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Abstract

本发明涉及一种反应管，其包含圆筒形陶瓷管和施加至所述管的内表面上的包含铂的催化剂，其中所述反应管具有在所述内表面上的沿所述管的纵向方向延展的翅片，所述翅片延伸到所述反应管的内部空间，且涂覆有催化剂。所述反应管可用于通过在1000℃至1400℃的温度下使氨和至少一种具有1到4个碳原子的脂族烃反应来制备氰化氢。

Description

用于制备氰化氢的反应管和方法
技术领域
本发明涉及用于制备氰化氢的反应管，和使用所述反应管来制备氰化氢的方法。
背景技术
由氨和具有1到4个碳原子的脂族烃来制备氰化氢的BMA方法是在1000℃至1400℃范围的温度下进行的。由于该反应是吸热的，必须在所述方法期间提供热量至反应混合物。在工业规模上，BMA方法在被从外部加热的反应管中进行，所述反应管已经在管内部上用包含铂的催化剂涂覆且气体反应混合物通过所述反应管。通过反应管的几何表面积和由此限定的含铂催化剂的活性表面积来确定在这些工业反应器中的时空产率。
对于用于BMA方法中的反应管，增大涂覆有催化剂的表面的表面积/体积的比率或通过改变反应管中的流动条件来增大时空产率的方法在现有技术中是已知的。
DE2936844A1提出了通过内部构件或随机填料在反应管中产生湍流的方法，所述内部构件或随机填料可全部或部分地涂覆有催化剂，以提高时空产率和氰化氢收率。
WO90/13405公开了用于BMA方法的反应管，其在反应管的横截面上具有从圆形横截面到椭圆形横截面的周期性变化。
DE4128201描述了用于BMA方法的反应管，其具有线圈形式的内部构件，这可增大反应气体流的湍流比例。
然而，所有这些反应管的共同方面是在氰化氢的制备过程中，在反应管的内表面上产生较大程度的烟尘污染。由用于制备氰化氢的脂肪烃的分解形成的烟尘被沉积在具有铂的催化剂上，由此阻止形成氰化氢的反应。出于该原因，必须频繁测量以移除烟尘沉积，从而不得不中断氰化氢的制备。
从DE1078554和WO2006/050781已知，在反应管的内侧纵向安置有管状或杆状内部构件的反应管。虽然用这些内部构件可以提高时空产率和氰化氢收率，但这些内部构件要求反应器中反应管的相对复杂的安装，以与反应管中的内部构件相对齐。
出于该原因，仍然存在对制备氰化氢的反应管的需求，相比于用于工业规模的圆筒形管，通过该反应管可以获得提高的时空产率和较高的氰化氢收率，同时在反应器中制造和安装反应管并没有额外复杂的要求。
发明内容
本发明涉及用于制备氰化氢的反应管，其包括圆筒形陶瓷管和包含铂的催化剂，所述催化剂施加至所述管的内表面上，其中所述反应管在所述内表面上具有沿所述管的纵向方向延展的翅片，所述翅片延伸到所述反应管的内部空间中且涂覆有催化剂。
本发明还涉及所述反应管制备氰化氢的用途，以及制备氰化氢的方法，通过在根据本发明所述的反应管中，在包含铂的催化剂的存在下，在1000℃至1400℃的温度下使氨和至少一种具有1到4个碳原子的脂族烃进行反应。
可以与已知的圆筒形反应管相同的方式制造根据本发明的反应管，通过挤出成型塑料陶瓷材料来形成管状坯体(greenbody)，干燥所述坯体随后煅烧。在挤出过程中，只需要用具有对应于所述翅片的额外开口的环形间隙代替圆环形状间隙。将包含铂的催化剂施加至所述管的内表面和翅片上，以及可以与已知的圆筒形反应管相同的方式将所述反应管安装到制备氰化氢的反应器中。
根据本发明的反应管在内表面上优选地具有2-6个翅片，特别优选地为3或4个翅片和最优选地为4个翅片。所述翅片优选地以比所述管的内径的0.1倍大的程度伸入所述反应管的内部空间中。在特别优选的实施方式中，所述翅片在所述反应管的中心彼此相邻并将所述反应管的内部空间分成相互分隔的多个室。
在所述反应管的内表面上的所述翅片优选地具有的平均厚度是所述反应管的壁的平均厚度的0.25到2.5倍。在所述反应管的内表面上的所述翅片特别优选地具有均匀的厚度，并且所述翅片和所述反应管的壁特别优选地具有基本相同的厚度。
根据本发明的反应管具有圆筒形形状，其中所述管的内径优选地为10到50mm和特别优选地为15到30mm。反应管的长度优选地在1000到5000mm的范围内和特别优选地在1500到2500mm的范围内。
根据本发明的反应管优选地由气密烧结的陶瓷组成和特别优选地由气密烧结的氧化铝或碳化硅组成。
根据本发明的反应管在内侧和在翅片上被完全或部分地涂覆有包含铂的催化剂。优选地，反应管内侧和翅片的大于80％的几何表面积被涂覆有包含铂的催化剂。用于制备氰化氢的BMA方法的所有已知的催化剂可被用作包含铂的催化剂。优选使用从WO2004/076351已知的具有减小烟灰生成趋势的催化剂。可用所有已知的在载体材料上施加这种催化剂的方法将包含铂的催化剂施加到反应管的内侧。优选地使用描述于EP-A0299175、EP-A0407809和EP-A0803430中的将包含铂的催化剂施加至反应管的内侧的方法。
可通过所谓的BMA方法使用根据本发明的反应管来制备氰化氢。
在根据本发明制备氰化氢的方法中，在至少一个根据本发明的反应管中，在包含铂的催化剂的存在下，在1000℃至1400℃的温度下，使氨和至少一种具有1到4个碳原子的脂族烃进行反应。为此目的，将包含氨和至少一种具有1到4个碳原子的脂族烃的气体混合物通过根据本发明的反应管，并且通过外部加热将反应管保持在1000℃至1400℃的温度。所述烃优选地由至少90体积％的甲烷组成。用于制备氰化氢的气体混合物优选地包含化学计量过量的氨。在将甲烷用作烃时，优选地使用范围在1.01∶1到1.30∶1范围内的氨和甲烷的摩尔比。优选地选择通过反应管的气体混合物的流速以形成基本层流。
附图说明
附图示出了从现有技术已知的反应管和根据本发明的反应管的横截面。
图1示出了从现有技术已知的圆筒形反应管的横截面。
图2示出了从现有技术已知的反应管的横截面，在管中心具有管状内部构件。为了制备氰化氢，将气体混合物在两个管之间的间隙通过。
图3示出了根据本发明的带有4个翅片的反应管的横截面，所述翅片未延伸到反应管的中心。
图4示出了根据本发明的带有4个翅片的反应管的横截面，所述翅片延伸到反应管的中心并将反应管的内部空间分成彼此分隔的4个室。
图5示出了根据本发明的带有3个翅片的反应管的横截面，所述翅片未延伸到反应管的中心并且其厚度随着与反应管的内表面的距离的增大而减小。
具体实施方式
接下来的实施例证实了相比于圆筒形反应管和具有管状内部构件的反应管，根据本发明的反应管在由氨和甲烷制备氰化氢中具有有益的效果。
实施例
实施例1(对比例)
由烧结的氧化铝构成的2100mm长度和17mm内径的圆筒形反应管被涂覆有包含铂的催化剂，并如EP0407809A的实施例6中所描述的方法形成。然后在1280℃下将由44mol/h的氨和40mol/h的甲烷组成的气体混合物自底部通过反应管。分析离开的产物气体；基于氨的氰化氢的收率为79.9％(基于甲烷的收率为88.8％)。
实施例2(对比例)
重复实施例1，只是由烧结的氧化铝构成的1200mm长度和6mm外径的管的外部涂覆有催化剂，并被设置在反应管的中心，以及气体混合物通过管间的环形间隙。基于氨的氰化氢的收率为84.4％(基于甲烷的收率为93.3％)。
实施例3
重复实施例1，只是使用具有对应图3的横截面的反应管，其具有平均厚度为3mm的四个翅片，所述翅片沿管的纵向方向延展且每一个延伸到反应管的内部空间中4.5mm。基于氨的氰化氢的收率为84.0％(基于甲烷的收率为92.5％)。
实施例4
重复实施例1，只是使用具有对应图4的横截面的反应管，其具有沿管的纵向方向延展的四个翅片，所述翅片在反应管的中央彼此相邻接，其将反应空间分成4个相分隔的室且其厚度对应于反应管的壁的厚度。基于氨的氰化氢的收率为90.0％(基于甲烷的收率为99.0％)。
实施例5
重复实施例1，只是使用具有对应图5的横截面的反应管，其具有沿管的纵向方向延展的三个翅片且每一个延伸到反应管的内部空间中4.75mm，反应管的内表面的3mm的厚度朝向反应管的内部减小为2mm。基于氨的氰化氢的收率为84.9％(基于甲烷的收率为93.7％)。

Claims (10)

1.用于制备氰化氢的反应管，其包括圆筒形陶瓷管和施加至所述管的内表面的包含铂的催化剂，其特征在于，所述反应管在所述内表面上具有沿所述管的纵向方向延展的翅片，所述翅片延伸到所述反应管的内部空间中且涂覆有催化剂。
2.如权利要求1所述的反应管，其特征在于，所述反应管具有2到6个、优选地3或4个翅片。
3.如权利要求1或2所述的反应管，其特征在于，所述翅片以比所述管的内径的0.1倍大的程度延伸入所述反应管的内部空间中。
4.如权利要求1或2所述的反应管，其特征在于，所述翅片在所述反应管的中心处彼此邻接并将所述反应管的内部空间分成相互分隔的多个室。
5.如权利要求1至4中任一项所述的反应管，其特征在于，所述翅片具有的平均厚度是所述反应管的壁的平均厚度的0.25到2.5倍。
6.如权利要求1至5中任一项所述的反应管，其特征在于，所述翅片的厚度随着距所述反应管的内表面的距离的增加而减小。
7.如权利要求1至6中任一项所述的反应管，其特征在于，所述反应管和所述翅片由气密烧结的氧化铝或碳化硅组成。
8.如权利要求1至7中任一项所述的反应管用于制备氰化氢的用途。
9.制备氰化氢的方法，通过在包含铂的催化剂存在下，在1000℃至1400℃的温度下使氨和至少一种具有1到4个碳原子的脂族烃反应，其特征在于，所述反应在至少一个如权利要求1至6中任一项所述的反应管中进行。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述烃由至少90体积％的甲烷组成。
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