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Verfahren zur Herstellung ungesättigter
halogenhaltiger Kohlenwasserstoffe sowie dafür geeignete Vorrichtung Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung ungesättigter
halogenhaltiger Kohlenwasserstoffe aus gesättigten halogenhaltigen Kohlenwasserstoffen
sowie eine zur Durchführung
des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung. Ein bevorzugtes
Verfahren betrifft die Herstellung von Vinylchlorid (nachstehend
auch mit „VC" bezeichnet) aus
1,2-Dichlorethan (nachstehend auch mit „DCE" bezeichnet).
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Die unvollständige thermische Spaltung von DCE
zur Gewinnung von VC wird seit vielen Jahren großtechnisch betrieben. Dabei
werden Spaltöfen eingesetzt,
bei denen das DCE bei Ofen-Eingangsdrucken von 0,8 bis 4 MPa und
bei Temperaturen von 450 bis 550°C
teilweise in VC und Chlorwasserstoff thermisch gespalten wird. Typische
Spaltumsätze
liegen bei etwa 55 MoI% des eingesetzten DCE.
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Das Verfahren benötigt für die verschiedenen Verfahrensschritte,
wie dem Erhitzen des DCE bis zur Spalttemperatur, der Reaktion selbst
und der anschließenden
Aufreinigung des Produktgemisches, beträchtliche Energiemengen. Eine
Gruppe von Maßnahmen
zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zielt auf
die Energierückgewinnung
ab wie beispielsweise in den
EP-B-276,775 ,
EP-A-264,065 und
DE-A-36 30 162 vorgeschlagen.
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Eine weitere Verbesserung der Wirtschaftlichkeit
des Verfahrens könnte
darin bestehen, einen möglichst
hohen Umsatz bei der Spaltreaktion anzustreben.
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Zu diesem Zweck hat man dem Eduktgas
bereits sogenannte Spaltpromotoren (nachstehend auch „Pyrolysepromotoren" genannt) zugesetzt.
Dabei handelt es sich um Verbindungen, die unter den im Reaktor
herrschenden Bedingungen in Radikale zerfallen und in die Kettenreaktion,
die zur Bildung der gewünschten
Produkte führt,
eingreifen. Der Einsatz derartiger Verbindungen ist beispielsweise
aus der
US-A-4,590,318 oder
der
DE-A-3,328,691 bekannt.
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Die Spaltöfen werden kontinuierlich betrieben.
Es hat sich allerdings gezeigt, dass sich auf den Reaktorwänden derartiger
Anlagen Zersetzungsprodukte ablagern (Verkokung oder Koksbildung),
die von Zeit zu Zeit eine Unterbrechung des Dauerbetriebs erforderlich
machen. Ferner hat sich herausgestellt, dass Spaltpromotoren in
relativ großen
Mengen eingesetzt werden müssen,
was einerseits zu einer Erhöhung
der Koksbildungsrate führt
und andererseits die Selektivität
der Reaktion verschlechtert.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist die Bereitstellung eines Pyrolyseverfahrens von halogenhaltigen
aliphatischen Kohlenwasserstoffen, mit dem im Vergleich zu herkömmlichen
Verfahren bei ansonsten gleicher Betriebstemperatur größere Umsätze möglich sind
oder mit dem im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren bei ansonsten
gleichen Umsätzen
eine Absenkung der Betriebstemperatur möglich ist.
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Es wurde jetzt gefunden, dass bei
der Zuführung
von Spaltpromotoren über
eine im Reaktor angeordnete Schicht aus katalytisch aktivem Material eine
Vergrößerung der
Produktausbeute erreicht werden kann. Ferner gestattet das erfindungsgemäße Verfahren
den Einsatz von Spaltpromotoren in solchen Mengen, dass die Selektivität der Reaktion im
Vergleich zu Verfahren ohne Spaltpromotoren nicht oder nicht unwesentlich
verschlechtert wird.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung ethylenisch ungesättigter halogenhaltiger aliphatischer
Kohlenwasserstoffe durch thermische Spaltung von gesättigten
halogenhaltigen aliphatischen Kohlenwasserstoffen umfassend die Maßnahmen:
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- a) Einleiten eines Eduktgasstroms enthaltend
erhitzten gasförmigen
halogenhaltigen aliphatischen Kohlenwasserstoff in einen Reaktor,
der im Innern mindestens ein auf und/oder in einem gasdurchlässigen Träger angeordnetes
katalytisch aktives Material aufweist,
- b) Zuleiten eines gasförmigen
Promotors der thermischen Spaltung durch den gasdurchlässigen Träger auf
das katalytisch aktive Material, und
- c) Einstellen eines solchen Drucks und einer solchen Temperatur
im Innern des Reaktors, so dass durch thermische Spaltung des halogenhaltigen aliphatischen
Kohlenwasserstoffs Halogenwasserstoff und ethylenisch ungesättigter
halogenhaltiger aliphatischer Kohlenwasserstoff gebildet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird beispielhaft
am System DCE / VC beschrieben. Es eignet es sich auch zur Herstellung
anderer halogenhaltiger ungesättigter
Kohlenwasserstoffe aus halogenhaltigen gesättigten Kohlenwasserstoffen.
Allen diesen Reaktionen ist gemeinsam, dass die Spaltung eine Radikalkettenreaktion
darstellt, bei der neben dem gewünschten
Produkt ungewünschte
Nebenprodukte gebildet werden, die bei Dauerbetrieb zu einem Verkoken
der Anlagen führen.
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Bevorzugt ist die Herstellung von
Vinylchlorid aus 1,2-Dichlorethan.
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Als katalytisch aktives Material
kann jedes Material eingesetzt werden, das unter den im Reaktor herrschenden
Bedingungen den Zerfall des Spaltpromotors fördert, indem es diesen beispielsweise
dissoziativ adsorbiert.
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Beispiele für katalytisch aktive Materialien sind
Metalle oder Metalloxide.
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Es wird angenommen, dass die katalytisch aktiven
Materialien den Radikalbildungsprozess des Spaltpromotors fördern, was
letztendlich zu einer erhöhten
Konzentration von Starterradikalen und zu einem erhöhten Umsatz
bei der Spaltreaktion führt, ohne
dass grosse Mengen des Spaltpromotors dem Eduktgas zugesetzt werden
müssen.
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Bevorzugt wird als katalytisch aktives
Material ein Metall oder eine Metalllegierung aus der 8.
Nebengruppe des Periodensystems der Elemente, insbesondere Eisen,
Kobalt, Nickel, Rhodium, Ruthenium, Palladium oder Platin, eingesetzt.
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Ganz besonders bevorzugt sind Rhodium, Ruthenium
Palladium und Platin.
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Als gasdurchlässige Träger lassen sich alle dem Fachmann
bekannten Träger
verwenden. Dabei kann es sich um einen Käfig oder einen Boden handeln,
der beispielsweise von einem Gitter oder einer durchbrochenen Metallplatte
gebildet wird, der eine Schüttung
des katalytisch aktiven Materials aufnehmen und von einem Gas durchströmt werden
kann.
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Weiterhin kann es sich bei dem gasdurchlässigen Träger um eine
gasdurchlässige
Platte handeln, die von einem Flächengebilde,
wie einem Drahtnetz, aus katalytisch aktivem Material umgeben ist.
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Bevorzugt handelt es sich bei dem
gasdurchlässigen
Träger
um einen porösen
Formkörper.
Dieser kann aus dem katalytisch aktiven Material und/oder aus einem
anderen Material bestehen. Vorzugsweise handelt es sich um eine
poröse
Keramik, die insbesondere mit dem katalytisch aktiven Material,
insbesondere mit einem Metall beschichtet ist; oder es handelt sich
um eine poröse
Keramik, die mit dem katalytisch aktiven Material, insbesondere
mit einem Metall dotiert ist.
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Das katalytisch aktive Material kann
in beliebiger Form in oder auf dem gasdurchlässigen Träger angebracht sein. Dem Fachmann
sind derartige Anordnungen bekannt.
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Beispielsweise kann das katalytisch
aktive Material in der Form von Ausformungen mit einem möglichst
grossen Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis vorliegen.
Vorzugsweise ist das katalytisch aktive Material als Beschichtung
und/oder als Dotierung auf bzw. in dem gasdurchlässigen Träger angebracht.
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Erfindungsgemäß wird dem gasdurchlässigen Träger ein
gasförmiger
Promotor der Pyrolysereaktion, vorzugsweise verdünnt mit einem Inertgas, zugeführt und
durch den gasdurchlässigen
Träger dem
katalytisch aktiven Material zugeleitet.
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In einer ganz besonders bevorzugten
Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird ein auf und/oder in dem gasdurchlässigen Träger angeordnetes katalytisch
aktives Metall mit einem durch den gasdurchlässigen Träger zugeführten gasförmigem Promotor der Pyrolysereaktion
gespült.
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Dabei kann das Zuleiten des Spaltpromotors bzw.
das Spülen
mit dem Spaltpromotor kontinuierlich oder in vorbestimmten Zeitintervallen
erfolgen.
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Der Spaltpromotor kann unverdünnt oder
zusammen mit Inertgasen, wie Stickstoff und/oder Edelgasen, zugeführt werden.
Insbesondere beim kontinuierlichen Zuführen von Spaltpromotor empfiehlt sich
eine Verdünnung
mit inerten Gasen, da bekannt ist, dass hohe Partialdrucke des Reaktionsproduktes VC
oder von Nebenprodukten, die Präkursoren
der Koksbildung sind (Acetylen, Benzol) in der Nähe von Metalloberflächen zu
einer beschleunigten Verkokung führen.
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Die Temperatur des über den
gasdurchlässigen
Träger
zugeführten
Spaltpromotors wird zweckmäßigerweise
der Temperatur angepasst, die im Innern des Reaktors am Ort des
gasdurchlässigen
Trägers
herrscht. Dies kann beispielsweise durch eine außerhalb des Reaktors angebrachte
Heizvorrichtung erfolgen.
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Promotoren der Pyrolysereaktion sind
an sich bekannt. Dabei handelt es sich in der Regel um halogenhaltige,
vorzugsweise um chlorhaltige Verbindungen oder um molekularen Sauerstoff.
Beispiele dafür
finden sich in den bereits erwähnten
US-A-4,590,318 und
DE-A-3,328,691 .
Unter den besonderen Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist z.B. auch DCE als Promotor der Pyrolysereaktion zu betrachten,
da dieses an den verwendeten katalytisch aktiven Oberflächen zerfällt.
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Bevorzugte Promotoren der Pyrolysereaktion
sind molekulares Chlor, Nitrosylchlorid, Trichloracetylchlorid,
Chloral, Hexachloraceton, Benzotrichlorid, Monochlormethan, Dichlormethan,
Trichlormethan, Tetrachlormethan oder Chlorwasserstoff.
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Für
das Aufrechterhalten einer möglichst
langen Betriebsdauer ist es darüber
hinaus zweckmäßig, die
katalytische Aktivität
der Oberfläche
möglichst
lange zu erhalten und/oder während
des Weiterbetriebs des Reaktors wieder herzustellen bzw. zu regenerieren.
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Es wurde gefunden, dass sich dieses
durch Spülen
der katalytisch aktiven Oberfläche
mit einem gasförmigen
Reduktionsmittel erreichen lässt.
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Als gasförmiges Reduktionsmittel lassen sich
alle bei den im Reaktor herrschenden Temperaturen gasförmigen Reduktionsmittel
für Koks präkursoren
und/oder Verkokungsprodukte einsetzen. Bevorzugtes Beispiel dafür ist Wasserstoff
oder ein Gemisch von Wasserstoff mit inerten Gasen.
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Die Zuführung des gasförmigen Reduktionsmittels
kann wie die Zuführung
des Spaltpromotors über
den gasdurchlässigen
Träger
erfolgen, entweder über
dieselbe Zuleitung wie der Spaltpromotor oder über eine separate Zuleitung,
und durch den gasdurchlässigen
Träger
dem katalytisch aktiven Material zugeleitet werden.
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In einer bevorzugten Variante des
erfindungsgemäßen Verfahrens
wird ein auf oder in dem gasdurchlässigen Träger angeordnetes katalytisch aktives
Metall mit einem durch den gasdurchlässigen Träger zugeführten gasförmigem Reduktionsmittel, vorzugsweise
mit Wasserstoff, gespült.
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Dabei kann das Spülen mit dem gasförmigen Reduktionsmittel
kontinuierlich oder in vorbestimmten Zeitintervallen erfolgen.
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Das gasförmige Reduktionsmittel kann
unverdünnt
oder zusammen mit Inertgasen, wie Stickstoff und/oder Edelgasen,
zugeführt
werden.
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Die Temperatur des gasförmigen Reduktionsmittels
wird zweckmäßigerweise
der Temperatur angepasst, die im Innern des Reaktors am Ort des gasdurchlässigen Trägers herrscht.
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Durch eine kontinuierliche oder intermittierende
Zuführung
von Spaltpromotoren über
den / die gasdurchlässigen
Träger
zum katalytisch aktiven Material lässt sich der Umsatz bei der
Pyrolysereaktion steigern und die Produktausbeute erhöhen; durch
die parallele Spülung
mit Reduktionsmittel lässt
sich die Verkokung der Oberfläche
des katalytisch aktiven Materials effizient verhindern bzw. verlangsamen
und dadurch die Betriebsdauer des Spaltofens verlängern sowie
der Umsatz der Spaltreaktion nochmals vergrößern. Beim Spülvorgang
wird der Betrieb des Reaktors nicht unterbrochen.
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Die Zuführung des Spaltpromotors zum
gasdurchlässigen
Träger
und dessen Zuleitung auf das katalytisch aktive Material kann zusammen
mit dem gasförmigen
Reduktionsmittel oder zeitlich und/oder räumlich getrennt von diesem
erfolgen.
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Bevorzugt befindet sich mindestens
ein auf einem gasdurchlässigen
Träger
angeordnetes katalytisch aktives Material in der Nähe des Eintritts
des Eduktgasstromes in den Reaktor. Dadurch wird bereits bei Eintritt
des Eduktgases in den Reaktor eine hohe Konzentration an Radikalen
gebildet, die zu einem effizienten Verlauf der Kettenreaktion beitragen.
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In einer bevorzugten Variante des
erfindungsgemäßen Verfahrens
kommt der Eduktgasstrom beim Durchlauf im Reaktor mit ein oder mehreren
Kerzen aus poröser
Keramik in Berührung,
auf deren Oberfläche
sich jeweils eine katalytisch aktive Metallschicht befindet und/oder
die mit katalytisch aktivem Metall dotiert ist.
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Ganz besonders bevorzugt ist die
Anzahl der Kerzen im ersten Drittel des Reaktors größer als
im zweiten Drittel und/oder im dritten Drittel.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann unter Verwendung
der an sich üblichen
Drucke und/oder Temperaturen betrieben werden. Gängige Betriebsdrucke liegen
im Bereich von 0,8 bis 4 MPa (Ofeneingang); gängige Betriebstemperaturen
liegen im Bereich von 450 bis 550°C
(Ofenausgang) und im Bereich von 250 bis 350°C (Ofeneingang). Die endotherme
Spaltreaktion benötigt
eine ständige
Zufuhr von Energie; dieses erfolgt bei der Passage des zu spaltenden
Gases durch den Reaktor.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist eine Absenkung der üblichen
Betriebstemperaturen möglich.
Dadurch wird eine wirtschaftlichere Verfahrensweise ermöglicht.
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Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
betrifft die thermische Spaltung des Produktgases in einem dem Reaktor nachgelagerten
adiabatischen Nachreaktor umfassend die Maßnahmen:
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- d) Einleiten des Produktgasstroms enthaltend
erhitzten halogenhaltigen aliphatischen Kohlenwasserstoff, Halogenwasserstoff
und ethylenisch ungesättigten
halogenhaltigen aliphatischen Kohlenwasserstoff aus dem Reaktor
in einen adiabatischen Nachreaktor, in dem die Reaktion unter Ausnutzung
der vom Produktgasstrom gelieferten Wärme unter Abkühlung des
Produktgases fortgeführt
wird, und der im Innern vorzugsweise mindestens ein auf und/oder
in einem gasdurchlässigen
Träger
angeordnetes katalytisch aktives Material aufweist, sowie
- e) gegebenenfalls Zuleiten eines gasförmigen Promotors der thermischen
Spaltung durch den gasdurchlässigen
Träger
auf das katalytisch aktive Material.
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Dabei kann das erfindungsgemäße Verfahren
nur die Maßnahmen
d) und e) im adiabatischen Nachreaktor umfassen, ohne dass ein vorgeschalteter
Reaktor verwendet wird, der im Innern mindestens ein auf und/oder
in einem gasdurchlässigen
Träger
angeordnetes katalytisch aktives Material aufweist.
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Bevorzugt und wird jedoch das erfindungsgemäße Verfahren
mit den Maßnahmen
d) und e) im adiabatischen Nachreaktor kombiniert mit dem Einsatz
eines vorgeschalteten Reaktors, der im Innern mindestens ein auf
und/oder in einem gasdurchlässigen
Träger
angeordnetes katalytisch aktives Material aufweist.
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Die Erfindung betrifft auch einen
Reaktor zur Durchführung
des oben definierten Verfahrens umfassend die Elemente:
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- i) in den Reaktor mündende Zuleitung für den Eduktgasstrom
enthaltend gesättigten
halogenhaltigen aliphatischen Kohlenwasserstoff,
- ii) mindestens ein auf und/oder in einem gasdurchlässigen Träger angeordnetes
katalytisch aktives Material, das im Innern des Reaktors angebracht
ist,
- iii) mit dem gasdurchlässigen
Träger
verbundene Zuleitung für
ein Spaltpromotoren enthaltendes Gas,
- iv) Heizvorrichtung für
das Aufheizen des Spaltpromotoren enthaltenden Gases,
- v) Heizvorrichtung für
das Aufheizen und/oder die Aufrechterhaltung der Temperatur des
Gasstromes im Reaktor, und
- vi) aus dem Reaktor führende
Ableitung für
den Produktgasstrom der thermischen Spaltung enthaltend ethylenisch
ungesättigten
halogenhaltigen aliphatischen Kohlenwasserstoff.
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Als Reaktor können alle dem Fachmann für derartige
Reaktionen bekannten Typen eingesetzt werden. Bevorzugt wird ein
Rohrreaktor.
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Dem erfindungsgemäßen Reaktor kann ein adiabatischer
Nachreaktor nachgeschaltet sein, der vorzugsweise die oben definierten
Elemente ü), üi) und iv)
enthält.
In dem adiabatischen Nachreaktor wird die benötigte Reaktionswärme durch
die Wärme des
zugeführten
Produktgasstromes geliefert, der sich dadurch abkühlt.
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Anstelle der Kombination des erfindungsgemäßen Reaktors
mit einem adiabatischen Nachreaktor enthaltend die Elemente ii),
iii) und iv) kann ein solcher adiabatischer Nachreaktor auch mit
einem an sich bekannten Reaktor verschaltet sein, der die Elemente
ii), iii) und iv) nicht aufweist.
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Vorzugsweise ist der gasdurchlässige Träger ein
poröser
Formkörper,
insbesondere aus poröser Keramik.
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In einer ganz bevorzugten Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Reaktors
ist die poröse
Keramik in Form einer Kerze ausgebildet, deren Oberfläche mit
katalytisch aktivem Material, insbesondere Metall, beschichtet ist
und/oder die mit katalytisch aktivem Metall dotiert ist, und die
Kerze ist mit einer Zuleitung für
den Spaltpromotor zur Weiterleitung an das katalytisch aktive Material
ausgestattet.
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Eine weitere besonders bevorzugte
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der Vorrichtung sowie deren bevorzugte Anordnung in einem Spaltofen
wird nachstehend anhand der 1, 2 und 3 beschrieben.
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Es zeigen
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1:
Einen bevorzugten gasdurchlässigen Träger mit
darauf angeordnetem katalytisch aktiven Material dargestellt im
Längsschnitt
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2:
Einen weiteren bevorzugten gasdurchlässigen Träger mit darauf angeordnetem
katalytisch aktivern Material dargestellt im Längsschnitt
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3:
Rohrreaktor mit Träger
gemäß 1 oder 2 im Längsschnitt
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In einer besonders bevorzugten Variante
des erfindungsgemäßen Verfahrens
kommt der Eduktgasstrom beim Durchlauf im Reaktor mit einer oder mehreren
Vorrichtungen der in 1 skizzierten
Art in Berührung,
die im folgenden beschrieben wird.
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In einem Außenrohr (1) ist mittels
zweier gegenüberliegender
Deckel oder Flansche (2) ein zylindrischer, poröser Formkörper (3)
eingespannt, der auf der Innenseite mit einer katalytisch aktiven Schicht
(4) versehen ist. Durch die Anordnung des Formkörpers (3)
im Außenrohr
(1) werden ein Mantelraum (5) sowie ein Innenraum
(6) gebildet, wobei der Mantelraum (5) an den
Stirnflächen
der Deckel oder Flansche (2) gegen den Innenraum (6)
und gegen das Außenrohr
(1) abgedichtet ist. In den Mantelraum (5) wird
ein Spaltpromotoren enthaltendes Gas (16) eingeleitet,
welches durch den zylindrischen, porösen Formkörper (3) in den Innenraum
(6) einströmt.
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Anstelle der über den Einsatz von Deckeln oder
Flanschen erzeugten Anordnung des Formkörpers (3) im Außenrohr
(1) kann der Formkörper
bei geeigneter Materialauswahl auch mit dem Außenrohr auf andere Arten, beispielsweise
durch Verschrauben und/oder Verschweißen verbunden sein, so dass sich
Mantelraum (5) und Innenraum (6) in der Weise ausbilden,
dass Mantelraum (5) gegen den Innenraum (6) und
gegen das Außenrohr
(1) abgedichtet ist.
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Eine derartige Vorrichtung ist in 2 dargestellt. Ein zylindrischer,
poröser
und auf der Innenseite mit einer Schicht aus katalytisch aktivem
Material (4) versehener Formkörper (3) ist an seinen
Stirnseiten mit einem Außenrohr
(1) verschweißt.
Durch die Anordnung des Formkörpers
(3) im Außenrohr
(1) werden ein Mantelraum (5) sowie ein Innenraum
(6) gebildet, wobei der Mantelraum (5) gegen den
Innenraum (6) und gegen das Außenrohr (1) abgedichtet ist.
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Die Erfindung betrifft auch eine
derartige Vorrichtung, einen Reaktor zur Durchführung des oben definierten
Verfahrens enthaltend mindestens eine derartige Vorrichtung sowie
ein Verfahren zur Herstellung ethylenisch ungesättigter halogenhaltiger aliphatischer
Kohlenwasserstoffe durch thermische Spaltung von gesättigten
halogenhaltigen aliphatischen Kohlenwasserstoffen, bei der eine
solche Vorrichtung zum Einsatz kommt.
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Vorzugsweise besitzt der Formkörper (3)
den gleichen Innendurchmesser bzw. den gleichen freien Querschnitt
wie das vor- bzw. zwischen- bzw. nachgeschaltete Reaktionsrohr.
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Der zylindrische, poröse Formkörper (3) kann
aus Sintermetall, poröser
Keramik oder einem anderen, porösen
und temperaturbeständigen
Material bestehen. In einer besonders bevorzugten Variante besteht
der poröse
Hohlkörper
(3) aus Zirkoniumoxid.
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Die Schicht aus katalytisch aktivem
Material kann auf verschiedene Arten auf die Innenseite des porösen Formkörpers aufgebracht
werden z.B. durch Aufdampfen, Sputtern, galvanische oder stromlose Metallabscheidung,
Tränkung,
Fällung
(Imprägnierung)
oder Kombinationen dieser Methoden.
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Die Art der Aufbringung der katalytisch
aktiven Schicht ist nicht auf die hier aufgezählten Methoden beschränkt.
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Der zylindrische, poröse Formkörper (3) kann
auch oder zusätzlich
mit dem katalytisch aktiven Material dotiert sein.
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Die Abdichtung des Mantelraums (5)
gegen den Innenraum (6) kann mittels einer Dichtung (7)
erfolgen, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform eine Feder (8)
aus der Stirnseite des zylindrischen, porösen Formkörpers herausgearbeitet ist,
die in die Dichtung (7) hineindrückt oder hineinschneidet.
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Die Stirnseite bzw. der der Stirnseite
unmittelbar benachbarte Abschnitt des zylindrischen, porösen Formkörpers (3)
kann, falls dieser aus keramischem Material besteht, mit einem sog.
Glaslot oder einem temperaturbeständigen keramischen Kleber abgedichtet
sein.
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Die Abdichtung des Mantelraums (5)
gegen den Außenraum
erfolgt vorzugsweise mittels Dichtungen (13).
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In die Stirnseite des Deckels bzw.
der Flansche eingearbeitete Abstandhalter (9, 10, 11)
gewährleisten
eine definierte Flächenpressung
der Dichtungen (8, 13, 14) und schützen den
zylindrischen, porösen
Formkörper
(3) vor Bruch.
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Bei der Dichtung (7) kann
es sich um eine Metalldichtung oder um eine Dichtung aus einem anderen
temperaturbeständigen
und hinreichend weichen Material handeln. Bevorzugt wird eine Metalldichtung.
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Bei den Dichtungen (13)
und (14) handelt es sich um Dichtungen aus einem temperaturbeständigen Material,
wie z.B. aus Graphit, Asbest oder Asbestersatzstoffen. Es können auch
andere temperaturbeständige
Materialien eingesetzt werden.
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Bei den Dichtungen (13)
und (14) kann es sich auch um Schweißlippen-Dichtungen handeln.
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Bei den Dichtungen (13)
und (14) kann es sich auch um Kombinationen aus einer innenliegenden
Dichtung aus einem weichen und temperaturbeständigen Material und einer außenliegenden Schweißlippen-Dichtung
handeln.
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Falls es sich bei dem zylindrischen,
porösen Formkörper (3)
um ein bruchunempfindliches Material, wie z.B. Sintermetall handelt,
so kann dieser auch mit den Deckeln (2) verschraubt bzw.
verschweißt werden.
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Bevorzugt ist in einer derartigen
Ausführungsform
eine Anordnung, bei welcher der zylindrische, poröse Formkörper (3)
mit einem der Deckel oder Flansche (2) verschweißt ist und
mit dem anderen Deckel (Flansch) verschraubt ist, so dass der zylindrische,
poröse
Formkörper
(3) z. B. zu Reinigungs- und Regenerationszwecken leicht
demontiert werden kann.
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Ganz besonders bevorzugt ist eine
Anordnung, bei der an beiden Enden des zylindrischen, porösen Formkörpers (3),
sofern dieser aus metallischem Sintermaterial besteht, zylindrische
Anschlussteile oder Zwischenstücke
aus Vollmaterial des gleichen Innen -und Außendurchmessers angeschweißt sind,
die z.B. mit Gewindebohrungen zum Anschrauben von Flanschen versehen
werden können,
oder an welche die Flansche direkt angeschweißt werden können.
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Auf der verschraubten Seite wird
die Abdichtung des Mantelraumes gegen den Innenraum durch eine Dichtung
zwischen zylindrischen, porösem Formkörper (3)
und Deckel bzw. Flansch (2) gewährleistet.
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Die beschriebene Vorrichtung wird
von dem vorgeheizten Eduktgasstrom (15) durchströmt.
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Ist die Vorrichtung einer Reaktionsstrecke nachgeschaltet
und wird diese als adiabater Nachreaktor betrieben, so wird sie
vom Reaktoraustrittsgasgemisch durchströmt.
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Der eingeleitete Spaltpromotor (16)
zerfällt unter
den Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest teilweise
an dem katalytisch aktiven Material in Radikale, die ihrerseits
den Fortgang der Radikalkettenreaktion begünstigen.
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Der zylindrische, poröse Formkörper (3)
wird von außen
nach innen von einem Spaltpromotoren enthaltenden Gas (16),
das gegebenenfalls mit Inertgas verdünnt sein kann durchströmt. Dazu
wird das Gasgemisch) durch eine Eintrittsöffnung vom Außenraum
durch eine nicht dargestellte Zuleitung in den Mantelraum (5)
eingeführt
und strömt
durch den zylindrischen, porösen
Formkörper
(3) und die katalytisch aktive Schicht (4) in
den Innenraum (6) der Vorrichtung. Es versteht sich von
selbst, dass Formkörper
(3) katalytisch aktive Schicht (4) so ausgestaltet und
angeordnet sein müssen,
dass ein möglichst gleichmäßiger Gasstrom
durch diese Schichten ermöglicht
wird und dass sich keine Zonen ausbilden, die nicht von Gas durchströmt werden.
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Die in 1 und 2 dargestellte Vorrichtung kann
in einen konventionellen Rohrreaktor zur Herstellung ethylenisch
ungesättigter
halogenhaltiger aliphatischer Kohlenwasserstoffe durch thermische Spaltung
von gesättigten
halogenhaltigen aliphatischen Kohlenwasserstoffen eingebaut werden.
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Ein solcher Einbau ist in 3 schematisch dargestellt.
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Der Rohrreaktor umfasst einen Ofen
sowie ein Reaktionsrohr.
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Im Allgemeinen ist ein solcher mit
einem Primärenergieträger, wie
mit Öl
oder Gas, befeuerter Ofen in eine sogenannte Strahlungszone (16)
und eine Konvektionszone (17) aufgeteilt.
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In der Strahlungszone (16)
wird die für
die Pyrolyse erforderliche Wärme
vor allem durch Strahlung der brennerbeheizten Ofenwände auf
das Reaktionsrohr übertragen.
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In der Konvektionszone (17)
wird der Energieinhalt der heißen,
aus der Strahlungszone austretenden Rauchgase durch konvektive Wärmeübertragung
genutzt. So kann das Edukt der Pyrolysereaktion, z.B. EDC, vorgewärmt, verdampft
oder überhitzt werden.
Ebenso ist auch die Erzeugung von Wasserstoff, Wasserdampf und/oder
die Vorwärmung
von Verbrennungsluft möglich.
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Bei einer typischen Anordnung, wie
sie z.B. in
EP-A-264,065 dargestellt
wird, wird flüssiges
EDC zunächst
in der Konvektionszone des Spaltofens vorgewärmt und danach in einem speziellen
Verdampfer außerhalb
des Spaltofens verdampft. Das dampfförmige EDC wird dann wiederum
der Konvektionszone zugeführt
und dort überhitzt,
wobei bereits die Pyrolysereaktion einsetzen kann. Nach erfolgter Überhitzung
tritt das EDC in die Strahlungszone ein, wo der Umsatz zu Vinylchlorid
und Chlorwasserstoff stattfindet.
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Infolge der in der Strahlungszone
und der im Eintritt der Konvektionszone herrschenden hohen Temperaturen
ist es vorteilhaft, die in 1 oder 2 skizzierte Vorrichtung
nicht direkt innerhalb dieser Zonen anzuordnen, da sonst z.B. eine
definierte Temperatureinstellung des zur Förderung der Spaltreaktion eingeleiteten
Gases oder Gasgemischs nicht oder nur erschwert möglich ist
Daher wird eine Anordnung bevorzugt, wie sie in 3 schematisch dargestellt ist.
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Hierbei ist der Spaltofen um zwei
zusätzliche,
nicht beheizte Kompartments (18) erweitert, die thermisch
isoliert sein können.
Aus der eigentlichen Strahlungs- bzw. Konvektionszone (16, 17)
werden dann Schlaufen des Reaktionsrohrs durch diese Kompartments
(18) geführt.
In diesen Schlaufen, vorzugsweise innerhalb der geraden Länge dieser Schlaufen,
werden dann die Vorrichtungen gemäß 1 oder 2 (19)enthaltend
Vorrichtungen zur Einleitung eines Spaltpromotors und katalytisch
aktive Elemente montiert, also in das Reaktionsrohr eingebaut, so
dass der Eduktgasstrom Reaktionsrohr und Innenraum (6)
der Vorrichtung durchströmen
kann.
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Die aus der Strahlungs- bzw. Konvektionszone
(16, 17) in die unbeheizten Kompartments (18)
geführten
Schlaufen des Reaktionsrohrs sind vorzugsweise mit einer thermischen
Isolation versehen.