DD131644B1 - METHOD FOR THE SELECTIVE HYDROGENATION OF C TWO MINUS FRACTIONS - Google Patents
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Description
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Das Verfahren zur selektiven Hydrierung von CL-Einus-Fraktionen betrifft einen heterogen katalysierten, cheraiochen Prozess, mit den im Rahmen der technischen Gewinnung von Aethylen aus Spaltgasen dor Benzinpyrolyse das in der Rohfraktion enthaltene imd bei der Verarbeitung des Olefins ßtoerende Acetylen weitestgehend entfernt wird, ohne dass ein wesentlicher Aethylenverlust eintritt·The process for the selective hydrogenation of CL-Einus fractions relates to a heterogeneously catalyzed, cheraiochen process, as part of the technical extraction of ethylene from fission gases by gasoline pyrolysis contained in the crude fraction and in the processing of the olefin ßtoerende acetylene is largely removed, without that a substantial loss of ethylene occurs ·
Charakteristik der bekannten technischen LoesungenCharacteristic of the known technical solutions
Die Herstellung von Aethylen, als Zwischenprodukt fuer die Produktion von Plaststoffen, hat enorme technische Bedeutung erlangt. Es wird vorzugsweise durch Trennung und Raffination der Spaltgase cup der Вгпзіпрзтоіузе gewonnen. Als nahezu universelles KaffinationDverfahren hat sich die selektive Hydrierung o^ev acptylerdochen Bindung erwiesen« Gefordert wird von derartigen selektiven Hydrierprozessen, dass sie das Acetylen von in der Regel 0,3 bis 2,0 % in derThe production of ethylene, as an intermediate for the production of plastics, has gained enormous technical importance. It is obtained preferentially by separation and refining of fission gases cup of Вгпзіпрзтоіузе. As an almost universal KaffinationDverfahren has the selective hydrogenation o ^ ev acptylerdochen binding proven "is required of such selective hydrogenation processes that they acetylene of usually 0.3 to 2.0% in the
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Rohfraktion auf kleiner als 3 ppm abbauen, ohne dass wesentliche Mengen des in grossem Ueberschuss vorhandenem Aethylens hydriert werden. Aus energetischen Gruenden und um den Umfang der Polymerenbildung am Katalysator so gering wie moeglich zu halten, wird generell eine moeglichst tiefe Arbeitstemperatur angestrebt, da, wie bekannt ist, die Polymerenbildung, unabhaengig vom speziell vorwendeten Katalysatorsystem, mit steigender Temperatur zunehmend beguenstigt und die Desaktivierung des Katalysators beschleunigt wird. Ausserdem steigen die Aethylenverluste bei einem Wasserstoffueberschuss mit zunehmender Temperatur extrem schnell an, auch dann, wenn selektivitaetserhoehende Moderatoren wie Kohlenmonoxid anwesend sind. Trotzdem bietet die selektive Hydrierung des Acetylene in sog. Cp-minus-Fraktionen an Palladiumkatalysatoren, d. h# in einem Einsatzprodukt, das neben dem Acetylen, Aethylen und Aethan noch Kohlenmonoxid, Methan und einen grossen Wasserstoffueberschuss enthaelt, eine Reihe technologischer Vorteile bei der Gestaltung der Trennung des Spaltgasgemischs·Reduce crude fraction to less than 3 ppm, without significant amounts of the present in large excess of ethylene are hydrogenated. For energetic reasons and to keep the extent of polymer formation on the catalyst as low as possible, the lowest possible working temperature is generally sought, since, as is known, the polymer formation, independently of the specially used catalyst system, is increasingly favored with increasing temperature and the deactivation of the Catalyst is accelerated. In addition, the ethylene losses in an excess of hydrogen increase extremely rapidly with increasing temperature, even when selectivity enhancing moderators such as carbon monoxide are present. Nevertheless, the selective hydrogenation of the acetylene in so-called. Cp-minus fractions of palladium catalysts, d. h # in a feedstock containing, in addition to acetylene, ethylene and ethane, carbon monoxide, methane and a large excess of hydrogen, a series of technological advantages in the design of the separation of the cracked gas mixture.
Es ist bekannt, den Hydrierprozess bei Temperaturen von 50 bis 2000C, Druecken von 1 bis 40 kp/cm , vorzugsweise 25 bis 35 kp/cm2, und Belastungen bis 10 000 v/vh durchzufuehren, wobei die Reaktortemperatur vorzugsweise nach oben auf ca. 1500C beschraenkt wird (US-PS 3 325 556, DT-AS 1 173 455 und DT-AS 1 249 228).It is known to carry out the hydrogenation process at temperatures of 50 to 200 0 C, pressures of 1 to 40 kp / cm, preferably 25 to 35 kp / cm 2 , and loads up to 10 000 v / vh, the reactor temperature is preferably up about 150 0 C is limited (US-PS 3 325 556, DT-AS 1 173 455 and DT-AS 1 249 228).
Ftier diese Verfahren werden Katalysatoren mit Palladiumkonzentrationen bis zu ca. 0,5 Masse-% verwendet (US-PS 3 549 720 und DT-AS 1 249 228). Es ist bekannt, dass die Temperaturfuehrung solcher Prozesse in Gegenwart eines grossen Wasserstoffueberschusses kritisch ist (W. K. Lam und L. Lloyd, Oil Gas Journal 1972 (March 27) 66-70).Ftier these methods are catalysts with palladium concentrations up to about 0.5% by mass used (US Patent 3,549,720 and DT-AS 1 249 228). It is known that the temperature control of such processes in the presence of a large excess of hydrogen is critical (W.K. Lam and L. Lloyd, Oil Gas Journal 1972 (March 27) 66-70).
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Aus diesem Grunde v/ird bei den bekannten technischen Loesungen der Temperaturanstieg im Katalysatorbett selbst in Gegen?/art von Kohlenmonoxid auf unter 3O0C, in der US-PS 3 412 169 z.B* auf Werte unter 210C begrenzt. Die geforderte Kohlenraonoxidkonzentration bewegt sich zwischen 0,1 bis ca. 1,0 % (US-PS 3 549 720, US-PS 3 556),For this reason, v / ill be in the known technical solutions the temperature rise in the catalyst bed itself in the opposite? / Art of carbon monoxide to less than 3O 0 C, in US Patent No. 3,412,169 for example * to values below 21 0 C limited. The required carbon monoxide concentration ranges from 0.1 to about 1.0 % (U.S. Patent 3,549,720, U.S. Patent 3,556).
Um die Betriebsstabilitaet solcher Verfahren zu erhoehen, iot bekannt, zur Steigerung der Selektivitaet die Katalysatoren z.B. mit Silber und Eisenoxid (US-PS 2 927 141 und DL-PS 26 099 oder Kupfer und Silber (DT-AS 1 052 979) zu promotieren. Dor durch die Promotierung erzielte Selektivitaetegewinn ist begrenzt und mit einer Abnahme der Aktivitaet verbunden.In order to increase the operational stability of such processes, it is known to increase the selectivity of the catalysts e.g. with silver and iron oxide (US Patent 2,927,141 and DL-PS 26 099 or copper and silver (DT-AS 1 052 979). The selectivity gain achieved by the promotion is limited and associated with a decrease in activity.
Die bekennten Verfahren betreffen auch makroporocse, oberflaechena:rrae Palladiurakatalysatoren (DT-AS 1 201 330, DT-AS 1 249 228 und US 3 113 980). Allerdings ist die Aktivitaet der vorgeschlagenen Katalysatoren mit Ober-The known methods also apply to macroporous, surface-active palladium urea catalysts (DT-AS 1 201 330, DT-AS 1 249 228 and US Pat. No. 3,113,980). However, the activity of the proposed catalysts with upper
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flaechen unter 15m /g, inobesondere unter 10 и /g, vergleichsweise gering. So erfordert ein mit Silber und Eisenoxid promotierter Palladiurakatalysator auf einem Korundtraeger, selbst bei Abwesenheit von Kohlenmonoxid, bereits Betriebstemperaturen von wenigstens 100 0C* In der DT-AS 1 249 228 wird gezeigt, dass Palladium-alpha-Aluminiumtraegerkatalysatoren mit 0,045 Masse-% Palladium und einer spezifischen Oberflaeche von 11 m /g oder weniger trotz eines hohen Wasserst offueberschusses und Abwesenheit von Kohlenmonoxid bei Temperaturen von 90 bis 950G erst 90 % des Acetylons abbauen, aber bereits 0,5 bis 1,0 % Aethylen hydrieren.less than 15m / g, in particular less than 10 g / g, comparatively low. Thus, a promo-oriented with silver and iron oxide Palladiurakatalysator requires on a Korundtraeger, even in the absence of carbon monoxide, already operating temperatures of at least 100 0 C * In the DT-AS 1,249,228 it is shown that palladium-alpha-Aluminiumtraegerkatalysatoren with 0.045% by mass of palladium and a specific surface of 11 m / g or less, despite a high excess of water and absence of carbon monoxide at temperatures of 90 to 95 0 G, only 90 % of the acetylone, but already hydrogenate 0.5 to 1.0 % ethylene.
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Weiterhin ist noch bekannt (DT-OS 2 225 215, DT-OS 2 315 025), den selektiven Hydrierprozess in einem mit Katalysatoren gefuellten Roehrenreaktor durchzufahren, wobei der Gasstrom von unten nach oben gefuehrt wird und der Kuehlmittelstand im Reaktormantel so geregelt wird, dass je nach Betriebsbedingungen und Katalysatoreigenschaften ein mehr oder weniger grosser oberer Teil der Katalysatorschuettung in den Rohren, ggf. auch in dem oberen Bruedenraum des Reaktors, mantelseitig nicht von der Kuehlfluessigkeit umgeben wird. Auf diese Weise ist eine untere, weitestgehend isotherm betriebene Stufe und eine obere, im wesentlichen adiabatisch arbeitende Stufe in ein und demselben Reaktor vereinigt. Ein erheblicher Haohteil dieser Verfahrensprinzipien ist, dass Speziaireaktoren bzw. katalysatoren erforderlich sind, die gegenueber herkoemmlichen Typen erheblich mehr Kosten verursachen.Furthermore, it is still known (DT-OS 2,225,215, DT-OS 2,315,025) to drive through the selective hydrogenation in a filled with catalysts tube reactor, the gas flow is guided from bottom to top and the coolant level is controlled in the reactor jacket so that Depending on the operating conditions and catalyst properties, a more or less large upper part of the catalyst bed in the tubes, possibly also in the upper Bruederraum of the reactor, shell side is not surrounded by the Kuehlfluessigkeit. In this way, a lower, largely isothermally operated stage and an upper, essentially adiabatically operating stage is combined in one and the same reactor. A significant part of these process principles is that special reactors or catalysts are required, which cause considerably more costs compared to conventional types.
Es ist ausserdem bekannt, dass die Inbetriebnahme insbesondere frischer Katalysatoren problematisch ist. Sie tendieren stark zum Heisslaufen als Folge hoher Olefinhydrierung (W. K. Lam und L. Lloyd, Oil Gas J, 1972 (March 27) 66 - 77)· Dieser Nachteil kann durch eine Vorbehandlung des Katalysators mit Kohlenmonoxid in einer speziellen Anfahrprozedur vermindert werden. Es ist auch bekannt, die Anfangsselektivitaet von Palladiumkatalysatoren durch eine spezielle Wasserstoffbehandlung bei einem Druck von wenigstens 5 at und einer Temperatur, die wenigstens 300C ueber der normalen Betriebstemperatur liegt, zu verbessern (DL 29 285).It is also known that the commissioning of especially fresh catalysts is problematic. They have a strong tendency to hot run as a result of high olefin hydrogenation (WK Lam and L. Lloyd, Oil Gas J, 1972 (March 27) 66-77). This disadvantage can be reduced by pretreating the catalyst with carbon monoxide in a specific start-up procedure. It is also known to improve the initial selectivity of palladium catalysts by a special hydrogen treatment at a pressure of at least 5 at and a temperature which is at least 30 ° C. above the normal operating temperature (DL 29 285).
- 5 LP 7726 Ziel der Erfindung- 5 LP 7726 Aim of the invention
Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren aur selektiven Hydrierung von C2-minus-Fraktionen zu entwickeln, durch das der Aethylenverlust gegenueber bekennten Verfahren gesenkt wird. Ausserdcm ist es Ziel der Erfindung, den Stabilitaetsbereich des Hydrierprozesses zu erweitern und damit die Betriebssicherheit des Prozesses, verglichen mit bekannten Verfahren, erheblich zu erhoehen sowie die Inbotriebnahmophase zu verkuerzen und die dafuer charakteristische Instabilitaet zu vermindern.The object of the invention is to develop a process for the selective hydrogenation of C2-minus fractions, which reduces the loss of ethylene compared to known processes. In addition, it is the object of the invention to extend the stability range of the hydrogenation process and thus significantly increase the reliability of the process compared to known processes, as well as to shorten the period during which the reaction is initiated and to reduce the characteristic instability associated therewith.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur selektiven Hydrierung von C^-minus-Fraktionen mit optimaler Prosesrfuchrung unter Einbeziehung eines aktiven Palladium-Traeger-Katalysators mit hoher Eigonselektivitaet zu entwickeln, da die Hauptursachen fuer die Aethylenverlusbe und den begrenzten Stabilitaetsbereich des Prozesses hinsichtlich der Betriebsparameter einerseits beim Katalysator, andererseits in den Prozessbedingungen liegen. Bekanntlich katalysieren Palladiumkatalysatorcn sowohl die Aeetylenalö auch die Aethylenhydrierung, Die unter geeigneten Bedingungen hohe Selektivitaet dieser Katalysatoren kommt dadurch zustande, dass das ChemiSorptionsgleichgewicht, auch in Gegenwart eines grossen OlefinueberSchusses, praktisch vollstaendig auf der Seite des Acetylene liegt, so dass dieses mit hoher Selektivitaet hydriert wird» Wenn der Acetylengehalt aber unter eine bestimmte Grenzkonzentration sinkt, deren absoluter Wert u. a» auch vom verwendeten Katalysator und den Prozessbedincuiigen abhaengt, setzt in zunehmendem Masse die Aethylenhydrierung ein.The invention has for its object to provide a process for the selective hydrogenation of C ^ minus fractions with optimal Prosesrfuchrung incorporating an active palladium traeger catalyst with high Eigonselektivitaet to develop, since the main causes of the Aethylenverlusbe and the limited stability of the process the operating parameters are on the one hand the catalyst, on the other hand in the process conditions. As is known, palladium catalysts catalyze both the acetylenic and ethylene hydrogenation. The high selectivity of these catalysts under suitable conditions results from the fact that the chemisorption equilibrium, even in the presence of a large amount of olefin excess, is practically completely on the side of the acetylenes, so that this is hydrogenated with high selectivity "If the acetylene content falls below a certain limit concentration, whose absolute value u. a »also depends on the catalyst used and the process conditions, the ethylene hydrogenation is increasingly used.
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Dieser Zustand wird, da eine praktisch vollstaendige Entfernung des Acetylene gefordert wird, unter technischen Bedingungen in jedem Fall erreicht und ueberschritten. Erhoeht wird der Aethylenverlust auch, wenn Diffusionsprozesse an oder in den Katalysatorformlingen den Reaktionsablauf bestimmen oder mitbestimmen»This condition is, since a virtually complete removal of Acetylene is required under technical conditions in any case reached and exceeded. The loss of ethylene also increases when diffusion processes on or in the catalyst moldings determine or co-determine the course of the reaction »
Das Kohlenmonoxid erhoeht die Selektivitaet des Prozesses, da es die Aethylenhydrierung wesentlich staerker hemmt als die Acetylenhydrierung« Allerdings ist seine Wirkung von der Temperatur abhaengig# Sie sinkt schnell mit steigender Temperatur, so dass grosse Temperaturgradienten im Katalysatorbett eine Verschlechterung der Selektivitaet und der Stabilitaet des Prozesses verursachen und im Extremfall sogar die Ursache fuer eine sehr hohe Aethylenhydrierung sind, in deren Folge der Hydrierprozess ausser Kontrolle geraet.The carbon monoxide increases the selectivity of the process, since it inhibits the Aethylenhydrierung much stronger than the acetylene "However, its effect on temperature is tacked # You decreases rapidly with increasing temperature, so that large temperature gradients in the catalyst bed deterioration of selectivity and stability of the process and, in extreme cases, even the cause of a very high ethylene hydrogenation, as a result of which the hydrogenation process gets out of control.
Der Erfindung liegt also ausserdem die Aufgabe zugrunde, einen Katalysator zu verwenden, der auf Grund seiner Porenstruktur und der Verteilung der Aktivkompoenten Diffusionsprozesse weitestgehend ausschliesst und dadurch, ohne Verminderung seiner Aktivitaet, einen im Vergleich mit bekannten Katalysatoren grossen Temperaturgradienten zulaesst, sowie das Verfahren so zu gestalten, dass der katalysatorseitig zulaessige Temperaturgradient, der sich als Folge der Acetylenhydrierung zwangslaeufig einstellt, verfahrensmaessig optimal genutzt und dadurch eine hohe Effektivitaet und Stabilitaet des Hydrierprozesses erreicht wird* Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Inbetriebnahmebedingungen so zu gestalten, dass in kurzer Zeit bei prozessbedingter oder minimaler Erhoehung der Kohlenmonoxidkonzentration der geforderte Acetylenabbau und eineThe invention is therefore also based on the object of using a catalyst which largely excludes diffusion processes due to its pore structure and the distribution of Aktivkompoenten and thereby, without reducing its activity, allowing a large compared with known catalysts temperature gradient, and the method so too design that the catalyst-permissible temperature gradient, which inevitably sets as a result of acetylene hydrogenation, procedurally optimally utilized and thereby high effectiveness and Stability of the hydrogenation is achieved * Another object of the invention is to make the commissioning conditions so that in a short time if the carbon monoxide concentration is increased by a process-related or a minimal increase, the required acetylene decomposition and a
- 7 LP 7726 hohe Selektivitaet erreicht werden.- 7 LP 7726 high selectivity can be achieved.
Zur selektiven Hydrierung einer Cp-minus-Fraktion, die 0,3 bis 2,0 Masse-% Acetylen, mindestens 1 Masse-% Wasserstoff und in der Regel 1 000 bis 2 000 Vol.-ppm Kohlenmonoxid enthaelt, in einem mantelseitig gekuehlten Roehrenreaktor be:· einem Druck von 1 bis 40 kp/cm2, einer Raungeschwindigkeit von 2500 bis 10 000 v/vh und einer Reaktorteipperatur von 35 bis I5O0C werden diese Aufgaben erfindungsgemaess dadurch geloest, dose das Vorfahren mit einem gegebenfalls nit Kupfer, Silber, Nickel und/oder Eisen oder deren Verbindungen promotierten, im wesentlichen makroporoeson Palladium-Traegerkatalysator mit einer spezifischen Ober« flaeche von maximal 50 cm /g,bei dem wenigstens 33 % 6esFor the selective hydrogenation of a Cp-minus fraction containing 0.3 to 2.0% by mass of acetylene, at least 1% by mass of hydrogen and generally from 1 000 to 2 000 ppm by volume of carbon monoxide, in a shell-cooled tubular reactor These pressures are achieved according to the invention by a pressure of 1 to 40 kp / cm 2, a rate of 2500 to 10 000 v / vh and a reactor tempature of 35 to 105 ° C, the ancestor can be replaced by a copper, silver, nickel and, if appropriate, nitrobenzene or promoted iron or its compounds, essentially macroporous palladium-supported catalyst having a specific surface area of at most 50 cm / g, wherein at least 33 % of the 6
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Porenvolumens auf Poren und Radien uebervAE entfallen, und einer Palladiumkonzentration von 0,005 bis 0,1 Masse«% durchgeführt vrirde Erfincltingsgeiaaeßs betraegt die Strcemungßgeechwindigkeit der C2-minus-Fraktion durch die Rohre des Reaktors 0,3 bis 3,0 m/s und das Verhaeltnis Innendurchmesser der Katalysatorrohre zum Durehmesser bzw» zur Ноѳhe der Katalysatorformlinge liegt zwischen 8 und 25. Erfindungsgemaess wird das Verfahren weiterhin mit Temperaturdifferenzen zwischen Reaktorausgang und Reaktoreingang von + 60° bis - 150C sowie zwischen Reaktor ausgang oder irgendeiner Stelle im Katalysatorbett und dem KuehlmediumPore volume attributable to pores and the radii uebervAE, and a palladium concentration of 0.005 to 0.1 mass'% conducted vrird e Erfincltingsgeiaaeßs If the Strcemungßgeechwindigkeit of C 2 -minus-fraction through the tubes of the reactor from 0.3 to 3.0 m / s and The ratio of the internal diameter of the catalyst tubes to the Durander or »to the catalyst moldings is between 8 and 25. According to the invention, the method continues with temperature differences between the reactor outlet and reactor inlet of + 60 ° to - 15 0 C and between reactor outlet or any point in the catalyst bed and the Kuehlmedium
von 0 bis + 6O0C durchgefuehrt. Die Inbetriebnahme des Hydrierreaktors erfolgt beim erfindungsgemaessen Verfahren mit prozessbedingter oder einer bis auf maximal 5000 Voleppm erhoehten Kohlenmonoxidkonzentration sowie einer Raumgeschwindigkeit von wenigstens 3000 v/vh, wobei die Reaktoreintrittstemperatur innerhalb von 1 bis 6 h bis kurz unterhalb oder bis гш: Anspringtemperatur dep Katalysators erhoeht und dann, gegebonfalls unter Einsohiebung einer Haltezeit von 30 bis 60 Minuten, bei im wesentlichenfrom 0 to + 6O 0 C performed. The start-up of the hydrogenation is carried out in the inventive process with process-related or up to a maximum of 5000 Vol e ppm elevated carbon monoxide concentration, and a space velocity of at least 3,000 v / vh, the reactor entry temperature within 1 to 6 hours to just below or up гш: light-off temperature dep catalyst increased and then, if appropriate, under Einsohiebung a holding time of 30 to 60 minutes, at substantially
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konstanter Eintrittstemperatur duroh schrittweises Erhoehen des Kuehlmitteldrucks der geforderte Acetylenabbau eingestellt wird, Erfindungsgemaes.s werden Temperatures nderungen im Reaktor mit einer Geschwindigkeit von bis zu maximal 20°C/h durchgeführt.constant inlet temperature by gradual increase of the coolant pressure of the required Acetylenabbau is set, Erfindungsgemaes.s temperature changes are carried out in the reactor at a rate of up to 20 ° C / h maximum.
Eine zweckmaessige Ausfuehrungef orm des erfindungsgemaessen Verfahrens umfasst einen Waermetauscher, einen Vorheizer, einen Roehrenreaktor, einen Kuehler sowie einen Gruenoelabscheider, Ausserdem ermoeglicht sie die Einspeisung von kalter Rohfraktion zwischen Vorheizer und Reaktor und das Umfahren des Y/aerme tau schere mit der heissen, raffinierten Cg-minus-Fraktion, Als guenstige Dimensionierung der Katalysatorrohre im Reaktor hat sich eine lichte Weite von 25 bis 55 mm, vorzugsweise von 40 bis 51 mm, und eine Laenge von 4000 bis 8000 mm erwiesen. Im Waermetauscher wird die kalte CL-minus-Rohfraktion durch den heissen, hydrierten Produktstrom aus dem Reaktor vorgewaermt· Mit Hilfe des Vorheizers und gegebenfalls durch Zuspeisung eines Teilstroms der kalten Rohfraktion wird die erforderliche Reaktoreintrittstemperatur eingestellt. Die Rohre des Reaktors sind zu etwa 90 % mit Katalysator gefuellt und werden mantelseitig durch eine siedende Pluessigkeit gekuehlt. Die Kuehlmitteldaempfe werden in einem Bruedenkuehler kondensiert und fliessen ueber ein Vorratsgefaess zurueck in den Kuehlmantel des Reaktors, Der Kuehlmittelstand wird so geregelt, dass die Katalysatorschuettung in den Rohren in voller Hoehe mantelseitig mit Kuehlfluessigkeit umgeben ist. Die Reaktortemperatur wird vor allem ueber den Kühlmitteldruck gesteuert. Das Kuehlmittel soll einem moeglichst niedrigen Siedepunkt und eine hohe Verdampf ungswaerme besitzen,, Als guenstig hat sich die Kuehlung mit fluessigen, niedermolekularen Kohlenwasserstofffraktionen oder Methanol und bei Temperaturen wesentlich ueber 1000CAn expedient embodiment of the process according to the invention comprises a heat exchanger, a preheater, a tubular reactor, a cooler and a green oil separator. In addition, it enables the feed of cold crude fraction between the preheater and the reactor and the circulation of the yawarm shear with the hot, refined Cg -minus fraction, As a favorable sizing of the catalyst tubes in the reactor has a clear width of 25 to 55 mm, preferably from 40 to 51 mm, and a length of 4000 to 8000 mm proved. In the heat exchanger, the cold CL minus crude fraction is pre-heated by the hot, hydrogenated product stream from the reactor. The requisite reactor inlet temperature is set with the aid of the preheater and, if appropriate, by feeding a partial stream of the cold crude fraction. The tubes of the reactor are filled to about 90 % with catalyst and are cooled on the shell side by a boiling Pluessigkeit. The coolant mixtures are condensed in a Bruedenkuehler and flow back through a Vorratsgefaess back into the cooling jacket of the reactor, the coolant level is controlled so that the Katalysatorschuettung in the tubes is fully surrounded on the shell side with Kuehlfluessigkeit. The reactor temperature is mainly controlled by the coolant pressure. The Coolant should have ungswaerme a possible low boiling point and a high evaporator ,, A favorable cooling has, liquid, low molecular weight hydrocarbon fractions or methanol, and at temperatures substantially above 100 0 C.
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mit Methanol-Wasser-Gemischen erwiesen. Die heisse, raffinierte Cp-minus-Praktion gibt in der Regel zunaechst einen Teil ihrer Waerrae an die kalte Rohfraktion ab, und nach intensiver Abkuehlung werden aus ihr die sehr geringen Oligomerisatmengen im Gruenoelabscheider entfernt.proved with methanol-water mixtures. The hot, refined Cp-minus-praxis usually gives off part of their heat to the cold crude fraction, and after intensive cooling they remove the very small amounts of oligomerizate in the green oil separator.
Bevorzugt wird das erfindungsgemaesse Verfahren bei einemPreferably, the inventive method is in a
Druck von 25 bio 35 kp/cm und einer Raumgecchwindigkeit von 3000 bis 7000 v/vh durchgefuehrt. Der verwendete Katolysatortraeger besteht zu einem grossen Teil oder vollstaendig aus alpha-Aluminiumoxid. Es sollen nicht mehr als 10 % seines Porenvolumen aus Poren mit einem Radius unter 100 AE bestehen, Er enthaelt in der Summe 0,0005 bis 0,25 Masse-% Promotoren aus der Eisen- und/oder ersten Nebengruppe des Periodensystems der Elemente. Vorzugsweise wird ein Katalysator verwendet, der eine spezifische Ober« flaeche von 3 bis 15 m /g und besonders von 3 bis 10 m /g besitzt, der keine Poren mit Radien unter 100 AE enthaelt, bei dem wenigstens 75 % des Porenvolumen auf Poren mit Radien ucber 500 AE entfallen, der 0,01 bis 0,05 Masse-% Palladium sowie 0,003 bis 0,05 Masse-% nickel, Kupfer und/ der Silber oder deren Oxide und 0,03 bis 0,2 Masse-^ Eisen (III)- oder Eisen(IJ,III)-oxid enthaelt. Ausserdem befindet aich das Palladium im erfindungsgemaess bevorzugten Katalysator in einer maximal 1,5 mm, vorzugsweise aber in einer bis 1,0 mm, starken peripheren Schicht der Katalysator« formlinge und liegt, unabhaengig von der Eindringtiefe der Aktivkomponenten im Traegerformling, in einer vergleichsweise homogenen und unter den Reaktionsbedingungen stabilen Struktur vor.Pressure of 25 bio 35 kp / cm and a space velocity of 3000 to 7000 v / vh performed. The used Katolysatortraeger consists to a large extent or completely of alpha-alumina. It should not be more than 10% of its pore volume of pores having a radius below 100 AE, He contains in the sum of 0.0005 to 0.25 mass% promoters from the iron and / or first subgroup of the Periodic Table of the Elements. Preferably, a catalyst is used which has a specific surface area of from 3 to 15 m / g and especially from 3 to 10 m / g, which does not contain pores with radii below 100 AU, in which at least 75 % of the pore volume on pores Radii of over 500 AU, containing 0.01 to 0.05% by mass of palladium and 0.003 to 0.05% by mass of nickel, copper and / or silver or their oxides and 0.03 to 0.2% by mass of iron ( III) - or iron (IJ, III) oxide contains. In addition, the palladium in the preferred catalyst according to the invention is in a maximum of 1.5 mm, but preferably in a 1.0 mm, thick peripheral layer of the catalyst particles and, independently of the penetration depth of the active components in the carrier molding, is relatively homogeneous and stable structure under the reaction conditions.
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Die optimale Palladiumkonzentration im Katalysator richtet sich nach den Verfahrensbedingungen. Bei hoher Belastung und hohen Acetylenkonzentrationen liegt sie vorzugsweise im oberen Teil des angegebenen Bereichs· Ausserdem kann durch eine Erhoehung des Palladiumgehalts die erforderliche Betriebstemperatur des Katalysators gesenkt werden. Enthaelt der erfindungsgemaess verwendete Katalysator keine Promotoren, ist das in ihm enthaltene Palladium ueber den gesamten Traegerformling verteilt und/oder liegt die spezifische Oberflaeche ueber 20 m /g, werden Palladiumkonzentrationen unter 0,040 Masse-% bevorzugt. Mit steigendem Palladiumgehalt, steigender spezifischer Oberflaeche, insbesondere oberhalb 20 m2/g, und zunehmender Eindringtiefe des Palladiums verschlechtert sich unter vergleichbaren Bedingungen die Aethylenbilanz des Verfahrens und steigen die Anforderungen hinsichtlich der Einhaltung der Temperatur-The optimum palladium concentration in the catalyst depends on the process conditions. At high load and high acetylene concentrations, it is preferably in the upper part of the stated range. In addition, an increase in the palladium content can lower the required operating temperature of the catalyst. If the catalyst used according to the invention contains no promoters, the palladium contained in it is distributed over the entire carrier molding and / or if the specific surface area is above 20 m / g, palladium concentrations below 0.040 mass% are preferred. With increasing palladium content, increasing specific surface area, in particular above 20 m 2 / g, and increasing penetration depth of the palladium, the ethylene balance of the process deteriorates under comparable conditions and the requirements with regard to the maintenance of the temperature increase.
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bedingungen, insbesondere bei niedriger, im liormalfall prozeßsbedingter Kohlenmonoxidkonzentration, d.h. die Stabilitaet des Hydrierprozesses sinkt. Bei Verwendimg von Katalysatoren mit spezifischen Oberflaechen ueber 50 m /g oder Palladiumkonzentrationen ueber 0,1 Masse-% sind Aethylenverluste durch den Hydrierprozees unter technischen Bedingungen unvermeidbar, die Temperaturfuehrung ist kritisch und das Anfahrverhalten unbefriedigend. Der Hydrierprozess laesst sich mit solchen Katalysatoren auch bei sshr hohen Kohlenmonoxidkonzentrationen nur sohv/er oder nicht mehr beherrschen. Unguenstig beeinflusst wird die Selektivitaet des Katalysators ausserdem durch Mikroporen.conditions, especially at low, in the case of normal process-related carbon monoxide concentration, i. the stability of the hydrogenation process decreases. When using catalysts with specific surface areas above 50 m / g or palladium concentrations above 0.1 mass%, ethylene losses due to the hydrogenation process under technical conditions are unavoidable, the temperature control is critical and the starting behavior is unsatisfactory. The hydrogenation process can only be so or not with such catalysts even with high carbon monoxide concentrations. The selectivity of the catalyst is also unfavorably influenced by micropores.
Die Afcmessung der Katalysatorformlinge richtet sich vor allem nach der lichten Weite der Katalysatorrohre. Es wurde gefunden, dass das guenstigste Verhaeltnis Innendurchmesser der Rohre zum Durchmesser bzw. zur Hoehe й.ет Katalysatorformlinge zwischen 8 und 25, vorzugsweise zwischen 10 und 15, liegt.The Afcmessung the catalyst moldings depends primarily on the clear width of the catalyst tubes. It has been found that the most favorable ratio of internal diameter of the tubes to the diameter or height of the catalyst pieces is between 8 and 25, preferably between 10 and 15.
Nach dem erfindungsgemaesscn Verfahren stroemt das Einsatzprodukt mit einor Geschwindigkeit von 0,3 bis 3,0 m/s, vorzugsweise von 0,5 bis 2,0 m/s, durch die Katalysatorrohre. Die fuer die Dimensionierung der Reaktorrohre wichtigsten Bestimmungsgroessen sind die Acetylenkonzentration in der Rohfraktion, der zu erwartende Belastungsbereich und die Leistung des Kuehlsystems. Mit sinkender Belastung dos Katalysators, sinkender Kuehlleistung und steigender Acetylen konzentration muss zur Erzielung optimaler Ergebnisse die Strömungsgeschwindigkeit erhoeht werden* Bei Acetylenkonzentrationen ueber 1 Masse-% sollte sie nicht unter 0,8 m/s sinken und vorzugsweise zwischen 1,0 und 2,0 m/s liegen. Guenstig ist es in dieben Faellen ausserdem, wenn durch einen vergleichsweise kleinen Rohrdurohniesser fuer eino айв-According to the process of the invention, the feedstock flows through the catalyst tubes at a rate of from 0.3 to 3.0 m / s, preferably from 0.5 to 2.0 m / s. The most important parameters for the dimensioning of the reactor tubes are the acetylene concentration in the crude fraction, the expected load range and the performance of the cooling system. With decreasing catalyst load, decreasing cooling performance and increasing acetylene concentration, the flow rate must be increased to achieve optimum results. * At acetylene concentrations above 1% by mass, it should not fall below 0.8 m / s and preferably between 1.0 and 2.0 m / s lie. It is also true in other cases, when a comparatively small pipe
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reichend schnelle Abfuehrung der Hydrierwaerme gesorgt wird.sufficient fast removal of hydrogenation heat is ensured.
Die besten Ergebnisse werden mit dem Verfahren erfindungsgemaess dann erzielt, wenn in axialer Richtung der Katalysatorrohre eine moegliohst grosse Temperaturdifferenz zwischen Reaktoraus- und Reaktoreingang angestrebt wird. Es wurde gefunden, dass bei Verwendung des oben beschriebenen Katalysators diese Differenz bis +60C betragen kann, ohne dass Aethylenverluste eintreten oder der Hydrierprozess instabil wird. Selbst bei negativen Werten dieser Temperaturdifferenz bis zu - 15°C wird das Ergebnis nicht oder nicht wesentlich beeintraechtigt, wenn die Acetylenkonzentration in der Cp-minus-Rohfraktion unter 1,0 Masse-$ liegt. Oberhalb -15°C treten bei konstanter Kohlenmonoxidkonzentration mit zunehmendem negativen Temperaturgradienten und steigender Acetylenkonzentration besonders oberhalb 1,0 Masse-% Aethylenverluste ein, und die Prozessstabilitaet sinkt. Vorzugsweise liegt die Eintritt st emperatur beim erfindungsgemaessen Verfahren 50 bis 50C unter der Austrittstemperatur. Ausserdem wird erfindungsgemaess die Reaktoreintrittstemperatur bis zu 20 C unter der Anspringtemperatur des Katalysators gehalten, wobei als Anspringtemperatur die Temperatur verstanden wird, bei der aer Katalysator unter den gegebenen Prczessbedingungen gerade das Acetylen zu hydrieren beginnt* Waehrend der Inbetriebnahmephase und bei Katalysatoren mit relativ geringen aktuellen Aktivitaetsniveau wird die Reaktoreingangstemperatur bevorzugt bei oder ueber der Anspringtemperatur gehalten. Im Dauerbetrieb, insbesondere in Gegenwart eines Katalysators mit hohem aktuellen Aktivitaetsniveau, liegt die Eintrittstemperatur vorzugsweise bis zu 200C unter der Anspringtemperatur. Der axiale und radiale Temperaturgradient zwischen irgendeiner Stelle im Katalysatorbett und der Kuehlmitteltemperatur darf erfindungs-The best results are achieved by the method according to the invention when a very high temperature difference between reactor outlet and reactor inlet is desired in the axial direction of the catalyst tubes. It has been found that when using the catalyst described above, this difference can be up to + 60C without ethylene losses or the hydrogenation process becoming unstable. Even with negative values of this temperature difference down to -15 ° C, the result is not or not significantly affected if the acetylene concentration in the Cp-minus crude fraction is below 1.0 mass $. Above -15 ° C occur at constant carbon monoxide with increasing negative temperature gradient and increasing acetylene concentration, especially above 1.0 mass% ethylene losses, and the process stability decreases. Preferably, the inlet st emperature process of the invention from 50 to 5 0 C below the exit temperature. In addition, the reactor inlet temperature erfindungsgemaess is maintained up to 20 C under the light-off temperature of the catalyst, the temperature is understood as a light-off temperature, particularly to hydrogenate the acetylene at the aer catalyst under the given Prczessbedingungen begins * during the commissioning phase and in catalysts with relatively low current Aktivitaetsniveau For example, the reactor inlet temperature is preferably maintained at or above the light-off temperature. In continuous operation, especially in the presence of a catalyst with a high current Aktivitaetsniveau, the inlet temperature is preferably up to 20 0 C below the light-off temperature. The axial and radial temperature gradient between any point in the catalyst bed and the coolant temperature may be
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gemaess + 60°C nicht uebersteigen. Die fuer einen speziellen Anwendungsfall guenstigste Temperaturdifferenz haengt vor allem vom aktuellen Aktivitaetsniveau des verwendeten Katalysators und der Dimensionierung des Reaktors ab. Bei grosoen lichten Weiten der Katalysatorrohre und bei sehr aktiven Katalysatoren sollte sie, im Interesse der Aethylenausbeute und der Prozessstabilitaet, vorzugsweise 45 C und waehrend der Inbetriebnahme frischer Katalysatoren, bei Kohlenmonoxidkonzentrationen <2000 VoI*-ppm, vorzugsweise 3O0G nicht uebersteigen.do not exceed + 60 ° C. The most favorable temperature difference for a particular application depends above all on the current activity level of the catalyst used and the dimensioning of the reactor. In the case of large clear widths of the catalyst tubes and in the case of very active catalysts, it should, in the interest of ethylene yield and process stability, preferably not exceed 45 ° C. and during the startup of fresh catalysts at carbon monoxide concentrations <2,000 Vppm, preferably 3O < 0 > G.
Vor allem durch diese Temperaturfuehrung wird, verglichen mit allen bisher bekannten Verfahren, trotz der zulaessigen grossen Temperaturgradienten, eine deutlich bessere Selektivitaet und eine erheblich hoehere Stabilitaet der Hydrierprozesses erreicht.Especially by this Temperaturfuehrung is achieved compared to all previously known methods, despite the permissible large temperature gradients, a significantly better selectivity and a significantly higher stability of the hydrogenation.
Jede Aenderung der Reaktoreingangstemperatur erfolgt in kleinen Schritten, v/obei insgesamt 20°C/h und vorzugsweise 10 C/h nicht ueberschritten werden, unabhaengig davon, ob es sich um eine Erhoehung oder Senkung der Temperatur handelt. Die Kühlmitteltemperatur wird erfindungsgemaess ebenfalls nur in kleinen Schritten veraendert, wobei in diesem Falle die Aenderung insgesamt 10°C/h und vorzugsweise 5°C/h nicht uebersteigt. Mit zunehmender Betriebszeit des Katalysators kann die Geschwindigkeit von Temperaturaenderungen erhoeht werden.Any change in the reactor inlet temperature occurs in small increments, not exceeding 20 ° C / h and preferably 10 C / h, regardless of whether it is an increase or decrease in temperature. The coolant temperature is changed according to the invention also only in small steps, in which case the change does not exceed a total of 10 ° C / h and preferably 5 ° C / h. With increasing operating time of the catalyst, the speed of temperature changes can be increased.
Besonders sorgfaeltig und langsam muss die Temperaturerhoehung bei der Inbetriebnahme frischer Katalysatoren bzw, im Bereich um und oberhalb der Anspringtemperatur des verwendeten Katalysators bei der Wiederinbetriebnahme von Reaktoren erfolgen. Wesentlich ist dabei weiterhin, dass Aenderungen der Temperaturen oder der Kohlenaionoxidkonzentration unter einer moegliohst sorgfaeltigen analytischenThe temperature increase during commissioning of fresh catalysts or, in the region around and above the light-off temperature of the catalyst used, during the reactivation of reactors must be particularly careful and slow. It is also essential here that changes in the temperatures or in the concentration of carbon dioxide are subject to a very careful analytical procedure
-H-ЬР 7726 Kontrolle des Hydrierprozesses durchgefuehrt werden.-H-ЬР 7726 control of the hydrogenation process be performed.
Die Inbetriebnahme eines mit frischem Katalysator gefuellten Reaktors erfolgt erfindungsgemaess mit einer Kohlenmonoxidkonzentration in der Rohfraktion, die zwischen prozessbeding und maximal 5000 Vol.-ppm, vorzugsweise zwischen prozessbedingter und 3500 Vol.- ppm liegt. Bei der Wiederinbetriebnahme eines Katalysators wird vorzugsweise ein Kohlenmonoxidgehalt zwischen prozessbedingter Konzentration und maximal 3000 Vol.-ppm angewendet. Die fuer einen konkreten Fall guenstigste KohlenmonOxLdkonzentration haengt vor allem von der Dimensionierung des Reaktors, der Zusammensetzung der Rohfraktion, der Leistung des Kuehlsystems sowie der aktuellen Aktivitaet und Selektivitaet des verwendeten Katalysators ab. Bei relativ grossen Innendurchmessern der Katalysatorrohre, bei hoher Асеtylenkonzentration in der Cg-minus-Rohfraktion, bei geringer Leistung des Kuehlsystems, bei geringer Belastung und/oder bei einem Katalysator mit hoher Aktivitaet ist es im Interesse einer kurzen Inbetriebnahmezeit, der Prozessstabilitaet und der Aethylenausbeute vorteilhaft, den Kohlenmonoxidgehalt in der Rohfraktion waehrend der Inbetriebnahmephase voruebergehend, innerhalb der erfindungsgemaess festgelegten Grenzen, zu erhoehen.The commissioning of a reactor filled with fresh catalyst is carried out according to the invention with a carbon monoxide concentration in the crude fraction, which is between process-conditioned and a maximum of 5000 ppm by volume, preferably between process-related and 3500 ppm by volume. When recommissioning a catalyst, a carbon monoxide content between process-related concentration and a maximum of 3000 ppm by volume is preferably used. The most favorable carbon monoxide concentration for a specific case depends above all on the dimensioning of the reactor, the composition of the crude fraction, the performance of the cooling system and the current activity and selectivity of the catalyst used. With relatively large inside diameters of the catalyst tubes, with high acetone concentration in the Cg minus crude fraction, with low cooling system performance, at low load, and / or with a high activity catalyst, it is advantageous for short start-up time, process stability, and ethylene yield to temporarily increase the carbon monoxide content in the crude fraction during the start-up phase, within the limits defined according to the invention.
Die Raumgeschwindigkeit darf beim Anfahren nicht unter 3000 v/vh liegen und betraegt in dieser Phase vorzugsweise 3500 bis 4000 v/vh, Zweckmaessigerweise wird in der Anfahrphase wenigstens ein Teil der den Reaktor passierenden Co-minus-Fraktion zurueckgefuehrt, um diese Belastung bei minimalen Verbrauch an Rohfraktion zu erreichen.The space velocity must not be less than 3000 v / vh at start-up and is preferably 3500 to 4000 v / vh in this phase. Expediently, during the start-up phase, at least part of the co-minus fraction passing through the reactor is returned to this load with minimal consumption to reach crude fraction.
Bei der Inbetriebnahme wird erfindungsgemaees die Cg-minus-Rohfraktion mit einer Temperatur von 5 bis 300C, vorzugsweise 15 bis 300C auf den Reaktor gestellt. Dann wirdWhen starting the invention, the Cg-minus crude fraction with a temperature of 5 to 30 0 C, preferably 15 to 30 0 C placed on the reactor. Than it will be
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innerhalb von 1 bis 6 h, vorzugsweise innerhalb von 2 bis 3 h, die Eintrittstemperatur in kleinen Schritten bis zur Anspringtemperatur erhoeht. Zweckmaessigerweise wird die Temperaturerhöhung kurz unterhalb oder bei der Anspringtemperatur fuer 30 bis 60 Minuten unterbrochen, bis sich das Temperaturgefaelle im Reaktor weitestgehend ausgeglichen hat* Sobald das Acetylen in geringem Umfang hydriert wird, wird die Reaktortemperatur in kleinen Schritten ueber den Kuehlmitteldruck und unter sorgfaeltiger analytischer Kontrolle erhoeht, bis der Асеtylenrestgehalt unter 3 ppm liegt· Uachdem sich der Hydrierprozess stabilisiert hat, wird, sofern das notwendig ist, die Kohlenmonoxidkonzentration schrittweise nach Massgabe der Aethylenbilanz bis auf den prozessbedingten Wert reduziert. Sobald Aethylenhydrierung zu bemerken ist, wird parallel zum Kohlenmonoxidgehalt die Reaktortemperatur gesenkt.within 1 to 6 hours, preferably within 2 to 3 hours, the inlet temperature increases in small steps up to the light-off temperature. Expediently, the temperature increase is interrupted just below or at the light-off temperature for 30 to 60 minutes until the temperature in the reactor has largely equalized. Once the acetylene is hydrogenated to a small extent, the reactor temperature is in small increments above the coolant pressure and under careful analytical control increases until the residual Асеtylengehalt is below 3 ppm · After the hydrogenation has stabilized, if necessary, the carbon monoxide concentration is gradually reduced according to the Äethylenbalanz up to the process-related value. As soon as ethylene hydrogenation is noticed, the reactor temperature is lowered in parallel to the carbon monoxide content.
Das erfindungsgemaesse Verfahren hat gegenueber den bisher bekannten Verfahren eine Reihe wesentlicher Vorteile j die sich ausserordentlich guenstig auf die Oekonomie und die Stabilitaet des Hydrierprozesses sowie den fuer seine Realisierung erforderlichen Investitionsaufwand auswirken. Durch die hohe Eigenselektivitaet der verwendeten Katalysatoren und die auf diese abgestimmten Verfahrensbedingungen ist eine, verglichen mit den bekannten Verfahren, sehr hohe Temperaturdifferenz im Katalysatorbett bzw. von Katalysatorbett zum Kushlmedium zulaessig, ohne dass der Reaktor zum Durchgehen bzw. zur Aethylenhydrierung neigt. Ganz im Gegenteil liegen die Aethylenverluste beim orfindungsgemaessen Verfahren deutlich unter den bisher ueblichen. Dadurch ist die in der Rohfraktion erforderliche Moderatorenkonzentration niedrig, ohne dass bei prozesobedingten Abweichungen in der Zusammensetzung der Cpminus-Fraktion und/oder bsi Schwankungen der Verfahrens-Compared with the previously known processes, the process according to the invention has a number of significant advantages which have an extremely favorable effect on the economy and stability of the hydrogenation process and the capital expenditure required for its realization. Due to the high Eigenselektivitaet of the catalysts used and the process conditions tuned to this is compared to the known method, very high temperature difference in the catalyst bed or catalyst bed to Kushlmedium allowed without the reactor tends to run through or for ethylene hydrogenation. On the contrary, the ethylene losses in the orformungsgemaessen method are significantly lower than the usual. As a result, the moderator concentration required in the crude fraction is low, without fluctuations in the composition of the Cpminus fraction and / or bsi in the process being caused by process-related variations.
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parameter erhebliche Aethylenverluste eintreten bzw. das Acetylen nicht mehr ausreichend hydriert wird. Bei den bisher bekannten Verfahren muss hingegen, wie bereits ausgefuehrt wurde, diese Temperaturdifferenz auf unter 3O0C, in den meisten Paellen sogar auf 21 C und darunter, begrenzt werden, um die Aethylenverluste in Grenzen zu halten und eine ausreichende Stabilitaet des Prozesses zu erreichen (vgl. US 3 412 169). In der Regel muss ausserdem noch eine erhoehte Moderatorkonzentration gefordert werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemaessen Verfahrens, der Pich aus den hohen zulaessigen Temperaturgradienten innerhalb der Katalysatorrohre in radialer und axialer Richtung, der hohen Eigenselektivitaet der verwendeten Katalysatoren und den optimal auf diese abgestimmte Verfahrensbedingungen ergibt, besteht darin, dass es in entsprechend dimensionierten, herkoemmlichen Roehrenreaktoren und ggf. auch in zwischengekuehlten Bettreaktoren mit gleicher oder besserer Effektivitaet hinsichtlich des Betriebsergebnisses durchgefuehrt werden kann als das in den DT-OS 2 225 213 und DT-OS 2 315 025 vorgeschlagene Verfahrensprinzip, das Spezialreaktoren mit hohem Investitionsaufwand und eine komplizierte Prozessfuehrung mit erhoehter Stoeranfaelligkeit erfordert. Vorteilhaft ist weiterhin, dass das erfindungsgemaesse Verfahren bei der Inbetriebnahme in kurzer Zeit, bei minimalem Aethylenverlust bzw. Rohstoff einsät ζ und minimalem zusaetzlichen Kohlenraonoxidbedarf eine der geforderten Reinheit (Acetylen <3 ppm) entsprechende selektiv hydrierte Cp-minus-Praktion liefert.parameter significant ethylene losses occur or the acetylene is no longer sufficiently hydrogenated. In the known method, however, this temperature difference must, as has already been executed to below 3O 0 C to achieve sufficient stability of the process in most Paellen even at 21 C and including, limited to keep the Aethylenverluste limited and (see US 3 412 169). In general, an increased moderator concentration must also be required. Another significant advantage of the process according to the invention, which results from the high permissible temperature gradients within the catalyst tubes in the radial and axial directions, the high intrinsic selectivity of the catalysts used and the process conditions optimally adapted to them, is that it is produced in appropriately dimensioned tubular tube reactors and possibly also in intercooled bed reactors with the same or better effectiveness with regard to the operating result can be carried out as proposed in the DT-OS 2,225,231 and DT-OS 2,315,025 proposed process principle, the special reactors with high investment costs and a complicated Prozeßfuehrung with increased Stoeranfaelligkeit requires. A further advantage is that the inventive method at start-up in a short time, with minimal Äethylenverlust or raw material einsät ζ and minimal additional Kohlenraonoxidbedarf one of the required purity (acetylene <3 ppm) corresponding selectively hydrogenated Cp-minus-Praction provides.
Einige zweckmaessige und vorteilhafte Ausfuehrungsvarianten des erfindungsgemaessen Verfahrens sind in den folgenden Beispielen dargestellt.Some expedient and advantageous Ausfuehrungsvarianten of the inventive method are shown in the following examples.
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- 17 LP 7726 Beispiel 1- 17 LP 7726 Example 1
7,2 1 Katalysator werden in einen Versuchsreaktor eingebaut. Der Reaktor ist Teil einer Versuchsanlage, bestehend aus Vorheizer, Reaktor, Kuehlsystem und den entsprechenden mess- und regeltechnisehen Einrichtungen einschliesslich der Gei^aete zur Messwerterfassung» Der rohrfoermige Reaktor ist mit einem Kuehlmantel umgeben und hat eine lichte Weite von 51 mm (Aussendurchmesser 57 mm, Wandetaerke 2,9 mm). Die Katalysatorfuellhoehe betraegt 3500 mm. Der Vorheizer wird mit ITiederdruckdampf botrieben. Das Kuehlsystem besteht aus dem Kuehlmantel des Reaktors, einem Wasserkuehler und einem Vorratsgefaess fuer die Kuehl· fluessigkeit. Ale Kuehlmedium dient siedendes Methanol. Die erforderliche Cp-minus-Praktion wird direkt aus einer technischen Anlage zur Aethylenerzeugung uebernommen. Erhoehte Kohlenmonoxidkonzentrationen koennen durch eine zusaetzliche Kohlenmonoxideinspeisung am Eingang der Versuchsanlage gezielt eingestellt werden. Die Reaktoreingangstemperatur wird ueber den Vorv/aerraer und die Kühlmitteltemperatur ueber den Methanoldruck im Kuehlsystem durch die Kuehlwassermenge im Methanolkondensator geregelt. Die Analycen werden mit Hilfe ueblicher gschromatograpbischer Methoden durchgefuehrt. Die verwendete CL-minus-Fraktion hatte folgende durchschnittliche Zusammensetzung in Masse-%t7.2 1 of catalyst are installed in a pilot reactor. The reactor is part of a pilot plant consisting of a preheater, reactor, cooling system and the corresponding measuring and control devices including the vessel for measured value acquisition »The tubular reactor is surrounded by a cooling jacket and has a clear width of 51 mm (outer diameter 57 mm , Wall thickness 2.9 mm). The Katalysatorfuellhoehe is 3500 mm. The preheater is offered with IT low pressure steam. The cooling system consists of the cooling jacket of the reactor, a water cooler and a storage vessel for the cooling liquid. Ale cooling medium is boiling methanol. The required Cp-minus action is taken directly from a technical plant for ethylene production. Elevated carbon monoxide concentrations can be adjusted specifically by an additional carbon monoxide feed at the entrance of the pilot plant. The reactor inlet temperature is controlled via the pre-aerator and the coolant temperature via the methanol pressure in the cooling system by the amount of cooling water in the methanol condenser. Analyzes are carried out by conventional chromatographic methods. The CL minus fraction used had the following average composition in mass% t
Acetylen 0,75 % Acetylene 0.75 %
Aethylen 50,0Ethylene 50.0
Aethan 13,5Ethane 13.5
Wasserstoff 1,65Hydrogen 1.65
Methan 34,3Methane 34.3
Kohlenmonoxid 1 000 bis 1 800 ppm(Vol»)Carbon Monoxide 1 000 to 1 800 ppm (Vol »)
~ 18 ~ ~ 18 ~
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Tor der Inbetriebnahme wurde der mit Katalysator gefuellte Reaktor mit Stickstoff inertisiert und in der C«-minus-•Rohfraktion durch Einspeisen von zusaetzlichem Kohlenmonoxid die Kohlenmonoxidkonzentration auf 3000 ppm erhoeht. Dann wurde bei einer Eintrittetemperatur von 300C und einem Druck von 28,7 at die Cg-minus-Fraktion auf den Reaktor gestellt. Die Stroemungsgeschwindigkeit durch das Katalysatorrohr betrug 0,45 m/s und die Belastung 3500 v/vh. In kleinen Schritten wurde die Eingangstemperatur innerhalb von 2 Std. bis auf 6O0C erhoeht. Bei dieser Temperatur setzte die Hydrierreaktion ein, wie der ansteigende Kühlmitteldruck und die Analysenergebnisse auswiesen* Unter analytischer Kontrolle wurde in kleinen Schritten die Eintrittstemperatur bis auf 700C und der Kühlmitteldruck auf 0,2 bis 0,25 kp/At the start of operation, the reactor filled with catalyst was rendered inert with nitrogen, and the carbon monoxide concentration in the C "minus" crude fraction was increased to 3000 ppm by feeding in additional carbon monoxide. Then at an inlet temperature of 30 0 C and a pressure of 28.7 at the Cg-minus fraction was placed on the reactor. The flow rate through the catalyst tube was 0.45 m / s and the load 3500 v / vh. In small steps, the inlet temperature within 2 hours up to 6O 0 C increased. At this temperature the hydrogenation reaction set in, as the rising coolant pressure and the analysis results auswiesen * Under analytical control, in small steps, the inlet temperature to 70 0 C and the refrigerant pressure at 0.2 to 0.25 kgf /
cm erhoeht. Unter diesen Bedingungen wurde das Acetylen bereits auf6.2 ppm abgebaut. Aethylenverluste traten dabei nicht ein. Nachdem eich stabile Betriebsbedingungen eingestellt hatten, wurde die Kohlenmonoxidkonzentration schrittweise auf den prozessbedingten Wert von 1600 bis 1-800 ppm reduziert» Dabei wurde, sobald die Analysen geringe Aethylenverlußte erkennen liessen, parallel dazu auch die Reaktortemperatur gesenkt,cm increased. Under these conditions, the acetylene has already been degraded to 6.2 ppm. Aethylene losses did not occur. After setting stable operating conditions, the carbon monoxide concentration was gradually reduced to the process-related value of 1600 to 1-800 ppm. "As soon as the analyzes showed low ethylene losses, the reactor temperature was also lowered in parallel.
Charakteristische Ergebnisse dieser Phase sind in Tabelle 1, Zeile 1 bis 4» zusammengefasst.Characteristic results of this phase are summarized in Table 1, lines 1 to 4 ».
Anschliessend wurden die Prozessbedingungen innerhalb folgender Grenzen variiert,Subsequently, the process conditions were varied within the following limits,
Druck 28 - ЗО ataPressure 28 - ЗО ata
Temperatur 45-120 0CTemperature 45-120 0 C
Kühlmitteldruck 1,05 bis 4,75 ataCoolant pressure 1.05 to 4.75 ata
Belastung 2200 bis 7000 v/vhLoad 2200 to 7000 v / vh
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Durch systematische Veraenderung der Reaktortemperatur mit Hilfe des Kuehlmitteldrucks wurden u. a# bei konstanter, prozessbedingter Kohleimonoxidkonzentration die Prozessstabilitaet und die neigung des Katalysators zum IIDurchgehenlf, (d. h. zur Durohhydrierung) getestet. Charakteristische Werte sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Nach einer Betriebszeit von 142 Std. wurde abgestellt und erneut unter im wesentlichen analogen Beidnungen wie oben beschrieben angefahren« Die Kohlenmonozidkonzentration inBy systematic change of the reactor temperature with the help of the coolant pressure u. a # at constant, process-related carbon monoxide concentration, the process stability and the tendency of the catalyst to IIDurchgehenlf, (ie for Durohhydrierung) tested. Characteristic values are summarized in Table 1. After an operating time of 142 hours, it was switched off and restarted under essentially analogous conditions as described above "The carbon monoxide concentration in
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der Rohfraktion betrug dabei 2050 ppm. Bereits nach 4»5 Std. waren stabile Betriebbedingungen erreicht. Der Acetylenrestgehalt lag bei 1 ppm· Es wurden, bezogen auf das eingesetzte Aethylen, Aethylengewinne zwischen 0,93 und 1,4 % erzielt.the crude fraction was 2050 ppm. After only 4 to 5 hours, stable operating conditions had been achieved. The residual acetylene content was 1 ppm. Ethylene yields between 0.93 and 1.4 % were obtained, based on the ethylene used.
7,2 1 des Katalysators gemaess Beispiel 1 wurden in die dort beschriebene Versuchsanlage eingebaut. Die Inbetriebnahme erfolgte analog Beispiel 1 mit einer Belastung von 5800 v/vh, einer Strömungsgeschwindigkeit durch die Katalysatorrohre von 0,8 m/sec und einer Kohlenmonoxidkonzentration von 2500 Vol.-ppm. Zur Pruefung des Aktivitaets-Zeitverhaltens des Katalysators v/urden die Bedingungen durch relativ hohe Betriebstemperatur bewusst verschaerft. Die prozessbedingte Kohlenmonoxidkonzentration schwankte zwischen 1000 und 1300 Vol.-ppm. Die Stabilitaet des Hydrierprozesses und das Durchgehverhalten des Katalysators wurde mehrfach nach verschiedenen Betriebszeiten analog wie in Beispiel 1 getestet. Weiterhin wurde im Verlauf des Versuchs der Reaktor sechsmal planmaessig ab- und angefahren. Das Anfahren erfolgte gemaess Beispiel 1 bei Belastungen von 2200 bis 7000 v/vh und Kohlenmonoxidkonzentration von 1000 bis 2500 Vol.-ppm. Charakteristische Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Der Acetylenrestgehalt betrug in allen Paellen < 2 ppm. Nach einer effektiven Betriebszeit von 774 Std. wurde der Versuch abgebrochen, ohne dass gegenueber der 100« Betriebsstunde eine Abnahme der Aktivitaet zu erkennen war.7.2 l of the catalyst according to Example 1 were incorporated into the experimental plant described therein. The commissioning was carried out analogously to Example 1 with a load of 5800 v / vh, a flow rate through the catalyst tubes of 0.8 m / sec and a carbon monoxide concentration of 2500 ppm by volume. To test the activity-time behavior of the catalyst, the conditions were deliberately increased by the relatively high operating temperature. The process-related carbon monoxide concentration fluctuated between 1000 and 1300 ppm by volume. The stability of the hydrogenation process and the passage behavior of the catalyst was tested several times after different operating times analogously to Example 1. Furthermore, in the course of the experiment, the reactor was started and stopped six times as planned. The starting was carried out according to Example 1 at loads of 2200 to 7000 v / vh and carbon monoxide concentration of 1000 to 2500 ppm by volume. Characteristic results are summarized in Table 2. The residual acetylene content was <2 ppm in all paellen. After an effective operating time of 774 hours, the attempt was stopped without a decrease in activity compared to the 100 hours of operation.
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Betriebszeit Tempera- Kuehlmittel- Belastvmg CO-Konz. со**4~Operating time Tempera- Coolant load COm conc. с о ** 4 ~
in h tür druck v/vh Vol.-ppm Bilanz,in h door pressure v / vh vol. ppm balance,
Reaktor- kp/cm bezogenReactor kp / cm
eing. eingeeing. turned
setztestranslated
0C C2H4 0 CC 2 H 4
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Tabelle 3 Katalysator fuerTable 3 Catalyst for
Beispiel 3 Beispiel 4 Beispiel 5Example 3 Example 4 Example 5
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Verteilung der Aktivkomponenten in denDistribution of the active components in the
TraegerformlingenTraegerformlingen
peripher, peripher, gleichmaessigperipheral, peripheral, uniform
Eindring- Eindring- im gesamtenPenetration- penetration throughout
tiefe tiefe Traegerdeep deep carriers
ca. 0,6 mra ca. 0,8 mm formlingapprox. 0.6 m approx. 0.8 mm formling
Katalysatorform Tabletten Tabletten Tabletten Hoehe in mm 4,70+0,15 4,75+0,15 3,4+0,1 Durchmesser in mm 4,8+0,2 4,75+0,15 3,6+0,2Catalyst form Tablets Tablets Tablets Height in mm 4,70 + 0,15 4,75 + 0,15 3,4 + 0,1 Diameter in mm 4,8 + 0,2 4,75 + 0,15 3,6 + 0 2
Der in Tabelle 3, Spalte 1, charakterisierte Katalysator wurde in der in Beispiel 1 beschriebenen Versuchsanlage zur selektiven Hydrierung einer technischen Cg-minus-Fraktion eingesetzt. Dabei wurden die Kohlenmonoxidkonzentration zwischen 1730 und 63ОО Vol.-ppm, die Belastung zwischen 2800 und 7OOO v/vh, die Reaktoreingangstemperatur zwischen 67 und 1040C und der Kühlmitteldruck zwischen 0,3 und 2,55 kp/cm variiert. Der Reaktordruck schwankte zwischen 26,8 und 28,3 kp/cm2.The catalyst characterized in Table 3, column 1, was used in the pilot plant described in Example 1 for the selective hydrogenation of a technical Cg-minus fraction. In this case, the carbon monoxide concentration between 1730 and 63ОО vol.-ppm, the load between 2800 and 7OOO v / vh, the reactor inlet temperature between 67 and 104 0 C and the coolant pressure between 0.3 and 2.55 kp / cm varied. The reactor pressure varied between 26.8 and 28.3 kp / cm 2 .
Die Versuchsdurchfuehrung entsprach der im Beispiel 1 beschriebenen. Die charakteristischen Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengefasst. Der Restacetуlengehalt war in allen Faellen^.2 ppm.The experimental procedure corresponded to that described in Example 1. The characteristic results are summarized in Table 4. The residual acetate content was ^ .2 ppm in all cases.
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- 25 LP 7726 Tabelle 4- 25 LP 7726 Table 4
Temperatur Kuehlmittel- Belastung CO-Konzen- G3H.-Bilanz, beReaktor- druck tration zogen auf eineingang gesetztes CgH.Temperature Coolant load CO concentration G 3 H. balance, reactor pressure triggers an input CgH.
Der in Tabelle 3» Spalte 2, charakterisierte Katalysator wurde in der im Beispiel 1 beschriebenen Versuchsanlage zur selektiven Hydrierung einer technischen C2-minus-Fraktion eingesetzt. Das Einsatzgemisch enthielt 1200 bis 2500 Vol.-p pm Kohlenmonoxid, Die uebrigen Prozeseparameter wurden innerhalb der im Beispiel 3 angefuehrte Grenzen variiert. Die Inbetriebnahme des Reaktors erfolgte gemaess Beispiel 2* Die charakteristischen Versuohsergebnisse sind in Tabelle 5 zusammengefasst, dabei lag die Restacetylenkonzentration in allen Paellen bei ^2 ppm.The catalyst characterized in Table 3, column 2, was used in the pilot plant described in Example 1 for the selective hydrogenation of a technical C2-minus fraction. The feed mixture contained 1200 to 2500 vol. P pm carbon monoxide, the other process parameters were varied within the limits given in Example 3. The commissioning of the reactor was carried out according to Example 2 * The characteristic Versuohsergebnisse are summarized in Table 5, while the Restacetylenkonzentration was in all Paellen at ^ 2 ppm.
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- 26 LP 7726 Tabelle 5- 26 LP 7726 Table 5
Temperatur Kuehlmittel- Belastung CO-Konz. C^H.-Bilanz, be-Temperature Coolant load CO conc. C ^ H. balance,
Reaktor druck zogen auf einge·Reactor pressure has started
gingang setztes C0H.gegang set C 0 H.
kp/cmkp / cm
v/vhv / v h
VoI,-ppm +VoI, ppm +
Der in Tabelle 3, Spalte 3» charakterisierte Katalysator wurde in dem Versuchsreaktor gemaess Beispiel 1 eingebaut. Die Inbetriebnahme erfolgte analog Beispiel 1, aber mit einer Kohlenmonoxidkonzentration von 1600 VoI,-ppm. Die weitere Versuchsdurchfuehrung entsprach Beispiel 3 und 4, Die in Tabelle 6 zusammengefassten Ergebnisse sind charakteristisch fuer diesen Versuch, Das Acetylen wurde in jedem Pail auf^3 ppm abgebaut. Die Hydrierreaktion setzt bei 57°C ein,The catalyst characterized in Table 3, column 3 »was incorporated in the experimental reactor according to Example 1. The commissioning was carried out analogously to Example 1, but with a carbon monoxide concentration of 1600 VoI, ppm. The further experimental procedure corresponded to Examples 3 and 4. The results summarized in Table 6 are characteristic of this experiment. The acetylene was degraded to 3 ppm in each pail. The hydrogenation reaction starts at 57 ° C,
Temperatur Kuehl- Belastung CO-Konz, CgEL-Bilanz, bezogenTemperature cooling load CO-Konz, CgEL balance, related
Reaktoreingangreactor inlet
0C 72 0 C 72
mitteldruckmedium pressure
kp/cm 0,35kp / cm 0.35
auf eingesetztes °2H4on inserted ° 2 H 4
v/vh VoI,-ppm +v / vh VoI, ppm +
35003500
16001600
+ 0,62+ 0.62
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Beispiel 6 - VergleichsbeispielExample 6 - Comparative Example
Zum Vergleich mit den in den erfindungsgemaessen Beispielen 1 bis 5 erhaltenen Ergebnissen wurden in die im Beispiel 1 beschriebene Versuchsanlage 7,2 1 eines industriell hergestellten und bei der selektiven Hydrierung von Cp-minus-Fraktion technisch erprobten Katalysators eingebaut und nach dem den Beispielen 1 bis 5 angev/endeten Prinzip und im wesentlichen unter analogen Bedingungen getestet« Oqv Vergleichskatalysator ist durch folgende Daten charakterisiertFor comparison with the results obtained in Examples 1 to 5 according to the invention 7.2 1 of industrially produced and in the selective hydrogenation of Cp-minus fraction technically proven catalyst were incorporated into the experimental plant described in Example 1 and after the Examples 1 to 5 approached and essentially tested under analogous conditions « Oqv comparison catalyst is characterized by the following data
messer von 6,0 + 0,8 mmdiameter of 6.0 + 0.8 mm
und einer Hoehe von 3,2 + 1,1and a height of 3.2 + 1.1
mmmm
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Bei der Inbetriebnahme wurde die Rohfraktion mit einem Kohlenmonoxidgehalt von 3800 ppm und einer Temperatur von 250C auf den Reaktor ein-gestellt. Die Belastung betrug 5800 v/vh. Die Eingangstemperatur wurde in kleinen Schritten innerhalb von 3 Std, bis auf 600C erhoeht und hier 1 Std. gehalten, bis sich die Reaktoraustrittstemperatur weitestgehend angeglichen hatte. Dann wurde die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 6°C/h weiter erhoeht. Bei 72°C setzte die Hydrierreaktion ein. Der geforderte Acetylenabbau auf 3 ppm wurde ca. 7,5 Std. nach Beaufschlagung des Reaktors mit der Cg-niinus-Fraktion bei einer Eintrittstemperatur von 80 C und einem Kuehlmitteidruck von 0,8 kp/During commissioning, the crude fraction with a carbon monoxide content of 3800 ppm and a temperature of 25 0 C on the reactor was set. The load was 5800 v / vh. The inlet temperature was increased in small steps within 3 hours, up to 60 0 C and held here for 1 hour until the reactor outlet temperature had largely adjusted. Then the temperature was further increased at a rate of 6 ° C / h. At 72 ° C, the hydrogenation reaction began. The required acetylene degradation to 3 ppm was about 7.5 hours after charging the reactor with the Cg-niinus fraction at an inlet temperature of 80 C and a coolant pressure of 0.8 kp /
2 cm erreicht. Der Reaktordruck schwankte zwischen 26 und2 cm reached. The reactor pressure fluctuated between 26 and
28 kp/cm . Die uebrigen Parameter wurden in den im Beispiel 1 angefuehrten Grenzen variiert. Es wurden die in Tabelle 7 zusammengefassten charakteristischen Werte erhalten.28 kp / cm. The remaining parameters were varied in the limits given in Example 1. The characteristic values summarized in Table 7 were obtained.
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Die Inbetriebnahme des Katalysators mit Kohlenmonoxidkonzentrationen unter 2000 ppm war nicht moeglich, da er stark zum Durchgehen neigt. Ausserdem war die erreichbare Prozessstabilitaet, verglichen mit den Beispielen 1 bis 5,The commissioning of the catalyst with carbon monoxide concentrations below 2000 ppm was not possible because it is prone to go through. In addition, the achievable process stability compared to Examples 1 to 5,
erheblich geringer· Bereits eine relativ geringe Erhoehung der Reaktortemperatur (bes. ueber den Kuehlmitteidruck) bzv/. eine Senkung derKohlenmonoxidkonzentration fuehrte zu schnell ansteigenden Aethylenverlusten und schliesslich sogar zum Durchgehen des Reaktors» Besonders augenscheinlich wird das beim Vergleich der in Tabelle 8 zusammengefassten Ergebnisse hinsichtlich Prozessstabilitaet und Durchgehverhalten der Katalysatoren.considerably lower · Already a relatively small increase of the reactor temperature (especially over the coolant pressure) bzv /. a reduction of the carbon monoxide concentration led to rapidly increasing ethylene losses and finally even to reactor runaway. "This is particularly evident when comparing the results summarized in Table 8 with regard to process stability and catalyst throughput.
Beispiel Temperatur Kuehl- Belastung CO.-Konz. CgH.-Bilanz,Example Temperature Cooling load CO conc. CgH. balance,
bezogen aufbased on
Reaktorein- mittel gangReactor inlet a
druckprint
eingesetztes °2H4inserted ° 2 H 4
kp/om v/vh Vol.-ppm + % kp / om v / vh ppm by volume + %
Claims (15)
temperatur liegt.that the temperature at any point in the catalyst bed is maximized;
temperature is.
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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