Reaktor zur Herstellung von Cyanwasserstoff nach dem Andrussow-

Verfahren

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor zur Herstellung von Cyanwas- serstoff (HCN) nach dem Andrussow-Verfahren sowie ein Verfahren zur Herstellung von HCN, das unter Verwendung des erfindungsgemäßen Reaktors durchgeführt wird.

Die Synthese von Cyanwasserstoff (HCN) nach dem Andrussow-Verfahren wird in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Volume 8, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1987, Seite 161 -162 beschrieben. Das Eduktgasgemisch, das im Allgemeinen Methan oder einen methanhaltigen Erdgasstrom, Ammoniak und Sauerstoff umfasst, wird in einem Reaktor über Katalysatornetze geleitet und bei Temperaturen von ca. 1000 ⁰ C umgesetzt. Der notwendige Sauerstoff wird übli- cherweise in Form von Luft eingesetzt. Die Katalysatornetze bestehen im Allgemeinen aus Platin oder Platinlegierungen. Die Zusammensetzung des Eduktgas- gemisches entspricht etwa der Stöchiometrie der exotherm verlaufenden Bruttoreaktionsgleichung CH ₄ + NH ₃ + 3/2 O ₂ → HCN + 3 H ₂ O dHr=-473,9 kJ.

Das abströmende Reaktionsgas enthält das Produkt HCN, nicht umgesetztes NH ₃ und CH ₄ sowie die wesentlichen Nebenprodukte CO, H ₂ , H ₂ O, CO ₂ und einen großen Anteil N ₂ .

Das Reaktionsgas wird in einem Abhitzekessel schnell auf ca. 150 - 200 ⁰ C abgekühlt und passiert anschließend eine Waschkolonne, in der mit verdünnter Schwefelsäure das nicht umgesetzte NH ₃ herausgewaschen wird und Teile des

Wasserdampfes kondensiert werden. Bekannt ist auch die Absorption von NH ₃ mit Natriumhydrogenphosphat-Lösung und anschließendes Recycling des Ammoniaks. In einer nachfolgenden Absorptionskolonne wird HCN in kaltem Wasser absorbiert und in einer nachgeschalteten Rektifikation mit einer Reinheit größer 99,5 Ma% dargestellt. Das im Sumpf der Kolonne anfallende, HCN-haltige Wasser wird abgekühlt und zur HCN-Absorptionskolonne zurückgeführt.

Ein breites Spektrum möglicher Ausführungen des Andrussow-Verfahrens ist in DE 549 055 beschrieben. Dementsprechend sind auch Reaktoren zur Herstellung von HCN nach dem Andrussow-Verfahren bekannt, wobei ein Beispiel für einen derartigen Reaktor in EP 1 001 843 B1 dargelegt ist. Diese Reaktoren umfassen im Allgemeinen eine Zuleitung für die Edukte, eine Ableitung für die Produkte sowie einen Katalysator, der beispielsweise in Form von mehreren hintereinander angeordneten Netzen aus Platin ausgeführt sein kann. Unmittelbar oberhalb des Katalysatornetzes kann eine gasdurchlässige Schutzschicht vorgesehen sein, die die als Hitzschild und als Flammrückschlagschutz dient.

Die mit bekannten Reaktoren ausgeführten Verfahren liefern bereits gute Ausbeuten bei einem akzeptablen Energiebedarf. Aufgrund der Bedeutung des Produkts besteht allerdings ein permanentes Bestreben, die Leistungsfähigkeit und die Effektivität der Reaktoren zu verbessern.

In Anbetracht des Standes der Technik ist es nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Reaktor zur Verfügung zu stellen, der eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung von HCN ermöglicht. Hierbei sollten insbesondere die Ausbeute, die Produktionsleistung (Kg HCN / h) und die Katalysatorstandzeit erhöht werden. Darüber hinaus war es mithin Aufgabe der

vorliegenden Erfindung einen Reaktor zur Verfügung zu stellen, der eine Produktion von HCN mit hoher HCN-Konzentration im Reaktionsgas und somit besonders geringen Energiebedarf bei der HCN-Isolierung ermöglicht.

Gelöst werden diese sowie weitere nicht explizit genannte Aufgaben, die jedoch aus den hierin einleitend diskutierten Zusammenhängen ohne weiteres ableitbar oder erschließbar sind, durch einen Reaktor mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1. Zweckmäßige Abwandlungen des erfindungsgemäßen Reaktors werden in Unteransprüchen unter Schutz gestellt. Hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung von HCN bietet der Anspruch 25 eine Lösung der zugrunde liegenden Aufgabe.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend ein Reaktor zur Herstellung von Cyanwasserstoff nach dem Andrussow-Verfahren, umfassend ei- nen Reaktorkessel, mindestens eine Gaszuleitung, die in einen Gaszuleitungsbereich mündet, eine Ableitung der Reaktionsprodukte und einen Katalysator, wobei innerhalb des Reaktorkessels zwischen dem Gaszuleitungsbereich und dem Katalysator mindestens ein Mischelement sowie mindestens eine gasdurchlässige Zwischenschicht vorgesehen sind und das Mischelement zwischen dem Gaszulei- tungsbereich und der gasdurchlässigen Zwischenschicht angeordnet ist.

Durch diese Maßnahmen gelingt es überraschend einen Reaktor bereitzustellen, der eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung von HCN ermöglicht. Darüber hinaus kann die Ausbeute und die Produktionsleistung (Kg HCN / h) durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Reaktors erhöht werden. Des Weiteren kann HCN mit einem erfindungsgemäßen Reaktor bei einem besonders geringen Energiebedarf produziert werden. Ferner kann die Standzeit der Katalysatoren durch die konstruktiven Merkmale des Reaktors verlängert werden.

Der erfindungsgemäße Reaktor umfasst einen Reaktorkessel, in den mindestens eine Gaszuleitung einmündet. Der Reaktorkessel umschließt mindestens ein Mischelement, mindestens eine gasdurchlässige Zwischenschicht und mindes- tens einen Katalysator. Die Produkte werden aus dem Reaktorkessel durch mindestens eine Ableitung abgeleitet. Die Form des Reaktorkessels ist an sich unkritisch, so dass dieser einen rechteckigen oder runden Querschnitt aufweisen kann. Vorzugsweise weist der Reaktorkessel eine zylindrische Form auf. Das Volumen des Reaktorkessels ist von der vorgesehenen Produktionsleistung abhängig, wo- bei der Reaktorkessel jedes der üblichen Volumina einnehmen kann. Zweckmäßig kann das Volumen des Reaktorkessels beispielsweise im Bereich von 0,01 m ³ bis 50 m ³ liegen. Vorzugsweise kann das Verhältnis von Höhe und Durchmesser (H/D) des Reaktorkessels im Bereich von 0,4 bis 1 ,8, besonders bevorzugt 0,6 bis 1 ,4 liegen. Zweckmäßig kann der Reaktorkessel, in Strömungsrichtung des Gases gesehen, ab der gasdurchlässigen Zwischenschicht eine Innenauskleidung aus einem hitzebeständigen Material aufweisen. Beispielsweise kann eine Schicht aus einem Keramikfasermaterial, wie zum Beispiel ein Si-haltiges Keramikfasermaterial, das unter der Handelsbezeichnung Nefalit® erhältlich ist, vorgesehen sein, die den Reaktorkessel vor einer Hitzeeinwirkung schützt.

Die verschiedenen Eduktgase können vor oder im Reaktorkessel zusammengeführt werden. Dementsprechend können in den Reaktorkessel eine, zwei oder mehr Gaszuleitungen einmünden. Die Gase werden innerhalb des Reaktorkessels zunächst in einen Gaszuleitungsbereich geführt, dessen Volumen an sich unkritisch ist.

Zwischen Gaszuleitungsbereich und dem Katalysator ist gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens ein Mischelement vorgesehen. Je nach Ausführungsform kann der Gaszuleitungsbereich auch ein Teil des Mischelements bilden. Das Mischelement dient zur Durchmischung der zugeführten Eduktgase, wobei sämtli- che bekannten Ausführungsformen von Gasmischern eingesetzt werden können.

Aufgrund einer einfachen und wartungsarmen Konstruktion kann das Mischelement vorzugsweise in Form von plattenförmigen Einbauten ausgeführt sein, die besonders bevorzugt mehrere Plattenschichten umfassen. Gemäß einem bevor- zugten Aspekt der Erfindung kann das Mischelement drei, vier, fünf oder mehr Plattenschichten aufweisen. Vorzugsweise sind diese Plattenschichten im Wesentlichen parallel angeordnet, wobei der Winkel der einzelnen Plattenschichten zu einander vorzugsweise im Bereich von -10° bis +10°, besonders bevorzugt-5° bis +5° liegt. Der Plattenabstand kann beispielsweise 0,5 cm bis 200 cm, vor- zugsweise 1 cm bis 100 cm und ganz besonders bevorzugt 5 cm bis 50 cm betragen. Hierbei können beispielsweise Lochplatten eingesetzt werden, wobei die öffnungen so versetzt sind, dass eine Durchmischung der Gase erzielt wird. Besonders bevorzugt werden dichte Platten eingesetzt. Bei dieser Ausführungsform kann der Gasstrom durch öffnungen geleitet werden, die senkrecht zur Platten- ebene in den bzw. zwischen den Platten vorgesehen sind. Die jeweiligen öffnungen der verschiedenen Schichten können, bezogen auf die jeweilige Schicht, abwechselnd in der Mitte des Reaktorkessels, beispielsweise in Form einer öffnung innerhalb der Platte, oder am Rande des Reaktorkessels, d.h. zwischen der jeweiligen Platte und der Wand des Reaktorkessels, vorgesehen sein. Diese Konstruk- tion kann vorzugsweise als Ring-Scheiben-Anordnung (Disk-Donut-Design) ausgeführt sein, wobei die Scheiben nicht unmittelbar mit dem Reaktorkessel ver-

bunden sind, wohingegen die Ringe mit dem Reaktorkessel abschließen können. Bevorzugt können diese Anordnungen 2 bis 6 Scheiben umfassen.

Bei Ausführungsformen, die unter Verwendung von dichten Platten eine Durchmi- schung des Gasstroms erzielen, ist die Anzahl der öffnungen in der jeweiligen Schicht im Vergleich zu den Ausführungsformen mit Lochplatten relativ gering. Bevorzugt weisen Schichten, die in der Ausführungsform mit dichten Platten ausgebildet werden, höchstens 10, bevorzugt höchstens 5 pro m ² öffnungen auf.

Ausführungsformen, die unter Verwendung von Lochplatten arbeiten, weisen mehr öffnungen pro m ² auf. So können die Lochplatten beispielsweise mindestens 11 , bevorzugt mindestens 15 und ganz besonders bevorzugt mindestens 20 öffnungen pro m ² umfassen.

Vorzugsweise umfasst das Mischelement dichte Platten, die eine Fläche aufweisen, die mindestens 40%, besonders bevorzugt mindestens 60% und ganz besonders bevorzugt mindestens 80% der Reaktorquerschnittsfläche entspricht, wobei besonders bevorzugt mindestens 25%, bevorzugt bei mindestens 50% und besonders bevorzugt bei mindestens 75% der im Mischelement enthaltenen Plat- tenschichten eine derartige Fläche aufweisen. Die Reaktorquerschnittsfläche ergibt sich aus der Fläche des Reaktorkessels, die jeweils parallel zu der jeweiligen Plattenschicht gemessen wird.

Durch die zuvor dargelegten Konstruktionen kann sich vorzugsweise eine turbu- lente Strömung ausbilden, so dass eine hervorragende Durchmischung der Gase erzielt wird.

Der Reaktorkessel und das Mischelement können aus sämtlichen Materialien hergestellt werden, die den herrschenden Bedingungen widerstehen. Geeignete Materialien sind insbesondere Metalle, wie beispielsweise Stahl. Darüber hinaus können diese Komponenten des Reaktors mit Materialien beschichtet werden, die einen Abbau der Eduktgase, insbesondere von NH ₃ bei den gewählten Bedingungen vermindern. Diese Materialien sind unter anderem in US 5,431 ,984 dargelegt.

Erfindungsgemäß weist ein Reaktor, in Richtung des Gasstroms gesehen, nach dem Mischelement eine gasdurchlässige Zwischenschicht auf. Die gasdurchlässi- ge Zwischenschicht ist vorzugsweise insbesondere so ausgestaltet, dass diese einen Flammenrückschlagschutz bietet. Des Weiteren kann durch diese Schicht eine Filterung der Eduktgase erreicht werden, wobei insbesondere kleine Partikel entfernt werden. Darüber hinaus kann sich durch die gasdurchlässige Zwischenschicht eine Druckdifferenz ausbilden, die zu einem besonders gleichmäßigen Anströmen des Katalysators durch die Eduktgase führt. Der Druckabfall kann hierbei in einem weiten Bereich liegen, wobei die erfindungsgemäßen Vorteile bei einem höheren Druckabfall, d.h. bei einer Ausbildung eines hohen Strömungswiderstands durch die gasdurchlässige Zwischenschicht in einem besonders hohen Maß erzielt werden. Andererseits wird bei einem hohen Strömungswiderstand re- lativ viel Energie zur Ausbildung der vorgesehenen Strömungsgeschwindigkeit der Eduktgase benötigt. Der Fachmann wird daher den Wert der Druckdifferenz bzw. des durch die gasdurchlässige Zwischenschicht verursachten Strömungswiderstandes bei den vorgegebenen Randbedingungen optimal einstellen. Hierbei führt eine geringe Gasdurchlässigkeit der Zwischenschicht zu einer hohen Druck- different. Die gasdurchlässige Zwischenschicht kann vorzugsweise einen Druckabfall erzeugen, der im Bereich von 1 bis 100 mbar, besonders bevorzugt 5 bis 30

mbar liegt, gemessen mit einem U-Rohrmanometer bei einer Strömungsgeschwindigkeit des Eduktgasgemisches von 1 ,5 m/s.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt kann der Abstand zwischen der gasdurchläs- sigen Zwischenschicht und einem flächig im Reaktor ausgebildeten Katalysator mindestens 30 mm, vorzugsweise mindestens 60 mm betragen. Besonders bevorzugt kann dieser Abstand im Bereich von 40 mm bis 1000 mm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 60 mm bis 100 mm liegen. Bevorzugt ist die gasdurchlässige Zwischenschicht im Wesentlichen parallel zur Fläche des flächig im Reaktor ausgebildeten Katalysators vorgesehen. Hierbei bilden die gasdurchlässige Zwischenschicht und der flächig im Reaktor ausgebildete Katalysator vorzugsweise einen Winkel im Bereich von -10° bis +10°, besonders bevorzugt -5° bis +5°C.

Die gasdurchlässige Zwischenschicht kann beispielsweise in Form eines Vlieses, Gewebes oder Schaums ausgebildet sein, wobei diese Schicht ein oder mehrere Lagen umfassen kann. Die Zwischenschicht kann aus jedem Material aufgebaut sein, das den herrschenden Bedingungen widersteht. Hierzu gehören insbesondere Metalle, beispielsweise Stahl, sowie anorganische Materialien, wie Kerami- ken oder mineralische Gläser. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform um- fasst die gasdurchlässige Zwischenschicht mindestens ein in Richtung des Katalysators angeordnetes Metallnetz und mindestens eine Lage aus Glaswolle, beispielsweise Quarzwolle, die in Richtung des Gaszuleitungsbereichs vorgesehen ist. Das in der Zwischenschicht angeordnete Metallnetz kann vorzugsweise eine nominale Maschenweite im Bereich von 1 μm bis 200 μm, besonders bevorzugt im Bereich von 5 μm bis 100 μm aufweisen. Die nominale Maschenweite kann beispielsweise mit dem bekannten Gasblasentest (Bubble Point Test) gemäß

ISO-Norm 4003 bestimmt werden. Das Metallnetz kann beispielsweise als Gewebe oder Geflecht ausgestaltet sein, die aus Metalldraht gebildet werden. Hierzu gehören beispielsweise Tressen- oder Köpertressengewebe. Die Dicke der Lage aus Glaswolle kann vorzugsweise im Bereich von 0,5 cm bis 10 cm, besonders bevorzugt im Bereich 1 cm bis 5 cm liegen. Hierbei können die Metallnetze und die Lagen aus Glaswolle von zwei Lochblechen eingeschlossen sein, die beispielsweise einen Lochdurchmesser im Bereich von 1 mm bis 100 mm, besonders bevorzugt 5 mm bis 40 mm aufweisen.

Nachdem die Eduktgase die gasdurchlässige Zwischenschicht passiert haben, strömen diese auf einen Katalysator. Die zur Herstellung von HCN nach dem Andrussow-Verfahren einsetzbaren Katalysatoren sind allgemein bekannt und beispielsweise in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Volume 8, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1987 dargelegt.

Im Allgemeinen umfassen die Katalysatoren mindestens ein Edelmetall, insbesondere ein Metall der Platingruppe. Zu der Platingruppe gehören insbesondere Platin, Palladium, Iridium, Osmium und Rhodium, wobei die Verwendung von Platin besonders bevorzugt ist. Diese Metalle können einzeln oder als Mischung ein- gesetzt werden. So können insbesondere Legierungen verwendet werden, die Platin und Rhodium enthalten.

Vorzugsweise kann der Katalysator flächig im Reaktor ausgebildet sein, wobei die Fläche besonders bevorzugt so angeordnet ist, dass diese Fläche im Wesentli- chen senkrecht vom Gas durchströmt wird. Dieser Strömungswinkel liegt vorzugsweise im Bereich von 70° bis 110° und besonders bevorzugt im Bereich von 80° bis 100°. Der flächig ausgebildete Katalysator kann vorzugsweise im Wesent-

liehen parallel zu den plattenförmigen Einbauten angeordnet sein, die zur Durch- mischung der Gase dienen. Der von diesen Ebenen gebildete Winkel kann beispielsweise im Bereich von -10° bis +10° liegen. Diese Werte beziehen sich auf die Plattenschicht, die die geringste Entfernung zur Katalysatorschicht aufweist.

Der flächig im Reaktor ausgebildete Katalysator kann beispielsweise in Form von Netzen, beispielsweise Drahtgeflechten, Drahtgeweben oder Gittern, perforierten Metallfolien oder Metallschäumen vorgesehen sein. Vorzugsweise werden insbesondere Netze eingesetzt, die Platin enthalten. Hierbei können ein, zwei, drei, vier oder mehr Netze eingesetzt werden. Bevorzugte Ausführungsformen bekannter Katalysatoranordnungen sind unter anderem in EP-A-O 680 767, EP-A-1 358 010, WO 02/062466 und WO 01/80988 beschrieben.

Der Katalysator wird im Allgemeinen auf einer Auflage angeordnet. Diese Auflage kann beispielsweise aus Metall oder aus einem keramischen Material gefertigt werden, wobei keramische Materialien bevorzugt sind. Diese Auflagen sind anderem in EP-A-O 680 787, EP-A-1 358 010, EP-A-1 307 401 , WO 02/062466 und WO 01/80988 dargelegt.

Beispielsweise kann der Katalysator auf eine Auflage aufgelegt werden, die aus Keramik hergestellt ist. Vorzugsweise kann die keramische Auflage einen mehrschichtigen Aufbau aufweisen, wobei die Auflage eine obere Keramikauflage, die in Richtung des Katalysators vorgesehen ist, und eine untere Keramikauflage um- fasst. Die obere Keramikauflage kann beispielsweise Strömungskanäle mit gerin- gerem Durchmesser aufweisen als die untere Keramikauflage, die in Richtung der Ableitung der Reaktionsprodukte vorgesehen ist. Der Durchmesser der Strömungskanäle der oberen Keramikauflage kann beispielsweise im Bereich von 2

mm bis 20 mm, bevorzugt 4 mm bis 12 mm liegen, wohingegen der Durchmesser der Strömungskanäle der unteren Keramikauflage im Bereich von 10 mm bis 30 mm, bevorzugt 12 mm bis 24 mm liegen kann. Der Durchmesser der Strömungskanäle stellt einen Mittelwert dar, der durch ausmessen (Schiebelehre) einer sta- tistisch ausreichend großen Zahl von Kanälen und anschließender Berechnung des Mittelwertes bestimmt werden kann. Die Auflage aus Keramik kann insbesondere aus AI ₂ O ₃ -Keramiken oder Al-Silikatkeramiken mit einem AI ₂ O ₃ -Anteil größer 85% hergestellt werden. Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform des Reaktors kann zwischen dem Katalysator und der Auflage aus Ke- ramik ein Metallnetz vorgesehen sein, wobei dieses Metallnetz aus einem Material hergestellt wird, das herrschenden Temperaturbedingungen widersteht. Dieses Metallnetz kann besonders bevorzugt aus Stahl oder einer Stahllegierung, beispielsweise aus Mat. 1.4767 bzw. Kanthai, hergestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors kann der Katalysator auf einer Auflage aufliegen, die mindestens ein metallisches Tragnetz umfasst, das auf einem Traggitter aus Metall aufgebracht ist. Vorzugsweise kann die Auflage ein, zwei, drei, vier oder mehr metallische Tragnetze umfassen. Hierbei kann das Tragnetz beispielsweise eine Maschenweite im Bereich von 1 mm bis 50 mm aufweisen. Das Tragnetz sowie das Traggitter können bevorzugt aus Stahl oder einer Stahllegierung, beispielsweise aus Mat. 1.4767 bzw. Kanthai oder Inconel 600, Mat. 2.4816, hergestellt werden, wobei diese Materialien bei den jeweils herrschenden Temperaturbedingungen stabil sein müssen.

Das Traggitter kann auf dem Boden des Reaktorkessels befestigt werden, wobei das Traggitter so ausgestaltet werden kann, dass der flächige Katalysator einen

Abstand zum mit öffnungen versehenen Boden des Reaktorkessels aufweist, der im Bereich von 50 mm bis 300 mm liegt.

Zweckmäßigerweise kann unmittelbar auf dem Katalysator eine Schicht aus ei- nem keramischen Material aufgebracht sein. Diese Schicht kann in Form ein oder mehrerer Keramikgeweben oder eines Keramikschaums vorliegen.

Der Reaktorkessel kann einen Boden mit ein oder mehrere öffnungen aufweisen, durch die die Reaktionsprodukte aus dem Reaktorkessel abgeleitet werden. Hier- bei kann der Boden des Reaktorkessels auch durch die Ableitung der Reaktionsprodukte gebildet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Reaktors kann die Ableitung der Reaktionsprodukte Rohrbündel umfassen, die in Form von Wärmeaustauschern ausgestaltet sind. Hierbei können die Rohrbündel in der Nähe des Reaktorkessels mit keramischen Elementen (Ferru- les) vor Hitzeeinwirkung geschützt sein.

Der erfindungsgemäße Reaktor kann weitere Komponenten, insbesondere eine Komponente zum Starten der katalytischen Reaktion enthalten. Hierzu gehören insbesondere Wasserstofffackeln, Zündelektroden oder die in EP-B-1 001 843 dargelegten Einrichtungen.

In Figur 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors dargelegt. Der Reaktor (1 ) umfasst einen Reaktorkessel (2), eine Gaszuleitung (3), die in einen Gaszuleitungsbereich (4) mündet, sowie eine Ableitung der Reaktionsprodukte (5). Zwischen dem Gaszuleitungsbereich (4) und dem Katalysator (6) sind ein Mischelement (7) sowie eine gasdurchlässige Zwischenschicht (8) vorgesehen. In dieser spezifischen Ausführungsform ist das Mischelement (7)

in einem Disk-Donut-Design ausgeführt, wobei alternierend Ringe oder Scheiben vorgesehen sind. Die Ringe weisen in der Mitte des Reaktors öffnungen auf und können mit dem Reaktorkessel in Berührung stehen. Die Scheiben sind als dichte Platten vorgesehen, wobei öffnungen durch einen Zwischenraum zwischen Scheibe und Reaktorkessel gebildet werden.

Die gasdurchlässige Zwischenschicht (8) umfasst ein Metallnetz (9), das vorzugsweise eine Maschenweite im Bereich von 1 μm bis 200 μm, besonders bevorzugt 5 μm bis 100 μm aufweist, und eine Lage aus Glaswolle (10), die bei- spielsweise eine Dicke im Bereich von 0,5 cm bis 10 cm, bevorzugt 1 cm bis 5 cm aufweisen kann. Lochbleche (11 ) können zur Befestigung dieser Elemente eingesetzt werden, wobei die Lochbleche einen Lochdurchmesser im Bereich von 1 mm bis 100 mm, besonders bevorzugt 5 mm bis 40 mm aufweisen können.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist der Reaktorkessel (2), in Strömungsrichtung des Gases gesehen, ab der Zwischenschicht (8) eine Innenauskleidung (12) aus einem hitzebeständigen Material auf.

Nach dem das Gas die Zwischenschicht (8) passiert hat, wird das Gas mit dem Katalysator (6) in Kontakt gebracht, der in Form einer Fläche ausgebildet ist. Die in Figur 1 dargestellte Abwandlung weist eine Schicht aus einem keramischen Material (13) auf, die unmittelbar auf dem Katalysator (6) zu dessen Fixierung aufgelegt ist. In der dargestellten Ausführungsform liegt der Katalysator (6) auf einer Auflage (14) auf, die vorliegend aus Keramik gefertigt ist. Zweckmäßig kann die Keramikauflage einen zweischichtigen Aufbau aufweisen, wobei die Auflage (14) aus Keramik eine obere Keramikauflage (15) und eine untere Keramikauflage (16) umfasst.

Anschließend werden die Reaktionsprodukte durch die Ableitung (5) aus dem Reaktorkessel geleitet. Die vorliegende Ausführungsform umfasst insbesondere Rohrbündel (20), die in Form von Wärmeaustauschern ausgestaltet sind, wobei die Rohrbündel (20) in der Nähe des Reaktorkessels mit keramischen Elementen, wie beispielsweise Einsteckhülsen (21 ) vor Hitzeeinwirkung geschützt sind.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figur 2 eine zweite Ausführungsform des Reaktors (1 ) beschrieben, die der ersten Ausführungsform im Wesentlichen ähnelt, so dass nachstehend lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird, wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile verwendet werden und die obige Beschreibung entsprechend gilt.

Wie auch die erste Ausführungsform weist auch der in Fig. 2 dargestellte Reaktor einen Reaktorkessel (2), eine Gaszuleitung (3), die in einen Gaszuleitungsbereich (4) mündet, eine Ableitung der Reaktionsprodukte (5), einen Katalysator (6), ein Mischelement (7) sowie eine gasdurchlässige Zwischenschicht (8) auf.

Im Unterschied zur obigen Ausführungsform umfasst die in Fig. 2 dargestellte Abwandlung ein Metallnetz (17), das zwischen dem Katalysator (6) und der Auflage (14) aus Keramik vorgesehen ist. Hierdurch kann die Effektivität des Reaktors überraschend gesteigert werden.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figur 3 eine dritte Ausführungsform des Reaktors (1 ) beschrieben, die der ersten Ausführungsform im Wesentlichen ähnelt, so dass nachstehend lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird,

wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile verwendet werden und die obige Beschreibung entsprechend gilt.

Wie auch die erste Ausführungsform weist auch der in Fig. 3 dargestellte Reaktor einen Reaktorkessel (2), eine Gaszuleitung (3), die in einen Gaszuleitungsbereich (4) mündet, eine Ableitung der Reaktionsprodukte (5), einen Katalysator (6), ein Mischelement (7) sowie eine gasdurchlässige Zwischenschicht (8) auf.

Im Unterschied zur Ausführungsform, die in Fig. 1 dargestellt ist, umfasst die in Fig. 3 abgebildete Abwandlung eine Auflage (14), die aus Metall hergestellt ist. Die Auflage (14) aus Metall umfasst insbesondere ein metallisches Tragnetz (18), das mit einem Traggitter (19) aus Metall unterstützt ist. Das Tragnetz (18) kann eine Maschenweite im Bereich von 1 mm bis 50 mm aufweisen.

Das Traggitter (19) steht mit den Füßen auf den keramischen Elementen (21 ), die die Rohrbündel (20) vor Hitzeeinwirkung schützen oder auf dem Boden der Rohrbündel (20), die als Wärmetauscher dienen. Der Abstand zwischen Katalysatornetz (6) und dem Boden der Rohrbündel (20) kann beispielsweise 50 mm bis 300 mm betragen.

Der Reaktor kann insbesondere zur Herstellung von Cyanwasserstoff (HCN) nach dem Andrussow- Verfahren eingesetzt werden. Diese Verfahren sind an sich bekannt und im zuvor dargelegten Stand der Technik näher erläutert.

Zur Herstellung von HCN wird vorzugsweise ein methanhaltiges Gas eingesetzt. üblich kann jedes Gas mit einem ausreichend hohen Anteil an Methan eingesetzt werden. Vorzugsweise beträgt der Anteil an Methan mindestens 80 Vol.-%, be-

sonders bevorzugt mindestens 88 Vol.-%. Neben Methan kann im Eduktgas auch Erdgas eingesetzt werden. Unter Erdgas wird hier ein Gas verstanden, welches mindestens 82 Vol-% Methan enthält.

Des Weiteren wird zur Herstellung von HCN gemäß dem Andrussow-Verfahren ein sauerstoffhaltiges Gas eingesetzt, wobei Sauerstoff oder ein Stickstoff- Sauerstoffgemisch verwendet werden kann. Hierbei liegt der Volumenanteil von Sauerstoff in Bezug auf das Gesamtvolumen an Stickstoff und Sauerstoff (O ₂ /(O ₂ + N ₂ )) im Bereich von 0,2 bis 1 ,0 (VoI /Vol.). Beispielsweise kann Luft als sauer- stoffhaltiges Gas eingesetzt.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt der Volumenanteil von Sauerstoff in Bezug auf das Gesamtvolumen an Stickstoff und Sauerstoff (O ₂ /(O ₂ + N ₂ )) im Bereich von 0,25 bis 1 ,0 (VoI ./Vol.). Dieser Anteil kann gemäß einem besonderen Aspekt vorzugsweise im Bereich von größer als 0,4 bis 1 ,0 liegen. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann der Volumenanteil von Sauerstoff in Bezug auf das Gesamtvolumen an Stickstoff und Sauerstoff (O ₂ /(O ₂ + N ₂ )) im Bereich von 0,25 bis 0,4 liegen.

Vorzugsweise kann das molare Verhältnis von Methan zu Ammoniak (CH ₄ /NH ₃ ) im Eduktgasgemisch Bereich von 0,95 bis 1 ,05 Mol/Mol, besonders bevorzugt im Bereich von 0,98 bis 1 ,02 liegen.

Vorzugsweise liegt die Reaktionstemperatur zwischen 950 ⁰ C und 1200 ⁰ C, bevorzugt zwischen 1000 °C und 1150 ⁰ C. Die Reaktionstemperatur kann über den Anteil der verschiedenen Gase am Eduktgasstrom, beispielsweise über das Verhältnis von O ₂ /NH ₃ eingestellt werden. Hierbei wird die Zusammensetzung des

Eduktgasgemisches so eingestellt, dass das Eduktgas außerhalb des Konzentrationsbereiches zündfähiger Gemische liegt. Die Temperatur des Katalysatornetzes wird mittels eines Thermoelements oder mittels eines Strahlungspyrometers gemessen. Als Messpunkt des Strahlungspyrometers dient eine freie Stelle des glühenden Katalysators. Für die Messung mit einem Thermoelement kann sich die Messstelle, in Strömungsrichtung der Gase gesehen, hinter dem Katalysatornetz im Abstand von ca. 0 - 10 cm befinden.

Vorzugsweise liegt das molare Verhältnis von Sauerstoff zu Ammoniak (O ₂ /NH ₃ ) im Bereich von 0,7 bis 1 ,25 (Mol/Mol).

Bevorzugt kann das Eduktgasgemisch auf maximal 150 ⁰ C, besonders bevorzugt maximal 120 ⁰ C vorgewärmt werden.

Die Strömungsgeschwindigkeit mit der das Eduktgas zum Katalysator geleitet wird, kann in einem weiten Bereich liegen. Gemäß einer bevorzugten Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wird das Eduktgas mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 0,5 bis 5 m/s, besonders bevorzugt 0,8 bis 2,5 m/s zum Katalysator geleitet. Die angegebene Strömungsgeschwindikeit bezieht sich auf den Querschnitt des Reaktorkessels und berücksichtigt die Betriebsbedingungen (Druck, Temperatur) des Eduktgasgemisches, das zum Katalysator geleitet wird. Da sich der Querschnitt des Reaktors verändern kann, beziehen sich diese Angaben auf den durchschnittlichen Querschnitt des Reaktors zwischen dem Mischelement und der gasdurchlässigen Zwischenschicht.

Nachfolgend soll die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen erläutert werden, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll.

Beispiele

Die Ergebnisse der nachfolgend beschriebenen Beispiele wurden in einer Versuchsapparatur, bestehend aus einer Dosiereinheit mit thermischen Massedurch- flussreglern für die eingesetzten Eduktgase (Methan, Ammoniak, Luft), einer e- lektrischen Heizung zur Vorwärmung der Eduktgase auf 100 ⁰ C sowie einem Reaktorkessel mit einem Innendurchmesser von 100 mm gefunden. Im Reaktorkessel wurden verschiedene Einbauten getestet.

Beispiel 1 :

Die Gaszuführung erfolgt von oben in den Reaktorkessel. Die Zuführöffnung hat einen Durchmesser von 25 mm. Unterhalb des Zuführbereichs ist ein Mischelement bestehend aus einer abwechselnden Anordnung von Scheiben und Ringen, die im Abstand von 10 mm parallel zueinander installiert sind. Die zentrisch fixier- ten Scheiben besitzen einen Durchmesser von 93 mm. Der freie Spalt am Randbereich beträgt somit 3,5 mm. Die Ringe füllen den gesamten Innendurchmesser aus (100 mm) und besitzen eine kreisrunde öffnung in der Mitte mit einem Durchmesser von 40 mm. In Strömungsrichtung sind die Elemente

Scheibe - Ring - Scheibe - Ring - Scheibe angeordnet.

Das Mischelement wird mit einem Randabweiser (Leitblech) in Form eines 10 mm breiten Rings abgeschlossen.

Ca. 10 mm unterhalb des Rings ist eine gasdurchlässige Schicht installiert. Dieser Einbau besteht aus zwei Lochblechen (Außendurchmesser 100 mm, Durchmesser

Löcher: 5 mm) zwischen denen ein Metall-Tressengewebe mit einer nominalen

Maschenweite von 80 μm und darüber eine ca. 6 mm dicke Lage Mineral wolle platziert ist.

Im Abstand von 30 mm unterhalb der gasdurchlässigen Schicht ist der Katalysator bestehend aus 6 Lagen eines Pt/Rh10 Katalysatornetzes (1024 Maschen/cm, 0,076 mm Drahtstärke) installiert. Die Katalysatornetze werden von einem metallischen Stützgitter mit 10 mm Maschenweite und 2 mm Drahtstärke getragen und sind im Randbereich in Nefalit-Dichtmasse (Si-Keramikfaser-Mischung) eingelassen. Das Stützgitter liegt auf einer keramischen Auflage mit Strömungskanälen mit 6 mm Durchmesser auf. Unterhalb der keramischen Auflage tritt das Reaktionsgas in einen Rohrbündelwärmeaustauscher ein, in dem das Reaktionsgas auf ca. 200 ⁰ C abgekühlt wird.

Beispiel 2: Wie Beispiel 1 jedoch liegt der Pt-Netzkatalysator ohne metallisches Stützgitter direkt auf der keramischen Auflage auf.

Beispiel 3:

Wie Beispiel 1 jedoch mit einem Mischelement, in dem in Strömungsrichtung die die Elemente

Scheibe - Ring - Scheibe angeordnet sind.

Beispiel 4:

Wie Beispiel 3 jedoch mit einem Mischelement bestehend aus 2 Lochblechen mit einem Durchmesser von 100 mm und mit Löchern von 5 mm Durchmesser. Die beiden Lochscheiben sind parallel zueinander im Abstand von 20 mm angeordnet.

Vergleichsbeispiel 1 :

Wie Beispiel 4 jedoch ohne Mischelement. Das zuströmende Gasgemisch trifft direkt auf die gasdurchlässige Schicht.

Vergleichsbeispiel 2:

Wie Vergleichsbeispiel 1 , jedoch ohne gasdurchlässige Schicht. Das zuströmende Gasgemisch trifft direkt auf die beschriebenen Katalysatornetze.

Nach dem Reaktorkessel wurde des Reaktionsgas in einem Rohrbündel auf ca. 200 ⁰ C abgekühlt und einem nachgeschalteten HCN-Wäscher zur Neutralisation der gebildeten HCN mit NaOH-Lösung zugeführt.

Das Reaktionsgas wurde online in einem GC analysiert. Zur Bilanzierung der ge- bildeten HCN-Menge wurde zusätzlich die ausgetragene NaCN-Lösung gewogen und der CN -Gehalt im Austrag des HCN-Wäschers durch argentometrische Titration bestimmt.

Alle Versuche wurden mit einem konstanten Eduktgasvolumenstrom von ca. 25 Nm ³ /h und gleichen Eduktgaszusammensetzungen durchgeführt, wobei der Luftvolumenstrom ca. 18,2 Nm ³ /h, der NH ₃ -Volumenstrom ca. 3,35 Nm ³ /h und der Methan-Volumenstrom ca. 3,27 Nm ³ /h betrug. Die Eduktgastemperatur betrug in allen Versuchen 100 ⁰ C. Tabelle 1 zeigt die erhaltenen Ergebnisse.

Tabelle 1

HCN- HCN- HCN- HCN-Konz in Ausbeute Ausbeute bez. Ausbeute bez. Reaktionsgas

Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen des Reaktors (Beispiele 1 - 4) zeigen signifikant bessere Ergebnisse bezüglich der Reaktorleistung und der Ausbeute. Die höhere HCN-Konzentration im Reaktionsgas ermöglicht zudem eine energetisch vorteilhaftere Isolierung der HCN im Aufarbeitungsprozess.