ES2329377T3 - Procedimiento para producir (met)acroleina o acido (met)acrilico. - Google Patents

Procedimiento para producir (met)acroleina o acido (met)acrilico. Download PDF

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Hiroki Kawahara
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Abstract

Un método para producir (met)acroleína o ácido (met)acrílico realizando la reacción de oxidación catalítica en fase gas de propano, propileno, isobutileno o (met)acroleína con un gas que contiene oxígeno usando una sal inorgánica como un medio térmico para ajustar la temperatura de reacción, caracterizado por que el material de un miembro de envuelta de prensaestopas que sella la parte del cuerpo de una válvula reguladora dispuesta en un suministrador de medio térmico y de control de suministro y de la velocidad de circulación del medio térmico y un eje de rotación que inter-ajusta con dicha parte de cuerpo de manera que puedan deslizarse entre sí es un material basado en mica.

Description

Procedimiento para producir (met)acroleína o ácido (met)acrílico.
Esta descripción se refiere a un método para producir (met)acroleína o ácido (met)acrílico. Más particularmente, se refiere a un método de producción mediante un proceso en el que se produce eficazmente (met)acroleína o ácido (met)acrílico realizando la oxidación catalítica en fase gas de propileno, propano o isobutileno usando oxígeno molecular.
Técnica anterior
La (met)acroleína o ácido met(acrílico) se produce en general mediante una reacción de oxidación catalítica en fase gas de propileno, propano o isobutileno usando un reactor multi-tubular y usando oxígeno molecular o un gas que contiene oxígeno molecular en presencia de un catalizador de óxido compuesto.
La Referencia de Patente 1 (JP-A-8-92147) describe un método en el que la temperatura de un fluido para retirar calor (que se denominará en lo sucesivo en este documento "medio térmico") se iguala controlando una diferencia de temperatura en un reactor desde su entrada hasta su salida a 2 a 10ºC o menos, efectuando un flujo en paralelo respecto al flujo del medio térmico en la cáscara del reactor con la dirección del flujo de un gas de reacción suministrado al reactor y también efectuando un ascenso serpenteante del flujo del medio térmico usando tabiques deflectores. Las propuestas son extremadamente escasas respecto al equipo para controlar la temperatura de reacción, con el fin de control industrial de la reacción que tiene un alto valor calorífico.
Referencia de Patente de 1: JP-A-8-92147.
El documento EP 1 080 781 A1 describe un método para producir met(acroleína) o ácido (met)acrílico usando un aparato con un medio de intercambio de calor compuesto por nitro.
Descripción de la invención Problemas que tiene que resolver esta invención
El objeto de la invención es proponer un aparato capaz de controlar la temperatura de reacción de forma excelente, que es una base para el funcionamiento estable de un método de oxidación catalítica en fase gas sin desactivar el catalizador de un reactor y un método para producir (met)acroleína o ácido (met)acrílico usando el mismo.
El reactor multi-tubular usado generalmente en el método de oxidación catalítica en fase gas, es un método para obtener un producto oxidado mediante una reacción de oxidación en la que un catalizador sólido se llena en su interior y se permite que contacte con una materia prima. Como un gran número de tubos (un haz de tubos) se dispone verticalmente en el reactor multi-tubular en general, el lado del fluido de proceso puede ser un flujo paralelo o un flujo en contra-corriente suministrando un fluido de proceso desde el lado superior o el lado inferior. El medio térmico puede suministrarse también al lado de la carcasa del reactor desde el lado superior o el lado inferior. Es decir, pueden considerarse, 1) un sistema de flujo en paralelo con flujo descendente en el lado del fluido de proceso/flujo descendente del medio térmico, 2) un sistema de flujo en paralelo con flujo ascendente en el lado del fluido de proceso/flujo ascendente del medio térmico, 3) un sistema de flujo en contra-corriente con flujo ascendente en el lado del fluido de proceso/flujo descendente del medio térmico y 4) un sistema de flujo en contra-corriente con flujo descendente en el lado del fluido de proceso/flujo ascendente del medio térmico.
En dicho reactor multi-tubular, se mantiene una temperatura necesaria para la reacción haciendo circular un medio térmico de temperatura controlada alrededor del lado externo de su haz de tubos de reacción (lado de la carcasa) y, al mismo tiempo, se introduce un método en el que el deterioro o la inactivación de un catalizador en los tubos debido al aumento excesivo de la temperatura del fluido del proceso (formación de puntos calientes (puntos activos)) se evita realizando simultáneamente el intercambio de calor entre el fluido de proceso (un gas de proceso en el caso de la reacción de oxidación catalítica en fase gas) y el medio térmico, tal como el caso de un cambiador de calor usado frecuentemente en plantas químicas.
Sin embargo, cuando se produce realizando la reacción de oxidación catalítica en fase gas de propileno, propano o isobutileno usando oxígeno molecular o un gas que contiene oxígeno molecular en presencia de un catalizador de óxido compuesto, el calor de reacción de la reacción de oxidación catalítica en fase gas es tan alto que en muchos casos se provocan problemas debido a un control insuficiente de la temperatura en la mayoría de dispositivos concebidos conocidos convencionalmente, incluso cuando se usa un catalizador diseñado minuciosamente, tal como el deterioro del catalizador debido a un aumento de temperatura demasiado grande en una posición específica de la capa de catalizador, una reacción de escape provocada por superar la temperatura aceptable del catalizador o el catalizador queda inservible.
Una de las causas es que la temperatura del medio térmico fuera del haz de tubos de reacción (lado de la carcasa), que es una base del equipo industrial, no puede ajustarse a un valor predeterminado.
\newpage
Generalmente se realiza de manera que un medio térmico que tiene una temperatura aumentada debido a la absorción de calor de reacción se enfría y se ajusta a una temperatura predeterminada y después se hace circular de nuevo hacia el reactor, pero en el caso de una materia prima de (met)acroleína o ácido (met)acrílico y oxígeno molecular o un gas que contiene oxígeno molecular, en general, para evitar la reacción de escape mencionada anteriormente en la capa de catalizador, se realiza esta circulación seleccionando la clase y cantidad del medio térmico de manera que su capacidad calorífica se hace extremadamente grande, controlando así la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida del reactor (después de la etapa endotérmica de calor de reacción) a un nivel de 1 a 3ºC.
Generalmente se usa un cambiador de calor con el fin de corregir dicha pequeña diferencia de temperaturas de una gran cantidad del medio térmico y la mezcla de nitrato (nitro) se usa frecuentemente como el medio térmico a usar debido a la condición de temperatura, pero ya que el nitro tiene un alto punto de fusión y por lo tanto se solidifica fácilmente, induce fallos operativos de la válvula a usar en el control de la temperatura, de manera que un control de temperatura delicado se hace difícil y (a pesar del diseño preciso del catalizador y la estructura del reactor que puede evitar la reacción de escape) la reacción de escape se induce en algunos casos.
La invención se ha realizado teniendo en cuenta las circunstancias reales mencionadas anteriormente y su objetivo es proporcionar un método para producir (met)acroleína o ácido (met)acrílico realizando la reacción de oxidación catalítica en fase gas de una materia prima de (met)acroleína o ácido (met)acrílico con oxígeno molecular o un gas que contiene oxígeno molecular, que es un método de producción industrial en el que el producto de interés puede producirse de forma estable mientras que se mantiene su calidad, realizando el control de temperatura del medio térmico de forma suave y con buena precisión y, de esta manera, evitando eficazmente la formación de puntos calientes (puntos activos) y un aparato de producción del mismo.
Los presentes inventores han encontrado un método que respalda un método en el que un medio térmico a usar en un reactor de oxidación para producir ácido (met)acrílico o similar puede excluir el fallo operativo de una válvula dispuesta en la tubería a usar y, de esta manera, facilitar el control de temperatura del medio térmico o manipular el medio y evitar diversas reacciones de escape.
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Medios para resolver los problemas
El objeto de la invención se ha conseguido mediante los siguientes medios.
(1)
Un método para producir (met)acroleína o ácido (met)acrílico realizando la reacción de oxidación catalítica en fase gas de propano, propileno, isobutileno o (met)acroleína con un gas que contiene oxígeno usando una sal inorgánica como un medio térmico de ajuste de la temperatura de reacción, caracterizado por que el material de un miembro de envuelta del prensaestopas que sella una parte del cuerpo de una válvula reguladora dispuesta en un suministrador de medio térmico y que controla el suministro y la velocidad de circulación del medio térmico y un eje de rotación que se inter-ajusta a la parte del cuerpo, de manera que pueden realizar el deslizamiento, es un material basado en mica.
(2)
El método para producir (met)acroleína o ácido (met)acrílico de acuerdo con el punto (1), mencionado anteriormente, en el que la parte de prensaestopas de la válvula reguladora mencionada anteriormente tiene una estructura que tiene una camisa calefactora.
(3)
El método para producir (met)acroleína o ácido (met)acrílico de acuerdo con los puntos (1) o (2) mencionados anteriormente, en el que el accionador de la válvula reguladora mencionada anteriormente tiene un valor de [fuerza friccional de deslizamiento entre la parte del cuerpo y un vástago inter-ajustado con la misma]/[fuerza de generación máxima del accionador] de 0,2 o menor en el estado de un fluido que no fluye.
(4)
El método para producir (met)acroleína o ácido (met)acrílico de acuerdo con el punto (1) mencionado anteriormente, en el que la sal inorgánica mencionada anteriormente es una mezcla de nitrato que consiste en un 53% en masa de KNO_{3} (nitrato potásico), un 40% en masa de NaNO_{2} (nitrito sódico) y un 7% en masa de NaNO_{3} (nitrato sódico).
(5)
Un aparato para producir (met)acroleína o ácido (met)acrílico que se usa en el método de producción descrito en uno cualquiera de los puntos (1) a (4) mencionados anteriormente.
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Ventaja de la invención
El método de la invención para producir ácido (met)acrílico y similares, caracterizado por el uso de mica en la válvula dispuesta en la tubería para el medio calefactor a usar en el reactor de oxidación, se usa en la producción de (met)acroleína y/o ácido (met)acrílico. Mediante el método de producción de la invención, se excluye el fallo operativo de la válvula, y el control de temperatura del medio térmico o manipulación del medio térmico resulta fácil, de manera que se hace posible una producción de alta calidad.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una realización de un reactor de tipo cambiador de calor multi-tubular a usar en el método de oxidación catalítica en fase gas de la invención,
La Figura 2 es otra realización del reactor de tipo cambiador de calor multi-tubular a usar en el método de oxidación catalítica en fase gas de la invención,
La Figura 3 es una realización de un sistema del reactor de tipo cambiador de calor multi-tubular y el cambiador de calor a usar en la invención,
La Figura 4 es otra realización de un sistema del reactor de tipo cambiador de calor multi-tubular y el cambiador de calor a usar en la invención y
La Figura 5 es un diagrama de bloques de un ejemplo de la válvula reguladora a usar en el sistema de circulación-regulación de la temperatura del medio térmico de acuerdo con la invención.
Descripción de los números y signos de referencia
Los números de referencia 1a y 1b son tubos de reacción, 2 es un reactor, 3a y 3b son conductos circulares, 4a es una salida de descarga de producto, 4b es una entrada de suministro de materia prima, 5a y 5b son placas tubulares, 6a y 6b son tabiques deflectores perforados, 7 es una bomba de circulación, 8a es una línea de suministro de medio térmico, 8b es una línea de descarga de medio térmico, 9 es una placa tubular intermedia, 10 es una placa de protección térmica, 15 es un termómetro, 20 es un cambiador de calor y 21 es una válvula de control.
Mejor modo para realizar la invención
A continuación se describe la invención en detalle.
La invención es un método de oxidación catalítica en fase gas para producir (met)acroleína o ácido (met)acrílico o similares, caracterizado por el diseño de una válvula dispuesta en una tubería que manipula un medio térmico a usar en un reactor que realiza la oxidación catalítica en fase gas.
De acuerdo con esta memoria descriptiva, el ácido acrílico del propileno o propano y el ácido metacrílico de isobutileno, cuando se expresan de forma general, se expresan como ácido (met)acrílico.
El tipo de reactor puede ser un tipo de lecho fluidizado o un tipo de lecho fijo, pero es deseable un reactor multi-tubular de tipo lecho fijo. Los detalles de la producción de (met)acroleína y ácido (met)acrílico se describen a continuación.
Sistema de Reacción
Los ejemplos típicos del método de producción de industrializado de (met)acroleína y ácido (met)acrílico incluyen un sistema de una sola etapa, un sistema de reciclado de propileno no reaccionado y un sistema de reciclado de gas de escape descrito a continuación y los sistemas de reacción que incluyen estos tres sistemas no se restringen en la invención.
(1) Sistema de una sola etapa
Este sistema es un método en el que el propileno, el aire y el vapor se mezclan y suministran y se convierten principalmente en (met)acroleína y ácido (met)acrílico en la primera parte de la reacción y este gas de salida se suministra a la última parte de la reacción. En este caso, un método en el que el aire y el vapor necesarios para realizar la reacción en la última parte de la reacción se suministran a la última parte de la reacción, además del gas de salida de la etapa delantera, también es general.
(2) Sistemas de reciclado del propileno no reaccionado
Este sistema es un método en el que un producto de reacción gaseoso que contiene ácido (met)acrílico obtenido mediante la última parte de la reacción se suministra a un dispositivo de recogida de ácido (met)acrílico donde el ácido (met)acrílico se recoge como una solución acuosa y una parte del propileno no reaccionado se recicla suministrando una parte del gas de escape del lado del dispositivo de recogida que contiene propileno no reaccionado hacia la primera parte de la reacción.
(3) Sistema de reciclado del gas de escape
Este sistema es un método en el que un producto de reacción gaseoso que contiene ácido (met)acrílico obtenido mediante la última etapa de la reacción se suministra al dispositivo de recogida de ácido acrílico donde el ácido (met)acrílico se recoge como una solución acuosa, el volumen completo del gas de escape del lado del dispositivo de recogida se oxida por combustión para convertir el propileno no reaccionado y similares contenidos en su interior principalmente en dióxido de carbono y agua y una parte del gas de escape de combustión obtenido se añade a la primera parte de la reacción.
De acuerdo con la invención, "gas de proceso" se refiere a los gases implicados en la reacción de oxidación catalítica en fase gas, tal como una sustancia a oxidar como la materia prima gaseosa, un gas que contiene oxígeno molecular, un producto obtenido y similares.
Composición de la materia prima gaseosa
Un gas mixto de propileno, propano o isobutileno y/o (met)acroleína como la materia prima gaseosa, un gas que contiene oxígeno molecular y vapor se suministra principalmente al reactor multi-tubular para usarlo en la oxidación catalítica en fase gas. De acuerdo con la invención, la concentración de propileno, propano o isobutileno en el gas mixto es del 6 al 10% en moles y el oxígeno es de 1,5 a 2,5 moles y el vapor es de 0,8 a 5 moles por mol de propileno, propano o isobutileno. La materia prima gaseosa introducida se divide en tubos de reacción respectivos, pasa a través de los tubos de reacción y la reacción transcurre en presencia de un catalizador de oxidación incluido.
Reactor Multi-Tubular
La reacción de oxidación catalítica en fase gas que usa un reactor multi-tubular de tipo lecho fijo es un método usado ampliamente en la producción de (met)acroleína o ácido (met)acrílico a partir de propileno o isobutileno usando oxígeno molecular o un gas que contiene oxígeno molecular en presencia de un catalizador de óxido compuesto.
De acuerdo con la invención, el reactor multi-tubular de tipo lecho fijo es uno usado generalmente en la industria y no tiene una limitación particular.
Por ejemplo, este es un reactor que consiste en una carcasa de reactor cilíndrica que tiene una entrada de suministro de materia prima y una salida de descarga de producto, dos o más conductos circulares dispuestos en la periferia de la carcasa del reactor cilíndrico para introducir o descargar un medio térmico en o desde la carcasa del reactor cilíndrico, un dispositivo de circulación que conecta mutuamente los dos o más conductos circulares, dos o más tubos de reacción que están contenidos por dos o más placas tubulares del reactor e incluyen un catalizador y dos o más tabiques deflectores para cambiar la dirección del medio térmico introducido en la carcasa del reactor, todo en la dirección longitudinal de los tubos de reacción.
Además, el método de la invención para la producción de (met)acroleína o ácido (met)acrílico es un método para realizar la oxidación catalítica en fase gas de una sustancia a oxidar con un gas que contiene oxígeno molecular y es un método de oxidación catalítica en fase gas que se realiza llenando un catalizador basado en Mo-Bi y/o un catalizador Mo-V en los tubos de reacción mencionados anteriormente.
A continuación se describe una realización de la invención basada en la Figura 1, Figura 2 y Figura 5.
La Figura 1 muestra un reactor de tipo cambiador de calor multi-tubular para usar en una realización típica del método de oxidación catalítica en fase gas de la invención. En la Figura 1, los tubos de reacción 1b y 1c se fijan a las placas tubulares 5a y 5b y se disponen en una carcasa 2 del reactor multi-tubular. Una abertura 4a o 4b que se convierte en un puerto de suministro de materia prima como una entrada de la materia prima gaseosa de la reacción o un puerto de descarga de producto como una salida del producto se dispone en la parte superior y en la parte inferior de la carcasa 2, y una abertura se convierte en el puerto de suministro de materia prima y la otra en el puerto de descarga de producto dependiendo de si el proceso gaseoso es de flujo paralelo o de flujo en contra-corriente. Como la dirección del flujo del medio térmico dentro de la carcasa del reactor se muestra en la Figura 1 mediante una flecha como una corriente ascendente, la abertura 4b es el puerto de suministro de materia prima cuando el flujo del gas de proceso y el medio térmico están en contra-corriente. Sin embargo, la dirección del flujo del gas de proceso puede ser cualquier dirección. Un conducto circular 3a para introducir el medio térmico se dispone en la periferia de la carcasa del reactor 2. El medio térmico presurizado por una bomba de circulación 7 del medio térmico asciende dentro de la cáscara del reactor 2 desde el conducto circular 3a y después se devuelve a la bomba de circulación 7 desde un conducto circular 3b girando la dirección de flujo debido a la disposición alternativa de dos o más tabiques deflectores perforados 6a que tienen una abertura en aproximadamente la parte central de la carcasa del reactor 2 y tabiques deflectores perforados 6b dispuestos de manera que tienen una abertura entre una parte periférica y la carcasa del reactor 2. Una parte del medio térmico que absorbe el calor de reacción se enfría mediante un cambiador de calor (cf. Figura 3) a través de una línea de descarga de medio térmico 8b dispuesta en la parte superior de la bomba de circulación 7 y de nuevo se introduce en el reactor desde una línea de suministro del medio térmico 8a. El ajuste de la temperatura del medio térmico se realiza controlando la temperatura o el caudal del medio térmico en circulación suministrado desde la línea de suministro de medio térmico 8a controlando un termómetro 14 y de acuerdo con la información de temperatura.
Aunque depende del rendimiento del catalizador a usar, el control de temperatura del medio térmico se realiza de manera que una diferencia en la temperatura del medio térmico entre la línea de suministro de medio térmico 8a y una línea de descarga de medio térmico 8b sea de 1 a 10ºC, preferiblemente de 2 a 6ºC.
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Para minimizar la distribución circunferencial del caudal del medio térmico, es deseable disponer placas de corriente (no mostradas en el dibujo) sobre las partes de placa de carcasa interna de los conductos circulares 3a y 3b. Una placa porosa, una placa que tiene ranuras o similares se usan como la placa de corriente y la rectificación se realiza cambiando el área de abertura o el intervalo de ranuras de la placa porosa de manera que el medio térmico fluye hacia dentro desde toda la circunferencia al mismo caudal. La temperatura en el conducto circular (3a, preferiblemente 3b, también) puede controlarse disponiendo dos o más termómetros 15. El número de tabiques deflectores a disponer en la carcasa del reactor 2 no está particularmente limitado aunque deseablemente es habitual disponer 3 tabiques deflectores (dos del tipo 6a y uno del tipo 6b). Mediante la presencia de estos tabiques deflectores, el flujo ascendente del medio térmico se altera de manera que gira hacia la dirección transversal contra la dirección del eje del tubo del tubo de reacción y el medio térmico se concentra hacia la parte central de la carcasa del reactor desde su parte periférica, gira hacia la parte periférica cambiando la dirección en la parte de abertura del tabique deflector 6a y después alcanza la cubierta externa de la carcasa. El medio térmico se concentra hacia la parte central girando de nuevo la dirección a la periferia del tabique deflector 6b, asciende por la parte de abertura del tabique deflector 6a, gira hacia la periferia a lo largo de la placa del tubo superior 5a de la carcasa del reactor 2 y se recicla en la bomba a través del conducto circular 3b.
De acuerdo con esta realización, se inserta un termómetro11 en al menos uno de los tubos de reacción dispuestos en el reactor y transfiere la señal al exterior del reactor y se registra la distribución de temperatura en la dirección del eje del tubo del reactor de la capa de catalizador. Se insertan uno o dos o más termómetros en el tubo de reacción y se miden de 5 a 20 puntos de temperatura en la dirección del eje del tubo con uno de estos termómetros.
Los tabiques a usar en la invención no están limitados particularmente, con la condición de que tengan una construcción tal que tengan una parte abierta alrededor de la parte central de la carcasa del reactor, el tabique deflector tenga una abertura entre la parte periférica y la cubierta externa de la carcasa y el medio térmico cambie su dirección en las partes abiertas respectivas para evitar el flujo de desviación del medio térmico y cambie su caudal y los ejemplos ilustrativos de su forma incluyen tabiques deflectores de disco roto de tipo segmento, tabiques deflectores con forma de disco y similares.
La Figura 2 muestra un reactor de tipo cambiador de calor multi-tubular a usar en otra realización típica del método de oxidación catalítica en fase gas de la invención. En la Figura 2, se usan números de los miembros comunes a los miembros descritos en la Figura 1.
El reactor mostrado en la Figura 2 es una realización en la que la carcasa 2 del reactor mostrado en la Figura 1 se divide con una placa tubular intermedia 9 y un método que usa este reactor se incluye también en el método de la invención. Se hacen circular diferentes medios térmicos y se controlan a diferentes temperaturas en espacios divididos. En la Figura 2, la dirección de flujo del medio térmico es una corriente ascendente de acuerdo con la flecha. La materia prima gaseosa puede suministrarse desde la abertura 4a o la abertura 4b pero es deseable que se convierta en un flujo en contra-corriente contra el flujo del medio térmico. En ese caso, la abertura 4b es el puerto de suministro de materia prima y la materia prima gaseosa suministrada desde la abertura 4b experimenta sucesivamente la reacción en los tubos de reacción del reactor.
Los medios térmicos que tienen diferente temperatura están presentes en las áreas superior e inferior (A y B) del reactor dividido con la placa tubular intermedia 9 de acuerdo con el reactor multi-tubular mostrado en la Figura 2. Dentro de cada tubo de reacción se divide en 1) una cubierta en la que el mismo catalizador se carga uniformemente y la reacción se realiza cambiando la temperatura en la entrada y la salida de materia prima gaseosa del tubo de reacción, 2) un caso en el que se carga un catalizador en la entrada de materia prima gaseosa pero, para enfriar rápidamente el producto de reacción, el catalizador no se carga en la parte de salida para formar un tubo vacío o se carga aquí una sustancia inerte que no tenga actividad de reacción y 3) un caso en el que se cargan diferentes catalizadores en la parte de entrada y en la parte de salida de materia prima gaseosa pero, para enfriar rápidamente el producto de reacción, el catalizador no se carga entre ellas para formar un tubo vacío o se carga en su interior una sustancia inerte que no tengan actividad de reacción.
Por ejemplo, se suministra propileno, propano o isobutileno como un gas mixto con un gas que contiene oxígeno desde la abertura 4b como una entrada de suministro de materia prima hacia el reactor multi-tubular mostrado en la Figura 2 para usar en la invención y convertirlo en primer lugar en (met)acroleína en la primera etapa de la primera parte de la reacción (representa el área A del tubo de reacción y se denomina en ocasiones "zona de la primera parte") y después se produce ácido (met)acrílico en la segunda etapa de la última parte de la reacción (representa el área B del tubo de reacción y se denomina en ocasiones "zona de la última parte") por oxidación de la (met)acroleína. Se cargan diferentes catalizadores en la zona de la primera parte y la zona de la segunda parte del tubo de reacción y las reacciones se realizan en condiciones óptimas controlando a diferentes temperaturas, respectivamente. Es deseable que una sustancia inerte que no está relacionada con esta reacción se cargue en una parte donde la placa tubular intermedia 9 está presente entre la zona de la primera parte y la zona de la última parte del tubo de reacción.
Cuando la diferencia de temperatura entre la zona de la primera parte y la zona de la última parte supera los 100º, es deseable usar dos o más placas de protección térmica en una posición de aproximadamente 10 cm por encima o por debajo de la placa tubular intermedia 9 para evitar la transferencia térmica.
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Aunque la dirección de flujo del medio térmico dentro de la carcasa del reactor se describe como un flujo ascendente mediante una flecha en la Figura 1 y la Figura 2, la dirección inversa puede ser posible en la invención. Al decidir la dirección del flujo de circulación del medio térmico, es necesario evitar un fenómeno en el que un gas que puede estar presente en los terminales superiores de la carcasa del reactor 2 y la bomba de circulación 7, ilustrativamente nitrógeno o un gas inerte similar, se arrastre hacia el flujo del medio térmico. En el caso de que el medio térmico sea un flujo ascendente (Figura 1), se encuentra un fenómeno de cavitación dentro de la bomba de circulación 7 cuando un gas se arrastra en la parte superior de la bomba de circulación, causando desperfectos a la bomba en el peor de los casos. Cuando el medio térmico está en flujo descendente, un fenómeno de arrastre del gas ocurre también en la parte superior de la carcasa del reactor, de manera que se forma una parte estancada de una fase gaseosa en la parte superior de la carcasa y la parte superior del tubo de reacción de esta parte no puede refrigerarse por el medio térmico.
Para evitar el estancamiento del gas, es esencial sustituir el gas en la capa de gas con el medio térmico disponiendo una línea de desgasificación y, para este fin, se prevé un aumento de presión en la carcasa aumentando la presión del medio térmico de la línea que suministra el medio térmico 8a y disponiendo la línea de descarga de medio térmico 8b en una posición tan alta como sea posible. Es deseable disponer la línea de descarga del medio térmico en al menos un lado superior de la placa tubular 5a.
Cuando el reactor multi-tubular mostrado en la Figura 1 se usa como un reactor multi-tubular para oxidar propileno, propano o isobutileno con un gas que contiene oxígeno molecular y el gas de proceso está en flujo descendente, es decir, cuando la materia prima gaseosa se suministra desde 4b y el producto se descarga desde 4a, la (met)acroleína como el producto de interés tiene una alta concentración y se calienta mediante el calor de la reacción alrededor del puerto de descarga del producto 4a del reactor, de manera que la temperatura del gas de proceso también se hace alta. Por consiguiente, es deseable en este caso disponer de un cambiador de calor en una posición en o después de 4a del reactor de la Figura 1, de manera que el gas de proceso se enfríe suficientemente y la (met)acroleína no genere una reacción de auto-oxidación.
También, cuando se emplea el reactor multi-tubular mostrado en la Figura 2 y el gas de proceso es en flujo descendente, es decir, cuando la materia prima gaseosa se suministra desde 4b y el producto se descarga desde 4a, la (met)acroleína como el producto de interés tiene una alta concentración y se calienta mediante el calor de reacción alrededor de la placa tubular intermedia 9 como el punto de dónde se completa la primera parte de la reacción (área A del tubo de reacción), de manera que la temperatura del gas de proceso también se hace alta. Cuando un catalizador se carga únicamente en la primera parte (área A del tubo de reacción: 5a-6a-6b-6a-9), la reacción no avanza activamente en las segundas partes de los tubos de reacción 1b y 1c (área B de los tubos de reacción: entre 9 y 5b), de manera que el gas de proceso se refrigera por el medio térmico que fluye en el canal del lado de la carcasa y la (met)acroleína no genera una reacción de auto-oxidación. En este caso, el catalizador no se carga en el área B de los tubos de reacción 1b y 1c (entre 9 y 5b) para formar un tubo vacío o no se carga un sólido que no tiene actividad de reacción en su interior. Esto último es deseable para mejorar las características de transferencia térmica.
Cuando se cargan diferentes catalizadores en la primera parte (área A del tubo de reacción: 5a-6a-6b-6a-9) y en la segunda parte (área B del tubo de reacción: 9-6a'-6b'-6a'-5b') del reactor multi-tubular mostrado en la Figura 2 y se obtiene (met)acroleína a partir de propileno, propano o isobutileno en la primera parte y se obtiene ácido (met)acrílico en la segunda parte, la temperatura de la capa de catalizador de la primera parte se hace alta en comparación con la temperatura de la capa de catalizador de la segunda parte. Ilustrativamente, como la temperatura se hace alta alrededor del punto donde se completa la reacción de la primera parte (6a a 9) y alrededor del punto de inicio de la segunda parte de la reacción (9 a 6a'), es deseable que la reacción no se realice en este fracción, de manera que el gas de proceso se refrigera mediante el medio térmico que fluye en el canal del lado de la carcasa y la (met)acroleína no genera una reacción de auto-oxidación. En ese caso, una parte donde el catalizador no se carga se dispone alrededor de la placa tubular intermedia 9 (entre 6a a 9 a 6 a' de los tubos de reacción 1b y 1c) para formar un tubo vacío o un sólido que no tiene actividad de reacción se carga en su interior. Esto último es deseable para mejorar las características de transferencia térmica.
Diámetro del tubo de reacción
Aunque depende de la cantidad de calor de reacción y del tamaño de partícula del catalizador en el tubo de reacción, el diámetro interno del tubo de reacción del reactor multi-tubular generalmente es de 10 a 50 mm, preferiblemente de 20 a 30 mm. Cuando el diámetro interno del tubo de reacción es demasiado pequeño, la cantidad de catalizador a cargar se reduce, de manera que el número de tubos de reacción requeridos para suministrar la cantidad necesaria de catalizador en el reactor aumenta, mostrando así una tendencia a empeorar los costes de producción del reactor y eficacia económica relacionada. Por otro lado, cuando el diámetro interno del tubo de reacción es demasiado grande, provoca una tendencia a empeorar la eficacia de retirada de calor.
Medio térmico y coeficiente de transferencia de calor
Como el medio térmico a suministrar al lado de la carcasa del reactor, se usa una mezcla de nitrato (en ocasiones denominado posteriormente en este documento "nitro"), un fenil éter orgánico líquido o similares. De acuerdo con la invención, una mezcla de nitratos se considera como un objeto particularmente deseable para el medio térmico.
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Un ejemplo de la composición de nitro es 53% en masa de KNO_{3} (nitrato potásico), 40% en masa de NaNO_{2} (nitrito sódico) y 7% en masa de NaNO_{3} (nitrato sódico). Cuando se hace de una composición en peso diferente, el punto de fusión de la mezcla cambia. El intervalo aceptable de la composición de nitro depende de la condición de temperatura para su uso. Es deseable usar productos industriales que tengan una pureza del 95% en masa o mayor como KNO_{3} (nitrato potásico), NaNO_{2} (nitrito sódico) y NaNO_{3} (nitrato sódico). Cuando la pureza es menor del 95% en masa, provoca una tendencia a mostrar una gran diferencia respecto al punto de fusión diseñado para la mezcla.
El calor de reacción en el tubo de reacción se retira mediante el flujo del medio térmico. El medio térmico introducido hacia el interior de la carcasa del reactor desde un conducto circular para la introducción del medio térmico (por ejemplo, 3a de la Figura 1) tiene una región donde fluye desde de la parte periférica hacia la parte central del reactor y una región donde invierte su dirección de flujo en la parte central y el efecto de retirar calor generalmente varía en esta región. Cuando la dirección del flujo del medio térmico y la dirección del eje tubular del tubo de reacción son ángulos rectos entre sí, el coeficiente de transferencia de calor es de 1.000 a 2.000 W/m^{2} ºC. Cuando la dirección de flujo del medio térmico y la dirección del eje tubular del tubo de reacción no están a ángulos recto entre sí, el coeficiente de transferencia de calor depende del caudal y de la dirección de flujo, pero generalmente es de 100 a 300 W/m^{2} ºC.
Como el coeficiente de transferencia de calor de la capa de catalizador dentro del tubo de reacción depende del caudal de la materia prima gaseosa y generalmente es de aproximadamente 100 W/m^{2} ºC, la fase de determinación de la velocidad de la transferencia de calor es la transferencia de calor en la fase gas en el tubo. Cuando el flujo del medio térmico está a ángulos rectos respecto al eje del tubo de reacción, la resistencia de la transferencia de calor fuera del tubo es de aproximadamente 1/10 a 1/20 de la del lado del gas del tubo, de manera que la influencia del cambio en el caudal del medio térmico sobre la resistencia de la transferencia térmica global es pequeña. Sin embargo, cuando el flujo del medio térmico es paralelo al eje del tubo de reacción, el coeficiente de transferencia térmica es casi el mismo dentro y fuera del tubo de reacción, de manera que la eficacia de transferencia térmica por retirada de calor está muy influida por la condición del fluido del medio térmico. Por ejemplo, cuando la resistencia de la transferencia del medio térmico fuera del tubo es de 100 W/m^{2} ºC, el coeficiente de transferencia de calor global se hace la mitad de sí mismo y la mitad del cambio en la resistencia de la transferencia de calor fuera del tubo ejerce influencia sobre el coeficiente de transferencia de calor global.
Catalizador
Como el catalizador a usar en la producción de (met)acroleína o ácido (met)acrílico mediante una reacción de oxidación catalítica en fase gas, están presentes aquellos que se usan en la primera parte de la reacción de olefina a aldehído insaturado o ácido insaturado y los que se usan en la segunda parte de la reacción de aldehído insaturado a ácido insaturado y pueden aplicarse a cada una de las reacciones de acuerdo con la invención.
Los compuestos representados por la siguiente fórmula composicional (I) puede ejemplificarse como el catalizador de óxido compuesto basado en Mo-Bi a usar en la primera parte de la reacción.
Fórmula composicional (I)Mo_{a}W_{b}Bi_{c}Fe_{d}A_{e}B_{f}C_{g}D_{h}E_{i}O_{x}
En la fórmula composicional (I), Mo es molibdeno, W es volframio, Bi es bismuto, Fe es hierro, A es al menos un elemento seleccionado entre níquel y cobalto, B es al menos un elemento seleccionado entre sodio, potasio, rubidio, cesio y talio, C es al menos un elemento seleccionado entre metales alcalinotérreos, D es al menos un elemento seleccionado entre fósforo, telurio, antimonio, estaño, cerio, plomo, niobio, manganeso, arsénico, boro y cinc, E es al menos un elemento seleccionado entre silicio, aluminio, titanio y zirconio y O es oxígeno. Los símbolos a, b, c, d, e, f, g, h, i y x representan, respectivamente, proporciones atómicas de Mo, W, Bi, Fe, A, B, C, D, E y O y cuando a es 12 b es de 0 a 10, c es de 0 a 10 (preferiblemente de 0,1 a 10), d es de 0 a 10 (preferiblemente de 0,1 a 10), e es de 0 a 15, f es 0 a 10 (preferiblemente de 0,001 a 10), g es de 0 a 10, h es de 0 a 4, i es de 0 a 30 y x es un valor que está determinado por el estado oxidado de cada elemento.
Los compuestos representados por la siguiente fórmula composicional (II) puede ejemplificarse como el catalizador de óxido compuesto basado en Mo-V a usar en la segunda parte de la reacción.
Fórmula composicional (II)Mo_{a}V_{b}W_{c}Cu_{d}Y_{f}O_{g}
En la fórmula composicional (II), Mo es molibdeno, V es vanadio, W es volframio, Cu es el cobre, X es al menos un elemento seleccionado entre Mg, Ca, Sr y Ba, Y es al menos un elemento seleccionado entre Ti, Zr, Ce, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Nb, Sn, Sb, Pb y Bi y O es oxígeno. Los símbolos a, b, c, d, e, f y g representan respectivamente proporciones atómicas de Mo, V, W, Cu, X, Y y O y cuando a es 12, b es de 0 a 14, c es de 0 a 12, d es de 0 a 6, e es de 0 a 3, f es de 0 a 3, y g es un valor que está determinado por el estado de oxidación de cada elemento.
Los catalizadores mencionados anteriormente se producen, por ejemplo, por los métodos descritos en los documentos JP-A-63-54942, JP-B-6-13096, JP-B-6-38918 y similares.
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Los catalizadores mencionados anteriormente pueden ser catalizadores formados por moldeo por extrusión o por compresión de comprimidos o catalizadores soportados en los que un óxido compuesto que consiste en componentes del catalizador está soportado sobre un soporte inerte tal como carburo de silicio, alúmina, óxido de zirconio, óxido de titanio o similares. La forma del catalizador no está limitada particularmente y sus ejemplos incluyen forma esférica, columnar, cilíndrica, de estrella, de anillo, amorfa y similares.
Diluyente
El catalizador mencionado anteriormente puede usarse también mezclándolo con una sustancia inerte como un diluyente. La sustancia inerte no está limitada particularmente con la condición de que sea una sustancia que sea estable en las condiciones de reacción mencionadas anteriormente y no tenga reactividad con la sustancia de materia prima y producto e ilustrativamente es alúmina, carburo de silicio, sílice, óxido de zirconio, óxido de titanio y sustancias similares usadas como soporte del catalizador. Además, su forma no está limitada particularmente de forma similar al caso del catalizador y puede estar en cualquier forma tal como esférica, columnar, cilíndrica, con forma de estrella, con forma de anillo, como un trozo pequeño, como una red, amorfa y similares. El tamaño se determina teniendo en cuenta el diámetro del tubo de reacción y la pérdida de presión.
Mezcla del catalizador con el diluyente
Se determina la cantidad de sustancia inerte a usar como diluyente de manera que puede obtenerse la actividad del catalizador de interés. Por ejemplo, la cantidad de uso de sustancia inerte puede aumentarse en una capa de relleno alrededor de la entrada de la materia prima gaseosa o similar cuando la actividad catalítica disminuye con el fin de controlar el calor exotérmico en el tubo de reacción o la cantidad de uso de la sustancia inerte puede reducirse en una capa de relleno alrededor de la salida del gas de reacción o similar cuando la actividad catalítica aumenta. Como alternativa, el catalizador y el diluyente pueden mezclarse a una proporción predeterminada y cargarse en el tubo de reacción en una capa.
En un método aplicable en el caso de dos capas de relleno, una partícula de sustancia inerte con una proporción de 0,3 a 0,7 se usa como catalizador que tiene una proporción de partícula de sustancia inerte en la parte de entrada de la materia prima gaseosa del tubo de reacción y una partícula de sustancia inerte usando una proporción de 0 a 0,5 se usa cargando un catalizador que tiene dicha proporción baja o sin dilución en el lado de salida del tubo de reacción.
El número de capas del catalizador formadas en la dirección del eje del tubo del reactor multi-tubular de lecho fijo no está limitado particularmente, aunque generalmente es de 1 a 10. Cuando el número de capas del catalizador es demasiado alto, se requiere un trabajo considerable para cargar el catalizador. La longitud de cada capa de catalizador puede determinarse basándose en la especie de catalizador, el número de capas del catalizador, las condiciones de reacción y similares.
Método para ajustar la temperatura del medio térmico
De acuerdo con la invención, el método para ajustar la temperatura del medio térmico no está limitado particularmente. Por ejemplo, de acuerdo con un ejemplo del sistema de reactor e cambiador de calor mostrado en la Figura 3, la temperatura del medio térmico puede ajustarse por refrigeración, con un cambiador de calor 20 de la Figura 3, sacando una parte o todo el medio térmico desde el lado superior de una bomba de circulación 7 del reactor mediante una línea de descarga de medio térmico 8b y haciendo circular el medio térmico refrigerado hacia el reactor, devolviéndolo al sistema del reactor a través de la línea de suministro de medio térmico 8a. La cantidad del medio térmico a sacar se ajusta a un volumen adecuado mediante una válvula de control 21. Como otra realización, como se muestra en la Figura 4, el calor intercambiado por el medio térmico disponiendo la línea de descarga del medio térmico 8b en el lado inferior de la bomba de circulación 7 del reactor puede hacerse circular devolviéndolo al sistema de reactor a través de la línea de suministro de medio térmico 8a dispuesta en el lado superior de la bomba de circulación 7. La selección de estas realizaciones se realiza en respuesta a las condiciones del aparato, las condiciones de la materia prima y similares.
Cuando la temperatura del medio térmico se hace alta debido a la absorción del calor de reacción por el medio térmico, la temperatura a aumentar generalmente de 1 a 10ºC, preferiblemente de 2 a 6ºC para evitar la formación de puntos calientes (punto activos) desde el punto de vista de protección del catalizador.
El tipo de cambiador de calor no está limitado particularmente. Sus ejemplos ilustrativos incluyen un tipo de placa tubular fija vertical, un tipo de placa tubular fija horizontal, un tipo de tubos en U, un tipo de doble tubo, un tipo espiral, un tipo de bloque angular y similares. Aunque no está limitado particularmente, los ejemplos del material incluyen acero al carbono, aceros inoxidables y similares que pueden seleccionarse en vista de la resistencia térmica, resistencia a corrosión, eficacia económica y similares.
Válvula de control a disponer en el dispositivo o tubería del medio térmico
Como la diferencia de temperatura es muy pequeña como se ha descrito anteriormente (generalmente de 1 a 10ºC), se requiere un control preciso para una válvula que controle la cantidad de medio térmico calentado a suministrar al cambiador de calor. Por otro lado, como el medio térmico consiste en sustancias de alto punto de ebullición, inmediatamente solidifica cuando se refrigera por la radiación que sale o la transferencia de calor de manera que el funcionamiento de la válvula se hace inestable o inoperativo. De acuerdo con la invención, el prensaestopas de la válvula no usa un material basado en grafito sino que usa un material basado en mica. Cuando se usa un material basado en grafito, el nitro penetra en el prensaestopas, lo que posteriormente da lugar a un funcionamiento defectuoso.
También, de acuerdo con la invención, es deseable emplear una estructura encamisada mediante la cual se calienta la parte de prensaestopas de la válvula. Haciendo esto, se evita la solidificación del medio térmico y se asegura el funcionamiento suave de la válvula durante un período de tiempo prolongado, haciendo posible así un control preciso correspondiente a pequeños cambios en la temperatura y el caudal.
Además, se emplea un dispositivo que tiene una potencia suficientemente grande en el accionador de la válvula. La potencia suficientemente grande se refiere a una fuerza motriz que tiene un valor de [fuerza friccional de deslizamiento entre la parte del cuerpo y un vástago inter-ajustado con la misma]/[fuerza de generación máxima del accionador] de 0,2 o menor en el estado de un fluido que no fluye. Más preferiblemente, es de 0,15 o menor. Un valor mayor de 0,2 no es suficiente para realizar el control preciso. Esto se debe a que se requiere que la válvula tenga una fuerza motriz suficientemente grande.
También en el caso de la válvula, es necesario realizar la comprobación operacional (incluyendo una verificación de si actúa con precisión a intervalos del 1%) antes del comienzo de la operación, descargando el medio térmico (nitro) después de parar el equipo (por ejemplo, durante el mantenimiento anual periódico o similar), retirándolo siempre cuando el equipo está frío y comprobando el interior del mismo.
Particularmente en el caso de un sistema de equipo en el que sólo la válvula de control de la temperatura del medio térmico está equipada en su sistema de circulación y control de temperatura del medio térmico, el control de temperatura se hace imposible cuando ocurre un mal funcionamiento, de manera que una ejecución estricta del mantenimiento y el trabajo de comprobación mencionados anteriormente es considerablemente eficaz.
Una realización típica de las características de la válvula de control mencionada anteriormente del sistema de circulación y control de temperatura del medio térmico del equipo a aplicar al método de oxidación catalítica en fase gas de la invención se describe adicionalmente basándose en la Figura 5.
La Figura 5 es un diagrama de bloques de un ejemplo de la válvula de control a usar en el sistema de circulación y control de temperatura del medio térmico de acuerdo con la invención. En la Figura 5 se emplea una válvula de bola de disco esférica como un tipo de válvula de control, aunque respecto al tipo de válvula de control, puede ser una válvula distinta de una válvula de bola de disco esférica de la Figura 5, tal como una válvula de bola, una válvula de globo, una válvula de compuerta o una válvula de mariposa.
En la Figura 5, A1 (cuerpo) es un cuerpo principal de la válvula que puede ser de tipo rebordeado (la realización de la Figura 5) o de tipo inserción sin un reborde. Además, generalmente se usa acero al carbono, aceros inoxidables y similares como el material, aunque sin limitación al mismo, y puede seleccionarse en vista de la resistencia térmica, resistencia a corrosión, eficacia económica y similares.
A2 (disco esférico) realiza una acción para controlar la diferencia de presión del fluido girando aproximadamente 90 grados dentro del cuerpo principal de la válvula. En el caso de una válvula de control de un tipo distinto del mencionado anteriormente, el disco esférico A2 puede tener una forma de deslizamiento hacia la dirección vertical contra la corriente del fluido.
Para realizar el control remoto de la válvula de control, A3 (accionador) recibe una señal de electricidad o un gas (aire, nitrógeno o similares) desde un panel de control en la sala de control y convierte la señal en una fuerza de dirección necesaria para accionar la válvula. Su tipo puede ser un tipo cilíndrico o un tipo de diafragma. La fuerza accionadora convertida por el accionador se transfiere al disco esférico A2 mediante A4 (vástago), consiguiendo de esta manera el funcionamiento de la válvula. Dependiendo del tipo de válvula, el vástago A4 puede girar contra la dirección del eje o deslizarse hacia la dirección del eje. A5 (envuelta del prensaestopas) se inserta en el sellado del vástago A4 y el cuerpo A1 y, de acuerdo con la invención, no se usa un material basado en grafito generalmente usado como material de resistencia térmica sino que se usa un material basado en mica como su material. Cuando es un material basado en grafito, el material experimenta corrosión por nitro, de manera que genera la adherencia del vástago con la parte de prensaestopas, aunque esto se evita usando un material basado en mica. El material basado en mica a usar en la invención se define generalmente como un material basado en mica, en concreto un aluminosilicato que contiene un metal alcalino y, basado en la estructura química, incluye moscovita, lepidolita, paragonita, vanadinita, sericita y moscovitas similares, biotita, flogofita, lepidomelano, zinnwaldita y biotitas similares, eslauconita, celadonita y similares, pero cuando se usa como un miembro del aparato, su discriminación no se requiere en la mayoría de los casos porque tienen características similares de manera que se denominan sencillamente mica.
Por otro lado, el espacio entre el disco esférico A2 y el cuerpo A1 se sella fijando A6 (anillo de sellado) con A7 (retenedor). Para evitar el mal funcionamiento debido a la agregación de nitro, A8 (camisa de vapor), se une al cuerpo A1 y la parte de prensaestopas. Es deseable hacer que la camisa de vapor sea una camisa completa aunque puede ser una semi-camisa cuando la unión de la camisa es difícil debido a la estructura de la válvula.
Además, teniendo en cuenta la distorsión por la expansión térmica, se emplea el mismo material que el del cuerpo. Un vapor a alta presión que tiene una temperatura de saturación mayor que el punto de fusión del medio térmico se suministra desde 9 (boquilla de entrada de vapor) hacia esta camisa y el agua condensada se recupera de A10 (boquilla de salida de vapor).
Ejemplos
Para describir ilustrativamente la invención, se describe en detalle con referencia a los Ejemplos y Ejemplos Comparativos, aunque no se limita a los mismos.
Ejemplo 1
Catalizador
Después de disolver 94 partes en peso de paramolibdato de antimonio en 400 partes en peso de agua pura con calentamiento, 7,2 partes en peso de nitrato férrico, 25 partes en peso de nitrato de cobalto y 38 partes en peso de nitrato de níquel se disolvieron en 60 partes en peso de agua pura con calentamiento. Estas soluciones se mezclaron con suficiente agitación. A continuación, 0,85 partes en peso de bórax y 0,36 partes en peso de nitrato potásico se disolvieron en 40 partes en peso de agua pura con calentamiento y se añadieron a la suspensión mencionada anteriormente. A continuación, 64 partes en peso de sílice granular se añadieron a la misma y se agitaron. A continuación, 58 partes en peso de subcarbonato de bismuto combinado por adelantado con 0,8% en peso de Mg se añadieron a la misma y se mezclaron con agitación, esta suspensión se secó con calentamiento y después se trató con calentamiento a 300ºC durante 1 hora en una atmósfera de aire y el sólido granular obtenido de esta manera se sometió a compresión de comprimidos usando una máquina de moldeo para formar un comprimido de 5 mm de diámetro y 4 mm de altura y después se sometió a 4 horas de horneado a 500ºC para obtener un catalizador.
El catalizador obtenido de esta manera era un catalizador en polvo de óxido compuesto basado en Mo-Bi que tenía una proporción composicional de Mo(12)Bi(5)Ni(3)Co(2)Fe(0,4)Na(0,2)Mg(0,4)B(0,2)K(0,1)Si(24)O(x) (la composición x de oxígeno es un valor determinado por el estado de oxidación de cada metal).
En este ejemplo, se usa un reactor multi-tubular similar al mostrado en la Figura 1.
Ilustrativamente, se usó un reactor multi-tubular que consiste en una carcasa de reactor (de 4.500 mm de diámetro interno) que tiene 10.000 tubos de reacción hechos de acero inoxidable, teniendo cada tubo de reacción una longitud de 3,5 metros y un diámetro interno de 27 mm. Los tubos de reacción no se disponen en la región de la parte de abertura circular central del tabique deflector con forma de disco perforado 6a que tiene una parte de abertura cerca de la parte central de la carcasa del reactor. Los tabiques deflectores se disponen de manera que el tabique deflector con forma de disco perforado 6a que tiene una parte de abertura cerca de la parte central de la carcasa del reactor y el tabique deflector con forma de disco perforado 6b situado para tener una parte abertura entre la parte periférica y la carcasa del reactor se convierte en los mismos intervalos de 6a-6b-6a, en ese orden, y la proporción de abertura de cada tabique es del 18%.
Una mezcla de sal fundida de nitratos (nitro) se usó como el medio térmico y se hizo circular suministrando desde una parte inferior del reactor y descargando desde una parte superior del reactor.
Una parte de este medio térmico se descargó desde una de la línea de suministro de medio térmico 8b, se refrigeró mediante un cambiador de calor que tiene la estructura mostrada en la Figura 5 y después se devolvió a la otra línea de suministro de medio térmico 8a (cf. Figura 3). La cantidad descargada se ajustó mediante la válvula de control (21 de la Figura 3, los detalles se muestran en la Figura 5) equipada en un sistema de la línea de suministro del medio térmico (8b-cambiador de calor-8a). La temperatura del medio térmico a suministrar al reactor se ajustó con esto y esta temperatura se midió con el termómetro (15 de la Figura 1).
La válvula de control 21 es una válvula en la que se usa una envuelta de mica (una mica disponible en el mercado) en el prensaestopas y que está cubierta, incluyendo el prensaestopas, con una camisa de vapor y ajustado de manera que tiene un valor de [fuerza friccional de deslizamiento entre la parte del cuerpo y un vástago inter-ajustado con la misma]/[fuerza de generación máxima del accionador] de 0,2 o menor en el estado de un fluido que no fluye.
Al iniciarse el funcionamiento, se verificó el estado operativo de la válvula y se confirmó su control a intervalos del 1%. Como el catalizador a cargar en cada tubo de reacción, se usó el catalizador de la primera parte mencionado anteriormente después de ajustar su actividad catalítica mezclándolo con bolas hechas de sílice que tenían un diámetro de 5 mm y que no tenían actividad catalítica y cargado desde la entrada del tubo de reacción, de manera que la proporción de actividad catalítica pasó a ser de 0,5, 0,7 y 1.
La materia prima gaseosa se suministró desde la parte superior del reactor en el sistema de contra-flujo con el medio térmico y la materia prima gaseosa que consistía en una concentración del 9% en moles de propileno, una concentración del 1,9% en moles de oxígeno molecular, una concentración del 9% en moles de agua y una concentración del 80,1% en moles de nitrógeno se suministró a una velocidad de 12.300 Nm^{3}/h a una presión manométrica de
75 kPa (kilopascales). La distribución de temperatura en el tubo de reacción se midió insertando un termómetro que tenía 10 puntos de medida en la dirección del eje del tubo.
Cuando esto se hizo funcionar durante 1 semana ajustando la temperatura de entrada del medio térmico a 335ºC, la primera capa de catalizador mostraba el mayor pico de temperatura de reacción a 395ºC, la proporción de conversión de propileno era del 97% y el rendimiento total de acroleína y ácido acrílico era del 92%. Como la temperatura de reacción, se usó la temperatura del nitro a suministrar al reactor. La diferencia de temperatura entre la entrada y la salida del nitro era de 3ºC.
El nitro se suministró al cambiador de calor a través de la válvula de control mencionada anteriormente para ajustar la temperatura, se enfrió y después se devolvió al sistema de reacción desde 8a.
La válvula de control para ajustar la temperatura siguió funcionando de forma segura durante 1 año.
Ejemplo Comparativo 1
La operación se realizó por el mismo método del Ejemplo 1 usando la válvula de control usada en el Ejemplo 1 que tenía la misma forma y mecanismo operativo excepto que el material de envuelta del prensaestopas era carbono tipo grafito y el valor de [fuerza friccional de deslizamiento entre la parte del cuerpo y un vástago inter-ajustado con la misma]/[fuerza de generación máxima del accionador] se cambió a 0,4 en el estado de un fluido que no fluye. Un fallo operativo ocurrió 2 meses después del comienzo de la operación y la operación se detuvo debido a la dificultad para ajustar la temperatura del nitro.
Ejemplo 2
La operación se realizó de la misma manera que en el Ejemplo 1 excepto que la válvula se cambió de manera que la fuerza friccional de deslizamiento por el prensaestopas/generación máxima del accionador se hizo de 0,06 en el estado de un fluido que no fluye. Se usó la misma mica del Ejemplo 1 en el material de sellado de la válvula de control.
Como el funcionamiento de esta válvula de control era notablemente suave, el control de temperatura se realizó también con precisión, de manera que pudo realizar un funcionamiento continuo durante 1 año.
Aunque la invención se ha descrito en detalle y con referencia a realizaciones específicas de la misma, resultará evidente para un especialista en la técnica que pueden hacerse diversos cambios y modificaciones a la misma sin alejarse del espíritu y alcance de la misma.
Esta solicitud se basa en la solicitud de patente japonesa presentada el 19 de mayo de 2004 (Solicitud de Patente Japonesa Nº 2004-148875).

Claims (5)

1. Un método para producir (met)acroleína o ácido (met)acrílico realizando la reacción de oxidación catalítica en fase gas de propano, propileno, isobutileno o (met)acroleína con un gas que contiene oxígeno usando una sal inorgánica como un medio térmico para ajustar la temperatura de reacción, caracterizado por que el material de un miembro de envuelta de prensaestopas que sella la parte del cuerpo de una válvula reguladora dispuesta en un suministrador de medio térmico y de control de suministro y de la velocidad de circulación del medio térmico y un eje de rotación que inter-ajusta con dicha parte de cuerpo de manera que puedan deslizarse entre sí es un material basado en mica.
2. El método para producir (met)acroleína o ácido (met)acrílico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la parte de prensaestopas de dicha válvula reguladora tiene una estructura que tiene una camisa calefactora.
3. El método para producir (met)acroleína o ácido (met)acrílico de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que el accionador de dicha válvula reguladora tiene un valor de [fuerza friccional de deslizamiento entre la parte del cuerpo y un vástago inter-ajustado con la misma]/[fuerza de generación máxima del accionador] de 0,2 o menor en el estado de un fluido que no fluye.
4. El método para producir (met)acroleína o ácido (met)acrílico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha sal inorgánica es una mezcla de nitrato que consiste en un 53% en masa de KNO_{3} (nitrato potásico), un 40% en masa de NaNO_{2} (nitrito sódico) y un 7% en masa de NaNO_{3} (nitrato sódico).
5. Un aparato de producción de (met)acroleína o ácido (met)acrílico caracterizado por que se usa en el método de producción descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.
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