DE545161C

DE545161C - Process for temperature control in catalytic reactions

Info

Publication number: DE545161C
Application number: DES75748D
Authority: DE
Original assignee: Selden Co
Current assignee: Selden Co
Priority date: 1926-08-17
Filing date: 1926-08-17
Publication date: 1932-02-26

Description

Verfahren zur Temperaturregelung bei katalytischen Reaktionen Bei exothermen chemischen Reaktionen begegnet man häufig Schwierigkeiten in der Wegführung der dabei erzeugten Wärme. Die katalytische Luftosydation von Naphthalin zu Phtalsäureanhydrid ist ein Beispiel einer solchen Reaktion. Hier liegt das Temperaturoptimum über ßooO C etwa zwischen 4000 und 4500 C;:durch die Reaktionswärme entstehen jedoch weit höhere Temperaturen, sofern man dagegen nicht ankämpft.Process for temperature control in catalytic reactions At Difficulties in routing are often encountered in exothermic chemical reactions the heat generated in the process. The catalytic air oxidation of naphthalene to phthalic anhydride is an example of such a reaction. Here the temperature optimum is over 30000 C about between 4000 and 4500 C;: however, the heat of reaction creates a lot higher temperatures, as long as you don't fight against it.

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Ausführung esothermer chemischer Re-Reaktionen, bei denen in der Reaktionszone eine erwünschte Temperatur erreicht und festgehalten werden, ein Temperaturanstieg auf eine nicht erwünschte Höhe darüber hinaus aber verhindert werden und die ganze Temperaturregelung im wesentlichen selbständig erfolgen soll. The invention relates to a new method of performing esothermic chemical re-reactions, in which a desired temperature in the reaction zone reached and recorded, a temperature rise to an undesirable one Height beyond that but can be prevented and the whole temperature control essentially should be done independently.

N4an hat zur Temperaturregelung bei solchen Prozessen bisher Wasser als Kühlmittel benutzt, und in mancher Hinsicht ist Wasser auch ein hervorragendes Hilfsmittel. Es ist überall zu haben, besitzt eine hohe Wärmekapazität und läßt bequem die Reaktion leiten und regeln. Wird es in gehöriger Weise dem Katalysator und den Reaktionsdämpfen zugeführt, so kommt es unter Wärmeaufnahme zum Sieden. Dabei geben der Katalysator und die Reaktionsgase erhebliche Mengen Wärme ab, da eine bedeutende Wärmemenge (latente Verdampfungswärme) zur Herbeiführung des Siedevorgangs nötig ist. N4an used to have water to regulate the temperature in such processes used as a coolant, and in some ways water is also an excellent one Aids. It is available everywhere, has a high heat capacity and leaves you with it comfortably manage and regulate the reaction. Will it duly serve the catalyst and fed to the reaction vapors, it comes to boiling with absorption of heat. The catalyst and the reaction gases give off considerable amounts of heat because a significant amount of heat (latent heat of vaporization) to bring about the boiling process is necessary.

Gemäß der französischen Patentschrift 520 464 ist auch schon siedender Schwefel, der Polysulfide gelöst enthält, zur Regelung der Temperatur exothermer katalytischer Reaktionen vorgeschlagen worden; es hat aber, wie die französische Patentschrift selbst zugibt, dieses Verfahren große Mängel. According to French patent 520 464, it is already boiling Sulfur, which contains dissolved polysulfides, to regulate the temperature is exothermic catalytic reactions have been proposed; but it has, like the French Patent specification itself admits that this process has major shortcomings.

Auch Quecksilber hat man für den Zweck der Temperaturregelung in Vorschlag gebracht, doch ergeben sich hierbei mancherlei Schwierigkeiten. Für viele katalytische Prozesse liegt in erster Linie der Siedepunkt des Quecksilbers zu niedrig, als daß es ohne besondere, wenn auch wohl bekannte Hilfsmaßnahmen, die die Kosten des Verfahrens aber erheblich steigern, mit Erfolg Anwendung finden kann. Der Preis des Quecksilbers verbietet schon seine unbegrenzte Verwendung im Gegensatz zu Wasser. Dabei besitzt dieses Metall einen relativ niedrigen Wärmeabsorptionsgrad und eine relativ niedrige Wärmeleitungsgeschwindigkeit ; auch oxydiert es unter lNmständen leicht, und sein hohes spezifisches Gewicht verlangt besonderen hohen Aufwand für die Aufnahmebehälter. Mercury is also used for temperature control purposes A proposal has been made, but various difficulties arise here. For many catalytic processes is primarily the boiling point of mercury too low, than that without any special, albeit well-known, aid measures that cover the costs however, the process can be increased considerably and can be used with success. The price of mercury, unlike water, forbids its unlimited use. This metal has a relatively low degree of heat absorption and a relatively low heat conduction speed; it also oxidizes under certain circumstances light, and its high specific weight requires a particularly high effort for the receptacles.

Dem neuen Verfahren liegt die Entdeckung zugrunde, daß, wenn man eine Legierung -auch feste und flüssige Amalgame sind Legierungen - aus Metallen, deren Siedepunkte unterhalb der in Betracht kommenden Reaktionstemperaturen liegen, und aus Metallen, deren Siedepunkte oberhalb dieser Temperaturen liegen, in geeigneten Mengenverhältnissen herstellt und wenn man einen Wärmeaustausch zwischen einer solchen Legierung, dem Katalysator und den Reaktionsgasen bewirkt, diese Legierung bei einem dicht unter der erwünschten Reaktionstemperatur liegenden Wärmegrad zum Sieden kommt und daher zum Regeln der Reaktionstemperatur unterhalb gewisser Höchstgrenzen sehr geeignet ist. The new method is based on the discovery that if one an alloy - solid and liquid amalgams are also alloys - made of metals, whose boiling points are below the reaction temperatures in question, and from metals whose boiling points are above these temperatures, in suitable Proportions establishes and if you have a heat exchange causes between such an alloy, the catalyst and the reaction gases, this alloy at a temperature just below the desired reaction temperature Degree of heat comes to the boil and therefore to regulate the reaction temperature below certain maximum limits is very suitable.

Wird beispielsweise bei der exothermen Reaktion der Umwandlung von Naphthalin in Phtalsäure nach dem Luftoxydationsverfahren ein Gemisch von Luft oder anderen Sauerstoff enthaltenden Gasen und Naphthalin in Dampfform bei angemessener Temperatur der Wirkung eines geeigneten Katalysators, z. B. Vanadinoxyd, ausgesetzt, so entsteht aus dem Naphthalin Phtalsäureanhydrid, wobei eine bedeutende Wärmemenge frei wird, die bei fehlender Regelung eine Temperaturerhöhung bewirken würde. Die Reaktionstemperatur soll, wie schon erwähnt, zwischen 400 und 4500 C liegen, am vorteilhaftesten ist eine solche von 4250. Wesentlich höhere Temperaturen sind nicht nur unerwiinscht, sondern wie die Erfahrung lehrt, sind sie von schädlicher Wirkung auf das Endprodukt und können sogar zur Zerstörung der Apparatur führen. Man kann diese unerwünschte Temperaturerhöhung vermeiden, wenn man dafür Sorge trägt, daß die Reaktionswärme an eine Legierung als Kithlflüssigkeit, deren Siedepunkt in der Nähe der gewünschten Temperatur liegt, übertragen wird. For example, in the exothermic reaction, the conversion of Naphthalene in phthalic acid after the air oxidation process a mixture of air or other oxygen-containing gases and naphthalene in vapor form when appropriate Temperature of action of a suitable catalyst, e.g. B. Vanadium Oxide, exposed, phthalic anhydride is formed from the naphthalene, with a significant amount of heat becomes free, which would cause a temperature increase in the absence of regulation. the As already mentioned, the reaction temperature should be between 400 and 4500 C, am The most advantageous one is 4250. Significantly higher temperatures are not only undesirable, but as experience shows, they are harmful on the end product and can even lead to the destruction of the equipment. One can avoid this undesirable temperature increase if one takes care that the heat of reaction to an alloy as a kithliquid, whose boiling point is in the Is close to the desired temperature, is transmitted.

Wenn Blei mit einem Siedepunkt von 15250 C, Zinn mit einem Siedepunkt von 22700 C und Quecksilber von 3570 C in bestimmten Verhältnissen miteinander legiert werden, so kann man ein Amalgam mit einem nahe der verlangten Reaktionstemperatur liegenden Siedepunkt herstellen. Werden gleiche Mengen Blei und Zinn in verschiedene Mengen Quecksilber, in dem sich Blei und Zinn leicht lösen, gelöst, so kann man Metallgemische von beliebigem Siedepunkt innerhalb der erwünschten Grenzen erhalten. So ist eine Legierung aus 10 Gewichtsteilen Blei, 10 Gewichtsteilen Zinn und So Gewichtsteilen Quecksilber bei 200 C flüssig und siedet bei etwa 3700, während eine Legierung aus 40 Gewichtsteilen Blei, 40 Gewichtsteilen Zinn und 20 Gweichtsteilen Quecksilber bei etwa I60° C flüssig ist und bei etwa 450° C siedet.If lead with a boiling point of 15250 C, tin with a boiling point of 22700 C and mercury of 3570 C are alloyed with one another in certain proportions an amalgam with a temperature close to the required reaction temperature can be obtained produce lying boiling point. Are equal amounts of lead and tin in different ones Quantities of mercury, in which lead and tin easily dissolve, can be dissolved Obtain metal mixtures of any boiling point within the desired limits. So is an alloy of 10 parts by weight of lead, 10 parts by weight of tin and so Parts by weight of mercury liquid at 200 C and boil at about 3700, while one Alloy of 40 parts by weight of lead, 40 parts by weight of tin and 20 parts by weight Mercury is liquid at around 160 ° C and boils at around 450 ° C.

Bei einer Reaktionstemperatur von 4250 C würde eine Siedetemperatur von etwa 4050 C für das Regelungsmetall angemessen sein; man erhält ein solches Metall durch Legieren von 30 Gewichtsteilen Blei und 30 Gewichtsteilen Zinn mit 40 Gewichtsteilen Quecksilber ; diese Legierung ist bei etwa 1200 C flüssig und besitzt überdies noch mancherlei Vorzüge. Während das Wärmeleitungsvermögen von Ouecksilber verhältnismäßig niedrig ist (o,oISg), besitzt Blei ein Wärmeleitungsvermögen von 0,083 und Zinn von O,I423, so daß das Brärmeleitungsvermögen der Legierung hoch liegt, was ihrem Wärmeverteilungs- und Aufnahmevermögen zugute kommt. Schließlich ist auch das spezifische Gewicht der Legierung geringer als das des Quecksilbers.At a reaction temperature of 4250 C a boiling point would be about 4050 C will be appropriate for the control metal; one receives one Metal by alloying 30 parts by weight of lead and 30 parts by weight of tin 40 parts by weight of mercury; this alloy is liquid at about 1200 C and moreover has a number of advantages. While the thermal conductivity of Mercury is relatively low (o, oISg), lead has a thermal conductivity of 0.083 and tin of 0.1423, so that the thermal conductivity of the alloy is high lies, which benefits their heat distribution and absorption capacity. In the end the specific weight of the alloy is also lower than that of mercury.

Bei der Ausführung des Verfahrens wird die Legierung in wärmeübertragende Beziehung zur Reaktionszone gebracht und dabei in einem Gefäß gehalten, durch dessen Wandung die Reaktionswärme zum Metall gelangt, dieses zum Sieden bringt, wobei die überschüssige Reaktionswärme absorbiert wird. Die durch das Sieden der Metallegiernng erzeugten Dämpfe werden aufgefangen und verdichtet und können wieder verwandt werden, wobei der niedrige Schmelzpunkt des Metalls die Durchführung dieser Arbeitsweise sehr erleichtert. When the process is carried out, the alloy becomes heat-transferring Brought relationship to the reaction zone and thereby held in a vessel, through its Wall the heat of reaction reaches the metal, which brings it to the boil, whereby the excess heat of reaction is absorbed. By boiling the metal alloy generated vapors are captured and compressed and can be reused, being the low melting point of the metal enabling this procedure to be carried out very relieved.

Eine einfachere und vielleicht noch wirksamere Legierung, die sich gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden läßt, besteht aus Kadmium und Quecksilber. Werden Kadmium mit einem Siedepunkt von 7780 C und Quecksilber mit einem Siedepunkt von 3570 C in bestimmten Verhältnissen legiert, so kann man eine Legierung mit einem Siedepunkt erhalten, der nahe der betreffenden Reaktionstemperatur liegt. Eine Legierung von 12 Gewichtsteilen Kadmium und So Gewichtsteilen Quecksilber ist bei 200 C kaltflüssig und besitzt einet Siedepunkt von etwa 370° C, während eine Legierung aus loGewichtsteiIen Kadmium und 60 Gewichtsteilen Quecksilber bei 1510 C flüssig ist und bei etwa 4300 C siedet. Handelt es ich um eine Reaktionstemperatur von etwa 4250 C, so wird eine Siedetemperatur von etwa 4000 C für die regelnde Metallegierung im wesentlichen befriedigend sein; eine solche Siedetemperatur besitzt eine Legierung aus 25 Gewichtsteilen Kadmium, 75 Gewichtsteilen Quecksilber, die noch bei 1000 C flüssig ist und auch insofern günstig ist, als das Wärmeleitungsvermögen des Kadmiums hoch ist, nämlich 0,215; es hat somit auch diese Legierung ein vorteilhaftes höheres Wärmeverteilungs- und Aufnahmevermögen als reines Quecksilber. Hinzu kommt das vorteilhafte Moment des geringeren spezifischen Gewichts, das Kadmium (8,6) gegenüber dem des Quecksilbers (13,5). A simpler and perhaps even more effective alloy that Can be used according to the present invention consists of cadmium and mercury. Become cadmium with a boiling point of 7780 C and mercury with a boiling point of 3570 C in certain proportions, one can create an alloy with a Obtained boiling point which is close to the reaction temperature in question. An alloy of 12 parts by weight of cadmium and 50 parts by weight of mercury is cold liquid at 200 C. and has a boiling point of about 370 ° C, while an alloy of 10 weight parts Cadmium and 60 parts by weight of mercury is liquid at 1510 C and at about 4300 C is boiling. If the reaction temperature is about 4250 C, then a Boiling temperature of about 4000 C for the regulating metal alloy essentially be satisfying; Such a boiling point has an alloy of 25 parts by weight Cadmium, 75 parts by weight of mercury, which is still liquid at 1000 C and also is beneficial in that the thermal conductivity of cadmium is high, namely 0.215; this alloy therefore also has an advantageous higher heat distribution and absorption capacity as pure mercury. Then there is the advantageous moment the lower specific weight, the cadmium (8.6) compared to that of the mercury (13.5).

Bei der Ausführung des Verfahrens wird in gleicher Weise, wie vordem angegeben, das Metall in einem Gefäß durch die Reaktionswärme zum Sieden gebracht, wobei ebenfalls die entstandenen Metall dämpfe aufgefangen, verdichtet und wieder verwandt werden können.The procedure is carried out in the same way as before indicated, the metal is brought to the boil in a vessel by the heat of reaction, the resulting metal vapors are also captured, compressed and then reused can be used.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Process for temperature control in catalytic Reactions, characterized in that during the exothermic catalytic reaction heat exchange with a boiling alloy takes place, e.g. B. with a cadmium-mercury alloy or a lead-quartz silver. Alloy and the like, in which at least the boiling point of a metal is above the reaction temperature, while at least the boiling point of another metal is below the reaction temperature.

. Process according to Claim I, characterized in that the metals of the related alloy loosen each other and different heat conduction velocities own.

3. The method according to claim I, characterized in that the at the exothermic catalytic reaction between the heated gaseous reactants The heat of reaction generated on a heated catalyst is used as a cooling liquid related alloy partially evaporates, with those from the boiling zone The extracted metal vapors are compressed and then fed back into the working group will.

4. The method according to claim 2 or according to claims 2 and 3, characterized characterized in that the alloy of mercury and a metal dissolved therein consists, which has a higher boiling point and a greater rate of heat conduction than mercury.

5. The method according to claim 2 or claims 2 and 3, characterized characterized in that the alloy consists of lead, tin and mercury.

G. The method according to claim 2 or according to claims 2 and 3, characterized characterized in that the alloy of cadmium and a metal with a lower Boiling point as cadmium, preferably a liquid metal in which the cadmium is solved, e.g. B. mercury.

7. Process for converting anthracene to anthraquinone, thereby characterized in that a mixture of anthracite vapors and oxygen-containing gases the effect of a catalyst at a working temperature between about 4500 C. and 5500 C and this temperature is maintained by that the heat of reaction generated is transferred to an alloy boiling at that temperature Cadmium and mercury is given off.

S. Air oxidation process for converting naphthalene into phthalic anhydride, characterized in that a mixture of naphthalene vapors and air is present a catalyst consisting of vanadium oxide is heated to the reaction temperature and overheating of the catalyst as well as the vapors is prevented in that the heat of reaction to a boiling alloy consisting of mercury and cadmium is delivered.

9. The method according to claim 8, characterized in that the heat absorbing The alloy consists of 75% mercury and 25% cadmium.

10. The method according to claim 7, characterized in that by the transfer of the heat of reaction to a boiling one, made up of 75 percent mercury and 25 weight percent cadmium alloy having a reaction temperature between around 400 and 4500 C is maintained.