專利名稱：多管固定床反應(yīng)器.尤其用于催化氣相反應(yīng)的多管固定床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多管反應(yīng)器，以及這類反應(yīng)器用于實(shí)現(xiàn)催化氣相反應(yīng)的應(yīng)用，特別是用于實(shí)現(xiàn)放熱和吸熱催化氣相反應(yīng)，如鄰苯二甲酸酐(PA)、丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)、丙烯醛、馬來酸酐(MA)、乙二醛、碳酰氯、氫氰酸或乙烯基甲酰胺(VFA)的制備。
在化學(xué)工業(yè)中，多管反應(yīng)器通常是用來實(shí)現(xiàn)固定床催化劑上的催化氣相反應(yīng)。
多管反應(yīng)器通常包括有一個(gè)催化劑管束，它是由大量排列在一個(gè)外壁之中的平行催化劑管組成。所述催化劑管，它通常含有負(fù)載的或非負(fù)載的催化劑，它們具有固定的開口端從而在管板上形成密封，每個(gè)開口端通向一個(gè)連接到所述外壁的頂部和底部的頂蓋。除了負(fù)載催化劑之外，作為一種替代方案或附加方案，所述催化劑管可含有殼層催化劑、全催化劑或如靜止混合器那樣排列的催化劑材料的有序填充物。用催化劑材料涂敷所述催化劑管的內(nèi)表面也是可行的。流過所述催化劑管的反應(yīng)混合物，是經(jīng)由所述的頂蓋實(shí)現(xiàn)輸入和排出的。傳熱介質(zhì)循環(huán)經(jīng)過位于最上端管板和最下端管板并環(huán)繞所述催化劑管的空間，該空間可被折向板分隔開，以便引入或移走反應(yīng)熱。為此目的，多管反應(yīng)器的外壁具有用來輸入和排出傳熱介質(zhì)的元件，通常是合適的環(huán)形入口和出口通道，經(jīng)由它們傳熱介質(zhì)可通過合適的泵進(jìn)行循環(huán)。在流出所述多管反應(yīng)器之后，所述傳熱介質(zhì)在其重新進(jìn)入到所述反應(yīng)器之前，再次達(dá)到預(yù)定的溫度，例如，在一個(gè)外部熱交換器中。對(duì)于放熱反應(yīng)來說，熱冷卻也可用于反應(yīng)器的溫度控制。
用于工業(yè)生產(chǎn)過程中的多管反應(yīng)器，其直徑可達(dá)數(shù)米?；诮?jīng)濟(jì)方面的考慮，在反應(yīng)器中應(yīng)采用盡可能多的催化劑管。對(duì)于具有數(shù)米直徑的反應(yīng)器來說，催化劑管的數(shù)目，通常范圍在10000-50000之間，優(yōu)選范圍在10000-30000之間。迄今為止，人們認(rèn)為，對(duì)于多管反應(yīng)器，盡可能緊密地堆集管是非常重要的，以在獲得最大數(shù)目催化劑管的情況下獲得盡可能小的反應(yīng)器直徑。通常地，所述管是以三角形設(shè)計(jì)進(jìn)行排列的，在大多數(shù)情形中，是以等邊三角形進(jìn)行排列的。用于表示催化劑管的緊密排列的量度，是所述管間距t與管的外徑da之間的比值。這里，所述管間距是表示相互最鄰近催化劑管的中心軸間的距離。已知工業(yè)反應(yīng)器，例如，DE4431957A1實(shí)施例中所述的反應(yīng)器，其管間距與外管直徑的比值為1.28或更低。
特別地，對(duì)于強(qiáng)烈的放熱氧化反應(yīng)，例如，如鄰苯二甲酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯醛、馬來酸酐或乙二醛的制備，反應(yīng)溫度的精確控制，是一個(gè)非常重要的角色。在這些反應(yīng)中，氣體混合物流經(jīng)催化劑管，其中含有具有催化活性的多金屬氧化物的固定床。例如，多管反應(yīng)器用來制備鄰苯二甲酸酐(它是一種用于制備合成樹脂、苯二甲酸酯增塑劑、酞菁染料和其它精細(xì)化工產(chǎn)品的非常重要的原料)。鄰苯二甲酸酐的世界范圍的生產(chǎn)量，每年超過4000000公噸。大多數(shù)的鄰苯二甲酸酐現(xiàn)在是采用空氣作為氧化劑通過鄰二甲苯的氣相氧化反應(yīng)而制備的。為此目的，鄰二甲苯經(jīng)蒸發(fā)后，與過量的空氣混合，并于340-440℃流過存在于催化劑管中的催化劑。所述催化劑，例如，可包括V2O5和TiO2及助催化劑負(fù)載在陶瓷體如瓷料或SiC球或環(huán)上的混合物。這些陶瓷體的典型尺寸分別約為6mm×6mm或8mm×6mm。在這種方法中，所述鄰二甲苯氧化為鄰苯二甲酸酐的選擇性為78-80％。反應(yīng)熱焓為-1110kJ/mol，因而該氧化反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)。
合適的傳熱介質(zhì)是，特別地，流體傳熱介質(zhì)，它們?cè)趦?yōu)選的反應(yīng)范圍250-500℃，優(yōu)選在250-380℃范圍呈液態(tài)。例如，采用鹽的熔料是特別合適的，如硝酸鉀、亞硝酸鈉和硝酸鈉的混合物的熔料，這種熔料在PA合成反應(yīng)中是特別優(yōu)選的。
反應(yīng)條件，特別是反應(yīng)溫度控制，需要特別注意多種因素反應(yīng)器中大量的管，要求氣體混合物能同時(shí)并穩(wěn)定地流進(jìn)入整個(gè)截面的所有管之中，這樣，所述反應(yīng)就能在所有管中以同樣的速率進(jìn)行，而不會(huì)在一些優(yōu)選管中進(jìn)行得特別地快。但是，對(duì)于背離預(yù)定溫度范圍的情形，反應(yīng)釋放出來的高熱焓會(huì)導(dǎo)致催化劑在單個(gè)管中燒結(jié)或熔化或變得不具有活性。這對(duì)于工廠來說，意味著相當(dāng)?shù)奈ｋU(xiǎn)。物料通過量的不均勻，也會(huì)導(dǎo)致管中不同的反應(yīng)條件，這會(huì)使得副產(chǎn)物的形成數(shù)量增加，它將會(huì)降低收率，并必須要在后來的純化步驟中將它們從最終的鄰苯二甲酸酐中分離出來，且必須要進(jìn)行處理。在氣相氧化反應(yīng)中，反應(yīng)溫度在流動(dòng)方向上沿催化劑管逐漸達(dá)到一個(gè)最大值，這個(gè)最大值稱作為熱點(diǎn)。該熱點(diǎn)在理論上是所希望的，但是如果熱點(diǎn)溫度過高的話，它會(huì)引起很多問題，這是由于導(dǎo)致催化劑壽命縮短和反應(yīng)選擇性的降低。
在理論上，因此，有效的反應(yīng)溫度控制的目的是降低反應(yīng)器截面的溫度不均勻性，并防止發(fā)生不希望的高熱點(diǎn)。
對(duì)于先有技術(shù)的已知反應(yīng)器，它們管間距與外直徑的比值通常非常小，有效的反應(yīng)器溫度控制是很有限的。特別是對(duì)于圓柱反應(yīng)器幾何設(shè)計(jì)情形，傳熱介質(zhì)的橫向物流是從催化劑管束的外部區(qū)域流到不含有催化劑管的反應(yīng)器內(nèi)部空間的，或者是反向進(jìn)行的。這導(dǎo)致高的壓力損失并因此導(dǎo)致有限的傳熱介質(zhì)流。在過去，人們因此必須采用高性能且非常昂貴的泵設(shè)備以輸送所述的傳熱介質(zhì)。
本發(fā)明的一個(gè)目的，是提供一種反應(yīng)器，它可使得在徑向反應(yīng)截面具有更均勻的溫度分布，并能夠大大地減少高傳熱介質(zhì)熱點(diǎn)。
我們發(fā)現(xiàn)，這一目的可通過具有權(quán)利要求1所述特征的多管反應(yīng)器得以實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，它提出，對(duì)于相對(duì)大的反應(yīng)器來說，其中由于大量的催化劑管會(huì)產(chǎn)生大量的反應(yīng)熱并且需要移走，管間距t與外管直徑da的比值，可根據(jù)所述反應(yīng)器直徑或管束外直徑dRBa確定。具體地，本發(fā)明提議，提供管間距t與外管直徑da的比值至少為1.3。優(yōu)選地，所述催化劑管是這樣進(jìn)行排列的，它可使得三個(gè)鄰近管形成一個(gè)三角形，優(yōu)選是等邊三角形。對(duì)于這種情形，管間距t等于所述三角形的各邊的長度。
本發(fā)明因此提供了一種多管反應(yīng)器，它具有一種催化劑管束，所述管束由大量排列在一個(gè)外壁之中的平行催化劑管組成，并具有用來輸入和輸出環(huán)繞所述催化劑管流動(dòng)的傳熱介質(zhì)的元件，其中管間距t與催化劑管的外直徑da的比值t/da至少為1.3。
本發(fā)明的多管反應(yīng)器具有很多優(yōu)點(diǎn)。
提高管間距與外管直徑的比值，可使得在給定的泵功率下具有較高的傳熱介質(zhì)流量，從而可使得在截面上具有更均勻的溫度，并能減少傳熱介質(zhì)中熱點(diǎn)數(shù)量。
令人驚奇地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，提高傳熱介質(zhì)的入口溫度但沒有超出傳熱介質(zhì)的最大允許出口溫度是可行的。它可提高反應(yīng)的選擇性，從而可提高收率。反應(yīng)器生產(chǎn)能力可提高2％。
減少傳熱介質(zhì)熱點(diǎn)，使得操作具有更大的安全性，這是因?yàn)榉磻?yīng)混合物燃燒的危險(xiǎn)可能得到大幅地降低。
尤其是對(duì)于在PA合成中采用所述新穎多管反應(yīng)器，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)間距比值大于1.3可允許流入氣體混合物加載更多的鄰二甲苯。
所述管間距雖然僅略微大于先有技術(shù)中的管間距，而且僅使反應(yīng)器直徑有略微的增加。但是，使人感興趣的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種尺寸的略微提高，對(duì)于給定的泵功率，可獲得將近兩倍的傳熱介質(zhì)流量。
根據(jù)本發(fā)明，還提議管間距與催化劑管外徑的比值t/da，可通過提高催化劑管束的外徑dRBa而提高。這使得對(duì)于輸入和移走的反應(yīng)熱量通過提高的外管束直徑和因此大大提高的管的數(shù)目而變得非常高的考慮變得可行。
按照本發(fā)明所提出的大于1.3的間距比值，特別有利于使用在大型的反應(yīng)器之中。在第一優(yōu)選實(shí)施方案中，催化劑管束具有大體呈圓形的截面，其外徑dRBa大于4m。這類催化劑管束通常具有一個(gè)無管中心區(qū)域，徑向地流過所述催化劑管的傳熱介質(zhì)可沿軸向方向流過該區(qū)域。
在此實(shí)施方案中，管間距與催化劑管外徑的比值t/da，特別優(yōu)選地，對(duì)于催化劑管束直徑為4m-12m來說，范圍在1.3-1.6之間，最優(yōu)選地，對(duì)于催化劑管束直徑為4m-10m來說，范圍在1.3-1.5之間。
具有這類直徑的多管反應(yīng)器通常具有10000-50000，優(yōu)選具有10000-30000個(gè)催化劑管。
盡管如此，但是，本發(fā)明并不局限于具有圓柱形催化劑管束的反應(yīng)器。例如，如果采用具有矩形截面或圓形截面且末端不含催化劑管的催化劑管束，則管間距與外管直徑的比值，優(yōu)選是取決于所述傳熱介質(zhì)橫向流過的所述管束的深度dRBt。按照本發(fā)明，在間距比值為1.3時(shí)，所述催化劑管束優(yōu)選具有基本呈矩形的截面，且其管束深度(在與傳熱介質(zhì)流動(dòng)方向平行的方向進(jìn)行測(cè)量)至少為1.3m。
所述催化劑管束的深度dRBt有利地是在1.3m-3m之間，對(duì)于這種情形，管間距t與催化劑管的外徑da的比值t/da的范圍是大于1.3-1.6之間。
所述催化劑管通常是由鐵素體鋼制成的，并具有典型的壁厚度1-3mm。它們的內(nèi)徑通常為20-70mm，優(yōu)選為20-35mm。所述催化劑管的典型長度也即反應(yīng)器圓柱區(qū)域的長度范圍為1.5-7m。
對(duì)于具有大體呈矩形截面的催化劑管束來說，截面深度dRBt與管束的截面長度的比值優(yōu)選是在1∶1-1∶10之間，特別優(yōu)選是在1∶1.5-1∶4之間。
本發(fā)明的反應(yīng)器可使得傳熱介質(zhì)如鹽熔料的流量達(dá)到每小時(shí)為10000-20000m3。
在催化劑管中與反應(yīng)有關(guān)的熱點(diǎn)的減少，可提高催化劑的壽命，還可改善反應(yīng)的選擇性。催化劑壽命的延長尤其體現(xiàn)了本發(fā)明反應(yīng)器的重要優(yōu)點(diǎn)，這是因?yàn)樵诮?jīng)過一定操作時(shí)間之后所需要的催化劑材料的替換，意味著很高的費(fèi)用和反應(yīng)器較長的停機(jī)時(shí)間。
經(jīng)常地，反應(yīng)器催化劑管中的反應(yīng)是通過催化劑的填充進(jìn)行控制的。舉例來說，采用具有兩種不同催化劑的、可沿著催化劑管提供不同的反應(yīng)條件的結(jié)構(gòu)床，是可行的。根據(jù)本發(fā)明的多管反應(yīng)器的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，所述反應(yīng)器的內(nèi)部，在管的縱向方向上，可被分成至少兩個(gè)區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域中分別提供有不同溫度的傳熱介質(zhì)物流。一方面，這種方法為通過恒定兩種催化劑在不同的溫度以控制反應(yīng)提供了進(jìn)一步的可能性。另一方面，在某些過程中，它允許僅采用單一型催化劑以填充催化劑管，同時(shí)可僅通過采用兩個(gè)或多個(gè)，優(yōu)選可多達(dá)5個(gè)不同溫度的區(qū)域來控制反應(yīng)。優(yōu)選地，鄰近區(qū)域之間的溫差可高達(dá)60℃，優(yōu)選可達(dá)40℃。不同區(qū)域是優(yōu)選采用管板相互分隔開的，所述管板基本水平排列在反應(yīng)器內(nèi)部，它提供有催化劑管的通道。
本發(fā)明還提供了本發(fā)明的多管反應(yīng)器用于實(shí)施催化氣相反應(yīng)的應(yīng)用。
本發(fā)明尤其提供了本發(fā)明的多管反應(yīng)器用于實(shí)施氧化反應(yīng)的應(yīng)用，特別是用于實(shí)現(xiàn)制備鄰苯二甲酸酐、馬來酸酐、丙烯酸、丙烯醛、甲基丙烯酸、乙二醛、碳酰氯、氫氰酸或乙烯基甲酰胺。采用含有固定床催化劑的多管反應(yīng)器的這些反應(yīng)是已知的(例如，可參見Ullmann’sEncyclopedia of Industrial Chemistry，5th版，B4卷，表7，第103頁)。
在下文中，本發(fā)明通過如附圖所示的優(yōu)選例證性實(shí)施例，將得到更為詳細(xì)的說明。下述鄰苯二甲酸酐的制備，是僅僅用來作為本發(fā)明反應(yīng)器在氧化氣相反應(yīng)中的應(yīng)用實(shí)例，不能理解為對(duì)本申請(qǐng)發(fā)明的任何限制。
在附圖中

圖1所示為結(jié)合在用于制備鄰苯二甲酸酐裝置中的本發(fā)明反應(yīng)器的示意圖；圖2所示為本發(fā)明反應(yīng)器第一實(shí)施方案的縱向截面的示意圖；圖3所示為沿線III-III的圖2反應(yīng)器的橫截面的示意圖；圖4所示為圖3反應(yīng)器的截面的放大示意圖；圖5所示為本發(fā)明反應(yīng)器第二實(shí)施方案的縱向截面的示意圖；圖6所示為沿線VI-VI的圖5反應(yīng)器的橫截面的示意圖；圖7所示為本發(fā)明反應(yīng)器第三實(shí)施方案的橫截面的示意圖；圖8所示為本發(fā)明反應(yīng)器第四實(shí)施方案的縱向截面的示意圖。
在圖1中，可以看出用于制備鄰苯二甲酸酐裝置的簡(jiǎn)圖。該過程的詳細(xì)說明，例如，可在Ullmann’s Encyclopedia of IndustrialChemistry，5th版，20A卷，p.181 ff.找到。
鄰二甲苯或萘在蒸發(fā)器10中進(jìn)行蒸發(fā)，并與由鼓風(fēng)機(jī)11提供的，在加熱器12中加熱到約120-300℃的過量空氣進(jìn)行混合。所述的鄰二甲苯/空氣混合物，輸入到反應(yīng)器13中，其中，在其上部頂蓋14的區(qū)域中，它均勻地分布在整個(gè)反應(yīng)器橫截面上。所述上部頂蓋14通過上部板16與圓柱反應(yīng)器壁15相結(jié)合。管束18的催化劑管17通向所述板16。催化劑管17的頂端密封焊接在所述板16上。催化劑材料(圖中未畫出)是填充在所述催化劑管17之中。催化劑管17的下端是密封焊接在底板19上，并通向反應(yīng)器13的底蓋20。所述鄰二甲苯/空氣混合物流過催化劑管，并基本上氧化為鄰苯二甲酸酐。熱的反應(yīng)氣體經(jīng)由管線21流到凝華器或分離器22，在其中產(chǎn)物以非常細(xì)的晶體形式進(jìn)行沉積。鄰苯二甲酸酐熔化流出分離器22(含有固定床催化劑的多管反應(yīng)器是已知的)，在隨后的蒸餾裝置23可由熔出的粗鄰苯二甲酸酐得到純的鄰苯二甲酸酐(具體說明可見Ullmann’s Encyclopediaof Industrial Chemistry，5th版，20A卷，pages 181，et seq.)。
所述催化劑管束18的溫度是通過采用傳熱介質(zhì)回路進(jìn)行控制的，其整體可由標(biāo)記數(shù)字24來表示。為此目的，硝酸鈉、亞硝酸鈉和亞硝酸鉀的鹽熔料，經(jīng)由所述壁上的開孔25流入到反應(yīng)器的圓柱截面中，在那里，縱向地、橫向地，以并流或逆流方式流過所述管束18的催化劑管17，以移走在鄰二甲苯氧化反應(yīng)中所產(chǎn)生的反應(yīng)熱量。
所述傳熱介質(zhì)經(jīng)由所述壁上的開孔26流出反應(yīng)器，并流到外部熱交換器27中，它通過采用經(jīng)由線路28、29的蒸氣發(fā)生器(圖中未畫出)升高到想要的反應(yīng)溫度，通常范圍在340-440℃之間。確切的反應(yīng)溫度的選擇，主要取決于所采用的催化劑材料，并應(yīng)該盡可能地保持穩(wěn)定。
圖2所示為本發(fā)明多管反應(yīng)器的第一實(shí)施方案的更為詳細(xì)的示意圖。圖3所示為沿線III-III的圖2反應(yīng)器的截面。具有與圖1相關(guān)的所述元件性能可比的元件，采用同一標(biāo)記數(shù)字進(jìn)行表示。
所述圓柱反應(yīng)器13具有一個(gè)垂直的催化劑管束18，它具有圓形截面和一個(gè)外徑dRBa(參見圖3)。所述催化劑管17是均勻分布在環(huán)面之上的。所述管束18的中心區(qū)域18a不合有催化劑管。
所述傳熱介質(zhì)經(jīng)由環(huán)線30、31，通過采用一個(gè)或多個(gè)泵31，經(jīng)過所述壁上的開孔25、26輸入或排放出環(huán)繞所述催化劑管的空間。蜿蜒的傳熱介質(zhì)流，是通過采用設(shè)置在反應(yīng)器的折向板33而獲得的，但是，在催化劑管17的區(qū)域中主要為徑向流。
在圖3和圖4的橫截面示意圖中，給出了管間距t，催化劑管17的外徑da和催化劑管束18的外徑dRBa。要指出的是，圖3中的簡(jiǎn)圖(圖6和圖7中也是一樣)并不按比例給出的。實(shí)際上，與外管束直徑相比，催化劑管17的直徑要小得多。
為了確保本發(fā)明多管反應(yīng)的主要參數(shù)能夠被看得更為真切，圖3所示的管束18的截面，在圖4中進(jìn)行放大以便說明。特別地，在圖4中，它給出了三個(gè)鄰近催化劑管形成一個(gè)等邊三角形的角。
在圖5和圖6還有圖7方案中所示的本發(fā)明反應(yīng)器的實(shí)施方案，每個(gè)都具有一個(gè)大體呈矩形橫截面的催化劑管束18。這種幾何結(jié)構(gòu)，由于具有較低的流動(dòng)阻力，就傳熱介質(zhì)的輸送來說是有利的，特別是對(duì)于橫向流動(dòng)冷卻的情形。
這些優(yōu)點(diǎn)可通過本發(fā)明所提出的間距比值進(jìn)一步得到加強(qiáng)。
不含有催化劑管用來分布或收集所述傳熱介質(zhì)的空間34，是在靠近相對(duì)的寬廣反應(yīng)器側(cè)表面形成的。在圖6的方案中，反應(yīng)器壁15其自身具有矩形橫截面，而圖7的方案采用一種圓柱反應(yīng)器。對(duì)于后者，由于34部分中不含有催化劑管，所以，所述催化劑管束18大體上呈矩形橫截面。根據(jù)本發(fā)明，大體上呈矩形催化劑管束情形的間距比值，取決于橫向流動(dòng)的管束18深度dRBt。
最后，圖8所示為本發(fā)明多管反應(yīng)器第四實(shí)施方案的縱向截面示意圖。在此實(shí)施方案中，反應(yīng)器35為一個(gè)兩區(qū)域反應(yīng)器，在所述催化劑管17的縱向方向上，它被分成保持在不同溫度的兩個(gè)區(qū)域36和37。區(qū)域36和37是由分開的熱交換回路所供給的。在所示的實(shí)施例中，第一鹽溶液經(jīng)由管件38、39輸入到第一區(qū)域36中，并經(jīng)由管件40、41流出。相應(yīng)地，第二鹽溶液經(jīng)由管件42、43輸入到第二區(qū)域，并經(jīng)由管件44、45流出。兩個(gè)區(qū)域36、37是采用一個(gè)厚度為50mm的管板46相互分隔開的。所述管板包含有開孔，所述催化劑管17插入通過這些開孔。在插入之后，所述管經(jīng)液壓增寬到一定程度，從而使所述管17能夠良好有效地密封固定在管板46之中。在每個(gè)區(qū)域中，提供有折流板47，用來引導(dǎo)所述鹽熔料徑向地自外部區(qū)域流到其中不合有催化劑管的反應(yīng)器中心，所述熔料在該處被引導(dǎo)向上再次徑向向外流動(dòng)。在圖8中，大箭頭48表示反應(yīng)氣體的流動(dòng)方向，而較小箭頭49、50則表示所述鹽熔料的流向。
實(shí)施例用于下述實(shí)施例中的催化劑，是按照下述方法制備的催化劑I50kg滑石(硅酸鎂)環(huán)，其外徑為8mm，長度為6mm，壁厚度為1.5mm，在涂布盤中加熱到160℃，用28.6kg其BET表面積為20m2/g的銳鈦礦、2.19kg草酸氧釩、0.176kg硫酸銫、44.1kg水和9.14kg甲酰胺的懸浮液，對(duì)其進(jìn)行噴霧涂敷，直到涂敷涂層重量占催化劑總重量的10.5％(在450℃煅燒之后)。
經(jīng)此涂敷得到的催化劑涂層，即催化劑殼層，含有4.0％重量的釩(以V2O5計(jì))、0.4％重量的銫(以Cs計(jì))和95.6％重量的二氧化鈦。催化劑II50kg滑石(硅酸鎂)環(huán)，其外徑為8mm，長度為6mm，壁厚度為1.5mm，在涂布盤中加熱到160℃，用28.6kg其BET表面積為20m2/g的銳鈦礦、4.11kg草酸氧釩、1.03kg三氧化銻、0.179kg磷酸二氫銨、0.045kg硫酸銫、44.1kg水和9.14kg甲酰胺的懸浮液，對(duì)其進(jìn)行噴霧涂敷，直到涂敷涂層重量占催化劑總重量的10.5％(在450℃煅燒之后)。
經(jīng)此涂敷得到的催化劑涂層，即催化劑殼層，含有0.15％重量的磷(以P計(jì))、7.5％重量的釩(以V2O5計(jì))、3.2％重量的銻(以Sb2O3計(jì))、0.1％重量的銫(以Cs計(jì))和89.05％重量的二氧化鈦。實(shí)施例1采用本發(fā)明的反應(yīng)器制備PA具有外徑dRBa＝5.435m的管束，設(shè)置在本發(fā)明的反應(yīng)器之中。所述管束由約14000個(gè)不銹鋼制成的催化劑管所組成，每個(gè)管的長度為3.5m，外徑da＝29mm。管間距t為40mm；t/da的比值因此為1.3793。
4標(biāo)準(zhǔn)m3/h的空氣，它含有純度為98.5％重量的90g/標(biāo)準(zhǔn)m3的鄰二甲苯的負(fù)荷，從頂部向下流經(jīng)所述的催化劑管。所述催化劑管是以這樣的方式進(jìn)行填充的，從而獲得兩個(gè)具有不同活性的催化劑區(qū)域。首先，催化劑II在每個(gè)管中填充到1.3m的床高度(自所述管的底部算起)。接著，床高度為1.7m的催化劑I填充到每個(gè)管中的催化劑II層之上。
采用的傳熱介質(zhì)為一種KNO3、NaNO2和NaNO3的鹽熔料，它在348.9℃以11000m3/h的速率流過所述的反應(yīng)器。所述熔料的出口溫度為351.1℃。所述鹽熔料的熱點(diǎn)溫度高出所述鹽流入溫度3.98℃。
有多個(gè)溫度傳感器在不同的橫截面水平上徑向地排列在熔料中。在反應(yīng)橫截面上測(cè)得的溫差最高約2.2℃。
PA的收率為78.9mol％。實(shí)施例2(對(duì)比例)采用先有技術(shù)的反應(yīng)器制備PA具有外徑dRBa＝5.021m的管束，設(shè)置在先有技術(shù)的反應(yīng)器之中。所述管束由約14000個(gè)不銹鋼制成的催化劑管所組成，每個(gè)管的長度為3.5m，外徑da＝30mm。管間距t為38mm；t/da的比值因此為1.267。而且，催化劑管的填充-如實(shí)施例1中所述-提供有兩個(gè)具有不同催化劑活性的區(qū)域。
4標(biāo)準(zhǔn)m3/h的空氣，它含有純度為98.5％重量的90g/標(biāo)準(zhǔn)m3的鄰二甲苯的負(fù)荷，從頂部向下流經(jīng)所述的催化劑管。采用的傳熱介質(zhì)為按照本發(fā)明實(shí)施例中所采用的KNO3、NaNO2和NaNO3的鹽熔料。
所述熔料的流入溫度為345.9℃；以6200m3/h的熔料速率流過所述的反應(yīng)器。所述熔料的出口溫度為349.7℃。所述鹽熔料的熱點(diǎn)溫度高出所述鹽流入溫度7.2℃。
在反應(yīng)橫截面上測(cè)得的溫差最高約4.2℃。
PA的收率為77.8mol％。
權(quán)利要求
1一種多管反應(yīng)器(13)，它具有一種催化劑管束(18)，所述管束(18)由大量排列在一個(gè)外壁(15)之中的平行催化劑管(17)組成，并具有用來輸入和輸出環(huán)繞所述催化劑管(17)流動(dòng)的傳熱介質(zhì)的元件，其中管間距t與催化劑管的外徑da的比值t/da至少為1.3。
2權(quán)利要求1所述的多管反應(yīng)器，其中管間距t與催化劑管(17)的外徑da的比值t/da隨著催化劑管束(18)的橫向尺寸增加而提高。
3權(quán)利要求1或2所述的多管反應(yīng)器，其中所述催化劑管束(18)基本上呈圓形橫截面，其外徑dRBa大于4m。
4權(quán)利要求3所述的多管反應(yīng)器，其中催化劑管束(18)的外徑dRBa是在4m-12m之間，管間距t與催化劑管(17)的外徑da的比值t/da范圍在1.3-1.6之間。
5權(quán)利要求4所述的多管反應(yīng)器，其中催化劑管束(18)的外徑dRBa是在4m-10m之間，管間距t與催化劑管(17)的外徑da的比值t/da范圍在1.3-1.5之間。
6權(quán)利要求1或2所述的多管反應(yīng)器，其中所述催化劑管束(18)基本上呈矩形橫截面，其管束的深度dRBt沿與傳熱介質(zhì)流動(dòng)方向平行的方向進(jìn)行測(cè)量得到的數(shù)值至少為1.3m。
7權(quán)利要求6所述的多管反應(yīng)器，其中所述催化劑管束(18)的深度dRBt是在1.3 m-4 m之間，且管間距t與催化劑管(17)的外徑da的比值t/da的范圍是在1.3-1.6之間。
8權(quán)利要求1-7之任一項(xiàng)所述的多管反應(yīng)器，其中所述催化劑管束(18)具有10000-50000個(gè)催化劑管(17)。
9權(quán)利要求1-8之任一項(xiàng)所述的多管反應(yīng)器，其中所述的反應(yīng)器沿著催化劑管(17)的縱向方向，被分成至少兩個(gè)區(qū)域(36，37)，在每個(gè)區(qū)域中提供有不同溫度的傳熱介質(zhì)物流。
10權(quán)利要求1-9之任一項(xiàng)所述的多管反應(yīng)器在用于實(shí)施催化氣相反應(yīng)中的應(yīng)用。
11權(quán)利要求1-9之任一項(xiàng)所述的多管反應(yīng)器在用于實(shí)施氧化反應(yīng)中的應(yīng)用，尤其是用于制備鄰苯二甲酸酐、馬來酸酐、丙烯酸、丙烯醛、甲基丙烯酸、乙二醛、碳酰氯、氰氫酸或乙烯基甲酰胺反應(yīng)中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多管反應(yīng)器,以及這類反應(yīng)器用于實(shí)現(xiàn)催化氣相反應(yīng)的應(yīng)用,特別是用于實(shí)現(xiàn)放熱和吸熱催化氣相反應(yīng),如鄰苯二甲酸酐(PA)、丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)、丙烯醛、馬來酸酐(MA)、乙二醛、碳酰氯、氫氰酸或乙烯基甲酰胺(VFA)的制備。在一個(gè)相對(duì)大的反應(yīng)器中,其中由于許多的催化劑管(17)產(chǎn)生大量反應(yīng)熱并必須要將其移走,本發(fā)明提出管間距t與外管直徑d
文檔編號(hào)C07C45/38GK1343137SQ00805037
公開日2002年4月3日 申請(qǐng)日期2000年3月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月16日
發(fā)明者G·奧伯特, F·科爾, P·路特, L·萬巴赫, U·哈蒙 申請(qǐng)人:巴斯福股份公司