DE1693025A1 - Hydrierung von Benzol zu Cyclohexan - Google Patents

Hydrierung von Benzol zu Cyclohexan

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Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD · ^!.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, KBIn Anläge Aktenzeichen
«irBngabawm 19. Sept. 1967 VA/ Name d. Anm. THE LUMMUSCOMPANY
385 Madison Avenue NEWYORK, N,Y. 10017
Ii. S, A» —■. ■
Hydrierung von Benzol· au Cyclohexan.
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Cyclohexan, beson- ■ ders ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung-zur Herstellung von Cyclohexan durch eine katalytische Hydrierung von Benzol.
Die bekannten Verfahren zur Herstellung von Cyclohexan hoher Reinheit durch die katalytische Hydrierung von Benzol unterscheiden sich im wesentlichen durch die Art und Weise, wie die hohe exotherme Wärme der Umsetzung abgeführt wird. Nach einem Verfahren wird eine Wasserkühlung in einem mit einem Mantel versehenen Reaktor angewendet ι nach einem anderen Verfahren findet eine Verdampfung der Beschickung und ein Umlauf des Verfahrensproduktes in einer Dampfphase statt; zur Durchfüh-rung^des Verfahrens dient ein Mehrfach-Reaktor mit zwischen den Reaktoren liegenden Kühlzonen. Nach beiden Verfahren findet ein Gleichstrom in der Dampfphase bzw. der gemischten Phase statt. Ein anderes Verfahren beruht auf der Anwendung einer Katalysator-Aufschlämmung mit einer Flüssigkeitspumpe für eine indirekte Kühlung.
Um Cyclohexan mit einer ungewöhnlich hohen Reinheit (99»9 % und mehr) zu erhalten, wird ein zweiter Reaktor im allgemeinen als erforderlich erachtet. Alle bekannten Verfahren weisen indes eine steigende Teraperaturskala von dem Einlaß bis zum Auslaß des Reaktors aufj die hohe Temperatur am Auslaß begünstigt nicht eine maximale Umsetzung des Benzols bzw« eine hohe Cyclohexanausbeute in dem Benzol-Cyclohexangleichgewicht»
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■■■-.. ; - ι -
Man hat ferner vorgeschlagen, Benzol zu Cyclonc^a■ ir. c*m»m vertikalen Katalysereaktor nach dem Gegenstromprinzip herzusteJUt*., indem man Benzol in den oberen Teil und Wasserstoff in den unteren Teil der Kolonne einleitet. Bei diesem Verfahren fällt die Temperatur in Richtung der Flüssigkeitsströmung; die Temperatur ist in der Nähe des oberen Teiles infolge der hohen exothermen Reaktbnswärme, die in dem benzolreichen Reaktionsgemisch gebildet wird, höher und niedriger im unteren Teil des Reaktors wegen der verhältnismäßig kleinen Menge des vorliegenden Benzols, so daß eine kleine exotherme Wärme in den unteren Teilen der Kolonne entwickelt wird, besonders auch im Hinblick auf die Kühlwirkung des in den unteren Teil des Reaktors eingeführten Wasserstoffs. „ „
Ein solches Temperaturgefälle wird als wünschenswert angesehen, da die höheren Temperaturen in dem oberen Teil des Reaktors eine schnelle Umsetzungsgeschwindigkeit begünstigen und infolgedessen auch eine wirtschaftlichere Ausnutzung der Einrichtung ermöglichen, während die niedrigeren Temperaturen in dem unteren Teil des Reaktors das Gleichgewicht in der Richtung begünstigen r daß eine hohe prozentuale Umsetzung des Benzols zu Cyelohexan gewährleistet ist«
Wenn auch das Temperaturgefälle wünschenswert ist, so ist es doch weitgehend nicht gesteuert, wenn man davon absieht, daß das Temperaturgefälle durch eine Änderung der Geschwindigkeit des Einleitens des Benzols reguliert werden kann. Wenn zum Beispiel die Geschwindigkeit der Zuleitung von Benzol so eingestellt wird, daß die Temperatur in dem oberen Teil des Reaktors einen optimalen Wert hat, was die Umsetsungs geschwindigkeit angeht, so kann die sich daraus für den unteren Teil des Reaktors ergebende Temperatur zu hoch sein, was zu einem ungünstigen Gleichgewicht führt, oder zu niedrig, so daß die Umsetzungsgeschwindigkeit herabgesetzt wird und die von dem unteren Teil des Reaktors abgezogene Flüssigkeit keine Zeit hat, sich vollständig umzusetzen* in jedem Fall ist die Umsetzung von Benzol zu Cyelohexan unvollständig* und die abfließende Flüssigkeit muß sum Beispiel durch eine Extraktivdestillation gereinigt werden, um beachtliche Mengen Benzol EU entfernen. Aus diesem Grunde hat man es im allgemeinen für erforderlich erachtet, eine Steuerung der Temperatur zum Bei-
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spiel durch Schlangen oder dergleichen vorzusehen, um verschiedene Zonen in der Umsetzungskammer zu erhitzen oder zu kühlen, um in den verschiedenen Teilen der Reaktionskammer optimale Temperaturen zu erzielen. Die Anordnung solcher Heiz- und Kühlschlangen erschwert die Herstellung der Vorrichtung, so daß diese höhere Herstellungskosten bedingt. Die Verwendung von äußeren Heiz- und Kühlmedien, wie Dampf, Kühlwasser oder dergleichen, ist zwar nicht sehr teuer, aber die Kosten des Produktes werden erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Hydrierung von Benzol zu Cyclohexan hoher Reinheit zu schaffen. .
Eine weitere Aufgabe der Erfindung 1st, in ungewöhnlichem Umfang Wasserstoff zu w verwerten.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Entfernung der exothermen Wärme bei der Hydrierungsumsetzung und der Steuerung des Temperaturgefälles in den Reaktionszonen,um die Ausbeute an dem Hauptprodukt, Cyclohexan, zu steigern und schädliche Nebenreaktionen weitgehend auszuschalten. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, dafür zu sorgen, daß während der Endstufe der Umsetzung ein hoher Partialdruck von Wasserstoff vorliegt, um die Umwandlung des Benzols zu Cyclohexan bei einer femperaturhöhe zu Ende zu führen, die niedrig genug ist, um die Ausbeute an Cyclohexan bezogen auf Benzol zu begünstigen» und hoch genug, um eine beachtliche Reaktionsgeschwindigkeit zu gewährleisten.
Ein Merkmal der Erfindung ist die Steuerung der Temperatur in den Reaktionszonen durch Entfernung exothermer Reaktionswärme durch die fühlbare Erhitzung des Speisestroms.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Steuerung der Temperatur in den Reaktionszonen durch eine Verdampfung der flüssigen Kohlenwasserstoffprodukte in der Reaktionszone.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Steuerung der Temperatur durch die Verdampfung des zugeführten Benzols in der Reaktlons zone.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Verwendung mehrerer Reaktionszonen einschließlich einer Ausgangsreaktionszone, in der der größere Teil des Benzols im Gleichstrom zu Cyclohexan hydriert wird; eine weitere Reaktionszone ist die Endzone, in der restliches Benzol in dem Umsetzungsgemisch im Gegenstrom hydriert wird.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Temperatur in der Endzone durch Anwendung kühlen,frisch zugeführten Wasserstoffes geregelt»
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß dampfförmige Kohlenwasserstoffe zwischen der Anfangs- und der Endstufe abgezogen, kondensiert und gekühlt und im Kreislauf als Flüssigkeit zu der Anfangsstufe zurückgeführt werden. ._-
Weitere der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung.
Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erfolgt die Hydrierung einer zugeführten Flüssigkeit in der Welse, daß man ein wasserstoffreiches Gas im Gleichstrom mit der zugeführten Speiseflüssigkeit durch eine Anfangsreaktionszone in Berührung mit einem Hydrierungskatalysator führt, auß der Anfangszone eine Gasphase, iie Wasserstoff, inerte und verdampfte flüssige Stoffe enthält, und eine flüssige Phase abzieht, die ein Gemisch aus der zugeführten Flüssigkeit und hydrierter Produkte dieser ist, die flüssige Phase in eine zweite Reaktionszone führt, ein wasserstoff reiches Gas in die zweite Reaktionszone im Gegenstrom zu dieser flüssigen, aus der ersten Reaktionszone kommenden flüssigen Phase in Berührung mit einem Hydrierungskatalysator führt, und aus der zweiten Reaktionszone eine Gasphase abzieht, die Wasserstoff, inerte und verdampfte flüssige Stoffe enthält, sowie eine flüssige Phase abzieht, die im wesentlichen aus völlig hydrierten Produkten der zugeführten Flüssigkeit besteht.
Nach einer weiteren, besonders erwünschten Ausführung der Erfindung dient zur Durchführung chemischer Verfahren eine Vorrichtung, die.im wesentlichen besteht aus einem im allgemeinen senkrechten
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Behälter, der im Inneres durch im allgemeinen horizontal angeordnete Trennwände unterteilt ist, um eine obere Reaktionskammer und eine untere Hcaktionskaramer und eine zwischen diesen Reaktionskammern liegend© Zwischenzone für die Entbindung von Dampf zu bilden; die Vorrichtung weist ferner Mittel auf, um eine Dampfphase abzuziehen,-««! in die zwischen der ersten und zweiten Zone gelegene Dampfentwicklungszone · , wobei diese Mittel mit einem Abscheider in Verbindung stehen, um fortlaufend Gase aus der abströmenden Gasphase von in dieser enthaltenen verdampften Flüssigkeiten zu trennen; die Vorrichtung weist ferner Mittel auf, um eine Gasphase und eine Flüssigkeitsphase aus dem Separator abzuführen, sowie Mittel, um die flüssige Phase aus dem Abscheider zu wenigstens einer der Reaktionszonen zu führen, und schließlich Mittel, um die Gasphase aus dem Abscheider ebenfalls zu wenigsten einer der Reaktionszonen zu führen.
Das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung sind besonders zur Hydrierung von Benzol zu Oyelohexan geeignet. Es ergibt sich indes für den Fachmann, daß sowohl das Verfahren·als auch die Vorrichtung nach der Erfindung auch für viele andere chemische Verfahren geeignet sind, besonders solchen, bei denen exotherme Hydrierungsreaktionen stattfinden, aber auch für verschiedene andere Umsetzungen von Gasen mit Flüssigkeiten«
In der Zeichnung ist ein Fließbild dargestellt, anhand dessen im folgenden die Hydrierung von Benzol zu Cyclohexan beschrieben ist.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung weist einen Konverter 10 auf, der die Form eines vertikalen" Zylinders mit konkav gewölbten Enden und druckfesten Wänden hat, Das Innere des Behälters ist durch horizontale, vorzugsweise als durchlöcherte Platten ausgebildete 'Trennwände 12 und lH in mehrere Kammern unterteilt, nämlich eine obere Umsetzungskammer 16, eine untere Umsetzungskammer 18 und eine Zwischenzone zur Entbindung von Dampf» Die Reaktionskammern 16 und 18 sind mit einem geeigneten Hydrierungskatalysator 22 gefüllt, bei dem es sich um irgendeinen der bekannten Hydrierungs-Dehydrierungskatalysatoren, wie Raney-Nickel, NiGkel, Platin oder Palladium, handeln kann. Der Katalysator befindet sich vorzugsweise auf einem Träger, wie Aluminiumoxyö, Sllieiumoxyd, Kieselgur, Diatomeenerde, Magnesiumoxyd, Zirkonoxyd oder anderen an-
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organischen Oxyden, die allein oder in Kombination verwendet werden.
Der Katalysator in der Kammer 16 wird von der Trennwand 12 getragen und in der Reaktionskammer 18 von einer entsprechenden horisontalen Trennwand 24, bei der es sich ebenfalls vorzugsweise um eine durchlöcherte Platte handelt. Die Trennwand 24 liegt vorzugsweise etwas oberhalb des Bodens des Konverters und bildet so eine obere Begrenzung einer zusätzlichen Kammer 26, die beim Betrieb als ein mit einem wasserstoffreichen Gas gefüllter "Windkasten" dient; das wasserstoffreiche Gas wird durch die Trennwand 24 verteilt und tritt dann im Gegenstrom durch das flüssige Reaktionsgemisch in die Kammer 18.
Eine Leitung 28 dient zum Ableiten des in der Kammer 20 beigesetzten Dampfes, der vorzugsweise durch einen Wärmeaustauscher 30, einen Kondensator 32 und einen Separator 34 strömt.
Aus dem Separator 31J gelangt eine Gasphase durch eine Leitung 36* und vorzugsweise durch einen Kompressor 38 und dann durch die Leitungen 40 und 42 zu einer der Reaktionskammern, im vorliegenden Fall in die obere Reaktionskammer l6. Von dem Separator 3^wird ferner durch eine Leitung 44 eine flüssige Phase abgezogen, die durch die Leitung 42 zu der oberen Reaktionskammer l6 zurückkommt.
Um Benzol zu Cyclohexan zu hydrieren, wird frisches Benzol durch die Leitung 46 in einen Wasserstoffstrom in der Leitung 40 eingeführt und das Gemisch strömt weiter durch die Leitung 40 in Richtung des Pfeiles bis zur Verbindungsstelle mit der Leitung 44, wo kondensierte, im Kreislauf geführte Flüssigkeit aus dem Separator 36 dem Gemisch zugesetzt wird. Das anfallende Gemisch strömt dann durch die Leitung 42 durch den Wärmeaustauscher 30 in den oberen Teil des Konverters.
Da die Mischung aus wasserstoffreichem Gas, Benzol und im Kreislauf geführten Kohlenwasserstoffen durch die Reaktionskammer 16 nach unten strömt, wird das Benzol weltgehend in Cyclohexan übergeführt und Benzol oder teilweise hydriertes Benzol, das in dem im Kreislauf geführten flüssigen Teil des Gemisches vorliegt, wird ebenfalls weitgehend in Cyclohexan übergeführt.
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Das durch die Trennwand 12 aus der Reaktionszone 16 in die Dampfentwicklungszone 20 strömende Reaktionsgemisch ist ein Zweiphasengemisch, in dem die flüssige Phase ein Gemisch aus Benzol, Cyclohexan und teilweise hydrierten Produkten des Benzols, wie Cyclohexen und Cyclohexadien, ist. Die aus der Reaktionskammer 16 strömende Dampfphase ist ein Gemisch aus Wasserstoff, inerten gasförmigen Verunreinigungen und verdampften flüssigen Kohlenwasserstoffen einer Zusammensetzung, die im allgemeinen der der flüssigen Phase entspricht.
Der flüssige Anteil des aus der oberen Reaktionszone 16 kommenden Abflusses strömt unmittelbar durch die als Verteilerplatte wirkende Trennwand 14 in die Reaktionskammer 18.
In der Reaktionskammer l8 wird der flüssige Teil im Gegenstrom mit dem Wasserstoff in Berührung gebracht, der durch die Leitung 48 in die Kammer 26 und dann nach aufwärts durch die Trennwand 2k in die Reaktionszone 18 kommt«-Wer Während diessr Gegenstromberührung der flüssigen Mischung aus Benzol, Cyclohexan etc. mit Wasserstoff wird die kleine Menge des zurückbleibenden Besaaols und der teilweise hydrierten Bestandteile praktisch quantitativ zu Cyclohexan hydriert, und die Flüssigkeit y die nach abwärts durch die Trennwand 2Ά in den gewölbten Boden des Komrerfe©rs gelangt und dann durch die Leitung 50 abgezogen wird, ist pfalcMseh reines Cyclohexan. Bei einer geeigneten Elaste llung der SsstpeiPafewen und der Umlaufgeschwindigkeiten ist es möglichs äus?efe ■ <äie Leitung 50 ein flüssiges Produkt abzuziehen, das 99y9 % oder mehr Cyclohexan und weniger als 100 mg/kg Benzol enthält.
Die Gasphase, die aus der ersten und der zweiten Reaktionskammer 16 bzw. 18 abströmt, sammelt sich in der Dampfentwlcklungszone 20. Diese Gasfraktion besteht hauptsächlich aus inerten Stoffen und Überschüssigem Wasserstoff, sowie ferner aus Benzol, Cyclohexan und teilweise hydrierten Derivaten des Benzols. Diese Gasfraktion wird durch die Leitung 28 abgezogen und vorzugsweise durch einen Wärmeaustauscher oder Abhitzekessel 52 geführt, in welchem ein Teil der fühlbaren Wärme zur Herstellung von Dampf abgezogen wird, der für andere Verfahrensstufen verwendet werden kann.
Nach dem Verlassen des Abhitzekessels 52 gelangt das noch heiße
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Gasgemisch durch eine Leitung 54 zu dem Wärmeaustauscher 30, in dem das durch die Leitung 42 zugeführte Gemisch auf eine für dieses gewünschte Temperatur erhitzt wird, wobei ein Teil- der fühlbaren Wärme verloren geht und möglicherweise je nach den Arbeitsbedingungen ein Teil kondensiert.
Das gekühlte und gegebenenfalls teilweise kondensierte Gas kann dann vorzugsweise in den Kondensator 32, in dem die dampfförmigen,in dem Gemisch verbliebenen Bestandteile der flüssigen Phase kondensiert werden, geleitet werden. Das anfallende Zweiphasensystem, das aus gasförmigem Wasserstoff, inerten und wieder verflüssigten Kohlenwasserstoffen besteht, gelangt in den Separator 34, in dem die Gasphase von der flüssigen Phase getrennt wird. Die flüssige Phase wird durch die Leitung 44 geführt, um mit dem durch die Leitung 40 zugeführten Benzol und wasserstoffreichen Gas, wie oben beschrieben, gemischt zu werden. Die aus dem Separator 34 abströmende Gasphase kann durch die-Leitung 56 teilweise abgezogen werden, um zu verhindern, daß sich inerte Verunreinigungen in dem System ansammeln. Der restliche Teil der aus dem Separator ausströmenden Gasphase wird durch die Leitung 36, wie oben beschrieben, im Kreislauf zurückgeführt.
Frisches, wasserstoffreiches Gas wird durch die Leitung »*8 der Kammer 26 und von dort der Reaktionskammer 18 zugeführt. Wenn der durch die Leitung 36 im Kreislauf zurückgeführte Wasserstoff nicht ausreicht, um den Bedarf der in der Reaktionskammer 16 stattfindenden ersten Reaktionsstufe zu genügen, kann ein Teil des frisch zugeführten wasserstoffreichen Gases in dierLeitung 48 durch die Leitung 58 abgeleitet und dem im Kreislauf geführten Wasserstoffgas zugesetzt werden.
Da das durch d,".e Leitung 48 zugeführte Wasserstoff gas durch die Reaktionskammer 18 nach oben strömt, wird ein Teil der in dieser Kammer herrschenden Wärme durch Erwärmung des Wasserstoffgases absorbiert und eine zusätzliche Wärmemenge wird durch die Verdampfung des flüssigen Reaktionsproduktes in der Kammer 18 aufgenommen,, und zwar in einer ausreichenden Menge, um den aus der Kammer 18 in die Dampfentwicklungszone 20 gelangenden Gasstrom zu sättigen. Die so verdampfte Flüssigkeit wird mit dem Gasstrom durch den Abhitzekessel 52 und den Wärmeaustauscher 30 mitgenommen, bis sie
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in dem Kondensator 32 kondensiert und in den Separator 3^, wie vorstehend beschrieben, abgeschieden wird.
Gemäß einem verallgemeinernden Beispiel für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Herstellung von Cyclohexan durch die katalytische Hydrierung von Benzol eine Mischung aus Benzol, im Kreislauf zurückgeführtes Cyclohexan und Wasserstoffgas im Wärmeaustauscher 30 vorgewärmt und in den oberen Teil des Konverters und in die Reaktionskammer l6 bei einer Temperatur von 66 bis 26o° C und einem Druck von etwa 1*1,0 bis 56»0 kg/cm geführt. Die im Kreislauf zurückgeführte Flüssigkeit, Benzol und Wasserstoff, können sich in besonderen Wärmeaustauschern vorerwärmen und dann gemischt werden, ehe sie in die Reaktionszone bzw. in diese selbst gelangen. Die Mischung wird dann im Gleichstrom durch die Reaktionskammer 16 nach unten in Berührung mit einem geeigneten Hydrierungskatalysator unter adiabatischen Reaktionsbedingungen geführt. Die aus der Reaktionszone 16 abfließende flüssige Phase wird unmittelbar durch die Dampfablaßzone 20 in die Reaktionszone 18, wie oben beschrieben, geführt, während die abströmende Gasphase, zugleich mit der aus der Reaktionszone 18 kommenden Gasphase, aus der Zone 20 durch die Leitung 28 geht,· wie ebenfalls oben beschrieben. Die aus der Reaktionskammer l6 abfließende flüssige Phase ist,"wenn sie in die Reaktionskammer 18 geleitet wird, annähernd 99 £ig.es Cyclohexan; der Rest ist Benzol, teilweise hydrierte Benzolderivate und zufällige Verunreinigungen.
In der Reaktionskammer l8 wird die aus der Kammer 16 kommende flüssige Phase im Gegenstrom mit durch die Leitung *J8 zugeführtem Wasserstoff bei einer Temperatur von etwa 38° C bis etwa 190° C unter dem gleichen Druck , wie er *in der Reaktionskammer 16 erhalten wird, umgesetzt. Die aus der Kammer 18 durch die Leitung 50 abgehende flüssige Phase 1st Cyclohexan hoher Reinheit, das im allgemeinen weniger als 100 mg/kg Benzol und gegebenenfalls andere Verunreinigungen, sogar noch in kleineren Mengen, enthält. Das Cyclohexan wird vorzugsweise nach bekannten Methoden stabilisiert.
In dem der Reaktionskammer l6 zugeführten Gemisch kann Wasserstoff und Benzol in einem stöchiometrischen Mol-Verhältnis von 3 : 1 bis in einer so großen Menge von 15 : 1 vorliegen und das Verhältnis
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von Wasserstoff zu Benzol in den der Reaktionskammer 18 zugeführten Kohlenwasserstoffen kann zwischen etwa 9 : 1 und 100 : 1(MoI/ Mol) vorliegen.
Das Mol-Verhältnis der im Kreislauf geführten Kohlenwasserstoffe zu dem durch die Leitung 42 frisch zugeführten Benzol kann je nach den gewählten Reaktionsbedingungen, besonders was die Temperatur und den Druck im Reaktor angeht, zwischen. 0,5 : 1 und der Größen-Ordnung von 10 : 1, vorzugsweise jedoch zwischen etwa 3 :.1 und 10 : 1,liegen.
Das L.H.S.V. in dem oberen Abschnitt wird vorzugsweise auf etwa 0,50 bis 5,00, bezogen auf frisch zugeführtes Benzol, gehalten und die Einlaßtemperatur (Gas und Flüssigkeit) auf etwa 66° bis 26o° C. Der Druck wird vorzugsweise auf I1I,! bis 56,2 kg/cm gehalten.
Die Temperatur des in den unteren Teil des Reaktors geführten Gases hat vorzugsweise einen Wert von etwa 29,1J0 bis 121° C. Die Reaktionsbedingungen in dem Reaktor, besonders in dem unteren Teil, sollten so eingestellt werden, daß die Temperatur der als Verfahrensprodukt abgenommenen Flüssigkeit zwischen etwa 121° und 154° C liegt, um die für eine völlige Umsetzung des Benzols zu Cyclohexan optimalen Gleichgewichtsbedingungen zu begünstigen.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung dienen die folgenden Beispiele: -
BEISPIELI
Benzol
Es wurde ein 18,5 Gewichtsprozent'enthältendes Gemisch aus Benzol und im Kreislauf zurückgeführter Flüssigkeit in den oberen Teil des Reaktiors durch die Leitung 42 geführt, und zwar in einer Menge von 2,06 Ft.^/hr./ft. (L.H.S.V.) zugleich mit einem wasserstcffreichen Gas in einer Menge, daß ein Wasserstoff : Benzol Mol-Verhältnis von 4,9 : 1 vorlag. Die Temperatur=der zugeführten Flüssigkeit betrug 117° C und die des Gases 112° C. Der Druck in dem oberen Abschnitt des Reaktors und in der Leitung 42 belief sich auf 42,2 kg/cm . Die in dem oberen Abschnitt des Reaktors herrschende Höchsttemperatur betrug 211° C und die Temperatur an dem mit der Dampfabgabezone 20 in Berührung stehenden Bodenauslaß be-
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- ίο -
trug 207° C.
Nach dem Abzug von Dampf durch die Leitung 28 aus der Zone 20 trat die verbleibende Flüssigkeit mit einer Temperatur von 182° C in den unteren Teil des Reaktors ein, in dem sie im Gegenstrom mit einem durch die Leitung 48 in einer Menge von 7,5 SCPH und mit einer Temperatur von 36,7° C zugeführten wasserstoffreichen Gas in Berührung gebracht wurde.
Praktisch reines Cyclohexan wurde als Verfahrensprodukt durch die Leitung 50 mit einer Temperatur von 143° C abgezogen.
BE. I- SPIEL 2
Es wurde ein 16,0 Gewichtsprozent Benzol enthaltendes Flüssigkeitsgemisch aus frisch zugeführtem Benzol und im Kreislauf zurückgeführter Flüssigkeit in den Oberteil des oberen Reaktorabschnittes in einer Menge von 1,05 Ft.^/hr^/ft.5 (L.H.S.V.) zugleich mit einem wasserstoffreichen Gas in einer solchen Menge zugeführt, daß ein Viasserstoff ; Benzol Mol-Verhältnis von 12,07 gegeben war. Die Temperatur 4es- der zugeführten Flüssigkeit betrug 1I49 C und die des zugeführten Gases 117° C, und zwar gemessen am Einlaß vor dem Mischen. Der Druck in dem oberen Reaktorabschnitt und in der Zuführungsleitung H2 wurde auf 52,7 kg/cm gehalten und die in dem oberen Reaktorabschnitt erzielte Höchsttemperatur' betimg 177° C. Die am Bodenauslaß der oberen Reaktionssone gemessene Temperatur betrug ΠΛ° C.
Die aus dem oberen Teil des Reaktors nach der Abtrennung Überschüssigen Wasserstoffgases und dampfförmiger Produkte in den unteren Teil des Reaktors eintretende Flüssigkeit hatte eine Temperatur von 150° C; die Flüssigkeit wurde im Gegenstrom mit einem wasserstoffreichen Gas in Berührung gebracht, das'in den Boden des unteren Teiles mit einer Temperatur von 72° C eintrat. Durch die Leitung 50 wurde mit einer Temperatur von 139° C praktisch reines Cyclohexan abgezogen, das weniger als. 16 mg/kg Benzol enthielt, ν
BEISPIE L 3
Es wurde ein l6,0 Gewichtsprozent Benzol enthaltendes Flüssig-
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keitsgemisch mit einer Temperatur von 127° C dem oberen Teil des Reaktors zugeführt, in welchem es mit einem wasserstoffreichen Gas mit einer Temperatur von 120° C gemischt wurde. Die L.H.S.V.-Zuführungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit betrug 1,53 ft.5/hr./ft, Benzol und das Molverhältnis von Wasserstoff zu Benzol in der Mischung betrug 4£ 6,16 : 1. Der Druck in dem Reaktor wurde auf
2
*J5,7 kg/cm gehalten.
Die im oberen Abschnitt festgestellte Höchsttemperatur betrug 2O1I0 C und die Temperatur im Auslaß betrug -5Θ 202° C.
In der Zone 20 wurde die Flüssigkeit von überschüssigem Wasserstoff gas, inerten Stoffen, verdampften flüssigen Reaktionsprodukten befreit und trat dann in den unteren Teil des Reaktors mit einer Temperatur von 178° C ein.
In dem unteren Teil wurde die Flüssigkeit im Gegenstrom mit einem wasserstoffreichen Gas in Berührung gebracht, das mit einer Temperatur von Hl° G und in einer Menge von 7,7 SCFH in den unteren Teil des Reaktors eingeleitet wurde.
Das reine Verfahrensprodukt wurde durch die Leitung 50 mit einer Temperatur von 153° C abgezogen.
Die mittels einer Ultraviolettanalyse bestimmte Reinheit des Verfahrensproduktes ergab einen Benzolgehalt von weniger als 16 mg/kg.
Das Verfahren der Erfindung ermöglicht die Nutzbarmachung der exothermen Reaktionswärme durch die Erzeugung von Dampf. Das Verfahren der Erfindung bietet im Vergleich zu bekannten Verfahren den weiteren Vorteil niedrigerer Investierungs- und Betriebskosten, sowie einen niedrigeren Gehalt an Benzol in dem gewonnenen Cyclohexan. Das Verfahren der Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß es eine gleichförmigere Steuerung der Temperatur in der Reaktionszone ermöglicht.
Patentansprüche
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Claims (1)

  1. Dr. Ing. E. BERKENFELD ■ Dipl.-lng. h/bEBKENFEID, PateÄftirtwaffe? Köln
    Anlage . ' Aktenzeichen
    zur Eingabe vom 19# Sept. 1967 VA/ Name d. Anm. THE LÜMMUS COMPANY
    385 Madison Avenue NEW YORK, N. Y. 10017 Ü. S. A.
    PATENTANSPRUCH E
    1. Verfahren zur katalytischen Hydrierung eines flüssigen chemischen Stoffes durch Anlagerung von Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet, daß man in einer ersten Reaktionszone den zu hydrierenden Stoff und Wasserstoff im Gleichstrom über einen Hydrierungskatalysator führt, aus dieser Reaktionszone eine gasförmige, Wasserstoff und dampfförmige Stoffe enthaltende Phase und eine flüssige, Hydrierungsprodukte und nicht umgewandelten Stoff enthaltende Phase abzieht, in einer zweiten Reaktionszone die flüssige Phase und Wasserstoff im Gegenstrom über einen Hydrierungskatalysator führt und aus der zweiten Reaktionszone eine gasförmige, Wasserstoff und dampfförmige Stoffe enthaltende Phase und eine flüssige, praktisch ausschließlich das Hydrierungsprodukt enthaltende Phase abzieht*. . .
    2. Verfahren nacfr Ansp^Ush 1, d^acturch gekennzeichneii, daß man- Benzol zuCyclohexan hydriert. ; ;%.: . <-;, v.
    3. ' Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,dadurch gekenn-. zeichnet, daß man die aus den beiden ReaktibttSÄpnen abgezogenen gasförmigen Phasen durch einen Abhitaekessel fütirt.
    k. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die aus der ersten und zweiten Reaktionszone abgezogenen gasförmigen Phasen vereinigt und in mittelbaren Wärmfaustausch mit dem der ersten Reaktionszone zugeführten'hydrierenden Stoff führt.
    - 13 /2024
    5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die aus der'ersten und zweiten Reaktionszone abgezogenen Gasphasen ausreichend kühlt, um die dampfförmigen Stoffe zu kondensieren, und das Kondensat von dem verbleibenden Gas abtrennt und in die erste Reaktionszone zurückführt.
    6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein größerer Teil des Gases in die erste Reaktionszone zurückgeführt wird.
    7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen praktisch senkrecht angeordneten, durch Siebplatten (12 und 1*0 in eine obere und untere Reaktionszone (1.6 bzw. 18) und eine zwischen diesen Zonen liegende Dampfablaßzone (20) unterteilten Behälter (10), einen, mit der Dampfablaßzone (20) durch eine Leitung (28/54) verbundenen Separator (3*0 und den Separator (34) mit wenigstens einer der Reaktionszonen verbindenden, zur Rückführung von Gas bzw. Kondensat aus dem Separator dienenden Leitungen (3ßj 1JO; 42; 44).
    8» Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen sswischen der Dampfablaßzone (20) und dem Separator (3$) angeordneten Abilitzedampfkessel·
    9, Vorrichtung nach Anspruch 7 und/oder 8, gekennzeichnet durqh einen zwischen der Dampfablaßzone (20) bzw, Abhitzedampfkes^ei {52) angeordneten und innerhalb der vom separator (34) zu einer dejp Heitkfciipnszonen (16 bzw. 18) führenden Leitung (44/42) liegende^ Wäwneaüs1iausehei*(30)· . .
    10» Vorrichtung nacfc den Ansprüchen 7 bis 9, geKenßzeichnet durch einen ,zwischen dem Wärmeaustauscher (30) uild dejö Separator (34) ange4rdneten Kondensator (32).
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