WO2009149808A1 - Method for producing maleic anhydride - Google Patents

Method for producing maleic anhydride Download PDF

Info

Publication number
WO2009149808A1
WO2009149808A1 PCT/EP2009/003497 EP2009003497W WO2009149808A1 WO 2009149808 A1 WO2009149808 A1 WO 2009149808A1 EP 2009003497 W EP2009003497 W EP 2009003497W WO 2009149808 A1 WO2009149808 A1 WO 2009149808A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reaction
zones
zone
reaction zone
reaction zones
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/003497
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Evin Hizaler Hoffmann
Leslaw Mleczko
Ralf Schellen
Stephan Schubert
Original Assignee
Bayer Technology Services Gmbh
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayer Technology Services Gmbh filed Critical Bayer Technology Services Gmbh
Publication of WO2009149808A1 publication Critical patent/WO2009149808A1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/16Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
    • C07C51/21Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen
    • C07C51/215Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of saturated hydrocarbyl groups

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of maleic anhydride by catalytic gas phase oxidation of butane with oxygen, wherein the reaction is carried out in 10 to 60 successive reaction zones under adiabatic conditions, and a reactor system for carrying out the method.
  • Vanadium phosphorus oxide (cf., for example, EP 0 071 140 B1) is prepared from gaseous butane and oxygen in an exothermic, catalytic reaction according to formula (I):
  • maleic anhydride prepared by the reaction of formula (I) forms an essential starting material for many other syntheses in the chemical industry.
  • maleic anhydride is used in the production of unsaturated polyesters and for the synthesis of surfactants, insecticides, herbicides, fungicides and the like.
  • One part is reduced to 1,4-butanediol and to tetrahydrofuran.
  • EP 0 326 536 B1 discloses a process for the preparation of maleic anhydride in which a reaction of a non-aromatic hydrocarbon having 4 to 10 carbon atoms with oxygen is carried out in a reaction zone at temperatures of 300 ° C. to 600 ° C.
  • the reaction zone is further characterized by having in it the catalyst diluted with inert material, also disclosing the presence of various dilutions of the catalyst in the reaction zone. It is further disclosed that the reaction zone is in a fixed bed tubular reactor which is cooled.
  • the inlet pressure of the disclosed method is disclosed at 1 to 3.45 bar.
  • the highest dilution of the catalyst or the smallest amount of catalyst in the reaction zone should be at the location of the "hot spot."
  • the "hot spot” is disclosed as the location in the reaction zone where the highest temperature prevails and where usually the highest rate of oxidation of the non-aromatic hydrocarbon to maleic anhydride is present.
  • the non-aromatic hydrocarbon is supplied to the reaction zone at proportions of 1 to 10 mol% of the process gas.
  • the method disclosed in EP 0 326 536 B1 is disadvantageous in that it operates at a constant maximum cooling rate dictated by geometry and heat exchange medium. If, during operation of the method, the disclosed "hot spot" is no longer in the position of the highest catalyst dilution due to external influences, such as incorrect metering of the starting materials, overheating which can no longer be compensated for and at least undesired by-products of the reaction occur, in the worst case, operating safety parameters which can lead to a standstill or destruction of the system in which the disclosed method is carried out., Precise temperature control of the method is excluded for the reasons just mentioned, since a "hot spot" is deliberately tolerated and thus at least portions of the reaction zone are operated under adverse conditions, resulting in disadvantageous selectivity.
  • EP 1 007 499 B1 discloses a process in which maleic anhydride is produced in the gas phase from n-butane using high oxygen contents in the process gas in the presence of a phosphorus-vanadium mixed oxide catalyst.
  • the disclosed reaction temperatures are in the range of 300 0 C to 550 0 C, while the pressures at the beginning of the reaction zone are between 2.03 and 6.03 bar.
  • the process is characterized by an at least partial reuse of the process gases after leaving the reaction zone, as well as by a high proportion of carbon dioxide and carbon monoxide in the process gases.
  • reaction zone for conversion to maleic anhydride It is a reaction zone for conversion to maleic anhydride, a subsequent cooling of the process gases for the absorption of maleic anhydride in a solution means, washing, compression of the remaining process gases, partial venting of inert gases and carbon oxides, subsequent washing thereof with an organic solvent, and recycling together with fresh n-butane to the reaction zone.
  • a further reaction zone for conversion to maleic anhydride There is disclosed no further reaction zone for conversion to maleic anhydride and no means for controlling the reaction temperature.
  • EP 1 007 499 B1 The method disclosed in EP 1 007 499 B1 is disadvantageous because a high expenditure in terms of apparatus and process engineering is required. The expense is largely due to the low sales and the high proportion of process gases not involved in the reaction according to formula (I).
  • the disclosed high selectivity of the overall process is opposed by a low yield and a low conversion, as well as a high energy consumption for the individual separation and purification steps, which further makes the method economically disadvantageous.
  • US Pat. No. 6,194,587 B1 discloses a process similar to that of EP 1 007 499 B1.
  • a first reaction zone which is cooled, air is reacted with 0.5 to 3 mol% of n-butane to form maleic anhydride.
  • the process gas exiting the reaction zone is cooled to condense and / or absorb in water portions of the maleic anhydride formed.
  • the remaining process gas is fed to another reaction zone together with further n-butane. It is further disclosed that this combination of reaction zone with cooling and absorbing, and subsequent metered addition of further n-butane in the remaining process gas can also be performed more than twice in succession.
  • n-butane content causes explosion hazards; only 4 to 5 mol% are possible in fluidized bed reactors.
  • the process should be operated at a maximum temperature difference between the cooling medium and the reaction temperature of 100 ° C.
  • the reaction temperature can be between 365 ° C and 550 0 C. It is further disclosed that the reaction temperature should not exceed a value of 475 ° C for longer times, otherwise loss of yield and losses of catalyst activity must be feared.
  • EP 1 251 951 (B1) discloses a device and the possibility of carrying out chemical reactions in the device, wherein the device is characterized by a cascade of reaction zones in contact with one another and heat exchanger devices which are arranged in a composite with one another. The method to be carried out here is thus characterized by the contact of the various reaction zones with a respective heat exchanger device in the form of a cascade. There is no disclosure as to the usability of the apparatus and method for the synthesis of maleic anhydride from gaseous oxygen and butane. Thus, it remains unclear how, starting from the disclosure of EP 1 251 951 (B1), such a reaction should be carried out by means of the device and the method carried out therein.
  • EP 1 251 951 (B1) is carried out in a device the same as or similar to the disclosure regarding the device.
  • the disclosure regarding the oscillating temperature profile can therefore only be understood as meaning that the temperature peaks ascertained here would be stronger if this contact did not exist.
  • Another indication of this is the exponential increase in the disclosed temperature profiles between the individual temperature peaks. These indicate that there is some heat sink of appreciable but limited capacity in each reaction zone which can reduce the temperature rise in it.
  • EP 1 251 951 discloses multi-stage processes in cascades of reaction zones from which heat in undefined Quantity is dissipated by heat conduction. Accordingly, the disclosed method is disadvantageous in that accurate temperature control of the process gases of the reaction is not possible.
  • Butane in the context of the present invention refers to a process gas which is introduced into the process according to the invention and comprises butane.
  • the proportion of butane in the process gases supplied to the process is usually between 1 and 5 mol%, preferably between 1 and 3 mol%.
  • Oxygen in the context of the present invention refers to a process gas which is introduced into the process according to the invention and which comprises oxygen.
  • the proportion of oxygen in the process gases supplied to the process is usually between 10 and 60 mol%, preferably between 15 and 50 mol%.
  • these can also include secondary components.
  • Non-exhaustive examples of minor components that may be included in the process gases include argon, nitrogen, carbon dioxide, carbon monoxide, and / or water.
  • process gases are understood as gas mixtures which comprise oxygen and / or butane and / or maleic anhydride and / or secondary components.
  • adiabat means that no heat supply or removal measures are taken.
  • An advantage of the adiabatic driving method according to the invention of the 10 to 60 successive reaction zones compared to a non-adiabatic mode of operation is that in the reaction zones no means for heat removal must be provided, which entails a considerable simplification of the construction. This results in particular simplifications in the manufacture of the reactor and in the scalability of the process and an increase in reaction conversions.
  • the heat generated in the course of the exothermic reaction progress can be utilized in the single reaction zone to increase the conversion in a controlled manner.
  • the catalysts used in the process according to the invention are usually catalysts which consist of a material which, in addition to its catalytic activity for the reaction according to formula (I), is characterized by sufficient chemical resistance under the conditions of the process and by a high specific surface area.
  • Catalyst materials characterized by such chemical resistance under the conditions of the process are, for example, catalysts comprising vanadium and phosphorus supported on alumina.
  • Specific surface area in the context of the present invention refers to the area of the catalyst material that can be reached by the process gases based on the mass of catalyst material used.
  • a high specific surface area is a specific surface area of at least 10 m 2 / g, preferably of at least 20 m 2 / g.
  • the catalysts of the invention are each in the reaction zones and can be used in all known forms, e.g. Fixed bed, fluidized bed, fluidized bed present.
  • the fixed bed arrangement comprises a catalyst bed in the true sense, d. H. loose, supported or unsupported catalyst in any form and in the form of suitable packings.
  • catalyst bed as used herein also encompasses contiguous areas of suitable packages on a support material or structured catalyst supports. These would be e.g. to be coated ceramic honeycomb carrier with comparatively high geometric surfaces or corrugated layers of metal wire mesh on which, for example, catalyst granules is immobilized.
  • a special form of packing in the context of the present invention, the presence of the catalyst in monolithic form is considered.
  • the catalyst is preferably present in beds of particles having mean particle sizes of 1 to 10 mm, preferably 1.5 to 8 mm, particularly preferably 2 to 6 mm. Also preferably, the catalyst is in a fixed bed arrangement in monolithic form. In the case of a fixed-bed arrangement, a monolithic catalyst which consists of a vanadium-phosphorus mixed oxide supported on aluminum oxide is particularly preferred.
  • the monolithic catalyst is provided with channels through which the process gases flow.
  • the channels have a diameter of 0.1 to 3 mm, preferably a diameter of 0.2 to 2 mm, more preferably from 0.5 to 1.5 mm.
  • a monolithic catalyst with channels of the specified diameter is particularly advantageous, since this explosion protection can be ensured. This is done by absorbing the enthalpy through the wall of the monolith and thus suppressing further propagation of flames.
  • the catalyst is preferably present in loose beds of particles, as have also previously been described for the fixed bed arrangement.
  • Beds of such particles are advantageous because the size of the particles have a high specific surface area of the catalyst material compared to the process gases oxygen and butane and thus a high conversion rate can be achieved. Thus, the mass transport limitation of the reaction by diffusion can be kept low. At the same time, however, the particles are not yet so small that disproportionately high pressure losses occur when the fixed bed flows through.
  • the ranges of the particle sizes given in the preferred embodiment of the process, comprising a reaction in a fixed bed are thus an optimum between the achievable conversion from the reaction according to formula (I) and the pressure drop produced when the process is carried out. Pressure loss is coupled in a direct manner with the necessary energy in the form of compressor performance, so that a disproportionate increase in the same would result in an inefficient operation of the method.
  • a preferred embodiment of the process according to the invention comprises 12 to 50, particularly preferably 14 to 40 reaction zones connected in series under adiabatic conditions.
  • a preferred further embodiment of the method is characterized in that the process gas emerging from at least one reaction zone is subsequently passed through at least one heat exchange zone downstream of said reaction zone.
  • each reaction zone is at least one, preferably exactly one heat exchange zone, through which the process gas leaving the reaction zone is passed.
  • the reaction zones can either be arranged in a reactor or arranged divided into several reactors.
  • the arrangement of the reaction zones in a reactor leads to a reduction in the number of apparatuses used.
  • the individual reaction zones and heat exchange zones can also be arranged together in a reactor or in any combination of reaction zones with heat exchange zones in several reactors.
  • reaction zones and heat exchange zones are present in a reactor, in an alternative embodiment of the invention there is a heat insulation zone between them in order to be able to obtain the adiabatic operation of the reaction zone.
  • each of the series-connected reaction zones can be replaced or supplemented independently of one another by one or more reaction zones connected in parallel.
  • the use of reaction zones connected in parallel allows in particular their replacement or supplementation during ongoing continuous operation of the process.
  • Parallel and successive reaction zones may in particular also be combined with one another.
  • the process according to the invention particularly preferably has exclusively reaction zones connected in series.
  • the reactors preferably used in the process according to the invention can consist of simple containers with one or more reaction zones, as described, for example, in Ulimann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (Fifth, Completely Revised Edition, VoI B4, pages 95-104, pages 210-216), wherein in each case between the individual reaction zones and / or heat exchange zones heat insulation zones can be additionally provided.
  • the catalysts or the fixed beds thereof are mounted in a manner known per se on or between gas-permeable walls comprising the reaction zone of the reactor. Especially with thin fixed beds can in the flow direction before the
  • Catalyst beds technical devices for uniform gas distribution can be attached. These can be perforated plates, bubble-cap trays, valve trays or other internals which, by producing a small but uniform pressure loss, cause a uniform entry of the process gas into the fixed bed.
  • the reaction can be accelerated and thus the space-time yield (amount of produced maleic anhydride per mass of catalyst material) can be increased, on the other hand a composition of the process gas is achieved which is further removed from the critical boundary composition for an explosion ,
  • the inlet temperature of the process gas entering the first reaction zone is from 10 to 360 ° C., preferably from 50 to 39O 0 C, particularly preferably from 100 to 410 ° C.
  • the absolute pressure at the inlet of the first reaction zone is between 1 and 7 bar, preferably between 1, 5 and 6 bar, more preferably between 2 and 5 bar.
  • the residence time of the process gas in a reaction zone is between 0.1 and 30 s, preferably between 0.2 and 15 s, particularly preferably between 0.5 and 7 s.
  • the butane and the oxygen are preferably fed only before the first reaction zone.
  • This has the advantage that the entire process gas can be used for the absorption and removal of the heat of reaction in all reaction zones.
  • the space-time yield can be increased, or the necessary catalyst mass can be reduced.
  • the temperature of the conversion can be controlled via the supply of gas between the reaction zones.
  • the process gas is cooled after at least one of the reaction zones used, more preferably after each of the catalyst beds used.
  • the process gas is passed after exiting a reaction zone through one or more of the above-mentioned heat exchange zones, which are located behind the respective reaction zones.
  • These may be used as heat exchange zones in the form of heat exchangers known to those skilled in the art, e.g. Rohrbündel- be, plate, Ringnut-, spiral, finned tube, micro heat exchanger be executed.
  • the heat exchangers are preferably microstructured heat exchangers.
  • microstructured means that the heat exchanger for the purpose of heat transfer comprises fluid-carrying channels, which are characterized in that they have a hydraulic diameter between 50 ⁇ m and 5 mm.
  • the hydraulic diameter is calculated as four times the flow cross-sectional area of the fluid-conducting channel divided by the circumference of the channel.
  • steam is generated during cooling of the process gas in the heat exchange zones by the heat exchanger.
  • the heat exchangers which include the heat exchange zones, to carry out evaporation on the side of the cooling medium, preferably partial evaporation.
  • Partial evaporation referred to in the context of the present invention, an evaporation in which a gas / liquid mixture of a substance is used as a cooling medium and in which there is still a gas / liquid mixture of a substance after heat transfer in the heat exchanger.
  • the carrying out of evaporation is particularly advantageous because in this way the achievable heat transfer coefficient from / to process gases on / from the cooling / heating medium becomes particularly high and thus efficient cooling can be achieved.
  • Performing a partial evaporation is particularly advantageous because the absorption / release of heat by the cooling medium thereby no longer results in a temperature change of the cooling medium, but only the gas / liquid equilibrium is shifted. This has the consequence that over the entire heat exchange zone, the process gas is cooled to a constant temperature. This in turn safely prevents the occurrence of temperature profiles in the flow of process gases, thereby improving control over the reaction temperatures in the reaction zones and, in particular, preventing the formation of local overheating by temperature profiles.
  • a mixing zone can also be provided upstream of the entrance of a reaction zone in order to standardize the temperature profiles in the flow of process gases which may arise during cooling by mixing transversely to the main flow direction.
  • the reaction zones connected in series are operated at an average temperature increasing or decreasing from reaction zone to reaction zone. This means that within a sequence of reaction zones, the temperature can be both increased and decreased from reaction zone to reaction zone. This can be adjusted, for example, via the control of the heat exchange zones connected between the reaction zone.
  • the thickness of the flow-through reaction zones can be chosen to be the same or different and results according to laws generally known in the art from the residence time described above and the process gas quantities enforced in the process.
  • the mass flows of product gas (maleic anhydride) which can be carried out according to the invention by the method, and from which the amounts of process gas to be used, are usually between 0.01 and 35 t / h, preferably between 0.1 and 30 t / h, more preferably between 1 and 25 t / h.
  • the maximum outlet temperature of the process gas from the reaction zones is usually in a range from 370 ° C to 500 ° C, preferably from 400 ° C to 485 ° C, more preferably from 420 0 C to 470 0 C.
  • the control of the temperature in the reaction zones is preferably carried out by at least one of the following measures: dimensioning of the adiabatic reaction zone, control of heat dissipation between the reaction zones, addition of gas between the reaction zones, molar ratio of the reactants / excess of oxygen used, addition of inert gases, in particular nitrogen, carbon dioxide, before and / or between the reaction zones.
  • composition of the catalysts in the reaction zones according to the invention may be identical or different. In a preferred embodiment, in each
  • Reaction zone uses the same catalysts. However, it is also advantageous to use different catalysts in the individual reaction zones. Thus, especially in the first reaction zone, when the concentration of the reaction educts is still high, a less active catalyst can be used and in the further reaction zones the activity of the catalyst can be increased from reaction zone to reaction zone. The control of catalyst activity can also be achieved by dilution with
  • Inert materials or carrier material take place. Also advantageous is the use of a catalyst in the first and / or second reaction zone, which is particularly stable against deactivation at the temperatures of the process in these reaction zones.
  • 0.01 kg / h to 1 kg / h preferably 0.03 kg / h to 0.5 kg / h, particularly preferably 0.05 kg / h to 0.2 kg / per 1 kg of catalyst with the method according to the invention be prepared maleic anhydride.
  • the inventive method is thus characterized by high space-time yields, combined with a reduction of the apparatus sizes and a simplification of
  • Reaction zones with interposed heat exchange zones and the defined residence times allows precise control of the process and the resulting high space-time yields, as well as a reduction of the formed
  • Another object of the invention is a reactor system for the reaction of butane and oxygen to maleic anhydride, characterized in that it comprises feed lines (Z) for a process gas comprising butane and oxygen or for at least two process gases, of which at least one butane and at least one oxygen and 10 comprises up to 60 reaction zones (R) connected in series in the form of fixed beds of a heterogeneous catalyst, heat insulation zones (I) in the form of insulating material and between these heat exchange zones (W) in the form of plate heat exchangers between the reaction zones. and discharges for the process gases are connected and include the supply and discharge lines for a cooling medium.
  • the reactor system may also comprise 12 to 50, preferably 14 to 40 reaction zones in the form of fixed beds.
  • the insulating material of the heat insulating zones is preferably a material having a
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the reactor system according to the invention, the following reference numerals being used in the figures:
  • FIG. 2 shows reactor temperature (T), butane conversion (U) and maleic anhydride selectivity (Y) over a number of 21 reaction zones (S) with downstream heat exchange zones (according to Example 1).
  • 3 shows reactor temperature (T), butane conversion (U) and maleic anhydride selectivity (Y) over a number of 24 reaction zones (S) with downstream heat exchange zones (according to Example 2).
  • the process gas flows over a total of 21 fixed catalyst beds of vanadium phosphorous oxide, which is applied to a support of alumina, that is, through 21 reaction zones.
  • Each after a reaction zone is a heat exchange zone in which the process gas is cooled before it enters the next reaction zone.
  • the process gas used at the beginning of the first reaction zone contains 2 mol% of butane, 20 mol% of oxygen, and 78 mol% of inert gases (nitrogen, water vapor).
  • the absolute inlet pressure of the process gas directly in front of the first reaction zone is 3.13 bar.
  • the length of the fixed catalyst beds, ie the reaction zones, is always 0.23 m. There is no replenishment of gas before the individual catalyst stages.
  • the total residence time in the system is 1, 6 seconds.
  • the results are shown in FIG.
  • the individual reaction zones are listed on the x-axis, so that a spatial course of developments in the process is visible.
  • the temperature of the process gas is indicated on the left y-axis.
  • the temperature profile across the individual reaction zones is shown as a thick, solid line.
  • On the right y-axis the total conversion of butane, as well as the selectivity of maleic anhydride is given.
  • the course of the conversion over the individual reaction zones is shown as a thick dashed line.
  • the course of selectivity as a thin solid line.
  • the inlet temperature of the process gas before the first reaction zone is about 405 0 C. Due to the exothermic reaction to maleic anhydride under adiabatic conditions, the temperature in the first reaction zone rises to about 440 ° C, before the process gas is cooled in the downstream heat exchange zone again. The inlet temperature before the next reaction zone is about 400 0 C. By exothermic adiabatic reaction, it rises again to about 440 0 C. The sequence of heating and cooling continues. The inlet temperatures of the process gas upstream of the individual reaction zones changes in the course of the process to a value of about 420 ° C. A conversion of butane of 80.3 mol% is obtained. The selectivity is obtained at 73.6 mol%. The achieved space-time yield based on the mass used
  • Catalyst is 0.07 kg maleic anhydride / kg cath
  • the process gas flows through a total of 24 reaction zones, in the form of monoliths with channel diameters of the monoliths of 1 mm, which are coated with the catalyst used in Example 1.
  • Each after a reaction zone is a heat exchange zone in which the process gas is cooled before it enters the next reaction zone.
  • the process gas used at the beginning now contains 2 mol% of butane, 48 mol% of oxygen and only 50 mol% of inert gases.
  • the inlet pressure before the first reaction zone is identical to that of Example 1.
  • the length of the reaction zones is constantly 0.2 m.
  • the amount of catalyst coated according to Example 1 on the monoliths is 35 wt .-%. There is no replenishment of gas before the individual catalyst stages.
  • the residence time in the system is a total of 5.2 seconds.
  • the results are shown in FIG.
  • the individual reaction zones are listed on the x-axis, so that a spatial course of developments in the process is visible.
  • the temperature of the process gas is indicated on the left y-axis.
  • the temperature profile across the individual reaction zones is shown as a thick, solid line.
  • On the right y-axis the total conversion of butane, as well as the selectivity of maleic anhydride is given.
  • the course of the conversion over the individual reaction zones is shown as a thick dashed line.
  • the course of selectivity as a thin solid line.
  • the inlet temperature of the process gas before the first reaction zone is about 395 ° C. Due to the exothermic reaction to maleic anhydride under adiabatic conditions, the temperature in the first reaction zone rises to about 470 ° C, before the process gas is cooled in the downstream heat exchange zone. The inlet temperature before the next reaction zone is about 425 0 C. By exothermic adiabatic reaction, it rises again to about 470 0 C. The sequence of heating and cooling continues. The inlet temperature of the process gas upstream of the individual reaction zones changes in the course of the process to a value of about 455 ° C. It can continue using a higher percentage of oxygen be worked without fear of explosion hazard, since the use of monoliths with the selected channel diameter are able to suppress this.

Abstract

The invention relates to a method for producing maleic anhydride by catalytic gas phase oxidation of butane with oxygen, the reaction being carried out under adiabatic conditions in 10 to 60 reaction zones that are arranged in series. The invention further relates to a reactor system for carrying out said method.

Description

Verfahren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid Process for the preparation of maleic anhydride
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid durch katalytische Gasphasenoxidation von Butan mit Sauerstoff, worin die Umsetzung in 10 bis 60 hintereinander geschalteten Reaktionszonen unter adiabaten Bedingungen durchgeführt wird, sowie ein Reaktorsystem zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a process for the preparation of maleic anhydride by catalytic gas phase oxidation of butane with oxygen, wherein the reaction is carried out in 10 to 60 successive reaction zones under adiabatic conditions, and a reactor system for carrying out the method.
Maleinsäureanhydrid wird allgemein unter katalytischem Einfluss von Metalloxidkatalysatoren z.B. Vanadiumphosphoroxid (vgl. z.B. EP O 071 140 Bl) aus gasförmigen Butan und Sauerstoff in einer exothermen, katalytischen Reaktion gemäß Formel (I) hergestellt:Maleic anhydride is generally subject to the catalytic influence of metal oxide catalysts e.g. Vanadium phosphorus oxide (cf., for example, EP 0 071 140 B1) is prepared from gaseous butane and oxygen in an exothermic, catalytic reaction according to formula (I):
C4H10 (g) + 3,5 O2 (g) → oJ^)^ (g) + 4 H2O; ΔH= -1260 kJ/mol (I)C 4 H 10 (g) + 3.5 O 2 (g) → o J ^) ^ (g) + 4 H 2 O; ΔH = -1260 kJ / mol (I)
Das mittels der Reaktion nach Formel (I) hergestellte Maleinsäureanhydrid bildet einen wesentlichen Ausgangsstoff für viele andere Synthesen in der chemischen Industrie. Insbesondere findet Maleinsäureanhydrid Anwendung in der Herstellung ungesättigter Polyester sowie zur Synthese von Tensiden, Insektiziden, Herbiziden, Fungiziden u.a. Ein Teil wird zu 1,4-Butandiol und zu Tetrahydrofuran reduziert.The maleic anhydride prepared by the reaction of formula (I) forms an essential starting material for many other syntheses in the chemical industry. In particular, maleic anhydride is used in the production of unsaturated polyesters and for the synthesis of surfactants, insecticides, herbicides, fungicides and the like. One part is reduced to 1,4-butanediol and to tetrahydrofuran.
Die Abfuhr und Verwendung der Reaktionswärme ist wichtig bei der Durchführung der Maleinsäureanhydrid-Synthese. Ein unkontrollierter Temperaturanstieg, kann zu einer dauerhaften Schädigung des Katalysators führen. Außerdem existiert bei hohen Temperaturen die Möglichkeit von Nebenreaktionen unter Bildung mehr oder weniger großer Mengen an Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Es ist daher vorteilhaft die Temperatur der Reaktionszonen im Laufe des Verfahrens kontrolliert auf einem Niveau zu halten, das einen schnellen Umsatz unter Minimierung der Nebenreaktionen und/oder Katalysatorinakti- vierung ermöglicht.The removal and use of the heat of reaction is important in the performance of maleic anhydride synthesis. An uncontrolled increase in temperature can lead to permanent damage to the catalytic converter. In addition, at high temperatures there is the potential for side reactions to produce more or less large amounts of carbon monoxide and carbon dioxide. It is therefore advantageous to keep the temperature of the reaction zones controlled in the course of the process at a level which allows a rapid conversion while minimizing the side reactions and / or catalyst inactivation.
In EP 0 326 536 Bl wird ein Verfahren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid offenbart, in dem in einer Reaktionszone bei Temperaturen von 3000C bis 6000C ein Umsatz eines nicht aromatischen Kohlenwasserstoffes mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen mit Sauerstoff durchgeführt wird. Die Reaktionszone ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass in ihr der Katalysator mit Inertmaterial verdünnt vorliegt, wobei auch das Vorhandensein verschiedener Verdünnungen des Katalysators in der Reaktionszone offenbart wird. Weiter wird offenbart, dass die Reaktionszone sich in einem Festbett-Rohrreaktor befindet, der gekühlt wird. Der Eingangsdruck des offenbarten Verfahrens wird mit 1 bis 3,45 bar offenbart. Vorzugsweise soll sich an der Stelle des „Hot-Spot" die Höchste Verdünnung des Katalysators, bzw. die geringste Menge Katalysator in der Reaktionszone befinden. Der „Hot-Spot" wird als jener Ort in der Reaktionszone offenbart, an dem die höchste Temperatur herrscht und wo üblicherweise die höchste Oxidationsrate des nicht aromatischen Kohlenwasserstoffs zu Maleinsäureanhydrid vorliegt. Der nicht aromatische Kohlenwasserstoff wird offenbarungsgemäß mit Anteilen von 1 bis 10 mol-% am Prozessgas der Reaktionszone zugeführt.EP 0 326 536 B1 discloses a process for the preparation of maleic anhydride in which a reaction of a non-aromatic hydrocarbon having 4 to 10 carbon atoms with oxygen is carried out in a reaction zone at temperatures of 300 ° C. to 600 ° C. The reaction zone is further characterized by having in it the catalyst diluted with inert material, also disclosing the presence of various dilutions of the catalyst in the reaction zone. It is further disclosed that the reaction zone is in a fixed bed tubular reactor which is cooled. The inlet pressure of the disclosed method is disclosed at 1 to 3.45 bar. Preferably, the highest dilution of the catalyst or the smallest amount of catalyst in the reaction zone should be at the location of the "hot spot." The "hot spot" is disclosed as the location in the reaction zone where the highest temperature prevails and where usually the highest rate of oxidation of the non-aromatic hydrocarbon to maleic anhydride is present. According to the invention, the non-aromatic hydrocarbon is supplied to the reaction zone at proportions of 1 to 10 mol% of the process gas.
Es wird nicht offenbart, dass mehr als eine Reaktionszone im Verfahren verwendbar wäre.It is not disclosed that more than one reaction zone would be useful in the process.
Das in der EP 0 326 536 Bl offenbarte Verfahren ist nachteilig, weil es bei einer konstanten maximalen Kühlrate betrieben wird, die durch Geometrie und Wärmeaustauschmedium vorgegeben wird. Sollte also im Betrieb des Verfahrens der offenbarte „Hot-Spot" durch äußere Einflüsse, wie etwa Fehldosierung der Edukte nicht mehr an der Stelle der höchsten Katalysatorverdünnung liegen, so kommt es zu einer nicht mehr kompensierbaren Überhitzung und damit mindestens zu ungewünschten Nebenprodukten der Reaktion, schlimmstenfalls zu sicherheitstechnisch bedenklichen Betriebsparametern, die zu einem Stillstand, oder einer Zerstörung der Anlage führen können, in der das offenbarte Verfahren ausgeführt wird. Eine genaue Temperaturkontrolle des Verfahrens ist aus den gerade genannten Gründen ausgeschlossen, da bewusst ein „Hot-Spot" toleriert wird und somit mindestens Teile der Reaktionszone unter nachteiligen Bedingungen betrieben werden, was zu einer nachteiligen Selektivität führt.The method disclosed in EP 0 326 536 B1 is disadvantageous in that it operates at a constant maximum cooling rate dictated by geometry and heat exchange medium. If, during operation of the method, the disclosed "hot spot" is no longer in the position of the highest catalyst dilution due to external influences, such as incorrect metering of the starting materials, overheating which can no longer be compensated for and at least undesired by-products of the reaction occur, in the worst case, operating safety parameters which can lead to a standstill or destruction of the system in which the disclosed method is carried out., Precise temperature control of the method is excluded for the reasons just mentioned, since a "hot spot" is deliberately tolerated and thus at least portions of the reaction zone are operated under adverse conditions, resulting in disadvantageous selectivity.
In der EP 1 007 499 Bl wird ein Verfahren offenbart, bei dem in der Gasphase unter Verwendung hoher Sauerstoffanteile im Prozessgas in Gegenwart eines Phosphor- Vanadium-Mischoxid-Katalysators aus n-Butan Maleinsäureanhydrid erzeugt wird. Die offenbarten Reaktionstemperaturen liegen im Bereich von 3000C bis 5500C, während die Drücke eingangs der Reaktionszone zwischen 2,03 und 6,03 bar liegen. Das Verfahren ist durch eine mindestens teilweise Wiederverwendung der Prozessgase nach Austritt aus der Reaktionszone, sowie durch einen hohen Anteil an Kohlendioxid und Kohlenmonoxid in den Prozessgasen gekennzeichnet.EP 1 007 499 B1 discloses a process in which maleic anhydride is produced in the gas phase from n-butane using high oxygen contents in the process gas in the presence of a phosphorus-vanadium mixed oxide catalyst. The disclosed reaction temperatures are in the range of 300 0 C to 550 0 C, while the pressures at the beginning of the reaction zone are between 2.03 and 6.03 bar. The process is characterized by an at least partial reuse of the process gases after leaving the reaction zone, as well as by a high proportion of carbon dioxide and carbon monoxide in the process gases.
Es wird eine Reaktionszone zur Umsetzung zu Maleinsäureanhydrid, eine nachfolgende Kühlung der Prozessgase zur Absorption des Maleinsäureanhydrids in einem Lösungs- mittel, ein Waschen, eine Kompression der verbleibenden Prozessgase, ein teilweises Ablassen von Inertgasen und Kohlenstoffoxiden, ein nachfolgendes Waschen derselben mit einem organischen Lösungsmittel und ein Wiederzuführen zusammen mit frischem n- Butan in die Reaktionszone offenbart. Es wird keine weitere Reaktionszone für einen Umsatz zu Maleinsäureanhydrid und keine Maßnahme zur Kontrolle der Reaktionstemperatur offenbart.It is a reaction zone for conversion to maleic anhydride, a subsequent cooling of the process gases for the absorption of maleic anhydride in a solution means, washing, compression of the remaining process gases, partial venting of inert gases and carbon oxides, subsequent washing thereof with an organic solvent, and recycling together with fresh n-butane to the reaction zone. There is disclosed no further reaction zone for conversion to maleic anhydride and no means for controlling the reaction temperature.
Das in der EP 1 007 499 Bl offenbarte Verfahren ist nachteilig, weil ein hoher apparativer und verfahrenstechnischer Aufwand getrieben wird. Verursacht wird der Aufwand maßgeblich durch den geringen Umsatz und den hohen Anteil an nicht an der Reaktion gemäß Formel (I) beteiligten Prozessgase. Der offenbarten hohen Selektivität des Gesamtverfahrens steht eine geringe Ausbeute und ein geringer Umsatz, sowie auch ein hoher Energieaufwand für die einzelnen Trenn- und Aufreinigungsschritte entgegen, was das Verfahren weiter wirtschaftlich nachteilig macht.The method disclosed in EP 1 007 499 B1 is disadvantageous because a high expenditure in terms of apparatus and process engineering is required. The expense is largely due to the low sales and the high proportion of process gases not involved in the reaction according to formula (I). The disclosed high selectivity of the overall process is opposed by a low yield and a low conversion, as well as a high energy consumption for the individual separation and purification steps, which further makes the method economically disadvantageous.
Eine ähnliches Verfahren wie jenes der EP 1 007 499 Bl offenbart die US 6,194,587 Bl. In einer ersten Reaktionszone, die gekühlt wird, wird Luft mit 0,5 bis 3 mol-% n-Butan zu Maleinsäureanhydrid umgesetzt. Das aus der Reaktionszone austretende Prozessgas wird gekühlt, um Teile des gebildeten Maleinsäureanhydrids zu kondensieren und/oder in Wasser zu absorbieren. Das verbleibende Prozessgas wird zusammen mit weiterem n- Butan einer weiteren Reaktionszone zugeführt. Es wird weiter offenbart, dass diese Kombination von Reaktionszone mit Kühlen und Absorbieren, sowie nachfolgendem Zudosieren von weiterem n-Butan in das verbleibende Prozessgas auch mehr als zweimal hintereinander ausgeführt werden kann. Es wird auch darauf hingewiesen, dass mehr als 3 mol-% Anteil an n-Butan Explosionsgefahren birgt; lediglich in Fließbettreaktoren seien 4 bis 5 mol-% möglich. Im gleichen Zusammenhang wird offenbart, dass das Verfahren bei einer maximalen Temperaturdifferenz zwischen Kühlmedium und Reaktionstemperatur von 1000C betrieben werden sollte. Die Reaktionstemperatur kann zwischen 365°C und 5500C betragen. Es wird weiter offenbart, dass die Reaktionstemperatur nicht für längere Zeiten einen Wert von 475°C überschreiten soll, da sonst Ausbeuteverluste und Verluste an Katalysatoraktivität befürchtet werden müssen.US Pat. No. 6,194,587 B1 discloses a process similar to that of EP 1 007 499 B1. In a first reaction zone, which is cooled, air is reacted with 0.5 to 3 mol% of n-butane to form maleic anhydride. The process gas exiting the reaction zone is cooled to condense and / or absorb in water portions of the maleic anhydride formed. The remaining process gas is fed to another reaction zone together with further n-butane. It is further disclosed that this combination of reaction zone with cooling and absorbing, and subsequent metered addition of further n-butane in the remaining process gas can also be performed more than twice in succession. It should also be noted that more than 3 mol% of n-butane content causes explosion hazards; only 4 to 5 mol% are possible in fluidized bed reactors. In the same context, it is disclosed that the process should be operated at a maximum temperature difference between the cooling medium and the reaction temperature of 100 ° C. The reaction temperature can be between 365 ° C and 550 0 C. It is further disclosed that the reaction temperature should not exceed a value of 475 ° C for longer times, otherwise loss of yield and losses of catalyst activity must be feared.
Das in der US 6,194,587 Bl offenbarte Verfahren ist aus ähnlichen Gründen wie jenen, die bereits im Zusammenhang mit der Offenbarung der EP 1 007 499 Bl diskutiert wurden, nachteilig, wenngleich es aufgrund der vereinfachten Verfahrensweise bereits eine Verbesserung darstellt. Die Tatsache, dass die Reaktionszone analog zu der Offenbarung der EP 0 326 536 Bl bei einer konstanten maximalen Kühlrate betrieben wird, die durch Geometrie und Wärmeaustauschmedium vorgegeben wird, führt aber zu den gleichen Nachteilen, wie sie dort bereits dargelegt worden sind.The process disclosed in US Pat. No. 6,194,587 B1 is disadvantageous for reasons similar to those already discussed in connection with the disclosure of EP 1 007 499 Bl, although it is already known from the simplified procedure Represents improvement. The fact that the reaction zone is operated analogously to the disclosure of EP 0 326 536 B1 at a constant maximum cooling rate, which is given by geometry and heat exchange medium, but leads to the same disadvantages as have already been set out there.
In EP 1 251 951 (Bl) wird eine Vorrichtung und die Möglichkeit der Durchführung chemischer Reaktionen in der Vorrichtung offenbart, wobei die Vorrichtung durch eine Kaskade aus miteinander in Kontakt stehenden Reaktionszonen und Wärmetauschervorrichtungen gekennzeichnet ist, die stoffschlüssig miteinander im Verbund angeordnet sind. Das hierin durchzuführende Verfahren ist also gekennzeichnet durch den Kontakt der verschiedenen Reaktionszonen mit einer jeweiligen Wärmetauschervorrichtung in Form einer Kaskade. Eine Offenbarung hinsichtlich der Verwendbarkeit der Vorrichtung und des Verfahrens zur Synthese von Maleinsäureanhydrid aus gasförmigem Sauerstoff und Butan findet nicht statt. Es bleibt also unklar, wie ausgehend von der Offenbarung der EP 1 251 951 (Bl) eine solche Reaktion mittels der Vorrichtung und des darin ausgeführten Verfahrens durchgerührt werden soll. Weiter muss aus Gründen der Einheitlichkeit davon ausgegangen werden, dass das in der EP 1 251 951 (Bl) offenbarte Verfahren in einer Vorrichtung gleich oder ähnlich der Offenbarung bezüglich der Vorrichtung ausgeführt wird. Hieraus resultiert, dass durch den offenbarungsgemäßen großflächigen Kontakt der Wärmeaustauschzonen mit den Reaktionszonen eine signifikante Menge an Wärme durch Wärmeleitung zwischen den Reaktionszonen und den benachbarten Wärmeaustauschzonen stattfindet. Die Offenbarung hinsichtlich des oszillierenden Temperaturprofϊls kann also nur so verstanden werden, dass die hier festgestellten Temperaturspitzen stärker ausfallen würden, wenn dieser Kontakt nicht bestehen würde. Ein weiteres Indiz hierfür ist der exponentielle Anstieg der offenbarten Temperaturprofile zwischen den einzelnen Temperaturspitzen. Diese deuten an, dass eine gewisse Wärmesenke mit merklicher, aber begrenzter Kapazität in jeder Reaktionszone vorhanden ist, die den Temperaturanstieg in derselben reduzieren kann. Es kann nie ausgeschlossen werden, dass eine gewisse Abfuhr von Wärme (z.B. durch Strahlung) stattfindet. Allerdings würde sich bei einer Reduktion der möglichen Wärmeabfuhr aus der Reaktionszone ein linearer oder in seiner Steigung degressiver Temperaturverlauf andeuten, da keine Nachdosierung von Edukten vorgesehen ist und somit nach exothermer Abreaktion die Reaktion immer langsamer und sich somit die erzeugte Wärmetönung verringern würde. Somit offenbart die EP 1 251 951 (Bl) mehrstufige Verfahren in Kaskaden von Reaktionszonen, aus denen Wärme in Undefinierter Menge durch Wärmeleitung abgeführt wird. Demnach ist das offenbarte Verfahren dahingehend nachteilig, als dass eine genaue Temperaturkontrolle der Prozessgase der Reaktion nicht möglich ist.EP 1 251 951 (B1) discloses a device and the possibility of carrying out chemical reactions in the device, wherein the device is characterized by a cascade of reaction zones in contact with one another and heat exchanger devices which are arranged in a composite with one another. The method to be carried out here is thus characterized by the contact of the various reaction zones with a respective heat exchanger device in the form of a cascade. There is no disclosure as to the usability of the apparatus and method for the synthesis of maleic anhydride from gaseous oxygen and butane. Thus, it remains unclear how, starting from the disclosure of EP 1 251 951 (B1), such a reaction should be carried out by means of the device and the method carried out therein. Further, for the sake of uniformity, it is to be understood that the method disclosed in EP 1 251 951 (B1) is carried out in a device the same as or similar to the disclosure regarding the device. As a result, by the large-area contact of the heat exchange zones according to the disclosure with the reaction zones, a significant amount of heat takes place by heat conduction between the reaction zones and the adjacent heat exchange zones. The disclosure regarding the oscillating temperature profile can therefore only be understood as meaning that the temperature peaks ascertained here would be stronger if this contact did not exist. Another indication of this is the exponential increase in the disclosed temperature profiles between the individual temperature peaks. These indicate that there is some heat sink of appreciable but limited capacity in each reaction zone which can reduce the temperature rise in it. It can never be ruled out that a certain dissipation of heat (eg by radiation) takes place. However, a reduction of the possible heat removal from the reaction zone would indicate a linear or degressive temperature gradient, since no further addition of educts is envisaged and thus, after an exothermic reaction, the reaction becomes slower and thus the heat of reaction produced would decrease. Thus, EP 1 251 951 (B1) discloses multi-stage processes in cascades of reaction zones from which heat in undefined Quantity is dissipated by heat conduction. Accordingly, the disclosed method is disadvantageous in that accurate temperature control of the process gases of the reaction is not possible.
Ausgehend vom Stand der Technik wäre es daher vorteilhaft, ein Verfahren bereitzustellen, das in einfachen Reaktionsvorrichtungen durchgeführt werden kann und das eine genaue, einfache Temperaturkontrolle ermöglicht, so dass es hohe Umsätze bei möglichst hohen Reinheiten des Produktes erlaubt. Solche einfachen Reaktionsvorrichtungen wären leicht in einen technischen Maßstab zu übertragen und sind in allen Größen preiswert und robust.Based on the prior art, it would therefore be advantageous to provide a method that can be carried out in simple reaction devices and that allows accurate, simple temperature control, so that it allows high conversions with the highest possible purity of the product. Such simple reaction devices would be easily scaled up and are inexpensive and robust in all sizes.
Für die katalytische Gasphasenoxidation von Butan mit Sauerstoff zu Maleinsäureanhydrid wurden wie gerade dargestellt bisher weder geeignete Reaktoren beschrieben, noch werden geeignete Verfahren aufgezeigt, die diese erlauben.For the catalytic gas-phase oxidation of butane with oxygen to maleic anhydride, as described above, neither suitable reactors have yet been described, nor are suitable processes disclosed which permit them.
Es besteht daher die Aufgabe, ein Verfahren zur katalytischen Gasphasenoxidation von Butan und Sauerstoff zu Maleinsäureanhydrid bereitzustellen, das unter genauer Temperaturkontrolle in einfachen Reaktionsvorrichtungen durchführbar ist und das hier- durch hohe Umsätze bei hohen Reinheiten des Produktes erlaubt, wobei die Reaktionswärme entweder zu Gunsten der Reaktion oder in anderer Weise genutzt werden kann.It is therefore the object of the invention to provide a process for the catalytic gas-phase oxidation of butane and oxygen to maleic anhydride, which can be carried out under precise temperature control in simple reaction apparatuses and which thereby permits high conversions at high purities of the product, the heat of reaction either in favor of the reaction or otherwise used.
Es wurde überraschend gefunden, dass ein Verfahren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid aus Butan und Sauerstoff in Gegenwart heterogener Katalysatoren, dadurch gekennzeichnet, dass es 10 bis 60 hintereinander geschaltete Reaktionszonen mit adiabaten Bedingungen umfasst, diese Aufgabe zu lösen vermag.It has surprisingly been found that a process for the preparation of maleic anhydride from butane and oxygen in the presence of heterogeneous catalysts, characterized in that it comprises 10 to 60 successive reaction zones with adiabatic conditions, is capable of solving this problem.
Butan bezeichnet im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein Prozessgas, das in das erfindungsgemäße Verfahren eingeführt wird und das Butan umfasst. Üblicherweise liegt der Anteil an Butan an den dem Verfahren zugeführten Prozessgasen zwischen 1 und 5 mol-%, bevorzugt zwischen 1 und 3 mol-%.Butane in the context of the present invention refers to a process gas which is introduced into the process according to the invention and comprises butane. The proportion of butane in the process gases supplied to the process is usually between 1 and 5 mol%, preferably between 1 and 3 mol%.
Sauerstoff bezeichnet im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein Prozessgas, das in das erfindungsgemäße Verfahren eingeführt wird und das Sauerstoff umfasst. Üblicherweise liegt der Anteil an Sauerstoff an den dem Verfahren zugeführten Prozessgasen zwischen 10 und 60 mol-%, bevorzugt zwischen 15 und 50 mol-%. Neben den wesentlichen Komponenten der Prozessgase Butan und Sauerstoff können diese auch noch Nebenkomponenten umfassen. Nicht abschließende Beispiele für Nebenkomponenten, die in den Prozessgasen enthalten sein können sind etwa Argon, Stickstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und/oder Wasser.Oxygen in the context of the present invention refers to a process gas which is introduced into the process according to the invention and which comprises oxygen. The proportion of oxygen in the process gases supplied to the process is usually between 10 and 60 mol%, preferably between 15 and 50 mol%. In addition to the essential components of the process gases butane and oxygen, these can also include secondary components. Non-exhaustive examples of minor components that may be included in the process gases include argon, nitrogen, carbon dioxide, carbon monoxide, and / or water.
Allgemein werden im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung Prozessgase als Gasgemische verstanden, die Sauerstoff und/oder Butan und/oder Maleinsäureanhydrid und/oder Nebenkomponenten umfassen.Generally, in the context of the present invention, process gases are understood as gas mixtures which comprise oxygen and / or butane and / or maleic anhydride and / or secondary components.
Erfindungsgemäß bedeutet die Durchführung des Verfahrens unter adiabaten Bedingungen, dass der Reaktionszone von außen im Wesentlichen weder aktiv Wärme zugeführt noch Wärme entzogen wird. Es ist allgemein bekannt, dass eine vollständige Isolation gegen Wärmezu- oder Abfuhr nur durch vollständige Evakuierung unter Ausschluss der Möglichkeit des Wärmeübergangs durch Strahlung möglich ist. Daher bezeichnet adiabat im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, dass keine Maßnahmen zur Wärmezu- oder Abfuhr ergriffen werden.According to the invention, carrying out the process under adiabatic conditions essentially means that the reaction zone is neither actively supplied with heat nor heat withdrawn from the outside. It is well known that complete isolation against heat input or discharge is possible only by complete evacuation, excluding the possibility of heat transfer by radiation. Therefore, in the context of the present invention, adiabat means that no heat supply or removal measures are taken.
In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann aber z.B. durch Isolation mittels allgemein bekannter Isolationsmittel, wie z.B. Polystyroldämmstoffen, oder auch durch genügend große Abstände zu Wärmesenken oder Wärmequellen, wobei das Isolationsmittel Luft ist, ein Wärmeübergang vermindert werden.In an alternative embodiment of the method according to the invention, however, e.g. by isolation by means of well-known isolation means, e.g. Polystyrene insulating materials, or by sufficiently large distances to heat sinks or heat sources, wherein the insulating agent is air, a heat transfer can be reduced.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen adiabaten Fahrweise der 10 bis 60 hintereinander geschalteten Reaktionszonen gegenüber einer nicht adiabaten Fahrweise besteht darin, dass in den Reaktionszonen keine Mittel zur Wärmeabfuhr bereitgestellt werden müssen, was eine erhebliche Vereinfachung der Konstruktion mit sich bringt. Dadurch ergeben sich insbesondere Vereinfachungen bei der Fertigung des Reaktors sowie bei der Skalierbarkeit des Verfahrens und eine Steigerung der Reaktionsumsätze. Außerdem kann die Wärme, die im Zuge des exothermen Reaktionsfortschrittes erzeugt wird in der einzelnen Reaktionszone zur Steigerung des Umsatzes in kontrollierter Weise genutzt werden.An advantage of the adiabatic driving method according to the invention of the 10 to 60 successive reaction zones compared to a non-adiabatic mode of operation is that in the reaction zones no means for heat removal must be provided, which entails a considerable simplification of the construction. This results in particular simplifications in the manufacture of the reactor and in the scalability of the process and an increase in reaction conversions. In addition, the heat generated in the course of the exothermic reaction progress can be utilized in the single reaction zone to increase the conversion in a controlled manner.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Möglichkeit der sehr genauen Temperaturkontrolle, durch die enge Staffelung von adiabaten Reaktionszonen. Es kann somit in jeder Reaktionszone eine im Reaktionsfortschritt vorteilhafte Temperatur eingestellt und kontrolliert werden. Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Katalysatoren sind üblicherweise Katalysatoren, die aus einem Material bestehen, das neben seiner katalytischen Aktivität für die Reaktion gemäß Formel (I) durch ausreichende chemische Resistenz unter den Bedingungen des Verfahrens, sowie durch eine hohe spezifische Oberfläche gekenn- zeichnet ist. Katalysatormaterialien, die durch eine solche chemische Resistenz unter den Bedingungen des Verfahrens gekennzeichnet sind, sind zum Beispiel Katalysatoren, die Vanadium und Phosphor umfassen, dass auf Aluminiumoxid geträgert ist.Another advantage of the method according to the invention is the possibility of very accurate temperature control, due to the close staggering of adiabatic reaction zones. It can thus be set and controlled in each reaction zone advantageous in the reaction progress temperature. The catalysts used in the process according to the invention are usually catalysts which consist of a material which, in addition to its catalytic activity for the reaction according to formula (I), is characterized by sufficient chemical resistance under the conditions of the process and by a high specific surface area. Catalyst materials characterized by such chemical resistance under the conditions of the process are, for example, catalysts comprising vanadium and phosphorus supported on alumina.
Spezifische Oberfläche bezeichnet im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung die Fläche des Katalysatormaterials, die vom Prozessgase erreicht werden kann bezogen auf die eingesetzte Masse an Katalysatormaterial.Specific surface area in the context of the present invention refers to the area of the catalyst material that can be reached by the process gases based on the mass of catalyst material used.
Eine hohe spezifische Oberfläche ist eine spezifische Oberfläche von mindestens 10 m2/g, bevorzugt von mindestens 20 m2/g.A high specific surface area is a specific surface area of at least 10 m 2 / g, preferably of at least 20 m 2 / g.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren befinden sich jeweils in den Reaktionszonen und können in allen an sich bekannten Erscheinungsformen, z.B. Festbett, Fließbett, Wirbelbett vorliegen.The catalysts of the invention are each in the reaction zones and can be used in all known forms, e.g. Fixed bed, fluidized bed, fluidized bed present.
Bevorzugt sind die Erscheinungsformen Festbett und Fließbett.Preferred are the forms of fixed bed and fluidized bed.
Die Festbettanordnung umfasst eine Katalysatorschüttung im eigentlichen Sinn, d. h. losen, geträgerten oder ungeträgerten Katalysator in beliebiger Form sowie in Form von geeigneten Packungen. Der Begriff der Katalysatorschüttung, wie er hier verwendet wird, umfasst auch zusammenhängende Bereiche geeigneter Packungen auf einem Trägermaterial oder strukturierte Katalysatorträger. Dies wären z.B. zu beschichtende keramische Wabenträger mit vergleichsweise hohen geometrischen Oberflächen oder gewellte Schichten aus Metalldrahtgewebe, auf denen beispielsweise Katalysatorgranulat immobilisiert ist. Als eine Sonderform der Packung wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung das Vorliegen des Katalysators in monolithischer Form betrachtet.The fixed bed arrangement comprises a catalyst bed in the true sense, d. H. loose, supported or unsupported catalyst in any form and in the form of suitable packings. The term catalyst bed as used herein also encompasses contiguous areas of suitable packages on a support material or structured catalyst supports. These would be e.g. to be coated ceramic honeycomb carrier with comparatively high geometric surfaces or corrugated layers of metal wire mesh on which, for example, catalyst granules is immobilized. As a special form of packing, in the context of the present invention, the presence of the catalyst in monolithic form is considered.
Wird eine Festbettanordnung des Katalysators verwendet, so liegt der Katalysator bevorzugt in Schüttungen von Partikeln mit mittleren Partikelgrößen von 1 bis 10 mm, bevorzugt 1,5 bis 8 mm, besonders bevorzugt von 2 bis 6 mm vor. Ebenfalls bevorzugt liegt der Katalysator bei Festbettanordnung in monolithischer Form vor. Besonders bevorzugt ist bei Festbettanordnung ein monolithischer Katalysator, der aus einem auf Aluminiumoxid geträgerten Vanadium-Phosphor-Mischoxid besteht.If a fixed-bed arrangement of the catalyst is used, the catalyst is preferably present in beds of particles having mean particle sizes of 1 to 10 mm, preferably 1.5 to 8 mm, particularly preferably 2 to 6 mm. Also preferably, the catalyst is in a fixed bed arrangement in monolithic form. In the case of a fixed-bed arrangement, a monolithic catalyst which consists of a vanadium-phosphorus mixed oxide supported on aluminum oxide is particularly preferred.
Wird ein Katalysator in monolithischer Form in den Reaktionszonen verwendet, so ist in einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung der in monolithischer Form vorliegende Katalysator mit Kanälen versehen, durch die die Prozessgase strömen. Üblicherweise haben die Kanäle einen Durchmesser von 0,1 bis 3 mm, bevorzugt einen Durchmesser von 0,2 bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,5 bis 1,5 mm.When a catalyst in monolithic form is used in the reaction zones, in a preferred further development of the invention the monolithic catalyst is provided with channels through which the process gases flow. Usually, the channels have a diameter of 0.1 to 3 mm, preferably a diameter of 0.2 to 2 mm, more preferably from 0.5 to 1.5 mm.
Ein monolithischer Katalysator mit Kanälen der angegeben Durchmesser ist besonders vorteilhaft, da hierdurch ein Explosionsschutz gewährleistet werden kann. Dies geschieht durch die Aufnahme der Enthalpie durch die Wandung des Monolithen und damit wird eine weitere Ausbreitung von Flammen unterdrückt.A monolithic catalyst with channels of the specified diameter is particularly advantageous, since this explosion protection can be ensured. This is done by absorbing the enthalpy through the wall of the monolith and thus suppressing further propagation of flames.
Wird eine Fließbettanordnung des Katalysators verwendet, so liegt der Katalysator bevorzugt in losen Schüttungen von Partikeln vor, wie diese zuvor auch für die Festbett- anordnung beschrieben worden sind.If a fluidized bed arrangement of the catalyst is used, the catalyst is preferably present in loose beds of particles, as have also previously been described for the fixed bed arrangement.
Schüttungen von solchen Partikeln sind vorteilhaft, weil die Größe der Partikel eine hohe spezifische Oberfläche des Katalysatormaterials gegenüber den Prozessgasen Sauerstoff und Butan besitzen und damit eine hohe Umsatzrate erreicht werden kann. Es kann also die Stofftransportlimitierung der Reaktion durch Diffusion gering gehalten werden. Zugleich sind die Partikel damit aber noch nicht so klein, dass es zu überproportional erhöhten Druckverlusten bei Durchströmung des Festbettes kommt. Die Bereiche der in der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens, umfassend eine Reaktion in einem Festbett, angegebenen Partikelgrößen sind somit ein Optimum zwischen dem erreichbaren Umsatz aus der Reaktion gemäß Formel (I) und dem erzeugten Druckverlust bei Durchfuhrung des Verfahrens. Druckverlust ist in direkter Weise mit der notwendigen Energie in Form von Kompressorleistung gekoppelt, so dass eine überproportionale Erhöhung desselben in einer unwirtschaftlichen Betriebsweise des Verfahrens resultieren würde.Beds of such particles are advantageous because the size of the particles have a high specific surface area of the catalyst material compared to the process gases oxygen and butane and thus a high conversion rate can be achieved. Thus, the mass transport limitation of the reaction by diffusion can be kept low. At the same time, however, the particles are not yet so small that disproportionately high pressure losses occur when the fixed bed flows through. The ranges of the particle sizes given in the preferred embodiment of the process, comprising a reaction in a fixed bed, are thus an optimum between the achievable conversion from the reaction according to formula (I) and the pressure drop produced when the process is carried out. Pressure loss is coupled in a direct manner with the necessary energy in the form of compressor performance, so that a disproportionate increase in the same would result in an inefficient operation of the method.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst 12 bis 50, besonders bevorzugt 14 bis 40 hintereinander geschaltete Reaktionszonen unter adiabaten Bedingungen. Eine bevorzugte weitere Ausfuhrungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das aus mindestens einer Reaktionszone austretende Prozessgas anschließend durch wenigstens eine dieser Reaktionszone nachgeschalteten Wärmeaustauschzone geleitet wird.A preferred embodiment of the process according to the invention comprises 12 to 50, particularly preferably 14 to 40 reaction zones connected in series under adiabatic conditions. A preferred further embodiment of the method is characterized in that the process gas emerging from at least one reaction zone is subsequently passed through at least one heat exchange zone downstream of said reaction zone.
In einer besonders bevorzugten weiteren Ausführungsform des Verfahrens befindet sich nach jeder Reaktionszone wenigstens eine, bevorzugt genau eine Wärmeaustauschzone, durch die das aus der Reaktionszone austretende Prozessgas geleitet wird.In a particularly preferred further embodiment of the process, after each reaction zone is at least one, preferably exactly one heat exchange zone, through which the process gas leaving the reaction zone is passed.
Die Reaktionszonen können dabei entweder in einem Reaktor angeordnet oder in mehreren Reaktoren aufgeteilt angeordnet werden. Die Anordnung der Reaktionszonen in einem Reaktor führt zu einer Verringerung der Anzahl der verwendeten Apparaturen.The reaction zones can either be arranged in a reactor or arranged divided into several reactors. The arrangement of the reaction zones in a reactor leads to a reduction in the number of apparatuses used.
Die einzelnen Reaktionszonen und Wärmeaustauschzonen können auch zusammen in einem Reaktor oder in beliebigen Kombinationen von jeweils Reaktionszonen mit Wärmeaustauschzonen in mehreren Reaktoren aufgeteilt angeordnet werden.The individual reaction zones and heat exchange zones can also be arranged together in a reactor or in any combination of reaction zones with heat exchange zones in several reactors.
Liegen Reaktionszonen und Wärmeaustauschzonen in einem Reaktor vor, so befindet sich in einer alternativen Ausführungsform der Erfindung zwischen diesen eine Wärme- isolationszone, um den adiabaten Betrieb der Reaktionszone erhalten zu können.If reaction zones and heat exchange zones are present in a reactor, in an alternative embodiment of the invention there is a heat insulation zone between them in order to be able to obtain the adiabatic operation of the reaction zone.
Zusätzlich können einzelne der in Reihe geschalteten Reaktionszonen unabhängig voneinander auch durch eine oder mehrere parallel geschaltete Reaktionszonen ersetzt oder ergänzt werden. Die Verwendung von parallel geschalteten Reaktionszonen erlaubt insbesondere deren Austausch bzw. Ergänzung bei laufendem kontinuierlichen Gesamtbetrieb des Verfahrens.In addition, each of the series-connected reaction zones can be replaced or supplemented independently of one another by one or more reaction zones connected in parallel. The use of reaction zones connected in parallel allows in particular their replacement or supplementation during ongoing continuous operation of the process.
Parallele und hintereinander geschaltete Reaktionszonen können insbesondere auch miteinander kombiniert sein. Besonders bevorzugt weist das erfindungsgemäße Verfahren aber ausschließlich hintereinander geschaltete Reaktionszonen auf.Parallel and successive reaction zones may in particular also be combined with one another. However, the process according to the invention particularly preferably has exclusively reaction zones connected in series.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt verwendeten Reaktoren können aus einfachen Behältern mit einer oder mehreren Reaktionszonen bestehen, wie sie z.B. in Ulimanns Encyclopedia of Industrial Chemistry (Fifth, Completely Revised Edition, VoI B4, Seite 95-104, Seite 210-216) beschrieben werden, wobei jeweils zwischen den einzelnen Reaktionszonen und/oder Wärmeaustauschzonen Wärmeisolationszonen zusätzlich vorgesehen sein können. In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens, befindet sich also zwischen einer Reaktionszone und einer Wärmeaustauschzone mindestens eine Wärmeisolationszone. Bevorzugt befindet sich um jede Reaktionszone eine Wärmeisolationszone.The reactors preferably used in the process according to the invention can consist of simple containers with one or more reaction zones, as described, for example, in Ulimann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (Fifth, Completely Revised Edition, VoI B4, pages 95-104, pages 210-216), wherein in each case between the individual reaction zones and / or heat exchange zones heat insulation zones can be additionally provided. In an alternative embodiment of the method, there is thus at least one heat-insulating zone between a reaction zone and a heat exchange zone. Preferably, there is a heat isolation zone around each reaction zone.
Die Katalysatoren bzw. die Festbetten daraus werden in an sich bekannter Weise auf oder zwischen gasdurchlässigen Wandungen umfassend die Reaktionszone des Reaktors angebracht. Insbesondere bei dünnen Festbetten können in Strömungsrichtung vor denThe catalysts or the fixed beds thereof are mounted in a manner known per se on or between gas-permeable walls comprising the reaction zone of the reactor. Especially with thin fixed beds can in the flow direction before the
Katalysatorbetten technische Vorrichtungen zur gleichmäßigen Gasverteilung angebracht werden. Dies können Lochplatten, Glockenböden, Ventilböden oder andere Einbauten sein, die durch Erzeugung eines geringen, aber gleichmäßigen Druckverlusts einen gleich- förmigen Eintritt des Prozessgases in das Festbett bewirken.Catalyst beds technical devices for uniform gas distribution can be attached. These can be perforated plates, bubble-cap trays, valve trays or other internals which, by producing a small but uniform pressure loss, cause a uniform entry of the process gas into the fixed bed.
Bei einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugsweise ein Stoffinengenüberschuss von zwischen 0 und 300 mol-% Sauerstoff bezogen auf den Stoffmengenstrom Butan vor Eintritt in die erste Reaktionszone verwendet. Durch eine Erhöhung des Verhältnisses von Sauerstoff pro Butan kann zum einen die Reaktion beschleunigt und somit die Raumzeitausbeute (Produzierte Maleinsäureanhydridmenge pro Masse Katalysatormaterial) gesteigert werden, zum anderen wird hierdurch eine Zusammensetzung des Prozessgases erzielt, die von der für eine Explosion kritischen Grenzzusammensetzung weiter entfernt ist.In a particular embodiment of the process according to the invention, preference is given to using a substance excess of between 0 and 300 mol% of oxygen, based on the mass flow rate of butane, before entering the first reaction zone. By increasing the ratio of oxygen per butane, on the one hand the reaction can be accelerated and thus the space-time yield (amount of produced maleic anhydride per mass of catalyst material) can be increased, on the other hand a composition of the process gas is achieved which is further removed from the critical boundary composition for an explosion ,
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens beträgt die Eingangs- temperatur des in die erste Reaktionszone eintretenden Prozessgases von 10 bis 360°C, bevorzugt von 50 bis 39O0C, besonders bevorzugt von 100 bis 410°C.In a particularly preferred embodiment of the method, the inlet temperature of the process gas entering the first reaction zone is from 10 to 360 ° C., preferably from 50 to 39O 0 C, particularly preferably from 100 to 410 ° C.
In noch einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens beträgt der absolute Druck am Eingang der ersten Reaktionszone zwischen 1 und 7 bar, bevorzugt zwischen 1 ,5 und 6 bar, besonders bevorzugt zwischen 2 und 5 bar.In yet another particularly preferred embodiment of the process, the absolute pressure at the inlet of the first reaction zone is between 1 and 7 bar, preferably between 1, 5 and 6 bar, more preferably between 2 and 5 bar.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens beträgt die Verweilzeit des Prozessgases in einer Reaktionszone zwischen 0,1 und 30 s, bevorzugt zwischen 0,2 und 15 s, besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 7 s.In a further particularly preferred embodiment of the process, the residence time of the process gas in a reaction zone is between 0.1 and 30 s, preferably between 0.2 and 15 s, particularly preferably between 0.5 and 7 s.
Das Butan und der Sauerstoff werden bevorzugt nur vor der ersten Reaktionszone zugeführt. Dies hat den Vorteil, dass das gesamte Prozessgas für die Aufnahme und Abfuhr der Reaktionswärme in allen Reaktionszonen genutzt werden kann. Außerdem kann durch eine solche Verfahrensweise die Raum-Zeit-Ausbeute gesteigert werden, bzw. die notwendige Katalysatormasse verringert werden. Es ist aber auch möglich vor einer oder mehreren der nach der ersten Reaktionszone folgenden Reaktionszonen nach Bedarf Butan und/oder Sauerstoff in das Prozessgas einzudosieren. Über die Zufuhr von Gas zwischen den Reaktionszonen kann zusätzlich die Temperatur des Umsatzes gesteuert werden.The butane and the oxygen are preferably fed only before the first reaction zone. This has the advantage that the entire process gas can be used for the absorption and removal of the heat of reaction in all reaction zones. In addition, through Such a procedure, the space-time yield can be increased, or the necessary catalyst mass can be reduced. However, it is also possible before one or more of the reaction zones following the first reaction zone to meter in butane and / or oxygen as required into the process gas. In addition, the temperature of the conversion can be controlled via the supply of gas between the reaction zones.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Prozessgas nach mindestens einer der verwendeten Reaktionszonen, besonders bevorzugt nach jedem der verwendeten Katalysatorbetten abgekühlt. Dazu leitet man das Prozessgas nach Austritt aus einer Reaktionszone durch eine oder mehrere der oben genannten Wärmeaustauschzonen, die sich hinter den jeweiligen Reaktionszonen befinden. Diese können als Wärmeaustauschzonen in Form der dem Fachmann bekannten Wärmetauscher, wie z.B. Rohrbündel-, Platten-, Ringnut-, Spiral-, Rippenrohr-, Mikro- wärmetauscher ausgeführt sein. Bevorzugt sind die Wärmetauscher mikrostrukturierte Wärmetauscher.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the process gas is cooled after at least one of the reaction zones used, more preferably after each of the catalyst beds used. For this purpose, the process gas is passed after exiting a reaction zone through one or more of the above-mentioned heat exchange zones, which are located behind the respective reaction zones. These may be used as heat exchange zones in the form of heat exchangers known to those skilled in the art, e.g. Rohrbündel- be, plate, Ringnut-, spiral, finned tube, micro heat exchanger be executed. The heat exchangers are preferably microstructured heat exchangers.
Mikrostrukturiert bezeichnet im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, dass der Wärmetauscher zum Zweck der Wärmeübertragung Fluid-führende Kanäle umfasst, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie einen hydraulischen Durchmesser zwischen 50 μm und 5 mm aufweisen. Der hydraulische Durchmesser berechnet sich aus dem Vierfachen der durchströmten Querschnittsfläche des Fluid-führenden Kanals dividiert durch den Umfang des Kanals.In the context of the present invention, microstructured means that the heat exchanger for the purpose of heat transfer comprises fluid-carrying channels, which are characterized in that they have a hydraulic diameter between 50 μm and 5 mm. The hydraulic diameter is calculated as four times the flow cross-sectional area of the fluid-conducting channel divided by the circumference of the channel.
In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens wird beim Abkühlen des Prozessgases in den Wärmeaustauschzonen durch den Wärmetauscher Dampferzeugt.In a particular embodiment of the method, steam is generated during cooling of the process gas in the heat exchange zones by the heat exchanger.
Innerhalb dieser weiteren Ausführungsform ist es bevorzugt in den Wärmetauschern, die die Wärmeaustauschzonen beinhalten, auf der Seite des Kühlmediums eine Verdampfung, bevorzugt Teilverdampfung auszuführen.Within this further embodiment, it is preferable in the heat exchangers, which include the heat exchange zones, to carry out evaporation on the side of the cooling medium, preferably partial evaporation.
Teilverdampfung bezeichnet im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine Verdampfung, bei der ein Gas-/Flüssigkeitsgemisch eines Stoffes als Kühlmedium verwendet wird und bei der auch nach Wärmeübergang in dem Wärmetauscher noch ein Gas-/Flüssigkeitsgemisch eines Stoffes vorliegt. Das Ausführen einer Verdampfung ist besonders vorteilhaft, weil hierdurch der erzielbare Wärmeübergangskoeffizient von/zu Prozessgasen auf/von Kühl-/Heizmedium besonders hoch wird und somit eine effiziente Kühlung erreicht werden kann.Partial evaporation referred to in the context of the present invention, an evaporation in which a gas / liquid mixture of a substance is used as a cooling medium and in which there is still a gas / liquid mixture of a substance after heat transfer in the heat exchanger. The carrying out of evaporation is particularly advantageous because in this way the achievable heat transfer coefficient from / to process gases on / from the cooling / heating medium becomes particularly high and thus efficient cooling can be achieved.
Das Ausführen einer Teilverdampfung ist besonders vorteilhaft, weil die Aufnahme / Abgabe von Wärme durch das Kühlmedium hierdurch nicht mehr in einer Temperaturänderung des Kühlmediums resultiert, sondern lediglich das Gas-/Flüssig Gleichgewicht verschoben wird. Das hat zur Folge, dass über die gesamte Wärmeaustauschzone das Prozessgas gegenüber einer konstanten Temperatur gekühlt wird. Dies wiederum verhindert sicher das Auftreten von Temperaturprofϊlen in der Strömung der Prozessgase, wodurch die Kontrolle über die Reaktionstemperaturen in den Reaktionszonen verbessert wird und insbesondere das Ausbilden von lokalen Überhitzungen durch Temperaturprofile verhindert wird.Performing a partial evaporation is particularly advantageous because the absorption / release of heat by the cooling medium thereby no longer results in a temperature change of the cooling medium, but only the gas / liquid equilibrium is shifted. This has the consequence that over the entire heat exchange zone, the process gas is cooled to a constant temperature. This in turn safely prevents the occurrence of temperature profiles in the flow of process gases, thereby improving control over the reaction temperatures in the reaction zones and, in particular, preventing the formation of local overheating by temperature profiles.
In einer alternativen Ausführungsform kann anstelle einer Verdampfung/Teilverdampfung auch eine Mischzone vor dem Eingang einer Reaktionszone vorgesehen werden, um die gegebenenfalls bei der Abkühlung entstehenden Temperaturprofile in der Strömung der Prozessgase durch Vermischung quer zur hauptsächlichen Strömungsrichtung zu vereinheitlichen.In an alternative embodiment, instead of evaporation / partial evaporation, a mixing zone can also be provided upstream of the entrance of a reaction zone in order to standardize the temperature profiles in the flow of process gases which may arise during cooling by mixing transversely to the main flow direction.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die nacheinander geschalteten Reaktionszonen bei von Reaktionszone zu Reaktionszone steigender oder sinkender Durchschnittstemperatur betrieben. Dies bedeutet, dass man innerhalb einer Folge von Reaktionszonen die Temperatur von Reaktionszone zu Reaktionszone sowohl ansteigen als auch absinken lassen kann. Dies kann beispielsweise über die Steuerung der zwischen die Reaktionszone geschalteten Wärmeaustauschzonen eingestellt werden.In a preferred embodiment of the process, the reaction zones connected in series are operated at an average temperature increasing or decreasing from reaction zone to reaction zone. This means that within a sequence of reaction zones, the temperature can be both increased and decreased from reaction zone to reaction zone. This can be adjusted, for example, via the control of the heat exchange zones connected between the reaction zone.
Die Dicke der durchströmten Reaktionszonen kann gleich oder verschieden gewählt werden und ergibt sich nach dem Fachmann allgemein bekannten Gesetzmäßigkeiten aus der oben beschriebenen Verweilzeit und den jeweils im Verfahren durchgesetzten Prozessgasmengen. Die erfindungsgemäß mit dem Verfahren durchsetzbaren Massenströme an Produktgas (Maleinsäureanhydrid), aus denen sich auch die einzusetzenden Prozessgasmengen ergeben, liegen üblicherweise zwischen 0,01 und 35 t/h, bevorzugt zwischen 0,1 und 30 t/h, besonders bevorzugt zwischen 1 und 25 t/h. Die maximale Austrittstemperatur des Prozessgases aus den Reaktionszonen liegt üblicherweise in einem Bereich von 370°C bis 500°C, bevorzugt von 400°C bis 485°C, besonders bevorzugt von 4200C bis 4700C. Die Steuerung der Temperatur in den Reaktionszonen erfolgt bevorzugt durch mindestens eine der folgenden Maßnahmen: Dimensionierung der adiabaten Reaktionszone, Steuerung der Wärmeabfuhr zwischen den Reaktionszonen, Zusatz von Gas zwischen den Reaktionszonen, molares Verhältnis der Edukte / Überschuss an verwendetem Sauerstoff, Zusatz von Inertgasen, insbesondere Stickstoff, Kohlendioxid, vor und/oder zwischen den Reaktionszonen.The thickness of the flow-through reaction zones can be chosen to be the same or different and results according to laws generally known in the art from the residence time described above and the process gas quantities enforced in the process. The mass flows of product gas (maleic anhydride) which can be carried out according to the invention by the method, and from which the amounts of process gas to be used, are usually between 0.01 and 35 t / h, preferably between 0.1 and 30 t / h, more preferably between 1 and 25 t / h. The maximum outlet temperature of the process gas from the reaction zones is usually in a range from 370 ° C to 500 ° C, preferably from 400 ° C to 485 ° C, more preferably from 420 0 C to 470 0 C. The control of the temperature in the reaction zones is preferably carried out by at least one of the following measures: dimensioning of the adiabatic reaction zone, control of heat dissipation between the reaction zones, addition of gas between the reaction zones, molar ratio of the reactants / excess of oxygen used, addition of inert gases, in particular nitrogen, carbon dioxide, before and / or between the reaction zones.
Die Zusammensetzung der Katalysatoren in den erfindungsgemäßen Reaktionszonen kann gleich oder verschieden sein. In einer bevorzugten Ausführungsform werden in jederThe composition of the catalysts in the reaction zones according to the invention may be identical or different. In a preferred embodiment, in each
Reaktionszone die gleichen Katalysatoren verwendet. Man kann aber auch vorteilhaft verschiedene Katalysatoren in den einzelnen Reaktionszonen verwenden. So kann insbesondere in der ersten Reaktionszone, wenn die Konzentration der Reaktionsedukte noch hoch ist, ein weniger aktiver Katalysator verwendet werden und in den weiteren Reaktionszonen die Aktivität des Katalysators von Reaktionszone zu Reaktionszone gesteigert werden. Die Steuerung der Katalysatoraktivität kann auch durch Verdünnung mitReaction zone uses the same catalysts. However, it is also advantageous to use different catalysts in the individual reaction zones. Thus, especially in the first reaction zone, when the concentration of the reaction educts is still high, a less active catalyst can be used and in the further reaction zones the activity of the catalyst can be increased from reaction zone to reaction zone. The control of catalyst activity can also be achieved by dilution with
Inertmaterialien bzw. Trägermaterial erfolgen. Ebenfalls vorteilhaft ist die Verwendung eines Katalysators in der ersten und/oder zweiten Reaktionszone, der besonders stabil gegen eine Desaktivierung bei den Temperaturen des Verfahrens in diesen Reaktionszonen ist.Inert materials or carrier material take place. Also advantageous is the use of a catalyst in the first and / or second reaction zone, which is particularly stable against deactivation at the temperatures of the process in these reaction zones.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können pro 1 kg Katalysator 0,01 kg/h bis 1 kg/h, bevorzugt 0,03 kg/h bis 0,5 kg/h, besonders bevorzugt 0,05 kg/h bis 0,2 kg/h Maleinsäureanhydrid hergestellt werden.0.01 kg / h to 1 kg / h, preferably 0.03 kg / h to 0.5 kg / h, particularly preferably 0.05 kg / h to 0.2 kg / per 1 kg of catalyst with the method according to the invention be prepared maleic anhydride.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich somit durch hohe Raumzeitausbeuten aus, verbunden mit einer Verringerung der Apparategrößen sowie einer Vereinfachung derThe inventive method is thus characterized by high space-time yields, combined with a reduction of the apparatus sizes and a simplification of
Apparaturen bzw. Reaktoren. Diese überraschend hohe Raum-Zeit-Ausbeute wird durch das Zusammenspiel der erfindungsgemäßen und bevorzugten Ausführungsformen des neuen Verfahrens ermöglicht. Insbesondere das Zusammenspiel von gestaffelten, adiabatenApparatuses or reactors. This surprisingly high space-time yield is made possible by the interaction of the inventive and preferred embodiments of the new method. In particular, the interaction of staggered, adiabatic
Reaktionszonen mit dazwischen befindlichen Wärmeaustauschzonen und den definierten Verweilzeiten ermöglicht eine genaue Steuerung des Verfahrens und die daraus resultierenden hohen Raum-Zeit-Ausbeuten, sowie eine Verringerung der gebildetenReaction zones with interposed heat exchange zones and the defined residence times allows precise control of the process and the resulting high space-time yields, as well as a reduction of the formed
Nebenprodukte, wie etwa CO2 und Wasser. Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Reaktorsystem zur Umsetzung von Butan und Sauerstoff zu Maleinsäureanhydrid, dadurch gekennzeichnet, dass es Zuleitungen (Z) für ein Prozessgas umfassend Butan und Sauerstoff oder für mindestens zwei Prozessgase, von denen mindestens eines Butan und mindestens eines Sauerstoff umfasst und 10 bis 60 hintereinander geschaltete Reaktionszonen (R) in Form von Festbetten eines heterogenen Katalysators umfasst, wobei sich zwischen den Reaktionszonen Wärmeisolationszonen (I) in Form von Isolationsmaterial und zwischen diesen Wärmeaustauschzonen (W) in Form von Plattenwärmetauschern befinden, die mit den Reaktionszonen über Zu- und Ableitungen für die Prozessgase verbunden sind und die Zu- und Ableitungen für ein Kühlmedium umfassen.By-products, such as CO 2 and water. Another object of the invention is a reactor system for the reaction of butane and oxygen to maleic anhydride, characterized in that it comprises feed lines (Z) for a process gas comprising butane and oxygen or for at least two process gases, of which at least one butane and at least one oxygen and 10 comprises up to 60 reaction zones (R) connected in series in the form of fixed beds of a heterogeneous catalyst, heat insulation zones (I) in the form of insulating material and between these heat exchange zones (W) in the form of plate heat exchangers between the reaction zones. and discharges for the process gases are connected and include the supply and discharge lines for a cooling medium.
Das Reaktorsystem kann auch 12 bis 50, bevorzugt 14 bis 40 Reaktionszonen in Form von Festbetten umfassen.The reactor system may also comprise 12 to 50, preferably 14 to 40 reaction zones in the form of fixed beds.
Das Isolationsmaterial der Wärmeisolationszonen ist bevorzugt ein Material mit einemThe insulating material of the heat insulating zones is preferably a material having a
Wärmeleitkoeffizient λ kleiner oder gleich 0,08 . Besonders bevorzugt sind etwa
Figure imgf000016_0001
Polystyrol, Polyurethane, Glaswolle oder Luft.
Wärmeleitkoeffizient λ less than or equal to 0.08. Particularly preferred are about
Figure imgf000016_0001
Polystyrene, polyurethanes, glass wool or air.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der Abbildungen erläutert, ohne sie jedoch hierauf zu beschränken.The present invention will be elucidated with reference to the drawings without, however, being limited thereto.
FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktorsystems, wobei in der Abbildungen die folgenden Bezugszeichen verwendet werden:1 shows a schematic representation of an embodiment of the reactor system according to the invention, the following reference numerals being used in the figures:
Z: Zuleitung(en)Z: supply line (s)
R: Reaktionszone(n)R: reaction zone (s)
I: Wärmeisolationszone(n)I: thermal insulation zone (s)
W: Wärmeaustauschzone(n) FIG 2 zeigt Reaktortemperatur (T), Butan-Umsatz (U) und Maleinsäureanhydrid- Selektivität (Y) über einer Anzahl von 21 Reaktionszonen (S) mit nachgeschalteten Wärmeaustauschzonen (gemäß Beispiel 1). FIG 3 zeigt Reaktortemperatur (T), Butan-Umsatz (U) und Maleinsäureanhydrid- Selektivität (Y) über einer Anzahl von 24 Reaktionszonen (S) mit nachgeschalteten Wärmeaustauschzonen (gemäß Beispiel 2).W: Heat exchange zone (s) FIG. 2 shows reactor temperature (T), butane conversion (U) and maleic anhydride selectivity (Y) over a number of 21 reaction zones (S) with downstream heat exchange zones (according to Example 1). 3 shows reactor temperature (T), butane conversion (U) and maleic anhydride selectivity (Y) over a number of 24 reaction zones (S) with downstream heat exchange zones (according to Example 2).
Die vorliegende Erfindung wird weiterhin anhand der nachfolgenden Beispiele 1 und 2 näher erläutert, ohne sie hierauf zu beschränken. The present invention will be further illustrated by the following Examples 1 and 2, without being limited thereto.
BeispieleExamples
Beispiel 1:Example 1:
In diesem Beispiel strömt das Prozessgas über insgesamt 21 Katalysatorfestbetten aus Vanadiumphosphoroxid, das auf einem Träger aus Aluminiumoxid aufgebracht ist, also durch 21 Reaktionszonen. Jeweils nach einer Reaktionszone befindet sich eine Wärmeaustauschzone, in der das Prozessgas gekühlt wird, bevor es in die nächste Reaktionszone eintritt. Das eingangs der ersten Reaktionszone verwendete Prozessgas enthält 2 mol-% Butan, 20 mol-% Sauerstoff, und 78 mol-% Inertgase (Stickstoff, Wasserdampf). Der absolute Eingangsdruck des Prozessgases direkt vor der ersten Reaktionszone beträgt 3,13 bar. Die Länge der Katalysatorfestbetten, also der Reaktionszonen, beträgt stets 0,23 m. Es erfolgt keine Nachdosierung von Gas vor den einzelnen Katalysatorstufen. Die Verweilzeit in der Anlage insgesamt beträgt 1 ,6 Sekunden.In this example, the process gas flows over a total of 21 fixed catalyst beds of vanadium phosphorous oxide, which is applied to a support of alumina, that is, through 21 reaction zones. Each after a reaction zone is a heat exchange zone in which the process gas is cooled before it enters the next reaction zone. The process gas used at the beginning of the first reaction zone contains 2 mol% of butane, 20 mol% of oxygen, and 78 mol% of inert gases (nitrogen, water vapor). The absolute inlet pressure of the process gas directly in front of the first reaction zone is 3.13 bar. The length of the fixed catalyst beds, ie the reaction zones, is always 0.23 m. There is no replenishment of gas before the individual catalyst stages. The total residence time in the system is 1, 6 seconds.
Die Ergebnisse sind in Fig. 2 gezeigt. Hierbei sind auf der x-Achse die einzelnen Reaktionszonen aufgeführt, so dass ein räumlicher Verlauf der Entwicklungen im Verfahren sichtbar wird. Auf der linken y- Achse ist die Temperatur des Prozessgases angegeben. Der Temperaturverlauf über die einzelnen Reaktionszonen hinweg ist als dicke, durchgezogene Linie dargestellt. Auf der rechten y-Achse ist der Gesamtumsatz an Butan, sowie die Selektivität von Maleinsäureanhydrid angegeben. Der Verlauf des Umsatzes über die einzelnen Reaktionszonen hinweg ist als dicke gestrichelte Linie dargestellt. Der Verlauf der Selektivität, als dünne durchgezogene Linie.The results are shown in FIG. Here, the individual reaction zones are listed on the x-axis, so that a spatial course of developments in the process is visible. The temperature of the process gas is indicated on the left y-axis. The temperature profile across the individual reaction zones is shown as a thick, solid line. On the right y-axis the total conversion of butane, as well as the selectivity of maleic anhydride is given. The course of the conversion over the individual reaction zones is shown as a thick dashed line. The course of selectivity, as a thin solid line.
Man erkennt, dass die Eingangstemperatur des Prozessgases vor der ersten Reaktionszone etwa 4050C beträgt. Durch die exotherme Reaktion zu Maleinsäureanhydrid unter adiabaten Bedingungen steigt die Temperatur in der ersten Reaktionszone auf etwa 440°C, bevor das Prozessgas in der nachgeschalteten Wärmeaustauschzone wieder abgekühlt wird. Die Eingangstemperatur vor der nächsten Reaktionszone beträgt etwa 4000C. Durch exotherme adiabate Reaktion steigt sie wieder auf etwa 4400C. Die Abfolge aus Erwärmung und Kühlung setzt sich weiter fort. Die Eingangstemperaturen des Prozessgases vor den einzelnen Reaktionszonen ändert sich im Verfahrensverlauf hin zu einem Wert von etwa 4200C. Es wird ein Umsatz an Butan von 80,3 mol-% erhalten. Die Selektivität wird zu 73,6 mol- % erhalten. Die erzielte Raum-Zeit-Ausbeute bezogen auf die eingesetzte MasseIt can be seen that the inlet temperature of the process gas before the first reaction zone is about 405 0 C. Due to the exothermic reaction to maleic anhydride under adiabatic conditions, the temperature in the first reaction zone rises to about 440 ° C, before the process gas is cooled in the downstream heat exchange zone again. The inlet temperature before the next reaction zone is about 400 0 C. By exothermic adiabatic reaction, it rises again to about 440 0 C. The sequence of heating and cooling continues. The inlet temperatures of the process gas upstream of the individual reaction zones changes in the course of the process to a value of about 420 ° C. A conversion of butane of 80.3 mol% is obtained. The selectivity is obtained at 73.6 mol%. The achieved space-time yield based on the mass used
Katalysator beträgt 0,07 kgMalrinsäureanhydiid/kgKath-Catalyst is 0.07 kg maleic anhydride / kg cath
Beispiel 2:Example 2:
In diesem Beispiel strömt das Prozessgas durch insgesamt 24 Reaktionszonen, in Form von Monolithen mit Kanaldurchmessern der Monolithe von 1 mm, die mit dem im Beispiel 1 verwendeten Katalysator beschichtet sind. Jeweils nach einer Reaktionszone befindet sich eine Wärmeaustauschzone, in der das Prozessgas gekühlt wird, bevor es in die nächste Reaktionszone eintritt. Das eingangs verwendete Prozessgas enthält nun 2 mol-% Butan, 48 mol-% Sauerstoff und lediglich 50 mol-% Inertgase. Der Eingangsdruck vor der ersten Reaktionszone ist identisch zu jenem aus Beispiel 1. Die Länge der Reaktionszonen beträgt konstant 0,2 m. Die Katalysatormenge gemäß Beispiel 1 beschichtet auf den Monolithen beträgt 35 Gew.-%. Es erfolgt keine Nachdosierung von Gas vor den einzelnen Katalysatorstufen. Die Verweilzeit in der Anlage beträgt insgesamt 5,2 Sekunden.In this example, the process gas flows through a total of 24 reaction zones, in the form of monoliths with channel diameters of the monoliths of 1 mm, which are coated with the catalyst used in Example 1. Each after a reaction zone is a heat exchange zone in which the process gas is cooled before it enters the next reaction zone. The process gas used at the beginning now contains 2 mol% of butane, 48 mol% of oxygen and only 50 mol% of inert gases. The inlet pressure before the first reaction zone is identical to that of Example 1. The length of the reaction zones is constantly 0.2 m. The amount of catalyst coated according to Example 1 on the monoliths is 35 wt .-%. There is no replenishment of gas before the individual catalyst stages. The residence time in the system is a total of 5.2 seconds.
Die Ergebnisse sind in Fig.3 gezeigt. Hierbei sind auf der x- Achse die einzelnen Reaktionszonen aufgeführt, so dass ein räumlicher Verlauf der Entwicklungen im Verfahren sichtbar wird. Auf der linken y- Achse ist die Temperatur des Prozessgases angegeben. Der Temperaturverlauf über die einzelnen Reaktionszonen hinweg ist als dicke, durchgezogene Linie dargestellt. Auf der rechten y-Achse ist der Gesamtumsatz an Butan, sowie die Selektivität von Maleinsäureanhydrid angegeben. Der Verlauf des Umsatzes über die einzelnen Reaktionszonen hinweg ist als dicke gestrichelte Linie dargestellt. Der Verlauf der Selektivität, als dünne durchgezogene Linie.The results are shown in FIG. Here, the individual reaction zones are listed on the x-axis, so that a spatial course of developments in the process is visible. The temperature of the process gas is indicated on the left y-axis. The temperature profile across the individual reaction zones is shown as a thick, solid line. On the right y-axis the total conversion of butane, as well as the selectivity of maleic anhydride is given. The course of the conversion over the individual reaction zones is shown as a thick dashed line. The course of selectivity, as a thin solid line.
Man erkennt, dass die Eingangstemperatur des Prozessgases vor der ersten Reaktionszone etwa 395°C beträgt. Durch die exotherme Reaktion zu Maleinsäureanhydrid unter adiabaten Bedingungen steigt die Temperatur in der ersten Reaktionszone auf etwa 470°C, bevor das Prozessgas in der nachgeschalteten Wärmeaustauschzone wieder abgekühlt wird. Die Eingangstemperatur vor der nächsten Reaktionszone beträgt etwa 4250C. Durch exotherme adiabate Reaktion steigt sie wieder auf etwa 4700C. Die Abfolge aus Erwärmung und Kühlung setzt sich weiter fort. Die Eingangstemperaturen des Prozess- gases vor den einzelnen Reaktionszonen ändert sich im Verfahrensverlauf auf einen Wert von etwa 455°C. Es kann weiter unter Verwendung eines höheren Anteils an Sauerstoff gearbeitet werden, ohne Explosionsgefahr befürchten zu müssen, da die Verwendung von Monolithen mit den ausgewählte Kanaldurchmesser dies zu unterdrücken vermögen.It can be seen that the inlet temperature of the process gas before the first reaction zone is about 395 ° C. Due to the exothermic reaction to maleic anhydride under adiabatic conditions, the temperature in the first reaction zone rises to about 470 ° C, before the process gas is cooled in the downstream heat exchange zone. The inlet temperature before the next reaction zone is about 425 0 C. By exothermic adiabatic reaction, it rises again to about 470 0 C. The sequence of heating and cooling continues. The inlet temperature of the process gas upstream of the individual reaction zones changes in the course of the process to a value of about 455 ° C. It can continue using a higher percentage of oxygen be worked without fear of explosion hazard, since the use of monoliths with the selected channel diameter are able to suppress this.
Es wird ein Umsatz von 90,8 % des eingangs der ersten Reaktionszone eingesetzten Butan, errechnet aus der verbleibenden Masse ausgangs der letzten Reaktionszone, erhalten. Die Selektivität beträgt bezüglich Maleinsäureanhydrid etwa 71,6 mol-%. Die erzielte Raum- Zeit-Ausbeute bezogen auf die eingesetzte Masse Katalysator beträgtIt is a conversion of 90.8% of the input of the first reaction zone butane, calculated from the remaining mass output of the last reaction zone obtained. The selectivity is about 71.6 mol% with respect to maleic anhydride. The space-time yield achieved based on the mass used catalyst
0,07 kgMalemsäureanhydnd/kgKath. 0.07 kg of maleic anhydride / kg of Kath.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid aus Butan und Sauerstoff in Gegenwart heterogener Katalysatoren, dadurch gekennzeichnet, dass es 10 bis 60 hintereinander geschaltete Reaktionszonen mit adiabaten Bedingungen umfasst.1. A process for the preparation of maleic anhydride from butane and oxygen in the presence of heterogeneous catalysts, characterized in that it comprises 10 to 60 successive reaction zones with adiabatic conditions.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es 12 bis 50, bevorzugt2. The method according to claim 1, characterized in that it is 12 to 50, preferably
14 bis 40 hintereinander geschaltete Reaktionszonen mit adiabaten Bedingungen umfasst.Comprises 14 to 40 consecutive reaction zones with adiabatic conditions.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangstemperatur des in die erste Reaktionszone eintretenden Prozessgases 10 bis 3600C, bevorzugt von 50 bis 3900C, besonders bevorzugt von 100 bis 4100C beträgt.3. The method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the inlet temperature of the entering into the first reaction zone process gas 10 to 360 0 C, preferably from 50 to 390 0 C, more preferably from 100 to 410 0 C.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der absolute Druck am Eingang der ersten Reaktionszone zwischen 1 und 7 bar, bevorzugt zwischen 1,5 und 6 bar, besonders bevorzugt zwischen 2 und 5 bar beträgt.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the absolute pressure at the entrance of the first reaction zone is between 1 and 7 bar, preferably between 1.5 and 6 bar, more preferably between 2 and 5 bar.
5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the
Verweilzeit des Prozessgases in allen Reaktionszonen zusammen zwischen 0,1 und 30 s, bevorzugt zwischen 0,2 und 15 s, besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 7 s beträgt.Residence time of the process gas in all reaction zones together between 0.1 and 30 s, preferably between 0.2 and 15 s, more preferably between 0.5 and 7 s.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoren auf Aluminiumoxid geträgertes Vanadium-Phosphor-Mischoxide umfassen.6. The method according to claim 5, characterized in that the catalysts comprise supported on alumina vanadium-phosphorus mixed oxides.
7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoren in Festbettanordnung vorliegen.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the catalysts are present in a fixed bed arrangement.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoren als Monolithen vorliegen.8. The method according to claim 7, characterized in that the catalysts are present as monoliths.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Monolith Kanäle mit einem Durchmesser von 0,1 bis 3 mm, bevorzugt von 0,2 bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,5 bis 1,5 mm umfasst. 9. The method according to claim 8, characterized in that the monolith channels having a diameter of 0.1 to 3 mm, preferably from 0.2 to 2 mm, particularly preferably from 0.5 to 1.5 mm.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoren in Fließbettanordnung vorliegen.10. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the catalysts are in fluidized bed arrangement.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 7 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoren in Schüttungen von Partikeln mit mittleren Partikelgrößen von 1 bis 10 mm, bevorzugt 1 ,5 bis 8 mm, besonders bevorzugt von 2 bis 6 mm vorliegen.11. The method according to claims 7 or 10, characterized in that the catalysts are present in beds of particles having average particle sizes of 1 to 10 mm, preferably 1, 5 to 8 mm, particularly preferably from 2 to 6 mm.
12. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich nach mindestens einer Reaktionszone wenigstens eine Wärmeaustauschzone befindet, durch die das Prozessgas geleitet wird.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that after at least one reaction zone is at least one heat exchange zone through which the process gas is passed.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich nach jeder Reaktionszone wenigstens eine, bevorzugt eine Wärmeaustauschzone befindet, durch die das Prozessgas geleitet wird.13. The method according to claim 12, characterized in that after each reaction zone at least one, preferably a heat exchange zone is located, through which the process gas is passed.
14. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen einer Reaktionszone und einer Wärmeaustauschzone mindestens eine Wärmeisolationszone befindet.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that there is at least one heat insulation zone between a reaction zone and a heat exchange zone.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich um jede15. The method according to claim 14, characterized in that around each
Reaktionszone eine Wärmeisolationszone befindet.Reaction zone is a heat insulation zone.
16. Reaktorsystem zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Zuleitungen (Z) für ein Prozessgas umfassend Butan und Sauerstoff oder für mindestens zwei Prozessgase, von denen mindestens eines Butan und mindestens eines Sauerstoff umfasst und 10 bis 60 hintereinander geschaltete Reaktionszonen (R) in Form von Festbetten eines heterogenen Katalysators umfasst, wobei sich zwischen den Reaktionszonen Wärmeisolationszonen (I) in Form von Isolationsmaterial und zwischen diesen Wärmeaustauschzonen (W) in Form von Plattenwärmetauschern befinden, die mit den Reaktionszonen über Zu- und Ableitungen für die Prozessgase verbunden sind und die Zu- und Ableitungen für ein Kühlmedium umfassen. 16. Reactor system for carrying out a method according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises feed lines (Z) for a process gas comprising butane and oxygen or for at least two process gases, of which at least one butane and at least one oxygen and 10 to 60 in a row connected reaction zones (R) in the form of fixed beds of a heterogeneous catalyst, which are between the reaction zones heat insulation zones (I) in the form of insulating material and between these heat exchange zones (W) in the form of plate heat exchangers with the reaction zones via inlets and outlets for the process gases are connected and include the supply and discharge lines for a cooling medium.
PCT/EP2009/003497 2008-05-29 2009-05-16 Method for producing maleic anhydride WO2009149808A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200810025834 DE102008025834A1 (en) 2008-05-29 2008-05-29 Process for the preparation of maleic anhydride
DE102008025834.2 2008-05-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009149808A1 true WO2009149808A1 (en) 2009-12-17

Family

ID=40910740

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2009/003497 WO2009149808A1 (en) 2008-05-29 2009-05-16 Method for producing maleic anhydride

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102008025834A1 (en)
WO (1) WO2009149808A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107522679A (en) * 2017-10-18 2017-12-29 天津渤化工程有限公司 Accurate charging (feeding) equipment and maleic anhydride production system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999067021A1 (en) * 1998-06-23 1999-12-29 Pantochim S.A. Process for the preparation of improved vanadium-phosphorus catalysts and use thereof for the production of maleic anhydride
WO2001054806A1 (en) * 2000-01-25 2001-08-02 Meggitt (Uk) Ltd Chemical reactor with heat exchanger
WO2007134771A1 (en) * 2006-05-23 2007-11-29 Bayer Materialscience Ag Method for producing chlorine by gas phase oxidation

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3130343A1 (en) 1981-07-31 1983-02-17 Bayer Ag, 5090 Leverkusen VANADIUM / PHOSPHORUS MIXED OXIDE CATALYST, METHOD FOR THE PRODUCTION AND USE THEREOF
US4855459A (en) 1988-01-19 1989-08-08 Monsanto Company Process for the production of maleic anhydride
US6194587B1 (en) 1999-08-19 2001-02-27 Scientific Design Company, Inc. Production of maleic anhydride

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999067021A1 (en) * 1998-06-23 1999-12-29 Pantochim S.A. Process for the preparation of improved vanadium-phosphorus catalysts and use thereof for the production of maleic anhydride
WO2001054806A1 (en) * 2000-01-25 2001-08-02 Meggitt (Uk) Ltd Chemical reactor with heat exchanger
WO2007134771A1 (en) * 2006-05-23 2007-11-29 Bayer Materialscience Ag Method for producing chlorine by gas phase oxidation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ELVERS, HAWKINS, RUSSEY: "Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry", 1992, VCH PUB, XP002551481 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107522679A (en) * 2017-10-18 2017-12-29 天津渤化工程有限公司 Accurate charging (feeding) equipment and maleic anhydride production system
CN107522679B (en) * 2017-10-18 2023-11-07 天津渤化工程有限公司 Accurate charging equipment and maleic anhydride production system

Also Published As

Publication number Publication date
DE102008025834A1 (en) 2009-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0396650B2 (en) Device for carrying out catalytic reactions
EP1232004B1 (en) Method for catalytic gas phase oxidation to (meth)acrolein and/or (meth)acrylic acid
WO2010069488A1 (en) Method for oxidative coupling of methane and producing syngas
DE102007020140A1 (en) Process for producing chlorine by gas phase oxidation
EP1185494B1 (en) Method of gas phase catalytic oxidation to give maleic acid anhydride
EP0881206A1 (en) Process for the technical preparation of unsaturated aliphatic aldehydes in a tube bundle reactor
WO2005075064A1 (en) Reactor comprising a heat exchanging region provided with an insert
EP2379487B1 (en) Process for preparing bis(para-aminocyclohexyl)methane
EP1234612A2 (en) Reactor for performing catalytic reactions
WO2009149809A1 (en) Method for producing formaldehyde
WO2009143971A1 (en) Process for preparing phosgene
EP3808725A1 (en) Method for the multi-stage production of methanol
WO2009149808A1 (en) Method for producing maleic anhydride
WO2009143970A1 (en) Process for preparing ethylene oxide
WO2010069486A2 (en) Multi-stage adiabatic method for performing the fischer-tropsch synthesis
DE10104406A1 (en) Process for the catalytic generation of organic substances by partial oxidation
WO2009146794A1 (en) Method and device for producing cyclohexanone
EP3154672A1 (en) System and method for carrying out heterogeneous catalytic gas-phase reactions
EP2288587A2 (en) Method for producing phthalic acid anhydride
WO2010069485A1 (en) Method for producing syngas
WO2010069482A1 (en) Process for preparing sulphur trioxide
WO2010069483A1 (en) Process for preparing diaminotoluene by multistage adiabatic hydrogenation
EP2379677A2 (en) Process for preparing benzene
EP3808724A1 (en) Method for producing methanol by multi-stage synthesis
EP1289650A2 (en) Device and method for carrying out heterogeneously catalysed gas phase reactions with heat tonality

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09761371

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09761371

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1