CN103313782B - 具有规整填料的管束反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管状反应器，该管状反应器用于在提高的温度下在气相中执行催化支持的均匀化学反应和随后的冷却，其中，由于反应器被直立地布置，因此管竖直延伸并且气体向下流过管，其中，在管的在反应器的反应区中延伸的上部中，管被填充有催化剂床层，在下部在反应器的冷却区中，管被填充有规整填料。

Description

具有规整填料的管束反应器

技术领域

本发明涉及一种管状反应器，该管状反应器用于在提高的温度下在气相中执行非均匀催化化学反应，并且随后冷却该气相，其中，反应器被直立地布置以使管从上气体分配空间竖直地穿过外壳空间延伸到下气体收集空间。外壳空间被划分成反应区和冷却区。在反应区的区域中，管被填充有催化剂材料床层。在冷却区的区域中，管被填充有不活泼材料。

背景技术

管束反应器属于管状反应器的范畴，在乌尔曼工业化学百科全书第6版第37卷（Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry,Vol.37,6th Edition）中描述了管状反应器的原理。特别地，管状反应器适于在提高的温度下在气相中执行均匀的反应。

专利说明书DE3042468C2尤其涉及管束反应器。该管束反应器被与管束热交换器相似地构造，其中，气相流过均填充有催化剂床层的管，液体传热介质在反应器壳体中循环。反应器还可以被划分成反应区和冷却区，这是因为壳体区域借助于分隔件划分成两个区，管通过分隔件被引导。该区可各自配备有分开的传热回路，或者该区可被传热介质相继地横越。

在反应区的区域中，管被填充有催化剂床层，在冷却区的区域中，管被填充有不活泼的固体床层。不活泼的固体床层具有改进气体和管壁之间的传热的功能。

反应区也可被划分成若干部分，不同的催化剂材料用于这些部分中的每个部分中，这些部分还可以均配备有可分开地回火的传热回路。

在反应器的操作中，目前可能发生的是，除了预期的非均匀的催化反应之外还发生副反应，这造成液体副产物或固体副产物的形成。这些副产物趋向于在冷却区的固体床层中凝聚，因此削弱了透气性，而清洁成为必要的。

用于清洁固体床层的可能方法包括使沉积副产物热分解。然而，在对冷却区的固体床层进行必要的加热期间，通常不能避免高的热应力和因此不能避免损坏反应区中的催化剂。为了节约催化剂，则只能够从管移除受污染的固体床层，并由新的或清洁的固体床层代替受污染的固体床层。由于这在反应器的正常运行中是不可能的，因而由此造成相当长的关机时段。此外，用于排放和新填充反应管的工作存在相当大的费用。对于许多反应管被平行地布置的管状反应器尤其是这样。

尤其在可以包括多达几千个管被称为管束反应器的大型反应器中，管通常被竖直地布置。在该布置中，可以容易地从上方以不活泼材料和催化剂材料来填充管。由于不可能从下方以松散的材料来填充管，所以全部管内容物（即还有催化剂材料）最初必须从管的底部排出，以便更换存在于管的下部中的不活泼材料，随后，管必须被再次从上方填充。

当将材料从管排出时，催化剂和不活泼材料或者各催化剂级大部分是混合的，不再能够以经济的方式分开，使得损失许多催化剂材料。

因此，本发明的目的是设计一种管束反应器，在该管束反应器中，冷却区的清洁可以通过较少的工作费用和以低的催化剂材料损失来实现。

发明内容

本目的基本上通过权利要求1的整体特征而解决，这是由于在管状反应器的冷却区的区域中，管中的形成填料的松散的不活泼材料的固体床层由规整填料替代。该措施的优点在于，这种填料在从下方从管移除之后还可以被再次从下方引入管中，以使催化剂材料可以保持在催化剂材料的位置中。

通过可透气的可移除的保持器将催化剂床层和规整填料保持在它们的位置中，该保持器各自被安装在催化剂床层和规整填料的下端处。管的上开口还可以设有可透气的封闭件。

通过根据本发明的管状反应器，令人惊讶地发现一种设备，该设备显著地减少停机时间和维护工作以及与此相关的时间和成本。

在本发明的一个具体方面中，反应区被划分为多个连续的部分，其中在管侧上，催化剂材料的种类和量在各部分之间可以是不同的，并且其中在壳体侧上，每个部分配备有可分开地调节的加热系统。该管束反应器这种配置用于选择性地影响反应过程。

在本发明的进一步的具体方面中，规整填料被沿它的纵向轴线分成多个部分。

这些部分被从下方相继地推入相应的管中，随之，可透气的保持器或可透气的管封闭件被安装在填料的最后部分的下方，以便防止填料滑出。

填料的分割具有可以在窄的气体收集空间中更容易地操作填料的优点。

本发明还涉及一种用于更换在管状反应器的冷却区中的规整填料的方法，该方法包括以下操作步骤：

关闭管状反应器，

可选地冷却和/或惰化(inert)管状反应器，

打开管状反应器的底侧上的到冷却区的入口，

移除规整填料，

插入新的规整填料或被清洁的原始填料，

关闭管状反应器的底侧上的到冷却区的入口，

将管状反应器重新投入使用。

有利地，根据本发明的管状反应器可以用于多种非均匀催化反应，其中，本发明的管状反应器的用于执行选择性的氧化反应的应用是特别优选的。这种反应的实例包括丙烯到丙烯醛和/或丙烯酸的转换，邻二甲苯到邻苯二甲酸酐的转换或对二甲苯到对苯二甲酸的转换。在这种反应中，中间产物例如欠氧化产物(underoxidation product)或副产物通常溢出，该欠氧化产物在反应产物中是不期望的并且因此沉积在冷却区。例如，在邻二甲苯到邻苯二甲酸酐的氧化中，获得不期望的中间产物苯酞。然而，在丙烯到丙烯醛和/或丙烯酸的转换中，可能发生目标产物到作为副产物的聚合物的不期望的进一步反应。

附图说明

本发明的进一步进展、优点和可能的应用还能够通过以下示例性实施例的说明和附图得到。所说明和/或示出的所有特征，其本身或任意组合，独立于这些特征在权利要求中的包含物或后部标记。

现将参考附图中所示的示例性实施例说明本发明。

图1的图示出了根据本发明的管状反应器的示例性示意图。

图2的图借助于实例示出了根据本发明的反应管的填料的结构。

具体实施方式

借助于实例，图1示出了具有三个反应管5的直立的管状反应器1。直立的管状反应器1基本上由上气体分配空间2、外壳空间3、下气体收集空间4和管束的管5构成。气体分配空间2和气体收集空间4均通过管板7a、7b而与外壳空间3分开。气体分配空间2配备有作为用于气体的入口的端口6a和手孔或人孔8a。通过手孔或人孔8a，形成入口，以便以催化剂材料填充管5。

气体收集空间4同样配备有作为用于气体的出口的端口6b和手孔或人孔8b。此处，手孔或人孔8b提供入口，以便更换管中的规整填料。通过分隔件9，外壳空间3被划分成上反应区和下冷却区。端口10a、10b、10c、10d用作用于液体传热介质的入口和出口。

图2示出了通过管束的反应管5的纵向截面。反应管5从上管板7a穿过使反应器的反应区与冷却区分开的分隔件9延伸到下管板7b。在反应区中，管被填充有催化剂材料床层11。在冷却区中，管被填充有规整填料12。在反应管5的上开口和下开口处以及在催化剂床层的下方，均安装有可透气的可移除的保持器13a、13b、13c。可移除的保持器13a、13b、13c可以例如被设计为穿孔板、穿孔薄片、栅格或筛板。

附图标记列表

1           管状反应器

2           气体分配空间

3           外壳空间

4           气体收集空间

5           反应管

6a、6b      用于气体入口和气体出口的端口

7a、7b      管板

8a、8b      手孔或人孔

9           分隔件

10a、10b、10c、10d  用于液体传热介质的入口和出口

11                  催化剂材料

12                  规整填料

13a、13b、13c       保持器

Claims (8)

1.一种管状反应器，所述管状反应器用于执行非均匀催化气相反应，其中，所述管状反应器包括反应管，所述反应管被竖直直立地布置，其中气态反应混合物从顶部到底部地流过所述管，并且在该过程中，首先穿过所述反应器的反应区然后穿过所述反应器的冷却区，其中在所述反应管的在所述反应区中延伸的上部中，所述管被填充有固体的粒状催化剂床层，在下部在所述冷却区中，所述管被填充有规整填料，其中所述催化剂床层和所述填料均由可透气的可移除的保持器保持在其位置，并且其中所述反应管在所述反应区中通过与传热介质进行间接热交换而在吸热反应中被加热，并在放热反应中被冷却，并且在所述冷却区中被冷却。

2.根据权利要求1所述的管状反应器，其中，所述反应区被划分为多个连续部分，其中在管侧上，催化剂材料的种类和量在各部分之间不同，并且其中在壳体侧上，每一个部分配备有可分开调节的传热系统。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的管状反应器，其中，所述规整填料被沿所述规整填料的纵向轴线划分开成多个部分。

4.一种用于更换在根据权利要求1所述的管状反应器的冷却区中的规整填料的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

a)关闭所述管状反应器，

b)可选地冷却和/或惰化所述管状反应器，

c)打开所述管状反应器的底侧上的到所述冷却区的入口，

d)移除所述规整填料，

e)插入新的规整填料或被清洁的原始填料，

f)关闭所述管状反应器的底侧上的到所述冷却区的入口，

g)将所述管状反应器重新投入使用。

5.根据权利要求1至3中的管状反应器的应用，用于执行选择性氧化反应。

6.根据权利要求5所述的应用，其中，所述选择性氧化反应是丙烯到丙烯醛和/或丙烯酸的转换。

7.根据权利要求5所述的应用，其中，所述选择性氧化反应是邻二甲苯到邻苯二甲酸酐的转换。

8.根据权利要求5所述的应用，其中，所述选择性氧化反应是对二甲苯到对苯二甲酸的转换。