USE OF A GASIFYING NOZZLE IN PHOTOCHEMICAL GAS-LIQUID REACTIONS

Abstract: 1. Method of use a gasification jet consisting of a gas inlet tube (1) and a mixing beaker at top (2) having in the bottom 3 to 12 suction orifices (3) for the liquid, in photochemical gas liquid reactions.

Description: Verwendung einer Begasungseinrichtung bei photochemischen Gas-Flüssig-Reaktioen Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer speziel len Ausführungsform einer Begasungseinrichtung bei photochemischen Gas-Flüssig-Reaktionen, insbesondere beim Suif- oxidationsverfahren zur Herstellung von sekundären Alkansulfonsäuren aus geradkettigen Paraffin-Kohlenwasserstoffen in Gegenwart von Wasser durch Einstrahlen von UV-Licnt. Aus der Reaktionssummengleichung des St:lfoxidationsverfah- rens EMI1.1 R = Alkyl ist ersichtlich, dass 4 Reaktionskomponenten, nämlich n Paraffine, Wasser, Schwefeldioxid und Sauerstoff an dieser Reaktion beteiligt sind. Bei der bevorzugten Reaktionstemperatur von 30-400C sind die n-Paraffinkohlenwasserstoff- gemische und Wasser flüssig, Schwefeldioxid und Sauerstoff sind gasförmig. Das Reaktionsgefäss zur Durchführung der Sulfoxidation muss also ein Gasblasen-Flüssigkeits-ReaRtor sein. Um zu guten Umsetzungen zu kommen, ist es wichtig, eine feine Verteilung des Gases in der Flüssigkeit herbeizuführen und durch besondere Strömungsverhältnisse für eine gute Vermischung der Reaktionskomponenten in der Reaktionszone und Abtransport der Reaktionsprodukte aus der Reak tionszone; zu sorgen. Das Sulfoxidationsverfahren nach obiger Reaktionsgleichung läuft aber nur dann ab, wenn UV-Licht eingestrahlt wird. Bei dieser photochemischen Gas-Flüssig-Reaktion muss also dafür gesorgt werden, dass das über eine Quecksilber-Hoch druck-Quarzglas-Tauchlampe eingestrahlte UV-Licht optimal genutzt wird. Durch das Lambertsche Gesetz ist bekannt, dass die Strahlung in der Reaktionslösung nicht linear mit der Entfernung abnimmt, sondern eine exponentielle Schwächung erfährt. Weiterhin ist bekannt, dass die Eindringtiefe der Strahlung abhängig ist von der Wellenlänge und zwar in der Weise, dass die Reichweite des UV-Lichtes der Tauchlampe von der längerwelligen Strahlung hin zur kürzerwelligen Strahlung abnimmt. Es ist also besonders wichtig, im Bereich der grössten Bestrahlungsdichte, d.h. in der Nähe der Aussenfläche der Tauchlampe einen besonders guten Stoffaustausch zu erreichen. Bei allen bekannten Verfahren der Sulfoxidation führt man die Flüssigkeit und das Gas im Kreis. Dabei kann man zwei verschiedene Arten der Stoffzuführung in den Reaktor und deren Vermischung unterscheiden. Nach der einen Verfahrensweise wird das SO2-O2-Gasgemisch und das Paraffin-Wasser-Gemisch dem Reaktor getrennt zugeführt. Das Gasgemisch wird dabei mit Hilfe einer Frittenplatte oder einer ring- oder tellerförmigen Gasbrause, die jeweils unterhalb der UV-Tauchlampe angebracht ist, der Reaktionszone in verteilter Form zugeführt. Die Bewegung innerhalb des Reaktors wird durch die-jeweilige Geschwindigkeit mit der die Kreisflüssigkeit und das Kreisgas durch den Reaktor geführt werden erzeugt. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeit ist vor allem durch die erforderliche Verweilzeit in den nachgeschalteten Abscheidern zur Gewinnung der wässrigen Unterphase, in der die erzeugten Alkansulfonsäurer. und die Schwefelsäure enthalten sind, bestimmt. Die Geschwindigkeit des Gases ist abhängig vom Gasvordruck. Besonders bei der Verwendung von porösen Platten ist aber bei diesem Verfahren ein erheblicher Strömungswiderstand bereits innerhalb dieser Platten zu überwinden. Nach einer anderen Verfahrensweise spritzt man die Reaktionskomponenten mit Hilfe eines oder mehrerer Hydroinjektoren in den Reaktor ein (DOS 2 444 895). Entsprechend dem Vordruck der Flüssigkeit wird das Gas durch die Scherkräfte der Flüssigkeit fein verteilt und dem gesamten Reaktorinhalt eine Bewegung aufgezwungen. Diese Bewegung kann entsprechend der Anordnung der bzw. des Injektors in Längsrichtung zur UV-Tauchlampe verlaufen oder die Reaktionskomponenten werden radial um die Lampe geführt. Die höchste Ausbeute wurde dabei mit 3 Injektoren erzielt, die längs der Vertikalwandung eines Einlampenreaktors in regelmässigen Abständen voneinander angebracht sind, also eine Eindüsung in tangentialer Richtung bewirken und dabei dem gesamten Reaktorinhalt eine Radialbewegung um die Lampe herum aufzwingen. Bei der Verwendung von nur einem Hydroinjektor in einem Einlampenreaktor sinkt die Ausbeute auf unter 50 % der Ausbeute, die für einen Einlampenreaktor mit 3 Injektoren angegeben wird. Es ist offensichtlich, dass dieses System bei Viellampenreaktoren, wie sie zur Produktion von Alkansulfonsäure im industriellen Massstab Verwendung finden, nur mit erheblichem technischem Aufwand angewendet werden kann. Es wurde nun gefunden, dass die Begasung und die Vermischung der Gasphase mit der Flüssigphase bei derartigen photochemischen Gas-Flüssig-Reaktionen im Vergleich zu den oben erwähnten vorbekannten Verfahren vereinfacht und verbessert werden kann, wenn man eine Begasungseinrichtung verwendet, die aus einem Gaseinleitungsrohr (1) und einem aufgesetzten Mischbecher (2) besteht, in dessen Boden 3 etwa 3 bis 12 Ansaugöffnungen (3) für die Flüssigphase vorhanden sind. Im einzelnen ist diese Begasungseinrichtung in der Zeichnung näher dargestellt. Die Zeichnung zeigt die Basungseinrichtung im Längsschnitt mit hier 4 Ansaugöffnungen (3). Diese Ansaugöffnungen, die rund sind haben einen Druchmesser, der etwa dem 1/4 bis 2-fachen inneren Durchmesser des Gasleitungsrohres (1) entspricht. Der Winkel zwischen den Ansaugöffnungen und dem Gaseinleitungsrohr--beträgt 300 bis 900. Der Innendurchmesser des Mischbechers (2) beträgt etwa 1/8 bis 1/2 des Durchmessers des äusseren Hüllrohrs der UV-Tauchlampe. Das Verhältnis von Höhe und innerem Durch messer des Mischbechers beträgt ca. 1:1 bis 3:1. Der innere Querschnitt des Gaseinleitungsrohres (1) ist kreisrund bis sternförmig ausgestaltet. Die Länge des Gaseinleitungsrohrs ist unkritisch, doch muss das Gaseinleitungsrohr so lang sein, dass ein ausreichender Abstand der Ansaugöffnungen vom Reaktor boden oder - bei einem Viellampenreaktor - von einem gemeinsamen Gaszuführungsrohr gewährleistet ist, damit die Flüssigphase vor dem Gasstrom ungehindert durch die Ansaug öffnungen angesaugt werden kann. Als Material, aus dem diese Begasungseinrichtungen bestehen, eignet sich beim Einsatz bei der Sulfoxidation besonders glasfaserverstärktes Polytetrafluorethylen. Diese Begasungsvorrichtungen werden in dem Reaktor unterhalb der UV-Tauchlampe montiert und zwar pro Tauchlampe eine Düse, wobei diese Düsen in einem Viellampenreaktor pro Tauchlampenreihe jeweils auf einem gemeinsamen Gaszuführungsrohr montiert sein können. Die Begasungsdichte für eine ausreichende Gasfeinverteilung und besonders günstige Strömungsverhältnisse entlang der Längsrichtung der Lampe 2 beträgt etwa 50-500 vorzugsweise 200-500 m3 pro .sec. Zu beachten ist dabei, dass der Vordruck des Gases auch vom Flüssigkeitsstand über der Düse abhängig ist. Das Gasgemisch tritt mit hoher Geschwindigkeit aus dem engen Teil der Düse in die trichterförmige Erweiterung aus, dadurch wird dort durch die seitlichen Öffnungen Flüssigkeit angesa'ugt. Durch die Scherkräfte der angesaugten Flüssigkeit wird das Gasgemisch fein verteilt. Den Trichter der Düse verlässt ein Flüssigkeits-Gas-Strahl, der der gesamten Reaktionsflüssigkeit innerhalb des Reaktors eine Bewegung nach dem Prinzip einer Mammutpumpe aufzwingt. Durch die Bauweise dieser Begasungseinrichtung ist gewährleistet, dass der Stoffaustausch im Nahbereich des äusseren Lampenhüllrohrs, also im Bereich der grössten Bestrahlungsdichte, am besten ist und dass in diesem Bereich die Konzentration der Gasblasen am grössten ist und die Geschwindigkeit des Stofftransports am höchsten ist. Man erhält mit dieser Begasungseinrichtung auf einfache Weise eine hohe Ausbeute an Alkansulfonsäuren bedingt durch eine verbesserte Nutzung des eingestrahlten UV-Lichts und durch verbesserte Stoffübergänge. Dies gilt sowohl bei der Anwendung in einem Einlampenreaktor als auch in einem Viellampenreaktor. Die beschriebene Begasungseinrichtung eignet sich für alle Gas-Flüssig-Reaktionen, vorzugsweise aber für die Herstellung sek. -Alkansulfonate durch Sulfoxidation. Hierbei werden n-Paraffinkohlenwasserstoffe oder deren Gemische mit 8 - 30 C-Atomen, bevorzugt 10 - 18 C-Atomen, eingesetzt, sowie ein SO2-02-Gasgemisch in einem molaren Verhältnis von ca. 2 : 1, also dem stöchiometrischen Verhältnis, oder vorzugsweise mit einem SO2-Überschuss bis zu einem Molverhältnis von etwa 3 : 1. Die Reaktionstemperatur beträgt 20 - 400C, vorzugsweise 30 - 380C. Im Reaktor wird ein Druck bis etwa 1 barü, vorzugsweise 0,08 bis 0,25 barü, gehalten. Die Reaktionsflüssigkeit wird am Reaktorboden entnommen, über die Abscheideeinrichtung geführt und dort die Unterphase, die die produzierten Alkansulfonsäuren und die Schwefelsäure neben Paraffin und Wasser enthält, abgetrennt. Die Oberphase, die Paraffinphase, wird gekühlt und dann nach Auffrischung mit Paraffin und Wasser am Kopf des Reaktors wieder zurcügeführt. Die Entnahme des ebenfalls im Kreis geführten SO2-02-Gasgemisches erfolgt aus der Gaszone im oberen Bereich des Reaktors. Nach der Auffrischung mit SO2 und 02 wird das Gasgemisch in einem Kompressor auf den gewünschten Vordruck komprimiert und über die beschriebene Begasungseinrichtung in den Reaktor eingebracht. Beispiel Das verwendete Reaktionsgemisch war ein handelsüblicher Schnitt aus n-Paraffinen mit 12 bis 18 C-Atomen. 4 m3/h Flüssigkeit wurden unten aus dem Reaktor entnommen, über das Abscheidesystem geführt und, nach Auffrischung mit Paraffin und Wasser, über den Kopf des Reaktors zurückgepumpt. Der Reaktor war zu ca. 5/6 seines Volumens mit Flüssigkeit und zu ca. 1/6 darüber mit Gas gefüllt. Der Druck im Gasraum des Reaktoroberteiles betrug 0,13 bar; Die Reaktionstemperatur ist durch Kühlen der Kreisflüssigkeit bei 31-33"C gehalten worden. Die Einstrahlung von UV-Licht erfolgte durch eine Quecksilber-Hochdruck-Tauchlampe mit einer Stromaufnahme von 3,84 KW. Der Durchmesser ihres äusseren Quarzhüllenrohres betrug 120 mm. Diese UV Lampe erzeugte einen Strahlungsfluss von 545 Watt im Bereich der ellenlängen von 248 bis 400 nm. 33 m3/h S02-02-Gasgemisch einer molaren Zusammensetzung von 2,2 : 1 wurde durch eine Begasungseinrichtuna wie oben beschrieben mit einem Vordruck von 1,1 bar in den Reaktor eingesprüht. Diese Vorrichtung war im unteren Reaktorboden, genau unterhalb der UV-Lampe, befestigt und hatte folgende Abmessungen: Die Gasaustrittsöffnung hatte eine lichte Weite von 7 mm, die symmetrisch angeordneten 4 Ansaugöffnungen eine lichte Weite von jeweils 10 mm, der Innendurchmesser des Mischbechers betrug 35 mm, die Begasungseinrichtung war insgesamt 110 mm und der Mischbecher ab Gasaustrittsöffnung 50 mm hoch. Pro Stunde wurden so 76 Alkansulfonsäure Aquivalente erzeugt. Das molare Verhältnis von Mono- zu Disulfonsäure lag bei ca. 9 : 1. Arbeitet man in dem gleichen Reaktor und unter den gleichen Bedingungen, wie oben angegeben, jedoch mit einer bei der Sulfoxidation bisher benutzten Lochbrause mit einem Durchmesser von 180 mm, die auf ihrer Oberfläche Bohrungen mit einer Lochweite von ca. 0,8 bis 1,5 mm aufweist und führt durch diese Lochbrause 75 m3/h eines SO2-O2 Gasgemisches der molaren Zusammensetzung 2,2 : 1 in den Reaktor ein, so erhält man pro Stunde nur 52 Alkansulfonsäure Äquivalente.

Claims: Patentansprüche: 1. Verwendung einer Begasungseinrichtung, bestehend aus einem Gaseinleitungsrohr und einem Mischbecher, in dessen Boden 3 bis 12 Ansaugöffnungen für die Flüssig keit vorhanden sind, bei photochemischen Gas-Flüssig Reaktionen. 2. Verwendung der Begasungseinrichtung nach Anspruch 1 bei der Sulfoxidation von n-Paraffinen unter Einwirkung von UV-Licht.

Inventors: MARX, RAIMUND, RAMLOCH, HERBERT, DR., SCHADOW, ERNST, DR.
Applicants: HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1980
Main classification: B01J19
IPC codes: B01F5, B01J19, C07C303, C07B45, B01F3, C07C67, B01J10, C07B31