进行放热的多相催化气相反应的方法和设备技术

一种用于有明显放热的多相催化气相反应的基本上等温操作的设备，所述的设备包括有入口（１３１，１４１）和出口（１４３）的至少一个反应器空间（１０１），其中，通过除热壁来限定反应器空间，各除热壁沿反应气体的主流动轴以≤３０毫米的距离基本上均匀地间隔；反应器空间装有催化剂涂覆的条带物（１２０、１３２）；一条带物是挠性的，在所有的空间方向上能使反应气体通过，其表面与体积比为５０－５０００米＃＋［２］／米＃＋［３］，并有良好的传热性；反应气体以≥２００米＃＋［３］／米＃＋［２］正面面积.小时的速率通过反应器空间，以及换热介质在远离反应器空间的一侧反应器壁流动。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于有明显放热的气相反应的基本上等温操作的方法和设备，特别是在固体催化剂上的氧化脱氢反应。DE-A 42 43 500公开了特殊催化剂涂覆的织物金属丝插入件用于废气净化的应用，针织或纺织的金属丝层以缠绕状态进行热和/或机械固定。存在的问题是催化剂插入件的复杂结构以及在插入件内的传热差。DE-A 41 09 227公开了一种废气过滤器和/或催化剂，包括(i)一进料导管，通向(ii)金属结构材料组成的过滤器或催化剂实体，过滤器或催化剂实体的结构材料使用压模成型的金属丝或纤维，呈随机的、编织的、针织的或纺织的形式或粉末、颗粒或屑片形式，形成遍布允许废气通过的空隙的实体，和(iii)通过过滤器或催化剂实体净化的废气的排出导管。过滤器或催化剂实体可有横向通过过滤器或催化剂实体或与废气流方向相反的换热管或导管。EP-B 201 614公开了一种进行多相催化的化学反应的反应器，所述反应器装有至少部分波纹片形式的催化剂实体，其波纹倾斜于主物流轴放置并与相邻板的方向相反，催化剂实体的波纹节距小于相邻波纹板的节距，而催化剂的表面积大于相邻波纹板的表面积。催化剂可为用催化活性材料涂覆的物体，它可为编织的或针织的金属丝。板的复杂波纹有助于旁路形成，抑制涡流，从而不利于传质。此外，可想象的紧密装填元件不能有效除去反应热。EP-B 0 305 203公开了多相催化反应在非绝热条件下的操作。为此，用催化剂片形式的整体催化剂装入有传热壁的环形反应器室。整体催化剂有与整个流动方向有一定角度的孔道，以致反应流体从一个反应器壁到另一反应器壁成锐角流动。在反应器壁附近，施加给反应流体的剪切应力特别高(高压降)，在其他地方则低(传质差)。反应器的制造复杂，因为压降与反应器壁与整体催化剂之间的几何形状有密切关系。EP-B 0 149 456涉及一种使用管状反应器在气相中通过相应的二羟乙酸酯的氧化脱氢来制备乙醇酸酯的方法，所述的反应器装有由至少一种圆柱形整体物制成的催化剂载体，它与反应器管有基本上相同的直径，内有从反应器管的入口至出口的1-10毫米直径的孔道，中空空间占整体催化剂体积的60-90％。孔道可与反应器轴形成20-70°角。这一措施使反应流体流向反应器壁，从而有助于除去反应热。这一方法有EP-B 0 305 203已知方法的相同缺点。DE-A 197 25 378公开了一种用于两物流并流或逆流运动的气相和/或液相催化反应的紧密固定床反应器。折叠式的隔壁形成两物流的流动通道。隔壁中的折叠成型为波浪结构物，以致形成流体物流的连续流动孔道。波浪结构物既作为隔壁的相对的折叠之间的隔离同时也作为催化剂载体，以及确保向隔壁从隔壁的传热。波浪结构物为刚性结构物，其尺寸限制隔壁的折叠之间的最小间隔，以及限制可涂覆到这些波浪结构物上的催化剂的数量。按工业上可行的最大折叠宽度5毫米和折角90°计，波浪结构物(即催化剂)的表面积与换热体积之比不大于800米2/米3。此外，反应器的制造还比较昂贵。本专利技术的目的是提供一种操作有明显放热的多相催化气相反应的反应器，它在多相催化反应位置上将良好除热和供热结合在一起，催化剂有良好的表面与体积比。我们发现，这一目的通过一种用于有明显放热的多相催化气相反应基本上等温操作的设备来实现，所述的设备包括至少一个有入口和出口的反应器空间，其中-通过除热壁来限定反应器空间，各除热壁沿反应气体的主流动轴以≤30毫米的距离基本上均匀地间隔，-反应器空间装有催化剂涂覆的条带物，-条带物是挠性的，在所有的空间方向上能使反应气体通过，其表面与体积比为50-5000米2/米3，并有良好的传热性，-反应气体以≥200米3/米2正面面积·小时的速率通过反应器空间，以及-换热介质在远离反应器空间的一侧反应器壁流动。本设备不仅适用于操作显著放热的反应，也适用于操作显著吸热的反应，因为它分别可提供迅速除热和供热。显著吸热反应的例子包括氧化脱氢反应，例如3-甲基-3-丁烯-1-醇的氧化脱氢反应，而显著放热反应的例子包括双键或三键的加氢反应以及芳烃的加氢反应，例如苯加氢生成环己烷的反应。反应的焓例如为30-75千卡/摩尔。本设备还使在减压或升压以及常压下的操作成为可能，即在1×10-3至100巴、特别是0.5-40巴下的操作。本设备因此可用于宽的压力范围。就本专利技术来说，反应气体为气态反应物和任选在反应条件下不与反应物反应的其他气态物质的混合物。换热介质可为液体、气体或熔融盐浴，取决于所需的温度。当换热介质用于吸收和除去热时，它也被称为冷却流体。-20至400℃的温度可有效地实现。通过本设备可做到的迅速除热或供热，因而可提供很准确的热控制。例如，可将温度控制到370℃±10℃，特别是±5℃。与传统的固定床反应器相比，使用本设备没有温度峰值。反应器空间不仅可为环形的也可为圆柱的、长方的或方的。本设备很容易通过将催化剂涂覆的条带物(催化剂条带物)装在工业上可提供的换热器的空隙中来实现。因此，反应器管不用去适应催化剂，而由催化剂条带物来适应反应空间。任何一种希望的换热器都可使用。不仅环状空隙的换热器而且板式换热器或螺旋型换热器都是适用的。换热器的例子包括ISO 15547和W.R.A.Vauck，H.A.Müller，Grundoperationenchemischer Verfahrenslechnik，Verlag Theodor Steinkopff Dresden1974，4thedition，pages 438-440或MBI section of the VDI Wrmeatlas，VDI Verlag，3rdedition，1977(实现CBZ部分中描述的传热)中所述的设计。所用换热器的壁间距即空隙宽度或空隙直径优选为0.5-30毫米、特别是1-20毫米、特别优选1.5-10毫米或1.8-5毫米。当使用环隙换热器时，将催化剂条带物装在两个同心管形成的反应器空间中，并通过内管和/或外管的壁来冷却(或加热)。本专利技术的这一设备也称为环隙换热器反应器。板式换热器有方的或长方的反应器空间，所述的空间任选被另外的传热壁再分，它强制反应气体以Z字形路径通过反应器空间。通过将催化剂条带物放在反应器空间中获得本专利技术的板式换热器反应器，如果需要，方向变化最大的地方不使用催化剂条带物，其目的是可避免过大的压降。使用螺旋式换热器的本专利技术的设备(“螺旋式换热器反应器”)有用催化剂条带物很均匀地装填的特定的圆柱形反应器空间。催化剂条带物为类似片状的平滑结构物，它们可制成纺织物、拉圈针织物、成圈针织物、穿孔的板或，在金属作为结构材料的情况下，罗网。也可使用毡、薄膜或箔，但它们必需与纺织物、拉圈针织物、成圈针织物、穿孔的板或罗网组合，使毡、薄膜或箔与主流向平行，而纺织物、拉圈针织物、成圈针织物、穿孔的板或罗网作为毡、薄膜或箔的隔离物。当安装在反应器空间时，平行于主流向的毡、薄膜或箔用纺织物、拉圈针织物、成圈针织物、穿孔的板或罗网相间。优选使用纺织物、拉圈针织物或成圈针织物。催化剂条带物是挠性的，即在所有空间方向上可弯曲的和可伸长的。因此，它们是非定形的催化剂制品，它们很容易与反应器空间的尺寸相适应，特别是商业换热器的空隙。它们的使用不需要根据主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于有明显放热的多相催化气相反应的基本上等温操作的设备，所述的设备包括有入口（１３１，１４１）和出口（１４３）的至少一个反应器空间（１０１），其中：－通过除热壁来限定反应器空间，各除热壁沿反应气体的主流动轴以≤３０毫米的距离基本上均 匀地间隔，－反应器空间装有催化剂涂覆的条带物（１２０、１３２），－条带物是挠性的，在所有的空间方向上能使反应气体通过，其表面与体积比为５０－５０００米↑［２］／米↑［３］，并有良好的传热性，－反应气体以≥２００米↑［３］／米↑［ ２］正面面积.小时的速率通过反应器空间，以及－换热介质在远离反应器空间的一侧反应器壁流动。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：FJ布勒克，M哈克，M施特罗埃泽勒，O沃茨，E施瓦布，
申请(专利权)人：巴斯福股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]