制备环氧乙烷的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过乙烯与分子氧的催化氧化反应制备环氧乙烷的方法。该方法包括使含有乙烯和分子氧的反应气体混合物流与以固定床形式安装在管式反应器中结合成束的反应管中、以颗粒形式存在的银基催化剂接触。该方法的特征在于，流过反应管的反应气体混合物流与按照在所述物流流动方向上增加的比例用惰性固体稀释的催化剂颗粒接触。优选地，用惰性固体颗粒对催化剂的稀释颗粒是在反应气体混合物流的流动方向上，对放置在反应管一个区域中的部分催化剂进行的，该区域的位置朝向所述管子的出口处，更优选地，延伸到所述管子的出口处。考虑到特别是在从气流的易燃区到反应管出口处偏离反应温度引起的爆炸风险，本发明专利技术的主要目的是提高反应的安全性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种通过乙烯的催化氧化反应。生成环氧乙烷的乙烯催化氧化反应通常通过使含有乙烯和分子氧的反应气体混合物流与在管式反应器中结合成束的反应管中形成固定床、以颗粒形式存在的银基催化剂接触而进行。已知该反应是强放热反应。在环氧乙烷的制备同时出现了几个问题。最严重的问题与该反应的强放热特性以及反应温度的控制有关，特别是整个反应管长度上，从反应混合物进入管式反应器的入口直到该反应生成的物流的出口。该方法的一个主要风险是形成导致反应失控的过热部位，通常所知的是术语“后燃”。在形成环氧乙烷的同时，可能发生副反应，尤其是涉及到使乙烯或环氧乙烷完全氧化成二氧化碳和水的反应、涉及到使乙烯部分氧化成甲醛的反应、以及涉及到使环氧乙烷异构化成乙醛的反应，大部分所述副反应被升高的温度所促进。不规则、不受控制、特别是增加反应管整个长度的反应温度曲线不仅会产生过热部位，还会引起过度的最终温度。过热部位和过度的最终温度影响该反应对环氧乙烷的选择性以及随后很难与环氧乙烷分离的副产物的生成。此外，局部升高的温度和过度的最终温度可以迅速达到可能使该反应进入反应气体混合物流的易燃区并进而引起爆炸的值。已经提出了用于通过复杂程度不同的方法部分解决部分解决所述一些问题的方案。在澳大利亚专利AU211 242中，提出了一种用于使包括乙烯和氧气的反应气体混合物流通过含有沉积在氧化铝载体上的各种银基催化剂颗粒的反应管而。后者按照在所述物流的流动方向上以银浓度增加的方式放置在反应管中。各种催化剂均这样放置，于是，催化活性在反应气体混合物流的流动方向上增加。在比较试验中，沿着反应管用惰性固体颗粒，特别是曾用于制备所述催化剂的氧化铝载体，以恒定的比例来稀释各种催化剂的所有颗粒。所述混合物的结果是，尽管以增加的银浓度来使用各种催化剂，生产的环氧乙烷的质量大大降低。在美国专利US3 147 084中，提出了一种用于催化化学反应，如催化烯烃氧化反应的管式反应器。该反应器包括一个反应区，接着是一个冷却区，填充了固体催化剂的反应管束穿过这两个区。催化反应通过使反应物流在反应管中循环，并连续通过反应区继而进入冷却区的路线而发生。对应于冷却区的反应管部分可以是空的，或者可以包含催化剂，或者可以填充固体物质，例如，能够导热并能产生可以使反应气体混合物流从中流过的多条通道的金属颗粒。在美国专利US4 061 659中，为了减少涉及环氧乙烷异构化为乙醛的反应，提出了一种通过使含有乙烯和氧气的反应气体混合物流与放置在反应管中的银基催化剂接触。每根所述反应管首先包括一个含有颗粒形式催化剂的反应区，接着是一个含有惰性固体颗粒(如具有较小比表面积，特别是小于0.1m2/g的氧化铝)的冷却区。特别是为了避免形成过热区域，还提出了将催化剂在反应管的反应区、以与惰性固体稀释剂(如上文提到的惰性固体)混合的颗粒形式使用，这样，在反应管中，沿着反应气体混合物流流动的方向催化剂的浓度增加。在美国专利US4 921 681中，提出了一种除了没有建议将催化剂颗粒与惰性固体稀释剂颗粒混合之外，与上述方法基本相同的生产环氧乙烷的方法，仅使用一个用于冷却充满惰性固体颗粒、在某种情况下结束于没有任何颗粒的全空区域的反应管的区域。上述提议中，没有一个是完全令人满意的，特别是用于工业规模生产环氧乙烷时，甚至发现所述的某些提议恶化了上述技术问题，特别是反应失控、过热区域以及爆炸危险的问题。本专利技术的方法意图解决上述技术问题。特别地，意图通过控制特别是从反应管的入口直到出口，优选在延伸向反应管出口的区域的反应温度曲线来提高反应安全性，更特别地，关于反应失控、过热区域以及爆炸的危险。本专利技术涉及一种通过乙烯与分子氧的催化氧化反应来生产环氧乙烷的方法，所述方法包括使包括乙烯和分子氧的反应气体混合物流与放置在管式反应器中结合成束的反应管的固定床中、以颗粒形式存在的银基催化剂接触，其特征在于流过反应管的反应气体混合物流与按照在所述物流流动方向上增加的比例用惰性固体稀释的催化剂颗粒接触。“用惰性固体颗粒稀释的催化剂颗粒”通常表示与惰性固体稀释剂颗粒混合的催化剂颗粒。用惰性固体颗粒对催化剂的稀释所得到的混合物特别地以所使用的两种固体颗粒(催化剂和惰性固体)的混合物的形式存在。“催化剂与惰性固体的稀释”通常表示催化剂颗粒与固体颗粒的稀释(或混合)。最后，通常以“惰性固体”表示对于涉及到的、在环氧乙烷生产中形成的产品基本上呈惰性的固体化合物。附图说明图1用图解的方式表示包括结合成束的、填充了银基催化剂的反应管的用于生产环氧乙烷的管式反应器。图2A和2B用图解的方式表示根据本专利技术的填充了用惰性固体颗粒分别全部或部分稀释、以颗粒形式存在的银基催化剂的反应管。图3A至3F表示纵坐标，即惰性固体颗粒在用所述固体颗粒稀释催化剂颗粒得到的混合物中的比例(P)，与横坐标，即从反应管入口沿反应气体混合物流的流动方向测得的反应管的长度L之间的图形联系。图4表示纵坐标，即沿着反应管测得的反应气体混合物流的温度T，与横坐标，即从反应管入口到温度T的测量点之间的距离D之间的图形联系。由于本专利技术，人们发现可以得到在反应管长度的主要部分相对稳定，特别是向反应管出口处基本下降的反应温度曲线，特别地，其目的是避免过热区域以及反应失控，显著降低反应的最终温度，并最后在本质上提高反应的安全性。得到这种结果尤其是因为按照在反应气体混合物流流动方向上增加的比例用惰性固体颗粒对催化剂的稀释颗粒的事实。用所述惰性固体颗粒稀释催化剂颗粒得到的混合物中，惰性固体颗粒的比例在反应管中反应气体混合物流的流动方向上，按照如线性或指数模式连续增加，或者优选尤其以一个或几个连续的阶段不连续地增加。用那些惰性固体颗粒对催化剂颗粒的稀释可以对反应管中包含的所有催化剂颗粒进行，或者，优选地，对部分所述催化剂颗粒进行，所述部分设置在位于朝反应管出口的区域，更特别地，设置在延伸直至反应管出口(在反应气体混合物流流动方向上)的最后区域。因此，优选的是，位于反应管入口的反应管第一区优选含有未经稀释的以颗粒形式存在的催化剂，而在反应混合物流的流动方向上紧接着第一区的第二区含有用惰性固体颗粒稀释过的以颗粒形式存在的催化剂。“未经稀释的以颗粒形式存在的催化剂”通常表示未经任何一种惰性固体颗粒稀释或者特别地未经所述固体颗粒稀释的以颗粒形式存在的银基催化剂。特别地，涉及到银基催化剂的制备及其以不与任何惰性固体稀释剂颗粒混合的颗粒形式使用。在每种情况下，特别有利的是，接着被惰性固体颗粒稀释的以颗粒形式使用的催化剂至少占据位于朝向反应管出口(在反应气体混合物流的流动方向上)的第二区，特别地占据延伸至反应管出口的反应管最后区域。根据本专利技术方法的一个优选的变体，使流过反应管的反应气体混合物流首先与以未经稀释(更优选地未经所述惰性固体颗粒稀释)的颗粒形式存在、放置在位于朝向反应管入口处的反应管第一区Z1中的催化剂接触，接着在所述物流的流动方向上，与以经过惰性固体颗粒稀释的颗粒形式存在的催化剂接触，接着将经稀释的颗粒放置在与第一区Z1相邻、位于朝向反应管出口处、优选延伸至反应管出口的反应管的第二区Z2中。有利地，用那些多数固体稀释催化剂颗粒得到的混合物中惰性固体颗粒的比例在延伸向出口，优选地，直到反本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过乙烯与分子氧的催化氧化反应生产环氧乙烷的方法，所述方法包括使含有乙烯和分子氧的反应气体混合物流与以固定床形式安装在管式反应器中结合成束的反应管中、以颗粒形式存在的银基催化剂接触，其特征在于，流过反应管的反应气体混合物流与按照在所述物流流动方向上增加的比例用惰性固体稀释的催化剂颗粒接触。

【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：C波拉恩，M格希奥，H塔赫里，
申请(专利权)人：英国石油化学品有限公司，英国石油北美有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]