PL8349B1 - Sposób przeprowadzania reakcji katalitycznych. - Google Patents

Description

Wynalazek dotyczy sposobu przepro¬ wadzania reakcyj katalitycznych z miesza¬ ninami gazu, które zawieraja wodór i po¬ zbawione sa tlenku wegla, jako skladnika szkodliwego.Przy licznych chemicznych sposobach, w których wodór zostaje Uzywany, np. przy syntetycznej fabrykacji amonjaku mozli¬ wie tanie otrzymywanie wodoru posiada bardzo duze znaczenie ekonomiczne. Spo¬ sób otrzymywania wodoru polega na cze- sciowem skropleniu paliw gazowych i bo¬ gatych w wodór, jak np, gazu wodno-tle- nowego, gazu z pieców koksowych, przy- czem dajace sie latwo zgeszczac czesci skladowe tych gazów, jak tlenek wegla, metan i tym podobne, zostaja oddzielone od wodoru* zapomoca skroplenia. Mozna tez otrzymywacjwodór, usuwajacbezwodnik weglowy z mieszaniny wodoru i bezwodni¬ ka weglowego,które zostaja uzyskane przy katalitycznem przeksztalceniu pary i tlen^ ku wegla albo pary i weglowodorów.CO CHt H2Q- 2HnO = C02 -C02 H2 - 4H„ Wodór takiego pochodzenia posiada zawsze resztki tlenku wegla, który w ogól¬ nosci jest szkodliwy przy procesach katali¬ tycznych, gdyz dziala, jako trucizna na wiele katalizatorów, przy syntezie amonja- ku, gdzie obecnosc okolo 0,01 % tlenku we¬ gla w mieszaninie azotu i wodoru moze w bardzo wielkiej mierze, przy pewnych wa¬ runkach pracy, wplynac na dzialalnosc ka¬ talizatora.Próbowano uwolnic wodór od tlenków wegla, przepuszczajac gazy ponad roz¬ grzana soda, przez warstwy wapienia lub karbidu, lub tez pod cisnieniem przez arao- njakalne rozczyny soli miedzi, wzglednie— gorace rozczyny sody zracej* Koszty takich procesów usuniecia tlenku wegla sa jednak za wysokie.Katalityczny sposób czyszczenia wodo¬ ru, zawierajacego stosunkowo male ilosci tlenku wegla, byl juz stosowany, przyczem tlenek wegla mieszaniny gazu, przy prze¬ prowadzaniu go ponad odpowiednim kata¬ lizatorem, reaguje z wodorem i tworzy me¬ tan i wode, t. ).: CO i 3H2 ^ CHt + HJO.Woda zostaje usunieta przez konden¬ sacje i pochlanianie, a metan przechodzi z wodorem do przestrzeni reakcyjnej, gdzie wodór ma byc zuzyty.Sposób ten posiada jednakowoz kilka wad, a wiec. pozostaje np. w wodorze me¬ tan, który posiada te sama'objetosc, jak i wodór, przyczem takie rozcienczenie wodo¬ ru powoduje oslabienie biegu reakcji, przy której wodór zostaje nastepnie uzywany.Oprócz tego, obecnosc metanu przy wodo¬ rze jest szkodliwa przy rozmaitych katali¬ tycznych procesach, jak np. przy syntezie amonjaku, gdyz moze powodowac w prze¬ strzeni reakcyjnej czesciowy rozklad, co szkodzi dzialalnosci katalizatora. Wreszcie, w celu usuniecia pewnej objetosci tlenku wegla zostaja zuzyte nie mniej, niz trzy objetosci wodoru.Wedlug wynalazku, katalityczne reak¬ cje z mieszaninami gazów, które zawieraja wodór, zanieczyszczony tlenkami wegla, moga byc w ten sposób ulepszone, ze mie¬ szaniny gazów zostaja najpierw przeprowa¬ dzane pod wysokiem cisnieniem ponad ka¬ talizatorem, który zmusza tlenek wegla do reagowania z wodorem w celu wytworze¬ nia pochodnych weglowodorów z zawarto¬ scia tlenu. Jezeli wiec mieszaniny gazów zostaja przeprowadzane przez katalizator tego rodzaju, nietylko obnizona zostaje w znacznej mierne zawartosc tlenków wegla, lecz nawet/ praktycznie biorac, mozna je zupelnie usunac. Cisnienie uzywane w tym wypadku musi byc odpowiednio wielkie.Wskutek dostatecznego oziebiania produk¬ tów gazowych przy cisnieniu poczatkowem, weglowodory z zawartoscia tlenu moga byc kondensowane i odprowadzane w stanie plynnym. Gazy zawierajace wodór w zasa¬ dzie pod poczatkowem cisnieniem, po e- wentualnie potrzebnem dalszem oczyszcze¬ niu, moga byc nastepnie dalej przeprowa¬ dzone do urzadzenia, w którem ma zostac dokonana ostateczna reakcja.Z obu reakcyj CO 4 1H2 - Cff4 + H20 CO f 2H2 = CH^OH, pierwsza zachodzi latwo przy niskich tem¬ peraturach i przy cisnieniu atmosferyczncm podczas, gdy druga - tylko pod cisnieniem wiekszem.Cynk, miedz, cynk i chrom albo chrom i miedz traktowane byc moga, jako sub¬ stancje katalityczne, które nadaja sie do usuniecia tlenku wegla. Metale te moga byc odpowiednio przerobione i zastosowane w postaci katalizatorów, jako tlenki lub mie¬ szaniny tlenków. W razie uzywania miesza-^ nin, jeden tlenek wspomaga, jak sie zdaje, katalityczne dzialanie drugiego. Zelazo równiez moze byc uzywane, jako kataliza¬ tor, jezeli zostaje utrzymywana dostatecz¬ nie niska temperatura i jezeli nie zalezy na tworzeniu imetanu, który moze sie tworzyc z weglowodorami, zaopatrzonemi w grupy tlenowe, przez wzajemne oddzialywanie miedzy tlenkiem wegla a wodorem.Jako przyklad weglowodorów zawiera¬ jacych tlen, uzywanych w sposób powyz¬ szy, moze byc wymieniony alkohol metylo¬ wy, który powstaje wedlug wzoru i — 2 —i r ¦ i CO + 2H2=CHgOH.Warunkiem usuniecia tlenku wegla, w sposób wyzej (opisany, jest odpowiednie zu¬ zycie wodoru, które jest mniejsze niz zu¬ zycie przy przemianie tlenku wegla w me¬ tan lub inne weglowodory. Prócz tego, we¬ glowodory, zawierajace tlen, moga byc przez kondensacje bez trudu wydalone z mieszaniny gazów, przyczem metan lub weglowodór podobny bedzie wówczas jedy- nem zanieczyszczeniem, które pozostanie w gazach i rozcienczy je. Ilosc tych zanieczy¬ szczen zalezna jest od warunków, przy któ- f rych sposób ten zostaje wykonany oraz od wlasciwosci uzywanego katalizatora.Dalsza zaleta, wynikajaca vz opisanego sposobu, jest to, ze wskutek kondensacji pochodnych weglowodorów, jak np. alkoho¬ lu metylowego, zostaje ulatwione usuniecie innych niepozadanych zanieczyszczen, np, wody, zwiazków siarki i mozliwie niezmie¬ nionego tlenku wegla, dzieki mechaniczne¬ mu oddzialywaniu, wzglednie wlasciwo¬ sciom chlonnym. Dzialanie to jest wtedy szczególnie korzystne, jezeli znajduje sie metan, np, przy uzyciu zelaza, jako katali¬ zatora, gdyz przy cisnieniu atmosferycznem rozpuszcza sie wiecej niz 50 objetosci me¬ tanu w 100 objetosciaclralkoholu metylo¬ wego, a przy wyzszych cisnieniach — je¬ szcze wiecej. Wymienione zanieczyszczenia moga istniec w tak malycli ilosciach, ze ani nie sa wykazywane zwyklemi metodami analitycznemi, ani nie wplywaja na wla¬ sciwosci utworzonych weglowodorów z gru¬ pami tlenowemi, a przeciez, jezeli nie zo¬ staja usuniete — dzialaja szkodliwie na katalizator, przez który gazy zostaja na¬ stepnie prowadzone, jak np, przy syntezie amonjakowej.Weglowodory z grupami tlenowemi,, np, alkohol metylowy uzyskany przy tym spo¬ sobie, posiadaja wartosc praktyczna. Ilosc tlenku wegla, przemienionego z jednej stro¬ ny na pochodne tlenowe weglowodorów, z drugiej Strony na metan, zalezy od stosun¬ ków panujacych podczas przebiegu, jak tez od wlasciwosci zastosowanego katalizatora.Moze równiez byc wskazane uzywanie ka¬ talizatora, który usuwa bardzo wielka, lecz nie calkowita ilosc tlenku wegla, a miano¬ wicie w postaci tlenowych pochodnych we¬ glowodorów. Pozostala reszte tlenku wegla mozna nastepnie usunac przez przeprowa¬ dzanie gazów, znajdujacych sie jeszcze pod cisnieniem, przez drugi katalizator, który przemienia tlenek wegla w metan, lub tez przez przeprowadzenie takich gazów ponad jakims znanym srodkiem, pochlaniajacym tlenek wegla. Moze jednak tez byc pozada- nem zastosowanie katalizatora, który prze¬ mienia cala (ilosc tlenku wegla, nawet jeze¬ liby przy tej przemianie powstal czesciowo metan.Zastosowanie katalizatorów w opisa¬ nych warunkach umozliwia równiez usuwa¬ nie bezwodnika weglowego, a weglowodory, jak np, metan, znajdujace sie czesto w ga¬ zach, zawierajacych wodór, moga byc przemieniane w zgeszczalne produkty.Sposób wykonania wynalazku wyjasnia¬ ja przyklady. Zalaczony rysunek przed¬ stawia schematycznie urzadzenie odpowia¬ dajace tym celom.Przyklad I, Mieszanina-azotu i wodoru, pozbawiona trwalych katalitycznych tru¬ cizn, jak np,-zwiazków siarki, w której sto¬ sunek bbjetosci jesl 1 do 3, zostaje spre¬ zona zapomoca kompresora 2 az do 900 atrn. Gazy doplywaja nastepnie do urza¬ dzenia katalitycznego 3, gdzie przeplywaja przez katalizator przy temperaturze nie wyzszej niz 400°C i przy chyzosci prze¬ strzennej 10000. (Pod chyzoscia przestrzen¬ na nalezy rozumiec ilosc gazu, która prze¬ plywa przez jednostke objetosci kataliza¬ tora w ciagu godziny, mierzona przy ci¬ snieniu atmosfery i przy temperaturze nor¬ malnej ), Jako katalizator moze byc uzyty tlenek cynku, otrzymywany zapomoca spalania — 3 —weglanu cynku w piecu muflowym przy 400°C, Moze byc tez jednak uzyty katali¬ zator, skladajacy sie z tlenku cynku i chro¬ mu, który zostaje otrzymywany przez do¬ danie amonjaku do mieszaniny rozczynu soli cynku i chromu, odfiltrowanie, staran¬ ne wyplókanie osadu i suszenie.Z urzadzenia katalitycznego, gazy znaj¬ dujace sie jeszcze pod cisnieniem plyna przez przewody kondensatora 4, po któ¬ rych przeplywa zimna woda, do zbiornika 5. W urzadzeniu 3 wytworzone tlenowe pochodne weglowodorów, które osadzily sie w kondensatorze, zostaia oddzielone od ga* zów wraz z wszelkiemi zanieczyszczenia¬ mi, które z gazów wymyly, i moga zostac odprowadzone przez wypust 6. Gazy ply¬ na nastepnie do zbiornika 7, napelnionego aktywowanym weglem, w celu usuniecia pozostalych sladów wody, alkoholu i in¬ nych zanieczyszczen, Oczyszczenie to moze byc potrzebne ze wzgledu na to, ze, jak znaleziono, przy cisnieniu okolo 1000 atm cisnienia pary alkoholu metylowego i wo¬ dy sa okolo trzy do pieciu razy tak wyso¬ kie, jak cisnienie atmosfery. Jezeli w kon¬ densatorze -uzywana woda posiada okolo 20°C, gazy, które opuszczaja zbiornik 5, zawieraja okolo 0,1% alkoholu metylowe¬ go i 0,01% wody, które to materjaly, jeze¬ li nie zostaja usuniete, dzialaja nieko¬ rzystnie na-synteze amonjakalna. Ze zbior¬ nika 7 gazy zostaja prowadzone jeszcze ciagle pod cisnieniem, do urzadzenia 8, gdzie stykaja sie z katalizatorem zelaza, który zostal sporzadzony przez stopienie czystego Fes04 z d\yoma procentami wa- gowemi czystego Al2Oó1 ochlodzenie, roz¬ drobnienie i przesitowanie. Katalizator ten zostaje utrzymywany w temperaturze okolo 500°C. Amonjak, wytworzony w urzadze¬ niu 8 zostaje skroplony przez przeprowa¬ dzenie gazów przez kondensator 9, po któ¬ rym przeplywa zimna woda. Skroplony amonjak zostaje chwytany w zbiorniku 10, a pozostale gazy moga byc zpowrotem od¬ prowadzone do urzadzen 8,9 i 10 albo tez moga byc przeprowadzone przez jeden lub wiecej dodatkowych aparatów. Jezeli uzna sie uzyskana zmiane za dostateczna, 'moga one tez byc wypuszczone nazewnatrz.Przyklad II. Wodór, wojny od stalych katalitycznych trucizn, jak np. zwiazków siarki, zawierajacy okolo dwu procent objetosciowych tlenku wegla tostaje spre¬ zony kompresorem 2 do 150 atm. Nastep¬ nie gaz doplywa do katalitycznego urza¬ dzenia 3, w którem plynie ponad kataliza¬ torem przy temperaturze najkorzystniej nie wyzszej niz 400°C i chyzosci przestrzen¬ nej 10000. Z urzadzenia katalitycznego gaz przeplywa, zawsze jeszcze pod cisnieniem, przez przewody kondensatora 4, oplókiwa- nego zimna woda, i do zbiornika 5. Tleno¬ we pochodne weglowodorów, które powsta¬ ly w urzadzeniu 3 i zostaly skroplone w kondensatorze 4 (razem z zanieczyszcze¬ niami, które wyplókaly one z gazów) zo¬ staja w zbiorniku 5 oddzielone od gazów i moga byc odprowadzone przez wypust 6.Gaz doplywa nastepnie do zbiornika 7, który jest napelniony aktywowanym we¬ glem albo zawiera inne materje absorbuja¬ ce lub filtrujace, azeby usunac powstajace slady wody, alkoholu i innych zanieczy¬ szczen, które moglyby szkodliwie dzialac na katalizator. Oczyszczony tern postepo¬ waniem wodór zostaje nastepnie, zawsze jeszcze pod poczatkowem cisnieniem, do¬ prowadzony do aparatu, jaki zostaje zwy¬ kle uzywany do uwodorodnienia olejów, np. te nasion bawelnianych lub podobnych.Predkosc przestrzenna, wymieniona w powyzszych przykladach, moze byc pod¬ wyzszona na 100 000 lub tez wiecej. Naj¬ lepsza chyzosc przestrzenna zalezy przy danych stosunkach od wlasciwosci zada¬ nych tlenowych pochodnych weglowodo¬ rów i od stopnia, do którego tlenek wegla ma byc usuniety.Produkty oleiste i alkohol o wyzszym ciezarze molekularnym, niz alkohol mety- 4Iowy, moga byc uzyskane, jezeli chyzosc przestrzenna zostaje zniniej szona, j ezeli tlenki alkaliczne zostaja dodane do kata¬ lizatora lub jezeli temperatura katalizatora zostaje podwyzszona przy przyrzadzaniu gazów reakcyjnych.Sposób wedlug wynalazku moze byc stosowany przy traktowaniu mieszanin ga¬ zów, które zawieraja wzwyz az do 10% tlenku wegla.W powyzszym opisie jest mowa o sto¬ sunkowo wysokich cisnieniach, lecz takze i cisnieniach niskich. Cisnienie uzywane do przemiany tlenku wegla zalezy zwykle od cisnienia, przy którem ma byc przeprowa¬ dzona ostateczna reakcja, gdyz jest poza¬ dane utrzymywanie w zasadzie niezmienio¬ nego cisnienia wewnatrz calej aparatury. ¦ ¦ ¦*¦ PL

Claims (5)

1. Zastrzezenia patentowe. 1. L Sposób przeprowadzania reakcyj ka¬ talitycznych z mieszaninami gazów, zawie¬ rajacych wodór i tlenek wegla w ilosci do 10% zawartosci wodoru, znamienny tern, ze tlenek wegla pod cisnieniem, przy uzy¬ ciu katalizatora, wchodzi w reakcje z wo¬ dorem, wytwarzajac tlenowe pochodne we¬ glowodorów, które przy cisnieniu utrzymy- wanem w dalszym ciagu, zostaja usuniete z mieszaniny gazów, poczem gaz zostaje przeprowadzony, wciaz jeszcze pod cisnie¬ niem, przez katalizator celem zamierzonej glównej reakcji.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamien¬ ny tern, ze tlenek wegla zostaje najpierw czesciowo zmieniony w weglowodór, za¬ wierajacy tlen, poczem, po usunieciu tego weglowodoru, zostaje tez usunieta reszta tlenku wegla, wzglednie, zwiazanego tlenu, celem przeprowadzenia zamierzonej glów¬ nej reakcji.
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2, zna¬ mienny tern, ze przy pierwszej katalitycz¬ nej reakcji miedzy tlenkiem wegla^ a wo¬ dorem, otrzymuje sie alkohol metylowy, jako uboczny produkt.
4. 4. Zastosowanie sposobu wedlug zastrz. 1, 2 lub 3, znamienne tern, ze stosowany jest do mieszanin gazowych, skladajacych sie z azotu i wodoru przy syntetycznej fa¬ brykacji amonjaku.
5. 5. Sposób wedlug zastrz. 1—4, zna¬ mienny tem, ze do pierwszej katalitycznej reakcji zostaje uzywany, jako katalizator, cynk, zelazo, mieszanina cynku i chromu albo chromu i miedzi. Lazotelnc. Zastepca: Inz. H. Sokal, rzecznik patentowy.Do opisu patentowego Nr 8349. Druk L. Boguslawskiego, Warszawa. Sbib PL