CH437221A - Verfahren zur Durchführung katalytischer Gasreaktionen - Google Patents

Description

  Verfahren zur Durchführung     katalytischer    Gasreaktionen    Katalytische Gasreaktionen lassen sich in :den üb  lichen Reaktionsöfen oft nicht optimal durchführen.  Dies trifft vor allem bei     exothermen    Reaktionen zu, bei  welchen üblicherweise der Umsatz in mit Katalysator  gefüllten Rohren, die von einem Kühlmedium umspült  werden, stattfindet. Die Reaktion spielt sich meist in  einer schmalen Schicht ab, so dass der Hauptteil der       freiwerdenden    Wärme von .dieser Stelle abgeführt wer  den muss. Dabei darf aber die Temperatur des Kühl  mediums nicht zu niedrig .gehalten werden, da sonst  der restliche Katalysator, der den Umsatz vollenden  muss, unter die benötigte Reaktionstemperatur abge  kühlt wird.  



  Es ist bekannt, dass man diesen Nachteil mildern  kann, wenn man das     Reaktion:sofensystem    in thermisch  unabhängig voneinander regelbare Abschnitte unterteilt.  so kann der     Abschnitt,    in welchem     die    Hauptreak  tion erfolgt, mit viel Kühlmittel von geringer Eintritts  temperatur betrieben werden. Die anderen Abschnitte  werden anschliessend mit ebenfalls geeigneten Mengen  Kühlmittel von geeigneter Temperatur so betrieben, dass  die Reaktion .in     diesen    Abschnitten bis zum gewünschten  Umsatz weiter verläuft. Auch bei dieser Methode ver  schiebt sich die     Hauptreaktionszone    im allgemeinen  von einem Abschnitt zum anderen.

   Zudem wird die       apparative    Ausgestaltung kompliziert und     umfangreich.     



  Es wurde nun :gefunden, dass man die Nachteile  der     bekannten    Verfahren vermeiden kann, wenn man  den Temperaturverlauf so steuert,     d'ass    er über die ganze  Reaktion monoton verläuft.  



  Das     Verfahren    der Erfindung     ,istdadurch    gekenn  zeichnet, dass im Reaktionsraum ein monotoner Tempe  raturverlauf, der sich über die ganze Reaktion erstreckt,  durch Anpassen der Reaktionstemperatur an die wäh  rend der Reaktion abnehmende Konzentration der Re  aktionspartner aufrechterhalten wird, wobei im Reak  tionsraum an mindestens zwei     hintereinanderfolgen@den     Stellen des von :den Gasen zurückzulegenden Weges die  Temperatur gemessen wird und auf Grund dieser Mess-         daten    die Eintrittstemperatur und Menge eines mit dem  Reaktionsraum im Wärmeaustausch stehenden flüssigen       Wärmeaustauschmediums    gesteuert wird.  



  Durch die Steuerung :der Eintrittstemperatur und  Menge des     Wärmeaustauschmediums        wird.    die bei der  Umsetzung entstehende oder     verbrauchte    Wärme in der  für das Fortschreiten des Umsatzes längs des     Katalysa-          tors    nötigen Menge vom     Wärmeaustauschmedium    auf  genommen bzw. abgegeben und so ein monotoner Tem  peraturverlauf über     dieganze    Reaktion     aufrechterhalten.     



  In Blatt 1-3 ist der Verlauf der Temperatur über  .die Länge des Reaktors für drei verschiedene Betriebs  weisen dargestellt. Bei     neinstufigen    Reaktoren, die mit  konstanter     Kühlmitteltemperatur    (Kurve K I) betrie  ben werden, bildet sich im ersten Viertel der Reaktion  eine schmale     Temperaturspitze    aus     (Kurve    R I), die       eine    den     Katalyt    schädigende hohe Temperatur erreicht.

    Bei stufenweiser     Reaktionsführung    (Kurve R     II)    mit  angepassten Temperaturstufen :des Kühlmediums (Kurve  K     II)    wird     zwar    oder     .Betrag    der Temperaturspitze herab  gesetzt, die     Beanspruchung    es     Katalyten    ist :aber noch  ungleichmässig und stellenweise zu hoch, so dass immer  noch ein Wandern der     Hauptreaktionszone    zu beob  achten ist.

   Ganz anders ist der Temperaturverlauf nach  erfindungsgemässen Vorgehen     (Kurven    R Il und K     III.)     Diese ergibt über nahezu der .ganzen Reaktionsstrecke  eine angenähert gleichmässige     Katalytbelastung    und ent  hält keine Stelle mehr     mit    einer thermischen     überbean-          spruchung    des     Katalyten.    Durch     diese    homogene     Kata-          lytbeanspruchung    ist es möglich, trotz geringer Bean  spruchung des     Katalyten    eine höhere Leistung zu erzie  len.  



  Für     exotherme    Reaktionen ergibt sich ,in der Regel  eine     Gleichstromführung    der Reaktionsgase und des       Wärmeaustauschmediums,    für     endotherme    Reaktionen  ein Gegenstrom.  



  Die     Temperaturmessstellen    sollen vorzugsweise so  gewählt werden, dass die erste Stelle im Bereich der  ersten 5-15 % und die letzte im Bereich von 50-70      der Wegstrecke, die die Reaktionsteilnehmer zurück  legen, im     Katalyt    liegen.  



  Ergibt die erste     Temperaturmessstelle    eine Abwei  chung von der Solltemperatur, so kann durch Änderung  der Eintrittstemperatur .des     Wärmeaustauschmediums     der Sollwert     wieder    erreicht werden.

   Weicht die Tempe  ratur der     letzten        Messstelle    vom Sollwert ab, so lässt     seich     dieser durch Änderung der Menge     Wärmeaustausch-          medium    wieder einstellen.     Wird    so beispielsweise     bei     einer     exothermen    Reaktion bei der ersten     Messstelle    eine  Temperatur gemessen, die unterhalb (der Solltemperatur  liegt, so kann     durch    Erhöhung der Eintrittstemperatur  des     Kühlmittels    die Solltemperatur wieder erreicht wer  den.

   Gleichzeitig wird dann aber die gemessene Tempe  ratur der letzten     Messstelle    über der Solltemperatur  liegen. Um die Solltemperatur dieser Stelle erneut zu  erreichen, wird .in der Regel die Menge des Kühlmittels  erhöht.  



  Bei Verwendung :teurer und empfindlicher Kataly  satoren und/oder zur Erreichung     einer    maximalen Lei  stung bei optimalen Bedingungen empfiehlt es sich, die  Temperatur an einer oder mehreren weiteren     Messstellen     zu messen. Diese gemessene Temperatur dient zur Ver  schiebung der     Sollwerte    der beiden zur     Steuerung    von  Eintrittstemperatur und Menge des Wärmeaustausch  mediums dienenden Stellen, wodurch die mittlere Ge  samtabweichung der gesamten     Temperaturcharakteristik     auf ein Minimum gebracht werden kann.  



  Der Temperaturverlauf     hei        exothermen    Reaktionen  soll zweckmässig einen leichten Anstieg, z. B. bei der       Vinylchloridherstellung,    um etwa 10% aufweisen.  



  Die Festlegung der Solltemperatur für die verschie  denen Reaktionen kann nach folgenden Gesichtspunk  ten 1 oder 2 erfolgen:  1. Für die     Verwendung,der    in der     Literatur    nieder  gelegten Reaktionstemperaturen gilt die     überlegung,

       dass diese .aus Versuchen mit etwa konstanter Tempera  tur des     Wärmeaustauschmediums    gewonnen     wunde.     Demzufolge ist bei     exothermen    Reaktionen einerseits die  Solltemperatur der ersten     Messstelle    zur     Vermeidung     der     sonst    auftretenden Temperaturspitze tiefer     als    die  angegebene Reaktionstemperatur zu wählen und ander  seits ist die Solltemperatur an der letzten     Messstelle    zur  Erreichung einer vollständigen     Ausreaktion    etwas höher  zu wählen. Bei     endothermen    Reaktionen gilt das Ent  gegengesetzte.  



  2. Durch Bestimmung der     Katalytverluste    bei be  stimmten Temperaturen (Blatt 4, Kurve 1) sowie durch       Bestimmung    der Umsatzmengen bei bestimmten Tempe  raturen (Blatt 4, Kurve 2) ist der zeitliche Verlauf der       Katalytaktivität    einerseits     (Blatt    5, Kurve 3) und damit  die Produktion über die Lebensdauer des     Katalyten    an  derseits (Blatt 5, Kurve 4) zu bilden. Mit     diesen    An  gaben lässt sich die Solltemperatur optimieren.  



  Durch nachstehendes Beispiel wird das erfindungs  gemässe Verfahren anhand der     Vinylchloridsynthese    il  lustriert.  



  <I>Beispiel 1</I>  In einem Röhrenreaktor mit in gleichstromgeführtem  Kühlmedium werden die Reaktionsgase Acetylen und  Chlorwasserstoff im     stöchiometrischen        Verhältnis    über  einen     Katalyt    aus     HgCl2    auf Aktivkohle     geführt.    Die  Temperatur     wird    so gesteuert,

   dass sie von eingangs  etwa 40  C im Verlauf des ersten Sechstels der Reak  tionsstricke     gleichmässig    mit positiver erster     Derivative     auf 90 % des Maximalwertes von 120  C ansteigt und    von     da    an     nahezugeradlinig        bis    zum Ende .der Reaktion  auf 120  C     weiter    ansteigt. Dies wird dadurch erreicht,  dass bei einer Belastung des     Katalyten    mit 300     1/Std.     an eintretenden Reaktionsgasen pro Liter     Katalyt    30 bis  40     1/Std.    Kühlöl ( Shell     Tellus    11  ) durch den Reaktor  geschickt werden.

   Die Eintrittstemperatur des Kühlöls  beträgt 40  C. Dabei wird ein nahezu 100 %     iger    Um  satz erreicht. Die     erste        Temperatur-Messstelle        befindet     sich 60 cm nach dem Gaseintritt im Reaktor, die zweite       Messstelle        liegt    140 cm nach :der ersten.  



  <I>Beispiel 2</I>  In einem Röhrenreaktor wie Beispiel 1 werden  stündlich zur Reaktion gebracht: 2,8     Mol        Nitrobenzol     und 8,8     Mol    H2 und 1     Mol        inerte    Gase und daraus  250     kg/h        Reinanilin    gewonnen, bei einer Gaseintritts  temperatur von 220  C und einer     Austrittstemperatur     von 280  C. Die Temperatur     wird    nach 0,6 und 2 Me  tern vom Gaseintritt gemessen und mit der 1. Messung  die     Kühlmitteleintrittstemperatur    und mit der 2.

   Mes  sung die     Kühlmittelmenge    so reguliert, dass bei stationä  rem Betrieb 80     l/Min    Kühlöl von 100 auf 250  C er  wärmt werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Durchführung katalytischer Gas reaktionen, dadurch gekennzeichnet, d\ass im Reaktions raum ein monotoner Temperaturverlauf, der sich über die ganze Reaktion erstreckt, durch Anpassen der Reak tionstemperatur .an die während der Reaktion abneh mende Konzentration der Reaktionspartner aufrecht erhalten wird, wobei im Reaktionsraum an mindestens zwei hintereinanderfolgenden Stellen des von den Gasen zurückzulegenden Weges die Temperatur gemessen wird und auf Grund dieser Messdaten die Eintrittstemperatur und Menge eines mit :

   dem Reaktionsraum im Wärme- austausch stehenden flüssigen Wärmeaustauschmediums gesteuert wird. II. Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch I auf die Herstellung von Vinylchlorid aus Acetylen und Chlorwasserstoff mittels eines Quecksilberchloridkataly- sators. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass Temperaturen an mindestens einer ersten Stelle, die im Bereich der ersten 5-15 % der Weg strecke, die die Reaktionsteilnehmer zurücklegen, liegt und an mindestens einer weiteren Stelle, die im Bereich von 50-70 % der Wegstrecke, die die Reaktionsteil nehmer zurücklegen, liegt, ,gemessen werden. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Abweichung der Solltemperatur an oder ersten Messstelle die Ein trittstemperatur des den Reaktionsraum umgebenden Wärmeaustauschmediums geändert wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Abweichung der Solltemperatur an der letzten Messstelle die Menge des den Reaktionsraum umgebenden Wärmeaustausch mediums geändert wird. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unteran sprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturverlauf bei exothermen Reaktionen im Reak tionsraum so gehalten wird, dass er einen leichten An stieg aufweist.