JP2003518433A - Method and apparatus for producing a homogeneous mixture of a vaporous aromatic hydrocarbon and an oxygen-containing gas - Google Patents
Method and apparatus for producing a homogeneous mixture of a vaporous aromatic hydrocarbon and an oxygen-containing gasInfo
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Abstract
Description
【0001】
本発明は、接触気相反応用の蒸気状芳香族炭化水素及び酸素含有ガスからなる
均質混合物、殊に無水フタル酸の製造用の蒸気状o−キシレン及び/又はナフタ
レン及び空気からなる均質混合物を製造するための方法及び装置に関する。The present invention relates to a homogeneous mixture of vaporized aromatic hydrocarbons and oxygen-containing gases for catalytic gas phase reactions, in particular vaporized o-xylene and / or naphthalene and air for the production of phthalic anhydride. A method and an apparatus for producing a mixture.
【0002】
無水フタル酸(PSA)は、合成樹脂、フタレート可塑剤、フタロシアニン染
料及び更にファインケミカルズを製造するための重要な中間生成物である。PS
Aは、今日では主にo−キシレンから、それも大部分、酸化剤として空気を用い
たo−キシレンの気相酸化により製造される。Phthalic anhydride (PSA) is an important intermediate product for producing synthetic resins, phthalate plasticizers, phthalocyanine dyes and even fine chemicals. PS
A is produced today mainly from o-xylene, which is also largely by gas phase oxidation of o-xylene using air as the oxidant.
【0003】
そのようなPSA製造方法を実施するための設備は実質的に、o−キシレン蒸
気−空気混合物の製造のための機能ユニット、o−キシレン蒸気−空気混合物の
反応のための反応器及びPSA−分離及び後処理のための装置からなる。The equipment for carrying out such a PSA production process consists essentially of a functional unit for the production of an o-xylene vapor-air mixture, a reactor for the reaction of an o-xylene vapor-air mixture and a PSA-consists of equipment for separation and post-treatment.
【0004】
接触気相酸化による反応は大抵、V2O5含有触媒で行われる。このためには
、o−キシレンが蒸発され、過剰の空気と混合され、かつ340℃〜440℃で
触媒を通して管束反応器の管中に導通される。触媒は例えば、例えば6×6mm
寸法の磁器−又はSiC−球又は−リングのようなセラミック体上の、助触媒を
有するV2O5及びTiO2の混合物からなる。大きな反応器は、管束中に10
000〜40000個の管を有する。通常、o−キシレンは、78%〜80%の
選択率でPSAに酸化される。この酸化自体は、−1110kJ/molで強い発熱で
ある。Reactions by catalytic gas phase oxidation are often carried out with V 2 O 5 containing catalysts. For this, o-xylene is evaporated, mixed with excess air and passed at 340 ° C. to 440 ° C. through the catalyst into the tubes of a tube bundle reactor. The catalyst is, for example, 6 × 6 mm
It consists of a mixture of V 2 O 5 and TiO 2 with cocatalyst on a ceramic body such as porcelain or SiC-spheres or rings of dimensions. The large reactor has 10 tubes in the bundle.
It has 000 to 40,000 tubes. Normally, o-xylene is oxidized to PSA with a selectivity of 78% -80%. This oxidation itself has a strong exotherm at -1110 kJ / mol.
【0005】
その際、方法を実施する際に、とりわけ、次の重要な点が考慮されなければな
らない:一方では、o−キシレンと空気(過剰の酸素)との混合物は、爆発範囲
にあり(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 第5版, A20巻, 85
頁)、更に、10000〜40000の管の多数は、全断面積で同じくかつ時間
的に一定のガス混合物が流れなければならず、それ故、反応が全ての管で同じく
迅速に進行し、かつ例えば、その幾つかが特に迅速にか又は特にゆっくりと進行
するのではない。その上、強く負の反応エンタルピーは、触媒が、調節された条
件から逸脱した際に、個々の管中で焼結されるか、溶融されるか又は不活性にな
ることをまねきうる。このことは、設備のための相当の危険と結び付いている。When carrying out the process, among other things, the following important points must be taken into account: The mixture of o-xylene and air (excess oxygen), on the other hand, is in the explosive range ( Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Volume A20, 85
), And many of the 10,000 to 40,000 tubes must flow a gas mixture of the same cross-sectional area and constant over time, so the reaction proceeds equally rapidly in all tubes, and For example, some of them do not progress particularly rapidly or particularly slowly. Moreover, a strongly negative enthalpy of reaction can lead to the catalyst being sintered, melted or deactivated in the individual tubes upon departure from the regulated conditions. This is associated with a considerable risk for the equipment.
【0006】
その上、給入の不均質性により、反応条件は、管中で異なってくる。それによ
り、収率を低下させかつ後の清浄化段階でPSAから分離されなければならず、
かつ廃棄物処理されなければならない副生成物が高められた量で生じる。Moreover, due to the heterogeneity of the feed, the reaction conditions are different in the tube. Thereby reducing the yield and having to be separated from the PSA in a subsequent cleaning step,
And the by-products that have to be disposed of in waste are produced in increased amounts.
【0007】
DE-A1793453からは、無水フタル酸への接触酸化のための蒸気状o−キシレン
及び空気からなる均質混合物の製造方法が公知である。この公知方法の場合に、
o−キシレン流は、1mm未満の直径を有する、例えば大部分0.3mm未満の
大きさで液滴に噴霧され、かつo−キシレンの沸点を上回り予熱された空気流中
に導通される。この空気流は、乱流であり;200000を上回るレイノルズ数
が推奨される。反応器までのo−キシレン噴射の滞留時間は、均質なガス混合物
、ひいては全ての管の均質な給入を得るために、少なくとも0.2秒でなければ
ならない。From DE-A1793453 is known a process for preparing a homogeneous mixture of vaporized o-xylene and air for the catalytic oxidation to phthalic anhydride. In the case of this known method,
The o-xylene stream is atomized into droplets having a diameter of less than 1 mm, eg predominantly less than 0.3 mm and is passed into a preheated air stream above the boiling point of o-xylene. This air flow is turbulent; Reynolds numbers above 200,000 are recommended. The residence time of the o-xylene injection to the reactor should be at least 0.2 seconds in order to obtain a homogeneous gas mixture and thus a homogeneous charge of all tubes.
【0008】
DE-A1793453による方法が示すこの改善にもかかわらず、−特に運転条件が変
動する場合に−液滴の大きさの変化及び蒸発の妨害が起こりうる。これには、多
様な原因が問題になりうる:
原料は、多少汚染されていることがありうる。空気は、とりわけNOx、H2
S、硫黄酸化物、例えばSO2、NH3及び例えばCO2とのその塩を含有しう
るので、このことは1つ又はそれ以上のノズルの狭窄をまねきうる。また腐食粒
子は、噴霧されたo−キシレンジェットの液滴の大きさ及び形を変化させうる。
類似の作用が、長時間運転におけるノズルの腐食により生じる。更に、o−キシ
レンはまた、m−及びp−キシレン、トルエン、エチルベンゼン、イソプロピル
ベンゼン、ノナン並びに少量のスチレンを含有しうる。そのような化合物は、o
−キシレンの表面張力に影響を及ぼしうる。例えば大部分0.3mm未満の大き
さを有する上記で挙げられた液滴よりも遠くに飛ぶ液滴が生じうる。これらは、
反応管の壁を湿潤することができ、かつそこで液膜を形成しうる。別の困難とし
て更に加わるのは、実地において、o−キシレン流の噴霧のために利用するノズ
ルを、噴霧されたo−キシレン流の液滴がガイド管の壁と接触しないように取り
付けるのが不可能なことである。Despite this improvement that the method according to DE-A1793453 shows, in particular when the operating conditions change-droplet size changes and impeding evaporation can occur. This can be due to a variety of causes: The raw material can be somewhat contaminated. Air, especially NO x, H 2 S, sulfur oxides, for example as it can contain the salts thereof with SO 2, NH 3 and example CO 2, this may lead to constriction of one or more nozzles . Corrosion particles can also change the size and shape of the sprayed o-xylene jet droplets.
A similar effect occurs due to nozzle corrosion during extended operation. In addition, o-xylene may also contain m- and p-xylene, toluene, ethylbenzene, isopropylbenzene, nonane and small amounts of styrene. Such compounds are o
-Can affect the surface tension of xylene. For example, droplets that fly farther than those listed above having a size of less than 0.3 mm may occur. They are,
The wall of the reaction tube can be wetted and a liquid film can be formed there. An additional difficulty is that in practice it is not possible to mount the nozzle used for atomizing the o-xylene stream in such a way that the droplets of the atomized o-xylene stream do not come into contact with the walls of the guide tube. It is possible.
【0009】
また、DE-A1793453による方法の場合に、調節されたパラメーター、例えば圧
力及び温度及び空気量は、故意でなく負に作用して変化しうる。更に、出発物質
である空気及びo−キシレン中に含有されている混入物が導入されることができ
、かつ噴霧されたo−キシレン流の液滴は、管壁に接触しうる。その限りでは、
上記で挙げられた方法は依然として改善を必要としている。Also, in the case of the method according to DE-A1793453, the adjusted parameters, such as pressure and temperature and the air content, can change unintentionally and negatively. In addition, the starting material air and the contaminants contained in the o-xylene can be introduced and the sprayed droplets of the o-xylene stream can come into contact with the tube wall. In that sense,
The methods listed above are still in need of improvement.
【0010】
従って、本発明には、接触気相反応用の蒸気状芳香族炭化水素、例えばo−キ
シレン及び/又はナフタレン、及び酸素含有ガス、殊に空気からなる均質混合物
を製造するための改善された方法及び装置を提供するという課題が存在した。殊
に、上記に記載された欠点は回避されるか又は少なくとも最小にすべきである。Accordingly, the present invention provides an improved process for producing a homogeneous mixture of a vaporized aromatic hydrocarbon for catalytic gas phase reactions, such as o-xylene and / or naphthalene, and an oxygen-containing gas, especially air. There has been the problem of providing such a method and device. In particular, the drawbacks mentioned above should be avoided or at least minimized.
【0011】
本発明は、この種類による方法の場合に、液状芳香族炭化水素の噴霧が、噴霧
ホローコーン(Zerstaeubungshohlkegel)の形成のためのノズル、好ましくはスワ
ールノズル(Drallduese)の使用により行われることによって上記で挙げられた問
題を解決する。噴霧ホローコーンは最初に、その液状炭化水素からなる付着する
(zusammenhaengend)膜であってよく、この膜はスワールノズルからより大きく離
れて小さな断片に引き裂かれ、この断片を界面力により1mm未満の直径を有す
る個々の液滴に縮小される。According to the invention, in the process according to this type, the atomization of the liquid aromatic hydrocarbons is carried out by the use of nozzles, preferably swirl nozzles (Drallduese), for the formation of atomizing hollow cones (Zerstaeubungshohlkegel). Resolve the issues listed above. The spray hollow cone first adheres to its liquid hydrocarbon
(zusammenhaengend) film, which is torn further apart from the swirl nozzle into smaller pieces, which are reduced by interfacial forces into individual droplets having a diameter of less than 1 mm.
【0012】
従って、本発明の対象は、接触気相反応用の蒸気状芳香族炭化水素、例えばo
−キシレン及び/又はナフタレン及び酸素含有ガス、例えば空気からなる均質混
合物の製造方法であり、その際、液状芳香族炭化水素が、1mm未満の直径を有
する液滴に噴霧され、かつ芳香族炭化水素の沸点を上回り予熱された酸素含有ガ
ス流中に噴射され、その際、本方法は、液状芳香族炭化水素が、ホローコーンの
形成のためのノズルを用いて、好ましくはスワールノズルを用いて噴霧されるこ
とにより特徴付けられる。The subject of the invention is therefore the vaporized aromatic hydrocarbons for catalytic gas phase reactions, such as o
A process for the preparation of a homogeneous mixture of xylene and / or naphthalene and an oxygen-containing gas, for example air, in which the liquid aromatic hydrocarbon is atomized into droplets having a diameter of less than 1 mm and the aromatic hydrocarbon is Is injected into a preheated oxygen-containing gas stream above the boiling point of the liquid aromatic hydrocarbons, which is sprayed with a nozzle for the formation of hollow cones, preferably with a swirl nozzle. It is characterized by
【0013】
本発明による方法は、好ましくは空気又は他の酸素含有ガス中の、ガス状の酸
素及び炭化水素蒸気からなり、極めて均質でストリーミングのない(straehnenfr
ei)混合物の製造を可能にする。The process according to the invention consists of gaseous oxygen and hydrocarbon vapors, preferably in air or other oxygen-containing gases, and is very homogeneous and streaming-free (straehnenfr
ei) Allow the production of mixtures.
【0014】
本発明による方法は、好ましくは、固定床反応器中での芳香族炭化水素、例え
ばキシレン、殊にo−キシレン及び/又はナフタレンの接触気相酸化によるカル
ボン酸又は無水カルボン酸の製造の際に使用される。ここで例示的には、無水フ
タル酸(PSA)の製造が挙げられうる。The process according to the invention preferably produces carboxylic acids or carboxylic anhydrides by catalytic gas phase oxidation of aromatic hydrocarbons such as xylene, in particular o-xylene and / or naphthalene, in a fixed bed reactor. Used in the case of. Illustrative here may be the production of phthalic anhydride (PSA).
【0015】
以下に、純粋に例示的に、接触気相酸化によるPSAを製造する場合の本発明
による方法の特に好ましい使用が言及される。その際、芳香族炭化水素がo−キ
シレンであり、かつ酸素含有ガスが空気である。In the following, a purely exemplary mention is made of a particularly preferred use of the process according to the invention in the production of PSA by catalytic gas phase oxidation. The aromatic hydrocarbon is then o-xylene and the oxygen-containing gas is air.
【0016】
本発明による方法の場合に、噴霧ホローコーンは、好ましくは30°〜70°
の開口角を有する。特に好ましくは噴霧ホローコーンは、約60°の開口角を有
する。In the case of the method according to the invention, the spray hollow cone is preferably between 30 ° and 70 °.
Has an opening angle of. Particularly preferably, the spray hollow cone has an opening angle of about 60 °.
【0017】
噴霧ホローコーンの軸は、酸素含有ガス、即ち例えば空気の流れ方向にあるが
、しかし30°までこれから偏向していてよい。このことは、炭化水素流の噴霧
ホローコーンの中心軸が、予熱されたガス流の中心軸に対して−30°〜+30
°の角度にあることを意味する。それにより、ホローコーンの殆どの液滴が壁に
接触しないことが達成される。そのための別の手段は、殊に、壁から一定の距離
、例えば管半径の約1/3を保つことでありうる。好ましくは複数のノズル、例
えば2〜6、好ましくは4〜6個がほぼ同じ間隔で使用される。The axis of the atomizing hollow cone is in the direction of flow of the oxygen-containing gas, ie air for example, but may be deflected up to 30 °. This means that the central axis of the spray hollow cone of the hydrocarbon stream is -30 ° to +30 relative to the central axis of the preheated gas stream.
Means at an angle of °. Thereby it is achieved that most drops of the hollow cone do not touch the wall. Another means for this may be to keep a constant distance from the wall, for example about 1/3 of the tube radius. Preferably a plurality of nozzles, for example 2 to 6, preferably 4 to 6, are used with approximately the same spacing.
【0018】
本発明によれば、好ましくはいわゆるスワールノズルが液状炭化水素の噴霧の
ために使用される。ホローコーンノズル(Hohlkegelduese)とも呼ばれるこのスワ
ールノズルは、好ましくは出口開口部の前に、噴霧すべき液体にスワール又は回
転を流れ軸の周りで与える傾斜した流動面を有するガイド体を有する。そのよう
なスワールノズルは、他の使用目的のため、例えば、水ジェットポンプ、ジェッ
トコンデンサー等での迅速な衝撃伝達のために公知である(Grassmann “Physika
lische Grundlagen der Verfahrenstechnik”, Verlag Sauerlaender (1970), 3
55及び805頁参照)。ホローコーンノズルの使用が本発明による方法において特に
好ましいが、しかし本発明の別の実施態様においてソリッドコーンノズル(Vollk
egelduesen)又はスリットノズルも使用されることができる。例えば、噴霧すべ
きo−キシレン及び噴射剤である空気で装入されることができる二流体ノズルの
使用も可能である。According to the invention, preferably so-called swirl nozzles are used for atomizing liquid hydrocarbons. This swirl nozzle, which is also referred to as the hollow cone nozzle (Hohlkegelduese), preferably has, in front of the outlet opening, a guide body with an inclined flow surface which imparts a swirl or rotation around the flow axis to the liquid to be sprayed. Such swirl nozzles are known for other uses, for example for rapid shock transmission in water jet pumps, jet condensers etc. (Grassmann “Physika
lische Grundlagen der Verfahrenstechnik ”, Verlag Sauerlaender (1970), 3
(See pages 55 and 805). The use of hollow cone nozzles is especially preferred in the method according to the invention, but in another embodiment of the invention the solid cone nozzle (Vollk
egelduesen) or slit nozzles can also be used. It is also possible, for example, to use a two-fluid nozzle which can be charged with o-xylene to be atomized and with the propellant air.
【0019】
本発明による噴霧ホローコーンの発生のためにスワールノズル又はホローコー
ンノズルが使用される場合には、これは好ましくは2〜20barの給入圧で運転
され、これを用いて、30°〜70°の本発明による好ましい開口角を有する噴
霧ホローコーンが生じることが保証されている。If a swirl nozzle or hollow cone nozzle is used for the production of the spray hollow cone according to the invention, it is preferably operated at a feed pressure of 2 to 20 bar, with which 30 ° to It is guaranteed that a spray hollow cone with the preferred opening angle according to the invention of 70 ° will result.
【0020】
本発明による方法の場合に、液状炭化水素流が、1mm未満、好ましくは0.
8mm未満の直径を有する液滴に噴霧される。特に好ましくは液体流が0.02
〜0.2mmの液滴に噴霧される。In the process according to the invention, the liquid hydrocarbon stream is less than 1 mm, preferably 0.
Atomized into droplets having a diameter of less than 8 mm. Particularly preferably the liquid flow is 0.02
~ 0.2 mm droplets are sprayed.
【0021】
30゜〜70°の開口角を有する噴霧ホローコーンの形成のために使用される
スワールノズルは、有利には、酸素ガスにより貫流される管の内部に、噴霧すべ
き液体のための供給部を有する管上に環状に配置される。しかしまた、液体のた
めの環状の供給管が酸素導管の周りに配置されていてよく、かつノズルが外側か
ら、酸素導管中へ通じていてよい。この場合に、ノズル出口開口部は、ガス流れ
の方向に向けられている。しかし、上記で既に述べたように、ホローコーンの軸
はガスの流れ方向の30゜まで偏向していてよい。これにより、ホローコーンの
殆どの液滴が壁に接触しないことが達成されることができる。The swirl nozzle used for the formation of the spray hollow cone with an opening angle of 30 ° to 70 ° is preferably a supply for the liquid to be sprayed, inside the tube flowed by oxygen gas. Arranged annularly on a tube having a section. However, it is also possible for an annular supply pipe for the liquid to be arranged around the oxygen conduit and for the nozzle to lead from the outside into the oxygen conduit. In this case, the nozzle outlet opening is oriented in the direction of gas flow. However, as already mentioned above, the axis of the hollow cone may be deflected up to 30 ° in the direction of gas flow. Hereby it can be achieved that most drops of the hollow cone do not touch the wall.
【0022】
本発明による方法の目的のために、殊に形式KS 1の軸−ホローコーンノズル(L
echler社、Metzingen、ドイツ連邦共和国)が適している。そのようなノズルは、
60°の好ましい円錐角を有するホローコーンの発生を可能にする。ついで、ホ
ローコーン直径は、出口開口部から250mmの距離で約200mmである。本
発明によれば、1mm未満、好ましくは0.8mm未満、特に好ましくは0.0
2〜0.2mmの直径を有する小さな液滴を形成する。後者は極めて迅速に蒸発
し、かつノズル出口開口部から200〜500mmの距離で既に完全に蒸発して
いる。しかし、0.8〜1mmの液滴は、完全な蒸発まで50〜100cm遠く
に飛びかつその際壁に接触しかつ湿潤しうる。For the purposes of the method according to the invention, in particular a shaft-hollow cone nozzle (L
echler, Metzingen, Germany) are suitable. Such nozzles
Allows the generation of hollow cones with a preferred cone angle of 60 °. The hollow cone diameter is then about 200 mm at a distance of 250 mm from the outlet opening. According to the invention, less than 1 mm, preferably less than 0.8 mm, particularly preferably 0.0
Small droplets with a diameter of 2-0.2 mm are formed. The latter evaporates very quickly and is already completely evaporated at a distance of 200-500 mm from the nozzle outlet opening. However, 0.8-1 mm droplets can fly as far as 50-100 cm far to complete evaporation and then come into contact with and wet the walls.
【0023】
この湿潤の可能性のために、本発明による方法の特に好ましい実施態様によれ
ば、混合物、例えばo−キシレン−空気−混合物を、炭化水素の沸点を上回り加
熱された側壁により区切られている空間中に生じさせるようになっている。有利
には、空間の側壁は、加熱された管、例えば二重ジャケット管、殊にサーモブレ
ヒ管(Thermoblechrohr)により形成される(そのようなサーモブレヒ管は、ドイ
ツ連邦共和国において、例えばBUCO、Geesthacht又はDEG社、ゲルゼンキルヒェ
ンにより製造される)。加熱された管にぶつかる炭化水素液滴は、液膜として堆
積されうるのではなくて、直ちに蒸発される。それにより、最終的には、炭化水
素蒸気及び、例えば空気からなる所望の混合物が生じる。Due to this wetting possibility, according to a particularly preferred embodiment of the process according to the invention, the mixture, for example an o-xylene-air-mixture, is separated by a heated sidewall above the boiling point of the hydrocarbon. It is designed to be generated in the open space. Advantageously, the side wall of the space is formed by a heated tube, for example a double jacket tube, in particular a Thermoblech tube (such a Thermoblech tube is used in the Federal Republic of Germany, for example BUCO, Geesthacht or DEG). Company, manufactured by Gelsenkirchen). Hydrocarbon droplets that strike a heated tube cannot be deposited as a liquid film, but are immediately vaporized. This ultimately results in the desired mixture of hydrocarbon vapor and, for example, air.
【0024】
二重ジャケット管の管のすき間は、高圧蒸気で、好ましくは214℃の温度を
有する約20barの水蒸気で加熱されることができる。上記で挙げられたサーモ
ブレヒ管は、特に狭い管のすき間を有していてよい。サーモブレヒ管は、相対的
に簡単に組み立てられており、それにより費用がよりかからない。強力加熱によ
り、サーモブレヒ管の場合に冷所が排除されることができる。The tube gap of the double jacketed tube can be heated with high pressure steam, preferably with steam of about 20 bar having a temperature of 214 ° C. The Thermoblech tubes listed above may have a particularly narrow tube gap. Thermoblech tubes are relatively easy to assemble and are thereby less expensive. Due to the intense heating, cold places can be eliminated in the case of thermoblech tubes.
【0025】
完全な均質化のために、引き続き、蒸気−空気混合物は、別の有利な方法の変
法によれば、混合装置に導通される。For complete homogenization, the steam-air mixture is subsequently passed to a mixing device according to another advantageous process variant.
【0026】
混合装置として、好ましくはスタティックミキサーが使用される。これは、貫
流される管中に取り付けられたそらせ板であり、このそらせ板は完全混合すべき
流れを複数に分割しかつ再び一緒にし、それにより完全な均質化が行われる。そ
のようなスタティックミキサーは、例えばSulzer社、ヴィンテルトゥール、スイ
ス連邦により製造される。スタティックミキサーは、ドイツ連邦共和国特許出願
DE2525020A1、DE196223051A1及びDE19623105A1にも記載されている。A static mixer is preferably used as the mixing device. This is a baffle mounted in a flow-through tube which divides and recombines the streams to be thoroughly mixed, whereby complete homogenization takes place. Such static mixers are manufactured, for example, by Sulzer, Winterthur, Switzerland. Patent application for the static mixer in the Federal Republic of Germany
It is also described in DE2525020A1, DE196223051A1 and DE19623105A1.
【0027】
その上、本発明の対象は、予熱された酸素含有ガス流のためのガスチャネル、
液状芳香族炭化水素の流れのためのガスチャネル中に流入する噴霧装置を備えた
蒸気状芳香族炭化水素及び酸素含有ガスからなる均質混合物を製造するための装
置であり、これは、噴霧装置がスワールノズルを有し、かつガスチャネルがスワ
ールノズルの少なくとも下流に炭化水素の少なくとも沸点まで加熱可能である壁
を有することにより特徴付けられる。Moreover, the subject of the present invention is a gas channel for a preheated oxygen-containing gas stream,
An apparatus for producing a homogeneous mixture of a vaporized aromatic hydrocarbon and an oxygen-containing gas with a spraying device flowing into a gas channel for the flow of liquid aromatic hydrocarbons, which spraying device comprises It is characterized by having a swirl nozzle and having a wall at least downstream of the swirl nozzle capable of heating to at least the boiling point of the hydrocarbon.
【0028】
好ましくは、ガスチャネルは、加熱可能な管、殊に二重ジャケット管又はサー
モブレヒからなる管を含む。特に好ましくは、スタティックミキサーがガスチャ
ネル中でスワールノズルの下流に配置されている。[0028] Preferably, the gas channel comprises a heatable tube, in particular a double jacket tube or a tube made of thermoblech. Particularly preferably, a static mixer is arranged in the gas channel downstream of the swirl nozzle.
【0029】
熱い管壁の温度は、液状炭化水素の5〜50質量%、殊に5〜40質量%、特
に好ましくは5〜30質量%が管壁にぶつかり、かつそこで蒸発されることがで
きるように調節され、その際、正確な割合は、原料の不純物、ホローコーンの形
及び運転の間のノズル変化(腐食)に依存する。The temperature of the hot pipe wall is such that 5 to 50% by weight of the liquid hydrocarbons, in particular 5 to 40% by weight, particularly preferably 5 to 30% by weight, impinge on the pipe wall and can be evaporated there. The exact proportion depends on the impurities in the raw material, the shape of the hollow cone and the nozzle change (corrosion) during operation.
【0030】
上記で挙げられた機能ユニットに、例えば、技術水準から公知であるような、
PSAの製造のための別の機能ユニット、例えばPSAへのo−キシレンの変換
のための反応器、及びPSA−分離及びPSA−純単離のための装置が接続して
いてよい。The functional units listed above may, for example, be known from the state of the art,
Further functional units for the production of PSA, for example a reactor for the conversion of o-xylene into PSA, and a device for PSA-separation and PSA-pure isolation may be connected.
【0031】
本発明は、以下に、添付された図面中で略示的に示された実施態様に基づき及
び使用例によってより詳細に説明される。The invention is explained in more detail below on the basis of the embodiments schematically shown in the accompanying drawings and by way of example of use.
【0032】
図面の図中で、蒸気状o−キシレン及び/又はナフタレン及び空気からなる均
質混合物を製造するための装置10を示している。装置は、予熱された空気流(
図中矢印12により記号化される)を導くガスチャネル11を有する。ガスチャ
ネル11は、示された例中で、管として形成されている。管11中に、液状o−
キシレンのための供給管14及び導管の端部に配置されたスワールノズル15か
らなる噴霧装置13が設けられている。供給管14は、管11を同心に包囲する
(示されていない)供給管により供給される。スワールノズル15は、0.02
〜0.2mmの平均直径を有する最も微細な液滴に分かれる液状o−キシレンか
らなるホローコーン16を生じる。微細な液滴は、予熱された空気流中で極めて
迅速に蒸発するので、空気及びo−キシレン蒸気からなる均質混合物が生じる。
均質性の更なる改善のために、管11中にスタティックミキサー17が配置され
ており、それに蒸気/空気−混合物が導通される。スワールノズル15の下流に
、管11は、加熱可能な二重ジャケット管18として形成されている。この管は
、水蒸気を用いてo−キシレンの沸点を上回る温度に加熱される。従って、管壁
にぶつかる、噴霧されたo−キシレンからなる液滴は、そこで直ちに蒸発され、
かつ液膜として堆積されない。19で、管11は、管束反応器中に流入し、ここ
で無水フタル酸はo−キシレンの接触気相酸化により製造される。In the figures of the drawings, an apparatus 10 for producing a homogeneous mixture of vaporized o-xylene and / or naphthalene and air is shown. The device is equipped with a preheated air stream (
(Symbolized by arrow 12 in the figure). The gas channel 11 is formed as a tube in the example shown. In the tube 11, liquid o-
A spraying device 13 consisting of a supply pipe 14 for xylene and a swirl nozzle 15 arranged at the end of the conduit is provided. The supply tube 14 is supplied by a supply tube (not shown) that concentrically surrounds the tube 11. Swirl nozzle 15 is 0.02
This results in a hollow cone 16 of liquid o-xylene that breaks into the finest droplets with an average diameter of .about.0.2 mm. The fine droplets evaporate very quickly in the preheated air stream, resulting in a homogeneous mixture of air and o-xylene vapor.
To further improve the homogeneity, a static mixer 17 is arranged in the tube 11 to which the steam / air-mixture is passed. Downstream of the swirl nozzle 15, the tube 11 is formed as a heatable double jacket tube 18. The tube is heated with steam to a temperature above the boiling point of o-xylene. Thus, the droplets of atomized o-xylene that hit the tube wall are immediately vaporized there,
And it is not deposited as a liquid film. At 19, tube 11 flows into a tube bundle reactor where phthalic anhydride is produced by catalytic gas phase oxidation of o-xylene.
【0033】
実施例
PSA−製造のための設備の場合にo−キシレン蒸発のための装置は、直径1
200mmの垂直なサーモブレヒ管からなっていた。これにより、予熱装置で2
00℃に予熱されていた酸化空気を反応器に導通させた。圧力は約1.5bar(
絶対)であった。空気を、1Nm3当たり100gの負荷を有するo−キシレン
と共に給入した。空気は、特別な清浄化なしで、単に空気フィルターを介して周
囲から吸い込んだ。サーモブレヒ管を、20bar−蒸気を用いて214℃に加熱
した。o−キシレンを、直径600mmの環に取り付けられていてかつその軸が
垂直に上へ指している6個のスワールノズルを介して噴射した。これらは軸−ホ
ローコーンノズル(スチールからなる、Lechler社からの形式216.324のKS 1)で
あった。給入圧は8barであった。ノズルの後ろから4.5mの距離で、水平に
走る管部分中にスタティックミキサーが取り付けられていた。Example The equipment for o-xylene vaporization in the case of an installation for PSA production has a diameter of 1
It consisted of a 200 mm vertical thermoblech tube. This allows the preheating device to
Oxidizing air, which had been preheated to 00 ° C., was passed through the reactor. The pressure is about 1.5 bar (
It was absolutely). Air was charged with o-xylene having a load of 100 g per 1 Nm 3 . Air was simply inhaled from the surroundings through an air filter without any special cleaning. The thermoblech tube was heated to 214 ° C. with 20 bar-steam. o-Xylene was injected through 6 swirl nozzles mounted on a 600 mm diameter ring and whose axis points vertically upwards. These were axial-hollow cone nozzles (steel, type 216.324 KS 1 from Lechler). The charge pressure was 8 bar. A static mixer was installed in the horizontally running tube section at a distance of 4.5 m from the back of the nozzle.
【0034】
このスワールノズル−熱い壁−ミキサー−系を用いて、均質でストリーミング
のないo−キシレン蒸気−空気−混合物が生じ、その均質性はまた、変動する運
転パラメーターにより妨害されなかった。このことは、長時間一定のPSA−生
産量で固定されていた。更に、設備安全性を妨げる、混合物不均質性により引き
起こされる発火は、生産設備内で観察されなかった。個々の反応器領域内又は反
応器管中での高温による損傷又は緊急停止は、観察されなかった。年間の整備に
制限された定期的な停止の間に、設備使用可能性は99%を上回っていた。With this swirl nozzle-hot wall-mixer system, a homogeneous, streaming-free o-xylene vapor-air-mixture was produced, the homogeneity of which was not disturbed by the varying operating parameters. This was fixed at a constant PSA-production for a long time. Furthermore, no ignitions caused by mixture heterogeneity, which hinder equipment safety, were observed in the production facility. No high temperature damage or emergency shutdown was observed within the individual reactor areas or in the reactor tubes. Facility availability exceeded 99% during regular outages limited to annual maintenance.
【図1】
蒸気状o−キシレン及び/又はナフタレン及び空気からなる均質混合物を製造
するための装置を示す略示図。1 is a schematic diagram showing an apparatus for producing a homogeneous mixture of vaporized o-xylene and / or naphthalene and air.
10 装置、 11 ガスチャネル、 12 ガス流、 13 噴霧装置、
14 供給管、 15 スワールノズル、 16 ホローコーン、 17 スタ
ティックミキサー、 18 二重ジャケット管10 apparatus, 11 gas channel, 12 gas flow, 13 atomizer,
14 supply pipes, 15 swirl nozzles, 16 hollow cones, 17 static mixers, 18 double jacket pipes
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK ,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE, GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,J P,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR ,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK, MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,R O,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ, VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 ベルンハルト ウルリッヒ ドイツ連邦共和国 ボッケンハイム アウ フ デム ハイヤー 28 (72)発明者 ヘルムート ヴンシュマン ドイツ連邦共和国 ブリュール レーマー シュトラーセ 13 Fターム(参考) 4G035 AB01 AC01 AC39 AE13 AE15 4G037 CA11 EA01 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE, TR), OA (BF , BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, G M, KE, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ , UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, B Z, CA, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK , DM, DZ, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, J P, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR , LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, PL, PT, R O, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ , TM, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Inventor Bernhard Ulrich Federal Republic of Germany Bockenheim Au Hudem Higher 28 (72) Inventor Helmut Wunsmann Federal Republic of Germany Bruhl Römer Strasse 13 F-term (reference) 4G035 AB01 AC01 AC39 AE13 AE15 4G037 CA11 EA01
Claims (11)
滴に変え、かつ芳香族炭化水素の沸点を上回り予熱した酸素含有ガス流中に噴射
することによって、接触気相反応用の蒸気状芳香族炭化水素及び酸素含有ガスか
らなる均質混合物を製造する方法において、 液状芳香族炭化水素を、ホローコーンの形成のためのノズルを用いて、好ましく
はスワールノズルを用いて噴霧する ことを特徴とする、接触気相反応用の蒸気状芳香族炭化水素及び酸素含有ガスか
らなる均質混合物を製造する方法。1. Catalytic vapor reciprocation by atomizing liquid aromatic hydrocarbons into droplets having a diameter of less than 1 mm and injecting them into a preheated oxygen-containing gas stream above the boiling point of the aromatic hydrocarbons. In a method of producing a homogeneous mixture of vaporized aromatic hydrocarbons and an oxygen-containing gas for application, spraying liquid aromatic hydrocarbons with a nozzle for forming a hollow cone, preferably with a swirl nozzle. A method for producing a homogeneous mixture of a vaporized aromatic hydrocarbon and an oxygen-containing gas for a catalytic gas phase reaction, which comprises:
項1記載の方法。2. The method according to claim 1, wherein the spray hollow cone has an opening angle of 30 ° to 70 °.
して−30°〜+30℃の角度にある、請求項1又は2記載の方法。3. The method according to claim 1, wherein the central axis of the spray hollow cone is at an angle of −30 ° to + 30 ° C. with respect to the central axis of the preheated gas stream.
切られている空間中に生じさせる、請求項1から3までのいずれか1項記載の方
法。4. The process according to claim 1, wherein the mixture is formed in the space bounded by the heated sidewalls above the boiling point of the hydrocarbons.
される、請求項4記載の方法。5. The method according to claim 4, wherein the side wall of the space is formed by a heated tube, in particular a thermoblech tube.
量%、特に好ましくは5〜30質量%が加熱された側壁上で蒸発する、請求項4
又は5記載の方法。6. 5 to 50% by weight, preferably 5 to 40% by weight and particularly preferably 5 to 30% by weight of the atomized hydrocarbons are vaporized on the heated side walls.
Or the method described in 5.
に導通させる、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。7. The process according to claim 1, wherein the mixture is passed through a static mixer after evaporation of the aromatic hydrocarbons.
、かつ酸素含有ガスが空気である、無水フタル酸合成の際に使用するための請求
項1から7までのいずれか1項記載の方法。8. A method according to claim 1, wherein the aromatic hydrocarbon is o-xylene and / or naphthalene and the oxygen-containing gas is air, for use in the synthesis of phthalic anhydride. Method described in section.
11)、液状芳香族炭化水素の流れのためのガスチャネル(11)中に流入する
噴霧装置(13)を備えた、蒸気状芳香族炭化水素及び酸素含有ガスからなる均
質混合物を製造するための装置において、 噴霧装置(13)がスワールノズル(15)を有しており、かつガスチャネル(
11)がスワールノズル(15)の少なくとも下流に、炭化水素の少なくとも沸
点まで加熱可能である壁(18)を有している、蒸気状芳香族炭化水素及び酸素
含有ガスからなる均質混合物を製造するための装置。9. A gas channel () for a preheated oxygen-containing gas stream (12).
11) for producing a homogeneous mixture of vaporized aromatic hydrocarbons and an oxygen-containing gas with a spraying device (13) flowing into a gas channel (11) for the flow of liquid aromatic hydrocarbons In the device, the atomizing device (13) has a swirl nozzle (15) and a gas channel (
11) produces at least downstream of the swirl nozzle (15) a homogeneous mixture of vaporized aromatic hydrocarbons and an oxygen-containing gas having a wall (18) capable of heating to at least the boiling point of the hydrocarbon. Equipment for.
ット管又はサーモブレヒからなる管を含んでいる、請求項9記載の装置。10. The device according to claim 9, wherein the gas channel (11) comprises a heatable tube, in particular a double jacket tube or a tube made of thermoblech.
ルの下流に配置されている、請求項9又は10記載の装置。11. The device according to claim 9, wherein the static mixer is arranged in the gas channel downstream of the swirl nozzle.
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