CN103025421A - 反应器装置和用于优化反应器管中温度曲线的测量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及反应器装置，其包含普通管和设有温度探测仪的热管，所述管各自填充有催化剂体。为了能够在热管中复制在普通管中形成的温度曲线，所述管各自填充有这种催化剂体，其催化剂活性与由反应段确定的管部分中的管壁表面积的比率在普通管和热管中相同。

Description

反应器装置和用于优化反应器管中温度曲线的测量的方法

技术领域

本发明涉及反应器装置，其具有至少一种第一组G_m管，所述G_m管包含至少一个填充有催化剂体K_m的普通管；和第二组G_n管，所述G_n管包含至少一个设有温度测量装置的热管，其填充有第二催化剂体K_n，其中在每种情况下沿反应段S在管纵向上延伸的体积部中布置所述催化剂体K_m、K_n。本发明还涉及用于提供这种反应器装置的方法以及使用所述反应器装置制备至少一种产品的方法。

背景技术

在工业规模上，通常在多管反应器中进行放热反应，例如烃的部分氧化反应，其中离析物和固体催化剂之间仅实现短暂的接触时间。多管反应器包含多个反应管，其布置在热载体介质流过其中的反应室中。热载体介质围绕管流动，结果实现管和热载体介质之间的快速热交换。在管中布置气态离析物流过其中的固体催化剂床。因为将气流分成很多各自流过单个管的单独气流，在多管反应器中进行反应时，因为在整个反应管中流体分布仅产生非常小的偏差，所以一般实现令人满意的可重复结果。另外，热载体介质使得温度在单独的反应器管中可非常快速均衡，结果甚至如果其具有强放热热音也可例如在非常窄的温度范围内进行反应。

然而，控制这种反应器是有问题的，因为温度曲线一般不在反应器的每个单管中独立地确定。例如，在启动反应器时，由此在将仍然包含有机粘合剂的催化剂烧尽并因此活化时，必要的是不超过特定的温度，结果例如基本抑制了催化剂的烧结过程。催化剂的特性可通过烧结过程而被永久地改变并且特别是在局部过热的情况下，催化剂的活性可显著减弱。这种过程一般是不可逆的。因此，如果在活化期间催化剂过热，则这可极大地影响反应器的常规操作，如反应器的产率然后明显地降低。

一方面为实现高产率并且另一方面为避免离析物的总氧化并抑制副产物的形成，一般在非常窄的温度范围内进行反应。另外，催化剂在其寿命过程中老化，结果必须通过例如提高反应温度或将气流中的助催化剂浓度以弥补催化剂的活性损失而重新调节反应条件。

为了尽可能精确地调节反应器，因此期望本身能够尽可能精确地测量单独反应管内部的温度或温度曲线。实际上，程序是在包含例如20,000个普通管的反应器中设有大约5-10个热管，所述热管使得代表性的温度测量可在反应器中进行，因此反应管中不进行温度测量。热管是设有温度测量用装置的反应管。这些热管将尽可能具有代表性地复制所有普通管的温度曲线。然而，这存在难度。

为了能够测量一个管中的温度，通常在热管内部沿纵轴布置保护管，在所述保护管中依次布置温度传感器，例如电阻温度计。

然而，出于各种原因，实际上不可能在热管中准确地复制普通管中的温度模式。

已经存在技术困难，其中反应器的结构从来不是精确的，不同反应器组件的尺寸和布置的公差经常出现。因此，不得不将保护管布置在热管在其总长度上的正中间。因为管轴和冷却的管壁之间的径向温度梯度，来自管壁方向上中间轴位置的任何偏差，甚至最小的偏差也会导致所测量的温度的显著偏差。所述偏差可高达数十摄氏度（℃）。在反应管内部的一些位置上，偏离该中间轴位置的保护管中的热电偶因此产生不具有代表性并且不反映实际温度模式的温度曲线。

将催化剂体布置在保护管和热管内表面之间的环状间隙中。通常不可能以同样的方式在热管和普通管中布置催化剂体。一般来说，催化剂体在热管中和在普通管中具有不同的堆密度。因为保护管的安装并且因为通常选择与普通管相比不同的管的横截面，反应气体在普通管和热管中的流动条件也不同。这种不同催化剂布置和不同流动条件的结果在于对于普通管和热管而言，热增长以及由此在流动方向上的温度曲线也不同。

因此不能将热管中测量的温度直接转移到普通管，而是必须首先校正。这可例如通过改变热管中催化剂体的布置从而使得温度模式与普通管中的温度模式相适应来进行。

US 2008/0014,127A1中描述了一种测试方法，用所述方法可确定多管反应器中气相催化反应的反应条件。使用比包含于为工业规模生产而提供的多管反应器中的管数少得多的管数来确定测试条件。在最简单的情况下，用于此的测试反应器包含两个管，所述管在其尺寸方面与市购反应器中提供的管相符。第一管填充有催化剂体。第二管也填充有催化剂体，但是另外包含温度测量装置，用其可确定管中的温度曲线。然后通过将两个管浸渍在具有特定温度的热载体介质中而将测试反应器设成特定温度。然后测定第二管中的温度曲线和第一管中反应产物的组成。然后改变温度直到发现最佳反应条件。然后使用由测试反应器确定的参数来设置用于市购反应器的条件，结果反应器热管中的温度模式产生如在测试反应器中确定的普通管中的产物组成。

在该方法中，由此借助于测试反应器确定用于市购反应器的条件。不可能监测起始相或使反应条件与催化剂老化相适应。

在EP 1484299中，选择特定的多管反应器管用于温度曲线的测量。使用多管反应器，其设有热载体介质的挡板。仅在不与挡板连接的管中测量温度曲线。在该提出的解决方案中也未考虑普通管和热管中不同的催化剂体的填充床。

在EP 0873783A1中，提出在普通管和热管中使用不同量的活性材料以由此抵消两个管中的不同条件作为解决方案。首先在全部管中将气流的平均线速设成相同的值。为此，通过使大量惰性气体通过所研究的管而测量压力损失，其中以与管的自由横截面积成比例而选择气体量。其次，选择载入普通管以及热管中的固体粒子量从而使得对于普通管和自由管，固体粒子的质量与自由横截面积的比率相同。对于EP 0873387A1中所述的反应器装置，由此适用如下条件：

$\frac{A^R}{{\left(r_a^R\right)}^2\mathrm{\Π}}=\frac{A^T}{\left({{\left(r_a^T\right)}^2-\left(r_i^T\right))}^2\right)\mathrm{\Π}}$

其中

A^R：表示普通管中活性材料的量

A^T：表示热管中活性材料的量

r_a ^R：表示普通管的内半径

r_a ^T：表示热管的内半径

r_i ^T：表示布置在热管中的温度传感器用保护管的外径。

通过使用不同尺寸和/或几何形状的固体粒子可设置催化剂粒子上的压力损失，以及由此设置气体线速。为此，可例如在热管中使用本体催化剂体和由本体催化剂制备的颗粒的混合物。为此，根据特定配方，将一部分本体催化剂研磨成细的颗粒并将颗粒和本体催化剂载入热管中。

尽管所述方法使得热管和普通管的温度模式更接近，但是其不可能将所述方法施用于壳催化剂，因为在此不能将所述催化剂研磨成颗粒而不损失其效率。如果将所述方法应用于本体催化剂，则不必要在总的管长度上将本体催化剂和由本体催化剂制备的细颗粒的混合物均匀地载入热管中。当将两部分载入热管中时，其至少部分地分离。在操作多管反应器期间，还发生进一步分离，因为较细的部分移动进入热管较低的部分中。因此在整个热管长度上压力下降也不恒定。因此普通管和热管中的反应条件不同，结果热管中的温度模式仅不精确地复制普通管中的温度模式。所述专利描述了所述方法对本体催化剂的应用。其能够容易地研磨成颗粒。尽管在说明书提及了将所述方法施用于壳催化剂的可能性，但其没有解释在壳催化剂的情况下，如何进行这种普通管和热管的调节，因为在研磨时壳催化剂损失其催化效率。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种反应器装置，其中热管尽可能精确地复制普通管中的温度模式。

该目的用具有权利要求1特征的反应器装置来实现。反应器装置的有利实施方式为从属权利要求的主题。

由本发明人系统地进行了一系列测试，已经示出如果将布置在管的特定体积部中的活性材料的活性设置成与该部分中管的内表面积相关并且对于普通管和热管两者将该比例设成大致相同，则能够由热管中的温度曲线更好地复制普通管中的温度曲线。

为了能够在热管中复制普通管中的温度模式，根据一个实施方式，在普通管和在热管中将反应气体的修正停留时间τ_mod设成基本相同的值。在此将反应气体的修正停留时间τ_mod定义为反应器中活性材料的质量和标准条件下（DIN 1343，0℃，1013毫巴）反应气体的停留时间τ的商。在此将停留时间τ再次定义为反应器体积和标准条件下反应气体的体积流速的商。将体积流速定义为在时间单位例如小时中，流过反应器例如管或容器的气体的体积，例如以Nm³给出。

如在这个实施方式中，不是将气体线速而是将与活性材料量有关的修正停留时间τ_mod用作参数，考虑活性材料的相同化学组成，如果1.)根据本发明，活性材料相对于每管壁表面积的比率和2.)两种管中的停留时间相同，则在普通管和热管中实现相同的转化率。

作为调节参数的气体线速可不考虑例如两种管中的不同堆密度。在本发明的反应器装置中，部分体积的气流因此以大致相同的速度在两管中从入口侧向出口侧平行地移动，其中在普通管和热管中实现相同的转化率。然而，在实际的市购反应器中在转化期间，常常不能实现理想的条件，结果观察到与理想状态的偏差。

因此“基本上相同的值”是指在一个组的管中以及在不同组的管之间，参数压力下降、活性材料与管壁表面积的商和/或修正停留时间τ_mod显出由技术公差造成的偏差。因此基本上相同的值是指如下状态：其中在单独的管中参数压力下降、活性材料与管壁表面积的商以及反应气体的修正停留时间τ_mod偏离平均值（算术平均值）不大于±20%，根据一个实施方式不大于±10%，根据另一实施方式不大于±7%，所述平均值在所述管的总量上测定。

根据一个实施方式，在普通管上测量的压力下降与在热管中测量的压力下降的比率取0.8至1.2之间的值，根据另一实施方式取0.9至1.1之间的值。

在4Nm³/h的气流中测量普通管或热管中的背压，根据一个实施方式在1至5巴_绝对的范围内，根据另一实施方式在1.1至1.6巴_绝对的范围内。

在4Nm³/h的气流中测量普通管或热管中的压力下降，根据一个实施方式落在80至600毫巴的范围内，根据另一实施方式在90至500毫巴的范围内。

根据一个实施方式，在普通管中测量的修正停留时间τ_mod与在热管中测量的修正停留时间τ_mod的比率取0.7至1.4之间的值，根据另一实施方式取在0.8至1.2之间的值，并且根据又一另外的实施方式取在0.9至1.1之间的值。

根据一个实施方式普通管和热管中的时空速（GHSV）落在500至10,000h^-1的范围内，根据另一实施方式在800至4,000h^-1的范围内。在商业转化期间，通常不能在反应器的全部管中设置相同的GHSV，而是不得不接受偏差。根据一个实施方式，特定管的GHSV偏离GHSV的平均值（算术平均值）不大于±20%，根据另一实施方式不大于±10%，根据另一实施方式不大于±5%，所述平均值在反应器的全部管上测量。

与化学反应工程理论中所定义的不同，优选在反应器进入操作前测量压力下降以及修正停留时间τ_mod。为此，在每种情况下使惰性气流通过单独的管并且将该惰性气流用于测定并任选设置压力下降以及修正停留时间τ_mod。优选在室温，例如在10至40℃的范围内，特别是在20℃的温度下进行所述测定。可将氮气或例如也可将压缩空气用作惰性气体。

所述反应器装置首先相当于常规多管反应器。多管反应器基本上包含两组管。将装有催化剂体但不具有测量温度用装置的管称为普通管。所述普通管形成组G_m管。将装有催化剂体并且包含能够用其测量管内部温度或温度曲线的测量装置的管称为热管。所述热管形成组G_n管。常用的多管反应器包含大约5000至30,000个普通管以及3至20个热管。然而，可具有更多或更少的数。在热载体介质，例如盐浴流过其中的容器中布置所述管。优选将管不均匀地布置分布在容器内部，其中优选选择相邻管的纵轴之间的距离在20至80mm的范围内，根据一个实施方式在35至45mm的范围内。距离可能偏离这些范围。热载体介质围绕布置在容器中的管而流动，结果能够对管提供热量或能够从管中带走热量。优选相互平行地布置所述管，并且所述管通常具有1m至8m之间，主要是2至5m，例如3至3.5m的长度。尺寸可偏离这些范围。在所述管的每一个中布置由催化剂体K_m、n形成的催化剂床。优选将所述催化剂床布置在管的区域中，所述区域的温度可通过热载体介质控制。在管的纵向中，催化剂床优选在管长度的至少50%，根据另一实施方式至少70%，并且根据另一实施方式至少80%上延伸。为可获得例如机械催化剂载体用空间、设置压力下降用或预热反应气体用主体，催化剂床通常不占管的总长度。根据一个实施方式，所述催化剂床占小于97%的管长度，根据另一实施方式，占小于90%的管长度。在热载体介质在流过其中的反应器空间中，可提供使热载体介质并将其搅起的偏转板，从而实现将热量更好并均匀地转移到管或从管中带走，结果在所有管中，反应在大致相同的条件下，特别是在相同的温度下进行。各管在两端都可打开进入普通气体室，结果离析物从普通气体室流入装有催化剂的单独管中，并且在管的另一侧反应产物流入普通气体室中，然后可发生从所述普通气体室至进行进一步处理的装置例如蒸馏塔或洗涤塔的分布。

所述管由在反应条件下稳定并且特别是在反应器操作期间不变脆的材料构成。用于制备管的合适的材料例如为铁素体钢。根据一个实施方式，所述管具有15至50mm的内径以及16至55mm范围内的外径。然而，尺寸可偏离这些范围。普通管和热管不必需要具有相同的直径。通常，为了弥补因为温度测量装置优选布置在热管中间而造成的反应空间的体积损失，热管具有较大横截面的尺寸。然而，在实际转化期间，通常不可能给予普通管和热管相同的反应体积。

根据一个实施方式，管具有1至3mm范围内的壁厚。所述管优选具有圆形截面。然而，其也可使用具有不同截面的管，例如椭圆或矩形截面。一组的全部管优选具有相同的截面。然而，其也可在反应器装置中设有具有不同截面的管。优选选择普通管的内径在15至35mm的范围内，根据另一实施方式在15至30mm的范围内。通常选择热管的内径更大。优选选择热管的内径在15至50mm的范围内。

在第一组G_m管和第二组G_n管中，将反应段S均定义为优选在两组管中具有相同的尺寸。反应段S本身也可选择在热管和普通管中不同，并且例如在每种情况下也可构成催化剂填充床的总长度。对于两组管相对于其气体入口和气体出口侧优选相同地放置反应段，结果可在热管中进行测量，所述热管使得代表性测量普通管中的温度模式成为可能。以这种方式，在普通管和热管中可大致相同地进行温度曲线。根据一个实施方式，反应段S因此包含在所有管中提供的部分，其在每种情况下填充有相应的催化剂体并且其中对于所有管本身可设置大致相同的温度曲线。反应段S在热管和普通管中的类似布置是有利的，例如如果转化的主要部分在靠近气体入口侧的催化剂床中进行，从而热增长的主要部分在催化剂床中靠近气体入口侧发生，同时进一步在催化床中例如仅进行反应产物组成的优化而不出现热效应，所述热效应可与靠近气体入口的主反应期间的热效应相比。普通管和热管中的反应段S因此将包含大致相同的催化剂床中的反应曲线。反应段S可构成催化剂床的总填充水平。然而，其也可选择比总段小的反应段S，所述总段由管内部的催化剂体在纵向上提供，由此最终为所研究管中的催化剂床的填充水平。然而，为了能够说明整个普通管中的温度模式，优选选择反应段从而使得其至少相当于普通管半径的10倍，优选至少相当于普通管半径的100倍。根据一个实施方式，反应段S构成管中催化剂床长度的至少50%，根据另一实施方式为至少70%，以及根据另一实施方式为至少90%。催化剂床的长度是指从反应气体流动的方向来看，在反应器内部的所有管中，在填充有催化剂体的管中的部分。然而，为了例如在热管中复制普通管的特定活性曲线，其也可在反应管中布置几个反应段S^α。

首先，通过反应段S定义普通管或热管中的体积部。在不包含内部构件并具有圆形截面的普通管的情况下，根据(r^N _a)²×П×S计算体积部，其中r^N _a表示普通管的内半径。对于包含温度测量装置用内保护管并具有相同圆形截面的热管，可如S×П×((r^T _a)²-(r^T _i)²)计算体积部，其中r^T _a代表外管的内半径，r^T _i代表内保护管的外半径。在这个实施方式中，将热管的体积部设计成中空圆柱体。其次，在两管中通过反应段S定义壁表面积W。在圆形截面的情况下，普通管的壁表面积为2Пr^N _a×S，其中r^N _a表示普通管的内半径，并且对于热管为2Пr^T _a×S，其中r^T _a表示外管的内半径。

用催化剂体K_m,n填充在普通管或热管中获得的并且由反应段S定义的体积部。起初不使催化剂体的设计以及组成受到限制。因此，在一个部分中的催化剂体可具有相同的设计。如果两种催化剂体具有相同的形状、相同的尺寸和相同的组成，则两种催化剂体具有相同的设计。然而，其也可在所述部分中提供不同设计的催化剂体。同样地在普通管和热管中不必要使用相同的催化剂，特别是具有相同组成的催化剂。仅要求引入热管中的催化剂在热管长度上显出活性模式，从而使得温度曲线大致如在普通管中产生的那样而产生。

调节可在由反应段S确定的，普通管和热管的体积部中获得的催化剂活性从而使得其满足如下等式：

$\frac{A_m}{A_n}=a\left(\frac{W_m}{W_n}\right)$

其中，

A_m：表示催化剂活性，其在由来自第一组G_m管中的反应段S确定的体积部中提供，

A_n：表示催化剂活性，其在由来自第二组G_n管中的反应段S确定的体积部中提供，

W_m：表示来自第一组G_m管的内表面积，其由反应段S确定，

W_n：表示来自第二组G_n管的内表面积，其由反应段S确定，

a：表示校正因子，其在0.8至1.2的范围内选择。

校正因子a考虑实际反应器与理想反应器的偏差。在具有催化剂粒子的理想填充床的理想反应器中，a可取值1。然而，因为例如一个管内催化剂体K_m,n两者的填充床的变化，并且由此在比较相同组的不同管时，不同管之间的催化剂活性的偏差是不可避免的，所以可通过校正因子a建立考虑这些偏差的平衡。如果校正因子尽可能小地偏离值1，则其是有利的。根据优选的实施方式，校正因子a落在0.9至1.1的范围内。

根据如下等式计算设在体积部中的催化剂活性A_b

A_b=Aⁱ _b·M_b

其中：

Aⁱ _b：表示由催化剂体K_b提供的活性材料的活性质量基一级活性常数，

M_b：表示活性材料的质量，所述活性材料由在反应段S定义的管体积部中的催化剂体K_b提供，

b：表示选自n和m的指数，并表明由反应段S定义的管体积部中的催化剂体K_b。

在实际进行催化剂活性A_b的实验性测定时，根据一个实施方式，所述程序是制备具有特定几何形状和特定水平的活性材料的催化剂体。另外认为一级反应不依赖于反应实际进行的顺序而进行。一级反应的速率常数k和平均停留时间τ的乘积符合第一丹姆克尔数（

number）Da_I，其主要说明反应器中简单反应的转化率。如果将相同的活性材料用于普通管和热管中的催化剂，则两种催化剂的速率常数k相同。

然后在测试反应器中用惰性体稀释这种标准的催化剂体直到气体入口和气体出口侧之间的温度差小于25℃，优选小于10℃，由此反应在基本等温的条件下进行，其中整个反应器中的压力下降小于30毫巴，优选小于10毫巴，并且其中将转化率设成在65至95%范围内的值。

为此，用惰性体稀释催化剂体。选择催化剂体和惰性体的几何形状从而使得实现要求的低压力下降。选择惰性体与催化剂体的比率从而实现要求的转化率并且同时热增长很低从而维持气体入口和气体出口之间要求的低温度差。基于得自催化剂体或惰性体的堆密度的体积，优选选择催化剂体与惰性体的比率为1:5至1:10。根据考虑中的反应器，选择测试反应器的尺寸，管的长度在1至6m之间，并且直径在18至32mm之间。在快速反应的情况下，选择较短长度，但是对于慢反应，需要较大反应段以实现要求的转化率。

然后在不同定义的时空速下并在不同定义的温度下测量由催化剂体的活性材料催化的反应的转化率。然后根据下式取决于转化率，可由转化率计算活性材料的质量基一级活性常数A^*：

其中：

A^*：表示在特定温度和GHSV下活性材料的质量基一级活性常数；

GHSV：表示时空速[h^-1]；

m_活性材料：表示引入测试管中的活性材料的量[g]；

U：表示离析物的转化率，其中这可根据下式计算：

其中： 

M_进：表示提供到催化剂料流中的离析物量[mol]

M_出：表示离开催化剂料流的离析物量[mol]

然后将确定的活性材料的质量基一级活性常数A^*用于确定在定义的参考转化率下的活性质量基一级活性常数Aⁱ _b。选择该参考转化率从而使得该转化率落在活性材料的质量基一级活性常数A^*依赖于转化率的线性范围内。例如，可将85%的转化率确定为参考变量。然后将对于例如85%的转化率所确定的活性质量基一级活性常数称为活性质量基一级活性常数Aⁱ _b。对于转化率本身也可确定不同的值。然而，所述值应该基于预期的商业转化。根据一个实施方式，在以下范围内选择用于确定活性质量基一级活性常数Aⁱ _b的转化率的值，所述范围落在使所研究的反应在其下商业转化的转化率的±20%，其中所述转化率落在活性质量基活性常数和转化率的曲线大致为线性的区域。

根据本发明，可使用在上述测试反应器中确定的活性质量基一级活性常数Aⁱ _b，通过乘以活性材料的质量，所述活性材料在由反应段S定义的管G_m或G_n的体积部中提供，来计算由反应段S定义的体积部中提供的催化剂活性A_b。

在反应器装置中设有的热管包含可用其测定热管中温度或温度曲线的温度测量装置。可使用任意测量装置本身。优选使用可确定整个反应段S的温度曲线的温度测量装置。为此，其可例如规定在热管内部以特定间隔设有温度传感器，用其可测量管的确定点处的温度。然而，也可例如提供可移动的温度传感器，用其可相对精确地测定沿热管的纵轴的温度曲线。特别是在工业应用的情况下，规定将温度测量装置设计成沿热管的纵轴布置的管，其中布置至少一个温度传感器。通过所述管防止温度传感器被损坏。优选规定形成温度传感器使得其可在管中移动。以这种方式，可在热管中记录在流动方向上的温度曲线。在该实施方式中，在热管壁和布置在热管中用于热电偶的保护管壁之间形成体积部，所述体积部形成中空圆柱体的形状。

催化剂体K_m、K_n本身可具有任意形状，其中在管内部也可将不同催化剂体相互组合。然而，如果在管内使用不同设计的催化剂体的催化剂床，则这可导致在填充期间不同设计的催化剂体部分或完全不相混合。这将导致不均匀的活性模式，因此存在如在热管中测量的温度模式不再代表普通管中的温度模式的可能性。根据优选的实施方式，因此规定催化剂体K_m、K_n在由反应段S定义的体积部中形成均匀的填充床。均匀的填充床是指如下填充床，其在所研究管的长度上测量的堆密度偏离平均值（算术平均值）不大于20%，优选不大于10%，并且根据一个实施方式不大于5%。如果在普通催化剂床内部使用不同几何形状的催化剂体，则可通过例如以特定布置或顺序将不同设计的催化剂体载入所研究的管中来实现均匀的填充床，结果实现不同催化剂体在布置于管中的催化剂床内的确定分布。

根据优选的实施方式，规定在本发明的反应器装置的情况下，催化剂体K_m和催化剂体K_n在由反应段S定义的体积部中各自具有均匀设计。在该实施方式中，因此规定在每种情况下一个管的催化剂体具有相同的特性，从而例如具有相同形状、相同的活性材料组成、相同的活性材料量等。然而，因此对于待布置在普通管和热管两者中的相同催化剂体，催化剂体K_m和催化剂体K_n相对于彼此不必要具有同种设计。相反，一般规定催化剂体K_m和催化剂体K_n不同，从而例如具有不同的形状，在活性材料的组成方面不同或包含例如不同量的活性材料。

在反应器装置中使用的催化剂体K_m,n可形成为本体催化剂，因此例如具有在其整个体积上的均匀组成。

根据优选的实施方式，规定催化剂体K_m和催化剂体K_n形成为负载催化剂，特别是形成为具有活性材料层的壳催化剂。可以常用方式设计所述负载催化剂。所述负载催化剂可包含本身可具有任意形状的载体。载体可具有例如环形、球形或中空圆柱体的形状。优选中空圆柱体形状的载体。所述中空圆柱体优选具有在2至10mm范围内，根据一个实施方式在4至8mm范围内的长度。根据一个实施方式，中空圆柱体具有在3至8mm范围内，根据另一实施方式在4至7mm范围内的外径。中空圆柱体的壁厚优选落在0.5至4mm的范围内，根据一个实施方式在1至2mm的范围内。合适的中空圆柱体尺寸的实例为8×6×5mm、7×7×4mm、7×4×4mm和6×5×4mm（外径×长度×内径）。根据一个实施方式有效直径在4至10mm范围内，根据另一实施方式在5至8mm范围内的中空圆柱体是合适的。有效直径是指载体的长度和外径的算术平均值。

优选载体由具有非常低的孔隙率，例如小于1ml/100g的孔隙率的材料构成。可由常用材料，例如瓷、石英、氧化镁、二氧化锌、碳化硅、金红石、氧化铝（Al₂O₃）、硅酸铝、硅酸镁（滑石）、硅酸锆或硅酸铈或上述材料的混合物制备载体。在载体上布置活性材料层。活性材料也可另外包含其它材料，例如粘合剂。根据在本发明反应器中进行的反应而选择活性材料。

根据一个实施方式在10至800μm之间，根据另一实施方式在50至500μm之间选择施加到载体上的活性材料的壳的层厚度。

在具有常常可受扩散限制的非常快速动力学反应的情况下，优选选择施加到载体上的壳的层厚度较小，结果，例如在氧化反应中部分氧化比总氧化显著优选。

为了实现反应的良好控制，规定根据实施方式，相对于所述部的管壁表面积，选择由反应段S确定的体积部中提供的活性材料量在0.01至1g/cm²的范围内，根据一个实施方式在0.02至0.08g/cm²的范围内。

如果根据实施方式，对于普通管的催化剂体和热管的催化剂体均使用相同的活性材料，则可通过活性材料的量来设定普通管和热管中的催化剂活性，所述活性材料在由反应段S确定的体积部内部的所研究管中提供。

如果对于普通管和热管，将确定的活性材料质量与管壁表面积的比率设成彼此相关，则其根据一个实施方式落在0.8至1.2范围内，根据另一实施方式落在0.9至1.1的范围内。

在该实施方式中，因此：

$\frac{M_m}{M_n}=a\left(\frac{W_m}{W_n}\right)$

其中：

M_m：表示活性材料的质量，所述活性材料在由来自第一组G_m管中的反应段S确定的体积部中提供，

M_n：表示活性材料的质量，所述活性材料在由来自第二组G_n管中的反应段S确定的体积部中提供，

W_m：表示来自第一组G_m管的内表面积，其由反应段S确定，

W_n：表示来自第二组G_n管的内表面积，其由反应段S确定，

a：表示校正因子，其在0.8至1.2的范围内选择。

根据一个实施方式，a在0.9至1.1的范围内选择。

根据一个实施方式，在使用壳催化剂时，可例如由具有相同组成的催化剂体K_m、K_n的活性材料而设置可由反应段S定义的所研究管的体积部中获得的催化剂活性，并且通过施加到载体上的活性材料层的厚度而确定所述活性A_b。在该实施方式中，由此通过活性材料层的厚度来确定管的体积部中提供的活性材料量。在其它相同的反应条件下，较大的层厚度可提供较大量的活性材料并且因此提供较高的催化剂活性A_b。在该实施方式中，由催化剂体K_m,n提供的活性材料因此在每种情况下具有相同的活性质量基一级活性常数，结果通过提供的活性材料量来设置由反应段S确定的管体积部中的催化剂活性。

然而，根据另一实施方式，也可通过调节活性质量基一级活性常数Aⁱ _b来设定活性。为此，可例如通过在活性材料中加入助催化剂或减速剂而改变例如活性材料的组成。在催化剂体K_m、K_n中，也可不同地选择活性材料中助催化剂或减速剂的浓度。

然而，也可例如通过对催化剂体K_m、K_n选择不同的活性材料孔容而调节活性材料的活性质量基一级活性常数Aⁱ _b，并由此调节在由反应段S确定的体积部内提供的催化剂活性A_m，n。为此，例如可调节活性材料的单独组分的孔容。

另一实施方式通过调节在催化剂体K_m、K_n中活性材料的晶体大小来实现活性质量基一级活性常数Aⁱ _b的调节。

为调节普通管或热管的体积部中的催化剂活性，本领域技术人员本身可求助于导致改变活性材料的活性质量基一级活性常数Aⁱ _b的所有方法。

根据另一实施方式，通过具有不同几何形状的催化剂体K_m、K_n实现体积部中提供的催化剂活性A_m,n的调节。普通管和热管中的催化剂体在两个管中也可具有相同的形状，例如球形或中空圆柱体，然而其中在普通管和热管中选择不同的成形体尺寸。因此可利用较小的催化剂体具有较大几何表面积并且由此通常可获得较大堆密度的效果。如果例如选择球形催化剂体，在相同的活性材料的层厚度的情况下，可通过使用较小的球体而增加由反应段S确定的体积部中的活性材料量。然而，其也可在由反应段S确定的普通管和热管的体积部中提供在形状方面不同的催化剂体。

根据一个实施方式，使用壳催化剂，其中所述壳催化剂具有中空圆柱体的形状。为了改变在由反应段S确定的体积部中的活性材料量，可使用载体，其具有比各其它组管中的催化剂体的载体小的内径或外径或短的长度。

然而，其也可在热管和普通管中选择完全不同的催化剂体，因此例如在一个管中催化剂体具有中空圆柱体的形状，而在其它管中催化剂体具有球形的形状。

根据另一实施方式，规定通过在催化剂体中加入惰性体而调节由反应段S确定的体积部中提供的催化剂活性。如果在由反应段S确定的体积部中使用相同的催化剂体，则可通过在加入惰性体来“稀释”一个管中的催化剂体而设置催化剂活性。惰性体可具有与催化剂体相同的形状或也可具有与其不同的形状。

最后，也可将上述方法组合以实现必要的催化剂活性。

设计本发明的反应器装置从而使得在每种情况下填充床在普通管和热管中的催化剂床的总长度上具有均匀的特性。在该实施方式中，因此在普通管或热管中仅提供一个反应段S。

根据另一实施方式，规定在第一组G_m管和第二组G_n管中提供多于一个反应段S，其中反应段S^α各自定义管中的体积部，并且在体积部中布置不同的催化剂体K^α _m、K^α _n。α表示在每种情况下组G_m和G_n管中的层，在所述管中布置所研究的反应段S^α。如果例如在普通管或热管中布置三层催化剂体，则α分别表示第一层、第二层或第三层。因此在此α分别取值1、2或3。一般来说，α表示指数，其可取1和反应管中存在的催化剂体层数之间的整数值。

这个实施方式对应于包含数层的催化剂床，其中不同地选择包含在单独层中的催化剂体。以这种方式，可在普通管中设置特定的活性曲线并且由此例如能够控制副产物的形成或抑制总氧化。在每一个单独层中，然后对普通管或热管中所提供的催化剂活性进行调节，结果在热管中相应地复制通过使用不同催化剂体而在普通管中形成的温度曲线。

根据一个实施方式，组G_m和G_n管各自包含至少两个反应段S^α，根据另一实施方式至少三个反应段S^α，并且根据又一另外的实施方式至少四个反应段S^α。根据一个实施方式，在管中在每种情况下精确地布置两个反应段S^α，根据另一实施方式在每种情况下精确地布置三个反应段S^α，并且根据又一另外的实施方式在每种情况下精确地布置四个反应段S^α。在管内可选择单独反应段S^α的长度为相同或不同。然而，在不同的组G_m、G_n管之间在每种情况下优选选择相应反应段S^α的长度相等，结果其可在热管中复制普通管中产生的温度曲线。

在特定组的管内部，不同的反应段S^α然后包含提供不同催化剂活性的区域。

在本发明的反应装置中，设置修正停留时间τ_mod，从而使得其在误差和技术变化的常规限度内，对于全部管基本上相同。

根据一个实施方式，程序是在第一工作步骤中提供惰性体层以设置全部普通管的压力下降，特别是增加压力下降。这些惰性体优选具有与催化剂体不同的几何形状。例如可提供沙层以增加压力下降，由此可增加压力下降。优选在催化剂床的气体出口侧设有这种惰性体层。如果要使一个管中的压力下降减少，则程序也可是缩短布置在所研究管中的催化剂床的长度。然后可任选使反应段S适合缩短的催化剂床。于是将普通管设成特定的修正停留时间τ_mod。

在第二工作步骤中，使热管的修正停留时间τ_mod适合这些预先平衡的普通管。然后可经由通过所研究管的催化剂床的气体量来计算修正停留时间τ_mod。可通过加入或除去催化剂床体而调节修正停留时间τ_mod直至达到热管的期望的修正停留时间τ_mod。

在实际转化期间，在反应器由一束多个反应管构成的情况下，其通过测量每个管的催化剂填充水平和压力下降来确定，a)无缺陷填充（空管、桥等）出现和b)在设备公差的限度内，在一组的所有管中，即普通管中修正停留时间τ_mod基本上相同。

为在填充市购反应器时，实现尽可能理想的状态，根据优选的实施方式所述程序如下：

1.填充所有的普通管。对于参考组的管（例如200个管），确定存在何种堆密度以及在普通管中具有何种标准偏差。并且对于这些参考管还测定压力下降及其标准偏差。

2.一旦填充所有管，测量所有管中的床深度以确保所有管用相同的催化剂体积填充。（允许偏差为床深度的+/-1.6至2.3%）。将缺陷填充的管清空并重填。

3.一旦如上检查并校正了全部管，则测量所有普通管的压力下降并测定标准偏差。所有普通管的压力下降应该偏离平均值不大于7%。将具有更大或更小压力下降的管清空并重填。

4.只有在将所有普通管填充、检查并且需要的话校正时，才借助于普通管所测定的临界参数来填充、检查并调整热管。

通过使用相应的活性材料，可使反应器装置本身适合于所有对非均相催化可用的反应。优选将反应器装置用于在气相中进行的反应。根据一个实施方式，将反应器装置用于以控制扩散方式进行的反应以及用于根据实施方式例如使用壳催化剂的反应。反应可放热和吸热地进行。因此，在反应器装置中提供的热载体介质可用于如果反应放热地进行则从反应器装置中带走热量，或用于如果反应吸热地进行则提供热量。本发明的反应器装置特别适合用于进行放热反应，例如氧化、脱氢、加氢和氧化脱氢反应，其中例如可提及由邻二甲苯制备邻苯二甲酸酐、由丙烯制备丙烯醛、由丙烯/丙烯醛制备丙烯酸、由甲基丙烯醛制备甲基丙烯酸、由异丁烯制备甲基丙烯醛、由丙烯制备丙烯腈、由甲醇制备甲醛、由乙烯制备氧化乙烯或由丁烷制备马来酸酐。

根据优选的实施方式，构建本发明的反应器装置用于由邻二甲苯和/或萘制备邻苯二甲酸酐。可使用用于通过邻二甲苯和/或萘氧化而制备邻苯二甲酸酐的已知的反应器装置和催化剂本身。

然而，使用上述反应器装置进行反应器装置的填充或普通管以及热管中催化剂活性的调节。

通过在普通管或热管中仅布置由催化剂体形成的单层可进行将邻二甲苯和/或萘部分氧化成邻苯二甲酸酐。然而，特别是在邻二甲苯和/或萘部分氧化以制备邻苯二甲酸酐期间，优选在管中布置数层不同的催化剂，其中在管中提供的所述层的催化剂可例如在其组成方面，特别是在其活性方面不同。这使得其可以抑制副产物，例如苯酞的形成。根据本发明，布置在其它组管中的催化剂体的调节然后根据上述各层的原理进行。

用于制备邻苯二甲酸酐的催化剂优选基于五氧化二钒和二氧化钛。二氧化钛一般以锐钛矿改性物使用并具有在10至50m²/g范围内的比表面积。除提及的组分之外，在活性材料中可包含常见的其它组分，由此，可以期望的方式调节催化剂的活性。优选在如下范围内选择活性材料的组成：

除这些组分外，活性材料还可包含其它常见的化合物，使用所述化合物可改良催化剂的活性。这种化合物例如为碱金属和碱土金属、铊、锑、铁、铌、钴、钼、银、钨、锡、铅以及铋的化合物。在催化剂的活性形式中，这些元素通常以其氧化物形式存在。作为最稳定氧化物并相对于其活性形式的活性材料而计算的这些金属的比例落在0至3wt%，优选0至2wt%的范围内。所提及元素或其氧化物可单独或也可以混合物的形式包含在活性材料中。相对于其活化的氧化形式，使其构成100wt%的活性材料的剩余部分优选由TiO₂形成，其中其优选以锐钛矿改性物存在。TiO₂优选具有至少15m²/g的BET表面积，进一步优选15至60m²/g之间的BET表面积，特别是15至45m²/g之间的BET表面积，特别优选15至40m²/g之间的BET表面积。

如果设计本发明的反应器装置用于邻二甲苯和/或萘的气相氧化的应用，则催化剂体优选作为壳催化剂提供。

这种壳催化剂包含在反应条件下是惰性的惰性载体。上文已经描述了用于载体的合适的材料和形状。以薄层形式将活性材料施加到载体上。施加到载体上的活性材料的层厚度优选在50至500μm范围内选择。可以单层的形式施加活性材料。然而，也可在载体上提供两层或更多层包含相同或不同组成的活性材料的层。

为了获得邻苯二甲酸的高产率并抑制副产物的形成，可优选在本发明反应装置的管中布置多层催化剂体，其中管内单独的层在其活性方面不同。

根据一个实施方式，向气体入口侧放置的层具有最低的催化活性。朝向气体出口侧的之后的层则具有增加的催化活性，结果向气体出口侧布置的层具有最高的催化活性。

除了其中催化活性在从气体入口侧至气体出口侧的方向上逐渐增加的活性曲线之外，也可选择不同的活性曲线。例如，可首先在气体入口侧提供其催化活性比在向气体出口侧方向中的下一层的催化活性高的层。在本发明的反应器装置中，如设置在普通管中的活性曲线反映在热管的活性曲线中，结果热管中测量的温度曲线代表了普通管中的温度分布。

如果在邻二甲苯和/或萘部分氧化成邻苯二甲酸酐的情况下，在管中布置数层不同的催化剂体，则优选在30至200cm范围内选择单独层的范围，其中全部催化剂层的布置具有优选2至3.50m之间的在管纵向上的范围。

在本发明的反应器装置中，根据上述式子调节两组Gm、Gn管中的催化剂活性。为此，可进行已经在上文所述的方法。为实现增加在由反应段S定义的所研究的体积部中的催化剂活性，可提供在由反应段S确定的体积部中比在其它各组管中高的活性材料含量。然而，也可例如通过具有较高钒浓度和/或较低Sb浓度和/或较低Cs浓度的活性材料直接增加活性材料的活性。为了增加活性材料的活性，也可提供具有较大BET表面积的TiO₂。另外，可在活性材料中加入增加活性材料活性的助催化剂或可增加其比例。同样，可减少活性材料中抑制活性的助催化剂的比例。

为在体积部中增加活性材料的含量，例如可增加载体上活性材料层的厚度。然而，也可改变载体的几何形状从而使得堆密度增加。也可使用这些方法的组合。

根据另一实施方式，根据本发明的反应器装置用于由丙烯氧化制备丙烯醛和/或由丙烯醛制备丙烯酸，或用于由异丁烯氧化制备甲基丙烯醛和/或由甲基丙烯醛制备甲基丙烯酸。在这些反应中，本身也可使用用于由丙烯或丙烯醛氧化制备丙烯醛或丙烯酸或用于由异丁烯或甲基丙烯醛氧化制备甲基丙烯醛和甲基丙烯酸的已知的反应器装置和催化剂。然而，根据上述反应器装置进行反应器装置的填充以及普通管以及热管中催化剂活性的调整。

如已经在邻二甲苯和/或萘部分氧化的情况下所述的，在丙烯或异丁烯或丙烯醛或甲基丙烯醛部分氧化的情况下，也可在普通管或热管中提供单一的催化剂层。然而，也可在管中布置数层催化剂，其中在单独层中催化剂的组成不同并且因此其活性不同。

可将本体催化剂和壳催化剂两者用于部分氧化。为了设置催化剂的活性，在使用本体催化剂时，例如可使用具有不同几何形状的催化剂体，结果最终催化剂体的堆密度在普通管和热管中不同。可选地，为了能够调节各个管中的催化剂活性，可用惰性材料稀释活性材料。最终，为将各个管中的催化剂活性设成特定值，可用惰性体稀释催化剂体，结果将普通管和热管中的催化剂活性的比率设成期望值并且具有可比的修正停留时间τ_mod。在使用壳催化剂时，可使用例如上文已经进一步描述的方式，由此例如通过设置惰性载体上的活性材料的层厚度来设置催化剂活性。

可将例如在现有技术中已知的催化剂材料本身用作活性材料。用于丙烯或异丁烯的部分氧化而制备丙烯醛或甲基丙烯醛的合适的催化剂基于例如钼和铋。合适的催化剂例如描述在DE 2338111C2中。其具有式Mo₁₂Bi_aMe¹ _bMe² _cMe³ _dMe⁴ _eMe⁵ _fZn_hO_g的组成，其中：

Me¹：表示In和/或La；

Me²：表示Fe和/或Cu；

Me³：表示Ni和/或Co；

Me⁴：表示元素P、B、As、Cr、V和/或W中的至少一种；

Me⁵：表示元素Cd、Ta、Nb、Ag、Pb、Mn、Re、Mg、Ca和/或Ba中的至少一种；

a：表示0.1至6，优选0.5至3；

b：表示0.005至3，优选0.01至2；

c：表示0.1至8，优选0.3至6；

d：表示4至12；

e：表示0至6，优选0.05至5；

f：表示0至3；

g：表示36至102，优选38至95；

h：表示0.1至10，优选0.5至6。

可选择与上述参数类似的反应器的尺寸，从而例如管数及其尺寸。

根据另一方面，本发明涉及用于提供如上所述的反应器装置的方法。所述反应器装置包含至少一种第一组G_m管，其包含至少一个普通管；和第二组G_n管，其包含至少一个设有温度测量装置的热管。

将催化剂体K_p载入由第一组G_m或第二组G_n的管形成的组G_p管中，结果用催化剂体K_p填充至少一个由反应段S确定的管的体积部。

因此，在提供上述反应器装置时，可首先填充普通管并然后通过提供相应的催化剂体来调节热管的填充。然而，也可首先用催化剂体填充热管，以然后通过选择合适的催化剂体来调节普通管的填充。出于实际的原因，优选首先选择用于填充普通管的催化剂体，然后提供相应的催化剂体以填充热管。

在来自由反应段S确定的组G_p管的体积部中确定催化剂活性A_p。

将催化剂体K_q载入不属于组G_p的组G_q管中，其中所述催化剂体K_q具有活性从而使得催化剂活性A_q在来自由反应段S确定的组G_q管的体积部中获得，其中：

$\frac{A_p}{A_q}=a\left(\frac{W_p}{W_q}\right)$

其中：

A_p：表示催化剂活性，其在由来自组G_p的管中的反应段S确定的体积部中提供，

A_q：表示催化剂活性，其在由来自组G_q的管中的反应段S确定的体积部中提供，

W_p：表示来自组G_p的管的内表面积，其由反应段S确定，

W_q：表示来自组G_q的管的内表面积，其反应段S确定，

a：表示校正因子，其在0.8至1.2的范围内选择，

其中，催化剂活性A_d根据下式计算：

A_d=Aⁱ _d·M_d

其中：

Aⁱ _d：表示由催化剂体K_d提供的活性材料的活性质量基一级活性常数，

M_d：表示在由反应段S定义的管体积部中由催化剂体K_d提供的活性材料的质量，

d：表示选自p和q的指数，并表明由反应段S定义的管体积部中的催化剂体K_d。

然后根据一个实施方式将组G_p管和组G_q管中产生的压力下降以及气体的修正停留时间τ_mod设置成基本上相同的值。

根据一个实施方式，程序是首先通过加入惰性材料（增加压力）或除去催化剂粒子（降低压力）来确定并调节组G_p的所有管，例如普通管的压力下降或背压，从而使得组G_p的所有管具有基本上相同的背压或压力下降，优选实现与平均值的最大偏差最高达+/-7%，根据一个实施方式最高达+/-5%。

然后用热催化剂填充其它组的反应管G_q，例如热管，并调节热管和普通管的修正停留时间τ_mod从而使得两组管G_p和G_q具有基本上相同的修正停留时间τ_mod。

基本上相同的值是指与所有管上测量的平均值（算术平均值）偏离不大于10%，优选不大于5%的值。

根据本发明的方法，由此首先提供具有两组管的反应器装置。所述管包含第一组G_m管，其包含普通管。第二组G_n管包含热管。当所述管载有催化剂体时，首先选择一组管，从而或者是包含至少一个普通管的组G_m管，或者是包含至少一个设有温度测量装置的热管的第二组G_n管。然后在本发明方法的含义内，所选组的管形成组G_p，并且另一组管形成组G_q。优选首先用催化剂体负载普通管，从而为第一组G_m管。可负载所述组的所有管。在该实施方式中，根据本发明的方法，组G_m管由此可形成组G_p。然而，有利的程序是首选选择至少一个代表性的管，优选至少100-200个管的组，并且用相应的催化剂体将其负载。然后确定反应段S并确定由反应段S确定的管体积中提供的催化剂活性。为此，例如可将所研究管中的催化剂体的堆密度和催化剂体中活性材料的比例用于计算在所研究管的部分中提供的活性材料的质量。因为管通常具有相对小的截面，在代表性组本身中测定堆密度是有利的，结果考虑由单独的催化剂体在管中的布置而引起的效果。可将在所研究的体积部中获得的活性材料，通过与相应的活性质量基一级活性常数Aⁱ _d相乘，而用于测定催化剂活性A_p。另外，可将反应段S的长度和管的半径用于计算相应的管壁表面积W_p。

然后，在下一步中，确定催化剂活性A_q，其必须在由其它各组管中的反应段S确定的部分中提供。为此，将校正因子a设成值1用于首次计算。通过用于该管中的活性材料的活性质量基一级活性常数，然后可计算待引入管的相应部分中的活性材料量，结果满足上述等式。然后经由相应的催化剂体将这种活性材料引入管中。为此，选择催化剂体从而至少填充由反应段S确定的相应管的体积部。

如果例如在一个实施方式中在管中使用壳催化剂，则首先可借助于非活性催化剂体，例如载体本身或通过用如下材料的确定层涂覆所述载体来确定催化剂体的堆密度，所述材料具有与活性材料密度可比的密度。然后可将该堆密度与计算的活性材料量一起使用以确定含有必要量活性材料的催化剂体，需要所述活性材料以提供期望的催化剂活性。并且在该情况下，有利的是在相应管中直接确定堆密度，以考虑通过在布置催化剂体时管的横截面改变而造成的效果。

在制备后，将以这种方式确定并提供的催化剂体载入相应的管中。

因为，在商业实施期间，通过例如在管横截面或催化剂体形状上的变化或者也通过催化剂体堆密度上的变化而产生与理想状态的偏差，所以在工业规模上的转化期间，在最终的反应器装置中确定的校正因子a常常将不再对应于值1，而是与此稍微偏离。然而，根据本发明人的经验，如果校正因子a的值落在0.8至1.2，优选0.9至1.1的范围内，则可在热管中令人满意地复制普通管中的温度曲线。

根据一个实施方式，在填充组G_q管后，对于组G_q的每个单独管，通过在每种情况下优选将惰性气流通过所研究的管，与用于组G_p管的上述程序类似地测定修正停留时间τ_mod。根据本发明人的经验，如果以简单的方式在室温下在惰性气体的情况下进行修正停留时间τ_mod的设置，则对于商业实施实现令人满意的值。也可例如在反应条件下进行所述设定本身。然而，在工业规模下操作时，这是困难的。为调节组G_q管（例如热管）的修正停留时间τ_mod，为此，计算例如组G_p的200个参考管（例如普通管）的组的平均修正停留时间τ_mod与组G_q的反应管（例如热管）的平均修正停留时间τ_mod的比率。然后计算对于组G_q的反应管（例如热管）中的可比修正停留时间τ_mod所需的体积流速。在设定背压测量装置中的该体积流速后，借助于上述方法调节催化剂填充床的背压/压力下降直到设置相当于参考普通管，从而组G_p管的平均修正停留时间τ_mod的修正停留时间τ_mod。

因为在商业系统中的转化期间，不可避免已经提及的与理想状态的偏差，所以堆密度、压力下降/背压以及修正停留时间τ_mod在相同组内的管之间也变化。因此对于每一个独立的管优选分别测定压力下降/背压以及修正停留时间τ_mod。

优选用惰性气体，例如空气来测定气体的压力下降/背压以及修正停留时间τ_mod。然后以常用方式进行参数的校正。为了减少管内的压力下降/背压，例如可缩短催化剂体的填充床的柱长。优选在气体出口侧进行催化剂填充床的这种缩短，因此在多层催化剂布置的情况下，优选通过缩短靠近气体出口布置的催化剂体的层而进行。然后可例如通过产生非常小压力下降的支持装置代替缩短的部分。为了增加柱内的压力下降/背压，可在柱中提供产生大压力下降/背压的部分，所述部分填充有物体，优选惰性物体。合适的材料例如为沙。并且优选也在布置于管中的催化剂体填充床的气体出口侧布置该惰性材料。为此，在实际实施期间，可首先确定通过用所需量催化剂装载管而产生的压力下降/背压。由此，可计算与期望的压力下降/背压相比的差值，由此从而能够计算对设定期望的压力下降/背压而言所需的惰性体，例如沙的量。如果例如在操作期间，反应气体从顶部到底部流过管，则首先再次除去载入管中的催化剂体并然后首先将惰性材料的相应层负载在气体出口侧。然后将预先除去的催化剂体施加到该层上以再次校正压力下降/背压。

也可具有用于均衡管的压力下降/背压的其它方法。因此例如可使用特定几何形状的催化剂体以实现期望的压力下降/背压。也可将惰性材料从顶部，从而在气体入口侧供入到催化剂填充床上。

在填充反应器的管时，程序优选为在气体入口侧上，催化剂填充床在与反应室有关的所有管中实现大致相同的水平，结果在进行所研究的反应时，对于所有管实现可比的温度曲线。如果需要，可通过提供载体来实现高度的调节，所述载体布置在管的气体出口侧或较低部分，其中这些校正体仅产生非常小的压力下降/背压。

如果根据一个实施方式，穿过管放置以下平面，所述平面对应于填充水平的偏差的平均值，则平面和管的填充床上端之间的距离优选不大于±7cm，根据另一实施方式不大于±5cm，根据又一另外的实施方式不大于±2cm。

通过形成商而在第一步中确定普通管，或如果首先选择普通管的子组作为参考管，则参考普通管的平均修正停留时间τ_mod，以上述方式来设置气体的修正停留时间τ_mod。然后，在第二步中，计算对于相同修正停留时间τ_mod所需的体积流速。最后，在第三步中，通过在催化剂床中加入催化剂体，或从其中除去催化剂体而调节用于这种改变的体积流速的背压以及压力下降。

如果需要，填充后可使反应器进一步经历活化处理，在活化处理期间通过例如将粘合剂烧尽或任选将活性材料组分的前体化合物，例如碳酸盐、氢氧化物或氮化物转化成相应的氧化物而将催化剂转化成活性形式。

如已经提及的，在普通管或热管中可通过催化剂体获得的活性材料不需要相同。所述活性材料可具有不同的活性质量基一级活性常数Aⁱ _d，由此然后可计算在由反应段S确定的所研究管的部分中的活性材料的必要量。

为了能够改变催化剂活性，可使用例如本身常规的方法，例如如上已经描述的方法。因此可改变活性材料的组成，结果普通管或热管中的活性材料分别具有不同的组成。为此，可在活性材料中加入例如助催化剂或减速剂。例如，对于在两组管中使用的催化剂，为了以这种方式获得不同的活性质量基一级活性常数Aⁱ _d，也可改变活性材料的BET表面积或孔容。任选地，也可通过在填充床中加入惰性体而“稀释”一组管中的催化剂体。

根据优选的实施方式，规定在普通管和热管中均使用相同的活性材料。这使得更容易在较长时间段内在热管中复制普通管中的温度模式，结果例如甚至在反应器的较长操作时间后，也可给出关于普通管状态的更精确的数据。这是有利的，特别是因为反应器中的老化过程也可遵循这种方式。如果普通管和热管中的活性材料在其组成或其物理特性方面明显不同，则结果可能是相应的活性材料以不同速度老化，结果在较长操作时间的情况下，在热管中测量的温度曲线和普通管的温度曲线之间产生差异。

根据优选的实施方式，因此规定通过调节在催化剂体K_q中提供的活性材料量而设置催化剂体K_q的活性。这可例如通过在使用壳催化剂时，相应调节壳催化剂的壳中含有的活性材料量，以及例如增加壳的层厚度来实现。在本体催化剂的情况下，程序例如可以为借助于惰性填充材料相应地稀释载入普通管或热管中的一种催化剂体。

根据另一实施方式，程序为通过调节催化剂体K_q的形状而设置催化剂体K_q的活性。在该实施方式中，普通管中的催化剂体因此具有与热管中催化剂体不同的几何形状。以这种方式，首先可改变催化剂体的堆密度并因此改变引入的活性材料量。其次，较小的催化剂体具有较大的几何表面积，结果可将较大量活性材料施加至催化剂体并且同时实现较高的堆密度。

可例如通过在一个管中使用例如中空圆柱体来调节催化剂体K_q的形状，所述中空圆柱体具有比在其它管中使用的催化剂体更长的长度或更大的外径或内径。

例如，根据一个实施方式，可在一个管中使用尺寸为8×6×5mm的中空圆柱体形催化剂体，而在另一组管中使用尺寸为8×6×5、7×7×4、6×5×4或7×4×4mm的中空圆柱体（外径×长度×内径）。

也可改进现有系统从而获得本发明的反应器装置。在该实施方式中，首先使载有废催化剂体的反应器装置不负载，即首先将废催化剂体从组G_p管和组G_q管中除去。然后用催化剂体重新负载反应器装置，其中所述程序如上所述。

如果将反应器装置用于通过邻二甲苯和/或萘的气相氧化而制备邻苯二甲酸酐，则根据优选的实施方式，程序可如下所述。

如果将反应器装置用于通过邻二甲苯和/或萘的气相氧化而制备邻苯二甲酸酐，则优选将壳催化剂用作催化剂体。优选将在其上施加有活性材料层的惰性材料的中空圆柱体用作载体。将用于使邻二甲苯或萘气相氧化成邻苯二甲酸酐的常规活性材料用作活性材料。优选使用其组成已经在上文描述过的活性材料。

在用活性材料涂覆载体时，使用常用的方法。根据一个实施方式，首先制备用于活性材料的化合物或其前体化合物的溶液或悬浮液。前体化合物是指例如在煅烧后可转化成相应的催化活性化合物，特别是氧化物的化合物。也常常将这种悬浮液或溶液称为浆料。可优选将水，但是也可将有机溶剂，例如醇用作溶剂。然后可例如在加热涂覆鼓或在流化床中将这种浆料施加到惰性载体上。特别是当在流化床中施加浆料时，可非常精确地确定施加到惰性载体上的活性材料的层厚度。所述浆料可任选包含粘合剂，结果可以固体膜的形式将活性材料的组分粘合到惰性载体上。普通粘合剂例如为有机聚合物，例如乙酸乙烯酯/月桂酸乙烯酯，乙酸乙烯酯/乙烯或苯乙烯/丙烯酸酯，乙酸乙烯酯/马来酸酯以及乙酸乙烯酯/乙烯的共聚物。将所用粘合剂以常用量加入催化活性材料中，例如相对于催化活性材料的固体含量，以大约0.5至30wt％的比例，根据一个实施方式以0.5至20wt%的比例。除粘合剂外，在所述浆料中还可包含其它常用组分，例如造孔剂。然后将用活性材料的组分涂覆的载体载入反应器装置的相应管中。在此然后可在催化剂活化期间将粘合剂烧尽。然后以上述方式设置压力下降或背压。从填充来自一组的管开始，制备催化剂体用于填充其它组的管，其中程序如上所述。

如果将反应器装置用于通过邻二甲苯或萘的部分氧化而制备邻苯二甲酸酐，则根据一个实施方式，使用包含数层催化剂体的填充床，其中所述层具有不同的催化剂活性。

根据第一实施方式，催化剂布置包含三层，其中在气体入口侧的层具有最低的活性，并且在气体出口侧的层具有最高的催化剂活性。

根据另一实施方式，催化剂布置包含至少四层，其中最靠近气体入口侧的层比向气体出口侧的下一层具有更高的活性。已经如上所述，然后与在流动方向上布置在上流的层相比，在流动方向上的邻接层显示出不断增加的活性。

单独层的催化剂体的活性材料具有例如已经如上所述的组成。为了与布置在气体方向中较早的层相比增加所述层的活性，可通过使用以下方法中的一种或多种来调节活性：

-比在布置在流动方向中较早的层中更高的活性材料含量；

-更大的BET表面积；

-更高的钒含量；

-例如通过使用其它几何形状的催化剂体而增加堆密度；

-加入增加活性的助催化剂或增加助催化剂在活性材料中的比例；或

-除去或减少抑制活性的减速剂的量。

所述方法可单独实施或组合实施。

根据一个实施方式，第一催化剂层的催化剂体的活性材料包含5至25wt%V₂O₅，0至4wt%Sb₂O₃，0至1wt%Cs，0至3wt%Nb₂O₅，0至2wt%P。至少90wt%，优选至少95wt%，进一步优选至少98wt%，特别优选至少99wt%，进一步优选至少99.5wt%以及特别是100wt%的剩余活性材料由TiO₂组成。根据一个实施方式，TiO₂的BET表面积落在15至45m²/g之间。另外，优选这种第一催化剂层的长度占全部已有催化剂层的总长度，即已有催化剂床的总长度的5至25%，特别优选10至25%。

根据另一实施方式，第二催化剂层中的活性材料包含1至25wt%V₂O₅，0至4wt%Sb₂O₃，0至1wt%Cs，0至2wt％Nb₂O₅和0至2wt%P。剩余活性材料以对第一催化剂层所述的比例包含TiO₂。TiO₂的BET表面积优选落在15至25m²/g之间。第二催化剂层的长度大约占全部已有催化剂层总长度的15至60%，优选20至60%，进一步优选20至50%。

根据另一实施方式，第三催化剂层中的催化剂的活性材料包含1至25wt%V₂O₅，0至4wt%Sb₂O₃，0至1wt%Cs，0至2wt%Nb₂O₅以及0至2wt%P。剩余活性材料基本上由TiO₂以在第一催化剂层的说明中给出的比例组成。在第三催化剂层的活性材料中使用的TiO₂优选具有15至35m²/g之间的BET表面积。另外，第三催化剂层的长度优选大约占全部已有催化剂层总长度的20至50%。

根据另一实施方式，在管中提供四层催化剂体，其中由催化剂层提供的活性优选从气体入口层至气体出口侧增加。

最靠近气体入口侧的第一催化剂层相对于催化剂体的重量，具有5至26wt%，优选大约7至15wt%的活性材料含量。所述活性材料优选包含1至25wt%V₂O₅，0至4wt%Sb₂O₃，0至1wt%Cs，0至2wt%Nb₂O₅、0至2wt%P以及使其构成100wt%的TiO₂。第二催化剂层相对于催化剂体的重量优选包含6至12wt%，优选6至11wt%的活性材料含量。该层的活性材料优选包含1至25wt%V₂O₅，0至4wt%Sb₂O₃，0至1wt%Cs，0至2wt%Nb₂O₅、0至2wt%P以及使其构成100wt%的TiO₂。第三催化剂层相对于催化剂体的重量，可具有5至11wt%，特别是6至10wt%的活性材料含量。该层的活性材料优选包含1至25wt%V₂O₅，0至4wt%Sb₂O₃，0至1wt%Cs，0至2wt%Nb₂O₅、0至2wt%P以及使其构成100wt%的TiO₂。第四催化剂层相对于催化剂体的重量，具有大约7至25wt%的活性材料含量。第四层的活性材料优选包含1至25wt%V₂O₅，0至4wt%Sb₂O₃，0至1wt%Cs，0至2wt%Nb₂O₅、0至2wt%P以及使其构成100wt%的TiO₂。

根据本发明特别优选的实施方式，第一催化剂层的催化剂的活性材料包含5至16wt%V₂O₅，0至5wt%Sb₂O₃，0.2至0.75wt%Cs，0至1wt%P和0至3wt%Nb₂O₅。至少90wt%，优选至少95wt%，进一步优选至少98wt%，特别是至少99wt%，进一步优选至少99.5wt%，特别是100wt%的剩余活性材料由TiO₂组成。根据本发明特别优选的实施方式，TiO₂的BET表面积落在15至大约45m²/g之间。另外，优选这种上流催化剂层的长度占全部已有催化剂层总长度（已有催化剂床的总长度）的5-25%，特别优选10-25%。

根据本发明特别优选的实施方式，第二催化剂层的催化剂的活性材料包含5至15wt%V₂O₅，0至5wt%Sb₂O₃，0.2至0.75wt%Cs，0至1wt%P和0至2wt%Nb₂O₅。至少90wt%，优选至少95wt%，进一步优选至少98wt%，特别是至少99wt%，进一步优选至少99.5wt%，特别是100wt%的剩余活性材料由TiO₂组成。根据本发明特别优选的实施方式，TiO₂的BET表面积落在15至大约25m²/g之间。另外，优选这种第二催化剂层的长度占全部已有催化剂层总长度（已有催化剂床的总长度）的15至60%，特别是20至60%或20至50%。

根据本发明特别优选的实施方式，第三催化剂层的催化剂的活性材料包含5至15wt%V₂O₅，0至4wt%Sb₂O₃，0.05至0.5wt%Cs，0至1wt%P和0至2wt%Nb₂O₅。至少90wt%，优选至少95wt%，进一步优选至少98wt%，特别是至少99wt%，进一步优选至少99.5wt%，特别是100wt%的剩余活性材料由TiO₂组成。优选TiO₂具有大约15至25m²/g之间的BET表面积。另外，优选该第三催化剂层的长度占全部已有催化剂层总长度大约10至30%的长度比例，特别是如果还将至少一种其它催化剂层连接到第三层。如果第三层是最后一层，即最接近反应器出口的层，则优选第三层的长度比例为20-50%。

根据本发明特别优选的实施方式，第四催化剂层的催化剂的活性材料包含5至25wt%V₂O₅，0至5wt%Sb₂O₃，0至0.2wt%Cs，0至2wt%P和0至1wt%Nb₂O₅。至少90wt%，优选至少95wt%，进一步优选至少98wt%，特别是至少99wt%，进一步优选至少99.5wt%，特别是100wt%的剩余活性材料由TiO₂组成。如果第四层表示在反应器气体出口侧的（最后的）催化剂层，则优选TiO₂的BET表面积稍大于更靠近于气体入口侧的层的BET表面积，并且特别是在大约15至大约45m²/g的范围内。另外优选该第四层催化剂层占全部已有催化剂层总长度大约10至50%，特别优选10至40的长度比例。然后，第五层通常不是必要的，但是尤其对于较长的反应器管也可存在。

本发明另外涉及制备至少一种产品的方法，其中如上所述将至少一种气态离析物供入反应器装置中。在催化剂体K_m、K_n上将至少一种气态离析物转化成产品，所述催化剂体K_m、K_n在第一组和第二组管G_m、G_n中提供，其中选择将至少一种离析物转化成至少一种产品的反应条件从而使得在第二组G_n管的热管中设置特定温度或特定的温度梯度。

上述反应器装置适合用于多种由固体催化剂催化的反应。因为普通管中的温度或温度曲线在热管中被非常良好地复制，所以可以高精度将在热管中的温度曲线或者特定点上的温度用于设置普通管中的条件，从而设置例如至少一种离析物的进料流，通过热载体介质供入管中或从管中带走的热量的控制，或者以及在反应气流中减速剂的加入。另外，并且也能够观察催化剂或更确切地说，活性材料的老化，结果如果转化率变差，则可修正反应条件，其中在热管并且从而也在普通管中设置新的温度曲线。

对于所研究的反应，在本身常用的范围内选择反应条件，然而其中通过热管的温度曲线进行例如活性材料老化时反应的控制，由此行进反应器的再调节。

根据优选的实施方式，将本发明的反应器装置用于在气相中通过邻二甲苯和/或萘的部分氧化而制备邻苯二甲酸酐。一般来说，在升温下，特别是在大约250至490℃之间使包含邻二甲苯和/或萘以及分子氧的气流穿过普通管或热管。在管中优选布置数层催化剂体，特别是三或四层。其中优选选择不同层的催化剂活性为不同，特别是优选催化剂活性首先在气体流动方向上，从气体入口侧上的第一层至下一层下降，以然后再次逐层升高。

优选选择用邻二甲苯或萘负载的气流在40至100g/Nm³空气的范围内。优选选择管中的背压在1至5巴_绝对，优选1至2巴_绝对的范围内。

在管中提供的整个催化剂填充床的压力下降优选落在80至600毫巴的范围内。

根据另一实施方式，将本发明的反应器装置用于制备马来酸酐。优选将苯或丁烷用作离析物。

根据一个实施方式，将所述反应器装置用于通过在乙酸存在下将乙烯气相氧化二制备乙酸乙烯酯单体。

另外，可将所述反应器装置用作通过乙烯的部分氧化而制备氧化乙烯。

根据另一实施方式，还可用本发明的反应器装置通过丙烯的部分氧化而制备丙烯醛或丙烯酸。

所述反应器装置也适合用于通过异丁烯的气相氧化而制备甲基丙烯醛和甲基丙烯酸。

根据另一实施方式，可将所述反应器装置用于通过甲醇的气相氧化制备甲醛。

附图说明

使用实施例以及参考附图对本发明进行更详细的说明。

在图1中显示了：其中在特定GHSV和特定温度下确定的活性材料的质量基活性常数A^*对邻二甲苯转化率所绘制的曲线。

具体实施方式

使用如下方法测定催化剂的参数：

BET表面积

根据DIN 66134使用BJH法测定BET比表面积和介孔。

孔半径分布/孔容

根据DIN 66133通过压汞法测定孔半径分布和孔容；最大压力：2,000巴，孔隙仪4000（Porotec，德国），按照制造商的说明测定。

粒度

按照制造商的说明，使用Fritsch粒度分析仪22Economy（福里茨公司（Fritsch），德国）通过激光衍射测定粒度。对于样品制备，通过在不添加辅料的去离子水中超声处理而将样品均质化5分钟。

在每种情况下使用在真空于150℃下干燥的未煅烧材料在二氧化钛的表征期间，测定BET表面积、孔半径分布和孔容以及粒度分布。

在每种情况下，活性材料的比例（催化活性材料的比例，不含粘合剂）与各催化剂层中催化活性材料在包含载体的催化剂体的总重量中的比例（wt%）相关，其在空气中于400℃下处理4小时后测量。

A)活性质量基一级活性常数的测定

a)测试反应器

对于催化剂的活性质量基一级活性常数的测定，使用长度为120cm且内径为24.8mm的反应管。在反应管内部，沿纵轴布置外径为3mm的内管用于温度测量。在内管中，布置温度传感器，其可沿纵轴移动，结果可在反应管总长度上记录温度曲线。可用热载体介质在100cm的长度上对反应管进行温度控制。

在反应管的上端，可经由料流调节器将确定的气流供入反应管中。气流首先穿过恒温混合室，其中可将确定量的邻二甲苯注入气流中并与其混合。在每种情况下，通过在反应管起始端和末端布置压力计而监测压力下降。

将长度为80cm，用惰性体稀释的催化剂填充床引入反应管中。在反应管的等温区中布置催化剂填充床。

b)催化剂体的制备

对于催化剂体的制备，使用2000g尺寸为8×6×5mm（外径×长度×内径）的滑石中空圆柱体。可在70℃下在流化床涂覆机中用活性材料的浆料涂覆这些载体。对于浆料的制备，将17g五氧化二钒、7.03g三氧化二锑、1.14g硫酸铯、1.7g磷酸二氢铵、195.0g BET表面积为21m²/g的二氧化钛，以及130.5g粘合剂（50%乙酸乙酯/乙烯共聚物在水中的分散体（

EP 65W，Airflex，德国））悬浮在2000g水中。

所述催化剂具有8wt%的活性材料比例，其中活性材料具有如下组成：7.5wt%五氧化二钒、3.2wt%三氧化二锑、0.40wt%铯（按铯计算）、0.2wt%磷以及使其构成100wt%的二氧化钛。

c)测试反应器的装载

用滑石惰性体以质量比17:1（w/w）稀释催化剂体。将尺寸为5×5×2.5mm的中空圆柱体用作惰性体。将催化剂体和惰性体独立地放置在反应管的内部空间中，结果实现催化剂体和惰性体在反应管的反应空间中均匀分布。

d)催化剂的活化

对于活化，将气流设成400Nl/h，并且将热载体介质设置成温度为420℃。然后将催化剂煅烧60h。煅烧后，将催化剂在420℃的温度下并且用60g/Nm³邻二甲苯（纯度99.9%）和400Nl/h空气的气体组合物平衡48小时。

e)测量程序

为确定参数数据，在平衡后，将60g/Nm³邻二甲苯在最大值0.5Nl/h空气下在催化剂上通过，其中使用5l/h×m_催化剂(GHSV₁)、10l/h×m_{催 化剂}(GHSV₂)、或15l/h×m_催化剂(GHSV₃)的与催化剂质量相关的时空速。在每种情况下设置热载体温度从而实现420℃的平均催化剂温度。在设置新的反应条件后，在每种情况下使反应器平衡1小时。离开反应管后在其构成方面分析反应气体并且测定在420℃的平均催化剂温度下的邻二甲苯转化率。

然后根据上文已经提及的式子，由测量的邻二甲苯转化率计算420℃下活性材料的质量基一级活性常数A^*。

活性材料的量m_活性材料为1.5g。

根据下式计算邻二甲苯的转化率：

在420℃下确定的转化率和活性材料的质量基一级活性常数A^*与反应条件一起概述在表1中。

表1：用于测定活性材料的质量基一级活性常数A^*的值（T=420℃）

GHSV(h-1)	T(℃)	U邻二甲苯	A*[1/h*g]
				5	420	91.5	435
10	420	85.2	485
				15	420	78.2	517

图1中将活性材料的质量基一级活性常数A^*对邻二甲苯的转化率作图。这示出在85%的邻二甲苯转化率下活性质量基活性常数A^*为479[1/h*g]。

B)使用本发明反应器装置的温度曲线的测试

a)测试反应器

为进行测试，使用一个系统，其设有用于直径为20至30mm的管的室。可将长度为4m的管插入室中，其中可用盐浴使3.50m的段恒温。将内径为25mm或21mm的管用作普通管。为了能够测定普通管中的温度曲线，将温度感应元件沿纵轴以特定间隔布置固定在普通管中。这些温度感应元件所需的空间最小。因此，为进行实施例，对于普通管认为温度传感元件（内管）的外径为“0”。

将设有外径为3、8或10mm的内管，并且具有21、25、27或29mm内径的管用作热管。在每个内管中布置能够在内管纵向上移动的温度传感元件。所用管的尺寸在表2中给出。

在管的顶部存在气体入口，通过所述入口恒定的气流能够借助于料流调节器通过进入管中。在进入反应器之前，气流穿过其中可供入邻二甲苯剂量的混合段。

b)普通管用催化剂体的制备

与上述用于测定活性质量基一级活性常数Aⁱ的催化剂体的制备相似，制备具有8wt%活性材料含量的测试体（具有25mm内径的普通管）。同样将滑石中空圆柱体用作载体。载体的尺寸以及催化剂体的活性材料含量在表2中给出。

c)热管用催化剂体的制备

基于堆密度和由此获得的活性材料与普通管和上述热管几何形状的管壁表面积的商，可制备热管用催化剂体。对于载体测定表2中给出的活性材料含量。

d)测试反应器的装载

用表2中提及的催化剂体填充测试反应器的普通管和热管。如上所述，通过计算可比修正停留时间τ_mod所需的体积流速，借助于热管中的压力下降、催化剂体几何形状的选择以及填充床的长度来调节修正停留时间τ_mod。如果压力下降太大，则缩短填充床，如果压力下降太小，则通过引入惰性环（5×5×2.5；O×L×I）或通过石英砂进行校正。所研究管的填充床长度以及压力下降也在表2中给出。

表2：测试反应器的参数

d_i/d_o(mm)：外管的内径/内管的外径

载体(mm)：中空圆柱体的尺寸（外径×长度×内径）

活性材料/催化剂体(wt.%)：相对于催化剂体重量的活性材料含量

活性材料/表面积(g/cm²)：每管壁表面积的活性材料含量

压力损失(毫巴)：在3000cm填充床长度、气体线速4Nm³/h，室温情况下的压力损失

床：管中催化剂体的填充床长度

*：在气体出口处具有5至20mm的沙

e)对比温度测量

对于温度测量，使气流从顶部至底部穿过热管或普通管，其中将气流设置成流速4Nm³/h。气流负载有30至100g/Nm³邻二甲苯（邻二甲苯纯度：＞99%）。总压力大约为1450毫巴。将盐浴的温度设为352至356℃。测试结果概述在表3中。

f)对比例

对于比较，与EP 0873783A中所述的方法类似，在普通管和热管中进行活性材料含量的调节。然而，在现有情况下使用壳催化剂而不是本体催化剂，通过沙层调节压力下降，所述沙层结合在气体出口侧上的催化剂体的填充床上。

在对比例中，对于普通管和热管，将活性材料量与自由横截面积的比率设成相同。因此，仅使用定义成反应器体积与体积流速的商的停留时间τ，而不使用修正停留时间τ_mod来调节热管和普通管。

对于实施例，将尺寸为8×6×5mm，相对于催化剂体的重量具有8%活性材料含量的滑石中空圆柱体用于普通管。将尺寸为8×6×5mm，相对于催化剂体的重量具有8%活性材料含量的滑石中空圆柱体用于热管。

普通管：

所述普通管活性材料量与自由管横截面积的比率为1227g催化剂:491mm²=2.50。在4Nm³/h的气体流速下测定测试反应器中的压力下降为99毫巴，其产生0.37g/s修正停留时间τ_mod。

热管（对比实验）

考虑大致相同的催化剂床填充水平，热管的活性材料量与自由管横截面积的比率为1552g催化剂:582mm²=2.67，其中在4Nm³/h的气体流速下测量测试反应器中的压力下降为91毫巴。这对应于0.46g/s的修正停留时间τ_mod。

对于普通管，为了将活性材料量与自由管横截面积的比率设成2.50的值，仅用1455g催化剂装填热管。然后在4Nm³/h料流速度下，测量测试反应器中的压力下降为87毫巴。为了将普通管中的压力下降设为99毫巴，在催化剂填充床的气体出口侧上引入沙子，其产生0.52g/s的修正停留时间τ_mod。

在对比布置情况下测试的值也概述在表3中。

表3：测试结果

Δp：压力下降

T_h.s：温度热点

Ad.Δp^a：调节压力下降

Acc.T-meas.：温度测量的精度

a：通过引入沙子

g)用于设置催化剂活性的等式的测试（本发明的实施例）

为测试等式，优选通过以下实施例的方式对上述本发明的实施例进行计算。

等式为：

$\frac{A_N}{A_T}=a\left(\frac{W_N}{W_T}\right)$

其中：

A_N：表示催化剂活性，其在由普通管中的反应段S定义的体积部中提供，

A_T：表示催化剂活性，其在由热管中的反应段定义的体积部中提供，

W_N：表示普通管的内表面积，其由反应段S确定，

W_T：表示热管的内表面积，其由反应段S确定，

a：表示校正因子。

活性A_N,T如下计算：

A_N，T=Aⁱ·M_N，T

其中：

Aⁱ：表示活性材料的活性质量基一级活性常数，

M_N,T：表示由在由反应段S定义的普通管或热管的体积部中的催化剂体提供的活性材料量。

如上所述，测定活性材料的活性质量基一级活性常数为480[l/h*g]。

校正因子a的测定

用于测试等式的数据重新概括在表4中。

表4：用于测试本发明实施例的数据

因此，a示为0.99。

Claims (18)

1.反应器装置，其具有至少一种第一组G_m管，所述G_m管包含至少一个填充有催化剂体K_m的普通管；和第二组G_n管，所述G_n管包含至少一个设有温度测量装置的热管，其填充有催化剂体K_n，其中在每种情况下沿反应段S在管纵向上延伸的体积部中布置所述催化剂体K_m、K_n，其特征在于：

$\frac{A_m}{A_n}=a\left(\frac{W_m}{W_n}\right)$

其中，

A_m：表示催化剂活性，其在由来自第一组G_m管的反应段S确定的体积部中提供，

A_n：表示催化剂活性，其在由来自第二组G_n管的反应段确定的体积部中提供，

W_m：表示来自第一组G_m的管的内表面积，其由反应段S确定，

W_n：表示来自第二组G_n的管的内表面积，其由反应段S确定，

a：表示校正因子，其在0.8至1.2的范围中选择，

其中，催化剂活性A_b根据下式计算：

A_b=Aⁱ _b·M_b

其中：

Aⁱ _b：表示由催化剂体K_b提供的活性材料的活性质量基一级活性常数，

M_b：表示由在反应段S定义的管体积部中的催化剂体K_b提供的活性材料质量，

b：表示选自n和m的指数，并表明由反应段S定义的管体积部中的催化剂体K_b。

2.根据权利要求1所述的反应器装置，其特征在于所述第一和第二组G_m、G_n管具有基本上相同的压力下降和/或基本上相同的修正停留时间τ_mod。

3.根据权利要求1或2所述的反应器装置，其特征在于所述温度测量装置作为管形成，其沿所述热管的纵轴布置，其中布置至少一个温度传感器。

4.根据前述权利要求中的一项所述的反应器装置，其特征在于所述催化剂体K_m、K_n在由反应段S定义的体积部中形成均匀填充床。

5.根据前述权利要求中的一项所述的反应器装置，其特征在于所述催化剂体K_m和所述催化剂体K_n在由反应段S定义的体积部中各自具有均匀设计。

6.根据前述权利要求中的一项所述的反应器装置，其中在所述组G_m管和所述组G_n管中，所述活性材料具有相同的组成，并且另外:

$\frac{M_m}{M_n}=a\left(\frac{W_m}{W_n}\right)$

其中：

M_m：表示活性材料的质量，所述活性材料在由来自第一组G_m管中的反应段S确定的体积部中提供，

M_n：表示活性材料的质量，所述活性材料在由来自第二组G_n管中的反应段S确定的体积部中提供，

W_m：表示来自第一组G_m的管的内表面积，其由反应段S确定，

W_n：表示来自第二组G_n的管的内表面积，其由反应段S确定，

a：表示校正因子，其在0.8至1.2的范围中选择。

7.根据前述权利要求中的一项所述的反应器装置，其特征在于所述催化剂体K_m和催化剂体K_n作为具有活性材料层的负载催化剂而形成。

8.根据权利要求7所述的反应器装置，其特征在于所述催化剂体K_m、K_n的活性材料具有相同的组成并且活性A_b由施加在所述负载催化剂上的活性材料的层厚度而确定。

9.根据前述权利要求中的一项所述的反应器装置，其特征在于所述催化剂体K_m、K_n具有不同的几何构造。

10.根据前述权利要求中的一项所述的反应器装置，其特征在于在第一组G_m管和第二组G_n管中设有多于一个反应段S，其中在每种情况下所述反应段S定义所述管中的体积部，并且在所述体积部中布置不同的催化剂体K_m、K_n。

11.根据前述权利要求中的一项所述的反应器装置，其中设有用于设置压力下降和气体线速的惰性体层。

12.用于提供根据权利要求1至11中的一项所述的反应器装置的方法，所述反应器装置具有至少一种第一组G_m管，所述G_m管包含至少一个普通管；和第二组G_n管，所述G_n管包含至少一个设有温度测量装置的热管，

其中将催化剂体K_p载入组G_p管中，所述组G_p管选自第一组G_m或第二组G_n的管，结果至少一个由反应段S确定的管的体积部填充有催化剂体K_p，

催化剂活性A_p在来自由反应段S确定的组G_p管的体积部中确定，

将催化剂体K_q载入不属于组G_p的组G_q管中，其中所述催化剂体K_q具有的活性使得催化剂活性A_q在来自由反应段S确定的组G_q管的体积部中获得，其中：

$\frac{A_p}{A_q}=a\left(\frac{W_p}{W_q}\right)$

其中：

A_p：表示催化剂活性，其在由来自组G_p的管中的反应段S确定的体积部中提供，

A_q：表示催化剂活性，其在由来自组G_q的管中的反应段S确定的体积部中提供，

W_p：表示来自组G_p的管的内表面积，其通过由反应段S确定的体积部确定，

W_q：表示来自组G_q的管的内表面积，其通过由反应段S确定的体积部确定，

a：表示校正因子，其在0.8至1.2的范围中选择，

其中，催化剂活性A_d根据下式计算：

A_d=Aⁱ _d·M_d

其中：

Aⁱ _d：表示由催化剂体K_d提供的活性材料的活性质量基一级活性常数，

M_d：表示活性材料的质量，所述活性材料由在由反应段S定义的管体积部中的催化剂体K_d提供，

d：表示选自p和q的指数，并表明由反应段S定义的管体积部中的催化剂体K_d。

13.根据权利要求12所述的方法，其中将组G_p管中产生的压力下降和组G_q管中产生的压力下降和/或修正停留时间τ_mod设成基本上相同的值。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中通过调节在所述催化剂体K_q中提供的活性材料量来设置所述催化剂体K_q的活性。

15.根据权利要求12至14中的一项所述的方法，其中通过调节所述催化剂体K_q的形状来设置所述催化剂体K_q的活性。

16.根据权利要求12至15中的一项所述的方法，其中所述反应器装置负载有废催化剂体，并且首先将所述废催化剂体从组G_p管和组G_q管中除去。

17.用于制备至少一种产品的方法，其中将至少一种气态离析物供入根据权利要求1至11中的一项所述的反应器装置中，在第一和第二组G_m、G_n管中设有的催化剂体K_m、K_n上，将所述至少一种气态离析物转化成产品，其中选择用于将所述至少一种离析物转化成至少一种产品的反应条件从而使得在第二组G_n管的热管中设置特定温度或特定的温度梯度。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述离析物选自邻二甲苯和萘，并且所述产品为邻苯二甲酸酐。

Images