TW541206B - Apparatus and process for oxidation reactions - Google Patents
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Description
541206 A7
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明一般係有關用於使含分子氧之氣體引入含用於 非均質氣相反應之固體催化劑之反含應器内之裝置,及其 間使含分子氧之氣體被引入含用於非均質氣相反應之固體 催化劑之反含應器内之方法。 涉及含分子氧氣體及非均質氣相反應之固體催化劑之 反應恭及於其方法之使用係已知。 涉及含分子氧氣體及非均質氣相反應之固體催化劑之 反應為及於其方法之使用亦係已知。 例如,EP-A-0685449號案揭示一種於流體床反應器内 製備乙酸乙烯酯之方法,其包含經一或多者之入口使乙烯 及乙酸供應於流體床反應器内,經至少一另外之入口使含 氧氣體供應於流體床反應器内,於流體床反應器内共同結 合含氧氣體、乙烯及乙酸,且同時與流體床催化劑材料接 觸,以使乙烯、乙酸及氧反應而產生乙酸乙烯酯,及自流 體床反應器回收乙酸乙烯酯。依據EP-A_〇685449號案,氧 可以純的形式或與惰性物(諸如,氮或二氧化碳)而成之混 合物被添加。因氧及烴至其皆於反應器内之前係未被混 a,催化劑係於其會面時存在,且反應立即進行,造成氧 为壓下降。因此,除乙烯及乙酸反應物外之經至少一另外 入口使含氧氣體供應至反應器之優點係其能使顯著較高含 董之氧被安全地使用而無高存貨量之可燃性氣體混合物。 再者,EP-A-0546677號案揭示一種於流體化床反應區 域内使乙烷氧化成乙酸之方法。於EP-A_〇546677號案中例 示之範例中,乙烷係與含有水、C〇、C〇2、〇2、乙烯及乙 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2]〇
(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -衣--------tr---------. 297公釐) 4 541206
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、元之循,且混合流體被供應至流體床反應器。 含分子氧之流體及水蒸氣被個㈣人越床反應ϋ内。熱 氧化產物自反應器頂部離開。 WO 01/03823 f# , 观茶(其係於本申請案優先權日之後公 告)係有關用於使氧注射於流體床反應器内之喷霧器,其包 含用以導引氧供料之導管,連接至導管之喷嘴,其係用以 使氧供料自導管通過而至喷霧器外侧,該喷嘴包含喷孔及 套筒’及絕緣㈣(諸如m緣材料),其係圍繞導管 且亦圍繞套管之其實質上全部長度。此裝置可被用於經丙 烷氨氧化反應生產丙烯腈。 涉及含分子IL氣體之非均f氣相反應之流體床反應器 之使用能使含分子氧氣體内之高濃度氧被使用。此一高濃 度氧可能存有安全性之危險,例如,供料f破裂,特別是 於反應器内。 用以使含分子氧之氣體安全引入含有用於非均質氣相 反應之催化劑之反應器内之裝置之需求不&限於體床反應 器,此含分子氧之氣體亦可被引入固定床反應器。因此, 亦具有用於使含分子氧氣體安全引人含非均質氣相反應固 體催化劑之反應器内之裝置之需求。 依據本發明,其係提供一種用於包含非均質氣相反應 之固體催化劑之反應器,於反應器内係延伸至少一用於含 分子氧之氣體之入口管,其間,該入口管具有用以藉由惰 性〉’IL體圍繞该反應益内之該嘗件之絕大部份之裝置。 依據本發明,其亦提供一種於其間含分子氧之氣體被 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2]ϋ X 297公釐) ------,----Γ — 衣--------訂--------- iw. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 541206 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
五、發明說明( 引入含非均質氣相反應之固體催化劑之反應器内之方法, 其間,该含分子氧之氣體係經由融少一延伸於該反應器内 之官件引入該反應器内,該入口管件具有以惰性流體圍繞 該反應器内之該管件之絕大部份之裝置。 於本發明之較佳具體例中,入口管件進一步具有用以 抑制火焰、試劑、產物、催化劑或其混合物自反應器進入 入口管件之裝置。 本發明提供對至少一用於含分子氧之氣體之入口管件 之而求之解決方式,其具有用於藉由惰性流體圍繞該反應 态内之該管件之絕大部份之裝置,且亦選擇性地具有用以 抑制火焰、試劑、產物、催化劑或其混合物自反應器進入 入口管件之裝置。 惰性係指該惰性流體係實質上能抵抗與含分子氧之氣 體及/或反應為内之其它反應物之反應。典型上,反應器内 之入口笞件之至少8 5 %係藉由用於以惰性流體圍繞管件之 裝置而圍繞。 圍繞该反應器内之至少一入口管件之絕大部份之惰性 流體可包含惰性氣體,例如,選自氮、二氧化碳、氦、氬、 氖、氪及其混合物。小量之氧亦可存在於惰性流體内,只 要其不存有任何危險性。 用於藉由惰性流體圍繞反應器内之入口管件之絕大部 份之裝置可包含其它圍繞反應器内之用於含分子氧之氣體 之一或多者之入口管件之絕大部份及提供惰性流體之供應 之外管件。此外管件亦可具有對入口管件提供結構支撐之 本紙張尺度翻巾目,鮮(CNS)A4規格⑵g χ 297 ) 541206 Λ7
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優點’其因此可更小且亦具有降低之含分子氧之氣體存貨 里此改良安全性。進一步優點係外管件亦可對含分子氧 之氣體之人口管件提供絕熱性,因此,降低反應器内試劑 於入口官件上冷凝之可能性。外管件可於入口管件呈同圓 〜,或可為能圍繞一或多者之入口管件之絕大部份之任何 適當形狀。較佳地,入口管件僅以超過用以藉由惰性流體 圍繞入口管件之裝置之其小量長度延伸於反應器内,例 如,僅足以達成適當焊接接合者。 用以允許入口管件之差式膨脹之裝置及用於藉由惰性 流體圍繞該管件之裝置可被提供。此等差式膨脹裝置可包 含入口管件内之彎曲物件及/或豬尾形導器。 較佳地,圍繞反應器内之入口管件之部份之惰性流體 係於不同於人Π管件内之含分子氧之氣體者之壓力。於此 情況中,若入口管件破裂及/或外漏,其可藉由檢測自圍繞 入嘗件之‘丨月性流體進出之氣體流而檢測之。因此,若惰 性流體係於比含分子氧之氣體更高之壓力,於入口管件破 裂或外漏之情況,惰性流體之壓力降可被檢測(若惰性流體 係自受限制或密封之來源供應)及/或例如於反應器氣體流 出物内之惰性流體之存在可被檢測。此一較高壓力亦可降 低含氧氣體外漏而進入惰性氣體供應内(其具有高存貨 里,且亦可能存有危險性)。再者,使用比含氧氣體之壓力 更高壓力之惰性流體係指若管件破裂,惰性流體之外逸稀 釋含氧氣體且改良安全性。相反地,若惰性流體係於比含 分子氧之氣體更低之壓力,入口管件之破裂或外漏可藉由 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格⑵G χ挪公爱) .— — --------t--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 7 541206 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ' -----~~--------- 五、發明說明(5 ) 惰性流體壓力上升(若惰性流體係自密封來源供應)及/或 藉由圍繞入口管件之惰性流體内之含分子氧之氣體之檢測 而檢測之。圍繞入口管件之惰性流體可被密封,如此,入 口管件之破裂或外漏可藉由惰性流體之壓力變化檢測之。 另外,有限之惰性流體供應可被提供,其係足以補充小量 外漏,但於主要故障時係不充分,其能藉由惰性流體之壓 力降檢測。 因此,反應裔可進一步包含下述之一或多者··(a)用以 檢測圍繞該入口管件之該惰性流體之壓力變化之裝置,(b) 用以檢測自該反應器之氣體流出物内之惰性流體之存在之 裝置,及(C)用以檢測圍繞該入口管件之該惰性流體内之含 刀子氧之氣體之裝置。此專檢測器裝置之一或多者可操作 結合至於不安全狀態發生時用以自動關閉含氧氣體供應之 裝置-例如,於多於特定數量之入口喷嘴被阻塞及/或圍繞 入口管件之惰性流體喪失時。 適當地,入口管件内之含分子氧之氣體之存在係於1〇() kPa至10 MPa之範圍。適當地,實質上圍繞入口管件之惰 性流體與含分子氧之氣體間之壓力差係於1 kPa至1〇 MPa 之範圍。較佳地,惰性流體係於大於含分子氧之氣體之壓 力之壓力。 用以抑制火焰、試劑、產物、催化劑或其混合物自反 應器進入入口管件之裝置可包含以比反應器内之壓力更高 之壓力提供含分子氧之氣體進入入口管件,以避免回流, 其可能造成爆炸。入口管件内之氣體壓力可高到足以避免 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) . · — — --------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 541206 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ7 B7 五、發明說明(6 ) 進入,即使於鄰近入口管件之反應器内之含氧汽泡曝炸之 情況。 用以抑制火焰、試劑、產物、催化劑或其混合物自反 應器進入入口管件之裝置可包含對反應器内之入口管件之 出口提供限制’例如,包含一或多者之喷孔。此限制可降 低或避免火焰、試劑、產物及催化劑回流,特別是於流體 床反應器中使用時。此限制可提供用以抑制進入之適當逆 向壓力,並提供不會導致催化劑受損之出口氣體速率。此 限制(諸如,一或多者之喷孔)較佳係位於距反應器内之入 口官件之出口充分距離,以提供自入口管件之均勻流出。 另方面,此限制(諸如,一或多者之喷孔)較佳係位於接 近反應器内之入口管件之出口,如此,可能之爆炸可被避 免。作為適當折衷,此限制(諸如,一或多者之喷孔)較佳 係位於距入口管件端部之4至5個管件直徑處。此限制(諸 如,一或多者之喷孔)較佳係位於以用於藉由惰性流體圍繞 入口官件之裝置所圍繞之入口管件區域内。因此,例如, 圍繞入口管件之惰性流體之壓力降可被用以檢測入口管件 回至此限制之燃燒。 多於一者之入口管件可於本發明反應器内提供。較佳 地,此等需被配置以使含氣氣體均勻分佈於反應器截面。 入口需被置放於足夠遠以使火焰增生不會於其間發生。較 佳地,入口間之距離係明顯超過可能之火焰長度。此可能 之火焰長度係藉由諸如入口管件直徑及入口氣體速率等因 素而決定。入口需被配置且入口壓力及速率被選擇,以使 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 297公釐) . ^ — — 衣--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 9 541206
含/刀子乳之氣體係於入口區域内分散及混合。入口之配置 不應太接近反應器壁,例如,避免差的氣體分佈,及於具 震”爆炸之不令人喜歡之情況之安全性。入口之配 置而使S刀子氧之氣體不會直接衝擊表面或反應器内之其 它結構(諸如,其它反應劑之入口)。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 吕件之含分子氧之氣體可自普通來源提供,諸 如/、低存貝里及選擇性提供關閉期間之安全放氣之普通 端^含分子氧之氣敍其它氣體可藉由非依據本發明之 二匕入口引入反應器,例如,作為循環氣體及/或混合供料 氣體之組份。本發日狀-優點係其提供-種引人含分子氧 之氣體(其具有高氧濃度)之安全裝置。 用於本發明之適當之含分子氧之氣體包含空氣、富氧 之空氣及具小量雜質(諸如,4、二氧化碳、氬等)之氧氣 體。雜質濃度較佳係不大於0.4體積%。含分子氧之氣體内 之氧濃度適當者係大於積%之範圍,較佳係跑100 體積%之範圍。 入:管件被用以操作連接至含分子氧之氣體之供應。 含分子氧之氣體之供應可經由一或多者之流動限制裝置提 供’例如’―或多者之喷孔,其係、限制含分子氧之氣體流 至入口管件。此具有於反應器内之入口管件顯著受損及/ 或其它入口被阻塞之情況時限制流動之優點。 於流體床反應器中,至少一入口管件較佳係被配置使 含分子氧之氣體被直接引入流體化床,而非於其下。較佳 地,入口係於床内指向下,其具有當床未操作時降低固體 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公餐)
I. . r 丨衣 訂--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 10
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 541206 五、發明說明(8 ) 進入之優點。 季父佳地,反應器係流體床反應器。流體床反應器因含 分子氧之氣體個別自其它反應物引入之優點。本發明之一 優點係其於含分子氧之氣體被直接引入流體床反應器之流 體床催化劑時提供改良之安全性。 用於本發明之適當方法,特別是流體床方法,係包含 I (a)烯烴之乙氧化反應,例如,乙烯、乙酸及氧之反應而產 生乙酸乙烯酯,(b)乙烯氧化成乙酸及/或乙烷氧化成乙烯 及/或乙酸,(C)丙烯、丙烷或其混合物氨氧化成丙烯腈及 (d)C4氧化成馬來酸肝。 圖示簡要說明 本發明現將藉由範例及參考附圖而例示說明,其中, 第1圖係以示意形式表示依據本發明之流體床反應器之截 面圖,且第2圖係以示意形式表示依據本發明之入口管件之 三種設計之截面圖。 參考第1圖,流體床反應(諸如,乙烯之乙氧化反應成 乙&L乙稀S曰)之反應器1於使用中係含有流體化催化劑床 2(支撐於矽石撐體上之鈀/金催化劑),其係支撐於適當格 柵4上。反應器1設有至少一供含分子氧之氣體之入口管件 10。流體床反應器1亦設有冷卻線圈5及經由入口 6之包含循 環氣體、乙烯反應物及選擇性之氡反應物之流體化氣體之 供應。乙酸反應物之供應亦經由入口 7提供。冷卻線圈5可 被用於在起始時使反應器加熱’其係藉由熱流體供應而提 供。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) '----- -11 -
丨丨!%^ (請先閲讀背面之江意事須#填寫本頁) 541206 五、發明說明(9 ) 每-入口管件H)係於一端部處連接至低存貨量之一般 端箱1卜其依序被連接至含分子氧之氣體之供應12及選擇 ,之關閉安全放氣(未示出)。每_人口 f件係延伸於反應 為内,且反應器内之入口管件之絕大部份係藉由外管件3 圍繞,其係連接至惰性氣體(諸如,氮)之供應14。使用中, 入&件10内之含分子氧之氣體之塵力係大於反應器工内 之I力且外f件3内之惰性氣體壓力係於大於入口管件1 〇 内之含分子氧之氣體者之壓力。惰性氣體之供應係設有用 以檢測於入口管件10外漏或破裂時之壓力變化之裝置15。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第2圖係以示意截面圖顯示三種依據本發明及如第玉圖 所示之入口管件之設計。反應器丨内之每一入口管件之絕大 口P伤係藉由連接至惰性氣體(諸如,氮)供應之外管件3所圍 繞。每一入口管件3係設有用以限制含分子氧之氣體之供應 之喷孔板20,及接近其出口且用以降低或避免火焰、試劑、 產物及流體床催化劑進入之喷孔板21。適當地,喷孔板係 具有多於一個之喷孔,例如,呈三角間距之3個喷孔,且提 供充分之逆向壓力以抑制火焰、試劑、產物及流體床催化 劑進入,但出口之氣體線性速率係不會導致流體床催化劑 之過度消耗。於一設計(第2a圖)中,入口管件10係僅以一 短距離自外管件3呈同圓心延伸。於第二設計(第2b圖)中, 入口管件10係僅以短距離自外管件3徑向延伸。多於一個之 入口管件可藉由一般之外管件圍繞,如第2c圖所示者。 第1及2圖之裝置可被用於涉及使用含分子氧之氣體之 方法,諸如,用以製備乙酸乙烯酯之乙烯之乙氧化反應。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2〗0 X 297公釐) 12 541206 A7 B7 五、發明説明(11) 元件標號對照 1 反應器 10 入口管件 2 流體化催化劑床 11 端箱 3 外管件 12 含分子氧之氣體之供應 4 格概 14 惰性氣體之供應 5 冷卻線圈 15 檢測壓力變化之裝置 6?7 入口 20,21 喷孔板 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 14
Claims (1)
- A8第90114268號專利申請案申請專利範圍修正本91年12月2〇曰 1· 一種用於包含非均質氣相反應之固體催化劑之反應 器,於該反應器内係延伸至少一含分子氧之氣體之入口 官件,其中,該入口管件具有用於以惰性流體圍繞該反 應器内之該管件之絕大部份之裝置。 2·如申请專利範圍第1項之反應器,其中該反應器内之該 管件之至少85%係藉由該圍繞裝置圍繞。 3·如申请專利範圍第1項之反應器,其中該惰性流體包含 惰性氣體。 4·如申睛專利範圍第3項之反應器,其中該惰性氣體係選 自氮、一氧化碳、氦、氬、氖、氪及其混合物。 訂 5·如申凊專利範圍第丨項之反應器,其中該藉由惰性流體 圍繞該反應器内之該入口管件之絕大部份之裝置係包 含圍繞該反應器内之一或多者之含分子氧之氣體入口 官件之絕大部份且被提供惰性流體供應之外管件。6·如申請專利範圍第5項之反應器,其進一步包含用以允 許該入口管件及用以藉由惰性流體圍繞該管件之裝置 之差式膨脹之裝置。 7.如申請專利範圍第1項之反應器,其進一步包含用以檢 測圍繞該入口管件之該惰性流體之壓力變化之裝置。 8·如申請專利範圍第1項之反應器,其進一步包含用以檢 /則自5亥反應器之氣態流出物之存在之農置。 9·如申請專利範圍第1項之反應器,其進一步包含用以檢 測圍繞該入口管件之該惰性流體内之含分子氧之氣體14之裝置。 1〇.如申請專利範圍第1項之反應器,其中該入口管件進一 步具有用以抑制火焰、試劑、產物、催化劑或其混合物 自該反應器進入該入口管件之裝置。 11. 如申請專利範圍第10項之反應器,其中該抑制進入之裝 置包含用以於比該反應器内之壓力更高之壓力於該入 口管件内提供含分子氧之氣體之裝置。 12. 如申請專利範圍第10項之反應器,其中該抑制進入之裝 置包含對該入口管件之出口之限制。 13·如申請專利範圍第12項之反應器,其中該限制包含一或 多個噴孔。 14·如申請專利範圍第12項之反應器,其中該限制係位於距 該反應器内之該入口管件之該出口 一距離,而使可能之 爆炸被避免。 15.如申請專利範圍第12項之反應器,其中該限制係位於距 該入口管件端部處4至5個管件直徑。 16·如申請專利範圍第12項之反應器,其中該限制係位於藉 由該用以藉由該惰性流體圍繞該入口管件之裝置所圍 繞之該入口管件之區域内。 17·如申請專利範圍第1項之反應器,其具有多於一個之入 口管件。 18·如申請專利範圍第17項之反應器,其中 次寻入口間之距 離係明顯地超過該可能之火焰長度。 19.如申請專利範圍第17項之反應器,其中該入口管件之該15 I 541206 A8 B8 C8 ― "1 六、申請專利細 '— - 含分子氧之氣體係自具低存貨量之—般端箱提供, 擇性係於關閉期間藉由安全編提#。 、 20.如申請專利範圍第!項之反應器,其中該入口管件被用 於可操作地連接至經由一或多者之流動限制裝置所提 供之含分子氧之氣體之供應,該流動限制裝置係限制該 含分子氧之氣體流至該入口管件。 21·如申請專利範圍第!項之反應器,其中該反應器係流體 床反應器。 22·如申請專利範圍第丨項之反應器,其係用於選自於烯烴 之乙氧化反應、用以製備乙酸乙烯酯之乙烯、乙酸及氧 之反應、乙烯氧化成乙酸之反應、乙烷氧化成乙烯及/ 或乙酸之反應、丙烯、丙烷或其混合物氨氧化成丙烯腈 之反應及CU氧化成馬來酸酐之反應所構成之組群之方 法。 23· —種其間含分子氧之氣體被引入含有非均質氣相反應 之固體催化劑之反應器内之方法,其中該含分子氧之氣 體係經由至少一延伸於該反應器内之入口管件引入該 反應器内’該入口管件具有藉由惰性流體圍繞該反應器 内之該管件之絕大部份之裝置。 24·如申請專利範圍第23項之方法,其中該反應器内之該管 件之至少85%係藉由該惰性流體圍繞。 25·如申請專利範圍第23項之方法,其中該惰性流體包含惰 性氣體。 26·如申請專利範圍第25項之方法,其中該惰性氣體係選自 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)裝 訂16 ^41206氣 λ _ a- 、、二氧化碳、氦、氬、氖、氪及其混合物。 2 7 •如申請專利範圍第23項之方法,其中該反應器包含如申 請第5項之反應器。 28 4t 由 jl • °甲請專利範圍第23項之方法,其中該反應器包含如申 請第6項之反應器。 Jj .如申請專利範圍第23項之方法,其中該反應器包含如申 請第7項之反應器。 30·如申請專利範圍第23項之方法,其中該反應器包含如申 請第8項之反應器。 3 L如申請專利範圍第23項之方法,其中該反應器包含如申 晴第9項之反應器。 32·如申請專利範圍第23項之方法,其中實質上圍繞該入口 官件之該惰性流體與該含分子氧之氣體間之壓力差係 於1 kPa至10 MPa之範圍。 33·如申請專利範圍第32項之方法,其中該惰性流體係於大 於該含分子氧之氣體者之壓力。 34·如申請專利範圍第23項之方法,其中該反應器包含如申 請第10項之反應器。 35·如申請專利範圍第23項之方法,其中該反應器包含如申 請第11項之反應器。 36.如申請專利範圍第23項之方法,其中該反應器包含如申 請第12項之反應器。 37·如申請專利範圍第23項之方法,其中該反應器包含如申 請第13項之反應器。 本^國家標準(CNS) A4規格⑵似挪公楚)装 訂178·如申請專利範圍第23項之方法,其中該反應器包含如申 請第14項之反應器。 39·如申請專利範圍第23項之方法,其中該反應器包含如申 請第15項之反應器。 40.如申請專利範圍第23項之方法,其中該反應器包含如申 請第16項之反應器。 4 L如申請專利範圍第23項之方法,其中該反應器包含如申 請第17項之反應器。 42·如申請專利範圍第23項之方法,其中該反應器包含如申 請第18項之反應器。 43 ·如申请專利範圍第23項之方法,其中該含分子氧之氣體 係自具低存貨量之一般端箱提供,且選擇性係於關閉期 間藉由安全排氣而提供。 44.如申請專利範圍第23項之方法,其中該含分子氧之氣體 係經由一或多者之流動限制裝置所提供,該流動限制裝 置係限制該含分子氧之氣體流至該入口管件。 45·如申請專利範圍第23項之方法,其中該反應器係流體床 反應器。 46.如申請專利範圍第23項之方法,其包含選自烯烴之乙氧 化反應、用以製備乙酸乙烯酯之乙烯、乙酸及氧之反 應、乙烯氧化成乙酸之反應、乙烷氧化成乙烯及/或乙 酸之反應、丙烯、丙烷或其混合物氨氧化成丙烯腈之反 應及C4氧化成馬來酸酐之反應之方法。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格( 21〇Χ297公爱) 18
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