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DE1274569B - Process for the production of phthalic anhydride - Google Patents

Process for the production of phthalic anhydride

Info

Publication number
DE1274569B
DE1274569B DE1963C0029068 DEC0029068A DE1274569B DE 1274569 B DE1274569 B DE 1274569B DE 1963C0029068 DE1963C0029068 DE 1963C0029068 DE C0029068 A DEC0029068 A DE C0029068A DE 1274569 B DE1274569 B DE 1274569B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
temperature
xylene
reaction
catalyst
cooling
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
DE1963C0029068
Other languages
German (de)
Inventor
Mack F Hughes
Calvin Schwartz Smith
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
California Research LLC
Original Assignee
California Research LLC
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 California Research LLC filed Critical California Research LLC
Publication of DE1274569B publication Critical patent/DE1274569B/en
Pending legal-status Critical Current

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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
    • C07C51/255Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of compounds containing six-membered aromatic rings without ring-splitting
    • C07C51/265Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of compounds containing six-membered aromatic rings without ring-splitting having alkyl side chains which are oxidised to carboxyl groups

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Furan Compounds (AREA)

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

Deutsche KL: German KL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
Number:
File number:
Registration date:
Display day:

C07cC07c

BOIj
F25b
BOIj
F25b

12O-1412O-14

12 g-11/3212 g-11/32

12a-712a-7

P 12 74 569.6-42 (C 29068)P 12 74 569.6-42 (C 29068)

2. Februar 19632nd February 1963

8. August 1968August 8, 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid durch katalytische Oxydation von o-Xylol mit molekularem Sauerstoff in der Dampfphase bei erhöhter Temperatur an einem fest angeordneten Vanadiumpentoxid-Kataly- S sator, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Gemisch aus verdampftem o-Xylol und molekularem Sauerstoff bei einer Berührungszeit von etwa 0,001 bis 0,05 Sekunden über den Katalysator leitet, dessen Reaktionszone dadurch im wesentlichen bei 590 bis 815° C, besonders 650 bis 760° C, temperaturkonstant gehalten wird, daß man das Oxydationsgemisch mit einer Geschwindigkeit von mindestens 3,3 bis ll°C/sec-10-3 mit Hilfe eines innerhalb der Katalysatorschicht fest angeordneten Kühlelements oder mit Hilfe von zwei aufeinanderfolgenden Wärmeaustauschern, wovon der erste bei einer Temperatur von etwa 455 bis 595° C und der zweite bei einer Temperatur von etwa 205 bis 430° C gehalten wird, abkühlt und das Reaktionsgemisch nach üblichen ao Methoden aufarbeitet.The invention relates to a process for the preparation of phthalic anhydride by catalytic oxidation of o-xylene with molecular oxygen in the vapor phase at elevated temperature on a fixed vanadium pentoxide catalyst, which is characterized in that a mixture of evaporated o-xylene is used and molecular oxygen with a contact time of about 0.001 to 0.05 seconds passes over the catalyst, the reaction zone of which is kept at a constant temperature essentially at 590 to 815 ° C, especially 650 to 760 ° C by the oxidation mixture at a rate of at least 3.3 to ll ° C / sec-10 3 by means of a fixedly arranged within the catalyst layer cooling element or with the aid of two successive heat exchangers, the first of which at a temperature of about 455 to 595 ° C and the second at a temperature is kept from about 205 to 430 ° C, cooled and the reaction mixture according to customary a o methods is working.

Die Herstellung von Phthalsäureanhydrid durch Oxydation von o-Xylol in der Dampfphase ist bekannt. Bisher ließ sich die Reaktion am besten bei einer Temperatur von etwa 565° C durchführen. Zwar wäre die Anwendung höherer Reaktionstemperaturen wegen der erhöhten Reaktionsgeschwindigkeiten von großem Vorteil gewesen, doch waren die Bemühungen, die Produktion durch Anwendung von höheren Temperaturen zu steigern, erfolglos, da sich dann eine entsprechend niedrigere Reaktionsselektivität, niedrigere Ausbeuten und wesentlich erhöhte Betriebsgefahren ergaben. Wenn der Katalysator alterte, kam als weitere Schwierigkeit hinzu, daß die Zone mit der höchsten Schichttemperatur, d. h. die sogenannte »heiße Zone«, leicht in der Katalysatorschicht stromabwärts wanderte. Wenn man diese Wanderung zuließ, ergaben sich geringere Reaktionsselektivitäten und infolgedessen Ausbeuteverluste, und es konnten sogar Feuer und ernste Industrie-Unfälle auftreten.The production of phthalic anhydride by oxidation of o-xylene in the vapor phase is known. So far, the reaction has been best carried out at a temperature of about 565 ° C. It is true that the use of higher reaction temperatures would be due to the increased reaction rates has been of great benefit, however, efforts to increase production by applying to increase higher temperatures, unsuccessful, since then a correspondingly lower reaction selectivity, resulted in lower yields and significantly increased operational hazards. When the catalyst Aging, there was a further difficulty that the zone with the highest bed temperature, i. H. the so-called "hot zone", migrated slightly downstream in the catalyst layer. If you have this Allowed migration, there were lower reaction selectivities and consequent losses in yield, and even fires and serious industrial accidents could occur.

Überraschenderweise wurde nun festgestellt, daß bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die erwartete Abnahme der Reaktionsselektivität und der Ausbeute nicht eintritt, die Wänderung der heißen Katalysatorzone in annehmbaren Grenzen bleibt und die als Folge einer Wanderung möglichen Feuer- sowie Explosionsgefahren nicht auftreten.Surprisingly, it has now been found that when carrying out the process according to the invention the expected decrease in the reaction selectivity and the yield does not occur, the change the hot catalyst zone remains within acceptable limits and that as a result of migration possible fire and explosion hazards do not occur.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Reaktionsgefäß mit ruhender Aufschüttung angewandt, das mit einem Vanadin-Verfahren zur Herstellung von
Phthalsäureanhydrid
When carrying out the process according to the invention, a reaction vessel is used with a static bed which is made with a vanadium process for the production of
Phthalic anhydride

Anmelder:Applicant:

California Research Corporation,California Research Corporation,

San Francisco, Calif. (V. St. A.)San Francisco, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dr. W. Beil, A. HoeppenerDr. W. Beil, A. Hoeppener

und Dr. H. J. Wolff, Rechtsanwälte,and Dr. H. J. Wolff, lawyers,

6230 Frankfurt-Höchst, Adelonstr. 586230 Frankfurt-Höchst, Adelonstr. 58

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Calvin Schwartz Smith, El Serrito, Calif.;Calvin Schwartz Smith, El Serrito, Calif .;

Mack F. Hughes, Albany, Calif. (V. St. A.)Mack F. Hughes, Albany, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 5. Februar 1962
(171 251, 171180)
Claimed priority:
V. St. ν. America 5 February 1962
(171 251, 171180)

pentoxid-Katalysator für die Dampfphasenoxydation, vorzugsweise auf einem Träger, beschickt ist. Verdampftes o-Xylol und ein Gas, welches molekularen Sauerstoff enthält, vorzugsweise Luft, werden einzeln oder gemischt in eine Katalysatorschicht eingeführt, deren erster Teil als Vorheizzone von einer Heizvorrichtung mit einer Temperatur von etwa 425 bis 595° C umgeben ist. Die Temperatur des Gasgemisches wird bei seiner Bewegung durch die Schicht in der Reaktionszone merklich erhöht, z. B. je nach der Heizvorrichtung um 55 bis 220° C und mehr, und beträgt dann 590 bis 815° C. Nach 0,001 bis 0,05 Sekunden Verweilzeit in der Reaktionszone und praktisch beim Verlassen der Reaktionszone wird der Gasstrom der Einwirkung eines Kühlmittels derart ausgesetzt, daß der Produktionsstrom um mindestens 3,3 bis ll°C/sec-10-3 abgekühlt wird. Vorzugsweise wird so lange abgekühlt, bis die Temperatur des Gasstromes auf unter etwa 480° C, jedoch über etwa 205° C herabgesetzt ist. Danach kann man das Phthalsäureanhydrid auf übliche Weise gewinnen.pentoxide catalyst for vapor phase oxidation, preferably on a carrier, is charged. Vaporized o-xylene and a gas containing molecular oxygen, preferably air, are introduced individually or mixed into a catalyst layer, the first part of which as a preheating zone of a Heater with a temperature of about 425 to 595 ° C is surrounded. The temperature of the gas mixture is markedly increased as it moves through the bed in the reaction zone, e.g. B. depending on the heating device by 55 to 220 ° C and more, and is then 590 to 815 ° C. After 0.001 up to 0.05 seconds residence time in the reaction zone and practically when leaving the reaction zone the gas flow is exposed to the action of a coolant in such a way that the production flow by at least 3.3 to 11 ° C / sec-10-3 is cooled. The cooling is preferably carried out until the temperature of the gas stream falls below about 480 ° C., however is decreased above about 205 ° C. Then you can use the phthalic anhydride in the usual way Win wisely.

Die erforderliche Kühlgeschwindigkeit und das richtige Einsetzen der Kühlung lassen sich durch zwei fast gleichwertige Anordnungen erreichen, nämlich ein innerhalb der Katalysatorschicht fest angeord-The required cooling speed and the correct onset of cooling can be determined by two achieve almost equivalent arrangements, namely a fixed arrangement within the catalyst layer

809 589/477809 589/477

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netes Kühlelement oder zwei aufeinanderfolgende d. h. etwa 3,9° C/sec · 10~3 und hoher. In der oberen Wärmeaustauscher. Diese Kühlvorrichtungen werden Temperaturzone, z. B. über 705° C, sind Abkühlbei vorzugsweise unbeweglicher Katalysatorschicht geschwindigkeiten von mindestens 4,4° C/sec · 10~3 nach dem Beginn des Betriebs und dem Festliegen und sogar höher zu empfehlen. Solange die angegeder Reaktionszone so angeordnet, daß sie das Re- 5 benen Reaktionszonenzeiten eingehalten werden, aktionsprodukt beim Verlassen der Reaktionszone kommen auch kürzere Kühlgeschwindigkeiten für die in der erforderlichen Weise kühlen. Das innerhalb Gewinnungszone in Frage. Die Abkühlgeschwindigder Katalysatorschicht fest angeordnete Kühlelement keiten können bis zu 11° C/sec · 10~a betragen, doch wird etwa 25 bis 50 cm stromabwärts angeordnet. läßt sich durch diese höheren Abkühlgeschwindig-Die Fließgeschwindigkeiten und die Temperatur· der io keiten kein merklicher Vorteil erzielen, und es durch das Kühlelement strömenden Kühlflüssigkeit können mechanische Schwierigkeiten auftreten, wenn bestimmen die Kühlgeschwindigkeit des Produkt- man versucht, derartige hohe Kühlgeschwindigkeiten stromes beim Verlassen der Reaktionszone. Zur zu erzielen.One cooling element or two consecutive ones, ie about 3.9 ° C / sec · 10 ~ 3 and higher. In the upper heat exchanger. These cooling devices are temperature zone, e.g. B. above 705 ° C, cooling with preferably immobile catalyst layer, rates of at least 4.4 ° C / sec · 10 -3 after the start of operation and settling and even higher are recommended. As long as the specified reaction zone is arranged in such a way that it adheres to the correct reaction zone times, the action product when leaving the reaction zone is also subject to shorter cooling rates for the cooling in the required manner. That within the extraction zone in question. The cooling rate of the catalyst layer fixed cooling elements can be up to 11 ° C / sec x 10 ~ a , but is placed about 25 to 50 cm downstream. No noticeable advantage can be achieved by these higher cooling speeds and the cooling liquid flowing through the cooling element, and mechanical difficulties can arise when determining the cooling speed of the product Reaction zone. To achieve.

Festlegung der Reaktionszone kann man eine ge Im allgemeinen lassen sich befriedigende Ergebringe Regulierung in der Beschickungzusammen- 15 nisse erzielen, wenn das verwendete Luft-o-Xylolsetzung vornehmen. Zeigen also das Temperatur- Gemisch ein Gewichtsverhältnis von 16:1 bis 35:1 profil der Katalysatorschicht, geringere Ausbeuten und höher aufweist. Bei Luft-o-Xylol-Verhältnissen und die Reaktionsdaten an, daß das Verfahren un- unter etwa 16:1 und insbesondere bei Verhältnissen befriedigend verläuft, so kann eine geringe Ände- unter etwa 14:1 sinkt die Katalysatorschicht merkrung in der Beschickung und in der Fließgeschwin- 20 lieh ab. Bei einem Verhältnis von 14:1 beträgt die digkeit vorgenommen werden, um die Reaktionszone Katalysatorhaltbarkeit z. B. etwa 1 Tag, während sie und die Kühlvorrichtung so aufeinander abzustim- bei höheren Luft-o-Xylol-Verhältnissen, z. B. 17:1 men, daß das Verfahren bei den gewünschten Tem- und mehr, etwa 1 Jahr betragen. Luft-o-Xylol-Verperaturen von 590 bis 815° C zu den gewünschten hältnisse über 20:1 sind anwendbar, doch wird bei Ergebnissen führt. Bei Verwendung von zwei aufein- ag der Erhöhung des Luft-o-Xylol-Verhältnisses weit anderfolgenden Wärmeaustauschern, z. B. Tempe- über diese Zahl hinaus das Verfahren auf Grund der raturbädern, müssen diese Bäder im wesentlichen an- herabgesetzten Verfahrensleistung immer unwlrteinander anschließen. Die Temperatur des ersten schaftlicher. Durch Anwendung mit Sauerstoff ange-Wärmeaustauschers liegt zwischen 455 und 595° C, reicherter Gase oder von reinem Sauerstoff kann und die Temperatur des zweiten Wärmeaustauschers 30 man die Ergebnisse etwas variieren, im allgemeinen liegt zwischen 205 und 430° C. Da diese Heizele- entsprechen jedoch die Gewichtsverhältnisse von mente fest angeordnet sind, kann man die Lage der Sauerstoff zu o-Xylol jenen von Luft und o-Xylol, heißen Reaktionszone durch geringere Regulierungen Das verwendete Xylol sollte von ziemlich hoherEstablishing the reaction zone can be a ge In general, satisfactory results in control of the feed compositions can be obtained when the air-o-xylene substitution is used make. So show the temperature mixture a weight ratio of 16: 1 to 35: 1 profile of the catalyst layer, lower yields and higher. With air-o-xylene ratios and the reaction data indicate that the process is below about 16: 1 and especially at ratios If it proceeds satisfactorily, a slight change below about 14: 1 can decrease the catalyst layer noticeability in the feed and in the flow rate 20 borrowed from. At a ratio of 14: 1, the can be made to increase the catalyst shelf life of the reaction zone z. B. about 1 day while they and the cooling device to match each other at higher air-o-xylene ratios, e.g. B. 17: 1 men that the process at the desired temperatures and more, be about 1 year. Air-o-xylene temperatures from 590 to 815 ° C to the desired ratios above 20: 1 can be used, but at Results. When using two at a time, the air-o-xylene ratio increases significantly other subsequent heat exchangers, e.g. B. Tempe- beyond this number, the procedure due to the temperature baths, these baths must always have essentially reduced process performance connect. The temperature of the first societal. By using an oxygen-attached heat exchanger is between 455 and 595 ° C, enriched gases or pure oxygen and the temperature of the second heat exchanger 30 can vary the results somewhat, in general lies between 205 and 430 ° C. However, since these heating elements correspond to the weight ratios of elements are firmly arranged, one can determine the position of the oxygen to o-xylene that of air and o-xylene, hot reaction zone due to lesser regulations The xylene used should be of a fairly high level

in der Beschickungsgeschwindigkeit und in den Bad- Reinheit sein, da die meisten Kohlenwasserstoffvertemperaturen verändern. 35 unreinigungen und insbesondere aliphatische Koh-in feed rate and bath cleanliness as most hydrocarbon temperatures change. 35 impurities and especially aliphatic carbon

Beim erfindungsgemäßen Verfahren versteht man lenwasserstoffverunreinigungen unter den Verfahunter Reaktionszone jenen Katalysatorabschnitt in- rensbedingungen oxydiert werden; dadurch wird benerhalb der Schicht, in welchem die örtliche Tempe- trächtliche Wärmeenergie frei und die Temperaturratur wesentlich die unmittelbar vorausgehende kontrolle erschwert. Zwar ist o-Xylol mit einer Rein-Schichttemperatur und die Temperatur der an- 40 heit von etwa 90% für das Verfahren brauchbar, schließenden Katalysatorschicht übersteigt. Die Re- doch wird ein o-Xylol mit einer Reinheit von etwa aktionszone ist also eine Zone mit starkem Tempe- 95% und mehr bevorzugt. Eine o-Xylolbeschickung raturgefälle und fst bei dem erfindungsgemäßen Ver- mit einer Reinheit von 99% ist für das erfindungsgefahren der Katalysatorabschnitt innerhalb der mäße Verfahren besonders vorteilhaft, ruhenden Aufschüttung, in dem die Reaktionstem- 45 Bei der Durchführung des Verfahrens bei Tempeperatur 590 bis 815° C beträgt. Die Reaktionszeiten raturen über etwa 675° C werden die besten Ergebsind die Durchgangszeiten des Beschickungsstromes nise dann erzielt, wenn man es bei Einsatz von durch die Reaktionszone, und die Abkühlgeschwin- frischem Katalysator zu Beginn während einer verdigkeiten sind die Temperaturveränderungen des Re- hältnismäßig kurzen Konditionierungszeit bei einer aktionsstromes in der Gewinnungszone des Kon- 50 Temperatur im Bereich von 590 bis 650° C betreibt, verters unmittelbar nach der Reaktionszone. Die Konditionierungszeit dient dazu, den KatalysatorIn the process according to the invention, the term “process” is used to denote hydrogen impurities Reaction zone that catalyst section are oxidized under internal conditions; this is benerhalb the layer in which the local temperature releases considerable heat energy and the temperature significantly complicates the immediately preceding control. It is true that o-xylene has a clean layer temperature and the temperature exceeds the generally about 90% useful for the process, the closing catalyst bed. The re-but becomes an o-xylene with a purity of about Action zone is therefore a zone with a high temperature - 95% and more preferred. One o-xylene charge Temperature gradient and fst in the process according to the invention with a purity of 99% is dangerous for the invention the catalyst section is particularly advantageous within the moderate process, dormant embankment, in which the reaction tem- 45 When carrying out the process at Tempeperatur 590 to 815 ° C. Response times above about 675 ° C will be the best results the transit times of the feed stream nise then achieved when it is used when using through the reaction zone, and the cooling rate fresh catalyst at the beginning during a condensation are the temperature changes of the relatively short conditioning time for a action stream operates in the recovery zone of the 50 temperature in the range of 590 to 650 ° C, verters immediately after the reaction zone. The conditioning time serves the purpose of the catalyst

Im allgemeinen können in der Reaktionszone in eine Form umzuwandeln, in der er wärmebestän-Temperaturen von 590 bis 815° C, insbesondere von dig ist. Ein frischer Katalysator, der im wesentlichen 650 bis 760° C angewandt werden. Bei den nied- die V2O5-Konfiguration hat, schmilzt leicht und führt rigeren Temperaturen können verhältnismäßig lan- 55 schließlich zur Bildung eines etwas minderwertigeren gere Reaktionszonenzeiten und dementsprechend Katalysators, wenn die Konditionierungszeit wegfällt, niedrigere Abkühlgeschwindigkeiten in der Gewin- Es genügt zwar, den Katalysator während einiger nungszone eingehalten werden. Bei einer höheren Stunden im niedrigeren Temperaturbereich zu kon-Reaktionstemperatur sind höhere Kühlgeschwindig- ditionieren, jedoch ist es von Vorteil, wenn er 1 Tag keiten und kürzere Zeiten von Vorteil. Bei einer 60 lang konditioniert wird.In general, in the reaction zone can be converted into a form in which it is heat-resistant temperatures of 590 to 815 ° C., in particular of dig. A fresh catalyst that is essentially used at 650 to 760 ° C. In the case of the low V 2 O 5 configuration, it melts easily and leads to relatively long temperatures can ultimately lead to the formation of a somewhat inferior reaction zone times and, accordingly, to the formation of a catalyst, if the conditioning time is omitted, lower cooling rates in the win are sufficient , the catalyst must be adhered to during some tension zone. In the case of a higher number of hours in the lower temperature range at the reaction temperature, higher cooling speeds are required, but it is advantageous if it is 1 day and shorter times are advantageous. At a 60 long is conditioned.

Temperatur der Reaktionszone im Bereich von 590 Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht dieReaction zone temperature in the range of 590. In the preferred embodiment, there is

bis 625° C sind daher Verweilzeiten von 0,05 Se- Reaktionsschicht im wesentlichen aus einem kenden und Abkühlgeschwindigkeiten von 3,3° C/ Vanadinpentoxid-Katalysator auf einem Träger. Die see · 10~3 zu empfehlen. Bei einer Steigerung der unmittelbar auf die Reaktionszone folgende Schicht Verfahrenstemperatur, z. B. bis zu etwa 650 bis 65 kann jedoch mit dem inerten Katalysatorträger oder 705° C, werden zweckmäßigerweise kürzere Zeiten sogar mit anderen inerten Stoffen mit guter Wärmeangewendet, d. h. etwa 0,01 bis etwa 0,005 Se- leitung gefüllt sein, die die für das erfindungsgemäße künden, und raschere Abkühlgeschwindigkeitenj Verfahren erforderlichen hohen Abkühlgeschwindig-up to 625 ° C are therefore residence times of 0.05 Se reaction layer essentially consisting of a kenden and cooling rates of 3.3 ° C / vanadium pentoxide catalyst on a support. The see · 10 ~ 3 recommended. If the layer immediately following the reaction zone is increased, the process temperature is increased, e.g. B. up to about 650 to 65 can, however, be filled with the inert catalyst support or 705 ° C. according to the invention, and faster cooling speeds required high cooling speeds

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keiten ermöglichen. In ähnlicher Weise und insbesondere bei Durchführung des Verfahrens bei einer Temperatur über etwa 650° C ist es oft von Vorteil, im vorderen Teil der Reaktionsschicht einen kurzen Abschnitt aus einem inerten Füllstoff, z. B. dem Trägermaterial, anzuordnen, durch den der Reäktionsstrom vorerhitzt wird.enable opportunities. Similarly and in particular When carrying out the process at a temperature above about 650 ° C, it is often advantageous in the front part of the reaction layer a short section of an inert filler, e.g. B. the Carrier material to be arranged through which the reaction stream is preheated.

Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The following examples serve to illustrate the process according to the invention.

Beispiel 1example 1

In einen Verdampfer wurde o-Xylol (95% Reinheit) in einer Menge von 80,4 g/Std. (0,759 Mol pro Stunde) eingeführt, danach wurde das auf diese Weise erzeugte gasförmige Xylol mit Luft von 93° C 1S gemischt, welche in einer Menge von 0,022 cbm/Min. (0,926 Mol pro Minute) bei Normaltemperatur und -druck eingeführt wurde. Das Gewichtsverhältnis von Luft zu o-Xylol in dem gasförmigen Gemisch betrug daher 20:1. Danach wurde das heiße gasförmige Ge- so misch abwärts durch eine Katalysatorschicht aus Vanadinpentoxid (etwa 15 Teile Vanadinpentoxid auf 85 Teile Siliziumcarbid) geleitet, welche einen Durchmesser von 1,8 cm hatte und von einem Wärmeaustauscher mit einer konstanten Temperatur »5 von 504° C umgeben war. Etwa 50 cm vom oberen Ende der Katalysatorschicht befand sich eine Kühlvorrichtung, welche aus zwei koaxialen Rohren mit einer Länge von etwa 40 cm bestand. Das weitere Rohr, welches am einen Ende verschlossen war, hatte einen Durchmesser von etwa 0,63 cm, während der Durchmesser des inneren Rohres etwa 0,315 cm betrug. Die Gesamtlänge der Katalysatorschicht betrug etwa 90 cm. Die Kühlvorrichtung war so angeordnet, daß das Reaktionsrohr und das Kühlelement einen gemeinsamen Mittelpunkt hatten. Die Kühlung erreichte man durch Aufwärtsleitung von Gasen oder Flüssigkeiten durch das innere Kühlrohr und durch den von den beiden Kühlrohren gebildeten Ring. Die Temperaturen wurden auf die übliche Weise an verschiedenen Punkten innerhalb der gesamten Reaktionsschicht gemessen, und die Reaktionsbedingungen im Reaktionsgefäß wurden durch entsprechende Regulierung des erwähnten umgebenden Wärmeaustauschers und Anwendung des Kühlelements in der gewünschten Weise reguliert. Auf diese Weise wurde eine Reaktionstemperaturzone von 593 bis 635° C, eine Kontaktzeit von etwa 0,01 Sekunde und eine Abkühlgeschwindigkeit von etwa 4,05° C/ see · 10~3 aufrechterhalten, welche unmittelbar auf die heiße Zone folgte. Die Umwandlung von o-Xylol war vollständig, und die erzielte Ausbeute betrug 99 Gewichtsprozent, bezogen auf das zugeführte o-Xylol.In an evaporator was o-xylene (95% purity) in an amount of 80.4 g / h. (0.759 mol per hour), after which the gaseous xylene produced in this way was mixed with air at 93 ° C 1 S, which in an amount of 0.022 cbm / min. (0.926 moles per minute) at normal temperature and pressure. The weight ratio of air to o-xylene in the gaseous mixture was therefore 20: 1. The hot gaseous mixture was then passed downwards through a catalyst layer of vanadium pentoxide (about 15 parts of vanadium pentoxide to 85 parts of silicon carbide), which had a diameter of 1.8 cm and was passed through a heat exchanger with a constant temperature of 504 ° C was surrounded. About 50 cm from the upper end of the catalyst layer was a cooling device, which consisted of two coaxial tubes with a length of about 40 cm. The other tube, which was closed at one end, had a diameter of about 0.63 cm, while the diameter of the inner tube was about 0.315 cm. The total length of the catalyst layer was about 90 cm. The cooling device was arranged so that the reaction tube and the cooling element had a common center. Cooling was achieved by passing gases or liquids upward through the inner cooling tube and through the ring formed by the two cooling tubes. The temperatures were measured in the usual manner at various points throughout the reaction layer, and the reaction conditions in the reaction vessel were regulated as desired by regulating the aforementioned surrounding heat exchanger and using the cooling element. In this way, a reaction temperature zone of 593 to 635 ° C, a contact time of about 0.01 second, and a cooling rate of about 4.05 ° C / sec x 10 -3 were maintained immediately following the hot zone. The conversion of o-xylene was complete and the obtained yield was 99% by weight based on the fed o-xylene.

Durchführung des Verfahrens bei Temperaturen unter 590° C nur geringe oder überhaupt keine Vorteile erzielt werden, während bei Temperaturen über 590° C und in dem Maße, wie die Temperatur steigt, beträchtliche Verbesserungen in der Ausbeute und Produktselektivität als Ergebnis höherer Reaktionstemperaturen und der Verwendung des beschriebenen Kühlelements erzielt wurden. In ähnlicher Weise ließen sich bei Verwendung des Kühlelements bei Reaktionszonentemperaturen über etwa 590° C keine wesentlich günstigeren Wirkungen feststellen, wenn die Kühlgeschwindigkeiten unter etwa 3,3° C/ see · 10~3 lagen. Bei Abkühlungsgeschwindigkeiten von 3,3° C und mehr pro Sekunde · 10~3 wurden wesentliche Verbesserungen an Ausbeute und Produktselektivität erzielt. In ähnlicher Weise zeigten diese Daten, daß wesentlich längere oder kürzere Verweilzeiten als die oben beschriebenen zu geringeren Ausbeuten an Phthalsäureanhydrid bzw. Umwandlung von o-Xylol führen.Carrying out the process at temperatures below 590 ° C gives little or no benefit, while at temperatures above 590 ° C and as the temperature rises, significant improvements in yield and product selectivity as a result of higher reaction temperatures and the use of the described cooling element were achieved. Similarly, when the cooling element was used at reaction zone temperatures above about 590 ° C, no significantly more beneficial effects were found when the cooling rates were below about 3.3 ° C / sec · 10 -3 . At cooling rates of 3.3 ° C and more per second · 10 -3 , significant improvements in yield and product selectivity were achieved. Similarly, these data showed that significantly longer or shorter residence times than those described above lead to lower yields of phthalic anhydride or conversion of o-xylene.

Beispiel 3Example 3

In einem 91 ■ 2,2 cm großen senkrechten Laboratoriums-Konverter, der mit einem Katalysator zur Dampfphasenoxydation beschickt war (etwa 15 Gewichtsprozent Vanadinpentoxyd auf Siliziumcarbid), wurde o-Xylol in Phthalsäureanhydrid umgewandelt. Der Konverter wurde mit einem ersten Wärmeaustauscher ausgestattet, um in den oberen 50 cm der Katalysatorschicht eine erste Temperaturzone aufrechtzuerhalten, und mit einem zweiten Wärmeaustauscher, um im unteren Teil eine zweite Temperaturzone aufrechtzuerhalten. Die Beschickung wurde in den oberen Teil des Reaktionsgefäßes eingeführt, und das Reaktionsprodukt wurde vom Boden abgezogen. In a 91 ■ 2.2 cm large vertical laboratory converter, which was charged with a catalyst for vapor phase oxidation (about 15 percent by weight Vanadium pentoxide on silicon carbide), o-xylene was converted into phthalic anhydride. The converter was equipped with a first heat exchanger in order to get into the upper 50 cm of the Catalyst layer maintaining a first temperature zone, and having a second heat exchanger, to maintain a second temperature zone in the lower part. The loading was was introduced into the top of the reaction vessel, and the reaction product was withdrawn from the bottom.

Der Konverter wurde betrieben: (I) auf die übliche Weise mit einer einzigen, durch Wärmeaustausch erhaltenen Temperaturzone und (II) gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei auf die folgende Weise eine zweite Temperaturzone aufrechterhalten wurde:The converter was operated: (I) in the usual manner with a single, by heat exchange obtained temperature zone and (II) according to the process according to the invention, whereby on the a second temperature zone was maintained as follows:

Bedingungen des ArbeitsgangesConditions of the operation

Erste Temperaturzone (0C) 504First temperature zone ( 0 C) 504

Zweite Temperaturzone (0C) 427Second temperature zone ( 0 C) 427

Reaktionszone (0C) 593 bis 635Reaction zone ( 0 C) 593-635

Gewichtsverhältnis von Luft zu o-Xylol (1) .. 20
Verweilzeit in der Reaktionszone (Sekunden) 0,01 Zeit im Strom (Stunden) 96
Weight ratio of air to o-xylene (1) .. 20
Residence time in reaction zone (seconds) 0.01 time in stream (hours) 96

ErgebnisseResults

Beispiel 2Example 2

5555

In einem Vergleichsversuch wurde Beispiel 1 wiederholt, jedoch wurde hier das Kühlelement nicht in Betrieb genommen. Es wurde festgestellt, daß die normale Abkühlgeschwindigkeit bei einem normalen Betrieb der Anlage etwa 2,78° C/sec · 10~3 betrag. Die Umwandlung von o-Xylol war vollständig, doch betrag die Ausbeute nur 86 Gewichtsprozent, bezogen auf die o-Xylolbeschickung.Example 1 was repeated in a comparative experiment, but here the cooling element was not put into operation. It has been found that the normal cooling amount in a normal operation of the system about 2.78 ° C / sec x 10-3. The conversion of o-xylene was complete, but the yield was only 86 weight percent based on the o-xylene feed.

Die vorstehenden Beispiele und viele Wiederholungsversuche, welche zur Untersuchung der Wirkung der Reaktionsvariablen durchgeführt wurden, zeigen, daß durch Verwendung des Kühlelements bei Rohes Phthalsäureanhydrid ..The above examples and many replicates which were used to investigate the effect of the response variables demonstrated that by using the cooling element at Raw phthalic anhydride ..

Nebenprodukt (in Form von
Maleinsäureanhydrid)
By-product (in the form of
Maleic anhydride)

ProduktselektivitätsverhältnisProduct selectivity ratio

Ausbeuteyield

(Gewichtsprozent,(Weight percent,

bezogen aufbased on

eingesetztesinserted

o-Xylol)o-xylene)

ι Ι πι Ι π

8686

1111

7,87.8

9898

11
8,9
11
8.9

Unter der Bedingung I, d. h. ohne Verwendung einer zweiten Temperaturzone, betrag die durchschnittliche Abkühlungsgeschwindigkeit im unteren Teil des Reaktionsgefäßes etwa 2,8° C/sec · 10~3.Under condition I, ie without using a second temperature zone, the average cooling rate in the lower part of the reaction vessel is about 2.8 ° C / sec · 10 -3 .

Unter Bedingungen II betrug die durchschnittliche Geschwindigkeit etwa 3,3° C/sec · 10~s.Under Conditions II, the average speed was about 3.3 ° C / sec x 10 ~ s .

Die obigen Daten führen direkt zu den angegebenen und erwarteten Ausbeuten an rohem Phthalsäureanhydrid unter industriellen Produktionsbedingungen im Bereich von 100 bis 115 Gewichtsprozent mit den entsprechenden Produktselektivitätsverhältnissen von etwa 9,6 bis 10,5.The above data lead directly to the stated and expected yields of crude phthalic anhydride under industrial production conditions in the range of 100 to 115 percent by weight with the corresponding product selectivity ratios of about 9.6 to 10.5.

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Verfahren zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid durch katalytische Oxydation von o-Xylol mit molekularem Sauerstoff in der Dampfphase bei erhöhter Temperatur an einem fest angeordneten Vanadinpentoxid-Katalysator, dadurch gekennzeichnet, daß man einProcess for the production of phthalic anhydride by the catalytic oxidation of o-xylene with molecular oxygen in the vapor phase at an elevated temperature at one fixed vanadium pentoxide catalyst, characterized in that one Gemisch aus verdampftem o-Xylol und molekularem Sauerstoff bei einer Berührungszeit von etwa 0,001 bis 0,05 Sekunden über den Katalysator leitet, dessen Reaktionszone dadurch im wesentlichen bei 590 bis 815° C, besonders 650 bis 760° C, temperaturkonstant gehalten wird, daß man das Oxydationsgemisch mit einer Geschwindigkeit von mindestens 3,3 bis 11° C/sec · ΙΟ"3 mit Hilfe eines innerhalb der Katalysatorschicht fest angeordneten Kühlelements oder mit Hilfe von zwei aufeinanderfolgenden Wärmeaustauschern, wovon der erste bei einer Temperatur von etwa 455 bis 595° C und der zweite bei einer Temperatur von etwa 205 bis 430° C gehalten wird, abkühlt und das Reaktionsgemisch nach üblichen Methoden aufarbeitet. Mixture of evaporated o-xylene and molecular oxygen with a contact time of about 0.001 to 0.05 seconds passes over the catalyst, the reaction zone of which is kept at a constant temperature essentially at 590 to 815 ° C, especially 650 to 760 ° C, that one the oxidation mixture at a rate of at least 3.3 to 11 ° C / sec · ΙΟ " 3 with the help of a fixed cooling element within the catalyst layer or with the help of two successive heat exchangers, the first of which at a temperature of about 455 to 595 ° C and the second is kept at a temperature of about 205 to 430 ° C., cools and the reaction mixture is worked up by customary methods.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006069694A1 (en) * 2004-12-22 2006-07-06 Basf Aktiengesellschaft Method for producing phthalic anhydride

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JP2008524297A (en) * 2004-12-22 2008-07-10 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア Method for producing phthalic anhydride
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