DD277616A1 - Verfahren und anordnung zur katalysatorabtrennung in suspensionsreaktoren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Pulverkatalysatoren durch Filtration in Ruehrreaktoren fuer Fluessigphasenhydrierungen und die Anordnung der Filtereinheit im Reaktor. Durch dieses Verfahren und die Filteranordnung wird erreicht, dass der Katalysator vollstaendig im Reaktionsraum zurueckgehalten wird und dadurch eine hohe Katalysatorausnutzung erfolgt.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die katalytische Flüssigphasenhydrierung von Kohlenwasserstoffen im Rührreaktor mit suspendiertem Katalysator, wobei die Abtrennung des Katalysators mit einem im Reaktionsraum angeordneten Filtermittel erfolgt.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Hydrierung von flüssigen Kohlenwasserstoffen in Rührreaktoren mit suspendiertem Katalysator hat eine große Bedeutung für die chemische Industrie.

Die Hydrierverfahren mit Suspensionskatalysatoren zeichnen sich durch hohe Raum-Zeit-Ausbeuten, geringe Katalysatorverbräuche und hohe Flexibilität aus. Diese Verfahren werden kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt. Als ein wesentliches technisches Problem erweist sich dabei die Abtrennung des Katalysators, so daß die vorhandene Hydrieraktivität weitestgehend ausgenutzt wird, die Katalysatorverluste gering bleiben und gleichzeitig ein klares Hydrierprodukt abgeführt werden kann. Von dem Katalysatorabtrennverfahren hängen in der Regel auch die Variante der Katalysatorzuführung und der Katalysatorverbrauch ab. Die Katalysatorabtrennung hat somit bei Flüssigphasenhydrierungen im Rührreaktor mit suspendiertem Katalysator oft eine entscheidende Bedeutung für die Prozeßgestaltung und für die Ökonomie des Verfahrens. Darüber hinaus stehen besonders bei der Durchführung dieser Hydrierprozesse im Labor- bzw. kleintechnischen Maßstab noch weitere Anforderungen an die Feststoffabtrennung:

- vollständige Abtrennung (Zurückhalten) des Katalysators im Reaktionsraum und Verhinderung einer Filterkuchenbildung,

- variabler Einsatz bei unterschiedlichen Reaktionsbodingungen.

Es sind koino Vorfahren zur Hydrierung von flüssigen Kohlenwasserstoffen in Rührreaktoren mit suspendiertem Katalysator bekannt, boi denen der Katalysator mittels Filtormittol im Reaktor die ο. g. Anforderungen erfüllt. Es ist eine Vielzahl von Vorfahron zur Hydrierung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen, von Aldehyden, von Nitroaromaten u.a. Stoffen bekannt, die in Rührroüktoron mit suspondiorton Katalysatoren durchgefühlt worden. Als Katalysatoren worden vorwiegend Nickel-Trägorkatalysatoron (Trägor: Aluminiumoxid und Kiosolgol) und Edolmoiallkatalysatoron (Platin, Palladium) eingesetzt. Die Katalysatorabtrennung erfolgt boi kontinuierlicher Prozeßführung in oinom nachgoschalteton Sodimentationsgefäß (DDPS 126891, DD PS 219184 A1).

Dio Katalysatorabtrennung im gekoppelten Südimontationsgofäß hat noben den zusätzlichen apparativen Aufwendungen die Nachtoilo dor unvollständigen Katalysatorabtrennung und die bekannton technischen Probleme der Katalysatorrückführung. Woitorhin kann durch das Vorhandensein von Katalysator im Sedimontationsqofäß und durch die nach diesom Verfahren zwangsläufig auftretenden Katalysatorvorluste koine vollständige Ausnutzung dor Hydrierleistung des Katalysators eriolgen.

Außerdem besteht die Mög'ichkeit des Auftretens unerwünschter Reaktionseffekte im Sedimentationsgefäß. Eine unvollständige Katalysatorabtrennung birgt die Gefahr der störend wirkenden Katalysatorablagerungen in nachgeschalteten Apparaten und Rohrleitungen. Es ist auch der Einsatz von Filtermitteln im Sedimentationsgefäß bekannt (J.T. J. van Goolon, Proc. des 4. Internat. Symposiums, Chem. Reaktionstechnik, Heidelberg, 1976, DECHEMA, Frankfurt a. M. 1976). Das Einbringen von Filterelementen in den Sedimentationsbehälter beseitigt die o.g. Mängel der Katalysatorabtrennung nur teilweise. Hierbei ist mit der Bildung eines Filterkuchens am Filterelement zu rechnen, der einerseits die Druckdifferenz am Filter wesentlich erhöht und andererseits einen ungenutzten Katalysatoranteil darstellt. Die nicht vollständige Ausnutzung der Hydrieraktivität des Katalysators verschlechtert besonders bei Edelmetallkatalysatoren die Ökonomie des Hydrierverfahrens wesentlich. Bei diskontinuierlicher Betriebsweise der Hydrierung im Rührreaktor erfolgt die Katalysatorabtrennung ebenfalls absatzweise durch Filtrieren, Zentrifugieren oder Sedimentieren njich der Hydrierung. Es sind folglich zusätzliche apparative und technologische Aufwendungen erforderlich. Die bekannten technischen Lösungen erfüllen die o.g. Anforderungen hinsichtlich der Katalysatorabtrennung nicht und weisen somit technische und ökonomische Mangel auf. Aus diesem Sachverhalt leitet sich eine neuartige erfindarische Aufgabenstellung für die Entwicklung einer effektiven Katalysatorabtrennung in Rührreaktoren mit suspendiertem Katalysator für Flüssigphasenhydrierungen ab.

. Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Abtrennung von suspendiertem Katalysator in Rührreaktoren für katalytische Flüssigphasenhydrierungen, gekoppelt mit der optimalen Anordnung der Filtereinheit im Reaktionsraum, wobei der Katalysator vollständig im Reaktor zurückgehalten wird und dadurch eine maximale Ausnutzung der Hydrierleistung des Katalysators erfolgt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für katalytische Flüssigphasenhydrierungen in Rührreaktoren mit suspendiertem Katalysator eine effektive Katalysatorabtrennung zu entwickeln, wobei der Katalysator durch ein im Reaktor angeordnetes Filtermittel im Reaktionsmedium zurückgehalten wird und vollständig für die Hydrierung genutzt werden kann. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein hohlzylindrisches Filtermittel aus feinporösem Sintermet.· Il so im Reaktor angeordnet ist, daß infolge der Flüssigkeitsbewegung im Reaktor sich kein Filterkuchen ausbildet. Zur Verringer jng des Totvolumens im Filter wird ein eingepaßter Verdrängerkörper in das hohlzylindrische Filtermittel eingesetzt. Die Erzei gung der Flüssigkeitsbewegung erfolgt durch das Rührsystem und die Strombrecher.

Die Flüssigkeits- und Gaszuführung erfoigen in bekannter Weisen und eine Zugabe von frischem Katalysator zur Kompensation der Verringerung der Hydrierleistung des Katalysator i infolge Desaktivierung wird mit der Flüssigkeitszufuhr realisiert. Auf diese Weise kann der Katalysator bis zu einem Gehalt von 50g/l angereichert werden, wodurch auch der teilweise desaktivierte Katalysator voll ausgenutzt wird. Die weitestgehende Ausnutzung der Katalysatoraktivität wirkt sich besonders bei Edelmetallkatalysatoren ökonomisch vorteilhaft aus. Durch die vollständige Abtrennung des Katalysators im Reaktor treten keine Katalysatorablagerungen in den nachgeschalteten Apparaten auf, wodurch diese Ursachen für Betriebsstörungen beseitigt werden.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Katalysatorabtrennung in Labor- oder kleintechnischen Rührreaktoren wird eine exakte Bilanzierung und Bewertung der Katalysatorleistung unter technischen Bedingungen ermöglicht, was zu einer höheren Sicherheit bei der Auslegung und einer effektiveren Gestaltung der Hydrierverfahren führt.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1:

In einem kontinuierlichen Laborrührreaktor mit 1,21 Flüssigkeitsinhalt wurde die Hydrierung von But-2-in-1,4-diol zu But-2-en-1,4-diol mit suspendiertem Pd-SiOyKatalysator als katalytische Flüssigphasenhydrierung bei T = 70"C, P = 1,5MPa durchgeführt. Der Katalysatorgehalt zu Beginn der Hydrierung betrug 20g/l. Die Katalysatorpartikelgröße war kleiner 30pm. Zur Katalysatorabtrennung im Reaktor wurde ein Filter 2 mit einem Hohlzylinder 1 aus Sinterbronze als Filtermittel eingesetzt. Die Filterfläche betrug 50cm². Durch den eingesetzten Verdrängerkörper 3 konnte das Flüssigkeitstotvolumen stark verringert worden. Dieser Filter 2 war im Turbulenzbereich des Reaktionsmediums 6 zwischen dem Rührersystem 4, bestehend aus Rührerwelle, Ankerrührer und oberem Begasungsrührer, und den Wandstrombrechern 5 angeordnet (s. Fig. 1). Es erfolgte insgesamt einoZudosiorung von 3Ol einer wäßrigon But-2-in-1,4-Diollösung mit einem But-2-in-1,4-Diolanteil von 32%. Es wurdo ein But-2-in-1,4-diol-Umsatz größer 99% erroicht, und der Antoil der unerwünschten Nebenprodukte war kleiner 1%. Über don Filter 2 wurdo kontinuierlich klaros Hydrierprodukt abgozogon. Zur Kompensation der Verringerung der Hydrierleistung des Katalysators infolgo Dosaktiviorung wurden 2 mol jo 10g Katalysator mit dor Flüssigkeit in den Reaktor zudosiert. Dadurch konnte dio Katalysatorausnutzung deutlich gesteigert worden. Nach Boondigung dor Hydrierung wurde die Katalysatormasso im Roaktor bostimmt. Dor Katalysatorvorlust betrug etwa 1 %. Eino Überprüfung dos Filters ergab, daß kein sichtbarer Filterkuchen gobildot wordon war.

Beispiel λ.

In einem diskontinuierlich betriebenen Laborrührreaktor (analog zu Beispiel 1) wurden 1,21 einer 32%igen But-2-in-1,4-diol-LösungKmit Wasser als Lösungsmittel) mit einem suspendierten Ni-AI₂O₃-Katalysatorzu Butan-1,4-diol bei T = 90°C, P = 1 MPa und einer Katalysatormasse von 5g hydriert. Der Umsatz des But-2-in-1,4-diol betrug 99,5% und die Ausbeute an Butan-1,4-diol 97,1 %. Die Anordnung und die GesU>!tung des Filters waren wie im Beispiel 1 (s. Fig. 1). Die Probenahme während der Hydrierung und eine Teilentleerung nach der Hydrierung erfolgten über den Filter 2. Es wurde ein dadurch eingetretener Katalysatorverlust in der Restflüssigkeit von 0,08g bestimmt.

Claims (6)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Abtrennung von suspendiertem K&'.alysator im flüssigen Rsaktionsgemisch eines Rührreaktors für katalytische Flüssigphaserhydrierungen durch Anwendung von Filtermitteln, dadurch gekennzeichnet, daß kein Filterkuchen auf den Filtermitteln entsteht, der suspendierte Katalysator praktisch vollständig zurückgehalten und dadurch klares Hydrierprodukt über die Filtermittel abgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator vorzugsweise Nickel-, Palladium- oder Platinkatalysatoren mit Siliziumdioxid, Aluminiumdioxid oder Aktivkohle als Katalysatorträger mit einer Korngröße kleiner 100μιη und einem Katalysatorgehalt kleiner 50g/l eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als katalytische Flüssigphasenhydrierung vorzugsweise die Hydrierung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen, von Nitroaromaten oder von Aldehyden im Temperaturbereich von 30 bis 150⁰C und im Wasserstoffdruckbereich von 0,1 bis 5MPa durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrierung kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt wird.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkeitsturbulenzone im Reaktionsraum (6) oberhalb des Rühreis zwischen Rührsystem (4) und Strombrecher (5) eingebracht ist und daß in dieser Zone ein oder mehrsre hohlzylindrische Filtermittel (1) angeordnet sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermittel (1) durch einen Filterkörper (2), der mit der Flüssigkeitsaustrittsleitung verbunden ist, getragen und innwi durch einen Verdrängerkörper (3) ausgefüllt wird.