146818. lajstromszámú szabadalom • Eljárás gőzfázisú heterogén katalitikus kémiai reakciók izotherm körülmények közötti kivitelére és készülék az eljárás foganatosítására

Megjelent: 1961. január 31. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS 146.818. SZÁM 12. g. OSZTÁLY - ME-362. ALAPSZÁM Eljárás gőzfázisú heterogén katalitikus kémiai reakciók izotherm körülmények közötti kivitelére és készülék az eljárás foganatosítására dr. Mészáros Lajos egy. tanársegéd Sze ged A bejelentés napja: 1958. december 28. A találmány eljárás gőzfázisú heterogén katalitikus kémiai reakciók izoterm körülmények közötti kivitelére és készülék az eljárás foganatosításához, mely nemcsak laboratóriumi, hanem megfelelő méretben nagyüzemi célokra •is alkalmas. Az erősen exoterm és endo term gőzfázisú reakciók kivitelére alkalmas ideális reaktor oly kapilláris lenne, melyben a katalizátor foglalna helyet és melybe a reakcióba kerülő gőzök áramolnának, míg a kapilláris falát keringtetett fém- vagy sófürdő hűtené. Ily reaktorban a reakció megközelítőleg izoterm körülmények között játszódnék le. Mivel azonban a kapilláris csőnyaláb előállítása gazdasági okokból kivihetetlen, a gyakorlatban vastagabb csöveket kell használni. A gyakorlatban használt csövek maximális belvilága kb. 25 mm. Ily méretű csövek közepén fellépő reakcióhőhiány pótlása a csőfaltól elvont, a reakcióhőtöbblet elvezetése pedig a csőfalba vezetett meleggel történik. A melegnek a csőfaltól való elvonására, illetve a csőfalba vezetésére időre van szükség, mely alatt a levegő csekély fajhője, illetve az aránylag csekély hőkapacitású katalizátor-szemcsék miatt hőtárolás, illetve hőelvonás folytán túlmelegedés vagy túlságos lehűlés lép fel. Ezt a hátrányt növeli az a tény, hogy pl. oxidáló reakcióknál nemcsak a cső közepe táján, hanem az egész cső mentén alakulnak ki hőgradiensek, mely okból a reaktor nagyságától függő katalizátortérnek csupán kb. tizedében optimálisak a reakció körülmények, míg a reaktor egyéb részeiben a reakcióban résztvevő anyag vagy leég vagy ott, ahol a hőmérséklet a reakció hőmérséklete alatt van, rossz a kitermelési hányad. Ezen a hátrányon úgynevezett mozgóágyas és fluid- azaz lebegő katalizátoros reaktorokkal igyekeztek segíteni. A lebegő katalizátoros reaktorok ugyan az egész reakcióteret hasznosítják, hátrányuk azonban, hogy bizonyos értéket meghaladó sebességnél a katalizátor elszáll, míg bizonyos értéken aluli sebességnél a katalizátorszemcsék nem lebegnek. További hátrány, hogy a lebegő katalizátorszemcsék egymásba ütköznek, minek következtében kopnak és így az effajta reaktorok lényegesen több, esetleg tízszer annyi katalizátort fogyasztanak, mint az egyéb típusú reaktorok. A találmány oly eljárásra és az annak kiviteléré szolgáló készülékre (reaktorra) vonatkozik, mely a fenti hátrányokat kiküszöböli. A találmány szerinti eljárás lényege az, hogy a reakcióba viendő anyag gőzét önmagában, vagy reakciókomponenseivel 200—600 C° hőmérsékleten nálánál három nagyságrenddel nagyobb 0,5 fajhő körüli nagyságrendű, katalizátorként működő ömledéken átbuborékoltatjuk. Az olvadék vagy alacsony olvadáspontú fém, pl. ólom, zink, ón, bizmut, stb. vagy ezeknek keveréke, vagy a 200—600 C.°-os intervallumban olvadó nem-fémes, szervetlen anyag. A találmány ama változatánál, melynél az olvadék nem működik katalizátorként, a reakcióba hozandó anyag gőzét önmagában vagy reakció komponenseivel együtt oly olvadékon buborékoltatjuk át, melybe hordozóra felvitt katalizátor van besüllyesztve. A katalizátor pl. horzsakőre rávitt vanádiumpentoxid. Az olvadékot a hőmérséklet homogenizálása céljából keringtetjük, mégpedig a) buborékokkal b) mechanikusan. Minél finomabbszemű a buborék, annál kedvezőbb a kémiai eredmény. Nem fémes olvadékoknál esetleg bekövetkező habzást vibrációs módszerrel szüntethetjük meg. Az eljárás kivitelére szolgáló reaktornál az oxidációs reakciók esetében a túlmelegedés a szokásosnak csupán csekély hányada, pl. 1/500-a A találmány szerinti eljárás kivitelére szolgáló reaktor ismérvei: csőcsonkkal ellátott, tömített fedővel zárt edény, mely alacsony olvadáspontú olvadékkal, célszerűen megömledt fémmel, pl. ólommal, zinkkel, ónnal, bizmuttal vagy ezek keverékével van megtöltve és melybe pl. fölülről az olvadék szintje alá nyúló betápláló cső vezet. A találmány szerinti reaktor célszerű kiviteli alakjánál az edény fala és az olvadék szintje alá nyúló betápláló cső között oly hengerköpeny fog-