專利名稱：反應(yīng)器裝置和用于優(yōu)化反應(yīng)器管中溫度曲線的測(cè)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及反應(yīng)器裝置，其具有至少一種第一組Gm管，所述Gm管包含至少一個(gè)填 充有催化劑體Km的普通管；和第二組Gn管，所述Gn管包含至少一個(gè)設(shè)有溫度測(cè)量裝置的熱 管，其填充有第二催化劑體Kn，其中在每種情況下沿反應(yīng)段S在管縱向上延伸的體積部中布 置所述催化劑體Km、Kn。本發(fā)明還涉及用于提供這種反應(yīng)器裝置的方法以及使用所述反應(yīng) 器裝置制備至少一種產(chǎn)品的方法。
背景技術(shù)：
在工業(yè)規(guī)模上，通常在多管反應(yīng)器中進(jìn)行放熱反應(yīng)，例如烴的部分氧化反應(yīng)，其中 離析物和固體催化劑之間僅實(shí)現(xiàn)短暫的接觸時(shí)間。多管反應(yīng)器包含多個(gè)反應(yīng)管，其布置在 熱載體介質(zhì)流過(guò)其中的反應(yīng)室中。熱載體介質(zhì)圍繞管流動(dòng)，結(jié)果實(shí)現(xiàn)管和熱載體介質(zhì)之間 的快速熱交換。在管中布置氣態(tài)離析物流過(guò)其中的固體催化劑床。因?yàn)閷饬鞣殖珊芏喔?自流過(guò)單個(gè)管的單獨(dú)氣流，在多管反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，因?yàn)樵谡麄€(gè)反應(yīng)管中流體分布僅 產(chǎn)生非常小的偏差，所以一般實(shí)現(xiàn)令人滿意的可重復(fù)結(jié)果。另外，熱載體介質(zhì)使得溫度在單 獨(dú)的反應(yīng)器管中可非?？焖倬?，結(jié)果甚至如果其具有強(qiáng)放熱熱音也可例如在非常窄的溫 度范圍內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)。
然而，控制這種反應(yīng)器是有問(wèn)題的，因?yàn)闇囟惹€一般不在反應(yīng)器的每個(gè)單管中 獨(dú)立地確定。例如，在啟動(dòng)反應(yīng)器時(shí)，由此在將仍然包含有機(jī)粘合劑的催化劑燒盡并因此活 化時(shí)，必要的是不超過(guò)特定的溫度，結(jié)果例如基本抑制了催化劑的燒結(jié)過(guò)程。催化劑的特性 可通過(guò)燒結(jié)過(guò)程而被永久地改變并且特別是在局部過(guò)熱的情況下，催化劑的活性可顯著減 弱。這種過(guò)程一般是不可逆的。因此，如果在活化期間催化劑過(guò)熱，則這可極大地影響反應(yīng) 器的常規(guī)操作，如反應(yīng)器的產(chǎn)率然后明顯地降低。
一方面為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)率并且另一方面為避免離析物的總氧化并抑制副產(chǎn)物的形成， 一般在非常窄的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)。另外，催化劑在其壽命過(guò)程中老化，結(jié)果必須通過(guò)例 如提高反應(yīng)溫度或?qū)饬髦械闹呋瘎舛纫詮浹a(bǔ)催化劑的活性損失而重新調(diào)節(jié)反應(yīng)條 件。
為了盡可能精確地調(diào)節(jié)反應(yīng)器，因此期望本身能夠盡可能精確地測(cè)量單獨(dú)反應(yīng)管 內(nèi)部的溫度或溫度曲線。實(shí)際上，程序是在包含例如20，000個(gè)普通管的反應(yīng)器中設(shè)有大約 5-10個(gè)熱管，所述熱管使得代表性的溫度測(cè)量可在反應(yīng)器中進(jìn)行，因此反應(yīng)管中不進(jìn)行溫 度測(cè)量。熱管是設(shè)有溫度測(cè)量用裝置的反應(yīng)管。這些熱管將盡可能具有代表性地復(fù)制所有 普通管的溫度曲線。然而，這存在難度。
為了能夠測(cè)量一個(gè)管中的溫度，通常在熱管內(nèi)部沿縱軸布置保護(hù)管，在所述保護(hù) 管中依次布置溫度傳感器，例如電阻溫度計(jì)。
然而，出于各種原因，實(shí)際上不可能在熱管中準(zhǔn)確地復(fù)制普通管中的溫度模式。
已經(jīng)存在技術(shù)困難，其中反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)從來(lái)不是精確的，不同反應(yīng)器組件的尺寸 和布置的公差經(jīng)常出現(xiàn)。因此，不得不將保護(hù)管布置在熱管在其總長(zhǎng)度上的正中間。因?yàn)楣茌S和冷卻的管壁之間的徑向溫度梯度，來(lái)自管壁方向上中間軸位置的任何偏差，甚至最小的偏差也會(huì)導(dǎo)致所測(cè)量的溫度的顯著偏差。所述偏差可高達(dá)數(shù)十?dāng)z氏度rc)。在反應(yīng)管內(nèi)部的一些位置上，偏離該中間軸位置的保護(hù)管中的熱電偶因此產(chǎn)生不具有代表性并且不反映實(shí)際溫度模式的溫度曲線。
將催化劑體布置在保護(hù)管和熱管內(nèi)表面之間的環(huán)狀間隙中。通常不可能以同樣的方式在熱管和普通管中布置催化劑體。一般來(lái)說(shuō)，催化劑體在熱管中和在普通管中具有不同的堆密度。因?yàn)楸Ｗo(hù)管的安裝并且因?yàn)橥ǔ＿x擇與普通管相比不同的管的橫截面，反應(yīng)氣體在普通管和熱管中的流動(dòng)條件也不同。這種不同催化劑布置和不同流動(dòng)條件的結(jié)果在于對(duì)于普通管和熱管而言，熱增長(zhǎng)以及由此在流動(dòng)方向上的溫度曲線也不同。
因此不能將熱管中測(cè)量的溫度直接轉(zhuǎn)移到普通管，而是必須首先校正。這可例如通過(guò)改變熱管中催化劑體的布置從而使得溫度模式與普通管中的溫度模式相適應(yīng)來(lái)進(jìn)行。
US 2008/0014，127A1中描述了一種測(cè)試方法,用所述方法可確定多管反應(yīng)器中氣相催化反應(yīng)的反應(yīng)條件。使用比包含于為工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)而提供的多管反應(yīng)器中的管數(shù)少得多的管數(shù)來(lái)確定測(cè)試條件。在最簡(jiǎn)單的情況下，用于此的測(cè)試反應(yīng)器包含兩個(gè)管，所述管在其尺寸方面與市購(gòu)反應(yīng)器中提供的管相符。第一管填充有催化劑體。第二管也填充有催化劑體，但是另外包含溫度測(cè)量裝置，用其可確定管中的溫度曲線。然后通過(guò)將兩個(gè)管浸潰在具有特定溫度的熱載體介質(zhì)中而將測(cè)試反應(yīng)器設(shè)成特定溫度。然后測(cè)定第二管中的溫度曲線和第一管中反應(yīng)產(chǎn)物的組成。然后改變溫度直到發(fā)現(xiàn)最佳反應(yīng)條件。然后使用由測(cè)試反應(yīng)器確定的參數(shù)來(lái)設(shè)置用于市購(gòu)反應(yīng)器的條件，結(jié)果反應(yīng)器熱管中的溫度模式產(chǎn)生如在測(cè)試反應(yīng)器中確定的普通管中的產(chǎn)物組成。
在該方法中，由此借助于測(cè)試反應(yīng)器確定用于市購(gòu)反應(yīng)器的條件。不可能監(jiān)測(cè)起始相或使反應(yīng)條件與催化劑老化相適應(yīng)。
在EP 1484299中，選擇特定的多管反應(yīng)器管用于溫度曲線的測(cè)量。使用多管反應(yīng)器，其設(shè)有熱載體介質(zhì)的擋板。僅在不與擋板連接的管中測(cè)量溫度曲線。在該提出的解決方案中也未考慮普通管和熱管中不同的催化劑體的填充床。
在EP 0873783A1中，提出在普通管和熱管中使用不同量的活性材料以由此抵消兩個(gè)管中的不同條件作為解決方案。首先在全部管中將氣流的平均線速設(shè)成相同的值。為此，通過(guò)使大量惰性氣體通過(guò)所研究的管而測(cè)量壓力損失，其中以與管的自由橫截面積成比例而選擇氣體量。其次，選擇載入普通管以及熱管中的固體粒子量從而使得對(duì)于普通管和自由管，固體粒子的質(zhì)量與自由橫截面積的比率相同。對(duì)于EP 0873387A1中所述的反應(yīng)器裝置，由此適用如下條件
權(quán)利要求
1.反應(yīng)器裝置，其具有至少一種第一組Gm管，所述Gm管包含至少一個(gè)填充有催化劑體Kffl的普通管；和第二組Gn管，所述Gn管包含至少一個(gè)設(shè)有溫度測(cè)量裝置的熱管，其填充有催化劑體Kn，其中在每種情況下沿反應(yīng)段S在管縱向上延伸的體積部中布置所述催化劑體Km、Kn，其特征在于
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器裝置，其特征在于所述第一和第二組Gm、Gn管具有基本上相同的壓力下降和/或基本上相同的修正停留時(shí)間T
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的反應(yīng)器裝置，其特征在于所述溫度測(cè)量裝置作為管形成，其沿所述熱管的縱軸布置，其中布置至少一個(gè)溫度傳感器。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的反應(yīng)器裝置，其特征在于所述催化劑體Km、Kn在由反應(yīng)段S定義的體積部中形成均勻填充床。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的反應(yīng)器裝置，其特征在于所述催化劑體Km和所述催化劑體Kn在由反應(yīng)段S定義的體積部中各自具有均勻設(shè)計(jì)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的反應(yīng)器裝置，其中在所述組Gm管和所述組Gn管中，所述活性材料具有相同的組成，并且另外
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的反應(yīng)器裝置，其特征在于所述催化劑體Km和催化劑體Kn作為具有活性材料層的負(fù)載催化劑而形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的反應(yīng)器裝置，其特征在于所述催化劑體Km、Kn的活性材料具有相同的組成并且活性Ab由施加在所述負(fù)載催化劑上的活性材料的層厚度而確定。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的反應(yīng)器裝置，其特征在于所述催化劑體Km、Kn具有不同的幾何構(gòu)造。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的反應(yīng)器裝置，其特征在于在第一組Gm管和第二組Gn管中設(shè)有多于一個(gè)反應(yīng)段S，其中在每種情況下所述反應(yīng)段S定義所述管中的體積部，并且在所述體積部中布置不同的催化劑體Km、Kn。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的反應(yīng)器裝置，其中設(shè)有用于設(shè)置壓力下降和氣體線速的惰性體層。
12.用于提供根據(jù)權(quán)利要求1至11中的一項(xiàng)所述的反應(yīng)器裝置的方法，所述反應(yīng)器裝置具有至少一種第一組Gm管，所述Gm管包含至少一個(gè)普通管；和第二組Gn管，所述Gn管包含至少一個(gè)設(shè)有溫度測(cè)量裝置的熱管， 其中將催化劑體Kp載入組Gp管中，所述組Gp管選自第一組G111或第二組Gn的管，結(jié)果至少一個(gè)由反應(yīng)段S確定的管的體積部填充有催化劑體Kp， 催化劑活性Ap在來(lái)自由反應(yīng)段S確定的組Gp管的體積部中確定， 將催化劑體Kq載入不屬于組Gp的組Gq管中，其中所述催化劑體Kq具有的活性使得催化劑活性K在來(lái)自由反應(yīng)段S確定的組Gq管的體積部中獲得，其中
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中將組Gp管中產(chǎn)生的壓力下降和組Gq管中產(chǎn)生的壓力下降和/或修正停留時(shí)間T fflQd設(shè)成基本上相同的值。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中通過(guò)調(diào)節(jié)在所述催化劑體Kq中提供的活性材料量來(lái)設(shè)置所述催化劑體Kq的活性。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中的一項(xiàng)所述的方法，其中通過(guò)調(diào)節(jié)所述催化劑體Kq的形狀來(lái)設(shè)置所述催化劑體Kq的活性。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15中的一項(xiàng)所述的方法，其中所述反應(yīng)器裝置負(fù)載有廢催化劑體，并且首先將所述廢催化劑體從組Gp管和組Gq管中除去。
17.用于制備至少一種產(chǎn)品的方法，其中將至少一種氣態(tài)離析物供入根據(jù)權(quán)利要求1至11中的一項(xiàng)所述的反應(yīng)器裝置中，在第一和第二組Gm、Gn管中設(shè)有的催化劑體Km、Kn上，將所述至少一種氣態(tài)離析物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品，其中選擇用于將所述至少一種離析物轉(zhuǎn)化成至少一種產(chǎn)品的反應(yīng)條件從而使得在第二組Gn管的熱管中設(shè)置特定溫度或特定的溫度梯度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述離析物選自鄰二甲苯和萘，并且所述產(chǎn)品為鄰苯二甲酸酐。
全文摘要
本發(fā)明涉及反應(yīng)器裝置，其包含普通管和設(shè)有溫度探測(cè)儀的熱管，所述管各自填充有催化劑體。為了能夠在熱管中復(fù)制在普通管中形成的溫度曲線，所述管各自填充有這種催化劑體，其催化劑活性與由反應(yīng)段確定的管部分中的管壁表面積的比率在普通管和熱管中相同。
文檔編號(hào)G01K13/10GK103025421SQ201180016228
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月3日
發(fā)明者哈拉爾德·迪亞勒, 馬文·埃斯滕費(fèi)爾德, 克里斯蒂安·顧克, 格哈德·梅斯特爾 申請(qǐng)人:南方化學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)有限責(zé)任公司