Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Reaktor zur Herstellung von Phosgen durch Gasphasenreaktion von Kohlenmonoxid und Chlor in Gegenwart eines

Katalysators, insbesondere in Gegenwart eines Aktivkohlekatalysators.

Phosgen ist ein wichtiger Hilfsstoff bei der Herstellung von Zwischen- und Endprodukten in nahezu allen Zweigen der Chemie. Insbesondere stellt Phosgen ein weit verbreitetes Reagens für die industrielle Carbonylierung, beispielsweise bei der Herstellung von Isocyanaten oder organischen Säurechloriden dar. Das mengenmäßig größte

Verwendungsgebiet ist dabei die Herstellung von Diisocyanaten für die

Polyurethanchemie, insbesondere Toluylendiisocyanat oder 4,4-Diisocyanat- Diphenylmethan.

Phosgen wird großtechnisch in einer katalytischen Gasphasenreaktion von

Kohlenmonoxid und Chlor in Gegenwart eines Katalysators, beispielsweise eines Aktivkohlekatalysators, gemäß der Reaktionsgleichung:

CO+CI _{2 ?} ±COCI ₂ hergestellt. Die Reaktion ist stark exotherm mit einer Reaktionsenthalpie DH von -107,6 kJ/mol. Die Reaktion wird üblicherweise in einem Rohrbündelreaktor nach dem in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry im Kapitel„Phosgen“(5th Ed. Vol. A 19, p 413 ff., VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim, 1991) beschriebenen Verfahren hergestellt. Danach wird körniger Katalysator mit einer Korngröße im Bereich von 3 bis 5 mm in Rohren mit einem typischen Innendurchmesser zwischen 35 und 70 mm, typischerweise zwischen 39 und 45 mm, eingesetzt. Die Reaktion beginnt bei

Temperaturen von 40 bis 50 °C, steigt jedoch in den Rohren bis auf 400 °C und mehr und fällt dann schnell wieder ab. Bei der Reaktion wird üblicherweise Kohlenmonoxid im Überschuss eingesetzt, um zu gewährleisten, dass das gesamte Chlor umgesetzt und weitgehend chlorfreies Phosgen erzeugt wird, da Chlor bei der anschließenden

Verwendung von Phosgen zu unerwünschten Nebenreaktionen führen kann. Die Reaktion kann drucklos durchgeführt werden, wird jedoch in der Regel bei einem Überdruck von 200-600 kPa (2-6 bar) durchgeführt. In diesem Druckbereich kann das gebildete Phosgen nach dem Reaktor mit Kühlwasser oder anderen, beispielsweise organischen Wärmeträgern kondensiert werden, so dass der Kondensator

wirtschaftlicher betrieben werden kann.

Ein wesentliches Problem bei der Auslegung von Phosgenreaktoren stellt die Abfuhr der entstehenden Reaktionswärme dar.

Die Kontaktrohre des Rohrbündelreaktors werden von einem Wärmeträger umspült, der die entstehende Reaktionswärme aus dem Reaktor austrägt. Es hat sich gezeigt, dass bei einer Queranströmung der Kontaktrohre die Wärmeabfuhr verbessert wird. Daher werden üblicherweise Umlenkbleche in dem Reaktor eingebaut, die durch eine mäanderförmige Strömungsführung des Wärmeträgers eine Queranströmung der Kontaktrohre durch den Wärmeträger ermöglichen.

Ein typischer großtechnischer Reaktor zur Herstellung von Phosgen wird beispielsweise in der internationalen Patentanmeldung WO 03/072237 A1 der Anmelderin beschrieben.

Bei Reaktoren im großtechnischem Maßstab kommt es über den Reaktorquerschnitt zu größeren Unterschieden der Wärmeübergangskoeffizienten an den Grenzschichten zwischen den Kontaktrohren und dem Wärmeträger, die beispielsweise verursacht werden durch die Umlenkung des Wärmeträgers von der Quer- in die Längsströmung, aber auch durch Druckverluste des im Mantelraum strömenden Wärmeträgers von einer Durchtrittsöffnung eines Umlenkblechs zur gegenüberliegenden Durchtrittsöffnung des folgenden Umlenkbleches, sowie durch Druckverlusten über fertigungstechnisch unvermeidbare Spalte zwischen der Außenwand der Kontaktrohre und den

Umlenkblechen. Die Wärmeübergangskoeffizienten von Bereichen mit gutem

Wärmeübergang und Bereichen mit schlechtem Wärmeübergang innerhalb des

Reaktorquerschnitts können sich dabei durchaus um den Faktor 2 unterscheiden.

Dementsprechend werden die Kontaktrohre in den Bereichen mit schlechtem

Wärmeübergang schlechter gekühlt. Da die Kontaktrohre jedoch abhängig vom eingesetzten Werkstoff, eine maximale Temperaturbelastung aufweisen dürfen, die typischerweise im Bereich von 160 bis 200 °C liegt, weil ansonsten die Korrosion des Werkstoffs stark zunimmt, limitieren die Bereiche mit schlechtem Wärmeübergang den Durchsatz und damit die Kapazität des Reaktors. Für den für die Kontaktrohre häufig verwendet Duplexstahl liegt die maximale Temperaturbelastung typischerweise im Bereich von etwa 170 bis 180°C.

Der Durchsatz des Reaktors kann dabei über die sogenannte Flächenlast oder Phosgenlast des Reaktors spezifiziert werden, die definiert ist als die Menge an umgesetztem Phosgen pro Zeiteinheit (üblicherweise angegeben in kg/s), bezogen auf die Querschnittfläche des Katalysators, also die Summe der Innenquerschnittsflächen der katalysatorbefüllten Kontaktrohre (üblicherweise angegeben in m ² ). Zur Beherrschung der Reaktionswärme werden daher im Stand der Technik üblicherweise Flächenlasten zwischen 0,5 und 2 kg Phosgen/m ² s gefahren. Die Phosgen-Flächenlast wird also im Wesentlichen unter der Annahme eines vollständigen Umsatzes der in Unterlast gefahrenen Komponente bestimmt, also beispielsweise bei Kohlenmonoxidüberschuss im Wesentlichen durch den Chlor-Feed.

Der Begriff "Reaktor" umfasst in der vorliegenden Anmeldung alle Teile einer Anlage, in denen die chemische Umsetzung von Kohlenmonoxid und Chlorgas zu Phosgen stattfindet. Häufig ist ein Reaktor in diesem Sinne eine einzelne Komponente, die durch einen Reaktorbehälter definiert ist. Ein Reaktor im Sinne der vorliegenden Anmeldung kann jedoch auch zwei oder mehre Komponenten mit separaten Reaktorbehältern umfassen, die beispielsweise hintereinander (seriell) angeordnet sind. In diesem Fall bezieht sich die Flächenlast auf den Gesamtumsatz, also auf den Phosgenstrom, der die letzte Reaktorkomponente, z.B. den letzten Reaktorbehälter, verlässt.

In der internationalen Patentanmeldung WO 2010/076208 A1 der Anmelderin konnten durch eine optimierte Anordnung der Kontaktrohre die Wärmeübergangskoeffizienten an der Grenzschicht zwischen den Kontaktrohren und dem Wärmeträger über den

Reaktorquerschnitt vergleichmäßigt werden, indem die Strömungswege des

Wärmeträgers in jedem Reaktorquerschnitt einander angeglichen wurden. In einem solchen Reaktor mit optimiertem Wärmeträgerströmungsprofil konnten Flächenlasten bis zu 2,74 kg Phosgen/m ² s erzielt werden.

Ein weiteres Problem bei der Auslegung von Phosgenreaktoren stellt der im Betrieb auftretende Verlust an Katalysatormaterial dar.

Wie beispielsweise in der Veröffentlichung von Mitchell et al. "Selection of carbon catalyst for the industrial manufacture of phosgene", Catal. Sei. Technol., 2012, vol. 2, S. 2109-2115, beschrieben, kommt es während der Synthese von Phosgen auch zu einem Verlust an Aktivkohle. Dies kann einerseits auf eine Oxidierung von Kohlenstoff durch Spuren an Sauerstoff im zugeführten Chlorgas verursacht werden. Andererseits kann es bei höheren Temperaturen, typischerweise über 300 °C, auch zu einer Reaktion von Chlor mit der Aktivkohle unter Bildung von flüchtigem Tetrachlorkohlenstoff (CCL) kommen. Dies führt nicht nur zu einem Ausbeuteverlust im Prozess bezüglich des eingesetzten Chlorgases, sondern insbesondere zu einer Deaktivierung bzw. einem Abbrand des Katalysators, so dass nach entsprechender Betriebszeit eine Abstellung der Anlage und eine Erneuerung des Katalysators erforderlich wird. Zudem kann der gebildete Tetrachlorkohlenstoff in der folgenden Verarbeitung des Phosgens, beispielsweise bei der Herstellung von Säurechloriden, zu Problemen mit der

Produktqualität, beispielsweise zu einer unerwünschten Farbbildung, führen.

Eine Minimierung der CCL-Bildung ist auch wünschenswert, um ein Aufpegeln von CCU zu verhindern, da CCU in dem Verfahren als Zwischensieder entsteht und weder über den Leichtsieder HCl noch über den Schwersieder Isocyanat effektiv ausgetragen wird. Phosgen ist wiederum leichter siedend als CCU, während die üblichen verwendeten Lösungsmittel schwerer siedend sind. Es kommt daher zu einer Aufpegelung von CCU im Phosgenkreis und im Lösungsmittelkreis, was eine aufwändige Abtrennung von CCU nach sich ziehen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und einen Reaktor zur Herstellung von Phosgen bereitzustellen, welche den Verlust an Aktivkohle, insbesondere durch die Bildung von Tetrachlorkohlenstoff, weitgehend minimiert ohne die thermische Belastung der Kontaktrohre zu erhöhen.

Gelöst wird dieses technische Problem durch das Verfahren gemäß vorliegendem Anspruch 1 und dem Reaktor gemäß vorliegendem Anspruch 11.

Die Erfindung betrifft demnach ein Verfahren zur Herstellung von Phosgen durch Gasphasenreaktion von Kohlenmonoxid und Chlor in Gegenwart eines Katalysators in einem Reaktor, der eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Kontaktrohren umfasst, die mit dem Katalysator befüllt sind und die von wenigstens einem fluiden Wärmeträger umströmt werden, wobei man einen Feedstrom eines Gemisches eines Chlor-Einsatzstroms und eines Kohlenmonoxid-Einsatzstroms in die Kontaktrohre leitet zu einem Phosgen enthaltenden Produktgasgemisch reagieren lässt, dadurch gekennzeichnet, dass man die Reaktion bei einer Flächenlast von mehr als 2,75 kg Phosgen/m ² s durchführt.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren können unterschiedliche Katalysatoren eingesetzt werden, beispielsweise SiC-Katalysatoren. Vorzugsweisen kommen

Aktivkohlenkatalysatoren zum Einsatz.

Überraschend wurde gefunden, dass eine Erhöhung der Flächenlast über den im Stand der Technik bekannten Bereich von 0,5 bis 2,74 kg/m ² s hinaus zu einer Verringerung des Aktivkohleverlustes und insbesondere zu einer Verringerung der Konzentration an Tetrachlorkohlenstoff im erhaltenen Produktgasgemisch führt. Tetrachlorkohlenstoff kann sowohl aus der Reaktion der Katalysatoraktivkohle mit Chlor als auch aus der Reaktion von Chlor mit im Feedgas enthaltenen Methan entstehen. Durch die Erhöhung der Flächenlast können sowohl die Anlagenlaufzeit erhöht, die Ausbeute des Prozesses bezüglich des eingesetzten Chlors erhöht und die Konzentration von

Tetrachlorkohlenstoff im produzierten Phosgen verringert werden. Vorzugsweise ist die Menge an gebildetem Tetrachlorkohlenstoff aus der Reaktion der Aktivkohle mit Chlor kleiner als 125 g pro produzierter Tonne Phosgen, bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 125 g Tetrachlorkohlenstoff aus der Reaktion der Aktivkohle mit Chlor pro produzierter Tonne Phosgen, weiter bevorzugt im Bereich von 10 bis 115 g Tetrachlorkohlenstoff aus der Reaktion der Aktivkohle mit Chlor pro produzierter Tonne Phosgen, besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 105 g Tetrachlorkohlenstoff aus der Reaktion der Aktivkohle mit Chlor pro produzierter Tonne Phosgen, beispielsweise kleiner 120 g, kleiner 117 g, kleiner 100 g, kleiner 80 g oder kleiner 50 g Tetrachlorkohlenstoff aus der Reaktion der Aktivkohle mit Chlor pro produzierter Tonne Phosgen.

Die beispielsweise in der oben genannten Veröffentlichung von Mitchell et al.

dokumentierte Erkenntnis, dass ein Verlust an Aktivkohle durch Bildung von

Tetrachlorkohlenstoff bei höheren Temperaturen einsetzt, spräche zunächst gegen eine Erhöhung der Flächenlast zur Lösung des Problems. Überraschend wurde aber gefunden, dass trotz der erhöhten Flächenlast die thermische Belastung der

Kontaktrohre nicht erhöht wird. Geht man nämlich bei der Realisierung des

erfindungsgemäßen Verfahrens von der Prämisse aus, dass die Phosgenkapazität, d.h. die Menge des vom Reaktor pro Zeiteinheit produzierten Phosgens, und die dafür verwendetet Katalysatormenge im Vergleich zu den großtechnischen Verfahren des Standes der Technik nicht verändert werden soll, so bleibt auch das Verhältnis des Volumenstroms der Reaktanten zum Volumen des Katalysators, also die sog.

Raumgeschwindgkeit oder GHSV (Gas hourly space velocity) unverändert. Eine unveränderte GHSV führt bei einer Erhöhung der Flächenlast zu einer erhöhten

Strömungsgeschwindigkeit der eingesetzten Reaktanten, was wiederum zu einer Verbesserung des spezifischen Wärmeübergangs führt und so die thermische Belastung des Katalysators vor allem im Zentrum der Kontaktrohre verringert.

Vorzugsweise liegt die Flächenlast bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Bereich von 3 kg Phosgen/m ² s bis 9 kg Phosgen/m ² s, bevorzugt im Bereich von 4 bis 6 kg/m ² s, weiter bevorzugt im Bereich von 4.1 bis 6 kg/m ² s, weiter bevorzugt im Bereich von 4.3 bis 5.9 kg/m ² s und besonders bevorzugt im Bereich von 4.5 bis 5.8 kg/m ² s,

beispielsweise im Bereich von 4.2 bis 6 kg/m ² s

Vorzugsweise weist der Feedstrom im erfindungsgemäßen Verfahren einen

stöchiometrischen Überschuss von Kohlenmonoxid zu Chlor von 0,1 bis 50 Mol-% aufweist, so dass eine nahezu vollständige Umsetzung von Chlor gewährleistet ist. Muss mit schwankender Chlorkonzentration im Chloreinsatzsstrom gerechnet werden, so wird man eher einen höheren Kohlenmonoxidüberschuss wählen, generell wird man aber den Überschuss aus Kostengründen so niedrig wie möglich wählen, solange die vollständige Chlorumsetzung noch gewährleistet ist.

Der Feedstrom wird vorzugsweise mit einem absoluten Druck im Bereich von 50 bis 2000 kPa (0,5 bis 20 bar) zugeführt wird. Besonders bevorzugt wird der Feedstrom mit einem Überdruck zugeführt, beispielsweise bei einem absoluten Druck von 300 bis 700 kPa (3 bis 7 bar) (absolut). Je höher der Druck des entstehenden Reaktionsgemisches am Ausgang des Reaktors ist, bei desto höheren Temperaturen kann das im

Reaktionsgemisch enthaltene Phosgen kondensiert werden. Vorzugsweise ist der Druck des Reaktionsgemisches am Ausgang des Reaktors noch so hoch, dass das Phosgen zumindest teilweise mit Kühlwasser kondensiert werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Reaktor in Längsrichtung der Kontaktrohre in mindestens zwei Kühlzonen unterteilt, die beispielsweise durch

Zwischenböden voneinander getrennt sind. In den verschieden Kühlzonen können unterschiedliche Wärmeträger eingesetzt werden, deren Auswahl an die thermischen Bedingungen in den jeweiligen Kühlzonen angepasst werden kann. Da aber eine vollständige Abdichtung der Kontaktrohrdurchführungen in den Zwischenböden technisch aufwändig ist, so dass in der Praxis üblicherweise mit Undichtigkeiten gerechnet werden muss, wird in den verschiedenen Kühlzonen vorzugsweise derselbe Wärmeträger verwendet. In diesem Fall kann dann beispielsweise in einer Kühlzone mit besonders hoher Wärmeentwicklung Siedekühlung durchgeführt werden, während in einer anderen Kühlzone Flüssigkeitskühlung durchgeführt wird. Bei Siedekühlung wird man vorzugsweise keine Umlenkbleche oder speziell ausgelegte Umlenkbleche vorsehen, bei denen ein Rückstau von aufsteigenden Gasblasen verhindert wird.

Als fluider Wärmeträger können unterschiedliche Stoffe und Stoffgemische verwendet werden, die beispielsweise aufgrund ihrer Wärmekapazität oder aufgrund der ihrer Verdampfungsenthalpie geeignet sind, die Reaktionswäre abzuführen. Typischerweise verwendet man einen flüssigen Wärmeträger, wie beispielsweise Wasser, Dibenzyltoluol (Marlotherm) oder Monochlorbenzol.

Die erfindungsgemäß vorgesehen Erhöhung der Flächenlast kann bei existierenden Reaktoren durch eine entsprechende Anpassung der Betriebsparameter, insbesondere einer Erhöhung des Volumenstroms der Reaktanten, erreicht werden. Neu konzipierte Reaktoren können aber bereits konstruktiv auf einen optimierten Betrieb mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Flächenlast ausgelegt werden.

Die Erfindung betrifft daher auch einen Reaktor zur Herstellung von Phosgen durch Gasphasenreaktion von Kohlenmonoxid und Chlor in Gegenwart eines Katalysators, insbesondere in Gegenwart eines Aktivkohlekatalysators, der eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Kontaktrohren umfasst, die mit dem Katalysator befüllt sind und an beiden Enden derselben in jeweils einem Rohrboden eingeschweißt sind, mit Zuführung der Edukte am oberen Ende der Kontaktrohre und Ableitung des gasförmigen Reaktionsgemisches am unteren Ende der Kontaktrohre, jeweils über eine Haube, sowie mit Zu- bzw. Abführeinrichtungen für einen flüssigen Wärmeträger in den Mantelraum zwischen den Kontaktrohren, wobei der erfindungsgemäße Reaktor dadurch

gekennzeichnet ist, dass die Vielzahl der parallel zueinander ausgerichteten

Kontaktrohre für eine Flächenlast von mehr als 2,75 kg Phosgen pro Quadratmeter Innenquerschnittsfläche der Kontaktrohre pro Sekunde ausgelegt sind.

Bevorzugt sind die Kontaktrohre des Reaktors für eine Flächenlast im Bereich von 3 kg Phosgen/m ² s bis 9 kg Phosgen/m ² s, bevorzugt im Bereich von 4 bis 6 kg/m ² s, weiter bevorzugt im Bereich von 4.1 bis 6 kg/m ² s, weiter bevorzugt im Bereich von 4.3 bis 5.9 kg/m ² s und besonders bevorzugt im Bereich von 4.5 bis 5.8 kg/m ² s, beispielsweise im Bereich von 4.2 bis 6 kg/m ² s ausgelegt.

Durch die erfindungsgemäße Auslegung des Reaktors erfolgt die Begrenzung der Menge, an bei der Reaktion zu Phosgen entstehendem Tetrachlorkohlenstoff aus der Reaktion der Aktivkohle mit Chlor, vorzugsweise auf weniger als 125 g pro produzierter Tonne Phosgen. Bevorzugt begrenzt auf den Bereich von 0,1 bis 125 g

Tetrachlorkohlenstoff aus der Reaktion der Aktivkohle mit Chlor pro produzierter Tonne Phosgen, weiter bevorzugt begrenzt auf den Bereich von 10 bis 115 g

Tetrachlorkohlenstoff aus der Reaktion der Aktivkohle mit Chlor pro produzierter Tonne Phosgen, besonders bevorzugt begrenzt auf den Bereich von 10 bis 105 g

Tetrachlorkohlenstoff aus der Reaktion der Aktivkohle mit Chlor pro produzierter Tonne Phosgen, beispielsweise begrenzt auf weniger als 120 g, weniger als 117 g, weniger als 100 g, weniger als 80 g oder weniger als 50 g Tetrachlorkohlenstoff aus der Reaktion der Aktivkohle mit Chlor pro produzierter Tonne Phosgen.

Ausgehend von einem typischen großtechnischen Reaktor des Standes der Technik, der bei einer bestimmten Flächenlast betrieben wird, kann für die Auslegung eines Reaktors zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise von gleicher Phosgenkapazität und gleicher GHSV wie im Reaktor des Standes der Technik ausgegangen werden. Diese Annahme ist auch in der Praxis relevant, wenn

beispielsweise ein bestehender Reaktor durch einen erfindungsgemäßen Reaktor ersetzt werden soll ohne den Gesamtprozess zu beeinflussen.

Gemäß einer Variante der Erfindung kann die erfindungsgemäß vorgeschlagene

Erhöhung der Flächenlast durch eine Verringerung der Anzahl der Kontaktrohre im Reaktor bei entsprechender Verlängerung der Länge der Kontaktrohre erreicht.

Beispielsweise wird bei einer Halbierung der Anzahl der Kontaktrohre bei gleichem Rohrdurchmesser sowohl die Flächenlast als auch die Rohrlänge verdoppelt. Unter Berücksichtigung der erfindungsgemäßen Lehre werden die entsprechenden Reaktoren daher schlanker, d. h. sie weisen bei vergleichbarem GHSV einen geringeren

Durchmesser auf, was sowohl hinsichtlich der Fertigung als auch der Kühlung der Kontaktrohre vorteilhaft ist. Aufgrund der höheren Gasgeschwindigkeit und größeren Schüttungslänge wird zwar der Druckverlust in den Kontaktrohren höher, jedoch führt dies gleichzeitig zu einer besseren Verteilung des Feedstroms auf alle Kontaktrohre. Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung kann die Flächenlast gegenüber bekannten Reaktoren bei gleicher Phosgenkapazität und Katalysatormenge bei unveränderter Anzahl der Rohre durch eine Verkleinerung der Durchmesser der einzelnen Kontaktrohre sowie wiederum einer entsprechenden Verlängerung der Kontaktrohre realisiert werden.

Selbstverständlich sind auch Kombinationen beider Maßnahmen denkbar, also

Verringerung der Anzahl der Rohre als auch Verkleinerung des Rohrdurchmessers der einzelnen Rohre.

In dem Ausführungsbeispiel der oben erwähnten internationalen Patentanmeldung WO 2010/076208 A1 die Phosgenherstellung bei einer Flächenlast von 2,74 kg/m ² s in einem Reaktor mit 5210 Kontaktrohren mit einem Rohrinnendurchmesser D von jeweils 39,3 mm und einer mit Katalysator gefüllten Rohrlänge L (Schütthöhe) von jeweils 3800 mm durchgeführt.

Die Kontaktrohre des erfindungsgemäßen Reaktors können eine Länge L im Bereich von 1 ,5 bis 12 m, vorzugsweise von 2,5 bis 8 m aufweisen. Besonders bevorzugt sind Reaktorrohrlängen im Bereich von 6 bis 6,5 m. Üblicherweise sind jeweils ca. 25 cm am Anfang und am Ende eines Kontaktrohrs frei von Katalysator, da in diesen Bereich die Wärmeabfuhr aufgrund der Einbausituation der Rohre unzureichend ist.

Demgegenüber kann ein erfindungsgemäßer Reaktor die gewünschte Erhöhung der Flächenlast bei unveränderter Zahl der Kontaktrohre beispielsweise durch Verringerung des Rohrinnendurchmessers bei gleichzeitiger Vergrößerung der Rohrlänge erzielen.

In dem erfindungsgemäßen Reaktor können aber auch Kontaktrohre mit vergleichbaren Innendurchmessern wie im Stand der Technik verwendet werden. Die gewünschte Erhöhung der Flächenlast kann dann beispielsweise durch eine Verringerung der Anzahl der Kontaktrohre erzielt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Reaktor daher mit 1000 bis 10000 Kontaktrohren ausgerüstet.

Der erfindungsgemäße Reaktor kann zylinderförmig, mit einem Innendurchmesser von bevorzugt 0,3 bis 6 m, weiter bevorzugt von 2 bis 5 m, insbesondere von 2,5 bis 4 m.

Im Reaktor ist ein Bündel, das heißt eine Vielzahl von Kontaktrohren, parallel zueinander in Reaktorlängsrichtung angeordnet. io

Die Kontaktrohre sind aus einem korrosionsfesten Material, beispielsweise Edelstahl, bevorzugt Duplexstahl 1.4462, Edelstahl 1.4571 oder Edelstahl 1.4541 oder auch aus Nickel-Basislegierungen oder aus Nickel gebildet. Bevorzugt sind auch die Rohrböden oder auch der gesamte Reaktor aus den vorerwähnten Werkstoffen, insbesondere aus Duplexoder Edelstahl gebildet. Reaktormantel und Reaktorböden können jedoch auch aus kostengünstigeren Metallen und Metalllegierungen, beispielsweise aus

Schwarzstahl gefertigt werden. Komponenten, die mit Reaktanten in Kontakt kommen, können dann mit einer Schutzschicht aus höherwertigen Materialien plattiert werden.

Jedes Kontaktrohr weist bevorzugt eine Wandstärke im Bereich von 2,0 bis 4,0 mm, insbesondere von 2,5 bis 3,0 mm, und einen Rohrinnendurchmesser im Bereich von 20 bis 90 mm, bevorzugt im Bereich von 30 bis 50 mm auf.

Die Kontaktrohre sind an beiden Enden in Rohrböden fluiddicht befestigt, bevorzugt verschweißt. Die Rohrböden bestehen ebenfalls aus einem korrosionsfesten Material, bevorzugt Edelstahl, insbesondere Duplexstahl, besonders bevorzugt aus demselben Material wie die Kontaktrohre. Die Abdichtung zu den Rohrböden erfolgt vorzugsweise durch Verschweißen. Beispielsweise können pro Rohr mindestens zwei Lagen

Schweißnähte vorgesehen, die winkelversetzt, beispielsweise um 180° versetzt, hergestellt werden, so dass Anfang und Ende der jeweiligen Lagen nicht aufeinander liegen.

Beide Reaktorenden sind nach außen durch Hauben begrenzt. Durch eine Haube erfolgt die Zuführung des Reaktionsgemisches zu den Kontaktrohren, durch die Haube am anderen Ende des Reaktors wird der Produktstrom abgezogen.

In der Haube, in der das Reaktionsgemisch zugeführt wird, sind bevorzugt Gasverteiler zur Vergleichmäßigung des Gasstromes angeordnet, beispielsweise in Form einer Platte, insbesondere einer perforierten Platte.

Im Zwischenraum zwischen den Kontaktrohren sind senkrecht zur Reaktorlängsrichtung Umlenkbleche angeordnet. Die Umlenkbleche sind können beispielsweise dergestalt ausgebildet sein, dass aufeinanderfolgende Umlenkbleche einander gegenüberliegende kreissegmentförmige Aussparungen zur Innenwand des Reaktors hin aufweist, um einen mäanderförmigen Verlauf des fluider Wärmeträgers zu gewährleisten. In einer anderen Ausführungsform können das Rohrbündel auch in zwei Bündel aufgeteilt werden, wobei dann jeweils ein Umlenkblech zwei einander gegenüberliegende kreissegmentförmige Aussparungen aufweist, und das jeweils unmittelbar darauf folgende Umlenkblech eine Durchtrittsöffnung in einem zentralen Bereich des Reaktors aufweist. Die Umlenkbleche bewirken eine Umlenkung des im Reaktorinnenraum, im Zwischenraum zwischen den Kontaktrohren zirkulierenden Wärmeträgers, dergestalt, dass die Kontaktrohre vom Wärmeträger quer angeströmt werden, wodurch die Wärmeabführung verbessert wird. Die Anzahl der Umlenkbleche beträgt bevorzugt etwa 6 bis 35. Vorzugsweise sind die Umlenkbleche äquidistant zu einander angeordnet, besonders bevorzugt ist jedoch das unterste und das oberste Umlenkblech jeweils vom Rohrboden weiter entfernt als der Abstand zweier aufeinander folgender Umlenkbleche zueinander, bevorzugt um etwa das 1 ,5-fache. Im Bereich der Durchtrittsöffnungen ist der Reaktor unberührt, das heißt er ist im Wesentlichen frei von Kontaktrohren. In einer Ausführungsform können dabei einzelne Kontaktrohre in den Durchtrittsöffnungen der Umlenkbereiche angeordnet sein. In einer weiteren Ausführungsform sind die Durchtrittsöffnungen vollständig frei von Kontaktrohren. Bevorzugt lassen alle Umlenkbleche jeweils gleiche Durchtrittsöffnungen frei. Die Fläche jeder Durchtrittsöffnung beträgt bevorzugt 5 bis 20 %, insbesondere 8 bis 14 % des Reaktorquerschnitts.

Bevorzugt sind die Umlenkbleche nicht dichtend um die Kontaktrohre angeordnet, und lassen eine Leckageströmung von bis zu 40 Vol.-% des Gesamtstroms des

Wärmeträgers zu. Hierzu sind zwischen den Kontaktrohren und Umlenkblechen Spalte im Bereich von 0,1 bis 0,6 mm, bevorzugt von 0,2 bis 0,4 mm vorgesehen. Es ist vorteilhaft, die Umlenkbleche mit Ausnahme der Bereiche der Durchtrittsöffnungen zur Reaktorinnenwand hin flüssigkeitsdicht zu gestalten, so dass dort kein zusätzlicher Leckagestrom auftritt.

Die Umlenkbleche können aus einem korrosionsfesten Material, bevorzugt Edelstahl, insbesondere Duplexstahl, bevorzugt in einer Dicke von 8 bis 30 mm, bevorzugt von 10 bis 20 mm, gebildet werden. Da Umlenkbleche aber nicht mit Reaktionsteilnehmern in Kontakt kommen und die Kontaktrohre üblicherweise mit etwas Spiel durch die

Öffnungen der Umlenkbleche geführt werden, können die Umlenkbleche auch aus kostengünstigeren Materialen wie Schwarzstahl gefertigt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Mantelraum des erfindungsgemäßen Reaktors in wenigstens zwei durch Zwischenböden getrennte Kühlzonen unterteilt. Die Zwischenböden sind vorzugsweise aus höherwertigem Material gefertigt, da die

Öffnungen im Zwischenboden, durch welche die Kontaktrohre geführt werden, durch Anwalzen möglichst dicht mit dem Außenmantel der Kontaktrohre abschließen sollen.

Die Kontaktrohre sind mit einem Feststoffkatalysator, bevorzugt Aktivkohle, gefüllt. Die Katalysatorschüttung in den Kontaktrohren weist bevorzugt ein Lückenvolumen von 0,33 bis 0,6, insbesondere von 0,33 bis 0,45, auf. Das Lückenvolumen bezieht sich auf die Katalysatorschüttung, bei der der Feststoffkatalysator als Vollkörper angenommen wird. Die Porosität der Katalysatorkörper selbst, die beispielsweise 50% betragen kann, wird nicht berücksichtigt.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen sowie anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:

In den Zeichnungen zeigen

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Reaktors des Standes der Technik im Längsschnitt;

Figur 2 einen ausgehend vom Reaktor der Figur 1 abgewandelten

erfindungsgemäßen Reaktor zum Betrieb bei erhöhter Flächenlast; und Figur 3 eine Variante des Reaktors der Figur 2 mit zwei Kühlzonen.

Figur 1 zeigt einen typischen Phosgenreaktor 1 , wie er beispielsweise in der

internationalen Patentanmeldung WO 03/072273 der Anmelderin näher beschrieben ist. Der in Figur 1 im Längsschnitt dargestellte Reaktor 1 weist ein Bündel von

Kontaktrohren 2 auf, die parallel zueinander in Längsrichtung des Reaktors 1 in oberen und unteren Rohrböden 3 abdichtend befestigt sind. An beiden Enden des Reaktors sind Hauben 4 vorgesehen, in denen Gasverteiler 12 angeordnet sind. Im Zwischenraum 5 zwischen den Kontaktrohren 2, der von einem flüssigen Wärmetauschmittel durchströmt wird, sind Umlenkbleche 6 senkrecht zur Längsrichtung angeordnet, die alternierend einander gegenüberliegende Durchtrittsöffnungen 7 an der Reaktorinnenwand freilassen. Im Bereich der Durchtrittsöffnungen 7 ist der Reaktor 1 unberohrt, da in diesen Bereichen durch den Übergang der Kühlmittelströmung von einer Quer- in eine Längsströmung nur eine unzureichende Kühlung der Kontaktrohre möglich wäre. Für die Zu- und Abführung des Wärmetauschmittels sind Stutzen oder Teilringkanäle 11 vorgesehen. Im dargestellten Beispiel ist zum Ausgleich von thermischen Spannungen außerdem ein Kompensator 10 am Reaktormantel vorgesehen. Figur 2 zeigt schematisch einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Reaktors, der ausgehend vom Reaktor der Figur 1 abgewandelt wurde, um bei unveränderter

Phosgenkapazität und unveränderter GHSV eine höhere Flächenlast (Phosgenlast) zu generieren. Elemente, welche identisch mit Elementen des Reaktors der Figur 1 sind, wurden mit denselben, um 100 erhöhten Bezugsziffern bezeichnet. Der

erfindungsgemäße Reaktor 101 weist wiederum parallel zueinander in Längsrichtung des Reaktors angeordnete Kontaktrohre 102 auf, die in einem oberen Rohrboden 103a und in einem unteren Rohrboden 103b abdichtend befestigt sind. Über eine obere Haube 104a wird das Eduktgasgemisch über einen Einlassstutzen 113 eingeleitet und über einen Gasverteiler 112 auf die Kontaktrohre 102 verteilt. Die Kontaktrohre 102 bestehen im dargestellten Beispiel aus Duplexstahl 1.4462 und weisen eine Länge L auf, die im Wesentlichen der Schüttungshöhe des in den Kontaktrohren befindlichen Katalysators entspricht. Die Kontaktrohre haben jeweils einen Innendurchmesser D von 39,3 mm und sind mit zylindrischen Aktivkohlekatalysatorteilchen von 4 mm

Durchmesser und 5 mm Länge befüllt. Nach Durchströmen der Kontaktrohre wird das Reaktionsgemisch über die am unteren Ende befindliche Haube 104b und einen Auslassstutzen 114 abgeleitet. Im Gegenstrom zur Gasströmung der Reaktionsgase wird am unteren Ende des Reaktors 102 über einen Stutzen 111a ein fluider

Wärmeträger eingeleitet, der durch die senkrecht zur Längsrichtung des Reaktors angeordneten Umlenkbleche 106, die jeweils alternierend Durchtrittsöffnungen 107 im Randbereich des Reaktors freilassen, in einer mäanderförmigen Strömung durch den Reaktor geleitet und tritt über einen Austrittsstutzen 111b wieder aus.

Wie man im Vergleich der Figuren 1 und 2 erkennt, ist bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform die Anzahl der Kontaktrohre 102 gegenüber der Ausführungsform des Standes der Technik verringert, während die katalysatorbefüllte Länge L der

Kontaktrohre mit dem gleichen Faktor erhöht wurde, so dass die Gesamtmenge an Katalysator in den Reaktoren 1 und 101 dieselbe ist. Im dargestellten Beispiel wird bei unveränderter GHSV die Flächenlast (Phosgenlast) um denselben Faktor erhöht, wie die katalysatorbefüllte Länge der Kontaktrohre im Vergleich der Reaktoren der Figuren 1 und 2.

Figur 3 zeigt schematisch einen Längsschnitt einer Variante 201 des Reaktors 101 der Figur 2. Elemente, welche identisch mit Elementen des Reaktors der Figur 2 sind oder welche eine entsprechende Funktion erfüllen, wurden mit denselben, um 100 erhöhten Bezugsziffern bezeichnet und werden im Folgenden nicht mehr näher erläutert. Im Gegensatz zum Reaktor 101 der Figur 2, weist der Reaktor 201 der Figur 3 zwei separate Kühlzonen 215, 216 auf, die durch einen Zwischenboden 217 voneinander getrennt sind. Am unteren Ende der ersten Kühlzone 215 wird im Gegenstrom zur Gasströmung der Reaktionsgase über einen Stutzen 111a ein erster fluider

Wärmeträger eingeleitet, der durch die senkrecht zur Längsrichtung des Reaktors angeordneten Umlenkbleche 206, die jeweils alternierend Durchtrittsöffnungen 207 im Randbereich des Reaktors freilassen, in einer mäanderförmigen Strömung durch den Reaktor geleitet und tritt über einen Austrittsstutzen 211b wieder aus der ersten

Kühlzone 215 aus. Eine entsprechende Kühlmittelführung ist in der zweiten Kühlzone 216 vorgesehen. Hier tritt ein zweiter fluider Wärmeträger über einen Stutzen 218a in die zweite Kühlzone ein, wird wieder im Gegenstrom mäanderförmig durch die Kühlzone geleitet und tritt an einem Stutzen 218b wieder aus der zweite Kühlzone 216 aus. Die Kühlzonen 215 und 216 können mit unterschiedlichen Wärmeträgern gekühlt werden. Vorzugsweise verwendet man aber den gleichen Wärmeträger benachbarten

Kühlzonen, da die Öffnungen 219 in dem Zwischenboden 217 für den Durchtritt der Kontaktrohre 202 nur sehr schwer vollständig abgedichtet werden können. Auch bei Verwendung des gleichen Wärmeträgers können jedoch unterschiedliche Kühlschemata eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein flüssiges Kühlmittel verwendet werden, das in der ersten Kühlzone 215 mittels Siedekühlung Wärme abführt, während in der zweiten Kühlzone 216 die Wärmeabfuhr durch reine Flüssigkeitskühlung erfolgt.

Ausführungsbeispiel :

In einem Reaktionsrohr mit einem Innendurchmesser von 39,3 mm wird Aktivkohle- Katalysator vom Typ Donaucarbon ED47 in Form von Stränglingen mit ca. 4 mm

Durchmesser mit einer Schüttungshöhe von 2 m eingefüllt. Gasförmiges CO wird in einem stöchiometrischen Überschuss von 10% mit gasförmigem Chlor dem

Reaktionsrohr zugeführt. Die Kühlung erfolgt durch ein flüssiges Kühlmittel (Chlorbenzol) mit einer Temperatur von 80 °C.

Die Anlage wurde bei verschiedenen Flächenlasten im Bereich von 1 ,7 bis 3 kg

Phosgen pro m ² Rohrfläche und Sekunde betrieben, wobei die Füllhöhe/Schüttungshöhe proportional mit der Last erhöht wurde, so dass Raumgeschwindgkeit/GHSV gleich blieben. An die Betriebsdaten der Anlage wurde ein Reaktormodel (beschrieben in Mitchell et al., "Selection of carbon catalysts for the industrial manufacture of phosgene", Catal. Sei. Techno/., 2012, 2, 2109-2115) angepasst. Aus dem Model und einer

gaschromatographisch bestimmten CCL-Bildungskinetik wurden dann Daten für die CCU-Konzentration am Austritt bei unterschiedlichen Flächenlasten über einen

Lastbereich von 1 ,7 bis 5,7 kg Phosgen pro m ² Rohrfläche und Sekunde ermittelt.

Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefasst.

Die Werte lassen erkennen, dass eine Erhöhung der Flächenlast zu einer Senkung der CCL-Konzentration und einer entsprechenden Verringerung der spezifischen CCL- Bildung pro produzierter Tonne Phosgen führt.

Tabelle 1 :