DE60213752T2

DE60213752T2 - Reaktor zur Herstellung von Nitrilverbindungen und Verfahren dazu

Info

Publication number: DE60213752T2
Application number: DE60213752T
Authority: DE
Inventors: Mitsubishi Gas Chemical Co. Shuichi Niigata-shi Ueno; Mitsubishi Gas Chemical Co. Takuji Niigata-shi Shitara; Mitsubishi Gas Chem. Co. Kenichi Niigata-shi Nakamura; Mitsubishi Gas Chem. Co. Fumisada Niigata-shi Kosuge
Original assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Current assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2022-12-24
Also published as: EP1323464A3; US20050054855A1; DE60213752D1; EP1323464B1; EP1323464A2; CN1280263C; CN1428332A; US7371882B2; US20040005254A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor zur Herstellung einer Kohlenstoffring-Nitril-Verbindung oder einer heterozyklischen Nitril-Verbindung durch Ammoxidation einer Kohlenstoffringverbindung oder einer heterozyklischen Verbindung, welche organische Substituenten aufweist, mit Ammoniak und einem Gas, das Sauerstoff enthält, in Übereinstimmung mit der Gasphasen-Reaktion unter Verwendung eines Katalysator-Fließbetts.
2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Kohlenstoffring-Nitril-Verbindungen sind nützlich als Ausgangsmaterialien für synthetische Harze und landwirtschaftliche Chemikalien, sowie als Zwischenprodukte für Amine und Isocyanate. Heterozyklische Nitril-Verbindungen sind nützlich als Zwischenprodukte für Arzneimittel, Additive für Futtermittel sowie Nahrungsergänzungsmittel.
Das Verfahren zur Reaktion einer organischen Verbindung, wie z. B. Kohlenstoffring-Verbindungen und heterozyklischen Verbindungen, die organische Substituenten aufwesien, mit Ammoniak und einem Gas, das Sauerstoff enthält, wird Ammoxidation genannt, und im Allgemeinen werden Nitril-Verbindungen durch eine Gasphasen-Reaktion mit einem Katalysator-Fließbett hergestellt.
Es ist bekannt, dass für die Ammoxidation Katalysatoren verwendet werden, die Vanadium, Molybdän oder Eisen enthalten. Beispielsweise wird in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Heisei 11(1999)-209332 ein Verfahren zur Ammoxidation von aromatischen Verbindungen und heterozyklischen Verbindungen mit Alkylgruppen als Substituenten in Gegenwart eines Katalysators, der Oxide des V, Cr, B und Mo enthält, beschrieben. In der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Heisei 9(1997)-71561 wird ein Verfahren zur Herstellung von Dicyanobenzol durch Ammoxidation von Xylol in Gegenwart eines Katalysators, der Oxide des Fe, Sb und V enthält, beschrieben.
In Bezug auf den Reaktor für die Gasphase-Reaktion mit einem Katalysator-Fließbett für die Ammoxidation ist in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Heisei 10(1998)-152463 beschrieben, dass bei der Ammoxidation von Methanol ein Sauerstoff enthaltendes Gas in den unteren Abschnitt eines vertikalen Reaktors eingebracht wird, Ammoniak und eine Kohlenstoffring-Verbindung in einen seitlichen Abschnitt eingebracht werden, und die Dichtebereiche des Fließbetts sowie die Flußraten der Gase und der Ort der Einspeisung der Ausgangsmaterialien so eingestellt werden, dass der Kontakt zwischen dem Gas, den Ausgangsmaterialien und den Partikeln des Katalysators verbessert wird, und dass als Ergebnis dessen eine erhöhte Ausbeute des gewünschten Produktes in der Reaktion erzielt werden kann.
In der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Heisei 10(1998)-120641 wird beschrieben, dass in einen Verfahren für die Herstellung eines aromatischen Nitrils durch die Gasphasen-Ammoxidation die Position des Einlasses für das Ausgangsmaterial so bestimmt wird, dass im Reaktionsbereich das Verhältnis Wb/Wa des Gewichtsanteils des fluidisierten Katalysators im Bereich oberhalb des Einlasses für die Einspeisung der Kohlenstoffring-Verbindung (Wb) zum Gewichtsanteil des fluidisierten Katalysators im Bereich oberhalb des Einlass für die Einspeisung des Sauerstoff enthaltenden Gases (Wa) im Bereich von 0.01 bis 0.95 liegt. Es wird beschrieben, dass die Ausbeute und Selektivität des aromatischen Nitrils als Zielverbindung abnehmen, wenn Wb/Wa 0,95 übersteigt.
Im Allgemeinen wird angenommen, dass die Verteilung der Temperatur im Fließbett ungefähr gleichmäßig gehalten wird, wenn die Fließeigenschaften innerhalb des Betts hervorragend sind. Allerdings ist die Temperaturverteilung häufig nicht einheitlich, wenn die Reaktion eine schnelle exotherme Reaktion ist, wie z. B. die Ammoxidation, und ein Kühlrohr verwendet wird, um die Wärme abzuführen. Insbesondere dann, wenn der Anteil an erzeugter Wärme pro Volumeneinheit des Fließbetts (die Dichte der Wärmeerzeugung) groß ist, und die Wärmekapazität der Partikel des Katalysators relativ klein im Verhältnis zur Wärmekapazität der Gasphase ist, ist die Wärmeverteilung in einer Vorrichtung industrieller Größenordnung mit einem Fließbett und einer Kolonne mit einem Durchmesser von mehr als zwei Metern ausgesprochen ungleichmäßig. Wenn die Verteilung der Temperatur ungleichmäßig ist, treten in Bereichen, in denen die Temperatur nicht optimal ist, Nachteile wie ein Rückgang der Umwandlung und Bildung von Nebenprodukten auf.
Darüber hinaus ist es in einem Reaktor industrieller Größenordnung mit einem Fließbett und einer Kolonne mit einem Durchmesser von mehr als zwei Meter schwierig, die gleichmäßige Temperaturverteilung insbesondere zu Beginn des Betriebs zu erreichen, so dass es eine lange Zeit dauert, um die Temperatur zu stabilisieren. Als ein anderes Problem wird erwähnt, dass die Effizienz des Wärmeübergangs der Kühlrohre, die in dem Reaktor angeordnet sind, abnimmt, wenn dieser über eine lange Zeit in Betrieb ist. Aufgrund der oben genannten Probleme ist es schwierig, einen stabilen und langfristigen Betrieb zu erreichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung hat als ein Ziel die Bereitstellung eines Reaktors für die industrielle Herstellung einer Nitril-Verbindung durch Ammoxidation mit einer Gasphasen-Reaktion und einem Katalysator-Fließbett, welcher eine gleichmäßige Temperaturverteilung in dem Katalysator-Fließbett gewährleistet, und ermöglicht, dass die Reaktion auf optimale Weise abläuft, die Temperatur der Reaktion auf einfache Weise stabilisiert und einen kontinuierlichen Betrieb über eine lange Zeit ermöglicht, sowie die Bereitstellung eines Verfahrens für den Betrieb des Reaktors.
Als ein Ergebnis der intensiven Untersuchungen durch die vorliegenden Erfinder zur Erreichung des oben genannten Ziels wurde gefunden, dass die Reaktionstemperatur auf einfache Weise durch Verwendung eines Kühlrohrs des Teilverdampfer-Typs und eines Kühlrohrs des Vollverdampfer-Typs in Kombination stabilisiert werden konnte, und dass der stabile dauerhafte Betrieb in einer Vorrichtung kommerziellen Größenmaßstabs erzielt werden konnte, dass die Verteilung der Temperatur in dem Katalysator-Fließbett durch Anordnung des Kühlrohrs in einer spezifischen Anordnung gleichmäßig gemacht wurde, und dass, darüber hinaus, der stabile dauerhafte Betrieb über eine lange Zeit durch Verwendung von Wasser mit einer hohen Reinheit als Kühlmedium für die Kühlrohre des Vollverdampfer-Typs erzielt werden konnte. Die vorliegende Erfindung wurde auf Basis dieses Wissens fertig gestellt.
Die folgende Erfindung stellt einen Reaktor zur Herstellung einer Nitril-Verbindung sowie ein Verfahren zum Betrieb des Reaktors bereit, die im Folgenden beschrieben sind.

(A) Ein Reaktor zur Herstellung einer Nitril-Verbindung aus einer Kohlenstoffring-Verbindung, welche organische Substituenten aufweist, oder einer heterozyklischen Verbindung, welche organische Substituenten aufweist, durch eine Gasphasen-Reaktion unter Verwendung eines Katalysator-Fließbetts mit Ammoniak und einem Gas, dass Sauerstoff enthält, wobei der Reaktor Kühlrohre, die in einem zylindrischen Katalysator-Fließbett-Fließbett mit einem Durchmesser von zwei Metern oder mehr angeordnet sind, aufweist, und Kühlrohre eines Teilverdampfer-Typs, in welchen ein Teil des Kühlmediums in den Rohren verdampft wird, und Kühlrohre eines Vollverdampfer-Typs, in welchen das Kühlmedium in den Kühlrohren vollständig verdampft wird, aufweist.
(B) Der in (A) beschriebene Reaktor weist einen Äquivalenzdurchmesser auf, der durch die Gleichung (1) definiert wird, in einem beliebigen horizontalen Querschnitt eines Bereiches des Katalysator-Fließbetts, in welchem die Kühlrohre in einem Bereich von 0.2 bis 2.0 m vorkommen, und mindestens ein Bereich der Kühlrohre in einem beliebigen Kreis vorkommt, der denselben Durchmesser aufweist wie der äquivalente Durchmesser und in dem Querschnitt angeordnet ist, wobei die Gleichung (1) lautet: DE = 4XAF/LW (1)in welcher DE (m): der Äquivalenzdurchmesser; AF (m²): ein Bereich eines horizontalen Querschnitts eines Fließwegs eines Katalysator-Fließbetts; LW (m): die Länge des Umfangs, dort wo der horizontale Querschnitt des Fließwegs den Katalysator-Fließbetts berührt (Umfangslänge des Eintauchens) ist.
(C) Der in (A) beschriebene Reaktor weist überdies ein Verhältnis (S2/S1) einer Oberfläche (S2) zu einer Oberfläche (S1) der Kühlrohre im Bereich von 0.01 bis 0.30 auf, wobei S1 die Gesamtoberfläche der Kühlrohre darstellt, die in einem vertikalen Zylinder vorkommen, der im Bereich des Katalysators-Fließbett, in welchem die Kühlrohre vorkommen, eine untere Fläche als beliebiger horizontaler Querschnitt des Bereichs sowie eine beliebige Höhe aufweist; und S2 eine Oberfläche der verwendeten Kühlrohre darstellt, die in einem vertikalen Zylinder vorkommen, welcher eine untere Fläche als kreisförmiger Querschnitt aufweist, welcher in derselben Ebene liegt wie die untere Fläche des für S1 beschriebenen Zylinders, und denselben Durchmesser wie der Äquivalenzdurchmesser und dieselbe Höhe wie die des für S1 beschriebenen Zylinders aufweist.
(D) Ein Verfahren zum Betrieb eines Reaktors zur Herstellung einer Nitril-Verbindung, welches die Verwendung von Wasser, das eine Konzentration von ionischem SiO₂ von 0.1 ppm oder weniger und eine elektrische Leitfähigkeit von 5 μS/cm oder weniger aufweist, als Kühlmedium umfasst, das in ein Kühlrohr eines Vollverdampfer-Typs in dem in (A) beschriebenen Reaktor zur Herstellung einer Nitril-Verbindung eingespeist wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel der Struktur des Reaktors zur Herstellung der Nitril-Verbindung der vorliegenden Erfindung beschreibt. 2 zeigt ein Diagramm, das den Äquivalenzdurchmesser DE in (B) beschreibt. 3 zeigt ein Diagramm, das das Verhältnis (S2/S1) der Oberflächen der Kühlrohre in (C) beschreibt. 4 zeigt ein Diagramm, das die Anordnung der Kühlrohre in (B) und (C) darstellt. 5 zeigt ein Diagramm, das die Anordnung der Thermometer in Beispiel 1 und im Vergleichbeispiel 3 darstellt.
In 1 bezeichnet 1 einen Reaktor zur Herstellung einer Nitril-Verbindung, 2 bezeichnet einen fluidisierten Katalysator, 3 bezeichnet einen Einlass für ein Sauerstoff enthaltendes Gas, 4 bezeichnet einen Disperger für das Sauerstoff enthaltende Gas, 5 bezeichnet einen Einlass für eine Kohlenstoffring-Verbindung oder eine heterozyklische Verbindung, aufweisend organische Substituenten, als Ausgangsmaterial und Ammoniak, 6 bezeichnet ein Kühlrohr, 7 bezeichnet einen Zyklon zur Abtrennung des Katalysators, 8 bezeichnet einen Rohr zur Rückführung des Katalysators, 9 bezeichnet ein Rohr zum Ablassen des Reaktionsgases und 10 bezeichnet die Oberfläche des Katalysator-Fließbetts.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel für die Struktur des Reaktors zur Herstellung einer Nitril-Verbindung der vorliegenden Erfindung beschreibt. In 1 ist ein Reaktor für die Ammoxidation 1 mit einem fluidisierten Katalysator 2 gefüllt.
Ein Sauerstoff enthaltendes Gas wird in einen unteren Abschnitt 3 des Reaktors eingebracht und über einen Disperger 4 in den Reaktor eingespeist. Eine Kohlenstoffring- oder heterozyklische Verbindung, aufweisend organische Substituenten, als Ausgangsmaterial wird in einen seitlichen Abschnitt 5 eines unteren Bereich des Katalysator-Fließbetts eingespeist. Ein Kühlrohr 6 ist im Inneren des Reaktors angeordnet. Die Oberfläche 10 des Katalysator-Fließbetts ist in einem unteren Abschnitt eines Rohren Abschnitt des Kühlrohrs angeordnet. Partikel des Katalysators in einem Reaktionsgas werden durch einen Zyklon 7 für den Katalysator abgetrennt und in das Katalysator-Fließbett über ein Rohr 8 zur Rückführung des Katalysators zurückgeführt. Das Reaktionsgas, aus welchem die Partikel des Katalysators entfernt worden sind, wird durch das Rohr 9 zum Ablassen des Reaktionsgases an der Oberseite der Kolonne abgelassen. Das an der Oberseite der Kolonne abgelassene Reaktionsgas, das die unreagierten Kohlenstoffring- oder heterozyklischen Verbindungen, die Nitril-Verbindung, Ammoniak, Blausäure, Kohlendioxid, Wasser, Kohlenmonoxid, Stickstoff und Sauerstoff enthielt, wird in den nächsten Schritt überführt, und die Nitril-Verbindung wird isoliert und gereinigt.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor mit einem Katalysator-Fließbett, welcher eine Kolonne mit einem Durchmesser von 2.0 m oder mehr sowie Kühlrohre für die Wärmeabfuhr aus dem Inneren bei der Ammoxidation aufweist. Der Reaktor ist gekennzeichnet durch eine spezifische Anordnung der Kühlrohre im Inneren des Katalysator-Fließbetts und eine spezifische Art der Verwendung der Kühlrohre.
In Übereinstimmung mit (A) werden ein Kühlrohr eines Teilverdampfer-Typs, in welchem ein Teil eines Kühlmediums in dem Rohr verdampft wird, und ein Kühlrohr eines Vollverdampfer-Typs, in welchem ein Kühlmedium in dem Kühlrohr vollständig verdampft wird, in Kombination als Kühlrohre in den Reaktor mit einem Katalysator-Fließbett und einer Kolonne mit einem Durchmesser von 2.0 m oder mehr verwendet.
Im Allgemeinen ist die Reaktion mit einem Katalysator-Fließbett eine Form der Reaktion, die geeignet ist, die Reaktion fortzusetzen, während die Wärme, die durch eine intensive exotherme Reaktion erzeugt wird, schnell entfernt wird. Im Reaktor sind Kühlrohre angeordnet, und die Wärme, die durch die exotherme Reaktion erzeugt wird, wird entfernt. Als Typen der Kühlrohre zur Entfernung der Wärme gibt es ein Kühlrohr eines Teilverdampfer-Typs, in welchem ein Teil eines Kühlmediums in dem Rohr verdampft wird, und ein Kühlrohr eines Vollverdampfer-Typs, in welchem ein Kühlmedium in dem Kühlrohr vollständig verdampft wird.
Durch das Kühlrohr des Teilverdampfer-Typs wird ein bestimmter Anteil der Wärme, die der Fläche des Wärmeübergangs, die in das Katalysator-Fließbett eintaucht, entspricht, entfernt. Auf der anderen Seite variiert durch das Kühlrohr des Vollverdampfer-Typs der Anteil der entfernten Wärme in Abhängigkeit von der Menge des Mediums, das in das Kühlrohr eingespeist wird.
Bei dem Verfahren, bei dem das Kühlrohr des Teilverdampfer-Typs allein verwendet wird und der Anteil der abgeführten Wärme durch Änderung der Anzahl der Kühlrohre, die aus einer Mehrzahl von vorgesehenen Kühlrohren verwendet wird, (Änderung der Fläche des Wärmeübergangs) unter einem konstanten Druck des erzeugten Dampfs kontrolliert wird, tendiert die Temperaturverteilung in dem Katalysator-Fließbett dazu zu schwanken, wenn sich die Betriebsart nicht in einem stabilen Zustand befindet, wie z. B. Betriebsarten zu Anfang und am Ende, und Betriebsarten, bei denen die Beladung geändert wird, wenn die Fläche des Wärmeübergangs pro Kühlrohr groß ist. Die Schwankung in der Temperaturverteilung kann durch Erhöhung der Anzahl der Kühlrohre vermindert werden, sodass die Fläche des Wärmeübergangs pro Kühlrohr reduziert wird. Allerdings wird die Vorrichtung dann kompliziert und ist vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit nachteilig.
Bei dem Verfahren, bei denen das Kühlrohr des Teilverdampfer-Typs allein verwendet wird und der Anteil der abgeführten Wärme durch Einstellung des Drucks des erzeugten Dampfs zur Änderung der Temperatur des Kühlmediums kontrolliert wird, kann die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmedium und dem Katalysator-Fließbett erhöht und die erforderliche Fläche für den Wärmeübergang vermindert werden, wenn die Vorrichtung betrieben wird, während der Dampfdruck in einem Bereich geringen Drucks eingeregelt wird. Aus diesem Grund ist dieses Verfahren vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit vorteilhaft. Allerdings hat dieses Verfahren einen Nachteil, der darin liegt, dass, weil die Temperatur des Kühlrohrs gering ist, sich Nebenprodukte der Reaktion mit hohen Siedepunkten an der äußeren Oberfläche des Kühlrohrs ablagern, und die Fähigkeit der Wärmeleitung merklich reduziert wird. Auf der anderen Seite erhöht sich, wenn der Dampfdruck erhöht wird, um die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmedium und dem Katalysator-Fließbett zu reduzieren, die erforderliche Fläche für den Wärmeübergang, und die Produktivität neigt dazu, abzunehmen, da der Anteil der abgeführten Wärme nicht ausreichend ist.
Auf der anderen Seite kann, wenn das Kühlrohr des Vollverdampfer-Typs verwendet wird, der Anteil der abgeführten Wärme durch Steuerung der Menge des bereitgestellten Kühlwassers genau eingestellt werden, und eine stabile Temperaturverteilung kann auch während eines nicht stabilen Betriebszustandes erreicht werden. Allerdings neigen, wenn der Reaktor ein kommerzieller Reaktor mit einem Durchmesser von 2 m oder mehr ist und der Typ des Kühlrohrs ein viel benutztes Kühlrohr mit einer U-Form ist, nicht-flüchtige Metallverbindungen wie z. B. Siliziumoxid, Alkalimetalle und Erdalkalimetalle dazu, auszufallen und sich im unteren Bereich der U-Form abzulagern. Im Allgemeinen ist es unmöglich, dass die abgelagerten Substanzen über den vertikalen Abschnitt der U-Form geblasen und während des Betriebs entfernt werden. Da die Menge der abgelagerten Substanzen zunimmt, nimmt die Effizienz des Wärmeübergangs ab, und es tauchen Probleme aufgrund von Spannungsrissen auf. Aus diesem Grunde wird der Betrieb über lange Zeiten schwierig.
In Übereinstimmung mit (A) kann die Wärmeverteilung gleichmäßig gemacht werden und die Kontrolle der Temperatur verbessert werden, indem das Kühlrohr eines Teilverdampfer-Typs, in welchem ein Teil eines Kühlmediums in dem Rohr verdampft wird, und das Kühlrohr eines Vollverdampfer-Typs, in welchem ein Kühlmedium in dem Kühlrohr vollständig verdampft wird, in Kombination als Kühlrohre, die in dem Katalysator-Fließbett angeordnet sind, verwendet werden. Wenn das Kühlrohr des Teilverdampfer-Typs allein verwendet wird, ändert sich der Anteil der abgeführten Wärme schrittweise, da der Anteil der abgeführten Wärme nicht graduell verändert werden kann, und die Temperatur im Inneren des Reaktors neigt dazu, instabil zu werden, obwohl die gesamten Abschnitte der Kühlrohre, die in den Katalysator-Fließbett eintauchen, als Flächen des Wärmeüberganges für die Kühlung wirksam sind. Wenn das Kühlrohr des Vollverdampfer-Typs allein verwendet wird, ist die wirksame Fläche für den Wärmeübergang auf den Bereich vom Einlass des Kühlmediums bis zum Abschnitt der kompletten Verdampfung innerhalb der gesamten Abschnitte der Kühlrohre, die in das Katalysator-Fließbett eintauchen, beschränkt, und die Kühlung wird ungleichmäßig, obwohl das Ausmaß der Kühlung kontinuierlich verändert werden kann. Wenn eine erhöhte Anzahl an Kühlrohren des Vollverdampfer-Typs verwendet wird, um die einheitliche Kühlung zu erreichen, wird das Kontrollsystem kompliziert, und es ist vom Standpunkt der Kosten nachteilig.
Die Anordnungen und die relativen Zahlen des Kühlrohrs des Teilverdampfer-Typs und des Kühlrohrs des Vollverdampfer-Typs können in geeigneter Weise in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen ausgewählt werden. Es wird bevorzugt, dass (Anteil der Wärme, die durch das Kühlrohr des Vollverdampfer-Typs abgeführt wird/Anteil der Wärme, die durch das Kühlrohr des Teilverdampfer-Typs abgeführt wird) im Bereich von 0.05 bis 0.95, und besonders bevorzugt im Bereich von 0.3 bis 0.05 liegt. Die Kontrollierbarkeit der Temperatur wird durch Verwendung des Kühlrohrs des Teilverdampfer-Typs und des Kühlrohrs des Vollverdampfer-Typs in Kombination verbessert.
Als Kühlrohre gibt es ein horizontale Kühlrohr und ein vertikales Kühlrohr. Das horizontale Kühlrohr wird wegen abnormaler Reaktionen und Verdampfung, die durch Ablagerung des Katalysators in einem oberen Abschnitt verursacht wird, nicht bevorzugt. Im Allgemeinen wird ein vertikales Kühlrohr mit der U-Form bevorzugt.
Als Kühlmedium können verschiedene Kühlmedien verwendet werden, solange die Medien bei den Betriebstemperaturen verdampfen. Industriell vorteilhaft ist es, dass Wasser verwendet wird.
Wenn das Kühlrohr des Vollverdampfer-Typs dauerhaft verwendet wird, ist es bevorzugt, dass die Konzentration von ionischem Silizium im Kühlmedium in Übereinstimmung mit (D) 0.1 ppm oder weniger beträgt, besonders bevorzugt 0.05 ppm. Es ist außerdem bevorzugt, dass die elektrische Leitfähigkeit des Kühlmediums 5 μS/cm oder weniger beträgt, besonders bevorzugt 3 μS/cm oder weniger. Unter den obigen Bedingungen können die Verminderung der Effizienz der Kühlung aufgrund der Ablagerung von Siliziumoxid sowie Brüche aufgrund von Spannungsrissen verhindert werden, und es kann ein kontinuierlicher stabiler Betriebs des Kühlrohrs des Vollverdampfer-Typs erzielt werden. Wenn die Konzentration von ionischem Silizium oder die elektrische Leitfähigkeit des Kühlmediums den obigen Bereich überschreitet, ist es schwierig, den stabilen Betriebs über einen langen Zeitraum durchzuführen.
In Übereinstimmung mit (B) liegt der Äquivalenzdurchmesser, der durch Gleichung (1) in einem beliebigen horizontalen Querschnitt eines Bereiches definiert ist, in welchem das Kühlrohr in einer geradlinigen Form in dem Katalysator-Fließbett des Reaktors zur Herstellung einer Nitril-Verbindung vorkommt (siehe 1), in dem Bereich von 0.2 bis 2.0 m, und mindestens ein Bereich des Kühlrohrs kommt in einem beliebigen Kreis vor, der denselben Durchmesser aufweist wie der äquivalente Durchmesser, und ist in dem Abschnitt angeordnet (siehe 4).
Der Äquivalenzdurchmesser wird durch Gleichung (1) wiedergegeben: DE = 4XAF/LW (1)wobei

DE(m):: der Äquivalenzdurchmesser;
AF (m²):: ein Bereich eines horizontalen Querschnitts eines Fließwegs eines Katalysator-Fließbetts;
LW(m):: die Länge des Umfangs, dort wo der horizontale Querschnitt des Fließwegs das Katalysator-Fließbett berührt (Umfangslänge des Eintauchens)

2

Im Allgemeinen bezieht sich der Äquivalenzdurchmesser auf den Durchmesser der gebildeten Blase. Wenn der Äquivalenzdurchmesser kleiner als 0.2 m ist, ist der Durchmesser der gebildeten Blase übermäßig klein und das Quellen des Betts übermäßig groß. Aus diesem Grunde nimmt die Größe der Vorrichtung zu, und die Bedingungen sind unvorteilhaft. Wenn der Äquivalenzdurchmesser 2.0 m überschreitet, ist der Durchmesser der gebildeten Blase übermäßig groß. Aus diesem Grunde nimmt die Effizienz des Kontakts zwischen dem Gas und dem Katalysator ab, und die Bedingungen sind unvorteilhaft.
Das Verhältnis (S2/S1) einer Oberfläche (S2) zu einer Oberfläche (S1) der Kühlrohre liegt im Bereich von 0.01 bis 0.30, und bevorzugt im Bereich von 0.05 bis 0.20 (siehe 3). Die Flächen S1 und S2 werden im Folgenden definiert:
S1 stellt die Gesamtoberfläche der Kühlrohre, die in einem vertikalen Zylinder vorkommen, der im Bereich des Katalysator-Fließbetts, in welchem die Kühlrohre vorkommen, eine untere Fläche als beliebiger horizontaler Querschnitt des Bereichs sowie eine beliebige Höhe aufweist, dar; und
S2 stellt die Oberfläche der verwendeten Kühlrohre, die in einem beliebigen vertikalen Zylinder vorkommen, welcher eine untere Fläche als kreisförmiger Querschnitt aufweist, welcher in derselben Ebene liegt wie die untere Fläche des für S1 beschriebenen Zylinders, und denselben Durchmesser wie der Äquivalenzdurchmesser und dieselbe Höhe wie die des für S1 beschriebenen Zylinders aufweist, dar.
Wenn ein Abschnitt, in welchem (S2/S1) 0.30 überschreitet, existiert, ist die Kühlfläche in dem Abschnitt übermäßig groß, und die Wärmeverteilung in dem Katalysator-Fließbett kann nicht gleichmäßig gemacht werden. Wenn ein Abschnitt, in welchem (S2/S1) kleiner als 0.01 ist, existiert, neigt die Kühlfläche dazu, in diesem Abschnitt nicht ausreichend zu sein, und die Wärmeverteilung in dem Katalysator-Fließbett kann nicht gleichmäßig gemacht werden. Ein Verhältnis (S2/S1) kann durch Auswahl eines geeigneten Satzes an Kühlrohren aus allen Rohren in dem gewünschten Bereich gehalten werden.
Die Kohlenstoffring-Verbindung, welche organische Substituenten aufweist, die als Ausgangsmaterial zur Herstellung der Nitril-Verbindung in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist eine Kohlenstoffring-Verbindung mit einem Kohlenstoffring wie z. B. einem Benzolring, Naphtalinring, Anthrazenring, Cyclohexenring, Cyclohexanring, Dihydronaphthalinring, Tetralinring und Decalinring, und weist organische Substituenten wie eine Methylgruppe, Ethylgruppe, Propylgruppe, Formylgruppe, Acetylgruppe, Hydroxymethylgruppe, Methoxycarbonylgruppe und Alkoxylgruppe als Seitenketten am Kohlenstoffring auf. Die Kohlenstoffring-Verbindung kann weiterhin Atome und Gruppen aufweisen, die nicht an der Ammoxidation teilnehmen, wie z. B. eine Halogengruppe, Hydroxylgruppe, Aminogruppe und Nitrogruppe. Beispiele für die Kohlenstoffring-Verbindung, welche organische Substituenten aufweist, umfassen Toluol, Xylol, Trimethylbenzol, Ethylbenzol, Methylnaphtalin, Dimethylnaphthalin, Methyltetralin, Dimethyltetralin, Chlortoluol, Dichlortoluol, Methylanilin, Kresol und Methylanisol.
Die heterozyklische Verbindung, welche organische Substituenten aufweist, die als Ausgangsmaterial verwendet wird, ist eine heterozyklische Verbindung mit einem heterozyklischen Ring wie z.B. einem Furanring, Pyrrolring, Indolring, Thiophenring, Pyrazolring, Imidazolring, Oxazolring, Pyranring, Pyridinring, Chinolinring, Isochinolinring, Pyrrolinring, Pyrrolidinring, Imidazolinring, Imidazolidinring, Piperidinring und Piperazinring, mit organischen Substituenten wie jenen, die oben beschrieben sind, als Seitenketten an dem heterozyklischen Ring. Ähnlich wie bei der obigen Kohlenstoffring-Verbindung kann die heterozyklische Verbindung als Seitenketten weiterhin Atome und Gruppen aufweisen, die nicht an der Ammoxidation teilnehmen, wie zum Beispiel die oben beschriebenen Seitenketten. Beispiele für die heterozyklische Verbindung umfassen Furfural, 2-Methylthiophen, 3-Methylthiophen, 2-Formylthiophen, 4-Methylthiazol, Methylpyridin, Dimethylpyridin, Trimethylpyridin, Methylchinolin, Methylpyrazin, Dimethylpyrazin und Methylpiperazin. Die oben genannten Verbindungen können einzeln oder als Gemische von zwei oder mehr verwendet werden.
Der Katalysator, der in dem Reaktor der vorliegenden Erfindung verwendet wird, unterliegt keiner besonderen Einschränkungen, solange es sich bei dem Katalysator um einen Katalysator für die Ammoxidation mit geeigneten Eigenschaften für die Gasphasen-Reaktion mit einem fluidisierten Katalysator, wie z. B. Verschleißfestigkeit, handelt. Bevorzugte Beispiele für den Katalysator umfassen fluidisierte Katalysatoren, die ein Oxid mindestens eines Metalls, ausgewählt aus Vanadium (V), Molybdän (Mo) und Eisen (Fe), enthalten.
Der Partikeldurchmesser des gesamten Katalysators liegt im Bereich von 10 bis 300 μm, bevorzugt im Bereich von 40 bis 100 μm. Die Schüttdichte des Katalysators liegt im Bereich von 0.5 bis 2 g/cm³, und bevorzugt im Bereich von 0.7 bis 1.5 g/cm³.
Als das Sauerstoff enthaltende Gas, das für die Ammoxidation verwendet wird, wird im Allgemeinen Luft verwendet. Die Luft kann verwendet werden, nachdem der Sauerstoffgehalt erhöht wurde, oder sie kann in Verbindung mit einem Verdünnungsmittel wie z. B. Stickstoffgas oder Kohlendioxidgas verwendet werden. Der Anteil des Sauerstoffs, der als Verhältnis des Molanteils des Sauerstoffs zum Molanteil des organischen Substituenten in der Kohlenstoffring- oder heterozyklischen Verbindung, aufweisend organische Substituenten, als Ausgangsmaterial ausgedrückt wird (O₂/organischer Substituent), beträgt 0.75 oder mehr, und liegt bevorzugt im Bereich von 1 bis 25. Wenn der Anteil an Luft geringer ist als der obige Bereich, nimmt die Ausbeute der Nitril-Verbindung ab. Wenn der Anteil an Luft den obigen Bereich überschreitet, nimmt die Raum-Zeitausbeute ab.
Wenn die Ammoxidation unter Verwendung von Luft durchgeführt wird, liegt der Anteil der Kohlenstoffring- oder heterozyklischen Verbindung mit organischen Substituenten als Ausgangsmaterial, basierend auf der Menge aller Substanzen, die in den Reaktor eingespeist werden, im Bereich von 0.2 bis 10 Vol.-%, bevorzugt im Bereich von 0.5 bis 5 Vol.-%, wobei jeder Anteil als Volumen des Gases ausgedrückt wird. Wenn der obige Anteil geringer ist als der obige Bereich, nimmt die Ausbeute der Nitril-Verbindung ab. Wenn der obige Anteil den obigen Bereich überschreitet, nimmt die Raum-Zeitausbeute ab.
In der vorliegenden Erfindung kann Ammoniak industriellen Reiheitsgrades als Ammoniak für die Ammoxidation verwendet werden. Der Anteil an Ammoniak, das als Verhältnis des Molanteils des Ammoniaks zum Molanteil des organischen Substituenten in der Kohlenstoffring- oder heterozyklischen Verbindung aufweisend organische Substituenten als Ausgangsmaterial ausgedrückt wird, liegt bevorzugt im Bereich von 1 bis 10, und bevorzugt im Bereich von 3 bis 7. Wenn der Anteil an Ammoniak geringer ist als der obige Bereich, nimmt die Ausbeute der Nitril-Verbindung ab. Wenn der Anteil an Ammoniak den obigen Bereich überschreitet, nimmt die Raum-Zeitausbeute ab.
Der Druck der Ammoxidation kann sowohl atmosphärischer Druck, erhöhter Druck und reduzierter Druck sein. Es ist bevorzugt, dass der Druck in dem Bereich von etwa atmosphärischen Druck bis 0.2 MPa liegt. Die Kontaktzeit zwischen den Reaktionsgas und dem Katalysator wird in Abhängigkeit von den Bedingungen variiert, wie z. B. der Art der Kohlenstoffring- oder heterozyklischen Verbindung, aufweisend organische Substituenten, als Ausgangsmaterial, den Molanteilen an Ammoniak und Sauerstoff enthaltendem Gas, die im Verhältnis zum Ausgangsmaterial für die Reaktion bereitgestellt werden, und der Reaktionstemperatur. Die Kontaktzeit liegt im Allgemeinen im Bereich zwischen 0.5 und 30 Sekunden.
Die Temperatur der Reaktion liegt im Bereich von 300 bis 500 °C, und bevorzugt im Bereich von 330 und 470 °C. Wenn die Temperatur niedriger liegt als der obige Bereich, nimmt der Umsatz ab. Wenn die Temperatur den oberen Bereich überschreitet, nimmt die Bildung von Nebenprodukten wie Kohlendioxid und Blausäure zu und die Ausbeute der Nitril-Verbindung nimmt ab. Geeigneterweise wird die Reaktionstemperatur so bestimmt, dass unter den obigen Bedingungen und unter Berücksichtigung der Aktivitätsänderung des Katalysators die optimale Ausbeute gewährleistet wird.
In dem Reaktor zur Herstellung einer Nitril-Verbindung der vorliegenden Erfindung kann die Reaktionstemperatur durch Verwendung des Kühlrohrs des Teilverdampfer-Typs und des Kühlrohrs des Vollverdampfer-Typs in Kombination in Übereinstimmung mit (A) stabilisiert werden, und ein stabiler dauerhafter Betrieb in einer Vorrichtung kommerziellen Größenmaßstabs erzielt werden; die Verteilung der Temperatur kann durch Anordnung der Kühlrohre, die in dem Katalysator-Fließbett angeordnet sind, in einer Art dergestalt, dass die in (B) und (C) beschriebenen Bedingungen befriedigt werden, gleichmäßig gemacht werden; und der stabile dauerhafte Betrieb über eine lange Zeit wird durch Verwendung eines in (D) beschriebenen Kühlmediums in dem Kühlrohr des Vollverdampfer-Typs ermöglicht.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden genauer unter Verweis auf Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Beispiele und Vergleichsbeispiele beschränkt.
<Herstellung eines Katalysators>
Zu 229 g Vanadiumpentoxid V₂O₅ wurden 500 ml Wasser gegeben. Die resultierende Mischung wurde auf 80 bis 90 °C erhitzt, und es wurden 477 g Oxalsäure unter ausreichendem Rühren hinzugefügt und gelöst. Getrennt davon wurden 400 ml Wasser zu 963 g Oxalsäure gegeben, und die resultierende Mischung wurde auf 50 bis 60 °C erhitzt. Zu der erhaltenen Lösung wurde eine Lösung, die erhalten wurde, indem man 252 g Chromsäureanhydrid CrO₃ in 200 ml Wasser gab, unter ausreichendem Rühren gegeben und gelöst. Zu der oben erhaltenen Vanadiumoxalat-Lösung wurde die Chromoxalat-Lösung bei 50 bis 60 °C zugemischt, und es wurde eine Vanadium-Chrom-Lösung erhalten. Zu der erhaltenen Lösung wurde eine Lösung, die durch Lösen von 41.1 g Phosphomolybdänsäure H₃(PMo₁₂O₄₀)·20H₂O in 100 ml Wasser erhalten wurde, gegeben. Zu der resultierenden Lösung wurde eine Lösung, die durch Auflösen von 4.0 g Kaliumacetat CH₃COOK in 100 ml Wasser erhalten wurde, hinzugefügt, und dann wurden 2.500 g eines wässrigen Kieselsols (20 Gew.-%, enthaltend 0.02 Gew.-% Na₂O) gegeben. Zu der erhaltenen Aufschlämmung wurden 78 g Borsäure H₃BO₃ gegeben und ausreichend gemischt. Die resultierende Flüssigkeit wurde durch Erwärmen konzentriert, bis die Menge der Flüssigkeit ungefähr 3.800 g betrug. Die erhaltene Katalysatorlösung wurde durch Sprühen getrocknet, während die Temperatur am Einlass bei 250 °C erhalten wurde, und die Temperatur am Auslass bei 130 °C gehalten wurde. Der Katalysator, der nach dem Sprühtrocknen erhalten wurde, wurde in einem Trockner bei 130 °C 12 Stunden lang getrocknet und bei 400 °C 0.5 Stunden lang kalziniert, und dann wurde bei 550 °C 8 Stunden lang unter einem Luftstrom der fluidisierte Katalysator vorbereitet. Der Katalysator enthielt die Bestandteile in solchen Mengen, dass das Atomverhältnis der Bestandteile V:Cr:B:Mo:P:Na:K 1 : 1 : 0.5 : 0.086 : 0.007 : 0.009 : 0.020 betrug, und die Konzentration der Katalysatorbestandteile im fluidisierten Katalysator 50 Gew.-% betrug.
Beispiel 1
Die Reaktion wurde mit dem Aminoxidations-Reaktor, der in 1 gezeigt ist, durchgeführt. Der Reaktor zur Herstellung einer Nitril-Verbindung wurde mit dem fluidisierten Katalysator, der wie oben hergestellt wurde, gefüllt. Nachdem die Luft und das meta-Xylol (MX) mit Ammoniakgas gemischt worden waren, wurde das Mischgas auf 180 °C vorgewärmt und in den Reaktor eingespeist. Die Reaktion wurde unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: MX-Konzentration: 2.8 Gew.-%; Verhältnis der Molanteile von NH₃/MX: 6.8 (CH₃-Gruppe in: NH₃/MX = 3.4); Verhältnis der Molanteile von O₂/MX: 5.8 (CH₃-Gruppe in O₂/MX = 2.9); Raumgeschwindigkeit: 456 hr^–1, und Reaktionsdruck: 0.08 MPa; und es wurde Isophthalonitril (IPN) erhalten.
Der Reaktor zur Herstellung einer Nitril-Verbindung hatte eine Kolonne mit einem Durchmesser von 2.5 m, und der Äquivalenzdurchmesser, der in Übereinstimmung mit der oben beschriebenen Gleichung (1) erhalten wurde, betrug 0.9 m. Die Kühlrohre wurden in einer solchen Art angeordnet, dass, wenn ein Kreis mit dem Äquivalenzdurchmesser innerhalb der Querschnittsebene des Katalysator-Fließbetts bewegt wurde, die Kühlrohre immer einen eingetauchten Umfang aufwiesen, welcher diesen Kreis an jeder Position des Kreises berührte oder in ihm enthalten war (siehe 4). Das Verhältnis (S1)/(S2) der Querschnittsfläche der Kühlrohre innerhalb des Kreises mit dem Äquivalenzdurchmesser im Abschnitt des Katalysator-Fließbetts (S2) zur Querschnittfläche der gesamten Kühlrohre in dem Katalysator-Fließbett (S1) wurde auf einem Bereich von 0.1 bis 0.16 eingestellt.
Zur Kühlung wurde eine Spule des Teilverdampfer-Typs und eine Spule des Vollverdampfer-Typs verwendet. (Der Anteil der Wärme, die durch das Kühlrohr des Vollverdampfer-Typs abgeführt wird/Anteil der Wärme, die durch das Kühlrohr des Teilverdampfer-Typs abgeführt wird) beträgt ungefähr 0.4. Als Kühlwasser wurde Wasser mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 0.5 μS/cm und einer Konzentration an ionischem SiO₂ von 0.02 ppm verwendet.
Wenn der Betrieb gestartet wurde, wurde die Beladung stufenweise erhöht, während die Reaktionstemperatur kontrolliert wurde, bis die vorgeschriebenen Bedingungen erreicht waren. Die Temperatur im Anfangsstadium des Betriebs konnte innerhalb von ungefähr drei Stunden, nachdem die Einspeisung der Ausgangsmaterialien begonnen hatte, und innerhalb von ungefähr zwei Stunden, nachdem die Belagerung mit den Ausgangsmaterialien den vorgeschriebenen Wert erreicht hatte, stabilisiert werden. Die Zeit, die erforderlich war, um die Beladung mit den Ausgangsmaterialien zu erhöhen, betrug ungefähr eine Stunde.
Die Temperatur wurde mit Thermometern gemessen, die in drei Richtungen in derselben Ebene des Reaktors angeordnet waren (siehe 5). Die Temperaturen während des stabilen Betriebs, ausdrückt als Abweichung von der vorgeschriebenen Temperatur von 420 °C, waren wie folgt:
TI-1: vorgeschriebene Temperatur ± 0°C
TI-2: vorgeschriebene Temperatur + 5°C
TI-3: vorgeschriebene Temperatur – 5°C
Unter den obigen Bedingungen betrug der Umsatz von MX 99 Mol-%, und die Ausbeute an IPN 83.9 Mol-%.
Vergleichsbeispiel 1
Die Ammoxidation wurde gemäß demselben Verfahren wie dem in Beispiel 1 durchgeführten Verfahren durchgeführt, mit der Ausnahme, dass nur das Kühlrohr des Teilverdampfer-Typs verwendet wurde.
Wenn die Anzahl der verwendeten Kühlrohre des Teilverdampfer-Typs in der Startphase des Betriebs erhöht wurde, stieg die Kühlkapazität schrittweise an. Aufgrund der schrittweisen Zunahme fanden während des Abschnitts vor Erreichen einer konstanten Beladung mehrmals merkliche Temperaturschwankungen im Reaktionsbereich statt. Die Zeit, die für die Erhöhung der Beladung erforderlich war, betrug zwei Stunden, nachdem die Einspeisung der Ausgangsmaterialien begonnen hatte, und war doppelt so lang wie in Beispiel 1. Die Zeit, die zur Stabilisierung der Temperatur erforderlich war, nachdem die Beladung den vorgeschriebenen Wert erreicht hatte, betrug drei Stunden, und war 1.5 mal so lang wie die in Beispiel 1. Die Zeit, die erforderlich war, um die Temperatur zu stabilisieren, nachdem die Einspeisung der Ausgangsmaterialien begonnen hatte, betrug ungefähr fünf Stunden, und war 1.7 mal so lang wie die in Beispiel 1.
Beispiel 2
Nachdem der Betrieb des Reaktors begonnen hatte und die Reaktionstemperatur gemäß den gleichen Verfahren, wie denen, die in Beispiel 1 durchgeführt wurden, stabilisiert worden war, wurde der Betrieb des Reaktors über einen langen Zeitraum fortgesetzt. Der Anteil der Wärme, die durch das Kühlrohr des Vollverdampfer-Typs abgeführt wurde, betrug 6 Tonnen/h, ausdrückt als Menge des erzeugten Dampfs. Als Kühlmedium wurde Wasser mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 0.5 μS/cm und einer Konzentration an ionischem SiO₂ von 0.02 ppm verwendet.
Nachdem der Betrieb für zehn Monate oder länger fortgesetzt worden war, wurde weder eine Abnahme des Wärmeübergangskoeffizienten des Kühlrohrs noch ein Lecken von Kühlwasser in das Verfahren festgestellt. Als das Innere zum Zeitpunkt der regulären Reparatur, nachdem der Betrieb über ungefähr 330 Tage fortgesetzt wurde, untersucht wurde, wurden keine Probleme wie z. B. die Bildung von Rissen und Löchern in dem Kühlrohr gefunden.
Vergleichsbeispiel 2
Der Betrieb des Reaktors wurde über eine lange Zeit fortgesetzt, nachdem der Reaktor gestartet wurde und die Reaktionstemperatur gemäß der gleichen Verfahren, wie denen, die in Beispiel 1 durchgeführt wurden, stabilisiert worden war, mit der Ausnahme, dass Wasser mit einer Leitfähigkeit von 7 μS/cm und einer Konzentration an ionischem SiO₂ von 0.3 ppm als Kühlmedium verwendet wurde.
Als Ergebnis des dauerhaften Betriebs wurde zwei Monate, nachdem der Betrieb gestartet wurde, eine graduelle Abnahme des Wärmeübergangskoeffizienten gefunden. Ungefähr vier Monate, nachdem der Betrieb gestartet wurde, wurde eine ungleichmäßige Temperaturverteilung in horizontaler Richtung in dem Fließbett-Katalysator aufgrund eines Lecks des Kühlrohrs gefunden. Nach ungefähr fünf Monaten wurde der Betrieb angehalten, da der Betrieb nicht länger fortgesetzt werden konnte, und das Innere wurde untersucht. Es wurden Risse im Abschnitt der U-Form im unteren Bereich des Kühlrohrs gefunden.
Vergleichsbeispiel 3
In Übereinstimmung mit denselben Verfahren wie denen, die in Beispiel 1 durchgeführt wurden, mit der Ausnahme, dass das Kühlrohr auf eine solche Weise verwendet wurde, dass der maximale Wert von (S2/S1) 0.4 betrug, wurde eine Ammoxidation durchgeführt. Die von den Thermometern angezeigten Temperaturen waren wie folgt:
TI-1: vorgeschriebene Temperatur ± 0°C
TI-2: vorgeschriebene Temperatur – 5°C
TI-3: vorgeschriebene Temperatur + 15°C
Der Umsatz von MX betrug 99 Mol-%, und die Ausbeute an IPN 75 Mol-%.

Claims

Ein Reaktor zur Herstellung einer Nitril-Verbindung aus einer Kohlenstoffring-Verbindung mit organischen Substituenten oder einer heterozyklischen Verbindung mit organischen Substituenten durch eine Gasphasen-Reaktion mit einem Katalysator-Fließbett mit Ammoniak und einem Gas, das Sauerstoff enthält, wobei der Reaktor aufweist: (i) Kühlrohre, die in einem zylindrischen Katalysator-Fließbett mit einem Durchmesser von 2.0 m oder mehr angeordnet sind; (ii) Kühlrohre eines Teilverdampfer-Typs, in welchen ein Teil des Kühlmediums in den Rohren verdampft wird, und Kühlrohre eines Vollverdampfer-Typs, in welchen das komplette Kühlmedium in den Kühlrohren verdampft wird; (iii) einen Äquivalenzdurchmesser in einem beliebigen horizontalen Querschnitt eines Bereiches des Katalysators-Fließbett, der durch die Gleichung (1) definiert wird, in welchem die Kühlrohre in einem Bereich von 0.2 bis 2.0 m vorkommen und mindestens ein Bereich der Kühlrohre in einem beliebigen Kreis vorkommt, der denselben Durchmesser aufweist wie der Äquivalenzdurchmesser; (iv) wobei mindestens ein Bereich der Kühlrohre in einem beliebigen Kreis vorkommt, der denselben Durchmesser aufweist wie der Äquivalenzdurchmesser, und in dem Abschnitt angeordnet ist; (v) ein Verhältnis (S2/S1) einer Oberfläche (S2) zu einer Oberfläche (S1) der Kühlrohre, das im Bereich von 0.01 bis 0.30 liegt, wobei DE = 4XAF/LW (1) ist, mit DE (m): Äquivalenzdurchmesser; AF (m²): Bereich eines horizontalen Querschnitts eines Fließwegs eines Katalysator-Fließbetts; LW (m): Länge des Umfangs, dort wo der horizontale Querschnitt des Fließwegs das Katalysator-Fließbett berührt (Umfangslänge des Eintauchens) S1: Gesamtoberfläche der Kühlrohre, die in einem vertikalen Zylinder vorkommen, der im Bereich des Katalysator-Fließbetts, in welchem die Kühlrohre vorkommen, eine untere Fläche als beliebiger horizontaler Querschnitt des Bereichs sowie eine beliebige Höhe aufweist; und S2: Oberfläche der verwendeten Kühlrohre, die in einem beliebigen vertikalen Zylinder vorkommen, welcher eine untere Fläche als kreisförmiger Querschnitt aufweist, welcher in derselben Ebene liegt wie die untere Fläche des für S1 beschriebenen Zylinders, und denselben Durchmesser wie der Äquivalenzdurchmesser und dieselbe Höhe wie die des für S1 beschriebenen Zylinders aufweist.
Ein Reaktor gemäß Anspruch 1, bei welchem das Kühlrohr ein Kühlrohr mit einer vertikalen U-Form ist.
Ein Verfahren zum Betrieb eines Reaktors zur Herstellung einer Nitril-Verbindung, umfassen die Gasphase-Reaktion unter Verwendung eines Katalysator-Fließbetts, die im Bereich zwischen 300 und 500 °C mit Wasser als Kühlmedium durchgeführt wird, das ionisches SiO₂ in einer Konzentration von 0.1 ppm oder weniger und eine elektrische Leitfähigkeit von 5 μS/cm oder weniger aufweist, und das in ein Kühlrohr eines Vollverdampfer-Typs in den Reaktor zur Herstellung einer Nitril-Verbindung eingespeist wird, wie in Anspruch 1 oder 2 beschrieben.