在多相微粒催化劑上進(jìn)行放熱氣相反應(yīng)的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】在多相微粒催化劑上進(jìn)行放熱氣相反應(yīng)的方法和系統(tǒng)
[0001]本發(fā)明涉及在多相微粒催化劑上進(jìn)行放熱氣相反應(yīng)的方法。
[0002]隨反應(yīng)時(shí)間增加，發(fā)生催化劑的不利變化，以致催化劑活性降低。
[0003]這樣的變化特別是，該催化劑被沉積物碳化，因此催化劑表面上的活性位點(diǎn)數(shù)降低。在另一些情況下，由于催化劑的燒結(jié)，催化劑活性降低。
[0004]暴露在包含雜質(zhì)，例如包含稀土元素的不連續(xù)波動(dòng)進(jìn)料流下的催化劑特別容易隨反應(yīng)時(shí)間增加發(fā)生不利變化。
[0005]因此必須定期再生該催化劑以盡可能多地或盡可能完全地恢復(fù)原始活性。
[0006]為此，通常必須確保再生過程中的足夠高溫以在停止反應(yīng)器以供再生后不會(huì)過度損害工作壽命。
[0007]因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種進(jìn)行多相催化的放熱氣相反應(yīng)的方法，其中可以以簡(jiǎn)單方式進(jìn)行該催化劑的再生而不損害工作壽命。
[0008]通過一種在引入兩個(gè)或更多個(gè)殼管式反應(yīng)器的催化劑管、引入兩個(gè)或更多個(gè)熱板反應(yīng)器的熱板之間的間隙或引入兩個(gè)或更多個(gè)熱交換器裝置貫通其中的床反應(yīng)器的床中的多相微粒催化劑上進(jìn)行放熱氣相反應(yīng)的方法實(shí)現(xiàn)該目的，其中傳熱介質(zhì)循環(huán)經(jīng)過所述兩個(gè)或更多個(gè)殼管式反應(yīng)器的催化劑管之間的中間空間、經(jīng)過所述兩個(gè)或更多個(gè)熱板反應(yīng)器的熱板或經(jīng)過所述兩個(gè)或更多個(gè)床反應(yīng)器的熱交換器裝置，
[0009]且所述方法包含生產(chǎn)模式和再生模式，
[0010]在生產(chǎn)模式中，氣體進(jìn)料流經(jīng)過所述多相微粒催化劑且所述傳熱介質(zhì)通過間接熱交換吸收在生產(chǎn)模式中的所有反應(yīng)器中釋放的反應(yīng)熱減去為將進(jìn)料流加熱到反應(yīng)溫度而消耗的熱量并在外部裝置中釋放其中所有或一部分，和
[0011]在再生模式中，通過使再生氣體混合物經(jīng)過所述催化劑，再生所述多相微粒催化劑，其中
[0012]-所述兩個(gè)或更多個(gè)殼管式反應(yīng)器、熱板反應(yīng)器或床反應(yīng)器具有單個(gè)傳熱介質(zhì)回路且
[0013]-在生產(chǎn)模式中運(yùn)行的所述兩個(gè)或更多個(gè)殼管式反應(yīng)器、熱板反應(yīng)器或床反應(yīng)器的數(shù)量始終使得在生產(chǎn)模式中釋放的反應(yīng)熱減去為將進(jìn)料流加熱到反應(yīng)溫度而消耗的熱量足以使所有殼管式反應(yīng)器的催化劑管之間的中間空間、所有熱板反應(yīng)器的熱板或床反應(yīng)器的熱交換器裝置中的傳熱介質(zhì)的溫度保持恒定，波動(dòng)范圍不大于+/-1o°c。
[0014]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以在獲得所述催化劑的活性和選擇性所必需的升高的溫度下以簡(jiǎn)單方式再生多相微粒催化劑，而不必為此使用外部加熱器。本發(fā)明的方法也不必在再生后將反應(yīng)器再加熱到生產(chǎn)模式的反應(yīng)溫度，對(duì)此迄今還沒有可靠的技術(shù)解決方案:迄今使用的電加熱器不適合大規(guī)模反應(yīng)器中頻繁的運(yùn)行變動(dòng)；特別由于陶瓷材料的高比例，它們?nèi)菀装l(fā)生損壞和故障并在運(yùn)行上也昂貴。
[0015]特別地，本發(fā)明的方法還確保下游工藝階段的連續(xù)輸入料流，與額定容量相比荷載波動(dòng)不大于大約50至120%。
[0016]本發(fā)明在具體化學(xué)反應(yīng)方面不受限制并且可用于在多相催化存在下進(jìn)行的任何放熱氣相反應(yīng)。該方法可以特別有利地用于烴的氣相氧化，有利地用于丁烯的氧化脫氫成丁二烯和C0或C02借助Η 2甲烷化以形成甲烷。
[0017]在另一實(shí)施方案中，該方法涉及不含任何烴的氣體進(jìn)料流的反應(yīng)。特別地，該方法可用于Deacon法、用于氧化，例如氯化氫氧化成氯，其中必須再分散活性位點(diǎn)以對(duì)抗燒結(jié)。
[0018]該多相微粒催化劑可以是全活性催化劑或涂布型催化劑。如果其是涂布型催化劑，其具有被包含活性組合物的外殼包封的含陶瓷或沸石的載體。同樣可以使用浸漬催化劑。
[0019]本發(fā)明在具體的多相微粒催化劑方面不受任何限制；這可具有任何形狀，例如環(huán)、丸粒、球體、星形或整料。
[0020]將多相微粒催化劑引入兩個(gè)或更多個(gè)殼管式反應(yīng)器的催化劑管、引入兩個(gè)或更多個(gè)熱板反應(yīng)器的熱板之間的間隙或引入兩個(gè)或更多個(gè)熱交換器裝置貫通其中的床反應(yīng)器的床。
[0021]貫通床反應(yīng)器的熱交換器裝置特別是管。
[0022]為了除去反應(yīng)熱，使用循環(huán)經(jīng)過所述兩個(gè)或更多個(gè)殼管式反應(yīng)器的催化劑管之間的中間空間、經(jīng)過所述兩個(gè)或更多個(gè)熱板反應(yīng)器的熱板或經(jīng)過所述兩個(gè)或更多個(gè)床反應(yīng)器的熱交換器裝置的傳熱介質(zhì)。
[0023]該方法包含生產(chǎn)模式和再生模式。
[0024]在生產(chǎn)模式中，氣體進(jìn)料流經(jīng)過多相微粒催化劑，以致發(fā)生放熱氣相反應(yīng)，且該傳熱介質(zhì)通過間接熱交換吸收在所有反應(yīng)器中釋放的反應(yīng)熱減去為確保進(jìn)料流加熱到反應(yīng)溫度而消耗的熱量并在外部裝置中釋放一部分或所有這種熱。
[0025]該傳熱介質(zhì)可以是任何傳統(tǒng)的液體傳熱介質(zhì)，例如鹽熔體，特別是包含硝酸鉀、亞硝酸鉀、亞硝酸鈉和/或硝酸鈉的鹽熔體或金屬如鈉、汞或各種金屬的合金的熔體。也可以使用離子液體或傳熱油。
[0026]該傳熱介質(zhì)特別是鹽熔體且外部冷卻器是鹽浴冷卻器。
[0027]次要傳熱介質(zhì)有利地為水，其在鹽浴冷卻器中部分或完全汽化。另外借助進(jìn)行該方法的這種方式實(shí)現(xiàn)蒸汽發(fā)生。
[0028]氣體進(jìn)料流通常在比反應(yīng)溫度低的溫度下送入反應(yīng)器以避免過早反應(yīng)和與其相關(guān)的缺點(diǎn)(分解、沉積物等)。通常只應(yīng)在該料流與多相微粒催化劑接觸時(shí)才達(dá)到反應(yīng)溫度。
[0029]為此，必須加熱該進(jìn)料流，這利用釋放并被傳熱介質(zhì)吸收的一部分反應(yīng)熱實(shí)現(xiàn)。
[0030]傳熱介質(zhì)吸收的剩余反應(yīng)熱部分或完全在外部裝置中釋放。這可以是熱交換器(冷卻器)，但也可以是另一反應(yīng)器。
[0031]多相微粒催化劑的活性一低于特定的規(guī)定值，就將運(yùn)行從生產(chǎn)模式切換到再生模式。特別通過轉(zhuǎn)化率的降低確定催化劑活性降至催化劑活性降低的極限值以下的時(shí)間點(diǎn)。可以根據(jù)進(jìn)行的具體反應(yīng)不同地設(shè)定從生產(chǎn)模式向再生模式切換的這種轉(zhuǎn)化率降低的極限值。特別地，可以將上述極限值設(shè)定為在恒定溫度下25%的轉(zhuǎn)化率降低。隨時(shí)間推移催化劑管上的壓降的增加也使得需要再生。
[0032]在再生模式中，通過使再生氣體混合物經(jīng)過多相微粒催化劑，將其再生。
[0033]根據(jù)在生產(chǎn)模式中進(jìn)行的具體氣相反應(yīng)，這種氣體可以是含氧氣體或還原氣體。
[0034]再生模式特別包含下列再生步驟:
[0035]-用惰性氣體，特別是氮?dú)獯祾甙嘟饘傺趸锎呋瘎┑拇呋瘎┕埽?br>[0036]-使再生氣體經(jīng)過包含多金屬氧化物催化劑的催化劑管。
[0037]通常通過用相當(dāng)于反應(yīng)器體積的3至5倍的惰性氣體總體積吹掃反應(yīng)器多次來進(jìn)行惰性氣體吹掃，每次排出吹掃氣體。在吹掃階段結(jié)束時(shí)，通常將運(yùn)行切換成惰性氣體循環(huán)，并通過開始引入再生氣體而啟動(dòng)實(shí)際再生步驟。
[0038]本發(fā)明特別具有操作靈活的優(yōu)點(diǎn)，其允許各種次序，例如吹掃、燒除、再分散、還原和/或再氧化的組合，因?yàn)樗猩鲜龉に囋陬愃茰囟人较逻M(jìn)行。
[0039]根據(jù)本發(fā)明，所述兩個(gè)或更多個(gè)殼管式反應(yīng)器、熱板反應(yīng)器或床反應(yīng)器具有單個(gè)傳熱介質(zhì)回路。
[0040]一旦殼管式反應(yīng)器、熱板或床反應(yīng)器之一由于達(dá)到催化劑活性降低的規(guī)定極限值而必須切換到再生模式，向單個(gè)傳熱介質(zhì)回路的連接確保傳熱介質(zhì)的溫度不會(huì)下降，而是由于繼續(xù)在生產(chǎn)模式中運(yùn)行的其它反應(yīng)器中釋放的熱也供往進(jìn)行再生模式的反應(yīng)器而保持在與繼續(xù)在生產(chǎn)模式中運(yùn)行的反應(yīng)器類似的水平。
[0041]根據(jù)本發(fā)明，在生產(chǎn)模式中運(yùn)行的殼管式反應(yīng)器、熱板反應(yīng)器或床反應(yīng)器的數(shù)量始終使得在生產(chǎn)模式中釋放的反應(yīng)熱減去為將進(jìn)料流加熱到反應(yīng)溫度而消耗的熱量足以使所有殼管式反應(yīng)器的催化劑管之間的中間空間、所有熱板反應(yīng)器的