DE69533582T2

DE69533582T2 - Verfahren zur herstellung von wasserstoffcyanid

Info

Publication number: DE69533582T2
Application number: DE69533582T
Authority: DE
Inventors: Jack Ronald RIEGERT; Mehrdad Mehdizadeh
Original assignee: Invista Technologies SARL USA
Current assignee: Invista Technologies SARL USA
Priority date: 1994-02-01
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2015-02-01
Also published as: EP0742781B1; CN1060141C; CN1139912A; WO1995021126A1; EP0742781A1; DE69533582D1; US6287531B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Wasserstoffcyanid (HCN) durch ein Reagieren von Ammoniak und eines Kohlenwasserstoffgases in der Anwesenheit eines Metallkatalysators aus der Platingruppe, während der Katalysator durch Induktion bei einer Frequenz von 0,5 bis 30 MHz erhitzt wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Wasserstoffcyanide sind hoch toxische, aber wirtschaftlich bedeutende chemische Verbindungen mit einer breiten Vielfalt von industriellen Anwendungen. Wasserstoffcyanid wird kommerziell hergestellt, indem man Ammoniak, ein Übermaß an Kohlenwasserstoffgas und ein oxidierendes Gas mit einem metallischen Katalysator aus der Platinmetallgruppe miteinander in Kontakt bringt. Das überschüssige Kohlenwasserstoffgas wird entzündet und die so erzeugte Wärme ist ausreichend, um eine endotherme Reaktion des Ammoniaks und des verbleibenden Kohlenwasserstoffgases herbeizuführen und auf diese Weise Wasserstoffcyanid zu erzeugen.
Der Transport von Wasserstoffcyanid ist mit potentiellen Gefahren verbunden. Eine Möglichkeit, um diese potentiellen Gefahren zu vermeiden, besteht darin, das Produkt an der Stelle zu produzieren, wo es benutzt werden soll. Dies erfordert jedoch die Einrichtung einer großen Anzahl von kleinen Produktionsanlagen. Solche Produktionsanlagen sind in der Vergangenheit sehr teuer gewesen.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für die Herstellung von HCN zu liefern, welches auf einer relativ kleinen Skala betrieben werden kann, dies jedoch auf eine wirksame Weise und bei niedrigen Einrichtungskosten.
Die vorliegende Erfindung bringt den Gebrauch der Induktionserhitzung eines aus einem Metall der Platingruppe bestehenden Katalysators zum Einsatz, um das Ammoniak dazu zu veranlassen mit dem Kohlenwasserstoffgas zu reagieren und Wasserstoffcyanid zu bilden. Die Reaktion ist endotherm und durch den Gebrauch der Induktionserhitzung kann die Menge an verwendeter Energie sorgfältig geregelt werden, so dass ein Minimum an Energie vergeudet wird.
DE-A-1,078,554 lehrt die Herstellung von HCN aus einer Stickstoff enthaltenden Verbindung und aus einem Kohlenwasserstoff unter der Abwesenheit von Sauerstoff indem man diese gasförmigen Ausgangsmaterialien in ein Rohr einführt, welches mit einem katalytischen Material beschichtet ist. Als Katalysator können Platin oder Platinlegierungen verwendet werden, wobei die Reaktionspartner in einem Verhältnis von etwa 1 : 1 in das Rohr eingeführt werden. Das Erhitzen des Rohres auf die Reaktionstemperatur von 1150°C wird durch ein elektrisches Heizen mit Heizelementen erreicht. Die Induktionserhitzung des Katalysators wird in dieser Referenz nicht offenbart.
Die Verwendung einer Induktionserhitzung, um einen Katalysator zu erhitzen und um chemische Reaktionen von verschiedenen Typen hervorzurufen ist bekannt; zum Beispiel wird in dem U.S. Patent 5,110,996 von Edward dadurch Vinylidinfluorid erzeugt, dass man Dichlorfluormethan mit Methan reagieren lässt und das Reaktionsrohr ein nicht metallisches Auskleidungsmaterial und wahlweise einen metallischen Katalysator enthält – siehe Spalte 3 Zeile 5. Die herkömmliche Induktionserhitzung wird bei Frequenzen von etwa 0,1 bis 0,2 MHz durchgeführt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffcyanid dar, welches ein Reagieren einer Mischung aus Ammoniakdampf und aus einem Kohlenwasserstoffgas bei der Reaktionstemperatur in Anwesenheit eines Metallkatalysators aus der Platingruppe sowie ein Zurückgewinnen des Wasserstoffcyanids umfasst und welches gekennzeichnet ist durch ein Erhitzen des besagten Katalysators durch eine Induktionserhitzung bei einer Frequenz von 0,5 bis 30 MHz auf die Reaktionstemperatur und durch ein Überleiten jener Mischung aus Ammoniakdampf und aus einem Kohlenwasserstoffgas in Kontakt mit jenem erhitzten Katalysator.
Ein bevorzugtes Kohlenwasserstoffgas ist Methan, aber andere Kohlenwasserstoffgase sind auch nützlich, zum Beispiel Kohlenwasserstoffgase mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen und Mischungen solcher Gase. Vorzugsweise liegt das Molverhältnis von Ammoniak zu den Kohlenstoffatomen in dem Kohlenwasserstoffgas bei annähernd 1. Eine bevorzugte Form eines Katalysators besteht aus Metallgewebe bzw. Metallgaze. Der bevorzugte metallische Katalysator aus der Platingruppe ist Platin selbst; jedoch können ebenfalls Mischungen von Metallen aus der Platingruppe verwendet werden. Der Metallkatalysator aus der Platingruppe kann auch ein Metallgewebe sein, welches ein Metall der Platingruppe enthält, oder das Metallgewebe kann aus einem Metall der Platingruppe hergestellt sein. Der Katalysator kann auch aus einem keramischen Substrat mit einem Metall aus der Platingruppe bestehen, welches auf der Oberfläche des Substrats dispergiert ist, zum Beispiel können das Reaktionsrohr oder die Reaktionsrohre keramisch sein und mit einem Metall aus der Platingruppe beschichtet sein, oder der Katalysator kann aus keramischen Partikeln bestehen, welche mit einem Metall aus der Platingruppe beschichtet sind. Der Katalysator sollte eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens etwa 1,0 Siemens pro Meter aufweisen, um wirksam durch die elektrische Induktion erhitzt zu werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung wird durchgeführt bei einer Reaktionstemperatur in dem Bereich zwischen etwa 600 und etwa 1200 Grad C.
Bei einer bevorzugten Ausführung wird die Induktionserwärmung pulsförmig durchgeführt. Die Länge der Pulse wird natürlich abhängig sein von der Größe des Reaktors und von dem Volumen sowie von der Temperatur des Gases, welches durch den Reaktor hindurch tritt, aber gewöhnlich werden die Pulse mindestens gleich der Verweildauer des Gases in dem Reaktionsrohr sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Zeichnung ist ein Blockdiagramm einer geeigneten Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Vorrichtung zur Induktionserhitzung
Die Vorrichtung ist in der Figur dargestellt. Das Quarzrohr 1 mit einem Durchmesser von 12 mm befindet sich im Innern eines Solenoids aus Kupfer, welches das notwendige magnetische Wechselfeld erzeugt. Die Spule weist 8 Windungen über einer Höhe von 6 cm auf. Eine getrennte Kopplungsspule 3, welche die Energie in die Hauptspule koppelt, befindet sich unter der Hauptspule und verfügt über 2 Windungen über einer Höhe von 1,5 cm. Ein Kondensator 4 ist parallel mit der Hauptspule verbunden und versetzt die Spule bei der interessierten Frequenz in Resonanz. Fließendes Wasser tritt zur Kühlung durch die Spulen hindurch und rund um den Kondensator herum. Die Energie wurde durch eine im Handel erhältliche Ausrüstung erzeugt und verstärkt und sie wurde durch ein 50 Ohm Kabel auf den Reaktor übertragen. Der Katalysator 6 befindet sich innerhalb des Quarzrohres 1. Ammoniak und Kohlenwasserstoffgas werden durch den Anschluss 7 zugeführt und das Reaktionsprodukt, HCN und Nebenprodukte, werden durch den Anschluss 8 entfernt. Die Vorrichtung zur Induktionserhitzung ist in einem Aluminiumgehäuse 9 untergebracht.
BEISPIEL
Ein Stück von 5,5 g eines aus 90% Platin/10% Rhodium bestehenden Drahtgewebes wurde aufgerollt und in dem Quarzrohneaktor innerhalb der Spulen zur Induktionserhitzung angeordnet. Die Höhe des Drahtgewebes in dem Rohr betrug 5,7 cm Methan- und Ammoniakströme wurden in einem Verhältnis von 1 : 1 mit einem Gesamtfluss von 50 ml/min gestartet. Die Induktionsenergie wurde eingeschaltet und die Fließgeschwindigkeiten sowie die Leistungszufuhr wurden während der Zeitdauer des Arbeitsbetriebes von etwa 5 Stunden verändert. Die Ergebnisse bei einer gesamten Zuführungsgeschwindigkeit von 50 ml/min und einer Leistungszufuhr von 245 Watt werden in der nachfolgenden Tabelle gezeigt.
TABELLE PRODUKTZUSAMMENSETZUNG 1 : 1 NH₃ : CH₄ Zuführungsgeschwindigkeit = 50 ml/min, Leistungszufuhr = 245 Watt TABELLE
Die Selektivität der Reaktion in Bezug auf Wasserstoffcyanid betrug 88,7% und die Umwandlungen von Ammoniak und Methan lagen bei > 90%.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffcyanid, welches ein Reagieren einer Mischung aus Ammoniakdampf und einem Kohlenwasserstoffgas bei der Reaktionstemperatur in der Anwesenheit eines Metalls aus der Platingruppe sowie ein Zurückgewinnen des Wasserstoffcyanids umfasst, gekennzeichnet durch ein Erhitzen des besagten Katalysators durch eine Induktionserhitzung bei einer Frequenz von 0,5 bis 30 MHz auf die Reaktionstemperatur und durch ein Überleiten jener Mischung aus Ammoniakdampf und einem Kohlenwasserstoffgas in Kontakt mit jenem erhitzten Katalysator.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem das Kohlenwasserstoffgas Methan ist und bei welchem das Molverhältnis von Methan zu Ammoniak bei annähernd 1 liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem der Katalysator aus der Platinmetallgruppe eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens etwa 1,0 Siemens pro Meter aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem das Metall des Katalysators aus der Platinmetallgruppe aus Platin besteht.
Verfahren gemäß Anspruch 2, bei welchem der Katalysator aus der Platinmetallgruppe aus einem Metalldrahtgewebe besteht, welches mindestens ein Metall aus der Platingruppe enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem die Reaktionstemperatur in dem Bereich zwischen etwa 600 und etwa 1200 Grad C liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem der Katalysator aus der Platinmetallgruppe auf die Innenseite eines Reaktionsrohres beschichtet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem die Induktionserwärmung pulsförmig durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 8, bei welchem die Länge der Pulse der Induktionserwärmung in etwa gleich der Verweildauer ist, während welcher die Gase sich im Kontakt mit dem Katalysator befinden.