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Abstract

本发明涉及到一种将气体导入流化床反应器的装置和方法，该装置在该流化床的上方和/或下方具有至少一个气体入口管(2、3)，其特征在于：气体入口管(2、3)在其开口处和/或开口的上游处具有气流漩涡装置。

Description

将气体导入流化床的装置及其方法
本发明涉及到一种将气体导入流化床的装置，且涉及一种包含该气体导入装置的流化床反应器。本发明还涉及到一种使用根据本发明的流化床反应器来使乙烯氧氯化以形成1，2-二氯乙烷的方法。
流化床反应器通常包括一个固体细晶粒的催化床，其中该催化床通常作为进行反应的催化剂。在反应器中进行反应的物质通常为气体，且在反应器顶部离开反应器的反应产物也同样是气体。反应物的导入和混合都发生在反应器的下部，特别是在流化床的上方和/或下方。气体入口和分配系统在反应的最优化当中扮演重要角色，其中反应物在该气体入口和分配系统中混合，并与催化剂接触。流化床由于导入的气体或惰性气体的原因而保持悬浮状态，从而具有类似流体的特征。在放热反应中，这有利于反应热传导至冷却液，其中该冷却液例如在反应器内的、特别适合上述目的的内部元件(如管道)中循环。另一方面，特殊的加热装置能促进吸热反应，例如使用加热板来达到该目的。
在气态反应物流经流化床后，离开流化床的气流带走流化床颗粒；出于经济和生态因素的考虑，这些流化床颗粒必须分离出来并返回到流化床。用于保留流化床颗粒的合适装置，例如是离心分离器和过滤器。然而，在大多数情况下，并不是所有的流化床颗粒都有可能被分离，特别是细晶粒颗粒(例如催化剂粉末)将会损失。因此，与流化床颗粒损失相关的催化剂损失，表现出了相当大的经济局限性。另外，催化剂经常有毒或者对环境有害，因此将它们从反应产物中的分离和隔绝出来会产生大量的支出。
从上述原因可知，尽可能全面地抑制细晶粒颗粒的形成是有利的。
已经知道，细晶粒颗粒的形成主要是在流化床内与冷却管和反应器壁进行研磨和摩擦的结果，或者是由气体的导入所产生。举例来说，具有一定耐磨性的流化床颗粒能够阻碍所形成的细晶粒颗粒的增加。在催化剂施用(apply)于载体材料的情况下，耐磨性基本由载体材料决定。然而，在另一方面，耐磨性(硬)流化床颗粒的使用，也导致冷却管和将气体导入反应器的气体入口管的磨损的增加。结果可能引起产品的高维修费用和与维修相关的损失。
因此，本发明的目的在于提供一种改进的装置，用来将气体导入流化床反应器中，其中由于催化剂的粉碎和与气流一起排出而引起的催化剂损失，能够在尽可能最小的花费下得到减少。
该目的通过一个将气体导入流化床内的装置来实现，该装置具有位于流化床下方和/或上方的至少一个气体入口管(2、3)，该装置的特征在于，气体入口管(2、3)在其开口处和/或其开口的上游处具有气流漩涡装置。
本发明的优选结构在从属权利要求中给出。特别地，流化床可以放置在流化床反应器中，优选放置在垂直的流化床反应器中。流化床反应器的外壳可以是耐压外壳的形式，用来容纳气体，并且用来容置位于其中的、至少一个固体微粒的流化床。
根据本发明的气体导入装置的特征在于，气体入口管使得所传输的气流产生漩涡。
令人惊讶地发现，可以通过对传统使用的气体入口管进行简单的改造，来大大减少催化剂的粉碎，其中通过这种简单的改造，使得在气体入口管中传输的气流形成漩涡。这种气流漩涡造成的结果可能是，从气体入口管排出的气流的速度分布变得有利于管道壁附近的容积流动的增加。例如，从气体入口管出来的漩涡气流的速度分布，在气体入口管的横截面上大致不变。
当气体入口管布置在流化床的下方时，气流的漩涡和其引起的容积流动速度分布的改变，很大程度上或者完全地防止了气体入口管边缘上的流化床颗粒落入管道中，并防止在其中被粉碎而形成能从反应器中排出的细晶粒颗粒。因此，可有利地实现减少粉末的排放。
当气体入口管布置在流化床上方时，已经发现在这种情况下也可以减少粉末的形成和排放。特别地，气体管道和冷却管上的磨损也因此减少了。原因可能是气泡在气流的排出过程中没有被直接向上引导。
在本发明的一个优选实施例中，气体入口管中所传输的气流漩涡由气流漩涡装置(尤其是位于气体入口管的出口侧一端)产生，该气流漩涡装置形成管腔的收缩段或加宽段。上述收缩段可以采用例如垫圈的形式，例如布置在气体入口管的至少一部分内周边上的环状垫圈。管腔的收缩段或加宽段，可以采用布置在内周边上的螺纹形式。已经证明，在收缩段上设置至少一条棱边特别是尖锐的棱边将特别有利，因为这促进了气流形成漩涡。另外，气流漩涡装置可具有至少一个网屏，和/或至少一个湍流网格，和/或至少一个多孔隔膜。气流漩涡装置可以布置在气体入口管的出口处，和/或沿流动方向布置在气体入口管的开口的上游处。
下面参考附图，通过对实施例的说明来详细描述本发明。
图1表示一个流化床反应器的视图，其中该反应器具有将气流导入流化床的传统的气体入口管；
图2表示一个流化床反应器的视图，其中该反应器具有根据本发明的、将气流导入流化床的气体入口管。
首先参考图1，图1表示了一个流化床反应器，该反应器具有耐压壳1、流化床4和位于其中且用来将气体导入反应器的装置。该气体导入装置包括多个气体入口管3，它们布置在流化床4的上方，用来将来自上方的气流导入流化床4内；该气体导入装置还包括多个气体入口管2，它们布置在流化床4的下方，用来将来自下方的气流导入流化床4内。如位于流化床4的上、下方的气体入口管的两个放大图所示，在使用现有技术中惯用的气体入口管的情况下，在管道横截面上的气流速度分布大体呈抛物线形。图1所示的反应器的直径为28cm，高度为2.3m。
下面参考图2，图2表示了一个流化床反应器，该反应器具有根据本发明的用于导入气流的气体入口管，其与图1所示的反应器的区别在于：根据本发明，在图2中的气流导入装置中的气体入口管设置有管腔的收缩段，以使气流形成漩涡。为了该目的，气体入口管2、3具有一个环状垫圈6，该环状垫圈6布置在气体入口管的出口侧一端的内周边附近。如位于流化床4的上、下方的气体入口管的两个放大视图所示，由于环状垫圈6的原因，现有技术中管道的已知抛物线速度分布变得平直，从而可利于管道边缘附近的气流速度的增加。特别地，从气体入口管中排出的气流的速度分布，在气体入口管的横截面上大体不变。
图2的流化床反应器特别适合于乙烯的氧氯化过程，下面举例进行描述。
氧氯化过程通常的含义是指烯烃(这里是乙烯)和氯化氢及氧气或含氧气体(例如空气)的反应，以根据如下反应式来形成饱和氯代烷烃(这里是1，2-二氯乙烷，下面称为“EDC”)：
该反应使用了氯化铜形式的催化剂，并施用在氧化铝颗粒上。该催化剂颗粒例如具有大约50μm的平均颗粒直径，其中颗粒大小的范围是20到120μm。颗粒密度大约为1600kg/m3。循环气体和反应气体的流入使得催化剂颗粒形成流化床。
在根据图2所示的本发明流化床反应器中，加热到150℃的反应物以气态形式导入，63Nm3/h的氯化氢和17Nm3/h的氧气的混合物通过位于流化床4上方的气体入口管3流进催化剂流化床4内。32Nm3/h的乙烯和60Nm3/h的循环气体的混合物，在150℃的温度和4.7bar的压强下，从下方通过气体入口管2流入催化剂流化床4内。气体入口管2中的平均流速为1.3m/s，气体入口管3中的平均流速为1.0m/s。
在流化床4的下部，分布在反应器横截面上的反应物在所谓的混合区内进行混合，并在催化剂上进行放热反应。从而，所产生的238.5KJ/mol反应热通过冷却管(未显示)传递到传热介质上。反应温度为232℃，反应压强是4.2bar。
反应前后的流化床颗粒数量的测定显示，由于催化剂颗粒的粉碎和通过流出气体排出而导致的催化剂损失大约为7.6g/每吨EDC。
对比例
为了对比，在图1所示的传统流化床反应器中，进行乙烯到EDC的氯氧化反应，其他条件相同。对流化床颗粒数量的测定显示，每吨EDC的催化剂损失大约为48g；也就是说，大约7倍于本发明流化床反应器中的损失量。

Claims (14)

1.一种用于将气体导入流化床的装置，该装置在该流化床的上方和/或下方具有至少一个气体入口管(2、3)，其特征在于：气体入口管(2、3)在其开口处和/或其开口的上游处具有气流漩涡装置。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：该气流漩涡装置形成管腔的至少一个收缩段或加宽段。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：该收缩段具有至少一条棱边。
4.如权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于：该气流漩涡装置至少部分地由螺纹构成。
5.如前面任一权利要求所述的装置，其特征在于：该气流漩涡装置具有至少一个垫圈(6)。
6.如前面任一权利要求所述的装置，其特征在于：该气流漩涡装置具有至少一个网屏、至少一个湍流网格，和/或至少一个多孔隔膜。
7.如前面任一权利要求所述的装置，其特征在于：该气体入口管具有这样一个气流漩涡装置，该气流漩涡装置能够在管道横截面上产生大致不变的速度分布。
8.如前面任一权利要求所述的装置，其特征在于：该气体包括乙烯、氧气和/或氯化氢。
9.一种流化床反应器，其特征在于：该流化床反应器配备有如前面任一权利要求所述的将气体导入流化床的装置。
10.一种利用流化床反应器生产1，2-二氯乙烷的方法，该流化床反应器设置有根据前面任一权利要求所述的气体导入装置，该方法中，乙烯、氧气和/或氯化氢被导入到具有催化剂的流化床中。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：当使用位于流化床(4)下方的气体入口管(2)时，气流以位于0.5到10m/s范围内的平均排出速度排出。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于：当使用位于流化床(4)下方的气体入口管(2)时，气流以位于3到6m/s范围内的平均排出速度排出。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于：当使用位于流化床(4)上方的气体入口管(3)时，气流以位于0.7到10m/s范围内的平均排出速度排出。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于：当使用位于流化床(4)上方的气体入口管(3)时，气流以位于2到5m/s范围内的平均排出速度排出。
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