DE3231813A1 - Method of removing enthalpy from gas/liquid suspension reactors - Google Patents

Method of removing enthalpy from gas/liquid suspension reactors

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Heinz-Josef Dr. 5060 Bergisch-Gladbach Schmitz
Axel Dr. 5068 Odenthal Schulz-Walz
Günter Dr. 5000 Köln Stammann
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Abstract

In gas/liquid reactors or suspension reactors (3), in which the heat transfer obtained on incorporated heat exchange surfaces is too poor and evaporative cooling is not possible, the gas rate fed in is increased above the level required for the reaction to such an extent that the liquid-laden gas largely transports the enthalpy of reaction out of the reactor. A gas circulation system with a condenser (8) is preferred. The gases which are in the critical region under the conditions prevailing in the reactor are particularly suitable. <IMAGE>

Description

Verfahren zur Enthalpie-Abführ aus Gas/Flüssig- undProcess for enthalpy removal from gas / liquid and

Suspensionsreaktoren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung exothermer Reaktionen in Gas/Flüssig-Reaktoren bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur. Insbesondere richtet es sich auf die Enthalpie-Abfuhr bei exothermen Gas/Flüssig-Reaktionen in Gas/Flüssig-Reaktoren bzw.Suspension reactors The invention relates to a method of implementation exothermic reactions in gas / liquid reactors at elevated pressure and temperature. In particular, it is aimed at the removal of enthalpy in exothermic gas / liquid reactions in gas / liquid reactors or

Suspensionsreaktoren.Suspension reactors.

In "Ullmann's Enzyklopädie der Technischen Chemie" ist zusammenfassend über die Abfuhr der Reaktionsenthalpie bei Suspensionsreaktionen dargestellt, die Temperatur über den Reaktormantel, eingebaute Wärmetauscher oder über einen äußeren Umlauf zu regeln. Die letzte Möglichkeit soll entfallen, wenn die Förderung der Suspension betriebliche Schwierigkeiten bereitet oder den Katalysator schädigt. Bei exothermen Reaktionen ist auch die Siedekühlung bekannt.In "Ullmann's Encyclopedia of Technical Chemistry" is a summary on the removal of the enthalpy of reaction in suspension reactions shown, the Temperature via the reactor jacket, built-in heat exchanger or an external one To regulate circulation. The last option should be omitted if the promotion of the Suspension causes operational difficulties or damages the catalyst. Evaporative cooling is also known for exothermic reactions.

Bei einem eingesteckten Wärmetauscherbündel ergeben sich Einschränkungen hinsichtlich der maximalen im Reaktor unterbringbaren Wärmeaustauschflächen; man ist in bezug auf den Wärmeübergang auf die vom Transport des Produktes durch den Reaktor herrührenden Strömungsgeschwindigkeiten angewiesen. Bei den bekannten Anwendungsfällen steht die Wärmeaustauschfläche in direktem Kontakt mit der Suspension; sie ist somit Korrosionserscheinungen, ebenso einer eventuellen Krusten- oder Kristallbildung ausgesetzt und unterliegt dem vollen Betriebsdruck. Insbesondere bei hochwertigen Werkstoffen und hohem Betriebsdruck sind gerührte Systeme oder Systeme mit externer Umwälzung im Einsatz, um Strömungsbedingungen für einen guten Wärmeübergang zwischen der Suspension und der Wärmetauscherwand sicherzustellen. Solche Systeme sind bei großen Reaktoren sehr aufwendig. Rührwerke sind bis 60 bar, mit hohem Aufwand bis etwa 80 bar, realisierbar; ähnliche Grenzen ergeben sich für die unter vollem Betriebsdruck stehenden Umwälzpumpen bei externen Wärmetauschersystemen. Erschwerend ist bei den Umwälzsystemen neben dem hohen Betriebsdruck, wenn eine Suspension (der Katalysator ist häufig ein fester Stoff) umgewälzt und, aus Gründen der Katalysatorschädigung, diese Umwälzung auch noch schonend erfolgen muß.There are restrictions when the heat exchanger bundle is inserted in terms of the maximum in the reactor heat exchange surfaces that can be accommodated; one is with regard to the heat transfer on that of the transport of the product through the flow velocities originating in the reactor. With the known Applications, the heat exchange surface is in direct contact with the suspension; it is therefore a sign of corrosion, as well as a possible formation of crusts or crystals exposed and subject to full operating pressure. Especially with high quality Materials and high operating pressure are stirred systems or systems with external Circulation in use to create flow conditions for good heat transfer between to ensure the suspension and the heat exchanger wall. Such systems are at large reactors very expensive. Agitators are up to 60 bar, with great effort up to about 80 bar, achievable; there are similar limits for those under full operating pressure standing circulation pumps in external heat exchanger systems. It is difficult with the Circulation systems in addition to the high operating pressure when a suspension (the catalyst is often a solid material) and, for reasons of catalyst damage, this upheaval must also be carried out gently.

Ist eine externe Umwälzung nicht möglich, kann die technische Realisierung infrage gestellt sein, wenn die benötigten Wärmeaustauschflächen im Reaktor nicht unterzubringen sind. Eine Siedekühlung ist wegen der hohen Drucke im allgemeinen nicht möglich, da die Siedetemperaturen zu hoch liegen.If external circulation is not possible, the technical implementation be called into question if the required heat exchange surfaces in the reactor are not are to be accommodated. Evaporative cooling is generally used because of the high pressures not possible because the boiling temperatures are too high.

Allen diesen direkt mit Suspension beaufschlagten Wärmeaustauschsystemen gemeinsam ist die schwierige Berechnung einer Großanlage (Scale-up) sowie der hohe finanzielle und zeitliche Aufwand bei der Pilotierung.All of these heat exchange systems directly exposed to suspension together is the difficult one Calculation of a large system (scale-up) as well as the high financial and time expenditure involved in the piloting.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Enthalpie-Abfuhr aus Gas/Flüssig-Reaktoren, insbesondere auch aus Suspensionsreaktoren, zu entwickeln, das auch unter erschwerten Bedingungen, wie erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur, eine sichere Abfuhr der Reaktionsenthalpie aus dem Reaktor gewährleistet. Es soll außerdem die Dimensionierung ohne Pilotversuche frühzeitig auf der Basis allgemein anerkannter Berechnungsgrundlagen möglich sein und auf der Basis dieser technischen Auslegung frühzeitig nachgewiesen werden können, daß ein wirtschaftlicher Betrieb möglich ist.The object of the invention is to provide a method for enthalpy removal To develop gas / liquid reactors, in particular from suspension reactors, that even under difficult conditions, such as increased pressure and temperature, a safe removal of the enthalpy of reaction from the reactor is guaranteed. It should In addition, the dimensioning without pilot tests at an early stage on the basis in general recognized calculation bases and on the basis of these technical Design can be proven at an early stage that an economical operation is possible.

Die Aufgabe wird durchiein Verfahren gelöst, bei dem die Menge des einströmenden, mit dem flüssigen Reaktionsmedium nicht oder gering beladenen Gases über das reaktionsbedingte Maß erhöht wird, wobei bevorzugt die 5- bis 15-fache Menge des stöchiometrischen Bedarfs eingesetzt wird.The object is achieved by a method in which the amount of inflowing gas that is not or only slightly loaded with the liquid reaction medium is increased over the reaction-related level, preferably 5 to 15 times Amount of the stoichiometric requirement is used.

Die reaktionsbedingte Menge schließt dabei den aus reaktionskinetischen Gründen häufig eingesetzten Überschuß des Gases äber die stöchiometrisch bedingte Menge hinaus ein. Der Wert liegt dabei gewöhnlich im Bereich bei 10 %.The amount caused by the reaction excludes that of the reaction kinetic Reasons often used excess of the gas over the stoichiometric Crowd out a. The value is usually in the range of 10%.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Gas zumindest teilweise im Kreis geführt und ihm Wärme außerhalb des Reaktors entzogen. Dabei kann die Energie der exothermen Reaktion zur Erzeugung von Nutzdampf genutzt werden, und die auskondensierte Flüssigkeit kann im Temperaturbereich von -15 bis 1000C, vorzugsweise im Bereich von 20 bis 700C, dem Reaktor wieder zugeführt werden.In a preferred embodiment, the gas is at least partially Circulated and withdrawn heat from outside the reactor. In doing so, the energy the exothermic reaction can be used to generate useful steam, and the condensed Liquid can be in Temperature range from -15 to 1000C, preferably in the range from 20 to 700C, are fed back into the reactor.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf Gas/Flüssig-Reaktoren beschränkt. Es läßt sich in gleicher Weise auch bei Suspensionsreaktoren anwenden, bei denen neben den gasförmigen und flüssigen Stoffen auch feste Stoffe, in der Regel sind es die Katalysatoren, vorhanden sind.The process of the invention is not based on gas / liquid reactors limited. It can also be used in the same way in suspension reactors, in which, in addition to gaseous and liquid substances, there are also solid substances in which Usually it is the catalysts that are in place.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders gut mit Gas/Flüssig-Stoffsystemen durchführen, bei denen unter den Reaktionsbedingungen relativ große Flüssigkeitsmengen in das zugeführte Gas übergehen und sich diese Flüssigkeitsmengen durch Temperaturabsenkung in einer nachgeschalteten Kondensationsstufe bei möglichst hoher Temperatur wieder auskondensieren lassen. Das erste Kriterium ist wichtig, damit der Gasdurchsatz durch den Reaktor nicht zu groß werden muß, das zweite für die Frage der Wärmerückgewinnung auf hohem Temperaturniveau (Nutzdampferzeugung). Läßt das System grundsätzlich die Verwendung verschiedener Lösungsmittel zu, so sollte dieser Gesichtspunkt bei der Auswahl des Lösungsmittels berücksichtigt werden. Dabei ist die hohe Löslichkeit der Flüssigkeit im Gas im allgemeinen durch ein Arbeiten im Bereich des kritischen Druckes gegeben, da in diesem Bereich die Löslichkeit bei den meisten Stoffsystemen weit über das normale Maß hinaus nimmt.Besonders geeignet ist bei einem Temperaturbereich von 100 bis 2500C und bei Drucken von 60 bis 200 bar Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Ethanol. Kohlenmonoxid allein oder zumindest als Komponente im Kreisgas ist ganz besonders bevorzugt.The process according to the invention works particularly well with gas / liquid material systems perform in which relatively large amounts of liquid under the reaction conditions pass into the supplied gas and these amounts of liquid are reduced by lowering the temperature in a downstream condensation stage at the highest possible temperature let condense out. The first criterion is important for the gas throughput the reactor does not have to become too large, the second for the question of heat recovery at a high temperature level (useful steam generation). If the system basically leaves the Using different solvents too, this should be considered when considering Choice of solvent must be taken into account. Here is the high solubility of the liquid in the gas in general by working in the range of the critical Pressure is given, since in this area the solubility of most substance systems increases far beyond the normal range. It is particularly suitable for a temperature range from 100 to 2500C and at pressures from 60 to 200 bar carbon monoxide, carbon dioxide and ethanol. Carbon monoxide is alone or at least as a component in the cycle gas especially preferred.

Die Kohlenmonoxid enthaltenden Gasgemische können als weiteren wesentlichen Reaktionspartner Wasserstoff enthalten; dabei sind Molverhältnisse von Kohlenmonoxid zu Wasserstoff von 1:4 bis 20:1 bevorzugt.The gas mixtures containing carbon monoxide can be further essential Reactants contain hydrogen; here are molar ratios of carbon monoxide to hydrogen from 1: 4 to 20: 1 preferred.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann das im Kohlenmonoxid enthaltene Gasgemisch als wesentlichen Reaktionspartner molekularen Sauerstoff enthalten, wobei Molverhältnisse von Kohlenmonoxid zu Sauerstoff von 1:1 bis 50:1, ganz besonders von 2:1 bis 25:1, bevorzugt sind.In a further embodiment of the method, this can be in carbon monoxide The gas mixture contained contains molecular oxygen as an essential reactant, wherein molar ratios of carbon monoxide to oxygen from 1: 1 to 50: 1, very particularly from 2: 1 to 25: 1 are preferred.

Bei der Durchführung des Verfahrens, insbesondere bei Verwendung von Kohlenmonoxid/Wasserstoff und von Kohlenmonoxid/Sauerstoff enthaltenden Gasgemischen, kann es vorteilhaft sein, zusätzlich Inertgase zuzugeben bzw. im Kreis zu führen, um einen Inertgasspiegel auf rechtzuerhalten, der die Bildung explosiver Gemische verhindert. Als Inertgase sind insbesondere Stickstoff und/oder Kohlendioxid geeignet.When performing the procedure, especially when using Carbon monoxide / hydrogen and gas mixtures containing carbon monoxide / oxygen, it can be advantageous to add additional inert gases or to circulate them, to maintain an inert gas level that prevents the formation of explosive mixtures prevented. Particularly suitable inert gases are nitrogen and / or carbon dioxide.

Die in den Reaktor eingeleiteten Gasmengenströme liegen bevorzugt im Bereich des 5- bis 15-fachen des stöchiometrisch benötigten Massenstromes. Bei bestimmten Reaktionen müssen bei einer Kreisgasführung unerwünschte Gasanteile vor der Wiedereinspeisung des Gases in den Reaktor aus dem Gaskreislauf entfernt werden; solche Operationen werden durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht behindert und müssen erforderlichenfalls in bekannter Weise auch hier durchgeführt werden.The gas flows introduced into the reactor are preferred in the range of 5 to 15 times the stoichiometrically required mass flow. at certain reactions must be accompanied by undesirable gas fractions when circulating gas is carried out removed from the gas cycle after the gas is fed back into the reactor; such operations are not hindered by the method according to the invention and must also be carried out here in a known manner if necessary.

Grundsätzlich kann natürlich auch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Wärme aus einem Reaktor herausgebracht werden, wenn das Gas überhaupt nicht an der Reaktion beteiligt ist.In principle, of course, the method according to the invention can also be used Heat can be brought out of a reactor when the gas is not at all at the Reaction is involved.

Als Reaktoren für die Durchführung der Reaktion können im Prinzip alle bekannten Apparaturen für Gas/ Flüssig-Systeme verwendet werden. Wegen ihrer Einfachheit sind Reaktoren ohne innere Einbauten, wie Rohr-, Schlaufen- oder Strahldüsenreaktoren, bevorzugt. In der Regel ist ein Rührwerk nicht erforderlich; die zur Verfügung stehenden Flüssigkeits- und Gasströme, die in den Reaktor eingeführt werden, sind groß genug, um eine Durchmischung des Reaktionsraums mit ausreichend hoher Energiedissipationsdichte zu erzielen.As reactors for carrying out the reaction can in principle all known apparatus for gas / liquid systems can be used. Because of her Simplicity are reactors without internal fittings, such as tube, loop or jet nozzle reactors, preferred. As a rule, an agitator is not required; the ones available Liquid and gas flows introduced into the reactor are large enough a thorough mixing of the reaction space with a sufficiently high energy dissipation density to achieve.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet zur Herstellung von aroma tischen Urethanen aus aromatischen Nitroverbindungen, zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen nach Fischer-Tropsch, zur Herstellung von niederen aliphatischen Alkoholen aus Kohlenmonoxid/Wasserstoff-Ge-, mischen, zur Herstellung von Aldehyden und Alkohlen aus Olefinen und Kohlenmonoxid/Wasserstoff-Gemischen (Hydroformylierung), zur Durchführung einer Carbonylierung von Olefinen und/oder Acetylenen mit Kohlenmonoxid und Verbindungen der allgemeinen Formel R-OH oder R2NH (Reppe-Synthese) und zur Oxycarbonylierung, wie z.B. der Herstellung von Kohlensäureestern aus Kohlenmonoxid, Alkoholen und Sauerstoff oder der Oxycarbonylierung von aromatischen Aminen oder Harnstoffen mit Nitroverbindungen und/oder molekularem Sauerstoff.The method according to the invention is suitable for producing aroma table urethanes made from aromatic nitro compounds for the production of hydrocarbons according to Fischer-Tropsch, for the production of lower aliphatic alcohols from carbon monoxide / hydrogen, mix, for the production of aldehydes and alcohols from olefins and carbon monoxide / hydrogen mixtures (Hydroformylation), for carrying out a carbonylation of olefins and / or Acetylenes with carbon monoxide and compounds of the general formula R-OH or R2NH (Reppe synthesis) and for oxycarbonylation, such as the production of carbonic acid esters from carbon monoxide, alcohols and oxygen or the oxycarbonylation of aromatic Amines or ureas with nitro compounds and / or molecular oxygen.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Vorteile auf: Die technische Durchführung von Gas/Flüssig-Reaktionen mit zur Krustenbildung neigenden Suspensionskatalysatorsystemen wird möglich.The inventive method has the following advantages: The technical Carrying out gas / liquid reactions with suspension catalyst systems that tend to form crusts becomes possible.

Die Durchführung der Reaktion in einem Großreaktor, anstelle der aus Gründen der Unterbringung der benötigten Wärmeaustauschflächen gewählten größeren Anzahl von kleineren Reaktoren, wird möglich.Carrying out the reaction in a large reactor, instead of from Reasons for accommodating the required heat exchange surfaces selected larger Number of smaller reactors becomes possible.

Die beim Kreisgaswärmetauscher wegfallende Beschränkung der Baugröße ermöglicht eine Rückgewinnung der Reaktionsenthalpie zum Zwecke der Nutzdampferzeugung in erheblichem Umfang.The limitation of the size, which does not apply to the circulating gas heat exchanger enables the enthalpy of reaction to be recovered for the purpose of generating useful steam to a considerable extent.

Die Ausbildung des Reaktors wird vereinfacht; mechanische Rührer entfallen, da über die umlaufenden Stoffströme Energie in ausreichendem Maß im Reaktor dissipiert werden kann. Der Reaktor wird kleiner.The design of the reactor is simplified; no mechanical stirrer because energy is dissipated to a sufficient extent in the reactor via the circulating material flows can be. The reactor is getting smaller.

Die einfache Reaktor-Konstruktion ohne Einbauten macht den Einsatz von hochwertigen Sonderwerkstoffen, etwa sprengplattierter Verbundmaterialien, erst möglich und gestattet somit die Durchführung von Reaktionen mit erhöhten Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe.The simple reactor construction without internals makes the use of high-quality special materials, such as explosion-clad composite materials, first possible and thus allows reactions with increased requirements to be carried out the materials used.

Bei Einsatz von korrosiv wirkenden Suspensionssystemen können die Kreisgaswärmetauscher im allgemeinen aus einfacheren Werkstoffqualitäten hergestellt werden als die in Kontakt mit der Suspension stehenden Wärmetauscher.When using corrosive suspension systems, the Circulating gas heat exchangers in general simpler material qualities are produced as the heat exchangers in contact with the suspension.

Eine verfahrenstechnische Bearbeitung ist frühzeitig auf gesicherter Basis möglich, ohne Probleme des Wärmeübergang und des Scale-up in langwierigen und kostenintensiven Pilotanlagen untersuchen zu müssen.A procedural processing is secured early on Base possible without problems of heat transfer and scale-up in lengthy and having to examine costly pilot plants.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist beispielhaft in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 das erfindungsgemäße Verfahren mit Kreisgasführung und Rückführung der auskondensierten, gekühlten Flüssigkeit; Fig. 2 Verfahren nach dem Stand der Technik; Fig. 3 das erfindungsgemäße Verfahren bei einem mehrstufigen Prozeß.The method according to the invention is shown by way of example in the drawing and described in more detail below. 1 shows the method according to the invention with circulating gas and recirculation of the condensed, cooled liquid; FIG. 2 the prior art method; FIG. 3 shows the method according to the invention in a multi-stage process.

Fig. 1 zeigt eine Gas/Flüssig-Reaktion in einem Suspensionsreaktor mit einem festen Katalysator. Die gasförmigen Komponenten werden über die Rohrleitung 1, die flüssigen Komponenten und der suspendierte Katalysator über die Rohrleitung 2 in den Reaktor 3 eingeführt. Das aus dem Reaktor austretende Gas 4 wird über einen Wäscher 5 unter Aufgabe von Waschflüssigkeit über die Zuspeisung 6 von mitgerissenen Flüssigkeitströpfchen und Katalysatorteilchen gereinigt. Das mit Reaktionsflüssigkeit beladene Gas gelangt über die Leitung 7 in den Kondensator 8 und wird in dem nachgeschalteten Phasenscheider 9 in Flüssigphase und Gasphase getrennt. Die Hauptmenge der Flüssigkeit wird über die Rohrleitung 10 in einen nachgeschalteten Kühler 11 geführt, in dem die Temperatur der Kühlflüssigkeit in Abhän gigkeit von der Reaktionstemperatur im Reaktor 3 eingestellt wird. über die Pumpe 12 wird die Flüssigkeit in den Reaktor 3 eingespeist. Das im Abscheider 9 anfallende Gas wird über die Rohrleitung 13 in die Reinigungsstufe 14 geführt, in der gasförmige Reaktionsprodukte abgetrennt und über die Rohrleitung 15 ausgeschleust werden. Das gereinigte und gekühlte Gas wird über den Kreisgaskompressor 16 in den Reaktor 3 zurückgeführt. Das flüssige Reaktionsprodukt wird dem Reaktor 3 über die Leitung 17 entnommen.Fig. 1 shows a gas / liquid reaction in a suspension reactor with a solid catalyst. The gaseous components are released through the pipeline 1, the liquid components and the suspended catalyst via the pipeline 2 introduced into reactor 3. The gas exiting from the reactor 4 is via a Washer 5 with the application of washing liquid via the feed 6 of entrained Liquid droplets and catalyst particles cleaned. That with reaction liquid loaded gas passes through the Line 7 in the capacitor 8 and is separated into the liquid phase and gas phase in the downstream phase separator 9. The main amount of the liquid is via the pipeline 10 into a downstream Radiator 11 out, in which the temperature of the cooling liquid in depen dence of the reaction temperature in reactor 3 is set. The pump 12 is the Liquid fed into the reactor 3. The gas produced in the separator 9 is passed through the pipeline 13 into the purification stage 14, in which the gaseous reaction products separated and discharged via the pipeline 15. The cleaned and cooled gas is fed back into reactor 3 via recycle gas compressor 16. The liquid reaction product is withdrawn from reactor 3 via line 17.

In der Anlage gemäß Fig. 1 wurde beispielsweise Nitrobenzol als 20 %ige Lösung in Ethanol mit Kohlenmonoxid bei 1800C und 90 bar umgesetzt. In der Einsatzlösung war mit etwa 6 Gew.-% ein Katalysatorsystem enthalten, das im wesentlichen aus feinkörnigem suspendiertem Eisenoxid und Eisenchlorid neben geringen Mengen Palladium bestand.In the system according to FIG. 1, for example, nitrobenzene was used as 20 % solution in ethanol reacted with carbon monoxide at 1800C and 90 bar. In the The feed solution contained about 6% by weight of a catalyst system which essentially from fine-grained suspended iron oxide and iron chloride in addition to small amounts Palladium existed.

Es wurden 2,53 kg/h Nitrobenzol und 18,69 kg/h Gas eingesetzt. Der Reaktor 3 war ein Blasensäulenreaktor.2.53 kg / h of nitrobenzene and 18.69 kg / h of gas were used. Of the Reactor 3 was a bubble column reactor.

Von der im Abscheider 9 abgetrennten Flüssigkeit wurde ein kleiner Teilstrom 6 für den Waschvorgang im Wäscher 5 abgezogen. Die Hauptmenge des Flüssigkeitsstromes wurde im Wärmetauscher 11 auf die erforderliche Temperatur herabgekühlt. Das bei der Reaktion gebildete Kohlendioxid verließ den Gasreiniger 14 über die Rohrleitung 20. Im Reaktor 3 selbst waren keine Wärmeaustauschereinbauten zur Abfuhr der bei 1900C und 90 bar Druck auftretenden Reaktionsenthalpie von 3,73 kW.The liquid separated in the separator 9 became smaller Partial flow 6 withdrawn for the washing process in the washer 5. The bulk of the liquid flow was in the heat exchanger 11 to the required Cooled down temperature. The carbon dioxide formed during the reaction left the gas cleaner 14 via the Pipeline 20. In reactor 3 itself, there were no built-in heat exchangers for discharge the enthalpy of reaction of 3.73 kW occurring at 1900C and 90 bar pressure.

Die Reaktionsenthalpie wurde über den Kühler/Kondensator 8 bei hohem Temperaturniveau aus dem System herausgezogen. Der Kondensator 8 war im Gegensatz zum Werkstoff des Reaktors 3 aus billigem Kohlenstoffstahl gefertigt. Das Kreisgas bestand zu 90 Vol.-% aus Kohlenmonoxid; die Restmenge war im wesentlichen Kohlendioxid. Die gesamte in den Reaktor 3 eingeleitete Kohlenmonoxidmenge betrug etwa das 10-fache der stöchiometrisch benötigten Kohlenmonoxidmenge. Die Kreisgasmenge wurde dabei so festgelegt, daß die abzuführende Reaktionswärme vollständig aus dem System herausgeführt wurde, wobei 70 % der Reaktionswärme durch den Phasenübergang, die restlichen 30 % als latente Wärme der Stoffströme gemäß deren spezifischer Wärmekapazität und den Einspeisetemperaturen abgeführt wurden.The enthalpy of reaction was via the cooler / condenser 8 at high Temperature level pulled out of the system. The capacitor 8 was in contrast the material of the reactor 3 made of cheap carbon steel. The cycle gas consisted of 90% by volume of carbon monoxide; the remainder was essentially carbon dioxide. The total amount of carbon monoxide introduced into the reactor 3 was about 10 times the stoichiometrically required amount of carbon monoxide. The amount of circulating gas was thereby so determined that the heat of reaction to be dissipated is completely removed from the system was, with 70% of the heat of reaction through the phase transition, the remaining 30 % as latent heat of the material flows according to their specific heat capacity and the feed temperatures were removed.

Ein technischer Großreaktor kann ohne Probleme in der beschriebenen Art betrieben werden.A large technical reactor can be described without problems in the Kind of operated.

Das Verfahren nach dem Stand der Technik ist in Fig. 2 dargestellt. Gleichwirkende Apparateteile tragen dabei die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1. Es wurden 7,58 kg/h Nitrobenzol als 20 %ige Lösung in Ethanol mit 6,13 kg/h Kohlenmonoxid bei 1800C und 90 bar umgesetzt.The prior art method is shown in FIG. Apparatus parts with the same effect have the same reference numerals as in Fig. 1. There were 7.58 kg / h of nitrobenzene as a 20% solution in ethanol with 6.13 kg / h of carbon monoxide implemented at 1800C and 90 bar.

Das Katalysatorsystem (6 Gew.-% der Einsatzlösung) bestand im wesentlichen aus Eisenoxid und Eisenchlo- rid sowie geringen Mengen Palladium. Reaktionsbedingt lag die Kohlenmonoxidmenge etwas über dem stöchiometrischen Bedarf (1,2-fache der Stöchiometrie). In dem Phasenscheider 9 wurden die Gasbestandteile über die Rohrleitung 20 und die flüssigen Bestandteile über die Rohrleitung 21 abgeführt.The catalyst system (6 wt% of the feed solution) essentially passed of iron oxide and iron chloride rid and small amounts of palladium. Due to the reaction, the amount of carbon monoxide was slightly above the stoichiometric requirement (1.2 times the stoichiometry). In the phase separator 9, the gas components Discharged via the pipeline 20 and the liquid components via the pipeline 21.

Die abzuführende Reaktionsenthalpie betrug 10,2 kW; gemessene Wärmedurchgangswerte lagen bei 100 W/m2K mit starken zeitlichen Schwankungen. Die installierte Wärmeaustauschfläche (eine Kühlschlange im Reaktor) betrug 58 m2/m3; die unter Berücksichtigung der erwünschten Wärmerückgewinnung benötigte Fläche betrug 52 m2/m3. Aus Korrosionsgründen kam Hastelloy C zum Einsatz.The enthalpy of reaction to be removed was 10.2 kW; measured heat transfer values were 100 W / m2K with strong fluctuations over time. The installed heat exchange surface (one cooling coil in the reactor) was 58 m2 / m3; taking into account the desired The area required for heat recovery was 52 m2 / m3. Hastelloy came for reasons of corrosion C used.

Die in der Versuchsanlage ermittelte spezifische Wärmeaustauschfläche ist in einem großtechnischen Reaktor nicht unterzubringen. Für die technische Durchführung dieser Reaktion ist dieses Verfahren nicht geeignet.The specific heat exchange area determined in the test facility cannot be accommodated in a large-scale reactor. For the technical implementation this process is unsuitable for this reaction.

In der Apparatur gemäß Fig. 3 wurden 2,11 kg/h Dinitrotoluol in Lösung mit 1,98 kg/h Kohlenmonoxid bei 1700C und 140 bar zu Toluylendiurethan umgesetzt. Die umzusetzende Flüssigkeit wurde über die Rohrleitung 25 zunächst dem Reaktor 26 und dann über die Rohrleitungen 27 bis 30 in die nachfolgenden Reaktoren 31 bis 34 geleitet. Die Flüssigkeit verließ den Reaktor 34 über die Rohrleitung 35. Zur Abführung der Reaktionsenthalpie wurde ein Kreisgasstrom von 22,83 kg/h über die Rohrleitung 36 mit 600C und ein Kreisflüssigkeitsstrom von 10,68 kg/h mit 400C über die Rohrleitung 37 in die Reaktionsstufen zurückgeführt. Die Einspeisung in die Reaktoren erfolgte gasseitig über die Zuleitungen 38 bis 42, flüssigkeitsseitig über die Zuleitungen 43 bis 47. Die Einspeisung in die einzelnen Reaktoren wurde dabei über entsprechende Regelorgane in Abhängigkeit von der Reaktorinnentemperatur so vorgenommen, daß gerade die im jeweiligen Reaktor anfallende Reaktionsenthalpie abgeführt wurde. Die rückgeführten Flüssigkeits- und Gasströme wurden dabei im Verhältnis der Reaktionsenthalpie im Verhältnis 1:0,6:0,2:0,14:0,06 auf die Reaktoren aufgeteilt. Der gesamte Kreisgasstrom, der über die Leitung 36 zurückgeführt wurde, lag dabei - als Kohlenmonoxid-Äquivalent gerechnet - bei der 11,53-fachen Menge gegenüber der stöchiometrisch benötigten Kohlenmonoxidmenge.In the apparatus according to FIG. 3, 2.11 kg / h of dinitrotoluene were dissolved reacted with 1.98 kg / h carbon monoxide at 1700C and 140 bar to give toluene diurethane. The liquid to be converted was first of all to the reactor via pipe 25 26 and then via the pipes 27 to 30 into the subsequent reactors 31 to 34 headed. The liquid left the reactor 34 via the pipe 35. Zur Removal of the enthalpy of reaction was a circulating gas stream of 22.83 kg / h over the Pipeline 36 at 600C and a circulating liquid flow of 10.68 kg / h with 400C returned to the reaction stages via pipeline 37. The feed into the reactors took place on the gas side via the feed lines 38 to 42, on the liquid side via the feed lines 43 to 47. The feed into the individual reactors was at the same time via appropriate regulating devices depending on the internal reactor temperature made so that just the reaction enthalpy occurring in the respective reactor was discharged. The recirculated liquid and gas flows were in proportion the enthalpy of reaction in the ratio 1: 0.6: 0.2: 0.14: 0.06 divided between the reactors. The entire circulating gas stream, which was returned via line 36, was there - calculated as carbon monoxide equivalent - at 11.53 times the amount compared to the stoichiometrically required amount of carbon monoxide.

Claims (8)

Patentansprüche e Verfahren zur Durchführung exothermer Reaktionen in Gas/Flüssig-Reaktoren bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des einströmenden, mit dem flüssigen Reaktionsmedium nicht oder gering beladenen Gases über das reaktionsbedingte Maß erhöht wird, wobei bevorzugt die 5- bis 15-fache Menge des stöchiometrischen Bedarfs eingesetzt wird.Claims e method for carrying out exothermic reactions in gas / liquid reactors at elevated pressure and temperature, characterized in that that the amount of the inflowing, with the liquid reaction medium is little or no loaded gas is increased over the reaction-related level, preferably the 5 to 15 times the amount of the stoichiometric requirement is used. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas zumindest teilweise im Kreis geführt wird und ihm Wärme außerhalb des Reaktors entzogen wird.2) Method according to claim 1, characterized in that the gas is at least partially circulated and withdrawn from it heat outside the reactor will. 3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch die auskondensierte Flüssigkeit dem Reaktor wieder zugeführt wird.3) The method according to claim 2, characterized in that the condensed liquid is fed back to the reactor. 4) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der eingespeisten Ströme tiefer ist als die Temperatur im Reaktor.4) Process according to Claims 1 to 3, characterized in that the temperature of the streams fed in is lower than the temperature in the reactor. 5) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch abgewandelt, daß neben den flüssigen und gasförmigen Stoffen im Reaktor auch feste Stoffe vorhanden sind. 5) Process according to Claims 1 to 4, modified in that in addition to The liquid and gaseous substances in the reactor also contain solid substances. 6) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gas eingespeist wird, das unter den im Reaktor herrschenden Bedingungen im kritischen Bereich vorliegt.6) Process according to Claims 1 to 5, characterized in that a gas is fed in, which under the conditions prevailing in the reactor in the critical Area is present. 7) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Kohlenmonoxid ist oder Kohlenmonoxid enthält.7) Process according to Claims 1 to 6, characterized in that the gas is or contains carbon monoxide. 8) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7 zur Herstellung von Urethanen aus aromatischen Nitro-Verbindungen, Kohlenwasserstoffen nach Fischer-Tropsch, niederen aliphatischen Alkoholen, von Aldehyden und Alkoholen (Hydroformylierung) und zur Carbonylierung von Olefinen und/oder Acetylenen nach der Reppe-Synthese.8) Process according to Claims 1 to 7 for the production of urethanes from aromatic nitro compounds, hydrocarbons according to Fischer-Tropsch, lower aliphatic alcohols, aldehydes and alcohols (hydroformylation) and for Carbonylation of olefins and / or acetylenes according to the Reppe synthesis.
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