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Katalysator Katalysatoren, die bei chemischen Umsetzungen Verwendung
finden, werden in der Regel in Form von Kugeln, Zylindern, Tabletten, Brocken oder
Pulver verwandt. Hierbei ist der mengenmäßige Einsatz der Kontaktmengen im Verhältnis
zu dem katalytischen Effekt unverhältnismäßig groß, da katalytische Reaktionen echte
Oberflächenreaktionen sind, bei denen theoretisch nur eine monomolekulare Kontaktschicht
erforderlich wäre. Außerdem. neigen viele Kontakte bei ihrer Anwendung oftmals dazu,
durch den Belastungsdruck im Kontaktraum zu zerfallen, wodurch ein gleichmäßiger
Durchgang der Reaktionsteilnehmer durch den Reaktionsraum behindert wird und die
Ausnutzung des Kontaktraumes teilweise oder ganz ausgeschlossen wird. Probleme dieser
Art treten besonders deutlich auf beispielsweise bei der katalytischen Hydratation
von Olefinen zu den entsprechenden Alkoholen. Als betrieblich besonders beschwerlich
haben sich die besagten Verklebungen der Kontaktsubstanz im Reaktionsraum gezeigt,
wodurch oftmals der Gasdurchgang wesentlich behindert ist und die Umsetzung je Gasdurchgang
deutlich reduziert ist.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Grundgedanken,
die katalytisch wirksame Substanz so anzuordnen, daß sie in ein starres Gerüst eingebaut
ist, das nach dem Füllkörperprinzip ausgebildet ist. Als Füllkörperform kommt vor
allem die Form des Raschigrings in Betracht, insbesondere in den modifizierten Formen
beispielsweise der sogenannten Perforinge oder Pallringe. Diese Ringe haben die
Grundform des Raschigrings, sind jedoch an einer oder mehreren Stellen mit Perforationen
oder andersartig geformten Ausnehmungen versehen. Eine besondere Ausführungsform
der Erfindung besteht nun darin, Füllkörper der vorgenannten Art, die die genannten
Ausnehmungen, Perforationen oder dergl. enthalten, aus einem Material mit hoher
Druckbeständigkeit herzustellen. Zu diesen Materialien gehören beispielsweise Hartporzellane,
hochkieselsäurehaltige
Spezialtone, gegbenenfalls aber auch Metalle
ane beispielsweise Edelstahl, Kupfer, Kupfer-Nickel-legierungen oder dergl. In die
Ausnehmungen dieser Füllkörper wird die für die jeweilige Reaktion besonders erwünschte
Katalysatorsubstanz eingepreßt oder in geeigneter Weise eingeschlossen, so daß ein
gegen erhebliche Drücke unempRindli,cher Katalysatorkörper entsteht, der zugleich
aufgrund seiner besonderen Form optimale Stromungsverhältnisse und eine optimale
Oberfläche gewährleistet0 Als solche Katalysatormasse kommen beispielsweise mineralische
Tonerdesilikate wie Bentonit oder bentonithaltige ISterialien oder beispielsweise
Diatomeenerde oder dergl. in Betracht. Katalysatoren dieser Art lassen sich mit
besonders guten Effekten bei der katalytischen Hydratation von Olefinen venfenden.
Sie sind aber auch einsetzba-r für Hydrierungs- und Dehydrierungsreaktionen, insbesondere
für die Spaltung, Isomerisierung oder Reformierung von Kohlenwasserstoffen, Reaktionen
-also, bei denen es auf eine besondere Festigkeit der Katalysatorkörper ank-ommt.
In weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens ist es auch möglich,- den Katalysatorkörper
in der Weise herzustellen, daß die katalytisch wirksame Substanz mit der Trägersubstanz
gemischt, das so erhaltene Gemisch geformt und,. beispielsweise durch alcinierung,
in den erforderlichen Härtegrad überführt wird. In besonderen Fällen ist es auch
möglich, zur Formung des Katalysatorkörpers von vornherein nur Kontaktsubstanz einzusetzen..
Solche Katalysatorkörper sind beispielsweise herstellbar auf Basis von Montmorillonit;
sie eignen sich dann in hervorragender Weise für die Anwendung in den vorgenannten
Reaktionen. Wesentlich hierbei ist, daß die Form des Katalysators eine außerordentlich
große Oberfläche, bezogen auf den Reaktionsraum, ermöglichtbei gleichzeitig optimalen
Durchgangsverhältnissenfür die Reaktionsteilnehmer.
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Mit der vorliegenden Erfindung erreicht man, daß nur ein Bruchteil
der Katalysatormenge gebraucht wird, die für die normalerweise zur Anwendung kommende
Katalysatorform (Kugel, Zylinders Stückform) des Kontakts notwendig ist. Außerdem
ist stets ein gleichmäßiger Durchsatz der miteinander zur Reaktion zu bringenden
Gase bzw. Flüssigkeiten garantiert.
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Die Wichtigkeit einer wie eben beschriebenen Anordnung der Kontaktsubstanz
zeigt folgendes Beispiel.
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Beispiel a) 1 p Kontaktraum, der mit Koksstücken (unregelmäßige Brockenform)
von 30 bis 50 mm Größe zum wesentlichen Teil ausgefüllt ist, hat trotz der großen
FUilkorpermenge nur eine freie Oberfläche von ca. 38 m2. Dagegen nimmt ein mit Raschigringen
(zylindrische Form mit 25 mm Durchmesser und 25 mm Lange; beispielsweise aus Montmorillonit
hergestellt) gefällter Raum von 1 m3 Inhalt nur 80 n (= 8 %) des Raumes durch die
Füllkörper in Anspruch und hat eine freie Oberfläche von 220 m2. Entsprechend günstige
Ergebnisse erhält man, wenn der Katalysator beispielsweise aus Hartporzellankörpern
mit öffnungen nach Art des Pallrings hergestellt ist, wobei die oeffnungen jeweils
durch die Katalysatorsubstanz ausgefUllt sind, in diesem Fall ist allerdings die
katalytisch wirksame Oberfläche nicht ganz so günstig wie im Fall 1.
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b) In einem Reaktionsofen, der ein Volumen von etwa 38 m³ hat und
der fernerhin mit Katalysatorkörpern gefüllt ist, werden stündlich 40 000 v eines
etwa 85 %igen Athylengases umgewälzt. Die Katalysatorkörper bestehen aus den oben
beschriebenen Raschigringen, die aus Bentonit hergestellt sind und in Länge und
Durchmesser jeweils 25 mm aufweisen. Dieser Katalysatorträger wurde mit Phosphorsäure
(74 ig) getränkt, wobei die Aufnahme dem Gewicht des eingesetzten Katalysators entspricht.
Von diesem Katalysator sind beim vorliegenden Verfahren 20 t eingesetzt worden.
Dem Gas wurden stündlich 2 050 n m3 Frischäthylen mit einer Konzentration von 99,8
% C2H4 und einem Acetylengehalt unter etwa 30 ppm zugesetzt. Pro Stunde werden etwa
50 m3 85 zuges Athylen entspannt und als Endgas abgegeben. Gleichzeitig werden etwa
20 t Wasser in Form von Wasserdampf dem Umlaufäthylen beigemischt und etwa 6,5 kg
Phosphorsäure, 100 %ig gerechnet, eingespritzt. Nach dem Reaktor werden in den nachgeschalteten
Regeneratore bzw, dem Gaswascher stündlich etwa 27,3 t eines 14,5 frigen Äthylalkohols
abgeschieden. Die Reaktionstemperatur
wird bei 285°C am Eingang
zum Kontaktofen gehalten. Das Wasser/Athylen-Verhältnis lag bei den angegebenen
Mengen bei 0,67 : 1. Die Ausbeute an Äthylalkohol betrug 95,2 %, bezogen auf umgesetztes
äthylen. Verbackungserscheinungen bei den Katalysatorträgern, die zu einer Behinderung
des Gasdurchtritts geführt hätten, waren nicht zu beobachten. Bei Beschikkung des
gleichen Reaktors mit Kontakt in der üblichen Kugelform etwa gleichen Durchmessers
(25 mm) beträgt die zur FU1-lung des gleichen Reaktors erforderliche Menge 38 t.
Die Ausbeute beträgt in diesem Fall 92 %.