CH127243A - Verfahren und Vorrichtung zur Ausführung von Gasreaktionen. - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren und Vorrichtung zur Ausführung   VOR    Gasreaktionen.



   Das neue Verfahren besteht in einer eigentümlichen Anwendung der Diffusion, um   praktisch    träge verlaufende chemische Reaktionen zweier oder mehrerer Gase auf  ineinander    zu beschleunigen oder solche Reak  tonen,    welche bei gewöhnlicher Mischung der Gase überhaupt nicht in einem praktisch in Betracht kommenden Grade vor sich gehen, in praktischem Umfang herbeizuführen.



   Die eigentümliche Anwendung der Diffusion besteht darin, dass man die Gase, welehe miteinander reagieren sollen, auf verschiedene Seiten einer porösen Scheidewand bringt.



  Eine für viele Fälle geeignete besondere Ausführungsform des Verfahrens kann darin bestehen, dass man in diese Scheidewand geeignete Katalysatoren so einbettet, dass sie die ganze Dicke der Scheidewand durchsetzen. Eine weitere Verbesserung des Verfahrens kann darin bestehen, dass man die Gase auf den beiden Seiten der Scheidewand in strömenden Zustand versetzt, am zweck  mässigsten    im Gegenstrom.



   Eine besondere Ausführungsform des Verfahrens, bei welcher auch die leichte und gleichmässige Erwärmbarkeit des ganzen Apparates oder seiner einen Kammer ausgenutzt wird, kann auch darin bestehen, dass in der einen Kammer erst durch eine chemische Reaktion die Gase oder das Gas gebildet wird, welches mit dem Gas auf der andern Seite der Scheidewand in Reaktion treten soll.



   Die Anmelderin hat   nämlich    die eigen  tümliche      Entdeckung    gemacht, dass chemische Reaktionen, welche in einem Gemisch von zwei Gasen sehr träge vor sich gehen, wesentlich beschleunigt werden, wenn die beiden Gase sich auf den beiden Seiten einer porösen Scheidewand befinden, so dass eine Mischung derselben in den Poren der Wand stattfindet. So reagieren Acetaldehyd in Dampfform und der Sauerstoff der Luft im freien Gemisch nur sehr langsam, während bei der Scheidung derselben durch eine solche Scheidewand die Reaktion schneller durchgeführt werden kann.

   Zur Erklärung hiervon dient, dass die unter diesen Umständen einsetzende Diffusion der beiden Gase ineinander durch die Scheidewand an den innern   Grenzflächen der Scheidewand unter andern Umständen aufeinandertreffen lässt, als bei der Mischung in einem freien Raum. Die Wirkung ist als eine katalytische im Sinne der Oberflächenkatalyse oder Adsorptionskatalyse zu bezeichnen, unterscheidet sich aber von den bekannten Formen dieser Katalyse dadurch, dass die Reaktionskomponenten unvermischt auf beiden Seiten des katalysierenden, Stoffes nach den Gesetzen der Diffusion zweier Gase ineinander eintreten und sich zwangsläufig entgegengeführt werden.

   Diese Diffusionsgeschwindigkeit wird demnach auf dem Höchstmass gehalten werden, wenn das Diffusionsprodukt, welches hier nicht eine blosse Mischung ist, sondern auch das Erzeugnis der chemischen Reaktion enthält, möglichst schnell abgeführt wird, wenn man also die beiden Gase an den beiden Oberflächen der Scheidewand entlang strömen lässt; erfolgen diese Strömungen in entgegengesetzter Richtung, soverläuft die Reaktion am schnellsten und vollständigsten. Dasselbe Ergebnis kann natürlich auch durch irgend eine andere Beseitigung des Reaktionsproduktes erzielt werden, welche es aus den reagierenden Gasen entfernt.



   Der Reaktionsvorgang kann nun aber auch noch verbessert werden, wenn man die ganze Scheidewand mit irgend einem spezifischen Katalysator für die gewünschte Reaktion durchsetzt, zum Beispiel Ferrisalzen für die angegebene Reaktion von Acetaldehyd und Sauerstoff. Hier tritt zu der Verbesserung der Reaktionsbedingungen, wie sie durch die poröse Scheidewand an sich gegeben sind, noch der Vorteil hinzu, dass man die reagierenden Gase unter diesen Bedingungen mit sehr grossen Mengen eines spezifischen   Katalysators    zwangsläufig in Berührung bringen kann. Der Gedanke, den Katalysator auf die grossen innern Grenzflächen eines porösen   Körpers    zu bringen, um so die wirksame Oberfläche zu vergrössern, ist bekannt   (vergl.D.R.P.'317979,      1ç1. 12g).   



  Dieses Verfahren unterscheidet sich aber von dem vorliegenden dadurch, dass die Gase nicht gezwungen werden, bis in das Innere der porösen Wand vollständig einzudringen.



  Diese vollständige Durchdringung poröser Körper wird nun bei dem. neuen Verfahren dadurch erzwungen, dass durch das Diffusionsbestreben zweier Gase ineinander diese in eine solche Scheidewand vollständig eindringen. Dazu kommt aber noch, dass bei dem Durchströmen eines schon vorher gebil  deten    Gasegemisches nach dem alten Verfahren durch ein Haufwerk von porösen Stoffen wenigstens ein Teil der Gase so durch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Katalysatorträgern durchströmen wird, dass er mit dem   Katalysator    überhaupt nicht in Berührung kommt.



   Ein praktischer Vorteil des neuen Verfahrens, den alten der bezeichneten Art gegenüber, liegt noch in der Apparatur, insofern die in dem Apparat feststehende Scheidewand nicht der Abscheuerung des Katalysators an den Aussenflächen seines Trägers ausgesetzt ist, welche bei der Berührung mehrerer solcher Träger, namentlich in einem Haufwerk, eintritt.



   Wenn mehr als zwei Gase im Spiel sind, also mindestens auf einer Seite des Diaphragmas ein Gemisch von zwei Gasen, kann zu den geschilderten Diffusionswirkungen dann, wenn die gemischten Gase verschiedene Molikulargrösse besitzen, noch die an sich bekannte dyalisierende Wirkung des Diaphragmas treten. Dann tritt im wesentlichen nur eine   I(omponeate    des Gemisches in die Scheidewand ein und reagiert in ihr mit der von der andern Seite der Scheidewand kommenden   Kbmponente.   



   Zur Durchführung des neuen Verfahrens kann ein sehr einfacher Apparat dienen, der zweckmässig aus einem innern, durch einen porösen Zylinder umschlossenen Raum mit einer obern und untern Rohrverbindung und einem äussern, durch einen gasdichten Metallmantel umschlossenen Raum, in welchen wiederum oben und unten zwei Rohre münden, besteht. Auf diese Weise ist es möglich, die Reaktionen unter beliebigem Druck vor sich gehen zu   Iassen    und eine beliebige, im be  sonderen gleichmässige Erwärmung von innen oder aussen vorzusehen.



   Auf der anliegenden Zeichnung ist A das poröse Diaphragma, B der undurchlässige Mantel,   (D    der Innenraum und D der   Aussen-    raum, E und G die Rohrverbindungen des Innenraumes und F und H die des Aussenraumes.



   Eine katalytisch wirksame Scheidewand zur Ausführung des Verfahrens, welche mit einem besonderen Katalysator durchsetzt ist, lässt sich beispielsweise wie folgt herstellen:
Ein poröses Porzellanrohr oder Asbestrohr (erhalten durch Aufrollen von angefeuchtetem Asbestpapier auf einem 5 mm dicken Glasstab und darauffolgendes Trocknen) wird mit einer Lösung von 60 gr kristallisiertem Nickelnitrat, 10 gr Kupfernitrat und 10 gr Borax in 500 cm3 Wasser gut getränkt, bei möglichst niedriger Temperatur getrocknet und sodann etwa   l/2    Stunde auf zirka 400        C erhitzt. Das so präparierte Rohr wird in den Apparat eingezogen, der Ap   parat auf 300 bis 320   G erhitzt und bei    dieser Temperatur Wasserstoff so lange durchgeleitet, als noch im Kühler Wassertropfen erscheinen.



   Diese Scheidewand eignet sich im besonderen zur Ausführung des Verfahrens nach Beispiel 1 und 2. Es ist aber bekannt, dass    solche von : Katalysatoren durchsetzten Schei-    dewände auch auf andere Weise hergestellt werden können, und es ist ersichtlich, dass dieses Verfahren leicht für andere Katalysatoren abgeändert werden kann.



   Das ausgedehnte Gebiet der Anwendungsfähigkeit des neuen Verfahrens sei noch durch folgende Beispiele erläutert:
1.   Herstelinng    von Methan
Durch einen Apparat mit einer Scheidewand, wie beschrieben, wurde   Kohlenoxyd    und Wasserstoff im Gegenstrom bei der Temperatur von 230          G    durch den Apparat geleitet, wobei das Verhältnis der Gase zu etwa 1 CO   : 4 H2    gehalten wurde.



   Die erhaltenen Gase enthielten reichliche Mengen Methan, dessen Ausbeute sich beim ersten Durchleiten bereits zu 28 % ergab.



  2.   Herstellnng    von Methanol (Verfahren I)
Als Apparat diente eine Anordnung entsprechend der schematischen Zeichnung, wobei das äussere undurchlässige Rohr druckfest gestaltet ist. Als Diaphragma diente ein poröses Rohr, das mit einer Lösung von 80 gr Zinknitrat, 10 gr Kupfernitrat und 20 gr Borax in 500 cm3 Wasser imprägniert und sodann gut getrocknet war. Durch den Apparat wurden sodann bei 50 Atmophären Überdruck   Kohlenoxid    und Wasserstoff im Verhältnis 1 : 6 im Gegenstrom geleitet, während die Temperatur des Apparates auf zirka 380          C    gehalten wurde. Die unter Druck abgekühlten Gase setzen eine wasserlösliche Flüssigkeit ab, die fast völlig aus Methanol, und zwar in einer Ausbeute von 8,5 % der Theorie und Wasser bestand.



  3.   Herstellnng    von   Methanol    (Verfahren II)
Unter Verwendung eines mit   I(upfer    imprägnierten und mit Borax aktivierten Tonrohres wird gasförmige Ameisensäure und Wasserstoff auf den beiden Seiten des Rohres vorbeiströmen lassen. Die Reaktion verläuft bei 170 bis 180        C mit einer Ausbeute von ungefähr 3,5 % der Theorie und kann durch Druckerhöhung auf etwa 30 bis 40 Atmosphären verbessert werden.



  4.   HErste71Zung    von Methanol (VerfahrenIII)
Durch das Innere eines porösen Tonrohres, das mit einer Lösung von 20 %   : K : up-    fernitrat und 4 % Borax getränkt, sodann getrocknet, geglüht und mit Wasserstoff bei zirka   300 0    reduziert worden ist, wird dampfförmiges Methylformiat geleitet,   wäh-    rend auf der Aussenseite ein Strom Wasserstoff in entgegengesetzter Richtung geschickt wird. Die Temperatur des Apparates wird    auf zirka 180   C : gehalten. Die Dämpfe    scheiden beim Abkühlen eine Flüssigkeit ab, die Methylalkohol, ungefähr 71 % der Theorie, und noch unverändertes Methylformiat  enthält. Zersetzungsprodukte treten hierbei keine auf.



   Wiederholt man denselben Versuch in einer druckfesten Apparatur bei zirka 40 Atmosphären Druck, so steigt die Ausbeute an    Methylalkohol.



   5. Herstellung' von A Acetanh ?   drid     Äthylidendiacetat wird mit einer geringen Menge einer mit Eisessig verdünnten Schwefelsäure versetzt und zum Kochen gebracht.



  Diese Dämpfe werden durch das Innere eines porösen Tonrohres, das gegebenenfalls mit Eisenoxyd imprägniert ist, geleitet, während jenseits des Tonrohres ein trockener Luftstrom geführt wird. Die Temperatur des    Apparates wird auf zirka 180   C gehalten.   



  Die Dämpfe aus dem Innern des Rohres geben bei dem Kondensieren ein hochprozentiges Acetanhydrid in nahezu quantitativer Ausbeute neben wenig Essigsäure, während die Dämpfe jenseits des Tonrohres reine aldehydfreie Essigsäure niederschlagen.



   6.   Herstellung    von   Essigsäure       Acetaldehyddämpfe    werden in das Innere desselben Tonrohres der Apparatur vom vorigen Beispiel geleitet. Jenseits des Tonrohres wird ebenfalls trockene Luft geführt, nur mit dem Unterschied, dass die Temperatur auf   zirka    135          C    gehalten wird. Die Kondensate bestehen quantitativ aus Essigsäure.



   7.   Herstellung    von   Sm61fl6ry1chlorid   
Leitet man   Schwefddioxyd    und Chlor über die beiden Seiten eines Diaphragmas bei einer Temperatur von zirka 130        C und Atmosphärendruck, so entsteht Sulfurylchlorid in einer Ausbeute über 60 %.



   Bei dem neuen Verfahren wird auf beiden Seiten der Scheidewand in der Regel derselbe Druck angewendet. Es kann jedoch im besonderen bei dicken Scheidewänden oder sehr feinporigen Scheidewänden auf der einen   Seite    ein gewisser Überdruck angewendet werden. Dieser darf jedoch im Verhältnis zum Diffusionsdruck nicht so gross sein, dass er das eine Gas vollständig durch die Scheidewand durchtreibt und dadurch dem gegen überliegenden Gas den Eintritt in die Scheidewand abschneidet.



      PBTENTBNSPROCHE :   
I. Verfahren zur Ausführung von chemi schen Gasreaktionen für Gase, welche bei einfacher Mischung höchstens in ge ringem Masse reagieren, dadurch gekenn zeichnet, dass man die gasförmigen
Stoffe, welche miteinander reagieren sol len, auf die beiden Seiten einer porösen
Scheidewand bringt.   

Claims (1)

1. II. Apparat zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch ein Gefäss, einen von einer porösen, mit einem Katalysator durchsetzten Wand umschlossenen besonderen Innen raum des Gefässes und Zu- und Ablei tungsröhren für jeden der beiden Räume.

   UNTERBNSPRUOEIE: 1. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass man eine mit einem Katalysator imprägnierte Scheide wand verwendet.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass ss man das Re- aktionsprodukt wenigstens auf einer Seite der Scheidewand ständig von der Ober fläche der Scheidewand entfernt.

   3. Verfahren nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass man eine Strö mung auf den Oberflächen der Scheidc- wand aufrecht erhält.

   4. Verfahren nach Unteranspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass ein Höchst- wert der Diffusionsspannung und damit ein Höchstwert der Diffusionsgeschwin digkeiten in der Scheidewand durch Gegenströmen der Ausgangsstoffe auf bei den Seiten der Scheidewand erzielt wird.

   5. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass wenigstens auf der einen Seite der Scheidewand ein Gas gemisch von Gasen verschiedener mole kularer Grösse erzeugt wird, und durch Dialyse des Gases mit dem kleineren Molekulargewicht eine chemische Reak tion desselben mit einem Gas von der andern Seite der Scheidewand stattfindet.

   G. Apparat nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass Mittel vo- handen sind, um wenigstens den einen der beiden Räume zu heizen.

   7. Apparat nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass Mittel vor handen sind, um wenigstens den einen der beiden Räume unter Druck zu setzen.

   VEREIN FÜR CHEMISCHE INDUSTRIE AITIENGESELLSCHAFT.

   Vertreter: Heinrich RIESE, Zürich.