CN1330407C - 板式催化反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及板式催化反应器，通过高效率地控制催化剂层内的温度分布，提供可期待提高反应效果及延长催化剂寿命的板式催化反应器。板式催化反应器，其特征在于其是2块波形板接合的形状，使有多个载热体流路的一对传热板，呈多对排列且使相邻的传热板的波形板凸面部与凹面部对置，形成催化剂层，尤其是通过改变赋形为圆弧或椭圆弧的波形板的形状，从对催化剂层供给的反应原料气的入口朝出口使催化剂层的厚度增大。

Description

板式催化反应器
技术领域
本发明涉及通过使用粒状或球状非均相固体催化剂产生放热或吸热的气相反应，使气态反应原料转化生产有用成分用的板式催化反应器。更详细地讲，涉及填充固体非均相催化剂的催化剂层中伴随反应所产生或消耗的热，通过利用传热板所隔开的内部载热体散热或供给加热，有效地控制该催化剂层内的温度分布，可期待提高反应效果及延长催化剂寿命的板式催化反应器。
技术背景
迄今，使用粒状或球状固体催化剂的非均相催化反应一般使用固定床反应器或有热交换功能的列管式反应器。特别是产生反应热非常大，催化剂层温度上升显著的反应时，使用列管式反应器(例如，参照特开2001-139499号公报及特开2001-137689号公报)。
作为这些的反应例，有从乙烯与氧生产环氧乙烷，从丙烯氧化生产丙烯醛或丙烯酸，从异丁烯或叔丁醇氧化生产甲基丙烯醛或甲基丙烯酸，从甲醇生产甲醛等。
这些方法使用的催化剂，一般是直径中2～15mm的球状或圆柱状的催化剂，列管式反应器的反应管通常是内径20～50mm、长1～5mm的圆筒状管，工业化规模一台反应器中通常反应管的根数是数千根～数万根。
为了冷却或加热反应管，在反应管的周围用反应器的壳(外壳)与固定反应管的管板包围的空间(壳侧)使载热体循环，抽出该载热体的一部分进行冷却或加热后再循环到反应器使用。
一般，作为载热体可以使用硝酸盐混合物之类的熔融盐、多核芳香族化合物为主要成分的有机载热体或沸水或沸有机介质等。
作为由于反应的吸热，反应原料气的温度降低，使反应进行放慢或导致反应率降低的反应例子，有乙苯脱氢生产苯乙烯。
该反应过去使用固定床反应器，利用预热反应原料气的高温气体供给反应器。虽然也有时使用列管式反应器，但由于必须为接近600℃的高温，故供给壳侧的载热体受到限定。
这样，以往的列管式反应器中通常有数千根～数万根的圆筒状反应管，在该反应管内填充粒状或球状的固体催化剂，向反应管的外侧的壳内供给载热体，通过调节该载热体的温度控制催化剂层温度。当使用这样的列管式反应管实施非均相气相反应时，在反应管内反应带的各领域中，从反应原料气体入口至反应带1/3的反应带区域中的反应量最大，催化剂层内的温度分布变成如图7所示的样子。
然而，用于除去反应热的传热面积，由于由反应管表面积决定，故整个反应带传热面积相同。此外，供给载热体壳侧的温度要设法尽量地成为均匀温度，为了设法改进载热体的供给方法或流动状态以便在尽量相同的温度使大多数的反应管进行反应，在与反应管垂直的面上保持相同的热介质温度，作为整个反应带的反应热除热或加热的效果，在反应管的整个反应带相同地进行设计。
然而，反应管内的催化剂层内温度分布在反应量大的反应管入口附近的反应带，反应产生的反应热除去不充分，蓄积在催化剂层中，催化剂层温度成为高温，严重时，因高温而使催化剂受到损伤，这种现象称作热点。
当为氧化反应时，因反应而使放热明显加大，尤其是入口附近的反应带的催化剂层温度非常高，有容易形成热点的问题。如果催化剂层内形成热点，则由于催化剂表面的温度上升，在该反应带促进催化剂的劣化，或反应选择性降低而减少目的物的生成量。
迄今，作为热点的对策提出了使反应管内的催化剂层内温度分布均匀化的改良方法，例如，作为改进反应的反应效果，获得高收率目的生成物的方法，历来有设多个向反应器的壳侧供给载热体的入口，供给温度不同的载热体，在反应管的轴向位置对不同的温度进行控制的改进方法。
然而，为了从反应管的不同位置供给温度不同的载热体，必须有与不同温度载热体一样数量的载热体供给设备。此外，由于很难使所供给的不同温度的载热体与反应器内循环的载热体，在反应器的壳侧迅速进行混合，故存在助长反应器壳侧的载热体温度不均匀性的缺点。
另外，还有在同一个反应管内填充多种催化剂，或者将催化剂与惰性稀释剂混合后进行填充，限制入口部反应带的反应量的方法。
该方法是限制反应带入口部产生或消耗的反应热，控制催化剂层温度的方法。然而，工业化规模的反应器中有数千根～数万根的反应管，在该反应管内反应带必须同样地填充调节了催化剂活性的多种催化剂，当使用稀释剂时，也必须同样地在相同反应管中填充多种催化剂与稀释剂的混合物，在更换反应器的催化剂时非常费力及更换催化剂费时。更换催化剂期间必须停止反应。
此外，在使用反应活性低的催化剂，或用惰性物质稀释催化剂调节反应活性的场合，必须在反应管中填充比原来催化剂量多的催化剂，或在反应带区域必须填充实际上不需要的惰性物质。当存在通过催化剂层的反应原料气的压力损失增大，尤其是产生氧化反应时，存在为压缩空气等含分子态氧气体，要增加必须的送风机或压缩机动力的问题。
本发明目的在于提供在使用粒状或球状固体催化剂，实施非均相气相反应的方法中，通过抑制催化剂层内的温度上升，防止形成热点，防止填充在该催化剂层的催化剂劣化，可使催化剂寿命延长、最佳地确保反应的选择性、防止通过催化剂层的反应原料气的压力损失增大的新型板式催化反应器。
发明内容
本发明是解决上述问题的新型板式催化反应器，其有以下的要点。
(1)板式催化反应器，其特征在于，其具有2块波形板接合的形状，把有多个载热体流路的一对传热板呈多对排列且使相邻的传热板的波形板凸面部与凹面部对置，形成催化剂层。
(2)上述(1)的板式催化反应器，其特征在于，通过改变赋形为圆弧或椭圆弧的波形板形状，从对催化剂层供给的反应原料气的入口朝出口使该催化剂层的厚度增大。
(3)上述(1)～(2)的任何一项的板式催化反应器，其特征在于，载热体相对于反应原料气沿十字流的方向流动。
(4)上述(1)～(2)的任何一项的板式催化反应器，其特征在于，将多个波形传热板配置成放射状，反应原料气从催化剂层的内侧向外侧流动，载热体相对于反应原料气沿十字流的方向在波形传热板的流路内流动。
(5)上述(1)～(4)的任何一项的板式催化反应器，其特征在于，波形传热板的载热体流路呈变成垂直的方向配置，从下部供给载热体而成上升流，在载热体流路内载热体的至少一部分发生沸腾。
(6)丙烯或异丁烯使用含分子态氧气体进行氧化，生产(甲基)丙烯醛与(甲基)丙烯酸，或(甲基)丙烯醛使用含分子态氧气体进行氧化，生产(甲基)丙烯酸的上述(1)～(5)的任何一项的板式催化反应器。
附图说明
图1是插入本发明的板式催化反应器内的传热板的纵截面图。
图2是2块波形板接合形成的传热板的放大图。
图3是图1的III部的放大图。
图4是图1的IV部的放大图。
图5是图1的V部的放大图。
图6是把传热板配置成放射状的板式催化反应器的横截面图。
图7是过去列管式反应器中的催化剂层内温度分布图。
符号说明
1…传热板
2…载热体流路
3…催化剂层
4…反应气入口
5…反应气出口
6…载热体供给口
11…波形板
a…波形板的凸面部
b…波形板的凹面部
S1、S2、S3…反应原料气的喉管
最佳方案
本发明使用的板式催化反应器，是将2块波形板的凸面部彼此接合，形成多个载热体流路的一对传热板，及在该传热板保持设定间隔的多对排列的相邻传热板间，形成催化剂层的板式催化反应器。
供给该板式催化反应器的反应原料气的方向是沿传热板的外侧流动，载热体供给一对传热板的内侧。该载热体的流动方向与反应气的流动成垂直方向，即以十字流的方向流动。
与一对传热板相邻的传热板的间隙，即所填充的催化剂层的厚度(催化剂层厚度)是与反应原料气流动的垂直方向的距离，该传热板与相邻传热板的间隙可根据反应量改变。
通常反应中的反应量，反应原料气的入口部分最大，随反应产生的反应热最大且沿反应原料气的出口方向减少。如乙苯脱氢反应，当反应为吸热的场合使用时，为了促进反应转化率，利用载热体加热催化剂层。为了除去该反应热或高效率地进行加热，通过改变传热板与相邻传热板所使用的波形板的凹凸形状，通过调节两传热板的间隙，改变催化剂层厚度而控制反应，可以抑制催化剂层温度。
以下，根据附图对本发明的板式催化反应器进行说明。
图1是插入本发明板式催化反应器塔内的传热板纵截面图。
图2是2块波形板接合，形成的传热板的放大图。
图3是图1的III部的放大图。
图4是图1的IV部的放大图。
图5是图1的V部的放大图。
图6是传热板配置成放射状的板式催化反应器的横截面图。
图1中的1是使2块波形板对置形成的传热板，2是在该传热板1的内侧形成的多个载热体流路，而3是由相邻的传热板1形成的填充了催化剂的催化剂层。
从反应气入口4供给反应原料气，通过催化剂层3，通过反应生产目的生成物后，从反应气出口5排至板式催化反应器的外面。
该反应原料气的流动方向没有限制，通常如本实施例所示，全部设定成下向流动或上升流动。
另外，载热体供给到传热板1的内侧所形成的多个载热体流路2中，与反应原料气的流动方向成十字流的方向流动，此期间通过传热板1，放热反应的场合冷却催化剂层3，除去反应热，吸热反应的场合，加热催化剂3后，排到板式催化反应器的外面。
以下，根据图2～6更详细地说明传热板1的构成。
图2是2块波形板11接合形成的传热板1，波的形状由圆弧的一部分构成，但可以考虑制造的方便或反应原料气的流动来决定。另外，波的高度H与波的周期L没有特殊限制，高度H为5～50mm，周期L优选为50～200mm。具体地说，由催化剂层3内的反应产生的反应热和除去该反应热或进行加热的载热体的流量决定。
载热体为液体的场合，调节载热体流路2内载热体的流量，使流速为0.1～5m/s的范围。当流速低时，载热体的传热阻力增大，热效率降低。载热体的线速度太大时，载热体的压力增大，供料泵的负荷增大。
图3示出反应原料气入口附近的传热板1的形状，使2块赋形为圆弧的波形板11对置，该波形板11的凸面部a彼此接合，形成多个载热体流路2的一对传热板1。
该传热板1彼此相邻的传热板1的波形板凸面部a与凹面部b，按设定间隔对置，形成催化剂层3，与此同时，形成反应原料气的喉管S1。而且，通过适当地改变波形板11所赋形的圆弧的形状，得到所需催化剂层3的厚度及反应原料气的喉管S1。
图4示出反应原料气流路中间部的传热板1的形状，使2块赋形为圆弧的波形板11对置，该波形板11的凸面部a彼此接合，形成多个载热体流路2的一对传热板1。
该传热板1彼此相邻的传热板1的波形板凸面部a与凹面部b，按设定间隔对置，形成催化剂层3，与此同时，形成反应原料气的喉管S1。而且与图3同样地通过适当地改变波形板11赋形的椭圆弧形状，得到该位置中所需的催化剂层3的厚度及反应原料气的喉管S2。另外，该部分催化剂层3的厚度及喉管S2设定成比图3中的尺寸大。
图5示出反应原料气出口附近的传热板1的形状，使采用波形高度H及波形周期L远比图4尺寸短的赋形的2块波形板对置，该波形板11的凸面部a彼此接合，形成多个载热体流路2的一对传热板1。
该传热板1彼此相邻的传热板1的波形板凸面部a与凹面部b按设定间隔对置，形成催化剂层3，与此同时，形成反应原料气的喉管S3。而且，与图4同样地通过适当地改变波形板11所赋形的椭圆弧的形状，得到该位置中所需的催化剂层3的厚度及反应原料气的喉管S3。另外，该部分的催化剂层3的厚度及喉管S3设定成比图4中的尺寸更大。
在图6中，通过波形传热板1包围的反应带配置成多个放射状，形成紧凑装置的实施形态，填充在反应带中的催化剂层3垂直地伸展。
由板式催化反应器中心部的反应气入口4供给反应原料气，沿放射方向通过催化剂层3后，该反应原料气通过板式催化反应器的最外壳部，从反应气出口5向反应器外部排出。
控制温度的载热体从供给口6由分配管往各传热板1构成的载热体流路分配、通过。而在催化剂层3中的反应热进行热交换后的载热体，通过集液管从载热体出口(图中没有表示)排出。
载热体通过沸腾或冷凝发生相变化时，最适合使用图6的构成。此时，载热体入口与出口的温度为沸腾或冷凝温度，载热体入口与出口的温差极小，催化剂层3的温度可控制均匀。
使用水蒸汽作为载热体加热催化剂层3，促进反应时，加热温度超过约100℃，有时成为高压。此时水蒸汽的压力靠近催化剂层3成为高压，传热板1必须设计成耐载热体流路与催化剂层的压力差。
当该水蒸汽的温度为200℃时，水蒸汽压力达到1.5MPa以上的压力，波形传热板1必须设计成耐压1.5MPa。使用本发明的波形结构传热板时，不增加板的板厚便可提高传热板的耐压。
利用载热体对反应热进行热交换，控制催化剂层3的温度时，也同样使载热体沸腾。作为此时的载热体，采用水或有适当沸点的有机液体作为载热体。使用水作为载热体时，250℃的沸腾压力为40MPa左右，超过250℃时，由于水的沸腾压力急剧地上升，故可以使用有机载热体。
有机物载热体的种类没有特殊限制，但由于载热体暴露在200℃以上的温度，在高温下引起有机物分子分解反应等，生成低分子化合物，故更优选不劣化的载热体。
在波形传热板垂直地配置成放射状的图6中，从作为反应气入口的中心部向外周部使催化剂层的厚度自动地变化。然而，由于催化剂层厚度的变化依反应热的发生程度而变，故此时也通过调节图2所示的波高度H与波周期L，改变催化剂层厚度。
在图1中，传热板1与所配置的相邻的传热板1的间距，与位于反应气入口4的间距P1和位于反应气出口5的间距P2是相同的尺寸，即相邻的两传热板1彼此平行地多对排列、配置。
另外，在图1中，也可以将赋形为III-V部的波形图案重复2次，构成2倍长的传热板组装到板式催化反应器中使用。
载热体的流量由反应热量与传热阻力决定。然而，通常由于传热阻力在反应原料气的气体侧比作为液体的载热体问题少，故载热体流路内的液线速度优选采用0.3m/s或0.3m/s以上。
为使载热体侧的阻力比反应原料气体侧传热阻力小，成为没有问题的值，最适合的是0.5～1.0m/s。当太大时，载热体的循环泵的动力增大，经济性不好。
本发明为了控制催化剂层的温度，故载热体的入口温度与出口温度的差别非常重要。载热体流量取决于所需的入口温度与出口温度之差。载热体的流量，入口温度与出口温度之差设定为0.5～10℃，优选是2～5℃。
载热体流量大时，温差小，但载热体泵或热交换器大且经济上不利。流量太小时，入口温度与出口温度之差增大、载热体入口附近的反应温度与出口温度的反应温度不同、催化剂层温度的控制不均匀等问题发生。确定板式催化反应塔的载热体流路的截面积使之满足所需的流量与线速度。
载热体的循环通常使用泵。通过使用热交换器，或混合温度不同的介质控制载热体温度后，再供给催化反应器的波形载热体流路2内。
载热体通过传热板1在与催化剂层3之间交换反应热，从催化反应器排出，返回循环泵。载热体的循环体系中有时也设置载热体贮层。载热体流路2内的压力主要取决于载热体泵的排出压力，而该传热板1的板厚取决于载热体与催化剂层3的压力差。
使用平板作为传热板1时，为保持载热体的压力，必须使用所需厚度的金属板。然而，本发明的传热板1由于以一定的间隙平行地接合，故可以使用薄板的金属板。具体地是，即使载热体的压力为3MPa左右时传热板1的板厚也可以使用2mm或2mm以下，优选1mm或1mm以下的金属板。
通常，传热板1使用矩形的金属薄板，反应原料气的流动方向与垂直方向的尺寸没有限制。当反应原料气的流动方向太长时，催化剂层的压力损失增大，反应原料气的送风机或压缩机的动力增大，经济上不利。
当采用工业规模生产化学品时，与列管式反应器的场合同样，反应原料气流动方向的催化剂层长度优选采用1～5m。为了达到所期望的生产量，板式催化反应器所需的总催化剂填充量取决于所用催化剂的反应速度或反应原料气中的原料成分浓度等，分别因板式催化反应器而异。
由一对传热板1形成的催化剂量的最大量也依反应性与催化剂特性而不同，着眼经济性的传热板1的形状，单独的催化剂量最大为5m3，优选2m3或2m3以下。
所填充的催化剂的形状，一般可以采用球状、圆柱状或拉西环状。粒径大多是3～20mm。传热板1与相邻传热板1的最小间隔S1、S2、S3依所用催化剂的粒径而变，通常必须是催化剂粒径的1.5倍或1.5倍以上。
具体地设定反应原料气入口的传热板间距S1为5～20mm、催化剂层的中间部分S2为10～30mm、反应原料气出口附近的S3为20～50mm左右。优选S1为10～15mm、S2为15～20mm、S3为30～40mm。
详细地讲，各传热板1的间隙S依反应量的变化而不同，但从催化剂层3的入口到出口既可以连续地变化，也可以阶段性地变化。若考虑制造催化剂时的反应活性的不一致，阶段性地使传热板1的间隙S变化可确保自由度。
各个区域的分割数为2～5段为妥，另外，各区域的长度相对于总催化剂层长度，S1部分适合使用1/10～1/3、S2部分适合使用1/5～1/3、S3部分适合使用1/4～1/2的催化剂层长度，但S3部分的催化剂层长度依反应转化率所达到的程度而不同。
另外，当在催化剂层3的入口之前，设置反应原料气预热区时，要追加S1部分的催化剂层长度。
详细地讲，反应原料气流动方向从入口到出口的催化剂层厚度的变化不能一概而定。理由是其取决于反应速度、出口处的最终转化率、或也包含副反应产生的反应热量等反应因子、载热体的温度、流速或反应原料气的流速、热容量及放热/加热的传热系数等传热因子，还有不破坏催化剂的容许温度或不促进催化剂劣化的温度等与催化剂相关的因子。
理想地讲，催化剂层厚度的变化比例估计应与催化剂层长度方向各区域中反应的吸/放热量的倒数成正比。在以上所示因子内，对催化剂层厚度的最佳变化比例有影响的主要因子之一，估计为反应原料气体出口处的最终转化率。
催化剂层的温度分布依各阶段的反应量进行变化，但实际使用时可以在不破坏催化剂的温度或不促进催化剂劣化的温度以下进行控制及得到的作为目标的反应最终转化率。
设计板式催化反应器时，上述影响因子中要充分考虑相关传热的因子。为了提高催化剂层的放热/吸热的效率，优选提高反应原料气的流速，但存在通过催化剂层内时的压力损失增大的缺点。
即使是一般的反应器也担心催化剂在高温下迅速劣化时，在填充催化剂时将催化剂与惰性物质进行混合，抑制催化剂的反应活性，控制催化剂层温度。本发明的板式催化反应器也适用于催化剂的稀释。
如氧化反应那样反应热非常大，故必须使催化剂层厚度变窄进行反应，故考虑在反应器内设置多对传热板，反应器本身大型化是不经济的。在本发明中，尤其是通过在反应原料气的入口部用惰性物质稀释催化剂，抑制反应热的产生，进行催化剂寿命的改进。
催化剂的稀释，分阶段性地进行，通常采用2～5段，反应原料气的入口部惰性物质的混合比率最高，在反应带的出口不混合惰性物质。入口部惰性物质的混合比率采用0.7或0.7以下。抑制催化剂反应活性的方法，除了混合惰性物质外，也可以使用活性不同的催化剂，惰性物质的混合或使用不同的催化剂实现催化剂活性的变化，理想的是从反应原料气的入口到出口连续地改变催化剂活性。然而，实际上是阶段性地分段填充不同活性的催化剂，从反应带的入口顺序地填充2～3种催化活性不同的催化剂。
当丙烯或异丁烯使用含分子态氧的气体通过氧化反应生产(甲基)丙烯醛或(甲基)丙烯酸时，使用本发明的反应器是合适的。
丙烯或异丁烯氧化反应的反应热大，从经济性的观点考虑，控制填充到氧化反应器中的催化剂层的温度分布、防止催化剂损伤、高收率地生产(甲基)丙烯醛或(甲基)丙烯酸，长期稳定地使用氧化催化剂绝对地必要。特别是在(甲基)丙烯醛使用分子态氧进行氧化，生产(甲基)丙烯酸的工序中，从所用氧化催化剂的特性考虑，在300～350℃高温下暴露时，有时短时间内也失去催化剂的活性。此外，近年来，生产丙烯酸的反应器有大型化的倾向。随着反应器的大型化，开发可均匀地冷却催化剂层温度的氧化反应器是非常重要的技术关键。
丙烯或异丁烯使用分子态氧的非均相催化气相氧化反应，可采用以往公知的方法进行。丙烯的场合，丙烯与空气、水蒸汽或氮混合成反应原料气。丙烯浓度为3～14体积％、氧为6～18体积％，其余是水蒸汽、氮等惰性气体与丙烷等。
载热体温度为250～350℃，在标准状态下空间速度(SV)为500～3000L/h。反应压力在150～250kPa下，作为载热体大多使用硝酸盐混合物的熔融盐(硝石)或多核芳香族系的有机载热体等。
催化剂层内温度通过最高点抑制到350～400℃，证实可抑制催化剂的劣化、提高反应效果、也提高丙烯酸及丙烯醛的收率。
实施例
实施例1
利用分子态氧进行丙烯氧化，生产丙烯酸时，制造Mo12Bi5Ni3Co2Fe0.4B0.4K0.1Si24Ox组成的催化剂粉末作为前段催化剂，然后进行成型，制造外径5mm、内径2mm及高4mm的环状催化剂。
同样地，制造Sb100Ni43Mo35V37Nb3Cu9Si20Ox组成的催化剂粉末作为后段催化剂，然后，制造与前段催化剂同样形状的环状催化剂。再者，上述组成式中(x)是由各个金属氧化物的氧化状态确定的值。
准备2组一对波形传热板1。并把该波形板形状的详细情况与催化剂及惰性物质的填充量示于下表1。
表1
波形形状 填充量(升) 催化剂层厚(mm)   喉管S(mm)
催化剂种类 波周期L(mm) 波高H(mm)   波形个数 催化剂 惰性物
前段催化剂 100 42   8 30     5 16   11.5
100 34   3 22   18
50 14   9 35.5   33
后段催化剂 100 42   8 23     5 16   11.5
100 35   7 21   17
这里，波形板形状的L与H表示图2所示的波形状的宽度与长度，由催化剂填充量与催化剂层高度求出相当于催化剂层的厚度。把波形板的宽度为1m、厚度0.8mm的平板成型的波形板2块，接合成传热板。
把波形传热板1的间隔(图1中所示的P1及P2)调成45mm，制成反应器，在2组传热板之间填充催化剂。
催化剂，首先填充后段催化剂23升，催化剂层的填充高度为1.2m。在其上填充反应为惰性的三氧化二铝制的球形惰性球(直径5mm)，调节层高，埋没反应器前段的相当部分，填充量为5升。
同样地，在后段催化剂之上填充前段催化剂30升和惰性物质5升。前段催化剂的层高为1.25m。
使用含丙烷为杂质的纯度99％的丙烯，混合空气、氮及水蒸汽后用于反应。调节混合比例使混合气的组成为丙烯(含丙烷)∶空气∶水蒸汽∶氮＝7∶73.5∶10∶9.5体积％。由上述波形板反应器的上部，按65m3(标准状态)/时的比例供给该反应原料气。丙烯的供给量为8.4kg/hr。
载热体使用サ一ムエス900(新日铁化学(株)制)，向波形传热板的载热体流路中供给。载热体的流量，前段催化剂部为100m3/hr，后段催化剂部为85m3/hr。
边测定各个反应部的转化率，边调节载热体的供给温度，结果是前段反应部丙烯转化率为95％时，温度是287℃。后段反应部的丙烯醛转化率调节到99.5％时，载热体温度是260℃。
测定反应器内的催化剂层温度，结果是前段催化剂层的最高温度为359℃，后段催化剂层的最高温度为297℃。在该状态下继续运转1个月仍没问题顺利地运转。
比较例1
实施例1中，使用平板替代反应器的波形板。将厚2mm、宽1m、高2m的2块平板接合使成16mm的间隙，在其外侧设置载热体流路，形成反应器。在载热体流路侧按30cm间隔安装增强板，设计成催化剂层的层厚均匀及可耐载热体压力。
使用与实施例1相同的催化剂作为催化剂，前段催化剂填充30升，催化剂层的层高为1.9m，在前段催化剂上填充惰性物质，形成压紧的催化剂。
使用与实施例1同样的组成、流量的反应气进行丙烯的氧化反应，调节载热体的流量使流路内的线速度与实施例1相同。
测定丙烯的转化率，结果是在载热体温度315℃下得到丙烯转化率95％。由插入催化剂层中的温度计测出催化剂层的最高温度是408℃。
固定反应条件继续反应1周，催化剂层的最高温度降低，丙烯的转化率慢慢降低。要维持丙烯转化率必须再提高载热体温度。
实施例2及比较例2
使用与实施例1相同的波形传热板反应器和传热板的高度相同的3.05m的平板反应器(比较例1)，进行前段催化剂的填充试验。
从各个氧化反应器的上部投入，填充实施例1制造的前段催化剂。在反应器的上部安装卧式长漏斗状的器具，防止催化剂洒在反应器外。
投入方法是把催化剂加到1升烧杯中，用大约6秒的时间投入催化剂。投入3次填充3升催化剂后，从反应器下部抽出催化剂。筛(10目)分及目视抽出的催化剂，分离破碎的催化剂，测定其比率，反复操作3次，把结果示于表2。
表2
    实施例2     比较例2
反应器形式     波形传热板反应器    平板传热板反应器
催化剂填充量     g     2.160     2.182     2.149    2.171   2.184   2.145
粉碎催化剂量     g     3.2     4.1     4.3    108.5   117.9   128.7
粉碎比率     ％     0.15     0.19     0.20    5.0   5.4   6.0
平均粉碎率     ％     0.18    5.5
由上述表2的结果判断，把催化剂填充到本发明的反应器中时，催化剂被填充时的落下冲击粉碎的几率非常小。
该原因估计是使用本发明的波形传热板反应器填充催化剂时，在催化剂降落之际，边碰撞薄板的波形状的顶部边降落，有缓和催化剂到达反应器下部时受到的落下冲击的效果。
产业上利用的可能性
根据本发明，可以降低催化剂层的最高温度，提高反应效果。本发明的板式催化反应器，长期连续地实施反应也可得到没有催化剂劣化造成反应效果降低或温度分布变化的效果。
另外，该板式催化反应器，反应原料气的流动被波形板所赋形的凹凸面扰乱，提高该反应原料气体侧的传热效率，结果是可增大催化剂层厚度，使反应塔紧凑。此外，把催化剂填充到催化剂中时，该催化剂边对波形板的凹凸面冲撞边降落，由于可缓和降落速度，故降落时的冲撞造成的破损少，减轻催化剂的劣化。

Claims (6)

1.一种板式催化反应器，其特征在于，在反应器内以规定的间隔并列地排列多块传热板，并使相邻的传热板的波形板凸面部与凹面部对置，所述传热板通过将2块波形板以凸面部彼此接触、凹面部之间形成空间的方式对置，并且凸面部彼此接合，从而使凹面部之间形成的空间成为载热体流路，并且在相邻的传热板之间形成填充了催化剂的催化剂层。
2.按权利要求1所述的板式催化反应器，其特征在于，通过改变赋形为圆弧或椭圆弧的波形板的形状，使催化剂层的厚度从对催化剂层供给的反应原料气的入口向着出口方向逐渐增大。
3.按权利要求1～2的任何一项所述的板式催化反应器，其特征在于，使载热体相对于反应原料气呈十字流的方向流动。
4.按权利要求1～2的任何一项所述的板式催化反应器，其特征在于，将多个传热板配置成放射状，使反应原料气从催化剂层的内侧向外侧流动，载热体相对于反应原料气呈十字流的方向在传热板的流路内流动。
5.按权利要求2所述的板式催化反应器，其特征在于，传热板的载热体流路呈垂直的方向配置，从下部供给载热体成为上升流，在载热体流路内载热体的至少一部分发生沸腾。
6.权利要求1～5的任何一项所述的板式催化反应器在制造(甲基)丙烯醛与(甲基)丙烯酸中的用途，其中，使用含分子态氧的气体氧化丙烯或异丁烯来生产(甲基)丙烯醛与(甲基)丙烯酸，或使用含分子态氧的气体由(甲基)丙烯醛生产(甲基)丙烯酸。
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