NO834786L - Fremgangsmaate og anordning for fraskillese av i vaeske suspenderte katalysatorpartikler - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og

en anordning for fraskillelse av i væske suspenderte faste katalysatorpartikler.

Innen prosessteknikken er det vanlig å utføre reaksjoner mellom gass og væske eller ett eller flere i væske oppløste stoffer ved hjelp av i væsker tilstedeværende katalytisk virksomme faste stoffer. Eksempler på slike reaksjoner er hydrogenering, oksydering og halogenering. Katalysatoren kan ha form av et fast sjikt, gjennom hvilket væsken passerer,

eller kan være en suspensjon av partikler som gjennom energi-tilførsel holdes fritt svevende i væsken. Suspensjonskatalysa-toren har visse fordeler. Eksempelvis kan den suksessivt for-nyes ved kontinuerlige prosesser. Den dispergerte katalysator bibeholder i flere tilfeller sin aktivitet i bétydelig tid, og om reaksjonen skal forløpe kontinuerlig må katalysatoren der-

for holdes tilbake i eller stadig returneres til det reaksjonsrom gjennom hvilket væsken passerer. Dette kan oppnåes ved at den ferdig reagerte væske uttas gjennom et filter som oppfanger katalysatorpartiklene.

I alminnelighet er den momentane filtratstrømning gjennom

et filter direkte proporsjonal med filteroverflaten og trykk-fallet over denne, samt omvendt proporsjonal med væskens viskosi-tet, den samlede mengde belegning på filteroverflaten, samt en konstant som er avhengig av belegningens gjennomtrengelighet.

Det er kjent at en filteroverflate momentant kan befries

for overflatebelegningen ved såkalt tilbakespyling, som innebærer at væske presses gjennom filteret i motsatt retning mot den normale filtratstrømning. I US-patent 2 990 238 beskrives tilbakespyling ved hjelp av en stempel- eller membranpumpe som i den ene slagretningen suger ut filtrat og i den andre trykker tilbake en del av filtratet gjennom filteret.

Som vist på figur 1 i nevnte patentskrift anvendes bare halvdelen den tilgjengelige tid for uttak av filtrat uansett pumpeslagfrekvensen, som angis å være 1 - 500 pr. minutt. Dessuten angis at tilbakestrømningen bør være 20 - 70 % av den utsugde filtratmengde, hvilket ytterligere minsker produktstrømningen i tilsvarende grad. I henhold til denne fremgangsmåte kan tilr. bakespylingsstrømningen ikke bli større enn filtratstrømningen.

I BRD-patent 1 542 089 vises et filterarrangement ved kontinuerlig hydrogenering. Filtratet passerer ut gjennom en stillestående sentrifugalpumpe. Når pumpen startes, trykker den filtrat tilbake gjennom filteret. Hydrogeneringen utføres gjennom sirkulasjon av væske og i væsken dispergert hydrogengass, hvorved strømningshastigheten i henhold til eksempel 1 er 0,7 - 2,8 m/s. Filtratet er plassert ved siden av sirkulasjons-strømmen, hvorfor strømningshastigheten under filtreringen går mot null ved filterets øverste del. I beskrivelsen angis at tilbakespyling kan foregå i noen sekunder. Konsentrasjonen av faste partikler angis i eksemplene å være 1-5 g/l.

I britisk patent 959 583 beskrives hydrogenering av en

væske bestående av alkylantrakinon oppløst i organisk løsnings-middel. Denne hydrering er en delprosess i den kjente antrakinon-prosess for fremstilling av hydrogenperoksyd. Den i oppløsningen suspenderte hydrogeneringskatalysator oppfanges på et filter, som periodisk tilbakespyles ved hjelp av en pumpe. Ytterligere opp-lysninger angående tilbakespylingen og katalysatoren savnes.

I BRD-patent 1 272 292 eksemplifiseres samme hydrogeneringsprosess. Som filtermedium anvendes et porøst, fast karbon-materiale. Antrakinonoppløsningen inneholder som katalysator 0-,07 vekt% palladiumsvart. Katalysatorens kornstørrelse er

3 2

0,01 - 1 ym. Filtratstrømningen er 0,46 m pr. time og m filteroverflate. I beskrivelsen angis at karbonfilteret skal tilbakespyles 3 - 10 s med 20 - 30 minutters mellomrom.

Tilbakespyling kan utføres eksempelvis ved hjelp av en pumpe direkte tilsluttet til en særskilt tilbakespylingsledning eller som vist i BRD 1 542 098, innsatt i filtratledningen. Ved visse prosesser, eksempelvis ved den hydrogenering som inngår i antrakinonprosessen for fremstilling av hydrogenperoksyd, kan filtrat-mengden pr. tidsenhet være stor. En direkte-tilsluttet tilbake-spylingspumpe må da også ha en stor momentan kapasitet, særlig når tilbakespylingsstrømningen skal være større enn filtrat-strømningen. En slik fremgangsmåte kan komplisere automatiser-ingen av tilbakespylingsprosedyren og innebærer et hinder for optimalisering av tilbakespylingen i hvert særskilte tilfelle.

Ved den i antrakinonprosessen inngående hydrogenering anvendes foruten palladiumsvart også Raney-nikkel eller eksempelvis palladium anbrakt på såkalt bærer, vanligvis et keramisk materiale. Disse suspensjonskatalysatorer anvendes i høyere konsentrasjon enn 5 g pr. liter væske, og partikkelstørrelsen er gjennomsnittlig større enn 1 ym.

Ved anvendelse av slike katalysatorer har uttak av produkt-væske gjennom filter vært forenet med så store vanskeligheter at katalysator-fraskillelsen i visse tilfeller er blitt utført ved hjelp av hydrosyklon og/eller sentrifuge.

Ved den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte for fraskillelse av i væske suspenderte faste partikler, såsom Raney-nikkel, som er katalytisk virksomme ved kontinuerlige prosesser, såsom den hydrogeneringsprosess som inngår i antrakinonprosessen ved fremstilling av hydrogenperoksyd, og hvilke partiklers kornstørrelse til mer enn 75 % er større enn 1 ym, samt hvilke foreligger i en konsentrasjon som holdes høyere enn gjennomsnittlig 5 g pr. liter væske, hvorved væsken med reaksjonsprodukt etter passasje av et reaksjonsrom bringes til å passere ett eller flere filtere og de faste partikler som herved holdes tilbake på filteroverflåtene, løsgjøres ved periodisk tilbakespyling og deretter resuspenderes i væsken i reaksjonsrommet, hvilken fremgangsmåte erkarakterisert vedat tilbakespylingen utføres med en væske, som før start av en tilbakespyling bibringes et høyere trykk enn det som råder i reaksjonsrommet, og som er bibrakt eller stilt under innflytelse av en magasinert energimengde som er tilstrekkelig til å starte og opprettholde en væskestrømning gjennom filteret eller filtrene under tilbakespylingen.

Ved den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes også en anordning for fraskillelse av i væskesuspenderte faste katalysatorpartikler, hvilken omfatter et reaksjonskar for reaksjon mellom ett eller flere i væsken oppløste stoffer i nærvær av de suspenderte faste katalysatorpartikler, og ett eller flere i reaksjonskarets utløpsledning anordnede filtere for oppfangning av de faste katalysatorpartikler i reaksjonskaret, hvilken anordning erkarakterisert vedat det til utløpsledningen finnes tilsluttet en beholder for magasinering av en tilbakespylingsvæske, som står under et høyere trykk enn det som råder i reaksjonskaret, og som har en magasinert energimengde som er tilstrekkelig for tilbakespyling av filteret eller filtrene.

Således er det gjennom den foreliggende oppfinnelse mulig under langvarige, kontinuerlige forhold å oppnå en effektiv spesifikk filtratmengde som er større enn 0,5 m 3 pr. time og m 2 filteroverflate endog når katalysatorkonsentrasjonen er større enn 5 g pr. liter væske og/eller belegningen på filteret har en lav gjennomtrengelighet.

Det har vist seg at en særlig hensiktsmessig tilbakespyling med minimalisert effekt-tilførsel kan oppnåes hvis tilbakespylingen utføres med en væske som ved starten av en tilbakespyling står under innflytelse av eller i seg inneholder en magasinert energimengde som er tilstrekkelig for tilbakespylingens gjennomførelse. Den nevnte energi kan eksempelvis være stillings-energi, dvs. tilbakespylingsvæsken holdes i en beholder i sådan mengde og er plassert så høyt at væskens hydrostatiske trykk under hele tilbakespylingsforløpet er høyere enn trykket i det krav som inneholder filteret. Fortrinnsvis anvendes imidlertid et såkalt hydrofor-anlegg.

Belegningen på filteret er ikke utelukkende en obstruksjon. Den tjenestegjør også som et filter som oppfanger de partikler som ellers hadde kunnet passere gjennom porene i det faste filter. Ved hver tilbakespyling frilegges filteroverflaten for sådan penetrering. Med hensyn hertil og med hensyn til optimalt uttak av produktstrøm har det vist seg mest hensiktsmessig å tilbake-spyle med tidsmellomrom fra 1/3 minutt til 20 minutter avhengig av konsentrasjonen av faste partikler i væsken og belegningens gj ennomtrengelighet.

Tilbakespylingen skal ikke bare skylle bort det ytre belegg på filteroverflaten, men også om mulig spyle tilbake de partikler som har trengt inn i filtermediets poresystem.

For oppnåelse av dette skal tilbakespylingen hensiktsmessig utføres med en væskemengde som er større enn den som innesluttes i filtermediet og fortrinnsvis 2-10 ganger større enn denne mengde. Dessuten skal den spesifikke tilbakespylingsstrømning være større enn den spesifikke filtratstrømning i de første 20 sekunder etter en tilbakespyling. Det har også vist seg fordel-aktig at væsken ved de overflater av filteret eller filtrene som vender mot reaksjonsrommet, bibringes en bevegelse i nærheten av filteroverflåtene som gjennomsnittlig er større enn 0,1 m/s.

Katalysatorpartiklenes kornstørrelse er fortrinnsvis til

mer enn 75 % større enn 1 ym.

Oppfinnelsen illustreres ved hjelp av tegningsfigurene.

Fig. 1 viser en anordning ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 og fig. 3 viser i diagramform den momentane filtratstrømning ved tilbakespyling som funksjon av tiden. Fig. 1 viser som eksempel en anordning for reaksjon mellom gass og væske ved hjelp av en suspendert katalysator. Reaksjonen utføres under overtrykk i et reaksjonskar 1. Væsken tilføres kontinuerlig gjennom en ledning 2 og gassen kontinuerlig gjennom en ledning 3. Katalysatoren holdes suspendert i væsken ved hjelp av et røreverk 4. Det væskeformige reaksjonsprodukt trykkes ut gjennom et filter 5 og en ledning 6 med av-brudd bare for tilbakespyling.

Tilbakespyling startes eksempelvis ved at en treveis-ventil 8 vrides 90° og stoppes ved at ventilen tilbakestilles i opp-rinnelig stilling. Under tilbakespyling trykkes væske fra en beholder 9, som står under høyere gasstrykk enn det som råder i karet 1, tilbake gjennom filteret 5. Under en tilbakespyling synker trykket i beholderen 9. Trykkreduksjonen gir på hensiktsmessig måte en impuls slik at en pumpe 10 begynner å trykke inn væske i karet 1 inntil bør-verdien for trykket igjen er innstilt før neste tilbakespyling.

Gass kan tilføres beholderen 9 gjennom en ledning 11. Gassen i beholderen 9 bør være inert overfor gassen og væsken i karet 1. Ved eksempelvis hydrogeneringsprosesser anvendes fortrinnsvis nitrogengass eller karbondioksydgass.

Oppfinnelsen illustreres nærmere ved hjelp av nedenstående utførelseseksempel, som imidlertid ikke ér ment å skulle be-grense oppfinnelsen.

Eksempel 1

Som et trinn i antrakinon-prosessen for fremstilling av hydrogenperoksyd ble antrakinon-derivater hydrogenert med hydrogengass til de tilsvarende antrakinon-derivater i en anordning tilsvarende fig. 1. Karet 1 ble kontinuerlig til-ført 1000 liter arbeidsløsning pr. minutt. Gjennomsnittlig ble tilnærmet samme filtratmengde uttatt gjennom filteret 5. Tilbakespyling ved hjelp av hydroforen 9 ble utført i 1 s hvert minutt med væskemengden ca. 30 liter/tilbakespyling. I henhold til denne fremgangsmåte har pumpen 10 en kapasitet på minst 30 liter/minutt.

Hvis trykk-karet 9. var blitt sløyfet og pumpen direkte 1 tilsluttet ledningen 7,. ville pumpekapasiteten måttet være 60 ganger større. Effektbehovet for pumpens drivanordning,

for eksempel en elektromotor, ville også måttet være 60 ganger større, hvorav det fremgår at den energibesparelse som oppnåes med foreliggende oppfinnelse, er stor.

Eksempel 2 (sammenlignihgseksempel)

På fig. 1 vises filtreringsforløpet ved hydrogenering av antrakinon-derivater oppløst i organiske løsningsmidler. Opp-løsningen inneholdt 110 g/l suspendert Raney-nikkel med korn-størrelse fra ca. 0,001 mm opptil 0,5 mm, hvorved mer enn 75 % var større enn 0,001 mm. Filtermediet var oppbygget av sintrede partikler av syrefast stål. Godstykkelsen var 2 mm, og porøsi-teten var ca. 40 %. Den maksimale porevidde var 8 ym.

Før filtreringsforsøket var filtermediets poresystem blitt renset ved kjemisk behandling. Ved tilførsel av mekanisk energi ble oppløsningen ved filteroverflaten bibrakt en turbu-lent strømningshastighet som gjennomsnittlig var større enn 0,1 m/s. Tilbakespyling ble utført i 6 s, og filtratstrømningen var da avstengt i til sammen 12 s.

Etter fradrag for den gjennom filteret tilbakespylte hydrogenerte oppløsning var den gjennomsnittlige filtratstrømning

3 2

i hver 10 minutters periode ca. 1,3 m pr. m filteroverflate og time. Etter 10 døgns kontinuerlig drift var den effektive filtratstrømning mindre enn 1,0 m 3 /m 2. Hydrogeneringen inngikk i antrakinonprosessen for fremstilling av hydrogenperoksyd.

Eksempel 3

På fig. 2 vises filtreringsforløpet under de samme forut-setninger som i eksempel 2. Tilbakespyling ble utført i 2 s hvert minutt. Den gjennomsnittlige effektive filtratstrømning var 2,25 m 3 /m 2/time. Etter 60 døgns kontinuerlig drift var den effektive filtratstrømning ca. 2,1 m 3 /m 2 og time.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte ved fraskillelse av i væske suspenderte faste partikler, såsom Raney-nikkel, som er katalytisk virksomme ved kontinuerlige prosesser, såsom den hydrogeneringsprosess som inngår i antrakinonprosessen ved fremstilling av hydrogenperoksyd, og hvilke partiklers kornstørrelse til mer enn 75 % er større enn 1 ym, samt hvilke foreligger i en konsentrasjon som holdes høyere enn gjennomsnittlig 5 g pr. liter væske, hvorved væsken med reaksjonsprodukt etter passasje av et reaksjonsrom bringes til å passere gjennom ett eller flere filtere og de faste partikler som herved holdes tilbake på filteroverflåtene, løsgjøres ved periodisk tilbakespyling og deretter resuspenderes i væsken i reaksjonsrommet, karakterisert ved at tilbakespylingen utføres med en væske som før start av en tilbakespyling bibringes et høyere trykk enn det som råder i reaksjonsrommet, og som er bibrakt eller stilt under innflytelse av en magasinert energimengde som er tilstrekkelig til å starte og bibeholde en væske-strømning gjennom filteret eller filtrene under tilbakespyling.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det høyere trykk på tilbakespylingsvæsken tilveiebringes ved hjelp av en komprimert gass.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det høyere trykk på tilbakespylingsvæsken tilveiebringes gjennom et hydrostatisk trykk.

4. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at tilbakespylingen utføres med en væskemengde som er større enn den som kan innesluttes i filteret eller filtrene, og ved at den spesifikke tilbake-spylingsstrømning gjennom filteret eller filtrene avpasses slik at den blir større enn den spesifikke filtratstrømning gjennom filteret eller filtrene i de første 20 s etter tilbakespylingen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at tilbakespylingen utføres med en væskemengde som er 2-10 ganger større enn den væskemengde som kan innesluttes i filteret eller filtrene.

6. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at væsken ved filterets eller filtrenes mot reaksjonsrommet vendte overflater bibringes en bevegelse som gjennomsnittlig er større enn 0,1 m/s.

7. Anordning for fraskillelse av i væske suspenderte faste katalysatorpartikler, hvilken omfatter et reaksjonskar (1) for reaksjon mellom ett eller flere i væsken oppløste stoffer i nærvær av de suspenderte faste katalysatorpartikler og ett eller flere i reaksjonskarets utløpsledning (6) anordnede filtere (5) for tilbakeholdelse av de faste katalysatorpartikler i reaksjonskaret (1), karakterisert ved at det til utløpsledningen (6) finnes tilsluttet en beholder (9) for magasinering av en tilbakespylingsvæske som står under et høyere trykk enn det som råder i reaksjonskaret (1) og som har en magasinert energimengde som er tilstrekkelig for tilbakespyling av filteret eller filtrene.

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at innholdet i beholderen (9) står under gasstrykk.

9. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at innholdet i beholderen (9) står under hydrostatisk trykk.