CN1960802A - 具有包括插入件的热交换器区的反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种反应器，它至少包括以流体传导的方式相互连接的：反应区，其中，该反应区包括至少一种固态催化剂；可冷却的热交换器区，其中，该热交换器区包括至少一个壳体，其中，壳体至少部分地接纳一插入件，其中，该插入件包括多个元件。本发明还涉及一种使用该反应器以氧化碳氢化合物的方法、一种由此方法得到的被氧化的碳氢化合物产物，还涉及基于该被氧化的碳氢化合物产物的化学产物如纤维、箔、成型体等，以及该被氧化的碳氢化合物产物在这类化学产品中的应用。

Description

具有包括插入件的热交换器区的反应器

技术领域

本发明涉及一种反应器、一种使用该反应器来氧化碳氢化合物/烃的方法、一种可由此方法得到的经氧化的碳氢化合物产物，还涉及基于这种氧化的碳氢化合物产物的化学产品，如纤维、薄膜、成型体等，以及这种经氧化的碳氢化合物产物在这类化学产品中的应用。

背景技术

从现有技术知道多种非均质的气相反应，尤其是气相氧化反应，在所述反应中，在一个、两个或多个步骤中从反应物得到所需的反应产物。

在气相反应特别是在单步进行的气相反应中，可经常看到，使从反应区出来的产物气体在所谓的骤冷装置中与液态介质接触。在反应单元与骤冷装置之间的段中可发生不希望进行的其它反应，所述反应导致杂质增多，并由此通常导致产量降低和提纯复杂度的增加。在该段中发生的反应特别地是由从反应区出来的产物气体的过高温度所引起的。因此，可以设想，在反应区和骤冷装置之间设置热交换器区，在该热交换区中可对从反应区出来的产物气体进行冷却。

由于经济性的原因，最好尽可能进行上述的两步或多步反应，而不对单个反应的中间产物进行复杂的加工。但是，在进行这类反应时，必须保证，将从单独的反应步骤得到的产物以尽可能不变的形式送至下个反应步骤。这类多步反应的一个例子为丙烯酸的合成，其通常通过丙烯与氧的非均质催化气相氧化过程，在200-450℃之间的温度下在处于固态聚集状态的催化剂中进行。在第一步中，丙烯与氧在300-450℃的温度范围内转化成丙烯醛。从此反应区得到的丙烯醛接着在另一反应区内在有氧存在时被氧化成丙烯酸。但是，存在这样的危险，即在第一反应区中得到的丙烯醛发生自燃或丙烯醛进一步反应变成水和碳。在这两种不希望发生的反应中，会产生妨害反应器运行的碳黑沉积。此外，高沸点的副产物如马来酸酐(MSA)、邻苯二甲酸酐(PHTA)的凝华作用会导致沉积的形成。为了防止发生这种情况，在一可冷却的热交换器区内对从第一反应区出来的含有丙烯醛的气体混合物进行冷却。为了尽可能完全地避免不希望发生的丙烯醛的进一步反应，必须尽快冷却至280℃以下。还可以如同在单步反应的反应区后面(设置可冷却的热交换器区)那样，在两步或多步反应的最后一个反应区之后设置一可冷却的热交换器区，所述热交换器区后面设有一骤冷装置。

为了优化热交换器区的功能以适应工业规模的应用，建议并公开了在热交换器区内设置各种以单个元件存在的填充材料如球、环、碎片、金属丝、纤维、带等，尤其是拉西圈(Raschigring)作为流动障碍，并用于改善传热。

不过，这些填充材料有缺点，因为一方面它们造成明显的压力损失，而且，在工业规模的运行中可发现特别是燃烧残余物的快速沉积，在下文中称为焦化/碳化(Verkohlung)。对于很多填充材料，当实际上要求高散热量时，所述焦化以不利的方式增多。

由于热交换器区内的填充材料的焦化，以及热交换器区本身焦化，必须经常中断反应器的运行以进行清洁。这是不希望发生的，因为反应器必须时常关闭，这很耗时，并且在进行清洁的停机时间之后，反应器再次启动也是很耗时的。由此导致的大量的停机时间在经济上是非常不利的。

发明内容

一般来说，本发明的目的在于，减轻或甚至克服现有技术的缺点。

具体地，根据本发明的一个目的为，降低热交换器区的焦化或设在热交换器区中的填充材料的焦化。

根据本发明的另一个目的是，减少反应器的停机时间。

此外，根据本发明的一个目的为，除了减轻热交换器区的或用在其中所使用的填充材料的焦化倾向外，还实现尽可能高的热交换器区散热。

此外，根据本发明的目的为，减少气相反应时形成不希望得到的副产物和副反应，以提高产量。

按照根据本发明的另一个目的，使对热交换器区或位于热交换器区中的填充材料的清洁过程变得容易。

此外，根据本发明的目的为，提供高纯度和高产量的气相反应产物，以减轻反应之后进行的提纯工作。

按照本发明的一个目的为，减少在合成丙烯酸时由反应的副产物如MSA或PTHA导致的沉淀的形成。

此外，按照本发明的目的为，在在只有少量焦化的情况下，用少量材料实现良好的热交换。

目前，按照本发明的目的通过此处描述的发明，尤其是通过第一独立权利要求和并列独立权利要求达到，其中，从属权利要求描述了本发明的优选实施例。

因此，本发明涉及一种反应器，它至少包括以引导流体的方式相互连接的：

——反应区，其中，该反应区包括至少一种固态催化剂；

——可冷却的热交换器区，其中，该热交换器区包括至少一个壳体，其中，该壳体至少部分地包括一插入件，其中，插入件包括多个元件。

作为按照本发明的反应器，可以考虑采用所有本领域的技术人员已知的、在气相反应，尤其是在非均质气相反应中使用的反应器。所述反应器通常是不锈钢反应器或黑钢(Schwarzstahl)如管束反应器、板式反应器等。按照本发明，“引导流体”理解为，至少可以运输气体，例如通过管路可实现的那样。

优选可调温的反应区包括至少一种固态催化剂。它一方面可以作为团粒充分接触地存在的粉末催化剂，其位于载体上或不位于载体上。按照另一种实施形式，也可以在反应区的壁上涂以固态催化剂。反应区的空间设计没有任何限制，而是取决于各自的反应模式。这样，反应区可以以管状的形式存在或以互相平行布置的板的形式存在。互相平行地布置的板的一种特殊形式形成所谓的“导热板(Thermoblech)”。所述板是部分地互相连接并按此方式形成一垫子状的中空空间结构的板。在DE 10108380A1和DE 10019381A1中对这类反应器作了详细的描述，其中，DE 101 08 380A1描述了带有催化剂涂层的导热板，DE 100 19 381A1描述了设有粉末催化剂的导热板，在此作为本文的一部分参考这些公开内容。

作为反应区，另一组反应器包括在两个壁之间具有设计成缝隙状反应区。这类也称作“缝隙反应器(Schlitzreaktor)”的反应器例如在WO02/18042A1中作了描述，由此同样作为本文的一部分参考此公开内容。

连接在反应区之后的可冷却的热交换器区包括至少一个壳体，它最好直接连在反应器上。这类壳体具有所有本领域的技术人员已知并适合于热交换目的的形状。在多种形状中，一方面优选管形，另一方面优选两个彼此基本上平行地延伸的、包括板的壳体。管状壳体最好在这样的反应器中使用，即所述反应器的反应区具有管子。特别优选地，最好在保持相同直径的情况下，将反应区的具有催化剂的管子延长，并在如此延长的管子中用一个或多个插入件替换催化剂。

对于优选包含有基本互相平行地延伸的壁的结构的情况，最好是，与反应区相比，该壳体包括与反应区中所限定的导热板或缝隙反应器相类似的导热板或缝隙反应器，只是它们不包含催化剂，而是包含一个或多个插入件。此外优选的是，壳体的内部空间，尤其是壳体的内部空间接纳插入件的区域，尽可能设计成无弯曲的或甚至无拐角的而且最好尽可能是直的。这样就允许插入件能够尽可能简单地从壳体中取出。

按照一个优选的实施形式，插入件至少包括按照此处描述的试验方法确定的下列性能之一，最好是包括下列所有性能：

(A)在空管速度v为0.485m/s时，热压力商(Wirmedruckquotient)Λ1大于1.11W/m²/K/(mbar/m)，最好大于10，特别优选为至少50，并且更优选为至少70；

(B)在空管速度v为0.728m/s时，热压力商Λ2大于1.53W/m²/K/(mbar/m)，最好大于2，更优选大于12，特别优选为至少60，并且更优选为至少90；

(C)在空管速度v为0.970m/s时，热压力商Λ3大于1.81W/m²/K/(mbar/m)，最好大于3.33，更优选大于14，特别优选为至少70，并且更优选为至少110。

每个单独的性能A、B或C本身就表示一个按照本发明的优选的实施形式。按照本发明的其它优选实施形式从根据下列字母组合的性能组合得出：AB、AC、BC、AC或ABC。在本发明的一种实施形式中，可以优选的是，热压力商A、B和/或C具有最大值，并因此小于1000，最好小于500，优选小于350，而且更优选小于200，还更优选小于150W/m²/K/(mbar/m)。这可适用于单独的热压力商，但是也适用于由下列字母组合得出的性能组合：AB、AC、BC、AC或ABC。此外，单独的热压力商也可以处于由上述的下限和极大值形成的范围内。

在一种实施形式中，本发明涉及一种反应器，它至少包括流体导通地相互连接的：

——反应区，其中，该反应区包括至少一种固态催化剂；

——可冷却的热交换器区，其中，热交换器区包括至少一个壳体，其中，该壳体至少部分地接纳一插入件；

其中，所述插入件至少包括按照本文中描述的试验方法确定的性能(A)至(C)之一，优选包括所有的性能(A)至(C)。

热压力商Λ由导热系数k和与试件长度相关的压力损失Δp相除而形成。Λ不超过800W/m²/K/(mbar/m)。

按照本发明的另一种实施形式，插入件具有至少30的孔隙度，最好为至少60，并且特别优选为至少80。此外，具有在90～99的范围内的孔隙度的插入件是优选的。孔隙度通过用升测量容积(Auslitern)来确定。

此外，按照本发明，与单独存在的拉西环相反，确定的插入件的多个元件的一部分优选为连续地(zusammenhngen)、最好是一体地、此外更优选为由一种相同的材料形成。

此外，优选的是，所述元件的至少一部分由至少部分为丝状的材料形成。此处，多个元件的2～30个元件/cm插入件长度、最好2～15、特别优选2～10个元件/cm插入件长度连续地、最好是一体地由至少为部分丝状的材料形成。

作为丝状材料，原则上可考虑所有为本领域的技术人员已知的材料，这种材料的长度要远远大于此材料的直径，最好至少是直径的十倍，优选为至少一百倍，而且特别优选为至少一千倍。作为用于丝状材料的材料，不仅可以考虑金属、金属合金、塑料、尤其是耐高温的塑料如碳纤维或多氟代塑料(特氟龙)，也可以考虑陶瓷材料，尤其是玄武岩矿棉。在选择合适的、用于元件或丝状材料的材料时，本领域的技术人员要根据这样的情况来选择单独的材料或材料组合，即，这些材料是否能使插入件具有足够的强度，是否有足够的耐化学物质的性能，以及是否能使插入件具有令人满意的可加工性能。

此外，按照本发明的一个实施形式，多个元件的至少一部分优选绕一芯部设置。此处，最好多个元件的至少一部分被此芯部接纳。作为芯部，可考虑采用一纵向元件。最好是，芯部由至少两个纵向元件形成。所述至少两个纵向元件可通过一环形区互相连接，优选连成一体。所述纵向元件也可由丝状材料的材料形成。通常，本领域的技术人员按照同样适用于丝状材料的相同标准来选择用于芯部的材料。

此外还优选，元件以穿过芯部的方式被芯部接纳。这可以按照本发明的一个优选的实施形式来实现，其中，所述至少两个纵向元件互相缠绕以形成一个或多个扭结(Windung)。如此得到的扭结接纳至少一个元件。此处已证明，在这些扭结的一个中接纳1至20个，最好是4至15个，特别优选为6至10个元件是特别有利的，在此情况下，所述扭结有360°的纵向元件旋转角。

此外，优选的是，所述扭结设计成使元件被这些扭结如此夹紧，使得元件保持在确定的位置上，该位置不会由于直立的插入件的重力的作用改变。此外，按照本发明优选的是，所述元件由一芯部接纳，该芯部与其直径相比，明显要比其平均直径长，最好至少是十倍，特别优选地至少为一百倍，更优选地至少为五百倍。这种构形的芯部有一纵向轴线，按照本发明的另一实施形式，元件绕此纵向轴线最好按螺旋形盘绕地布置。此处，优选的是，分别2至20个元件，最好是4～15个元件，特别优选6～10个元件形成此螺旋线的构成一个完整圆弧的段。如果一从芯部的中间轴线出发至所述元件距离此中间轴线最远的点所形成的线与另外一个后面的元件的同样的线一致，就存在螺旋线的所述完整圆弧。

在插入件的另一种设计中，元件组按环形/冠形布置绕芯部设置。这种环具有2～20个元件，最好为4～15个，特别优选为6～10个。此外，按照本发明，优选多个元件的至少一部分-最好是全部用线丝制成。同样优选的是，芯部也用线丝制成。这里特别优选金属丝。作为适于制造所述金属丝的金属可考虑钢合金，最好是不锈钢、黄铜合金和铂合金，其中，弹簧钢是特别优选的。

按照本发明，插入件还优选在壳体的一内空间横截面上填满该内空间横截面。这在例如这样的情况下就会发生，即，如果在一管状壳体中，作为内空间横截面的圆由所述元件的布置填满，其中，通过俯视元件形成的假想圆与由管状内空间横截面形成的圆的重叠部分，达到由两个圆形成的面积的至少80％。对于有棱角的内部空间，由此得到的有棱角的内空间横截面的面积将占到通过俯视插入件而由元件形成的轮廓面积的至少60％，最好为至少80％。

进一步还优选，壳体具有柱状的内空间。如果由该内空间接纳的插入件同样是柱状的，则是特别有利的。在这种情况下，特别优选的是，柱状内部空间和柱状插入件相同，或者柱状插入件的圆半径在拆卸状态时略大于柱状内空间的圆半径，最好大1％至30％，优选大2％至20％，特别优选大5％至10％。此处优选，圆半径的差随着材料刚度的增加而减少。这个措施有助于插入件在壳体中形成力锁合的配合。

这有这样的优点，可弯曲的并因此柔性的插入件可由于壳体的尺寸夹压在其内壁上。这使得插入件本身能保持在壳体内，还能在取出插入件时除去粘附在壳体内壁上的污染物，尤其是含碳的沉积物，如碳黑。

在此情况下，特别优选的是，壳体具有与所述多个元件的至少一部分相接触的内壁。这种接触可以是这样的形式，即元件至少略微从其在壳体外面的无接触状态的位置移开。按此方式，元件将插入件夹压在壳体的内壁上，并由此造成，插入件不再能在壳体内顺利地滑动。

在本发明中，对于本领域的技术人员而言，所有对于本发明的目的-特别是对改善散热、气体混合和减少碳黑颗粒合适的元件都可以使用。此处优选的是，元件为板形或回环(Schlaufe)形，或具有板形形状的元件与具有回环形状的元件组合。已经证明特别优选的是，元件设计成回环。按照本发明的插入件每厘米具有1至10个元件，最好为1至6个，尤其优选为1至4个。

按照本发明，特别证明合适的是，插入件有自支承的骨骼状结构，该结构又包括至少两个形成了基本布置在中间的芯部的纵向元件，在所述芯部中，这些纵向元件相互缠绕，由此所述芯部包括多个回环，它们保持在由所述扭结形成的开口中，由此多个单独的回环从芯部出发按螺旋形的方式沿纵向的芯部延伸。这类插入件例如已在英国专利1570530中公开，由此该参考文献形成本公开内容的一部分。按照本发明其它优选的插入件以及其制造方法在GB 2697910A中公开。此参考文献也形成本公开内容的一部分。此外，按照本发明的特别优选的插入件在市场上有售，其制造商为英国的Cal Gavin Ltd公司，商标为HiTRAN。

对于进行两步和多步反应的情况，按照本发明优选在热交换器区之后连接至少另一反应区。对于所述多步反应涉及不同的合成步骤的情况，所述反应区中的所述催化剂最好是和在另一反应区中的另一催化剂是不同的。所述反应区中的所述催化剂和所述另一反应区中的所述另一催化剂的选择取决于在反应区中进行的反应。

本发明还涉及一种反应器，其中，按照本发明的最好来自热交换器区的插入件至少部分地伸入反应区中。在此情况下，最好是，插入件伸入反应区(2)中的部分含有催化剂。一方面，催化剂可以作为涂层存在于所述元件中的至少一个上。此外，所述元件中的至少一个可由催化剂材料形成。这样，在通过铂催化的反应中可采用由铂丝制成的元件。此外，由于其空间构形，所述元件也可携带或牢固地保持固态催化剂颗粒。此外，插入件可以使反应物气体和反应所生成的气体更好地在反应区内分布，在此情况下，插入件不必涂有催化剂。反应区或壳体涂有催化剂或包裹有催化剂就足够了。

本发明还涉及一种具有一反应区的反应器，该反应区包括按照本发明的插入件，其中，此插入件具有催化剂。对于此变型，这里描述的壳体细节和催化剂的形式同样适用。

此外，本发明涉及一种用于氧化碳氢化合物的方法，其中，气态的碳氢化合物在按照本发明的反应器中转化为被氧化的碳氢化物产物。作为用于氧化的碳氢化合物，最好考虑采用不饱和的碳氢化合物。这种碳氢化合物特别优选为丙烷。按照本发明，作为优选的经氧化的碳氢化合物产物，可以举出的有丙烯醛或丙烯酸。在具有第一反应单元的反应器中在第一步中得到丙烯醛，并在另一反应单元中由如此得到的丙烯醛得到丙烯酸。

关于制造丙烯醛和丙烯酸的合适的催化剂、常用的反应器、反应条件以及提纯方法，可参考1988年的“Stets Geforscht”，第2卷，Chemieforschung im Degussa-Forschungszentrum Wolfgang，108～126页，由D.Arntz和Ewald Noll撰写的章节“Acrolein und Derivate”，这里，作为本公开内容的一部分参考其内容。

此外，本发明涉及包含或基于按照本发明的经氧化的碳氢化合物产物，最好是丙烯酸的纤维、薄膜、成型体、食物添加剂或饲料添加剂、药物、化妆品、泡沫、超吸收剂、造纸助剂、皮革助剂或织物助剂。

本发明还涉及经氧化的碳水化合物产物最好是丙烯酸在纤维、薄膜、成型体、食物添加剂或饲料添加剂、药物、化妆品、泡沫、超吸收剂、造纸助剂、皮革助剂或织物助剂中的应用。

有关超吸收剂、其制造、成分、性能和使用，可参考Fredrick L.Buchholz和Andrew T.Graham的“Modern superabsorbent polymertechnology”，Viley-VCH，1998。

附图说明

下面通过非限制性的附图更详细地说明本发明。

图1示出按照本发明的插入件的示意图，

图2示出按照本发明的具有按照本发明的插入件的壳体的示意图，

图3示出按照本发明的包括按照本发明的插入件的壳体的俯视图，

图4示出按照本发明的反应器的一部分的示意图，

图5示出按照本发明的壳体的另一实施形式的示意图，

图6示出按照本发明的壳体的又一实施形式的示意图，

图7示出按照本发明的壳体的另一实施形式的示意图，

图8示出布置在反应器中的按照本发明的壳体的示意图，

图9示出按照本发明的反应器的简图，它具有连接在其上的骤冷单元、提纯单元和聚合单元，

图10示出用于选择合适的按照本发明的插入件的测量装置的构造的概略图，

图11示出壳体的另一实施形式的横截面示意图。

具体实施方式

图1用局部示出按照本发明的插入件6的优选的实施形式。它包括由两个互相缠绕的纵向元件10形成的芯部9，该纵向元件由金属丝制成。通过纵向元件10的盘绕(Verzwirbeln)，在芯部9中形成扭结11，所述扭结11在空隙17中接纳元件7。由于元件7用目前同样为金属丝的丝状材料8做成，故元件7通过扭结11保持在芯部9中。扭结11和丝状材料8的分布设计成使回环形式的元件7从由芯部9形成的中心轴线16起展开，其中，在元件7的俯视图中，一从纵向轴线16出发的元件轴线19从纵向轴线16观察在最长线段上相交在所述元件形成最大面积范围的元件面18内，纵向轴线16和所述元件轴线19之间的角度β优选在45°至135°的范围内，最好在75°至115°的范围内，特别优选在85°至95°的范围内。角度β越接近90°，则插入件越能更好地沿两个方向不被卡住地移入管子中。采用元件7的朝向内壁的尽可能圆的、弧形的或无棱边的构形，可进一步提高不被卡住地移动的可能性。由于一个或多个元件7通过纵向元件10的相对扭转接纳在扭结11的间隙17中，因此元件7以螺旋楼梯状绕芯部9布置从而形成一元件螺旋线。可通过在相应的扭结11中接纳更多的元件7或通过形成芯部9的纵向元件10的更强烈的相对扭转或通过这些措施的组合来提高作为插入件6的每给定长度的元件数的“密度”和空缺度。通过对插入件6的这一实施形式所描述的构形，可以实现将多个元件7连接成一个单元并得到具有自承载刚度的插入件6，这种插入件足以承受壳体5中存在的流动状态。此外，如果在至少一个端部形成一环孔，则对插入件6的移动是有利的。所述环孔最好由纵向元件10形成。

在图2中示出壳体5的一种实施形式，该壳体包括在图1中所示的插入件6。通过壳体5的内壁14形成的内部空间13由插入件6如此填满，使得通过元件7的区域与内壁14接触，将插入件6力锁合地配合在壳体5的内部空间13中。通过这一措施，一方面使插入件6在壳体5中更难于滑动，另一方面，在插入件6从壳体5中取出时，至少可以部分地去掉粘附在内壁14上的沉积物20如碳黑。为了散热，壳体5在其外壁22上包括可选的冷却元件21。在图2中示出的结构同样可用在反应器中，该反应器包含具有催化剂的插入件。

图3示出包括插入件6的壳体5的一横截面。该壳体包括具有内径ID的内部空间13。与壳体5的内壁14相邻接地示出两个回环形元件7和7′，它们由芯部9布置在内部空间13中央的两个纵向元件10保持。元件7和7′由作为丝状材料8的金属丝形成，其中，丝状材料8由两个纵向元件10夹持地分布。两个元件7和7′分别具有由阴影示出的元件面积18和18′，它们以同样的方式被从中间纵向轴线16出发的元件轴线19和19′在中间分隔。两个元件轴线19和19′夹一角度α，α优选在5°至180°的范围内，最好在10°至130°的范围内，特别优选在30°至100°的范围内。

元件7在安装在壳体5中后贴靠在壳体5的内壁14上的区域有一贴靠直径AD。ID优选大于AD。此外，AD最好为ID的10％至90％，优选为20％至70％，并且还优选在ID的25％至50％的范围内。

在图4中示出反应器1的一个具有一反应区2和一热交换器区3的局部。反应器1包括一具有多个孔24的反应器板23，通过所述孔朝固态催化剂3输送反应物气体25，所述固态催化剂既可作为催化剂块，也可作为涂层催化剂存在。在催化剂3上发生化学反应，此时将热的产物气体26引入壳体5中，并作为冷却的产物气体27离开。此冷却可以这样得到促进，即在壳体5中安装一插入件6，热产物气体流过插入件，并且热的产物气体在插入件上产生涡旋。以这种方式向壳体5放出的热经由安装在壳体5的外壁22上的、可选的冷却元件21通过冷却剂流28的流过被导出。

在图5中示出一个壳体5，其中，内部空间13具有透镜状的内空间横截面12。此外，内部空间13设计成，使两个彼此平行地相互拼合的、设计成薄板的板沿彼此平行地延伸的、基本为直线而且不中断的直线通过作为连接区的焊缝30彼此连接，其中，焊缝30最好不中断。由这种壳体5的内部空间13接纳的插入件同样具有透镜状的横截面。

在图6中示出按照本发明的壳体5的另一种实施形式。此处，两个设计成薄板的、基本上彼此平行地布置的板29在不同的、最好彼此错开地布置的连接点31上互相焊接。内部空间13具有在两个连接点31之间按透镜状形状形成的内空间横截面12。位于连接点31之间的、形成壳体5的内部空间13的区域设计成垫子状的。所述如此形成的内部空间13可接纳插入件6。

图7是图6中所示壳体5的一种特殊的实施形式，它与图6的区别在于，代替连接点31，用于连接两个板29的、沿纵向形成的连接区32沿一假想直线间断地布置。这样，分别在两个连接区32之间得到具有透镜状内空间横截面12的管状内部空间13，它可以接纳一插入件6。

在图8中所示的壳体5同样包括多个基本上互相平行地布置的板29，它们保持在保持区33上并通过一保持壁33彼此隔开，从而形成具有内空间横截面12的内部空间13，所述横截面足以接纳插入件6。由于板29包括部分地通过倒圆部而与插入件6的横截面形状相近似的凸部35，插入件6位置固定地布置在内部空间13中。

在图9中示出一反应器1，通过反应物气体进料口37向该反应器中送入反应物气体，首先将所述反应物气体输送至多个未示出、但是具有相同设计的、具有固态催化剂的反应区中的一个以发生反应，并且将如此产生的反应产物引导至具有壳体5的热交换器区4中，该壳体包括一插入件6。在热交换器区4中冷却的产物气体在另一包括另一催化剂42的反应区15中转化为另一种产物，同样以气态形式将该产物输送另一同样配有壳体5的热交换器区36，该壳体5包括一插入件6。该可选地在另一热交换器区36中冷却的产物气体通过产物气体出口38被引导至一骤冷装置39。作为骤冷装置39特别优选采用这样一种装置，在该装置中，使产物气体与液体如水或沸点高于100°的溶剂接触。将在骤冷装置39中得到的包含产物的液相输送给提纯区40，以进行进一步加工。可考虑采用蒸馏装置、结晶装置本身，或蒸馏装置与结晶装置的组合作为提纯区40。如果如此得到的提纯产物如丙烯酸要经受进一步的加工尤其是聚合，以例如制造超吸收剂，则要将在提纯区40中得到的提纯产物输送至一聚合区41。聚合区41可以在空间上与提纯区40、与提纯区40和骤冷装置39或与提纯区40、骤冷装置39和反应器1是连通的。如果在一个生产场所进行布置，就可以特别实现这种空间上的连通。

在图11中示出作为导热板形成的两个壳体5的组合，它们在其由保持壁34限定的、起真正的壳体5的作用的中间空间59中具有插入件6和/或催化剂3。所述中间空间59设计成波纹状缝隙形的，并且在用冷却剂28冷却时由热的产物气体26流过，或在反应时由反应物气体25流过。此外，可通过一插入件接头60将两个或多个插入件6组合成插入件模块61，这便于操作较大数量的插入件。

试验方法

在试验方法中，为了选择合适的根据本发明的插入件，通常要注意，包络管43的横截面形状要对应于插入件的横截面形状，并且设置成不大于用于插入件的壳体的横截面。对于具有弹性元件的插入件尤其如此。例如对于柱状插入件，应选择具有圆形横截面的包络管43。如果插入件的横截面为透镜形状，则在具有同样为透镜形横截面的包络管43中实施试验方法。

如同图10中所示，测量装置由一竖直的包络管43组成，该包络管43由普通的碳素钢(导热能力约为50W/mk)形成，具有2mm的壁厚。该包络管43具有一进入段52和一跟随在其后的用一电加热带44缠绕的加热区53。加热带44的绕组直接贴靠在包络管43的管外壁45上，以保证良好的传热。加热带44通过电功率调节装置供给能量，由此，包络管43的加热区53具有一壁温。加热带44由一连续的金属织物带组成，它以30mm的缠绕距离在加热区53中均匀地缠绕在包络管43上。加热带44在27伏的输入电源电压时有60W的额定功率。在加热区53的下面，包络管43继续没有加热带绕组44地延伸100mm。加热区53包括一样品室57，以用于接纳具有样品长度PL的样品48。加热区53的长度与PL相等。进入段有4倍PL的长度。在包络管43的与包络管43的加热区53相对的端部，通过一塞形密封件50封闭包络管。加热带44的绕组在加热区53由一150mm厚的矿物棉制成的隔热体进行保护，以防止由对流或辐射引起的热损失。在包络管43的上端垂直插入一测压杆47，所述测压杆由塞形密封件50保持。通过测压杆47，可用气流对包络管43进行加载。通过沿流动方向51在一小孔板49和气压计54’上方布置气压计54，可以确定被引导通过包络管43引导或通过样品的气体的压力损失。样品48前面的气体温度(T_Ein)借助安装在包络管43的管截面中的Ni 100温度计(TI 101)确定，该温度计的测量头居中位于样品48上方3mm处。样品48后面的气体温度(T_Aus)借助安装在包络管43的管截面中的Ni 100温度计(TI 102)确定，该温度计的测量尖居中位于样品48下方3mm处。利用Ni 100温度计(TI 103)，确定加热区53的区段中的管外壁45的温度(T_Wand)。

确定压力损失

为了确定压力损失Δp，通过气压计54和54’确定压力PG1和PG2。通过在公式I中示出的数学关系，可以计算Δp。

公式I

$\mathrm{\ΔP}=\frac{\left(\mathrm{PG}2\right)*0.3}{(\mathrm{PG}1-\mathrm{PG}2)}\left[\mathrm{mbar}\right]$

导热系数

导热系数k由公式II和III的数学关系得出，其中，Q为导热率，I为加热区53的电加热装置的电流强度，m_Gas为空气的质量流量，A_Rohr和ΔT_ln为按照Dubbel，Taschbuch für den Maschinenbau，19版，柏林SpringerVerlag，1997)的对数温差。

公式II

$k=\frac{Q}{m_{\mathrm{Gas}}{A}_{\mathrm{Rohr}}\mathrm{\Δ}{T}_{\ln }}$

公式III

$k=\frac{Q}{m_{\mathrm{Gas}}{A}_{\mathrm{Rohr}}\frac{(T_{\mathrm{Wand}}-T_{\mathrm{Ein}})-(T_{\mathrm{Wand}}-T_{\mathrm{Aus}})}{\ln \frac{(T_{\mathrm{Wand}}-T_{\mathrm{Ein}})}{(T_{\mathrm{Wand}}-T_{\mathrm{Aus}})}}}$

实施方法

a、样品准备

将在下表中给出的样品48在室温下装入样品室57中。

b、压力损失测量

在气压计54上，通过一悬浮球流量计58施加300mbar的压力。将测压杆47装在包络管43上并用塞子50密封，在气压计54′上测量PG2。

c、导热系数测量

通过阀56调节下表中给出的空管速度v。经由加热区53供给能量，并以热的形式将能量传给流过的气体(空气)。能量的量要如此选择，以使在达到稳定的状态之后，T_Aus为90℃。接着测量T_Ein和T_Wand。

d、焦化

通过对于由焦化而产生的残留物所需的、对单独的插入件进行的清理工作的频繁程度来确定各种不同的插入件的适用性。此结果同样在下表中提供。为此，用拉西圈的使用时间设定为1，以便得到“相对使用时间”。

表

第I部分.试件特性

材料	空缺度	压力损失“Δp”，在空管速度“v”为0.970m/s时	导热系数[W/m2/K]“k”，在不同的空管速度“v”[m/s]时
						[-]	[％]	[mbar/m]	0.485m/s	0.728m/s	0.970m/s
a	57.0	7.2	8	11	13
						b	94.1	0.5	5	6	7
c	93.3	1.5	1	3	5
						样品A	98.4	0.05	5	6	6
样品B	97.7	0.07	6	9	11
						样品C	96.5	0.09	6	8	10
样品D	94.9	0.1	7	10	12

a、拉西圈散料

b、金属丝编织物，28mm圆直径，1m长(Fa.Anselm GmbH&Co.KG)

c、金属丝编织物，28mm圆直径，和一部分扁丝，1m长(Fa.AnselmGmbH&Co.KG)

“样品A至D”为有回环的金属丝插入件，有1m长(Fa.Cal GavinLtd，GB)。

第II部分.使用时间与热压力商

材料	相对使用时间	热压力商“Λ”[W/m2/K/mbar/m]，在不同的空管速度“v”[m/s]时
					[-]	[-]	0.485m/s	0.728m/s	0.970m/s
a	1	1.1	1.5	1.8
					b	0.6	1.0	12.0	14.0
c	0.5	0.7	2.0	3.3

样品A	3	100.0	120.0	120.0
					样品B	2.8	85.7	128.6	157.1
样品C	2.3	66.7	88.9	111.1
					样品D	2.1	70.0	100.0	120.0

相对于其它样品，按照“样品A至D”的插入件在非常小的压力损失的同时具有最好的相对使用时间。

参考符号表

1、反应器

2、反应区

3、固态催化剂

4、热交换器区

5、壳体

6、插入件

7、元件

8、丝状材料

9、芯部

10、纵向元件

11、扭结

12、内空间截面

13、内部空间

14、内壁

15、另一反应区

16、中间纵向轴线

17、间隙

18、元件面积

19、元件轴线

20、沉积物

21、冷却元件

22、外壁

23、反应器板

24、孔

25、反应物气体

26、热的产物气体

27、冷的产物气体

28、冷却剂

29、板

30、焊缝

31、连接点

32、连接区

33、保持区

34、保持壁

35、凸部

36、另一热交换区

37、反应物气体进料口

38、产物气体出口

39、急冷装置

40、提纯区

41、聚合区

42、另一催化剂

43、包络管

44、加热带

45、管外壁

46、隔热体

47、测压枪

48、试件

49、小孔板

50、密封件

51、流动方向

52、进入段

53、加热区

54、气压计

55、气体供应

56、阀

57、试件室

58、悬浮球流量计

59、空隙

60、插入件接头

61、插入件模块

Claims (31)

1、一种反应器(1)，至少包括流体引导地相互连通的：

-反应区(2)，

其中，该反应区(2)包括至少一种固态催化剂(3)；

-可冷却的热交换区(4)，

其中，该热交换区(4)包括至少一个壳体(5)，

其中，该壳体(5)至少部分地接纳一插入件(6)，

其中，该插入件(6)包括多个元件(7)。

2、如权利要求1所述的反应器(1)，其特征为，插入件(6)包括按照此处描述的试验方法确定的下列性能中的至少一个：

(A)在空管速度v为0.485m/s时，大于1.11W/m²/K/(mbar/m)的热压力商Λ1；

(B)在空管速度v为0.728m/s时，大于1.53W/m²/K/(mbar/m)的热压力商Λ2；

(C)在空管速度v为0.970m/s时，大于1.81W/m²/K/(mbar/m)的热压力商Λ3。

3、一种反应器(1)，至少包括流体引导地相互连通的：

-反应区(2)，

其中，该反应区(2)包括至少一种固态催化剂(3)；

-可冷却的热交换区(4)，

其中，该热交换区(4)包括至少一个壳体(5)，

其中，该壳体(5)至少部分地接纳一插入件(6)，其中，该插入件(6)包括按照此处描述的试验方法确定的下述性能中的至少一个：

(D)在空管速度v为0.485m/s时，大于1.11W/m²/K/(mbar/m)的热压力商Λ1；

(E)在空管速度v为0.728m/s时，大于1.53W/m²/K/(mbar/m)的热压力商Λ2；

(F)在空管速度v为0.970m/s时，大于1.81W/m²/K/(mbar/m)的热压力商Λ3。

4、如权利要求3所述的反应器(1)，其特征为，插入件(6)包括多个元件(7)。

5、如前述权利要求任一项所述的反应器(1)，其特征为，插入件(6)具有至少为30的空缺度。

6、如前述权利要求任一项所述的反应器(1)，其特征为，元件(7)由至少部分为丝状的材料(8)形成。

7、如权利要求6所述的反应器(1)，其特征为，多个元件(7)中的至少两个由至少部分地为丝状的材料(8)一体地形成。

8、如前述权利要求任一项所述的反应器(1)，其特征为，多个元件(7)的至少一部分绕芯部(9)布置。

9、如权利要求8所述的反应器(1)，其特征为，多个元件(7)的至少一部分由芯部(9)接纳。

10、如权利要求8或9所述的反应器(1)，其特征为，芯部(9)由至少两个纵向元件(10)形成。

11、如权利要求10所述的反应器(1)，其特征为，所述至少两个纵向元件(10)互相缠绕从而形成一个或多个扭结(11)。

12、如权利要求11所述的反应器(1)，其特征为，至少一个元件(7)被接纳在扭结(11)中。

13、如前述权利要求之一的反应器(1)，其特征为，所述多个元件(7)由线丝组成。

14、如权利要求8至13任一项所述的反应器(1)，其特征为，芯部(9)包括线丝。

15、如权利要求13或14所述的反应器(1)，其特征为，所述线丝为金属丝。

16、如前述权利要求任一项所述的反应器(1)，其特征为，插入件(6)在壳体(5)的一个内空间截面(12)上填满此内空间截面(12)。

17、如前述权利要求任一项所述的反应器(1)，其特征为，壳体(5)具有柱状内部空间(13)。

18、如前述权利要求任一项所述的反应器(1)，其特征为，插入件(6)为柱状的。

19、如前述权利要求任一项所述的反应器(1)，其特征为，壳体(5)具有与所述多个元件(7)的一部分相接触的内壁(14)。

20、如前述权利要求任一项所述的反应器(1)，其特征为，所述多个元件(7)的至少一部分为回环。

21、如前述权利要求任一项所述的反应器(1)，其特征为，在热交换器区(4)上连接至少一个另外的反应区(15)。

22、如权利要求21所述的反应器(1)，其特征为，所述反应区(2)中的所述固态催化剂(3)与所述另一个反应区(15)中的另一种催化剂(16)是不同的。

23、如前述权利要求任一项所述的反应器(1)，其特征为，插入件(6)至少部分地伸入反应区(2)中。

24、如权利要求23所述的反应器(1)，其特征为，插入件(6)的伸入反应区(2)中的部分包含催化剂。

25、一种具有反应区(2)的反应器(1)，所述反应区(2)包括如权利要求2至15、18或20任一项所限定的插入件(6)，其中，所述插入件(6)包含一种催化剂。

26、一种用于氧化碳氢化合物的方法，其中，碳氢化合物作为气体在按照前述权利要求任一项所述的反应器中转化为一种被氧化的碳氢化合物产物。

27、如权利要求26所述的方法，其特征为，碳氢化合物为不饱和的。

28、如权利要求27所述的方法，其特征为，碳氢化合物为丙烷。

29、如权利要求26至28任一项所述的方法，其特征为，被氧化的碳氢化合物产物为丙烯醛或丙烯酸。

30、包含或基于如权利要求26至29任一项所述的被氧化的碳氢化合物产物的纤维、薄膜、成型体、食物添加剂或饲料添加剂、药物、化妆品、泡沫、超吸收剂、造纸助剂、皮革助剂和织物助剂。

31、如权利要求26至29任一项所述的被氧化的碳氢化合物产物在纤维、薄膜、成型体、食物添加剂或饲料添加剂、药物、化妆品、泡沫、超吸收剂、造纸助剂、皮革助剂和织物助剂中的应用。

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