Verfahren zur kontinuierlichen Darstellung von flüssigen Gemischen aliphatischer, gesättigter, sauerstoffhaltiger Verbindungen durch katalytische Umsetzung von Wasserstoff mit Oxyden von Kohlenstof. Es ist bekannt, dass Wasserstoff mit den Oxyden des Kohlenstoffes bei Gegenwart eines Katalysators und unter Einfluss von Druck und Wärme in Wechselwirkung tritt, wobei sauerstoffhaltige organische Verbin dungen entstehen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Ver fahren zur kontinuierlichen Darstellung von flüssigen Gemischen aliphatischer, gesättig ter. sauerstoffhaltiger Verbindungen durch katalytische Umsetzung von Wasserstoff mit Oxyden von Kohlenstoff, mit Umlauf in einem geschlossenen Arbeitskreise von Appa raten, und unter Anwendung von Druck. Ge mäss diesem Verfahren führt man das Ge misch der der Reaktion zu unterwerfenden Gase mit einem Drucke in den Arbeitskreis ein, welcher den in letzterem herrschenden Betriebsdruck übersteigt.
Der Umlauf des Gasgemisches wird durch Vermittlung einer injektorartigen, nur mittelst ruhender Teile wirkenden Vorrichtung bewerkstelligt, wel che die potentielle Energie des eintretenden Gasgemisches teilweise in kinetische Energie umwandelt. Der Wasserstoff kann entweder in reinem Zustand oder gemischt mit andern Gasen ver wendet werden.
Es lassen sich nach diesem Verfahren flüssige Gemische gesättigter aliphatischer sauerstoffhaltiger Verbindungen erhalten, die hauptsächlich aus Methyl- und Athylalkohol bestehen, daneben höhere Alkohole, Alde hyde, Ketone und Säuren enthalten können, je nach den Arbeitsbedingungen, unter wel chen die Umsetzung verlief. Die Gemische eignen sich beispielsweise zur Verwendung als Lösemittel, Denaturierungsmittel, Brenn stoff, sowohl für Heizung als Beleuchtung.
Nur eine bestimmte Menge der über den Katalysator geleiteten Mischung reagiert un ter Bildung einer oder mehrerer Verbindun gen, weshalb die nach Abscheidung der Re aktionsprodukte verbleibende Mischung mit einer weiteren Menge der entsprechenden Mi schung versetzt wird, um die Bedingungen des Reaktionssystemes unverändert zu lassen.
Die Anlage umfasst ausser dem kata,lytisehen Apparat einen Apparat zur Kondensation und Abscheidung der Reaktionsprodukte, eine Zirkulationspumpe, die entweder eine Kolbenpumpe, eine Zentrifugal- oder rotie rende Pumpe sein kann, sowie in einigen Fällen andere Apparate, wie Gasreiniger, Wäimeaustauscher usw.
Die Verwendung von Pumpen hat den Nachteil, dass die Gase etwas von dem für die Schmierung der Kolben und Stopfbüchsen verwendeten Öl mitreissen, das sorgfältig ab getrennt werden muss, damit es den Kataly sator nicht vergiftet. Die gewöhnlichen Ölab- scheider genügen hierzu nicht,. weshalb beson dere Reinigungsapparate zur Entfernung der letzten äussersten Spuren von Öl in den Kreis lauf eingeschaltet werden müssen.
Die Zirku- lationspumpe, Ölscheider und Reiniger bil den als Ganzes eine Anlage von hohem Ge wichte, deren Betriebskosten einschliesslich Kraft, Schmieröl, Arbeit, Reparätion etc., die Kosten der Herstellung der fraglichen Ver bindungen erheblich steigert. Man =ss hier zu auch die Verluste durch Entweichen der Cxasmischung beim Durchgehen durch die Anlage und die durch die periodische Ent leerung des Olscheiders eintretenden Verluste hinzureichen.
Der Zweck des vorliegenden Verfahrens besteht darin, die angeführten Nachteile zu vermeiden. Nach der vorliegenden Erfindung wird als Zirkulationsapparat ein Apparat be nutzt, der, obgleich er keine sich bewegenden Teile enthält, den Umlauf der Gase in dem Kreislaufe bewirkt. Die einzige Bedingung für den Betrieb besteht darin, dass die in den Kreislauf eingeführte Mischung unter dem Druck von beispielsweise einer bestimmten Anzahl von Atmosphären über dem innerhalb des Kreislaufes selbst bestehenden Drucke steht.
Unter diesen Bedingungen unterliegt die in den Kreislauf eintretende Mischung einer Druckverminderung und ein Teil ihrer Poten tialenergie kann in kinetische Energie umge wandelt werden. Diese kinetische Energie wird zur Erzielung des Umlaufes der Gase benutzt.
Eine Ausführungsform des Zirkulatious- apparates, wie er zur Ausführung der Erfin- dung benutzt werden kann, ist in Fig. 1 der Zeichnung im Querschnitt veranschaulicht, während Fig. 2 schematisch einen geschlossenen Kreislauf mit diesem Zirkulationsapparat veranschaulicht.
In Fig. 1 bedeutet a den Körper des Ap parates, der mit entsprechend sehr dicken Wänden aus einem passenden Metall versehen ist.<I>b</I> ist ein Diffusor, c eine Düse,<I>d</I> eine Re guliernadel für die Düse c, e eine Stopfbüchse und f ein Filter zum Zurückhalten von Ver unreinigungen, welche die Düse verstopfen könnten.
Die frische Gasmischung wird bei A durch das Filter f geleitet, wobei die Mi schung vorher auf einen Druck komprimiert. wurde, welcher denjenigen der zu zirkulieren den Gasmischung um eine bestimmte An zahl- von Atmosphären übersteigt. Sie fliesst aus der Düse c mit grosser Geschwindigkeit aus, indem sie die Betriebsmischung mitreisst, welch letztere bei B eintritt. Der Überdruck der frischen Gasmischung wird durch die Masse und die Geschwindigkeit der in Bewe gung zu setzenden Gase, durch den Gesamt widerstand der Apparatenreihe und durch den Arbeitsdruck bestimmt.
Der geschilderte Zirkulationsapparatkann in irgend einem Punkte des Kreislaufes, an dem man die Einführung der Gasmischung für passend hält, eingeschaltet werden. Da durch, dass bewegliche Teile fehlen, werden die Nachteile der Verwendung von Zirkula- tionspumpen vermieden, während der Ge brauch von Olscheider und Reiniger unnötig ist. Ausserdem hat der Apparat den Vorteil in der Herstellung billig zu sein. Er ist ausserordentlich leicht zu betreiben und nimmt nur einen sehr geringen Raum ein.
Die Kosten der Kraft, um die Mischung auf den über dem Drucke des Kreislaufes liegenden Druck zu bringen, sind stets wesentlich nied riger, als die zur Betreibung einer Zirkula- tionspumpe.
Mit dem beschriebenen Apparate ist die Zirkulation der Gase auch dann möglich, wenn keine Reaktion zwischen ihnen statt- findet, nämlich in dem Zeitraume, wo die An lage in Gang gesetzt oder eingestellt wird.
Eine Anlage zur Gewinnung der verschie denen Verbindungen aus den angeführten Gasmischungen nach der Erfindung ist schematisch in Fig. 2 veranschaulicht. 1 ist ein ein- oder mehrstufiger Kompressor, 2 das Rohr, durch welches die komprimierten Gase strömen, 3 der in Fig. 1 veranschaulichte Zir- kulationsapparat, während 4, 5, G und 7 ver schiedene in den Arbeitskreis eingeschaltete Apparate sind.
Es sind vier derartige Appa rate veranschaulicht, doch kann eine grössere oder geringere Zahl verwendet werden, weil ihre Zahl und ihr Zweck von dem ausgeübten Verfahren der Synthese und von dem Punkte des Kreislaufes abhängt, an welchem der Zu tritt der Gasmischung für passend angesehen wird. 8 ist ein Rohr, welches den Irreislauf der Gase mit dem Saugrohre 9 des Kompres sors verbindet, während 10 ein Hahn ist, des sen Öffnung nach Belieben geregelt werden kann, und 11 ein Rohr, welches die Apparate 3 bis 7 verbindet. Der Pfeil zeigt den Lauf der Gase.
Hahn 10 wird nicht bei normalem Arbeitsgange betätigt, sondern nur in den Perioden des Ingangsetzens und des Einstel- lens der Anlage oder in Fällen eventueller Störungen des Arbeitsganges. Wenn die von Volumenverminderung begleitete Reaktion sich noch nicht vollzieht oder der richtige normale Gang noch nicht erreicht ist, so hat man keine, oder wenigstens nur eine kleinere Druckverminderung: die Einführung der fri schen Gasmischung muss aber gleichwohl ge schehen, da diese Einführung nicht nur den Zweck hat die Gase, welche reagiert haben zu ersetzen, sondern auch denjenigen, die Zir kulation der gesamten Gasmasse herbeizufüh ren.
Wenn man nicht durch Hahn 10 einen Teil der Gase während der Perioden des In- gangsetzens der Anlage entfernte, so würde der Druck in der Apparatur zu hoch steigen. Haben sich die normalen Reaktionsverhält nisse einmal eingestellt, so hat Hahn 10 keine Funktion mehr. Wie die Sache beim Einstel len der Anlage steht, ist leicht zu ersehen. Desgleichen wenn die Reaktion gestört ist; durch Regulierung der Öffnung des Hahnes 10 kann man die gleichen Bedingungen wie beim Stattfinden der Reaktion herbeiführen.
Process for the continuous preparation of liquid mixtures of aliphatic, saturated, oxygen-containing compounds by catalytic conversion of hydrogen with oxides of carbon. It is known that hydrogen interacts with the oxides of carbon in the presence of a catalyst and under the influence of pressure and heat, forming oxygen-containing organic compounds.
The invention relates to a process for the continuous production of liquid mixtures of aliphatic, saturated ter. Oxygen-containing compounds by catalytic conversion of hydrogen with oxides of carbon, with circulation in a closed working circuit of apparatus, and with the application of pressure. According to this process, the mixture of the gases to be subjected to the reaction is introduced into the working circuit at a pressure which exceeds the operating pressure prevailing in the latter.
The circulation of the gas mixture is brought about by means of an injector-like device acting only by means of stationary parts, which partially converts the potential energy of the gas mixture entering into kinetic energy. The hydrogen can be used either in its pure state or mixed with other gases.
This process can be used to obtain liquid mixtures of saturated aliphatic oxygen-containing compounds, which mainly consist of methyl and ethyl alcohol, but can also contain higher alcohols, aldehydes, ketones and acids, depending on the working conditions under which the reaction took place. The mixtures are suitable, for example, for use as solvents, denaturants, fuel, both for heating and lighting.
Only a certain amount of the mixture passed over the catalyst reacts under formation of one or more compounds, which is why the mixture remaining after separation of the reaction products is mixed with a further amount of the corresponding mixture in order to leave the conditions of the reaction system unchanged.
In addition to the catalytic apparatus, the system includes an apparatus for condensing and separating the reaction products, a circulation pump, which can either be a piston pump, a centrifugal or rotating pump, and in some cases other apparatus such as gas purifiers, heat exchangers, etc.
The use of pumps has the disadvantage that the gases entrain some of the oil used to lubricate the pistons and stuffing boxes, which must be carefully separated so that it does not poison the catalyst. The usual oil separators are not sufficient for this. which is why special cleaning devices must be switched on to remove the last extreme traces of oil in the circuit.
The circulation pump, oil separator and cleaner as a whole form a system of high weight, the operating costs of which, including power, lubricating oil, labor, repair, etc., considerably increase the costs of making the connections in question. The losses caused by the escape of the gas mixture when passing through the system and the losses caused by the periodic emptying of the oil separator are also sufficient here.
The purpose of the present method is to avoid the drawbacks mentioned. According to the present invention, an apparatus is used as the circulation apparatus which, although it does not contain any moving parts, effects the circulation of the gases in the circuit. The only condition for operation is that the mixture introduced into the circuit is at the pressure of, for example, a certain number of atmospheres above the pressure existing within the circuit itself.
Under these conditions, the mixture entering the circuit is subject to a decrease in pressure and part of its potential energy can be converted into kinetic energy. This kinetic energy is used to achieve the circulation of the gases.
An embodiment of the circulatory apparatus, as it can be used for carrying out the invention, is illustrated in cross section in FIG. 1 of the drawing, while FIG. 2 schematically illustrates a closed circuit with this circulation apparatus.
In Fig. 1, a denotes the body of the apparatus, which is provided with correspondingly very thick walls made of a suitable metal. <I> b </I> is a diffuser, c is a nozzle, <I> d </I> is a Regulating needle for the nozzle c, e a stuffing box and f a filter to hold back impurities that could clog the nozzle.
The fresh gas mixture is passed through the filter f at A, the mixture being previously compressed to a pressure. which exceeds that of the gas mixture to be circulated by a certain number of atmospheres. It flows out of the nozzle c at great speed, entraining the operating mixture, which the latter occurs at B. The overpressure of the fresh gas mixture is determined by the mass and the speed of the gases to be set in motion, by the total resistance of the row of devices and by the working pressure.
The circulation apparatus described can be switched on at any point in the circuit at which the introduction of the gas mixture is deemed appropriate. Since there are no moving parts, the disadvantages of using circulation pumps are avoided, while the use of oil separators and cleaners is unnecessary. In addition, the apparatus has the advantage of being cheap to manufacture. It is extremely easy to operate and takes up very little space.
The cost of the force to bring the mixture to a pressure above the pressure of the circuit is always much lower than that of operating a circulation pump.
With the apparatus described, the gases can also circulate when there is no reaction between them, namely during the period in which the system is started or stopped.
A system for obtaining the various compounds from the gas mixtures listed according to the invention is illustrated schematically in FIG. 1 is a single or multi-stage compressor, 2 is the pipe through which the compressed gases flow, 3 is the circulation apparatus illustrated in FIG. 1, while 4, 5, G and 7 are various apparatuses included in the working group.
Four such apparatuses are illustrated, but a greater or lesser number may be used because their number and purpose will depend on the method of synthesis being practiced and on the point in the cycle at which the gas mixture is deemed appropriate. 8 is a pipe that connects the flow of gases with the suction pipe 9 of the compressor, while 10 is a tap, the opening of which can be regulated as desired, and 11 is a pipe that connects the apparatuses 3 to 7. The arrow shows the flow of gases.
Stopcock 10 is not operated during normal work, but only during the periods when the system is started up and when the system is shut down or in the event of any faults in the work. If the reaction accompanied by the reduction in volume does not yet take place or if the correct normal rate has not yet been achieved, there is no, or at least only a minor, pressure reduction: the introduction of the fresh gas mixture must nevertheless be carried out, since this introduction is not only the The purpose is to replace the gases that have reacted, but also to replace those that cause the entire gas mass to circulate.
If some of the gases were not removed through tap 10 during the periods in which the system was started up, the pressure in the apparatus would rise too high. Once the normal reaction conditions have been established, valve 10 no longer has any function. It is easy to see how things stand when setting up the system. Likewise if the reaction is disturbed; by regulating the opening of the cock 10, the same conditions as when the reaction took place can be brought about.