優化鄰苯二甲酸酐催化劑的活性材料負載的方法
2023-05-01 18:02:51 1
優化鄰苯二甲酸酐催化劑的活性材料負載的方法
【專利摘要】本發明涉及一種提供反應器系統的方法，所述反應器系統用於通過在由含釩活性材料製成的至少一種催化劑上芳烴的氣相氧化來製備鄰苯二甲酸酐，其中活性材料負載藉助於模型被優化。
【專利說明】優化鄰苯二甲酸酐催化劑的活性材料負載的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種提供反應器系統的方法，該反應器系統用於通過在由含釩活性材料製成的至少一種催化劑上氣相氧化芳烴來製備鄰苯二甲酸酐。
【背景技術】
[0002]通過鄰二甲苯和/或萘的催化氣相氧化進行鄰苯二甲酸酐的工業級生產。為此目的，在反應器中提供適於該反應的催化劑，一般為含釩觸點，並且使反應氣在催化劑上方通過。優選地，將所謂的多管式反應器用作反應器，其中平行布置大量管，冷卻劑圍繞管流動。一般來說，將鹽熔體用作冷卻劑，例如NaNO2和KNO3的共晶混合物。
[0003]將催化劑以催化劑體形式裝入管中。在最簡單情況下，使用均質填料床。隨後使含有含氧氣體(通常為空氣)和待氧化的烴(通常為鄰二甲苯或萘)的混合物的反應氣在填料床上方通過。
[0004]烴的氧化放熱強烈，結果是特別在反應器入口的區域中，觀察到強熱生成。為了實現反應器的高生產率，使用結構化催化劑填料床作為一個過渡，其中不同活性的催化劑層在管中在另一層上排列成一層。
[0005]目前，通常使用3層催化劑填料床，其中在反應器入口邊上，排列具有相對低活性的催化劑層，其後緊跟具有逐步增加活性的催化劑層。因此將具有最高活性的催化劑層布置在反應器出口側。這種體系例如從EPl 082 317BUEP1 084115B1或W02004/103944(Al)已知。
[0006]最近，使用具有四層或更多層的催化劑體系作為一個過渡，其中首先將較高活性催化劑的相對薄層布置在反應器入口側。將較低活性層附著到該較高活性層，該較低活性層隨後為催化劑活性進一步增加的其它層。這種催化劑體系例如在W02007/134849A1或W02011/032658 中已知。
[0007]在鄰二甲苯或萘的氧化期間，除了有價值產物鄰苯二甲酸酐之外，也形成了一系列不需要的次級產物如一氧化碳、二氧化碳、苯甲酸、馬來酸酐或檸康酸酐。此外，有價值產物還可能被由於離析物的不完全轉化而形成的化合物所汙染。這種中間產物的實例為鄰甲苯甲醛和苯酞。所需的是對鄰苯二甲酸酐氧化的選擇性儘可能的高，並且最終產物中次級產物或中間產物的比例可能最小，同時起始產物具有高轉化率。
[0008]目前，實現了高達81摩爾％的鄰苯二甲酸酐的摩爾選擇性。為了進一步增加鄰二甲苯或萘氧化成鄰苯二甲酸酐的選擇性，可以改變催化劑體系的不同參數。因此，催化劑的組成可以改變，或者催化劑填料床的性質也可以改變。對於這一點，例如，可以改變個別催化劑層的排列和長度。
[0009]然而，催化劑或催化劑填料床的經驗性改進涉及極高的實驗費用。這對於其中體系的個別層必須優化並彼此匹配的多層體系尤其正確。即便花費大量時間，可能僅獲得個別參數對整個體系影響的十分粗略描繪。
【發明內容】
[0010]因此，本發明的目的為提供一種提供反應器系統的方法，該反應器系統用於通過在至少一種含釩活性材料上氣相氧化芳烴來製備鄰苯二甲酸酐，該方法實施起來很簡單並且使得快速優化這種反應器系統成為可能。
[0011]這一目的用具有權利要求1的特徵的方法來實現。該方法的優選的實施例為從屬權利要求的主題。
[0012]在根據本發明的方法中，使用一種模型，其使得可能得出關於催化劑相的層Lm的活性材料負載Mm，n或層Lm中催化劑Am，n提供的活性材料負載Mm，n的改變對性能參數的影響的結論，例如，根據催化劑和氣相的熱平衡、在對於氣相和催化劑相的各種情況下達到的物料平衡以及考慮到催化劑體中的物料傳輸和用於通過芳烴的氣相氧化製備鄰苯二甲酸酐的反應動力學，在鄰苯二甲酸酐方面的反應選擇性。用該模型，催化劑層Lm的活性材料負載Mm，n可以系統性變化並且系統性記錄對一個性能參數的影響。以此方式，催化劑相的層Lffl的活性材料負載Mm，n或由層Lm中催化劑Am，n提供的活性材料負載Mm，n可以關於性能參數被優化。可以隨後在反應器中提供用該模型確定的催化劑相，因此優化的反應器系統是可用的，該優化的反應器系統例如具有在鄰苯二甲酸酐方面改進的選擇性。
[0013]本發明因此針對於一種提供反應器系統的方法，該反應器系統用於通過在至少一種催化劑Am，n上氣相氧化芳烴製備鄰苯二甲酸酐，反應器系統包含含有含釩活性材料的催化劑體，其中:
[0014]-提供了多管式反應器，
[0015]-具有數量為b的管,該管具有
[0016]-直徑D，以及
[0017]-管長度L;
[0018]其中管具有特定管壁厚度的管壁，冷卻劑圍繞管壁流動，冷卻劑具有平均冷卻劑溫度Tk ；
[0019]-在管中提供包含至少一個層Lni的催化劑相，其中層Lni包含催化劑Απ，η，其中m假設為I和最大層數之間的整數值並且η為代表特定催化劑的從I至η的下標，並且由催化劑Am，n在層Lm中提供活性材料負載Mm，n ;和
[0020]-形成氣相併且含有至少一種反應組分的反應氣通過管；
[0021]-為用於多管式反應器的管中的氣相和催化劑相的多管式反應器，提供一種模型，該模型描述了
[0022]-熱平衡，和，
[0023]-在對於氣相和催化劑相的各種情況下，物料平衡，以及
[0024]-在催化劑體中的物料傳輸，和
[0025]-用於通過芳烴的氣相氧化製備鄰苯二甲酸酐的反應動力學；
[0026]-通過設定至少以下內容建立多管式反應器的操作條件
[0027]-每管的反應氣特定通過量；
[0028]-反應氣中至少一種反 應組分的特定濃度和
[0029]-所述冷卻劑的特定平均冷卻劑溫度Tk；
[0030]-確定性能特徵，其可以假設為值Wn；[0031]-用所述模型，通過以下確定差值Λ
[0032]a)對極限差值Λ G分配一值；
[0033]b)在具有第一催化劑Anu的層Lm中提供第一活性材料負載Mnu並且，在多管式反應器的操作條件下，確定性能特徵的第一值W1 ；
[0034]c)通過在層Lm中經由第二催化劑Am，2提供第二活性活性材料負載Mm，2，改變層Lm的活性材料負載；
[0035]d)在多管式反應器的操作條件下用針對第二催化劑Am,2的模型確定性能特徵的
第二值W2 ；
[0036]e)比較第一值W1和第二值W2並且確定差值Δ ；
[0037]和用催化劑Am，n重複步驟b至e直至差值Λ落在低於極限差值Ae的量內；
[0038]-提供由極限差值ΛG確定的催化劑Am，e，和
[0039]-在反應器的管中，提供由催化劑Am，e形成的催化劑相的至少一個層Lm。
【具體實施方式】
[0040]在根據本發明的方法中，首先提供多管式反應器。可以使用諸如用於製備鄰苯二甲酸酐的已知的常規多管 式反應器。這種多管式反應器包含例如多至20，000根管，這些管彼此平行排列在冷卻劑空間中，冷卻劑可以通過所述管流動。也有可能進行用於包含僅單一管的反應器的方法。對於工業級應用，管的數量b選擇為多至50，000，根據一【具體實施方式】多至15，000。根據一【具體實施方式】，管的數量選擇大於1，000。
[0041]管具有直徑D，其中此處指的是管的內徑。優選地，管的直徑D選擇為在10至50mm的範圍內，更優選為20至40mm。管具有同樣選擇在常規範圍內的管長度L。該管長度對應於用催化劑相填充的管的長度。當確定管長度L時，不考慮由用於設定壓力、用於預熱反應氣或用於設定填充水平的惰性材料填充的、或者空的管的部分。如果在一個反應器中排列若干管，則在各種情況下使用管直徑和管長度的算術平均值。管長度L優選地選擇在I至IOm的範圍內，更優選地在2至5m的範圍內。
[0042]通常，管的參數數量b、管的直徑D和管長度L由將用催化劑Am，n，例如作為廢催化劑的替代物，填充的已存在的反應器預先確定。
[0043]在冷卻劑空間內管以常規的距離一個接一個排列。兩個管之間的水平距離可以例如為I至5cm，根據一【具體實施方式】為2至4cm。可以在冷卻劑空間內提供常規內部裝置，例如轉向板，以便保證冷卻劑的有效充分混合併因此保證有效的熱耗散。
[0044]該管具有管壁，所述管壁將催化劑填料床、或者在本發明的含義內的催化劑相與包圍該管的冷卻劑隔開，並經由該管發生熱傳輸以便除去在芳烴的氧化期間形成的熱。管由常規材料如鋼製得，並具有特定管壁厚度，所述管壁厚度選擇在常規用於這種管的壁厚度範圍內，例如I至5mm。經由該管的壁，排列在該管內部的催化劑相或氣相與圍繞該管流動的冷卻劑之間可能熱交換。使用常規冷卻劑作為冷卻劑，例如鹽熔體，例如介紹中已提及的NaNO2和KNO3的共晶體。冷卻劑具有平均冷卻劑溫度Τκ。在根據本發明的方法中，也使用冷卻劑的空間解析溫度線圖本身。然而，這將顯著增加進行該方法的費用。將代表冷卻劑溫度的溫度用作平均冷卻劑溫度Τκ。其可以通過由適當排列在反應器的冷卻劑空間內的一個或多個測量點計算平均值來確定。例如可以通過測量反應器的冷卻劑空間內冷卻劑供應和冷卻劑移除時冷卻劑的溫度，並由此計算算術平均數，確定平均冷卻劑溫度τκ。然而，也有可能在反應器中提供若干測量點，按順序在所述測量點測量冷卻劑的溫度，隨後例如由這些值計算算術平均數。
[0045]隨後在管中提供催化劑相。由催化劑Am，n的至少一個層LmB成催化劑相。層1^具有由催化劑Am，n提供的活性材料負載Mm，n。
[0046]在最簡單情況下，催化劑相由催化劑\n的單一層L1形成。
[0047]根據一【具體實施方式】，催化劑相包含催化劑Am，n的至少兩個層Lm。然而，催化劑相優選由若干個層Lm、優選至少三個層Lm形成，根據另一【具體實施方式】，由至少四個層LmB成。根據一【具體實施方式】，催化劑相包含少於六個層Lm,根據另一【具體實施方式】,少於五個
[0048]根據一【具體實施方式】，催化劑相確切地由三個層Lm形成，根據另一【具體實施方式】，確切地由四個層1^形成。下標m相應地假設為I和層的最大數量之間的整數值。如果催化劑相包含三層，則下標m可以相應地設為值1、2和3，其中各值表示催化劑相內的一層。如果催化劑相包含四層，下標m可以相應地設為值1、2、3和4。催化劑Am，n的性質優選在一層內是均質的，即，催化劑Am，n具有例如均質填料床以及恆定組成，結果是在一個層Lm內，催化劑Am;n提供在常規技 術波動內的均質活性。
[0049]各層Lm，n在各種情況下由催化劑Am，n形成，其中m可以假設為上文定義的值並且η代表下標，其可假設為I至η的值並在各種情況下表示排列在層Lm中的特定催化劑。通過催化劑Am，n在層中提供活性材料負載Mm，n。
[0050]催化劑Am，n包含含有含釩活性材料的催化劑體。根據一【具體實施方式】，通過催化劑體的填料床形成催化劑Am，n。在管內管的縱向上具有特定延伸的催化劑體的填料床形成本發明含義內的層Lm。至少一個層Lm,根據一【具體實施方式】,若干個層Lm隨後形成本發明含義內的催化劑相。
[0051]在催化劑相包含若干個層Lm的情況下，層Lm在由催化劑Am，n提供的它們的活性材料負載Mm，n方面不同。所謂層Lm的活性材料負載Mm，n意思是由催化劑Am，n在層Lm內部提供的活性材料的量。
[0052]層Lm的活性材料負載Mm，n可以通過改變由催化劑Am，n提供的活性材料的量來修改。這可以通過例如用不同量的惰性材料稀釋所述催化劑來實現。
[0053]所謂催化劑Am,n的活性意思是在預定反應條件(溫度，壓力，濃度，停留時間)下，在定義體積(=控制體積)內，例如在定義長度和內徑(例如25_內徑，Im長度)的反應管內，催化劑Am，n轉化反應物的能力。因此，在各種情況下，如果一催化劑在預定體積中和在相同反應條件下實現反應物的更高轉化率，則一催化劑具有比另一催化劑更高的活性。在鄰二甲苯或萘作為反應物的情況下，因此使用鄰二甲苯或萘轉化為氧化產物的水平來測量催化劑活性。
[0054]在縱向上測量，即氣相的流動方向上，層Lm可具有相同或者以及不同的長度。
[0055]根據方法的【具體實施方式】，特定催化劑層Lm的長度為恆定並因此在進行根據本發明的方法時不改變。
[0056]根據一【具體實施方式】，催化劑相具有至少兩個層Lm，根據一【具體實施方式】至少三個層Lm，並且根據另一【具體實施方式】，至少四個層Lm。用根據本發明的方法確定個別層Lm的活性材料負載Mm，n或由催化劑Am，n提供的活性材料負載Mm，n。
[0057]原則上，催化劑的填料床也將是可能的，其中催化劑相的活性在沿反應器軸的縱向上連續改變。
[0058]隨後使形成氣相的含有至少一種反應組分的反應氣通過所述管。所謂反應組分首先是指在烴的氧化期間出現即形成或消耗的任何化合物，例如鄰二甲苯或萘。
[0059]反應組分可以為起始原料，例如鄰二甲苯或萘或氧，中間產物，次級產物或最終產物。
[0060]所謂中間產物是指一種化合物，其由起始原料或者其它中間產物形成，並且隨後轉化，可選地經由其它中間產物被轉化為最終產物。中間產物例如為鄰甲苯基醛或苯酞。
[0061]所謂次級產物是指一種化合物，其由起始原料或者中間產物形成，然而，其隨後進一步轉化，可選地經由其它中間產物或次級產物而未被轉化為最終產物。次級產物通常含有比最終產物少的碳原子。次級產物的實例為馬來酸酐、二氧化碳或一氧化碳。
[0062]最終產物對應於鄰苯二甲酸酐。
[0063]此外，為用於多管式反應器的管中的氣相和催化劑相的多管式反應器，提供一種模型，該模型描述
[0064]_熱平衡和，
[0065]-在對於氣相和催化劑相的各種情況下，物料平衡，以及
[0066]-在催化劑體中的物料傳輸，和
[0067]-用於通過芳烴的氣相氧化來製備鄰苯二甲酸酐的反應動力學。
[0068]可以藉助於在參考反應器上進行的測量製備該模型，並且最終替代在不同於參考反應器的反應器系統上進行測量。該模型因此替代在背離參考反應器的反應器系統上對溫度和材料組成的空間解析測量。根據本發明，這是可能的，因為除了熱和物料平衡之外，考慮催化劑體中的物料傳輸以及反應動力學。
[0069]在參考反應器中空間解析地測量反應組分的溫度和濃度。測量溫度使得可能達到參考反應器的特定狀態的熱平衡。測量濃度使得可能達到該狀態的物料平衡以及該狀態的反應動力學。在熱平衡和物料平衡中採用反應動力學的參數。
[0070]根據一【具體實施方式】，對於該模型，僅考慮由芳烴形成的反應組分的濃度，而不考慮氧的濃度。根據另一【具體實施方式】，除反應中涉及的反應組分的濃度之外，對所有部分反應僅考慮在反應器入口處加入反應氣的芳烴，例如鄰二甲苯。
[0071]從參考反應器的數據設定開始，有可能用模型得出關於反應組分的溫度和濃度的空間解析測量的結論，因此最終替代這些測量。在與參考反應器相同或不同的反應器中，也有可能用該模型替代在反應器改變的操作條件下實現的溫度和濃度的空間解析測量。
[0072]從在參考反應器上測量的數據開始，可以用該模型得出關於至少一種參數不同於參考反應器的反應器系統的狀態的結論。在根據本發明的方法中，待優化的催化劑參數是由層Lm中的催化劑Am，n提供的活性材料負載Mm，n。由於活性材料負載Mm，n的改變，產生了反應組分的轉化率的改變。轉化率的這一改變導致物料和熱平衡的改變。根據本發明，現已承認，通過考慮反應動力學，可以實現該模型的明確改進，並且活性材料負載Mm，n的大體上更精確的優化是可能的。
[0073]熱平衡描述供應到控制體積的能量的量，從該控制體積移除的能量的量以及在該控制體積中形成或消耗的能量的量。
[0074]根據一【具體實施方式】，通過在參考反應器上生成模型，確定該模型。
[0075]根據一【具體實施方式】，模型可以通過以下來提供
[0076]-提供參考反應器，其具有
[0077]-數量為a的管，所述管具有
[0078]-直徑d，以及
[0079]-管長度I;
[0080]其中所述管具有管壁，冷卻劑圍繞所述管壁流動，所述冷卻劑具有平均冷卻劑溫度 τκ』 ；
[0081]-在管中提供由至少一種催化劑aM形成的催化劑相，該催化劑相包含催化劑aM的至少一個層Lm，其中M假設為I和層的最大數量之間的整數值，其中催化劑aM包含含有含釩活性材料的催化劑體；
[0082]-使形成氣相併且含有至少一種起始原料的反應氣通過所述管；
[0083]-通過設定至少以下內容確立參考反應器的操作條件
[0084]-每管的反應氣特定通過量；
[0085]-在進入反應管時反應氣的入口溫度，
[0086]-反應氣中至少一種起始原料的特定濃度和
[0087]-特定平均冷卻劑溫度Τκ，；
[0088]針對在操作條件下的具有催化劑相的參考反應器，確定
[0089]-熱平衡；
[0090]-氣相和催化劑相的物料平衡；
[0091 ]-在催化劑體中的物料傳輸，和
[0092]-反應動力學
[0093]和由此製備模型。
[0094]參考反應器可以具有與該反應器系統不同的構造，其藉助於根據本發明的方法來填充或提供。
[0095]參考反應器可以僅包含例如單一管(a=l)。
[0096]參考反應器的管具有直徑d以及長度I。直徑d對應於管的內徑並且長度I對應於由催化劑相填充的管的部分。直徑d可以與直徑D相同或不同並且長度I可以與長度L相同或不同。優選地，d和I在為D和L指定的範圍內選擇。因此，根據一【具體實施方式】，d選擇在10至50mm的範圍內，根據另一【具體實施方式】,在20至40mm的範圍中。根據一【具體實施方式】，長度I選擇在I至IOm的範圍內，根據另一【具體實施方式】，在2至5m的範圍內。該管由常規材料製成並且具有常規壁厚度，例如已經針對將用根據本發明的方法提供的反應器系統所解釋的那樣。
[0097]參考反應器可以具有一個或多個用於取樣的排放點，所述點沿該管的縱向排列。藉助於所述排放點，可以確定反應氣的組成並且由此確定反應動力學。
[0098]冷卻劑圍繞參考反應器的一個或多個管流動，該冷卻劑具有平均冷卻劑溫度Τκ，。平均冷卻劑溫度Τκ，可被選擇為與平均冷卻劑溫度Tk相同或不同。優選地，其被選擇在為平均冷卻劑溫度Tk指定的範圍內，並且以類似於在確定平均冷卻劑溫度Tk時概述的方式來確定。
[0099]在參考反應器的一個或多個管中，提供由至少一種催化劑aM形成的催化劑相，該催化劑相包含催化劑aM的至少一個層1M，其中M假設為I和層的最大數量之間的整數值。
[0100]催化劑aM具有已知組成。催化劑aM可以與催化劑Am相同或不同。催化劑被選擇為與催化劑Am, n類似，因此其同樣為用於產生鄰苯二甲酸酐的針對芳烴的氣相氧化的含釩催化劑。「類似」意思指根據本發明的方法中催化劑aM也可以用作催化劑Am,n。
[0101]催化劑aM包含含有含釩活性材料的催化劑體。催化劑體和含釩活性材料可以與由根據本發明提供的反應器系統中存在的催化劑體和活性材料相同或不同。
[0102]如果該催化劑相包含若干層1M，則分別對各層製備模型。然而，當測量製備模型的參數時，優選使用包含所有層的催化劑相。可以通過在對應排列的排放點處取樣或通過在參考反應器上的溫度測量，確定在層的進口和出口反應氣的組成、溫度等等。
[0103]隨後使反應氣通過參考反應器的一個或多個管，該氣體含有至少一種起始原料。優選地，反應氣含有鄰二甲苯或萘或者這些化合物的混合物以及含氧氣體，例如空氣。本質上，參考反應器中所用反應氣的組成對應於反應器系統中所用反應氣的組成。鄰二甲苯或萘或者這兩種化合物的混合物的濃度優選地選擇在0.01至4體積％的範圍內。[0104]隨後通過設定每管的反應氣特定通過量，反應氣中起始組分的特定濃度，特定平均冷卻劑溫度Τκ，以及反應氣進入反應管時的特定入口溫度，來確立參考反應器的操作條件。
[0105]將操作條件選擇為與在提供用於為提供反應器系統而進行根據本發明的方法的模型之後使用的操作條件類似。優選地從用參考反應器確定的值中選擇參考反應器的操作條件，得到關於根據本發明提供的反應器系統[在該反應器系統下]的結論。
[0106]優選地,在參考反應器中，每管的反應氣通過量設定在0.1至10Nm3/h的範圍內，入口溫度在150至400°C的範圍內，起始原料(優選為芳烴)的濃度在0.1至4體積％的範圍內並且平均冷卻劑溫度Τκ，在300至500°C的範圍內。
[0107]隨後，可選地在用於設定穩定態的啟動階段之後，在參考反應器上測量用於製備模型的參數。參數優選地選自反應組分的空間解析濃度以及空間解析溫度線圖。優選地全面確定參數的指定集。
[0108]根據在參考反應器上測量的參數，隨後用常規方法、例如數值法製備模型。
[0109]在根據本發明的方法所用的模型中，除習慣上考慮的熱平衡和物料平衡之外，還考慮催化劑體中的物料傳輸以及用於通過芳烴的氣相氧化製備鄰苯二甲酸酐的反應動力學。
[0110]意外地發現，通過在模型的製備中考慮催化劑體中的物料傳輸以及用於通過芳烴的氣相氧化製備鄰苯二甲酸酐的反應動力學，可以得到關於催化劑參數的改變對性能特徵的影響的大體上更好的結論。
[0111]可以通過在達到熱平衡以及物料平衡時進一步變化來進一步改進模型的信息值和根據本發明的方法的效率。在根據本發明的方法的下文所述的優選實施方案中，還在參考反應器以及模型的製備中考慮對應特徵。
[0112]根據一優選【具體實施方式】，熱平衡包含催化劑相的熱平衡和氣相的熱平衡。
[0113]催化劑相的熱平衡相應地可以包含催化劑Am，n的至少一個層Lm的熱平衡，其中催化劑相的熱平衡由各個層Lm的所有熱平衡形成。
[0114]根據一優選【具體實施方式】，包含催化劑Am，n的至少一個層Lm的催化劑相的熱平衡包含催化劑體中的至少一種熱傳導以及通過至少一種反應的熱量產生。
[0115]催化劑體中熱傳導通過導熱係數λ來描述。優選地，在熱平衡中採用催化劑體中的徑向熱傳導As。所謂徑向熱傳導是指在從催化劑體的中心到催化劑體的周邊方向上的熱傳導。
[0116]催化劑體中的熱傳導可以通過以下描述:
[0117]
【權利要求】
1.一種提供反應器系統的方法，所述反應器系統用於通過在至少一種催化劑Am，n上芳烴的氣相氧化來製備鄰苯二甲酸酐，所述反應器系統包含含有含釩活性材料的催化劑體，其中: -提供多管式反應器， -具有數量b的管，所述管具有 -直徑D，以及 -管長度L ； 其中所述管具有管壁，冷卻劑圍繞所述管壁流動，所述冷卻劑具有平均冷卻劑溫度Tk ；-在所述管中提供包含至少一個層Lm的催化劑相，其中通過催化劑Am，n提供所述層Lm，其中m假設為I和最大層數之間的整數值並且η為代表特定催化劑的I至η的下標，和由所述層Lm中的所述催化劑Am，n提供活性材料負載Mm，n ;和 -使形成氣相併且含有至少一種反應組分的反應氣通過所述管； -為用於所述多管式反應器的所述管中的所述氣相和所述催化劑相的所述多管式反應器，提供一種模型，所述模型描述-熱平衡和， -在對於所述氣相和所述催化劑相的各種情況下，物料平衡，以及 -所述催化劑體中的物料傳輸和 -用於通過芳烴的氣相氧化來製備鄰苯二甲酸酐的反應動力學； -通過設定至少以下內容建立所述多管式反應器的操作條件 -每管的所述反應氣特定通過量； -所述反應氣中所述至少一種反應組分的特定濃度和 -所述冷卻劑的特定平均冷卻劑溫度Tk ； -確定性能特徵，所述性能特徵可以假設為值Wn ； -用所述模型，通過以下確定差值Λ a)對極限差值Ae分配一值； b)在具有第一催化劑Anu的所述層Lm中提供第一活性材料負載Mnu，並且在所述多管式反應器的所述操作條件下確定所述性能特徵的第一值W1 ； c)通過經由第二催化劑Am，2提供第二活性材料負載Mm，2，改變所述層Lm的活性材料負載； d)在所述多管式反應器的所述操作條件下用針對所述第二催化劑Am，2的所述模型確定所述性能特徵的第二值W2; e)比較所述第一值W1和所述第二值W2並且確定所述差值Λ； 和用催化劑Am，n重複步驟b至e直至所述差值Λ落在低於所述極限差值Ae的量內； -提供由所述極限差值Ae確定的催化劑 -在所述反應器的所述管中，提供由所述催化劑Am，e形成的所述催化劑相的至少一個jz? Lm ο
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述模型通過以下來提供 -提供參考反應器，其具有 -數量a的管，所述管具有-直徑d，以及 _管長度1 ; 其中所述管具有管壁，冷卻劑圍繞所述管壁流動，所述冷卻劑具有平均冷卻劑溫度 TK』； -在所述管中提供由至少一種催化劑aM形成的催化劑相，所述催化劑相包含所述催化劑aM的至少一個層1M，其中M假設為I和層的最大數量之間的整數值，並且其中所述催化劑aM包含含有含釩活性材料的催化劑體； -使形成氣相併且含有至少一種起始原料的反應氣通過所述管； -通過設定至少以下內容確立所述參考反應器的操作條件 -每管的所述反應氣特定通過量； -在進入所述反應管時所述反應氣的入口溫度， -所述反應氣中所述至少一種起始原料的特定濃度和 -特定平均冷卻劑溫度ΤK』； 針對在所述操作條件下的具有所述催化劑相的所述參考反應器，確定 -所述熱平衡； -所述氣相和所述催化劑相的所述物料平衡； -在所述催化劑體中的所述物料傳輸，和 -所述反應動力學 和由此製備所述模型。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中所述熱平衡包含用於包含所述催化劑Am的至少一個層Lm的所述催化劑相的熱平衡以及用於所述氣相的熱平衡。
4.根據權利要求3所述的方法，其中用於包含所述催化劑Am的至少一個層Lm的所述催化劑相的所述熱平衡包含在所述催化劑體中的至少一種熱傳導以及通過反應的熱量產生。
5.根據權利要求3或4所述的方法，其中所述氣相的所述熱平衡包含所述反應管中的徑向熱傳輸和所述氣相與所述催化劑相之間的熱傳遞。
6.根據權利要求1至5中一項所述的方法，其中所述氣相的所述物料平衡包含在所述反應管中反應組分的徑向傳輸和所述反應組分從所述氣相到所述催化劑Am,η的所述過渡。
7.根據權利要求1至6中一項所述的方法，其中所述催化劑Am，n中的所述物料平衡描述所述至少一種催化劑體中所述反應組分的擴散和所述反應組分的轉化。
8.根據上述權利要求中一項所述的方法，其中所述模型包含動量平衡。
9.根據上述權利要求中一項所述的方法，其中所述催化劑體形成為具有惰性芯和包裹所述惰性芯的殼的殼式催化劑，其中所述殼含有所述活性材料。
10.根據上述權利要求中一項所述的方法，其中用於通過芳烴的氣相氧化來製備鄰苯二甲酸酐的所述反應動力學由包含以下反應路徑的部分反應的網絡形成: a)鄰二甲苯到一氧化碳、二氧化碳(3)和甲基苯甲醛⑴的氧化； b)甲基苯甲醛到馬來酸酐(6)、鄰苯二甲酸酐(7)和苯酞(4)的氧化； c)苯酞到鄰苯二甲酸酐(5)的氧化；和 d)鄰苯二甲酸酐到一氧化碳、二氧化碳(10)的氧化； 其中所述網絡優選地描述所述催化劑相的第一層。
11.根據上述權利要求中一項所述的方法，其中用於通過芳烴的氣相氧化來製備鄰苯二甲酸酐的所述反應動力學由包含以下反應路徑的部分反應的網絡形成: a)鄰二甲苯到一氧化碳、二氧化碳(3)和甲基苯甲醛⑴的氧化； b)甲基苯甲醛到馬來酸酐(6)和苯酞(4)的氧化； c)苯酞到鄰苯二甲酸酐(5)的氧化；和 d)鄰苯二甲酸酐到一氧化碳、二氧化碳(10)的氧化； 其中所述網絡優選地描述所述催化劑相的第二層。
12.根據上述權利要求中一項所述的方法，其中用於通過芳烴的氣相氧化來製備鄰苯二甲酸酐的所述反應動力學由包含以下反應路徑的部分反應的網絡形成: a)鄰二甲苯至甲基苯甲醛(I)的氧化； b)甲基苯甲醛至苯 酞⑷的氧化； c)苯酞至鄰苯二甲酸酐(5)的氧化；和 d)鄰苯二甲酸酐至一氧化碳、二氧化碳(10)和馬來酸酐(6)的氧化； 其中所述網絡優選地描述所述催化劑相的第三層。
【文檔編號】C07D307/89GK103923047SQ201410018143
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年1月15日 優先權日:2013年1月16日
【發明者】漢斯·耶格·沃爾克, 羅伯特·馬克思, 格哈德·梅斯託, 安德裡亞斯·雷茲曼, 託馬斯·圖雷克 申請人:科萊恩國際有限公司