固定床反应器制造技术

本发明专利技术提供使用固定床催化反应器设计、操作、监测和／或判断化学反应，尤其是加氢处理工艺的体系。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是申请号为2005800477217、申请日为2005年12月16日、专利技术名称为“固定床反应器”的中国专利申请的分案申请。专利
本专利技术涉及固定床反应器的设计、操作和/或判断和所述反应器在工艺中的用途。在一个实施方案中，本专利技术涉及将醛和酮氢化而制备醇的工艺，和用于所述工艺的固定床、气-液、下流式催化反应器的设计、操作和/或判断。
技术介绍
固定床催化反应器是使用催化剂进行化学反应的公知的一流设备。存在许多与这类反应器有关的优点，例如设备通常设计起来简单；没有磨损的活动部件；催化剂停留在反应器中；容易将反应混合物与催化剂分离；可以通过例如添加冷气或液体淬火、内置或外置换热器、壁式热交换器(例如，在小直径管道如小试规模装置或多管束反应器的情况下)添加或移除热；或可以绝热地操作反应器。 存在许多固定床催化反应器构型，其中最常用的是例如由R.Gupta在Handbook of Fluids in Motion(1983)第19章的“CocurrentGas-Liquid Downflow in Packed Beds”中描述的可能并流的气-液下流式反应器构型。其它构型包括并流向上流和逆流操作。 无论具体构型如何，理论上，希望固定床催化反应器提供其中包括充分的体积和停留时间的属性以提供所需的转化率；提供反应物和产物通过气-液界面和通过催化剂颗粒表面上的液膜的充分的质量传递速率；在床中的颗粒的整个横截面上提供整个催化剂颗粒和活性部位的有效使用；在床的整个宽度和长度上提供均匀的流量分布以使用全部催化剂；提供其中气相和液相保持均匀混合且不分离的条件；允许其中所有催化剂得到充分湿润的条件以致反应物存在并且热有效地从反应器中的所有区段传递；提供以安全操作窗体或有效范围控制温度的有效方法以使反应选择性、产物质量、催化剂寿命等最大化。参见例如H.Hofmann“Multiphase Catalytic Packed BedReactors”，Catal.Rev.Sci.Eng.17(1978)71-117。然而，在工业反应器中实现所有上述属性仍是长期寻求的目标。 可以在此类反应器中进行的工艺类型的实例是氢化。各类的多相催化氢化工艺广泛地在工业规模上使用并且用于将各式各样的有机原料氢化。 具体的实例包括将醛和酮氢化成醇，不饱和烃氢化成饱和烃，乙炔衍生的化学物质氢化成饱和材料，不饱和脂肪酸氢化成饱和脂肪酸，不饱和脂肪酸的酯氢化成部分或完全氢化的脂肪酸的酯，腈氢化成伯胺，某些糖氢化成多羟基醇。其它实例包括将醌氢化(例如作为过氧化氢制备中的步骤将2-乙基蒽醌氢化)，由环己酮制备环己醇，由丙酮制备异丙醇，和将不饱和烃氢化例如在由苯制备环己烷中的氢化。 这些氢化反应的典型的催化剂包括第VIII族金属催化剂如钴、镍、铑、钯和铂(使用周期表的传统的CAS版本；参见Chemicaland Engineering News，63(5)27，1985)，此外还有其它金属如铜、锌和钼。 通过将丁-2-炔-1，4二醇氢化制备丁烷-1，4-二醇是乙炔衍生的化学物质的氢化实例；用于这一反应的适合的催化剂已被描述为在硅胶上的颗粒状镍-铜-锰。通过使用镍、钴、铂、钯、铬或铜/锌催化剂将相应的不饱和酸、亚油酸和亚麻酸催化氢化制备硬脂酸是将不饱和脂肪酸氢化以产生饱和脂肪酸的实例。所谓的植物油“硬化”是不饱和脂肪酸的酯的氢化实例。通过苯乙腈的氢化制备β-苯乙胺是腈的氢化实例。作为糖氢化成多羟基醇的实例，可以提及将酮糖和醛糖氢化成六羟基醇，例如D-葡萄糖氢化成山梨糖醇和D-甘露糖氢化成甘露糖醇。 制备C3和更高级醇的重要途径包括烯烃，如乙烯、丙烯和丁烯-1的加氢甲酰化，以产生比起始烯烃多一个碳原子的相应的醛，接着氢化成醇。工业上重要的羰基合成法包括此种加氢甲酰化方法，接着氢化。因此，乙烯的加氢甲酰化产生丙醛，丙烯的加氢甲酰化产生正和异丁醛的混合物，接着催化氢化成相应的醇，如正丙醇和正丁醇。重要的增塑剂醇2-乙基己醇可以如下制备例如，正丁醛的碱催化缩合以产生不饱和醛(2-乙基-己-2-烯醛)，然后将它氢化以产生所需的2-乙基己醇。历史上，用于这些醛氢化反应的优选的催化剂是第VIII族金属催化剂，尤其是镍、钯、铂或铑。还提出了许多其它的体系。羰基合成法和基于其的变体是许多专利和专利申请的主题，这些文献的最近的实例是WO2003083788A2和WO2003082789A2并且这些文献又列举了相同主题的许多参考文献。 加氢脱硫是另一个工业上重要的氢化反应。这是通过与氢发生催化反应形成硫化氢而从混合烃原料中除去复杂有机含硫化物，如硫化物、二硫化物、苯并噻吩等。 与加氢脱硫过程类似且通常同时的是加氢脱氮，其中用氢将复杂的有机氮组分转化以形成烃和氨。典型的有机氮组分是吡咯、吡啶、胺和苄腈。 另一种精炼应用是氢化裂解，它用来通过将大分子裂化成较小分子并使用双功能催化剂加入氢而降低进料的沸点。 在所有上述情形下，催化加氢处理是多相方法，通常作为汽相过程或液/气相过程操作。在常规的多阶段加氢方法中，将待氢化的含氢气体和材料按并流或逆流方式供给穿过设备。为了实现氢使用的良好经济性，有时使用再循环气体，其通常包含H2和稀释剂如甲烷和主过程的其它轻质产品气。 术语“滴流床反应器”或“滴流床状态”通常用来描述这样的反应器，其中液相和气相并行向下流过催化剂颗粒的固定床同时发生反应。然而，这些反应器可以按各种流动形式操作，这取决于蒸气和液体流量和性能。在足够低的液体和气体流量下，液体在填充物上基本上按层流膜或溪流滴下，气体连续地流过该床中的孔隙。这称作气体连续区域或更具体的“滴流流动形式”并且该类型通常在精炼应用中遇到，其中通常需要大量过量的氢气来防止焦化和保持在反应期间形成低浓度的催化剂毒物如硫化氢。然而，应当指出，滴流流动的操作范围非常宽并且不仅仅由流量确定(参见，例如下面更完全论述的E.Talmor，AIChE Journal，第23卷，第6期，第868-874(1977年11月))。因此，例如并且不希望受到理论的束缚，也可能在低的液体流量但是在较高的气体流量下操作。 随着气体和/或液体流量的增加，遇到描述为波动、腾涌的行为，本领域中称为“脉冲流动形式”。此种行为可能是工业石油加工中通常遇到的较高操作速率的特征。脉冲由富有蒸气或液体的交替区段所引起。它通常称作“高相互作用流动形式”。在高的液体流量和足够低的气体流量下，液相变得连续并且气体呈气泡形式穿过；这称作“分散的泡状流动”或“泡状流动形式”并且是一些化学加工的特征，其中液体流量(每单位面积的反应器横截面)可以与石油加工中遇到的最高流量相当但更通常高得多，但是其中气体/液体比率小得多。 按泡状流动形式，即低气体与液体体积比运行的固定床氢化反应器可具有相分离的倾向。不希望受到理论的束缚，此种相分离可能发生，原因在于分离的流体在反应器或反应器的一部分内具有压降，该压降低于混合相压降；概念上，这可能导致由于在那些蒸气-液体分离的区段中一种组分的不足引起的大量反应的损失，由没有通过足够的液体流动送走的反应热的局部积聚产生的“热点”，和/或显示比在理想流动条件下理论上可能的更高的ΔT的整个轴向或中心线温度分布本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在固定床反应器中操作三相反应的方法，其中反应器变量和反应器操作满足如下的水力条件：　（ａ）Ｔａ＜６００，和　（ｂ）φ＞｛０．０４５＋（０．０００３５×Ｔａ）｝；　其中Ｔａ为在所述反应器中预选点处的惯性力和重力之和除 以在所述反应器中所述预选点处的界面力和粘性力之和，φ为所述反应器中所述预选点处的气体与液体的体积流量比。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RD加顿，DG伍兹，HG科斯坦，PJ奥斯特里斯，BC麦克莱恩，
申请(专利权)人：埃克森美孚化学专利公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]