DE60014120T2

DE60014120T2 - Herstellung von maleinsäureanhydrid

Info

Publication number: DE60014120T2
Application number: DE60014120T
Authority: DE
Inventors: M. Bharat DOSHI
Original assignee: Scientific Design Co Inc
Current assignee: SD Lizenzverwertungs GmbH and Co KG
Priority date: 1999-08-19
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2020-08-12
Also published as: CA2382248C; ES2226901T3; ATE277029T1; US6194587B1; EP1212310B1; JP4753515B2; CA2382248A1; JP2003507464A; BR0013398A; DE60014120D1; MXPA02001725A; KR20020033460A; BR0013398B1; KR100715705B1; WO2001014359A1; CN1142925C; AU777861B2; CN1368968A; EP1212310A1; AU6632900A

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Oxidation von n-Butan zu Maleinsäureanhydrid. Die spezielle Verbesserung der vorliegenden Erfindung liegt in der Verwendung einer Reihe von Reaktoren zur Erzielung der n-Butan-Oxidation unter Entfernung des erzeugten Maleinsäureanhydrids aus dem Abfluss eines Reaktors vor dem Weiterleiten der Restgase zusammen mit zusätzlichem n-Butan in den nächsten der Reihe von Oxidationsreaktoren. Luft oder sauerstoffangereicherte Luft kann verwendet werden, um die Oxidation zu erzielen.
Beschreibung des Stands der Technik
Die Herstellung von Maleinsäureanhydrid durch Oxidation von n-Butan ist natürlich inzwischen ein bekanntes und kommerziell durchgeführtes Verfahren. Zunächst wird das Maleinsäureanhydrid hergestellt, indem n-Butan unter Beimischung von Luft mit einem Oxidationskatalysator wie einem VPO-Katalysator in Kontakt gebracht wird, unter Bedingungen, bei denen das n-Butan zu Maleinsäureanhydrid oxidiert. Bei herkömmlichen Praktiken kann der Abfluss von diesem Reaktor abgekühlt werden, um das erzeugte Maleinsäureanhydrid teilweise aus den Abgasen zu kondensieren. Das gasförmige Produkt wird mit oder ohne teilweise Entfernung des Maleinsäureanhydrids gewaschen, wobei ein Lösungsmittel, üblicherweise Wasser, verwendet wird, um das gesamte erzeugte Maleinsäureanhydrid zu gewinnen. Die Restgase, die nicht umgewandeltes n-Butan enthalten, werden üblicherweise vor dem Entlüften in die Atmosphäre in einer Abgasverbrennungseinrichtung verbrannt.
Es gibt Quellen, die sich auf die Verwendung von mehr als einem Reaktor in Reihe zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid beziehen. Insbesondere stellt das US- Patent 5,360,916 ein zweistufiges Verfahren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid zur Verfügung, bei dem n-Butan in einer ersten Reaktionszone oxidiert wird und der Abfluss aus dieser Zone zusammen mit zusätzlichem n-Butan zu einem in Reihe geschalteten zweiten Reaktor weitergeleitet wird, um die Herstellung des Maleinsäureanhydrids zu vervollständigen. Ein Merkmal des in diesem Patent beschriebenen Verfahrens ist, dass höchstens eine teilweise Entfernung von Maleinsäureanhydrid durch Kondensation aus dem Abfluss von dem ersten der Reaktoren vor der Einführung in den zweiten und letzten Reaktor in der Reihe stattfindet.
Ein Artikel in der Literatur von Bissot et al. mit dem Titel „Oxidation of Butane to Malic (sic) Anhydride" („Oxidation von Butan zu Maleinsäweanhydrid"), der in IEC, Band 2, Nr. 1, März 1963, S. 57–60 erschien, offenbart ein Verfahren für die Herstellung von Maleinsäureanhydrid, bei dem n-Butan in einer Reihe von Fließbettreaktoren unter Verwendung eines Kobalt- oder Nickelmolybdat-Katalysators oxidiert wird, wobei der Abfluss von dem ersten der Reaktoren in den zweiten Reaktor geleitet wird, nachdem zwischendurch das erzeugte Maleinsäureanhydrid entfernt wurde. Diese Literaturquelle erhält keine dahingehende Lehre, dass dem Abfluss des ersten der Reaktoren zusätzliches n-Butan zugefügt wird, bevor die Reaktion nach Entfernung des Maleinsäureanhydrids in einem zweiten Reaktor fortgesetzt wird.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird n-Butan unter Verwendung eines VPO-Katalysators in einem ersten Reaktor oxidiert, vorzugsweise in einem Festbettreaktor, um Maleinsäureanhydrid herzustellen. Diese Reaktion wird gemäß bekannten Verfahren durchgeführt. Der Abfluss von diesem ersten Reaktor wird abgekühlt und entweder fakultativ behandelt, so dass eine Teilkondensation des erzeugten Maleinsäureanhydrids durch Abkühlung eintritt, und/oder direkt mit Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, gewaschen, um das gesamte restliche Maleinsäureanhydrid zu separieren, das in dem ersten Reaktor gebildet wurde. Die Gase von dem Wascher, die unreagiertes n-Butan und unreagierten Sauerstoff aufweisen, werden zusammen mit zusätzlich zugefügtem n-Butan einem zweiten Reaktor zugeleitet, vorzugsweise einem ähnlichen Festbettreaktor, in dem die Reaktion fortgesetzt wird, wobei n-Butan in zusätzliches erzeugtes Maleinsäureanhydrid umgewandelt wird. Der Abfluss aus dem zweiten Re aktor wird dann gemäß herkömmlichen Verfahren behandelt, um die erzeugten Maleinsäureanhydrid-Werte zu gewinnen. Wo mehr als zwei Reaktoren verwendet werden, werden die Waschergase weiter behandelt, wie oben beschrieben, d.h. nach Zufügung von zusätzlichem n-Butan zu Maleinsäureanhydrid oxidiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beigefügte Zeichnung stellt in schematischer Form eine geeignete Praxis der vorliegenden Erfindung dar.
Ausführliche Beschreibung
Erfindungsgemäß wird n-Butan zusammen mit einem Molekularsauerstoff enthaltenden Gas wie Luft oder sauerstoffangereicherter Luft in eine erste Reaktionszone eingeführt, und darin wird das n-Butan durch herkömmliche Verfahren unter Verwendung eines VPO-Katalysators oxidiert, um Maleinsäureanhydrid herzustellen. Der gasförmige Abfluss aus diesem ersten Reaktor wird anschließend in eine erste Waschzone geleitet, fakultativ, nachdem ein Teil des Maleinsäureanhydrids durch teilweise Kondensation entfernt wurde, wobei erzeugtes Maleinsäureanhydrid, das in dem ersten Reaktor gebildet wird, aus diesen Abflussgasen gewaschen wird und ein Produkt des Verfahrens aufweist; ein Teil des Wassers der Reaktion wird ebenfalls in der Waschzone entfernt. Die Gase aus dem Wascher, die aus etwas unreagiertem n-Butan, unreagiertem Sauerstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Stickstoff usw. bestehen, werden anschließend einem zweiten Reaktor zugeführt und darin weiter reagiert, so dass zusätzliches Maleinsäureanhydrid gebildet wird. Vor Einführung dieses Gasstroms in den zweiten Reaktor wird zusätzliches n-Butan der Zufuhr zugefügt, um einen n-Butan-angereicherten Zufuhrstrom zu dem zweiten Reaktor zu erhalten. In dem zweiten Reaktor wird die Gasmischung unter Verwendung eines VPO-Katalysators oxidiert, um zusätzliches Maleinsäureanhydrid herzustellen. Der Abfluss von dem zweiten Reaktor kann nach Entfernung alles erzeugten Maleinsäureanhydrids in dem zweiten Wascher, falls dies ökonomisch sinnvoll ist, zusammen mit zusätzlichem n-Butan einem weiteren in Reihe geschalteten Reaktor zugeführt werden, oder die Gase aus dem zweiten Reaktor können vor dem Auslassen in die Atmosphäre verbrannt werden.
Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, dass die Betriebskosten einschließlich Rohmaterialkosten und Energiekosten wesentlich reduziert werden. Die Maleinsäureanhydrid-Herstellung als Funktion des Kapitals, das für den Bau einer neuen Maleinsäureanhydrid-Anlage gebraucht wird, kann gemäß der vorliegenden Erfindung wesentlich reduziert werden. So kann an dem Kompressor, dem Wascher und anderen Ausrüstungselementen Geld gespart werden, und es entstehen geringere Betriebskosten bei der Herstellung des gewünschten Maleinsäureanhydrids. Ein Hauptvorteil bei der Kapitalaufwandseinsparung entsteht durch die Reduzierung der Größe der Abgasverbrennungseinrichtung.
Die beigefügte Zeichnung stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
In der Zeichnung ist der Reaktor 1 ein herkömmlicher Vielröhren-Festbettreaktor, der mit einem VPO-Katalysator bestückt ist, der für die Oxidation von n-Butan zu Maleinsäureanhydrid gemäß bekannten Verfahren geeignet ist. Eine Gasmischung, die aus n-Butan und Molekularsauerstoff (zum Zweck der Illustration als Luft eingeführt) besteht, gelangt durch eine Leitung 2 zu dem Reaktor 1 und wird in die verschiedenen Reaktorröhren verteilt, die darin angeordnet sind. Diese Röhren sind gemäß bekannten Verfahren von einem zirkulierenden Wärmeentferungsmedium, z.B. geschmolzenem Salz, umgeben. Bei dem Durchlaufen des Reaktors 1 wird n-Butan mit dem Molekularsauerstoff unter Bedingungen reagiert, unter denen Maleinsäureanhydrid hergestellt wird.
Die Reaktionsmischung verlässt den Reaktor 1 durch eine Leitung 3 und ge-langt zu dem Wascher 4. Waschwasser wird durch die Leitung 5 in den Wascher 4 eingeführt, und in dem Wascher wird Maleinsäureanhydrid effektiv aus der Mischung der Reaktionsgase aus dem Reaktor 1 gewaschen. Ein wässriger Strom, der das gewaschene Maleinsäureanhydrid, nun in Form von Maleinsäure, enthält, verlässt den Wascher 4 durch eine Leitung 6 und gelangt zum Veredeln, wobei Maleinsäureanhydrid durch bekannte Verfahren gewonnen wird.
Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass die gewaschenen Gase aus dem Wascher 4 durch die Leitung 7 ausgelassen werden und einem zweiten Reaktor zugeleitet werden, dem Reaktor 8, der dem Reaktor 1 ähnlich sein kann und auch bevorzugt den gleichen VPO-Katalysator aufweist, der in dem Reaktor 1 enthalten ist. Ein entscheidendes Merkmal der Erfindung ist, dass zusätzliches n-Butan den Auslassgasen von dem Wascher 4 durch eine Leitung 9 zugefügt wird und diese Kombination von Gasen als Zufuhr in den Reaktor 8 eingeführt wird und darin gemäß bekannten Verfahren unter Bedingungen reagiert wird, die für die Oxidation von n-Butan zu Maleinsäureanhydrid wirksam sind.
Reaktionsgase aus dem Reaktor 8 werden durch die Leitung 10 ausgelassen und dem Wascher 11 zugeführt, in dem die Gase mit Waschwasser in Kontakt kommen, das durch die Leitung 12 eingeführt wird. Zusätzliche erzeugte Maleinsäureanhydrid-Werte werden in dem wässrigen Strom gewonnen, der durch die Leitung 13 aus dem Wascher 11 entfernt wird. Dieser Strom kann mit dem Strom aus der Leitung 6 kombiniert werden und mit diesem zusammen einem Veredelungsabschnitt zugeführt werden, in dem durch herkömmliche Verfahren das Maleinsäureanhydrid-Produkt gewonnen wird.
Gase aus dem Wascher 11 werden durch die Leitung 14 ausgelassen, wobei diese Gase eine kleine Menge an unreagiertem n-Butan enthalten, das verbrannt werden kann, zusammen mit unreagiertem Sauerstoff in kleiner Menge, Stickstoff und verschiedenen Kohlenoxiden zusammen mit unterschiedlichen Mengen Wasser. Diese Gase werden gemäß bekannten Verfahren entsorgt.
Ein wichtiger Vorteil der Praxis der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen Einzelreaktorverfahren ist, dass bei den zwei in Reihe geschalteten Reaktoren für die gleiche Maleinsäureanhydrid-Produktion die Luftzufuhrrate und die Abgasbelastung nahezu halbiert werden. Der Gesamtverbrauch an n-Butan wird wesentlich reduziert, nämlich um 10%, die für den Luftkompressor benötigte Energie wird um 20% reduziert, und die Betriebskosten einer Abgasverbrennungseinrichtung, die zu dem Verfahren gehört, werden um nahezu die Hälfte reduziert. Zusätzlich wird der Kapitalaufwand für diese Abgasverbrennungseinrichtung wesentlich reduziert.
Der n-Butan-Verbrauch wird stark reduziert, weil das n-Butan, das in den Gasen enthalten ist, die den ersten Reaktor verlassen, in den zweiten Reaktor zugeführt wird, anstatt abgefackelt oder verbrannt zu werden. Die Vorteile dieses Verfahrens werden teilweise durch eine etwas geringere Trennschärfe in dem Reaktor der zweiten Stufe aufgrund einer weniger günstigen Einlassgas-Zusammensetzung zunichte gemacht, aber insgesamt führen die Vorteile, die durch die Verwendung der vorliegenden Erfindung erreicht werden, zu einer bis zu 10%igen Verringerung des n-Butan-Verbrauchs bei gleicher Maleinsäureanhydrid-Produktion.
Die gleichen oder unterschiedliche Katalysatoren des VPO-Typs können in den verschiedenen Reaktoren verwendet werden; vorzugsweise wird der gleiche Katalysator in jedem Reaktor verwendet. Ein besonders nützlicher Katalysator ist der in dem US-Patent 5,885,919 beschriebene, obwohl die Praxis der Erfindung nicht auf die Verwendung eines bestimmten Katalysators beschränkt ist.
Die Oxidation des n-Butans zu Maleinsäureanhydrid in jedem Reaktor wird dadurch erzielt, dass n-Butan in niedrigen Konzentrationen in Sauerstoff mit dem beschriebenen Katalysator in Kontakt gebracht wird. Luft ist als Sauerstoffquelle für den ersten Reaktor durchaus ausreichend, aber auch synthetische Mischungen von Sauerstoff und Verdünnungsgasen wie Stickstoff können verwendet werden. Mit Sauerstoff angereicherte Luft kann verwendet werden.
Der gasförmige Zufuhrstrom zu dem ersten Reaktor enthält normalerweise Luft und ungefähr 0,5 bis ungefähr 3,0 Molprozent n-Butan. Ungefähr 1,0 bis ungefähr 2,5 Molprozent n-Butan sind ausreichend für einen optimalen Ertrag des Produkts für das erfindungsgemäße Verfahren. Obwohl höhere Konzentrationen verwendet werden können, kann der Explosionsgefahr begegnet werden, außer bei Fließbettreaktoren, wo Konzentrationen von bis zu ungefähr 4 oder 5 Molprozent ohne Explosionsgefahr verwendet werden können. Niedrigere Konzentrationen von n-Butan, weniger als ungefähr ein Prozent, reduzieren natürlich die Gesamtproduktivität, die bei gleichwertigen Durchsätzen erzielt wird, und werden unter ökonomischen Gesichtspunkten normalerweise nicht verwendet.
Der Durchsatz des gasförmigen Stroms durch den ersten Reaktor kann innerhalb recht breiter Grenzen variiert werden, aber ein bevorzugter Betriebsbereich ist der Durchsatz von ungefähr 10 bis 300 Gramm n-Butan pro Liter Katalysator pro Stunde, und noch bevorzugter von ungefähr 50 bis ungefähr 250 Gramm n-Butan pro Liter Katalysator pro Stunde. Die Verweildauer des Gasstroms beträgt normalerweise weniger als ungefähr 4 Sekunden, noch bevorzugter weniger als ungefähr eine Sekunde, und bis hinunter zu einem Durchsatz, bei dem ein weniger effizienter Betrieb erzielt wird.
Die Reaktionstemperatur in dem ersten Reaktor kann in einem begrenzten Bereich variiert werden, normalerweise sollte die Reaktion jedoch bei Temperaturen innerhalb eines sehr kritischen Bereichs durchgeführt werden. Die Oxidationsreaktion ist exothermisch, und sobald die Reaktion einmal in Gang gesetzt ist, liegt der Hauptzweck des Salzbads oder anderer Medien darin, die Wärme von den Wänden des Reaktors weg zu leiten und die Reaktion zu steuern. Ein besserer Betrieb wird normalerweise erzielt, wenn die verwendete Reaktionstemperatur nicht mehr als etwa 100°C über der Salzbadtemperatur liegt. Die Temperatur in den Reaktorröhren hängt natürlich auch zu einem gewissen Grad von von der Größe der Röhren und der n-Butan-Konzentration ab. Unter üblichen Betriebsbedingungen bei einem bevorzugten Verfahren beträgt die Temperatur im Zentrum des Reaktors, gemessen durch ein Thermoelement, etwa 365°C bis etwa 550°C. Der vorzugsweise in dem Reaktor verwendete Temperaturbereich, gemessen wie oben, sollte zwischen etwa 380°C und etwa 515°C liegen, und die besten Ergebnisse werden üblicherweise bei Temperaturen zwischen ungefähr 380°C bis ungefähr 475°C erzielt. Anders beschrieben wird bei Salzbadreaktoren mit Kohlenstoffstahl-Reaktorröhren mit einem Durchmesser von ungefähr 2,54 cm (1,0 inch) die Salzbadtemperatur üblicherweise zwischen ungefähr 350°C und ungefähr 550°C gesteuert. Unter normalen Bedingungen sollte die Temperatur in dem Reaktor üblicherweise nicht über längere Zeitspannen über 475°C hinausgehen, weil dies die Erträge mindert und möglicherweise den Katalysator deaktiviert.
Die Reaktion kann bei atmosphärischem, superatmosphärischem oder unterhalb von atmosphärischem Druck durchgeführt werden. Der Ausgangsdruck ist wenigstens leicht höher als der Umgebungsdruck, um eine positive Strömung von der Reaktion zu gewährleisten. Der Druck der Gase muss ausreichend hoch sein, um den Druckabfall beim Durchlaufen des Reaktors zu überwinden.
Erfindungsgemäß wird der gasförmige Abfluss, der den ersten Reaktor verlässt, nach der Trennung von etwas Maleinsäureanhydrid durch Kühlung und Kondensation fakultativ mit Wasser gewaschen, um im Wesentlichen alle erzeugten Maleinsäureanhydridwerte zu trennen, die eine Gasmischung verlassen, die wesentliches unreagiertes n-Butan und Molekularsauerstoffwerte enthält. Insgesamt umfasst diese Gasmischung ein Volumen von ungefähr 0,1 bis 1,0 Vol.-% an n-Butan, vorzugsweise 0,2 bis 0,6 Vol.-%, wobei der Rest Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenoxide etc. sind. Typischerweise umfasst diese Gasmischung ungefähr 0,4 Vol.-% n-Butan.
n-Butan wird der Gasmischung in einer Menge zugefügt, die allgemein ausreichend ist, um eine kombinierte Gasmischung zu liefern, die ein Volumen von 0,5 bis 3,0 Vol.-% n-Butan und üblicherweise ungefähr 10 bis 15 Vol.-% Molekularsauerstoff umfasst, abhängig von dem Sauerstoffverbrauch in dem ersten Reaktor. Diese Mischung bildet die Zufuhr zu dem zweiten Reaktor der Reaktorreihe.
Der zweite Reaktor ist dem ersten Reaktor ähnlich und enthält vorzugsweise den gleichen VPO-Katalysator. Die Reaktionsbedingungen sind in dem zweiten Reaktor weitgehend die gleichen wie in dem ersten Reaktor, und die Reaktionsgasmischung, die den zweiten Reaktor verlässt, wird mit Wasser gewaschen, um die zusätzlichen Maleinsäureanhydrid-Werte zu gewinnen, fakultativ nach vorherigem Kühlen und Kondensieren einiger Maleinsäureanhydrid-Werte. n-Butan in den Waschgasen kann in einer Abgasverbrennungseinrichtung verbrannt und in die Atmosphäre entlüftet oder anderweitig behandelt werden.
Eine Vielzahl von Reaktoren ist verwendbar, und Vielröhren-Wärmetauscher-Reaktoren sind für jeden Reaktor durchaus zufriedenstellend. Der Durchmesser der Röhren solcher Reaktoren kann von ungefähr 0,635 cm (1/4 inch) bis ungefähr 7,62 cm (3 inch) reichen, und die Länge kann von ungefähr 3 bis 18 Fuß oder mehr reichen. Die Oxidationsreaktion ist eine exothermische Reaktion, und deshalb sollte eine relativ strenge Regelung der Reaktionstemperatur aufrechterhalten werden. Es ist wünschenswert, die Oberfläche der Reaktoren auf einer relativ konstanten Temperatur zu halten, und ein Medium, das Wärme von den Reaktoren ableitet, ist zur Unterstützung der Temperaturregelung notwendig. Dieses Medium kann Woods'sches Metall, geschmolzener Schwefel, Quecksilber, geschmolzenes Blei usw. sein, es hat sich jedoch herausgestellt, dass eutektische Salzbade völlig zufriedenstellend sind. Ein solches Salzbad ist eine eutektische Natriumnitrat-Natriumnitrit-Kaliumnitrit-Mischung mit konstanter Temperatur. Ein zusätzliches Verfahren der Temperaturregelung ist die Verwendung eines Metallblockreaktors, bei dem das Metall, das die Röhren umgibt, als Temperatur-Regulierungskörper wirkt. Der Fachmann erkennt ohne Weiteres, dass das Wärmeaustauschmedium durch Wärmetauscher etc. auf der richtigen Temperatur gehalten werden kann. Der Reaktor oder die Reaktionsröhren können aus Eisen, nicht rostendem Stahl, Kohlenstoffstahl oder Nickel bestehen und haben unter den Bedingungen für die hier beschriebenen Reaktionen eine ausgezeichnete lange Lebensdauer. Normalerweise weisen die Reaktoren eine Vorwärmzone aus einem Inertmaterial auf, wie 0,635 cm (1/4 inch) Alundum-Pellets, inerte Keramikkugeln, Nickelkugeln oder – chips etc., wobei dieses in ungefähr 1/5 bis 1/20 des Volumens des vorhandenen aktiven Katalysators vorhanden ist.
Beispiel 1
Ein Zweireihen-Reaktorsystem, wie in der beigefügten Zeichnung dargestellt, ist für die Oxidation von n-Butan zu Maleinsäureanhydrid vorgesehen.
Wie in der Zeichnung gezeigt, wird n-Butan zusammen mit Luft durch die Leitung 2 dem Reaktor 1 zugeführt und darin reagiert, so dass Maleinsäureanhydrid gebildet wird. Der Reaktor 1 ist ein herkömmlicher Vielröhren-Reaktor, der mit einem VPO-Katalysator wie dem in Beispiel 1 des US-Patents 5,885,919 beschriebenen bestückt und mit einem Kühlmittel zur Entfernung von Reaktionswärme versehen ist.
Die Zufuhr tritt in den Reaktor 1 ein und reagiert darin, so dass Maleinsäureanhydrid gebildet wird, wobei der Spitzenlastpunkt in den Röhren auf ungefähr 420–460°C gehalten wird und die Gaszufuhr mit 2,812–3,515 kg/cm² absolut (40–50 psia) zugeführt wird.
Das Reaktionsgemisch verlässt den Reaktor 1 durch die Leitung 3 und wird stufenweise auf etwa 60°C abgekühlt (nicht gezeigt). Die abgekühlte Mischung wird in den Wascher 4 eingeführt und darin in Kontakt mit Waschwasser gebracht, das durch die Leitung 5 eingeführt wird. Der wässrige Strom, der die gewaschenen Ma leinsäureanhydrid-Werte enthält, wird durch die Leitung 6 abgeführt und zu einer herkömmlichen Maleinsäureanhydrid-Gewinnung geleitet.
Die Reaktionsgasmischung, aus der das Maleinsäureanhydrid gewaschen wurde, wird durch die Leitung 7 aus dem Wascher 4 entfernt. Zusätzliches n-Butan wird durch die Leitung 9 zugefügt, und die erzeugte Mischung wird dem Reaktor 8 zugeführt.
Der Reaktor 8 ist wie der Reaktor 1 ein herkömmlicher Vielröhren-Reaktor, der mit dem gleichen VPO-Katalysator bestückt ist, der in dem Reaktor 1 verwendet wird.
Die Spitzenlastpunkt-Temperatur in dem Reaktor 8 beträgt 420–460°C, und der Einlassdruck beträgt ungefähr 2,109–2,812 kg/cm² absolut (30–40 psia).
Die Reaktionsgasmischung wird durch die Leitung 10 aus dem Reaktor 8 entfernt, abgekühlt (nicht gezeigt) und zu dem Wascher 11 geleitet, in dem Maleinsäureanhydrid-Werte mit Wasser gewaschen werden, das durch die Leitung 12 eingeführt wird.
Die Wascherflüssigkeit, die das Maleinsäureanhydrid enthält, das in dem Reaktor 8 gebildet wird, wird durch die Leitung 13 aus dem Wascher 11 entfernt und einer herkömmlichen Maleinsäureanhydrid-Gewinnung zugeführt.
Die Reaktionsgase werden durch die Leitung 14 aus dem Wascher 11 entfernt und einer Abgasverbrennungseinrichtung zugeführt, bevor sie in die Atmosphäre entlüftet werden.
Die folgende Tabelle 1 gibt die Mengen und Zusammensetzungen der verschiedenen Verfahrensströme an. Tabelle 2 gibt die verschiedenen Konversionen und Selektivitäten an.
Tabelle 1
Tabelle 2
Beispiel 2
Dieses Beispiel stellt die Praxis der Erfindung dar, wobei sauerstoffangereicherte Luft als Molekularsauerstoff enthaltendes Gas in dem ersten Reaktor in dem Zweireihen-Reaktorsystem verwendet wird, wie in der beigefügten Zeichnung gezeigt.
Wie in der Zeichung gezeigt, wird n-Butan zusammen mit Luft, die mit Sauerstoff bis zu einer Sauerstoffkonzentration von 28 Vol.-% (Trockenbasis) angereichert ist, durch die Leitung 2 dem Reaktor 1 zugeführt und darin reagiert, so dass Maleinsäureanhydrid gebildet wird. Der Reaktor ist ein herkömmlicher Vielröhren-Reaktor, der mit VPO-Katalysator wie dem in Beispiel 1 des US-Patents 5,885,919 beschriebenen bestückt und mit einem Kühlmittel versehen ist, um Reaktionswärme zu entfernen.
Die Zufuhr tritt in den Reaktor 1 ein und reagiert darin, so dass Maleinsäureanhydrid gebildet wird, wobei der Spitzenlastpunkt in den Röhren auf ungefähr 420–460°C gehalten wird und die Gaszufuhr mit 2,812–3,515 kg/cm² absolut (40–50 psia) zugeführt wird.
Die Reaktionsmischung verlässt den Reaktor 1 durch die Leitung 3 und wird stufenweise auf ungefähr 60 °C abgekühlt (nicht gezeigt). Die abgekühlte Mischung wird in den Wascher 4 eingeführt und dort in Kontakt mit Waschwasser gebracht, das durch die Leitung 5 eingeführt wird. Der wässrige Strom, der die gewaschenen Maleinsäureanhydrid-Werte enthält, wird durch die Leitung 6 entfernt und einer herkömmlichen Maleinsäureanhydrid-Gewinnung zugeführt.
Die Reaktionsgasmischung, aus der Maleinsäureanhydrid gewaschen wurde, wird durch die Leitung 7 aus dem Wascher 4 entfernt. Zusätzliches n-Butan wird durch die Leitung 9 zugefügt, und die erzeugte Mischung wird dem Reaktor 8 zugeführt.
Der Reaktor 8 ist wie der Reaktor 1 ein herkömmlicher Vielröhrenreaktor, der mit dem gleichen VPO-Katalysator bestückt ist, der in dem Reaktor 1 verwendet wird. Die Spitzenlastpunkt-Temperatur in dem Reaktor 8 beträgt 420–460°C, und der Einlassdruck beträgt ungefähr 2,109–2,812 kg/cm² absolut (30–40 psia).
Die Reaktionsgasmischung wird aus dem Reaktor 8 durch die Leitung 10 entfernt, abgekühlt (nicht gezeigt) und dem Wascher 11 zugeleitet, in dem Maleinsäureanhydrid-Werte mit Wasser gewaschen werden, das durch die Leitung 12 eingeführt wird.
Die Wascherflüssigkeit, die Maleinsäureanhydrid enthält, das in dem Reaktor 8 gebildet wurde, wird durch die Leitung 13 aus dem Wascher 11 entfernt und einer herkömmlichen Maleinsäureanhydrid-Gewinnung zugeführt.
Die Reaktionsgase werden durch die Leitung 14 aus dem Wascher 11 entfernt und einer Abgasverbrennungseinrichtung zugeführt, bevor sie in die Atmosphäre entlüftet werden.
Die folgende Tabelle 3 gibt die Menge und die Zusammensetzungen der verschiedenen Verfahrensströme an. Tabelle 4 gibt die verschiedenen Konversionen und Selektivitäten an.
Tabelle 3
Tabelle 4
Ein Vergleich der Beispiele 1 und 2 zeigt die verbesserten Erträge, die durch die Praxis der Erfindung erreicht werden, wobei sauerstoffangereicherte Luft dem ersten Reaktor zugeführt wird.

Claims

Verfahren für die Herstellung von Maleinsäureanhydrid aus n-Butan, umfassend die Reaktion einer Mischung von Molekularsauerstoff, enthaltend Gas und 0,5–3 Vol % n-Butan in einem ersten Reaktor unter Bedingungen effektiv für die Bildung von Maleinsäureanhydrid, die Berieselung der Reaktionsgasmischung aus dem ersten Reaktor, um die Maleinsäureanhydridwerte aus den Restreaktionsgasmischungskomponenten zu gewinnen, die Trennung der Berieselungsflüssigkeit enthaltend die Maleinsäureanhydridwerte, die Zufügung von n-Butan zu den Restreaktionsgasmischungskomponenten und die Reaktion der entstehenden Gasmischung in einem zweiten Reaktor unter Bedingungen effektiv für die Bildung von Maleinsäureanhydrid.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Reaktionsgasmischung von dem ersten Reaktor mit Wasser berieselt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zufuhr zu dem zweiten Reaktor 0,5–3 Vol. % n-Butan enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mit Sauerstoff angereicherte Luft der Molekularsauerstoff enthaltend Gas in dem ersten Reaktor ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei den Restreaktionsgasmischungskomponenten sowohl n-Butan als Molekularsauerstoff zugefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Gasmischung von dem zweiten Reaktor, nach Trennung des Maleinsäureanhydrids, weiter in einem Folgreaktor nach Zufügung von n-Butan und fakultativ Molekularsauerstoff umgesetzt wird.