通过至少两个彼此耦合的化学反应连续生产产品的方法技术

通过至少两个彼此耦合的化学反应(C1,C2)连续生产产品(A1)的方法，其中将至少两种进料(E1,E2)供入第一化学反应(C1)，其中由所述进料(E1,E2)通过第一化学反应(C1)产生多种中间体(Z1,Z2)，其中将至少一种中间体(Z2)供入第二化学反应(C2)，其中所述至少一种供入的中间体(Z2)通过第二化学反应(C2)，特别在第二化学反应(C2)中使用至少一种另外的材料(W1,W2)，进一步加工成多种输出材料(A1,A2)，即形成化学产品(A1)和至少一种其它输出材料(A2)，其中供入反应(C1,C2)之一的供入材料(E1,E2,Z1,W1,W2,A2)的流速(Fi)由各自的调节装置(VE1,VE2,VW1,VW2,VZ2,VA1)来设定，其中向供入的每种材料分配单独的调节装置，其中在每种情况下向至少一个调节装置提供由调节器(RE2,Ri)规定的控制变量(SE2,R,Si,R)，其中为了改变化学产品(A1)的生产速率，在起振阶段(II,III)期间，在每种情况下向这些调节装置(VE2,Vi)的至少一个供应临时控制变量(SE2,temp,Si,temp)替代由各自的调节器(RE2,Ri)规定的控制变量(SE2,R,Si,R)，其中根据至少一个控制单元(SE)的规定值(NV)生成一个或多个临时控制变量(SE2,temp,Si,temp)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过至少两个彼此耦合的化学反应连续生产产品的方法本专利技术涉及通过至少两个彼此耦合的化学反应连续生产产品的方法。在工业上，许多化学产品以连续或半连续运行的方法来生产。在此，一种或多种进料在化学反应中进一步加工成其它材料。一种或多种由此制成的材料可以再进入随后的第二化学反应中，在其中最终制成所需的最终产品。在此，连续意味着材料无中断地供往化学反应并且该化学反应无中断地产生反应产物（后续工艺中的进料或中间体）。“无中断”在此是指实际发生反应的时期并且不排除反应可以例如由于停工维护而中断。在下文中，将供入该生产过程的物质称作进料，缩写为“E”。从该装置的出口流出的产物被称作输出材料，缩写为“A”。中间体用缩写“Z”表示。在这样的嵌套工艺中，由于作为基础的反应方程式的预先确定的化学计量，必然一起形成联产物。在工业方法中，由于经济性和环境保护的原因，力求尽可能地再利用形成的联产物。例如，在许多化学工艺，如通过相应的胺化合物的光气化制备异氰酸酯中获得作为联产物的氯化氢，其例如可在氧化成氯之后重新使用。在多级反应中，同样可形成这样的联产物，其中存在这样的情况，后续反应的联产物可任选在事先处理后作为进料供入第一化学反应。通过第一化学反应，将甲苯硝化成硝基甲苯，接着进行第二化学反应，将硝基甲苯硝化成二硝基甲苯的二硝基甲苯的制备即属于这种情况。通常借助硝酸和硫酸的混合物进行硝化，其中得到酸相（“废酸”），其被硝化的联产物，即水稀释。对于生成二硝基甲苯的第二反应而言，需要比生成硝基甲苯的第一反应更高的硫酸浓度。因此，通常将进行该反应之后分离出的浓硫酸加入到第二反应步骤中，而将通过该反应稀释的硫酸加入到第一反应步骤中。在此，也形成水作为联产物，其继续稀释硫酸。在第一反应中也分离出硫酸。通常将其浓缩，并随后可再用于第二反应阶段。这种方法下面以抽象方式借助图1进一步说明，其中材料Z1和A2可被视为联产物，因为由于进行的反应的性质，它们以规定的彼此的比例获得。这两个化学反应以此方式的耦合具有许多经济和生态优点，因为在这种工艺模式中废物流的产生最小化。但是，两个化学反应的这种耦合也带来挑战。供入化学反应的所有材料（下文通常也称作材料）的质量流量必须精确地互相匹配。这迄今如此实现，即通过预先给定所选材料的预期流速Fi,Soll或实际流速Fi,ist和将其它材料的质量流量调节至相对于这一流速的合适预期流速Fi,Soll。其它材料的预期质量流量Fi,Soll与规定的材料的流速应以何种比率-当然始终在由作为基础的反应方程式的化学计量界定的范围内-理想地存在，对于所有常规化学反应而言均是由专利和专业文献已知的并且此外可通过本领域技术人员已知的工程技术计算获得。因此，在用于彼此耦合的反应的生产装置的情况中，每单位时间力求的生产量的较大变化的启动或设置需要特别审慎。在实践中如此行事，即，预先给定进料或输出材料（在根据图1的例如第一进料E1的方法中）的预期质量流量，并通过基本上线性的提高而从瞬时实际值出发向该预期质量流量起动，其中仅缓慢提高质量流量。然后，相对于预先给定材料的流速类似地设置其它材料的流速的预期值。在“起振过程”（这在下面借助图9也进一步解释）期间，流速的实际值不可避免地与预期值有或多或少较大的偏离。由于在具有彼此耦合的反应的生产工艺中许多质量流量必须相互匹配，因此，这里不合意偏差的风险特别高，这在极端情况下可能导致该工艺的中断。因此，这也特别适用，因为质量流量的提高迄今缓慢进行，即在许多小的提高步骤中进行，由此可能的误差源的数量增加。尤其可能发生，不同质量流量的调节器可随时间具有不同的调节偏差。由此会导致化学计量，即材料流相互比率的不容许的偏差。例如，一个调节器可能过调，即实际值超过预期值，而另一调节器将实际值仅非常缓慢地引向预期值，由此实际值明显小于预期值。如果由于工艺相关的原因不容许这样的偏差，则当反应物的实际值的比率在规定的区间外时，就必须关停生产装置。尽管一个可能的解决方案在于，在供入的材料的流速彼此的所需比率的偏差较大-但仍在特定界限值内的情况下-中断该规定的材料的流速的进一步提高，直至该系统再次稳定。这一方式具有各种缺点：•输出材料的流速的缓慢提高造成生产损失。•在这样的临界期期间，由操作人员进行监控的复杂性提高。•所述程序复杂并且仅具有小的容错度。此外，可能需要给个别的参与材料提供相对较大的中间存储体积。在图1中所示的生产装置的实例中，为了启动，例如可能需要在中间存储容器中保持储存较大量的两种联产物（即中间体Z2和第二输出材料A2）。这在经济上是不利的，至少在其持续相对较长时间时，并隐藏着安全风险。这造成投资成本和维护成本提高。此外，完全可能想到这种实施方式仅因技术原因受到限制的情况，例如在联产物之一仅稳定有限时间或在长时间储存时侵袭中间储存的材料时。但是，迄今在相关专利和技术文献中对与用于彼此耦合的反应的化学生产装置运行相关联的这些特别的挑战最多有限地给予了关注。与通过彼此耦合的反应（甲苯硝化成单硝基甲苯（例如图1中的化学反应C1）和单硝基甲苯硝化成二硝基甲苯（例如图1中的化学反应C2））生产二硝基甲苯，在专利文献中经常讨论各质量流的比率，但尤其没有评价上述问题。ACSSymposiumSeries,卷623,第21章,“IndustrialNitrationofToluenetoDinitrotoluene”仅以相当笼统的方式公开了，必须精确监测进料的流入量，并在某些情况下出于安全原因提供紧急停机。因此本专利技术的目的是提供通过至少两个彼此耦合的化学反应连续生产产品的改进的方法。通过根据权利要求1中所述的方法实现本专利技术的目的；优选实施方案可由从属权利要求和下文的描述获悉。根据本专利技术，提供通过至少两个彼此耦合的化学反应连续生产产品的方法。将至少两种进料供入第一化学反应，其中由所述进料通过第一化学反应产生多种中间体，和其中将至少一种中间体供入第二化学反应。供入第二化学反应的所述至少一种中间体，特别使用至少一种另外的材料，在第二化学反应中进一步加工成多种输出材料，即形成化学产品和至少一种其它输出材料。供入反应之一的供入材料的流速借助各自的调节装置设定，其中给每种供入的材料分配一个单独的调节装置，其中向至少一个调节装置，特别是所有调节装置，提供各一个由调节器规定的控制变量。在此，将调节装置理解为是指可随输入变量，例如调节器的输出数据改变物理参数，例如质量流量的装置。这些包括例如可调节其打开程度的阀或可调节其输送量的泵。本专利技术的方法的特征在于，为了改变化学产品的生产速率，在起振阶段期间，替代由各自的调节器规定的控制变量，在每种情况下向这些调节装置中的至少一个提供临时控制变量，其中根据至少一个控制单元的规定的值生成一个或多个临时控制变量。在本专利技术范围内，当一个化学反应的至少一种联产物任选在处理后用作另一化学反应中的反应参与物时，两个化学反应是耦合的。在此，将化学反应的联产物理解为是指，除了该反应的所追求的目标产物外，由于基于该反应方程式的天然给定的化学计量而不可避免一起形成的产物。在制备二硝基甲苯的范围内，这种联产物是在硝化反应的过程中形成的水，其被硫酸吸收。这有别于副产物，副产物的形成可通过改进的反应条件、催化剂的合本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过至少两个彼此耦合的化学反应(C1, C2)连续生产产品(A1)的方法，其中将至少两种进料(E1, E2)供入第一化学反应(C1)，其中由所述进料(E1, E2)通过第一化学反应(C1)产生多种中间体(Z1, Z2)，其中将至少一种中间体(Z2)供入第二化学反应(C2)，其中所述至少一种供入的中间体(Z2)通过第二化学反应(C2)，特别在第二化学反应(C2)中使用至少一种另外的材料(W1, W2)，进一步加工成多种输出材料(A1, A2)，即形成化学产品(A1)和至少一种其它输出材料(A2)，其中供入反应(C1, C2)之一的供入材料(E1, E2, Z1, W1, W2, A2)的流速(Fi)由各自的调节装置(VE1, VE2, VW1, VW2, VZ2, VA1)来设定，其中向供入的每种材料分配单独的调节装置，其中在每种情况下向至少一个调节装置提供由调节器(RE2, Ri)规定的控制变量(SE2,R, Si,R)，其特征在于，为了改变化学产品(A1)的生产速率，在起振阶段(II, III)期间，在每种情况下向这些调节装置(VE2, Vi)的至少一个供应临时控制变量(SE2,temp, Si,temp)替代由各自的调节器(RE2, Ri)规定的控制变量(SE2,R, Si,R)，其中根据至少一个控制单元(SE)的规定值(NV)生成一个或多个临时控制变量(SE2,temp, Si,temp)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.20 EP 14194180.71.通过至少两个彼此耦合的化学反应(C1,C2)连续生产产品(A1)的方法，其中将至少两种进料(E1,E2)供入第一化学反应(C1)，其中由所述进料(E1,E2)通过第一化学反应(C1)产生多种中间体(Z1,Z2)，其中将至少一种中间体(Z2)供入第二化学反应(C2)，其中所述至少一种供入的中间体(Z2)通过第二化学反应(C2)，特别在第二化学反应(C2)中使用至少一种另外的材料(W1,W2)，进一步加工成多种输出材料(A1,A2)，即形成化学产品(A1)和至少一种其它输出材料(A2)，其中供入反应(C1,C2)之一的供入材料(E1,E2,Z1,W1,W2,A2)的流速(Fi)由各自的调节装置(VE1,VE2,VW1,VW2,VZ2,VA1)来设定，其中向供入的每种材料分配单独的调节装置，其中在每种情况下向至少一个调节装置提供由调节器(RE2,Ri)规定的控制变量(SE2,R,Si,R)，其特征在于，为了改变化学产品(A1)的生产速率，在起振阶段(II,III)期间，在每种情况下向这些调节装置(VE2,Vi)的至少一个供应临时控制变量(SE2,temp,Si,temp)替代由各自的调节器(RE2,Ri)规定的控制变量(SE2,R,Si,R)，其中根据至少一个控制单元(SE)的规定值(NV)生成一个或多个临时控制变量(SE2,temp,Si,temp)。2.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，在起振阶段(II,II-III)期间，向调节装置(VE2,Vi)供应这样的临时控制变量(SE1,temp,Si,temp)，其中借助这一调节装置(VE1,Vi)设定供入化学反应之一(C1)的材料(E1)的流速，并且其中特别地，用户设置(NV)是这一材料(E1)的流速的预期值(FE1,Soll,temp,Fi,Soll,temp)。3.根据前述权利要求任一项中所述的方法，其特征在于，在起振阶段期间，向所有调节装置(VE1,VE2,Vi)供应各一个临时控制变量(SE1,temp,SE2,temp,Si,temp)。4.根据前述权利要求任一项中所述的方法，其特征在于，借助存储每一个调节装置(VE2,Vi)的临时流速(FE2,Soll,temp,Fi,Soll,temp)和相关控制变量(SE2,temp,Si,temp)之间的数学关系(14)的数据库(DB)，通过控制单元(SE)的至少一个控制函数(13)生成一个或多个临时控制变量(SE2,temp,Si,temp)。5.根据前述权利要求任一项中所述的方法，其特征在于，对于至少一种供入材料(E1,E2,Z1,W1,W2,A2)，考虑规定值(NV)，借助函数(12)，特别是化学计量函数(12)，生成临时流速的临时预期值(FE2,Soll,temp,Fi,Soll,temp)，其中使用该临时预期值(FE2,Soll,temp,Fi,Sol...

【专利技术属性】
技术研发人员：B彭内曼，E迪特里希，HJ哈马赫尔，
申请(专利权)人：科思创德国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE