DE655969C - Verfahren zur Herstellung von Aceton aus Acetylen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Aceton aus Acetylen Die Aufgabe der Herstellung von Aceton aus Acetylen ist bisher im wesentlichen von zwei Seiten her in Angriff genommen worden. Einerseits hat man versucht, die Reaktion besonders durch Verwendung sauerstoffhaltiger Katalysatoren, wie z. B. solcher, .die reich an Eisenoxyd sind, durchzuführen, wobei der Sauerstoffvorrat der Katalysatoren in der Reaktion selber aufgebraucht wird, so daß dieses Verfahren die Bezeichnung katalytisch nur mit gewissen Einschränkungen verdient. Auf der anderen Seite hat man das an sich bekannte Verfahren, Wasserdampf bei Temperaturen über dem Siedepunkt des Wassers an Acetylen unter Bildung von Acetaldehyd anzulagern, dadurch weiter ausgebaut, daß man langsamer überleitete und damit zu höheren Kondensationsprodukten des Acetylens bzw. des Acetaldehyds gelangte, u. a. auch zum Aceton. Das Verfahren auf dieser Grundlage hat den Nachteil, daß es nicht zu sehr günstigen Ausbeuten in bezug auf das in Reaktion getretene Acetylen führen kann, da beim längeren Verweilen des Reaktionsgemisches im Kontakt Nebenreaktionen unvermeidlich sind und beim schnelleren Durchführen des Gemisches durch die Katalysatorenschicht die Acetaldehydbildung zu sehr im Vordergrund steht. Bei der technischen Ausführung in großem Maßstabe kommt als großes Hindernis für die Durchführung dieser Reaktion weiter die beträchtliche Wärmetönung des Prozesses hinzu, die pro Gramm Mol erzeugtes Aceton etwa 8o ooo cal beträgt. Verwendet man entsprechend umfangreiche Katalysatorräume, wie sie zur Gewinnung technisch in Betracht kommender Mengen erforderlich werden, so ist es nicht möglich, die Wärme fortzuführen, um so weniger, als eine verhältnismäßig lange Verweilzeit des Gasgemisches im Kontakt gefordert wird, wodurch die Wärmestauung im Kontakt und damit ausbeutemindernde Nebenreaktionen direkt gefördert werden.
• Es wurde nun gefunden, daß man die geschilderten Schwierigkeiten vermeiden kann, wenn man Acetylen und Wasserdampf derart der Einwirkung von Kontaktsubstanzen aussetzt, daß hochwirksame Katalysatoren bzw. Katalvsatorgemische, z. B. solche, wie sie in den Patenten 565 944 und 567 118 beschrieben werden, in Mengen von mindestens zo 1 in dünnen Schichten mit Schichtstärken von der Größenordnung eines Dezimeters und jedenfalls nicht größer als % des Kontaktschichtdurchmessers in Richtung des Gasdurchgangs derart angewandt werden, daß zur Umsetzung des Gasgemisches jeweils nur eine Katalysatorschicht dient. Unter derartigen Reaktionsbedingungen gelingt es, das im Reaktionsgemisch enthaltene Acetylen praktisch vollständig umzusetzen und zugleich die gewünschte Reaktion im Ausmaß , von mindestens 9o1/0 gemäß der GleichuhR.,

  z C. H@ -1-- 3 H,0= (C H3) 2 C O + C O.#+2H.

  durchzuführen. Die Gefahr der Wärmestauung im Kontakt wird durch diese Arbeitsweise vollständig vermieden. Es ist hier ebenso wie bei ähnlichen exothermen Reaktionen auf diese Weise möglich, die nachteiligen Wirkungen der starken Wärmeentwicklung auf die bei höheren Temperaturen in unerwünschter Richtung sich zersetzenden Ausgangs- und Endprodukte der Reaktion praktisch vollständig auszuschließen und so trotz der sehr kurzen Verweilzeit die Umsetzung vollständig in der gewünschten Richtung durchzuführen, so daß auf eine Wiedergewinnung der letzten wenigen Prozente der Ausgangsstoffe, die an sich schon mühsam wäre, gänzlich verzichtet werden kann. Dieser Erfolg, der durch die gleichzeitige Verwendung eines hochwirksamen Katalysators und einer besonderen Anordnung desselben erzielt wird, muß um so mehr überraschen, als gerade die bisher bekannten Verfahren, wie schon erwähnt, großen Wert auf ein längeres Verweilen des Reaktionsgemisches in Berührung mit dem Kontakt gelegt haben, um überhaupt Ausbeuten von der Größenordnung von 4.o bis 6o1/0 erreichen zu können.
• Hochwirksame Katalysatoren, die im Sinne dieser Erfindung in dünnen Schichten verwendet werden können, sind z. B. Schwermetallsauerstoffverbindungen, allein oder in Mischung miteinander, gegebenenfalls zusammen mit anderen Stoffen. Man kann den eigentlichen Katalysatoren noch weitere an sich nicht katalytisch wirkende Stoffe zusetzen, durch welche die Wirksamkeit der Katalysatoren erhöht wird. Geeignete katalytisch wirkende Metallsauerstoffverbindungen sind z. B. Eisenoxyd, Manganoxyd, Zinkoxyd, während z. B. Calciumoxyd, Bariumcarbonat, Calciumacetat als Aktivatoren verwendet werden können. Im allgemeinen sind unter hochwirksamen Katalysatoren solche Katalysatoren oder Katalysatorgemische zu verstehen, die so schnell bzw. intensiv wirken, daß bei längerer Berührung mit den reagierenden Gasen unerwünschte Erscheinungen, wie z. B. Wärmestauungen oder sonstige Nachteile, auftreten würden.
• Es ist bei dem neuen Verfahren ohne weiteres möglich, technische Anordnungen zu finden, die die Herstellung beliebiger :Mengen gestatten. Man ist auf irgendwelche Randzonen, die die Wärmeableitung ermöglichen und wie sie bei ganz kleinen Reaktionsräumen und besonders bei der Verwendung der engen Rohre in Laboratoriums- und halbtechnischem `'.ersuch vorwiegend gegeben sind, z. B. bei Rohrmassen von 3o bis ioo mm Durchmesser, in keiner Weise angewiesen. Man kann die Kataly Batorzone senkrecht zur Durchströmungsrichtung beliebig weit ausdehnen, z. B. waagrechte Schichten von kreisförmiger Begrenzung mit einem Durchmesser von 3 und 41-n verwenden, wenn dies aus sonstigen Gründen zweckmäßig erscheint.
• Als apparative Anordnung kommt in erster Linie die obenerwähnte in Frage, bei der der Katalysator in einer waagrechten Schicht von je nach der besonderen Zusammensetzung und sonstigen Umständen zu wählender Korngröße gelagert ist und wobei der Begrenzung dieser Schichten nach der Seite lediglich eine Grenze gesetzt ist durch Rücksichtnahme auf mechanische Faktoren und auf möglichst gleichmäßige Gasverteilung über den ganzen Querschnitt. Ein Bild eines solchen Elementes mit waagrechter Schicht zeigt Abb. i.
• Man kann das umzusetzende Dampfgemisch zentral zuleiten; man kann es von den Seiten bzw. vom Umfang hereinführen, u. a. auch durch eine Anzahl von Zuleitungsrohren verteilen, oder aber durch eingesetzte Staubleche, gelochte Bleche, Drahtnetze oder ein inertes Füllmaterial eine gleichmäßige Verteilung auf den ganzen Querschnitt erzielen. Ähnlich sind eine große Reihe von Ausführungsmöglichkeiten für den Austritt und das Abführen der Gase nach beendeter Reaktion gegeben. U. a. hat sich als sehr zweckmäßig das Abziehen in eine Ringleitung erwiesen, die ringsherum den eigentlichen Katalysatorbehälter in beliebiger Form, z. B. als äußerer Mantel, umgibt.
• Eine besondere Ausführungsform der waagrechten Schichten ist dadurch gegeben, daß man z. B. bei der Verwendung von metallischem Eisen als Katalysatorgrundlage Eisendrahtnetze in der nötigen Anzahl benutzt, die man nach dem an anderer Stelle beschriebenen Verfahren oberflächlich oder bis in die Tiefe gehend oxydiert und weiterhin mit den für die Gewinnung hochwirksamer Katalysatoren erforderlichen Zusatzstoffen imprägniert hat. Durch die Verwendung solcher Drahtsiebe wird eine Katalysatorschicht von außerordentlich gleichmäßiger Durchlässigkeit an allen Stellen bei beliebiger Ausdehnung nach der Waagrechten und damit eine sehr gleichmäßige Reaktionstemperatur und eine entsprechend lange Lebensdauer des Katalysators erzielt.
• Als eine zweite sehr geeignete Form der Katalysatoranordnung hat sich eine solche in "Zylindermantel ähnlichen Schichten bewährt. Man kann z. B. solche Zylindermäntel, die von zwei gelochten Sieben von Zylinderforrnin entsprechendem Abstand begrenzt sind und in ihrem Zwischenraum den Katalysator in stückiger Form aufnehmen, aufrecht stehend anordnen und auf der Außenseite des Zylindermantels das umgesetzte Gasgemisch' abziehen. Eine Vorrichtung dieser Art zeigt Abb. 2.
• Man kann ferner eine größere Anzahl solcher mit Kontakt gefüllter Zylindermäntel in einen größeren Raum stellen, wie dies Abb. 3 im waagrechten Schnitt zeigt. Auch bei dieser Anordnung dient zur Umsetzung des Gasgemisches, wie ersichtlich, jeweils nur eine Katalysatorschicht. Man erzielt dann infolge der geringen Außenfläche eines solchen großen Raumes eine sehr gute Isolierung der ganzen Apparatur in sich selber. Beispiel z io Teile Eisenschwamm in Korngröße von 3 bis 5 min werden durch häufiges Befeuchten mit sehr schwacher Essigsäure und Ziegenlassen an der Luft teilweise oxydiert und hierauf in eine Lösung von i Teil kristallisiertem Manganacetat eingetragen. Die Masse wird getrocknet und in einen Apparat gemäß Abb. i von 2,5 m Durchmesser waagrecht aufgeschichtet in einer Schichthöhe von io cm. Die. Temperatur wird unter Durchleiten von Wasserdampf auf etwa 4.7o° C gebracht. Nun wird ein Gemisch von stündlich 4.,9 cbm Acetylen und 35,3 kg Wasserdampf durchgeleitet. Die Temperatur bleibt ohne weitere Wärmezufuhr konstant. Als Reaktionsprodukt werden stündlich 5,3 kg Aceton gewonnen. Das Abgas enthält vorwiegend Wasserstoff und Kohlensäure mit Spuren von Acetylen. Beispiel a 2o Teile Eisenschwarnin werden mit Luft vollständig oxydiert, dann auf eine Korngröße von 5 bis io mm zerkleinert und in eine Lösung von i Teil Eisenacetat und i Teil Manganacetat eingetragen. Die Masse wird getrocknet und in einen 2,5 m hohen Apparat gemäß Abb. 2 eingefüllt. Der Durchmesser des inneren gelochten Siebes beträgt 8o cm, der des äußeren gelochten Siebes ioo cm. Die Temperatur wird unter Durchleiten von Wasserdampf auf etwa 4.5o° C gebracht. Nun wird ein Gemisch von stündlich 6,3 cbin Acetylen und 4.8 kg Wasserdampf durchgeleitet. Als Reaktionsprodukt werden stündlich 6,6 kg Aceton gewonnen. Das Abgas enthält nur Spuren von Acetylen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE i. Verfahren zur Herstellung von Aceton aus Acetylen und Wasserdampf in Gegenwart von Kontaktsubstanzen bei hoher Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß hochwirksame Katalysatoren bzw. Katalysatorgemische, z. B. solche, wie sie in den Patenten 565 944 und 567 118 beschrieben werden, in Mengen von mindestens io 1 in dünnen Schichten mit Schichtstärke von der Größenordnung eines Dezimeters und jedenfalls nicht größer als 1/s des Kontaktschichtdurchinessers in Richtung des Gasdurchganges derart angewandt werden, daß zur Umsetzung des Gasgemisches jeweils nur eine Katalysatorschicht dient. Vorrichtung zur Ausführung von Verfahren gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß hochwirksame Katalysatoren in flachen waagrechten Schichten bzw, in Zylindermantelschichten beliebiger Lage zur Verwendung kommen.