DE740674C

DE740674C - Durchfuehrung von Reaktionen zwischen Gasen und Fluessigkeiten

Info

Publication number: DE740674C
Application number: DEI65045D
Authority: DE
Inventors: Dr Theodor Wilhelm Pfirrmann
Original assignee: IG Farbenindustrie AG
Current assignee: IG Farbenindustrie AG
Priority date: 1939-07-05
Filing date: 1939-07-05
Publication date: 1943-10-26

Description

Durchführung von Reaktionen zwischen Gasen und Flüssigkeiten Für die Umsetzung von Gasen mit Flüssigkeiten benutzt - man in der Regel Reaktionsgefäße mit verhältnismäßig großem Durchmesser. Man hat zwar auch schon Rohre für diesen Zweck benutzt, dabei haben sich jedoch verschiedene Schwierigkeiten gezeigt, die insbesondere auf die ungenügende Verteilung des Gases in der Flüssigkeit zurücdczuführen sind.
Um eine bessere Gasverteilung zu erzielen, hat man schon Rohre als Reaktionsgefäße verwendet, die einen verhältnismäßig geringen Querschnitt besitzen, um so die Geschwindigkeit der Gase zu erhöhen. So hat man z. B. bei der Druchhydrierung in auf-und absteigenden Rohren gearbeitet, von denen entweder die aufsteigenden oder die absteigenden einen geringen Querschnitt hatten. Die Verwendung solcher Vorrichtungen hat den Nachteil, daß die Verweilzeit des umzusetzenden Gutes in den engeren Rohren infolge der dort herrschenden hohen Strömnngsgeschwindigkeit sehr gering ist, so daß also, um dem Gas die nötige Zeit zur Einwirkung zu geben, sehr lange Reaktionsrohre notwendig sind. In solchen langen Rohren ist aber die Überwindung des mit der Länge der Rohre ansteigenden Widerstandes mit einem erheblichen Mehrbedarf an Energie verbunden. Außerdem besteht bei Anwendung hoher Strömungsgeschwindigkeit die Gefahr von Erosionen, die dazu zwingt, Rohre von großer Wandstärke zu verwenden, was die Vorrichtung wesentlich verteuert.
Es wurde nun gefunden, daß man bei Umsetzungen zwischen Gasen und flüssigen, breiigen oder geschmolzenen Stoffen, insbesondere unter Druck mit Vorteil solche Rohrleitungen als Reaktionsgefäße verwendet, in die in Abständen kurze, enge Rohrabschnitte eingeschaltet sind, deren Gesamtlänge ein Drittel der Rohrlänge nicht überschreitet.
In dem verengten Teil der Rohrleitung ist die Strömungsgeschwindigkeit der umzusetzenden Stoffe so stark erhöht, daß eine gute Verteilung des Gases in den geschmolzenen, breiigen oder flüssigen Stoffen erfolgt, die dann auch in dem erweiterten Teil der Rohrleitung noch einige Zeit aufrechterhalten bleibt. An der Stelle, an welcher die durch mischung der Reaktionsteilnehmer nicht mehr genügend erfolgt, wird dann wieder ein verengtes Rohrstück, das als Geschwindigkeitsstrecke wirkt, eingeschaltet usw.
Mit einer solchen Vorrichtung ist es möglich, über die ganze Länge der Rohrleitung für eine gute Durchmischung der Reaktionsteilnehmer zu sorgen, ohne daß erhebliche Widerstände in der Leitung auftreten, wie das der Fall ist, wenn die ganze Rohrleitung oder ein größerer Teil, z. B. die Hälfte, einen geringen Querschnitt besitzt. Außerdem können bei Verwendung solcher Geschwintdigkeitsstreclçen Störungen durch Erosionsschäden leicht vermieden werden, indem an den verengten Stellen, an denen solche auftreten könnten, die Wand der Rohrleitung verstärkt wird oder aber die Rohre durch verschleißfeste oder auswechselbare Einsätze geschützt werden.
Da die Rohrleitungen nur an einem verhältnismäßig kleinen Teil verengt zu werden brauchen, läßt es sich leicht vermeiden, an Stellen, an denen das Reaktionsgut die Richtung ändert und besonders stark erodierend wirkt, verengte Rohrstücke einzubauen.
Die eingeschalteten engen Rohrstücke lassen sich nicht ersetzen durch sogenannte Schikanen, die man in Hochdruokrohre schon eingesetzt hat, um die durchgepreßte Masse besser zu vermischen und zu zerkleinern.
Ganz abgesehen davon, daß solche Schikanen erheblich schwieriger auszuwechseln sind als die Rohrstücke nacll der Erfindung, kalm die durch diese erzielte Wirkung, d. h. eine auch außerhalb des Rohrstückes noch andauernde Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der umzusetzenden Gase, durch solche Schikanen nie erreicht werden.
Das gleiche gilt für Regulierhähne, mit denen man Röhrensysteme bei der Enthärtung von Kesselspeisewasser zur Verbesserung der Mischung und Turbulenz von Wasser und flüssigen Chemikalien schon ausgerüstet hat. Die durch Einschalten enger Rohrstücke erzielte gute Verteilung von Gas in Flüssigkeiten kann durch solche Regulierhähne nicht erreicht werden.
Die Länge der verengten Rohrteile oder Geschwindigkeitsstrecken ist abhängig von dem Querschnitt der als Reaktionsgefäß wirkenden Rohrleitung und von der Zusammensetzungdes durchzuführenden Gutes. Es läßt sich leicht durch einen Versuch feststellen, wie lang und weit die Geschwindigkeitsstrecke sein muß, um die Strömungsgeschwindigkeit genügend zu erhöhen. Im allgemeinen genügt eine Geschwindigkeit v on mehr als I m, vorteilhaft zwischen 4 und 20 m je Sekunde in dem verengten Rohrstück, wobei die länge etwa das 20- bis aoofache des Rohrdii.Lchmessers betragen kann, um eine befriedigende Gasverteilung zu erzielen. Ist die Strömungsgeschwindigkeit in den verengten Rohren größer, so können diese kürzer sein, ist sie geringer, so müssen sie verlängert werden. Die an der verengten Stelle der Rohrleitung dem strömenden Gut erteilte Geschwindigkeit bewirkt eine Gasverteilung, die auch in dem erweiterten Reaktionsrohr auf eine längere Strecke, z. B. 7 bis 5 m, erhalten bleibt.
Das als Reaktionsgefäß verwendete Rohrsystem kann aus liegenden, aus geneigten oder aus stehenden Rohren bestehen. Bei Vorrichtungen, welche gleichzeitig steigende und fallende Rohre haben, ist es zweckmäßig, vor allem die aufsteigenden Rohre an einzelnen Stellen zu verengen, da so die Gase in stärkerem Maße beschleunigt werden als die flüssigen, hreiigen oder geschmolzenen Stoffe.
Die Verengungen können durch Verstärken der Rohrwand oder durch Einschweißen oder Einstecken von Rohren mit geringerem Querschnitt gebildet werden.
Zur erfindungsgemäßen Durchführung von Reaktionen zwischen Gasen und Flüssigkeiten kann beispielsweise eine Vorrichtung verwendet werden, die an Hand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden soll. Nach Abb. 1 ist aus einem Hochdruckrohr eine Rohrschlange geformt, deren auf- und abwärts steigende gerade Rohrteile eine Länge von je etwa-- 6 m besitzen. Die lichte Weite der aufwärts steigenden Rohre beträgt i6 mm die der abwärts gerichteten Rohre 6 mm. Die aufwärts gehenden Rohre sind durch Einstecken von je 3 Rohrstücken, eins unten, in der Mitte und oben, auf eine Länge von je 250 imin auf eine lichte Weite von 2,5 mm verengt. Auf die gleiche Weise ist der Querschnitt der abwärts gehenden Rohre'oben und in der Mitte verengt, so daß also immer auf etwa 2 bis 3,5 m Rohrlänge ein etwa 250 mm langer verengter Rohrabschnitt kommt. Die gesamte Rohrlänge beträgt etwa I60m, der Inhalt etwa 15 Liter. Abt.2 zeigt, wie die Geschwindigkeitsstreche durch Schweißung in das Rohr eingefügt sein kann. Die Vorrichtungen selbst und ihre Herstellung werden aber im vorliegenden Falle nicht beansprucht.
Bei Verwendung eines solchen Röhrenofens wird eine bessere Umsetzung zwischen Gas und Flüssigkeit erzielt als bei Verwendung der bekannten Rührwerköfen. Insbesondere eignet sich der Röhrenofen für solche Verfahren, bei denen Gase unter Druck mit einem flüssigen Medium umgesetzt werden sollen.
So lassen sich z. B. Oxydationen, wie die Paraffinoxydation, in einer solchen Vorrichtung mit Vorteil ausführen; die Reaktionswärme läßt sich dabei durch die Wand der Schlange leichter abführen als bei den üblichen Reaktionsöfen. Auch zur Absorption von Gasen, z. B. zum Auswaschen von Methan oder Kohlendioxyd aus Hydrierabgasen mit Ö1, zu Kondensations- und Polymerisationsreaktionen, z. B. zur Polymerisation flüssiger'2lnd gasförmiger - Olefine zu Schmieröl, dient der Röhrenofen mit Vorteil.
Die Verwendung eines Röhrenofens mit auf- und absteigenden Rohren, von denen alle oder einzelne an einer oder mehreren Stellen eine Verminderung ihres freien Querschnitts aufweisen, zur Druckhydrierung von Kohleaufschlämmungen, Teeren oder Mineralölen ist Gegenstand eines älteren Patents und wird im vorliegenden Fall nicht beansprucht. Auch der Ofen ist Gegenstand eines älteren Patents.
Bei der erfindungsgemäßen Benutzung der Röhrenöfen können die gleichen Maßnahmen angewandt werden wie beim Arbeiten mit den bekannten Öfen mit großem Querschnitt. So können z. B. mehrere Röhrensysteme hintereinandergeschaltet werden und die einzelnen Systeme auf verschiedenen Temperaturen und bzw. oder verschiedenem Druck gehalten werden. Man kann in den einzelnen Röhrensystemen gleiche oder verschiedene Katalysatoren verwenden und diese auch an mehreren Stellen der Rohrsysteme zuführen.

Claims

PATENTANSPRUCH: Durchführung von Reaktionen zwischen Gasen und Flüssigkeiten, ausgenommen dieDruckhydrieruEg von Kohleaufschlämmungen, Teeren oder Mineralölen, in einer Rohrleitung, in die in Abständen kurze, enge Rohrabschnitte eingeschaltet sind, deren Gesamtlänge ein Drittel der Rohrlänge nicht überschreitet und deren Querschnitt zweckmäßig so gewählt ist, daß darin eine Geschwindigkeit von mehr als 1 mjSekunde herrscht.

Zur Abgrenzung des Anmeldtungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren in Betracht gezogen worden: deutschePatentschrift Nr. 625 I84, 695634, 701257, 7I6 I2I; schweizerische Patentschrift. Nr. 76 939.