WO2016128188A1 - Verfahren zur durchführung einer chemischen synthese - Google Patents

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WO2016128188A1
WO2016128188A1 PCT/EP2016/051049 EP2016051049W WO2016128188A1 WO 2016128188 A1 WO2016128188 A1 WO 2016128188A1 EP 2016051049 W EP2016051049 W EP 2016051049W WO 2016128188 A1 WO2016128188 A1 WO 2016128188A1
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catalyst
polar
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Manfred Baldauf
Jenny Reichert
Alexander Tremel
Peter Wasserscheid
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    • B01J2219/0011—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids part or all of the reactants being heated or cooled outside the reactor while recycling involving reactant liquids

Definitions

  • Recirculation unit are compensated. This is usually operated at high temperatures and leads to high costs. In addition, the recirculation causes inert and foreign gases to accumulate in the circulation, which leads to negative influences on the
  • the invention is therefore based on the object to provide a method for carrying out a chemical synthesis in which over the prior art with the same or reduced energy consumption, a higher degree of conversion of the reactants can be achieved.
  • the solution of the problem consists in a method for carrying out a chemical synthesis with the features of claim 1.
  • the inventive method for performing a chemical synthesis is carried out using two only teilwei ⁇ se mutually soluble carrier phase and a catalyst is dispersed in one of the carrier phase.
  • the two carrier phases are not at all dissolvable. Since this is thermodynamically not feasible, and even with a very poor wetting always a residual solubility by diffusion is present, carrier phases are used, which are as little as possible, so only partially, are dissolvable.
  • the catalyst is always present in both phases in real terms, but it is expedient that the catalyst is present for the most part in one of the two phases.
  • the method comprises the following steps:
  • the carrier phases are mixed in a reactor.
  • at least one, generally several synthesis educts are introduced into this reactor, after which finally a separation of the two carrier phases takes place.
  • the two carrier phases are now separated from each other. If the second Strompha ⁇ se comprising the enriched synthesis product already form together with it a valuable substance, so can be dispensed with a trailing separation of the synthesis product from the second carrier phase. If this is not the case, then in a further process step, the synthesis product can be separated from one of the two, here the second carrier phase.
  • the type of carrier phases it may be expedient that it is a liquid phase and a gas phase or particularly preferably two liquids.
  • synthesis products for example, methanol, water
  • the catalyst is then preferred, ie at least 60% present in the nonpolar liquid.
  • the educts of the reactions are then dissolved in both phases.
  • the synthesis reaction preferably takes place on the surface of the catalyst in the nonpolar liquid ⁇ ness, but the synthesis products accumulate in the polar liquid.
  • oils such as heat transfer oils ⁇ as Witco, Marlothem or Dowtherm A are used as non-polar liquids.
  • the two carrier phases are separated outside the reactor in a Absetzbe ⁇ CKEN.
  • This allows a continuous process, so that during the settling time due to a density difference between the phases and the separation process between the two carrier phases, the reaction in the reactor can be carried out by refilling this with the carrier phases and educts on.
  • a schematic representation of a synthesis process with a reactor and a settling tank In the figure, a schematic representation of the ⁇ be ⁇ writing reaction concept is given. 6 this is added to the next ⁇ a reactor with a mixing device 20 for use, further, the process flow includes a settling tank 12 and a Fernabtrennvoriques 22.
  • the reactor 6 In the reactor 6 is a liquid mixture of two non-mutually or only partially miscible carrier phases 2, 4, here in the form of a polar liquid 3, again specifically in the form of water, and in a non-polar liquid 5, here configured in the form of oil, are shown.
  • the mixture of a liquid and a gas can also serve as carrier phases 2, 4.
  • a relatively high molecular weight alcohol such as, for example, 1,3-butanediol
  • ionic liquids or polar solvents as polar phases 3 may be appropriate.
  • heat transfer oils such as Witco, Marlotherm or Dowtherm A in question.
  • the carrier phase 2, 4 used are as already solved beschrie ⁇ ben preferred hardly one another, but they can be mixed by a mixing device together so that the smallest possible phase components coexist pergiert fine discontinuous.
  • the mixture of the liquids 3 and 5 takes place during the entire synthesis process continuous ⁇ Lich to allow a good heat and mass transfer between the liquids 3, 5.
  • Stirrer eg Gaseintragsrlocher
  • other measures eg. B.
  • the two liquids can also be passed over a fixed bed, which then acts as a static mixer.
  • a catalyst which may be configured as a homogeneous or heterogeneous catalyst, given.
  • the catalyst which is not explicitly visible in the figure, and the nonpolar liquid 5 are out ⁇ selects that the catalyst preferred and most exclusively in this nonpolar liquid is 5.
  • the reaction to be described is optimized, but a presence of the catalyst in the polar liquid 3 is basically not harmful.
  • the catalyst surface here a heterogeneous catalyst in the form of a solid, modified ⁇ the that it comprises non-polar properties and thus be ⁇ vorzugt in the nonpolar phase is encountered.
  • carbon can be used as carrier material for the catalyst.
  • the surface may walls ⁇ rer support materials are modified (eg, by chemical bonding of functional groups) that a non-polar nature results.
  • the polar liquid in this case the water is, however, selected so that it has a particularly good solubility for the synthesis of the products be ⁇ sought chemical reaction.
  • the gaseous and / or liquid reactants 8 introduced in this example, for the production of methanol, hydrogen and carbon dioxide molekula ⁇ rer or carbon monoxide into the reactor and distributed.
  • a fine distribution of the educts 8 takes place in small bubbles.
  • the educts 8 dissolve in both carrier phases 2, 4, that is to say both in the polar liquid 3 and in the nonpolar liquid 5, and thus reach the catalyst surface where the reaction takes place to the synthesis products 10.
  • the product concentration in the nonpolar liquid 5 is deposited on the catalyst surface and the chemical equilibrium of the overall reaction is advantageously shifted toward the products.
  • the product concentration at the catalyst surface is so low that almost complete conversion of the synthesis educts 8 takes place.
  • the mixture of the two carrier phases 2, 3, that is to say the nonpolar liquid 5 and the polar liquid 3, is then withdrawn continuously from the reactor 6.
  • a cooling 16 of the mixture is provided.
  • This can be used for egg ⁇ nen to the reaction system heat can be withdrawn and so an exothermic reaction in the reactor 6 can be counteracted, which makes an isothermal reaction ⁇ leadership possible.
  • a decrease in temperature can bring about a further shift in the solubilities and the equilibrium position in exothermic reactions, so that the concentration of the synthesis products 10 in the polar liquid 3 increases further.
  • the tempera ⁇ turabsenkung to improve separation of the carrier phases 2, 4 so the polar liquid 3 and the non-polar liquid 5 in the subsequent process stage improve.
  • the non-polar liquid 5 loaded with the catalyst settles at the top and can be pumped back directly into the reactor 6 via a pump 14. It is also possible to provide a filter unit at the outlet of the reactor, which separates off the catalyst and returns it directly to the reactor 6. Thus, the catalyst does not get into the sedimentation tank 12 and possible deposition on the soil is thereby prevented.
  • the polar liquid 3 in which the synthesis products 10 are preferably dissolved reaches a product separation device 22.
  • This product separation device 22 is optional insofar as the mixture of polar liquid 3 and the synthesis products 10 may already be a valuable substance, depending on the particular reaction and using the polar liquid 3 is dependent, so that this already dealtverar ⁇ beitet without additional From ⁇ separation of the reaction synthesis product or can be further used. In this case, in which hydrogen with carbon monoxide or
  • the reaction product 10 in the form of Me ⁇ ethanol and optionally also water from the polar liquid 3, for example, the ionic liquid, separated in the Fernabtrennungsvor- direction.
  • the separation of the synthesis products 10 can be carried out by various chemical and physical processes. Applicable here are, for example, distillation or rectification, precipitation reactions, membrane processes or a Extraction and a reactive extraction. The separation by a membrane is possible.
  • the synthesis products 10 ⁇ the thus separated from the overall system. Furthermore, a small amount of dissolved educts 8 in the polar liquid 3. This starting materials 8 ⁇ remain when separating the synthesis products 10 preferably in the polar liquid 3. Released amounts of reactants 8 ⁇ are tozo ⁇ gen as purge gas or in the reactor. 6 recycled.
  • the polar liquid ⁇ 3, which is low in products 10, is also pumped back into the reactor via a pump 14.
  • the reaction concept has been described so that the catalyst is preferably in the non-polar liquid 5 and the synthesis products 10 preferably accumulate in the polar liquid 3.
  • the enrichment can also be opposite, in which case the non-polar flues ⁇ stechnik 5 product separation device is supplied to the 22nd
  • the reaction conditions of the reactor 6 include temperatures between 50 ° C and 500 ° C, in particular 150 ° C to 400 ° C and most preferably 200 ° to 350 ° C.
  • a pressure of 1 bar to 300 bar, in particular a pressure between 20 bar and 100 bar is set.
  • the heat is removed from the reactor 6 for cooling 16 can be USAGE ⁇ det total as a heat sink in the reactor concept. It may be expedient, for example, to use the heat for the distillation of the synthesis products 10 in the product separation device 22. In principle, it is also possible to heat transfer elements such.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer chemischen Synthese unter Verwendung von zwei nur teilweise ineinander löslichen Trägerphasen und einem Katalysator, der in einer der Trägerphasen dispergiert vorliegt, umfassend folgende Schritte: Vermischen der Trägerphasen in einem Reaktor, Einleiten mindestens eines Syntheseeduktes in den Reaktor und Trennung der beiden Trägerphasen.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Durchführung einer chemischen Synthese
Der Umsatz bei chemischen Reaktionen ist durch die Gleichgewichtslage der Reaktion beschränkt. Liegt das chemische
Gleichgewicht einer Synthesereaktion nur teilweise auf der Seite der Produkte, führt eine einstufige Reaktionsführung nur zu einem Teilumsatz. Es wird daher nur ein Teil der Eduk te bei einem Durchgang durch den Reaktor umgesetzt. Das tech nische Problem der Erfindung ist daher die Erhöhung des Umsatzes von gleichgewichtslimitierten Reaktionen bei einem einfachen Durchgang durch einen Synthesereaktor. Sehr viele Reaktionen sind gleichgewichtslimitiert. Bei der chemischen Synthese sind dies z.B. die Erzeugung von Methanol aus Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid und oder Kohlenstoff¬ dioxid, oder die Erzeugung von Ammoniak aus Wasser und Stickstoff. Diese Reaktionen finden heute in heterogenen kataly- sierten Festbett- oder Slurryreaktoren statt. Die Edukte werden bei einem einfachen Durchgang durch den Reaktor nur teilweise umgesetzt. Danach werden üblicherweise die Reaktions¬ produkte abgetrennt und die nicht umgesetzten Edukte werden zum Reaktionseintritt rezirkuliert. Die Rezirkulation von teils großen Gasmengen führt zu einem hohen apparativen Aufwand. Der Druckverlust im Reaktor muss durch eine
Rezirkulationseinheit ausgeglichen werden. Diese wird meist bei hohen Temperaturen betrieben und führt zu hohen Kosten. Zudem reichern sich durch die Rezirkulation Inert- und Fremd- gase im Kreislauf an, was zu negativen Einflüssen auf die
Reaktionsführung führt. Bei Rezirkulation wird daher kontinuierlich eine kleine Menge an Rezirkulationsgas abgezogen, was Verluste an Edukten und damit niedrigere Umsetzungswirkungs¬ grade zur Folge hat. Weiterhin führt die zurückgeführte Gas- menge zu einem hohen Gasvolumenstrom durch den Reaktor, was die Baugröße und damit die Kosten des Reaktors erhöht. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Durchführung einer chemischen Synthese bereitzustellen, bei dem gegenüber dem Stand der Technik bei gleichem oder verringertem Energieaufwand ein höherer Umsetzungsgrad der Edukte erzielbar ist.
Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Verfahren zur Durchführung einer chemischen Synthese mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Durchführung einer chemischen Synthese erfolgt unter Verwendung von zwei nur teilwei¬ se ineinander löslichen Trägerphasen und einem Katalysator, der in einer der Trägerphasen dispergiert vorliegt. Im Ideal- fall sind die beiden Trägerphasen überhaupt nicht ineinander lösbar. Da dies thermodynamisch jedoch nicht umsetzbar ist, und selbst bei einer sehr schlechten Benetzung stets eine Restlöslichkeit durch Diffusion vorhanden ist, werden Trägerphasen herangezogen, die möglichst wenig, also nur teilweise, ineinander lösbar sind. Auch der Katalysator liegt real betrachtet stets in beiden Phasen vor, es ist jedoch zweckmäßig so, dass der Katalysator zum möglichst großen Teil in einer der beiden Phasen vorliegt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
Zunächst erfolgt ein Vermischen der Trägerphasen in einem Re aktor. In diesem Reaktor wird zudem mindestens ein, in der Regel mehrere Syntheseedukte eingeleitet, wonach schließlich eine Trennung der beiden Trägerphasen erfolgt.
Nach Einleiten des mindestens einen Syntheseeduktes m den Reaktor, erfolgt eine Reaktion der Edukte zu Syntheseprodukten, insbesondere an der Katalysatoroberfläche wobei die Re¬ aktion zu den Produkten hin bei Erreichen des thermodynami- schen Gleichgewichtes an der Katalysatoroberfläche zum Still stand kommt. Würde nur eine Trägerphase vorliegen, in der de Katalysator dispergiert vorliegt, käme die Reaktion nun zum Erliegen. Durch die Zweiphasigkeit der möglichst nicht inei¬ nander gelösten Trägerphasen ist es nun jedoch so, dass die Syntheseprodukte sich von der einen Phase bevorzugt in die andere Phase bewegen, um dort einen Konzentrationsausgleich zu erschaffen um maximal die Sättigungskonzentration in jeder Phase zu erreichen, was eine Anreicherung der Syntheseprodukte in der zweiten Trägerphase bewirkt, da diese bevorzugt ei¬ ne höhere Aufnahmefähigkeit für die Produkte besitzt. Ferner bewirkt dies, dass die Gleichgewichtslimitierung an der Kata- lysatoroberfläche nicht mehr beschränkend ist und die chemi¬ sche Reaktion insoweit weiter stattfindet, da das Einstellen einer stationären Gleichgewichtssituation verhindert wird. Hierbei werden wiederum kontinuierlich die Produkte von der Katalysatoroberfläche abgeführt und in der zweiten Trägerpha- se angereichert. Der Umsetzungsgrad der Edukte zu den Produk¬ ten ist somit höher als dies durch das thermodynamische
Gleichgewicht zwischen Syntheseedukten und Syntheseprodukten der Fall wäre. In einem weiteren Prozessschritt werden nun die beiden Trägerphasen voneinander getrennt. Sollte die zweite Trägerpha¬ se, die das angereicherte Syntheseprodukt umfasst mit diesem zusammen bereits einen Wertstoff bilden, so kann auf eine Ab¬ trennung des Syntheseproduktes aus der zweiten Trägerphase verzichtet werden. Sollte dies nicht der Fall sein, so kann in einem weiteren Verfahrensschritt das Syntheseprodukt aus einer der beiden, hier der zweiten Trägerphase, abgetrennt werden . Bei der Art der Trägerphasen kann es zweckmäßig sein, dass es sich um eine Flüssigkeit- und eine Gasphase oder insbesondere bevorzugt um zwei Flüssigkeiten handelt. Hierbei ist es wie¬ derum zweckmäßig, wenn eine der beiden Flüssigkeiten polare Eigenschaften aufweist, und die andere Flüssigkeit unpolare Eigenschaften. Für bestimmte Reaktionssysteme (z.B. Methanol- Synthese) hat sich herausgestellt, dass Syntheseprodukte (z.B. Methanol, Wasser) eine Affinität zu polaren Flüssigkei¬ ten aufweisen und sich in diesen anreichern. Ferner ist es zweckmäßig, wenn der Katalysator dann bevorzugt, d. h. mindestens zu 60% in der unpolaren Flüssigkeit vorliegt. Die Edukte der Reaktionen befinden sich dann in beiden Phasen gelöst. In diesem Fall findet die Synthesereaktion bevorzugt auf der Oberfläche des Katalysators in der unpolaren Flüssig¬ keit statt, die Syntheseprodukte reichern sich allerdings in der polaren Flüssigkeit an.
Als polare Flüssigkeiten haben sich insbesondere Wasser (nur wenn Wasser kein Syntheseprodukt ist) , aber auch ionische
Flüssigkeiten, polare Lösungsmittel oder höhermolekulare Al¬ kohole als zweckmäßig herausgestellt. Im Gegenzug dazu werden als unpolare Flüssigkeiten insbesondere Öle wie z.B. Wärme¬ trägeröle wie Witco, Marlotherm oder Dowtherm A verwendet.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung werden die beiden Trägerphasen außerhalb des Reaktors in einem Absetzbe¬ cken voneinander getrennt. Dies ermöglicht einen kontinuierlichen Prozess, so dass während der Absetzzeit aufgrund eines Dichteunterschieds zwischen den Phasen und des Trennvorganges zwischen den beiden Trägerphasen die Reaktion im Reaktor durch Wiederbefüllen dieses mit den Trägerphasen und Edukten weiter erfolgen kann. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sowie weitere Merkmale werden anhand der folgenden Figur näher erläutert. Dabei handelt es sich um eine rein schematische Darstellung, die somit keine Einschränkung des Schutzbereichs darstellt. Die einzige Figur zeigt:
Eine schematische Darstellung eines Syntheseverfahrens mit einem Reaktor und einem Absetzbecken. In der Figur ist eine schematische Darstellung des zu be¬ schreibenden Reaktionskonzeptes gegeben. Hierzu kommt zu¬ nächst ein Reaktor 6 mit einer Mischvorrichtung 20 zum Einsatz, ferner umfasst der Verfahrensablauf ein Absetzbecken 12 sowie eine Produktabtrennvorrichtung 22. Im Reaktor 6 befinden sich ein flüssiges Gemisch aus zwei nicht miteinander oder nur teilweise mischbaren Trägerphasen 2, 4, die hier in Form einer polaren Flüssigkeit 3, wiederum konkret in Form von Wasser, sowie in einer unpolaren Flüssigkeit 5, hier ausgestaltet in Form von Öl, dargestellt sind.
Als Trägerphasen 2, 4 können grundsätzlich auch die Mischung einer Flüssigkeit und eines Gases dienen. Ferner kann es auch zweckmäßig sein, als polare Flüssigkeit anstatt Wasser einen höhermolekularen Alkohol wie beispielsweise 1 , 3-Butandiol zu verwenden. Auch die Anwendung ionischer Flüssigkeiten oder polarer Lösungsmittel als polare Phasen 3 kann zweckmäßig sein. Für die unpolare Phase kommen insbesondere Wärmeträger- öle, wie beispielsweise Witco, Marlotherm oder Dowtherm A in Frage .
Die verwendeten Trägerphasen 2, 4 sind wie bereits beschrie¬ ben bevorzugt kaum ineinander lösbar, sie können jedoch durch eine Mischvorrichtung so miteinander vermischt werden, das möglichst kleine Phasenbestandteile nebeneinander fein dis- pergiert vorliegen. Die Mischung der Flüssigkeiten 3 und 5 erfolgt während des gesamten Syntheseprozesses kontinuier¬ lich, um einen guten Wärme- und StoffÜbergang zwischen den Flüssigkeiten 3, 5 zu ermöglichen. Zur Vermischung sind
Rührer (z. B. Gaseintragsrührer) oder andere Maßnahmen, z. B. das Eindüsen von Gasen zur Verwirbelung vorgesehen. Zudem können die beiden Flüssigkeiten auch über ein Festbett, das dann als statischer Mixer fungiert, geleitet werden. Zu den Flüssigkeiten 3, 5 wird nun ein Katalysator, der als homogener oder heterogener Katalysator ausgestaltet sein kann, gegeben. Der Katalysator, der in der Figur nicht explizit zu erkennen ist, und die unpolare Flüssigkeit 5 sind so ausge¬ wählt, dass sich der Katalysator bevorzugt und am besten aus- schließlich in dieser unpolaren Flüssigkeit 5 befindet. Hierdurch wird die noch zu beschreibende Reaktion optimiert, ein Vorliegen des Katalysators in der polaren Flüssigkeit 3 ist aber grundsätzlich nicht schädlich. In dem vorgegebenen Bei- spiel kann die Katalysatoroberfläche, hier eines heterogenen Katalysators, in Form eines Feststoffes, so modifiziert wer¬ den, dass sie unpolare Eigenschaften aufweist und somit be¬ vorzugt in der unpolaren Phase anzutreffen ist. Um dies zu erreichen, kann als Trägermaterial für den Katalysator z.B. Kohlenstoff verwendet werden. Zudem kann die Oberfläche ande¬ rer Trägermaterialien so modifiziert werden (z.B. durch die chemische Bindung funktionaler Gruppen) , dass sich ein unpolarer Charakter ergibt. Die polare Flüssigkeit, in diesem Fall also das Wasser, wird dagegen so gewählt, dass sie eine besonders gute Löslichkeit für die Syntheseprodukte der be¬ trachteten chemischen Reaktion aufweist.
Im Weiteren werden die gasförmigen und/oder flüssigen Edukte 8, in diesem Beispiel zur Herstellung von Methanol, molekula¬ rer Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid bzw. Kohlenmonoxid in den Reaktor eingebracht und verteilt. Durch eine Einbringung über hier nicht dargestellte Düsen oder durch die eingebauten Rührer (hier dargestellt durch die Mischvorrichtung 20) findet eine feine Verteilung der Edukte 8 in kleinen Bläschen statt. Die Edukte 8 lösen sich in beiden Trägerphasen 2, 4 also sowohl in der polaren Flüssigkeit 3 als auch in der unpolaren Flüssigkeit 5 und gelangen so an die Katalysatoroberfläche, wo die Reaktion zu den Syntheseprodukten 10 stattfindet. Da sich die Syntheseprodukte bevorzugt in der polaren Flüssigkeit 3 lösen, ist die Produktkonzentration in der unpolaren Flüssigkeit 5 an der Katalysatoroberfläche her¬ abgesetzt und das chemische Gleichgewicht der Gesamtreaktion wird vorteilhaft zu den Produkten hin verschoben. Im Idealfall ist die Produktkonzentration an der Katalysatoroberflä¬ che so gering, dass eine nahezu vollständige Umsetzung der Syntheseedukte 8 stattfindet.
Im Weiteren wird nun das Gemisch der beiden Trägerphasen 2, 3 also der unpolaren Flüssigkeit 5 und der polaren Flüssigkeit 3 kontinuierlich aus dem Reaktor 6 abgezogen. Optional ist eine Kühlung 16 des Gemisches vorgesehen. Diese kann zum ei¬ nen dazu benutzt werden, dass dem Reaktionssystem Wärme ent- zogen werden kann und so einer exothermen Reaktion im Reaktor 6 entgegengewirkt werden kann, was eine isotherme Reaktions¬ führung möglich macht. Zum anderen kann eine Temperaturabsenkung eine weitere Verschiebung der Löslichkeiten und der Gleichgewichtslage bei exothermen Reaktionen bewirken, so dass sich die Konzentration der Syntheseprodukte 10 in der polaren Flüssigkeit 3 weiter erhöht. Zudem kann die Tempera¬ turabsenkung zu einer besseren Trennung der Trägerphasen 2, 4 also der polaren Flüssigkeit 3 und der unpolaren Flüssigkeit 5 in der nachfolgenden Prozessstufe verbessern. Es findet dann eine Phasentrennung in einem Absetzbecken 12 statt. In dem vorliegenden Beispiel gemäß der Figur setzt sich die unpolare Flüssigkeit 5, die mit dem Katalysator beladen ist, oben ab und kann direkt in den Reaktor 6 über eine Pumpe 14 zurückgepumpt werden. Es kann auch eine Filtereinheit am Aus¬ gang des Reaktors vorgesehen sein, die den Katalysator abtrennt und direkt in den Reaktor 6 zurückführt. Somit gelangt der Katalysator nicht in das Absetzbecken 12 und eine mögliche Ablagerung am Boden wird hiermit verhindert. Die polare Flüssigkeit 3 in der bevorzugt die Syntheseprodukte 10 gelöst sind, gelangt in eine Produktabtrennungsvorrichtung 22. Diese Produktabtrennungsvorrichtung 22 ist insofern fakultativ, da das Gemisch aus polarer Flüssigkeit 3 und den Syntheseprodukten 10 ggf. bereits einen Wertstoff darstellen kann, was von der jeweiligen Reaktion und der Verwendung der polaren Flüssigkeit 3 abhängig ist, so dass diese ohne zusätzliche Ab¬ trennung des Reaktionssyntheseproduktes bereits weiterverar¬ beitet bzw. weiterverwendet werden kann. In diesem Fall, in dem Wasserstoff mit Kohlenmonoxid bzw.
Kohlendioxid zu Methanol und Wasser (bei Verwendung von C02) reagiert wird, wird das Reaktionsprodukt 10 in Form von Me¬ thanol und ggf. auch Wasser aus der polaren Flüssigkeit 3, z.B. der ionischen Flüssigkeit, in der Produktabtrennungsvor- richtung abgetrennt. Die Abtrennung der Syntheseprodukte 10 kann durch verschiedene chemische und physikalische Verfahren erfolgen. Anwendbar sind hier zum Beispiel Destillation bzw. Rektifikation, Fällungsreaktionen, Membranverfahren oder eine Extraktion und eine Reaktivextraktion. Auch die Abtrennung durch eine Membran ist möglich. Die Syntheseprodukte 10 wer¬ den somit aus dem Gesamtsystem abgetrennt. Weiterhin befindet sich eine geringe Menge an gelösten Edukten 8 in der polaren Flüssigkeit 3. Diese Edukte 8λ verbleiben beim Abtrennen der Syntheseprodukte 10 bevorzugt in der polaren Flüssigkeit 3. Freigesetzte Mengen an Edukten 8 λ werden als Purgegas abgezo¬ gen oder in den Reaktor 6 zurückgeführt. Die polare Flüssig¬ keit 3, die arm an Produkten 10 ist, wird ebenfalls in den Reaktor über eine Pumpe 14 zurückgepumpt.
Bisher wurde das Reaktionskonzept so beschrieben, dass sich der Katalysator bevorzugt in der unpolaren Flüssigkeit 5 befindet und sich die Syntheseprodukte 10 bevorzugt in der po- laren Flüssigkeit 3 anreichern. Die Anreicherung kann aber auch entgegengesetzt erfolgen, wobei dann die unpolare Flüs¬ sigkeit 5 der Produktabtrennungsvorrichtung 22 zugeführt wird . Die Reaktionsbedingungen des Reaktors 6 umfassen Temperaturen zwischen 50°C und 500°C, insbesondere 150°C bis 400°C und ganz besonders bevorzugt 200° bis 350°C. Dabei wird ein Druck von 1 Bar bis 300 Bar, insbesondere ein Druck zwischen 20 Bar und 100 Bar eingestellt.
Die Wärme, die dem Reaktor 6 bei der Kühlung 16 entzogen wird, kann als Wärmesenke im Reaktorkonzept insgesamt verwen¬ det werden. Hierbei kann es beispielsweise zweckmäßig sein, die Wärme zur Destillation der Syntheseprodukte 10 in der Produktabtrennvorrichtung 22 einzusetzen. Grundsätzlich ist es auch möglich, Wärmeübertragungselemente wie z. B. Heat Pi- pes, mit Wasser bzw. Dampf durchströmte Rohre direkt am Reak¬ tor 6 einzubringen, um dort Wärme abzuziehen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Durchführung einer chemischen Synthese unter Verwendung von zwei nur teilweise ineinander löslichen Trä- gerphasen (2, 4) und einem Katalysator, der in einer der Trägerphasen (2, 4) dispergiert vorliegt, umfassend folgende Schritte :
- Vermischen der Trägerphasen (2, 4) in einem Reaktor (6),
- Einleiten mindestens eines Syntheseeduktes in den Reaktor (6),
- Trennung der beiden Trägerphasen (2, 4) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von einer der beiden Trägerphasen (2, 4) ein Syntheseprodukt (10) abgetrennt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Trägerphasen (2, 4) zwei Flüssigkeiten sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine polare Flüssigkeit (3) und eine unpolare Flüs¬ sigkeit (5) verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 60 % des Katalysators in der unpolaren Flüssigkeit (5) vorliegen.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Syntheseprodukt (10) in der polaren Flüssigkeit (3) angereichert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die polare Flüssigkeit Wasser, ionische Flüssigkeiten, polare Lösungsmittel und oder höhermolekulare Alkohole umfassen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die unpolare Flüssigkeit (5) ein Öl, be¬ vorzugt ein Wärmeträgeröl umfassen.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Trägerphasen (2, 4) außerhalb des Reaktors in einem Absetzbecken (12) getrennt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator abgetrennt wird, bevor die Trägerphasen (2, 4) in das Absetzbecken (12) gefördert werden.
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