进行放热化学平衡反应的流化床方法和反应器技术

本发明专利技术涉及一种在流化床反应器中进行放热化学平衡反应的方法，其中沿着流化床反应器的流化床中的流动方向存在温度分布，并且最低温度与最高温度之间的温差至少为１０Ｋ。本发明专利技术还涉及一种用于在流化床（５）中进行化学反应的流化床反应器，其中至少一个热交换器（１２、２８）安置在流化床（５）中，以控制流化床（５）中的温度分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在流化床反应器中进行放热化学平衡反应的方法。本专利技术还涉及进行该方法的流化床反应器。放热化学平衡反应的一个实例是Deacon于1868年开发的用氧气催化氧化氯化氢生成氯气的方法。将氯化氢转化为氯气使得能够将氯气生产与由氯碱电解生成氢氧化钠相脱耦。这种脱耦具有吸引力，因为全球对氯气的需求正变得比对氢氧化钠的需求更旺盛。此外，氯化氢作为共产物，例如在光气化反应中，例如在异氰酸酯的制备中可大量获得。在异氰酸酯的制备中形成的氯化氢主要用在将乙烯氧氯化成1，2-二氯乙烷中，而1，2-二氯乙烷被进一步加工成氯乙烯，最后加工成PVC。因此，Deacon法也使得异氰酸酯的生产和氯乙烯的生产可以脱耦。在Deacon反应中，随着温度升高，平衡位置就目标终端产物而言变得不利。因此，有利地是使用活性非常高，并使得反应可以在较低温度下进行的催化剂。适用于Deacon反应进行的催化剂例如是载体材料上的钌化合物，如GB1,046,313、DE-A-197 48 299或DE-A-197 34 412中描述的。其它合适催化剂是基于氧化铬的催化剂，如例如从US 4,828,815中已知的。在使用负载的铜化合物作为催化剂下，使用流化床反应器进行Deacon反应描述在J.T.Quant等的The Chlorine Process，The Chemical Engineer，1963年7/8月，CE 224-CE 232页中。S.Furusaki，Catalytic Oxidation of Hydrogen Chloride in a Fluid BedReactor，AlChE Journal，Vol.19，No.5，1973，第1009-1016页也描述了使用流化床反应器进行Deacon反应。在此使用的催化剂是CuCl2、KCl和SnCl2的混合物。采用流化床工艺通常为了达到几乎等温分布，特别是为了避免如固定床工艺中常常出现的热点，即局部过热区(参见例如Daizo Kunii和Octave Levenspiel，Fluidization Engineering，第2版，1991，第313页)。这特别适用于放热反应，例如氯化氢非均相催化气相氧化成氯气。但是，已发现等温下进行这种反应并不总是有利的。因此，例如当反应最初在较高温度下进行时，可以提高Deacon法中氯气的产率；转化率一接近平衡转化率，就降低温度。本专利技术的目的是提供一种在流化床反应器中进行放热化学平衡反应的改进方法。特别地，本专利技术的目的是提供一种时空产率改进，即在与现有方法下相同的反应器容积和相同的反应时间中产率更高的方法。本专利技术的目的还在于提供其中进行该方法的流化床反应器。通过在流化床反应器中进行放热化学平衡反应的方法，其中在流化床反应器的流化床中沿着流动方向存在温度分布，并且最低温度与最高温度之间的温差至少为10K，从而本目的得以实现。在本文中，流动方向是气体在流化床内从位于流化床下方的气体分布器流向流化床表面的方向。该气体分布器可以例如是带孔板或其上分布有气体分布器喷嘴的板。流化床反应器一般呈圆柱状，或是大致旋转对称的几何体，并且通过它们的流动一般平行于旋转轴。在这层意义上，以上定义的流动方向也可以称为轴向流动，不同于在流化床内局部进行的但沿着流化床总高度而彼此大部分抵消的径向流动。本专利技术方法中流化床内的温度分布优选要使得温度从绝对温度最大值(即流化床中的最高温度)沿着流动方向向流化床表面下降。为此，该表面是流化床中气体通过它流出流化床的区域。对应于本专利技术方法的这种温度分布的优点在于时空产率提高。较低的起始温度是实现非常高的热力学平衡转化率所必须的，而流化床内较高的温度在动力学上有利。温度向流化床表面下降的另一优点是可以更好地在长期稳定性下操作含有在升高温度下易挥发的活性组分的催化剂体系。这种催化剂例如是负载的钌化合物。温度向流化床表面下降的结果是易挥发的催化剂化合物可以被流化床上部区域中较冷的催化剂粒子再次捕获，并可以与它们一起连续向下输送回流化床的下部区域。流化床内温度最大值与在本专利技术方法中主要位于温度最大值上方位置处，即流化床表面附近的最低温度之间的差不超过150℃，优选不超过100℃，特别优选不超过50℃。在特别优选的方法变化方案中，温度沿着流动方向从绝对温度最大值向气体分布器，也向流化床表面下降。在非常特别优选的方法变化方案中，绝对温度最大值处与气体分布器的距离小于绝对温度最大值处与流化床表面的距离反应气体在经气体分布器引入流化床时的温度优选低于流化床内的最低温度。在放热反应情况下，这导致流化床中的温度最初沿流动方向上升，直至达到绝对温度最大值。在本专利技术方法中，这可以降低热交换器的容量，因而降低了资本成本，因为首先，更少量的热必须传给原料气体；其次，安装在流化床中的热交换器要从流化床中移走的热量减少，因为较冷的原料气体可以吸取流化床中放热反应直接释放的大部分热。流化床中的温度分布优选由热床内至少一个热交换器的传热来控制。当仅使用一个热交换器时，优选将它仅放置在流化床的部分中。因此，在优选的实施方案中，在流化床的下部不存在热交换器，以不移出这里的反应热。这导致由于放热反应引起温升后而达到较高温度。接着将用来移出反应热的热交换器安置在流化床的上部。这使得能够在流化床上部设定较低温度。在一种实施方案中，流化床分成两个温度区。在流化床中安置多个热交换器或在流化床中间安置热交换器使得能够设置两个以上的温度区。在特别优选的流化床反应器实施方案中，气体分布器分布板与气体分布器上方最近的热交换器之间的距离为至少25cm，特别是至少50cm。气体分布器与热交换器之间的最佳距离取决于气体通过量、原料气体的温度、气泡形成特性和作为所用催化剂的函数的反应动力学。典型地，至少25cm的距离是在气体分布器分布板与热交换器之间达到适度上升温度所必须的。但是，相反也要避免过度的温升，以及与之相关的绝对温度最大值与温度最大值上方处的最低温度之间过大的温差。一般而言，气体分布器分布板与热交换器之间的距离因此应该不超过10m，优选不超过6m，特别是不超过3m。在本专利技术非常特别优选的实施方案中，该距离不超过2m。流化床反应器优选设计成表观气体速度为1-5m/s的湍动流化床，表观气体速度为0.5-2m/s的高膨胀流化床或表观气体速度为0.01-1m/s的鼓泡流化床。流化床反应器特别优选设计成表观气体速度为0.05-0.50m/s的鼓泡流化床，因为可以在此表观气体速度下实现特别有利的传热和特别有利的传质。表观气体速度是操作条件下气体体积流量除以反应器的空隙截面积。使用两个热交换器也是可以的。在这种情况下，一个热交换器安置在流化床的下部，一个热交换器安置在流化床的上部。这些热交换器吸取或释放着不同量的热。在另一实施方案中，每种情况下在两个温度区之间安置一个或多个隔离板也可以实现温度分布。为此，温度区是流化床中温度大致恒定的区域。合适的隔离板例如是带孔板或筛板。隔离板位置处，流化床的混合减少，以使在隔离板处上升的气泡夹带更少的流化颗粒物质，同时更少的流化颗粒物质与通过隔离板的气泡逆向流动进入该隔离板上方的流化床区域。这减少了对流传热，以使在隔离板区域形成明显的温度边界。使用具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在流化床反应器中进行放热化学平衡反应的方法，其中沿着所述流化床反应器的流化床中的流动方向存在温度分布，并且最低温度与最高温度之间的温差至少为１０Ｋ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M佐恩，E施特勒费尔，O舒贝特，T格拉斯勒，M菲纳，M赛辛，L塞德曼，C瓦尔斯多夫，
申请(专利权)人：巴斯福股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]