DE1211642B

DE1211642B - Process and device for carrying out the catalytic hydrogenation of organic compounds in the liquid state

Info

Publication number: DE1211642B
Application number: DEB53343A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Werner Steiner
Original assignee: Buss AG
Current assignee: Buss AG
Priority date: 1959-05-23
Filing date: 1959-05-23
Publication date: 1966-03-03

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung der katalytischen Hydrierung von organischen Verbindungen im flüssigen Zustand Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung der katalytischen Hydrierung von organischen Verbindungen im flüssigen Zustand.Method and device for carrying out the catalytic hydrogenation of organic compounds in the liquid state The present invention relates refers to a method and an apparatus for carrying out the catalytic hydrogenation of organic compounds in the liquid state.

Bei der Durchführung der katalytischen Hydrierung von organischen Verbindungen in flüssigem Zustand besteht das Hauptproblem darin, die zu hydrieblende Flüssigkeit und den gasförmigen Wasserstoff in feiner Verteilung und gleichmäßig zu durchmischen und damit die beiden Komponenten in größtmöglicher Oberfläche in Berührung zu bringen. In bekannter Weise wird die zu hydrierende Flüssigkeit in einen Behälter eingefüllt und anschließend Wasserstoff in diesen eingeleitet. Dabei erfolgt die Wasserstoffzufuhr entweder in den freiem Raum über dem Flüssigkeitsniveau oder in die Flüssigkeit hinein. Der Wasserstoff wird mit Hilfe von Rührern in der Flüssigkeit in möglichst kleinen Bläschen gleichmäßig verteilt. Infolge der stark verschiedenen spezifischen Gewichte der beiden Komponenten und der Neigung des Gases sich in großen Blasen zu sammeln, bleibt die Verteilung unvollständig und die Durchmischung ungleichmäßig, so daß die chemische Bindung der beiden Komponenten erschwert wird. Es hat sich gezeigt, daß, je gröber die Verteilung ist, um so länger der Hydrierungsprozeß dauert. Es wird sogar in vielen Fällen infolge der ungleichmäßigen Verteilung nur eine ungleichmäßige Hydrierung erzielt. When carrying out the catalytic hydrogenation of organic The main problem with compounds in the liquid state is how to hydrieblende Liquid and gaseous hydrogen in fine distribution and evenly to mix and thus the two components in the largest possible surface in To bring touch. In a known manner, the liquid to be hydrogenated is in filled a container and then introduced hydrogen into this. Included the hydrogen is supplied either in the free space above the liquid level or into the liquid. The hydrogen is in the with the help of stirrers Liquid evenly distributed in as small bubbles as possible. As a result of the strong different specific weights of the two components and the inclination of the gas to collect in large bubbles, the distribution remains incomplete and the mixing remains unevenly, so that the chemical bond between the two components is difficult. It has been found that the coarser the distribution, the longer the hydrogenation process take. It becomes even in many cases as a result of the uneven distribution only achieved uneven hydrogenation.

Es ist bereits aus einer älteren Veröffentlichung [britische Patentschrift 968 (1915)] ein Verfahren bekanntgeworden, bei welchem Wasserstoff unter Druck direkt in die Umlaufleitung eingeführt wird. It is already from an earlier publication [British patent specification 968 (1915)] a process has become known in which hydrogen under pressure directly is introduced into the bypass line.

Gemäß USA.-Patentschrift 1 276290 wird ein Gemisch aus flüssiger organischer Verbindung und Katalysator durch eine Umlaufleitung in eine Wasserstoffatmosphäre eingeführt, wobei zur Einführung eine Zerstäuberdüse dient. In beiden Fällen genügt die Einführung bzw. die Zerstäubung des Flüssigkeitsgemisches zur Herbeiführung der Hydrierung nicht. Die zu hydrierende Flüssigkeit und der gasförmige Wasserstoff müssen in feiner Verteilung und gleichmäßig durchgemischt werden, wobei die beiden Komponenten in größtmöglicher Oberfläche miteinander in Berührung kommen sollten. Zweck der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, bei welcher die erwähnten Schwierigkeiten und Probleme in einfacher Weise gelöst werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Durchführung der katalytischen Hydrierung von organischen Verbindungen im flüssigen Zustand wird ein aus der organischen Flüssigkeit und einem Hydrierungskatalysator bestehendes Gemisch im Kreislauf aus dem unteren Teil des Hydrierungsgefäßes über eine mit Wärmeaustauscher und Ablaßhahn für das Hydrierungsprodukt versehenen Leitung in den mit Wasserstoff gefüllten oberen Teil des Hydrierungsgefäßes zurückgeführt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch aus organischer Flüssigkeit und Katalysator beim Wiedereinführen in die Wasserstoffatmosphäre des Hydrierungsgefäßes in viele Flüssigkeitsstrahlen auflöst, die man gegen eine Prallplatte anprallen läßt.According to US Pat. No. 1,276,290, a mixture of liquid organic Compound and catalyst by recirculation line in a hydrogen atmosphere introduced, wherein an atomizer nozzle is used for introduction. In both cases it is sufficient the introduction or atomization of the liquid mixture to induce it the hydrogenation does not. The liquid to be hydrogenated and the gaseous hydrogen must be finely divided and evenly mixed, the two Components should come into contact with one another over the largest possible surface. The purpose of the present invention is to propose a method and an apparatus, in which the aforementioned difficulties and problems are solved in a simple manner will. In the process according to the invention for carrying out the catalytic hydrogenation of organic compounds in the liquid state becomes one from the organic liquid and a hydrogenation catalyst existing mixture in the circuit from the lower Part of the hydrogenation vessel via a heat exchanger and drain cock for the Hydrogenation product-provided line in the hydrogen-filled upper part returned to the hydrogenation vessel. The procedure is characterized by that the mixture of organic liquid and catalyst is reintroduced into the hydrogen atmosphere of the hydrogenation vessel into many liquid jets dissolves, which is allowed to collide with a baffle plate.

Durch die Auflösung des Gemisches in Flüssigkeitsstrahlen erfolgt eine Akkumulierung von Energie im Gemisch, welche als Aktivierungsenergie zur Förderung der chemischen Reaktion zur Verfügung steht und ausgenutzt wird. The dissolution of the mixture in jets of liquid takes place an accumulation of energy in the mixture, which is used as activation energy to promote the chemical reaction is available and used.

Die Vorrichtung zur Durchführung der katalytischen Hydrierung besteht aus einem Hydrierungsgefäß und einer Kreislaufleitung, die mit Pumpe, Wärmeaustauscher und Ablaßhahn für das Hydrierungsprodukt versehen ist. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine im Gasraum des Hydrierungsgefäßes angeordnete Mischvorrichtung besitzt, die eine Düsenplatte zur Auflösung des Gemisches aus organischer Flüssigkeit und Katalysator in Flüssigkeitsstrahlen und eine der Düsenplatte nachgeschaltete Prallplatte aufweist, gegen welche die Flüssigkeitsstrahlen anprallen, wobei der Raum zwischen der Düsenplatte und der Prallplatte mit der Wasserstoffatmosphäre des Hydrierungsgefäßes in Verbindung steht. The device for carrying out the catalytic hydrogenation consists from a hydrogenation vessel and a circulation line with a pump, heat exchanger and a drain cock for the hydrogenation product is provided. The device is thereby characterized in that it has a mixing device arranged in the gas space of the hydrogenation vessel has a nozzle plate for dissolving the mixture of organic liquid and catalyst in liquid jets and one downstream of the nozzle plate Has baffle plate against which the liquid jets impinge, the Space between the nozzle plate and the baffle plate with the hydrogen atmosphere of the hydrogenation vessel is in communication.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und F i g. 2 eine Variante der gleichen Einrichtung. In the drawings, embodiments of the device are shown, namely, Fig. 1 shows a schematic representation of a device according to the first embodiment and FIG. 2 a variant of the same device.

Die Vorrichtung weist einen zylindrischen Behälter 1 auf, welcher einen konischen Boden 2 mit Anschluß 3 für eine Kreislaufleitung 4 besitzt. Die Kreislaufleitung 4 führt zur Saugseite einer Pumpe 5, deren Druckseite 6 mit der Fortsetzung der Kreislaufleitung 4 verbunden ist. Das der Pumpe 5 abgekehrte Ende der Kreislaufleitung 4 ist an den Einlaufstutzen 7 am oberen Teil des Behälters 1 angeschlossen. The device has a cylindrical container 1, which has a conical bottom 2 with connection 3 for a circulation line 4. the Circuit line 4 leads to the suction side of a pump 5, the pressure side 6 with the Continuation of the circuit line 4 is connected. The end facing away from the pump 5 the circulation line 4 is connected to the inlet connection 7 on the upper part of the container 1 connected.

Ferner weist die Kreislaufleitung 4 noch ein parallelgeschaltetes Heiz- und Kühlaggregat 8 auf.Furthermore, the circulation line 4 also has a parallel-connected Heating and cooling unit 8 on.

Der obere Teil des Behälters 1 ist kuppelartig ausgebildet, wie dies in der F i g. 1 bei 9 angedeutet ist. The upper part of the container 1 is dome-shaped like this in FIG. 1 is indicated at 9.

In diesem kuppelartigen Teil 9 befindet sich eine Misch- und Reaktionsvorrichtung 10, welche ein Halterohr 11 und eine in diesem angeordnete Düsenplatte 12 aufweist. Der Düsenplatte 12 ist ein konisches Rohr 13 nachgeschaltet und mittels eines aus Rippen 14 zusammengesetzten Gerüstes gehalten. In der Bewegungsbahn der Flüssigkeitsstrahlen befindet sich ein Reaktionsraum 31, welcher von einem Rohr 32 und einer Prallplatte 15 begrenzt ist. Dieses Rohr 32 und die Prallplatte 15 sind am Gerüst 14 befestigt.In this dome-like part 9 there is a mixing and reaction device 10, which has a holding tube 11 and a nozzle plate 12 arranged in this. The nozzle plate 12 is followed by a conical tube 13 and by means of a Ribs 14 composite structure held. In the movement path of the liquid jets there is a reaction space 31, which is formed by a pipe 32 and a baffle plate 15 is limited. This tube 32 and the baffle plate 15 are attached to the framework 14.

Ferner weist der Behälter 1 einen Stutzen 16 zum Einführen von Wasserstoff und einen Stutzen 17 zum Einführen des Flüssigkeits-Katalysators-Gemisches auf. Furthermore, the container 1 has a connector 16 for introducing hydrogen and a nozzle 17 for introducing the liquid-catalyst mixture.

Der Behälter 1 nimmt die zu behandelnde Flüssigkeit auf, welcher ein Katalysator beigemischt wurde, und erreicht ein Niveau 18, welches sich unterhalb der Prallplatte 15 befindet. Oberhalb des Flüssigkeitsniveaus befindet sich eine Wasserstoffatmosphäre 19. The container 1 receives the liquid to be treated, which a catalyst was added, and reaches a level 18, which is below the baffle plate 15 is located. There is one above the liquid level Hydrogen atmosphere 19.

Das Flüssigkeits-Katalysator-Gemisch wird unten beim Anschluß 3 aus dem Behälter 1 entnommen und mit Hilfe der Pumpe 5 dem Einlaufstutzen 7 des Behälters 1 wieder zugeführt. Bei diesem Kreislauf bleiben das Ablaufventil 20 sowie die Ventile 21, 22 geschlossen und die Ventile 23 geöffnet. Sollte das Gemisch erhitzt oder gekühlt werden, so wird dasselbe durch die Heiz- oder Kühlvorrichtung geleitet, indem die Ventile 23 geschlossen und die Ventile 21 und 22 geöffnet werden.The liquid-catalyst mixture is exited at connection 3 below taken from the container 1 and with the aid of the pump 5 the inlet connection 7 of the container 1 supplied again. The drain valve 20 and the valves remain in this cycle 21, 22 closed and the valves 23 opened. Should the mixture be heated or are cooled, the same is passed through the heating or cooling device, by closing valves 23 and opening valves 21 and 22.

Das sich im Kreislauf befindliche Gemisch tritt unter hohem Druck durch den Einlaufstutzen 7 in den kuppelartigen Teil 9 ein und wird durch die Düsenplatte 12 in Einzel strahlen aufgelöst, die durch das konische Rohr 13 strömen und dabei aus der Wasserstoffatmosphäre Wasserstoff mitreißen. Eine innige Durchmischung des Flüssigkeits-Katalysator-Gemisches mit dem mitgerissenen Wasserstoff erfolgt durch das Anstoßen gegen die Prallplatte 15 und durch die damit verbundene DurchE zirbelung. Die durch die Pumpe erteilte kinetische Energie der Fiiissi,o!:eit dient in dieser W.tZeise sovohl zur Ansaugu.lg und Durchmischung des Wasserstoffes als auch als Aktivierungseaergie zur Unterstützung und zum Beschleunigen der Hydrierung. The mixture in the circuit occurs under high pressure through the inlet connection 7 into the dome-like part 9 and is through the nozzle plate 12 resolved into individual rays that flow through the conical tube 13 and thereby entrain hydrogen from the hydrogen atmosphere. An intimate mixing of the Liquid-catalyst mixture with the entrained hydrogen takes place through the impact against the baffle plate 15 and the associated vortex. The kinetic energy given by the pump to the fluid serves in this W.tZeise as well as for suction and mixing of the hydrogen as well as Activation energy to support and accelerate the hydrogenation.

Eine etwas andere Ausführungsform ist in der Fig. 2 dargestellt. Der Untersrhied gegenüber der beschriebenen Ausführungsform besteht darin, daß in diesem Falle eine Misch- und ReaLtionsvorrich- tung 24 Anwendung findet, welche nicht im Behälter 1, sondern außerhalb dieses Behälters angeordnet ist. Zweckmäßigerweise ist die Misch- und Reaktionsvorrichtung 24 am Behälterdeckel 25 befestigt und weist ein Gehäuse26 zur Aufnahme einer Düsenplatte 27 auf. Die konische Prallplatte 28 ist direkt unterhalb der Befestigungsstelle 29 des Gehäuses 26 angebracht und wie die Prallplatte 15 der Vorrichtung nach Fig. 1 ausgebildet. Ferner ist noch eine Verbindungsleitung 30 vorgesehen, welche den Raum unterhalb der Düsenplatte 27 im Gehäuse 26 mit der Wasserstoffatmosphäre 19 des Behälters 1 verbindet. A somewhat different embodiment is shown in FIG. The difference compared to the embodiment described is that in in this case a mixing and reaction device tion 24 applies, which do not is arranged in the container 1, but outside this container. Appropriately the mixing and reaction device 24 is attached to the container lid 25 and has a housing 26 for receiving a nozzle plate 27. The conical baffle 28 is attached directly below the attachment point 29 of the housing 26 and how the baffle plate 15 of the device according to FIG. 1 is formed. There is also another Connecting line 30 is provided which covers the space below the nozzle plate 27 in the Housing 26 with the hydrogen atmosphere 19 of the container 1 connects.

Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung entspricht der beschriebenen Wirkungsweise der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung. The mode of operation of this device corresponds to that described Operation of the device shown in FIG. 1.

Claims

Claims: 1. Process for carrying out the catalytic Hydrogenation of organic compounds in the liquid state, at which a from the mixture consisting of the organic liquid and a hydrogenation catalyst in the circuit from the lower part of the hydrogenation vessel via a heat exchanger and a drain cock for the hydrogenation product into the line provided with hydrogen filled upper part of the hydrogenation vessel is returned, d a - characterized by, that the mixture of organic liquid and catalyst is reintroduced into the hydrogen atmosphere of the hydrogenation vessel into many liquid jets dissolves, which is allowed to collide with a baffle plate.

2. Device for carrying out the catalytic hydrogenation of organic compounds in the liquid state according to claim 1, consisting of one Hydrogenation vessel and a circulation line, which is equipped with a pump, heat exchanger and Drain cock is provided for the hydrogenation product, characterized in that the Device a mixing device arranged in the gas space of the hydrogenation vessel has a nozzle plate for dissolving the mixture of organic liquid and catalyst in liquid jets and one downstream of the nozzle plate Has baffle plate against much before the jets of liquid impact r. whereby the space between the nozzle plate and the baffle plate with the NVasserste atmosphere of the hydrogenation vessel is in communication.

Printing documents considered: German patent specification no. 1,022202; Austrian Patent No. 66,490; critical patent specification no. 968 from 1915; U.S. Patent No. 1,276,290; Ullmann, encyclopedia technical chemistry,

3rd edition, Vol. 1 (1951), pp. 729 and 730.