DE60009383T2

DE60009383T2 - Verfahren zur Verbesserung der gleichmässigen Ionenflussverteilung einer phosphorhaltigen Verbindung in einem katalytischen Reaktor für Maleinsauereanhydrid

Info

Publication number: DE60009383T2
Application number: DE60009383T
Authority: DE
Inventors: Joseph C. Austin Burnett; William H. Pensacola Alumbaugh; A. Lamar Gonzalez Reeves
Original assignee: Huntsman Specialty Chemicals Corp; Huntsman Petrochemical LLC
Current assignee: Huntsman Specialty Chemicals Corp; Huntsman Petrochemical LLC
Priority date: 1999-05-19
Filing date: 2000-05-16
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2020-05-17
Also published as: DE60009383D1; EP1053991A1; EP1053991B1; SA00210226B1; US6300505B1; TW483887B

Description

Diese Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid durch die Oxidation eines Kohlenwasserstoffs mit mindestens vier Kohlenstoffatomen in einer unverzweigten Kette in einem katalytischen Reaktor. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein Verfahren zur Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Verteilung eines phosphorhaltigen Mittels in einem katalytischen Maleinsäureanhydrid-Reaktor.
Maleinsäureanhydrid ist in der ganzen Welt von beachtlichem kommerziellem Interesse. Es wird alleine oder in Verbindung mit anderen Säuren bei der Herstellung von Alkyd- und Polyesterharzen verwendet. Es ist auch ein vielseitiges Zwischenprodukt für die chemische Synthese.
Maleinsäureanhydrid wird konventionell hergestellt durch Leiten eines Gases, welches einen Kohlenwasserstoff mit mindestens vier Kohlenstoffatomen in einer unverzweigten Kette umfasst, und Sauerstoff durch ein Katalysatorbett, normalerweise einen röhrenförmigen Plug-Flow-Reaktor mit festem Katalysatorbett, welcher einen Katalysator enthält, der gemischte Oxide von Vanadium und Phosphor umfasst. Der verwendete Katalysator kann weiterhin Promotoren, Aktivatoren und Modifikationsmittel wie etwa Eisen, Lithium, Zink, Molybdän, Chrom, Uran, Wolfram und andere Metalle, Bor und/oder Silikon umfassen. Das erzeugte Reaktionsproduktgas enthält Maleinsäureanhydrid zusammen mit Oxidationsnebenprodukten wie etwa Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserdampf, Acryl- und Essigsäure und andere Nebenprodukte, zusammen mit inerten Gasen, die in der Luft vorliegen, wenn Luft als Quelle des molekularen Sauerstoffs verwendet wird.
Da die Reaktion höchst exotherm ist, muss der Reaktor während des Betriebs gekühlt werden. Normalerweise wird ein Röhrenwärmetauscher als Reaktor verwendet, wobei der Katalysator in die Röhren verpackt ist, durch welche die Kohlenwasserstoff- und Sauerstoffgase geleitet werden. Ein Kühlmittel, oft ein geschmolzenes Salz, fließt über und kühlt die Außenseite der Röhren. Da die Länge der Röhren im Allgemeinen viel größer ist als der Durchmesser der Röhren, nähert sich das Reaktionssystem einer idealen Strömung an.
Während die Kühlkapazität im Wesentlichen im ganzen Reaktor einheitlich ist, variiert die Reaktionsgeschwindigkeit stark mit der Konzentration des Kohlenwasserstoffreaktionspartners und der Temperatur der Reaktionszone. Da die Reaktionsgase im Allgemeinen eine relativ geringe Temperatur aufweisen, wenn sie in das Katalysatorbett eingebracht werden, ist die Reaktionsgeschwindigkeit in der Region, welche unmittelbar benachbart ist zum Einlass des Reaktors, gering. Wenn die Reaktion einmal beginnt, nimmt sie aber schnell zu, wobei die Reaktionsgeschwindigkeit weiter ansteigt, wenn die Temperatur der Reaktionszone durch die von der Reaktion freigesetzten Hitze ansteigt. Die Temperatur der Reaktionszone steigt weiterhin an mit dem Abstand entlang der Länge der Reaktorröhre, bis die Abreicherung des Kohlenwasserstoffs eine Verringerung der Reaktionsgeschwindigkeit verursacht, wobei die Temperatur der Reaktionszone verringert wird durch den Wärmetransfer zum Kühlmittel, und es ermöglicht wird, dass der verbleibende Teil der Reaktorröhre bei einer geringeren Temperaturdifferenz arbeitet. Der Punkt, an dem die maximale Temperatur in der Reaktorröhre erreicht wird, wird im Allgemeinen als die "Heißstelle" ("hot spot") bezeichnet.
Wenn die Temperatur an der Heißstelle des Reaktors zu groß wird, können Probleme beim Betrieb des Reaktors auftreten. Im Allgemeinen variiert die Spezifität des Katalysators umgekehrt mit der Reaktionstemperatur, während die Reaktionsgeschwindigkeit direkt mit der Reaktionstemperatur variiert. Höhere Temperaturen der Reaktionszone ergeben eine geringere Katalysatorspezifität und begünstigen die vollständige Oxidation des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials zu Kohlendioxid und Wasser statt zu Maleinsäureanhydrid. Wenn die Temperatur an der Heißstelle ansteigt, steigt die Menge des durch die Reaktion verbrauchten Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials an, aber die verringerte Spezifität des Katalysators kann eine verringerte Ausbeute an Maleinsäureanhydrid ergeben. Außerdem kann die Exposition des Katalysatorbetts gegenüber übermäßigen Temperaturen den Katalysator zersetzen. Solch eine Zersetzung des Katalysators verringert im Allgemeinen die Produktivität des Betriebs und kann auch die Spezifität des Katalysators bei einer bestimmten Temperatur verringern. Weil die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante exponentiell mit der Temperatur ansteigt, kann der Reaktor außerdem ein thermisches Abdriften durchlaufen, wenn die Temperatur des Reaktors zu hoch wird. Die höhere Reaktionswärme, welche durch die Umwandlung des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials zu Kohlendioxid und Wasser freigesetzt wird, verschlimmert dieses Problem weiter.
Um die Katalysatoraktivität zu modulieren und die Katalysatorspezifität zu verbessern, kann eine kleine Menge einer Phosphorverbindung zu den Reaktionsgasen zugegeben werden, welche in den Reaktor eingebracht werden. Obwohl die Funktion der Phosphorverbindung nicht vollständig verstanden wird, wurde die Hypothese aufgestellt, dass Phosphor unter den katalytischen Oxidationsbedingungen aus dem Katalysator verloren geht, und dass ein Teil der Phosphorverbindung, welche zu den Reaktionsgasen zugegeben wird, vom Katalysator sorbiert wird. Es wurde weiterhin die Hypothese aufgestellt, dass diese Behandlung des Katalysators mit der Phosphorverbindung das Phosphor/Vanadium-Verhältnis des Katalysators verbessert oder ein Verhältnis wiederherstellt, welches für die Katalysatorspezifität vorteilhaft ist, insbesondere ein Verhältnis, welches die Bildung von Maleinsäureanhydrid gegenüber anderen katalytischen Nebenprodukten begünstigt.
Diese Behandlung des Katalysators kann weiterhin modifiziert werden durch Zugabe sowohl von Wasser als auch einer kleinen Menge einer Phosphorverbindung zu den Reaktionsgasen, welche in den Reaktor eingebracht werden. Obwohl die Funktion dieser Kombination nicht vollständig verstanden wird, ist die Hypothese aufgestellt worden, dass die Zugabe von Wasser zu den Reaktorgasen eine relativ gleichmäßige Verteilung der sorbierten Phosphorverbindung innerhalb des Katalysatorbetts fördert. Es ist beobachtet worden, dass die in die Reaktionsgase eingebrachte Phosphorverbindung in Abwesenheit von Dampf dazu tendiert, sich in einem Bereich abzulagern, welcher unmittelbar benachbart zum Einlass des Röhrenreaktors ist.
Edwards, U.S. Patent Nr. 4,701,433 und U.S. Patent Nr. 4,810,803 offenbart das Einbringen von Wasser und einer Phosphorverbindung in das Katalysatorbett eines Maleinsäureanhydrid-Reaktors, um einen Teil des Katalysatorbetts teilweise zu deaktivieren und das Temperaturprofil des Reaktors isothermischer zu machen. Geeignete Phosphorverbindungen werden beschrieben, welche Alkylphosphite und Alkylphosphate einschließen, einschließlich Trimethylphosphat. Obwohl Edwards offenbart, dass die Phosphorverbindung und Wasser zu dem in den Reaktor eingebrachten Ausgangsmaterial zugegeben werden können, offenbart er außerdem, dass eine Vielzahl von anderen Verfahren verwendet werden kann, um die Phosphorverbindung und Wasser zum Katalysatorbett zuzugeben. Diese Verfahren umfassen die Verwendung eines Aerosols, um die Phosphorverbindung zu transportieren; die Verwendung von Suspensionen oder kolloidalen Lösungen der Phosphorverbindung; die Verwendung eines Lösungsmittels für die Phosphorverbindung; und die Zugabe der Phosphorverbindung durch ein verdünnendes Gas wie etwa Stickstoff. Edwards lehrt jedoch nicht ausdrücklich, wie die Phosphorverbindung zu dem Ausgangsmaterial zugegeben werden solle oder an welchem Punkt in dem Verfahren die Phosphorverbindung zu dem Ausgangsmaterial zugegeben werden solle.
Edwards, U.S. Patent Nr. 4,780,548 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid unter Verwendung von Phosphor- Vanadium-Katalysatoren, welche mit einem Ester von Orthophosphorsäure in Gegenwart von Wasser reaktiviert werden.
Ebner, U.S. Patent Nr. 5,185,455 offenbart ein Verfahren zur Steuerung der Zugaberate von Trimethylphosphat zu einem n-Butan- und Sauerstoffstrom, welcher in einen katalytischen Maleinsäureanhydrid-Reaktor eintritt, um die Katalysatorspezifität zu verbessern, ohne die Katalysatoraktivität zu verringern. Ebner beschreibt ein System zur Beibehaltung einer optimalen Konzentration an Trimethylphosphat in den Reaktionsgasen, welche in den Reaktor eintreten. Ebner lehrt jedoch nicht ausdrücklich, wie das Trimethylphosphat zu dem Ausgangsmaterial zugegeben werden soll oder an welchem Punkt in dem Verfahren das Trimethylphosphat zu dem Ausgangsmaterial zugegeben werden soll.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid durch Umsetzen eines Kohlenwasserstoffs mit mindestens vier Kohlenstoffatomen in einer unverzweigten Kette mit molekularem Sauerstoff in einem katalytischen Reaktor, wobei der Reaktor ein festes Katalysator-bett mit aktiven Stellen besitzt, welches einen Vanadium-Phosphor-Sauerstoffkatalysator für die katalytische Oxidation des Kohlenwasserstoffs zu Maleinsäureanhydrid umfasst, wobei das Verfahren weiterhin das kontinuierliche oder intermittierende Einbringen eines phosphorhaltigen Mittels in den Reaktor und eine Verbesserung durch die Art und Weise umfasst, durch welche das phosphorhaltige Mittel in den Reaktor eingebracht wird, sodass die Verteilung des phosphorhaltigen Mittels innerhalb des Reaktors verbessert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst:
Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in einen gasförmigen Zufuhrstrom, welcher den Kohlenwasserstoff umfasst, wobei ein Phosphorenthaltender Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitgestellt wird,
Vereinigen des Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, um einen Reaktor-Zufuhrstrom zu bilden und
Umsetzen des Kohlenwasserstoffs mit molekularem Sauerstoff in dem Reaktor, um ein Reaktionsprodukt zu erzeugen, welches Maleinsäureanhydrid umfasst,
worin das Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom so gesteuert wird, dass das phosphorhaltige Mittel im Wesentlichen gleichförmig innerhalb des Reaktor-Zufuhrstroms verteilt wird, eher der Reaktor-Zufuhrstrom in das Katalysatorbett eintritt.
Unter den Gegenständen der vorliegenden Erfindung sind die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid; ein Verfahren zum Steuern des Einbringens des phosphorhaltigen Mittels in einen katalytischen Maleinsäureanhydrid-Reaktor; ein Verfahren zur Verbesserung der Gleichförmigkeit der Verteilung eines phosphorhaltigen Mittels, welches in einen katalytischen Maleinsäureanhydrid-Reaktor eingebracht wird, innerhalb des Reaktors; ein Verfahren zur Förderung der Verdampfung und gleichförmigen Verteilung eines phosphorhaltigen Mittels in einem Zufuhrstrom, ehe der Zufuhrstrom in einen katalytischen Maleinsäureanhydrid-Reaktor eingebracht wird, und ein Verfahren zur Verringerung der Anreicherung eines phosphorhaltigen Mittels (oder Zersetzungsprodukten eines phosphorhaltigen Mittels) auf den Flächen eines katalytischen Maleinsäureanhydrid-Reaktors, in welchen das phosphorhaltige Mittel eingebracht wird.
Es ist eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Gleichförmigkeit der Verteilung von Trimethylphosphat in einem n-Butan- und Sauerstoffstrom zu verbessern, welcher in einen katalytischen Maleinsäureanhydrid-Reaktor eingebracht wird, wobei die Gleichförmigkeit der Verteilung des Trimethylphosphats innerhalb des Reaktors verbessert wird und/oder die Anreicherung von Trimethylphosphat (oder Zersetzungsprodukten von Trimethylphosphat) auf den Flächen eines katalytischen Maleinsäureanhydrid-Reaktors, in welchen das Trimethylphosphat eingebracht wird, verringert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid, welches in 1 gezeigt wird.
3 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid gemäß der vorliegenden Erfindung, worin ein Phosphor-enthaltender Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom aufgeteilt wird und auf mehrere katalytische Maleinsäureanhydrid-Reaktoren gerichtet wird.
4 zeigt ein Diagramm, welches die Standardabweichung der Trimethylphosphatkonzentration im Reaktor-Zufuhrstrom als eine Funktion der Zeit vergleicht für (a) eine Trimethylphosphatzugabe, welche mittels eine Dosierungspumpe kontrolliert wird, und (b) eine Trimethylphosphatzugabe, welche durch einen unter Druck gesetzten Stickstoffzufuhrtank kontrolliert wird.
Die entsprechenden Bezugszeichen bezeichnen entsprechende Teile in den Zeichnungen.
Obwohl bekannt ist, dass eine kleine Menge eines phosphorhaltigen Mittels zu den Reaktionsgasen, welche in einen katalytischen Maleinsäureanhydrid-Reaktor eingebracht werden, zugegeben werden kann, um die Katalysatoraktivität zu modulieren und die Katalysatorspezifität zu verbessern, hat die Entwicklung von wirksameren Katalysatoren die Verwendung von größeren Mengen des phosphorhaltigen Mittels notwendig gemacht, um die Aktivität der Heißstelle im Reaktor zu steuern. Als Ergebnis ist eine signifikante Ablagerung des phosphorhaltigen Mittels (oder von Zersetzungsprodukten eines phosphorhaltigen Mittels) an den Reaktorflächen aufgetreten, was eine erhöhte Korrosion und Lochfraß dieser Flächen verursacht, insbesondere an den Röhrenwänden des Reaktoreinlasses, den Einlassrohren und den Gehäusen der Berstscheiben. Außerdem ist die Verteilung der Ablagerungen des phosphorhaltigen Mittels ungleichmäßig, wobei ein größerer Teil des phosphorhaltigen Mittels zum Einlass und zentralen Teilen der Röhrenwand fließt. Das Schweißen von Röhrenwandrissen, welche durch solche Ablagerungen verursacht werden, kann beträchtliche Kosten verursachen. Außerdem verringert eine Reduktion der Rate aufgrund der sich ergebenden Heißstellenaktivität die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.
Erfindungsgemäß ist deswegen gefunden worden, dass die Ablagerung und/oder Anreicherung eines phosphorhaltigen Mittels, welches in Reaktionsgasen vorliegt, die in einen katalytischen Maleinsäureanhydrid-Reaktor eingebracht werden (oder Abbauprodukte des phosphorhaltigen Mittels) auf den Flächen des Reaktors wesentlich verringert werden können durch Verbesserung der Gleichförmigkeit der Verteilung des phosphorhaltigen Mittels in den Reaktionsgasen vor dem Einbringen der Gase in den Reaktor. Das Verbessern der Gleichförmigkeit der Verteilung von solchen phosphorhaltigen Mitteln oder Abbauprodukten des phosphorhaltigen Mittels kann beispielsweise unerwünschten Lochfraß oder die Korrosion der Reaktorflächen verringern, die erforderliche Wartung verringern und die Lebensdauer des Reaktors verlängern.
Da eine schlechte Verteilung des phosphorhaltigen Mittels innerhalb eines bei der Herstellung von Maleinsäureanhydrid verwendeten katalytischen Reaktors darin resultieren kann, dass einige Bereiche des Reaktors eine geringere Menge als die normale Menge oder eine geringere Menge als die optimale Menge des phosphorhaltigen Mittels erhalten, und andere Gebiete des Reaktors eine entsprechend größere Menge als die normale Menge oder eine größere Menge als die optimale Menge des phosphorhaltigen Mittels erhalten, kann solch eine ungleichmäßige Verteilung des phosphorhaltigen Mittels innerhalb des Reaktors für den Reaktor eine abträgliche Wirkung besitzen. Die Verbesserung der Gleichförmigkeit der Verteilung von solchen phosphorhaltigen Mitteln oder Abbauprodukten des phosphorhaltigen Mittels kann die Reaktorleistungsfähigkeit verbessern.
In einem Röhrenreaktor, worin das phosphorhaltige Mittel nicht gleichförmig innerhalb des Reaktors verteilt ist, wo beispielsweise die in solchen Reaktorröhren enthaltenen Katalysatorbetten eine größere Menge des phosphorhaltigen Mittels als die normale Menge erhalten, zeigen diese eine erhöhte Deaktivierung, obwohl der Betrieb der Röhren relativ stabil bleibt. Die Heißstellenaktivität jeder Röhre verschiebt sich weiterhin in das Katalysatorbett, bleibt aber im Wesentlichen in Funktion. Obwohl der Betrieb dieser Reaktorröhren relativ stabil bleibt, nimmt die Umwandlung des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials, welches in diese Röhren eingebracht wird, im Allgemeinen ab. Obwohl die in solchen Röhren enthaltenen Katalysatorbetten im Allgemeinen eine gute Spezifität aufweisen, nimmt außerdem die Ausbeute an Maleinsäureanhydrid aus diesen Röhren ab aufgrund des Betriebs des Reaktors bei einer geringeren als der normalen oder der angestrebten Umwandlung. Diese Abnahme der Umwandlung kann umgekehrt werden, beispielsweise durch Steigern der Temperatur, bei der die Reaktion durchgeführt wird. Dieser Anstieg der Temperatur kann jedoch zu einer verringerten Katalysatorspezifität (und folglich zu einer vermehrten Produktion von Kohlendioxid und Wasser auf Kosten der Maleinsäureanhydridproduktion) und zu einem beschleunigten Abbau des Katalysators führen. Weiterhin können Reaktorröhren, welche eine größere Menge als die normale Menge des phosphorhaltigen Mittels erhalten, eine vermehrte Ablagerung des phosphorhaltigen Mittels oder der Zersetzungsprodukte des phosphorhaltigen Mittels an den Reaktor- oder Röhrenflächen aufweisen, insbesondere an den Röhrenwänden des Reaktoreinlasses, den Einlassrohren und den Gehäusen der Berstscheiben.
In dem beispielhaften Röhrenreaktor werden die in diesen Reaktorröhren enthaltenen Katalysatorbetten, welche eine geringere Menge als die normale Menge des phosphorhaltigen Mittels erhalten, nicht im gleichen Ausmaß deaktiviert wie Katalysatorbetten, welche die normale Menge des phosphorhaltigen Mittels erhalten. Der Betrieb dieser Röhren wird weniger stabil und für ein thermisches Abdriften im Katalysatorbett bei normalen Betriebsbedingungen anfälliger. Diese Röhren sind ebenso empfindlicher gegenüber Abweichungen vom normalen Betrieb wie etwa einer Steigerung der Raumgeschwindigkeit. Wenn die Temperatur des Kühlmittels erhöht wird, um die durchschnittliche Reaktionstemperatur anzuheben, und dabei die verringerte Katalysatoraktivität in den Reaktorröhren, welche eine größere Menge als die normale Menge des phosphorhaltigen Mittels erhalten, kompensiert wird, arbeiten die Reaktorröhren, welche eine geringere Menge als die normale Menge des phosphorhaltigen Mittels erhalten, bei höheren Umwandlungen als den angestrebten Umwandlungen des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials, was aufgrund von übermäßigen Temperaturen an der Heißstelle in solchen Röhren zu einer verringerten Katalysatorspezifität führt.
Wenn das phosphorhaltige Mittel innerhalb des Reaktors nicht gut verteilt ist, können die obigen Probleme auftreten. Das erfindungsgemäße verbesserte Verfahren stellt eine beständigere und gleichförmigere Verteilung des phosphorhaltigen Mittels, welches in den Reaktor eingebracht wird, bereit und minimiert oder beseitigt solche Probleme. Das erfindungsgemäße Verfahren verringert insbesondere die Ablagerung oder Anreicherung von festem oder flüssigem phosphorhaltigen Mittel oder Abbauprodukten des phosphorhaltigen Mittels an anderen Reaktorflächen als dem katalytischen Bett, insbesondere an den Flächen des Reaktoreinlasses und ganz besonders an den Berstschreiben im Reaktoreinlasskopf. Es ist auch die Hypothese aufgestellt worden, dass das erfindungsgemäße Verfahren außerdem im Vergleich mit konventionellen Verfahren eine oder mehrere der folgenden positiven Wirkungen bereitstellt: (1) eine beständigere und gleichförmige Umwandlung des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials in den Röhren; (2) eine niedrigere Temperatur der Heißstelle in den Röhren; (3) einen langsameren Anstieg der Temperatur des Wärmetransfermediums, welches zur Kühlung des Reaktors im Lauf der Zeit verwendet wird; (4) eine verbesserte Katalysatoraktivität und/oder Stabilität und/oder (5) eine verbesserte Stabilität der Ausbeute des Maleinsäureanhydrids, d. h. einen geringeren Abnahmewert der Ausbeute an Maleinsäureanhydrid.
Für die Zwecke dieser Erfindung bedeutet der Begriff "Ausbeute" das Verhältnis von Mol Maleinsäureanhydrid, erhalten aus den Mol Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial, welches in die Reaktionszone eingebracht wird, multipliziert mit 100%, wobei der Begriff in Molprozent ausgedrückt wird. Der Begriff "Spezifität" bedeutet das Verhältnis von erhaltenen Mol Maleinsäureanhydrid zu den umgesetzten oder umgewandelten Mol Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial, multipliziert mit 100, wobei der Begriff in Molprozent ausgedrückt wird. Der Begriff "Umwandlung" bedeutet das Verhältnis der umgesetzten Mol Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial zu den Mol Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial, welches in die Reaktionszone eingebracht werden, multipliziert mit 100, wobei der Begriff in Molprozent ausgedrückt wird. Der Begriff "Raumgeschwindigkeit" oder "stündliche Gas-Raumgeschwindigkeit" oder "GHSV" bedeutet das stündliche Volumen der gasförmigen Zufuhr, ausgedrückt in Kubikzentimeter (cm³) bei 15,5°C und atmosphärischem Druck, geteilt durch das Katalysatormassevolumen, ausgedrückt in Kubikzentimetern, wobei der Begriff als cm³/cm³-h oder h^–1 ausgedrückt wird.
Eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und Apparats wird in 1 veranschaulicht. Das erfindungsgemäße Produktionssystem für Maleinsäureanhydrid wird im Allgemeinen durch die Referenznummer 1 bezeichnet. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung in Verbindung mit katalytischen Reaktoren von verschiedenen Konfigurationen und Betriebsarten verwendet werden kann, die folgende Beschreibung soll lediglich die Art des Systems veranschaulichen, in der die vorliegende Erfindung angewendet werden kann.
Eine Quelle eines Kohlenwasserstoffs mit mindestens vier Kohlenstoffatomen in einer unverzweigten Kette fließt durch eine Kohlenwasserstoffzufuhrleitung 3 zu einer ersten Mischungszone 5. Ein phosphorhaltiges Mittel wird in die erste Mischungszone 5 eingebracht, um einen Phosphorenthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom zu bilden. Der Phosphorenthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom fließt durch eine erste Leitung 7 zu einer Sauerstoffmischungszone 9, worin der Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, gemischt wird, um ein Reaktorzufuhrgas zu bilden. Die Sauerstoffmischungszone 9 ist in fluider Verbindung mit dem Röhrenreaktor 11 und das Reaktorzufuhrgas fließt von der Sauerstoffmischungszone 9 zum Röhrenreaktor 11, wo es einer teilweisen katalytischen Oxidation zu Maleinsäureanhydrid unterzogen wird.
Der Röhrenreaktor 11 umfasst einen Röhrenwärmetauscher mit einem Mantel 13, welcher in den Röhren 15 vertikal orientiert ist, einen unteren Kopf 17 mit einer Gaseinlassöffnung 19 und einen oberen Kopf mit einer unteren Gasauslassöffnung 21. Die Röhren 15 des Reaktors sind in unteren und oberen Röhrenwänden 23 und 25 fixiert und werden mit einem Katalysator gepackt, um in jeder Röhre ein Komponentenbett 27 des Katalysators bereitzustellen. Zusammengenommen stellen die vereinigten Röhren 15 die Reaktionskammer dar. Die Einlassöffnung 19 ist in fluider Flussverbindung mit dem Reaktor-Zufuhrstrom.
Bei phosphorhaltigen Mitteln, welche unter den anwendbaren Bedingungen einen ausreichend hohen Dampfdruck besitzen, wird das Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bevorzugt so gesteuert, dass das phosphorhaltige Mittel im Wesentlichen verdampft ist, ehe der Reaktor-Zufuhrstrom in das Katalysatorbett eintritt. Insbesondere ist das Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom so gesteuert, dass mindestens 90%, bevorzugt mindestens 95% und noch mehr bevorzugt mindestens 99% des phosphorhaltigen Mittels in dem phosphorhaltigen Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom verdampft ist, ehe die Kombination des phosphorhaltigen Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, oder zumindest ehe der Reaktor-Zufuhrstrom in das Katalysatorbett eintritt.
Erfindungsgemäß ist deswegen ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid entwickelt worden durch Umsetzen eines Kohlenwasserstoffs mit mindestens vier Kohlenstoffatomen in einer unverzweigten Kette mit molekularem Sauerstoff in einem katalytischen Reaktor. Der Reaktor umfasst im Allgemeinen ein festes Katalysatorbett mit aktiven Stellen, welches einen Vanadium-Phosphor-Sauerstoff-Katalysator für die katalytische Oxidation des Kohlenwasserstoffs zu Maleinsäureanhydrid umfasst. Ein phosphorhaltiges Mittel wird kontinuierlich oder intermittierend in den Reaktor eingebracht. Die Art und Weise, in der das phosphorhaltige Mittel in den Reaktor eingebracht wird, wird so gesteuert, dass die Verteilung des phosphorhaltigen Mittels innerhalb des Reaktors verbessert wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird das phosphorhaltige Mittel in einen gasförmigen Zufuhrstrom, welcher den Kohlenwasserstoff umfasst, eingebracht, um einen Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitzustellen. Der Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom wird mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, vereinigt, um einen Reaktor-Zufuhrstrom zu bilden. Um die gewünschte Verteilung des phosphorhaltigen Mittels innerhalb des Reaktors zu erreichen, wird das Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom so gesteuert, dass das phosphorhaltige Mittel im Wesentlichen verdampft ist, ehe der Reaktor-Zufuhrstrom in das Katalysatorbett eintritt. Der Kohlenwasserstoff wird mit molekularem Sauerstoff im Reaktor umgesetzt, um ein Reaktionsprodukt zu erzeugen, welches Maleinsäureanhydrid umfasst.
Um die gewünschte Verdampfung und/oder die im Wesentlichen gleichförmige Verteilung des phosphorhaltigen Mittels zu fördern, ist die Verweilzeit des phosphorhaltigen Mittels im Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom vor der Vereinigung des Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms mit dem molekularen Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, bevorzugt größer als etwa drei Sekunden, mehr bevorzugt größer als etwa fünf Sekunden und noch mehr bevorzugt größer als etwa acht Sekunden. Im Allgemeinen beträgt eine ausreichende Verweilzeit des phosphorhaltigen Mittels im Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom vor der Vereinigung des Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms mit dem molekularen Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, zwischen etwa zwei Sekunden und etwa 90 Sekunden, bevorzugt zwischen vier Sekunden und 30 Sekunden, mehr bevorzugt zwischen sechs Sekunden und 25 Sekunden und noch mehr bevorzugt zwischen acht Sekunden und 15 Sekunden.
Während die obigen bevorzugten Verweilzeiten wahrscheinlich die meisten Verweilzeiten umfassen, welche erfindungsgemäß effektiv verwendet werden können, werden Fachleute erkennen, dass die Verweilzeiten von Reaktor zu Reaktor variieren können, in Abhängigkeit von Parametern wie etwa dem Rohrleitungssystem und der Reaktorkonfiguration und der Raumgeschwindigkeit. Eine Verringerung der Verweilzeit des phosphorhaltigen Mittels in dem Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom vor der Vereinigung des Phosphor-enthaltenden Zufuhrstroms mit dem molekularen Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, kann beispielsweise in einer bestimmten Reaktorkonfiguration akzeptabel sein, wo es einen geeigneten Anstieg der Verweilzeit des Reaktor-Zufuhrstroms vor dem Einbringen des Reaktor-Zufuhrstroms in den Reaktor gibt. Entsprechend sollte das vorliegende Verfahren breit interpretiert werden, um alle Verweilzeiten zu umfassen, welche ausreichend sind, um zu ermöglichen, dass das phosphorhaltige Mittel im Wesentlichen verdampft und/oder im Wesentlichen gleichförmig in dem Reaktor-Zufuhrstrom verteilt wird, ehe der Reaktor-Zufuhrstrom in das Katalysatorbett eintritt.
In einer anderen Ausführungsform wird deswegen ein phosphorhaltiges Mittel in einen gasförmigen Zufuhrstrom, welcher den Kohlenwasserstoff umfasst, eingebracht, um einen Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitzustellen. Der Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom wird mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, vereinigt, um einen Reaktor-Zufuhrstrom zu bilden. Um die gewünschte Verdampfung und/oder gleichförmige Verteilung zu erreichen, wird das Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom so gesteuert, dass das phosphorhaltige Mittel im Wesentlichen gleichförmig innerhalb des Reaktor-Zufuhrstroms verteilt wird, ehe der Reaktor-Zufuhrstrom in das Katalysatorbett eintritt. Der Kohlenwasserstoff wird mit dem molekularen Sauerstoff in dem Reaktor umgesetzt, um ein Reaktionsprodukt zu erzeugen, welches Maleinsäureanhydrid umfasst.
In noch einer anderen Ausführungsform wird ein phosphorhaltiges Mittel in einen Zufuhrstrom, welcher den Kohlenwasserstoff umfasst, eingebracht, um einen Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitzustellen. Der Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom wird mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, vereinigt, um einen Reaktor-Zufuhrstrom zu bilden. Um die gewünschte Verdampfung und/oder einheitliche Verteilung zu erreichen, wird das Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom so gesteuert, dass die Verweilzeit des phosphorhaltigen Mittels in dem Phosphor enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom vor dem Vereinigen des Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, mehr als eine Sekunde beträgt. Der Kohlenwasserstoff wird mit dem molekularen Sauerstoff in dem Reaktor umgesetzt, um ein Reaktionsprodukt zu erzeugen, welches Maleinsäureanhydrid umfasst.
In noch in einer anderen Ausführungsform wird das phosphorhaltige Mittel in einen Zufuhrstrom, welcher den Kohlenwasserstoff umfasst, in einer ersten Mischungszone eingebracht, um einen Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitzustellen. Der Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom fließt durch eine Leitung zu einer Sauerstoffmischungszone und der Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom wird mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, in der Sauerstoffmischungszone gemischt, um ein Reaktorzufuhrgas zu bilden. Die Verweilzeit des Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms in der Leitung ist größer als eine Sekunde. Der Kohlenwasserstoff wird mit dem molekularen Sauerstoff in dem Reaktor umgesetzt, um Reaktionsprodukt zu erzeugen, welches Maleinsäureanhydrid umfasst.
2 veranschaulicht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die in 1 veranschaulicht ist. Das Produktionssystem für Maleinsäureanhydrid, welches in 2 dargestellt ist, ist größtenteils das gleiche wie das Produktionssystem für Maleinsäureanhydrid, welches in 1 dargestellt ist, außer dass zusätzlich eine Gas/Flüssigkeit-Kontaktzone in das System eingebaut ist. In dem in 2 veranschaulichten System fließt eine Quelle eines gasförmigen Kohlenwasserstoffs mit mindestens vier Kohlenstoffatomen in einer unverzweigten Kette durch eine Kohlenwasserstoffzufuhrleitung 29 zu einer ersten Mischungszone 31. Ein flüssiges phosphorhaltiges Mittel wird in die erste Mischungszone 31 eingebracht, um einen ersten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom zu bilden. Der erste Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom fließt durch eine erste Leitung 33 zu einer Gas/Flüssigkeit-Kontaktzone 35, um einen zweiten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom zu bilden.
Der zweite Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom fließt dann durch eine zweite Leitung 37 zu einer Sauerstoffmischungszone 39, wo der zweite Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, gemischt wird, um ein Reaktorzufuhrgas zu bilden. Das Reaktorzufuhrgas fließt von einer Sauerstoffmischungszone 39 zum Röhrenreaktor 41, wo es eine teilweise katalytische Oxidation zu Maleinsäureanhydrid durchläuft.
Die Gas/Flüssigkeit-Kontaktzone umfasst Mittel zur Förderung des Grenzflächenkontakts zwischen dem flüssigen phosphorhaltigen Mittel und dem gasförmigen Zufuhrstrom, wie etwa Mittel zur Verringerung der durchschnittlichen Größe der flüssigen Tröpfchen, welche von der gasförmigen Kohlenwasserstoffzufuhr mitgeführt werden, durch Bereitstellen einer Oberfläche zum Aufprallen der Tröpfchen, ein Mittel zur Förderung der gleichförmigen Verteilung des flüssigen phosphorhaltigen Mittel im gasförmigen Zufuhrstrom und/oder ein Mittel zur Förderung der Verdampfung des phosphorhaltigen Mittels im gasförmigen Zufuhrstrom. Insbesondere umfasst das Mittel ein Mittel, welches beispielsweise ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Filtermedien, statischen Mischern, Rohrformstücken und Turbulenz-induzierenden Strömungsvorrichtungen. Das Mittel umfasst bevorzugt ein Filtermedium. Filtermedien zum einmaligen Gebrauch und/oder nach Art einer Patrone sind akzeptabel, wie etwa Papierfaltenfilter und gewundene Faserfilter, aber nicht beschränkt darauf. Wenn das Mittel ein Filtermedium umfasst, wird das phosphorhaltige Mittel bevorzugt stromaufwärts des Filtermediums eingebracht oder direkt in das Filtermedium injiziert.
In einer anderen Ausführungsform wird deshalb ein flüssiges phosphorhaltiges Mittel in einen gasförmigen Zufuhrstrom, welcher den Kohlen wasserstoff umfasst, in einer ersten Mischungszone stromaufwärts einer Gas/Flüssigkeit-Kontaktzone eingebracht, um einen Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom zu erzeugen. Die Gas/Flüssigkeit-Kontaktzone umfasst ein Mittel zur Förderung des Grenzflächenkontakts zwischen dem flüssigen phosphorhaltigen Mittel und dem Kohlenwasserstoffzufuhrgas. Der Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom wird mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, stromaufwärts der Gas/Flüssigkeit-Kontaktzone vereinigt, um einen Reaktor-Zufuhrstrom zu bilden. Der Kohlenwasserstoff wird mit dem molekularen Sauerstoff in dem Reaktor umgesetzt, um ein Reaktionsprodukt zu erzeugen, welches Maleinsäureanhydrid umfasst.
In noch einer anderen Ausführungsform wird ein flüssiges phosphorhaltiges Mittel in einen gasförmigen Zufuhrstrom, welcher den Kohlenwasserstoff umfasst, in einer ersten Mischungszone stromaufwärts einer Gas/Flüssigkeits-Kontaktzone eingebracht, um einen Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom zu erzeugen. Die Gas/Flüssigkeits-Kontaktzone umfasst ein Mittel zur Förderung des Grenzflächenkontakts zwischen dem flüssigen phosphorhaltigen Mittel und dem Kohlenwasserstoff-Zufuhrgas. Der Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom wird mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff umfasst, stromabwärts der Gas/Flüssigkeit-Kontaktzone vereinigt, um einen Reaktor-Zufuhrstrom zu bilden. Das Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom wird so gesteuert, dass die Verweilzeit des phosphorhaltigen Mittels in dem Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom zwischen der ersten Mischungszone und der zweiten Mischungszone größer als eine Sekunde ist. Der Kohlenwasserstoff wird in dem Reaktor mit dem molekularen Sauerstoff umgesetzt, um ein Reaktionsprodukt zu erzeugen, welches Maleinsäureanhydrid umfasst.
In noch einer anderen Ausführungsform wird ein flüssiges phosphorhaltiges Mittel in einen gasförmigen Zufuhrstrom, welcher den Kohlenwasser stoff umfasst, in einer ersten Mischungszone stromaufwärts eines Filtermediums eingebracht, durch welches der Kohlenwasserstoffstrom geleitet wird, um einen Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitzustellen. Der Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom wird mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, in einer Sauerstoffmischungszone stromaufwärts des Filtermediums vereinigt. Der Kohlenwasserstoff wird mit dem molekularen Sauerstoff in dem Reaktor umgesetzt, um ein Reaktionsprodukt zu erzeugen, welches Maleinsäureanhydrid umfasst.
In noch einer anderen Ausführungsform wird ein flüssiges phosphorhaltiges Mittel in einen gasförmigen Zufuhrstrom, welcher den Kohlenwasserstoff umfasst, in einer ersten Mischungszone stromaufwärts eines Filtermediums eingebracht, durch welches der Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom geleitet wird, um einen Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitzustellen. Der Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom wird mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, in einer Mischungszone stromabwärts des Filtermediums vereinigt. Die Verweilzeit des Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms zwischen der ersten Mischungszone und der Sauerstoffmischungszone beträgt mehr als eine Sekunde. Der Kohlenwasserstoff wird mit dem molekularen Sauerstoff in dem Reaktor umgesetzt, um ein Reaktionsprodukt zu erzeugen, welches Maleinsäureanhydrid umfasst.
Bei phosphorhaltigen Mitteln, welche vor dem Eintritt in den Reaktor im Wesentlichen in flüssiger Form verbleiben, wird das Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in den Kohlenwasserstoffstrom bevorzugt so gesteuert, dass das phosphorhaltige Mittel im Wesentlichen gleichförmig radial im Reaktor-Zufuhrstrom verteilt wird, ehe der Reaktor-Zufuhrstrom in das Katalysatorbett eintritt. Außerdem wird das Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bevorzugt so gesteuert, dass die durchschnittliche Partikelgröße des phosphorhaltigen Mittels im Reaktor-Zufuhr strom weniger als etwa 10 μm, bevorzugt weniger als 5 μm und noch mehr bevorzugt zwischen 1 μm und 5 μm beträgt.
In einer Ausführungsform wird deswegen ein phosphorhaltiges Mittel in einen gasförmigen Zufuhrstrom, welcher den Kohlenwasserstoff umfasst, in einer ersten Mischungszone eingebracht, um einen Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitzustellen. Der Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom fließt durch ein Filtermedium, welches das flüssige phosphorhaltige Mittel abfängt und es innerhalb des Mediums lateral durch den Fließweg des Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms verteilt, wobei das phosphorhaltige Mittel dispergiert wird, um eine gleichförmige radiale Verteilung des flüssigen phosphorhaltigen Mittels innerhalb des Phosphorenthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms zu fördern, wenn die Flüssigkeit darin aus dem Filtermedium wieder mitgeführt wird. Der Phosphorenthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom wird mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, in einer Sauerstoffmischungszone stromabwärts des Filtermediums vereinigt. Der Kohlenwasserstoff wird mit dem molekularen Sauerstoff in dem Reaktor umgesetzt, um ein Reaktionsprodukt zu erzeugen, welches Maleinsäureanhydrid umfasst.
Das flüssige phosphorhaltige Mittel kann als Tröpfchen mit einer großen Oberfläche wieder mitgeführt werden, wodurch eine Förderung der Verdampfung der Tröpfchen des phosphorhaltigen Mittels in dem Gasstrom bei Mischen mit dem Sauerstoff-haltigen Gas bewirkt wird. Die durchschnittliche Partikelgröße solcher wieder mitgeführten Tröpfchen liegt normalerweise im Bereich zwischen 1 bis 5 μm. Da Filtermedium umfasst im Allgemeinen ein poröses Medium mit einer durchschnittlichen Porengröße zwischen 1 und 10 μm, bevorzugt zwischen 1 und 5 μm und erstreckt sich im Wesentlichen über den gesamten Fließweg des Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms.
In noch einer anderen Ausführungsform wird ein phosphorhaltiges Mittel in einen gasförmigen Zufuhrstrom, welcher den Kohlenwasserstoff umfasst, in einer ersten Mischungszone eingebracht, um einen Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitzustellen. Der Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom wird durch eine Leitung geleitet, welche ein Mittel für Durchflussbegrenzung umfasst, um das phosphorhaltige Mittel zu dispergieren, um eine gleichförmige radiale Verteilung des phosphorhaltigen Mittels innerhalb des Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms zu fördern. Der Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom wird mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, in einer Sauerstoffmischungszone stromabwärts des Mittels zur Durchflussbegrenzung vereinigt. Der Kohlenwasserstoff wird mit molekularem Sauerstoff im Reaktor umgesetzt, um ein Reaktionsprodukt zu bilden, welches Maleinsäureanhydrid umfasst.
Das Mittel zur Durchflussbegrenzung umfasst bevorzugt eine Gas/Flüssigkeit-Kontaktzone, wodurch eine Förderung des Grenzflächenkontakts zwischen dem flüssigen phosphorhaltigen Mittel und dem Kohlenwasserstoffgas bewirkt wird. Die Passage des Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms durch die Gas/Flüssigkeit-Kontaktzone verringert bevorzugt die Partikelgröße der flüssigen Tröpfchen des phosphorhaltigen Mittels, welche im gasförmigen Kohlenwasserstoff dispergiert sind, insbesondere auf eine Größe, welche eine Förderung der Verdampfung des flüssigen phosphorhaltigen Mittels bewirkt, nachdem der Phosphorenthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom mit dem molekularen Sauerstoff oder dem Sauerstoff-haltigen Gas gemischt wird. Das Gas/Flüssigkeit-Kontaktzone kann beispielsweise Aufprallflächen für die flüssigen Tröpfchen und/oder Mittel zum Fördern der Verdampfung der Tröpfchen umfassen und kann beispielsweise ausgewählt werden aus der Gruppe, bestehend aus einem Filtermedium, einem statischen Mischer, einem Rohrformstück und einer Turbulenz induzierenden Strömungsvorrichtung.
In den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist eine Mindestverweilzeit des phosphorhaltigen Mittels in dem Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom vor der Vereinigung des Phosphorenthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms mit dem molekularen Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, nicht erforderlich, solange die Gas/Flüssigkeit-Kontaktzone, Mittel zur Dispersion, das Filtermedium oder dgl. verursacht oder dazu beiträgt, dass das phosphorhaltige Mittel im Wesentlichen verdampft und/oder im Wesentlichen gleichförmig in dem Reaktor-Zufuhrstrom verteilt wird, ehe der Reaktor-Zufuhrstrom in das Katalysatorbett eintritt. Bevorzugt wird jedoch eine Mindestverweilzeit bereitgestellt in Verbindung mit einer Gas/Flüssigkeit-Kontaktzone, Mittel zur Dispersion, einem Filtermedium oder dgl. Die Verweilzeit des phosphorhaltigen Mittels im Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom vor der Vereinigung des Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms mit dem molekularen Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, ist bevorzugt größer als etw drei Sekunden, mehr bevorzugt größer als etwa fünf Sekunden und noch mehr bevorzugt größer als etwa acht Sekunden. Noch mehr bevorzugt beträgt die Verweilzeit des phosphorhaltigen Mittels in dem Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom vor der Vereinigung des Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms mit dem molekularen Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, zwischen zwei Sekunden und etwa 90 Sekunden, bevorzugt zwischen vier Sekunden und 30 Sekunden, mehr bevorzugt zwischen etwa sechs Sekunden bis 25 Sekunden und noch mehr bevorzugt zwischen etwa acht Sekunden bis 15 Sekunden.
Das phosphorhaltige Mittel kann durch jedes geeignete Verfahren eingebracht werden. Verfahren, welche eine größere Verteilung des phosphorhaltigen Mittels im Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom während des Einbringens des Mittels bereitstellen, sind jedoch bevorzugt. Das phosphorhaltige Mittel kann in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom beispielsweise durch eine Röhre eingebracht werden, welche in dem Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom eingesetzt wird, worin die Röhre eine Frittenspitze umfasst, durch welche das phosphorhaltige Mittel die Röhre verlässt. In diesem Beispiel wird das phosphorhaltige Mittel bevorzugt in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom eingebracht durch eine Röhre, welche im Wesentlichen senkrecht zur Fließrichtung des Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom eingesetzt wird, worin die Röhre eine Frittenspitze umfasst, durch welche das phosphorhaltige Mittel die Röhre verlässt.
Die Temperatur des Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms hängt von dem bestimmten ausgewählten Kohlenwasserstoff ab. Wenn der Kohlenwasserstoff n-Butan ist, wird der n-Butan-Zufuhrstrom bevorzugt bei einer Temperatur von mindestens 70°C gehalten, bevorzugt zwischen etwa 70°C und 110°C, und mehr bevorzugt zwischen 85°C und 95°C. Das phosphorhaltige Mittel wird bevorzugt vorgewärmt, ehe es in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom eingebracht wird. Obwohl das phosphorhaltige Mittel mit Umgebungstemperatur in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom eingebracht werden kann, wird es bevorzugt auf eine Temperatur vorgeheizt, welche höher ist als eine Temperatur, die um 20°C niedriger ist, bevorzugt 10°C niedriger ist als die Temperatur des Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms vor dem Einbringen des Mittels in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Zufuhrleitung, welche das phosphorhaltige Mittel trägt, benachbart zu oder um die Kohlenwasserstoff-Zufuhrlinie gewickelt über eine geeignete Distanz vor dem Einbringen des Mittels in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom, um die Temperatur des Mittels zu erhöhen. In anderen Ausführungsformen wird ein Vorheizen durchgeführt, beispielsweise unter Verwendung von Dampf oder jedes andere geeignete Verfahren.
In ähnlicher Art und Weise kann jede der Ausführungsformen, welche in der vorliegenden Anmeldung offenbart werden, weiterhin durch Einbringen einer zusätzlichen Menge an phosphorhaltigem Mittel in den Phosphorenthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom stromabwärts von der Stelle, an der eine erste Menge des phosphorhaltigen Mittels in den Kohlenwasserstoffstrom eingebracht wird, modifiziert werden. Der genaue Punkt in dem Verfahren, an dem zusätzliches phosphorhaltiges Mittel eingebracht wird, kann variieren. Das zusätzliche phosphorhaltige Mittel kann beispielsweise zwischen der ersten Mischungszone und der Sauerstoffmischungszone eingebracht werden, zwischen der ersten Mischungszone und der Gas/Flüssigkeit-Kontaktzone und der Sauerstoffmischungszone. Das zusätzliche phosphorhaltige Mittel wird bevorzugt nicht später als unmittelbar vor der Sauerstoffmischungszone eingebracht. In den Ausführungsformen, welche geteilte Verfahrensströme und eine Vielzahl von katalytischen Reaktoren anwenden, wie etwa in Schemen, welches in 3 dargestellt sind und unten beschrieben werden, kann das zusätzliche phosphorhaltige Mittel, falls erwünscht, in jeden getrennten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom vor der Sauerstoffmischungszone für jeden getrennten Reaktor eingebracht werden. Dieses Vorgehen erlaubt ein individuelles Anpassen der Rate, mit der das phosphorhaltige Mittel eingebracht wird, um die einzelnen Reaktorzuführströme für die verschiedenen getrennten katalytischen Reaktoren, welche verwendet werden, zu bilden. Das phosphorhaltige Mittel wird mit einer ersten Rate eingebracht, ehe der Verfahrensstrom geteilt wird, um minimale Konzentration an phosphorhaltigem Mittel bereitzustellen. Zusätzliches phosphorhaltiges Mittel wird mit einer zweiten Rate eingebracht, nachdem der Verfahrensstrom geteilt wird, um die einzelnen Charakteristika für jeden getrennten Reaktor zu berücksichtigen. Auf diese Art und Weise können Unterschiede in den verwendeten Katalysatoren, die Spezifität und Aktivität des Katalysators und andere optionale Unterschiede in jedem Reaktor berücksichtigt werden und die Konzentration des phosphorhaltigen Mittels in dem Reaktorzufuhrgas angepasst werden an den Ziel- oder optimalen Wert für diesen Reaktor. Wenn zusätzliches phosphorhaltiges Mittel stromabwärts des Punkts im Verfahren eingebracht wird, an dem das phosphorhaltige Mittel zuerst eingebracht wird, beträgt das Verhältnis der ersten Zugaberate an phosphorhaltiger Verbindung zur zweiten Zugaberate an phosphorhaltiger Verbindung bevorzugt mindestens 2 : 1, mehr bevorzugt mindestens 3 : 2 und noch mehr bevorzugt mindestens 4 : 1.
In einer Ausführungsform wird deshalb ein phosphorhaltiges Mittel in einen Zufuhrstrom, welcher den Kohlenwasserstoff umfasst, in einer ersten Mischungszone mit einer ersten Rate eingebracht, wobei ein erster Phosphorenthaltender Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitgestellt wird. Der erste Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom wird durch eine erste Leitung zu einer zweiten Mischungszone geleitet. Zusätzliches phosphorhaltiges Mittel wird in den ersten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom in einer zweiten Mischungszone mit einer zweiten Rate eingebracht, um einen zweiten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitzustellen. Der zweite Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom wird durch eine zweite Leitung zu einer Sauerstoffmischungszone geleitet, wo er mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, in der Sauerstoffmischungszone gemischt wird, um einen Reaktor-Zufuhrstrom zu bilden. Die Gesamtheit der Verweilzeit des ersten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms zwischen der ersten Mischungszone und der zweiten Mischungszone und der Verweilzeit des zweiten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms zwischen der zweiten Mischungszone und der Sauerstoffmischungszone beträgt mehr als eine Sekunde. Der Kohlenwasserstoff wird mit dem molekularen Sauerstoff in dem Reaktor umgesetzt, um ein Reaktionsprodukt zu bilden, welches Maleinsäureanhydrid umfasst.
3 veranschaulicht noch eine andere alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung, worin ein Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom, umfassend das phosphorhaltige Mittel, aufgeteilt wird und zu mehreren katalytischen Maleinsäureanhydrid-Reaktoren geleitet wird. Das Produktionssystem für Maleinsäureanhydrid, welches in 3 gezeigt ist, ist ähnlich mit dem Produktionssystem für Maleinsäureanhydrid, welches in 1 gezeigt wird, außer dass der Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom in mehrere Phosphorenthaltende Kohlenwasserstoff-Ströme aufgeteilt wird vor dem Erreichen der Mischungszone 33, welche in 1 gezeigt ist und eine zusätzliche Mischungszone in das Schema eingebaut wird, worin zusätzliches phosphorhaltiges Mittel in jeden aufgeteilten Strom eingebracht wird. In 3 sind zwei geteilte Ströme (ein Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom des ersten Reaktors und ein Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom des zweiten Reaktors) zum Zweck der Veranschaulichung dieser Ausführungsform gezeigt, obwohl zusätzliche geteilte Ströme möglich sind.
Ein Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom des ersten Reaktors fließt durch eine erste Reaktorkohlenwasserstoff-Zufuhrleitung 43 zu einer ersten Reaktormischungszone 45, wo zusätzliche phosphorhaltige Verbindung gegebenenfalls in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom des ersten Reaktors mit einer Rate des ersten Reaktors eingebracht wird, um einen Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom des ersten Reaktors zu bilden. Der Phosphorenthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom des ersten Reaktors fließt dann zu einer Sauerstoffmischungszone des ersten Reaktors 47 und wird molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, gemischt, um ein Zufuhrgas des ersten Reaktors zu bilden. Das Zufuhrgas des ersten Reaktors fließt von der Sauerstoffmischungszone des ersten Reaktors 47 zu einem ersten Röhrenreaktor 49, wo es einer teilweise katalytischen Oxidation zu Maleinsäureanhydrid unterläuft.
Ebenso fließt ein Kohlenwasserstoffstrom des zweiten Reaktors durch eine Kohlenwasserstoff-Zufuhrlinie 51 des zweiten Reaktors zu einer Mischungszone des zweiten Reaktors 53, wo zusätzliche phosphorhaltige Verbindung gegebenenfalls in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom des zweiten Reaktors mit einer Rate des zweiten Reaktors eingebracht wird, um einen Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom des zweiten Reaktors zu enthalten. Der Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom des zweiten Reaktors fließt dann zu einer Sauerstoffmischungszone des zweiten Reaktors 55 und wird mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, gemischt, um ein Zufuhrgas des zweiten Reaktors zu bilden. Das Zufuhrgas des zweiten Reaktors fließt von der Sauerstoffmischungszone des zweiten Reaktors 55 zu einem zweiten Röhrenreaktor 57, wo es eine teilweise katalytische Oxidation zu Maleinsäureanhydrid durchläuft.
Die Rate, mit der das phosphorhaltige Mittel in jede der Mischungszonen eingebracht wird, wird durch ein oder mehrere Kontrollmittel 59 gesteuert, welche Information von den Mittel zur Messung des Flusses 61, 63 und 65 enthalten. Das Steuermittel 59 ist bevorzugt ein Steuermittel des PID-Typs. Die Mittel zur Messung des Flusses 61 messen die Durchflussmenge des Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms vor der Teilung des Stroms. Das Mittel zur Messung des Flusses 63 misst die Durchflussmenge des Sauerstoffs oder des Sauerstoff enthaltenden Zufuhrstroms, welcher in die Sauerstoffmischungszonen des ersten Reaktors eingebracht wird. Das Mittel zur Messung des Flusses 65 misst die Durchflussmenge des Sauerstoffs oder Sauerstoff enthaltenden Zufuhrstroms, welches in die Sauerstoffmischungszone des zweiten Reaktors eingebracht wird. Sollwerte entsprechen der Zielkonzentration des phosphorhaltigen Mittels in dem ersten Reaktor-Zufuhrstrom und der Zielkonzentration des phosphorhaltigen Mittels in dem zweiten Reaktor-Zufuhrstrom werden in die Steuermittel 59 eingegeben. Diese Sollwerte werden normalerweise bestimmt von dem Operator oder einem Überwachungscomputer basierend auf einer Bewertung beispielsweise der Ausbeute an Maleinsäureanhydrid, der Heißstellentemperatur und anderen Parametern, welche für jeden Reaktor spezifisch sind. Ein Sollwert entsprechend einem Zielverhältnis an phosphorhaltigem Mittel, welches in die erste Mischungszone (vor der Teilung der Ströme) eingebracht wird zum gesamten phosphorhaltigen Mittel, welches im Gesamtsystem eingebracht wird, wird dann in das Steuermittel 59 eingegeben.
Beim Betrieb erhält das Steuermittel 59 Informationen über Kohlenwasserstoff- und Sauerstofffluss von den Mitteln zur Messung des Flusses 61, 63 und 65 und (1) berechnet dann die Rate (als eine Funktion der gemessenen Durchflussmengen), mit der das phosphorhaltige Mittel in jeden der niedereren der zwei Konzentrationssollwerte für den ersten Reaktor-Zufuhrstrom und den zweiten Reaktor-Zufuhrstrom eingebracht werden muss und (2) verringert diese berechnete Rate entsprechend des Sollwerts des Verhältnisses, um die erste Rate des phosphorhaltigen Mittels zu bestimmen, welche in die erste Mischungszone eingebracht werden soll. Das Steuermittel 59 reguliert dann das Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in die erste Mischungszone in Übereinstimmung mit der berechneten ersten Rate.
Das Steuermittel 59 berechnet dann die Rate (als eine Funktion der Kohlenwasserstoff- und Sauerstoffdurchflussmengen), mit der zusätzliches phosphorhaltiges Mittel in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom des ersten Reaktors eingebracht werden muss, um den Sollwert der Konzentration speziell für den Zufuhrstrom des ersten Reaktors zu erreichen. Entsprechend berechnet das Steuermittel 59 dann die Rate (als eine Funktion der Kohlenwasserstoff- und Sauerstoffdurchflussmengen), mit der zusätzliches phosphorhaltiges Mittel in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom des zweiten Reaktors eingebracht werden muss, um den Sollwert der Konzentration speziell für den Zufuhrstrom des zweiten Reaktors zu erreichen. Das Steuermittel 59 reguliert dann das Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in die Mischungszone des ersten Reaktors und die Mischungszone des zweiten Reaktors in Übereinstimmung mit der berechneten Rate des ersten Reaktors und der Rate des zweiten Reaktors, wie es angemessen ist.
Ein Fachmann wird zu schätzen wissen, dass das in 3 gezeigte Schema erfolgreich modifiziert werden kann durch Teilen des Reaktor-Zufuhrstroms in mehrere Reaktorzufuhrströme, welche in getrennte katalytische Reaktoren eingebracht werden, anstelle einer Teilung des Phosphorenthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms, wie es in 3 gezeigt wird. Die aufgeteilten Reaktorzuführströme können, müssen aber nicht äquivalente Volumenströme besitzen. Diese Volumenströme können angepasst werden, um die Unterschiede in der Kapazität der verwendeten Reaktoren zu berücksichtigen.
In einer Ausführungsform wird deswegen die Zufuhr des phosphorhaltigen Mittels zwischen einer primären Zufuhr zur Lieferung an eine primäre Mischungszone und eine sekundäre Zufuhr zur Lieferung an eine sekundäre Mischungszone stromabwärts der primären Mischungszone im Hinblick auf den Fluss des Kohlenwasserstoffgases zum Reaktor aufgeteilt. Die Durchflussmenge des Kohlenwasserstoffgases, welches in die primäre Mischungszone eintritt, wird gemessen. Die primäre Zufuhr an phosphorhaltigem Mittel wird in das Kohlenwasserstoffgas in der primären Mischungszone eingebracht, um einen primären Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitzustellen. Die Rate, mit der die primäre Zufuhr des phosphorhaltigen Mittels in die primäre Mischungszone eingebracht wird, wird basierend auf der gemessenen Durchflussmenge des Kohlenwasserstoffgases gesteuert, um eine vorher bestimmte minimale Konzentration des phosphorhaltigen Mittels in den primären Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitzustellen, welcher die primäre Mischungszone verlässt.
Die sekundäre Zufuhr des phosphorhaltigen Mittels wird in den primären Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom in der sekundären Mischungszone eingebracht, um einen eingestellten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom zu erhalten. Die Rate, mit der die sekundäre Zufuhr des phosphorhaltigen Mittels in die sekundäre Mischungszone eingebracht wird, wird so gesteuert, dass eine Gesamtkonzentration des phosphorhaltigen Mittels in dem eingestellten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitgestellt wird, welche einer vorher bestimmten Konzentration entspricht, mit einem Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu phosphorhaltiger Verbindung, welches die Bereitstellung einer Zielkonzentration an Phosphor in dem Reaktorzufuhrgas bewirkt, welches in das Katalysatorbett eintritt. Der eingestellte Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom wird mit einem sauerstoffhaltigen Gas gemischt, um den Reaktor-Zufuhrstrom bereitzustellen. Der Kohlenwasserstoffstrom wird mit dem molekularen Sauerstoff in dem Reaktor umgesetzt, um ein Reaktionsprodukt zu bilden, welches Maleinsäureanhydrid umfasst.
Der Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom, welcher die primäre Mischungszone verlässt und die sekundäre Zufuhr des phosphorhaltigen Mittels können jeweils in mehrere sekundäre Ströme für eine getrennte Zufuhr in mehrere sekundäre Mischungszonen stromabwärts der primären Mischungszone aufgeteilt werden, und der eingestellte Phosphorenthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom, welcher jede der sekundären Mischungszonen verlässt, kann zu einem entsprechenden Reaktor von mehreren Reaktoren geleitet werden, welche jeweils von einer einzelnen sekundären Mischungszone beliefert werden. Die Konzentration des phosphorhaltigen Mittels im Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom, welcher die primäre Mischungszone verlässt, ist bevorzugt gleich oder geringer als eine vorher bestimmte Konzentration mit einem Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu phosphorhaltiger Verbindung, welches die Bereitstellung der niedrigsten der Zielkonzentrationen an Phosphor in den Reaktorzufuhrgasen bewirkt, welche in die jeweiligen Katalysatorbetten der mehreren Reaktoren eintreten. Noch mehr bevorzugt ist die Zufuhrrate der phosphorhaltigen Verbindung in jede der mehreren sekundären Mischungszonen so gesteuert, dass eine vorher bestimmte Konzentration bereitgestellt wird mit einem Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu phosphorhaltiger Verbindung, welches die Bereitstellung einer Zielkonzentration an Phosphor in dem Reaktorzufuhrgas bewirkt, welches in das Katalysatorbett eintritt, zu dem der Strom geleitet wird, welcher eine solche sekundäre Mischungszone verlässt.
In noch einer anderen Ausführungsform wird eine Zufuhr des phosphorhaltigen Mittels zwischen einem primären Zufuhr zur Lieferung an eine primäre Mischungszone und eine sekundäre Zufuhr zur Lieferung an eine sekundäre Mischungszone stromabwärts der primären Mischungszone im Hinblick auf den Fluss des Kohlenwasserstoffgases zum Reaktor unterteilt. Die Durchflussmenge des Kohlenwasserstoffgases, welches in die primäre Mischungszone eintritt, wird gemessen. Die primäre Zufuhr des phosphorhaltigen Mittels wird in das Kohlenwasserstoffgas in der primären Mischungszone eingebracht, um einen primären Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitzustellen. Die Rate, mit der die primäre Zufuhr des phosphorhaltigen Mittels in die primäre Mischungszone eingebracht wird, wird gesteuert bezogen auf den gemessenen Kohlenwasserstoffgasfluss, um eine vorher bestimmte minimale Konzentration an phosphorhaltigem Mittel im primären Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitzustellen, welcher die primäre Mischungszone verlässt.
Die sekundäre Zufuhr des phosphorhaltigen Mittels und ein anderer Strom, welcher den primären Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom umfasst, werden in die sekundäre Mischungszone eingebracht, um einen eingestellten Phosphor-enthaltenden Strom zu erzeugen. Die Rate des Einbringens der sekundären Zufuhr des phosphorhaltigen Mittels in die sekundäre Mischungszone wird so gesteuert, dass eine Gesamtkonzentration an phosphorhaltigem Mittel in dem eingestellten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitgestellt wird, welcher einer vorher bestimmten Konzentration entspricht, mit einem Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu phosphorhaltiger Verbindung, welches die Bereitstellung einer Zielkonzentration an Phosphor in dem Reaktorzufuhrgas bewirkt, welches in das Katalysatorbett eintritt.
Der primäre Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom wird bevorzugt gemischt mit dem phosphorhaltigem Mittel, welches in die sekundäre Mischungszone eingebracht wird. Noch mehr bevorzugt wird der primäre Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom gemischt mit einem sauerstoffhaltigen Gas, um ein voreingestelltes Reaktorzufuhrgas zu erzeugen, wobei das voreingestellte Reaktorzufuhrgas mit dem phosphor haltigen Mittel gemischt wird, welches in die sekundäre Mischungszone eingebracht wird, um einen eingestellten Reaktor-Zufuhrstrom zu erzeugen.
In noch einer anderen Ausführungsform, welche den Betrieb von mehreren katalytischen Reaktoren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid durch Umsetzen eines Kohlenwasserstoffs mit mindestens vier Kohlenstoffatomen in einer unverzweigten Kette mit molekularem Sauerstoff betrifft, umfasst jeder Katalysator ein festes Katalysatorbett mit aktiven Stellen, welches einen Vanadium-Phosphor-Sauerstoff-Katalysator für die katalytische Oxidation des Kohlenwasserstoffs zu Maleinsäureanhydrid umfasst, wobei die Verbesserung des Verfahrens die Kontrolle des kontinuierlichen oder intermittierenden Einbringens eines phosphorhaltigen Mittels in den Reaktor betrifft. Die Durchflussmenge eines Zufuhrstroms, welcher den Kohlenwasserstoff umfasst, wird gemessen. Eine erste Zugaberate des phosphorhaltigen Mittels, welches in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom eingebracht werden soll, wird berechnet. Das Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom wird gesteuert in Übereinstimmung mit der berechneten ersten Zugaberate. Die erste Zugaberate entspricht einer minimalen vorher bestimmten Zugaberate des phosphorhaltigen Mittels als eine Funktion der gemessenen Durchflussmenge des Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms. Das phosphorhaltige Mittel wird in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom in einer ersten Mischungszone eingebracht, um einen primären Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitzustellen. Der primäre Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom fließt durch eine erste Leitung zu einer Rohrverzweigung, wo der primäre Phosphorenthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom in mehrere sekundäre Kohlenwasserstoff-Zufuhrströme aufgeteilt wird, welche durch eine Reihe von zweiten Leitungen zu einer Reihe von zweiten Mischungszonen fließen.
Eine zweite Zugaberate des phosphorhaltigen Mittels, welche optional in jeden sekundären Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom eingebracht wird, wird berechnet. Das Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in jeden sekundären Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom wird gesteuert in Übereinstimmung mit jeder entsprechend berechneten Zugaberate. Die zweite Zugaberate des phosphorhaltigen Mittels, welche in jeden der sekundären Kohlenwasserstoff-Zufuhrströme eingebracht wird, ist unabhängig von der zweiten Zugaberate des phosphorhaltigen Mittels, welche in jeden der anderen sekundären Kohlenwasserstoff-Zuführströme eingebracht wird. Die zweite Zugaberate wird für jeden sekundären Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom als eine Funktion der gemessenen Durchflussmenge des Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms berechnet und entspricht einer endgültigen Zugabezielrate an phosphorhaltigem Mittel für den Reaktor, in den der sekundäre Reaktor-Zufuhrstrom eingebracht werden soll, so verringert, dass der Teil des zuvor in die erste Mischungszone eingebrachten phosphorhaltigen Mittels einberechnet wird, welcher in dem sekundären Reaktor-Zufuhrstrom enthalten ist. Das phosphorhaltige Mittel wird gegebenenfalls in jeden sekundären Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom in jeder sekundären Mischungszone eingebracht, um mehrere sekundäre Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrströme bereitzustellen. Jeder sekundäre Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom wird mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, in einer Sauerstoffmischungszone gemischt, um mehrere sekundäre Reaktorzufuhrströme zu erzeugen, welche in getrennte katalytische Reaktoren eingebracht werden. Die Gesamtheit der Verweilzeit des primären Phosphorenthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms zwischen der ersten Mischungszone und der Rohrverzweigung, der Verweilzeit des sekundären Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms zwischen der Rohrverzweigung und der zweiten Mischungszone und der Verweilzeit des sekundären Phosphorenthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms zwischen der zweiten Mischungszone und der Sauerstoffmischungszone beträgt mehr als eine Sekunde. Der Kohlenwasserstoff wird mit dem molekularen Sauerstoff in jedem katalytischen Reaktor umgesetzt, um ein Reaktionsprodukt zu bilden, welches Maleinsäureanhydrid umfasst.
In noch einer anderen Ausführungsform wird die Fließgeschwindigkeit eines Zufuhrstroms, welcher den Kohlenwasserstoff umfasst, gemessen. Eine erste Zugaberate des phosphorhaltigen Mittels, welches in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom eingebracht werden soll, wird berechnet. Das Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom wird gesteuert in Übereinstimmung mit der berechneten ersten Zugaberate. Die erste Zugaberate entspricht einer minimalen vorher bestimmten Zugaberate des phosphorhaltigen Mittels als eine Funktion der gemessenen Fließgeschwindigkeit des Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms. Das phosphorhaltige Mittel wird in den Kohlenwasserstoffstrom in einer ersten Mischungszone eingebracht, um einen ersten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitzustellen. Der erste Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom fließt durch eine erste Leitung zu einer zweiten Mischungszone.
Eine zweite Zugaberate des phosphorhaltigen Mittels, welche gegebenenfalls in den ersten Phosphor-enthaltenden Zufuhrstrom eingebracht werden soll, wird berechnet. Das Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in den ersten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom wird gesteuert in Übereinstimmung mit der berechneten Zugaberate. Die zweite Zugaberate wird als eine Funktion der gemessenen Fließgeschwindigkeit des Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms berechnet und entspricht einer endgültigen Zielzugaberate des phosphorhaltigen Mittels, so verringert, dass der Teil des zuvor in die erste Mischungszone eingebrachten phosphorhaltigen Mittels einberechnet wird. Das phosphorhaltige Mittel wird in den ersten Phosphorenthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom in der zweiten Mischungszone eingebracht, um einen zweiten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitzustellen. Der zweite Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom wird mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, in einer Sauerstoffmischungszone vereinigt, um einen Reaktor-Zufuhrstrom zu bilden. Die Gesamtheit der Verweilzeit des ersten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms zwischen der ersten Mischungszone und der zweiten Mischungszone und der Verweilzeit des zweiten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms zwischen der zweiten Mischungszone und der Sauerstoffmischungszone beträgt mehr als eine Sekunde. Der Kohlenwasserstoff wird umgesetzt mit molekularem Sauerstoff im Reaktor, um ein Reaktionsprodukt zu bilden, welches Maleinsäureanhydrid umfasst.
Jede der oben mit Bezug auf 3 beschriebenen Ausführungsformen kann weiterhin modifiziert werden und auf die gleiche Art und Weise eine oder mehrere Gas/Flüssigkeit-Kontaktzonen umfassen, wie es für das Schema der 2 beschrieben wird, an einer Position oder Positionen zwischen der ersten Mischungszone und den umgeleiteten Mischungszonen.
Die katalytischen Reaktoren, welche gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen in breiter Art und Weise jeden Reaktor, welcher verwendet werden kann, um Kohlenwasserstoffe mit mindestens vier Kohlenstoffatomen in einer unverzweigten Kette in Maleinsäureanhydrid umzuwandeln. Ein normaler zufriedenstellender Reaktor ist ein Röhrenreaktor mit einem durch ein Wärmetransfermedium gekühlten Festbett. Die Einzelheiten des Betriebs solcher Reaktoren sind Fachleuten gut bekannt. Die Röhren solcher Reaktoren können aus Eisen, rostfreiem Stahl, Flussstahl, Nickel, Glas wie etwa Vycor und dergleichen gebildet sein. Die Röhren können hinsichtlich des Durchmessers von 0,635 cm (0,25 in.) bis 3,81 cm (1,50 in.) und in der Länge von 15,24 cm (6 in.) bis 609,60 cm (20 ft) variieren. Die Oxidationsreaktion ist stark exotherm und wenn die Reaktion begonnen hat, ist zur Beibehaltung der gewünschten Temperatur der Reaktionszone ein Wärmetransfermedium notwendig, um Wärme von der Reaktionszone wegzuführen. Geeignete Wärmetransfermedien sind Fachleuten gut bekannt und sind insbesondere Materialien, welche bei Verfahrenstemperaturen im flüssigen Zustand bleiben und eine relativ hohe thermische Leitfähigkeit besitzen. Beispiele für geeignete Medien umfassen verschiedene Wärmetransferöle, geschmolzenen Schwefel, Quecksilber, geschmolzenes Blei und Salze wie etwa Nitrate oder Nitrite von Alkalimetallen, wobei die Salze aufgrund ihrer hohen Siedepunkte bevorzugt sind. Ein besonders bevorzugtes Wärmetransfermedium ist ein eutektisches Gemisch aus Kaliumnitrat, Natriumnitrat und Natriumnitrit, welches nicht nur einen erwünschten hohen Siedepunkt, sondern auch einen ausreichend geringen Gefrierpunkt besitzt, sodass es sogar während Zeitperioden, in denen die Reaktionszone stillgelegt wird, in flüssigem Zustand bleibt. Ein zusätzliches Verfahren der Temperatursteuerung ist die Verwendung eines Metallblockreaktors, wobei die Metallummantelung der Reaktionszone als Temperaturregulationskörper fungiert, oder durch konventionelle Wärmeaustauscher.
Im Allgemeinen betrifft der Betrieb gemäß der vorliegenden Erfindung das Beschicken eines Gemischs aus Kohlenwasserstoff mit mindestens vier Kohlenstoffatomen in einer unverzweigten Kette mit einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält (einschließlich molekularem Sauerstoff), wie etwa Luft, in eine durch ein Wärmetransfermedium gekühlte Reaktionszone, welche mit dem Katalysator bepackt ist, und Inkontaktbringen des Katalysators mit dem Gasgemisch aus Kohlenwasserstoffgas und Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, um ein Reaktionsprodukgas zu erzeugen, welches Maleinsäureanhydrid enthält.
Die Reaktionstemperatur wird normalerweise bei 300°C bis 600°C gehalten und bevorzugt bei 325°C bis 500°C. Die Temperatur des Reaktors hängt in bestimmtem Ausmaß beispielsweise von der Art des Reaktors und den Konzentrationen an Kohlenwasserstoff und dem phosphorhaltigen Mittel in dem Reaktor-Zufuhrstrom ab. Das Kühlbad für den Reaktor wird normalerweise bei einer geringeren Temperatur gehalten, welche ausreichend ist, um die Reaktionstemperatur innerhalb des gewünschten Bereichs zu halten.
Der Reaktionsdruck ist nicht sehr kritisch. Die Reaktion kann bei atmosphärischem Druck, Drücken oberhalb oder unterhalb des atmosphärischen Drucks durchgeführt werden. Im Allgemeinen ist es aber aus praktischen Gründen bevorzugt, die Reaktion bei oder nahe atmosphärischem Druck durchzuführen. Normalerweise ist die Verwendung von Drücken von 203 kPa (14,7 psig) bis 446 kPa (50,0 psig), mehr bevorzugt 212 kPa (16,0 psig) bis 308 kPa (30,0 psig) und noch mehr bevorzugt etwa 225 kPa (18,0 psig) bis eta 294 kPa (28,0 psig) geeignet. Der Ausgangsdruck ist zumindest ein wenig höher als der Umgebungsdruck, um einen positiven Fluss aus dem Reaktor sicherzustellen. Der Druck des inerten Gases muss ausreichend hoch sein, um den Druckabfall durch den Reaktor zu bewältigen.
Kohlenwasserstoffkonzentrationen im Reaktor-Zufuhrstrom liegen normalerweise im Bereich von 1 Molprozent bis 10 Molprozent, bevorzugt 1,5 Molprozent bis 5 Molprozent.
Die Temperatur des molekularen Sauerstoff oder des Gases, welches molekularen Sauerstoff enthält, welches mit dem Kohlenwasserstoff gemischt wird, beträgt mindestens 120°C und liegt bevorzugt im Bereich von 120°C bis 200°C, mehr bevorzugt von 130°C bis 180°C und noch mehr bevorzugt von 140°C bis 160°C.
Die stündliche Gas-Raumgeschwindigkeit („GHSV" Gas hourly space velocity) des Verfahrens liegt normalerweise im Bereich von 100 h^–1 bis 4000 h^–1, bevorzugt 1000 h^–1 bis 3000 h^–1 und mehr bevorzugt 1700 h^–1 bis 2500 h^–1.
Zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignete Katalysatoren sind die im Fachgebiet bekannten Katalysatoren, und sind im Allgemeinen Materialien, welche die teilweise Dampfphasenoxidation eines Kohlenwasserstoffs mit mindestens vier Kohlenstoffatomen in einer geraden Kette zur Maleinsäureanhydrid unter Oxidationsbedingungen katalysieren kann. Beispiele für geeignete Katalysatoren schließen Vanadium-Phosphor-Oxid-Katalysatoren, verkauft von der Huntsman Corporation unter der Handelsbezeichnung E326, aktiviert auf die Art und Weise, welche beschrieben und beansprucht ist im U.S. Patent 5,137,860; einen im U.S. Patent 4,632,915 oder 4,670,415 beschriebenen und beanspruchten Vanadium-Phosphor-Oxid-Katalysator, verkauft von der Huntsman Corporation unter der Handelsbezeichnung E307; und einen modifizierten Vanadium-Phosphor-Oxid-Katalysator, verkauft von der Huntsman Corporation unter der Handelsbezeichnung E326, welcher Luft-calciniert und in Gegenwart von Stickstoff und Dampf aktiviert wird; die von Andrews et al. im U.S. Patent 5,275,996; von Mitchell et al. im U.S. Patent 5,641,722; und von Mitchell et al. im U.S. Patent 5,773,382 offenbarten Katalysatoren (insbesondere die Katalysatoren, welche von der Huntsman Corporation unter der Handelsbezeichnung E400 verkauft werden); und die in der U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/538,005, eingereicht am 2. Oktober 1995; und in der U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/909,638, eingereicht am 12. August 1997 5,773,382 offenbarten Katalysatoren (insbesondere diejenigen Katalysatoren, welche von der Huntsman Corporation unter der Handelsbezeichnung E358 verkauft werden) ein. Es sollte aber verstanden werden, dass diese Beispiele keine Beschränkung darstellen sollen, sondern für Illustrationszwecke und zur Anleitung bei der Praxis der vorliegenden Erfindung gedacht sind. Im Allgemeinen kann das Atomverhältnis von Vanadium zu Phosphor dieser Katalysatoren in einem geeigneten Bereich von 0,5 : 1 bis 1,25 : 1, bevorzugt im Bereich von 0,95 : 1 bis 1,2 : 1 liegen. Unter solchen Katalysatoren umfassen bevorzugte Katalysatoren diejenigen Katalysatoren, welche von der Huntsman Corporation unter den Handelsbezeichnungen E400 und E358 verkauft werden.
Im erfindungsgemäßen Verfahren kann der Katalysator in einem oder mehreren festen Betten verwendet werden. Die Größe und Form solcher festen Betten ist nicht sehr kritisch. Beispielsweise kann der Katalysator in Form eines Zylinders, entweder fest oder hohl, oder in jeder anderen geeigneten Form vorliegen.
Phosphorhaltige Mittel, welche zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind die im Fachgebiet bekannten Mittel, und im Allgemeinen Materialien, welche die Katalysatoraktivität modulieren können und/oder die Spezifität des Katalysators verbessern können, wenn sie in den Reaktor-Zufuhrstrom eingebracht werden. Nicht beschränkende Beispiele für geeignete Katalysatoren sind diejenigen, welche im U.S. Patent 4,701,433 beschrieben werden, wobei verständlich ist, dass dies nicht als Beschränkung gemeint ist, sondern vielmehr zu Zwecken der Veranschaulichung und Anleitung in der Praxis der vorliegenden Erfindung.
Unter solchen phosphorhaltigen Mitteln sind diejenigen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, welche einen Alkylester der Orthophosphorsäure oder einen Alkylester eines Orthophosphorsäurederivats umfassen. Bevorzugt umfasst das phosphorhaltige Mittel einen Alkylester der Orthophosphorsäure mit der folgenden Struktur: (RO)₃P = O (I)oder einen Alkylester eines Orthophosphorsäurederivats mit der folgenden Struktur: (RO)₃P (II)worin R Wasserstoff oder ein C₁-C₄-Alkyl ist, und mindestens ein R ein C₁-C₄-Alkyl ist. Mehr bevorzugt umfasst das phosphorhaltige Mittel eine Verbindung, welche ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Trialkylphosphaten und Trialkylphosphiten. Noch mehr bevorzugt umfasst das phosphorhaltige Mittel eine Verbindung, welche ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Trimethylphosphat, Triethylphosphat, Trimethylphosphit und Triethylphosphit. Noch mehr bevorzugt ist das phosphorhaltige Mittel Trimethylphosphat.
Die Konzentration des phosphorhaltigen Mittels im Reaktor-Zufuhrstrom beträgt bevorzugt mindestens 1 ppmw, bevorzugt zwischen 1 ppmw bis 20 ppmw, mehr bevorzugt zwischen 4 ppmw bis 17 ppmw und noch mehr bevorzugt 7 ppmw bis 14 ppmw. Das Einbringen des phosphorhaltigen Mittels kann kontinuierlich oder intermittierend durchgeführt werden, bevorzugt kontinuierlich. Die Rate, mit welcher das phosphorhaltige Mittel in den katalytischen Reaktor eingebracht wird, liegt im Allgemeinen zwischen 0,005 g pro Kilogramm des gesamten Katalysatorbett pro Tag bis 5 g pro Kilogramm des gesamten Katalysators im Bett pro Tag.
Eine große Anzahl an Kohlenwasserstoffen mit vier bis 10 Kohlenstoffatomen kann im erfindungsgemäßen Verfahren zu Maleinsäureanhydrid umgewandelt werden. Es ist nur notwendig, dass der Kohlenwasserstoff nicht weniger als vier Kohlenstoffatome in einer geraden Kette umfasst. Beispielsweise ist der gesättigte Kohlenwasserstoff n-Butan ausreichend, aber Isobutan (2-Methylpropan) ist nicht ausreichend zur Umwandlung in Maleinsäureanhydrid, obwohl die Anwesenheit von Isobutan nicht schädlich ist. Außer n-Butan umfassen andere geeignete gesättigte Kohlenwasserstoffe die Pentane, die Hexane, die Heptane, die Octane, die Nonane, die Decane und Gemische davon, mit oder ohne n-Butan, solange eine Kohlenwasserstoffkette mit mindestens vier Kohlenstoffatomen in unverzweigter Kette im gesättigten Kohlenwasserstoffmolekül vorliegt.
Ungesättigte Kohlenwasserstoffe sind auch zur Umwandlung in Maleinsäureanhydrid entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet. Geeignete ungesättigte Kohlenwasserstoffe umfassen die Butene (1-Buten und 2-Buten), 1,3-Butadien, die Pentene, die Hexene, die Heptene, die Octene, die Decene und Gemische davon, solange die erforderliche Kohlenwasserstoffkette mit mindestens vier Kohlenstoffatome in einer unverzweigten Ketten im Molekül vorliegt.
Cyclische Verbindungen wie etwa Cyclopentan und Cyclopenten sind auch zufriedenstellende Zufuhrmaterialien zur Umwandlung in Maleinsäureanhydrid.
Von den zuvor genannten Ausgangsmaterialien ist n-Butan der bevorzugte gesättigte Kohlenwasserstoff und die Butene sind die bevorzugten ungesättigten Kohlenwasserstoffe, wobei n-Butan am meisten bevorzugt ist. Es wird angemerkt, dass die zuvor genannten Ausgangsmaterialien nicht notwendigerweise reine Substanzen sein müssen, sondern Kohlenwasserstoffe mit technischer Qualität sein können.
Das Hauptprodukt aus der Oxidation der zuvor genannten geeigneten Zufuhrmaterialien ist Maleinsäureanhydrid, obwohl auch kleine Mengen Methylmaleinanhydrid produziert werden können, wenn das Ausgangsmaterial ein Kohlenwasserstoff mit mehr als vier Kohlenstoffatomen ist. Erfindungsgemäß hergestelltes Maleinsäureanhydrid kann durch jedes Mittel, welches einem Fachmann bekannt ist, gewonnen werden. Beispielsweise kann Maleinsäureanhydrid durch direkte Kondensation oder durch Absorption in einem geeigneten Medium mit einer nachfolgenden Trennung und Reinigung des Anhydrids gewonnen werden.
Typische Durchschnittswerte für die Umwandlung der Kohlenwasserstoffzufuhr zum Reaktor betragen mindestens 60%, bevorzugt 60% bis 90%, mehr bevorzugt 70% bis etwa 85% und noch mehr bevorzugt 80% bis 85%.
Typische Durchschnittswerte für die etablierte anfängliche Maleinsäureanhydridausbeute betragen mindestens 40 Molprozent, bevorzugt mindestens 45 Molprozent und mehr bevorzugt mindestens 47 Molprozent.
Im Allgemeinen zeigt das verbesserte Verfahren eine durchschnittliche Abnahme der Ausbeute von weniger als 0,25% pro Monat, bevorzugt weniger als 0,15% pro Monat und mehr bevorzugt weniger als 0,125%.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele veranschaulicht, welche lediglich dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht als Beschränkung des Umfangs der Erfindung oder der Art und Weise, wie die Erfindung praktiziert wird, betrachtet werden dürfen.
Beispiel 1: Verringerung der Ablagerungen von Trimethylphosphat
Ein katalytischer Reaktor mit mehreren Röhren und Festbett wurde betrieben, um Maleinsäureanhydrid aus einem Reaktor-Zufuhrstrom, welcher n-Butan in Luft umfasste, herzustellen. Die Reaktorröhren wurden mit einem Phosphor-Vanadium-Katalysator beladen. Der Reaktor wurde unter den folgenden Bedingungen betrieben: Die Raumgeschwindigkeit des Reaktors wurde zwischen 1000 h^–1 bis 3000 h^–1 gehalten; die Konzentration an n-Butan im Reaktor-Zufuhrstrom wurde zwischen 1,5 Molprozent bis 5,0 Molprozent gehalten; die Reaktortemperatur wurde zwischen etwa 325°C bis 500°C gehalten und der Reaktordruck wurde zwischen 225 kPa (18 psig) bis 294 kPa (28 psig) gehalten. Um die Reaktortemperatur zu steuern, wurde flüssiges Trimethylphosphat vor dem Mischen des n-Butans mit Luft in eine n-Butanzufuhrleitung mit drei Inch injiziert, um einen Reaktor-Zufuhrstrom zu bilden. Die Konzentration an Trimethylphosphat im Reaktor-Zufuhrstrom wurde zwischen 1 ppmw bis 20 ppmw gehalten. Die gesamte Verweildauer des Trimethylphosphats in der n-Butanzufuhrleitung und im Reaktor-Zufuhrstrom vor dem Einbringen in den Reaktor betrug weniger als eine Sekunde.
Nach 24 Monaten Betrieb wurde der Reaktor heruntergefahren. Die optische Untersuchung des Reaktors ergab sehr schwere Ablagerungen von Trimethylphosphats oder von Trimethylphosphatzersetzungsprodukten an dem Reaktoreinlasskopf und den Leitungen. Der Reaktor wurde dann für weitere neun Monate betrieben unter den im Wesentlichen gleichen Bedingungen wie oben beschrieben. Am Ende des 9-monatigen Zeitraums wurde der Reaktor heruntergefahren, gereinigt und erneut mit einem Phosphor-Vanadium-Katalysator gepackt.
Der erneut gepackte Reaktor wurde dann für weitere 18 Monate betrieben unter den im Wesentlichen gleichen Bedingungen wie oben beschrieben. Am Ende des 18-monatigen Zeitraums wurde der Reaktor heruntergefahren. Eine optische Untersuchung des Reaktors ergab mäßig schwere Ablagerungen von Trimethylphosphat oder Abbauprodukten von Trimethylphosphat am Reaktoreinlasskopf, den Leitungen und den Gehäusen der Berstscheiben. Der Reaktor wurde zurück in Betrieb genommen.
Ungefähr zwei Monate später wurde das verwendete Verfahren zum Einbringen des Trimethylphosphats in den Reaktor modifiziert. Die Injektions öffnung für die Zugabe von Trimethylphosphat in die n-Butanzufuhrleitung wurde weiter stromabwärts verlegt, sodass eine erste Menge an Trimethylphosphat durch einen In-Line-Butanfilter geleitet wurde. Diese Anordnung vergrößerte die Oberfläche zum Aufprallen von nicht verdampften Trialkylphosphattröpfchen und funktionierte deshalb als Mittel zur Verdampfung des Trimethylphosphats. Das Trimethylphosphat wurde durch eine gesinterte Metallspitze, welche zu einer Röhre mit ½ Inch verschweißt wurde, eingebracht und in die Butanzufuhrleitung von 6 Inch eingebracht durch ein Ballventil von 1 Inch und eine Verpackungs-Stopfbuchse, welche zur Entfernung und Insertion ohne Herunterfahren des Butanflusses entworfen wurde. Eine zweite (und kleinere) Menge an Trimethylphosphat wurde stromabwärts des Butanfilters eingebracht, um die Trimethylphosphatkonzentration des Reaktor-Zufuhrstroms, welcher in den Reaktor eingebracht wird, weiter anzupassen. Das Platzieren der Einlassöffnung für Trimethylphosphat weiter stromabwärts und Leiten der primären Menge an Trimethylphosphat durch den Butanfilter steigerte die Verweilzeit der primären Menge an Trimethylphosphat in den Zufuhrleitungen vor dem Einbringen in den Reaktor auf acht Sekunden bis 13 Sekunden.
Der Reaktor wurde unter im Wesentlichen gleichen Bedingungen wie oben beschrieben für weitere sechs Monate nach der Installation des modifizierten Trimethylphosphat-Injektionssystems betrieben. Am Ende des sechsmonatigen Zeitraums wurde der Reaktor heruntergefahren. Eine optische Untersuchung des Reaktors ergab, dass Reaktoreinlasskopf, Leitungen und Gehäuse der Berstscheiben im Wesentlichen trocken und frei von Ablagerungen von Trimethylphosphat oder Trimethylphosphat-Nebenprodukten war. Tatsächlich schien es eine Verringerung der Ablagerungen im Vergleich zu der früheren Inspektion zu geben.
Beispiel 2: Verringerung der Ablagerungen von Trimethylphosphat
Ein zweiter katalytischer Reaktor mit mehreren Röhren und Festbett ähnlich dem Reaktor aus Beispiel 1 wurde gereinigt und die Reaktorröhren wurden erneut mit einem Phosphor-Vanadium-Katalysator bepackt. Ehe der Reaktor wieder in Betrieb genommen wurde, wurde das Trimethylphosphat-Injektionssystem auf die gleiche Art und Weise modifiziert, wie in Beispiel 1 bereitgestellt. Der Reaktor wurde dann für 18 Monate unter im Wesentlich ähnlichen Bedingungen wie den in Beispiel 1 beschriebenen Bedingungen betrieben. Am Ende des 18-monatigen Zeitraums wurde der Reaktor heruntergefahren. Die optische Untersuchung des Reaktor ergab, dass der Reaktoreinlasskopf, Leitungen und Gehäuse der Berstscheiben im Wesentlichen trocken und frei von Ablagerungen von Trimethylphosphat oder Trimethylphosphat-Nebenprodukten war.
Beispiel 3: Verringerung der Variabilität der Trimethylphosphatkonzentration im Zufuhrstrom
Für das System, welches den Reaktor des Beispiels 1 umfasst, wurde die Konzentration an Trimethylphosphat im Reaktor-Zufuhrstrom, welcher in den Reaktor eingebracht wurde, durch on-line-Überwachung des Massenflusses des Reaktor-Zufuhrstroms und des Trimethylphosphat-Zufuhrstroms, gefolgt von einer Massenbalanceberechnung unter Verwendung der gemessenen Flussßwerte bestimmt. Die Konzentration an Trimethylphosphat im Reaktor-Zufuhrstrom wurde in dem Bereich von 1 ppmw bis etwa 20 ppmw beibehalten. Vor der Installation des modifizierten Trimethylphosphat-Injektionssystems gemäß Beispiel 1 wurde ein mit Stickstoff unter Druck gesetzter Trimethylphosphatzufuhrtank verwendet, um den Fluss des Trimethylphosphats aus dem Zufuhrtank in die n-Butanzufuhrleitung zu steuern. Nach der Installation des modifizierten Trimethylphosphat-Injektionssystems wurde eine Dosierungspumpe verwendet, um den Fluss des Trimethylphosphats aus dem Zufuhrtank zum Injektionseinlass zu steuern, anstelle der Verwendung von Stickstoffdruck als Bewegkraft zur Steuerung des Flusses zu verwenden.
Während des Zeitraums, während dem die Messungen durchgeführt wurden, nahm im Allgemeinen die Standardabweichung der Trimethyl phosphatkonzentration im Reaktor-Zufuhrstrom nach der Umwandlung der Dosierungspumpe von 1,1 auf 0,3 ppm ab. Bei dem durch Stickstoff unter Druck gesetzten Zufuhrtank beeinflusste das Niveau des flüssigen Trimethylphosphats im Zufuhrtank den Trimethylphosphatfluss aus dem Tank. Die Umstellung hin zur Dosierungspumpe beseitigte größtenteils diese Quelle an Variabilität.
1 veranschaulicht die Standardabweichung der Trimethylphosphatkonzentration im Reaktor-Zufuhrstrom, in dem die Zugabe durchgeführt wurde durch Verwendung (1) eines durch Stickstoff unter Druck gesetzten Trimethylphosphatzufuhrtanks und (2) einer Dosierungspumpe. Die sägeförmige Linie in der oberen Hälfte von 1 zeigt das Niveau an Trimethylphosphat im Trimethylphosphatzufuhrtank über die Zeit. Die Linie in der unteren Hälfte von 1 zeigt die entsprechende Variabilität der Trimethylphosphatkonzentration im Reaktor-Zufuhrstrom. Der linke Teil dieser Linie entspricht der Variabilität der Trimethylphosphatkonzentration im Reaktor-Zufuhrstrom, in dem die Zugabe unter Verwendung des durch mit Stickstoff unter Druck gesetzten Trimethylphosphatzufuhrtanks durchgeführt wurde. Der rechte Teil der Linie entspricht der Variabilität der Trimethylphosphatkonzentration im Reaktor-Zufuhrstrom, in dem die Zugabe unter Verwendung der Dosierungspumpe durchgeführt wurde. Wie in 1 gezeigt ist, wurde die Variabilität der Trimethylphosphatkonzentration nach Umstellung hin zur Dosierungspumpe um etwa 70% verringert. Während der Gesamtdurchschnitt der Trimethylphosphatkonzentration im Zufuhrstrom bei beiden Zugabeverfahren im Wesentlichen gleich war, verbesserte die Verwendung der Dosierungspumpe zur Verringerung der Variabilität der Konzentration die Möglichkeit, andere Parameter des Betriebs zu analysieren und zu steuern.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid durch Umsetzen eines Kohlenwasserstoffs mit mindestens vier Kohlenstoffatomen in einer unverzweigten Kette mit molekularem Sauerstoff in einem katalytischen Reaktor, wobei der Reaktor ein festes Katalysatorbett mit aktiven Stellen besitzt, welches einen Vanadium-Phosphor-Sauerstoff-Katalysator für die katalytische Oxidation des Kohlenwasserstoffs zu Maleinsäureanhydrid umfasst, wobei das Verfahren weiterhin das kontinuierliche oder intermittierende Einbringen eines phosphorhaltigen Mittels in den Reaktor und eine Verbesserung durch die Art und Weise umfasst, durch welche das phosphorhaltige Mittel in den Reaktor eingebracht wird, sodass die Verteilung des phosphorhaltigen Mittels innerhalb des Reaktors verbessert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst: Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in einen gasförmigen Zufuhrstrom, welcher den Kohlenwasserstoff umfasst, wobei ein Phosphorenthaltender Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitgestellt wird, Vereinigen des Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, um einen Reaktor-Zufuhrstrom zu bilden, und Umsetzen des Kohlenwasserstoffs mit molekularem Sauerstoff in dem Reaktor, um ein Reaktionsprodukt zu erzeugen, welches Maleinsäureanhydrid umfasst, worin das Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom so gesteuert wird, dass das phosphorhaltige Mittel im Wesentlichen gleichförmig innerhalb des Reaktor-Zufuhrstroms verteilt wird, ehe der Reaktor-Zufuhrstrom in das Katalysatorbett eintritt.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom so gesteuert wird, dass das phosphorhaltige Mittel im Wesentlichen verdampft ist, ehe der Reaktor-Zufuhrstrom in das Katalysatorbett eintritt
Verfahren nach Anspruch 1, worin das phosphorhaltige Mittel eine Flüssigkeit ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom so gesteuert wird, dass die Verweilzeit des phosphorhaltigen Mittels im Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom vor der Vereinigung des Phosphorenthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, mehr als eine Sekunde beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Einbringen eines flüssigen phosphorhaltigen Mittels in den gasförmigen Zufuhrstrom, welcher den Kohlenwasserstoff umfasst, in einer ersten Mischungszone stromaufwärts eines Filtermediums, durch welches der Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom geleitet wird, wobei der Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitgestellt wird, Vereinigen des Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, in einer Sauerstoff-Mischungszone stromabwärts des Filtermediums, und Umsetzen des Kohlenwasserstoffs mit molekularem Sauerstoff in dem Reaktor, um ein Reaktionsprodukt zu erzeugen, welches Maleinsäureanhydrid umfasst, wobei die Verweilzeit des Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms zwischen der ersten Mischungszone und der Sauerstoff-Mischungszone mehr als eine Sekunde beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, worin die Verweilzeit mehr als drei Sekunden beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, worin die Verweilzeit zwischen 8 Sekunden und 15 Sekunden beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das Filtermedium dazu dient, die Verringerung der Partikelgröße des flüssigen phosphorhaltigen Mittels zu fördern und die gleichförmige Verteilung des phosphorhaltigen Mittels im Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom zu fördern.
Verfahren nach Anspruch 5, worin die durchschnittliche Partikelgröße des phosphorhaltigen Mittels im Reaktor-Zufuhrstrom weniger als 10 μm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5, worin die durchschnittliche Partikelgröße des phosphorhaltigen Mittels im Reaktor-Zufuhrstrom weniger als 3 μm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das phosphorhaltige Mittel auf eine Temperatur vorgeheizt wird, welche höher ist als eine Temperatur, die um 20°C niedriger ist als die der Temperatur des Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms vor dem Einbringen des Mittels in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das phosphorhaltige Mittel auf eine Temperatur vorgeheizt wird, welche höher ist als eine Temperatur, die um 10°C niedriger ist als die der Temperatur des Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms vor dem Einbringen des Mittels in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das phosphorhaltige Mittel auf eine Temperatur von mindestens 70°C vorgeheizt wird, ehe das Mittel in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das phosphorhaltige Mittel in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das phosphorhaltige Mittel in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom durch ein Rohr eingebracht wird, welches in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom eingefügt wird, worin das Rohr eine Frittenspitze umfasst, durch welche das phosphorhaltige Mittel aus dem Rohr austritt.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das Rohr im Wesentlichen senkrecht zur Flussrichtung des Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom eingefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, worin der Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom in zwei oder mehrere getrennte Zufuhrströme aufgeteilt wird, zur Verwendung in zwei oder mehreren getrennten katalytischen Reaktoren.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das Verfahren weiter umfasst: Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in einer ersten Rate in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom, wobei ein Phosphor-enthaltender Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom gebildet wird, und Einbringen von zusätzlichem phosphorhaltigem Mittel in einer zweiten Rate in den Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom stromabwärts der Stelle, an der das phosphorhaltige Mittel in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das Verfahren weiter das Einbringen von zusätzlichem phosphorhaltigem Mittel in den Phosphorenthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom stromabwärts des Filtermediums umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das phosphorhaltige Mittel einen Alkylester der Orthophosphorsäure oder einen Alkylester eines Orthophosphorsäurederivats umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das phosphorhaltige Mittel einen Alkylester der Orthophosphorsäure mit folgender Struktur umfasst: (RO)₃P = O (I)oder einen Alkylester eines Orthophosphorsäurederivats mit folgender Struktur umfasst: (RO)₃P (II),worin R Wasserstoff oder ein C₁-C₄-Alkyl ist, und mindestens ein R ein C₁-C₄-Alkyl ist.
Verfahren nach Anspruch 21, worin das phosphorhaltige Mittel ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Trialkylphosphaten und Trialkylphosphiten.
Verfahren nach Anspruch 22, worin das phosphorhaltige Mittel ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Trimethylphosphat, Triethylphosphat, Trimethylphosphit und Triethylphosphit.
Verfahren nach Anspruch 23, worin das phosphorhaltige Mittel Trimethylphosphat ist.
Verfahren nach Anspruch 5, worin die Konzentration des phosphorhaltigen Mittels im Reaktor-Zufuhrstrom 1 ppmw bis 20 ppmw beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5, worin die Konzentration des phosphorhaltigen Mittels im Reaktor-Zufuhrstrom 7 ppmw bis 14 ppmw beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5, worin die Rate, mit der das phosphorhaltige Mittel in den katalytischen Reaktor eingebracht wird, zwischen 0,005 g pro Kilogramm des gesamten Katalysatorbetts pro Tag und 5 g pro Kilogramm des gesamten Katalysators im Bett pro Tag beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5, worin der Katalysator ein Atomverhältnis von Phosphor/Vanadium von 0,95 bis 1,2 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, worin der Kohlenwasserstoff ein gesättigter Kohlenwasserstoff ist.
Verfahren nach Anspruch 29, worin der Kohlenwasserstoff n-Butan ist.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, Luft ist.
Verfahren nach Anspruch 5, worin die Konzentration des Kohlenwasserstoffs in der Luft von 1 Molprozent bis 10 Molprozent beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5, worin die Konzentration des Kohlenwasserstoffs in der Luft von 1,5 Molprozent bis 4 Molprozent beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5, worin die Reaktion bei einer Temperatur von 300°C bis 600°C durchgeführt wird, wobei der Druck 203 kPa (14,7 psig) bis 446 kPa (50,0 psig) beträgt und die Raumgeschwindigkeit 100 h^–1 bis 4000 h^–1 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5, worin die Reaktion bei einer Temperatur von 425°C bis 450°C durchgeführt wird, wobei der Druck 239 kPa (20,0 psig) bis 294 kPa (28,0 psig) beträgt und die Raumgeschwindigkeit 1700 h^–1 bis 2500 h^–1 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5, worin die Umsetzung des in den Reaktor eingebrachten Kohlenwasserstoffs mindestens 70% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5, worin die Ausbeute an Maleinsäureanhydrid mindestens 45 Molprozent beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5, worin die durchschnittliche Abnahme der Ausbeute weniger als 0,25% pro Monat beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Einbringen eines flüssigen phosphorhaltigen Mittels in den gasförmigen Zufuhrstrom, welcher den Kohlenwasserstoff umfasst, in einer ersten Mischungszone stromaufwärts einer Gas/Flüssigkeit-Kontaktzone, wobei der Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom erzeugt wird, wobei die Gas/Flüssigkeit-Kontaktzone ein Mittel zur Förderung des Grenzflächenkontakts zwischen dem flüssigen phosphorhaltigen Mittel und dem Kohlenwasserstoffgas umfasst; Vereinigen des Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, stromabwärts der Gas/Flüssigkeit-Kontaktzone, um den Reaktor-Zufuhrstrom zu bilden, und Umsetzen des Kohlenwasserstoffs mit molekularem Sauerstoff in dem Reaktor, um ein Reaktionsprodukt zu bilden, welches Maleinsäureanhydrid umfasst.
Verfahren nach Anspruch 39, worin der Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom Tröpfchen des flüssigen phosphorhaltigen Mittels umfasst, und das Mittel dazu dient, die Verringerung der Tröpfchengröße durch Bereitstellen einer Oberfläche zum Aufprallen der Tröpfchen zu fördern.
Verfahren nach Anspruch 39, worin das Mittel ein Mittel umfasst, welches ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Filtermedien, statischen Mischern, Rohrformstücken und Turbulenz-induzierenden Strömungsvorrichtungen.
Verfahren nach Anspruch 41, worin das Mittel ein Filtermedium umfasst.
Verfahren nach Anspruch 42, worin das Mittel ein Filtermedium umfasst und dazu dient, die Verringerung der Partikelgröße des phosphorhaltigen Mittels zu fördern und die gleichförmige Verteilung des phosphor haltigen Mittels im Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom zu fördern.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Einbringen eines flüssigen phosphorhaltigen Mittels in den gasförmigen Zufuhrstrom, welcher den Kohlenwasserstoff umfasst, in einer ersten Mischungszone, wobei der Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitgestellt wird, Leiten des Phosphor-enthaltenden Zufuhrstroms durch ein Filtermedium, welches das flüssige phosphorhaltige Mittel auffängt und es innerhalb des Mediums lateral über den Fließweg des Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms verteilt, wobei das phosphorhaltige Mittel dispergiert wird, um eine gleichförmige radiale Verteilung des flüssigen phosphorhaltigen Mittels innerhalb des Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoffstroms zu fördern, wenn die Flüssigkeit darin aus dem Filtermedium wieder mitgeführt wird, Vereinigen des Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, in einer Sauerstoff-Mischungszone stromabwärts des Filtermediums, und Umsetzen des Kohlenwasserstoffs mit molekularem Sauerstoff in dem Reaktor, um ein Reaktionsprodukt zu bilden, welches Maleinsäureanhydrid umfasst.
Verfahren nach Anspruch 44, worin das flüssige phosphorhaltige Mittel als Tröpfchen mit einer großen Oberfläche wieder mitgeführt wird, wodurch eine Förderung der Verdampfung des phosphorhaltigen Mittels im Gasstrom beim Mischen mit dem sauerstoffhaltigem Gas bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 45, worin die Partikelgröße der Tröpfchen zwischen 1 und 5 μm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 46, worin das Filtermedium ein poröses Medium mit einer durchschnittlichen Porengröße zwischen 1 und 5 μm umfasst.
Verfahren nach Anspruch 44, worin sich das Filtermedium im Wesentlichen über den gesamten Fließweg des Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in den gasförmigen Zufuhrstrom, welcher den Kohlenwasserstoff umfasst, in einer ersten Mischungszone, wobei der Phosphorenthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitgestellt wird, Leiten des Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms durch eine Leitung, welche ein Mittel zur Durchflussbegrenzung umfasst, um das phosphorhaltige Mittel zu dispergieren, um eine gleichförmige radiale Verteilung des phosphorhaltigen Mittels innerhalb des Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms zu fördern, Vereinigen des Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, im einer Sauerstoff-Mischungszone stromabwärts des Mittels zur Durchflussbegrenzung, um das phosphorhaltige Mittel zu verteilen, und Umsetzen des Kohlenwasserstoffs mit molekularem Sauerstoff in dem Reaktor, um ein Reaktionsprodukt zu bilden, welches Maleinsäureanhydrid umfasst.
Verfahren nach Anspruch 49, worin das phosphorhaltige Mittel eine Flüssigkeit umfasst und die Durchflussbegrenzung eine Gas/Flüssigkeit-Kontaktzone umfasst, wodurch eine Förderung des Grenzflächenkontakts zwischen dem flüssigen phosphorhaltigen Mittel und dem Kohlenwasserstoffgas bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 50, worin der Durchfluss des Phosphorenthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms durch die Gas/Flüssigkeit-Kontaktzone eine Verringerung der durchschnittlichen Partikelgröße der flüssigen Tröpfchen des phosphorhaltigen Mittels, welche im gasförmigen Kohlenwasserstoff dispergiert sind, bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 51, worin die durchschnittliche Partikelgröße der flüssigen Tröpfchen auf eine Größe verringert wird, welche eine Förderung der Verdampfung des flüssigen phosphorhaltigen Mittels bewirkt, nachdem der Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoffstrom mit dem sauerstoffhaltigem Gas gemischt wird.
Verfahren nach Anspruch 52, worin die Gas/Flüssigkeit-Kontaktzone Aufprallflächen für die flüssigen Tröpfchen und/oder Mittel zum Fördern der Verdampfung der Tröpfchen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 49, worin die Durchflussbegrenzung ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Filtermedien, statischen Mischern, Rohrformstücken und Turbulenz-induzierenden Strömungsvorrichtungen.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in den Zufuhrstrom, welcher den Kohlenwasserstoff umfasst, in einer ersten Mischungszone mit einer ersten Rate, wobei ein erster Phosphor-enthaltender Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitgestellt wird, Leiten des ersten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms durch eine erste Leitung zu einer zweiten Mischungszone, Einbringen von zusätzlichem phosphorhaltigem Mittel in den ersten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom in einer zweiten Mischungszone mit einer zweiten Rate, wobei ein zweiter Phosphorenthaltender Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitgestellt wird, Leiten des zweiten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms durch eine zweite Leitung zu einer Sauerstoff-Mischungszone, und Mischen des Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, in der Sauerstoff-Mischungszone, um den Reaktor-Zufuhrstrom zu bilden, wobei die Gesamtheit der Verweilzeit des ersten Phosphor enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms zwischen der ersten Mischungszone und der zweiten Mischungszone und der Verweilzeit des zweiten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms zwischen der zweiten Mischungszone und der Sauerstoff-Mischungszone mehr als eine Sekunde beträgt, und Umsetzen des Kohlenwasserstoffs mit molekularem Sauerstoff in dem Reaktor, um ein Reaktionsprodukt zu bilden, welches Maleinsäureanhydrid umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 55, worin das Verhältnis der ersten Rate zur zweiten Rate mindestens etwa 3 : 1 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 55, worin das Verhältnis der ersten Rate zur zweiten Rate mindestens etwa 4 : 1 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Aufteilen einer Zufuhr des phosphorhaltigen Mittels zwischen einer primären Zufuhr, welche in eine primäre Mischungszone geliefert wird und einer sekundären Zufuhr, welche in eine sekundäre Mischungszone geliefert wird, welche sich bezüglich des Flusses des Kohlenwasserstoffgases zum Reaktor stromabwärts der primären Mischungszone befindet; Messen der Fliessgeschwindigkeit des Kohlenwasserstoffgases, welches in die primäre Mischungszone eintritt; Steuern der Rate, mit der die primäre Zufuhr des phosphorhaltigen Mittels in die primäre Mischungszone eingebracht wird, um eine vorher bestimmte minimale Konzentration des phosphorhaltigen Mittels in einem primären Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitzustellen, welcher die primäre Mischungszone verlässt; und Einbringen der sekundären Zufuhr des phosphorhaltigen Mittels und des primären Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoffstroms in die sekundäre Mischungszone, um einen eingestellten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoffstrom zu erzeugen; und Mischen des eingestellten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms mit einem sauerstoffhaltigen Gas, um den Reaktor-Zufuhrstrom bereitzustellen; worin die Rate, mit der die sekundäre Zufuhr des phosphorhaltigen Mittels in die sekundäre Mischungszone eingebracht wird, so gesteuert wird, dass eine Gesamtkonzentration des phosphorhaltigen Mittels in dem eingestellten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoffstrom bereitgestellt wird, welche einer vorher bestimmten Konzentration entspricht, mit einem Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu phosphorhaltiger Verbindung, welches die Bereitstellung einer Zielkonzentration an Phosphors in dem Reaktor-Zufuhrgas bewirkt, welches in das Katalysatorbett eintritt.
Verfahren nach Anspruch 58, worin der Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoffstrom, welcher die primäre Mischungszone verlässt und die sekundäre Zufuhr des phosphorhaltigen Mittels jeweils in mehrere sekundäre Ströme für eine getrennte Zufuhr in mehrere sekundäre Mischungszonen stromabwärts der primären Mischungszone aufgeteilt werden, und der eingestellte Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom, welcher jede der sekundären Mischungszonen verlässt, zu einem entsprechenden Reaktor aus mehreren Reaktoren geleitet wird, welche jeweils von einer einzelnen sekundären Mischungszone beliefert werden.
Verfahren nach Anspruch 59, worin die Konzentration des phosphorhaltigen Mittels in dem Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoffstrom, welcher die primäre Mischungszone verlässt, gleich oder geringer ist als eine vorher bestimmte Konzentration, mit einem Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu phosphorhaltiger Verbindung, welches die Bereitstellung der niedrigsten Zielkonzentrationen an Phosphor in den Reaktor-Zufuhrgasen bewirkt, welche in die jeweiligen Katalysatorbetten der mehreren Reaktoren eintreten.
Verfahren nach Anspruch 60, worin die Zufuhrrate der phosphorhaltigen Verbindung in jede der mehreren sekundären Mischungszonen so gesteuert wird, dass eine vorher bestimmte Konzentration bereitgestellt wird, mit einem Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu phosphorhaltiger Verbindung, welches die Bereitstellung einer Zielkonzentration an Phosphor in dem Reaktor-Zufuhrgas bewirkt, welches in das Katalysatorbett eintritt, zu dem der Strom geleitet wird, welcher eine solche sekundäre Mischungszone verlässt.
Verfahren nach Anspruch 58, umfassend das Einbringen der sekundären Zufuhr des phosphorhaltigen Mittels und eines anderen Stroms, welcher den primären Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoffstrom umfasst, in die sekundäre Mischungszone, um einen eingestellten Phosphorenthaltenden Strom zu erzeugen; worin die Zufuhrrate der sekundären Zufuhr des phosphorhaltigen Mittels in die sekundäre Mischungszone so gesteuert wird, dass eine Gesamtkonzentration des phosphorhaltigen Mittels in dem eingestellten Phosphorenthaltenden Kohlenwasserstoffstrom bereitgestellt wird, welche einer vorher bestimmten Konzentration entspricht, mit einem Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu phosphorhaltiger Verbindung, welches die Bereitstellung einer Zielkonzentration an Phosphor in dem Reaktor-Zufuhrgas bewirkt, welches in das Katalysatorbett eintritt.
Verfahren nach Anspruch 62, worin der primäre Phosphorenthaltende Kohlenwasserstoffstrom mit dem phosphorhaltigen Mittel gemischt wird, welches in die sekundäre Mischungszone eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 62, worin der primäre Phosphorenthaltende Kohlenwasserstoffstrom mit einem sauerstoffhaltigen Gas gemischt wird, um ein voreingestelltes Reaktor-Zufuhrgas zu erzeugen; und das voreingestellte Reaktor-Zufuhrgas mit einem phosphorhaltigen Mittel gemischt wird, welches in die sekundäre Mischungszone eingebracht wird, um einen eingestellten Reaktor-Zufuhrstrom zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, worin mehrere der katalytischen Reaktoren verwendet werden, und umfassend das Messen der Fließgeschwindigkeit eines Zufuhrstroms, welcher den Kohlenwasserstoff umfasst, Berechnen einer ersten Zugaberate des phosphorhaltigen Mittels, welches in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom eingebracht werden soll, Steuern des Einbringens des phosphorhaltigen Mittels in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom in Übereinstimmung mit der berechneten ersten Zugaberate, wobei das phosphorhaltige Mittel in einer ersten Mischungszone in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom eingebracht wird, wobei ein primärer Phosphor-enthaltender Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitgestellt wird, wobei der primäre Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom durch eine erste Leitung zu einer Rohrverzweigung fließt, wo der primäre Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom in mehrere sekundäre Kohlenwasserstoff-Zufuhrströme aufgeteilt wird, welche durch eine Reihe von zweiten Leitungen zu einer Reihe von zweiten Mischungszonen fließen, Berechnen einer zweiten Zugaberate des phosphorhaltigen Mittels, welches gegebenenfalls in jeden sekundären Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom eingebracht werden soll, Steuern des Einbringens des phosphorhaltigen Mittels in jeden sekundären Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom in Übereinstimmung mit jeder entsprechend berechneten zweiten Zugaberate, wobei das phosphorhaltige Mittel gegebenenfalls in jeden sekundären Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom in jeder zweiten Mischungszone eingebracht wird, wobei mehrere sekundäre Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrströme bereitgestellt werden, wobei die zweite Zugaberate des phosphorhaltigen Mittels, welche in jeden der sekundären Kohlenwasserstoff-Zufuhrströme eingebracht wird, unabhängig ist von der zweiten Zugaberate des phosphorhaltigen Mittels, welche in jeden der anderen sekundären Kohlenwasserstoff-Zufuhrströme eingebracht wird, Mischen jedes sekundären Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, in einer Sauerstoff-Mischungszone, wobei mehrere sekundäre Reaktor-Zufuhrströme erzeugt werden, welche in getrennte katalytische Reaktoren eingebracht werden, wobei die Gesamtheit der Verweilzeit des primären Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms zwischen der ersten Mischungszone und der Rohrverzweigung, der Verweilzeit des sekundären Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms zwischen der Rohrverzweigung und der zweiten Mischungszone, und der Verweilzeit des sekundären Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms zwischen der zweiten Mischungszone und der Sauerstoff-Mischungszone mehr als eine Sekunde beträgt, und Umsetzen des Kohlenwasserstoffs mit molekularem Sauerstoff in jedem katalytischen Reaktor, um ein Reaktionsprodukt zu erzeugen, welches Maleinsäureanhydrid umfasst, worin die erste Zugaberate einer vorher bestimmten minmalen Zugaberate des phosphorhaltigen Mittels als eine Funktion der gemessenen Fließgeschwindigkeit des Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms entspricht, und worin die zweite Zugaberate für jeden sekundären Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom jeweils unabhängig als eine Funktion der gemessenen Fließgeschwindigkeit des Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms berechnet wird, und einer endgültigen Zielzugaberate des phosphorhaltigen Mittels für den Reaktor entspricht, in welchen der sekundäre Reaktor-Zufuhrstrom eingebracht werden soll, so verringert, dass der Teil des zuvor in die erste Mischungszone eingebrachten phosphorhaltigen Mittels einberechnet wird, welcher in dem sekundären Reaktor-Zufuhrstrom enthalten ist.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend Messen der Fließgeschwindigkeit eines Zufuhrstroms, welcher den Kohlenwasserstoff umfasst, Berechnen einer ersten Zugaberate des phosphorhaltigen Mittels, welches in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom eingebracht werden soll, Steuern des Einbringens des phosphorhaltigen Mittels in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom in Übereinstimmung mit der berechneten ersten Zugaberate, wobei das phosphorhaltige Mittel in einer ersten Mischungszone in den Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom eingebracht wird, wobei ein erster Phosphor-enthaltender Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitgestellt wird, wobei der erste Phosphor-enthaltende Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom durch eine erste Leitung zu einer zweiten Mischungszone fließt, Berechnen einer zweiten Zugaberate des phosphorhaltigen Mittels, welche gegebenenfalls in den ersten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom eingebracht werden soll, Steuern des Einbringens des phosphorhaltigen Mittels in den ersten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom in Übereinstimmung mit der berechneten Zugaberate, wobei das phosphorhaltige Mittel in den ersten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom in der zweiten Mischungszone eingebracht wird, wobei ein zweiter Phosphor-enthaltender Kohlenwasserstoff-Zufuhrstrom bereitgestellt wird, Vereinigen des zweiten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms mit molekularem Sauerstoff oder einem Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, in einer Sauerstoff-Mischungszone, um den Reaktor-Zufuhrstrom zu bilden, wobei die Gesamtheit der Verweilzeit des ersten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms zwischen der ersten Mischungszone und der zweiten Mischungszone und der Verweilzeit des zweiten Phosphor-enthaltenden Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms zwischen der zweiten Mischungszone und der Sauerstoff-Mischungszone mehr als eine Sekunde beträgt, und Umsetzen des Kohlenwasserstoffs mit molekularem Sauerstoff in dem Reaktor, um das Reaktionsprodukt zu erzeugen, welches Maleinsäureanhydrid umfasst, worin die erste Zugaberate einer vorher bestimmten minmalen Zugaberate des phosphorhaltigen Mittels entspricht, als eine Funktion der gemessenen Fließgeschwindigkeit des Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms, und worin die zweite Zugaberate als eine Funktion der gemessenen Fließgeschwindigkeit des Kohlenwasserstoff-Zufuhrstroms berechnet wird, und einer endgültigen Zielzugaberate des phosphorhaltigen Mittels für den Reaktor entspricht, so verringert, dass das zuvor in die erste Mischungszone eingebrachte phosphorhaltige Mittel einberechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 66, worin das Einbringen des phosphorhaltigen Mittels in die erste Mischungszone und die zweite Mischungszone durch ein oder mehrere PID-Steuergeräte gesteuert wird.