DE1093796B - Verfahren und Vorrichtung zur katalytischen Oxydation organischer Verbindungen im Dampfzustand - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur katalytischen Oxydation organischer Verbindungen im Dampfzustand

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DE1093796B
DE1093796B DEA20129A DEA0020129A DE1093796B DE 1093796 B DE1093796 B DE 1093796B DE A20129 A DEA20129 A DE A20129A DE A0020129 A DEA0020129 A DE A0020129A DE 1093796 B DE1093796 B DE 1093796B
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catalyst
oxidation
reaction
temperature
zone
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DEA20129A
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Alphons O Jaeger
Stewart F Williams
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American Cyanamid Co
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1836Heating and cooling the reactor

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Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur katalytischen Oxydation organischer Verbindungen im Dampfzustand Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Oxydation organischer Verwindungen im Dampfzustand nach dem Wirbel- oder Fl ießbettverfahren und insbesondere verbesserte Arbeitsweisen und Vorrichtungen, die bei stark exothermen Umsetzungen, bei denen die verdampfbare organische Verbindung und ein oxydierendes Gas durch ein Bett eines feinverteilten Oxydationskatalysators in Form einer wirbelnden, dichten Masse durchgeleitet werden, eine Temperatursteuerung der Reaktionsteilnehmer und der Reaktionsprodukte während und unmittelbar anschließend an die katalytische Umwandlung ermöglichen.
  • Kennzeichnend für derartige Oxydationen im Dampfzustand ist die Oxydation von Naphthalin zu Phthalsäureanhydrid, die aus den tJSA.-Patentschriften 2 373 008 und 2 453 740 bekannt ist.
  • Bisher wurde das gesamte wirbelnde Katalysatorbett bei einer Reaktionstemperatur gehalten, bei der die Oxydation mit nicht zu großer Geschwindigkeit erfolgte. Nach der Oxydation ließ man das Reaktionsgemisch mit oxydierten oder ohne nicht oxydierte Ausgangsverbindungen zusammen mit dem mitgerissenen Katalysator in eine verdünnte oder Katalysatoral,trennschicht eintreten, um das Reaktionsgemisch von den Katalysatorteilchen abzutrennen. Die exotherme Umsetzung hörte jedoch nicht sofort mit dem übertritt dieses Gemisches in die verdünnte Schicht auf, da in ihr weiterhin Wärme frei wurde, ohne daß eine Temperatursteuerung erfolgte. Eine unmittelbare Folge davon war, daß die erwünschten Oxydationsprodukte teilweise zu unerwünschten Produkten, nämlich zu Kohlendioxyd und Wasser. oxydiert wurden und daß die' Temperaturen in den Reaktionsgefäßen häufig bis auf schätzungsweise 750 bis 10000 C anstiegen, was die Gefahr von Entzündungen und Expl(e sionen mit sich brachte und in krassen Fällen eine vollständige Drosselung der Zufuhr der organischen Ausgangsverbindungen in das Oxydationsgefäß notwendig machte. Diese hohen Temperaturen sind für den Katalysator, für die Reaktionsgefäße und für die Filter außerordentlich schädlich. Im besonderen Fall der Umwandlung von Naphthalin zu Phthalsäureanhydrid bewirkt ein solcher Temperaturanstieg außerdem die Decarboxylierung des Phthalsäureanhydrids zu Benzoesäure oder die Bildung von unerwünschten Teerrückständen.
  • Eine bereits annehmbare Lösung dieses Problems bestand darin, eine Wärmeaustauschvorrichtung in die verdünnte oder Katalysatorabtrennschicht einzubauen, so daß die Temperatur in dieser Schicht gesenkt und die Umsetzung gesteuert werden konnte.
  • Diese Arbeitsweise war jedoch noch nicht sehr erfolgreich. Der Wärmeaustausch in der dispersen oder Abtreunschicht ist sehr gering, da die wärmeübertragenden Katalysatorteilchen sehr verdünnt und die Geschwindigkeiten des Gases und der Katalysatorteilchen niedrig sind. Man versuchte, das Absetzen der Katalysatorteilchen zu verbessern, indem man den Querschnitt der dispersen Phase und damit ihr Volumen vergrößerte. Dadurch wurden aber die Gas- und Katalysatordurchflußgeschwindigkeiten und damit der Wärmeaustauschkoeffizient weiter vermindert.
  • Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgeschlagen, durch welche die oben be. schriebenen Nachteile der bekannten Verfahren beseitigt werden.
  • Es wurde nun gefunden, daß zur Sicherung eines ausreichenden Wärmeaustausches, wie er bei stark exothermen Umsetzungen bei technischen Verfahren erforderlich ist, die Reaktionsprodukte und die nicht umgesetzten Ausgangsverbindungen vor ihrem Austritt aus der dichten Katalysatorschicht vollständig abgekühlt werden müssen. Diese Kühlung der Reaktionsprodukte kann in der dichten Schicht auf Grund der hohen Turbulenz und der guten Wärmeaustauschfähigkeit leichter durchgeführt werden als in der verdünnten.
  • Erfindungsgemäß erfolgt dies, indem man die dichte katalytische Schicht unter Verwendung von Prallblechen in mehrere Bereiche verschiedener Temperatur unterteilt und die Temperatur in jeden Bereich des Oxydationsgefäßes selektiv durch Wärmeaustauschvorrichtungen steuert. Die zweckmäßige Anzahl der Bereiche verschiedener Temperaturen hängt von der Art der Umsetzung ab. Im folgenden wird als Beispiel die Anwendung von zwei Bereichen verschiedener Temperatur beschrieben.
  • Zwei Bereiche verschiedener Temperatur können durch Verwendung eines Prallbleches im Oxydationsgefäß und durch Einbauen von geeigneten Wärmeaustauschern oder Temperaturstenervorrichtungen in jedem Teil des Oxydationsgefäßes erhalten werden.
  • Für den einen Teil des Oxydationsgefäßes wird der Temperaturbereich gewählt, der für die hesondere Oxydation, den verwendeten Katalysator und die Zufuhrgeschwindigkeit der Reaktionsteilnehmer am günstigsten ist. Für den anderen Teil des Oxydationsgefäßes wird der Temperaturbereich gewählt, der erforderlich ist, um die Umwandlung zu beenden und die WIöglichkeit von Entzündungen, Explosionen und unkontrollierbaren Umsetzungen in der verdünnten Schicht auszuschalten, so daß eine Schädigung des Katalysators, der Vorrichtung und eine Zersetzung der gewünschten Oxydationsprodukte verhindert wird.
  • Der erste und der zweite Teil des Oxydationsgefäßes stehen miteinander in Berührung, so daß die dichte katalytische Schicht ein kontinuierliches Bett ohne zwischen den Schichten verschiedener Temperatur liegende verdünnte Schicht bildet. Dadurch bleibt bleibt die Kontinuität der Umsetzung erhalten, was insbesondere im Hinblick auf die Ausbeuten von Bedeutung ist.
  • Ein aus drei Temperaturbereichen bestehendes dichtes Katalysatorbett kann durch Verwendung eines weiteren Prallbleches und eines dritten Wärmeaustauschers oder von Temperatursteuervorrichtungen in einem Bereich zwischen dem ersten und dem nachfolgenden Bereich des Oxydationsgefäßes geschaffen werden, wodurch das stets kontinuierliche Katalysatorbett in drei Temperaturbereiche aufgeteilt wird.
  • Eine derartige Anordnung ist insbesondere bei solchen Verfahren anwendbar, die in mehreren Stufen durchgeführt werden, wie beispielsweise die Oxydation von Toluol zu Maleinsäureanhydrid über die Zwischenprodukte, Benzaldehyd und Benzoesäure.
  • In ähnlicher Weise können durch Verwendung weiterer Wärmeaustauscbvorrichtungen und Prallbleche vier oder mehr Temperaturbereiche innerhalb des zusammenhängenden Katalysatorbettes geschaffen werden.
  • Die vorliegende Erfindung erzielt den außerordentlichen wichtigen Vorteil einer Verhinderung der Zersetzung des Oxydationsprodukts in der Abzugsphase für den verdünnten Katalysator. In jedem Prozeß, bei dem ein Bett von fluidisiertem Katalysatorstaub verwendet wird, liegt eine Wolke der kleinsten Katalysatorteilchen über dem Haupt- oder dichten Teil des Katalysatorbettes. Es ergibt sich daher kein schwieriges Problem bei Verfahren, wo das Reaktionsprodukt durch die Reaktionsgase nicht angegriffen werden kann; z. B. werden bei dem Fischer-Tropsch-Verfahren die Syntheseprodukte nicht durch die Berührung mit Kohlenmonoxyd oder Wasserstoff zersetzt. Jedoch können andererseits in einem Oxydation sverfahren, wie einer katalytischen Oxydation von Naphthalin zu Phthalsäureanhydrid, die Phthalsäureanhydridprodukte weiter zu Kohlendioxyd und Wasserdampf oder zu anderen unerwünschten Oxydationsprodukten in der verdünnten Katalysatorzone oxydiert werden. Dies wird stattfinden, wenn die Gasmischung in dieser Zone nicht stark gekühlt wird.
  • Es wurde bereits früher versucht, diese Zersetzung durch Vorsehung von Kühlelementen in der Katalysatorablaßzone zu vermeiden. Diese sind jedoch wegen des geringen Grades des Hitzeaustausches zwischen einem Gasstrom und den normalen metallischen Kühlelementen nicht wirksam.
  • Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem durch Kühlung eines oberen Teils der dichten Katalysatorphase auf eine Temperatur unter diejenige, bei der die Oxydationsreaktion weiterlaufen könnte. Bei diesem Verfahren wird ein sehr wirksamer Hitzeaustausch erhalten, weil die Gasmischung, die in die verdünnte Katalysatorablaufphase strömt, ziemlich unterhalb der Reaktionstemperatur liegt.
  • In einem bereits bekannten Verfahren wird ganz im Gegenteil aus dem Konverter eine Mischung von reagierten Gasen und Katalysator ausgebracht, die in einem Zyklontrenner getrennt wird. Dieses Verfahren ist wohl sehr geeignet für die Fischer-Tropsch-Synthese, aber es ist für eine katalytische Oxydationsreaktion aus den oben gegebenen Gründen gänzlich ungeeignet.
  • In den Zeichnungen und der folgenden Beschreibung werden bevorzugte Ausführungsformen und Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. In den Zeichnungen ist in Fig. 1 schematisch in einem Aufriß eine Ausführungsform des Oxydationsgefäßes zur Durchführung der vorliegenden Erfindung dargestellt; Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des Oxydationsgefäßes, die ebenfalls zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens geeignet ist; Fig. 3 ist ein Grundriß einer abgeänderten Ausführungsform von Prallblechen, welche sich in den Vorrichtungen nach Fig. 1 und 2 befinden; Fig.4 ist ein Aufriß längs der Linie 4-4 der Fig. 3; Fig. 5 zeigt im Grundriß eine andere, abgeänderte Ausführungsform eines Prallbleches; Fig. 6 zeigt einen Schnitt längs der Linie 6-6 der Fig. 5; Fig. 7 ist ein Grundriß einer weiteren abgeänderten Ausführungsform eines Prallbleches; Fig. 8 ist ein Schnitt längs der Linie 8-8 der Fig. 7; Fig. 9 ist ein Grundriß einer weiteren abgeänderten Ausführungsform eines Prallbleches, und Fig. 10 ist ein Schnitt längs der Linie 1010 der Fig. 9.
  • Das vertikale zylindrische Reaktionsgefäß 10 der Fig. 1 enthält in seiner einfachsten Ausführung drei Bereiche: Eine Reaktionszone R und die Abkühlungszone Q sind zur Aufnahme einer Masse von feinverteiltem oder gepulvertem Katalysator bestimmt, der in der Zone der dichten Schicht durch die Reaktionsgase und Dämpfe, die während der Reaktion darin aufwärts geführt werden, in turbulentem Zustand gehalten wird.
  • Durch das Zuleitungsrohr 12 werden oxydierende Gase, wie Luft, in den unteren Teil der Reaktionszone R eingeleitet. Ein Zerstäuber 14 und ein Verteilungsgitter 16, das aus einer perforierten Platte oder einer ähnlichen Vorrichtung bestehen kann, werden verwendet, um ein einheitlicheres Fließen der Reaktionsgase durch den Katalysator der Reaktionszone R zu bewirken.
  • Die dampfförmigen oder verdampfbaren organischen Ausgangsverbindungen können in flüssiger oder gasförmiger Form in die Reaktionszone R durch eine Einführvorrichtung 18 beispielsweise durch ein Ventil 20 mit gesteuerter Geschwindigkeit eingebracht werden. Als Zuleitungsanordnung kann ein Kopfstück oder eine Verteilerdüse mit verschiedenen in gleichmäßigem Abstand angebrachten Einspritznippeln, die in die Reaktionszone R vorzugsweise oberhalb des Gitters 16 eintreten, verwendet werden. Nach der Zeichnung werden getrennte Zuleitungen für die verdampfbaren Ausgangsverbindungen und das oxydierende Gas verwendet. Gegebenenfalls können jedoch alle gas- oder dampfförmigen Reaktionsteilnehmer durch einen gemeinsamen Einlaß eintreten.
  • Beispielsweise kann die Einlaßleitung 22 mit einer eigenen Steuervorrichtung, wie dem Ventil 24 für die verdampfbaren organischen Ausgangsverbindungen, verwendet werden, die mit dem durch Leitung 12 strömenden oxydierenden Gas vermischt werden und mit diesem in das Reaktionsgefäß 10 eintreten.
  • Zur Steuerung des Druckes, der Geschwindigkeit und der Temperatur des oxydierenden Gases und der organischen Ausgangsverbindungen können geeignete bekannte Vorrichtungen verwendet werden.
  • Die Geschwindigkeit des Gasstromes muß so groß sein, daß der feinverteilte Katalysator in dem Reaktionsgefäß in wirbelndem Zustand gehalten wird. Der Mindestdruck des eintretenden Gases muß deshalb so groß sein, daß der hydrostatische Druck des wirbelnden Katalysatorbettes überwunden wird, während der Höchstdruck von Bedingungen des besonderen Verfahrens abhängt.
  • In der Reaktionszone R ist eine Anzahl von Temperatursteuervorrichtungen, wie die Wärmeaustauscher 26, angebracht, um die Umwandlungstemperatur in dem für die Oxydation gewünschten oder geeigneten Bereich zu halten. Im besonderen Fall der Oxydation von Naphthalin zu Phthalsäureanhydrid liegt dieser Bereich zwischen etwa 320 und etwa 4250 C und vorzugsweise bei etwa 35(b0 C, je nach dem für die Umsetzung verwendeten Katalysator.
  • Die Wärmeaustauscher 26 sind vorzugsweise entfernbare U-Rohre, die in einer horizontalen Ebene liegen. Das Kühlmittel kann ein beliebiger Wärmeaustauscher, wie Wasser, ein Salzbad, Quecksilber und »Dowtherm« (ein Gemisch aus Diphenyloxyd und Diphenyl) sein. Erforderlichenfalls kann das Kühlmittel in den Wärmeaustauschern unter Druck gehalten werden.
  • Eine zweite Gruppe voll Temperatursteuervorrichtungen 28 der gleichen Art wie 26 ist quer zur Strömungsvorrichtung in einer horizontalen Ebene innerhalb der Abkühlzone Q des Reaktionsgefäßes angeordnet und wird unabhängig von den Wärmeaustauschern 26 gesteuert, um die in der Abkühlzone erforderliche Temperatur einzustellen.
  • Zwischen den Wärmeaustauschern 26 und 28 ist ein Prallblech angebracht, das wie in Fig. 1 beispielsweise eine perforierte Platte, ähnlich dem Verteilungsgitter 16, sein kann. Dieses Prallblech 30 gewährleistet auch einen gleichmäßigen Durchfluß des Gasstromes nach oben durch die Abkühlzone, wobei Rinnenbildung, Sprudeln und andere unerwünsehte Wirkungen vermieden werden.
  • Im besonderen Fall der Umwandlung von Naphthalin zu Phthalsäureanhydrid wurde gefunden, daß der bevorzugte Temperaturbereich in der Abkühlzone Q etwa zwischen 200 und etwa 3000 C liegt.
  • Die günstigste Temperatur liegt in der Nähe von 2500 C.
  • Die Art und Wirksamkeit der temperaturgesteuerten Wärmeanstauscher 26 und 28 und des Prallbleches 30 sind derart, daß der Katalysator und das Reaktionsgemisch beim Erreichen der Abkühlzone rasch deren Temperatur annehmen, wodurch die Oxydation zum Stillstand kommt.
  • Die Wärmeaustauscher 28 müssen so wirken, daß die Temperatur in der Abkühlzone Q zu jeder Zeit niedriger ist als in der Oxydationszone R, da sonst durch die noch weiter erfolgenden exothermen Umsetzungen beträchtliche, nicht ableitbare Wärmemengen frei würden, was Temperaturerhöhungen und damit Entzündungen, Explosionen und andere unkontrollierbare Reaktionen zur Folge hätte.
  • Die durch die Reaktionszone R und die Abkühlzone Q aufwärts strömenden Gase reißen beträchtliche Mengen von Katalysatorfeinteilchen mit. Um eine kontinuierliche dichte Schicht vom Boden des Reaktionsgefäßes bis zum oberen Teil des Katalysatorbettes aufrechtzuerhalten, ist eine senkrecht gelagerte, abwärts führende lfmlauf- oder Rückführleitung 32 an die Innenfläche des zylindrischen Reaktionsgefäßes angrenzend so angeordnet, daß der obere Einlauf 34 desselben in dem Wirbelbett stets untertaucht, wodurch eine geeignete Steuerung des Wirbelbettspiegels erleichtert wird. An Stelle einer Rückleitung32 im Inneren des Reaktionsgefäßes 10 können auch mehrere Rückführleitungen 32 verwendet werden; auch können diese ebensogut außen angeordnet sein.
  • Die Geschwindigkeit der Katalysatorrückführung kann mit einem oder mehreren, vorzugsweise automatischen Ventilen 36 gesteuert werden.
  • Beim Eintritt der Oxydationsprodukte und der Katalysatorteilchen in die Abkühlzone Q sinkt die Temperatur dieses Gemisches rasch, so daß es bei seinem tvbergang in den Katalysatorabtrenuraum D eine niedrigere Temperatur besitzt, als sie durch die Wärmeaustauscher 28 bestimmt wird, und zwar eine Temperatur, die unter normaler Oxydationstemperatur der organischen Verbindungen liegt, so daß keine weitere Oxydation und nur eine zu vernachlässigende oder überhaupt keine Wärmeentwicklung erfolgt. Dies ist notwendig, da die Wirksamkeit von Wärmeaustauschern in dieser Zone D wegen der geringen Wärmeaustauschfähigkeit der stark verdünnten Katalysatorschicht sehr niedrig ist.
  • In dem Abtrenuraum D trennt sich der mitgerissene Katalysator vom Gasstrom ab und wird zu der Abkühlzone Q des Katalysatorbettes zurückgeleitet. In diesem Raum besteht jedoch eine »disperse Phase« des Katalysators, da ein beträchtlicher Teil des feinverteilten Katalysators, der sich zwar größtenteils von dem Gasstrom abtrennt, in den Gasen dieser Zone suspendiert bleibt.
  • Die Oxydationsprodukte treten durch eine Filtervorrichtung aus, die vorzugsweise an dem oberen Teil des Reaktionsgefäßes und nahe an dem Katalysatorabtrennraum D angeordnet ist. Die Filtervorrichtung kann aus einer Anzahl von großen geflanschten Trommeln 38, von denen eine in Fig. 1 gezeigt wird, oder einem Zyklonabschneider bestehen, in denen alle Katalysatorteilchen oder andere von den Gasen mitgerissene Feststoffteilchen zurückgehalten werden.
  • Das Verfahren nach der Erfindung ist nicht nur auf die Oxydation von Naphthalin zu Phthalsäureanhydrid, sondern beispielsweise auch auf die Oxydation von Naphthalin zu Naphthochinon, von o-Xylol zu den entsprechenden Aldehyden, Aldehydsäuren, Phthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid von Alkylnaphthalinen und Phenanthrenen zu Phthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid usw., von Benzol, Butadien, Phenol, Furfurol, Terpenen zu Maleinsäureanhydrid, von m-und p-Xylolen und Toluol zu Aldehyden bzw. Maleinsäureanhydrid, von Anthracen zu Anthrachinon, von Acenaphthenchinon zu Naphthalinsäureanhydrid, von Niethan und Methanol zu Formaldehyd und von Äthylen zu Äthylenoxyd anwendbar.
  • In Fig. 2 ist ein Katalysatorbett mit drei Temperaturbereichen dargestellt. Das zylindrische Reaktionsgefäß 10' enthält vier Bereiche, eine erste Reaktionszone R', eine zweite Reaktionszone R", eine Abkühlzone Q' und eine Katalysatorabtrennzone D'. Ein Zuleitungsrohr 12' für ein oxydierendes Gas, ein Zerstäuber 14' und ein Verteilungsgitter 16' sind ähnlich den entsprechenden Vorrichtungen der Fig. 1. Erforderlichenfalls kann eine Zuleitung 13' verwendet werden, um weiteres oxydierendes Gas zuzuführen. Die verdampfbaren organischen Ausgangsverbindungen können getrennt durch die untere Zuleitung 18' oder die obere Zuleitung 18" eingeführt werden, oder sie können vorher mit dem oxydierenden Gas über die Zuleitung 22', die in die Gaszuleitung 12' eintritt, ge mischt werden, wodurch alle gasförmigen Reaktionsteilnehmer in das Reaktionsgefäß gleichzeitig eintreten.
  • Temperatursteuervorrichtungen in Form von einzeln gesteuerten U-Rohr-MTärmeaustauschern26',26" und 28' und Prallbleche 30' und 30" werden verwendet, um in dem Katalysatorwirbelbett drei verschiedene Temperaturbereiche zu errichten. Eine oder mehrere Riickflußleitungen 32' mit einem oberen Einlauf bei 34' werden verwendet, um die Höhe des Katalysatorwirbelbettes zu steuern, wobei sich eine kontinuierliche dichte Schicht des Katalysatorwirbelbettes von dem unteren Teil des Reaktionsgefäßes bis zu dem oberen Teil der Abkühlzone Q' erstreckt. Die Rückführleitung 32' kann entweder in dem ersten, R', oder zweiten Oxydationsbereich R" enden, oder es können, falls mehrere Leitungen 32' verwendet werden, ihre Enden in entweder der einen oder in beiden Bereichen R' bzw. R" des Oxydationsgefäßes enden.
  • Ein Katalysatorwirbelbett mit drei Temperaturl>ereichen eignet sich beispielsweise für die Herstellung von Maleinsäureanhydrid aus einem aromatischen Kohlenwasserstoff, wie Toluoyl, wobei der erste Oxydationsbereich auf der Temperatur gehalten wird, die notwendig ist, um die Seitenkette unter der Bildung von Benzaldehyd und Benzoesäure zu oxydieren, die dann durch oxydative Ringsprengung im zweiten Oxydationsbereich in Maleinsäureanhydrid umgewandelt werden können. Ein solches Zweistufenverfahren ergibt höhere Ausbeuten an Maleinsäureanhydrid, als sie durch eine einstufige unmittelbare Oxydation des aromatischen Kohlenwasserstoffs erhalten werden können.
  • Auch vier oder mehr Temperaturbereiche in dem Katalysatorbett können durch Verwendung mehrerer einzelner Wärmeanstauscher und Prallbleche im Katalysatorbett hergestellt werden, wodurch drei oder mehrere Oxydationsstufen der Ausgangsverbindung entstehen können.
  • In den Fig. 3 und 4 wird ein Oxydationsgefäß 10A beschrieben, in dem mittels einer geeigneten Hilfsvorrichtung eine abgeänderte Form eines Prallbleches 30A in Form eines Kegelstumpfes angebracht ist.
  • In den Fig. 5 und 6 weist das Oxydationsgefäß lOB ein plattenförmiges Prallblech 30B auf, das im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung in dem Oxydationsraum steht und eine Anzahl von oeffnungen für den Durchtritt des Gasstroms und des Katalysators besitzt.
  • In den Fig. 7 und 8 hat das Oxydationsgefäß 10C ein Prallblech 30 C von der Form eines Kegelstumpfes, welches nur eine in der Mitte angebrachte kreis- förmige t5ffnung für den Durchtritt des Gasstromes und des Katalysators besitzt.
  • In den Fig. 9 und 10 hat das Oxydationsgefäß 10D ein plattenförmiges Prallblech 30D, das nur eine in der Mitte angebrachte kreisförmige Öffnung für den Gasstrom und den Katalysator aufweist.
  • Die Grundgedanken der vorliegenden Erfindung sind auf Oxydationsgefäße jeder Größe und wegen der großen Sicherheit, die durch die erfindungsgemäße Kühlung in der dichten Katalysatorphase gewährleistet ist, insbesondere auf Anlagen mit hoher Produktionskapazität anwendbar. Die Geschwindigkeiten der Reaktionsteilnehmer im Oxydationsgefäß können 6 cm je Sekunde oder weniger, beispielsweise bis zu 1,5 m je Sekunde, betragen. Für ein dampfförmiges Naphthalin-Luft-Gemisch ist eine Geschwindigkeit von 15 bis 60 cm je Sekunde gut geeignet.
  • Bei der katalytischen Oxydation organischer Verbindungen, insbesondere bei der Oxydation von Naphthalin zu Phthalsäureanhydrid, werden bei einem Beschickungsverhältnis von 0,5 zu 2,0 Molprozent und vorzugsweise 1,25 zu 1,50 Molprozent Naphthalin, bezogen auf Luft, ausgezeichnete Ausbeuten an reinem Phthalsäureanhydrid erzielt. Höhere und niedrigere Molverhältnisse von Ausgangsverbindungen zu Luft können verwendet werden; sie hängen etwas von dem verwendeten Katalysator ab.
  • Wie in den Zeichnungen veranschaulicht wird, strömen die Oxydationsprodukte in dem Oxydationsgefäß aufwärts. In dem besonderen Fall der Oxydation von Naphthalin zu Phthalsäureanhydrid verläßt die Oxydationsluft den Kompressor 12 bei einem Druck von annähernd 1,54 atü, und der Druck sinkt beim Durchtritt durch das Verteilungsgitter 16 vor dem Eintritt in die Oxydationszone R auf annähernd 0,07 bis 0,15 atü ab. Das Naphthalin, das aus derVerdampfungsvorrichtung mit einem Druckraum von etwa 1,75 atü austritt, kann mit der Luft im erforderlichen Verhältnis gemischt werden und strömt dann aufwärts durch die Oxydationszone R und Abkühlzone Q. Das Naphthalin kann natürlich auch in flüssiger Form oder als Sublimat eingeführt werden.
  • Falls bei irgendeinem Bereich des Oxydationsgefäßes die Gasgeschwindigkeit erhöht oder erniedrigt werden soll, so kann dies dadurch erreicht werden, daß man den Querschnitt dieses Bereichs kleiner oder größer macht.
  • Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern. Die in den Beispielen beschriebene Herstellung des verwendeten Katalysators ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
  • Beispiel 1 Im folgenden wird eine Beschreibung des Verfahrens zur Umwandlung von Anthracen in Anthrachinon gegeben. Es wurde ein Katalysator gemäß den USA.- Patentschriften 2 373 008 und 2 453 740 verwendet.
  • Luft wurde am Boden des Reaktionsgefäßes mit solcher Geschwindigkeit eingeleitet, daß die Durchschnittsgeschwindigkeit der Luft in dem Reaktionsgefäß - unter der Annahme, daß kein Katalysator vorhanden ist - 0,30 m je Sekunde betrug. Das Anthracen wurde als Flüssigkeit durch das Zuleitungsrohr oder das Kopfstück in das Katalysatorbett mit einer solchen Geschwindigkeit eingeleitet, wobei das Verhältnis von Anthracen zu Luft 1,25 Molprozent betrug. Die Temperatur des Reaktionsgefäßes wurde auf 3600 C gehalten. Die Höhe des Katalysatorbettes war derartig, daß die Berührungszeit 15 Se kunden betrug.
  • Die Abkühlzone wurde bei 3000 c gehalten. Der Katalysator wird von den Reaktionsgasen in dem Abtreunraum und den Filtern abgetrennt, und das Anthrachinon wird in geeigneten Kühlern zurückgewonnen. Es wurde eine Ausbeute von etwa 95 bis 100kg Anthrachinon je 100kg 1000/oiges Anthracen erhalten.
  • Beispiel 2 Das Verfahren zur Umwandlung von Toluol in Maleinsäureanhydrid wurde folgendermaßen durchgeführt: Luft wurde am Boden des Oxydationsgefäßes mit einer solchen Geschwindigkeit zugeführt, daß die Durchschnittsgeschwindigkeit der Luft in ihm, unter der Annahme, daß kein Katalysator vorhanden ist, 0,30 m je Sekunde betrug. Der Toluoldampf wurde in das Katalysatorbett in der ersten Reaktionszone mit einer solchen Geschwindigkeit eingeleitet, daß das Verhältnis von Toluol zu Luft 1,25 Molprozent betrug. Die Temperatur in der ersten Reaktionszone wurde bei 3800 C gehalten. Die Höhe des Katalysatorbettes war so, daß die Kontaktdauer 3 Sekunden be trug.
  • Das Oxydationsgemisch wurde dann in die zweite Reaktionszone, die auf einer Temperatur von 3600 C gehalten wurde, geführt. Die Höhe des Katalysatorbettes war so gehalten, daß die Kontaktdauer 4 Sekunden betrug.
  • Das Oxydationsgemisch kam dann in die Abkühlzone, die auf 2500 C gehalten wurde.
  • In der ersten Reaktionszone wurde das Toluol im wesentlichen zu Benzaldehyd und Benzoesäure oxydiert, die in der zweiten Reaktionszone im wesentlichen zu Maleinsäureanhydrid oxydiert wurden. In der Abkühlzone wurde das Reaktionsgemisch sehr rasch auf eine Temperatur abgekühlt, bei der keine weitere Oxydation und kein Absetzen im Oxydationsgefäß oder auf dem Katalysator stattfand. Der Katalysator wurde in der Abtreunzone und in den Filtern von den Reaktionsgasen abgetrennt, und das Maleinsäureanhydrid wurde in geeigneten Kühlvorrichtungen gewonnen. Es wurde eine Ausbeute von 80 kg Maleinsäureanhydrid je 100kg 1000/obiges Toluol erhalten.
  • Beispiel 3 Im folgenden wird ein Verfahren zur Oxydation von Naphthalin zu Phthalsäureanhydrid beschrieben: Es wurde Luft am Boden des Reaktionsgefäßes mit einer solchen Geschwindigkeit eingeleitet, daß die Durchschnittsgeschwindigkeit der Luft in ihm - unter der Annahme, daß kein Katalysator vorhanden ist - 0,61 m je Sekunde betrug. Der Naphthalindampf wurde in das Katalysatorbett in der Reaktionszone mit einer solchen Geschwindigkeit eingeleitet, daß das Verhältnis Naphthalin zu Luft etwa 1,25 Nlolprozent betrug.
  • Die Temperatur in der Reaktionszone des Katalysatorbettes wurde durch die Wärmeaustauscher auf 3500 C in Abhängigkeit von der Höhe des Bettes gehalten. Die Höhe des ganzen Katalysatorbettes einschließlich einer Reaktionszone und einer Abkühlzone war, daß die Kontaktdauer 15 Sekunden betrug.
  • Das Oxydationsgemisch wurde durch die Wärmeaustauscher in der Abkühlzone des Katalysatorbettes auf 2500 C gehalten. In der Abschreckzone wurde das Oxydationsgemisch sehr rasch auf eine Temperatur, bei der keine weitere Reaktion und kein Absetzen in dem Oxydationsgefäß oder auf dem Katalysator stattfand, abgekühlt. Der Katalysator wurde in der Abtrennzone und in den Filtern von den Reaktionsgasen abgetrennt, und das Phthalsäureanhydrid wurde in geeigneten Kühlvorrichtungen gewonnen. Es wurde eine Ausbeute von 105 kg Phthalsäureanhydrid je 100kg 98"/dies Naphthalin erhalten.
  • Um die Wirksamkeit der Abkühlzone zu zeigen, wurden verschiedene Ansätze durchgeführt, bei denen die Temperatur der Abkühlzone zwischen 320 und 4100C gehalten wurde. Dadurch wurde das in ihr befindliche Reaktionsgemisch nicht abgekühlt und trat in die verdünnte Katalysatorschicht der Ahtrennzone bei Temperaturen von etwa 3600 C ein. Unter diesen Bedingungen lief die Oxydation des Reaktionsgemisches in der verdünnten Schicht weiter und be wirkte einen unkontrollierbaren Temperaturanstieg bis schätzungsweise über 75010 C.
  • Das Ergebnis dieses unkontrollierten Temperaturanstieges war ein nahezu vollständiger Verlust des gewünschten Phthalsäureanhydrids sowie eine Beschädigung der Vorrichtung, insbesondere der Filter.
  • Der in der verdünnten Schicht vorhandene Katalysator wurde ebenfalls geschädigt. Diese Beobachtung steht im Gegensatz zu den Laboratoriumsverfahren, bei denen eine Reaktionskammer von 5,08 m Durchmesser verwendet wurde. Ein derartiges Oxydationsgefäß wurde längere Zeit kontinuierlich betrieben, ohne daß unkontrollierbare Temperaturen oder Reaktionen auftraten. Bei Vergrößerung des Durchmessers des Oxydationsgefäßes auf 0,3 m oder darüber, wie er bei der Durchführung des Verfahrens im technischen Maßstab verwendet wird, trat die Gefahr der unkontrollierbaren Reaktionen sofort auf und führte zu einem unkontrollierbaren Temperaturanstieg, der in manchen Fällen bis auf annähernd 10000 C ging.
  • PATENTANSPROCHE 1. Verfahren zur katalytischen Oxydation organischer Verbindungen im Dampfzustand nach dem Wirbel- oder Fließbettverfahren, nach welchem ein Gemisch aus dem Dampf der zu oxydierenden Verbindung und einem oxydierenden Gas aufwärts durch einen feinverteilten, aufgewirbelten Oxydationskatalysator strömt und dann von dem oberen Ende dieser Wirbelschicht durch eine verdünnte Katalysatorabblasschicht abgezogen wird, in welcher die Abtrennung von den Katalysatorteilchen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbel- oder Fl ießbettschicht durch Prallbleche ohne Einschaltung von verdünnten Zwischenschichten in eine oder mehrere untere, bei der Reaktionstemperatur gehaltene Schichten und eine obere, auf eine Temperatur unterhalb der Reaktionstemperatur durch Wärmeaustauschmittel ge kühlte Zone getrennt wird.

Claims (1)

  1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Naphthalin zu Phthalsäureanhydrid oxydiert.
    3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, bestehend aus einer Oxydationskammer mit üblichen Zu- und Ableitungen und Verteilervorrichtungen für die umzusetzenden Gase, Filtervorrichtungen zur Abtrennung mitgerissener feiner Katalysatorteilchen aus den abströmenden Gasen und Leitungen zur Rückführung von Katalysatorteilchen aus der Katalysatorabtrenuzone in das dichte, wirbelnde Katalysatorbett, gekennzeichnet durch Prallbleche im Innern der Oxydationskammer, durch die das dichte, wirbelnde Katalysatorbett in mehrere Zonen unterteilt wird und die so ausgebildet sind, daß sie einen gleichmäßigen Durchtritt des durch die Oxydationskammer strömenden Gases gewährleisten, und Wärmeaustauschvorrichtungen in jeder der durch die erwähnten Prallbleche vorgegebenen Zonen in dem Katalysatorbett, wobei die Värmeaustauscher oder die Gruppen von Wärme- austauschern in den einzelnen Zonen des dichten Katalysatorbettes unabhängig voneinander gesteuert werden können.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 590 882; USA.- Patentschrift Nr. 506221; Chemie-Ingenieur-Technik, Bd. 24, 1952, S. 101.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1236493B (de) * 1963-09-23 1967-03-16 August Guyer Dr Verfahren zur Herstellung von Benzaldehyd
DE2165323A1 (de) * 1970-12-30 1973-08-02 Mitsubishi Chem Ind Verfahren und fliessbettreaktor zur herstellung von maleinsaeureanhydrid
DE2341703A1 (de) * 1973-08-17 1975-03-13 Wostotschnyj Ni Watelskij Ugle Verfahren zur gemeinsamen gewinnung von phthalsaeureanhydrid und anthrachinon

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB590882A (en) * 1941-09-12 1947-07-31 Standard Oil Dev Co Improvements in or relating to contacting finely divided solids and gaseous fluids
US2506221A (en) * 1947-02-18 1950-05-02 Hydrocarbon Ressearch Inc Catalytic synthesis of hydrocarbons

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB590882A (en) * 1941-09-12 1947-07-31 Standard Oil Dev Co Improvements in or relating to contacting finely divided solids and gaseous fluids
US2506221A (en) * 1947-02-18 1950-05-02 Hydrocarbon Ressearch Inc Catalytic synthesis of hydrocarbons

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1236493B (de) * 1963-09-23 1967-03-16 August Guyer Dr Verfahren zur Herstellung von Benzaldehyd
DE2165323A1 (de) * 1970-12-30 1973-08-02 Mitsubishi Chem Ind Verfahren und fliessbettreaktor zur herstellung von maleinsaeureanhydrid
DE2341703A1 (de) * 1973-08-17 1975-03-13 Wostotschnyj Ni Watelskij Ugle Verfahren zur gemeinsamen gewinnung von phthalsaeureanhydrid und anthrachinon

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