DE69223288T2

DE69223288T2 - Destillations-Reaktor und seine Verwendung für Gleichgewichts-Reaktionen

Info

Publication number: DE69223288T2
Application number: DE69223288T
Authority: DE
Inventors: Henri Delhomme; Alain Forestiere; Marie-Claire Marion
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1991-07-09
Filing date: 1992-06-29
Publication date: 1998-03-19
Anticipated expiration: 2012-06-30
Also published as: JPH05208101A; JP3217856B2; EP0522920A1; US5338518A; DE69223288D1; ES2114553T3; EP0522920B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Destillations- Reaktionsvorrichtung und ihre Verwendung zur Durchführung chemischer Reaktionen und die Fraktionierung des Reaktionsgemisches.
Sie betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Ethers durch Reaktion von Olefinen an Alkoholen, bei dem man gleichzeitig die Reaktion und die Destillation der gebildeten Produkte durchführt, insbesondere um diese Produkte von den Bestandteilen( die nicht reagiert haben, zu trennen.
Seit langem weiß man, daß im Falle einer Ausgleichsreaktion die Thermodynamik die Umwandlung der Reagenzien begrenzt. Das Einführen eines der Reagenzien im Überschuß ermöglicht es, die Umwandlung der anderen Reagenzien zu erhöhen. Dieses Verfahren ist jedoch teuer, da es eine zusätzliche Installation erfordert, um das im Überschuß eingeführte Reagenz zu gewinnen.
Ein Mittel, um global über das thermodynamische Gleichgewicht hinaus umzuwandeln besteht darin, das sogenannte Destillations-Reagenzverfahren zu verwenden. Dieses Verfahren besteht darin, die Reaktion, üblicherweise in Anwesenheit eines Katalysators, und die Destillation in dem gleichen Raum auszuführen, um die Produkte von den anderen Bestandteilen in dem Ausmaß zu trennen, wie sie sich bilden. Dieses Verfahren wird beispielsweise im Falle von Veretherungsreaktionen verwendet (US-A-3629478, US-A-4847430 und EP-B-8860).
Das US-Patent A-3629478 schlägt vor, Destillationsböden zu verwenden und den Katalysator nur in den nach unten gehenden Flüssigkeitsströmen dieser Destillationsböden anzuordnen, und dies, um den Störungseffekt der Dampfphase durch den Katalysator hindurch zu vermeiden. Das Vorhandensein des Katalysators in diesen nach unten gehenden Strömungen erzeugt jedoch einen Druckverlust, derart, daß die Flüssigkeit die Tendenz hat, im Gegenstrom in den Öffnungen nach unten zu gehen, die für den Durchgang des Dampfs auf dem Arbeitstisch jedes Destillationsbodens vorgesehen sind. Nach unserer Ausführungsform also tritt ein wichtiger Teil der Flüssigkeit nicht in Kontakt mit dem Katalysator, was die Wirksamkeit hinsichtlich der Reaktion dieser Destillations-Reaktionsvorrichtung begrenzt.
Die US-A-4847430 beschreibt die Verwirklichung der Reaktions- Destillationszonen, wo das katalytische Bett sich mit der Destillationszone abwechselt. Durch dieses katalytische Bett hindurch vermeiden für die Dampfphase reservierte Durchlässe den Gas-Flüssigkeitskontakt und begrenzen die Probleme des Druckverlustes. Da dagegen das physikalische Gleichgewicht Flüssigkeit/Dampf nicht dauernd realisiert wird, kann es hier in der katalytischen Zone eine Erschöpfung einer der Reaktionsteilnehmer geben. Dies führt zu einem Wirksamkeitsverlust hinsichtlich der Reaktion, und dies umso mehr, als die Reaktionskolonne unter Bedingungen nahe dem chemischen Gleichgewicht arbeitet.
Das EP-B-8860 Patent schlägt vor, eine Destillationskolonne, gefüllt mit einem geeigneten Katalysator für die Herstellung von Methyl-tert-butyl-ether (MTBE) zu verwenden, bei der der Katalysator, gemäß seiner Formgebung gleichzeitig wenigstens einen Teil der Füllkörperfunktion für die Destillation sicherstellt und so das MTBE bildet und gleichzeitig es von den anderen vorhanden Bestandteilen trennt. Die globale Füllkörperstruktur jedoch, die den Katalysator sowie seine Anhäufung in der Kolonne gemäß der Vertikalen enthält, ist ungünstig für den Gas-Flüssigkeitskontakt und hat keine günstige Wirksamkeit auf dem Gebiet der Destillation. Im übrigen ist dieser Typ von Füllkörperkolonne teuer, da er die Kosten des Katalysators und die Kosten der Herstellung des katalytischen Füllkörpers umfaßt, wozu sich die Kosten des metallischen Siebes, das um die katalytische Matte gewickelt ist, addieren. Wenn es darüber hinaus notwendig wird, den Katalysator zu ändern, so ist man auch gezwungen, das metallische Sieb auszuwechseln, was insbesondere die Kosten dieses Vorgangs erhöht.
Nach der Beschreibung der EP-B-8860, insbesondere gemäß Anspruch 6, ist der Katalysator in Textiltaschen enthalten, die durch ein metallisches Netz getragen werden, das ihnen innig zugeordnet ist. Dieses Netz ist nach der Beschreibung obligatorisch, um die Bildung eines sehr kompakten Bettes zu vermeiden, was zu einem starken Druckabfall (Druckverlust) führen würde, wie dies ein geschüttetes Katalysatorbett machen würde.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile der Verfahren und der zur Durchführung dieser Verfahren eingesetzten Vorrichtungen, die im Stand der Technik beschrieben sind, zu beheben, indem eine Vorrichtung vorgeschlagen wird, die es ermöglicht, eine Gleichgewichtsreaktion über das thermodynamische Gleichgewicht hinaus in einer Vorrichtung zu ermöglichen, die eine Destillations-Reaktionszone umfaßt und es ermöglicht, eine sehr günstige Wirksamkeit gleichzeitig hinsichtlich der Reaktionsebene und der Destillationsebene zu erhalten.
Hierzu hat die Erfindung eine Destillations-Reaktionsvorrichtung zum Gegenstand, wie durch den Anspruch 1 definiert.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die Ansprüche 2 bis 5 definiert. Die Erfindung umfaßt auch die Verwendung einer solchen Vorrichtung zur Durchführung chemischer Reaktionen und der Fraktionierung des Reaktionsgemisches und insbesondere eines Verfahrens zur Herstellung eines Ethers in Anwesenheit eines sauren Katalysators.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung betrifft der Ausdruck perforierter Träger sowohl eine Platte mit ausreichenden mechanischen Eigenschaften, um das Gewicht der Elemente vom Typ J und vom Typ K zu tragen und umfaßt Perforationen, welche die verschiedenen Fluide durchlassen und welche ausreichend klein sind, um diese Elemente zurückzuhalten, wie auch eine Anordnung, die eine Platte und ein Gitter umfaßt, wobei die Platte Perforationen umfaßt, welche die verschiedenen Fluide, die jedoch unzureichend klein sind, um sämtliche Elemente zurückzuhalten, passieren lassen und dieses Gitter umfaßt Maschen, welche die verschiedenen Fluide durchlassen und die ausreichend klein sind, um das kleinste dieser in der Destillations-Reaktionszone vorhandenen Elemente zurückzuhalten. In diesem zweiten Fall besitzt die zuordnung von Gitter und Platte mechanische ausreichende Charakteristiken, um das Gewicht der Elemente zu tragen. Das Gitter und die Platte werden aus Materialien hergestellt, die inert gegenüber den verschiedenen Fluiden und Feststoffen, mit denen die Materialien in Kontakt treten, sind.
In der vorliegenden Beschreibung bedeutet der Ausdruck Destillations-Reaktion eine Ausrüstung, bei der es möglich ist, gleichzeitig eine chemische Reaktion und eine Fraktionierung (üblicherweise mehrstufig) zu realisieren und der Ausdruck Destillations-Reaktionszone die Zone, in der gleichzeitig die Reaktion und die Fraktionierung ablaufen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sichern die Elemente vom Typ J die doppelte Funktion einer Reaktion und Destillation. Gemäß ihrer Formgebung, ihrer Füllweise ermöglichen es die katalytischen Feststoffpartikel umfassenden Behälter wenigstens zum Teil, den in der Destillation-Reaktionszone definierten Grad des Hohlraums zu erzeugen.
Im Inneren des Behälters ist das von der Gesamtheit der katalytischen Feststoffpartikel in Reaktionsbedingung eingenommene Volumen Va (d.h. durch die Reagenzien vernetzte Partikel) ungleich null und geringer als das gesamte Innenvolumen des Behälters Vt. Man kann so einen Füllgrad (τ1) dieses Behälters: τ1 = Va/Vt bestimmen. Dieser Füllgrad liegt zwischen 0 und 0,9, untere Grenze ausgeschlossen, und obere Grenze eingeschlossen und bevorzugt zwischen 0 und 0,8 obere Grenze eingeschlossen oder noch bevorzugter zwischen 0 und 0,6 obere Grenze eingeschlossen. Man kann auch von einem Hohlraumgrad (τ2) im Innern dieses Behälters sprechen. Dieser Hohlraumgrad ist definiert durch die Beziehung: τ2= (Vt - Va)/Vt. Die Summe τ1 und τ2 ist in allen Fällen gleich 1. Der Füllgrad im Innern jedes Behälters wird üblicherweise derart gewählt, daß die katalytischen Feststoffpartikel beweglich sind, unter Berücksichtigung der Bewegung der Fluide, aufsteigendes Gas und absteigende Flüssigkeit. So definiert und in Betriebsbedingung wird jeder katalytische Partikel umfassende Behälter so angesehen als ob er ein fluidisiertes Bett von festen katalytischen Partikeln enthält.
In der Destillations-Reaktionsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird dank einer ungeordneten Stapelung (d.h. in Schüttung) des oder der Elemente vom Typ J (d.h. des oder der Behälter welche feste katalytische Partikel umfassen) und des oder der Elemente vom Typ K und dank der Mobilität der katalytischen Feststoffpartikel das Fließen der flüssigen und gasförmigen Ströme dauernd derart gestört, daß die Kontakte Gas- Flüssigkeit und Flüssigkeit-Feststoff (insbesondere Katalysator) optimiert werden. Das physische Gleichgewicht Flüssigkeit-Gas wird dauernd aufrecht erhalten, während die Benetzung des Katalysators bestens realisiert wird. In der Destillations-Reaktionszone laufen die Funktionen Reaktion und Destillation einander begleitend ab, was eine maximale Wirksamkeit der Reagenzkolonne ermöglicht.
Im übrigen ermöglicht diese Vielzahl der fluidisierten katalytischen Betten aufgrund des Vorhandenseins des oder der katalytische Feststoffpartikel umfassenden Behälter einen besseren Abzug der Wärme, indem die heißen Punkte aufgrund der Exothermizität der Reaktion eliminiert werden, und erhöht so die Lebensdauer des Katalysators (der oft temperaturempfindlich ist).
Schließlich wird für eine gegebene Formgebung der Wert des Füligrades jedes katalytische Feststoffpartikel umfassenden Behälters derart eingestellt, daß das Volumen der Destillations-Reaktionszone gesteuert wird, indem man die Parameter "Dimensionierung der Kolonne" und die Druckverluste optimiert.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung bedeutet der Ausdruck "ohne übermäßige Verformung", daß die mechanischen Charaktenstiken der Elemente vom Typ J und vom Typ K derart sind, daß unabhängig von der Position eines beliebigen dieser Elemente in der Destillations-Reaktionszone weiter die Gesamtheit der ihm eigenen Funktionen sichergestellt werden kann und insbesondere für das oder die Elemente vom Typ K, um die Existenz eines Volumens (ungleich null) sicherzustellen, das frei von jedem katalytischen Feststoff ist und damit einen bestimmten Hohlraumgrad bezogen auf jedes Element zu erhalten gestattet und somit dazu beitragen kann, einen globalen bestimmten Hohlraumgrad in der Destillations-Reaktionszone zu erhalten.
Für den Fall, wo wenigstens ein Element vom Typ K ein leerer oder nicht leerer Behälter ist, wenn V ein Volumen dieses Behälters nach seiner Herstellung ist, ist das Volumen V1 dieses Behälters mitten in der Destillations-Reaktionszone kleiner oder gleich groß V, ohne jedoch null sein zu können. Bevorzugt verwendet man Behälter, die derart hergestellt sind, daß für jeden Behälter das Volumen V1 sehr benachbart von V und meist derart ist, daß jeder Behälter keine Deformation unter dem Gewicht der Charge der Gesamtheit der Elemente erleidet. So liegt in dieser bevorzugten Ausführungsform V1 zwischen 80 und 100% und meist zwischen 90 und 100% des Wertes V.
In einer häufigen Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Destillations-Reaktionszone eine Vielzahl (d.h. zwei oder mehr) von Elementen vom Typ J sowie eine Vielzahl von Elementen vom Typ K. So umfaßt diese Zone eine Vielzahl von Elementen vom Typ K, die gewählt sind in der Zone, die gebildet ist durch die Destillations-Füllkörper, wobei diese Körper Elemente vom Typ K1 bilden und die leeren oder nicht leeren Behälter keine katalytischen Feststoffpartikel umfassen, wobei die leeren oder nicht leeren Behälter Elemente vom Typ K2 bilden. Die Elemente vom Typ K1 und die vom Typ K2 bilden zwei unterschiedliche Untergruppen, haben jedoch die gleichen Funktionen wie die Elemente vom Typ K.
Die verschiedenen die Elemente vom Typ K2 bildenden Behälter können identisch untereinander oder unterschiedlich zueinander, beispielsweise hinsichtlich ihrer Abmessung, ihrer Form oder hinsichtlich des Materials, aus dem sie hergestellt sind, sein.
Die verschiedenen Behälter vom Typ J, welche katalytische Feststoffpartikel umfassen, können untereinander identisch oder unterschiedlich zueinander, beispielsweise hinsichtlich ihrer Abmessung, ihrer Form oder hinsichtlich des Materials aus dem sie hergestellt sind, sein. Sie können auch unterschiedlich hinsichtlich ihres Füllgrades τ1 sein. Meist umfaßt die Destillations-Reaktionszone mehrere Behälter, welche katalytische untereinander identische Partikel hinsichtlich Abmessung, Gestalt und des Materials aus dem sie hergestellt sind, umfassen.
Die Destillations-Reaktionszone der Vorrichtung nach der Erfindung kann so gemäß einer ersten Ausführungsform wenigstens zwei Elemente vom Typ J und wenigstens zwei Elemente vom Typ K1 oder nach einer zweiten Ausführungsform wenigstens zwei Elemente vom Typ J und wenigstens zwei Elemente vom Typ K2 umfassen oder nach einer anderen Ausführungsform wenigstens zwei Elemente vom Typ J, wenigstens ein Element vom Typ K1 und wenigstens ein Element vom Typ K2 umfassen. Man kann so andere Ausführungsformen in Betracht ziehen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Unter den Elementen vom Typ K2, die man verwendet, kann man zwei unterschiedliche Kategorien unterscheiden: die erste, die durch leere Behälter gebildet ist und die zweite, die durch nicht leere Behälter gebildet ist, die ein oder mehrere Füll körper enthalten.
Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Destillations-Reaktionszone Elemente vom Typ J, Elemente vom Typ K1 und Elemente vom Typ K2, wobei die Anzahl der Elemente vom Typ K2, bezogen auf die Gesamtzahl von Elementen, vom Typ K (d.h. die Gesamtzahl von Elementen vom Typ K1 und vom Typ K2) nicht kritisch ist. Man kann so in der Destillations- Reaktionszone ein einziges Element vom Typ K1 oder ein einziges Element vom Typ K2 haben. Man hat oft 1 bis 99% und bevorzugt 1 bis 90% der Elemente vom Typ K, die in der Destillations-Reaktionszone des einen oder anderen Typs (K1 oder K2) vorhanden sind. Nach dieser besonderen Ausführungsform hat man in der Destillations-Reaktionszone wenigstens ein Element vom Typ K1 (Füllkörper) oder wenigstens ein Element vom Typ K2 (Behälter) und meist 99 bis 1% und bevorzugt 99 bis 10% Elemente vom gleichen Typ (K1 oder K2) bezogen auf die Gesamtzahl der Elemente vom Typ K, die in der Destillations-Reaktionszone vorhanden sind.
Die nach der vorliegenden Erfindung gewählten Füllkörper werden als Funktion der Wirksamkeit, die für die Destillationsfunktion notwendig ist, gewählt. Mit Destillationsfüllkörper bezeichnet man nach der vorliegenden Beschreibung sämtliche Füllkörper, die dem Fachmann bekannt sind, wie beispielsweise Feststoffe in Form von Ringen, mehrschleifige Extrudate oder Sättel. Nicht als begrenzend anzusehen sind besondere Füllkörper, die man im Rahmen der Erfindung benutzen kann, nämlich Raschig-Ringe, Pall-Ringe, Intos-Ringe, Ben-Sättel, Novalox- Sättel und die Intalox-Sättel. Es ist auch möglich, geometrisch regelmäßige Füllkörper wie beispielsweise diejenigen zu verwenden, die vor 25 Jahren durch die Firma SULZER entwickelt wurden oder die, die in den US-Dokumenten A-3679537, EP-B- 70917, EP-A-212202, FR-A-2637059 und FR-A-2637060 beschrieben sind. Man schlägt auch als Füllkörper gewirkte Stopfen oder Tampons vor, die mit Multiknit umwickelt sind oder auch Gitterstückchen. Für eine Beschreibung dieser Destillations-Füllkörper kann man auch die neue englische Ausgabe von "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Volume B3, Unit Operation II, Chapter 4: Distillation and Rectification, insbesondere Seiten 70-92 konsultieren.
Die aus "nicht leeren" Behälter bestehenden Elemente vom Typ K2 können je unabhängig voneinander ein oder mehrere Füllkörper umfassen, wobei die Körper identisch oder unterschiedlich zueinander hinsichtlich Abmessung, Form und Material aus dem sie hergestellt sind, sein können.
Im Sinne der vorliegenden Beschreibung sind die Fälle, wo der Füllkörper ein Ganzes mit dem Behälter bildet, d.h. der Fall, wo dieser Körper und die Hülle des Behälters aneinander fest sind, wie dies beispielsweise der Fall ist, wenn der Füllkörper ein beispielsweise metallisches Sieb ist oder wenn die Hülle und der Füllkörper aus ein und dem gleichen Gitter oder Gewebe hergestellt sind, eingeschlossen.
Die verschiedenen Elemente vom Typ K (leere oder nicht-leere Behälter oder Füllkörper) können untereinander identisch oder unterschiedlich zueinander, beispielsweise hinsichtlich ihrer Abmessung, ihrer Form und hinsichtlich des Materials aus dem sie hergestellt sind, sein. Am häufigsten umfaßt die Destillations-Reaktionszone mehrere untereinander identische Elemente vom Typ K2 und zwar hinsichtlich ihrer Abmessung, ihrer Form und hinsichtlich des Materials aus dem sie hergestellt sind. Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind diese Elemente leere Behälter. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform besteht in der Verwendung des Elements vom Typ K1.
Die Anwendungen der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung sind sehr unterschiedlich. Diese Vorrichtung ist leicht als Funktion der der Anwendung inherenten Bedürfnisse modulierbar. So wählt man den Katalysator vom heterogenen Typ als Funktion der betrachteten Reaktion.
Einer der interessanten Aspekte der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie ohne besondere Schwierigkeit das Recyclieren des oder der Elemente vom Typ K ermöglicht. Dieses Recyclieren kann erleichtert werden, insbesondere für den Fall, wo die Elemente vom Typ K Elemente vom Typ K2 sind, indem man beispielsweise Elemente vom Typ J und vom Typ K2 mit unterschiedlichen Formen oder Abmessungen oder ein Mittel verwendet, das es erleichtert, eine Sortierung zwischen den Elementen vom Typ J und denen vom Typ K2 zu erleichtern.
Bevorzugt ist die geschlossene Außenhülle, die jeden Behälter vom Typ K2, der ggf. einen der Füllkörper umschließt, permeabel für die Fluide, d.h. für die Flüssigkeiten und Gase und impermeabel für die anderen vorhandenen Elemente, d.h. für die anderen Behälter, für die in diesem Behälter eingeschlossenen Füllkörper, wenn der nicht leer ist und für die evtl. in der Destillations-Reaktionszone enthaltenen Füllkörper. Diese Hülle verhindert so im Falle eines nicht-leeren Behälters vom Typ K2 den Austritt des oder der Füllkörper aus diesem Behälter und erlaubt dabei den Durchgang der Flüssigkeiten und der Gase durch diesen Behälter. Die in Behältern enthaltenen Füllkörper erhalten so ihre Wirksamkeit bei der Destillation.
Nach der vorliegenden Erfindung ist die geschlossene jeden Behälter vom Typ J bildende Außenhülle, welche feste katalytische Partikel umschließt, permeabel für die Fluide, d.h. für die Flüssigkeiten und die Gase und impermeabel für die katalytischen Feststoffpartikel (Katalysator), den oder die in der Destillations-Reaktionszone enthaltenen Füllkörper und für die anderen in der Destillations-Reaktionszone enthaltenen Behälter. Diese Hülle verhindert so den Austritt der katalytischen Feststoffpartikel.
Die Hülle oder der Mantel jedes Behälters vom Typ J wird üblicherweise ausgehend von einem Feststoffmaterial hergestellt, bei dem es sich um ein permeables oder poröses Material oder sogar ein impermeables Material handeln kann, indem man öffnungen (oder Poren) vorgesehen hat, die eine ausreichend kleine Abmessung haben, um die katalytischen Feststoffpartikel im Innern des Behälters zu halten.
Die Hülle der die Elemente vom Typ K2 bildenen Behälter wird üblicherweise aus einem Feststoffmaterial realisiert, das identisch oder unterschiedlich zu dem sein kann, welches gewählt wird um die die Elemente vom Typ J bildenden Behälter zu realisieren. Man kann so ein permeables oder poröses Material verwenden oder sogar ein impermeables Material, indem man öffnungen (oder Poren) vorgesehen hat, die eine ausreichend kleine Abmessung haben, um für den Fall der die Elemente vom Typ K2 bildenden Behälter zu verhindern, daß die anderen Elemente in diesen Behälter nicht eindringen und darüber hinaus im Falle der die Elemente vom Typ K2 bildenden nicht-leeren Behälter, um den (oder die) Destillations-Füllkörper im Innern des Behälters zu halten. In den beiden Fällen sind die Abmessungen der Öffnungen der die Elemente vom Typ K2 bildenden Behälter ausreichend, um den Durchgang der Fluide durch diesen Behälter zu ermöglichen.
Man kann besser, insbesondere in dem Elemente vom Typ J bildenden Behälter die geometrischen Eigenschaften dieser Öffnungen präzisieren, ohne daß dies als eine Begrenzung der vorliegenden Erfindung angesehen werden kann. In diesem Fall, wenn die kleinste Abmessung der kleinsten katalystischen Feststoff partikel gleich "n" Meter (m) ist, dann ist die größte Abmessung der den Durchgang der Fluide bildenden Öffnung meist kleiner oder gleich "0,9xn" m und bevorzugt kleiner oder gleich "0,5xn" m. Es gibt im Prinzip keine Begrenzung für die Abmessung der katalytischen Feststoffpartikel oder Katalysatorkörner und die untere Grenze der kleinsten Abmessung der Öffnungen ist gleich der minimalen Abmessung, die den Durchgang der Fluide und insbesondere der Flüssigkeit ermöglicht. Im größeren Teil dieser Fälle enthält die Destillations-Reaktionszone Behälter, welche die Elemente vom Typ J bilden und Katalysatoren einschließen, deren Granulometrie zwischen 5x10&supmin;6 m und 2x10&supmin;¹ m sein kann. Als Beispiel, jedoch nicht als begrenzend anzusehen für den Fall der Verwendung eines sauren Katalysators für die Synthese eines Ethers ausgehend aus einem Olefin und einem Alkohol haben die Katalysatorkörner meist eine Granulometrie zwischen 1x10&supmin;&sup4; m und 2x10&supmin;² m. In der häufigsten Ausführungsform sind die Abmessungen der Öffnung identisch für die Behälter jedes Typs, die in der Destillations- Reaktionszone vorhanden sind und im wesentlichen identisch von einem Behälter zum nächsten sind.
Als Beispiel von Material, welches verwendbar ist, um die Hülle der Behälter zu bilden, seien die gewirkten Materialien oder die nicht-gewirkten Materialien genannt. Das zur Bildung der Hülle der Behälter verwendbare Material kann natürlichen wie mineralischen, pflanzlichen oder tierischen Ursprungs oder auch synthetischen Ursprungs sein. Als Material kann man beispielsweise, jedoch nicht als begrenzend anzusehen, Polypropylen, die Polyester, die Polyamide, Aluminium, Kupfer, Titan, Nickel, Platin, rostfreien Stahl oder ein Gitter oder ein metallisches Geflecht nennen, wobei die Abmessungen der Öffnungen oder Maschen dieses Gitters oder Geflechts so wie oben definiert sind.
Das gewählte Material soll physikalisch und chemisch inert gegenüber den Fluiden und den Feststoffen, mit denen sie in Kontakt kommen, sein.
Wenn das gewählte Material zur Bildung der Hülle der Behälter, insbesondere für die die Elemente vom Typ J bildenden, jedoch auch für die Elemente vom Typ K2 aus leeren Behältern bestehenden bildenden Elemente nicht mechanisch ausreichende Eigenschaften hat, die es ermöglichen, Behälter zu erhalten, die beständig gegen das Gewicht der Anordnung der in der Destillations-Reaktionszone vorhandenen Elemente sind, eingeschlossen sind Mittel der mechanischen Verstärkung wie beispielsweise Stangen aus Stahl oder jedem anderen dem Fachmann bekannten Material, die es ermöglichen, Behälter herzustellen, welche die gewünschten mechanischen Eigenschaften haben.
Im Falle von Behältern, welche die nicht-leeren Elemente vom Typ K2 bilden, wählt man gemäß dem oder den ausgewählten Destillationskörpern bevorzugt das die Hülle des Behälters bildende Material, derart, daß die Zuordnung der beiden es ermöglicht, eine Anordnung von Füllkörper/Behälterhülle zu erhalten, die über eine gewisse Festigkeit verfügt, d.h. mit einer ausreichenden Beständigkeit gegen Zusammendrückung, damit ein Behälter an der Basis der Destillations-Reaktionszone nicht durch das Gewicht der Elemente zerdrückt wird. Wenn so der Destillationsfüllkörper steif ist, kann die Hülle aus einem nachgiebigen Material (im Gegensatz zu steifem Material) realisiert werden. Wenn dagegen der Destillationsfüllkörper gering steif ist, wird die Hülle bevorzugt aus einem steifen Material gefertigt.
Im Falle von Elementen vom Typ J bildenden Behältern bevorzugt man oft entweder ein relativ steifes Material für den Mantel des Behälters oder Behälter zu verwenden, die mechanische Verstärkungsmittel umfassen. Nach den mechanischen Charakteristiken des Katalysators wählt man bevorzugt das die Hülle des Behälters bildende Material derart, daß die Zuordnung der beiden es ermöglicht, eine Katalysator-Hüllenanordnung des Behälters mit einer gewissen Steifigkeit zu erhalten, d.h., die mit einem ausreichenden Widerstand gegen Zerquetschen ausgerüstet ist, damit ein an der Basis der Destillations-Reaktionszone angeordneter Behälter nicht durch das Gewicht der Anordnung der Elemente dieser Zone zerquetscht wird. Wenn so der Katalysator gering zerreibbar ist und/oder nicht bricht, kann die Hülle ausgehend von einem nachgiebigen Material (gegenüber steifem Material) gefertigt werden. Wenn der Katalysator dagegen relativ zerreibbar ist und/oder bricht, wird die Hülle bevorzugt aus einem steifen Material gefertigt. Oft bevorzugt man, um sämtliche Gefahren einer Verformung von Feinteilen durch Verwittern oder Abbröckeln des Katalysators zu vermeiden, entweder ein relativ steifes Material für die Hülle des Behälters oder Behälter, die mechanische Verstärkungsmittel umfassen, zu verwenden.
Die Erfindung ermöglicht eine gute Beherrschung des Hohlraumgrades in der Destillations-Reaktionszone, eine gute Beherrschung des Füllgrades dieser Zone während der Verwendung der Vorrichtung und eine gute Beherrschung der Druckverluste. Der Hohlraumgrad im Innern der Destillations-Reaktionszone kann auf einen vorher gewählten Wert fixiert werden, der erhalten wird, beispielsweise indem man den Füllgrad jedes der Behälter, der katalytische Partikel umfaßt, sowie die Anzahl der Elemente vom Typ K auswählt, d.h. vom Typ K1 und/oder Typ K2, eingeschlossen in der Destillations-Reaktionszone. Der Hohlraumgrad variiert auch als Funktion des Füllgrades der nichtleeren Behälter, welche die Elemente vom Typ K2 bilden und der Qualität und der Quantität der Destillationsfüllkörper, die in jedem nicht-leeren Behälter K2 eingeschlossen ist.
Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung umfaßt jeder Behälter oder eine gewisse Anzahl von ihnen wenigstens ein Mittel, bevorzugt wenigstens zwei Mittel, die eine mechanische Verstärkungsfunktion dieses Behälters haben und eine Sekundärfunktion haben können, um einen Minimalraum zwischen diesem Behälter und dem am weitesten benachbarten Behälter in Kontakt mit dem Ende dieses Mittels und/oder einer am weitesten benachbarten Feststofflächen in Kontakt mit dem Ende dieses Mittels haben können. Dieses oder diese Mittel können ein oder mehrere Wülste oder Steifflügel haben. Sie ermöglichen es, Behälter mit einer Hülle aus einem relativ nachgiebigen Material zu realisieren, die dabei die gewünschten mechanischen Eigenschaften haben. Sie können im übrigen den Hohlraumgrad dieser Destillations-Reaktionszone steuern und ermöglichen auch eine gute Beherrschung der Druckverluste. Sie können darüberhinaus das Sortieren, beispielsweise magnetische Sortieren, der Behälter, beispielsweise von denen vom Typ K2 erleichtern, die keine festen katalytischen Partikel umschließen.
Anzahl, Abmessung und Qualität der Flügel oder Rippen ermöglichen es&sub1; die mechanischen allgemeinen Charakteristiken der Behälter zu bestimmen und im übrigen auf den Hohlraumgrad und den Füllgrad der Destillations-Reaktionszone einzuwirken. In der gleichen Weise können diese Flügel es ermöglichen, den Druckverlust zu definieren und zu modulieren. Die Verwendung von Behältern mit Schaufeln oder Rippen ist bezogen auf die der Verwendung von leeren Behältern vom Typ K2 eine andere ggf. komplementäre Art und Weise, auf den Hohlraumgrad der Destillations-Reaktionszone einzuwirken. Je größer tatsächlich Abmessung und Größe der Schaufeln sind, destso größer ist der zwischen den Behältern der verschiedenen Typen verfügbare Raum und desto größer ist der Hohlraumgrad.
Diese Schaufeln oder Rippen haben bevorzugt eine erhebliche Steifigkeit. Sie sollen mit einer Beständigkeit gegen Zerquetschen ausgestattet sein, derart, daß ihre mechanische Verstärkungsfunktion sichergestellt wird und ggf. mit einem Abstand des oder der Behälter untereinander und auch mit den Wandungen der Vorrichtung und auch mit den Füllkörpern, die ggf. in der Destillations-Reaktionszone vorhanden sind. Diese Schaufeln können eine Platte, eine Verstärkung oder eine Verstärkungsstange umfassen oder auch einfach durch Schweißen oder Kleben der Enden der Hülle hergestellt sein.
Die Abmessung der Schaufel ist verknüpft mit der Abmessung des Behälters. Ihre Länge (L) liegt meist zwischen etwa "0,01xp" m und "10xp" m und bevorzugt zwischen etwa "0,05xp" m und "1xp" m, wenn "p" die größte Abmessung des Behälters bezeichnet. Die Dicke der Rippen kann in großen Grenzen variieren; sie liegt meist zwischen 1x10&supmin;&sup4; m und 5x10&supmin;² m. Die Anzahl der Rippen ist nicht begrenzt. Sie kann beispielsweise 1 bis 20 betragen und liegt meist zwischen 2 und 10. Nach einem Fabrikationsausführungsbeispiel der Behälter mit Schaufeln mit besonders einfacher Verwirklichung umfassen diese zwei Schaufeln oder Rippen
Die größte Abmessung der in der Destillations-Reaktionszone vorhandenen Elemente und insbesondere der Behälter ist kleiner als das 0,1-fache und bevorzugt kleiner als das 0,07-fache des Durchmessers der Destillations-Reaktionszone für den häufigsten Fall, wo diese einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat. In diesem Fall ist es jedoch möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, Elemente zu verwenden, deren größte Abmessung einen Wert größer als den 0,1-fachen des Durchmessers der Destillations-Reaktionszone haben kann und höchstens gleich dem Durchmesser dieser Zone ist.
Meist sind die leeren Behälter mit Hilfe eines Materials realisiert, welches ausreichende mechanische Eigenschaften aufweist, damit es nicht unerläßlich wird, mechanische Verstärkungsmittel einzuschließen, um die mechanischen für den so hergestellten Behälter erwünschten Charakteristiken zu erhalten. In diesem Fall wählt man beispielsweise metallische Materialien wie Aluminium, rostfreien Stahl, meist in Form von Gittern oder metallischem Gewebe. Die geometrische Form der Behälter ist nicht kritisch, sie können im wesentlichen tetraedrisch, im wesentlichen octaedrisch, im wesentlichen kugelförmig oder von irgendeiner anderen Form sein.
Nach einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung sind die Elemente zwischen dem perforierten Träger und einer perforierten ähnlichen Vorrichtung angeordnet, die den Durchgang der Fluide ermöglicht und deren Perforationen ausreichend klein sind, um diese Elemente zwischen dem Träger und der Vorrichtung zurückzuhalten. Diese Ausführungsform ermöglicht es, die Beweglichkeit der Elemente zu vermindern, insbesondere, wenn diese relativ kleine Abmessungen haben und in großem Umfang evtl. Segregationen zwischen den verschiedenen Elementen vom Typ J und vom Typ K zu vermeiden. Die Elemente nehmen im allgemeinen wenigstens einen Teil des Volumens der Destillations-Reaktionszone ein, d.h. zwischen 1 und 100% und bevorzugt 100% dieses Volumens.
Nach einer besonders vorzugsweisen Ausführungsform der Verwirklichung der Erfindung sind die Elemente lose in bevorzugt nachgiebigen Säcken oder in bevorzugt steifen Körben angeordnet, bevor sie wieder in die Destillations-Reaktionszone eingeführt werden. Diese Säcke oder Körbe werden aus Materialien in Gitter- oder Gewebeform hergestellt, deren Maschen ausreichend klein sind, um die verschiedenen Elemente zurückzuhalten. Bevorzugt sind die Maschen der Säcke oder Körbe die größtmöglichen, derart, daß maximal die Probleme des Druckverlustes begrenzt werden. Diese Säcke und/oder Körbe haben bevorzugt eine Abmessung, die es ermöglicht, sie leicht durch ein Mannloch in die Destillations-Reaktionszone einzuführen. Im Falle der Verwendung von Körben ist es vorteilhaft, Körbe zu verwenden, die, Seite an Seite gesetzt, die gesamte Fläche der Destillations-Reaktionszone einnehmen. Diese Säcke und/oder diese Körbe sind meist in aufeinander folgenden Schichten über die gesamte Höhe der Destillations-Reaktionszone gestapelt. Im Falle von Körben im wesentlichen rechteckigen Querschnitts wird die Stapelung bevorzugt so realisiert, daß die durch die große Seite des Rechtecks definierte Richtung von einer Schicht zur anderen im wesentlichen orthogonal ist. Im Falle einer Destillations-Reaktionszone im wesentlichen kreisförmigen Querschnitts kann man Körbe angepaßter Form verwenden, derart, daß das Maximum der Querschnittsfläche eingenommen wird.
Die Destillations-Reaktionsvorrichtung nach der Erfindung umfaßt bevorzugt wenigstens zwei Destillations-Reaktionszonen, welche je wenigstens ein Element vom Typ J und wenigstens ein Element vom Typ K enthalten, wobei diese Zonen nicht miteinander in Kontakt stehen, d.h., daß die Vorrichtung dann zwischen den aufeinander folgenden Destillations-Reaktionszonen leere Zonen oder Räume umfaßt und/oder Böden oder Wiederverteilungssysteme für Flüssigkeit und/oder Destillationszonen umfaßt, die beispielsweise Kalottenböden, Klappenböden etc. umfassen, und/oder Zonen, welche Füllkörper umfassen, wobei diese Körper ggf. in Behältern und/oder leeren Behältern eingeschlossen sind.
Die Fig. 1, 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 3, 4, 5, 5A, 5B, 6A und 6B erläutern die Erfindung ohne deren Reichweite zu begrenzen. In diesen Figuren sind die ähnlichen Organe mit den gleichen Bezugszeichen und gleichen Bezugsbuchstaben bezeichnet.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil der Destillations-Reaktionsvorrichtung (1) nach der Erfindung, die gemäß der vorzugsweisen Ausführungsform, schematisiert in dieser Fig., zwei Zonen (H) und (G) der Destillation-Reaktion umfaßt, sowie eine Zone (7), die einen Wiederverteilerboden (8) für Flüssigkeit umfaßt und die Zonen (H) und (G) und auch eine Zone (7), die über der Zone (G) sich befindet. Diese Vorrichtung hat die Form einer im wesentlichen zylindrischen und vertikalen Kolonne von einem im wesentlichen konstanten Durchmesser (d) über die gesamte Höhe der Kolonne. Jede der Destillations-Reaktionszonen (H) und (G) umfaßt lose auf einem perforierten Träger (5) (der den gasförmigen aufsteigenden Fluß und den flüssigen absteigenden Fluß durchläßt und die Elemente zurückhält) Elemente (3a, 3b und 4) für den Fall der in Fig. 1 schematisierten Ausführungsform Die Elemente vom Typ J sind Behälter (3b), welche katalytische Feststoffpartikel (2) in Körnerform umschließen Die die Behälter (3a) umfassenden Elemente vom Typ K2 sind leere Behälter und die Destillationsfüllkörper bilden die Elemente vom Typ K1. In dem in Fig. 1 schematisierten Fall sind die Elemente vom Typ K1 Füllkörper, die nicht identisch sind. Die Destillations-Reaktionszone, welche die Behälter (3a) und (3b) und die Füllkörper (4) umfaßt, ist von einer perforierten Platte (6) überlagert, die in der Kolonne durch in der Fig. 1 nicht dargestellte Mittel fixiert ist. Die Elemente werden in die Kolonne über Mannlöcher (1) eingeführt und die Platte (6) (oder die zu ihrer Herstellung notwendigen Komponenten) wird dann in der Kolonne derart installiert, daß maximal die möglichen Bewegungen dieser Elemente begrenzt werden. Die Träger (5) und die Platten (6) werden an ihrem Ort in der Kolonne durch irgendein adäquates Mittel gehalten, wie beispielsweise in Fig&sub0; 1 nicht dargestellte Haken oder durch Schweißen.
Wie in Fig. 1 dargestellt, können die Träger (5) einem Gewebe (9) (oder einem feinen Gitter, das kleinere Öffnungen als die des Trägers (5) hat, jedoch von ausreichender Abmessung sind, um den aufsteigenden Gasstrom und den absteigenden Flüssigkeitsstrom durchzulassen) zugeordnet sein, wobei das Gewebe durch irgendein adäquates Mittel am Träger (5) oder bevorzugt an der Wand der Vorrichtung befestigt ist. Das Gewebe (oder das Gitter) ist im allgemeinen oberhalb des Trägers (5) fixiert. Für den Fall der Verwendung eines metallischen Gitters kann dieses beispielsweise durch Schweißen in Höhe der Wandungen der Vorrichtung fixiert werden. Die Verwendung eines Gewebens (oder eines Gitters) ist im allgemeinen nur dann anzuraten, wenn die Öffnungen des Trägers (5) zu groß sind, um die verwendeten Elemente zurückzuhalten. Die gleiche Anordnung kann für die Platten (6) für den Fall übernommen werden, wo deren Öffnungen zu groß sind, um die verwendeten Elemente zurückzuhalten, wobei das Gewebe (9) (oder das Gitter) in diesem Fall bevorzugt unterhalb der Platten (6) fixiert werden kann.
Fig. 2A ist eine Stirnansicht im Schnitt durch einen leeren Behälter (3a). Fig. 2C ist eine Stirnansicht im Schnitt durch einen Behälter (3c), der einen Füllkörper (4) umschließt und Fig. 2E die eines Behälters (3b), der katalytische Feststoff partikel (2) umschließt.
Die Fig. 2B, 2D und 2F sind jeweils ein Schnitt gemäß einer Ebene senkrecht zur Achse yy', die durch die Achse xx, geht des Behälters, der jeweils in Fig. 2A, 2C und 2E dargestellt ist. Diese Behälter umfassen zwei Schaufeln (10) von der Länge (L) (Fig. 2A, 2C und 2E) und von der Dicke (e) (Fig. 2B, 2D und 2F).
Die Fig. 3, 4, 5A und 5C sowie 5E zeigen die Herstellungsstufen eines leeren Behälters oder eines, der katalytische Partikel umschließt oder eines Destillationsfüllkörpers nach der Erfindung. In dem in den Fig. 2C, 2D und 5C schematisierten Fall hat der Destillationsfüllkörper die zylindrische Gestalt (Pallring oder Raschigring) beispielsweise. Zur Herstellung der Behälter geht man aus von einem Rohrteil aus porösem oder permeablem Material, beispielsweise aus metallischem Gewebe. Der gerade Querschnitt dieses Rohrs kann kreisförmig, oval sein oder kann irgendeine andere Form haben; das Rohr wird also anschließend als "Zylinder oder Equivalent" bezeichnet. In dieser Definition ist auch der Fall eingeschlossen, wo der Teil des Rohrs&sub1; der nicht exakt zylindrisch oder equivalent ist, d.h. wo die Kante des Zylinders nicht die gleiche Länge an allen Punkten haben würde. Realisiert werden kann dies beispielsweise, indem man schräg und nicht senkrecht ein Rohr größerer Länge schneidet, wenn man den für die Herstellung des Behälters notwendigen Rohrteil formen will. Für die Herstellung der die Elemente vom nicht-leeren Typ K2 bildenden Behälter ist der Durchmesser (mittlerer) des verwendeten Rohres meist wenigstens größer als 1,1 des Durchmessers des Destillationsfüllkörpers. Die obere und untere Basis sind zunächst offen (Fig. 3). Man nähert die Halbumfänge (a) und (b), die durch ihre gemeinsamen Enden A und B definiert sind, an, bis man sie in Kontakt setzt und man fixiert das Ganze, beispielsweise durch Schweißen, wobei die beiden Halbumfänge, die dann einen Wulst (oder eine im wesentlichen lineare Schaufel) ABB'A (Fig. 4) bilden.
Für den Fall, die Elemente vom Typ J und vom Typ K2 (nichtleer) bildenden Behältern, führt man entweder die katalytischen Partikel (2) oder den oder die Destillationsfüllkörper (4) (Fig. 5E und 5C) in den Sack ein, dessen Boden wie oben angedeutet geschlossen worden ist und wiederholt dann den Annäherungs- und Fixiervorgang dieses Mal mit den durch ihre gemeinsamen Enden C und D oder E und F definierten Halbumfängen oder durch irgendein Paar von symmetrischen Punkten bezogen auf die Mitte des Rohrquerschnitts. Sowohl im Fall der leeren Behälter wie in dem der nicht-leeren Behälter hat man nach der Fixierung, beispielsweise durch Schweißen der Halbumfänge einen Wulst (oder eine Schaufel) die im wesentlichen linear ist EE'FF' (Fig. 5A, 5C und 5E) geformt. Die so erhaltenen Behälter besitzen zwei Schaufeln, deren Abmessung modelierbar ist. Die Länge L jeder der Schaufeln ist jeweils gleich AA, oder BB' und EE' oder FF'. Diese Länge ist eine Funktion der Breite der Schweißung. Ihre Dicke ist etwa 2-fach größer als die Dicke des das Rohr bildende Materials. Die Abmessung dieser Schaufeln gemäß der Achse im wesentlichen parallel zu der durch die Enden AB und EF definierten Achse ist im wesentlichen gleich der Länge jedes Halbumfangs, dessen Ursprung er ist. Für den in diesen Figuren schematisierten Fall der Ausführung ist die größte Abmessung "p" (Fig. 5C) des Behälters im wesentlichen gleich der größten Abmessung des in diesem Behälter eingeschlossenen Füllkörpers.
Fig. 6A zeigt schematisch in der Perspektive einen Korb (11), der ausgehend von einem steifen Stahldraht mit Maschen (12) geformt ist, deren Abmessungen ausreichend klein sind, um die Elemente und bevorzugt die größtmöglichen zurückzuhalten und gerade ausreichend klein, um die Elemente zurückzuhalten. Diese Körbe sind mit Elementen unterschiedlichem Typs gefüllt und werden dann in die Kolonne I in die Destillations-Reagenzzone eingeführt. Fig. 6B zeigt schematisch im Schnitt gemäß einer Horizontalebene die Aufteilung der Körbe in der Kolonne 1. Die Form jedes Korbes wird als Funktion seiner Anordnung in der Kolonne derart gewählt, daß die Gesamtheit der Körbe maximale Fläche einnimmt.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung einer unten beschriebenen Vorrichtung zur Durchführung chemischer Reaktionen sowie der Fraktionierung des Reaktionsgemisches. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zur Erzeugung von Ethern durch Reaktion von Olefinen, die 3 bis 8 Kohlenstoffatome pro Molekül haben, mit Alkoholen, die 1 bis 6 Kohlenstoffatome pro Molekül haben. Insbesondere kann man unter den Olefinen, die man verwenden will, nennen: Propen, Isobuten oder die anderen isomeren Butene und Isoamylen oder die anderen isomeren Pentene. Als Beispiele für zu verwendende Alkohole kann man Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol und die Butanole nennen. Die am meisten industriell hergestellten Ether in heutiger Zeit umfassen Methyl-tert-butyl-ether (MTBE), Ethyl-tert-butyl-ether (ETBE), Isopropyl-tert-butyl-ether (IPTBE), Methyl-tert-amyl-ether (TAME) sowie Ethyl-tert-amyl-ether (ETAE).
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Ethers durch Reaktion von Olefinen, die 3 bis 8 Atome Kohlenstoff pro Molekül haben, mit Alkoholen, die 1 bis 6 Atome Kohlenstoff pro Molekül haben, in Anwesenheit eines sauren Katalysators in Form von Feststoffpartikeln, indem man gleichzeitig die Reaktion und die Trennung durch Destillation der während dieser Reaktion in einer Vorrichtung geformten Produkte durchführt wie nachstehend beschrieben und indem man kontinuierlich den gebildeten Ether gewinnt. Der saure Katalysator, den man meist verwendet, um diese Reaktion durchzuführen, ist ein Ionenaustauscherharz in saurer Form wie beispielsweise ein sulfoniertes Harz (insbesondere ein Polystyrol-sulfoniertes Divinylbenzol wie beispielsweise Amberlyst 15, hergestellt von Rohm und Haas). Bevorzugt verwendet man Olefine mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen pro Molekül und bevorzugt Alkohole mit 1 bis 4 Atomen Kohlenstoff pro Molekül. Meist sind die verwendeten Olefine tertiäre Olefine.
Die Bedingungen zur Herstellung von Ether ausgehend aus wenigstens einem Olefin und wenigstens einem Alkohol sind dem Fachmann bekannte klassische Bedingungen. Beispielsweise hält man im allgemeinen ein Verhältnis von Rückfluß bezogen auf das Destillat (d.h. ein Verhältnis zwischen dem zurückgeflossenen Flüssigkeitsvolumen und dem abgezogenen Flüssigkeitsvolumen) zwischen 0,1:1 und 20:1, bevorzugt zwischen 0,5:1 und 5:1 aufrecht. Man arbeitet meist im Innern der Vorrichtung (1) in einem ziemlich breiten Druck- und Temperaturgebiet: beispielsweise zwischen 100 und 3000 Kilopascal (kPa), bevorzugt zwischen 200 und 2000 kPa für den Druck und zwischen 10 bis 200ºC und bevorzugt zwischen 40 bis 120ºC für die Temperatur (in der gesamten Vorrichtung). In jeder Destillations-Reaktionszone nehmen die Behälter den ganzen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt der Destillations-Reaktionszone ein. Die in den die Elemente vom Typ J bildenden Behältern eingeschlossenen Feststoffpartikel können in jeder adäquaten Form konditioniert werden, insbesondere in im wesentlichen zylindrischer Gestalt oder in im wesentlichen kugelförmiger Gestalt.

Beispiel 1

Die Bestimmung der den theoretischen Böden equivalenten Höhe (HEPT) ermöglicht es, die Wirksamkeit einer Destillations-Reaktionsvorrichtung hinsichtlich der Destillationsebene zu charakterisieren. In diesem Beispiel wurde die HEPT bestimmt nach dem sogenannten Mac Cabe und Thiele Verfahren, indem man bei vollständigem Rückfluß ein binäres Methanol-, Ethanol-Gemisch destilliert. Im Gleichgewicht ermöglicht es die in der Analyse (Brechungsindex) des Destillats (Probe oben an der Kolonne entnommen) und des Rückstandes (im Siedebereich entnommene Probe) graphisch, ausgehend vom Gleichgewichtsdiagramm Flüssigkeit/Dampf die Anzahl theoretischer Böden der Kolonne zu erhalten. Die Versuche wurde in einer Laborvorrichtung vorgenommen, die die Form einer Kolonne mit zylindrischem Querschnitt von einem Innendurchmesser von 100 Millimeter (mm) hatte, die auf einem Gefäß (Siedekessel) von 10 Litern, ausgestattet mit einer Kühlung und einem Rückflußsystem angeordnet ist. Die Vorrichtung ist mit zwei Temperaturmeßstellen oben und unten an der Kolonne versehen. Diese Versuche wurden bei vollständigem Rückfluß durchgeführt. Bei thermischem Gleichgewicht entnimmt man eine Probe im Gefäß (Rückstand oder Niederschlag) oben an der Kolonne in Höhe des Rückflusses (Destillat). Die Vorrichtung "C1" ist über eine Höhe von 1000 mm mit der Füllung für die Reagenzkolonne gefüllt, die im Text der EP-B-8860 beschrieben und in den Fig. 2 und 3 dieser Patentschrift schematisiert ist. Diese Füllung ruht auf einem perforierten Träger, dessen kreisförmige Öffnungen einen Durchmesser von 9 mm haben. In einer Vorrichtung "C2" identisch der Vorrichtung "C1" führt man lose leere Behälter, Paliringe und Behälter ein, welche Katalysatorpartikel in Kornform in einer Menge derart umschließen, daß unter den Reaktionsbedingungen diese Partikel ein Volumen im wesentlichen gleich der Häfte des Volumens des sie umschließenden Behälters einnehmen. Die größte Abmessung dieser Behälter liegt bei 15 mm und die kleinste bei 12 mm. Die Pallringe haben einen Durchmesser von 15 mm und eine Höhe von 15 mm. Die Hülle der Behälter besteht aus gewebtem Polypropylen, das Quadratmaschen von 0,3 mm Seitenlänge hat. Diese Behälter umfassen sämtlich eine Verstär kungsbewehrung aus rostfreiem Stahl. Die Gesamthöhe des durch die Behälter in der Kolonne gebildeten Betts liegt bei 1000 mm. Bei jedem der beiden Versuche ist die Katalysatormenge in der Kolonne, ausgedrückt als Gewicht trockenen Katalysators, identisch. Der verwendete Katalysator ist das sulfonierte Harz, welches verkauft wird von der Firma Rohm & Haas unter dem Handelsnamen Amberlyst 15. Im Fall der Vorrichtung "C1" ergibt sich ein HEPT von 0,4 m und im Fall der Vorrichtung "C2" von 0,30 m. Die Vorrichtung nach der Erfindung ermöglicht also einen erheblichen Gewinn an Destillationsausbeute, da man einen Gewinn von etwa 25 % gegenüber der Höhe eines theoretischen Bodens hat.

Beispiel 2

Um den letzten Reaktor einer industriellen Einheit zu simulieren, führt man die Synthese des MTBE in einer experimentellen Reagenzkolonne durch. Sie wird gespeist durch eine Charge, welche Methanol und ein Gemisch aus Butenen und Butanen enthält, das etwa 25% Isobuten enthält, das bereits zu 80% in MTBE umgewandelt ist. Der erste Versuch (I) wird mit Vorrichtung "C1", beschrieben in Beispiel 1, durchgeführt. Im zweiten Versuch (II), welcher die Erfindung illustriert, verwendet man die im Beispiel 1 beschriebene Vorrichtung "C2". Arbeitet man bei einem Druck in der Größenordnung von 0,5 Megapascal (MPa), bei einer Temperatur zwischen 60 und 80ºC und hält man einen Rückfluß in der Größenordnung von 1/1 ein, so wandelt man in MTBE etwa 60% des Restisobutens im ersten Versuch gegenüber etwa 90% im zweiten Versuch um.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ermöglicht es also eine Umwandlung zu erhalten, die klar höher als die liegt, welche mit einer Vorrichtung nach der Lehre der EP-B-8860 erhalten wurde.

Claims

1. Destillations-Reaktionsvorrichtung, wenigstens eine Destillations-Reaktionszone umfassend, wobei diese Zone auf einem den Durchgang der Fluide ermöglichenden perforierten Träger eine Vielzahl von Elementen vom Typ J enthält, die einen Behälter umfassen, der eine Menge an katalytischen festen Partikeln umschließt, der Art, daß der Füllgrad Z1 des Behälters das Verhältnis zwischen dem Volumen Va dieser Partikel, gemessen nach ihrer Kontaktierung mit der Charge unter den Reaktionsbedingungen und dem Innenvolumen Vt des Behälters zwischen 0 und 0,9, untere Grenze ausgeschlossen und obere Grenze eingeschlossen, ist, wobei der Behälter einen Außenmantel hat, der permeabel für die Fluide und impermeabel für diese katalytischen Feststoff partikel ist, und eine Vielzahl von Elementen vom Typ K, die wenigstens die doppelte Funktion haben, einen bestimmten Füllgrad in der Destillations-Reaktionszone zu sichern sowie einen Destillationseffekt zu sichern, wobei das Element vom Typ K gewählt ist aus der Gruppe, die gebildet wird durch: die Destillationsfüllkörper, welche Elemente vom Typ K1 bilden und die leeren Behälter oder die nicht-leeren Behälter, die einen oder mehrere Füllkörper enthalten, oder nicht-leeren Behälter, welche Elemente vom Typ K2 bilden, wobei die Elemente vom Typ J und vom Typ K, die eine zufällige Stapelung in der Schüttung bilden und das Strömungsverhalten der Fluide ermöglichen über ausreichende mechanische Eigenschaften verfügen, um ohne übermäßige Verformung dem Druck der Gesamtheit der Elemente vom Typ J und vom Typ K, die in der Destillations-Reaktionszone vorhanden sind, widerstehen zu können und die Perforationen dieses perforierten Trägers ausreichend klein sind, um diese Elemente vom Typ J und vom Typ K zurückzuhalten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 11 bei der die Destillations- Reaktionszone wenigstens eine der Kombinationen enthält: wenigstens zwei Elemente vom Typ J und wenigstens zwei Elemente vom Typ K1; wenigstens zwei Elemente vom Typ J und wenigstens zwei Elemente vom Typ K2; wenigstens zwei Elemente vom Typ J, wenigstens ein Element vom Typ K1 und wenigstens ein Element vom Typ K2.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, 1 bis 99 % der Elemente vorn Typ K in der Destillations-Reaktionszone vom einen oder anderen Typ K1 oder K2 umfassend.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem wenigstens ein Behälter, gewählt aus der Gruppe, die gebildet wird durch die Elemente vom Typ J und die Elemente vom Typ K wenigstens ein Mittel umfaßt, das die doppelte Funktion der mechanischen Verstärkung dieses Behälters und der Aufrechterhaltung eines minimalen Raums zwischen diesem Behälter und wenigstens einem der folgenden Elemente hat: dem nächsten Behälter in Kontakt mit dem Ende dieses Mittels, einer der festen am weitesten benachbarten Flächen in Kontakt mit dem Ende dieses Mittels.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Elemente vom Typ J und die Elemente vom Typ K wenigstens einen Teil des Volumens der Destillations-Reaktionszone einnehmen, der zwischen diesem perforiertem Träger und dieser perforierten ähnlichen Vorrichtung sich befindet und den Durchgang der Fluide ermöglicht und dessen Perforationen ausreichend klein sind, um diese Elemente zwischen dem Träger und dieser Vorrichtung zurückzuhalten.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Elemente vom Typ K Mittel umfassen, die es ermöglichen, ihre Trennung von Elementen vom Typ J durch Verwendung magnetischer Mittel durchzuführen.

7. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Durchführung chemischer Reaktionen und zur Fraktionierung des Reaktionsgemisches.

8. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung von Ethern durch Reaktion von Olefinen, die 3 bis 8 Kohlenstoffatome pro Molekül haben, mit Alkoholen, die 1 bis 6 Kohlenstoffatome pro Molekül haben.

9. Verfahren zur Herstellung eines Ethers durch Reaktion von Olefinen, die 3 bis 8 Kohlenstoffatome pro Molekül haben, mit Alkoholen, die 1 bis 6 Kohlenstoffatome pro Molekül haben, in Gegenwart eines sauren Katalysators in Form von Feststoffpartikeln, nach dem man gleichzeitig die Reaktion und die Destillation der während dieser Reaktion gebildeten Produkte in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchführt und nach dem man kontinuierlich den gebildeten Ether gewinnt.