在假等溫條件下進行強放熱氧化反應的方法
2023-10-06 21:55:34 1
專利名稱：在假等溫條件下進行強放熱氧化反應的方法
技術領域：
最概括地說，本發明涉及一種用於在假等溫條件下進行放熱化學反應的方法。
在下面的說明書和在隨後的權利要求書中，採用的術語假等溫條件指的是反應溫度控制在預定最佳值左右的有限範圍內的那些條件。
具體而言，本發明涉及一種用於在假等溫條件下進行的高度放熱催化反應如氧化反應(例如，氨氧化形成硝酸，甲醇氧化形成甲醛)的方法。
本發明也涉及一種用於進行上述方法的儀器。
現有技術關於高放熱氧化反應，眾所周知為了避免明顯的危險操作條件，需要控制一個或多個操作變量如反應溫度和至少一個反應物的濃度。
因此，例如在通過甲醇氧化的甲醛生產過程中，反應物的高濃度和反應的高放熱迅速導致在爆炸條件下工作；因而導致需要嚴格控制反應物的濃度和反應溫度低於良好預定的值。
而且，當反應溫度和反應物濃度超過所述值時，會發生催化劑的「中毒」和劣化現象，隨後出現不可避免的產率降低。這是在氨氧化形成硝酸的情況，在該反應中當反應物濃度超過在預定溫度的預定閾值時，以Co3O4為基礎的催化劑進行快速的CoO還原反應，形成更低活性的Co3O4。
為了控制反應物的溫度和濃度，建議在流化床反應器中進行所述類型的反應。
然而，這類型的反應器遭遇到了很多公認的缺點，如由於需要大量的空氣以保持氨濃度低於爆炸閾值導致的過量能量消耗、對於固定床反應器的更大的構造複雜性以及灰塵回收問題。
而且，在所述流化床反應器內部運動的催化劑發生對反應器本身的壁體的腐蝕作用。
發明簡述基於本發明的技術問題是提供一種用於在以連續流加入到預定催化劑床的反應物之間的假等溫條件下進行高放熱氧化反應的方法，該方法能夠克服現有技術的上述缺陷，換句話說，是在反應物混合物和反應物-產物的爆炸極限下工作，並且促進了催化劑有更長的壽命。
根據本發明上述技術問題通過特徵在於如下的方法解決所述至少部分所述反應物連續流在對應的不同預定溫度和流速下加入到相應於反應的不同連續階段的所述催化劑床的不同點，其中反應物濃度低。
在使用具有豎直軸並具有被反應物軸向橫過的催化劑床的假等溫反應器的非限制情況下，反應的連續階段限定在催化劑床的不同的對應高度上，其中反應物是以預定流速和溫度加入的。
從用於解釋而不是限制目的參考附圖的本發明具體實施方式
的下列描述，將可以清楚地理解本發明方法的特性和優點。
附圖簡述
圖1示意性地示出用於進行本發明方法的化學反應器。
圖2示意性地示出圖1反應器的細節放大圖。
圖的詳細說明參考圖1，一個具有豎直軸的化學反應器是球形的並用1示意性指出，該反應器是用於進行高度放熱反應，該反應例如並優選氧化反應如氨氧化形成硝酸。
所述反應器1包括圓柱型殼身2；相應的末端板即底部末端板3和上部末端板4。上部末端板4裝備有人孔5，而底部末端板3裝備有用於排出反應產物的開口6。
在所述殼身2中，限定有反應區域7，所述反應區域代表性地位於底線8和上線9之間，它用於容納預定催化劑床(L)，而且要被反應物氣體和反應產物軸向穿過。
催化劑床(L)以熟知的方式支撐，因而沒有示出。
在催化劑床(L)中，浸沒並支撐有多個熱交換器10和相應的多個分配供給裝置12；所述熱交換器10是板狀、矩形狀，而且優選以與所述殼身同中心並共軸的很多排放射狀安置，長邊11平行於殼體本身。
根據本發明特性並根據一個優選實施方案，每個交換器10連接尤其是固定有一對分配供給器12，對分配供給器12來說，交換器構成合適的支撐，這將從下面說明書中變得明顯。
特別地，參考圖2，每個熱交換器10包括並列放置並在周邊連接的壁27和壁28，例如通過以相互隔開關係合適焊接以使在兩壁之間形成第一室18。
在所述壁27和28之間也限制了第二室19，它靠近所述交換器1的側邊11並穿過焊接線25，具有平行於所述側11的部分32和垂直於所述側11的部分33，室19與所述第一室18流體密封(fluid-tight)分離。
室18裝備有進口管件29和出口管件31，而室19隻包括一個進口管件34。
兩個箱狀軌道(carter)20和22固定在每個交換器10的壁27上，並垂直延伸到用於對應交換器10的整個寬度的所述側1上。
軌道20和22用壁27相應的管21和23限定，所述管21和23在一側通過在壁27內形成的開口36和37與所述第二室18流體連通，而在另一側通過在軌道本身形成的多個孔26與交換器10的外側並因此浸沒有所述交換器10的催化劑床(L)流體連通。
優選地，所述孔26在直線隊列排列，並沿對應軌道(20、22)縱向延伸。
通過對應交換器10支撐的軌道20和22基本上構成用於通過室18加入到所述軌道的預定流體的分配供給裝置12。
根據本發明，具有相應的分配供給器12的多個交換器10構成適用於控制催化劑床(L)中的溫度和反應物濃度的裝置，這將在下面的說明書中變得明顯。
反應器1也包括一用於預定反應物的加料管(13和14)，它穿過包括管(15和16)和對應的接頭(30和35)的系統與每個交換器10的對應室18和19流體連通。
-用於反應產物的收集管17，它在一側與每個交換器的出口管件31流體連通，而在另外一側與軸向裝備在反應器中的中心管24流體連通。
參考上述裝置，下面將描述用於在假等溫條件下進行高放熱氧化反應的本發明方法，即要將反應溫度和反應物的濃度同時控制在對應的預定值附近。
反應物流，例如用於硝酸生產的氨和氧連續加入到反應器1中，並在進口處分成兩部分。
所述流體的第一部分或主要部分通過帶有催化劑床(L)的熱交換器預熱到最合適溫度以引發所需反應(氨氧化)；對於該目的和在所解釋的具體情況下，反應物流的所述主要部分在所有的管15-接頭30之間通過分配器12分開，所述分配器並用於向所有交換器10的室18加料。
因此從多個反應器10出來的預熱反應物通過收集器20收集，收集器將反應物輸送到中心管24的低端。從所述管24的上端出來的預熱反應物分配到上述催化劑床(L)，通過橫穿催化劑床，反應物開始所需的高放熱氧化反應。
所述反應物流的第二部分或控制流在所述多個交換器10的所有室18之間分開，所分開的每個流體都加入到對應的成對分配-供給器19、20。
如上所述，所述分配-供給器19、20位於床(L)的催化劑塊中，並且位於嚴格對應於在預先控制反應物的濃度和溫度下所發生的反應階段的高度。
根據本發明，通過在催化劑床的預定位置注入反應物的新鮮流體基本上可以進行這樣的控制，反應物的濃度連續適當調節並以所述反應物流的第二部分流速以熟知方式調節。
反應產物從反應器1通過開口6排出。
這樣構思的本發明是易受各種變化和改進影響的，因此，所有的這些變化和改進都涵蓋在通過下面權利要求限定的本發明保護範圍。
權利要求
1.用於在以連續流加入到預定催化劑床的反應物之間以假等溫條件進行高放熱氧化反應的方法，其特徵在於反應物的至少部分所述連續流在相應於反應的不同連續階段的所述催化劑床的不同點處以各自不同預定溫度和流速加入。
2.用於在以連續流加入到預定催化劑床(L)的反應物之間以假等溫條件進行高放熱氧化反應的方法，在所述催化劑床(L)中浸沒並支撐有多個熱交換器(10)，其特徵在於—多個分配-供給器(20、22)放置於所述催化劑床(L)中，並位於嚴格相應於所述氧化反應的不同預定階段的催化劑床的不同點處，—所述反應物連續流被分成具有預定溫度和流速的第一部分或主流和第二部分或控制流，—所述第一部分或主流通過具有所述催化劑床(L)的熱交換預熱，使所述第一部分或主流加入並穿過所述多個交換器(10)。—所述預熱反應物的主流被覆蓋並連續加入到所述催化劑床(L)中，—所述第二部分或控制流加入到所述多個分配-供應器(20、22)中以用預定溫度和流速將各個反應物的新鮮流注入到催化劑床(L)中。
3.根據權利要求1和2的方法在假等溫條件下進行高放熱氧化反應的裝置，它包括多個熱交換器(10)，其特徵在於每個所述交換器與至少一個適用於在預定溫度和流速下連續加入反應物流的分配-供給器(20、22)連接。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於所述至少一個分配-供給器(20、22)通過各個對應的所述熱交換器(10)支撐固定。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於所述熱交換器(10)是板狀並基本上是矩形的，在所述熱交換器內限定有要被對應的待預熱反應物流橫穿的第一室(18)、以及與所述第一室(18)流體密封分離並且與所述至少一個分配-供給器(20、22)流體連通的第二室(19)。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特徵在於所述分配-供給器(20、22)包括固定在對應板狀熱交換器(10)壁上的軌道，利用其基本上限定了導管，所述導管在一側與熱交換器(10)的所述第二室(19)流體連通，而在另外一側通過在所述軌道中形成的多個孔與熱交換器(10)自身的外部流體連通。
7.用於在假等溫條件下進行高放熱催化氧化反應的反應器，包括在其中限定了至少部分被催化劑床(L)佔據的反應區域的殼身，其特徵在於它包括浸沒在所述催化劑床(L)中的根據權利要求3-6所述的裝置。
全文摘要
用於在假等溫條件例如用於生產硝酸的反應以及用於生產甲醛的反應進行高放熱催化反應如所謂的氧化反應的方法和裝置。反應物的至少部分連續流加入到相應於反應不同連續階段的催化劑床的不同點上。
文檔編號C07C45/38GK1688385SQ03824374
公開日2005年10月26日 申請日期2003年9月8日 優先權日2002年10月17日
發明者E·菲利皮, E·裡齊, M·塔羅齊, K·A·克萊頓 申請人:阿梅尼亞·卡薩萊股份有限公司