專利名稱：帶有流體分配器和流體收集器的固定床反應(yīng)器的制作方法
本公開內(nèi)容涉及通常用于生產(chǎn)雙羥基化合物的化學(xué)反應(yīng)器系統(tǒng)，該系統(tǒng)使得反應(yīng)物和產(chǎn)物流經(jīng)反應(yīng)器系統(tǒng)床的壓力降、溝流(channeling)和分布不均(maldistribution)最小化。更具體地，本公開內(nèi)容涉及以下2，2-雙(4-羥苯基)丙烷的生產(chǎn)通過從反應(yīng)物分布系統(tǒng)以上流(upflow)模式引入酮和酚化合物，引導(dǎo)反應(yīng)物通過催化劑床，然后通過產(chǎn)物收集系統(tǒng)移出產(chǎn)物。
雙羥基化合物，特別是雙酚，在化學(xué)產(chǎn)品如環(huán)氧樹脂和聚碳酸酯的生產(chǎn)中用作原料。它們一般通過酮類和酚類的縮合制備。典型的雙酚包括2，2-雙(4-羥苯基)丙烷(又稱為雙酚A，下文中的“BPA”)，可以由丙酮(又稱二甲基酮)和苯酚在酸存在下反應(yīng)制得。
在制備雙酚中使用的填料床反應(yīng)器系統(tǒng)通常包括例如，填充材料例如可為顆粒形式的(如珠狀的)催化劑的床，向該床引入液體反應(yīng)物。使反應(yīng)物流經(jīng)床，其中在催化劑存在下相互接觸，并反應(yīng)生成最終的產(chǎn)物和副產(chǎn)物，這些產(chǎn)物和副產(chǎn)物從床的下游處排出。在該填料床反應(yīng)器系統(tǒng)中，與床相關(guān)的壓力常常影響反應(yīng)器的實(shí)際性能(physicalperformance)。差壓是流過填料床高的阻力的量度，隨床的高度增加而增加。在填料床高之上的差壓會使催化劑珠壓縮變形，并且由于壓力降的限制而引起液體生產(chǎn)量下降。為適應(yīng)差壓的增加，且由于催化劑珠的密度接近液體的密度，液流常常出現(xiàn)顯著的斷流(disruption)，從而引起生產(chǎn)量和/或“溝流”減小。
BPA反應(yīng)器常常在下流(down flow)模式下操作，其中在酸性離子交換樹脂(IER)催化劑存在下和任選共催化促進(jìn)劑存在下進(jìn)行苯酚和丙酮的放熱縮合。在以下流模式制備BPA時，某些IER催化劑的交聯(lián)度直接影響反應(yīng)器的實(shí)際性能，以及反應(yīng)活性、選擇性和反應(yīng)器的產(chǎn)率。確實(shí)，增加在下流形態(tài)下操作的反應(yīng)器的BPA生產(chǎn)量，會帶來壓力降增加和增加催化劑珠變形和/或填料床坍塌的風(fēng)險。特別是在IER催化劑交聯(lián)度較低的情況下(如小于或等于約2.5％)，還觀察到了液壓限制(hydraulic limitations)。雖然在交聯(lián)度較高的IER催化劑中液壓問題不太重要，但這類樹脂在BPA合成中反應(yīng)活性、選擇性和壽命(每噸催化劑用量的噸產(chǎn)量)也會大大降低。同樣，交聯(lián)較高的催化劑一般對液壓沖擊的抵抗力更強(qiáng)，這歸因于顆粒形狀和壓力對球形顆粒的壓縮機(jī)制。但是，交聯(lián)度較高的催化劑還傾向于具有較低反應(yīng)活性、較低選擇性和短壽命的特征。
為了盡量補(bǔ)償交聯(lián)度較低的催化劑的液壓限制，同時保留交聯(lián)度較高的催化劑的優(yōu)點(diǎn)，BPA可以在“聯(lián)合床”(combi-bed)裝置中制備，如美國專利5,395,857和美國專利申請09/258,235中披露的。通過在同一反應(yīng)器中結(jié)合兩種催化劑，聯(lián)合床優(yōu)化了BPA的高產(chǎn)率，表現(xiàn)在具有高交聯(lián)度的催化劑，以及具有低交聯(lián)度催化劑(小于或等于2％)的反應(yīng)活性、選擇性和壽命得到提高。然而，聯(lián)合床裝置的能力仍受到壽命和最大允許生產(chǎn)量的限制。
為了進(jìn)一步試圖減輕與催化劑床中的液壓限制有關(guān)的問題，還建造了直徑更大的反應(yīng)器，同時保持低的床高，從而使反應(yīng)器在能夠以維持可接受的反應(yīng)器生產(chǎn)量的壓力降下操作的同時，采用低交聯(lián)度的催化劑。此外，為了再進(jìn)一步試圖減輕與液壓限制有關(guān)的問題，反應(yīng)物可以上流模式輸入BPA反應(yīng)器以減少壓力降對反應(yīng)器性能的影響并克服生產(chǎn)量的限制。
溝流(Channeling)是一種流動狀態(tài)，其中使流體與某些活動群(activegroup)隨機(jī)結(jié)合(engage)而排斥(exclusion)其它的活動群。在溝流中，床的一些部位可能會短路，并且不能以均勻一致的方式和流體接觸。這種狀態(tài)能夠?qū)е螺d入的反應(yīng)物處理不完全或化學(xué)反應(yīng)不完全。這本身又導(dǎo)致催化劑或顆粒處理的過早處置，該過早處置轉(zhuǎn)變?yōu)榇呋瘎┯袃r值部分的流失。
溝流可發(fā)生在反應(yīng)器以上流或下流模式操作的時候。在上流模式中，在反應(yīng)器的下端加壓輸入反應(yīng)物。隨著反應(yīng)物流向反應(yīng)器的頂部，反應(yīng)物相互之間以及與置于床中的催化劑接觸，并反應(yīng)生成需要的產(chǎn)物，在反應(yīng)器的頂部回收該產(chǎn)物。如果催化劑是珠狀，則由于在自重下珠的壓縮導(dǎo)致的壓力降會超出反應(yīng)器的高度。在下流模式中，反應(yīng)物由反應(yīng)器頂部輸入。通常施加壓力來促進(jìn)反應(yīng)物流動(并由此增加產(chǎn)物的排出速率)。但是，在下流模式下，催化劑珠常常由于向下的液流加之其自重而被壓縮。在壓縮下，催化劑珠會變形并且填料床會坍塌，從而減少了催化劑床的空隙率并增加了壓力降。
由于溝流和由此產(chǎn)生的反應(yīng)物與催化劑的接觸不充分，填料床反應(yīng)器的操作常常受到嚴(yán)重阻礙。特別是，出現(xiàn)大量溝流的操作通常導(dǎo)致低產(chǎn)率，催化劑床過早更換，和反應(yīng)物利用不充分。這一結(jié)果不僅增加新催化劑的費(fèi)用，而且增加故障停工期間(outages)的生產(chǎn)損失，更換的后勤費(fèi)用，廢催化劑的處置費(fèi)用，以及反應(yīng)物的回收和再利用。此外，可認(rèn)識到，一項(xiàng)重大的財務(wù)負(fù)擔(dān)是為努力提高催化劑技術(shù)而產(chǎn)生的費(fèi)用。這些費(fèi)用包括發(fā)展可替代反應(yīng)器的幾何結(jié)構(gòu)而不帶來現(xiàn)有幾何特征較差的反應(yīng)器的問題。

發(fā)明內(nèi)容
在此公開了用于制備雙羥基化合物的上流式反應(yīng)器。該反應(yīng)器包括容器，置于容器內(nèi)的催化劑床，以及置于容器內(nèi)的反應(yīng)物分布/產(chǎn)物收集系統(tǒng)。該反應(yīng)物分布/產(chǎn)物收集系統(tǒng)包括置于反應(yīng)器下端的分配器和置于反應(yīng)器上端的收集器。分配器和收集器兩者都各自包含通孔(perforation)。通孔上布置有篩網(wǎng)。
在上流式反應(yīng)器中制備雙羥基化合物的方法包括將反應(yīng)物導(dǎo)入分配器，分配器內(nèi)有置于其中的被篩網(wǎng)覆蓋的通孔；引導(dǎo)反應(yīng)物從分配器向上通過催化劑床，以及從上流式反應(yīng)器的上端回收雙羥基化合物。
用于減少在上流式反應(yīng)器中從催化劑珠床帶出的催化劑珠的量的方法，包括將上流式反應(yīng)器的產(chǎn)物接收到置于反應(yīng)器上端的收集器中，其中收集器包括有篩網(wǎng)置于其上的通孔。


圖1是平底上流式化學(xué)反應(yīng)器的示范性實(shí)施方案的示意圖。
圖2和圖3是非平底上流式化學(xué)反應(yīng)器的示范性實(shí)施方案的示意圖。
圖4是反應(yīng)物分配器的透視圖。
圖5是產(chǎn)物收集器的示意圖。
圖6是試驗(yàn)反應(yīng)器系統(tǒng)的示意圖。
圖7是在未結(jié)合分配器與收集器的試驗(yàn)反應(yīng)器系統(tǒng)中溫度隨時間變化的示意圖。
圖8是在結(jié)合分配器與收集器的試驗(yàn)反應(yīng)器系統(tǒng)中溫度隨時間變化的示意圖。
圖9是壓力分布示意圖，其中示出了以下流和上流兩種模式下操作的試驗(yàn)反應(yīng)器系統(tǒng)，差壓隨線速度的變化。
圖10是丙酮轉(zhuǎn)化率和雙酚A生產(chǎn)率隨線速度變化的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在此公開用于制備雙羥基化合物(如雙酚異構(gòu)體)的裝置和涉及雙羥基化合物制備的用途的方法。反應(yīng)器包括催化劑床，反應(yīng)物流經(jīng)該催化劑床反應(yīng)并生成最終的雙酚異構(gòu)體。反應(yīng)物通常從低處到高處沿垂直方向并流流過床。為了得到理想的選擇性、產(chǎn)量和反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率，設(shè)計反應(yīng)器使得能夠獲得類似于或至少接近活塞流的流動分布。雖然該方法適用于任何雙酚異構(gòu)體的制備，但優(yōu)選的異構(gòu)體為酮類(如丙酮)與酚類在催化劑和共催化劑(如反應(yīng)促進(jìn)劑)存在下反應(yīng)制備的BPA?？刹捎玫牡湫偷姆宇惏?，但不限于，鄰甲酚、間甲酚、2，6-二甲基苯酚、鄰仲丁基苯酚、1，3，5-二甲酚、四甲基苯酚、2-甲基-6-叔丁基苯酚、鄰苯基苯酚、鄰氯和間氯苯酚、鄰溴苯酚、2，6-二氯苯酚及上述苯酚類的任意組合。最終的BPA產(chǎn)物還可以與碳酰氯或碳酸二苯酯化合生成聚碳酸酯。
現(xiàn)參考圖1，在10處示出了制備優(yōu)選的苯酚異構(gòu)體所采用的上流式化學(xué)反應(yīng)器(下文稱為“反應(yīng)器10”)的一示例性實(shí)施方案。反應(yīng)器10包括由催化劑和反應(yīng)物分布/產(chǎn)物收集系統(tǒng)構(gòu)成的床12。篩網(wǎng)用以保證催化劑保留在反應(yīng)區(qū)，使反應(yīng)混合物可以流過該系統(tǒng)。蒸發(fā)室(vapor space)13可限定在反應(yīng)器10上部的床12之上。以上流形態(tài)引導(dǎo)反應(yīng)物丙酮和苯酚通過反應(yīng)物分布/產(chǎn)物收集系統(tǒng)的分配器20，流經(jīng)床12到達(dá)蒸發(fā)室13，使得流體的分布不均(定義為流過反應(yīng)器截面(slice)的不均勻分布)最小化，并且在床12的任一間隙截面(interstitial slice)上保持基本均勻的流動分布。為了使反應(yīng)器10的最有效成本的操作中所需催化劑的數(shù)量最少，床12超出高度h，使得在床12的最高水平上雙酚異構(gòu)體產(chǎn)物有理想的產(chǎn)率和選擇性。
反應(yīng)物通過分配器20輸入，這樣基本上消除了溝流并接近于活塞流。溝流的消除表現(xiàn)在床12的高度h上且優(yōu)選在反應(yīng)器10的全部高度上平穩(wěn)的溫度分布?？梢詼y量在反應(yīng)器10高度不同處的溫度，其中記錄并評估這些溫度以確定反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率分布，并評估是否保持有適當(dāng)?shù)牧鲃臃植肌?br> 包含催化劑的床12容納在容器14內(nèi)。容器14可以為能便于反應(yīng)物以上流形態(tài)流動的任意幾何形狀。例如，容器14在結(jié)構(gòu)上可以大體為圓柱形，平行六面體形或球形。因?yàn)閳A柱形容器在化學(xué)工業(yè)中應(yīng)用廣泛，并且因?yàn)楝F(xiàn)有的反應(yīng)罐或反應(yīng)器可以相對簡單地改造成上流式反應(yīng)器，所以優(yōu)選容器14為圓柱形幾何形狀。容器14的下端優(yōu)選為平坦的(如圖1所示)。但是，下端也可以是圓形的(如圖2所示)、圓錐形的(如圖3所示)，或上述構(gòu)形的任意組合。
置于容器14的催化劑優(yōu)選至少是部分交聯(lián)的離子交換樹脂催化劑。離子交換樹脂催化劑的交聯(lián)度保持在某一范圍以便維持球形顆粒的完整性。特別是，交聯(lián)度可以高達(dá)約4％。但是，較低水平的交聯(lián)可改善催化劑的壽命，因此交聯(lián)度優(yōu)選為約2％。更優(yōu)選催化劑為含有一定程度的二乙烯基苯交聯(lián)和磺酸官能度的磺化芳香樹脂。最優(yōu)選交聯(lián)密度等于或低于2.5％，并且酸的毫當(dāng)量優(yōu)選高于約每克4毫當(dāng)量(Meg/g)。任選地，還可以使用共催化劑。常用的共催化劑(其可以附著也可以不附著)包括但不限于硫醇類(thiols and mercaptans)。
分配器篩網(wǎng)可以置于分配器20和容器14出口端之間的任意位置。如圖1所示，分配器篩網(wǎng)(下文稱為“篩網(wǎng)17”)優(yōu)選包括大體上對應(yīng)于容器14的截面幾何形狀的網(wǎng)狀材料或平板，并直接置于分配器20之上?；蛘?，篩網(wǎng)17可以是將分配器20的臂分別包覆起來的非連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如圖2和圖3所示。在任一實(shí)施例中，篩網(wǎng)17的孔徑尺寸是反應(yīng)混合物中催化劑珠最小粒徑的約2/5至約1/4，為了阻擋催化劑珠進(jìn)入分配器20中，優(yōu)選小于最小直徑的1/3。對于粒徑為約400微米至約800微米的催化劑，篩網(wǎng)17的開孔為約100至約160微米，優(yōu)選小于133微米。
填充材料(未示出)可任選置于容器14內(nèi)并分布于催化劑中。填充材料通常是剛性的，承擔(dān)著分散填充材料的催化劑的重量，因此，通過抑制催化劑在自重下的壓縮，填充材料在床12內(nèi)給予催化劑額外的結(jié)構(gòu)支撐。由于催化劑分散填料所遇到的困難，通常填充材料僅與低交聯(lián)的催化劑一起使用。典型的填充材料包括多個不連續(xù)的物體，這些物體傾倒在反應(yīng)器容器內(nèi)，引起表面的隨機(jī)排布，并為反應(yīng)物料的流動提供曲折通道?？梢杂蓜傂缘摹⒒瘜W(xué)惰性的和熱穩(wěn)定的材料來制造這些物體，使得當(dāng)反應(yīng)物料流過床的時候，反應(yīng)物料彼此之間以及和催化劑之間的接觸最適宜。最優(yōu)接觸通常由空隙率大的物體(即體積小而比表面積大的物體)來實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選的填充材料包括，但不限于，鮑爾環(huán)、特勒環(huán)(Telleretterings)、拉西環(huán)、貝爾鞍形填料、矩鞍填料(Intalox saddles)，和上述至少一種填充材料的組合。
入口18設(shè)置在床12的下端以便將反應(yīng)物導(dǎo)入反應(yīng)器10。入口18可以是管道、管線、噴管或者類似裝置形成的交點(diǎn)，使反應(yīng)物能夠流入床12確定的反應(yīng)區(qū)域。優(yōu)選入口18接收反應(yīng)混合物并通過反應(yīng)物分布/產(chǎn)物收集系統(tǒng)的分配器20將其導(dǎo)入床12，以制備需要的雙酚A。出口22設(shè)置在床12的上端，直接在床12、蒸發(fā)室13或它們的組合中。
通過由收集器40接收異構(gòu)體，出口22保證了產(chǎn)物異構(gòu)體從反應(yīng)器10中移出。
容器14還包括置于其外表面的夾套24，如圖2和3所示。夾套24可包括限制熱量通過反應(yīng)器壁散失的單個區(qū)域?；蛘?，夾套24可以包括兩個或更多個區(qū)域26a、26b，其中該區(qū)域的每一個都設(shè)置與流體源(未示出)連通，該熱源根據(jù)反應(yīng)器10所需的操作溫度可以對床12加熱或降溫?？捎糜诮o床12供熱的流體包括，但不限于，蒸汽、熱油或熱液蒸汽，如工藝廢熱蒸汽?？捎糜诮o床12供冷的流體包括，但不限于，制冷劑、鹽水、水，等等?；蛘?，可以通過置于容器外表面的電阻元件進(jìn)行加熱。
圖4示出了給通過反應(yīng)器截面的反應(yīng)混合物提供均勻分布的一構(gòu)造實(shí)施例。分配器20包括通過集合管(manifold)入口30接收反應(yīng)物料的集合管28，設(shè)置該集合管入口30與反應(yīng)器的入口流體連通。在分配器20的一示例性實(shí)施方案中，分配臂32從集合管28側(cè)面伸出。置于集合管28相對端附近的分配臂32通常設(shè)定的尺寸比置于集合管28中心附近的臂短。同樣，分配器20的外部指定邊緣(out defining edges)優(yōu)選對應(yīng)于圓柱形反應(yīng)器的截面幾何形狀。特別是，如果反應(yīng)器的橫截面為圓形的，當(dāng)安裝在反應(yīng)器中并從反應(yīng)器的上端和下端觀察時，通常設(shè)定分配臂32的尺寸，使得從反應(yīng)器內(nèi)表面伸出的每個臂的最外端的距離幾乎相同，以使分配器20近似為圓形。
若(下面描述的)堆聚層(aggregate layer)作為催化劑床的底部支撐，優(yōu)選使反應(yīng)物和堆聚物之間的接觸最小化，并使反應(yīng)物和催化劑之間的接觸最大化。因此適當(dāng)設(shè)定集合管入口30的尺寸，使分配器20位于反應(yīng)器內(nèi)堆聚層與催化劑的界面。此外，為了在催化劑存在下由反應(yīng)物之間的反應(yīng)引起不希望的副反應(yīng)的程度最小化，需要保持集合管入口的高度hm(以及集合管28和分配臂32的長度)盡可能短，同時仍能保證通過反應(yīng)器幾何橫截面的反應(yīng)物充分分布。
集合管28，以及分配臂32，優(yōu)選由具有通孔34的管制造，該通孔34使得在集合管30入口和置于反應(yīng)器床中的催化劑之間能夠保持流體連通。
如圖2和圖3中16處所示的堆聚層可以任選布置在床12的下端。堆聚層16為床12提供支撐，并包括對反應(yīng)物和反應(yīng)器10制備的產(chǎn)物本質(zhì)上惰性的材料。構(gòu)成堆聚層16的材料可以是，但不限于，石英砂、硅藻土、陶瓷球，以及上述材料的組合。
在非平底的反應(yīng)器中，反應(yīng)器裝有高度為ha的堆聚層16，該高度ha與分配器20的集合管最低面的高度一致。催化劑置于分配器20的頂部而形成床高度h(圖3)。高度h由實(shí)驗(yàn)室和/或中試車間(pilot plant)試運(yùn)行得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定，以提供反應(yīng)的最大產(chǎn)量，以及催化劑更換的適當(dāng)頻率。通過沿反應(yīng)器高度設(shè)置的觀察窗直接測定可以得到高度h的精確測定。
現(xiàn)參考圖5，該圖示出了收集器40。收集器40在結(jié)構(gòu)上與圖4所示的分配器相似，且進(jìn)行操作以減少與死體積相關(guān)的問題，這些問題會在由床至排出管排出的流體減少時出現(xiàn)。在容器采用下流模式的情況下，收集器40還可以使流體分布良好。收集器40設(shè)置在反應(yīng)器的上端附近，與反應(yīng)器的出口流體連通。由丙酮和苯酚(以及未反應(yīng)組分)反應(yīng)生成的反應(yīng)產(chǎn)物(如BPA和異構(gòu)體)通過收集器40移出反應(yīng)器系統(tǒng)。
收集器40包括集合管42，該集合管42具有從中伸出的收集臂44。收集臂44，以及集合管42包括通孔46，使得其中可以接收雙酚A產(chǎn)物并通過產(chǎn)物排放線48移出。在收集器40的一示例性實(shí)施方案中，收集臂從集合管42側(cè)面伸出。置于集合管42相對端附近的收集臂44設(shè)定的尺度通常短于集合管42中心附近的臂。同樣，收集器40的外部指定邊緣對應(yīng)于圓柱形反應(yīng)器橫截面的幾何形狀。與分配器一樣，收集臂44的端部與反應(yīng)器內(nèi)表面的幾何形狀類似。
參考圖1-3，收集器篩網(wǎng)47可以置于反應(yīng)器20和收集器40中部的任何位置。如圖1所示，篩網(wǎng)47優(yōu)選包括對應(yīng)于容器14截面幾何形狀的網(wǎng)狀材料或平板，并直接置于收集器40的下面?；蛘?，篩網(wǎng)47可以是分別將收集器的收集臂包覆起來非連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如圖2和3所示。在任一實(shí)施方案中，篩網(wǎng)47中開孔的尺寸為反應(yīng)混合物中催化劑珠最小粒徑的約2/5到約1/4，優(yōu)選尺寸小于最小直徑的1/3以阻止催化劑珠進(jìn)入收集器40。對于粒徑約為400至約800微米的催化劑，篩網(wǎng)47的開孔約為100微米至約160微米，優(yōu)選尺寸小于133微米。
反應(yīng)區(qū)外的顆粒夾帶(entrainment)通常包括由床帶出(carryover)進(jìn)入產(chǎn)物排放線48的催化劑。有兩種形式的催化劑帶出從床移除基本上完全未被觸及的催化劑珠，或者從床移除被破壞的催化劑珠(細(xì)粒)。置于收集器40之上的篩網(wǎng)47阻止或限制完全未觸及的珠或微粒進(jìn)入產(chǎn)物排放線48。
參考圖1-5描述反應(yīng)器10的操作。將包括丙酮和新鮮和/或回收苯酚的反應(yīng)混合物通過集合管入口30導(dǎo)入反應(yīng)器10中。反應(yīng)器的操作可以是“單向通過”(single-pass)的，例如，可將丙酮和苯酚輸入反應(yīng)器，而在反應(yīng)器出口移出雙酚和過量的反應(yīng)物。但是，優(yōu)選反應(yīng)器的運(yùn)行包括再循環(huán)回路，例如，在反應(yīng)器出口移出雙酚，而過量的丙酮和苯酚再循環(huán)回到反應(yīng)器的進(jìn)料中。施加在反應(yīng)物上的壓力足以使反應(yīng)物流出分配器20，通過床12的催化劑，然后到達(dá)收集器40。監(jiān)控輸入的反應(yīng)物的組成，以保證滿足生產(chǎn)所需雙酚異構(gòu)體產(chǎn)物的合適的技術(shù)要求。反應(yīng)物的監(jiān)控既可以是在線的，也可以通過從料流入口移出采樣。
在入口18、床12內(nèi)的不同點(diǎn)、蒸發(fā)室13(如果有的化)和出口22監(jiān)控溫度和壓力。也可以監(jiān)控流量。如果反應(yīng)器10的操作是自動化的，則可以利用這些測量控制反應(yīng)物至入口18的輸入速度，以及系統(tǒng)的其它參數(shù)。
優(yōu)選催化劑床12頂部的溫度高于BPA的結(jié)晶溫度。為了避免與產(chǎn)物結(jié)晶有關(guān)的問題，或者在反應(yīng)器絕熱不充分的情況下，可以將熱流體通過夾套26a(特別是在其頂部)加熱反應(yīng)器10。通過夾套26a的熱流體向反應(yīng)混合物傳熱并阻止雙酚A結(jié)晶。
實(shí)施例1參考圖6至圖10顯示并描述由包含在反應(yīng)混合物中的丙酮和苯酚反應(yīng)制備雙酚A的生產(chǎn)流程。在試驗(yàn)反應(yīng)器系統(tǒng)中生產(chǎn)雙酚A產(chǎn)物，示于200并在下文中稱為“系統(tǒng)200”的該系統(tǒng)，包括一個試驗(yàn)反應(yīng)器和一個收集帶出的催化劑珠的安全容器。每個容器的直徑為50厘米(cm)(19.7英寸(in))。反應(yīng)器有5米(16.4英尺)高。在圖6中210處示出的第一容器以上流模式接收反應(yīng)物，且在結(jié)構(gòu)上與參考圖1-5所描述的反應(yīng)器10相似。在系統(tǒng)200的初始運(yùn)行中，第一容器210沒有結(jié)合分配器/收集器系統(tǒng)。但是，第一容器210在反應(yīng)器底部結(jié)合了篩網(wǎng)。篩網(wǎng)網(wǎng)眼的孔徑尺寸小于100微米(約最小催化劑粒徑的三分之一)。串聯(lián)設(shè)置第二容器(示于211)，通過跨接線(jumper line)215在其上端與第一容器210的出口流體連通。第二容器211包括置于篩網(wǎng)上的砂層217。第一容器210裝填約1m3(立方米)(35.3立方英尺(ft3))的濕催化劑以形成床212。在沒有液體流入容器210時，用直接觀察法測得床212的高度為2.96m(9.71ft)。
在床212內(nèi)和第一容器210的不同高度設(shè)置了6個溫度探測器。正如參考圖6所描述的，現(xiàn)參考圖7，在224示出了系統(tǒng)200初始運(yùn)行的溫度分布的示意圖。運(yùn)行該系統(tǒng)，其中在反應(yīng)物流速基本上恒定在約每小時260千克(kg/hr)(572磅每小時)(lbs/hr)下監(jiān)測溫度，示于線228。從溫度曲線中可以看到，由上部5個傳感器探測并繪制為線232，234，236，238和240的溫度在第一反應(yīng)器的高度上有大幅度的溫度波動。只有置于第一反應(yīng)器入口最低處附近的溫度探測器，記錄了基本穩(wěn)定的溫度讀數(shù)(繪制為線230)，該溫度讀數(shù)在65℃至85℃之間變動，對于約1.6至約1.7的空速，第一溫度探測器附近的標(biāo)準(zhǔn)偏差約為5℃，而第三探測器附近的標(biāo)準(zhǔn)偏差約為1.6℃。在第一反應(yīng)器高度上如此大的溫度變化表明整個床和反應(yīng)器存在溝流和非活塞流。這通過目視觀察催化劑床非平坦的表面得到證實(shí)。此外，通過觀察窗可觀察反應(yīng)器內(nèi)表面的雙酚A的催化劑，顯示存在有冷點(diǎn)，因此不存在活塞流特征。
實(shí)施例2進(jìn)行系統(tǒng)200的第二次運(yùn)行，其中分配器/收集器系統(tǒng)與上述安裝在第一反應(yīng)器內(nèi)的系統(tǒng)(參考圖6)相似?，F(xiàn)參考圖8在226處示出了系統(tǒng)200第二次運(yùn)行的溫度分布。在反應(yīng)物流速基本上恒定在約250kg/hr(550lbs/hr)下在與初始運(yùn)行相同的位置監(jiān)控溫度，示于線278。在第二次運(yùn)行中，再次測得床的高度為2.96m(9.71ft)。床和床上方的蒸發(fā)室的界面位于第三和第四溫度探測器之間。從圖中數(shù)據(jù)可以看到，由下部三個溫度探測器測得的溫度在整個運(yùn)行過程中讀數(shù)穩(wěn)定(線280、282和284)，而上部三個溫度探測器的溫度讀數(shù)(線286、288和290)的溫度波動比初始運(yùn)行的溫度波動大大提高。由于在第二次運(yùn)行中溫度波動的量減少，以及由于所觀察到的催化劑床表面平坦，可以得出結(jié)論分配器/收集器系統(tǒng)顯著減少了系統(tǒng)200內(nèi)的溝流量。對于約1.6到約1.7的空速，第一探測器附近的標(biāo)準(zhǔn)偏差約為0.7℃，而第三探測器附近的標(biāo)準(zhǔn)偏差約為0.4℃。
在圖9中250處示出了隨反應(yīng)物的線速度變化的壓力降。對于構(gòu)造以下流模式運(yùn)行的反應(yīng)器，反應(yīng)器在線速度約0.057cm/sec(0.022in/sec)時達(dá)到1bar(每平方英寸14.5磅(psi))的差壓極限，如線252所示。當(dāng)結(jié)合了分配器/收集器系統(tǒng)的同樣的反應(yīng)器以上流模式運(yùn)行時，反應(yīng)物流在大約兩倍上述線速度(0.115cm/sec(0.045in/sec))下達(dá)到1bar(14.5磅每平方英寸(psi))的差壓，如線254所示。在高于約0.115cm/sec(0.045in/sec)的線速度下差壓急劇增長，這是由于催化劑珠填充于剛好在收集器下面的反應(yīng)器的床頂部。這一實(shí)際限制至少部分緣于催化劑珠頂部存在的自由高度。對于更高的容器，在更高的線速度下會發(fā)生這一急劇增長。線252和254之間的差別說明帶有分配器/收集器系統(tǒng)的反應(yīng)器在上流模式和下流模式操作下壓力降不同。
在圖10中，260處示出了隨反應(yīng)物線速度變化的丙酮轉(zhuǎn)化率和雙酚A的產(chǎn)率。在高流速時，由于平均停留時間和反應(yīng)容積內(nèi)平均催化劑濃度的減少，丙酮轉(zhuǎn)化率減少，如線262所示。丙酮的透過(breakthrough)相應(yīng)增加，如線264所示。但是，雙酚A的產(chǎn)率也因?yàn)檩^高的流量(線速度)而增加。
對于所考察的全部流量，丙酮和苯酚反應(yīng)生成雙酚A的選擇性保持在95％以上。沒有發(fā)現(xiàn)選擇性效應(yīng)的傾向，因?yàn)樗械玫降臄?shù)據(jù)都在0.5％之內(nèi)。上述結(jié)合有分配器/收集器系統(tǒng)的上流式反應(yīng)器系統(tǒng)與目前使用的上流式和下流式系統(tǒng)相比具有許多優(yōu)點(diǎn)。使不均勻分布最小化至少具有兩條優(yōu)點(diǎn)。第一，確保充分利用催化劑床，即，最大量的催化劑在反應(yīng)物流經(jīng)反應(yīng)器床高期間與之接觸。在反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率、選擇性、壓力降及床的穩(wěn)定性方面可以獲得反應(yīng)器的最優(yōu)化性能。第二，使反應(yīng)器能夠在較高的輸入速度下操作，從而能夠?qū)崿F(xiàn)增加產(chǎn)率。保證在反應(yīng)器高度上提供更均勻的橫截面流動分布，甚至對于高線速度的輸入速率也能減少溝流。
上述結(jié)合分配器/收集器系統(tǒng)的另一個優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)器系統(tǒng)能夠在更廣泛的催化劑范圍有效運(yùn)行。該分配器/收集器系統(tǒng)能夠適應(yīng)在密度、粒徑及粒徑分布變化方面具有不同特性的催化劑。此外，該分配器/收集器系統(tǒng)能夠有效利用交聯(lián)度較低的催化劑，這類催化劑具有更高的反應(yīng)活性，更好的選擇性和更長的使用壽命。
還實(shí)現(xiàn)可以其它優(yōu)點(diǎn)，包括由更高的產(chǎn)率和更低的催化劑更換頻率帶來的成本節(jié)約。
雖然參考優(yōu)選實(shí)施方案已描述了本公開內(nèi)容，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，在不偏離本公開內(nèi)容的范圍下可以進(jìn)行各種改變及用相等物替換其要素。此外，在不偏離其根本范圍下，可以根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)進(jìn)行許多改變以適應(yīng)特定的場合或材料。因此它意指本公開內(nèi)容不受限于作為預(yù)期由于實(shí)施本公開內(nèi)容的最佳模式而被披露的具體的實(shí)施方案，而是指本公開內(nèi)容包括所有屬于所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)雙羥基化合物的上流式反應(yīng)器，所述上流式反應(yīng)器包含容器(14)；置于所述容器(14)內(nèi)的催化劑床(12)；和置于所述容器(14)內(nèi)的反應(yīng)物分布/產(chǎn)物收集系統(tǒng)，所述反應(yīng)物分布/產(chǎn)物收集系統(tǒng)包括，與入口(18)流體連通的分配器(20)，通過該入口(18)將反應(yīng)物導(dǎo)入所述分配器(20)中，所述分配器(20)置于所述容器(14)的下端并包含置于所述分配器(20)內(nèi)的通孔(34)和在所述分配器(20)內(nèi)置于所述通孔(34)的第一篩網(wǎng)(17)，以及通過其移出所述雙羥基化合物產(chǎn)物的收集器(40)，所述收集器(40)置于所述容器(14)的上端并包含置于所述收集器(40)中的通孔(46)和在所述收集器中置于所述通孔(46)的第二篩網(wǎng)(47)。
2.權(quán)利要求1的上流式反應(yīng)器，還包含置于所述容器(14)的所述下端以支撐所述催化劑床(12)的堆聚層(16)。
3.權(quán)利要求2的上流式反應(yīng)器，其中所述堆聚層(16)包含硅砂、硅藻土、陶瓷球或上述材料的組合。
4.權(quán)利要求1的上流式反應(yīng)器，其中所述容器(14)包含具有結(jié)構(gòu)幾何形狀大體上為圓柱形，大體上為平行六面體形，大體上為球形或其組合的容器(14)。
5.權(quán)利要求1的上流式反應(yīng)器，其中所述容器(14)還包括置于所述容器(14)的上表面的夾套(24)。
6.權(quán)利要求1的上流式反應(yīng)器，其中所述催化床(12)包含交聯(lián)的離子交換樹脂催化劑。
7.權(quán)利要求1的上流式反應(yīng)器，其中所述分配器(20)還包含多個從所述通孔的集合管(28)側(cè)面伸出的多孔臂(32)。
8.權(quán)利要求7的上流式反應(yīng)器，其中置于所述集合管(28)的相對端處的所述多孔臂(32)比置于所述集合管(28)的所述相對端之間的所述多孔臂(32)短。
9.權(quán)利要求1的上流式反應(yīng)器，其中所述收集器(40)還包含多個從所述通孔的集合管(42)側(cè)面伸出的多孔臂(44)。
10.權(quán)利要求9的上流式反應(yīng)器，其中置于所述集合管(42)相對端處的所述多孔臂(44)比置于所述集合管(42)所述相對端之間的所述多孔臂(44)短。
11.權(quán)利要求1的上流式反應(yīng)器，其中所述雙羥基化合物為雙酚。
12.權(quán)利要求11的上流式反應(yīng)器，其中所述雙酚為2，2-雙(4-羥苯基)丙烷。
13.用于上流式反應(yīng)器的分配器(20)，所述分配器(20)置于所述上流式反應(yīng)器的下端并包括與接收反應(yīng)物的入口(18)流體連通的集合管(28)；置于所述集合管(28)中的通孔(34)；和置于所述通孔(34)的篩網(wǎng)(17)，構(gòu)造所述篩網(wǎng)和所述通孔(34)使得所述反應(yīng)物通過其傳輸。
14.權(quán)利要求13的分配器(20)，還包含多個從所述集合管(28)伸出的臂。
15.權(quán)利要求14的分配器(20)，還包含置于所述臂(32)上的通孔(34)。
16.權(quán)利要求14的分配器(20)，其中置于所述集合管(28)相對端附近的所述臂(32)比置于所述集合管(28)相對端之間的所述臂(32)短。
17.用于上流式反應(yīng)器的收集器(40)，所述收集器(40)置于所述上流式反應(yīng)器的上端并包括集合管(42)；置于所述集合管(42)中的通孔(46)；和置于所述通孔(34)的篩網(wǎng)(47)，構(gòu)造所述篩網(wǎng)(47)和所述通孔(34)使得在所述集合管(42)中接收產(chǎn)物。
18.權(quán)利要求17的收集器(40)，還包括設(shè)置與所述集合管(42)流體連通的產(chǎn)物輸出線(48)。
19.權(quán)利要求17的收集器(40)，還包括多個從所述集合管(42)伸出的臂(44)。
20.權(quán)利要求19的收集器(40)，其中置于所述集合管相對端附近的所述臂(44)比置于所述集合管(42)相對端之間的所述臂(44)短。
21.一種在上流式反應(yīng)器(10)中制備雙羥基化合物的方法，所述方法包括將反應(yīng)物導(dǎo)入所述上流式反應(yīng)器(10)下端的分配器(20)中，所述分配器(20)具有多個置于其中的被篩網(wǎng)覆蓋的通孔(17，34)；引導(dǎo)所述反應(yīng)物從所述分配器(20)向上通過催化劑床(12)；和從所述上流式反應(yīng)器(10)的上端回收所述雙羥基化合物。
22.權(quán)利要求21的方法，其中所述回收所述雙羥基化合物包括通過置于所述上流式反應(yīng)器的所述上端的收集器(40)接收所述化合物，所述收集器(40)具有多個置于其中的被篩網(wǎng)覆蓋的通孔(17，34)。
23.權(quán)利要求21的方法，其中所述雙羥基化合物為雙酚。
24.權(quán)利要求23的方法，其中所述雙酚為由酮和酚制得的2，2-雙(4-羥苯基)丙烷。
25.一種減少從上流式反應(yīng)器(10)的催化劑珠床(12)中帶出的催化劑珠的量的方法，所述方法包括將上流式反應(yīng)器(10)中的產(chǎn)物接收在置于所述上流式反應(yīng)器(10)上端的收集器(40)中，所述收集器(40)有多個通孔(34)，所述通孔(34)上布置有篩網(wǎng)(47)。
26.權(quán)利要求25的方法，其中所述篩網(wǎng)(47)中的開孔的直徑為在反應(yīng)混合物中的所述催化劑珠的最小直徑的約五分之二至約四分之一。
27.權(quán)利要求25的方法，其中所述篩網(wǎng)(47)中的開孔的直徑為在反應(yīng)混合物中的所述催化劑珠的最小直徑的約三分之一。
28.一種制備聚碳酸酯的方法，所述方法包括將雙羥基化合物與碳酰氯、碳酸二苯酯，或碳酰氯與碳酸二苯酯的組合進(jìn)行反應(yīng)，其中所述雙羥基化合物用權(quán)利要求1的裝置制備。
全文摘要
用于由丙酮和苯酚生產(chǎn)雙酚A的上流式反應(yīng)器(10)，包括容器(14)，置于容器(14)內(nèi)的催化劑床(12)，和置于容器(14)內(nèi)的反應(yīng)物分布/產(chǎn)物收集系統(tǒng)。該反應(yīng)物分布/產(chǎn)物收集系統(tǒng)包括置于反應(yīng)器(10)下端的多孔分配器(20)。該反應(yīng)物分布/產(chǎn)物收集系統(tǒng)還包括置于反應(yīng)器(10)上端的多孔收集器(40)。由丙酮和苯酚生產(chǎn)雙酚A的方法包括將包含丙酮和苯酚的反應(yīng)混合物導(dǎo)入分配器(20)，引導(dǎo)其向上通過催化劑床(12)，回收丙酮和苯酚反應(yīng)生成的雙酚和其它異構(gòu)體，以及未反應(yīng)的物料。防止上流式反應(yīng)器中催化劑珠從床(12)中帶出的方法包括通過有適當(dāng)縫隙尺寸的篩網(wǎng)將上流式反應(yīng)器(10)的產(chǎn)物接收至置于反應(yīng)器(10)上端的收集器(40)中。
文檔編號B01J8/00GK1700952SQ03825391
公開日2005年11月23日 申請日期2003年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月8日
發(fā)明者哈特姆·貝爾法德爾, 科琳·達(dá)查諾伊, 簡-威廉·戈德馬克斯, 埃杜阿德·H·施拉曼, 莫尼奎·I·R·德溫 申請人:通用電氣公司