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Verfahren zur Regelung der Temperatur während exothermer katalytischer
Gasreaktionen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Temperatur während
exothermer katalytischer Gasreaktionen, insbesondere bei der Umwandlung von Kohlenmonoxyd
und Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff, auf einen möglichst konstanten Wert innerhalb
der ganzen Umsetzungszone.
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Bei vielen katalytischen Gasreaktionsverfahren beeinflußt die eingehaltene
Temperatur die Art der Reaktionsprodukte, weshalb die Temperatur innerhalb enger
Grenzen gehalten werden muß, um die gewünschten Erzeugnisse zu gewinnen. Wegen dieser
erforderlichen Temperaturgenauigkeit und Temperaturkonstanz macht bei vielen exothermen
Verfahren die Übertragung von erfolgreichen Laboratoriumsumsetzungen auf den gewerblichen
Maßstab erhebliche Schwierigkeiten, und zwar wegen der konstruktiven Probleme für
die Lieferung der großen Wärmeübertragungsflächen, die für die Abführung der exothermen
Reaktionswärme erforderlich sind.
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Ferner ist bei vielen gewerblichen Casreaktionsverfahren die Reaktionsgeschwindigkeit
durch die Wärmemenge begrenzt, die aus der Reaktionszone abgeleitet werden kann.
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Beispielsweise können innerhalb des Motortreibstoffbereiches siedende
flüssige Kohlenwasserstoffe dadurch erzeugt werden, daß Kohlenmonoxyd und Wasserstoff
im Verhältnis von etwa i Teil Kohlenmonoxyd zu etwa 2 Volumteilen Wasserstoff über
einen geeigneten Hydrierungs-und Polymerisierungskatalysator geleitet werden, vorausgesetzt,
daß die Temperatur zwischen etwa i9o und 2Io°C gehalten wird.
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Wenn jedoch die Temperatur im wesentlichen oberhalb
dieses
Bereiches gehalten wird, so wird Kohlenstoff auf dem Katalysator abgelagert, und
es werden übermäßige Mengen gasförmige Kohlenwasserstoffe, wie Methan, erzeugt.
Bei Temperaturen unterhalb dieses Bereiches wird, wenn überhaupt, nur eine sehr
geringe Umsetzung hervorgerufen. Eine längere Lebensdauer des Katalysators und ein
gleichförmigeres Erzeugnis werden nur erhalten, wenn die Temperatur innerhalb 3°C
von dem günstigsten Wert gehalten wird. Diese Umsetzung setzt etwa 4050 kcal je
kg erzeugten Kohlenwasserstoffes frei. Es ist daher leicht ersichtlich, daß ein
außerordentlich schwieriges Wärmeverteilungsproblem damit verbunden ist, eine derart
große Wärmemenge aus der Reaktionszone zu entfemen und gleichzeitig die Umsetzungstemperatur
innerhalb derart enger Grenzen zu halten.
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Beispiele anderer Gasreaktionen, die in Gegenwart fester Katalysatoren
durchgeführt werden und auf welche die Erfindung anwendbar ist, sind die Hydrierung
von Iso-Octen zu Iso-Octan, die Oxydation von Kohlenmonoxyd, die Umwandlung von
Wasserstoff und Stickstoff zu Ammoniak und die Oxydation von Naphthalin zu Phthalsäureanhydrid.
Bei all diesen Verfahren tritt eine Nettoabnahme im Volumen der Gase auf, wenn die
Umsetzung fortschreitet.
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Obgleich die Erfindung auf Umsetzungen dieser Art anwendbar ist, erweist
sie sich als besonders vorteilhaft bei der Synthese von Kohlenwasserstoffen aus
einer Mischung von Kohlenmonoxyd und Wasserstoff.
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Bei der Herstellung von Kohlenwasserstoffen aus Kohlenmonoxyd und
Wasserstoff in Gegenwart von Katalysatoren bei erhöhter Temperatur unter Druck ist
es bekannt, die Reaktionskammer von den durch die Reaktion gebildeten flüssigen
Produkten im Gegenstrom zu den aufsteigenden Reaktionsgasen durchströmen zu lassen
und auf die Reaktionskammer einen Rückflußkühler aufzusetzen, so daß der entstehende
Dampf der Reaktionsprodukte wieder kondensiert wird und zur Kühlung beiträgt.
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Auf diese Weise läßt sich aber nicht vermeiden, daß innerhalb der
beträchtlichen Höhe der Reaktionskammer ein Temperaturgradient auftritt.
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Um dies zu vermeiden, verwendet die Erfindung zur Regelung der Temperatur
innerhalb der Umsetzungszone ein im Gegenstrom zu den aufsteigenden Reaktionsgasen
geführtes Gemisch aus zwei Flüssigkeiten, und die Temperatur wird innerhalb der
ganzen Umsetzungszone gemäß der Erfindung dadurch praktisch konstant gehalten, daß
man dieses chemisch inerte Flüssigkeitsgemisch ungefähr mit der gewünschten Reaktionstemperatur
am oberen Ende in die Reaktionszone im Gegenstrom zu dem Fluß der Reaktionsgase
einführt und daß das Flüssigkeitsgemisch im wesentlichen aus i. einem flüchtigen
Bestandteil mit einem Dampfdruck in reinem Zustand bei der gewünschten Reaktionstemperatur
von etwa--in einer Menge von etwa R (NsNn) Mol je Stunde und 2. einem nicht flüchtigen
Bestandteil, dessen normaler Siedepunkt mindestens 55°C oberhalb desjenigen des
flüchtigen Bestandteiles liegt, in einer Menge von etwa RZ Mol je Stunde besteht,
wobei R im wesentlichen gleich den Molen verdampfter Flüssigkeit je Mol Abnahme
an Gasvolumen der Reaktionspartner ist, wobei also die Volumenvermehrung durch das
verdampfte Wärmeabsorptionsmittel nicht berücksichtigt wird, Ni gleich den Molen
gasförmiger Reaktionsbestandteile ist, die je Stunde in die Umsetzungszone eingeführt
werden, Nf gleich den Molen des Erzeugnisses und der nicht umgewandelten Gase je
Stunde ist, welche die Reaktionszone verlassen, und P den absoluten Druck innerhalb
der Umsetzungszone bedeutet.
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Während des Durchganges der Mischung durch die Reaktionszone verdampft
der flüchtige Bestandteil unter praktisch vollständiger Aufnahme der gesamten exothermen
Reaktionswärme praktisch vollständig, und die Menge des nicht flüchtigen Bestandteiles
erhält ein praktisch konstantes Verhältnis innerhalb der ganzen Reaktionszone zwischen
der molaren Konzentration des flüchtigen Bestandteiles im Dampf und in der Flüssigkeit
aufrecht.
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Als flüchtigen Bestandteil des Flüssigkeitsgemisches verwendet man
vorzugsweise eine praktisch reine Verbindung. Es kommt aber auch hierfür eine engsiedende
Kohlenwasserstofffraktion in Betracht.
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Wie erwähnt, wird das Verfahren gemäß der Erfindung in erster Linie
für die katalytische Umsetzung von Kohlenmonoxyd und Wasserstoff im Verhältnis von
etwa i Teil Kohlenmonoxyd zu etwa 2 Volumteilen Wasserstoff zwecks Bildung von Kohlenwasserstoffen
verwendet.
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Aber auch bei den anderen in Betracht kommenden Gasreaktionentritt
eineNettoabnahme desGasvolumens mit fortschreitender Umsetzung auf, und die exotherme
Umsetzungswärme wird durch Verdampfung des flüchtigen Bestandteiles absorbiert,
während ein praktisch konstantes Verhältnis zwischen den molaren Konzentrationen
des flüchtigen Bestandteiles im Dampf und in der Flüssigkeit durch die ganze Reaktionszone
hindurch aufrechterhalten wird, so daß jedes merkliche Temperaturgefälle in der
Umsetzungszone verhindert wird.
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Im Gegensatz hierzu wird zwar bei dem eingangs erwähnten bekannten
Verfahren, bei dem der Strom verdampfbaren Oles mit einer Temperatur in der Nähe
seines Siedepunktes bei Betriebsdruck in das Katalysatorbett eingeleitet wird und
dann im Gegenstrom zu den Verfahrensgasen abwärts wandert, dieses Ö1 in der Lage
sein, durch Verdampfung Wärme zu absorbieren und deshalb die freigesetzte Reaktionswärme
aufzunehmen, aber die Temperatur wird nicht an allen Stellen des Katalysatorbettes
gleichförmig sein.
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Wenn z. B. der Gasstrom im Vergleich zum Ölstrom zu vernachlässigen
ist und Wärme von außen dem Reaktionsgefäß zugeleitet wird, kann fraktionierte Destillation
auftreten und die Temperatur des Öles gegen den Boden des Bettes ansteigen. Die
Größe dieses Effektes wird natürlich von dem Siedebereich des eingespeisten Oles
abhängen. Andererseits würde, wenn eine reine Verbindung oder eine Fraktion von
sehr engem Siedebereich in einem praktischen Arbeitsgang eingespeist würde, die
Temperatur des Oles gegen den Boden des Bettes abnehmen, weil der Partialdruck
der
Oldämpfe abnimmt. Diese Abnahme ist bedingt durch die relative Zunahme der Molzahl
der Bestandteile. Obgleich diese Einflüsse bestrebt sind, einander teilweise zu
kompensieren, läßt sich kein annähernder Ausgleich erreichen. Die Umsetzungstemperatur
muß innerhalb eines engen Bereiches von nicht mehr als 6° C innerhalb des ganzen
Bettes gehalten werden.
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Obgleich es ferner durch Einführung der Flüssigkeit an der Decke der
Reaktionszone mit einer Temperatur, die etwas unter der gewünschten Reaktionsdurchschnittstemperatur
liegt, möglich ist, die Temperatur am Boden und an der Decke des Katalysatorbettes
bei exothermen Gasreaktionen auf demselben Wert zu halten, wenn man eine einzige
verdampfbare Flüssigkeit als Wärmeabsorptionsmittel benutzt, hat die Erfahrung gezeigt,
daß die Temperatur an jeder Stelle innerhalb des Bettes höher sein wird als die
Endtemperaturen.
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Die Erfindung vermeidet diese früheren Schwierigkeiten durch die
nicht flüchtige Flüssigkeit, die als Regler der Molkonzentration des flüchtigen
Bestandteiles in der flüssigen Phase wirkt. Damit in einem derartigen System die
Temperatur an allen Stellen dieselbe ist, muß der Molanteil des leichten Bestandteiles
in der flüssigen Phase ein konstantes Verhältnis zum Molanteil des leichten Bestandteiles
in der Dampfphase halten, d. h., an allen Stellen in der Umsetzungszone muß das
Verhältnis des Molanteiles des leichten Bestandteiles in der flüssigen Phase zu
dem Molanteil des leichten Bestandteiles in der Dampfphase im wesentlichen dasselbe
sein. Entsprechend der fortlaufenden Verdampfung des leichteren Bestandteiles, wie
sie für die Absorption der durch die Umsetzung entwickelten Wärme erforderlich ist,
steigt der Molanteil des leichten Bestandteiles in der Dampfphase vom Einlaß der
Reaktionsgase zum Auslaß des erzeugten Gases an. Dementsprechend muß eine angepaßte
Menge schwereren Bestandteiles verwendet werden, um einen entsprechenden Anstieg
im Molanteil des leichten Bestandteiles in der fliissigen Phase vom Einlaß der Reaktionsbestandteile
zum Produktauslaß sicherzustellen.
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Bei der Bestimmung der Abnahme an Gasvolumen, die zur Ermittlung
des Wertes R ~i führt, sollen Wasserstoff, Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Wasser,
Inerte und der ganze Kohlenwasserstoff und die mit Sauerstoff beladenen Reaktionsprodukte
eingeschlossen, das verdampfte Wärmeabsorptionsmittel dagegen ausgeschlossen werden.
Der schwere Bestandteil der Mischung hat einen im Vergleich zu dem leichten Bestandteil
praktisch zu vernachlässigenden Dampfdruck.
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Die Mischung wird in das Umsetzungsgefäß mit einer Geschwindigkeit
von annähernd
Mol je Stunde eingespeist.
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[R (Nt - Nf)] Mol je Stunde beträgt der leichte Bestandteil, und
der Rest, d. h. RNi Mol je Stunde, ist der schwere Bestandteil.
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Die flüssige Mischung wird annähernd auf Umsetzungstemperatur vorgewärmt,
bevor sie auf das Katalysatorbett gebracht wird. Der verdampfte leichte Bestandteil
verläßt das Gefäß mit den Umsetzungsprodukten und dem nicht umgewandelten Kohlenmonoxyd
und Wasserstoff und wird davon getrennt, worauf er für weitere Benutzung im Kreise
geführt werden kann. Der schwere Bestandteil fließt durch das Bett abwärts und wird
vom Boden des Gefäßes abgezogen. Auch er kann für weitere Benutzung wieder genommen
werden. Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der schwere Bestandteil
bestrebt ist, aus dem Katalysator etwaige wachsartige Umsetzungsprodukte, die sich
gern darauf bilden, zu lösen und zu entfernen.
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Statt eine reine Verbindung als leichten Bestandteil zu benutzen,
kann eine eng siedende flüssige Fraktion benutzt werden. Der schwere Bestandteil
soll einen Anfangssiedepun. kt von mindestens 55° C und vorzugsweise etwa 85° C
über dem Endsiedepunkt der leichten Fraktion haben. Wenn also eine Fischer-Tropsch-Umsetzung
bei einer Temperatur von 204° C und einem Uberatmosphärendruck von 6, 8 at mit einem
Wert von R = 5 durchgeführt wird, soll der leichte Bestandteil einen Dampfdruck
von annähernd 9, 7 at bei 204° C oder einen normalen Siedepunkt von etwa 99° C haben.
Eine gesättigte Kohlenwasserstofffraktion, die von 93 bis Ios° C siedet, würde geeignet
sein. Der schwere Bestandteil könnte dann die Gasölfraktion des Umsetzungsproduktes
sein.
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Beispiel Die folgende Umsetzung wurde bei 227° C und 4, o6 ata unter
Benutzung eines bekannten Katalysators für die Reaktion 17 H2 + 9 CO = C7H16 + CH4
+ CO2 + 7 H2O der Zugrundelegungvon Einführungsverhältnissen der Reaktionsbestandteile
von CO.................. 250 Mol je Stunde H................... 500 Mol je Stunde
Gesamt............... 750 Mol je Stunde (Ni) durchgeführt.
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Die bisherige Erfahrmg hat gezeigt, daß der aus der Reaktionszone
abgezogene Gasstrom ungefähr die folgenden Mengen an Reaktionsprodukten und nicht
umgewandelten Bestandteilen enthalten würde : CO.................. 160 Mol je Stunde
H2 330 Mol je Stunde CHis................ 10 Mol je Stunde C H4 I0 Mol je Stunde
H2 O .................................... 70 Mol je Stunde C02..................
zo Mol je Stunde Gesamt............... 590 Mol je Stunde Die exotherme Reaktionswärme
für die oben angegebene Gleichung bei Vorliegen aller Stoffe in der Dampfphase bei
der Reaktionstemperatur von 227° C betrug bekanntlich 334 500 Kalorien je Mol gebildetes
Heptan (C7H1 «}). Menge und Zusammensetzung eines flüssigen Gemisches von flüchtigen
und nicht
flüchtigen Bestandteilen, die eine gleichförmige Temperatur
innerhalb der ganzen Reaktionszone aufrechterhalten, wurde wie folgt ermittelt :
Die Kontraktion bei der Reaktionsgleichung beträgt 26-pro = 16 Mol, die Reaktionswärme
ist daher 334 500/16 = 20 go6 Kalorien je Mol Kontraktion.
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Nach vorläufiger Schätzung wurde die Verdampfungswärme eines geeigneten
flüchtigen Bestandteiles zu 7000 Kalorien je Mol angenommen. Die vorläufige Schätzung
des Wertes von R ist daher 20 906 = 3,0. Der Dampfdruck des flüchtigen Be-7000 standteiles
bei 227° C soll daher RP 3,0 (4,06 = = 6,09 ata R - 1 2,0 sein.
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Auf Grund bekannter Relationen von Kohlenwasserstoffeigenschaften
wurde geschätzt, daß beispielsweise ein eng siedender Kohlenwasserstoffschnitt mit
diesem Dampfdruck einen normalen Siedepunkt von 140°C haben würde und daß die Verdampfungswärme
eines solchen Schnittes bei 227° C 7250 Kalorien je Mol sein würde. Unter Benutzung
dieses neuen und genaueren Wertes für die Verdampfungswärme ist 2ogo6 7zozo Der
Dampfdruck bei 227° C berechnet sich dann also genauer zu 2,884 (4,06) = 6,21 ata.
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1,884 Eine weitere Heranziehung bekannter Relationen von Kohlenwasserstoffeigenschaften
zeigt, daß ein eng siedender Kohlenwasserstoffschnitt mit diesem Dampfdruck bei
227° C noch einen normalen Siedepunkt von etwa 140°C und eine latente Verdampfungswärme
von etwa 7250 Kalorien je Mol bei 227° C haben würde, so daß keine weiteren Annäherungen
erforderlich waren. Das Molekulargewicht dieses flüchtiben Bestandteiles wurde zu
125 gefunden, und die erforderliche Menge dieses fliichtigen Bestandteiles wurde
berechnet als R (N4 - Nf) = 2, 884 (750-590) = 4gui, Mol je Stunde oder 57, 7 kg
je Stunde.
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Die richtige Menge nicht flüchtigen Bestandteiles wurde berechnet
zu RNi 2,884 # 750 = = 1148 Mol je Stunde.
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R - 1 1,884 Als nicht flüchtiger Bestandteil wurde eine von 260 bis
320° C siedende Kohlenwasserstofffraktion gewählt. Dieses Material besaß, wie sich
zeigte, ein mittleres Molekulargewicht von 250, und die erforderliche Menge betrug
daher 1148 # 250 = 287 kg je Stunde.
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1000 Alle erforderlichen Mengen wurden somit ermittelt.
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Die folgenden Kontrollrechnungen wurden vorgenommen, um nachzuprüfen,
ob das Verfahren, wie beabsichtigt, arbeiten würde : Zusammensetzung der aufströmenden
Dämpfe am Reaktorauslaß : Reaktionsdämpfe ....... 590 Mol je Stunde Dämpfe des flüchtigen.
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Bestandteiles........ 461, 4 Mol je Stunde Gesamt...............
1051, 4 Mol je Stunde Partialdruck des flüchtigen Bestandteiles in der Dampfphase
am Reaktorauslaß 461,4 # 4,06 = = 1,78 ata.
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1051,4 Zusammensetzung der in Berührung mit den Auslaßdämpfen herabSießenden
Flüssigkeit : Flüchtiger Bestandteil.. 461, 4 Mol je Stunde Nicht fliichtiger Bestandteil.........
1148,0 Mol je Stunde Gesamt............... 1609, 4 Mol je Stunde Partialdruck des
flüchtigen Bestandteiles aus der herabfiießenden Flüssigkeit in Berührung mit den
Auslaßdämpfen (unter Anwendung des Raoultschen Gesetzes) : 461,4 # 6,21 = 4-6, 21
= 1, 78 ata.
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1609, 4 Flüssigkeit und Dampf werden daher bei Reaktionstemperatur
von 227° C im Gleichgewicht stehen.
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Berechnet man nun dieselben Mengen für eine Stelle nahe dem Reaktoreinlaß,
wo die Reaktion zu io 0/, abgelaufen ist, so wird die Zusammensetzung des aufströmenden
Dampfes folgende sein : Reaktionsdämpe ..........................................
750- (o, 1) (750-590) = 734 Mol je Stunde Dämpfe des flüchtigen Bestandetiles ......................
461 # 0,1 = 46,1 Mol. je Stunde Gesamt.................................... 780,
1 Mol je Stunde Partialdruck des flüchtigen Bestandteiles in den aufströmenden Dämpfen
: 46,1 # 4,06 = 0,24 ata.
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780,1 Zusammensetzung der herabfließenden Flüssigkeit an der Stelle
der i öligen Umsetzung : Flüchtiger Bestandteil... 46, 1 Mol je Stunde NichtfliichtigerBestandteil
1148,0 Mol je Stunde Gesamt................ 1104, 1 Mol je Stunde
Partialdampfdruck
des flüchtigen Bestandteiles aus der herabfließenden Flüssigkeit an der Stelle der
io°/oigen Umsetzung : 46, 1-6, 21 = o, 24 ata.
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1194,1 Hier stehen also wiederum Flüssigkeiten und Dampf bei der
gewünschten Reaktionstemperatur von 227°C im Gleichgewicht. Wenn das Verfahren in
einem geeigneten Reaktionsgefäß unter Benutzung der Reaktionsbestandteile in den
aufgezeigten Mengenverhältnissen bei den angegebenen Bedingungen und unter Verwendung
einer Kühlmischung der beschriebenen Bestandteile und in den berechneten Mengenverhältnissen
durchgeführt wird, wobei die Mischung auf Reaktionstemperatur vorgewärmt wird, und
wenn ein glatter Fluß sichergestellt wurde, so erwiesen sich die Temperaturen an
der Spitze und am Boden der Reaktionszone und an den Stellen etwa auf ein Drittel
und zwei Drittel des Aufstromes in dem Reaktor als innerhalb einer Abweichung von
2° C von 227° C liegend.
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Zum Zwecke des Vergleiches wurde ein Betrieb, der nicht gemäß der
Erfindung arbeitet, untersucht, wobei unter sonst gleichen Bedingungen die Mengen
an flüchtigem Bestandteil und nicht flüchtigem Bestandteil willkürlich zu 800 bzw.
600 Mol je Stunde gewählt wurden. Dies erforderte eine abermalige Einschätzung der
Eigenschaften des zu benutzenden flüchtigen Bestandteiles. In erster Annäherung
wurde der Dampfdruck eines geeigneten flüchtigen Bestandteiles bei Reaktionstemperatur
und in reinem Zustand unter Beziehung auf den Partialdruck des flüchtigen Bestandteiles
an der Spitze des Reaktors in dem vorstehend beschriebenen Fall berechnet : (800
+ 600) # 1,78 = 4,15 ata.
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600 Ein eng siedender Kohlenwasserstoff mit diesem Dampfdruck würde
einen normalen Sidepunkt von etwa 160° C und eine Verdampfungswärme bei 227° C von
8zoo Kalorien je Mol haben. Die erforderliche Verdampfungswärmemenge in dem Reaktor
würde deshalb betragen 334 500 # 10 (Mol Heptan) = 413 Mol j eStude.
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8100 Ein revidierter Partialdruck des flüchtigen Bestandteiles in
den Auslaßdämpfen wurde dann berechnet zu 413-4. o6...
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4I3 + 590 Der Dampfdruck des reinen flüchtigen Bestandteiles wurde
nochmals zu (800 + 600) # 1,64 = 3,8 ata, 600 entsprechend einem engen Schnitt mit
einem normalen Siedepunkt von etwa I63° C berechnet. Diese Bedingungen ergeben die
gewünschte Temperatur an der Spitze des Reaktors. Berechnet man jedoch die Bedingungen
für die Stelle, an der eine io°/oige Reaktion eingetreten ist, so beträgt der Partialdruck
des fliichtigen Bestandteiles im Dampf = 0,216 ata, (41,3 + 734) während der Partialdampfdruck
des flüchtigen Bestandteiles aus der Flüssigkeit (800 + 41,3 - 413 # 3,8 = 1,58
ata 600 + 800 + 41,3 - 413 beträgt.
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Diese große Differenz zeigt an, daß eine erhebliche weitere Verdampfung
flüchtigen Bestandteiles aus der Flüssigkeit an der Stelle der ledigen Umsetzung
mit der Folge eines großen Temperaturabfalles eintritt.
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Ein unter solchen Bedingungen und Benutzung eines solchen Lösungsmittels
durchgeführter Versuch, die sich eng den vorstehenden Angaben näherten, ergab eine
Temperatur am Reaktorboden, die um ion C niedriger lag als an der Spitze.
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Obgleich die Dampfdrücke und Mengenverhältnisse der Bestandteile
am einfachsten und genauesten durch die vorgenannten Formeln zu bestimmen sind,
können sie auch in anderer Weise ermittelt werden. Zur Erläuterung kann ein verdampfbarer
Bestandteil geeigneter Flüchtigkeit ausgewählt werden unter Berücksichtigung der
Temperatur und des Druckes des Umsetzungsgefäßes, des Einspeisungsverhältnisses
des Reaktionsbestandteiles und des Umwandlungsgrades.
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Das Verhältnis, mit dem der leichte Bestandteil in das Gefäß eingespeist
wird, ist so zu wählen, daß die Menge dieses leichten Bestandteiles gerade ausreicht,
die Umsetzungswärme durch Verdampfung zu absorbieren. Die Flüchtigkeit wird derart
sein, daß die tatsächliche Temperatur in dem Katalysatorbett annähernd gleich der
vorausgewählten oder bestimmten Umsetzungstemperatur ist. Die tatsächliche Temperatur
wird dadurch gleichmäßig gemacht, daß zugleich mit dem leichten Bestandteil die
genaue Menge der nicht flüchtigen Verbindung eingespeist wird. Das letztere Verhältnis
kann ermittelt werden, indem steigende Mengen des nicht flüchtigen Bestandteiles
auf die Decke des Bettes aufgegeben werden und die Temperaturdifferenz zwischen
zwei verschiedenen Punkten in dem Bett notiert wird. Wenn diese Differenz gleich
Null ist, hat man das richtige Verhältnis erreicht. Die Dampfdrucke und Mengenverhältnisse
der Flüssigkeiten entsprechen dann denjenigen, die sich aus den im Anspruch i genannten
Formeln ergeben.
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Als Mittel zur Temperaturregelung werden flüssige Kohlenwasserstoffe
geeigneten Siedebereiches bevorzugt, jedoch können auch andere organische Stoffe,
wie sauerstoffhaltige Verbindungen u. dgl., benutzt werden. Die verwendeten Flüssigkeiten
sollen praktisch unter den in der Umsetzungszone herrschenden Bedingungen inert
sein ; sie sollen während der Umwandlung der gasförmigen Bestandteile im wesentlichen
chemisch unverändert bleiben. Häufig hat sich gezeigt, daß geeignete Fraktionen
der Umsetzungsprodukte den nötigen Anforderungen entsprechen.
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Die Erfindung ist nicht nur auf Verfahren anwendbar, welche exotherme
Gasreaktionen in Gegenwart eines stationären Bettes eines festen Katalysators umfassen,
sondern auch auf Verfahren dieser Art unter Verwendung bewegter Betten von festen
Katalysatoren. Bei Verfahren dieser Art wird der Katalysator durch eine Umsetzungszone
unter Bildung eines einzigen zusammenhängenden Bettes oder einer Reihe kleinerer
Betten befördert. Für die Verfahren nach der Erfindung kann die Wanderungsrichtung
des Katalysators innerhalb des Gefäßes entweder aufwärts oder abwärts sein.
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PATENTANSPRSCHE : z. Verfahren zur Regelung der Temperatur innerhalb
einer Umsetzungszone während der exothermen katalytischen Reaktion von Gasbestandteilen,
bei der eine Nettoabnahme des Volumens an Reaktionsgasen mit fortschreitender Umsetzung
auftritt, mittels Verdampfung einer im Gegenstrom zu den aufwärts strömenden Reaktionsgasen
geführten Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur innerhalb der
ganzen Umsetzungszone dadurch praktisch konstant gehalten wird, daß man ein chemisch
inertes Flüssigkeitsgemisch ungefähr mit der gewünschten Reaktionstemperatur am
oberen Ende in die Reaktionszone im Gegenstrom zu dem Fluß der Reaktionsgase einführt,
das im wesentlichen aus i. einem flüchtigen Bestandteil mit einem Dampfdruck in
reinem Zustand bei der gewünschten Reaktionstemperatur von etwa in einer Menge etwa
R (Ni-Nf) Mol je Stunde und 2. einem nicht flüchtigen Bestandteil, dessen normaler
Siedepunkt mindestens 55° C oberhalb desjenigen des flüchtigen Bestandteiles liegt,
in einer Menge von etwa--*-Mol je Stunde besteht, wobei R im wesentlichen gleich
den Molen verdampfter Flüssigkeit je Mol Abnahme an Gasvolumen der Reaktionspartner,
Ni gleich den Molen gasförmiger Reaktionsbestandteile ist, die je Stunde in die
Umsetzungszone eingeführt werden, Nf gleich den Molen des Erzeugnisses und der nicht
umgewandelten Gase je Stunde ist, welche die Reaktionszone verlassen, und P den
absoluten Druck innerhalb der Umsetzungszone bedeutet.