TW201945073A - 用於控制反應器溫度的裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種可用於從進行一化學反應的一化學反應器之中移除熱或將熱引入至該化學反應器中的熱交換器系統。本發明進一步提供一種用於控制一反應器之溫度的裝置及一種用於執行一化學反應之方法，每種情況下都使用了包含一絕熱內管的一熱交換器系統。

Description

用於控制反應器溫度的裝置

本發明係關於用於控制反應器之溫度的裝置及用於執行化學反應之方法，在每一情況下使用包含絕熱內管之熱交換器系統。

熱交換器系統在化學工程技術中十分地熟知且當熱必須自反應器移除或引入反應器中時被使用。原則上，熱交換器系統可尤其用於放熱化學反應以便移除所形成的反應熱且因此具有冷卻效應。另一方面，替代地有可能熱交換器系統可尤其在吸熱反應之情況下利用，以將熱引入至反應器中以便可進行吸熱反應。在此情況下，熱交換器系統具有加熱效應。

在先前技術中，已被認為是適於使用呈管形式之熱交換器系統或如例如歐洲專利第EP 0 79 26 83 B1號中所揭示之殼管式系統。熱交換器系統典型地包含至少一個溫度控制指部，其由例如包含內管及外管之雙管組成且可經容許進入反應器。溫度控制指部之外管此處與環境（尤其反應介質）接觸。所要的熱傳遞因此經由外管發生。內管用以供應溫度控制介質，溫度控制介質之返回流接著在內管之外壁與外管之內壁之間的環形空隙中。熱接著經由外管自溫度控制介質傳遞至反應介質或自反應介質傳遞至溫度控制介質，且因此達成所要的效應（亦即加熱或冷卻效應）。

在工業中，除實際冷卻及/或加熱效應之外，在反應器中使用熱交換器系統亦具有儘可能好地防止反應器內之溫差發生的目的，以便化學反應可在反應器之每一部分中進行且可達成物質之最大轉換。

使用已知熱交換器系統之技術問題係供應溫度控制介質之位點與相對於熱交換區域具有最大熱釋放或最大熱需求的位點相隔較遠。自上方流入溫度控制指部之內管中的溫度控制介質藉由在相反方向上在外環形空隙中流動的經加熱或經冷卻溫度控制介質來預加熱或預冷卻。此係因為此等區藉由經由內管之熱傳導耦合。

當使用先前技術中已知之熱交換器系統時，因此可係較大溫差在待冷卻或待加熱之反應器內形成的情況，其效應係化學反應之良率及/或選擇性降低。另外，存在對負載之變化升高的敏感度。

由本發明解決的問題係提供一新穎熱交換器系統，在該新穎熱交換器系統情況下，前述缺點在該新穎熱交換器系統用以控制反應器中之化學反應的溫度時不出現。

在本發明下面之問題可藉由用於其中可在反應介質中進行放熱或吸熱反應的反應器之溫度控制（移除或供應熱至反應介質）的裝置（如請求項1所述）而解決，其中該裝置尤其包含熱交換器系統。根據本發明的裝置之熱交換器系統包含至少一個溫度控制指部，其經建構為一雙管並由一絕熱內管及一外管組成，溫度控制流體經由該絕熱內管被引入至雙管中，該外管與其溫度將被控制的介質（尤其反應介質）直接接觸，且其中溫度控制流體之返回流係在內管與外管之間的環形空隙中。

溫度控制指部雙管之內管的熱隔離效應係在引入至內管中的溫度控制流體與經冷卻或經加熱溫度控制流體經由環形空隙之返回流之間的熱傳遞經最小化或完全被防止。從而所達成的係熱傳遞幾乎完全在溫度控制流體與反應介質之間，且在流入與流出溫度控制流體之間不存在熱之部分的交換。由於溫度控制指部之下端通常安置於反應器中進行大部分化學反應的區域，所以亦可藉由使用熱交換器系統來達成的係溫度控制流體在反應器中之最暖或最冷點處（亦即在大部分化學反應發生之處）具有最大可能熱吸收能力（用於冷卻）或最大可能熱釋放能力（用於加熱），且並未已經藉由內管與外管之間的熱傳遞預加熱或預冷卻。

溫度控制指部的數目原則上可自由選擇且可匹配最終用途，尤其待冷卻或加熱的化學反應，及/或匹配使用之位點的組態，尤其反應器設計。

溫度控制指部雙管的絕熱內管之熱導率總計小於溫度控制指部雙管的外管之熱導率的五倍（較佳地十倍）係在根據本發明之裝置中的熱交換器系統之組態的特定特徵。內管及外管之熱傳導率的發明性差異可以不同方式達成。

與溫度控制指部雙管之外管或與組成外管之材料相比較，減小之熱導率可根據本發明藉由具有隔熱材料之單側或雙側塗層，藉由內管由隔熱固體材料（尤其塑膠）構造，或藉由將內管構造為雙管（其中密封空腔存在於內部雙管之兩個管壁之間）而建立。

溫度控制雙管之外管較佳地由熱傳導材料組成以便實現自反應介質或至反應介質的熱傳遞。組成外管的可能材料尤其係金屬材料，例如含碳及/或合金化鋼、鎳-銅、鎳、鎳-鉻-鐵、鋁及鋁合金、銅及銅合金、鈦及鋯。

內管之塗層可在內管之內壁及/或外壁上。在溫度控制指部雙管之內管之內壁及外壁上的雙側塗層存在的情況下，內塗層與外塗層亦可以鞘之方式經由內管壁之端面結合。塗層較佳地由塑膠及/或陶瓷組成。塑膠可尤其選自由以下各者組成的群組：聚胺基甲酸酯、橡膠、環氧樹脂、聚醯胺、聚酯（諸如聚對苯二甲酸伸乙酯）、聚醚、聚丙烯酸酯（諸如聚甲基丙烯酸甲酯）、聚吡咯、聚乙烯酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚烯烴（諸如聚乙烯及聚丙烯）及聚醯胺（諸如耐綸及聚氯乙烯）。陶瓷可尤其視情況選自由以下各者組成的群組：包含金屬或半金屬及非金屬元素或其混合物的結晶化合物，例如矽酸鹽基陶瓷（例如鋁矽酸鹽或高嶺土）、基於氧化鋁、氧化鈹、氧化鋯（IV）、氧化鈦（IV）、鈦酸鋁或鈦酸鋇之氧化陶瓷，或基於碳化矽、氮化矽、氮化硼、碳化硼、氮化鋁、二矽化鉬或碳化鎢之非氧化陶瓷。塗層材料應經選擇，使得內管之熱導率總計（內管及塗層）小於外管之熱導率。同時，有必要選擇一材料，該材料承受在熱交換器系統中佔優勢之（尤其溫度控制流體之）溫度，且該材料對溫度控制流體有耐化學性，充其量惰性。

另外，有可能滿足對於內管之熱導率的需求，因為內管完全由絕緣固體材料組成。同樣較佳地適於此用途的係塑膠及/或陶瓷。塑膠可尤其選自由以下各者組成的群組：聚胺基甲酸酯、橡膠、環氧樹脂、聚醯胺、聚酯（諸如聚對苯二甲酸伸乙酯）、聚醚、聚丙烯酸酯（諸如聚甲基丙烯酸甲酯）、聚吡咯、聚乙烯酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚烯烴（諸如聚乙烯及聚丙烯）及聚醯胺（諸如耐綸及聚氯乙烯）。陶瓷可尤其視情況選自由以下各者組成的群組：包含金屬或半金屬及非金屬元素或其混合物的結晶化合物，例如矽酸鹽基陶瓷（例如鋁矽酸鹽或高嶺土）、基於氧化鋁、氧化鈹、氧化鋯（IV）、氧化鈦（IV）、鈦酸鋁或鈦酸鋇之氧化陶瓷，或基於碳化矽、氮化矽、氮化硼、碳化硼、氮化鋁、二矽化鉬或碳化鎢之非氧化陶瓷。固體材料亦可為混合陶瓷/塑膠系統或藉由以充分比例將特定非熱傳導添加劑（例如，諸如玻璃棉之纖維材料或諸如玻璃珠之填料）添加至金屬材料而生產。所選擇之隔熱固體材料（溫度控制指部雙管之內管由其組成）應為一材料，該材料承受在熱交換器系統中佔優勢之（尤其溫度控制流體之）溫度，且該材料對溫度控制流體有耐化學性，充其量惰性。

一另外方式係內管組態為雙管，其中空腔經密封與環境隔絕。舉例而言，建構為雙管之內管可經生產，其中具有較大或較小直徑之管被拉過內管或插入至內管中，且已被拉過或插入之第二管例如藉由黏著性接合、按壓、螺紋連接或焊接而在上端及下端處接合至內管。替代地，經建構為雙管的內管亦可經由運用對應模板之澆鑄方法或射出成形方法而生產。此較佳地引起內管與第二管之間的均質環形空隙，此視情況保證額外間隔件。在彼情況下環形空隙對應於前述空腔。在一較佳具體實例中，此空腔可以隔熱氣體及/或隔熱材料填充。另一方面，空腔亦可為真空。

所使用之隔熱氣體（雙管之內管的空腔可運用該隔熱氣體填充）可為空氣、惰性氣體（例如氮氣或諸如氬氣、氪氣或氙氣之惰性氣體）、丁烷、三氯甲烷、1,1,2-三氯-1,1,2-三氟乙烷、1,2-二氯-1,1,2,2-四氟乙烷、四氟乙烷、二氧化碳、二乙醚、異丁烷、戊烷、peroctafluorocyclobutane、丙烷、四氟化碳、三氯氟甲烷（CFC-11）或1,1-二氯-1-氟乙烷（HCFC-141b）。可引入至空腔中的合適之隔熱材料較佳地為如上文所定義之塑膠或另外例如聚合物泡沫劑（諸如PU泡沫劑或Styropor®），或聚合物球粒，及/或如上文所定義之陶瓷，及/或液體及/或有機天然產物，例如棉花及軟木。

根據本發明之熱交換器的絕熱內管較佳地具有≤ 0.5 W/mK （較佳地≤0.25 W/mK，更佳地≤0.1 W/mK）之熱導率。此係無關於已使用哪一類型之前述絕緣材料的情況。

用於根據本發明之裝置之熱交換器系統的溫度控制流體可取決於最終用途及因此所需要之效應而選擇。所使用溫度控制流體可尤其為水、水溶液（尤其水性鹽溶液）、水基混合物（尤其具有一或多個醇）、Marlotherm®或熱油。

在一個尤其較佳具體實例中，用於控制反應器之溫度的裝置為用於冷卻反應器之裝置。在彼情況下，根據本發明之裝置的熱交換器系統為具有如上述組態之冷卻指的冷卻系統，其中內管被熱隔離。內管之熱隔離抑制了熱量自經加熱冷卻流體（對應於溫度控制流體）之返回流經由內管與外管之間的環形空隙傳遞至內管中之新進入的較冷冷卻流體的熱傳遞。

圖1展示根據本發明之裝置的熱交換器系統，其中溫度控制流體（1）經由饋送分配器（4）流入內管（2）並在內管（2）與外管（3）之間的環形空隙中再反向流至返回流收集器（5）。

根據本發明之裝置除上文所描述之熱交換器系統外亦包含含有熱交換器系統用來進行饋送的冷卻流體的循環容器、可用來調整溫度控制流體壓力之第一切斷配件、可用來監測及控制溫度控制流體之溫度的第二切斷配件，及用來將溫度控制流體在迴路內自循環容器導引至熱交換器系統且可用來建立溫度控制迴路中之溫度控制流體量的泵。

其中發生放熱或吸熱反應的反應器（亦即在其內存在反應介質）可為通常已知之反應器。反應器典型地具有反應物及視情況催化劑及/或溶劑可引入反應器中所經由的至少一個入口及反應產物及副產物可自反應器移除例如以供進一步處理或用於檢查所經由的至少一個出口。在本發明之一個較佳具體實例中，反應器可包含至少兩個溫度量測器件以便能夠量測內部反應器溫度或在不同點處的反應介質之溫度。較佳地，至少兩個溫度量測器件中之一者安置在反應器中之點處，在該點中在放熱反應之情況下，大多數反應熱被釋放或在該點中在吸熱反應之情況下，需要大多數（反應）熱，亦即反應器中大部分化學反應的發生地點。

圖2展示根據本發明之用於控制反應器（6）之溫度的說明性裝置，其中反應器（6）中之根據本發明之熱交換器系統包含至少兩個溫度量測器件（17、18）。溫度控制流體借助於泵（12）自循環容器（9）經由管道（7）導引至熱交換器系統並經由管道（8）返回至循環容器（9）。用於控制壓力之第一切斷配件（14）安裝於通向循環容器之管道（8）中。第二切斷配件（16）存在於循環容器之出口管道（11）中，蒸氣或液體可借助於該出口管道排出。新鮮溫度控制流體可經由管道（10）供應至循環容器。裝置可包含另外量測感測器（13、15），借助於該等量測感測器控制切斷配件。箭頭（19）說明來自反應器（6）之反應物/產物的流入及/或流出。

較佳地根據本發明，反應器為氣泡柱反應器、噴射環流反應器、固定床反應器或滴流床反應器。所有此等反應器類型在先前技術中充分描述且熟習此項技術者已知。較佳反應器類型為氣泡柱反應器，更佳地為級聯氣泡柱反應器，其具有至少一個內部尤其多孔板。舉例而言，在DE 21 57 737 A中揭示此級聯氣泡柱反應器。級聯氣泡柱反應器較佳地具有小於50、更佳地小於20個內部尤其多孔板。

用於根據本發明之用於控制反應器之溫度的裝置之溫度控制流體可取決於最終用途及因此所需要之效應而選擇。所使用溫度控制流體可尤其為水、水溶液（尤其水性鹽溶液）、水基混合物（尤其具有一或多個醇）、Marlotherm®或熱油。

根據本發明之熱交換器系統或熱交換器系統之溫度控制指部經容許進入反應器，使得熱交換器系統之外管與反應介質接觸且可顯示其冷卻或加熱效應。熱交換器系統可經容許藉由其至少一個溫度控制指部自頂部、底部或側面進入反應器中。熱交換器系統因此接合至反應器之基礎凸緣、頂部凸緣或側凸緣。

較佳使用其中熱交換器系統接合至頂部凸緣且溫度控制手指自上方引入至暫時中止之反應器中的構造。

反應介質可原則上呈單相或多相形式。單相或多相反應介質之存在取決於對應放熱或吸熱化學反應之環境及對應反應參數。可在反應器中進行的較佳放熱或吸熱反應為氫甲醯化、氣態單體之溶液聚合、有機化合物之選擇性氧化（例如用於生產羧酸）、C-C或C-X多重鍵之氫化（其中X=O或N）、費-托合成（若在漿體相中）、羰基化反應、氫氨甲基化反應、氫氰化、氫化、矽氫化、氧化、熱解、蒸汽重整、去氫化、脫水或寡聚化。亦可以想到烷氧基化或羥基化。

所使用的循環容器可為已知循環容器。前提條件係循環容器為對於溫度控制流體及主要溫度（化學上）穩定，充其量惰性。循環容器之大小應匹配溫度控制流體關於化學反應之所需要冷卻或加熱效應。循環容器包含溫度控制流體經導引至熱交換器系統所經由的至少一個出口及經導引穿過熱交換器系統之溫度控制流體返回至循環容器所經由的至少一個入口。另外，循環容器亦可具有添加新鮮溫度控制流體所經由的一另外入口及/或例如蒸氣可自循環容器釋放所經由的一另外出口。

可監測及控制溫度控制流體壓力所藉由的第一切斷配件尤其用來防止溫度控制指部或管道中之溫度控制流體自及至熱交換器系統的蒸發。根據本發明之第一切斷配件可為閥、閘閥、活栓或閥瓣；第一切斷配件較佳地為閥或閘閥，更佳地為閥。在一另外較佳具體實例中，根據反應器中之至少兩個溫度量測器件處之內部反應器溫度之間的溫度差（ΔT）控制溫度控制流體之壓力。為此目的，第一切斷配件可安置於超出熱交換器系統（之下游）的管線中。若對於在反應器中提及之位點處的至少兩個溫度量測器件處之溫度之間的溫度差，溫度控制流體壓力之調整係必要的（例如，在壓力大於或低於ΔT之預設限制的情況下），則第一切斷配件可另外打開以便降低壓力或另外閉合以便增大壓力。打開及閉合可人工地或自動地（尤其以電腦輔助方式）進行。

可監測及控制溫度控制流體之溫度（熱交換器系統中之入口溫度）所藉由的第二切斷配件用以調整溫度，可借助於調整溫度來調整藉由溫度控制流體吸收熱的能力。根據本發明之第二切斷配件可為閥、閘閥、活栓或閥瓣；第二切斷配件較佳地為閥或閘閥，更佳地為閥。在一另外較佳具體實例中，根據內部反應器溫度（較佳地反應器中大部分化學反應發生地點處的內部反應器溫度）控制溫度控制流體之溫度。為此目的，第二切斷配件可安置於循環容器之另外出口或另外出口管道中，舉例而言，蒸氣可經由另外出口或另外出口管道自循環容器釋放。若對於在所提及之位點處之溫度量測器件處的溫度量測值，溫度控制流體之入口溫度的調整係必要的，則第二切斷配件可打開以便例如自循環容器釋放蒸氣或加熱之溫度控制流體，或經閉合以便限制或完全阻止待釋放的流或經加熱溫度控制流體之量。打開及閉合可人工地或自動地（尤其以電腦輔助方式）進行。所釋放蒸氣或經加熱溫度控制流體可接著藉由添加新鮮溫度控制流體而替換。

圖2中之溫度量測器件已經任意選擇且其位置不應被視為限制性。亦有可能若在反應器中之其他點處的溫度量測器件有助於較佳反應方案，則使用此等溫度量測器件。

自循環容器導引迴路內之溫度控制流體至熱交換器系統且可建立溫度控制迴路中之溫度控制流體量所藉由的泵確保可根據需求調整溫度控制流體的量。根據本發明之用於控制反應器之溫度的裝置中之泵可為熟習此項技術者已知的能夠經由管道以足夠量在合適溫度窗中並運用足夠壓力泵吸溫度控制流體的泵。泵應係對於溫度控制流體在化學上穩定，充其量惰性。

在一個尤其較佳具體實例中，根據本發明之用於控制溫度的裝置可用於其中可進行或在反應介質中進行放熱反應的反應器之冷卻（亦即用於移除反應熱）。裝置可包含反應器、具有一或多個冷卻指及對應冷卻流體之前述熱交換器系統、含有熱交換器系統用來進行饋送的冷卻流體的循環容器、可用來調整冷卻流體壓力之第一切斷配件、可用來監測及控制冷卻流體之溫度的第二切斷配件，及用來將冷卻流體在迴路內自循環容器導引至熱交換器系統且可用來建立冷卻迴路中之冷卻流體量的泵。

反應器較佳地為氣泡柱反應器、噴射環流反應器、固定床反應器或滴流床反應器。較佳反應器類型為氣泡柱反應器，更佳地為級聯氣泡柱反應器，其具有至少一個內部尤其多孔板。級聯氣泡柱反應器較佳地具有小於50、更佳地小於20個內部尤其多孔板。

更佳地，所使用冷卻流體為水基冷卻流體，尤其水。較佳地根據本發明，存在經加壓水冷卻及無蒸發水冷卻。

蒸發冷卻為用於放熱反應冷卻的標準概念。此涉及饋送流體冷卻水至熱交換器中。在與反應介質接觸之壁處，水首先經加熱，所吸收的熱量取決於溫度差及冷卻水之熱容量。大體而言，為了蒸發冷卻，水在僅低於沸點溫度之溫度處被引入，且出於彼原因在吸收少量熱之後水便已經蒸發。然而，可能的熱吸收藉由在主要條件（溫度、壓力）下水之蒸發的焓所限制。水之沸點溫度可例如藉由循環容器中之壓力而調整。

在其中反應之大部分由於反應物之最高濃度繼續進行的反應器之部分中，必須被移除的反應之熱的大部分亦被釋放。在此區中典型地為溫度控制或冷卻指之下端。此區亦在總反應器之溫度控制中經受特定空位，此係由於在一些化學反應中（尤其在諸如氫甲醯化之均勻催化反應中）使用的催化劑可在過高溫度下經受熱分解。此等下部區域的最大溫度因此受到催化劑之分解溫度限制。大體而言，反應器溫度儘可能升高接近於最大容許溫度以用於催化劑穩定性，此係由於高溫促進反應速率及產品品質兩者。

此催化劑穩定性耦合溫度限制、待移除之熱量及熱交換器（用於冷卻）中之能量耦合介質供應及移除的效應係冷卻流體（尤其水）之溫度可在冷卻區域之整個區內保持恆定。在具有較少放熱性之反應器部分中，此溫度在不影響總製程的情況下不能經調整，意謂反應器之一個部分中的溫度在不影響整個反應器的情況下不能經調整。根據可用熱交換區域及操作參數建立的冷卻水之饋送溫度的效應係冷卻流體之溫度在熱交換器之整個長度上佔優勢。在其中由於反應物濃度已經藉由先前轉換減小而很少的熱被釋放的反應器之部分中（及/或可僅僅困難地轉換的反應物異構體存在於部分中的事實），熱交換區域與冷卻水溫度之間的比率現在係不利的。反應混合物可比將有益於高效反應器操作更顯著冷卻。因此，在藉由蒸發冷卻而冷卻的反應器中，在偏離等溫操作模式中，觀察到至多20 K或更大之沿反應器（反應介質之流入及流出）的溫差。在反應器之一部分中的較低溫度減緩反應速率，其在任何情況下較低，另外及在其頂部對產品品質具有不良影響。

經加壓水冷卻（其中液體之沸點藉由十分高的正壓抑制）原則上需要反應介質與冷卻水之間的溫度差較高，或必須有極大量的冷卻水通過熱交換器。其原因係在給定溫度下水蒸發之焓與水之比熱容之間的差，且出於彼原因，典型地在工業工廠中給予蒸發冷卻優先權。已發現，出人意料地，自蒸發冷卻切換至經加壓水冷卻可對化學反應（尤其氫甲醯化反應）之轉換效能具有額外正面影響。

經加壓水冷卻結合可如上文組態之熱隔離熱交換器的使用實現在整個反應器內的大致等溫操作模式。「大致等溫」應理解為意謂反應器中之最暖點與最冷點之間的溫度差至多為蒸發冷卻情況下的溫度差一半大，且尤其小於13 K，較佳地小於7.4 K，更佳地小於5 K。

本發明另外涉及用於在反應器中進行放熱化學反應的方法，其中反應熱係藉由如上文所定義之內部熱交換器系統移除，其中流經熱交換器系統的冷卻流體不沸騰且反應器中之最冷點與最暖點之間的溫度差小於13 K、較佳地小於7.4 K且更佳地小於5 K。

放熱化學反應較佳地為氫甲醯化。在氫甲醯化中，具有2至20個碳原子之烯烴較佳地與氫氣與一氧化碳之混合物（稱作合成氣體）反應以得到具有一個（更多）碳原子的醛。舉例而言，醛可藉由氫化轉換成醇。

在氫甲醯化中使用的催化劑可包括金屬化合物或具有作為可與不同配位子複合的中心原子之金屬的有機金屬複合物。優先權根據本發明給予運用Co、Rh、Ru、Ir、Pd或Fe催化劑的氫甲醯化，其中Rh、Ru、Ir、Pd或Fe原子更佳地具有配位子。

所使用的配位子可為有機磷化合物；非限制性實例為有機膦或有機亞磷酸酯。此催化劑系統可溶解於烯烴與溶解於其中之合成氣體的液體反應混合物中且因此較佳地為均質的。催化劑可與移除之反應混合物分隔，反應混合物典型地包含所形成之醛、副產物、未經轉化之反應物及溶解之催化劑或組分或其降解產物（亦即純金屬、自由配位子或退化金屬及配位子）。

尤其較佳的係具有作為中心原子之鈷或銠的催化劑系統，且銠可常常與有機磷配位子（諸如磷化氫、亞磷酸酯或亞磷醯胺化合物）複合。

由於尤其具有有機磷配位子之銠催化劑由於銠金屬之高市場價格而非常昂貴且常常為配位子之複合合成，所以工業中進行較大努力以儘可能長地維持催化劑之活性。催化活性複合物大體上經受取決於在反應期間及在含催化劑反應混合物之檢查期間兩者的壓力（詳言之部分一氧化碳壓力）及溫度的複合化學平衡。額外複雜因數係形成催化劑複合物之部分的有機磷配位子對狀態之變化非常敏感且有時快速地退化。由於配位子之分解產物不再能夠穩定有機金屬複合物或另外特別強地結合至金屬中心，所以成功催化反應所需要的敏感催化劑複合物平衡被擾亂。宏觀上講，此導致催化劑之失活。在最佳情況下，失活催化劑可僅僅以昂貴且不方便方式再活化。詳言之，由於被稱為特別活性配位子的有機亞磷酸酯在較高溫度下逐漸經受分解反應，所以在氫甲醯化之放熱化學反應期間的經控制溫度方案係必不可少的。

為移除自氫甲醯化釋放的反應熱，反應器裝備有如上文所定義之根據本發明的熱交換器或裝備有根據本發明之用於如上文所定義之溫度控制的裝置。

氫甲醯化為其中反應混合物較佳地由至少兩個相組成的反應。烯烴可作為液相引入反應器中或溶解於在反應器中或在反應器上游的有機溶劑中，此導致反應器中之液相。合成氣體典型地呈氣態形式引入反應器中。由於合成氣體必須與烯烴及同樣溶解於液相中之催化劑接觸以用於反應，所以合成氣體之組分溶解於液相中係必要的。由於自氣相至液相之質量傳遞受相界面之大小關鍵程度地影響，所以目的係達成氣體在液相中的最大分散。為了實現此，反應器較佳地為氣泡柱反應器或噴射環流反應器。較佳反應器類型為氣泡柱反應器，更佳地為級聯氣泡柱反應器，其具有至少一個內部尤其多孔板。級聯氣泡柱反應器較佳地具有小於50、更佳地小於20個內部尤其多孔板。

氫甲醯化可在10至400巴（較佳地15至250巴）之壓力下進行。氫甲醯化中之溫度可為70至250℃，較佳地100℃至200℃。

根據本發明給予用於具有2至20個碳原子之烯烴之氫甲醯化的裝置特定優先權，該裝置包含具有根據本發明之內部熱交換器的視情況級聯之氣泡柱反應器，該內部熱交換器具有經建構為包含內管及外管之雙管的至少一個冷卻指，其中內管如上文所定義經熱隔離以用於冷卻反應器或反應介質。冷卻流體較佳地為水。此外，根據本發明之用於烯烴之氫甲醯化的裝置具有循環容器、泵、可防止冷卻管中冷卻劑蒸發的第一切斷配件及可調節冷卻流體之入口溫度的第二切斷配件。在一特定具體實例中，冷卻水入口溫度借助於溫度量測器件根據內部反應器溫度之量測值經由循環容器之第二切斷配件控制。另外，在本發明的另一尤其較佳具體實例中，溫度控制流體之壓力根據反應器中之兩個溫度量測器件之間的溫度差（ΔT）經由第一切斷配件調節。

本發明之另外特徵及優點將參看隨附圖式自作為非限制性實例而給出的本發明之較佳實施方式的詳細描述變得更顯而易見，在隨附圖式中：

圖1展示根據本發明之裝置的熱交換器系統；

圖2展示根據本發明之用於控制反應器之溫度的說明性裝置。

Claims (14)

1. 一種用於控制一反應器之溫度的裝置，其中在該反應器中可在一反應介質中進行放熱或吸熱反應，其中該裝置包含：一反應器（6）；一熱交換器系統；一循環容器（9），其包含該熱交換器系統用來進行饋送之冷卻流體；第一切斷配件（14），溫度控制流體壓力可藉由該第一切斷配件來調整；第二切斷配件（16），溫度控制流體之溫度可藉由該第二切斷配件來監測及控制；及一泵（12），該溫度控制流體藉由該泵在迴路內自該循環容器（9）導引至該熱交換器系統，且可藉由該泵調整溫度控制迴路中之溫度控制流體量， 其中該熱交換器系統包含至少一個溫度控制指部，其中該溫度控制指部為由一內管（2）及一外管（3）組成的一雙管，溫度控制流體（1）係經由該內管（2）而被引入至該雙管中，該外管（3）與其溫度將被控制的一介質直接接觸，且其中該溫度控制流體（1）之返回流係在該內管（2）與該外管（3）之間的環形空隙中，其特徵在於，該雙管之該內管（2）經熱隔離，且 其中該熱交換器系統經容許進入該反應器（6），使得該溫度控制指部之該（等）外管與該反應介質接觸。
2. 如請求項1所述之用於控制一反應器之溫度的裝置，其中該熱交換器之該雙管的該內管（2）係藉由具有一隔熱材料，尤其一塑膠及/或一陶瓷之單側或雙側塗層而形成，藉由經由一隔熱固體材料，尤其一塑膠及/或一陶瓷構造該內管而形成，或藉由將該內管構造為一雙管而形成，其中一密封空腔存在於該內部雙管之兩個管壁之間。
3. 如請求項2所述之用於控制一反應器之溫度的裝置，其中該熱交換器之該內部雙管之該兩個管壁之間的該空腔已用一隔熱氣體及/或一隔熱材料填充或在該空腔中存在一真空。
4. 如請求項1至3中任一項所述之用於控制一反應器之溫度的裝置，其中該裝置包含用於量測該內部反應器溫度之至少兩個溫度量測器件（17、18）。
5. 如請求項1至4中任一項所述之用於控制一反應器之溫度的裝置，其中該溫度控制流體之溫度係根據一內部反應器溫度，較佳地根據該反應器中大部分化學反應發生地點處的該內部反應器溫度來控制。
6. 如請求項1至5中任一項所述之用於控制一反應器之溫度的裝置，其中該溫度控制流體之壓力係根據該反應器中之該至少兩個溫度量測器件（17、18）處的該等內部反應器溫度之間的一溫度差（ΔT）來控制。
7. 如請求項1至6中任一項所述之用於控制一反應器之溫度的裝置，其中所使用之該冷卻流體為水；一水溶液，尤其一水性鹽溶液；一水基混合物，尤其具有一或多個醇；Marlotherm®或一熱油。
8. 如請求項1至7中任一項所述之用於控制一反應器之溫度的裝置，其中該反應器為一氣泡柱反應器、一噴射環流反應器、一固定床反應器或一滴流床反應器。
9. 如請求項1至8中任一項所述之用於控制一反應器之溫度的裝置，其中該放熱反應為一氫甲醯化、氣態單體之一溶液聚合、例如用於生產羧酸的有機化合物之一選擇性氧化、C-C或C-X多重鍵之一氫化，其中X = O或N、一費-托合成，若在漿體相中、一羰基化反應、一氫氨甲基化反應、一氫氰化、一氫化、一矽氫化、一氧化、一熱解、一蒸汽重整、一去氫化、一脫水或一寡聚化。
10. 如請求項1至9中任一項所述之用於控制一反應器之溫度的裝置，其中該熱交換器系統自底部、頂部或側面導引至該反應器中，且相應地接合至該反應器之基礎凸緣、頂部凸緣或側凸緣，且較佳地自頂部導引至該反應器中並接合至該頂部凸緣。
11. 一種將如請求項1至10中任一項所述之用於控制一反應器之溫度的裝置用於冷卻一反應器的用途，在該反應器中可進行一放熱反應。
12. 一種用於在一反應器中進行放熱化學反應的方法，其中反應熱係藉由如請求項1至10中任一項所述之用於控制一反應器之溫度的裝置移除，其中流經該熱交換器系統之該冷卻流體不沸騰且該反應器中之最冷點與最暖點之間的溫度差小於13 K。
13. 如請求項12所述之方法，其中該放熱化學反應為運用Co、Rh、Ru、Ir、Pd或Fe催化劑的一氫甲醯化。
14. 如請求項13所述之方法，其中該反應器（在該反應執行時）中之該最冷點與最暖點之間的該溫度差小於13 K，較佳地小於7.4 K且更佳地小於5 K。