DD158323A3

DD158323A3 - Verfahren zur optimierung der fahrweise von hydrierreaktoren der katalytischen hydrierung organischer nitroverbindungen

Info

Publication number: DD158323A3
Application number: DD21851680A
Authority: DD
Inventors: Horst Kinza; Gerhard Alscher; Siegfried Wygoda; Dietmar Pollehn
Original assignee: Horst Kinza; Gerhard Alscher; Siegfried Wygoda; Dietmar Pollehn
Priority date: 1980-01-18
Filing date: 1980-01-18
Publication date: 1983-01-12
Also published as: RO81438A; FR2474172A1; BG43150A1; RO81438B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Potentialsonde zur Messung, laufenden Kontrolle und/oder Regelung der Substratkonzentration waehrend der katalytischen Hydrierung organischer Nitroverbindungen in fluessiger Phase. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist, durch eine der Hydrieraktivitaet angepasste optimale Fahrweise bei kontinuierlichen Hydrierprozessen von Nitroaromaten eine gleichmaessige Produktqualitaet sowie eine Verringerung des Katalysatorverbrauchs zu gewaehrleisten. Erfindungsgemaess wird das erreicht durch eine laufende Messung und Kontrolle der Substratkonzentration in der Reaktionsmischung, wobei diese Kontrolle durch kontinuierliche Messungen des elektrochemischen Redoxpotentials der Reaktionsmischung, bezogen auf ein geeignetes Bezugspotential. Zur Durchfuehrung des Messverfahrens dient eine der gegebenen Reaktorgeometrie angepasste und an der Reaktorwand befestigte Potentialmessonde.

Description

Berlin, den 4· 1. 1980 251/3662/1111

Erfinder

Dr, Horst Kinza 25 %

Dr. Gerhard Alseher 25 %

Siegfried Wygoda 25 %

Dietmar Pollehn 25 %

Titel der Erfindung

Regelung der Substratkonzentration während der katalytischen Hydrierung organischer Nitroverbindungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Potentialsonde zur Messung, laufenden Kontrolle und/oder Regelung der Substratkonzentration während der katalytisehen Hydrierung organischer Nitroverbindungen in flüssiger Phase«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Es ist bekannt, daß Hydrierprozesse von organischen Hitroverbindungen, insbesondere Nitroaromaten, häufig mit besonders hoher Effektivität dann' verlaufen, wenn die stationäre Konzentration an Nitroaromaten sehr klein gehalten und nur nach Maßgabe des Verbrauches ergänzt wird. So beschreibt das Patent DE-AS-1518080 die Hydrierung von Polynitroverbindungen CR(NO₀) _J bei stationären R(UOp)_x- Konzentrationen unter 0,015 Gew_e-%, ohne jedoch anzugeben, wie die Konzentration im Reaktor laufend kontrolliert werden soll»

Gemäß DE-944955 ist es bei der Hydrierung von RNO₂ zu HORNHp wichtig, so wenig RNO₂ zuzusetzen, daß stets alles RNO₂ gelöst ist, ohne daß angegeben wird, wie in der tiefschwarzen Katalysatorsuspension diese Forderung zu kontrollieren ist« Das Patent GB-1499589 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Aminosulfonsäuren aus Nitrosulfonsäuren durch langsames Zugeben der Ni« trosulfonsäure (RNO₂) SO«H zur Katalysatorsuspension, wobei die RNOp- Konzentration durch Probenahme kontrolliert wird* Dieses Verfahren ist arbeite- und vor allem zeitaufwendig und gewährleistet keine momentane Kontrolle der Konzentration der Nitroverbindungen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist, durch Einhaltung optimaler Verfahrensparameter, wie Substrat» und/oder Katalysatorkonzentration, eine möglichst ökonomische, gegen Havarien sichere Fahrweise von Hydrierreaktoren für Nitroaromaten zu gewährleisten«

Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine der « infolge zeitlicher Formierungs- und Alterungsvorgänge des Katalysators veränderlichen - Hydrieraktivität angepaßte Fahrteise bei kontinuierlichen Hydrierprozessen von Nitroaromaten eine gleichmäßige Produktqualität sowie eine Verringerung des Katalysatorverbrauchs zu gewährleisten*

Merkmale der Erfindung

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß eine laufende Kontrolle durch die kontinuierliche Messung des von der Konzentration der Nitroverbindung abhängigen elektrochemischen Redoxpotentials der Reaktions« mischung, bezogen auf ein geeignetes Bezugspotential, erfolgt«. Bei Unterschreiten des durch Erfahrung zu ermittelnden (für jedes Reaktionssystem aus Katalysator^

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Lösungsmittel und Substrat) optimalen Potentialwertes kann die Belastung (Dosiergeschwindigkeit) erhöht bzw. die Zugabe frischer Katalysatorsuspension ausgesetzt werden. Bei Erreichen bzw. Überschreiten dieses Potentials muß Frischkatalysator zugesetzt bzw, die Substratzugabe gedrosselt werden·

Zur Durchführung des Verfahrens dient eine, der gegebenen Reaktorgeometrie angepaßte und an der Reaktorwand befestigte Meßsonde. Sie besitzt eine isoliert an einem Schutzrohr befestigte und zweckraäßigerweise aus einem Edelmetallblech bestehende Meßelektrode sowie eine Vergleichselektrode· Diese befindet sich im Inneren des Schutzrohres, umgeben von einer Paste aus einem Katalysatorpulver und der Reaktionslösung sowie einer isolierenden Hülse, deren poröser Boden als Diaphragma dient·

Die Ableitung der Einzelpotentiale der Sonde zur Meßeinrichtung erfolgt über druckdichte, isolierende Durchführungen durch die Reaktorwand über isolierte Ableitungen·

Die Potentialdifferenz zwischen der Meß» und der Vergleichselektrode läßt sich mit einem hochohmigen Gleichspannung smeßver stärker (> 10 Ohm) mit Sekundärausgang messen und in einem Kompensationsbandschreiber (Empfindlichkeit von 10 bis 100 mV) registrieren. Der Kompensationsbandschreiber registriert momentan Abweichungen der Konzentration der Nitroverbindung vom Sollwert im Bereich vonέ10 ppm.

Ist der Schreiber mit einem Sollwertkontakt versehen, so wird bei Überschreiten des Sollwertes entweder ein Signal für das Bedienungspersonal gegeben oder eine Do«· sierpumpe ein- bzw. ausgeschaltet.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht u. a. darin, daß sich die Lebensdauer der eingesetzten Katalysatoren erhöht und damit der spezifische Katalysatorverbrauch senkt. Des weiteren kann die Katalysatorbelastung stets bei der zulässigen Höchstgrenze gehalten werden, so daß

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eich damit eine optimale Raum»Zeit«Ausbeute erzielen läßt«

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Sonde sollen anhand der Figur nachstehend näher erläutert werden:

In einem üblichen Rührreaktor für Druckhydrierungen ist mittels eines Übergangsstückes 3 an einem Plansch« deckel 2 ein Schutzrohr 4 einer Potentialmeßsonde 1 so befestigt, daß das untere Ende des Schutzrohres 4 zuverlässig in die gerührte Reaktionsmischung eintaucht«, Das Übergangsstück 3 und der Flanschdeckel 2 sind mit Gevsrindebohrungen versehen, in die die druckdichten und isolierten Durchführungen 5; 6 zur Potentialableitung (z* B_e Zündkerzen) eingeschraubt sind« Im unteren Ende des Schutzrohres 4 steckt eine isolierende Hülse 7 (zweckmäßigerweise aus PTFE) für die Vergleichselektrode 8· Die Elektrode 8 kann z„ B_e aus einem Platindrahtnetz bestehen, das von einer Paste aus einem pulverför» migen Palladium-Kohle «»Trägerkatalysator und der Reaktionslösung umgeben ist und vor dem Einsatz mit Wasserstoff gesättigt wurde» Eine isolierte Ableitung 9 der Elektrode 8 eines durch einen PTFE=»Schlauch isolierten Platindrahtes verbindet die Vergleichselektrode 8 mit der Zündkerze· Ein Boden 10 der Hülse 7 besteht aus einem zylindrischen Formkörper aus poröser Keramik, Von außen ist auf das untere Ende des Schutzrohres 4 eine isolierende PTFE^Folie 11 aufgewickelt und auf diese, als Meßelektrode 12, genau passend ein aus Platinfolie gefertigter Zylindermantel aufgeschoben (in der Abbildung nach außen gezeichnet)«

Die Meßelektrode 12 ist über eine Ableitung 13, bestehend aus einem Platindraht (PTFE^isoliert) ebenfalls mit einer Zündkerze verbunden* Beim Füllen des Reaktors mit der Reaktionslösung bildet sich, abhängig von der Nitroaromatenkonzentration, zwischen der Vergleichselek-

trode 8 und der Meßelektrode 12 eine Potentialdifferenz aus, die an den Zündkerzen abgenommen und mit einem Gleichspannungameßverstärker geraessen wird. Der Sekundärinstrumentenausgang des Verstärkers wird mit einem Widerstand von 10 Ohm überbrückt und die an diesem Widerstand entstehende Spannung mit einem Kompensationsbandschreiber (Empfindlichkeit 10 mV) über die ganze Skala, registriert*

In dem beschrbbenen Beispiel können in einem Reaktor mit 15 α Reaktionslösung und 150 hf Katalysator stündlich 2500 If Nitrobenzol eingepumpt und bei einem Wasserstoffdruck von 2,6 MPa zu Anilin hydriert werden. Im stationären Betrieb stellt sich die Schreiberanzeige auf einen Wert zwischen 2 und 3 mV ein. Jede Abweichung zu höheren Werten signalisiert dem Bedienungspersonal steigende Witrobenzolkonzentration, worauf 10 bis 20 k§ Frischkatalysator, suspendiert in ethanolischer Lösung, zugesetzt werden.

Vorteilhafterweise läßt sich mit Hilfe eines Motorkompensators mit Signaleinrichtung eine Dosierpumpe so steuern, daß die Signaleinrichtung bei Überschreiten eines vorgegebenen Sollpotentials über ein Relais die Dosierpumpe aus-, bei Unterschreiten (infolge erneuten Absinkens der Mtroaromatenkonzentration) wieder einschaltet. Damit kann, nachdem empirisch das für den gegebenen Katalysator, das gegebene Substrat und die gegebenen Reaktionsbedingungen (Druck, Temperatur) optimale Sollpotential ermittelt wurde, die Reaktion bei einer für die Standzeit dea Katalysators und die Raum-Zeit-Ausbeute optimalen Mtroaromatenkonzentration gefahren werden.

Claims

1, Verfahren zur Optimierung der Fahrweise von Hydrierreaktoren während der katalytischem Hydrierung organischer Nitroverbindungen in flüssiger Phase, ge·» kennzeichnet dadurch, daß eine laufende Messung und Kontrolle ggf_e der Substratkonzentration in der Reaktionsmischung erfolgt, wobei diese Kontrolle durch kontinuierliche Messungen des elektrochemischen Redoxpotentials der Reaktionsmischung mittels einer Potentialsonde und bei Abweichungen vom Sollwertbereich einer Regelung der Substrat« und/oder Katalysatorkonzentration erfolgt«

2* Meßverfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Redoxpotential gegen eine in der gleichen Reaktionslösung befindliche Wasserstoffelektrode ge» messen wird*

3· Meßverfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet da» durch, daß bei der Abweichung des Redoxpotentials vom Sollwert die Dosierung der Nitroverbindung und/ oder der Frischkatalysatorzusatz entsprechend gerangelt wird«,

4· Meßsonde zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die an der Reaktorwand (2) befestigte Sonde (1) eine isoliert am Schutzrohr (4) befestigte, aus einem Edelmetallblech bestehende Meßelektrode (12) und eine Vergleichselektrode (8) besitzt, die sich im Innern des Schutzrohres (4), umgeben von einer Paste aus .einem Katalysatorpulver und der Reaktionslösung, in einer isolierenden Hülse(7) befindet, deren poröser Boden (10) als Diaphragma diente

5e Meßsonde nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Übertragung der Einzelpotentiale der Sonde (1)

zur Meßeinrichtung rait Hilfe druckdichter isolierender Durchführungen (5;6) durch die Reaktorwand (2) über isolierte Ableitungen (9;13) erfolgt.

6· Meßsonde nach Punkt 4 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Potentialdifferenz zwischen der Meßelektrode (12) und der Vergleichselektrode (8) mit einem hochohmigen Gleichspannungsmeßverstärker mit Sekundärauegang gemessen und in einem Kompensationsbandschreiber registriert wird·

7· Meßsonde nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß das von der Sonde (1) abgegebene Signal bei Überschreiten eines Sollwertes ein Alarmsignal auslöst bzw_β eine Dosiervorrichtung betätigt·

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