DE2108281A1

DE2108281A1 - Verfahren zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid

Info

Publication number: DE2108281A1
Application number: DE19712108281
Authority: DE
Inventors: Günter Dr.; Suter Hubert Dr.; Wirth Friedrich Dr.; 6700 Ludwigshafen Pöhler
Original assignee: Badische Anilin and Sodafabrik AG
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1971-02-20
Filing date: 1971-02-20
Publication date: 1972-09-07
Also published as: CA965795A; FR2125590B1; AT315157B; IT951060B; GB1370959A; BE779547A; NL7202113A; FR2125590A1

Description

Badisohe Anilin- & Soda-Fabrik AG 2108281

Unser Zeichen: O.Z.27 358 Hee/Wil 6700 Ludwigshafen, 18.2.1971

Verfahren zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid

Diese Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid durch katalytische Oxidation von o-Xylol oder Naphthalin mit Luft in einem Rohrbündelreaktor.

Nach einem bekannten Verfahren kann man Phthalsäureanhydrid durch Oxidation aromatischer Kohlenwasserstoffe mit Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden Gasen in Gegenwart von Vanadinpentoxid enthaltenden Katalysatoren herstellen. Großtechnisch wird diese katalytische Oxidation in der Gasphase in Rohrbündelreaktoren mit 8 000 bis 1J5 000 Rohren, die mit einem Katalysator gefüllt und von einem Wärmeaustauschmedium, ζ. Β. einer Salzschmelze mit Temperaturen zwischen 350 und 430⁰G, umgeben sind, ausgeführt. Die Rohre haben einen Durchmesser von 25 mm und eine Länge von etwa 3 m. Sie sind mit einem kugelförmigen Katalysator gefüllt, dessen Teile einen Durchmesser von etwa 4 bis 12 mm haben und aus dem kugelförmigen Trägermaterial und der darauf angebrachten katalytisch'en . Masse bestehen. Die katalytische Masse besteht aus 1 bis 40 Gewichtsprozent, insbesondere 1 bis 15 Gewichtsprozent, Vanadinpentoxid und der restlichen Menge Titandioxid in der Anatas-Modifikation.

Die größten Rohrbündelreaktoren, die zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung stehen und in denen eine Jahresproduktion von etwa I9 000 t Phthalsäureanhydrid möglich ist, haben einen Rohrbodendurchmesser von 5 m und enthalten etwa 13 000 Rohre. Da mit dieser Größenordnung sowohl die maximale Breite der Walzbandstraßen für derartige Apparate als auch die obere Grenze für einen rationellen Transport der Reaktoren erreicht ist, ist es praktisch nicht möglich, noch größere Rohrbündelreaktoren zur Erzielung größerer Kapazitäten zur Verfügung zu stellen.

Da andererseits die Gestaltung der Rohre selbst, insbesondere deren Länge und innerer Durchmesser, das optimale Ergebnis langjähriger Untersuchungen darstellt, mußte es zweifelhaft sein,

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ia~ Verfahren zur Herstellung von Phthalsäure unter Beibehaltung des verfahrenstechnischen Prinzips, in seiner Leistungsfähigkeit insbesondere hinsichtlich einer wünschenswerten erheblichen Kapazitätserhöhung, zu verbessern.

Es wurde nun gefunden, daß man bei der Herstellung von Phthalsäureanhydrid durch Oxidation von o-Xylol oder Naphthalin mit Sauerstoff oder -Sauerstoff enthaltenden Gasen in Gegenwart von kugelförmigen Vanadinpentoxid und Titandioxid enthaltenden Träe-rkatalysatoren im Rohrbünde!reaktor die Produktionsleistung erheblich steigern kann, wenn die Rohre eine Länge von 4 bis 5 m und sine lichte Weite von 31,5 bis 40 mm, insbesondere 31,6 bie 3.1 mm, aufweisen, die Kataly sat or kugeln einen Durchmesser von 7 bis 9 -rwrhaben, und die Rohre mit einem Wärmeaustauschmittel umgeben sind, das außerhalb des Rohrbündelreaktors gekühlt, mit einer Temperatur von 370° bis 39O⁰C eingeführt und vorzugsweise im Gegenstror. zu den Ausgangsstoffen geleitet wird.

Sin RohrbündeIreaktor für das erfindungsgemäße Verfahren erreicht bei einem Rohrbodendurchmesser von 5 m und 9 230 Rohren eine Jahresproduktion bis zu 40 000 t Phthalsäureanhydrid. Bei dem so gesteigerten Durchsatz bleibt die Produktepezifikation, die insbesondere in der Hitzestabilität ihren Ausdruck findet, erhalten.

Dieses vorteilhafte Ergebnis ist deshalb außerordentlich überraschend, da nach allen bisherigen Erfahrungen auf dem Gebiet der Katalysatortechnik keine Vorteile von einer Vergrößerung des Rohrquerschnittes zu erwarten waren. So hatte man bisher bei Rohrquerschnittsvergrößerungen beobachtet, daß bei der Oxidation eine starke Steigerung der Temperaturen in den Rohren auftritt. Der Katalysator wurde dadurch geschädigt, da die bei der exothermen Reaktion freiwerdende Wärme infolge der im Verhältnis zum Katalysatorvolumen verkleinerten Rohroberfläche nicht mehr ausreichend abgeführt wird. Durch eine Senkung der Temperatur des die Rohre umgebenden Kühlmediums kann man hier keinen Ausgleich erzielen, da diese Maßnahme zur Folge hat, daß in den Randzonen ein ungenügender Umsatz oder sogar ein Abreißen der Oxidationsreaktion infolge Unterkühlung von der äußeren Wand her erfolgt. Eine Erhöhung der Gasgeschwindigkeit ist auch nicht

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■iiöglich, weil eine Mindestverweilzeit zur Erreichung der geforderten Reinheit des Phthalsäureanhydris nicht unterschritten werden darf. Bei zu kurzen Verweilzeiten werden in zu hohem Maße unteroxidierte Reaktionsprodukte gebildet, die bei der anschließenden Behandlung und Destillation nicht mehr entfernt werden können, so daß das Phthalsäureanhydrid"die Reinheit, die a. B. für eine Verwendung zur Herstellung von Polyesterharzen gefordert wird, nicht erreicht. Eine scharfe Vorbehandlung der Rohprodukte scheidet ebenfalls aus, da diese mit so hohen Materialverlusten verknüpft wäre,.so daß das Verfahren unwirtschaftlich würde.

Für das erfindungsgemäße Verfahren kommen als Rohr- und Katalysatormaterialien wie auch als Wärmeaustauschmittel die für die Herstellung von Phthalsäureanhydrid durch Luftoxidation an Festbettkontakten üblichen Stoffe in Betracht. Als Katalysatoren sind die in der DOS 1 442 590 beschriebenen kugelförmigen Katalysatoren besonders geeignet. Sie werden nach dem Verfahren dieser Erfindung mit einem Durchmesser von vorzugsweise 7*5 bis 8,5 mm angewendet. Gegenüber der herkömmlichen Methode erfordert die Verlängerung der Katalysatorschicht sowie die Erhöhung des Durchsatzes eine gewisse Pressung der gasförmigen Ausgangsmischung vor dem Reaktor. Dieser Vordruck beträgt etwa 1 bis 3, vorzugsweise 1,4 bis 2,1, atü.

Neben den schon genannten Vorteilen des neuen Verfahrens ergibt sich eine besondere Fortschrittlichkeit dadurch, daß die erreichte Produktionssteigerung von dem eingesetzten Rohstoff unabhängig ist und sowohl für o-Xylol als auch für Naphthalin erreicht wird. Die Ausbeuten sind dabei nahezu gleich wie bei der Herstellung von Phthalsäureanhydrid in den herkömmlichen Reaktionsrohren.

Beispiel ·

Ein Rohr mit ^2 mm lichter Weite und einer Länge von 4 m wird mit einem Katalysator gefüllt. Dieser besteht aus Steatitkugeln mit einem Durchmesser von 8 mm, die mit 6 Gew.^, bezogen auf das Gesamtgewicht, einer katalytischen Masse versehen sind. Die

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katalytische Masse besteht aus 6 Gew.% Vanadinpentoxid und 9A Gew.% Anatas. Das Rohr ist mit einer Salpeterbadschmelze, die .auf 375°C geheizt ist, umgeben. Durch das Rohr werden im Dauerbetrieb 12 Nm^ Luft, die mit 4θ g technischem o-Xylol je Nm^ Luft beladen sind, geleitet. Um diese Gasmenge durch die Reaktionsapparatur zu pressen, ist ein Druck von 1,7 atü notwendig. Der Druckabfall im Reaktionsrohr selbst beträgt 1,5 atU. Hinter dem Reaktionsrohr werden stündlich 500 g Phthalsäureanhydrid in fester Form abgeschieden. Das entspricht einer theoretischen Ausbeute von 78,5 %, unter Berücksichtigung des eingesetzten o-Xylol-Gehaltes von 95 %>

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Claims

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Patentansprüche

1J Verfahren zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid durch Oxi- -^ dation von o-Xylol oder Naphthalin mit Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden Gasen in Gegenwart von kugelförmigen, Vanadinpentoxid und Titandioxid enthaltenden Trägerkatalysatoren im Rohrbündelreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre eine Länge von 4 bis 5 m und eine lichte Weite von 31,5 bis 40 mm aufweisen, die Katalysatorkugeln einen Durchmesser von 7 bis 9 mm haben und die Rohre mit einem Wärmeaustauschmittel umgeben sind, das außerhalb des Rohrbundelreaktors gekühlt, mit einer Temperatur von 370 bis 390⁰C eingeführt und vorzugsweise im Gegenstrom zu den Ausgangsstoffen geleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre eine lichte Weite von 31,6 bis 33 mm aufweisen und die Katalysatorkugeln einen Durchmesser von 7*5 bis 8,5 mm haben.

Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG

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