环氧乙烷的生产方法技术

一种利用乙烯与分子氧在管式反应器中催化氧化反应生产环氧乙烷的方法，该管式反应器包含三个连续且毗连的腔体，含乙烯和分子氧的反应气气流横穿所述腔体，一个反应气气流入口腔，随后为一个中心腔，形成包含环氧乙烷的反应产物气流，和一个产物气流出口腔，中心腔包含一束反应管，所述反应管浸于热交换液体中且填充有固体银基催化剂，反应气气流与所述催化剂接触形成环氧乙烷，每个反应管包含一个伸入入口腔的入口和一个伸入出口腔的出口，所述方法的特征在于在反应管入口和出口之间至少一部分管长的反应管内横截面积减小，而在任何其余部分所述内横截面积保持恒定。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【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利用乙烯的催化氧化反应生产环氧乙烷的方法。已知利用分子氧与乙烯的催化氧化反应形成环氧乙烷为强烈放热反应。此类反应通常在管式反应器中进行，特别是在垂直多列管壳式换热器型反应器或者垂直管壳式换热器型反应器中进行。一般来说，管式反应器包含三个连续且毗连的腔体，含乙烯和分子氧的反应气气流横穿所述腔体一个反应气气流入口腔，随后为一个中心腔(在此腔体中在得自催化氧化反应的气流中形成环氧乙烷)和一个产物气流出口腔。中心腔通常包含一束反应管，所述反应管浸于热交换液中且填充有固体银基催化剂。反应气气流进入反应管内部，通过与催化剂接触导致在反应产生的气流中生成环氧乙烷。每个反应管包含一个伸入入口腔的入口和一个伸入出口腔的出口。在各个反应管中，通常在从入口到出口(即在气流流动方向)存在三个连续的区域，即位于所述管入口的预热区，然后是反应区以及位于所述管出口的骤冷或者冷却区。乙烯催化氧化反应的理想产物是环氧乙烷。然而可能发生非所需的副反应，例如乙烯和环氧乙烷完全氧化为二氧化碳和水，环氧乙烷异构化为乙醛以及乙烯氧化副反应转化为甲醛。所述副反应归因于乙烯催化氧化生成环氧乙烷反应的选择性降低。在环氧乙烷生产中同时出现了几个问题。最严重的问题是关于乙烯催化氧化生成环氧乙烷反应的强烈放热性质以及反应温度的控制，特别是反应管的全长(从反应气混合物进入到管式反应器入口再到反应产生气体混合物出口)。所述方法的一个主要风险是形成导致反应失控的过热点(通常称为“后燃”)以及形成二氧化碳、一氧化碳和醛(例如甲醛和乙醛)，某些所述副反应产物特别难于随后从环氧乙烷中分离。不规则的反应温度分布，不良控制以及特别是沿反应管全长递增可能不仅导致产生过热点，也导致过高的最终温度。过热点和过高的最终反应温度影响生成环氧乙烷的反应的选择性。此外，局部高温和过高的最终温度可以达到对应于此气体混合物的最大燃烧温度的值并因此导致发生爆炸。已经提出一些通过不同复杂程度的方法部分解决某些所述问题的解决方案。澳大利亚专利AU 211 242中提出了一种生产环氧乙烷的方法，所述方法是在一个管式反应器中进行，该管式反应器由包含一个填充有惰性颗粒(如氧化铝球体)的入口区和一个空出口区的常规反应管组成。在所述两个区域之间，反应管包含一个填充有银基载体催化剂(浓度沿所述区域的入口到出口递增)的反应区。其结果是催化活性在反应气气流流动方向从管入口到出口沿反应管递增。美国专利US 5,292,904中提出了一种生产环氧乙烷的方法，所述方法是在一个管式反应器中进行，该管式反应器由包含一个位于管入口的预热区和一个位于管出口的冷却区的常规反应管组成。所述两个区填充有惰性耐火产品(例如耐火氧化铝)。国际专利申请WO 02/26370中提出了一种催化反应方法，所述方法是在一个管式反应器中进行，该管式反应器由包含分别位于管入口和出口的一个上游部分和/或一个下游部分的常规反应管组成。所述部分包含一个主要以棒材形式的热交换插件，该插件长度等于反应管全长的1到20％。当该方法用于生产环氧乙烷时，规定反应管上游和下游部分包含插件，且包含于上游部分的插件长度可以为反应管全长的1到10％，而包含于下游部分的插件长度可以为上游部分所包含插件长度的两倍。然而值得注意的是在所有的情形中，催化剂仅仅占据反应管的中心部分，而反应管的绝大部分填充有惰性固体材料且仅是为了促进热交换。因此常规反应管的相当大的部分并非用于生产环氧乙烷，其结果是影响了每单位反应器中可用内管体积的环氧乙烷的产量。国际专利申请WO 03/01149描述了一种用于有机化合物放热性化学转化的管式反应器。所述管式反应器包含填充有催化剂的反应管，反应气气流穿过所述反应管。每个反应管包含一组连续区域，每个下游区具有比相连的上游区较小或者优选较大的横截面。然而如图所示，反应管的横截面仅仅从管式反应器中的当前上游区递增，所述管式反应器特别用于生产马来酐以及也用于生产其他有机化合物(例如邻苯二甲酸酐、环氧乙烷、丙烯酸、醋酸乙烯酯或者二氯化乙烯)。德国专利申请DE 29 29 300描述了一种用于运行吸热或者放热反应的催化反应器，反应流体流经该反应器，所述反应器包含填充有与放热或者吸热流体进行热接触的催化剂材料的反应管，其特征在于反应管的横截面积沿反应流体流动方向而变化，变化大小取决于完成一个给定反应所需的热量或者反应过程中所释放的热量。然而如附图说明图1和4所示，反应管的横截面积沿反应流体流动方向先减小再增大，而图2中横截面积先增大再减小，在图3中反应器中某些反应管的横截面积增大而其他反应管的横截面积减小，在图5中横截面积减小。德国专利申请中所述反应器建议用于甲醇或者氨的合成。图2所示反应器专用于合成甲醇(放热反应)。本专利技术方法用于解决上述技术难题。特别用于提高乙烯催化氧化生成环氧乙烷的反应的选择性和每单位反应器中可用内管体积环氧乙烷产量，以及通过特别控制反应温度沿反应管全长的分布情况而同时改善方法的安全性，特别是反应失控和爆炸的风险。本专利技术涉及一种用于利用乙烯与分子氧在管式反应器中催化氧化反应生产环氧乙烷的方法。所述管式反应器包含三个连续且毗连的腔体，含乙烯和分子氧的反应气气流横穿所述腔体，一个反应气气流入口腔，一个中心腔(形成包含环氧乙烷的反应产物气流)和一个产物气流出口腔。中心腔包含一束反应管，所述反应管浸于热交换液中且填充有固体银基催化剂(反应气气流与其接触形成环氧乙烷)。每个反应管包含一个伸入入口腔的入口和一个伸入出口腔的出口。所述方法的特征是在反应管入口和出口之间至少一部分反应管长度的区域内反应管的内横截面积减小，而在其余的任何区域所述内横截面积保持恒定。图1表示一个用于本专利技术方法的包含反应管的管式反应器。图2a、2b、3、4a和4b表示各种用于本专利技术方法的反应管。图5表示一个曲线连接，纵坐标为反应气气流温度(测量单位摄氏度)，横坐标为从管入口起始的反应管长度(测量单位米)。该图是依据实施例1的条件绘制。图6表示一个曲线连接，纵坐标为生成环氧乙烷的反应选择性(S)(用％表示)，横坐标为环氧乙烷产量(P)(用吨环氧乙烷/天表示)。该图是依据实施例1和2以及比较实施例3的条件绘制。依据本专利技术发现有可能在反应管全长度上获得相对稳定的反应温度分布，以避免反应失控以及显著降低反应最终温度，同时改善合成环氧乙烷的反应的选择性和产量，当在从反应管入口到出口(例如沿着反应气气流流动方向)的反应管全长度上内横截面积减小，或者在至少一部分长度上减小而在其余长度保持恒定的条件下时尤其如此。具体地讲，反应管的形状使得管的内横截面积在沿着反应气气流流动方向的反应管的任何部分都不会增大。所述面积可能连续减小或者优选非连续减小，特别是按级减小。此外，管式反应器中所有的反应管优选具有如前所述依据本专利技术的内横截面。当反应管入口的内横截面积(A1)比所述管出口的内横截面积(A2)大1.5到12倍，优选2到10倍，最优选3到9倍时，本专利技术的效果特别具有吸引力。此外，所述效果在下列条件下尤其显著。当反应管内横截面积的减少在管的长度内只发生一次(在管的一部分长度上连续减小，或非连续减小，尤其是按级减小)时，所述减少可能发生于管长最后段(沿反应气气流流动方向)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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·莫韦赞，C·普兰，M·里欧伊，H·塔赫里，
申请(专利权)人：英诺文尼欧洲有限公司，英诺文尼美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：