DE1088944B - Verfahren zur Entfernung von Kohlenmonoxyd aus einem Gemisch desselben mit AEthylen und Sauerstoff - Google Patents

Verfahren zur Entfernung von Kohlenmonoxyd aus einem Gemisch desselben mit AEthylen und Sauerstoff

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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C7/00Purification; Separation; Use of additives
    • C07C7/148Purification; Separation; Use of additives by treatment giving rise to a chemical modification of at least one compound
    • C07C7/14808Purification; Separation; Use of additives by treatment giving rise to a chemical modification of at least one compound with non-metals as element
    • C07C7/14816Purification; Separation; Use of additives by treatment giving rise to a chemical modification of at least one compound with non-metals as element oxygen; ozone

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Description

  • Verfahren zur Entfernung von Kohlenmonoxyd aus einem Gemisch desselben mit äthylen und Sauerstoff Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven Oxydation von Kohlenmonoxyd im Gemisch mit äthylen.
  • Die Anwesenheit von Kohlenmonoxyd in Äthylen ist aus mindestens zwei Gründen unerwünscht: Das Kohlenmonoxyd verringert erstens den Wert des Äthylens als Anästhetikum und beeinflußt zweitens die Eigenschaften von aus dem Athylen hergestellten Polymeren nachteilig.
  • Da Kohlenmonoxyd und Äthylen ähnliche chemische Eigenschaften haben, d. h. beide reduzierende Gase darstellen, ist eine Trennung derselben durch Waschen mit Lösungen oder Feststoffen, die normalerweise zur Entfernung von Kohlenmonoxyd aus inerten Gasen verwendet werden, nicht möglich. Die Trennung der Gase kann durch fraktionierte Niedertemperaturdestillation erfolgen, aber das stellt eine zeitraubende und kostspielige Behandlung dar.
  • Die Entfernung von Kohlenmonoxyd aus Äthylen auf katalytischem Wege wird dadurch kompliziert, daß Äthylen in der Form, in der es heute hergestellt wird, außer dem Kohlenmonoxyd verschiedene andere Verunreinigungen enthält. So sind außer weniger reaktionsfähigen Verbindungen, wie Methan und ethan, gewöhnlich Wasserstoff, Sauerstoff, Acetylen und Kohlendioxyd anwesend. Wenn eine Entfernung des Kohlenmonoxydes durch Oxydation zu Kohlendioxyd gewünscht wird, das man leicht in herkömmlicher Weise, z. B. durch Waschen mit Ätzalkali, aus dem Äthylen entfernen kann, gilt die Gleichung (1): CO+t/202=C02 (1) Diese Abtrennung würde jedoch durch folgende Reaktion gestört oder aufgehoben: H, f 1/2 02 = H2 0 (2) C2Ho+202=2cO+2H2o (3) Es wurde nun gefunden, daß es trotz dieser theoretischen Schwierigkeiten praktisch möglich ist, den Gehalt des handelsüblichen Athylens an Kohlenmonoxyd durch selektive katalytische Oxydation zu beseitigen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren führt anscheinend auch zur quantitativen Entfernung von Acetylen, das oft im Äthylen als Verunreinigung auftritt. Die Entfernung des Acetylens erfolgt wahrscheinlich durch Umsetzung mit Wasserstoff, der ebenfalls als Verunreinigung anwesend ist. Das Verfahren erscheint gegen Schwankungen in den Konzentrationen des Wasserstoffs und Sauerstoffs in dem Gasgemisch empfindlich zu sein; so ändern sich die Ergebnisse, wenn man zwei Gasgemische, die aus verschiedenen Posten von handelsüblichem Äthylen hergestellt sind, der Behandlung unterwirft. Da Wasserstoff wie Kohlenmonoxyd mit dem verfügbaren Sauerstoff reagieren, ergibt eine Erhöhung der Sauerstoffmenge im allgemeinen eine wirksamere Entfernung des Kohlenmonoxydes.
  • Als Katalysator wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Rhodiummetall als solches auf einem Träger oder ein Gemisch aus Rhodium und einem anderen Metall der Platingruppe auf einem Träger verwendet. Das Rhodiummetall kann in einer Menge im Bereich von etwa 0,01 bis 2,00/0 vom Gesamtgewicht des Katalysators, d. h. von Metall und Träger, anwesend sein; wenn das zweite Metall der Platingruppe zugesetzt wird, so verwendet man es in dem gleichen Konzentrationsbereich. Beispiele für geeignete Katalysatorträger sind aktiviertes Aluminiumoxyd, Siliciumdioxyd, Kieselgur, Siliciumdioxydgel, Diatomeenerde u. dgI. Der Träger für das Katalysatormetall kann die Form von Pellets, eines Pulvers oder von Granulat haben; Pellets aus aktiviertemAluminiumoxyd werden bevorzugt. Die Herstellung des Trägerkatalysators kann beispielsweise in der Weise erfolgen, daß man den Träger mit einer Lösung einer Verbindung des Metalls bzw. von Verbindungen der Metalle behandelt und dann die Metallverbindung(en) zum Metall reduziert.
  • Die Reaktionstemperatur kann im Bereich von etwa 25 bis 1500 C liegen und beträgt vorzugsweise etwa 100 bis 1300 C. Temperaturen über etwa 1500 C wirken sich insofern nachteilig auf den Katalysator aus, als die Wirksamkeit desselben verschlechtert wird und die Wiedererlangung der Aktivität durch Behandlung bei niedrigen Temperaturen langsam und wahrscheinlich unvollständig erfolgt. Aus diesem Grunde arbeitet man mit im- Hinblick auf eine gute Aktivität niedrigstmöglichen Temperaturen.
  • Der Durchsatz (d. h. die Raumgeschwindigkeit) des Gasgemisches kann im Bereich von etwa 100 bis 5000 Raumteilen Gas/Stunde/Raumteil Katalysator (Normalbedingungen) liegen und beträgt vorzugsweise 1250 bis 5000 Raumteile Gas/Stunde/Raumteil Katalysator. Der Druck im Reaktionsgefäß kann im Bereich von Atmosphärendruck bis 70 at liegen oder höher sein.
  • Dem Gasstrom muß, bevor er über den Katalysator geleitet wird, Sauerstoff zugesetzt werden; der Zusatz kann in Form von Sauerstoff selbst oderbeispiels weise Luft erfolgen. Man soll genügend Sauerstoff zuführen, damit die zugesetzte Menge zusätzlich zu der gegebenenfalls bereits im Gas enthaltenen Menge derjenigen äquivalent ist, die stöchiometrisch zur vollständigen Umsetzung mit dem Kohlenmonoxyd benötigt wird, oder dieselbe überschreitet. Im allgemeinen kann der Sauerstoff in der etwa 1-bis 20fachen Menge, die stöchiometrisch zur Umsetzung mit Kohlenmonoxyd erforderlich ist, angewandt werden; das etwa 2- bis 8fache der stöchiometrisch erforderlichen Menge wird bevorzugt.
  • Wenn man ein Gasgemisch, das 0,038 Volumprozent Sauerstoff, 0,02 Volumprozent Kohlenmonoxyd, 2 Volumprozent Stickstoff und als Rest Athylen enthält, nach der im Beispiel 5 später beschriebenen Arbeitsweise behandelt, werden bei Analyse des abströmenden Sauerstoffs als typische Werte 0,01 bis 0,03 Volumprozent erhalten. Da die vollständige Verbrennung von Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd nur zu einer Verringerung der Sauerstoffkonzentration von 0,01 Volumprozent führen würde, reagiert der Sauerstoff offensichtlich mit dem Äthylen nach der obigen Gleichung (3) oder der folgenden Gleichung (4): C2H4 + 3 °22 CO2 + 2 H2O (4) Dies zeigt auch der Umstand, daß die Mengen des abströmenden Kohlendioxydes gewöhnlich größer sind, als es auf die Verbrennung von Kohlenmonoxyd zurückgeführt werden kann, und im allgemeinen 0,01 bis 0,04 Volumprozent betragen. Der Verlust an -Produktäthylen kann auf ein Minimum herabgesetzt werden, wenn man in dem Gasgemisch mit einer ge ringeren Sauerstoffmenge arbeitet. Durch Verringerung der Sauerstoffkonzentration wird jedoch der Wirkungsgrad verschlechtert, mit welchem das Kohlenmonoxyd entfernt wird.
  • Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
  • Beispiel 1 Ein Gasgemisch mit einem Gehalt an 0,038 Volumprozent Kohlenmonoxyd, 0,02 Volumprozent Sauerstoff, 4 Volumprozent Stickstoff, Rest Äthylen, wird mit einer Geschwindigkeit von 50 1/Stunde (gemessen bei Temperatur- und Drucknormalbedingungen) über 10 cm3 eines Katalysators geleitet, der aus 0,5 Gewichtsprozent Rhodium auf zylindrischen 3,175-mm-Pellets aus aktiviertem Aluminiumoxyd besteht. Bei Temperaturen von 94 bis 1490 C und einem Druck im Reaktionsgefäß von 35,2 at enthält das abströmende Gut 0,006Volumprozent Kohlenmonoxyd, d.h., das Kohlenmonoxyd wird zu 84e/o entfernt.
  • Beispiel 2 Ein Gasgemisch mit einem Gehalt an 0,022 Volumprozent Kohlenmonoxyd, 0,04 Volumprozent Sauerstoff, 2 Volumprozent Stickstoff, Rest Äthylen, wird mit einer Geschwindigkeit von 501/Stunde bei einem Druck von Reaktionsgefäß von 35,2 at über 20 cm3 der gleichen Katalysatorart wie im Beispiel 1 geführt. Bei Temperaturen im Bereich von 109 bis 1180 C erhält man bei analytischer Bestimmung der in dem abströmenden Gut enthaltenen Kohlenmonoxydmenge einen typischen Wert von 0,0021 Volumprozent, d h., das Kohlenmonoxyd wird zu 90°/o entfernt.
  • Beispiel 3 Ein Gasgemisch mit einem Gehalt an 0,028 Volumprozent Kohlenmonoxyd, 0,04 Volumprozent Sauerstoff, 2 Volumprozent Stickstoff, Rest Äthylen, wird mit einer Geschwindigkeit von 501/Stunde und bei einem Druck im Reaktionsgefäß von 35,2 at über 10 cm3 eines Katalysators geleitet, der aus 0,4 Gewichtsprozent Platinund 0,1 Gewichtsprozent Rhodium auf 3,175-mm-Pellets aus aktiviertem Aluminiumoxyd besteht. Bei einer Temperatur von 1120 C ergibt die analytische Bestimmung des in dem abströmenden Gut enthaltenen Kohlenmonoxydes einen Wert von 0,005 Volumprozent, d. h., das Kohlenmonoxyd wird zu 82°/o entfernt.
  • Beispiel 4 Ein Gasgemisch mit einem Gehalt an 0,023 Volumprozent Kohlenmonoxyd, 0,08 Volumprozent Sauerstoff, 2 Volumprozent Stickstoff, Rest äthylen, wird mit einer Geschwindigkeit von 25 1/Stunde bei einem Druck im Reaktionsgefäß von 35,2 at über 25 cm3 eines Katalysators der im Beispiel 1 verwendeten Art geleitet. Bei einer Temperatur von 1230 C ergibt die analytische Bestimmung des in dem abströmenden Gut enthaltenen Kohlenmonoxydes einen Wert von 0,002 Volumprozent, d. h., das Kohlenmonoxyd wird zu 91°/o entfernt.
  • Beispiel 5 Handelsübliches Äthylen, das 0,0021 Volumprozent Kohlenmonoxyd und 0,0026 Volumprozent Sauerstoff enthält, wird mit einer Geschwindigkeit von 501/Stunde und bei einem Druck im Reaktionsgefäß von 32,3 at über 10 cm3 eines Katalysators der im Beispiel 1 verwendeten Art geleitet. Bei derart niedrigen Temperaturen, wie 86" C, sind in dem abströmenden Gas mittels Instrumenten, welche derartig niedrige Konzentrationen dieser Gase wie 5 Teile/Million festzustellen vermögen, weder Kohlenmonoxyd noch Sauerstoff festzustellen.

Claims (6)

  1. PATENTANSPROCEIE: 1. Verfahren zur Entfernung von Kohlenmonoxyd aus einem Gemisch desselben mit Äthylen und Sauerstoff, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch bei einer Temperatur im Bereich von etwa 25 bis 1500 C über einen rhodiumhaltigen Katalysator leitet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Katalysator verwendet, der neben Rhodium ein Metall der Platingruppe enthält.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Katalysator verwendet, der neben Rhodium Platin enthält.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Rhodiummetall oder die katalytisch wirkenden Metalle auf einem Träger befinden.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Träger aktiviertes Aluminiumoxyd verwendet.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Träger Aluminiumoxyd-Siliciumdioxyd verwendet.
DEE17222A 1958-03-19 1959-02-26 Verfahren zur Entfernung von Kohlenmonoxyd aus einem Gemisch desselben mit AEthylen und Sauerstoff Pending DE1088944B (de)

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