采用多管反应器的气相催化氧化方法技术

一种气相催化氧化的方法，其能有效去除反应热，防止热点的出现，并有效获得所需的产物。特别是，一种通过多管反应器将待氧化的物质和含分子氧的气体进行气相催化氧化的方法，该多管反应器包括：配备有原料供应口和产物出口的圆柱形反应器壳体；配置在圆柱形反应器壳体周围并用来将热介质引入圆柱形反应器壳体或将热介质从中导出的多根环状导管；用于将多根环状导管彼此连接的循环装置；用反应器的多块管板限制的且其中容纳有催化剂的多根反应管；以及布置在反应管的纵向方向并用于改变引入反应器壳体的热介质的方向的多块折流板。该方法中，在使得热介质的传热系数为１０００Ｗ／（ｍ↑［２］.Ｋ）或更高的条件下进行所述气相催化氧化。（*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】
本专利技术涉及气相催化氧化的方法。本专利技术优选用于用分子氧氧化丙烯、丙烷或异丁烯以有效生产(甲基)丙烯醛或(甲基)丙烯酸。
技术介绍
多管反应器用于将原料与反应器中装载的固体催化剂接触而进行的反应。多管反应器通过有效除去由气相催化氧化反应产生的大量的热而控制反应温度，在该气相催化氧化反应中待氧化的物质在固体催化剂存在下与分子氧接触。通常，在需要防止催化剂暴露于因反应热的过高温度下而加快劣化的时候，采用该反应器。在该多管反应器中，用于冷却的流体(下文也称为热介质)在反应管束的外面(即在壳体侧)循环以维持反应需要的温度，同时如在化学工厂广泛采用的换热器中所进行的，在工艺流体(在气相催化氧化的情况下指工艺气体)和热介质之间进行热交换。该工艺防止了因在催化剂层局部温度过分升高(形成热点(hot spot))而引起的反应管中催化剂的劣化。然而，气相催化氧化反应的反应热是如此之大以至于因热点频繁出现而引起催化剂劣化，并且因超出催化剂允许的温度而引起反应失控。这可导致一些问题例如无法利用催化剂。已经提出了在用于气相催化氧化的多管反应器中抑制热点形成的许多方法。例如在JP 08-92147 A披露的方法中，使反应器壳体内热介质的流动方向和由反应器引导的原料气体的流动方向平行。另外，用折流板(baffles)使热介质流曲折向上流动。从而，热介质的温度变得均一，从进口到出口具有2-10℃或更小的温度差。但是，该方法仅关注了热介质的温度差。因此，在传热系数不均匀的实际反应器中，该方法有在传热系数差的区域产生热点的缺点。JP 2000-93784 A提出了一种抑制热点形成的方法，其中使反应原料气体和热介质的流动平行向下以防止不含热介质的气体的聚集。该专利还描述了一种方法，该方法通过将原料气体经反应器的上部供入反应器，向下流过反应管的催化剂层，使最容易劣化的催化剂层进口周围的催化剂可被更换。但是，该方法集中在原料气体流和热介质的关系上。因此，如果热介质的流速和传热系数低，它有不能充分除去反应热而产生热点的缺点。或者，JP 2001-137689 A提出了一种通过设定如何放置反应管和改变热介质流动方向的折流板来抑制热点形成的方法。在多管反应器中，用于冷却反应热的热介质在反应器的壳体侧循环。由于壳体侧上的流道中折流板及反应管束的存在，热介质分别流入反应管束，进入折流板和反应管束之间的空隙，及进入折流板和反应器主体之间的空隙中。但是，除了流经反应管束的热介质，流经其它部分的热介质不能用于冷却反应管，因此应尽可能减少这部分热介质。同样，JP 2001-137689 A的描述涉及所有热介质的流量，但没有涉及到传热系数。因此，必须通过考虑传热系数来缓和一些问题如热点。在多管反应器中，通过热介质的循环除去反应管内产生的反应热。因此，如果不能有效除去反应热，则在催化剂层中会形成热点，导致所需要的产物的产率下降、催化剂活性劣化等。通过反应管内产生的热量和传给热介质的热量之间的平衡来确定催化剂层的温度分布。因此，已尝试了降低热点中温度的方法，其中通过赋予热介质的较大流量来增加热介质侧的传热系数。然而，热介质的流量增加大于需要会引起热介质循环泵的尺寸增大。而且，要求更大的功率来驱动热介质循环泵，导致操作成本增加这一问题。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种采用多管反应器的气相催化氧化的方法，其能够用维持的合适的热介质循环量有效除去反应热；防止热点形成；有效提供所需要的产品；和延长催化剂的寿命而不劣化催化活性。本专利技术的专利技术人为了获得上述目的进行了各种研究并分析了尺寸增大的多管反应器的壳体侧的热介质的流动和传热。结果，他们发现通过在使热介质的传热系数为一特定值的条件下进行气相催化氧化反应，可以提供一种气相催化氧化方法而获得上述目的，从而完成了本专利技术。即，本专利技术如下所述。(1)通过多管反应器用含分子氧的气体对待氧化的物质进行气相催化氧化的方法，该多管反应器包括配备有原料供应口和产物出口的圆柱形反应器壳体；配置在圆柱形反应器壳体周围并用来将热介质引入圆柱形反应器壳体或将热介质从中导出的多根环状导管；用于将多根环状导管彼此连接的循环装置；用反应器的多块管板限制(restrained)的且其中容纳有催化剂的多根反应管；以及布置在反应管的纵向方向并用于改变引入反应器壳体的热介质方向的多个折流板，其中该方法包括在使得热介质的传热系数为1000W/(m2·K)或更高的条件下进行气相催化氧化反应。(2)根据(1)的气相催化氧化方法，其中该方法包括用分子氧氧化丙烯、丙烷或异丁烯以生产(甲基)丙烯醛；和/或用分子氧氧化(甲基)丙烯醛以生产(甲基)丙烯酸。附图说明图1是用于本专利技术的气相催化氧化方法中的多管热交换反应器(multitubular heat-exchange reactor)的一种实施方式。图2是用于本专利技术的多管反应器中的折流板的一种实施方式。图3是用于本专利技术的多管反应器中的折流板的一种实施方式。图4是本专利技术的多管反应器的顶视图。图5是用于本专利技术的气相催化氧化方法中的多管热交换反应器的一种图6是将图5的多管反应器的壳体分开的中间管板的放大图。具体实施例方式在下文详细描述本专利技术。本专利技术提供一种通过多管反应器用含分子氧的气体对待氧化的物质进行气相催化氧化的方法，该多管反应器包括配备有原料供应口和产物出口的圆柱形反应器壳体；布置在圆柱形反应器壳体周围并用来将热介质引入圆柱形反应器壳体或将热介质从中导出的多根环状导管；用于将多根环状导管彼此连接的循环装置；用反应器的多块管板限制的且其中容纳有催化剂的多根反应管；以及布置在反应管的纵向方向并用于改变引入反应器壳体的热介质方向的多个折流板，该方法的特征在于，在使热介质的传热系数为1000W/(m2·K)或更高的条件下进行气相催化氧化反应。在本专利技术中，苯和丁烷用作待氧化的物质并和含有分子氧的气体进行气相催化氧化以生产顺丁烯二酸酐。当二甲苯和萘中的至少一种用作待氧化的物质并和含有分子氧的气体进行气相催化氧化以生产邻苯二甲酸酐时，也采用本专利技术。在本专利技术中，更优选丙烯、丙烷或异丁烯用作待氧化的物质，并和含有分子氧的气体进行气相催化氧化以生产(甲基)丙烯醛(下文也称为前段(第一阶段)反应)。然后将在前段反应中制得的(甲基)丙烯醛用作待氧化的物质，并和含有分子氧的气体进行气相催化氧化以生产(甲基)丙烯酸(下文也称为后段(第二阶段)反应)。在本专利技术中，确定热介质的传热系数，特别是通过采用计算机模拟分析的热介质流动分析来确定。通过下列模拟可以进行热介质的上述流动分析反应器的限定结构如折流板与反应管和热介质供应口的布局(layout)，对热介质的限定项目如物理性能和其流量(flow rate)。更具体地，通过采用动量守恒、质量守恒和热焓(enthalpy)守恒等的方程，计算确定热介质的流动方向和流动速度。在本专利技术中，采用CFX(由AEA Technology Plc制造)作为流体分析软件(fluidanalysis software)可以进行该分析。因此，热介质的上述流体分析使得可探测到具有低的传热系数的热介质的部分。另外，在本专利技术中，在使得热介质的传热系数为1000W/(m2·K)或更高的条件下进行气相催化氧化反应。特别是，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过多管反应器用含分子氧的气体对待氧化的物质进行气相催化氧化的方法，所述多管反应器包括：配备有原料供应口和产物出口的圆柱形反应器壳体；多根环状导管，其配置在圆柱形反应器壳体周围并用来将热介质引入圆柱形反应器壳体或将热介质从中导出；用于将多根环状导管彼此连接的循环装置；多根反应管，其用反应器的多块管板限制且其中容纳有催化剂；以及多个折流板，其布置在反应管的纵向方向并用于改变引入反应器壳体的热介质方向，其中该方法包括：在使热介质的传热系数为１０００Ｗ／（ｍ↑［２］.Ｋ ）或更高的条件下进行气相催化氧化反应。

【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：矢田修平，保坂浩亲，神野公克，
申请(专利权)人：三菱化学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]