專利名稱：板式催化反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通過使用粒狀或球狀非均相固體催化劑產生放熱或吸熱的氣相反應，使氣態(tài)反應原料轉化生產有用成分用的板式催化反應器。更詳細地講，涉及填充固體非均相催化劑的催化劑層中伴隨反應所產生或消耗的熱，通過利用傳熱板所隔開的內部載熱體散熱或供給加熱，有效地控制該催化劑層內的溫度分布，可期待提高反應效果及延長催化劑壽命的板式催化反應器。
背景技術：
迄今，使用粒狀或球狀固體催化劑的非均相催化反應一般使用固定床反應器或有熱交換功能的列管式反應器。特別是產生反應熱非常大，催化劑層溫度上升顯著的反應時，使用列管式反應器(例如，參照特開2001-139499號公報及特開2001-137689號公報)。
作為這些的反應例，有從乙烯與氧生產環(huán)氧乙烷，從丙烯氧化生產丙烯醛或丙烯酸，從異丁烯或叔丁醇氧化生產甲基丙烯醛或甲基丙烯酸，從甲醇生產甲醛等。
這些方法使用的催化劑，一般是直徑中2～15mm的球狀或圓柱狀的催化劑，列管式反應器的反應管通常是內徑20～50mm、長1～5mm的圓筒狀管，工業(yè)化規(guī)模一臺反應器中通常反應管的根數(shù)是數(shù)千根～數(shù)萬根。
為了冷卻或加熱反應管，在反應管的周圍用反應器的殼(外殼)與固定反應管的管板包圍的空間(殼側)使載熱體循環(huán)，抽出該載熱體的一部分進行冷卻或加熱后再循環(huán)到反應器使用。
一般，作為載熱體可以使用硝酸鹽混合物之類的熔融鹽、多核芳香族化合物為主要成分的有機載熱體或沸水或沸有機介質等。
作為由于反應的吸熱，反應原料氣的溫度降低，使反應進行放慢或導致反應率降低的反應例子，有乙苯脫氫生產苯乙烯。
該反應過去使用固定床反應器，利用預熱反應原料氣的高溫氣體供給反應器。雖然也有時使用列管式反應器，但由于必須為接近600℃的高溫，故供給殼側的載熱體受到限定。
這樣，以往的列管式反應器中通常有數(shù)千根～數(shù)萬根的圓筒狀反應管，在該反應管內填充粒狀或球狀的固體催化劑，向反應管的外側的殼內供給載熱體，通過調節(jié)該載熱體的溫度控制催化劑層溫度。當使用這樣的列管式反應管實施非均相氣相反應時，在反應管內反應帶的各領域中，從反應原料氣體入口至反應帶1/3的反應帶區(qū)域中的反應量最大，催化劑層內的溫度分布變成如圖7所示的樣子。
然而，用于除去反應熱的傳熱面積，由于由反應管表面積決定，故整個反應帶傳熱面積相同。此外，供給載熱體殼側的溫度要設法盡量地成為均勻溫度，為了設法改進載熱體的供給方法或流動狀態(tài)以便在盡量相同的溫度使大多數(shù)的反應管進行反應，在與反應管垂直的面上保持相同的熱介質溫度，作為整個反應帶的反應熱除熱或加熱的效果，在反應管的整個反應帶相同地進行設計。
然而，反應管內的催化劑層內溫度分布在反應量大的反應管入口附近的反應帶，反應產生的反應熱除去不充分，蓄積在催化劑層中，催化劑層溫度成為高溫，嚴重時，因高溫而使催化劑受到損傷，這種現(xiàn)象稱作熱點。
當為氧化反應時，因反應而使放熱明顯加大，尤其是入口附近的反應帶的催化劑層溫度非常高，有容易形成熱點的問題。如果催化劑層內形成熱點，則由于催化劑表面的溫度上升，在該反應帶促進催化劑的劣化，或反應選擇性降低而減少目的物的生成量。
迄今，作為熱點的對策提出了使反應管內的催化劑層內溫度分布均勻化的改良方法，例如，作為改進反應的反應效果，獲得高收率目的生成物的方法，歷來有設多個向反應器的殼側供給載熱體的入口，供給溫度不同的載熱體，在反應管的軸向位置對不同的溫度進行控制的改進方法。
然而，為了從反應管的不同位置供給溫度不同的載熱體，必須有與不同溫度載熱體一樣數(shù)量的載熱體供給設備。此外，由于很難使所供給的不同溫度的載熱體與反應器內循環(huán)的載熱體，在反應器的殼側迅速進行混合，故存在助長反應器殼側的載熱體溫度不均勻性的缺點。
另外，還有在同一個反應管內填充多種催化劑，或者將催化劑與惰性稀釋劑混合后進行填充，限制入口部反應帶的反應量的方法。
該方法是限制反應帶入口部產生或消耗的反應熱，控制催化劑層溫度的方法。然而，工業(yè)化規(guī)模的反應器中有數(shù)千根～數(shù)萬根的反應管，在該反應管內反應帶必須同樣地填充調節(jié)了催化劑活性的多種催化劑，當使用稀釋劑時，也必須同樣地在相同反應管中填充多種催化劑與稀釋劑的混合物，在更換反應器的催化劑時非常費力及更換催化劑費時。更換催化劑期間必須停止反應。
此外，在使用反應活性低的催化劑，或用惰性物質稀釋催化劑調節(jié)反應活性的場合，必須在反應管中填充比原來催化劑量多的催化劑，或在反應帶區(qū)域必須填充實際上不需要的惰性物質。當存在通過催化劑層的反應原料氣的壓力損失增大，尤其是產生氧化反應時，存在為壓縮空氣等含分子態(tài)氧氣體，要增加必須的送風機或壓縮機動力的問題。
本發(fā)明目的在于提供在使用粒狀或球狀固體催化劑，實施非均相氣相反應的方法中，通過抑制催化劑層內的溫度上升，防止形成熱點，防止填充在該催化劑層的催化劑劣化，可使催化劑壽命延長、最佳地確保反應的選擇性、防止通過催化劑層的反應原料氣的壓力損失增大的新型板式催化反應器。

發(fā)明內容
本發(fā)明是解決上述問題的新型板式催化反應器，其有以下的要點。
(1)板式催化反應器，其特征在于，其具有2塊波形板接合的形狀，把有多個載熱體流路的一對傳熱板呈多對排列且使相鄰的傳熱板的波形板凸面部與凹面部對置，形成催化劑層。
(2)上述(1)的板式催化反應器，其特征在于，通過改變賦形為圓弧或橢圓弧的波形板形狀，從對催化劑層供給的反應原料氣的入口朝出口使該催化劑層的厚度增大。
(3)上述(1)～(2)的任何一項的板式催化反應器，其特征在于，載熱體相對于反應原料氣沿十字流的方向流動。
(4)上述(1)～(2)的任何一項的板式催化反應器，其特征在于，將多個波形傳熱板配置成放射狀，反應原料氣從催化劑層的內側向外側流動，載熱體相對于反應原料氣沿十字流的方向在波形傳熱板的流路內流動。
(5)上述(1)～(4)的任何一項的板式催化反應器，其特征在于，波形傳熱板的載熱體流路呈變成垂直的方向配置，從下部供給載熱體而成上升流，在載熱體流路內載熱體的至少一部分發(fā)生沸騰。
(6)丙烯或異丁烯使用含分子態(tài)氧氣體進行氧化，生產(甲基)丙烯醛與(甲基)丙烯酸，或(甲基)丙烯醛使用含分子態(tài)氧氣體進行氧化，生產(甲基)丙烯酸的上述(1)～(5)的任何一項的板式催化反應器。


圖1是插入本發(fā)明的板式催化反應器內的傳熱板的縱截面圖。
圖2是2塊波形板接合形成的傳熱板的放大圖。
圖3是圖1的III部的放大圖。
圖4是圖1的IV部的放大圖。
圖5是圖1的V部的放大圖。
圖6是把傳熱板配置成放射狀的板式催化反應器的橫截面圖。
圖7是過去列管式反應器中的催化劑層內溫度分布圖。
符號說明1…傳熱板2…載熱體流路3…催化劑層4…反應氣入口5…反應氣出口6…載熱體供給口11…波形板a…波形板的凸面部b…波形板的凹面部S1、S2、S3…反應原料氣的喉管最佳方案本發(fā)明使用的板式催化反應器，是將2塊波形板的凸面部彼此接合，形成多個載熱體流路的一對傳熱板，及在該傳熱板保持設定間隔的多對排列的相鄰傳熱板間，形成催化劑層的板式催化反應器。
供給該板式催化反應器的反應原料氣的方向是沿傳熱板的外側流動，載熱體供給一對傳熱板的內側。該載熱體的流動方向與反應氣的流動成垂直方向，即以十字流的方向流動。
與一對傳熱板相鄰的傳熱板的間隙，即所填充的催化劑層的厚度(催化劑層厚度)是與反應原料氣流動的垂直方向的距離，該傳熱板與相鄰傳熱板的間隙可根據(jù)反應量改變。
通常反應中的反應量，反應原料氣的入口部分最大，隨反應產生的反應熱最大且沿反應原料氣的出口方向減少。如乙苯脫氫反應，當反應為吸熱的場合使用時，為了促進反應轉化率，利用載熱體加熱催化劑層。為了除去該反應熱或高效率地進行加熱，通過改變傳熱板與相鄰傳熱板所使用的波形板的凹凸形狀，通過調節(jié)兩傳熱板的間隙，改變催化劑層厚度而控制反應，可以抑制催化劑層溫度。
以下，根據(jù)附圖對本發(fā)明的板式催化反應器進行說明。
圖1是插入本發(fā)明板式催化反應器塔內的傳熱板縱截面圖。
圖2是2塊波形板接合，形成的傳熱板的放大圖。
圖3是圖1的III部的放大圖。
圖4是圖1的IV部的放大圖。
圖5是圖1的V部的放大圖。
圖6是傳熱板配置成放射狀的板式催化反應器的橫截面圖。
圖1中的1是使2塊波形板對置形成的傳熱板，2是在該傳熱板1的內側形成的多個載熱體流路，而3是由相鄰的傳熱板1形成的填充了催化劑的催化劑層。
從反應氣入口4供給反應原料氣，通過催化劑層3，通過反應生產目的生成物后，從反應氣出口5排至板式催化反應器的外面。
該反應原料氣的流動方向沒有限制，通常如本實施例所示，全部設定成下向流動或上升流動。
另外，載熱體供給到傳熱板1的內側所形成的多個載熱體流路2中，與反應原料氣的流動方向成十字流的方向流動，此期間通過傳熱板1，放熱反應的場合冷卻催化劑層3，除去反應熱，吸熱反應的場合，加熱催化劑3后，排到板式催化反應器的外面。
以下，根據(jù)圖2～6更詳細地說明傳熱板1的構成。
圖2是2塊波形板11接合形成的傳熱板1，波的形狀由圓弧的一部分構成，但可以考慮制造的方便或反應原料氣的流動來決定。另外，波的高度H與波的周期L沒有特殊限制，高度H為5～50mm，周期L優(yōu)選為50～200mm。具體地說，由催化劑層3內的反應產生的反應熱和除去該反應熱或進行加熱的載熱體的流量決定。
載熱體為液體的場合，調節(jié)載熱體流路2內載熱體的流量，使流速為0.1～5m/s的范圍。當流速低時，載熱體的傳熱阻力增大，熱效率降低。載熱體的線速度太大時，載熱體的壓力增大，供料泵的負荷增大。
圖3示出反應原料氣入口附近的傳熱板1的形狀，使2塊賦形為圓弧的波形板11對置，該波形板11的凸面部a彼此接合，形成多個載熱體流路2的一對傳熱板1。
該傳熱板1彼此相鄰的傳熱板1的波形板凸面部a與凹面部b，按設定間隔對置，形成催化劑層3，與此同時，形成反應原料氣的喉管S1。而且，通過適當?shù)馗淖儾ㄐ伟?1所賦形的圓弧的形狀，得到所需催化劑層3的厚度及反應原料氣的喉管S1。
圖4示出反應原料氣流路中間部的傳熱板1的形狀，使2塊賦形為圓弧的波形板11對置，該波形板11的凸面部a彼此接合，形成多個載熱體流路2的一對傳熱板1。
該傳熱板1彼此相鄰的傳熱板1的波形板凸面部a與凹面部b，按設定間隔對置，形成催化劑層3，與此同時，形成反應原料氣的喉管S1。而且與圖3同樣地通過適當?shù)馗淖儾ㄐ伟?1賦形的橢圓弧形狀，得到該位置中所需的催化劑層3的厚度及反應原料氣的喉管S2。另外，該部分催化劑層3的厚度及喉管S2設定成比圖3中的尺寸大。
圖5示出反應原料氣出口附近的傳熱板1的形狀，使采用波形高度H及波形周期L遠比圖4尺寸短的賦形的2塊波形板對置，該波形板11的凸面部a彼此接合，形成多個載熱體流路2的一對傳熱板1。
該傳熱板1彼此相鄰的傳熱板1的波形板凸面部a與凹面部b按設定間隔對置，形成催化劑層3，與此同時，形成反應原料氣的喉管S3。而且，與圖4同樣地通過適當?shù)馗淖儾ㄐ伟?1所賦形的橢圓弧的形狀，得到該位置中所需的催化劑層3的厚度及反應原料氣的喉管S3。另外，該部分的催化劑層3的厚度及喉管S3設定成比圖4中的尺寸更大。
在圖6中，通過波形傳熱板1包圍的反應帶配置成多個放射狀，形成緊湊裝置的實施形態(tài)，填充在反應帶中的催化劑層3垂直地伸展。
由板式催化反應器中心部的反應氣入口4供給反應原料氣，沿放射方向通過催化劑層3后，該反應原料氣通過板式催化反應器的最外殼部，從反應氣出口5向反應器外部排出。
控制溫度的載熱體從供給口6由分配管往各傳熱板1構成的載熱體流路分配、通過。而在催化劑層3中的反應熱進行熱交換后的載熱體，通過集液管從載熱體出口(圖中沒有表示)排出。
載熱體通過沸騰或冷凝發(fā)生相變化時，最適合使用圖6的構成。此時，載熱體入口與出口的溫度為沸騰或冷凝溫度，載熱體入口與出口的溫差極小，催化劑層3的溫度可控制均勻。
使用水蒸汽作為載熱體加熱催化劑層3，促進反應時，加熱溫度超過約100℃，有時成為高壓。此時水蒸汽的壓力靠近催化劑層3成為高壓，傳熱板1必須設計成耐載熱體流路與催化劑層的壓力差。
當該水蒸汽的溫度為200℃時，水蒸汽壓力達到1.5MPa以上的壓力，波形傳熱板1必須設計成耐壓1.5MPa。使用本發(fā)明的波形結構傳熱板時，不增加板的板厚便可提高傳熱板的耐壓。
利用載熱體對反應熱進行熱交換，控制催化劑層3的溫度時，也同樣使載熱體沸騰。作為此時的載熱體，采用水或有適當沸點的有機液體作為載熱體。使用水作為載熱體時，250℃的沸騰壓力為40MPa左右，超過250℃時，由于水的沸騰壓力急劇地上升，故可以使用有機載熱體。
有機物載熱體的種類沒有特殊限制，但由于載熱體暴露在200℃以上的溫度，在高溫下引起有機物分子分解反應等，生成低分子化合物，故更優(yōu)選不劣化的載熱體。
在波形傳熱板垂直地配置成放射狀的圖6中，從作為反應氣入口的中心部向外周部使催化劑層的厚度自動地變化。然而，由于催化劑層厚度的變化依反應熱的發(fā)生程度而變，故此時也通過調節(jié)圖2所示的波高度H與波周期L，改變催化劑層厚度。
在圖1中，傳熱板1與所配置的相鄰的傳熱板1的間距，與位于反應氣入口4的間距P1和位于反應氣出口5的間距P2是相同的尺寸，即相鄰的兩傳熱板1彼此平行地多對排列、配置。
另外，在圖1中，也可以將賦形為III-V部的波形圖案重復2次，構成2倍長的傳熱板組裝到板式催化反應器中使用。
載熱體的流量由反應熱量與傳熱阻力決定。然而，通常由于傳熱阻力在反應原料氣的氣體側比作為液體的載熱體問題少，故載熱體流路內的液線速度優(yōu)選采用0.3m/s或0.3m/s以上。
為使載熱體側的阻力比反應原料氣體側傳熱阻力小，成為沒有問題的值，最適合的是0.5～1.0m/s。當太大時，載熱體的循環(huán)泵的動力增大，經(jīng)濟性不好。
本發(fā)明為了控制催化劑層的溫度，故載熱體的入口溫度與出口溫度的差別非常重要。載熱體流量取決于所需的入口溫度與出口溫度之差。載熱體的流量，入口溫度與出口溫度之差設定為0.5～10℃，優(yōu)選是2～5℃。
載熱體流量大時，溫差小，但載熱體泵或熱交換器大且經(jīng)濟上不利。流量太小時，入口溫度與出口溫度之差增大、載熱體入口附近的反應溫度與出口溫度的反應溫度不同、催化劑層溫度的控制不均勻等問題發(fā)生。確定板式催化反應塔的載熱體流路的截面積使之滿足所需的流量與線速度。
載熱體的循環(huán)通常使用泵。通過使用熱交換器，或混合溫度不同的介質控制載熱體溫度后，再供給催化反應器的波形載熱體流路2內。
載熱體通過傳熱板1在與催化劑層3之間交換反應熱，從催化反應器排出，返回循環(huán)泵。載熱體的循環(huán)體系中有時也設置載熱體貯層。載熱體流路2內的壓力主要取決于載熱體泵的排出壓力，而該傳熱板1的板厚取決于載熱體與催化劑層3的壓力差。
使用平板作為傳熱板1時，為保持載熱體的壓力，必須使用所需厚度的金屬板。然而，本發(fā)明的傳熱板1由于以一定的間隙平行地接合，故可以使用薄板的金屬板。具體地是，即使載熱體的壓力為3MPa左右時傳熱板1的板厚也可以使用2mm或2mm以下，優(yōu)選1mm或1mm以下的金屬板。
通常，傳熱板1使用矩形的金屬薄板，反應原料氣的流動方向與垂直方向的尺寸沒有限制。當反應原料氣的流動方向太長時，催化劑層的壓力損失增大，反應原料氣的送風機或壓縮機的動力增大，經(jīng)濟上不利。
當采用工業(yè)規(guī)模生產化學品時，與列管式反應器的場合同樣，反應原料氣流動方向的催化劑層長度優(yōu)選采用1～5m。為了達到所期望的生產量，板式催化反應器所需的總催化劑填充量取決于所用催化劑的反應速度或反應原料氣中的原料成分濃度等，分別因板式催化反應器而異。
由一對傳熱板1形成的催化劑量的最大量也依反應性與催化劑特性而不同，著眼經(jīng)濟性的傳熱板1的形狀，單獨的催化劑量最大為5m3，優(yōu)選2m3或2m3以下。
所填充的催化劑的形狀，一般可以采用球狀、圓柱狀或拉西環(huán)狀。粒徑大多是3～20mm。傳熱板1與相鄰傳熱板1的最小間隔S1、S2、S3依所用催化劑的粒徑而變，通常必須是催化劑粒徑的1.5倍或1.5倍以上。
具體地設定反應原料氣入口的傳熱板間距S1為5～20mm、催化劑層的中間部分S2為10～30mm、反應原料氣出口附近的S3為20～50mm左右。優(yōu)選S1為10～15mm、S2為15～20mm、S3為30～40mm。
詳細地講，各傳熱板1的間隙S依反應量的變化而不同，但從催化劑層3的入口到出口既可以連續(xù)地變化，也可以階段性地變化。若考慮制造催化劑時的反應活性的不一致，階段性地使傳熱板1的間隙S變化可確保自由度。
各個區(qū)域的分割數(shù)為2～5段為妥，另外，各區(qū)域的長度相對于總催化劑層長度，S1部分適合使用1/10～1/3、S2部分適合使用1/5～1/3、S3部分適合使用1/4～1/2的催化劑層長度，但S3部分的催化劑層長度依反應轉化率所達到的程度而不同。
另外，當在催化劑層3的入口之前，設置反應原料氣預熱區(qū)時，要追加S1部分的催化劑層長度。
詳細地講，反應原料氣流動方向從入口到出口的催化劑層厚度的變化不能一概而定。理由是其取決于反應速度、出口處的最終轉化率、或也包含副反應產生的反應熱量等反應因子、載熱體的溫度、流速或反應原料氣的流速、熱容量及放熱/加熱的傳熱系數(shù)等傳熱因子，還有不破壞催化劑的容許溫度或不促進催化劑劣化的溫度等與催化劑相關的因子。
理想地講，催化劑層厚度的變化比例估計應與催化劑層長度方向各區(qū)域中反應的吸/放熱量的倒數(shù)成正比。在以上所示因子內，對催化劑層厚度的最佳變化比例有影響的主要因子之一，估計為反應原料氣體出口處的最終轉化率。
催化劑層的溫度分布依各階段的反應量進行變化，但實際使用時可以在不破壞催化劑的溫度或不促進催化劑劣化的溫度以下進行控制及得到的作為目標的反應最終轉化率。
設計板式催化反應器時，上述影響因子中要充分考慮相關傳熱的因子。為了提高催化劑層的放熱/吸熱的效率，優(yōu)選提高反應原料氣的流速，但存在通過催化劑層內時的壓力損失增大的缺點。
即使是一般的反應器也擔心催化劑在高溫下迅速劣化時，在填充催化劑時將催化劑與惰性物質進行混合，抑制催化劑的反應活性，控制催化劑層溫度。本發(fā)明的板式催化反應器也適用于催化劑的稀釋。
如氧化反應那樣反應熱非常大，故必須使催化劑層厚度變窄進行反應，故考慮在反應器內設置多對傳熱板，反應器本身大型化是不經(jīng)濟的。在本發(fā)明中，尤其是通過在反應原料氣的入口部用惰性物質稀釋催化劑，抑制反應熱的產生，進行催化劑壽命的改進。
催化劑的稀釋，分階段性地進行，通常采用2～5段，反應原料氣的入口部惰性物質的混合比率最高，在反應帶的出口不混合惰性物質。入口部惰性物質的混合比率采用0.7或0.7以下。抑制催化劑反應活性的方法，除了混合惰性物質外，也可以使用活性不同的催化劑，惰性物質的混合或使用不同的催化劑實現(xiàn)催化劑活性的變化，理想的是從反應原料氣的入口到出口連續(xù)地改變催化劑活性。然而，實際上是階段性地分段填充不同活性的催化劑，從反應帶的入口順序地填充2～3種催化活性不同的催化劑。
當丙烯或異丁烯使用含分子態(tài)氧的氣體通過氧化反應生產(甲基)丙烯醛或(甲基)丙烯酸時，使用本發(fā)明的反應器是合適的。
丙烯或異丁烯氧化反應的反應熱大，從經(jīng)濟性的觀點考慮，控制填充到氧化反應器中的催化劑層的溫度分布、防止催化劑損傷、高收率地生產(甲基)丙烯醛或(甲基)丙烯酸，長期穩(wěn)定地使用氧化催化劑絕對地必要。特別是在(甲基)丙烯醛使用分子態(tài)氧進行氧化，生產(甲基)丙烯酸的工序中，從所用氧化催化劑的特性考慮，在300～350℃高溫下暴露時，有時短時間內也失去催化劑的活性。此外，近年來，生產丙烯酸的反應器有大型化的傾向。隨著反應器的大型化，開發(fā)可均勻地冷卻催化劑層溫度的氧化反應器是非常重要的技術關鍵。
丙烯或異丁烯使用分子態(tài)氧的非均相催化氣相氧化反應，可采用以往公知的方法進行。丙烯的場合，丙烯與空氣、水蒸汽或氮混合成反應原料氣。丙烯濃度為3～14體積％、氧為6～18體積％，其余是水蒸汽、氮等惰性氣體與丙烷等。
載熱體溫度為250～350℃，在標準狀態(tài)下空間速度(SV)為500～3000L/h。反應壓力在150～250kPa下，作為載熱體大多使用硝酸鹽混合物的熔融鹽(硝石)或多核芳香族系的有機載熱體等。
催化劑層內溫度通過最高點抑制到350～400℃，證實可抑制催化劑的劣化、提高反應效果、也提高丙烯酸及丙烯醛的收率。
實施例實施例1利用分子態(tài)氧進行丙烯氧化，生產丙烯酸時，制造Mo12Bi5Ni3Co2Fe0.4B0.4K0.1Si24Ox組成的催化劑粉末作為前段催化劑，然后進行成型，制造外徑5mm、內徑2mm及高4mm的環(huán)狀催化劑。
同樣地，制造Sb100Ni43Mo35V37Nb3Cu9Si20Ox組成的催化劑粉末作為后段催化劑，然后，制造與前段催化劑同樣形狀的環(huán)狀催化劑。再者，上述組成式中(x)是由各個金屬氧化物的氧化狀態(tài)確定的值。
準備2組一對波形傳熱板1。并把該波形板形狀的詳細情況與催化劑及惰性物質的填充量示于下表1。
表1

這里，波形板形狀的L與H表示圖2所示的波形狀的寬度與長度，由催化劑填充量與催化劑層高度求出相當于催化劑層的厚度。把波形板的寬度為1m、厚度0.8mm的平板成型的波形板2塊，接合成傳熱板。
把波形傳熱板1的間隔(圖1中所示的P1及P2)調成45mm，制成反應器，在2組傳熱板之間填充催化劑。
催化劑，首先填充后段催化劑23升，催化劑層的填充高度為1.2m。在其上填充反應為惰性的三氧化二鋁制的球形惰性球(直徑5mm)，調節(jié)層高，埋沒反應器前段的相當部分，填充量為5升。
同樣地，在后段催化劑之上填充前段催化劑30升和惰性物質5升。前段催化劑的層高為1.25m。
使用含丙烷為雜質的純度99％的丙烯，混合空氣、氮及水蒸汽后用于反應。調節(jié)混合比例使混合氣的組成為丙烯(含丙烷)∶空氣∶水蒸汽∶氮＝7∶73.5∶10∶9.5體積％。由上述波形板反應器的上部，按65m3(標準狀態(tài))/時的比例供給該反應原料氣。丙烯的供給量為8.4kg/hr。
載熱體使用サ一ムエス900(新日鐵化學(株)制)，向波形傳熱板的載熱體流路中供給。載熱體的流量，前段催化劑部為100m3/hr，后段催化劑部為85m3/hr。
邊測定各個反應部的轉化率，邊調節(jié)載熱體的供給溫度，結果是前段反應部丙烯轉化率為95％時，溫度是287℃。后段反應部的丙烯醛轉化率調節(jié)到99.5％時，載熱體溫度是260℃。
測定反應器內的催化劑層溫度，結果是前段催化劑層的最高溫度為359℃，后段催化劑層的最高溫度為297℃。在該狀態(tài)下繼續(xù)運轉1個月仍沒問題順利地運轉。
比較例1實施例1中，使用平板替代反應器的波形板。將厚2mm、寬1m、高2m的2塊平板接合使成16mm的間隙，在其外側設置載熱體流路，形成反應器。在載熱體流路側按30cm間隔安裝增強板，設計成催化劑層的層厚均勻及可耐載熱體壓力。
使用與實施例1相同的催化劑作為催化劑，前段催化劑填充30升，催化劑層的層高為1.9m，在前段催化劑上填充惰性物質，形成壓緊的催化劑。
使用與實施例1同樣的組成、流量的反應氣進行丙烯的氧化反應，調節(jié)載熱體的流量使流路內的線速度與實施例1相同。
測定丙烯的轉化率，結果是在載熱體溫度315℃下得到丙烯轉化率95％。由插入催化劑層中的溫度計測出催化劑層的最高溫度是408℃。
固定反應條件繼續(xù)反應1周，催化劑層的最高溫度降低，丙烯的轉化率慢慢降低。要維持丙烯轉化率必須再提高載熱體溫度。
實施例2及比較例2使用與實施例1相同的波形傳熱板反應器和傳熱板的高度相同的3.05m的平板反應器(比較例1)，進行前段催化劑的填充試驗。
從各個氧化反應器的上部投入，填充實施例1制造的前段催化劑。在反應器的上部安裝臥式長漏斗狀的器具，防止催化劑灑在反應器外。
投入方法是把催化劑加到1升燒杯中，用大約6秒的時間投入催化劑。投入3次填充3升催化劑后，從反應器下部抽出催化劑。篩(10目)分及目視抽出的催化劑，分離破碎的催化劑，測定其比率，反復操作3次，把結果示于表2。
表2

由上述表2的結果判斷，把催化劑填充到本發(fā)明的反應器中時，催化劑被填充時的落下沖擊粉碎的幾率非常小。
該原因估計是使用本發(fā)明的波形傳熱板反應器填充催化劑時，在催化劑降落之際，邊碰撞薄板的波形狀的頂部邊降落，有緩和催化劑到達反應器下部時受到的落下沖擊的效果。
產業(yè)上利用的可能性根據(jù)本發(fā)明，可以降低催化劑層的最高溫度，提高反應效果。本發(fā)明的板式催化反應器，長期連續(xù)地實施反應也可得到?jīng)]有催化劑劣化造成反應效果降低或溫度分布變化的效果。
另外，該板式催化反應器，反應原料氣的流動被波形板所賦形的凹凸面擾亂，提高該反應原料氣體側的傳熱效率，結果是可增大催化劑層厚度，使反應塔緊湊。此外，把催化劑填充到催化劑中時，該催化劑邊對波形板的凹凸面沖撞邊降落，由于可緩和降落速度，故降落時的沖撞造成的破損少，減輕催化劑的劣化。
權利要求
1.一種板式催化反應器，其特征在于，其是2塊波形板接合的形狀，使有多個載熱體流路的一對傳熱板呈多對排列且使相鄰的傳熱板的波形板凸面部與凹面部對置，形成催化劑層。
2.按權利要求1所述的板式催化反應器，其特征在于，通過改變賦形為圓弧或橢圓弧的波形板的形狀，從對催化劑層供給的反應原料氣的入口朝出口，使催化劑層的厚度增大。
3.按權利要求1～2的任何一項所述的板式催化反應器，其特征在于，使載熱體相對于反應原料氣呈十字流的方向流動。
4.按權利要求1～2的任何一項所述的板式催化反應器，其特征在于，將多個波形傳熱板配置成放射狀，使反應原料氣從催化劑層的內側向外側流動，載熱體相對于反應原料氣呈十字流的方向在波形傳熱板的流路內流動。
5.按權利要求1～4的任何一項所述的板式催化反應器，其特征在于，波形傳熱板的載熱體流路呈垂直的方向配置，從下部供給載熱體成為上升流，在載熱體流路內載熱體的至少一部分發(fā)生沸騰。
6.按上述(1)～(5)的任何一項所述的板式催化反應器，其中，丙烯或異丁烯使用含分子態(tài)氧的氣體進行氧化，生產(甲基)丙烯醛與(甲基)丙烯酸，或(甲基)丙烯醛使用含分子態(tài)氧的氣體進行氧化，生產(甲基)丙烯酸。
全文摘要
本發(fā)明涉及板式催化反應器，通過高效率地控制催化劑層內的溫度分布，提供可期待提高反應效果及延長催化劑壽命的板式催化反應器。板式催化反應器，其特征在于其是2塊波形板接合的形狀，使有多個載熱體流路的一對傳熱板，呈多對排列且使相鄰的傳熱板的波形板凸面部與凹面部對置，形成催化劑層，尤其是通過改變賦形為圓弧或橢圓弧的波形板的形狀，從對催化劑層供給的反應原料氣的入口朝出口使催化劑層的厚度增大。
文檔編號C07C57/05GK1694759SQ20038010078
公開日2005年11月9日 申請日期2003年12月11日 優(yōu)先權日2002年12月26日
發(fā)明者坂倉康之, 川谷洋治, 齊藤輝雄 申請人:三菱化學株式會社, 三菱化學工程株式會社