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)波動進(jìn)料流下的催化劑特別容易隨反應(yīng)時間增加發(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)器以供再生后不會過度損害工作壽命。
[0007]因此本發(fā)明的一個目的是提供一種進(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或更多個殼管式反應(yīng)器的催化劑管、引入兩個或更多個熱板反應(yīng)器的熱板之間的間隙或引入兩個或更多個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)的方法實現(xiàn)該目的，其中傳熱介質(zhì)循環(huán)經(jīng)過所述兩個或更多個殼管式反應(yīng)器的催化劑管之間的中間空間、經(jīng)過所述兩個或更多個熱板反應(yīng)器的熱板或經(jīng)過所述兩個或更多個床反應(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]-所述兩個或更多個殼管式反應(yīng)器、熱板反應(yīng)器或床反應(yīng)器具有單個傳熱介質(zhì)回路且
[0013]-在生產(chǎn)模式中運行的所述兩個或更多個殼管式反應(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)器中頻繁的運行變動；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以對抗燒結(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或更多個殼管式反應(yīng)器的催化劑管、引入兩個或更多個熱板反應(yīng)器的熱板之間的間隙或引入兩個或更多個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)過所述兩個或更多個殼管式反應(yīng)器的催化劑管之間的中間空間、經(jīng)過所述兩個或更多個熱板反應(yīng)器的熱板或經(jīng)過所述兩個或更多個床反應(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(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間點。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，特別是氮氣吹掃包含多金屬氧化物催化劑的催化劑管，和
[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，通常將運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實際再生步驟。
[0038]本發(fā)明特別具有操作靈活的優(yōu)點，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，因為所有上述工藝在類似溫度水平下進(jìn)行。
[0039]根據(jù)本發(fā)明，所述兩個或更多個殼管式反應(yīng)器、熱板反應(yīng)器或床反應(yīng)器具有單個傳熱介質(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，向單個傳熱介質(zhì)回路的連接確保傳熱介質(zhì)的溫度不會下降，而是由于繼續(xù)在生產(chǎn)模式中運行的其它反應(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