177774. lajstromszámú szabadalom • Eljárás butil alkohol előállítására
3 177774 4 kulása és a céltermék magas hozama (mintegy 99%) érhető el. Hátrányos viszont, hogy a katalizátor nagy aktivitása a reakciózóna hőmérsékletének megbízható szabályozását megnehezíti. A fenti problémát azzal igyekeztek megoldani, hogy a nikkel-króm katalizátort termikusán módosítják, azaz aktivitását mesterségesen csökkentik (445 234. sz. szovjet szerzői tanúsítvány). A csökkentett aktivitású katalizátor alkalmazásakor a reakciózóna hőmérséklete egyszerűbben szabályozható ugyan, a kisebb katalizátoraktivitás azonban szükségessé teszi a hőmérséklet és a nyomás növelését, tehát végeredményben a technológiát komplikálja. A találmány célja a fenti hátrányok kiküszöbölése. Feladatul olyan eljárás kidolgozását tűztük ki, amelylyel a butil-aldehidek gőzfázisban, 90—180 °C hőmérsékleten és legfeljebb 5 atm nyomáson nikkel-króm katalizátor jelenlétében, hűtőközeggel végzett hőelvezetés mellett nagy átalakulási hányaddal, nagy szelektivitással hidrogénezhetek butil-alkoholokká. A célkitűzéshez tartozik továbbá, hogy ezt a kedvező hatást egyszerű technológiai intézkedésekkel, a reakciózóna hőmérsékletének optimális szabályozásával érjük el. Célkitűzés végül az is, hogy az alkalmazott katalizátor élettartamát az említett intézkedésekkel lényegesen növeljük. Fentiek alapján a találmány tárgya tehát eljárás butil-alkoholok előállítására butil-aldehidek gőzfázisban, 90—180 °C hőmérsékleten és legfeljebb 5 atm nyomáson nikkel-króm-katalizátor jelenlétében végzett hidrogénezése útján reakciózónát és attól fémfallal elválasztott hűtőzónát tartalmazó reaktorban. A találmány értelmében úgy járunk el, hogy a kiindulási anyagokat a reakciózóna keresztmetszetére vonatkoztatott térfogatsebességgel, mégpedig az aldehidet — folyékony halmazállapotra átszámítva — 1,5—5,0 m3/m2- óra, a hidrogént annál 800—1800-szor nagyobb — Nm3/m2x x óra egységben kifejezett — térfogatsebességgel vezetjük át a reaktoron, melynek reakciózónáját térfogatára vonatkoztatva 60—400 m2/m3 fémfal hűtőfelület mentén hűtjük, amikoris a fémfal és a hűtőközeg közötti hőátadási tényezőt 250—2000 kcal/m2 • óra. °C értéken tartjuk. Különösen előnyösen az aldehid-hidrogén-arány 1 ; 1000—1:1200 (mindig figyelembe véve, hogy az aldehid térfogatát köbméter folyadékban, a hidrogénét Nm3-ben adjuk meg). A hűtőfelület és a reakciózóna térfogata közötti arány különösen előnyösen 80— 200 m2/m3, míg a hűtendő fémfal és a hűtőközeg közötti hőátadási tényezőt előnyösen 330—850 kcal/m2 x x óra * °C értékkel választjuk meg. A találmány szerinti eljárás lehetővé teszi, hogy a hidrogénezést mérsékelt körülmények között (a légköri nyomáshoz közeli nyomáson és alacsony hőmérsékleten) nagy szelektivitással (99,0% fölött) és magas átalakulási fokkal (99,0% fölött) hajtsuk végre, és hogy a nevezett jellemzőket a katalizátor hosszú ideig (6000 óra fölött) tartó folyamatos alkalmazása mellett is fenntartsuk. A reakcióhő találmány szerinti elvezetése járulékos technológiai intézkedéseket nem igényel, és a reakciózóna hőmérsékletének optimális szabályozását teszi lehetővé. A találmány szerinti eljárásban kiindulási anyagként normál és/vagy izobutil-aldehidet alkalmazunk. A butil-aldehidet propilén hjdr-oforrmlezése útján nyerjük, akkor a keletkezett- akiehidelegyet közvetlenül felhasználhatjuk kiindulási anyagként. Ez esetben a butil-aldehid-elegy egy, a hidroformilezés folyamatában alkalmazott oldószert, például butil-alkoholt is tartalmazhat. Eljárhatunk úgy is, hogy a butil-aldehid-elegyet először szétválasztjuk, majd az n-és az izobutil-aldehidet különkülön hidrogénezzük. A hidrogénezéshez mind tiszta hidrogént, mind hidrogén és legfeljebb 30 tf% közömbös gáz elegyét használhatjuk. 0,05 tf% szén-monoxid-tartalom szintén megengedett. Katalizátorként a mintegy 50 súly% nikkelt tartalmazó ipari nikkel-króm katalizátorokat, továbbá 30—70 súly% nikkelt tartalmazó egyéb nikkel-króm katalizátorokat alkalmazhatunk. A katalizátorok módosító elemeket, például a periódusos rendszer VIA csoportjába tartozó elemeket is tartalmazhatnak. A találmány szerinti eljárásban célszerűen vizet alkalmazunk, de alkalmazhatunk szerves oldószereket és ezek többek között vízzel alkotott — elegyeit is. A találmány szerinti eljárást célszerűen csőreaktorhan foganatosítjuk. Szükséges olyan reaktort választani, amelyben á fenti paraméterek (a kiindulási anyagok betáplálási sebessége, azaz az aldehid- és hidrogén-terhelést, a hűtőfelület és a reakciózóna térfogata közötti arány, a hűtendő csőfal és a mindenkori hűtőközeg közötti hőátadási tényező) beállíthatók. A reakcióeső a katalizátort tartalmazza, a reakciócsövek közötti térbe a hűtőközeget vezetjük be. A csövek tetszés szerinti alakúak lehetnek. Bordázott csövek alkalmazása esetén a bordák felülete szintén hőátadó felületnek számít. A hűtendő felület és a hűtőközeg közötti hőátadási tényező a szokásos'technológiai intézkedésekkel, például elpárologtatásos hűtéssel, konvekciós hűtéssel, illetve ezek kombinációjával állítható be. A reaktánsokat és a hűtőközeget mind egyenáramban, mind ellenáramban vezethetjük. A találmány szerinti eljárást kolonna típusú reaktorokban is megvalósíthatjuk, amelyeket hűtőköpennyel láttunk el. Célszerűen úgy járunk el, hogy az aldehidet hidrogén jelenlétében elpárologtatjuk, és a keletkező gőz-gáz elegyet felülről lefelé vezetjük át a reaktoron. Ez esetben a keletkezett alkohol részleges kondenzációja megengedett. A találmány jobb megértésére az alábbi példákat adjuk meg. 1. példa Hűtőköpennyel ellátott, 33 mm belső átmérőjű és 2,5 mm falvastagságú fém csőreaktorba 4 liter 49 súly% nikkelt tartalmazó nikkel-króm katalizátort viszünk be. A katalizátor mennyiségét úgy választottuk meg, hogy a csőfal hűtőfelülete és a reakciózóna térfogata közti arány 140 m2/m3 legyen. Ezután a reaktorba 3,41iter/óra térfogatsebességgel (folyékony aldehidre átszámítva) ízobutiraldehidet vezetünk be. Bevezetés előtt a folyékony aldehidet a- 3,8 Nm3/óra térfogatsebességgel bevezetett hidrogén jelenlétében elpárologtatjuk. A keletkező gőz-gáz elegyet 5 atm nyomással vezetjük be a reaktor felsőrészébe. A reaktorba bevezetett reagensek mennyiségét úgy választjuk meg, hogy az aldehidnek a reakciózóna keresztmetszetére vonatkoztatott térfogatsebessége 4 m3/m2 * óra legyen (a 4 ma térfogat itt természetesen az 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
