DE855246C

DE855246C - Device for carrying out catalytic reactions

Info

Publication number: DE855246C
Application number: DEC2262D
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Saurwein
Original assignee: Chemische Werke Huels AG
Current assignee: Huels AG
Priority date: 1943-12-18
Filing date: 1943-12-18
Publication date: 1952-11-10

Description

Vorrichtung zur Durchführung katalytischer Reaktionen Bei katalytischen Umsetzungen, bei denen wegen der Empfindlichkeit der Ausgangsstoffe oder Erzeugnisse die Zuführung der notwendigen Wärme durch Erhitzen der Ausgangsstoffe oder mit Hilfe von Wärmespeichern nicht möglich ist, hat man die Wärme schon in der Weise in den Katalysatorraum eingebracht, daß man durch diesen in spiralförmigen oder schlangenförmigen Rohren ein Heizmittel leitete. Dabei können die Rohre für das Heizmedium so angeordnet werden, daß sie gleichzeitig als Träger für den Katalysator dienen und verhindern, daß in hohen Reaktionsräumen der Katalysator sich zu festen Massen zusammensetzt, durch die die aus gangsstoffe nur schwer oder überhaupt nicht mehr strömen können.Device for carrying out catalytic reactions With catalytic Implementations in which because of the sensitivity of the starting materials or products the supply of the necessary heat by heating the starting materials or with help from heat storage is not possible, the heat is already in the way Introduced catalyst space that one through this in spiral or serpentine Pipes directed a heating medium. The pipes for the heating medium can be arranged in this way that they simultaneously serve as a carrier for the catalyst and prevent, that in high reaction spaces the catalyst is composed of solid masses, through which the raw materials can only flow with difficulty or not at all.

Verwendet man nun solche den Katalysator tragende Zwischenböden aus spiral- oder schlangenförmigen Rohren, so zeilgen sich Schwierigkeiten, wenn man als Heizmedium sich kondensierende Dämpfe, z. B. Wasserdampf oder Diphenyloxyddampf, verwendet, was wegen der Ausnutzung der Kondensationswärme bekanntlich besondere Vorteile bietet. Infolge der durch die Schlangen- oder Spiralform der Rohre bedingten langen Dampfwege ist der Abfluß der kondensierten Flüssigkeit sehr erschwert. Es bildet sich in den Rohren eine isolierende Flüssigkeitsschicht, die den Ubergang der Wärme vom Heizmedium auf den Katalysator stört. If one uses such intermediate trays carrying the catalyst Spiral or serpentine pipes, difficulties arise when one as a heating medium condensing vapors, e.g. B. water vapor or diphenyloxide vapor, used, which is known to be special because of the utilization of the heat of condensation Offers advantages. As a result of the serpentine or spiral shape of the pipes Long vapor paths make it very difficult for the condensed liquid to drain off. It An insulating layer of liquid forms in the pipes, which forms the transition the heat from the heating medium interferes with the catalytic converter.

Außerdem verhindert das nicht rasch genug abfließende Kondensat einen geregelten Zufluß des Heizmittels, wodurch eine gleichmäßige Erwärmung des Katalysators unmöglich wird.In addition, the condensate, which does not drain off quickly enough, prevents one Controlled flow of heating medium, whereby a uniform heating of the catalyst becomes impossible.

Um diese Mängel zu beseitigen, hat man schon vorgeschlagen, statt der waagerecht angebrachten, Zwischenböden bildenden spiral- oder schlangenförmigen Rohre senkrechte Rohre durch den Katalysator zu führen. Um dabei eine genügende Wärmeübertragung zu erreichen, ist es notwendig, viele solcher Rohre in verhältnismäßig geringem Abstand nebeneinander zu verwenden. Dies erschwert aber vor allem dabei grobstückigen Katalysatoren, die in manchen Fällen angewendet werden müssen, eine so dichte Anordnung des Katalysators, daß sich keine Kanäle bilden, durch die die Ausgangsstoffe strömen, ohne mit dem Katalysator in genügende Berührung zu kommen. Neben diesen Nachteilen besteht bei Verwendung senkrechter Rohre noch die Schwierigkeit, daß die hohe Schichthöhe das Zusammenbacken . des Katalysators begünstigt. Die Anhringung von Zwischenböden ist in diesem Fall sehr umständlich und führt zu Konstruktionen, die bei der Erneuerung des Katalysators und bei der Reinigung des Reaktionsgefäßes erhebliche Schwierigkeiten bereiten. In order to remedy these shortcomings, it has already been suggested instead the horizontally attached, Spiral or intermediate floors forming serpentine tubes lead vertical tubes through the catalytic converter. To do it To achieve sufficient heat transfer, it is necessary to have many such tubes to be used in a relatively small distance next to each other. But this makes it more difficult especially lumpy catalysts that are used in some cases must, such a dense arrangement of the catalyst that no channels form, through which the starting materials flow without coming into sufficient contact with the catalyst get. In addition to these disadvantages, there is still the use of vertical pipes the difficulty that the high layer height prevents caking. of the catalyst favored. The attachment of intermediate floors is very cumbersome in this case and leads to constructions that are used in the renewal of the catalytic converter and in the Cleaning the reaction vessel causes considerable difficulties.

Es wurde nun gefunden, daß man die Nachteile der bisher verwendeten, waagerecht oder senkrecht angeordneten Heizelemente vermeiden und auch mit sich kondensierenden Heizmedien ohne Störungen Katalysatorräumen die nötige Reaktionswärme zuführen kann, wenn man im Katalysatorraum übereinander Horden anbringt, die aus rostartig angeordneten Rohrstücken bestehen, die auf verschiedenen Seiten (bezogen auf die Neigungsachse) gelegene Stellen eines zu einem Ring geschlossenen, zur Horizontalen schwach geneigten Rohres verbinden, wobei jeweils die höchste Stelle der Ringleitung an eine für alle Horden gemeinsame senkrechte Zuführungsleitung für das Heizmittel und die tiefste Stelle an ein gemeinsames, senkrecht stehendes Ableitungsrohr für das Kondensat angeschlossen ist. It has now been found that the disadvantages of the previously used Avoid horizontally or vertically arranged heating elements and also with themselves condensing heating media without interference with the catalyst chambers the necessary heat of reaction can feed if one attaches trays on top of each other in the catalyst room, the pipe pieces arranged like a rust, which are on different sides (related on the axis of inclination) of a closed to a ring, to the horizontal Connect slightly inclined pipe, with the highest point of the ring main to a vertical feed line for the heating medium that is common to all trays and the lowest point to a common, vertical drainage pipe for the condensate is connected.

Die Zahl der Horden ist abhängig von der Höhe des Katalysatorraumes. Die Form der die Rahmen der Horden bildenden, zu Ringen geschlossenen Rohre wird zweckmäßig dem Querschnitt des Katalysatorraumes angepaßt. So werden z. B. bei einem zylindrischen Ofen mit Vorteil kreisförmig geschlossene Rohre verwendet. Die Verbindungsrohre stellen dann Sehnen dieser Kreise dar und verlaufen zweckmäßig parallel zueinander. The number of trays depends on the height of the catalyst space. The shape of the tubes, which form the frames of the trays and are closed in rings, becomes appropriately adapted to the cross section of the catalyst chamber. So z. B. at one cylindrical furnace used with advantage circular closed tubes. The connecting pipes then represent chords of these circles and expediently run parallel to one another.

Die beanspruchte Vorrichtung gestattet es, die aus dem Heizmittel kondensierte Flüssigkeit auf kürzestem Wege abzuführen, so daß die eingangs erwähnten Nachteile, die bei langsamem Abfluß des Kondensats auftreten, vermieden werden. Gleichzeitig zeigt die Anordnung die Vorteile der Verwendung waagerecht angebrachter, als Zwischenböiden für den Katalysator dienender Rohrleitungen. Das Zusammenbacken des Katalysators wird verhindert, und das Erneuern der Füllung des Reaktionsraumes sowie dessen Reinigung macht keine Schwierigkeiten. The claimed device allows the heating means discharge condensed liquid by the shortest route, so that the aforementioned Disadvantages that occur when the condensate drains slowly can be avoided. At the same time, the arrangement shows the advantages of using horizontally mounted, pipelines serving as intermediate oil for the catalytic converter. The caking the catalyst is prevented, and the renewal of the filling of the reaction chamber as well as cleaning it does not cause any difficulties.

Eine beispielsweise Ausführungsform der beanspruchten Vorrichtung zeigen die Abbildungen. Eine einzelne Horde ist in Abb. I dargestellt. Es handelt sich dabei um ein Heizelement, das für einen zylindrischen Umsetzungsraum verwendet werden soll. An example embodiment of the claimed device show the pictures. A single horde is shown in Fig. I. It deals is a heating element that is used for a cylindrical conversion space shall be.

Durch das senkrechte Rohr C strömt das Heizmittel, z. B. Wasserdampf, in das kreisförmig geschlossene Rohr 4, verteilt sich dann auf die Zwischenrohre 6 und verläßt durch das ebenfalls senkrecht stehende Rohr D den Reaktionsraum. Die Horde ist zur Horizontalen so geneigt, daß der Punkt, an dem das Rohr C in die Ringleitung A einmündet, etwas höher liegt als der Punkt, an dem sich die Abflußleitung D an die Ringleitung A anschließt.The heating medium flows through the vertical pipe C, e.g. B. water vapor, into the circularly closed pipe 4, then distributed over the intermediate pipes 6 and leaves the reaction chamber through tube D, which is also vertical. the Horde is inclined to the horizontal so that the point at which the pipe C in the ring line A opens, is slightly higher than the point at which the drain line D is the ring line A connects.

Abb. 2 zeigt die Anordnung der einzelnen Horden übereinander und ihre Verbindung mit dem Zuleitungsrohr C und dem Ableitungsrohr D. Es entsteht ein Heizelement von der Gestalt eines Tellerhaumes, das in den Reaktionsraum eingebracht wird. Fig. 2 shows the arrangement of the individual trays on top of each other and their connection with the supply pipe C and the discharge pipe D. A Heating element in the shape of a plate space, which is introduced into the reaction space will.

Die Vorrichtung nach der Erfindung läßt sich füi alle katalytischen Umsetzungen verwenden, bei denen Wärme in den Reaktionsraum eingebracht werden muß, z. B. bei der Umsetzung von Butylenglykol zu Butadien. Besonders geeignet ist es, wenn die letztgenannte Umsetzung in der Weise durchgeführt werden soll, daß das Butylenglykol an verschiedenen hintereinander angeordneten Stellen in den Katalysatorraum eintritt, da sich in diesem Fall die Zuleitungsrohre für das Butylenglykol leicht zwischen den einzelnen Horden anbringen lassen. The device according to the invention can be used for all catalytic Use reactions in which heat has to be introduced into the reaction space, z. B. in the conversion of butylene glycol to butadiene. It is particularly suitable if the latter implementation is to be carried out in such a way that the Butylene glycol in various places arranged one behind the other in the catalyst chamber occurs, since in this case the feed pipes for the butylene glycol are easy can be attached between the individual trays.

Beispiel In einem Katalysatorraum, der mit einem hordenartigen Rohrsystem, durch das Wasserdampf von 65 at strömt, versehen und mit einem phosphorsäurehaltigen Katalysator beschickt ist, leitet man an fünf verschiedenen Stellen ein Gemisch von dampfförmigen I, 3-Butylenglykol und Wasserdampf. Die Butylenglykolmenge wird so geregelt, daß der Gehalt des Abwassers an unverändertem Butylenglykol 0,1 0/o nicht übersteigt. Sie braucht, um einen soweit gehenden Umsatz zu erzielen, während einer 28tägigen Betriebszeit nicht verringert zu werden. Example In a catalyst room, which is equipped with a horde-like pipe system, through which water vapor of 65 at flows, provided and with a phosphoric acid When the catalyst is loaded, a mixture is passed through at five different points of vaporous I, 3-butylene glycol and water vapor. The amount of butylene glycol will regulated so that the content of unchanged butylene glycol in the waste water 0.1 0 / o does not exceed. She needs to generate sufficient sales while a 28-day operating time not to be reduced.

Der Unterschied zwischen der höchsten und der tiefsten Temperatur im Katalysatorraum beträgt nur 50.The difference between the highest and lowest temperatures in the catalyst room is only 50.

Während der 28tägigen Betriebszeit werden 215 t Butadien gewonnen. Auf eingebrachtes I, 3-Butylenglykol bezogen, beträgt die Ausbeute 83 O/o.During the 28-day operating time, 215 t of butadiene are recovered. Based on the 1,3-butylene glycol introduced, the yield is 83%.

Arbeitet man unter sonst gleichen Bedingungen, jedoch in einer Vorrichtung, der die Wärme durch waagerecht angeordnete. spiralförmig gewickelte Heizrohre zugeführt wird, so ist der Unterschied zwischen der höchsten und der tiefsten Temperatur etwa 500. Schon nach 14tägiger Betriehsdauer dürfen nur noch zwei Drittel der anfänglich eingebrach ten Butylenglykolmenge zugeführt werden, damit der Gehalt des Abwassers an unverändertem Ausgangsstoff nicht über 0,1 O/o steigt. Bei einer Ausbeute von 82,50/0, bezogen auf Butylenglykol, werden in 28 Tagen nur I70 t Butadien gewonnen. If you work under otherwise identical conditions, but in a device, the heat through horizontally arranged. helically wound heating pipes supplied the difference between the highest and the lowest temperature is approximately 500. After 14 days of operation, only two thirds of the initial Brach th amount of butylene glycol to be added so that the content of the wastewater of unchanged starting material does not rise above 0.1%. With a yield of 82.50 / 0, based on butylene glycol, only 170 t of butadiene are obtained in 28 days.

Claims

PATENT CLAIM Device for supplying heat with catalytic Reactions using condensing vapors as heating means, existing from hordes of rust-like arranged one above the other in the catalyst room Pipe sections that are located on different sides (in relation to the axis of inclination) Place a tube closed in a ring, slightly inclined to the horizontal Connect, with the highest point of the ring main connected to one for all hordes common, vertical feed line for the heating medium and dip deepest point connected to a common, vertical discharge pipe for the condensate is.