DE102005026960A1 - Reaktionsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Reaktionsvorrichtung, welche für die chemische Gas-Flüssigkeits-Reaktion verwendet wird und ein Ziel-Reaktionsprodukt produzieren kann. Die vorliegende Erfindung schafft eine Reaktionsvorrichtung zum Ausführen einer chemischen Gas-Flüssigkeits-Reaktion in dem Zustand, dass eine Flüssigkeit sich in einer kontinuierlichen Phase befindet, wobei sich in ihrem Reaktor ein Scher-Rührlaufrad zum Verteilen eines Reaktions-Rohgases oder eines Trägergases sowie ein als Film ausgebildeter Katalysator befinden; und ein Verfahren zum Produzieren eines tertiären Amins. Diese Reaktionsvorrichtung wird vorzugsweise dazu verwendet, ein primäres oder sekundäres Amin mit einem Alkohol reagieren zu lassen.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reaktionsvorrichtung, bei welcher ein als Film ausgebildeter Katalysator verwendet wird, um eine chemische Gas-Flüssigkeits-Reaktion in dem Zustand auszuführen, in dem eine Flüssigkeit sich in einer kontinuierlichen Phase befindet; insbesondere eine Reaktionsvorrichtung, die geeignet verwendet wird, wenn ein Alkohol und ein primäres oder sekundäres Amin als Startmaterialien verwendet werden, um das entsprechende tertiäre Amin zu produzieren.
  • Eine große Anzahl industrieller Reaktionen werden in Mischkammer-Reaktionsvorrichtungen ausgeführt, wobei ein fester Katalysator in einen Brei überführt und verwendet wird. Der in den Brei überführte Katalysator ist aus feinem Pulver gemacht. In der Anwesenheit des Katalysators wird ein reaktives Gas wie beispielsweise Wasserstoff oder Ammoniak in Kontakt mit einer Flüssigkeit gebracht, um die Reaktion auszuführen. Wenn die Reaktion endet, wird der Katalysator im allgemeinen durch Filtration entfernt, um so das Reaktionsprodukt zu sammeln.
  • Ein Katalysator in Form eines Breis hat aber Probleme hinsichtlich der Sicherheit, eines Anstiegs im Abfall, der Bedienbarkeit, der Produktivität und so weiter. Beispielsweise ist eines dieser Probleme ein Problem, dass viele Katalysatoren natürlich entflammbar sind, so dass ein Sicherheitsrisiko entsteht. Ein zweites Problem ist, dass der Katalysator im allgemeinen durch Filtration entfernt werden muss, um ein Reaktionsprodukt zu sammeln, so dass Einrichtungen dafür und die Bedienung kompliziert werden.
  • Ein Beispiel eines Produktionsvorgangs, welcher weder einen Mischvorgang wie beispielsweise ein Umrühren oder ein Sprudeln mit Gas benötigt noch irgendeine Abscheidung eines Katalysators durch Filtrieren, ist ein Festbettvorgang. Als Katalysator in diesem Festbettvorgang gab es bisher an sich bekannte ausgeführte Katalysatoren wie beispielsweise solche in Pelletsform, Nudelform oder Tablettenform. Die Katalysatoren sind jeweils ein Katalysator, bei welchem ein pulveriges Material mit einer Katalysatoraktivität in irgendeine der oben erwähnten Formen durch Kompression, Extrusion oder ein anderes Verfahren geformt wird, um so eine Struktur zu bilden, in der sich unzählige Poren befinden, um so die Form des Schüttguts mit einem großen Oberflächenbereich kompatibel zu machen. Dieser Vorgang ist beispielsweise offenbart in JP-A-6-211754.
  • Als weiteres Verfahren zum Befestigen eines Katalysators ist bekannt ein Verfahren zum Ausbilden einer dünnen Katalysatorschicht in Filmform innerhalb eines Reaktionsfelds. Beispielsweise offenbart JP-A-2003-176255 einen Reaktor, bei welchem ein Katalysatormetall dazu gebracht wird, an der Oberfläche eines Monolithen anzuhaften. Darin ist der folgende Vorteil angegeben: In einer hydrierenden Reaktion zwischen einem gasförmigen Reaktionspartner und einem flüssigen Reaktionspartner ist ein Abfall in dem Druck innerhalb des Reaktors gering, so dass Geschwindigkeiten des Gases und der Flüssigkeit groß gemacht werden können; daher wird der Massentransfer darin weiter gefördert als in gefüllten Festbettreaktoren der herkömmlichen Art.
  • Ein anderer Reaktor, der einen Monolith-Katalysator verwendet, ist in JP-A-2003-275577 offenbart. Um die Lösbarkeit eines gasförmigen Reaktionspartners in einen flüssigen Reaktionspartner hinein zu verbessern, wird das Gas fein zerstreut durch die Drehung eines Turbinenrades, das an einem Gehäuse angebracht ist, in welches hinein der Katalysator gebracht ist, und um den Konvektionszustand des flüssigen Reaktionspartners zu steuern, wird eine Blende verwendet. Auf diese Art und Weise wird die Selektivität einer hydrogenierenden Reaktion zum Produzieren von Anilin aus Nitrobenzen verbessert.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reaktionsvorrichtung zum Ausführen einer chemischen Gas-Flüssigkeits-Reaktion in dem Zustand, in dem die Flüssigkeit eine kontinuierliche Phase bildet, versehen mit einem als Film ausgebildeten Katalysator und einem Scher-Rühr-Laufrad zum Zerstreuen eines Reaktionsrohgases oder eines Trägergases.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Produzieren eines tertiären Amins mit dem Schritt des Reagierenlassens eines primären oder sekundären Amins mit einem Alkohol in der oben definierten Reaktionsvorrichtung.
  • Die vorliegende Erfindung schafft auch die Verwendung der oben beschriebenen Reaktionsvorrichtung zum Ausführen einer chemischen Gas-Flüssigkeits-Reaktion in dem Zustand, dass die Flüssigkeit eine kontinuierliche Phase bildet und ein Reaktionsrohgas oder ein Trägergas verteilt werden.
    •
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel einer konkaven Turbine veranschaulicht, bei welcher es sich um ein in der vorliegenden Erfindung verwendetes Scher-Rühr-Laufrad handelt,
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine gekröpfte Turbine veranschaulicht, wobei es sich um ein in der vorliegenden Erfindung verwendetes Scher-Rühr-Laufrad handelt,
  • 3 ist eine Frontansicht einer in Beispiel 1 verwendeten Reaktionsvorrichtung,
  • 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Blendenabschnitts der in 3 veranschaulichten Reaktionsvorrichtung,
  • 5 sind Ansichten, welche eine gekröpfte Turbine veranschaulichen, die in 1 verwendet wird, und die 5a und 5b sind eine Vorderansicht bzw. eine Draufsicht davon,
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Propeller-Laufrad veranschaulicht, welches im Vergleichsbeispiel 1 verwendet wird,
  • 7 ist eine Frontansicht des im Vergleichsbeispiel 1 verwendeten Propellerlaufrads, und
  • 8 ist eine Frontansicht einer im Vergleichsbeispiel 1 verwendeten Reaktionsvorrichtung.
  • Bezugsziffern in den Zeichnungen werden nun erläutert.
    • 1
    Konkave Turbine
    11
    gekröpfte Turbine
    2
    Reaktor (abtrennbarer Kolben)
    3
    Als Film ausgebildeter Katalysator
    4
    Gehäuse
    5
    Blende
    6
    Glasröhre
    7
    Propellerschaufel
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Eine Art und Weise der Reaktion, wie sie in JP-A-6-211754 beschrieben ist, löst viele Probleme über die Handhabung eines Katalysators oder von Abfällen, kann aber nicht auf viele Reaktionen auf der Basis von technischen Problemen angewandt werden. Eines der Probleme ist, dass bei Reaktionen, denen die Erzeugung von Wärme folgt, ein Problem verursacht wird in der Steuerung eines Anstiegs in der Temperatur der Gesamtheit und des Gradienten der Temperatur. Ein anderes Problem wird in der Verteilung der Flüssigkeit und des Gases in einem Reaktor verursacht. Ein unzureichendes Konversionsverhältnis und ein lokalisierter Konzentrationsgradient werden oft erzeugt, so dass sie eine Nebenreaktion fördern.
  • In JP-A-2003-176255 wird ein statischer Mixer verwendet, um Gas zu verteilen. Es ist schwierig, einen Mischkammer-Reaktor, der in einer Brei-Katalysatorsystemreaktion verwendet wird, so wie er ist auf diese Technik anzuwenden oder daraus abzuleiten.
  • In JP-A-2003-275577 wird die Konvektion einer Flüssigkeit positiv ausgeführt. Daher hat diese Technik ein Problem, dass die Zeit, wenn Gas in einer Katalysatorschicht zurückgehalten wird, vermindert wird, so dass die Zeit, wenn das Gas in die Flüssigkeit hinein gelöst wird, kurz wird.
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine Reaktionsvorrichtung, welche für chemische Gas-Flüssigkeits-Reaktionen verwendet wird und ein Zielreaktionsprodukt mit einer hohen Ausbeute mittels eines einfachen Verfahrens produzieren kann.
  • Gemäß der Reaktionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ein Zielmaterial erzielt werden mit einer hohen Ausbeute mittels eines einfachen Verfahrens, wobei kein Katalysatorabscheidevorgang notwendig ist.
  • Die chemische Gas-Flüssigkeits-Reaktion der vorliegenden Erfindung bedeutet eine chemische Reaktion wie beispielsweise eine Additionsreaktion, eine hydrierende Reaktion oder eine de-hydrierende Reaktion, welche durch Einblasen eines Reaktionsrohgases oder eines Trägergases in eine Stelle hinein ausgeführt wird, wo sich eine Flüssigkeit in einer kontinuierlichen Phase befindet.
  • Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Filmkatalysator bedeutet einen Katalysator in der Form eines dünnen Films mit einer Dicke von höchstens 1 mm, welcher sich von jeder herkömmlichen unregelmäßig gefüllten Art mit einer Größe von ungefähr mehreren Millimetern unterscheidet. Der Vorgang, bei welchem Reaktionsrohmaterialien und ein Reaktionsprodukt innerhalb des Katalysators transferiert werden, wird durch die Diffusion gesteuert. Wenn der Abstand daher auf höchstens 1 mm kurz gemacht wird, kann ein Massentransfer zwischen der Innenseite und der Außenseite des Katalysators gefördert werden, um so jede exzessive Reaktion von Reaktionszwischenprodukten innerhalb des Katalysators zu unterdrücken. Insbesondere beträgt die Dicke vorzugsweise höchstens 100 μm, noch besser höchstens 50 μm. Die untere Grenze der Dicke ist vorzugsweise mindestens 0,1 μm, besser noch mindestens 1 μm, um die Festigkeit der Katalysatorschicht sicher zu halten und ihr eine Dauerhaftigkeit in der Festigkeit zu verleihen.
  • Über die Struktur des als Film ausgebildeten Katalysators ist es notwendig, dass die Struktur eine Struktur ist, bei welcher die Zufuhr von Reaktionsrohmaterialien zu dem Körper des Katalysators und das Sammeln eines Produkts von dem Katalysatorkörper leicht ausgeführt werden können. Um die Reaktion effektiv vorwärts zu treiben, ist es wünschenswert, die Oberfläche des Katalysatorkörpers, wo die Zufuhr der Reaktionsrohmaterialien und das Sammeln des Produkts ausgeführt werden, so breit wie möglich zu machen. Um diese Anforderung zu erfüllen, wird vorzugsweise das Folgende verwendet: ein Objekt, bei welchem der als Film ausgebildete Katalysator an der Innenwandfläche eines Satzes angepasst wird, worin Röhren mit einem Innendurchmesser von einigen Millimetern bis einigen zehn Millimetern gebündelt sind oder eine Bienenwabenstruktur mit einer Zellendichte von einigen zehn bis einigen hundert Zellen pro Quadrat-Inch oder dergleichen.
  • Um den als Film ausgebildeten Katalysator in die oben erwähnten verschiedenen Strukturen hinein zu bringen, kann beispielsweise ein Verfahren zum Ausformen eines aktiven Katalysatormaterials selbst in eine Bienenwabenstruktur und andere Verfahren in Betracht gezogen werden. Unter dem Gesichtspunkt, eine dünne Katalysatorschicht kompatibel mit einer hohen Festigkeit zu machen, wird bevorzugt, den als Film ausgebildeten Katalysator an der Oberfläche einer Halterung zu fixieren. Beispiele des Verfahrens dafür beinhalten ein Verfahren zum Ausbilden einer Beschichtung mit einem aktiven Katalysatormaterial auf der Oberfläche eines Metalls oder einer Halterung mit einer Steifigkeit in der Form einer Röhre, einer flachen Platte, einer Bienenwabe oder dergleichen, um so den als Film ausgebildeten Katalysator vorzubereiten. Als Beschichtungsverfahren kann dabei ein an sich bekanntes Verfahren verwendet werden. Beispiele dafür beinhalten die physikalische Dampfabscheidung wie beispielsweise Sputtern, die chemische Dampfabscheidung, ein Verfahren zum Imprägnieren aus einem Lösungssystem, und verschiedene Beschichtungsverfahren wie beispielsweise das Auftragen mit einer Klinge, Sprühen, Eintauchen, Spinbeschichten, Gravieren sowie Düsenbesichtungsverfahren unter Verwendung eines Bindemittels.
  • Die innere Struktur des als Film ausgebildeten Katalysators hängt stark von der Art des aktiven Materials ab, das den Katalysatorkörper bildet, dem Verfahren zum Produzieren des Katalysatorkörpers usw. und kann aus einer dichten kontinuierlichen Phase gemacht sein oder auch porös sein. Beispielsweise kann in dem Fall eines dünnen Films, der auf der Oberfläche einer Halterung durch Sputtern, chemische Dampfabscheidung oder dergleichen ausgebildet wird, der dünne Film in eine dichte kontinuierliche Phase hinein gemacht werden. In dem Fall der Verwendung eines pulverigen aktiven Materials, um einen Film auf der Oberfläche einer Halterung durch die Nass- oder Trockenbeschichtung oder ein anderes Verfahren auszubilden, kann der Film porös gemacht werden.
  • Der als Film ausgebildete Katalysator kann einen Binder zum Fixieren des aktiven Materials darin beinhalten, um den als Film ausgebildeten Katalysatorkörper zu bilden. Der Binder selbst wirkt nicht als aktives Material. Der Binder kann irgendein Polymer oder ein anorganisches Material sein, das nicht nur eine Eigenschaft zum Binden der aktiven Materialpartikel oder zum Binden des Bindemittels an der Halterungsfläche hat, sondern auch eine chemische Widerstandsfähigkeit, einen Wärmewiderstand und andere Eigenschaften, um einer Reaktionsumgebung zu widerstehen und keine schlechten Auswirkungen auf das Reaktionssystem zu haben. Beispiele hiervon beinhalten Cellulose-Kunstharze wie beispielsweise Carboxymethylcellulose und Hydroxyethylcellulose, Fluor beinhaltende Kunstharze wie beispielsweise Poly(tetrafluorethylen) und Poly(vinylidenfluorid), Urethankunstharze, Epoxidkunstharze, Polyesterkunstharte, Phenolkunstharze, Melaminkunstharze, Silikonkunstharze, und andere Polymerverbindungen; sowie Sole von anorganischen Verbindungen wie beispielsweise Silika und Alumina.
  • Als die Art des Reaktors, in welchen hinein der als Film ausgebildete Katalysator gepasst wird, können verschiedene Arten einschließlich an sich bekannter Arten angepasst werden, wenn diese Arten es möglich machen, einen Rührvorgang mit einem Rührlaufrad auszuführen.
  • Die Verteilung und die Zufuhr eines Gases in die als Film ausgebildete Katalysatorschicht hinein werden ausgeführt, während feine Luftbläschen mit dem Rührlaufrad ausgebildet werden. Dabei ist es, um die Verweilzeit des Gases lang zu machen, wünschenswert, die Flüssigkeit nicht in der axialen Richtung oder der Umfangsrichtung durch den Rührvorgang hinaus zu zwingen, um so die Konvektion der Flüssigkeit mit dem Rührlaufrad zu unterdrücken. Zu diesem Zweck wird in der vorliegenden Erfindung ein Scher-Rührlaufrad verwendet, welches das Folgende möglich macht: feine Luftbläschen werden durch die Scherkraft ausgebildet; die Übergangsfläche zwischen dem Gas und der Flüssigkeit wird vergrößert, um die Diffusion zu fördern; und die Verweilzeit der Luftbläschen wird lang gemacht, da die Geschwindigkeit, mit der die Luftbläschen aufsteigen, gering wird.
  • Ein Scher-Rührlaufrad meint hier ein Rührlaufrad mit einer relativ hohen Scherenergie für seine Herausstrahlenergie.
  • Beispiele hiervon beinhalten eine flache Turbine, eine konkave Turbine sowie eine gekröpfte Turbine. Die konkave Turbine und die gekröpfte Turbine werden bevorzugt. Die konkave Turbine ist ein Rührlaufrad 1, definiert im US-Patent Nr. 579180 und anderen, wie in 1 veranschaulicht. Die gekröpfte Turbine ist ein Rührlaufrad 11 mit einer solchen Form, dass Schaufeln im wesentlichen rechtwinklig an einer Scheibe angebracht sind und außerdem der Winkel der Schaufeln zur Umfangsrichtung von 0 bis 30° reicht, und es ist insbesondere in 2 und 5 dargestellt. Es ist wünschenswert, dass die Positionen der Schaufeln sich unterhalb des unteren Endes der Katalysatorschicht befinden, um das Gas effektiv zu der Katalysatorschicht zu führen.
  • Als Verfahren zum Zuleiten eines Gases, das durch Rühren verteilt werden soll, zu der als Film ausgebildeten Katalysatorschicht, können verschiedene Verfahren verwendet werden, beispielsweise auch an sich bekannte Verfahren wie beispielsweise ein Sprinkler mit einer einzelnen Röhre und auch ein Ringsprinkler. Eine Zuführöffnung für das Gas kann in der Oberseite, der Unterseite und der Seite des Laufrads vorhanden sein. Um das Gas effektiv klein zu machen und das Gas zu verteilen, wird bevorzugt, dass das Gas nach außen in Richtung der Unterseite des Laufrads geblasen wird.
  • Wie in 3 veranschaulicht, ist das Verfahren zum Anbringen des als Film ausgebildeten Katalysators in den Reaktor hinein vorzugsweise eine solche Anordnung in einer Kreisringform, dass der als Film ausgebildete Katalysator 3 in der Nähe einer Wandfläche des Reaktors 2 angebracht wird. In dieser Anordnung wird bevorzugt, ein Gehäuse 4 zum Fixieren des Katalysators zu verwenden. Ein Innenzylinder des Gehäuses ist vorzugsweise mit einer Blende 5 versehen, so dass das Gas dazu induziert wird, nicht durch den mittleren Bereich des Reaktors hindurchzuströmen, wo sich der Katalysator nicht befindet, und eine Konvektion der Flüssigkeit unterdrückt wird. Außerdem wird bevorzugt, diese Blende 5 dazu zu bringen, einen Eskalationswinkel von dem mittleren Bereich in Richtung der Wandfläche des Reaktors zu haben, wie in 4 veranschaulicht, um kein Verweilen des Gases zu verursachen.
  • Die Reaktionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann geeignet für eine Reaktion zum Produzieren eines tertiären Amins aus einem primären oder sekundären Amin und einem Alkohol verwendet werden.
  • Der Alkohol als Startmaterial, der zum Produzieren eines tertiären Amins verwendet wird, ist vorzugsweise ein linearer oder verzweigter, gesättigter oder ungesättigter aliphatischer Alkohol mit 6 bis 36 Kohlenstoffatomen. beispielsweise hiervon beinhalten Hexylalkohol, Octylalkohol, Laurylalkohol, Myristylalkohol, Stearylalkohol, Behenylalkohol und Oleylalkohol; gemischte Alkohol daraus; Ziegler-Alkohole, die durch das Zieglerverfahren geschaffen werden; sowie Oxoalkohole und Guerbet-Alkohole, die durch das Oxo-Verfahren beschafft werden.
  • Das primäre oder sekundäre Amin, das verwendet wird, wenn ein tertiäres Amin produziert wird, ist vorzugsweise ein aliphatisches primäres oder sekundäres Amin. Beispiele hiervon beinhalten Methylamin, Dimethylamin, Ethylamin, Diethylamin, Dodecylamin sowie Didodecylamin.
  • Das entsprechende tertiäre Amin, das aus dem Alkohol und dem primären oder sekundären Amin erhalten wird, welches die Startmaterialien sind, ist eine Substanz, worin das oder die Wasserstoffatome, die mit dem Stickstoffatom in dem primären oder sekundären Amin verbunden werden, durch zumindest ein Alkyl und/oder eine Alkenylgruppe ersetzt werden, welche aus dem Alkohol abgeleitet wird. Beispielsweise ist das aus Laurylalkohol und Dimethylamin erhaltene entsprechende tertiäre Amin N-Dodecyl-N,N-Dimethylamin und unterscheidet sich von N,N-Didodecyl-N-Methylamin sowie N,N,N-Tridodecylamin, welches tertiäre Amine als Nebenprodukt sind, die sich aus der Reaktion mit Methylamin und Ammoniak ergeben, welche beide durch die Disproportionierung von Dimethylamin produziert werden.
  • Das aktive Material, welches den als Film ausgebildeten Katalysator bildet, ist nicht auf eine bestimmte Art beschränkt und kann jedes bekannte aktive Material sein. In dem Fall, dass ein Alkohol und ein primäres oder sekundäres Amin als Startmaterial verwendet werden, um das entsprechende tertiäre Amin zu produzieren, kann vorzugsweise ein Material auf Kupferbasis oder dergleichen verwendet werden. Beispiele hiervon sind Kupfer allein oder Metalle aus zumindest zwei Komponenten, wobei zumindest ein Übergangsmetallelement wie beispielsweise Cr, Co, Ni, Fe und/oder Mn für Kupfer vorhanden ist. Beispiele hiervon sind auch Substanzen, wobei diese weitergetragen werden an Silika, Alumina, Titania, Zeolit oder dergleichen.
  • Wenn ein tertiäres Amin produziert wird, ist wünschenswert, dass der Druck in dem System nicht spürbar über dem normalen Druck liegt. Die Reaktionstemperatur wird variiert abhängig von der Art des Katalysators, und die Reaktion wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 150 bis 300 °C ausgeführt. In dem Fall, dass das Nebenprodukt Wasser, das in dem Vorgang der Reaktion produziert wird, aus dem Reaktionssystem herausgeleitet wird, kann der Fortschritt der Reaktion gefördert werden, und die Aktivität des Katalysators kann beibehalten werden.
  • Die Verwendung der Reaktionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung macht es möglich, eine Ziel-Reaktionsprodukt mit einer hohen Ausbeute zu ergeben, in einer chemischen Gas-Flüssigkeits-Reaktion in dem Zustand, dass eine Flüssigkeit sich in einer kontinuierlichen Phase befindet, und zwar mit einem einfachen Verfahren.
  • Beispiele
  • Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun erläutert. Diese Beispiele sollen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschreiben und sollen die Erfindung nicht beschränken.
  • Produktionsbeispiel 1: Produktion eines als Film ausgebildeten Katalysators.
  • Ein als Film ausgebildeter Katalysator aus einem aktiven Drei-Komponenten-Katalysatormaterial aus Kupfer, Nickel und Ruthenium, getragen auf synthetischem Zeolit, wurde wie folgt vorbereitet.
  • Synthetisches Zeolit wurde in einen Kolben oder Flakon hineingebracht, der ein Volumen von 1 l hatte, und anschließend wurde eine Lösung dort hineingegeben, in der Kupfernitrat, Nickelnitrat und Rutheniumchlorid in Wasser gelöst waren, und zwar so, dass das Verhältnis in Mol zwischen den Metallatomen die Bedingung Cu : Ni : Ru = 4 : 1 : 0,01 erfüllt. Während die Lösung durchgerührt wurde, wurde ihre Temperatur angehoben. Eine 10 Gew.-%ige wässrige Na2Co3 Lösung wurde tropfenweise langsam der Lösung bei 90°C hinzugegeben, während der pH-Wert in den Bereich von 9 bis 10 hineingesteuert wurde. Die Lösung wurde für 1 Stunde reifen gelassen, und anschließend wurde die entstandene Ablagerung hinausfiltriert, mit Wasser gewaschen, bei 80°C getrocknet für 10 Stunden und dann bei 600°C für 3 Stunden kalziniert, um ein aktives pulveriges Katalysatormaterial zu ergeben. Das Verhältnis von Metalloxiden in dem entstehenden aktiven Katalysatormaterial betrug 33 Gew-%, und der Anteil des synthetischen Zeolits betrug 67 Gew-%.
  • Zu 31 Gewichtsanteilen des aktiven Katalysatorsmaterials wurden dann 38 Gewichtsanteile eines Phenol-Kunstharzes hinzugegeben (PR-50626, hergestellt von Sumitomo Bakelite Co., Ltd.; Feststoffanteil: 44 Gewichtsanteile), und dann wurde die Mischung zusammen mit 31 Gewichtsanteilen Aceton in eine Polyethylenflasche mit weiter Öffnung und einem Inhalt von 50 ml (AS ONE Corporation) hineingegeben. Das Ergebnis wurde mit einem Lackmixbecher in einen Lack oder eine Farbe überführt. Diese Farbe wurde auf eine Kupferfolie aufgebracht (Dicke 35 μm, 12 cm × 300 cm) als Unterstützung mit einem Stangenbeschichter, und dann bei 150 °C wurde ein Trocknung und die Aushärtung des Kunstharzes ausgeführt für 16 Minuten, um den als Film ausgebildeten Katalysator 10 μm in der Dicke auf beide Oberflächen der Kupferfolie zu fixieren. Das Gewicht des als Film ausgebildeten Katalysators ausschließlich der Kupferfolie betrug 5,6 g (einschließlich des Gewichts des Bindemittels).
  • Beispiel 1
  • Die in 3 veranschaulichte Reaktionsvorrichtung wurde verwendet, um die folgende Reaktion auszuführen.
  • Ein Teil des im Produktionsbeispiel 1 erhaltenen als Film ausgebildeten Katalysators wurde in Wellplatten hineingefaltet, und die Wellplatten und die verbleibenden flachen Platten wurden abwechselnd in Schichten aufgewickelt und in die Form eines Kreisrings hinein angeordnet mit einem Innendurchmesser von 80 mm und einem Außendurchmesser gleich dem Innendurchmesser (Innendurchmesser 130 mm) des abtrennbaren 2 l-Flakons 2 aus Glas. Das Volumen des Bereichs 3, in welchen hinein der als Film ausgebildete Katalysator gepasst wurde, betrug 660 ml. Der als Film ausgebildete Katalysator wurde daher so ausgebildet, dass er mehrere Kanäle hatte, die durch die axiale Richtung des abtrennbaren Flakons 2 hindurch kontinuierlich waren. Jeder Kanal hatte einen Querschnittsflächenbereich von ungefähr 1 cm2. In den abtrennbaren Flakon 2 hinein wurden 1200 g Dodecylalkohol hineingebracht (Kalcol-2098, hergestellt von Kao Corp.), und dann wurde Wasserstoffgas mit einer Geschwindigkeit von 20 l/h hineingeblasen, wobei die Geschwindigkeit im Hinblick auf das Standardzustandsvolumen berechnet wurde, von dem Boden des abtrennbaren Flakons 2 aus durch eine Glasröhre 6 mit einem Außendurchmesser von 6 mm und einer Dicke von 1 mm. Die gekröpfte Turbine 11 mit einem Laufrad-Durchmesser von 40 mm, veranschaulicht in 5, wurde verwendet, um die Lösung bei einer Drehzahl von 800 Upm durchzurühren, während die Temperatur der Lösung erhöht wurde. Die Position, wo die gekröpfte Turbine aufgestellt wurde, war um 1 cm entfernt von der Unterseite der Katalysatorschicht 3.
  • Der Katalysator wurde einer Reduktionsaktivierung unterworfen. Während die Durchflussmenge des Wasserstoffgases beibehalten wurde, wurde dann mit dem Einblasen eines Dimethylamingases durch die Glasröhre 6 hindurch begonnen. Außerdem wurde die Temperatur auf 220°C erhöht. Der Zeitpunkt, wenn die Temperatur 220°C erreichte, wurde als Reaktionsnullpunkt genommen, und die Reaktion wurde begonnen. Der Reaktionsdruck wurde auf einen normalen Druck eingestellt, und ein durch die Reaktion produziertes Wasser wurde kontinuierlich aus dem System heraus entfernt durch einen Gleichrichteturm. Während der Reaktion wurden die Rührgeschwindigkeit, die Temperatur innerhalb des Systems und die Durchflussmenge des Wasserstoffgases beibehalten. Die Durchflussmenge des Dimethylamingases wurde auf einen konstanten Wert von 200 g/h festgelegt, bevor sich die Menge des nicht reagierten Dodecylalkohols in 10% verwandelte als einen Flächenbereichs-Prozentwert, analysiert durch die Gas-Chromatographie. Wenn der Wert 10% oder weniger betrug, wurde die Durchflussmenge auf 80 g/h gesenkt als die konstante Durchflussmenge. Außerdem wurde, wenn die Menge des nicht reagierten Dodecylalkohols 10% oder weniger betrug, N2 Gas mit einer konstanten Geschwindigkeit von 48 l/h zugeleitet. Während der Reaktion wurde die Reaktion durch die oben erwähnte Gas-Chromatographie nachverfolgt. Der Ausstoß des Produkts ausschließlich aller Nebenprodukte, wenn der Anteil des nicht reagierten Alkohols 1% war, wurde erhalten aus Gas-chromatographischen Daten vor und nach diesem Zeitpunkt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Eine in 8 veranschaulichte Reaktionsvorrichtung wurde verwendet, um die folgende Reaktion auszuführen.
  • Insbesondere wurden Propellerschaufeln 7, die in den 6 und 7 veranschaulicht sind, statt der gekröpften Turbine 1 in der in Beispiel 1 verwendeten Reaktionsvorrichtung verwendet, um das Gas zu verteilen. Die Reaktion wurde durch die gleichen Schritte hindurch wie in Beispiel 1 ausgeführt, abgesehen davon, dass die Drehzahl auf 620 U/min festgelegt wurde, um die Rührenergie gleich der der gekröpften Turbine zu machen, wenn Wasserstoffgas dazu gebracht wurde, bei 20 l/h hindurchzutreten. In diesem Fall ist die Ausbeute des Produkts ausschließlich aller Nebenprodukte, wenn der Anteil des nicht reagierten Alkohols 1% war, in Tabelle 1 dargestellt. Es wurde ein größerer Anteil des Nebenprodukts erzeugt als in Beispiel 1. Demzufolge war die Ausbeute gering.
  • Tabelle 1
    Figure 00150001

Claims (8)

  1. Reaktionsvorrichtung zum Ausführen einer chemischen Gas-Flüssigkeits-Reaktion in dem Zustand, dass die Flüssigkeit eine kontinuierliche Phase bildet, versehen mit einem als Film ausgebildeten Katalysator und einem Scher-Rührlaufrad zum Verteilen eines Reaktions-Rohgases oder eines Trägergases.
  2. Reaktionsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Scher-Rührlaufrad eine konkave Turbine oder eine gekröpfte Turbine ist.
  3. Reaktionsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher sich in dem Reaktor eine Anreizblende für das Reaktions-Rohgas befindet.
  4. Reaktionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die Gas-Flüssigkeits-Reaktion eine Reaktion zum Produzieren eines tertiären Amins aus einem primären oder sekundären Amin und einen Alkohol ist.
  5. Verfahren zum Produzieren eines tertiären Amins mit dem Schritt des Reagierenlassens eines primären oder sekundären Amins mit einem Alkohol, und zwar in einer Reaktionsvorrichtung mit einem Scher-Rührlaufrad durch Ausführen einer chemischen Gas-Flüssigkeits-Reaktion mit einem als Film ausgebildeten Katalysator in dem Zustand, dass die Flüssigkeit eine kontinuierliche Phase bildet, wobei ein Reaktions-Rohgas oder ein Trägergas mit dem Laufrad verteilt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem der Alkohol ein linearer oder verzweigter, gesättigter oder ungesättigter aliphatischer Alkohol mit 6 bis 36 Kohlenstoffatomen ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem das primäre oder sekundäre Amin ein primäres oder sekundäres aliphatisches Amin für die Reaktion mit einem Alkohol ist.
  8. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Ausführen einer chemischen Gas-Flüssigkeits-Reaktion in dem Zustand, dass die Flüssigkeit eine kontinuierliche Phase bildet und ein Reaktions-Rohgas oder ein Trägergas verteilt wird.
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