DE564431C

DE564431C - Device for carrying out catalytic gas reactions

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Publication number: DE564431C
Application number: DEH113840D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1927-11-13
Filing date: 1927-11-13
Publication date: 1932-11-18

Description

Vorrichtung zur Ausführung katalytischer Gasreaktionen Die im folgenden beschriebene Erfindung hetrifft eine Vorrichtung zur Ausführung katalytischer Gasreaktionen, insbesondere solcher mit hoher Wärmeentwicklung oder mit leicht zersetzbaren Reaktionsprodukten oder auch mit beiden gleichzeitig.Apparatus for carrying out catalytic gas reactions The following The invention described above relates to a device for carrying out catalytic gas reactions, especially those with high heat generation or with easily decomposable reaction products or with both at the same time.

Die leichte Zersetzbarkeit der Reaktionsprodukte macht sich ganz besonders bei der katalytischen Oxydation organischer und anorganischer Verbindungen, z. B. bei der Oxydation des Ammoniaks zu Stickoxyden bei der Herstellung von Alkoholen, Aldehyden. The easy decomposability of the reaction products makes itself felt especially in the catalytic oxidation of organic and inorganic compounds, z. B. in the oxidation of ammonia to nitrogen oxides in the production of alcohols, Aldehydes.

Ketonen, Säuren usw. aus Kohlenwasserstoffen sehr unliebsam bemerkbar. Manche dieser Reaktionen, so z. B. die Herstellung von Formaldehyd durch unmittelbare Oxvdation des Methans mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen, scheiterte bis jetzt daran, daß diese Substanz bei den zu ihrer Herstellung in Frage kommenden Reaktionstemperaturen leicht zersetzbar ist.Ketones, acids etc. from hydrocarbons are very unpleasant noticeable. Some of these reactions, such as B. the production of formaldehyde by direct Oxidation of methane with oxygen or oxygen-containing gases failed until now that this substance is used in those who are considered for its production Reaction temperatures is easily decomposed.

Katalysatoren, mit denen sich diese Real ;-tionen schon bei Temperaturen vollziehen, bei denen die Zersetzung der Reaktionsprodukte noch eine verhältnismäßig geringe ist, sind entweder bis jetzt nicht gefunden worden, oder wenn dies der Fall war, so wirkten sie meistens ebensogut im Sinne der positiven wie der negativen Katalyse, d. h. sie förderten in ziemlich gleichem Maße sowohl die Bildung als auch die Zersetzung der herzustellenden Verbindungen. Dieser überstand kann nur dadurch beseitigt werden, daß man die Berührungsdauer der Reaktionsgase mit den .Kontaktsubstanzei.i so kurz wie möglich wählt und die Reaktionsprodukte schnell aus dem Kontaktbereich entfernt, wobei diese gleichzeitig auf eine für ihre Zersetzung ungefährliche Temperatur heruntergekühlt werden. Bei Erfüllung dieser Bedingungen ist es dann möglich, auch bei der katalytischen Oxydation organischer Verbindungen sehr aktive Kont2itsubstanzen zu verwenden. Catalysts with which these real; -tionen even at temperatures complete in which the decomposition of the reaction products is still a proportionate low have either not yet been found, or if so was, they usually worked just as well in terms of the positive as the negative Catalysis, d. H. they promoted both education and training in much the same way the decomposition of the compounds to be produced. This survival can only be because of this be eliminated that the contact time of the reaction gases with the .Kontaktsubstanzei.i selects as short as possible and quickly removes the reaction products from the contact area removed, with these at the same time at a temperature harmless for their decomposition be cooled down. If these conditions are met it is then possible, too very active contact substances in the catalytic oxidation of organic compounds to use.

Da aber die Aktivität der Kontaktsubstanzen zll einem großen Teil auf ihrer feinen Verteilung beruht, kommen diese Katalysatoren meistens in Form feinkörniger oder gar pulverförmiger Art zur Verwendung. Für derartige Kontaktsubstanzen war aber bis jetzt keine Vorrichtung bekannt geworden, welche z. B. bei derartigen Reaktionen mit leicht zersetzbaren Produkten eine erfolgreiche Umsetzung verbürgt hätte. Die obenerwähnten Bedingungen für die Durchführung der genannten katalytischen Gas reaktionen werden durch die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einwandfrei erfüllt.Since, however, the activity of the contact substances plays a major role based on their fine distribution, these catalysts mostly come into shape fine-grained or even powdery type for use. For such contact substances but until now no device has become known which z. B. in such Reactions with easily decomposable products guarantee successful implementation would have. The above-mentioned conditions for carrying out said catalytic Gas reactions are flawless by the device according to the present invention Fulfills.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, den Kontaktraum durch Scheidewände in mehrere Zellen zu unterteilen. Durch die Auswahl möglichst kleiner Zellen hat man es auch hierbei in der Hand, die Berührungsdauer der Kontaktgase mit den Kontaktsubstanzen zu einer kurzen zu machen. Jedoch ist zu diesem Zwecke die Unterteilung des Kontaktraumes in eine große Anzahl kleiner Zellen notwendig, so daß der Apparat in seinem Aufbau kompliziert und teuer wird, wozu noch der weitere Nachteil kommt, daß durch die große Anzahl der Zwischenwände viel Raum für die Unterbringung der Kontaktmasse verlorengeht. It has already been proposed to divide the contact space through partitions to divide into several cells. By choosing cells that are as small as possible Here, too, it is in hand, how long the contact gases have been in contact with the contact substances to make a short one. However, for this purpose the subdivision of the contact area is essential in a large number of small cells necessary so that the apparatus in its construction becomes complicated and expensive, plus the further disadvantage that the large number of partition walls a lot of space for housing the Contact ground is lost.

Nach der vorliegenden Erfindung kaml man dagegen auch bei stark exothermen Reaktionen oder bei solchen mit leicht zersetzbaren Produkten oder da, wo beide Umstände gleichzeitig auftreten, die einzelnen Zellen möglichst groß wählen und eine Unterteilung des Kontaktraumes in Zellen ist dabei nur insofern notwendig, als man auf diese Weise eine über die ganze Länge des Kontaktraumes gleichmäßige Verteilung der Kontaktmasse erreicht, die ohne jene Unterteilung nicht möglich ist, da die unteren Teile der Kontaktmasse in diesem Falle bedeutend stärker in Anspruch genommen werden würden als die oberen und mittleren Teile. Auch wäre bei Anwendung pulverförmiger Kontaktmassen in langen Kontaktrohren eine Verstopfung der unteren Teile des Rohres nach kurzer Zeit hregeben. According to the present invention, on the other hand, one can also use strongly exothermic Reactions or with those with easily decomposable products or where both Circumstances occur at the same time, choose the individual cells as large as possible and a subdivision of the contact area into cells is only necessary if than in this way a uniform over the entire length of the contact space Distribution of the contact mass achieved, which is not possible without that subdivision, since the lower parts of the contact mass are significantly more demanding in this case would be taken as the top and middle parts. Also would be when applying powdery contact masses in long contact tubes blockage of the lower ones Give parts of the pipe after a short time.

Die neue Vorrichtung ermöglicht somit, bei Anwendung feinstkörniger oder gar pulverförmiger Kontaktmassen jede beliebige Berührungsdauer der Kontaktgase mit der Kontaktmasse für die einzelnen katalytischen Reaktionen herzustellen und diese Berührungsdauer auch gleichzeitig während der Katalyse zu ändern. The new device thus makes it possible to use finest grains or even powdery contact masses, any duration of contact with the contact gases with the contact mass for the individual catalytic reactions and to change this duration of contact at the same time during the catalysis.

Zu diesem Zwecke wird das in der Mittelachse des Kontaktrohres angeordnete Gaszuführungsrohr in seiner Längsrichtung mit einem oder mehreren Schlitzen versehen, an welche sich Kanäle nach Art einer Kreiselpumpe anschließen, und iii eine mehr oder weniger rasche Umdrehung versetzt. For this purpose, the is arranged in the central axis of the contact tube Provide the gas supply pipe with one or more slots in its longitudinal direction, which are connected to channels in the manner of a centrifugal pump, and iii one more or less rapid rotation.

Bei stahls exothermen Gasreaktionen wird man das Gaszuführungsrohr nur langsam umlaufen lassen, so daß die Kontaktmasse Zeit hat, sich etwas abzukühlen, bis der Kanal wieder vor den gleichen Massen vorbei gelegt wird und hier wiederum die Reaktion stattfindet. Diese Zeitspanne kann man sowohl durch die Umdrehungszahl als auch durch die Anzahl der Kanäle des Gaszuführungsrohres beeinflussen. Während es nämlich bei einem Kanal eine volle Umdrehung dauert, bis die Gasreaktion wieder an der gleichen Stelle stattfindet, ist dies bei zwei oder vier Kanälen schon nach einer halben oder viertei Umdrehung der Fall. Bei rascher Umdrehung wird diese Zeit so kurz, daß man annehmen kann, daß die Gase sich vollkommen gleichmäßig auf den ganzen Umfang der Kontaktmasse verteilen. Daher wird durch rascheres Drehen des Gaszuführungsrohres eine Änderung der Gasgeschwindigkeit in der Masse erreicht, indem dieselbe hierbei kleiner wird, oder was dasselbe ist, man muß eine größere Gasmenge hindurchsenden, um wieder die gleiche Geschwindigkeit zu erhalten. Man sieht also, daß die Drehzahl von starkem Einfluß auf die Gasgeschwindigkeit ist und daß dieselbe fast beliebig mit Hilfe der Umdrehungszahl des Zuführungsrohres geändert werden kann und damit auch die Berührungsdauer der Kontaktgase mit der EXontaktmasse und die Abführung der Reaktionswärme mit den Reaktionsprodukten. In the case of steel's exothermic gas reactions, one becomes the gas supply pipe let it circulate slowly so that the contact mass has time to cool down a bit, until the canal is passed again in front of the same masses and here again the reaction takes place. This period of time can be determined both by the number of revolutions as well as by the number of channels in the gas supply pipe. While It takes a full turn for a channel to reactivate the gas takes place in the same place, this is already after two or four channels half a turn or a quarter of a turn. If the rotation is rapid, this will be the time so briefly that one can assume that the gases are perfectly evenly distributed over the Distribute the entire circumference of the contact compound. Therefore, turning the Gas supply pipe a change in the gas velocity in the mass is achieved, in that it becomes smaller here, or whatever is the same, one must have a larger one Send amount of gas through to get the same speed again. Man thus sees that the speed has a strong influence on the gas velocity and that the same almost arbitrarily with the help of the number of revolutions of the supply pipe can be changed and thus also the duration of contact of the contact gases with the EXcontact mass and the dissipation of the heat of reaction with the reaction products.

Bei leicht zersetzlichen Reaktionsprodukten hat die Vorrichtung weiter den Vorteil, daß ein Zurückströmen der Gase ausgeschlossen ist, da ja die wie eine Kreiselpumpe wirkenden Kanäle dies nicht zulassen. Dieser Vorteil macht sich u. a. ganz besonders bei der katalytischen Oxydation des Ammoniaks mit Luft oder Sauerstoff geltend, da dort das Zurückströmen der Reaktionsprodukte sehr oft die Oxydation des Ammoniaks bis zum Stickstoff die Folge hat. Aber auch bei der Methanoxydation ist diese Vorrichtung von sehr großer Bedeutung, da sonst leicht der Fall eintritt, daß sich der Formaldehyd in Kohlenoxyd und Wasserstoff zersetzt und eine Rückbildung des Methans stattfindet. In the case of easily decomposable reaction products, the device has more the advantage that a backflow of the gases is excluded, since they are like one Centrifugal pump acting channels do not allow this. This advantage makes u. a. especially in the catalytic oxidation of ammonia with air or oxygen valid, since there the backflow of the reaction products very often the oxidation ammonia to nitrogen. But also with methane oxidation this device is of great importance, otherwise the case easily occurs that the formaldehyde decomposes into carbon dioxide and hydrogen and a regression of methane takes place.

Das gleiche gilt für die Herstellung g der verschiedensten Alkohole usw.The same applies to the production of a wide variety of alcohols etc.

Ferner werden die Reaktionsprodukte, um ihre Zersetzung zu verhindern, nach ihrem Austritt aus der Kontaktmasse sofort auf eine niedere Temperatur heruntergekühlt, indem sie noch vor Eintritt in den Gassammelraum zwischen Kühlrohre hindurchreichen, welche die Kontaktmasse konzentrisch umgeben. Furthermore, in order to prevent their decomposition, the reaction products immediately cooled down to a low temperature after it leaves the contact mass, by reaching between cooling tubes before entering the gas collecting space, which concentrically surround the contact mass.

Gleichzeitig werden die Gase mittels einer geeigneten Transportvorrichtung den vorgesehenen Abscheidevorrichtungen für die Reaktionsprodukte zugeführt, bei spiel sweise mittels einer Saugpumpe, die das Gas aus dem Sammelraum absaugt und weiterbefördert.At the same time, the gases are transported using a suitable transport device supplied to the intended separation devices for the reaction products for example by means of a suction pump that sucks the gas out of the collecting space and promoted.

Für eine gleichmäßige Verteilung der Kontaktgase innerhalb der einzelnen Zellen ist dadurch Sorge getragen, daß der die Zellen umgebende Zylinder in der Mitte der einzelnen Zellen mit einigen AustrittsöEnungen versehen ist, wodurch die radial austretenden Gase gezwungen werden, den ganzen Koutaktraum der einzelnen Zellen gleichmäßig zu durchströmen. For an even distribution of the contact gases within the individual Cells is ensured that the cylinder surrounding the cells in the The middle of the individual cells is provided with some exit openings, whereby the Radially escaping gases are forced to the whole coutact space of the individual To flow evenly through cells.

Wendet man Drahtnetze als Katalysatoren an, so erzielt man mit der neuen Vorrichtung eine innigere Berührung der Kontaktgase mit dem Kontakt, da ja die Gase infolge der Drehung nicht radial nach außen strömen, sondern schräg entsprechend dem Austrittswinkel der Kanäle. If you use wire nets as catalysts, you get the new device a closer contact of the contact gases with the contact, since yes the gases do not flow radially outward as a result of the rotation, but at an angle accordingly the exit angle of the channels.

Daß die Erfindung auf dem Gebiete katalytischer Gasreaktionen, besonders solcher mit leicht zersetzlichen Reaktionsprodukten, bedeutende Vorteile bringt, zeigen nachstehende Versuche. That the invention in the field of catalytic gas reactions, especially those with easily decomposable reaction products have significant advantages, show the experiments below.

Beide Versuche wurden mit einem Methan-Luftgemisch, welches einen Methangehalt von 2% besaß, ausgeführt. Bei Versuch I wurde als Kontakt ein 4 mm Quarzrohr verwendet, das in einem elektrischen Röhrenofen angeordnet war. Das Gasgemisch wurde mit verschiedenen Geschwindigkeiten durch das Quarzröhrchen geleitet und dabei die Temperatur auf rund 1000° C konstant gehalten. Both experiments were with a methane-air mixture, which one Possessed methane content of 2%. In experiment I, the contact was a 4 mm Used quartz tube, which was placed in an electric tube furnace. The gas mixture was passed through the quartz tube at different speeds and thereby the temperature was kept constant at around 1000 ° C.

Der Gegenversuch (II) wurde mit einer Kontaktvorrichtung gemäl3 der vorliegenden Beschreibung ausgeführt. Das rotierende Gaszuführungsrohr hatte zwei gegenüberliegende schmale Schlitze von 8o mm Gesamtlänge und war konzentrisch von mehreren kleinen Quarzröhrchen umgeben, die ebenfalls elektrisch beheizt wurden. Die Temperatur wurde auch etwa 900 bis 1000° C einreguliert. The counter-experiment (II) was done with a contact device this description carried out. The rotating gas supply tube had two opposite narrow slots of 80 mm total length and was concentric of surrounded by several small quartz tubes, which were also electrically heated. The temperature was also regulated around 900 to 1000 ° C.

Tn beiden Fällen fand die Reaktion also nur in Gegenwart von Quarz statt, und es wurden dabei folgende Ergebnisse gefunden. In both cases the reaction took place only in the presence of quartz instead, and the following results were found.

I. I.

V e r s u c h e m i t d e m 4 mm Q u a r z -r o h r b e i e i n e r V e r s u c h s t e m p e -r a t u r v o n e t w a 1000° C a) Gasdurchsatz je Minute... 2,45 l/min.V e r u c h e m i t d e m 4 mm Q u a r z -r o h r b e i n e r V e r s u c h s t e m p e -r a t u r v o n e t w a 1000 ° C a) Gas throughput per Minute ... 2.45 l / min.

Formaldehydausbeute, bezogen auf das angewandte Methan .............. 4,08 % b) Gasdurchsatz je Minute... 2,42 l/min. Formaldehyde yield, based on the methane used .............. 4.08% b) Gas throughput per minute ... 2.42 l / min.

Formaldehydausbeute, beogen auf das angewandte Methan .......... 3,72 % c) Gasdurchsatz je Minute... 2,64 1/min. Formaldehyde yield, based on the methane used .......... 3.72% c) gas throughput per minute ... 2.64 1 / min.

Foi-maldehydausbeute he zogen auf das auge wandte Methan .......... 3,85 % II. Foi-maldehyde yield he attracted the eye turned methane .......... 3.85% II.

V e r s u c h e m i t d e m n e u e n V e r -s u c h s a p p a r a t g e m ä ß d e r n e u e n E r f i n d u n g , V e r s u c h s t e m p e r a -tu r e t w a goo b-i s 10000 C a) Gasdurchsatz je Minute I8, limin.V e r u c h e m i t d e m n e u e n V e r -s u c h s a p p a r a t g e r u e n u e n e r f i n d u n g, V e r s u c h s t e m p e r a -tu r e t w a goo b-i s 10000 C a) Gas throughput per minute I8, limin.

Formaldehydausbeute, bezogen auf das angewandte Methan ...... 10,20 % b) Gasdurchsatz je Minute 17,0 l/min. Formaldehyde yield based on the methane used ...... 10.20 % b) gas throughput per minute 17.0 l / min.

Formaldehydausbeute, bezogen auf das angewandte Methan ...... 9,75 % c) Gasdurchsatz je Minute 19,5 l/min. Formaldehyde yield based on the methane used ...... 9.75 % c) gas throughput per minute 19.5 l / min.

Formaldehydausbeute, bezogen auf das angewandte Methan ...... 8,70 %. Formaldehyde yield based on the methane used ...... 8.70 %.

Diese Versuche zeigen klar und deutlich den technischen Fortschritt des Verfahrens. These tests clearly show the technical progress of the procedure.

Eine zur Ausführung der Erfindung geeignete Vorrichtung ist in der Zeichnung wiedergegeben. Abb. 1 ist ein Axialschnitt durch ein Kontaktrohr und Abb. 2 ein Querschnitt durch die zweimal gebrochene Linie a'-b' der Abb. 1. Abb. 3 und 4 sind entsprechende Schnitte durch ein anderes Kontaktrohr. Die Kontaktgase treten von oben in das umlaufende Gaszuführungsrohr a ein und nehmen dann ihren Weg durch die Schlitze b und die an diese anschließenden Kanäle c. An apparatus suitable for practicing the invention is shown in FIG Drawing reproduced. Fig. 1 is an axial section through a contact tube and Fig. 2 shows a cross section through the twice broken line a'-b 'of Fig. 1. Fig. 3 and 4 are corresponding sections through another contact tube. The contact gases occur from above into the circumferential gas supply pipe a and then take their way through the slots b and the channels adjoining them c.

Hierauf treten die Gase durch die ringförmig um das Gaszuführungsrohr angeordnete Kontaktmassed, welche in Abb. 1 1 und 2 aus einem feinmaschigen Metallnetz und in Abb. 3 und 4 aus feinkörniger Masse besteht, die zwischen zwei durchlochten Metallzylindern e lose eingeschüttet ist. Nach vollendeter Reaktion und nach Austritt der Gase aus dem Katalysator umspielen sie sofort einige Kühlrohre f. wo sie rasch auf eine niedere Temperatur gekühlt werden, so daß eine Zersetzung der gebildeten Reaktionsprodukte nicht mehr stattfinden kann. Hierauf strömen die Reaktionsabgase durch Bohrungen g im Blechzylinder i in den zylindrischen Sammelraum h, welcher durch den genannten zylinder i und den Außenmantel k gebildet wird. Durch mehrere in einem entsprechenden Abstand angebrachte Zwischenwände 1 wird der Kontaktapparat in seiner Längsrichtung in mehrere Abteile zerlegt.The gases then pass through the ring around the gas supply pipe arranged Kontaktmassed, which in Fig. 1 1 and 2 from a fine-meshed metal network and in Fig. 3 and 4 consists of fine-grained mass that is perforated between two Metal cylinders e is loosely poured. After completion of the reaction and after exit of the gases from the catalytic converter they immediately circulate around some cooling pipes for where they quickly be cooled to a low temperature, so that decomposition of the formed Reaction products can no longer take place. The reaction gases then flow through holes g in the sheet metal cylinder i into the cylindrical collecting space h, which is formed by said cylinder i and the outer jacket k. Through several Partition walls 1 attached at a corresponding distance become the contact apparatus divided into several compartments in its longitudinal direction.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: I. Device for performing catalytic Gas reactions, characterized in that the rotating gas supply pipe (a) is provided with one or more slits (b) to which channels (c) follow Connect the type of centrifugal pump and the contact mass concentrically around the gas supply pipe is arranged.

2. Apparatus according to claim 1 thereby gekennzeichtlet. that the Contact mass with a cylinder (i) is surrounded, which at certain intervals with individual Holes (g) for the exit of the reaction gases is provided in such a way that this exit takes place from the middle of the contact layers.

3. Apparatus according to claim I and 2. characterized. that cooling tubes (f) are arranged between the cylinder (i) and the contact mass.