-
Verfahren zur Ausführung katalytischer Gasreaktionen Bei der Ausführung
katalytischer Reaktionen in Gasphase, beispielsweise bei liydrierungen, Dehydrierungen,
Oxydationen, Hydratationen usw., lassen die hierbei verwendeten Katalysatoren nach
mehr oder weniger langem Gebrauch meist in ihrer W'irksamkeit nach, so daß sie regeneriert
oder durch neuen Katalysator ersetzt werden müssen. Um die Regenerierung kontinuierlich
gestalten zu können, hat man auch schon vorgeschlagen, den Katalysator durch den
Reaktionsraum hindurchzuführen, beispielsweise auf beweglichen Unterlagen oder durch
Abwärtsbewegung infolge der eigenen Schwere. Auch bei dieser Arbeitsweise läßt sich
meist nicht vermeiden, daß der Katalysator noch im Reaktionsraum erheblich an Wirksamkeit
verliert, was einen Ausbeuterückgang zur Folge hat.
-
Es hat sich nun gezeigt, daß man bei katalytischen Gas reaktionen
die Wirksamkeit der Katalysatoren während des ganzen Reaktionsverlaufs aufrechterhält
und eine Steigerung der Ausbeute erzielt, wenn man die Reaktionsgase durch eine
Katalysatorschicht, die durch den Reaktionsraum bewegt wird, hindurchleitet und
die Temperatur im Reaktionsraum in Richtung der Katalysatorbewegung räumlich derart
ansteigen läßt, daß derUmsetzungsgrad in dieser Richtung praktisch erhalten bleibt.
-
Es ist zwar bekannt, bei der Reduktion von
Kohlenoxid
in Gegenwart von Katalysatoren die Reaktionstemperatur im Verlauf einiger Wochen
um etwa 100 zu erhöhen. Im vorliegenden Fall soll aber der Temperaturanstieg nicht
zeitlich wie bei dem bekannten Verfahren, sondern räumlich (örtlich) erfolgen, d.
h. die Temperatur soll von der Eintrittsstelle des Katalysators in den Reaktionsraum
bis zur Austrittsstelle aus demselben ansteigen, und zwar nicht beliebig, sondern
in dem erwähnten Maß.
-
WIan arbeitet praktiscll derart, daß die Temperatur des Reaktionsraums
von der Eintrittsstelle des Katalysators bis zu seinem Austritt stetig oder stufenweise
ansteigt, wobei Sorge zu tragen ist, daß die Bewegung des Katalysators, die ebenfalls
stetig oder stufenweise erfolgen kann, und der Temperaturanstieg so gewählt werden,
daß der Katalysator eine etwa gleichbleibende Wirkung ausübt. Die Bedingungen können
im einzelnen durch Vorversuche in einfacher Weise festgestellt werden.
-
Das Verfahren eignet sich z. B. für Dehydrierungen von Kohlenwasserstoffen,
vorteilhaft solchen von niedrigem Molekulargewicht, z. B. für das Klopffestmachen
von Benzinen unter gewöhnlichem oder erhöhtem Druck; ferner läßt es sich bei der
Gewinnung flüssiger Produkte durch Reduktion der Oxyde des Kohlenstoffs anwenden;
auch die Erzeugung ungesättigter Kohlenwasserstoffe durch unvollständige Verbrennung
von Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff läßt sich vorteilhaft nach diesem Verfahren
ausführen, wobei gegebenenfalls Värme in geeigneter Weise abgeführt werden muß.
-
Weitere Anwendungsgebiete sind z. B. die Hydratation von Acetylen
zu Acetaldehyd in der Gasphase sowie die Umsetzung von Acetylen mit Wasserdampf
zu Aceton.
-
Besondere Vorteile bietet das Verfahren, wenn die Katalysatoren sehr
kurzlebig sind, z. B. bei der katalytischen Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen
niedrigen Molekulargewichts bei gewöhnlichem Druck. Bei den dabei anzuwendenden
hohen Temperaturen zwischen 500 und 6500 zeigen nahezu alle bisher belianntgewordenen
Katalysatoren einen verhältnismäßig raschen Abfall in ihrer Wirksamkeit, was eine
häufige Regenerierung des Katalysators und damit Unterbrechung des kontinuierlicllen
Betriebes nötig macht. Diese Schwierigkeiten werden durch das vorliegende Verfahren
in einfacher Weise überwunden.
-
Das Verfahren sei an Hand der Skizze näher erläutert.
-
Aus einem Vorratsbehälter V gelangt der Katalysator in den senkrecht
angeordneten Reaktionsraum, in dem durch elektrische Heizung oder Gasheizung H die
bestimmte Temperaturverteilung aufrechterhalten wird. Am unteren Ende des Reaktionsraums
ist eine Fördereinrichtung, z. B. eine Förderschnecke F, eingebaut, die laufend
einen Teil des Katalysators abzieht und in einen Raum fördert, aus dem er durch
eine Schleuse entferut werden kann. Die Reaktionsgase treten ollen bei a in eine
Vorwärmezone ein, treffen dann auf den frischen, sich langsam abwärts bewegenden
Katalysator und werden im Gleichstrom mit diesem geführt. Etwas oberhalb der Förderschnecke,
bei b, verlassen die Reaktionsgase den Reaktionsraum, werden abgekühlt und dann
der \Veiterverarbeitung zugeführt. Man kann die Reaktionsgase auch im Gegenstrom
führen. Die Katalysatoren brauchen nicht fortlaufend abgezogen zu werden. Nian kann
z. B. in gleichen Abständen von 1/2, I oder 2 Stunden und mehr jeweils eine entsprechende
menge entfernen. Wichtig ist, daß die Temperatur im Reaktionsraum entsprechend der
Abnahme der Wirksamkeit des Katalysators ansteigt und daher Temperaturanstieg und
Fortbewegungsgeschwindigkeit des Katalysators aufeinander abgestimmt sein müssen.
-
Beispiel I Aus einem senkrecht stehenden Reaktionsrohr aus Quarz,
das nach Art der Skizze gebaut ist und mit I20 ccm einer aktiven Kohle gefüllt ist,
die aus Magerkohle durch Erhitzung mit Wasserdampf hergestellt wurde, werden durch
eine Förderschnecke stündlich 2,5 ccm der aktiven Kohle abgezogen. Aus demVorratsbehälter
rutscht die gleiche Menge ständig nach, so daß der Reaktionsraum immer mit aktiver
Kohle gefüllt bleibt. Durch das Reaktionsrohr wird von oben nach unten technisches
Butan mit einer Geschwindigkeit von 241/Std. geleitet. Der Reaktionsraum wird von
außen durch drei getrennte elektrische Heizwicklungen geheizt. An der Stelle, an
der das Gas auf die Kohle trifft, hat diese eine Temperatur von 5300. Im Reaktionsraum
steigt die Temperatur der Kohlefüllung an und erreicht am Ende 5800. Von dem hineingeschickten
Butan werden 28 °/o umgesetzt.
-
8o 0/0 des umgesetzten Butans werden in Butylene und Propylen verwandelt.
Hält man dagegen das ganze Reaktionsrohr auf der mittleren Temperatur von etwa 5500,
so werden nur I40/o des Butans umgesetzt, von denen 70 ovo aus Butylen und Propylen
bestehen.
-
Beispiel 2 In der gleichen Vorrichtung wie im Beispiel I werden stündlich
48 1 Propan über eine aktive Kohle geleitet, die mit so viel Aluminiumnitratlösung
getränkt und erhitzt ist,
daß sie 3% Al2 03 enthält. Die Eingangstemperatur
beträgt 570°, die Endtemperatur 6250. Es werden stündlich 2,6 ccm Katalysator abgezogen;
die gleiche Menge wird oben wieder zugegeben. 33 ovo des Propans werden umgesetzt
und 6o 0/o des umgesetzten Propans werden als Propylen erhalten. Dieses Ergebnis
läßt sich ohne Störung wochenlang aufrechterhalten.
-
Beispiel 3 In der Vorrichtung nach Beispiel I und 2 werden stündlich
24 1 Isobutan über 120 ccm eines Katalysators geleitet, der aus aktiver Kohle besteht,
die mit so viel Eisennitrat getränkt und erhitzt ist, daß sie 3,5 % Eisen als Qxyd
enthält. Die Eingangstemperatur beträgt 4950, die Endtemperatur 5660. Es werden
stündlich I,7 ccm der Kohle entfernt und oben in frischer Form wieder zugegeben.
-
Das Endgas enthält I40/o Isobutvlen, I,6 °/o Propylen und 0,40/0 Äthylen.
Bei einmaligem Durchgang werden 22°/o des Isobutans umgesetzt. Die Ausbeute an Isobutylen
beträgt 75 °/o bezogen auf das umgesetzte Isobutan.
-
PATENTANSPRI-CE: Verfahren zur Ausführung katalytischer Gasreaktionen,
insbesondere zur Ausführung von Hydrierungen, Dehydrierungen und Oxydationen, durch
Hindurchleiten der Reaktionsgase durch ene Katalysatorschicht, die durch den Reaktionsraum
bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man im Reaktionsraum die Temperatur in
Richtung der Katalysatorbewegung räumlich derart ansteigen läßt, daß der Umsetzungsgrad
in dieser Richtung praktisch erhalten bleibt.