加氢甲酰化反应方法技术

本发明专利技术涉及加氢甲酰化反应方法。在一个方面，加氢甲酰化反应方法包括(a)在反应器中在均相催化剂的存在下使烯烃、氢气和一氧化碳接触以提供反应流体，其中该反应器包括一个或多个反应区；(b)从第一反应区中去除该反应流体的一部分；(c)使所去除的反应流体的至少一部分通过剪切混合设备，以在所去除的反应流体的该部分中产生气泡，其中将提供给该反应器的氢气和一氧化碳的至少一部分通过该剪切混合设备引入；以及(d)通过一个或多个喷嘴将所去除的反应流体返回到该第一反应区，其中离开每个喷嘴的返回反应流体是射流，其中由这些射流提供给该反应器的混合能量密度大于或等于500W/m3。。。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】加氢甲酰化反应方法


[0001]本专利技术总体上涉及加氢甲酰化反应方法。

技术介绍

[0002]加氢甲酰化是烯烃与H2和CO在有机磷配体改性的均相铑催化剂的存在下发生的反应，以根据以下方程式产生醛：
[0003][0004]典型地，加氢甲酰化反应在液相中进行，其中将合成气(H2和CO的气态混合物)鼓泡到含有液体烯烃、产物醛、重质物和均相铑/配体催化剂的反应流体中。
[0005]为了使反应发生，H2和CO必须溶解在反应流体中，因此有效的气体/液体混合对于引发和维持加氢甲酰化反应是关键的。
[0006]此外，必须除去由放热加氢甲酰化反应产生的热量，并且将反应器温度控制在所需的反应条件下。这通常通过内部冷却盘管、或通过经过外部热交换器再循环反应流体并将冷却的反应流体返回到反应器、或通过这两者来实现。
[0007]此外，在与上述加氢甲酰化反应相同的条件下，所得的醛可以进一步反应并原位加氢得到相应的醇，并且在胺化条件下的加氢甲酰化可以被认为是加氢甲酰化反应的变体。
[0008]一些加氢甲酰化催化剂的另一次要催化活性是将双键(例如具有内部双键的烯烃的双键)氢化或异构化成饱和烃或α
‑
烯烃，反之亦然。重要的是避免加氢甲酰化催化剂的这些次要反应以建立和维持反应器中的特定加氢甲酰化反应条件。即使工艺参数的小偏差也会导致形成大量不期望的次要产物，因此在加氢甲酰化反应器中的整个反应液体体积内保持几乎相同的工艺参数可能是相当重要的。另外，反应器内没有充分分散或溶解的合成气的那些体积对反应器的反应或生产力没有贡献。此外，许多可水解催化剂在不存在合成气的情况下在反应温度下表现出催化剂降解，使得具有低分散或溶解的合成气的这些区域将导致催化剂性能的下降。另选地，许多铑膦催化剂在高CO环境中表现出降解，使得还应避免溶解的合成气浓度过高的区域。因此，高度分散(如由高气体滞留量或气体分数决定)和均匀的气体混合是期望的结果。一般而言，在使用有机磷配体改性的均相铑催化剂的烯烃加氢甲酰化中，建立溶解在液体反应介质中的氢气和一氧化碳的最佳浓度是有利的。
[0009]在反应液体中溶解的一氧化碳(CO)的浓度是特别重要的并且是关键的加氢甲酰化反应器控制变量。尽管不能直接测量反应液体中溶解的CO浓度，但通常使用在线分析仪监测和近似估计该浓度以测量假定与反应液相平衡的反应器蒸气空间中的CO分压。如果反应器中的反应流体被更均匀地混合并且更好地近似完全返混的反应混合物(诸如在经典CSTR模型中)，则该近似值得到改善。
[0010]为了实现高转化率，诸如在美国专利号5,728,893中所述的具有多个区的反应器
是优选的。然而，在具有多于一个反应区的反应器中，测量顶部空间的CO分压可能仅给出顶部区中的CO浓度的指示，而不一定给出下部反应区中的CO浓度。当顶部反应区不是返混反应器时，这变得更重要。在后一种情况下，甚至更重要的是，非返混反应区的进料尽可能均匀以实现尽可能均匀和/或可预测的CO分布。
[0011]烃(链烷烃)形成反应、醛的高沸点缩合物(即，高沸点物或“重质物”)的形成以及有机磷
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铑基催化剂的降解速率也受反应温度影响。对于返混反应器，重要的是避免在反应器中存在的反应液体体积内形成关于反应温度和溶解的CO浓度的梯度；换句话说，重要的是在总液体体积上建立和维持接近相同的操作条件。因此，优选的是避免试剂和温度在反应区内的非均匀分布。然而，已知其他非返混反应器诸如活塞流和气泡反应器将具有梯度，因此使得这些反应器更难以按这种方式控制。
[0012]先前已经认识到用于进料合成气并确保良好分布的手段。学术论文聚焦于例如搅拌速度，并且PCT公布号WO2018/236823中公开的用于没有机械搅拌器的返混反应器的技术教导了合成气的良好分布对于良好反应性和反应器性能很关键。
[0013]因此，希望有一种加氢甲酰化反应器设计，并且优选地一种多区加氢甲酰化反应器设计，该反应器设计在反应器中提供高度分散和均匀的合成气和温度分布并且在不使用机械搅拌器的情况下建立良好的初始合成气分布。

技术实现思路

[0014]本专利技术总体上涉及加氢甲酰化反应方法，其中通过使烯烃在液相中与一氧化碳和氢气反应来制备醛。在各种实施方案中，在50℃至145℃的升高的温度下和在1巴至100巴的压力下，在催化剂的存在下，这些气体的一部分以气泡的形式分散在反应液体中，并且另一部分溶解在反应液体中。本专利技术的实施方案可有利地提供反应流体在反应器中的充分的气体
‑
液体混合而不使用机械搅拌器。
[0015]已经发现，高速流体流动可用于(1)引入合成气作为良好分布的细气泡流和(2)使气泡均匀分布以通过向反应液体中施加动量和剪切力来混合整个反应区，从而不仅混合反应器内容物而且还分散合成气气泡。尽管不像在现有的文丘里气体/液体混合反应器设计中那样位于反应器的顶部，但在本专利技术的一些实施方案中，总体反应器流体可实现显著均匀的温度和气体
‑
液体混合，如反应器中更高和更均匀的气体分数或气体负载以及恒定和均匀的温度所证明的。另外，均匀混合的细气泡有利于将工艺流体引入非返混反应区诸如鼓泡塔或活塞流反应器中，这在文丘里型反应器设计中是困难的。
[0016]在一个方面，加氢甲酰化反应方法包括(a)使烯烃与气态氢和一氧化碳在均相催化剂的存在下在反应器中接触，以提供反应流体，其中该反应器包括一个或多个反应区；(b)从第一反应区中去除反应流体的一部分；(c)使所去除的反应流体的至少一部分通过剪切混合设备，以在所去除的反应流体的该部分中产生气泡，其中将提供给反应器的氢气和一氧化碳的至少一部分通过剪切混合设备引入；以及(d)通过一个或多个喷嘴将所去除的反应流体返回到第一反应区，其中离开每个喷嘴的返回反应流体是射流，其中由该射流提供给反应器的混合能量密度满足以下公式：
[0017][0018]其中V是第一反应区中的反应流体的体积(以m3计)，N是返回到第一反应区的射流的总数，使得使用从i＝1至i＝N(增量为1)的自然数唯一地标识每个射流，ρ
i
是在喷嘴端口处通过第i个射流返回到第一反应区的反应流体的平均密度(以kg/m3计)，Q
i
是通过第i个射流返回到第一反应区的反应流体的体积流速(以m3/s计)，并且A
i
是反应流体在反应流体离开喷嘴并进入第一反应区的位置处所流过的第i个喷嘴的横截面积(以m2计)。
[0019]在具体实施方式中更详细地描述了这些和其他实施方案。
附图说明
[0020]图1是示出可用于根据本专利技术的一个实施方案的加氢甲酰化反应方法的加氢甲酰化反应器和相关设备的示例的示意图。
[0021]图2是示出根据本专利技术的一些实施方案的喷嘴在反应器中可取向的角度和其他参数的示意图。
[0022]图3示出了可用于本专利技术的一些实施方案中的剪切混合设备的两个实施方案，其中“G”表示进入剪切混合设备的气体，并且“L”表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种加氢甲酰化反应方法，所述方法包括：(a)在反应器中在均相催化剂的存在下使烯烃、氢气和一氧化碳接触以提供反应流体，其中所述反应器包括一个或多个反应区；(b)从第一反应区中去除所述反应流体的一部分；(c)使所去除的反应流体的至少一部分通过剪切混合设备，以在所去除的反应流体的所述部分中产生气泡，其中将提供给所述反应器的氢气和一氧化碳的至少一部分通过所述剪切混合设备引入；以及(d)将所去除的反应流体通过一个或多个喷嘴返回到所述第一反应区，其中离开每个喷嘴的返回反应流体是射流，其中通过所述射流提供给所述反应器的混合能量密度满足以下公式：其中V是所述第一反应区中的所述反应流体的体积(以m3计)，N是返回到所述第一反应区的射流的总数，使得使用从i＝1至i＝N(增量为1)的自然数唯一地标识每个射流，ρ
i
是在喷嘴端口处通过第i个射流返回到所述第一反应区的所述反应流体的平均密度(以kg/m3计)，Q
i
是通过第i个射流返回到所述第一反应区的所述反应流体的体积流速(以m3/s计)，并且A
i
是所述反应流体在所述反应流体离开所述喷嘴并进入所述第一反应区的位置处所流过的第i个喷嘴的横截面积(以m2计)。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应流体通过所述剪切混合设备的流速满足以下条件：q
SM
＞525(μ
o
/ρ
o
)P
SM
其中q
SM
是所述反应流体进入所述剪切混合设备的流速(m3/s)，其中ρ
o
是所述反应流体在进入所述剪切混合设备之前的密度(kg/m3)，其中μ
o
是所述反应流体在进入所述剪切混合设备之前的粘度(Pa
‑
s)，并且其中P
SM
是在所述剪切混合设备内部用于液体流动的横截面的最小润湿周长。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中至少两个喷嘴将所去除的反应流体返回到所述反应器，其中每个喷嘴被定向成使得所述喷嘴相对于水平面的角度(α)在+75
...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：陶氏技术投资有限责任公司，
类型：发明
国别省市：