkesselreaktors ausgestaltet ist, dargestellt. Der Reaktor 2 umfasst dabei eine Eduktezuführvorrichtung 6 sowie eine Zuführvor- richtung 8 für Sorptionsmittel 9. In einem Reaktionsraum 4 werden dabei Edukte 7 und Sorptionsmittel 9 eingebracht. Der Reaktionsraum 4 umfasst weiterhin einen Katalysatorraum 20, der dazu geeignet ist, einen Katalysator 22 aufzunehmen. Ferner umfasst der Reaktionsraum 4 einen Sorptionsraum 24, in dem sich das Sorptionsmittel 9, bevorzugt tröpfchenförmig be¬ findet und dabei kontinuierlich in Richtung eines unteren Bereiches 11, wo sich eine Sorptionsmittelsammelzone 12 befin¬ det, absetzt. Im Folgenden wird dabei näher auf ein typisches Reaktionsver- fahren eingegangen, das im Reaktor 2 bzw. im Reaktionsraum 4 stattfindet .
Die gasförmigen Edukte 7 werden wie bereits erwähnt, in den Reaktionsraum 4 eingeleitet, wobei sie zu der Stelle des Reaktionsraums 4 geführt werden, an dem der Katalysator 20 vorliegt. Durch das Einstellen von geeigneten Reaktionsbedingungen, die jeweils auf die entsprechende Reaktion bzw. die entsprechende Edukte ausgerichtet ist, kommt es am Katalysa¬ tor zu einer exothermen (wärmetönenden) Reaktion der Edukte zu flüssigen oder gasförmigen Reaktionsprodukten 15. Dabei erhöht sich die Temperatur in einer Gasphase innerhalb des Reaktors, wodurch es zu Deaktivierungsmechanismen am Katalysator (Verkochung oder Sintern kommen kann) . Die Gasphase im Reaktor umfasst dabei sowohl gasförmige Edukte 7 als auch ge¬ gebenenfalls gasförmige Reaktionsprodukte 15. In einer sol¬ chen Reaktionsanordnung werden die Edukte 7 maximal bis zum thermodynamisch möglichen Gleichgewichtsumsatz reagieren, der bei einigen Reaktionen bei niedrigen Werten liegt. Beispielsweise ist die Reaktion von Kohlendioxid und Wasserstoff zum Methanol
C02 + 3H2 ->■ CH3OH + H20 Gl 1 thermodynamisch durch einen niedrigen Gleichgewichtsumsatz bei typischen und wirtschaftlichen Reaktionsbedingungen limitiert. Die typischen Reaktionsbedingungen hierfür sind ein Druck von 75 bar und eine Temperatur von 250 °C. Durch die starke Wärmetönung, also durch die Energiefreigabe während der Reaktion wird bei dieser Reaktion der Gleichgewichtsumsatz gesenkt, da die Reaktionstemperatur steigt. Daher ist es zweckmäßig, die durch die Reaktion der Gasphase frei werdende Wärme mittels geeigneter Maßnahmen aus dem Reaktionsraum zu entfernen. Auf die entsprechenden Maßnahmen wird noch eingegangen werden. Als Sorptionsmittel 9 bietet sich hierbei beispielsweise ein Wärmeträgeröl , eine Salzschmelze oder eine ionische Flüssig¬ keit an, die eine hoher Wärmekapazität aufweist und dabei ei¬ nen möglichst niedrigen Dampfdruck besitzt. Eine vorteilhafte Mischung für ein Sorptionsmittel ist beispielsweise Mischung aus einem Phosphonium NTf2 IL und einem Alkali oder Erdalkali NTf2 Salz.
Eine nicht abgeschlossene Auflistung von geeigneten ionische Flüssigkeiten ist in Tabelle 1 gegeben.
Tabelle 1: Für die Sorption geeignete Ionische Flüssigkeiten (teilweise unter Zumischung von Salzen)
Ionische Flüssigkeit
Pl444 NTf2
Figure imgf000008_0001
N1888 NTf2
Mischung aus Pi444 Tf2 und Li NTf2
Mischung aus Pi444NTf2 und Cs NTf2
Mischung aus Pi444NTf2 und Mg (NTf2)2
Mischung aus Pi444NTf2 und Ca (NTf2)2
P1444 MeSQ4
Figure imgf000008_0002
EMIM NTf2
EMIM MeSQ3
Pl444 OTf
P2 EII2PO
Das Sorptionsmittel kann die in der Gasphase enthaltenen Wär¬ me aufnehmen und somit die Temperatur der Gasphase absenken. Dies führt zu einer homogenen Temperaturverteilung in der Reaktionszone (im Umfeld des Katalysators) und damit idealer- weise zu einem isothermen Verhalten im Reaktionsraum 4. Hierzu ist ein effektiver Wärmeaustausch der Gasphase, also insbesondere der Phase der Edukte 7, mit dem Sorptionsmittel 9 erforderlich . Der Katalysator 21 und das Sorptionsmittel 9 sind Stoffe, die in einigen Fällen möglichst nicht miteinander in Berührung kommen sollen, da dadurch ihre Stabilität und ihre Funktiona- lität negativ beeinflusst werden können. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, dass der Katalysatorraum 20 vom Sorptionsraum 24 durch ein gasdurchlässiges Element 26 getrennt ist. Dieses gasdurchlässige Element 26 kann beispielsweise in Form eines metallischen Gewebes oder in Form einer gegenüber den ent- sprechenden Gasphasen durchlässigen Membran ausgebildet sein. Dies ermöglicht es, dass die in der Regel gasförmigen Edukte 7 durch das gasdurchlässige Element 26 durchdringen und an der Katalysatoroberfläche zu den Reaktionsprodukten 15 rea¬ gieren. Die Reaktionsprodukte 15 sind bei der vorherrschenden Atmosphäre ebenfalls in der Regel gasförmig und verlassen den Katalysatorraum 20 durch das entsprechende Element 26. Nach¬ dem sie durch das Element 26 in den Sorptionsraum 24 eingetreten sind, können sie vom Sorptionsmittel 9 sorbiert wer¬ den. Das mit den Reaktionsprodukten 15 beladene Sorptionsmit- tel 9 wird im Weiteren als 9λ bezeichnet. Dieses Sorptions¬ mittel 9 das die Reaktionsprodukte 15 enthält, sammelt sich in der Sorptionsmittelsammelzone 12 und kann gegebenenfalls durch eine Umwälzvorrichtung 19, hier ausgestaltet in Form einer Rührvorrichtung, umgewälzt werden, bevor es durch die Ablassvorrichtung 10 den Reaktionsraum 4 verlässt.
Das Sorptionsmittel 9λ wird in einen Phasenabscheider 28 ge¬ geben und dort vom Reaktionsprodukt 15 entladen. Das Reakti¬ onsprodukt 15 wird aus dem Phasenabscheider abgezogen und an- derweitig als Wertstoff weiterverwendet. Das nun entladene
Sorptionsmittel 9 wird aus dem Phasenabscheider 28 entnommen und über eine entsprechende Leitung einer Kühlvorrichtung 13 zugeführt. Die Kühlvorrichtung 13 ist dabei Bestandteil einer Rezirkulationsvorrichtung 21 und ist somit außerhalb des Reaktionsraumes 4 angeordnet. Über eine Fördervorrichtung 17, in der Regel ausgestaltet in Form einer Pumpe, wird das Sorp¬ tionsmittel 9 wieder zurück zur Zuführvorrichtung 8 geleitet und wird dem Reaktionsraum 4 wieder zugeführt. Bei der Kombi- nation aus der Ablassvorrichtung 10, dem Phasenabscheider 28, der Kühlvorrichtung 13, der Fördervorrichtung 17 und der Zuführvorrichtung 8 wird im Weiteren von der Zirkulationsvorrichtung 21 gesprochen.
Die Zirkulationsvorrichtung 21 enthält somit die Kühlvorrichtung 13, wobei die Anordnung der Kühlvorrichtung 13 in der Zirkulationsvorrichtung 21 in der Figur beispielhaft gewählt ist. Die Kühlvorrichtung 13 kann auch an anderen Segmenten der Zirkulationsvorrichtung 21 angeordnet sein, beispielsweise direkt nach der Ablassvorrichtung vor dem Phasenabscheider 28. In diesem Fall würde gekühltes Sorptionsmittel 9λ in den Phasenabscheider 28 eingebracht werden, was je nach der Beschaffenheit des Sorptionsmittels zum Entladen der Reaktions- produkte 15 zweckmäßig sein kann. Ferner steht der Begriff
Kühlvorrichtung ganz allgemein für eine Temperiervorrichtung. Grundsätzlich kann je nach Beschaffenheit des Sorptionsmit¬ tels und der im Reaktionsraum 4 durchgeführten Reaktion (beispielsweise wenn diese endotherm ist) die Kühlvorrichtung auch in Form einer Heizvorrichtung ausgestaltet sein.
Das entsprechend temperierte, in der Regel gekühlte Sorpti¬ onsmittel 9 wird wieder dem Reaktionsraum 4 zugeführt und es entzieht dem Reaktionsraum bzw. der darin befindlichen
Gasphase thermische Energie, indem es wiederum aufgeheizt wird. Diese Wärmeübertragung zwischen der Gasphase und dem Sorptionsmittel dient der gezielten thermischen Regulierung des Reaktionsraumes 4 und somit der gezielten Reaktionsfüh¬ rung. Eine bevorzugte und beispielhafte exotherm verlaufende Reaktion ist in Gleichung 1 genannt, sie dient zur Darstel¬ lung von Methanol aus den Edukten 7 CO2 und Wasserstoff.

Claims

Patentansprüche
1. Reaktor mit einem Reaktionsraum (4), wobei am Reaktionsraum (4) eine Zuführvorrichtung (6) für Edukte (7), eine Zu- führvorrichtung (8) für ein Sorptionsmittel (9) sowie eine
Ablassvorrichtung (10) für das Sorptionsmittel (9) angeordnet sind, wobei die Ablassvorrichtung (10) in Verbindung mit der Zuführvorrichtung (8) steht und zwischen der Ablassvorrichtung (10) und der Zuführvorrichtung (8) eine Fördervorrich- tung (17) zur Rezirkulation des Sorptionsmittels (9, 9λ) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ab¬ lassvorrichtung (10) und der Zuführvorrichtung (8) eine Kühlvorrichtung (13) zur Kühlung des Sorptionsmittels (9) ange¬ ordnet ist.
2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (2) einen außerhalb des Reaktionsraums (4) angeordne¬ ten Phasenabscheider (28) zur Trennung des Sorptionsmittels (9) von einem Reaktionsprodukt (15) aufweist.
3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenabscheider (28) in Verbindung mit der Ablassvorrichtung (10) und in Verbindung mit der Zuführvorrichtung (8) steht.
4. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rezirkulationsvorrichtung (21) vorgesehen ist, die die Ablassvorrichtung (10), den Phasenabscheider (28), die Kühlvorrichtung (13), die Fördervorrichtung (17) und die Zuführvor- richtung (8) umfasst.
5. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktionsraum (4) ein Katalysatorraum (20) zur Aufnahme eines Katalysators (22) vorgesehen ist.
6. Reaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (4) den Katalysatorraum (20) und einen Sorptionsraum (24) umfasst.
7. Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorraum (20) und der Sorptionsraum (24) durch ein gasdurchlässiges Element (26) voneinander getrennt sind.
8. Verfahren zum Betreiben eines Reaktors zur Umsetzung gleichgewichtslimitierter Reaktionen, umfassend folgende Verfahrensschritte,
Einbringen von Edukten (7) in einen Reaktionsraum 4,
Einbringen eines flüssigen Sorptionsmittels (9) in den Reaktionsraum ( 4 ) ,
wobei die Edukte (7) an einen im Reaktionsraum (4) befindlichen Katalysator (22) geführt werden und an einer Katalysatoroberfläche bis zum Auftreten einer Gleichgewichtssituation zu Reaktionsprodukten (15) umgesetzt werden, wobei die Reaktionsprodukte (15) von der Katalysatoroberfläche zum Sorpti¬ onsmittel (9) gelangen und von diesem sorbiert werden, wonach sich das mit den Reaktionsprodukten (15) beladene Sorptions¬ mittel (9λ) aus dem Reaktionsraum (4) ausgeleitet wird und das Produkt vom Sorptionsmittel (9) abgeschieden wird, wonach das Sorptionsmittel (9) zumindest teilweise erneut in den Reaktionsraum (4) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das das Sorptionsmittel (9, 9λ) außerhalb des Reaktionsraumes gekühlt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung des Sorptionsmittels (9) nach dem Abscheiden des Reaktionsproduktes (15) vom Sorptionsmittel (9) erfolgt.
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