用于制備酸酐的方法技術

通過使氣體進料流與特定催化劑接觸而制備酸酐的方法，所述方法在具有入口和出口的管式反應器中進行，所述出口位于所述入口的下游，所述反應器包括一個或多個管和與所述管接觸的冷卻介質(zhì)，所述管具有位于其中的一個或多個用于特定催化劑的載體；其中所述催化劑載體包括：用于在使用中容納催化劑的環(huán)形容器，所述容器具有界定管的穿孔內(nèi)壁、穿孔外壁、閉合所述環(huán)形容器的頂表面，以及閉合所述環(huán)形容器的底表面；閉合所述管底部的表面，所述管由所述環(huán)形容器的內(nèi)壁形成；裙緣，其從所述環(huán)形容器的穿孔外壁由位于或鄰近所述容器底表面的位置向上延伸至低于密封墊位置的位置；以及密封墊，其位于或鄰近所述頂表面并從所述容器延伸一定距離，其延伸超過所述裙緣的外表面；所述方法包括：(a)引導所述氣體反應物經(jīng)過入口；(b)使所述反應物向下經(jīng)過所述至少一個管到達所述催化劑載體或第一催化劑載體的上表面，其中它們進入由所述容器的穿孔內(nèi)壁界定的通道，然后放射狀地經(jīng)過催化劑床朝向穿孔外壁；(c)當氣體接觸催化劑時，使反應發(fā)生；(d)使未反應的反應物和產(chǎn)物通過所述穿孔外壁離開所述容器，然后在所述裙緣的內(nèi)表面和所述環(huán)形容器的外壁之間向上，直至它們到達所述密封墊，其中它們被引導在所述裙緣的末端上并導致在所述裙緣的外表面和發(fā)生熱傳遞的所述反應器管的內(nèi)表面之間向下流動；(e)在任意的隨后催化劑載體重復步驟(b)至(d)；以及(f)從所述出口除去產(chǎn)物。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術】本專利技術涉及在催化劑的存在下氧化烴以形成酸酐的方法。更具體地，其涉及將丁烷或苯催化氧化為馬來酸酐或?qū)⑧彾妆健⑤粱蚱浠旌衔镅趸癁猷彵蕉姿狒姆椒ā⒅T如丁烷和苯的烴氧化為馬來酸酐的方法在本領域中已知。約50年來，馬來酸酐的主要方法途徑為氧化汽相的苯，并且這保持了占全球生產(chǎn)力約15%至20%的商業(yè)途徑。然而，高的苯成本意味著該方法從經(jīng)濟角度正變得不引人關注。因為反應的化學過程非常類似，所以已經(jīng)翻新了許多旨在利用苯作為起始材料的陳舊設備，從而能將正丁烷用作起始材料。不論使用何種起始材料，反應是極度放熱的。然而,如下面更詳細地所述,從正丁燒為起始材料的反應釋放的能量超過苯為起始材料釋放的能量，并且這在蒸汽副產(chǎn)物中體現(xiàn)。 應理解，存在許多副反應。特別地，存在導致除氧化碳之外形成少量乙酸和丙烯酸的機制。將丁烷和苯氧化為馬來酸酐的化學過程與反應中使用的催化劑的化學過程非常類似。通常商用催化劑基于無載體的釩磷氧(VPO)。這些通常在固定床反應器中使用。還可以使用促進劑，諸如選自鋰、鋅和鑰的那些。最近研究表明鎂、鈣和鋇離子也可以為有效的促進劑，其有與未修飾的VPO催化劑相比可能產(chǎn)生更高的轉(zhuǎn)化、產(chǎn)率和選擇性。在催化劑中磷與釩的比確定了催化劑的活性以及壽命。催化劑活性在高磷釩比下更大，但隨著活性增加犧牲了催化劑壽命。已表明磷釩比為I. 2在活性和催化劑壽命之間提供了最優(yōu)的平衡。在圖I中示例性地示出制備馬來酸酐的方法。在該方法中，在部分A制備進料。其中，蒸發(fā)苯或正丁烷進料，并通常使用連續(xù)靜態(tài)分流混合器以可控的方式與壓縮空氣混合。如果要使用催化劑促進劑，例如磷酸三甲酯，則其在該階段被添加。然后，制備的進料經(jīng)過部分B，其中發(fā)生氧化反應。氧化將產(chǎn)生大量的熱，其必須被除去。需要仔細控制反應器以防止烴/氧組合物打破燃燒極限。然后，從部分B除去氧化反應的產(chǎn)物并使其經(jīng)過部分C，其中發(fā)生粗制產(chǎn)物的回收。其中，更多的熱從反應廢氣中除去，然后通常采用基于水或溶劑的回收系統(tǒng)以獲得粗制馬來酸酐流。然后，該粗制流經(jīng)過部分D，其中發(fā)生產(chǎn)物純化。這通常為兩步分餾方法，涉及輕餾分除去和熱切分離。該分離通常為真空輔助的。能量回收是實現(xiàn)制備馬來酸酐的經(jīng)濟方法的重要因素。一些或所有來自釩體系的馬來酸酐回收后為非冷凝的反應器廢氣、槽排出氣和廢烴富集液體可以全部用于部分E的能量回收。通常，這些被焚化以將能量回收為過熱蒸汽。蒸汽能用于向所述方法供給能量或向集成方法供給能量。具體地，正丁烷到馬來酸酐的氧化是復雜的反應，其中催化體系吸收8個氫原子并且插入3個氧原子，產(chǎn)生丁烷的297kcal/g-mol的放熱釋放，并且丁烷氧化為氧化碳的主要副反應還釋放500kcal/g-mol的熱。通過下列方程示出這些反應CH3CH2CH2CH3+3. 502 — C2H2 (CO) 20+4H20CH3CH2CH2CH3+5. 502 — C02+2C0+5H20對于苯到馬來酸酐的氧化，熱釋放為352kcal/g_mol和555kcal/g_mol C6H6+402 — C2H2 (CO) 20+2H20+C02+C0C6H6+602 — 3C02+3C0+3H20然而，應當理解，一氧化碳與二氧化碳的比不是固定的。改善馬來酸酐制備方法的持續(xù)的開發(fā)工作集中在確定更高活性的催化劑并獲得產(chǎn)率的增加。然而，更高活性的催化劑的益處難以在諸如固定床反應器中實現(xiàn)，除非能增加比反應速率。產(chǎn)率的這種增加產(chǎn)生了更大量的熱，其必須以維持穩(wěn)定的操作溫度的速率來 除去。 類似的方法用于鄰二甲苯、萘或其混合物到鄰苯二甲酸酐的氧化。這些方法在本領域中是已知的。使用的催化劑通常類似于制備馬來酸酐中所使用的那些，或可以為基于釩-二氧化鈦混合物的上述催化劑的修飾物。對于鄰二甲苯的氧化，顯著的熱釋放為265kcal/g-mol,以及當氧化萘時存在釋放熱(467kcal/g_mol)。C6H4 (CH3) 2+302 — C6H4 (CO) 20+3H20 C10H8+4. 502 — C6H4 (CO) 20+2H20+2C02通常，在包括提供冷卻的裝置的專用反應器中進行反應。通常，使用固定床或流化床反應器。然而，難以實現(xiàn)更高活性的催化劑的益處，除非還能增加比反應速率。目前，對于固定床系統(tǒng)，通過軸向管式反應器實現(xiàn)催化劑比的最佳熱去除。在該布置中，催化劑顆粒位于軸向反應器的管內(nèi)。在管周圍供給冷卻介質(zhì)，例如汽化的水。然后，反應物氣體經(jīng)過管，其中它們接觸催化劑并發(fā)生氧化反應。排出的熱通過管壁傳遞至周圍冷卻介質(zhì)。根據(jù)在管內(nèi)控制熱的需求，限制管尺寸以使熱易于從管中心通過到達發(fā)生熱交換的壁。因此，通常管具有小于約40mm的直徑以確保熱傳遞的所需水平并且防止位于朝向管中心的催化劑過熱，并防止發(fā)生熱散逸。管的小尺寸促進了這些反應器結(jié)構的高成本，因為包含具體催化劑體積所需的反應器中管的數(shù)量和重量受到限制。即使在小管尺寸下，催化劑顆粒必須相對小，從而確保合理的混合和熱傳遞。此夕卜，必須仔細選擇諸如表面速度和氣時空速的條件，從而保持所需熱傳遞并在合理的總壓力下降下管理反應物氣體的轉(zhuǎn)化。壓力下降的問題對于氧化反應是關鍵的，因為認為質(zhì)量傳遞發(fā)生在催化劑顆粒中，導致在催化劑的孔中產(chǎn)生過量的二氧化碳。盡管能通過確保活性位點僅存在于催化劑顆粒表面附近來緩解該問題，但這能不利地影響產(chǎn)率，因為可用的活性位點必須過度地運行以實現(xiàn)合理的總產(chǎn)率。已提議各種方法來解決這些反應器的問題。一個提議是使用多區(qū)催化劑床。其中，固定的床填裝有不同活性的催化劑。通常，在進料點使用最小活性的催化劑，并且最大活性的催化劑位于或臨近出口。盡管這允許分階段的熱釋放，但催化劑向管的填裝變?yōu)楦鼜碗s、更昂貴的過程。已經(jīng)建議的第二可替代方法是在相同的催化劑床內(nèi)由可變的溫度區(qū)來進行操作。在該布置中，相同的催化劑床經(jīng)過不同的溫度方案。這通過采用熱去除技術而實現(xiàn)。然而，需要實現(xiàn)上述方案的反應器的工程是復雜且昂貴的。可替代的方法是在流化床反應器中進行反應。這提供了一些優(yōu)勢。特別地，這些反應器具有能量平衡，其提供了高壓蒸汽出口，因此，由低于固定床系統(tǒng)所需空氣速率一半的空氣速率進行操作。在該布置中，將小催化劑顆粒懸浮在烴產(chǎn)物中，并且通過在反應器底部注入反應氣體來攪動。氣體在整個反應器中高度分散，因此在理論上，從氣體到催化劑的質(zhì)量傳遞面積非常大。此外，因為催化劑直徑低，所以催化劑顆粒內(nèi)的質(zhì)量傳遞和熱傳遞阻力同樣低。因為催化劑表面積相對大，所以從催化劑顆粒到流體的熱傳遞非常高，以便顆粒能維持在接近流體溫度的條件下。能使用其中蒸發(fā)水的內(nèi)部或外部箔來管理反應中的高放熱。因此，在理論上，在泡漿反應器中進行該方法提供了各種優(yōu)勢。然而，如果不能維持反應器內(nèi)的必要粒徑分布同時使用經(jīng)濟量的催化劑補充，則能遇到問題。可替代的方法已經(jīng)使用輸送床反應器。這些反應器還稱為循環(huán)流化床反應器。然而，這些反應器還具有各種不足和缺點。因此，應理解，盡管進行制備諸如馬來酸酐和鄰苯二甲酸酐的酸酐的反應的各種方法各自提供了一些優(yōu)勢，但是它們同樣各自具有本身的缺點。因此，還需要提供改善的方 法，其解決了現(xiàn)有技術布置的問題中的一個或多個。根據(jù)本專利技術，提供了通過使氣體進料流與特定催化劑接觸來制備酸酐的方法，所述方法在具有入口和出口的管本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：西蒙·尼古拉斯·蒂歷，
申請(專利權)人：戴維加工技術有限公司，
類型：
國別省市：