适于液体和气体在固体催化剂上连续反应的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及在呈固定床安置于反应器中的固体催化剂上连续／半连续进行液体和气体之间的反应，反应物呈同流向流过该反应器，并且该反应器配置有特定的混合设备和分布设备。该混合设备和分布设备由具有静态混合器的分布器板组成。该反应器特别适于实施将丁二烯选择氢化成直链丁烯的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在呈固定床安置于反应器中的固体催化剂上连续/半连续进行液体和气体之间的反应，反应物呈同流(Gleichstrom)向流过该反应器，并且该反应器配置有特定的混合设备和分布设备。
技术介绍
在化学实践中常出现气、液和固三相参与的反应。在大多数情况下，催化剂呈固定床存在，反应物分布在气相和液相中。如果反应在固体的催化表面上进行，则该反应速率不仅受气/液之间的传质也受液体和固体之间的传质的影响。这里，传质和化学反应被看作是相继进行的步骤。每一步骤都可以是决速步骤。在化学过程中常出现复杂的反应网络。不仅可同时进行平行反应也可同时进行后续反应。在这类过程中对目标产物的选择性起着特别重要的作用。目标产物的反应和选择性不仅取决于反应动力学(特别与温度和压力有关)，还取决于所选反应器的流体动力学。工业上使用的三相-反应器主要以相的流动方式来区分。由此可区分为悬浮反应器(搅拌桶或泡罩柱、流化床和固定床(液浸反应器或喷淋反应器)。在固定床反应器中，催化剂呈填料床形式安置。从运行方式看，可区分为液浸反应器和喷淋反应器。在液浸相反应器中，液相的流速小。液相中的反应气呈同流或逆流从下而上通过反应器(Baerns，Hofmann，Renken“Chemische Reaktionstechnik“，Georg ThiemeStuttgart，1999，第264-367页)。在三相反应器(即三相喷淋床反应器)中，该液相从上向下导入。该气相可与液相呈相同方向或相反方向流动。大多为两相(气体和液体)以同流方向从上向下导入。这时三相反应可呈不同运行方式，这将在下面描述。取决于所选的液体流速和气体流速，可调节不同的运行范围。在小的液体流速下，该液体呈薄膜喷淋而下，同样较小的向下的气流连续流动，这就形成所谓的喷淋运行方式或“喷淋流”。在增加气体流速并同时保持较小的液体流速时，就达到“喷雾流”范围(喷雾方式)。相反，如果气体流速保持较小而明显增加液体流速时就形成“气泡流”。如果同时增加两相的气体流速，则达到脉冲运行方式(“脉冲流”)。这些运行方式具有特征性的和有很大区别的流体动力学参数，其特别对传质有影响。在三相反应器中进行的反应的转化和选择性同样取决于反应器的动力学、压力、温度和流体动力学(Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry，Vol.B4，第309-320页)。在直径较大的工业用反应器中，原料(液体(原料1)，气体(原料2))在催化剂床的整个截面上的分布起着决定性作用。当该气体仅以有限程度溶于液体中并该反应仅在液相和固相催化剂之间发生时，反应显示出附加的困难。在此情况下，在反应进行(在液相中)的同时必须将原料2从气相输入液相。这要求在反应器中的每个部位上不仅液体而且气体均要以足够量存在，即该两反应物不仅在径向而且在轴向均需最佳分布。在这种情况下，要力求使整个反应器截面上的流速均相同。此外，三相反应器大多在绝热下运行，即会由于放出或吸收反应热会使该温度随反应进行而变化，并且由于没有外部热交换器会使温度相应提高或下降。因此，为达反应器中的温度均匀分布，该原料的均匀分布也是需要的。为使原料在催化剂表面均匀分布的同时达到尽可能好的混合，则在技术上要采取各种措施。可在催化剂上施加由填料如拉西-环或球组成的惰性层，该层可使液体和气相在催化剂截面上呈均匀分布。另一种可能性在于，借助于分布器板如多孔板来实现原料在催化剂最上层上的分布。该两种所述的技术措施的组合也是可能的。US 5882610和US 6093373中描述了一种混合装置和分布装置，它由其每个孔都装有一根具有侧面砧孔的向上的直立管的多孔板和多孔板和催化剂层之间的自由腔构成。催化剂和多孔板之间的腔的高度为0-10cm。该管的直径等于或小于多孔板和催化剂层之间的间距的一半。每平方米的管数为100-700。气相和液相在管中和在间隙中混合。然后流过催化剂层。曾提到，借助于该权利要求的装置改进了气体和液体的混合以及原料在催化剂表面上的上载均匀性。但未给出在进行化学反应时产生这种效果的实施例。所用反应器的高各为4m，直径为400mm。该反应器的长度或反应区的长度与直径的高比例通常适于三相反应器。通常对这类反应器所建议的比例大于5，优选5-25(Ullmann’sEncyclopedia of Industrial Chemistry，Vol.B4，第310页)。
技术实现思路
本专利技术的目标在于，提供一种三相反应器，它也可在反应器的长细比(Schlankheitsgrad)(定义反应区(催化剂填充段)与反应区直径(反应器-直径)的比)小于5的情况下运行。由此甚至在设计高容量的反应器(通过放大反应器的直径)时可避免该反应器需有很大的高度，因为对高的反应器在静稳定方面有特别高的要求。令人意外地发现，在固定床催化剂上方具有分布器板并有静态混合器的反应器甚至在长细比小于5时也可使原料达到足够好的轴向和径向分布和充分混合。此外还发现，如果气体和液体借助于带有静态混合器的分布器板混合/分散并在催化剂表面上均匀分布，则该液体和气体以同流方向在呈固定床的催化剂上反应时可提高形成最终产物的选择性。因此本专利技术要提供一种用于进行反应的反应器，在该反应中至少存在三相，至少一种气态原料和液态原料呈同流方向地在固定床中的催化剂上反应成产物，其中该反应器具有至少一个其中催化剂呈固定床存在的区和其大小相当于反应器截面并通过有孔的分布器板与该区分开的区，液态和气态原料经此区进入反应器，其特征在于，分布器板具有静态混合器，该混合器位于分布器板的至少一侧的孔中。同样本专利技术还提供一种方法，在该方法的反应器中至少存在三相，其中至少一种原料是气态，一种原料是液态，催化剂呈固定床，原料呈同向流流过反应器，其特征在于，反应在本专利技术的反应器中进行。本专利技术反应器的优点在于，在三相反应器中可达到足够好的原料分布、与所进行的反应的复杂性无关、与在三相反应器中实施该方法所选择的运行方式无关(“喷雾流”、“气泡流”、“喷淋流”或“脉冲流”)、和与气体在反应混合物中的溶解度无关。也可并特别在有反应网络存在时采用本专利技术的反应器。这时甚至在具有较小的长细比(即大直径)的反应器中也可达好的原料分布。优选是采用本专利技术的反应器甚至在长细比小于5时其所进行的反应(方法)的选择性相应于在长细比大于5的反应器中所进行的反应的选择性。本专利技术的反应器简化了从实验室实验向大工业装置的放大，因为现在不再需要应用长细比大于5的反应器，而至今在高生产量时却是需要结构非常高的反应器或需要使用多个平行运行的小反应器。按照所进行的反应，通过采用本专利技术的反应器，尽管其反应器直径有明显放大甚至也可达到改进目标产物的选择性。在本专利技术的范围内，术语液体意指其在反应器中于反应条件下呈液态存在的并含至少一种原料的物质或物质混合物。术语气体意指其含至少一种原料和任选地还有惰性气体的纯气体或气体混合物。具有两种原料的气体的实例是在加氢甲酰基化反应中使用的合成气。下面将示例性地描述本专利技术的反应器和本专利技术的方法，但本专利技术应不受限于该示例性的实施方案。如果下面给出范围、通式或化合物的种类，则其不仅包括该明确指明的相应化合物的范围或组，而还包含通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于进行反应的反应器，在该反应中至少存在三相，并且至少一种气态原料和至少一种液态原料呈同流方向地在固定床中的催化剂上反应成一种或多种产物，其中该反应器具有至少一个其中催化剂呈固定床存在的区和其大小相当于反应器截面并通过有孔的分布器板与该区分开的区，液态和气态原料经此区进入反应区，其特征在于，分布器板具有静态混合器，该混合器位于分布器板的至少一侧的孔中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：G格伦德，S耶尔科，W比施肯，U彼得斯，
申请(专利权)人：奥克森诺奥勒芬化学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]