EP2013194A2 - Verfahren zur herstellung von ethylenoxid in einem mikrokanalreaktor - Google Patents

Verfahren zur herstellung von ethylenoxid in einem mikrokanalreaktor

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Publication number
EP2013194A2
EP2013194A2 EP07727831A EP07727831A EP2013194A2 EP 2013194 A2 EP2013194 A2 EP 2013194A2 EP 07727831 A EP07727831 A EP 07727831A EP 07727831 A EP07727831 A EP 07727831A EP 2013194 A2 EP2013194 A2 EP 2013194A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
microchannel reactor
reactor
ethylene oxide
microchannel
ethylene
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07727831A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Torsten Mäurer
Markus Gitter
Frank Rosowski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Priority to EP07727831A priority Critical patent/EP2013194A2/de
Publication of EP2013194A2 publication Critical patent/EP2013194A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D301/00—Preparation of oxiranes
    • C07D301/02—Synthesis of the oxirane ring
    • C07D301/03—Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds
    • C07D301/04—Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with air or molecular oxygen
    • C07D301/08—Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with air or molecular oxygen in the gaseous phase
    • C07D301/10—Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with air or molecular oxygen in the gaseous phase with catalysts containing silver or gold
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors

Definitions

  • the present invention relates to an improved process for the production of ethylene oxide (EO) in a microchannel reactor, wherein an ethylene-containing material stream and an oxygen or oxygen source-containing material stream fed to the microchannel reactor and in the catalyst-containing microchannel reactor, the reaction takes place to ethylene oxide.
  • EO ethylene oxide
  • ethylene oxide from ethylene is assigned in principle to the reaction class of the epoxidations, which is to be understood as a subclass of the oxidations. Furthermore, a distinction between these terms is not made, which is to be understood by the term oxidation of ethylene, the epoxidation of ethylene.
  • US 2006/0036106 describes the preparation of ethylene oxide by reaction in a microchannel reactor. In general, this procedure may be advantageous, e.g. an improved heat dissipation and an intensified contact of the educt molecules (ethylene and oxygen source) possible.
  • a process for the production of ethylene oxide has been found in a microchannel reactor, wherein an ethylene-containing stream and an oxygen or oxygen source-containing material stream fed to the microchannel reactor and in the catalyst-containing microchannel reactor, the reaction takes place to ethylene oxide, which characterized characterized is that continuously fed to the microchannel reactor alkyl halides in a total concentration of 0.3 to 50 volume ppm, based on the total volume flow of all introduced into the reactor streams.
  • a process for the production of ethylene oxide has been found in a microchannel reactor, wherein an ethylene-containing stream and an oxygen or oxygen source-containing material stream fed to the microchannel reactor and in the catalyst-containing microchannel reactor, the reaction is carried out to ethylene oxide, which is characterized in that nitrogen-containing compounds in a total concentration of 0.3 to 50 ppm by volume, based on the total volume flow of all material streams introduced into the reactor, are continuously fed to the microchannel reactor.
  • the total volume flow to which the concentrations of alkyl halides or nitrogen-containing compounds according to the invention refer here is to be understood as meaning the total volume flow of all material streams introduced into the reactor, in particular O 2, ethylene and optionally contained inert gas components, for example N 2, methane, and If necessary, further existing impurities such as CO2, CO, Ar and H 2 O.
  • the proportion of CO2 possibly present in the total flow of material supplied to the microchannel reactor is suitably kept low. It has been found that a CO 2 concentration of less than 2% by volume, in particular less than 1% by volume, in the microchannel reactor is particularly advantageous for the effectiveness of the inventive production process of ethylene oxide by oxidation of ethylene.
  • both alkyl halides and nitrogen-containing compounds can be fed, the total concentration of these two additional added streams is 0.6-100 ppm by volume, based on the total volume flow of all introduced into the reactor streams, the proportion of alkyl halides prefers about between see 0.1 and 1, more preferably between 0.3 and 1 based on the two supplied streams is.
  • the targeted, continuous addition of alkyl halides and / or nitrogen-containing compounds in the concentration range according to the invention substantially improves the selectivity of the catalyst.
  • the feed of alkyl halides and / or nitrogen-containing compounds according to the invention reduces the formation of CO.sub.2 by total oxidation of ethylene. This advantageously achieves an increase in selectivity of 0.1-10% compared to a process for the oxidation of ethylene to ethylene oxide in the microchannel reactor without the introduction of alkyl halides and / or nitrogen-containing compounds.
  • the activity of the catalyst can be influenced or adjusted by the feed, since it can lead to the formation of a catalyst phase favorable for the oxidation of ethylene.
  • EP 266015 page 11, Table 2 it is disclosed to feed 0.3 to 20 ppm by volume of an alkyl halide as a reaction moderator.
  • Examples which are mentioned in EP 266015, page 11, line 3 1, 2-dichloroethane, vinyl chloride or chlorinated polyphenyl compounds.
  • the concentration range according to the invention proves to be particularly advantageous in the production process for ethylene oxide in a microchannel reactor.
  • concentration of alkyl halide and / or nitrogen-containing compound depends on the specific conditions.
  • the material stream to be supplied according to the invention to alkyl halides or nitrogen-containing compounds depends on the temperature, composition of the feed gas, type of catalysts used and the molecular structure of the alkyl halide or the nitrogen-containing compound.
  • microchannel reactors are suitable for carrying out the process according to the invention.
  • Tube (bundle) or fluidized bed reactors offer microchannel reactors inherent safety, i.e., due to the very small dimensions of the reaction channels (dimension in at least one spatial direction ⁇ 3mm, preferably 1mm). a spread of flames or explosions is not possible (falling below the minimum quench diameter).
  • a reactor design for maximum explosion pressures is eliminated.
  • microchannel reactors allow for more precise temperature control such that e.g. suppresses the formation of hot spots and a driving style with an optimally selected axial temperature profile can be made possible. The passage of the reactor is effectively prevented.
  • Microchannel reactors or microreactors are generally understood to mean reactors whose characteristic dimensions of the reaction channels, i. the dimensions in at least one spatial direction, e.g. Height or width or diameter, in the range of a few microns to a few millimeters, preferably ⁇ 3 mm.
  • microchannel reactors are in principle suitable for reactions with fast kinetics (removal of diffusion limitations), strong heat of reaction (better temperature control) and explosive substances (blown through reactions or explosions not possible). Possibly.
  • microchannel reactors By using microchannel reactors a process intensification (higher space-time yields, product yields, selectivities) is possible. As a result both investment costs (smaller, more compact devices) and variable costs (raw material costs) can be reduced.
  • the inventive design of the production process of ethylene oxide using microchannel reactors advantageously a process intensification can be achieved. This leads u.a. to an increased productivity of the catalyst, i. In the microchannel reactor, an increased space-time yield is achieved compared to conventional tubular reactors at a defined temperature with the same catalyst.
  • the alkyl halides used in the microchannel reactor are preferably vinyl chloride, ethyl chloride, ethylene dichloride or mixtures thereof as reaction moderators. Particularly preferred is ethyl chloride.
  • an increase in the alkyl halide concentration during operation for performance optimization makes sense.
  • nitrogen-containing compounds are NH3, NO, NO2, N2O, N2O3, N2O3, organic nitro compounds such as e.g. Nitromethane, nitroethane, 1- or 2-nitropropane. Particularly preferred is the use of NO.
  • the feeding of nitrogen-containing compounds takes place in particular in combination with a nitrate or nitrite promotion, e.g. Alkali metal nitrate promotion, preferably KNO3, the catalytically active material.
  • a nitrogen-containing compound in a total concentration of 0.3 to 50 ppm by volume, based on the total volume of all introduced into the reactor reactants in particular O2, ethylene and optionally inert gas, such as N2, methane, and if necessary further (in cycle gas) contaminants such as CO2, CO, Ar and H2O.
  • ethylene and optionally inert gas such as N2, methane
  • further (in cycle gas) contaminants such as CO2, CO, Ar and H2O.
  • an increase in the selectivity of 0.1-5% is advantageously achieved in comparison with a process for the oxidation of ethylene to ethylene oxide in the microchannel reactor without feeding nitrogen-containing compound.
  • higher alkanes in the feed such as ethane, propane, butanes and even higher alkanes suppress the positive effect of the alkyl halides fed in.
  • the concentration of the sum of higher alkanes in the feed is therefore preferably less than 5% by volume, more preferably less than 1% by volume. Particularly preferred is a concentration of the sum of higher alkanes in the feed less than 500 ppm by volume.
  • the performance enhancement of the EO catalysts according to the invention by feeding in alkyl halides and / or nitrogen compounds requires precise, continuous metering.
  • the metering is usually carried out by feeding the alkyl halides and / or the nitrogen compounds through the inlet gas at the reactor inlet.
  • decomposition or oxidation of the alkyl halides and / or the nitrogen compounds can occur, so that the effective concentration of the metered alkyl halides and / or the nitrogen compounds can vary over the reactor length.
  • accumulation of the alkyl halides and / or the nitrogen compounds on the catalyst by e.g. Overdose due to excessive input concentration, come, which can lead to a reduced catalyst performance.
  • the optimum concentration of the fed alkyl halides and / or nitrogen compounds over the entire reactor length is then possibly no longer guaranteed.
  • the alkyl halides or the alkyl halides and / or the nitrogen compounds are passed in a stepped manner over the reactor length in the reaction space.
  • a very accurate, partial metering of the alkyl halides and / or the nitrogen compounds is possible.
  • a favorable for the / the catalyst (s) and / or operating point (e) concentration profile over the reactor length (concentration falling, constant or increasing) set and a further improved performance of the EO catalysts can be achieved.
  • the gradual addition can be ensured, for example, by dividing the total amount of alkyl halides and / or nitrogen compounds to be metered into equal or different partial streams, wherein a partial stream is metered into the reactor inlet via the input gas and at least one further partial stream is metered at a metering point or is metered in more than two streams several dosing points after the reactor inlet into the reactor.
  • the arrangement of the metering points for the partial streams after the reactor inlet is advantageously carried out along the reactor length so that optimum catalyst performance, ie in particular maximum selectivity, is achieved over the entire catalyst mass.
  • the total flow can be divided into four partial flows, the reactor length LR being divided into four sections, for example the length LR / 4.
  • the first partial stream is metered into the first reactor section via the reactor inlet.
  • the further three partial streams are then metered into the three reactor sections following the first reactor section after a reactor length of L R / 4 or 2 * L R / 4 or 3 * L R / 4.
  • the exothermic oxidation of ethylene to ethylene oxide according to the invention in the microchannel reactor is coupled with an endothermic reaction in order to be able to use or remove the heat released in the EO synthesis.
  • Coupling in this context means a thermal coupling.
  • both the exothermic reaction for producing the ethylene oxide and the thermally coupled endothermic reaction in the microchannel reactor preferably take place in adjacent reaction channels. The fact that these two reactions take place within the microchannel reactor in possibly adjacent reaction channels, a good heat exchange over the walls of the reaction channels is ensured, whereby the effectiveness of the overall process is further improved.
  • reaction channels for the coupling of exothermic and endothermic reaction in a microchannel reactor is known in the art. Information on this can be found, for example, in US 2006/0036106 A1, page 16, paragraph 143. Therein it is disclosed that for the heat removal of the exothermic ethylene epoxidation to ethylene oxide can either use a suitable and well-known heat transfer medium or thermally coupled the reaction with endothermic reactions. As examples, steam reforming reactions and dehydrogenation reaction are generally mentioned.
  • the thermal coupling is achieved by a reforming reaction of an alcohol, since this reaction proceeds in the same temperature range as the production of ethylene oxide.
  • the product of the reforming reaction comprises H2 and CO, but these substances can not be used in the process for producing ethylene oxide.
  • US 2006/0036106 A1 page 4, paragraph 68, proposes to precede the ethylene oxide production in the microchannel reactor by an oxidative dehydrogenation of ethane ("upstream"), the ethylene thus formed together with an oxygen source via the EO catalyst
  • this above-mentioned reaction proves to be disadvantageous in the course of its use with the production of ethylene oxide according to the invention
  • the ethylene obtained in the oxidative dehydrogenation of ethane can be used as starting material for the production of ethylene oxide
  • the exothermic production of ethylene oxide is thermally coupled with the endothermic reaction of the dehydration of ethanol in the manner described above.
  • This proves to be particularly advantageous because it can be obtained as a product ethylene with very high yields.
  • the ethylene formed can be fed to the ethylene oxide synthesis.
  • the formed ethylene is separated after separation by e.g. Condensation of the water formed in the dehydration and / or other resulting products fed to the ethylene oxide synthesis.
  • ethylene can be made by steam cracking of oil or naphtha or by steam cracking of ethane.
  • Ethylene can also be prepared by catalytic, oxidative or autothermal dehydrogenation of ethane.
  • Other methods of making ethylene are the oxidative coupling of methane or metathesis reactions, higher olefins such as e.g. Propene.
  • the major disadvantage of all these methods is the dependence on fossil resources such as e.g. Oil and natural gas.
  • ethylene can also be prepared by catalytic dehydration of ethanol in addition to the methods mentioned.
  • the catalytic dehydration of ethanol is an endothermic reaction.
  • oxidic catalysts eg Al 2 O 3 , ZrO 2 (BuII.Soc.Chem.Jpn. 1975, 48, 3377
  • salts sulfates (J.Cal. 1971, 22, 23)
  • phosphates Kinet 1964, 5, 347
  • hetero polyphosphoric acids
  • ion exchange resins or supported mineral acids in the temperature range up to 400 ° C are used.
  • Particularly preferred catalysts for the dehydration of ethanol are zeolites which can be used in the temperature range from 200 to 300 ° C. (eg ZSM-5 (J. Catal. 1978, 53, 40), selectivity: 98%, conversion: 100% ).
  • the synthesis of EO on silver catalysts usually takes place in the temperature range of 200-300 ° C. It is therefore a particularly advantageous embodiment of the inventive method to couple the exothermic synthesis of ethylene oxide from ethylene in the microchannel reactor with an endothermic, catalytic dehydration of ethanol to ethylene.
  • coupling is again to be understood as meaning the above-described thermal coupling in preferably adjacent microchannels.
  • silver-containing catalysts As catalysts in microchannel reactors all for the production of ethylene oxide from ethylene and oxygen generally suitable silver-containing catalysts, optionally with a suitable support material can be used.
  • a suitable support material As examples of common and promoter-doped silver catalysts suitable for our process, e.g. the silver catalysts of DE-A 23 00 512, DE-A 25 21 906, EP-A 14 457, DE-A 24 54 972, EP-A 172 565, EP-A 357 293, EP-A 1 1 356, EP A 85 237, DE-A 25 60 684, DE-A 27 53 359 and EP 266015 may be mentioned.
  • Particularly suitable promoters for EO catalysts are the elements nitrogen, sulfur, phosphorus, boron, fluorine, Group IA metals, Group IIA metals, rhenium, molybdenum, tungsten, chromium, nickel, copper, platinum, palladium, titanium, hafnium , Zirconium, vanadium, thallium, thorium, tantalum, niobium, gallium, indium, tin and germanium and mixtures thereof.
  • examples are silver catalysts having a silver content of 5 to 50 wt .-%, in particular from 6 to 30 wt.%, Based on the total catalyst composition, a content of the light alkali metals lithium and / or sodium from 1 to 5000 ppm by weight, the content of the heavy alkali metals rubidium and / or cesium from 1 to 5000 ppm by weight, a content of tungsten from 1 to 5000 ppm by weight, a content of molybdenum from 1 to 3000 ppm by weight and / or a content of rhenium of 1 to 10,000 ppm by weight and a content of sulfur and / or phosphorus and / or boron of 1 to 3000 ppm by weight, based on the total catalyst mass called.
  • any porous material which is stable under the conditions of the ethylene oxide synthesis for example activated carbon, aluminum oxides, titanium, zirconium or silicon dioxides or other ceramic compositions or corresponding mixtures, can be used as the carrier material.
  • activated carbon aluminum oxides, titanium, zirconium or silicon dioxides or other ceramic compositions or corresponding mixtures
  • silver in the form of, for example, a film or a mesh or felt can be used as a catalyst in the microchannel reactor.
  • the inventive method provides an effective and procedurally simple way of producing ethylene oxide in a microchannel reactor.
  • the targeted, continuous addition of alkyl halides and / or nitrogen-containing compounds in the claimed range a particularly high increase in the effectiveness is achieved. These advantages are further increased in the case of a gradual addition.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Ethylenoxid in einem Mikrokanalreaktor, wobei man einen Ethylen enthaltenden Stoffstrom und einen Sauerstoff oder eine Sauerstoffquelle enthaltenden Stoffstrom dem Mikrokanalreaktor zuleitet und in dem den Katalysator enthaltenden Mikrokanalreaktor die Umsetzung zu Ethylenoxid erfolgt, wobei man dem Mikrokanalreaktor Alkylhalogenide in einer Konzentration von 0,3 bis 50 Volumen ppm bezogen auf den Gesamtvolumenstrom aller in den Reaktor eingeleiteten Stoffströme kontinuierlich zuleitet.

Description

Verfahren zur Herstellung von Ethylenoxid in einem Mikrokanalreaktor
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Ethylenoxid (EO) in einem Mikrokanalreaktor, wobei man einen Ethylen enthaltenden Stoffstrom und einen Sauerstoff oder eine Sauerstoffquelle enthaltenden Stoffstrom dem Mikrokanalreaktor zuleitet und in dem den Katalysator enthaltenden Mikrokanalreaktor die Umsetzung zu Ethylenoxid erfolgt.
Die Herstellung von Ethylenoxid aus Ethylen wird prinzipiell der Reaktionsklasse der Epoxidationen zugeordnet, die als Unterklasse der Oxidationen zu verstehen ist. Im Weiteren wird eine Unterscheidung dieser Begriffe nicht vorgenommen, wobei unter dem Begriff Oxidation von Ethylen die Epoxidation von Ethylen zu verstehen ist.
Für die Herstellung von Ethylenoxid sind verschiedene Herstellverfahren bekannt und beschrieben. So findet die technische Ethylenoxidherstellung durch Gasphasenepoxi- dation von Ethylen mit molekularem Sauerstoff üblicherweise in außengekühlten Rohrbündelreaktoren mit Rohrdurchmessern von 20 bis 50 mm als auch Reaktoren mit lo- ser Katalysatorschüttung und Kühlrohren, beispielsweise die Reaktoren gemäß
DE-A 34 14 717, EP-A 82 609 und EP-A 339 748, statt. Dabei wird etwa 10 - 20 % des in den Reaktor eingespeisten Ethylens zu Ethylenoxid und dem unerwünschten Nebenprodukt Kohlendioxid umgesetzt. Üblicherweise werden die nicht umgesetzten Edukte in einem Kreisgas zurückgeführt (vgl. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry; 5th Ed.; Vol. A10; S. 1 17-135, 123-125; VCH Verlagsgesellschaft; Weinheim 1987).
In der US 2006/0036106 wird die Herstellung von Ethylenoxid durch Umsetzung in einem Mikrokanalreaktor beschrieben. Generell kann diese Verfahrensweise vorteilhaft sein, so ist z.B. eine verbesserte Wärmeabfuhr sowie ein intensivierter Kontakt der Eduktmoleküle (Ethylen und Sauerstoffquelle) möglich.
Die bekannten Herstellverfahren von Ethylenoxid in einem Mikrokanalreaktor erweisen sich jedoch in der Praxis als verfahrenstechnisch aufwändig bei dem Ziel, eine hohe Effektivität zu erreichen. Für die Gewährleistung hoher Raum-Zeit-Ausbeuten sind relativ hohe Reaktionstemperaturen erforderlich, was sich jedoch nachteilig auf die Selektivität hinsichtlich des Ethylenoxids auswirken könnte. In der EP 266015, Seite 11 , Tabelle 2 wird beispielsweise für den Temperaturbereich des Katalysators 180 - 325°C offenbart. Bei hohen Reaktionstemperaturen besteht in konventionellen Reaktoren zu- dem die Gefahr, dass die produzierte Reaktionswärme nicht in ausreichendem Maße abgeführt werden kann. Als Folge kann es zum Durchgehen des Reaktors kommen. Es stellte sich somit die Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Ethy- lenoxid in einem Mikrokanalreaktor zu finden, welches die genannten Nachteile vermeidet und das eine verfahrenstechnisch einfache und effektive Herstellung von Ethy- lenoxid ermöglicht.
Demgemäß wurde ein Verfahren zur Herstellung von Ethylenoxid in einem Mikrokanal- reaktor gefunden, wobei man einen Ethylen enthaltenden Stoffstrom und einen Sauerstoff oder eine Sauerstoffquelle enthaltenden Stoffstrom dem Mikrokanalreaktor zuleitet und in dem den Katalysator enthaltenden Mikrokanalreaktor die Umsetzung zu Ethy- lenoxid erfolgt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man dem Mikrokanalreaktor Alkylhalogenide in einer Konzentration von insgesamt 0,3 bis 50 Volumen ppm, bezogen auf den Gesamtvolumenstrom aller in den Reaktor eingeleiteten Stoffströme kontinuierlich zuleitet.
In einer alternativen Ausgestaltung wurde ein Verfahren zur Herstellung von Ethylenoxid in einem Mikrokanalreaktor gefunden, wobei man einen Ethylen enthaltenden Stoffstrom und einen Sauerstoff oder eine Sauerstoffquelle enthaltenden Stoffstrom dem Mikrokanalreaktor zuleitet und in dem den Katalysator enthaltenden Mikrokanalreaktor die Umsetzung zu Ethylenoxid erfolgt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man dem Mikrokanalreaktor stickstoffhaltige Verbindungen in einer Konzentration von insgesamt 0,3 bis 50 Volumen ppm, bezogen auf den Gesamtvolumenstrom aller in den Reaktor eingeleiteten Stoffströme kontinuierlich zuleitet.
Unter dem Gesamtvolumenstrom, auf den sich hierbei die erfindungsgemäßen Kon- zentrationen von Alkylhalogeniden bzw. stickstoffhaltigen Verbindungen beziehen, ist hier der Gesamtvolumenstrom aller in den Reaktor eingeleiteten Stoffströme zu verstehen, insbesondere O2, Ethylen sowie ggf. enthaltene Inertgaskomponenten, z.B. N2, Methan, und ggf. weiterer vorhandener Verunreinigungen wie z.B. CO2, CO, Ar und H2O.
Der Anteil des gegebenenfalls vorhandenen CO2 im dem Mikrokanalreaktor zugeführten Gesamtstoffstrom ist geeigneterweise gering zu halten. Es wurde gefunden, dass eine CO2 Konzentration von weniger als 2 Vol.-%, insbesondere weniger als 1 Vol.-% im Mikrokanalreaktor besonders vorteilhaft ist für die Effektivität des erfindungsgemä- ßen Herstellverfahrens von Ethylenoxid durch Oxidation von Ethylen.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch sowohl Alkylhalogenide als auch stickstoffhaltige Verbindungen zugeführt werden, die Gesamtkonzentration dieser beiden zusätzlich zugefügten Stoffströme beträgt hierbei 0,6 - 100 Volumen ppm bezogen auf den Gesamtvolumenstrom aller in den Reaktor eingeleiteten Stoffströme, wobei der Anteil an Alkylhalogeniden bevorzugt etwa zwi- sehen 0,1 und 1 , besonders bevorzugt zwischen 0,3 und 1 bezogen auf die beiden zugeführten Stoffströme liegt.
Durch die gezielte, kontinuierliche Zugabe von Alkylhalogeniden und/oder stickstoffhal- tigen Verbindungen in dem erfindungsgemäßen Konzentrationsbereich wird die Selektivität des Katalysators nachhaltig verbessert. Durch die erfindungsgemäße Einspei- sung von Alkylhalogeniden und/oder stickstoffhaltigen Verbindungen wird die Bildung von CO2 durch Totaloxidation des Ethylens vermindert. Hierdurch wird vorteilhafterweise eine Steigerung der Selektivität von 0,1 - 10 % im Vergleich zu einem Verfahren zur Oxidation von Ethylen zu Ethylenoxid im Mikrokanalreaktor ohne Einspeisung von Alkylhalogeniden und/oder stickstoffhaltigen Verbindungen erzielt. Auch die Aktivität des Katalysators kann durch die Einspeisung beeinflusst bzw. eingestellt werden, da es zur Ausbildung einer für die Oxidation von Ethylen günstigen Katalysatorphase kommen kann.
Die erfindungsgemäße, gezielte kontinuierliche Zuführung dieser Stoffe in dem beanspruchten Konzentrationsbereich zur Verbesserung des Herstellverfahrens wurde von dem Fachmann bei einem Herstellprozess in einem Mikrokanalreaktor nicht in Erwägung gezogen.
In der US 2006/0036106 findet sich lediglich ein allgemeiner, knapper Hinweis, dass der Zulaufstrom ein Alkylhalogenid enthalten könne (Seite 4, Absatz 0066). Hinsichtlich der positiven Wirkungen, welche sich bei der Verwendung im erfindungsgemäßen Konzentrationsbereich im Zuge einer gezielten, kontinuierlichen Zuführung ergeben können, findet der Fachmann keinerlei Hinweise.
In der EP 266015, Seite 1 1 , Tabelle 2 wird offenbart, 0,3 bis 20 Volumen ppm eines Alkylhalogenids als Reaktionsmoderator einzuspeisen. Als Beispiele sind in EP 266015, Seite 11 , Zeile 3 1 ,2-Dichlorethan, Vinylchlorid oder chlorierte Polyphenyl- Verbindungen genannt.
Der erfindungsgemäße Konzentrationsbereich erweist sich bei dem Herstellprozess für Ethylenoxid in einem Mikrokanalreaktor als besonders vorteilhaft. Im Fall geringerer Konzentrationen kommt es zu einer vermehrten Bildung von CO2 durch Totaloxidation des Ethylens, welche ggf. die Selektivität stark vermindert. Auch die Aktivität des Katalysators kann negativ beeinflusst werden, da es nicht oder nur verzögert zur Ausbildung der Aktivphase kommt. Im Fall höherer Konzentrationen kann es zu einer Anreicherung der Alkylhalogenide am Katalysator durch z.B. Überdosierung kommen, welche zu einer verminderten Katalysatoraktivität und oder Selektivität bis hin zu einer Katalysatorvergiftung führen. Die sich für das erfindungsgemäße Verfahren besonders empfehlende Konzentration an Alkylhalogenid und/oder stickstoffhaltiger Verbindung hängt von den konkreten Bedingungen ab. So hängt der erfindungsgemäß zuzuführende Stoffstrom an Alkylhalo- geniden bzw. stickstoffhaltigen Verbindungen von der Temperatur, Zusammensetzung des Feedgases, Art der verwendeten Katalysatoren und der molekularen Struktur des Alkylhalogenids bzw. der stickstoffhaltigen Verbindung ab.
Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sich allgemein bekannte Mikrokanalreaktoren. Im Gegensatz zu konventionellen Reaktionsapparaten, z.B. Rohr(bündel)- oder Wirbelbett-Reaktoren, bieten Mikrokanalreaktoren aufgrund der sehr kleinen Abmessungen der Reaktionskanäle (Dimension in mindestens einer Raumrichtung < 3 mm, bevorzugt 1 mm) eine inhärente Sicherheit, d.h. eine Ausbreitung von Flammen bzw. Explosionen ist nicht möglich (Unterschreiten des minimalen Quenchdurchmessers). Für die Prozessführung bedeutet dies eine größere Freiheit hinsichtlich der Wahl des Verhältnisses Organik / Sauerstoff bzw. Luft, da Explosionsgrenzen innerhalb des Reaktors nicht berücksichtigt bzw. nicht eingehalten werden müssen. Eine Reaktorauslegung auf maximale Explosionsdrücke entfällt. Weiterhin führen kurze Diffusionswege innerhalb der Mikrostrukturen zu stark verbesserten Stoff- und Wärmeübergängen, die um ein Vielfaches über jenen von herkömmlichen Reakti- onsapparaten liegen können. Entsprechend entfallen weitgehend Transportlimitierun- gen, die häufig in konventionellen Rohrbündelreaktoren auftreten. Darüber hinaus ermöglicht das hohe Wärmeabfuhrpotenzial von Mikrokanal-Reaktoren eine präzisere Temperaturkontrolle, so dass z.B. die Ausbildung von Hot-spots unterdrückt und eine Fahrweise mit einem optimal gewählten axialen Temperaturprofil ermöglicht werden kann. Das Durchgehen des Reaktors wird wirkungsvoll unterbunden.
Umfangreiche Beschreibungen zur Gestaltung von Mikrokanalreaktoren, welche sich hinsichtlich ihres grundsätzlichen Aufbaus für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen, finden sich beispielsweise in der US 2006/0036106 A1 sowie in der WO 02/18042 A1 , worauf hiermit Bezug genommen wird.
Unter Mikrokanalreaktoren bzw. Mikroreaktoren, werden allgemein Reaktoren verstanden, deren charakteristischen Abmessungen der Reaktionskanäle, d.h. die Abmessungen in zumindest einer Raumrichtung, z.B. Höhe oder Breite bzw. Durchmesser, im Bereich von einigen Mikrometern bis wenigen Millimetern, bevorzugt < 3 mm liegen.
Auch in großtechnischen Anwendungen bleiben die charakteristischen Abmessungen des Reaktionsraumes erhalten. Die Kapazitätserweiterung erfolgt durch Numbering-up, so dass kosten- und zeitintensives Scale-up entfällt. Die Größe einer Produktionsanla- ge ist somit flexibel und kann bedarfsgerecht und kostengünstig angepasst werden. Zur Einbringung von Katalysatoren in Mikrokanäle gibt es unterschiedliche Konzepte (Wandbeschichtungen mit Aktivmaterialen, Mikro-Festbetten, Metallfolien, usw.). Aufgrund der genannten Mikroeffekte eignen sich Mikrokanalreaktoren prinzipiell für Reaktionen mit schneller Kinetik (Aufhebung von Diffusionlimitierungen), starker Wärmetönung (bessere Temperaturkontrolle) und explosionsgefährlichen Stoffen (Durchgehreaktionen bzw. Explosionen nicht möglich). Ggf. ist durch Einsatz von Mikrokanal- reaktoren eine Prozessintensivierung (höhere Raum-Zeit-Ausbeuten, Produktausbeuten, Selektivitäten) möglich. Dadurch können sowohl Investitionskosten (kleinere, kompaktere Apparate) als auch variable Kosten (Rohstoffkosten) reduziert werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Herstellverfahrens von Ethylenoxid unter Verwendung von Mikrokanalreaktoren kann vorteilhafterweise eine Prozessintensivierung erzielt werden. Diese führt u.a. zu einer erhöhten Produktivität des Katalysators, d.h. im Mikrokanalreaktor wird im Vergleich zu konventionellen Rohrreaktoren bei einer definierten Temperatur mit dem gleichen Katalysator eine erhöhte Raum-Zeit- Ausbeute erzielt.
Es wurde gefunden, dass sich bei der Herstellung von Ethylenoxid unter vergleichbaren Prozessbedingungen im Falle der Verwendung eines Mikrokanalreaktors eine im Vergleich zu konventionellen Rohrreaktoren auf bis zu 50 Volumen ppm erhöhte Alkyl- halogenid-Konzentration besonders vorteilhaft auf die Selektivität und Aktivität des Ka- talysators auswirkt. Hier wird vorteilhafterweise eine Steigerung der Selektivität von 0,1 - 5 % im Vergleich zu einem Verfahren zur Oxidation von Ethylen zu Ethylenoxid im Mikrokanalreaktor ohne erhöhte Einspeisung von Alkylhalogeniden erzielt.
Als Alkylhalogenide werden dabei im Mikrokanalreaktor bevorzugt Vinylchlorid, Ethyl- chlorid, Ethylendichlorid oder Gemische davon als Reaktionsmoderatoren eingespeist. Besonders bevorzugt ist hierbei Ethylchlorid.
Gegebenenfalls ist auch eine Erhöhung der Alkylhalogenid-Konzentration im Betrieb zur Performanceoptimierung sinnvoll.
Eine zu den Alkylhalogeniden zusätzliche Einspeisung von 0,3 - 50 Volumen ppm stickstoffhaltiger Verbindungen wirkt sich darüber hinaus positiv auf die Katalysatorperformance im Mikrokanalreaktor aus. Bevorzugte Stickstoffverbindungen sind NH3, NO, NO2, N2O, N2O3, N2O3, organische Nitroverbindungen wie z.B. Nitromethan, Nitroethan, 1- oder 2-Nitropropan. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von NO. Die Einspeisung von stickstoffhaltigen Verbindungen erfolgt insbesondere in Kombination mit einer Nitrat- oder Nitrit-Promotierung, z.B. Alkalimetallnitrat-Promotierung, bevorzugt KNO3, der katalytisch aktiven Masse.
Es kann sich auch empfehlen, erfindungsgemäß nur eine stickstoffhaltige Verbindung in einer Konzentration von insgesamt 0,3 bis 50 Volumen ppm, bezogen auf den Gesamtvolumenstrom aller in den Reaktor eingeleiteten Edukte insbesondere O2, Ethylen sowie ggf. Inertgaskomponenten, z.B. N2, Methan, und ggf. weiterer (im Kreisgas) vor- handener Verunreinigungen wie z.B. CO2, CO, Ar und H2O, beizufügen. Auch hier wird vorteilhafterweise eine Steigerung der Selektivität von 0,1 - 5 % im Vergleich zu einem Verfahren zur Oxidation von Ethylen zu Ethylenoxid im Mikrokanalreaktor ohne Ein- speisung stickstoffhaltiger Verbindung erzielt.
Obwohl im Feedgas Methan als Inertgas eingesetzt werden kann, unterdrücken im Feed befindliche höhere Alkane wie z.B. Ethan, Propan, Butane und noch höhere Al- kane die positive Wirkung der eingespeisten Alkylhalogenide. Die Konzentration der Summe an höheren Alkanen im Feed ist deshalb bevorzugt kleiner 5 Vol.-%, beson- ders bevorzugt kleiner 1 Vol.-%. Insbesondere bevorzugt ist eine Konzentration der Summe an höheren Alkanen im Feed kleiner 500 Volumen ppm. Unter „höheren Alkanen" sind in diesem Zusammenhang alle gesättigten Kohlenwasserstoffe zu verstehen, deren Summenformel entsprechend der Formel CnR2n+2 mit R = H, wobei n >_ 2 ist. Durch die Reduzierung des Gehalts an höheren Alkanen kann somit das erfindungs- gemäße Verfahren in seiner Effektivität weiter gesteigert werden.
Auch im Falle einer geringeren Zufuhr von Alkylhalogeniden oder gar keiner Zugabe von Alkylhalogeniden erweist sich die Verringerung des Gehalts an höheren Alkanen im Feed als vorteilhaft.
Die erfindungsgemäße Performancesteigerung der EO-Katalysatoren durch Einspei- sung von Alkylhalogeniden und/oder Stickstoffverbindungen bedarf einer genauen, kontinuierlichen Dosierung. Üblicherweise erfolgt die Dosierung durch Einspeisung der Alkylhalogenide und/oder der Stickstoffverbindungen durch das Eingangsgas am Re- aktoreingang. Unter Reaktionsbedingungen kann es jedoch zur Zersetzung bzw. Oxidation der Alkylhalogenide und/oder der Stickstoffverbindungen kommen, so dass die effektive Konzentration der dosierten Alkylhalogenide und/oder der Stickstoffverbindungen über die Reaktorlänge variieren kann. Darüber hinaus kann es zu einer Anreicherung der Alkylhalogenide und/oder der Stickstoffverbindungen am Katalysator durch z.B. Überdosierung durch zu hohe Eingangskonzentration, kommen, welche zu einer verminderten Katalysatorleistung führen kann. Die optimale Konzentration der eingespeisten Alkylhalogenide und/oder Stickstoffverbindungen über die gesamte Reaktorlänge ist dann ggf. nicht mehr gewährleistet.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden deshalb die Alkylhalogenide bzw. die Alkylhalogenide und/oder die Stickstoffverbindungen gestuft über die Reaktorlänge in den Reaktionsraum geleitet. Durch diese spezielle Ausführungsform ist eine sehr genaue, abschnittsweise Dosierung der Alkylhalogenide und/oder der Stickstoffverbindungen möglich. Somit kann ein für den/die Katalysator(en) und/oder Betriebs- punkt(e) günstiges Konzentrationsprofil über die Reaktorlänge (Konzentration fallend, konstant oder ansteigend) eingestellt und eine nochmals verbesserte Performance der EO-Katalysatoren erzielt werden. Die gestufte Zugabe kann man beispielsweise dadurch gewährleisten, dass man die Gesamtmenge an zu dosierenden Alkylhalogeniden und/oder der Stickstoffverbindungen in gleich oder unterschiedlich große Teilströme aufteilt, wobei ein Teilstrom über das Eingangsgas in den Reaktoreingang dosiert wird und zumindest ein weiterer Teilstrom an einer Dosierungsstelle oder bei mehr als zwei Teilströmen mehreren Dosierungsstellen nach dem Reaktoreingang in den Reaktor zudosiert wird. Die Anordnung der Dosierungsstellen für die Teilströme nach dem Reaktoreingang wird vorteilhaft so entlang der Reaktorlänge durchgeführt, dass über die gesamte Katalysatormasse eine optimale Katalysatorperformance, d.h. insbesondere eine maximale Selektivität erzielt wird.
Beispielsweise kann der Gesamtstrom in vier Teilströme geteilt werden, wobei die Reaktorlänge LR in vier Abschnitte z.B. der Länge LR/4 geteilt wird. Der erste Teilstrom wird über den Reaktoreingang in den ersten Reaktorabschnitt dosiert. Die weiteren drei Teilströme werden dann in die, dem ersten Reaktorabschnitt folgenden, drei Reaktorabschnitte nach einer Reaktorlänge von LR/4 bzw. 2*LR/4 bzw. 3*LR/4 zudosiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die erfindungsgemäße exotherme Oxidation von Ethylen zu Ethylenoxid im Mikrokanalre- aktor mit einer endothermen Reaktion gekoppelt, um die bei der EO-Synthese freiwerdende Wärme nutzen bzw. abführen zu können. Unter Kopplung ist in diesem Zusammenhang eine thermische Kopplung zu verstehen. Hierbei finden sowohl die exotherme Reaktion zur Herstellung des Ethylenoxids als auch die thermisch gekoppelte en- dotherme Reaktion im Mikrokanalreaktor bevorzugt in benachbarten Reaktionskanälen statt. Dadurch, dass diese beiden Reaktionen innerhalb des Mikrokanalreaktors in ggf. benachbarten Reaktionskanälen stattfinden, wird ein guter Wärmeaustausch über die Wände der Reaktionskanäle gewährleistet, wodurch die Effektivität des Gesamtverfahrens weiter verbessert wird. Die konkrete Ausgestaltung solcher Reaktionskanäle für die Kopplung von exothermer und endothermer Reaktion in einem Mikrokanalreaktor ist dem Fachmann bekannt. Hinweise dazu finden sich beispielsweise in der US 2006/0036106 A1 , Seite 16, Absatz 143. Darin wird offenbart, dass man zur Wärmeabfuhr der exothermen Ethylenepoxidation zu Ethylenoxid entweder ein geeignetes und allgemein bekanntes Wärmeträgermedium einsetzen kann oder die Reaktion mit endothermen Reaktionen thermisch koppelt. Als Beispiele werden Steam-Reforming- Reaktionen und Dehydrierungs-Reaktion im Allgemeinen genannt. Bevorzugt wird die thermische Kopplung durch eine Reformierungsreaktion eines Alkohols erreicht, da diese Reaktion im gleichen Temperatur-Bereich abläuft wie die Herstellung von Ethylenoxid. Das Produkt aus der Reformierungsreaktion umfasst jedoch H2 und CO, diese Stoffe können so aber nicht im Verfahren zur Herstellung von Ethylenoxid genutzt werden. Weiterhin wird in der US 2006/0036106 A1 , Seite 4, Absatz 68, vorgeschlagen, der Ethylenoxid-Herstellung im Mikrokanalreaktor eine oxidative Dehydrierung von Ethan vorzuschalten („upstream"), wobei das so gebildete Ethylen zusammen mit einer Sauerstoffquelle über den EO-Katalysator geleitet werden kann um Ethylenoxid zu erhal- ten. Diese erwähnte, vorgeschaltete Reaktion erweist sich jedoch im Zuge der Verwendungsmöglichkeit mit der erfindungsgemäßen Herstellung von Ethylenoxid als nachteilig. So kann zwar grundsätzlich das bei der oxidativen Dehydrierung von Ethan gewonnene Ethylen als Einsatzstoff für die Herstellung von Ethylenoxid eingesetzt werden, das ggf. hierbei jedoch noch enthaltene Ethan verschlechtert wie bereits vor- stehend geschildert die positive Wirkung der eingespeisten Alkylhalogenide beträchtlich. Es ist somit ein zusätzlicher Reinigungsschritt nach der oxidativen Dehydrierung von Ethan erforderlich.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die exotherme Herstellung von Ethylenoxid mit der endothermen Reaktion der Dehydrati- sierung von Ethanol thermisch in der vorstehend geschilderten Weise gekoppelt. Dies erweist sich als besonders vorteilhaft, da hierbei als Produkt Ethylen mit sehr hohen Ausbeuten erhalten werden kann. Weiter von Vorteil ist, dass das gebildete Ethylen der Ethylenoxid-Synthese zugeführt werden kann. Bevorzugt wird das gebildete Ethylen nach Abtrennung durch z.B. Kondensation des bei der Dehydratisierung entstandenen Wassers und/oder anderer entstandener Produkte der Ethylenoxid-Synthese zugeführt.
Allgemein kann Ethylen durch Steam-Cracking von Öl bzw. Naphtha oder durch Steam-Cracking von Ethan hergestellt werden. Ethylen kann auch durch katalytische, oxidative oder autotherme Dehydrierung von Ethan dargestellt werden. Weitere Verfahren zur Herstellung von Ethylen sind die oxidative Kopplung von Methan oder Metathese-Reaktionen höhere Olefine wie z.B. Propen. Wesentlicher Nachteil aller dieser Verfahren ist die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen wie z.B. Öl und Erdgas.
Neben den genannten Verfahren kann Ethylen jedoch auch durch katalytische Dehydratisierung von Ethanol dargestellt werden. Die katalytischen Dehydratisierung von Ethanol ist eine endotherm verlaufende Reaktion. Als Katalysatoren können oxidische Katalysatoren (z.B. AI2O3, ZrO2 (BuII. Soc. Chem. Jpn. 1975, 48, 3377), Salze (Sulfate (J. Catal. 1971 , 22, 23), Phosphate (Kinet. Katal. 1964, 5, 347), (Hetero)polyphosphor- säuren (Chem. Lett. 1981 , 391.; Ind. Eng. Chem., Prod. Res. Dev. 1981 , 20, 734.
(S: >97 %, Y: >90 %, T: <300°C), Ionenaustauscher-Harze oder geträgerte Mineralsäuren im Temperaturbereich bis 400°C eingesetzt werden. Besonders bevorzugte Katalysatoren für die Dehydratisierung von Ethanol sind Zeolithe die im Temperaturbereich von 200 - 300°C eingesetzt werden können (z.B. ZSM-5 (J. Catal. 1978, 53, 40), Se- lektivität: 98 %, Umsatz: 100 %). Die Synthese von EO an Silberkatalysatoren findet üblicherweise im Temperaturbereich von 200 - 300°C statt. Es ist deshalb eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die exotherme Synthese von Ethylenoxid aus Ethylen im Mikrokanalreaktor mit einer endothermen, katalytischen Dehydratisierung von Ethanol zu Ethylen zu koppeln. Hierbei ist unter „koppeln" wiederum die vorstehend erläuterte thermische Kopplung in bevorzugt benachbarten Mikrokanälen zu verstehen.
Es kann sich auch allgemein im Falle der Herstellung von Ethylenoxid in einem Mikro- kanalreaktor ohne die erfindungsgemäße, kontinuierliche Zugabe von Alkylhalogeniden bzw. stickstoffhaltigen Verbindungen als vorteilhaft erweisen, die exotherme Oxidati- onsreaktion von Ethylen zu Ethylenoxid mit einer endothermen Reaktion zu koppeln.
Als Katalysatoren können in Mikrokanalreaktoren alle zur Herstellung von Ethylenoxid aus Ethylen und Sauerstoff allgemein geeigneten silberhaltigen Katalysatoren, ggf. mit einem geeigneten Trägermaterial, verwendet werden. Als Beispiele für allgemein übliche und für unser Verfahren geeignete, mit Promotoren dotierte Silberkatalysatoren, können z.B. die Silberkatalysatoren von DE-A 23 00 512, DE-A 25 21 906, EP-A 14 457, DE-A 24 54 972, EP-A 172 565, EP-A 357 293, EP-A 1 1 356, EP A 85 237, DE-A 25 60 684, DE-A 27 53 359 und EP 266015 genannt werden.
Als Promotoren für EO-Katalysatoren sind besonders geeignet die Elemente Stickstoff, Schwefel, Phosphor, Bor, Fluor, Gruppe IA-Metalle, Gruppe IIA-Metalle, Rhenium, Molybdän, Wolfram, Chrom, Nickel, Kupfer, Platin, Palladium, Titan, Hafnium, Zirkonium, Vanadium, Thallium, Thorium, Tantal, Niob, Gallium, Indium, Zinn und Germanium sowie Gemische hiervon.
Zur besseren Veranschaulichung, was für Katalysatoren im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, seien beispielhaft Silberkatalysatoren mit einem Silbergehalt von 5 bis 50 Gew.-%, insbesondere von 6 bis 30 Gew.%, bezogen auf die Gesamtkatalysatormasse, einem Gehalt an den leichten Alkalimetallen Lithium und/oder Natrium von 1 bis 5000 Gew.-ppm, einem Gehalt an den schweren Alkalimetallen Rubidium und/oder Cäsium von 1 bis 5000 Gew.-ppm, einem Gehalt an Wolfram von 1 bis 5000 Gew.-ppm, einem Gehalt an Molybdän von 1 bis 3000 Gew.-ppm und/oder einem Gehalt an Rhenium von 1 bis 10 000 Gew.-ppm sowie einem Gehalt an Schwefel und/oder Phosphor und/oder Bor von 1 bis 3000 Gew.-ppm, bezogen auf die Gesamtkatalysatormasse genannt.
Als Trägermaterial kann prinzipiell jeder poröse Werkstoff, der unter den Bedingungen der Ethylenoxidsynthese stabil ist, beispielsweise Aktivkohle, Aluminiumoxide, Titan-, Zirkonium- oder Siliciumdioxide oder andere keramische Massen oder entsprechende Mischungen eingesetzt werden. Ebenso kann Silber in Form von z.B. einer Folie oder eines Netzes oder Filzes als Katalysator im Mikrokanalreaktor eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine effektive und verfahrenstechnisch einfache Art der Herstellung von Ethylenoxid in einem Mikrokanalreaktor. Durch die gezielte, kontinuierliche Zugabe von Alkylhalogeniden und/oder stickstoffhaltigen Verbindungen in dem beanspruchten Bereich wird eine besonders hohe Steigerung der Effektivität erzielt. Diese Vorteile werden im Falle einer gestuften Zugabe noch gesteigert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Ethylenoxid in einem Mikrokanalreaktor, wobei man einen Ethylen enthaltenden Stoffstrom und einen Sauerstoff oder eine Sau- erstoffquelle enthaltenden Stoffstrom dem Mikrokanalreaktor zuleitet und in dem den Katalysator enthaltenden Mikrokanalreaktor die Umsetzung zu Ethylenoxid erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass man dem Mikrokanalreaktor Alkylhaloge- nide in einer Konzentration von 0,3 bis 50 Volumen ppm bezogen auf den Gesamtvolumenstrom aller in den Reaktor eingeleiteten Stoffströme kontinuierlich zuleitet.
2. Verfahren zur Herstellung von Ethylenoxid in einem Mikrokanalreaktor, wobei man einen Ethylen enthaltenden Stoffstrom und einen Sauerstoff oder eine Sauerstoffquelle enthaltenden Stoffstrom dem Mikrokanalreaktor zuleitet und in dem den Katalysator enthaltenden Mikrokanalreaktor die Umsetzung zu Ethylenoxid erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass man dem Mikrokanalreaktor stickstoffhaltige Verbindungen in einer Konzentration von 0,3 bis 50 Volumen ppm bezogen auf den Gesamtvolumenstrom aller in den Reaktor eingeleiteten Stoffströme kontinuierlich zuleitet.
3. Verfahren zur Herstellung von Ethylenoxid in einem Mikrokanalreaktor, wobei man einen Ethylen enthaltenden Stoffstrom und einen Sauerstoff oder eine Sauerstoffquelle enthaltenden Stoffstrom dem Mikrokanalreaktor zuleitet und in dem den Katalysator enthaltenden Mikrokanalreaktor die Umsetzung zu Ethylenoxid erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass man dem Mikrokanalreaktor Alkylhaloge- nide und stickstoffhaltige Verbindungen in einer Konzentration von je 0,3 bis 50 Volumen ppm bezogen auf den Gesamtvolumenstrom aller in den Reaktor eingeleiteten Stoffströme kontinuierlich zuleitet.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Al- kylhalogenide und/oder stickstoffhaltigen Verbindungen gestuft zuleitet.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die in den Mikrokanalreaktor eintretenden Stoffströme in ihrem Gehalt an höheren Al- kanen vor ihrem Eintritt in den Mikrokanalreaktor auf einen Gehalt unter 5 Volumenprozent abreichert.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man als Alkylhalogenid Ethylchlorid zuleitet.
7. Verfahren nach Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man als stickstoffhaltige Verbindung NO zuleitet.
8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Herstellung des Ethylenoxids mit einer endothermen Reaktion koppelt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man als endotherme Reaktion eine katalytische Dehydratisierung von Ethanol zu Ethylen koppelt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der auf Silber basierende Katalysator Silber und zumindest ein weiteres Element oder Verbindung hiervon, welches weitere Elemente von der aus Stickstoff,
Schwefel, Phosphor, Bor, Fluor, Gruppe IA-Metallen, Gruppe IIA-Metallen, Rhenium, Molybdän, Wolfram, Chrom, Nickel, Kupfer, Platin, Palladium, Titan, Hafnium, Zirkonium, Vanadium, Thallium, Thorium, Tantal, Niob, Gallium, Indium, Zinn und Germanium und Gemischen hiervon bestehenden Gruppe ausgewählt ist, auf einem Träger, insbesondere einem α-Aluminiumoxidträger, oder aufgebracht auf den Mikrokanal-Wänden oder einer auf den Mikrokanal-Wänden befindlichen Zwischenschicht aus einem oxidischen Material, insbesondere α-Aluminiumoxid umfasst.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, worin der auf Silber basierende Katalysator Silber, Rhenium oder eine Verbindung hiervon und zumindest ein weiteres Element oder eine Verbindung hiervon, welches weitere Elemente von der aus Stickstoff, Schwefel, Phosphor, Bor, Fluor, Gruppe IA-Metallen, Gruppe IIA-Metallen, Molybdän, Wolfram, Chrom, Nickel, Kupfer, Platin, Palladium, Titan, Hafnium, Zir- konium, Vanadium, Thallium, Thorium, Tantal, Niob, Gallium, Indium, Zinn und
Germanium und Gemischen hiervon bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und wahlweise einen Rhenium-Co-Promotor, welcher unter einem oder mehreren von Schwefel, Phosphor, Bor oder einer Verbindung hiervon ausgewählt sein kann, auf einem Trägermaterial, insbesondere einem α-Aluminiumoxidträger, oder aufgebracht auf den Mikrokanal-Wänden oder einer auf den Mikrokanal-
Wänden befindlichen Zwischenschicht aus einem oxidischen Material, insbesondere α-Aluminiumoxid umfasst.
12. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man die Cθ2-Konzentration im Gesamtvolumenstrom, welcher dem Mikrokanalreaktor zugeführt wird, kleiner als 2 Volumen % einstellt.
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