專利名稱：將氣體導(dǎo)入流化床的裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種將氣體導(dǎo)入流化床的裝置，且涉及一種包含該氣體導(dǎo)入裝置的流化床反應(yīng)器。本發(fā)明還涉及到一種使用根據(jù)本發(fā)明的流化床反應(yīng)器來使乙烯氧氯化以形成1，2-二氯乙烷的方法。
流化床反應(yīng)器通常包括一個(gè)固體細(xì)晶粒的催化床，其中該催化床通常作為進(jìn)行反應(yīng)的催化劑。在反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)的物質(zhì)通常為氣體，且在反應(yīng)器頂部離開反應(yīng)器的反應(yīng)產(chǎn)物也同樣是氣體。反應(yīng)物的導(dǎo)入和混合都發(fā)生在反應(yīng)器的下部，特別是在流化床的上方和/或下方。氣體入口和分配系統(tǒng)在反應(yīng)的最優(yōu)化當(dāng)中扮演重要角色，其中反應(yīng)物在該氣體入口和分配系統(tǒng)中混合，并與催化劑接觸。流化床由于導(dǎo)入的氣體或惰性氣體的原因而保持懸浮狀態(tài)，從而具有類似流體的特征。在放熱反應(yīng)中，這有利于反應(yīng)熱傳導(dǎo)至冷卻液，其中該冷卻液例如在反應(yīng)器內(nèi)的、特別適合上述目的的內(nèi)部元件(如管道)中循環(huán)。另一方面，特殊的加熱裝置能促進(jìn)吸熱反應(yīng)，例如使用加熱板來達(dá)到該目的。
在氣態(tài)反應(yīng)物流經(jīng)流化床后，離開流化床的氣流帶走流化床顆粒；出于經(jīng)濟(jì)和生態(tài)因素的考慮，這些流化床顆粒必須分離出來并返回到流化床。用于保留流化床顆粒的合適裝置，例如是離心分離器和過濾器。然而，在大多數(shù)情況下，并不是所有的流化床顆粒都有可能被分離，特別是細(xì)晶粒顆粒(例如催化劑粉末)將會損失。因此，與流化床顆粒損失相關(guān)的催化劑損失，表現(xiàn)出了相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)局限性。另外，催化劑經(jīng)常有毒或者對環(huán)境有害，因此將它們從反應(yīng)產(chǎn)物中的分離和隔絕出來會產(chǎn)生大量的支出。
從上述原因可知，盡可能全面地抑制細(xì)晶粒顆粒的形成是有利的。
已經(jīng)知道，細(xì)晶粒顆粒的形成主要是在流化床內(nèi)與冷卻管和反應(yīng)器壁進(jìn)行研磨和摩擦的結(jié)果，或者是由氣體的導(dǎo)入所產(chǎn)生。舉例來說，具有一定耐磨性的流化床顆粒能夠阻礙所形成的細(xì)晶粒顆粒的增加。在催化劑施用(apply)于載體材料的情況下，耐磨性基本由載體材料決定。然而，在另一方面，耐磨性(硬)流化床顆粒的使用，也導(dǎo)致冷卻管和將氣體導(dǎo)入反應(yīng)器的氣體入口管的磨損的增加。結(jié)果可能引起產(chǎn)品的高維修費(fèi)用和與維修相關(guān)的損失。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的裝置，用來將氣體導(dǎo)入流化床反應(yīng)器中，其中由于催化劑的粉碎和與氣流一起排出而引起的催化劑損失，能夠在盡可能最小的花費(fèi)下得到減少。
該目的通過一個(gè)將氣體導(dǎo)入流化床內(nèi)的裝置來實(shí)現(xiàn)，該裝置具有位于流化床下方和/或上方的至少一個(gè)氣體入口管(2、3)，該裝置的特征在于，氣體入口管(2、3)在其開口處和/或其開口的上游處具有氣流漩渦裝置。
本發(fā)明的優(yōu)選結(jié)構(gòu)在從屬權(quán)利要求中給出。特別地，流化床可以放置在流化床反應(yīng)器中，優(yōu)選放置在垂直的流化床反應(yīng)器中。流化床反應(yīng)器的外殼可以是耐壓外殼的形式，用來容納氣體，并且用來容置位于其中的、至少一個(gè)固體微粒的流化床。
根據(jù)本發(fā)明的氣體導(dǎo)入裝置的特征在于，氣體入口管使得所傳輸?shù)臍饬鳟a(chǎn)生漩渦。
令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，可以通過對傳統(tǒng)使用的氣體入口管進(jìn)行簡單的改造，來大大減少催化劑的粉碎，其中通過這種簡單的改造，使得在氣體入口管中傳輸?shù)臍饬餍纬射鰷u。這種氣流漩渦造成的結(jié)果可能是，從氣體入口管排出的氣流的速度分布變得有利于管道壁附近的容積流動(dòng)的增加。例如，從氣體入口管出來的漩渦氣流的速度分布，在氣體入口管的橫截面上大致不變。
當(dāng)氣體入口管布置在流化床的下方時(shí)，氣流的漩渦和其引起的容積流動(dòng)速度分布的改變，很大程度上或者完全地防止了氣體入口管邊緣上的流化床顆粒落入管道中，并防止在其中被粉碎而形成能從反應(yīng)器中排出的細(xì)晶粒顆粒。因此，可有利地實(shí)現(xiàn)減少粉末的排放。
當(dāng)氣體入口管布置在流化床上方時(shí)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在這種情況下也可以減少粉末的形成和排放。特別地，氣體管道和冷卻管上的磨損也因此減少了。原因可能是氣泡在氣流的排出過程中沒有被直接向上引導(dǎo)。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，氣體入口管中所傳輸?shù)臍饬麂鰷u由氣流漩渦裝置(尤其是位于氣體入口管的出口側(cè)一端)產(chǎn)生，該氣流漩渦裝置形成管腔的收縮段或加寬段。上述收縮段可以采用例如墊圈的形式，例如布置在氣體入口管的至少一部分內(nèi)周邊上的環(huán)狀墊圈。管腔的收縮段或加寬段，可以采用布置在內(nèi)周邊上的螺紋形式。已經(jīng)證明，在收縮段上設(shè)置至少一條棱邊特別是尖銳的棱邊將特別有利，因?yàn)檫@促進(jìn)了氣流形成漩渦。另外，氣流漩渦裝置可具有至少一個(gè)網(wǎng)屏，和/或至少一個(gè)湍流網(wǎng)格，和/或至少一個(gè)多孔隔膜。氣流漩渦裝置可以布置在氣體入口管的出口處，和/或沿流動(dòng)方向布置在氣體入口管的開口的上游處。
下面參考附圖，通過對實(shí)施例的說明來詳細(xì)描述本發(fā)明。


圖1表示一個(gè)流化床反應(yīng)器的視圖，其中該反應(yīng)器具有將氣流導(dǎo)入流化床的傳統(tǒng)的氣體入口管；圖2表示一個(gè)流化床反應(yīng)器的視圖，其中該反應(yīng)器具有根據(jù)本發(fā)明的、將氣流導(dǎo)入流化床的氣體入口管。
首先參考圖1，圖1表示了一個(gè)流化床反應(yīng)器，該反應(yīng)器具有耐壓殼1、流化床4和位于其中且用來將氣體導(dǎo)入反應(yīng)器的裝置。該氣體導(dǎo)入裝置包括多個(gè)氣體入口管3，它們布置在流化床4的上方，用來將來自上方的氣流導(dǎo)入流化床4內(nèi)；該氣體導(dǎo)入裝置還包括多個(gè)氣體入口管2，它們布置在流化床4的下方，用來將來自下方的氣流導(dǎo)入流化床4內(nèi)。如位于流化床4的上、下方的氣體入口管的兩個(gè)放大圖所示，在使用現(xiàn)有技術(shù)中慣用的氣體入口管的情況下，在管道橫截面上的氣流速度分布大體呈拋物線形。圖1所示的反應(yīng)器的直徑為28cm，高度為2.3m。
下面參考圖2，圖2表示了一個(gè)流化床反應(yīng)器，該反應(yīng)器具有根據(jù)本發(fā)明的用于導(dǎo)入氣流的氣體入口管，其與圖1所示的反應(yīng)器的區(qū)別在于根據(jù)本發(fā)明，在圖2中的氣流導(dǎo)入裝置中的氣體入口管設(shè)置有管腔的收縮段，以使氣流形成漩渦。為了該目的，氣體入口管2、3具有一個(gè)環(huán)狀墊圈6，該環(huán)狀墊圈6布置在氣體入口管的出口側(cè)一端的內(nèi)周邊附近。如位于流化床4的上、下方的氣體入口管的兩個(gè)放大視圖所示，由于環(huán)狀墊圈6的原因，現(xiàn)有技術(shù)中管道的已知拋物線速度分布變得平直，從而可利于管道邊緣附近的氣流速度的增加。特別地，從氣體入口管中排出的氣流的速度分布，在氣體入口管的橫截面上大體不變。
圖2的流化床反應(yīng)器特別適合于乙烯的氧氯化過程，下面舉例進(jìn)行描述。
氧氯化過程通常的含義是指烯烴(這里是乙烯)和氯化氫及氧氣或含氧氣體(例如空氣)的反應(yīng)，以根據(jù)如下反應(yīng)式來形成飽和氯代烷烴(這里是1，2-二氯乙烷，下面稱為“EDC”)
該反應(yīng)使用了氯化銅形式的催化劑，并施用在氧化鋁顆粒上。該催化劑顆粒例如具有大約50μm的平均顆粒直徑，其中顆粒大小的范圍是20到120μm。顆粒密度大約為1600kg/m3。循環(huán)氣體和反應(yīng)氣體的流入使得催化劑顆粒形成流化床。
在根據(jù)圖2所示的本發(fā)明流化床反應(yīng)器中，加熱到150℃的反應(yīng)物以氣態(tài)形式導(dǎo)入，63Nm3/h的氯化氫和17Nm3/h的氧氣的混合物通過位于流化床4上方的氣體入口管3流進(jìn)催化劑流化床4內(nèi)。32Nm3/h的乙烯和60Nm3/h的循環(huán)氣體的混合物，在150℃的溫度和4.7bar的壓強(qiáng)下，從下方通過氣體入口管2流入催化劑流化床4內(nèi)。氣體入口管2中的平均流速為1.3m/s，氣體入口管3中的平均流速為1.0m/s。
在流化床4的下部，分布在反應(yīng)器橫截面上的反應(yīng)物在所謂的混合區(qū)內(nèi)進(jìn)行混合，并在催化劑上進(jìn)行放熱反應(yīng)。從而，所產(chǎn)生的238.5KJ/mol反應(yīng)熱通過冷卻管(未顯示)傳遞到傳熱介質(zhì)上。反應(yīng)溫度為232℃，反應(yīng)壓強(qiáng)是4.2bar。
反應(yīng)前后的流化床顆粒數(shù)量的測定顯示，由于催化劑顆粒的粉碎和通過流出氣體排出而導(dǎo)致的催化劑損失大約為7.6g/每噸EDC。
對比例為了對比，在圖1所示的傳統(tǒng)流化床反應(yīng)器中，進(jìn)行乙烯到EDC的氯氧化反應(yīng)，其他條件相同。對流化床顆粒數(shù)量的測定顯示，每噸EDC的催化劑損失大約為48g；也就是說，大約7倍于本發(fā)明流化床反應(yīng)器中的損失量。
權(quán)利要求
1.一種用于將氣體導(dǎo)入流化床的裝置，該裝置在該流化床的上方和/或下方具有至少一個(gè)氣體入口管(2、3)，其特征在于氣體入口管(2、3)在其開口處和/或其開口的上游處具有氣流漩渦裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于該氣流漩渦裝置形成管腔的至少一個(gè)收縮段或加寬段。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于該收縮段具有至少一條棱邊。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的裝置，其特征在于該氣流漩渦裝置至少部分地由螺紋構(gòu)成。
5.如前面任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于該氣流漩渦裝置具有至少一個(gè)墊圈(6)。
6.如前面任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于該氣流漩渦裝置具有至少一個(gè)網(wǎng)屏、至少一個(gè)湍流網(wǎng)格，和/或至少一個(gè)多孔隔膜。
7.如前面任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于該氣體入口管具有這樣一個(gè)氣流漩渦裝置，該氣流漩渦裝置能夠在管道橫截面上產(chǎn)生大致不變的速度分布。
8.如前面任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于該氣體包括乙烯、氧氣和/或氯化氫。
9.一種流化床反應(yīng)器，其特征在于該流化床反應(yīng)器配備有如前面任一權(quán)利要求所述的將氣體導(dǎo)入流化床的裝置。
10.一種利用流化床反應(yīng)器生產(chǎn)1，2-二氯乙烷的方法，該流化床反應(yīng)器設(shè)置有根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的氣體導(dǎo)入裝置，該方法中，乙烯、氧氣和/或氯化氫被導(dǎo)入到具有催化劑的流化床中。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于當(dāng)使用位于流化床(4)下方的氣體入口管(2)時(shí)，氣流以位于0.5到10m/s范圍內(nèi)的平均排出速度排出。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于當(dāng)使用位于流化床(4)下方的氣體入口管(2)時(shí)，氣流以位于3到6m/s范圍內(nèi)的平均排出速度排出。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于當(dāng)使用位于流化床(4)上方的氣體入口管(3)時(shí)，氣流以位于0.7到10m/s范圍內(nèi)的平均排出速度排出。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于當(dāng)使用位于流化床(4)上方的氣體入口管(3)時(shí)，氣流以位于2到5m/s范圍內(nèi)的平均排出速度排出。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種將氣體導(dǎo)入流化床反應(yīng)器的裝置和方法，該裝置在該流化床的上方和/或下方具有至少一個(gè)氣體入口管(2、3)，其特征在于氣體入口管(2、3)在其開口處和/或開口的上游處具有氣流漩渦裝置。
文檔編號B01J8/18GK1668371SQ03817183
公開日2005年9月14日 申請日期2003年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月18日
發(fā)明者克勞斯·克雷伊奇, 彼得·卡默霍弗, 因戈?duì)柗颉っ谞柨? 烏韋·沃特英 申請人:芬諾利特技術(shù)兩合公司