装置和方法制造方法及图纸

反应器管，其包括多个催化剂承载器，各个所述催化剂承载器包括：环形容器，其在使用中用于容纳催化剂，所述容器具有：界定管的穿孔内壁、穿孔外壁、封闭所述环形容器的顶面和封闭所述环形容器的底面；表面，其封闭由所述环形容器的内壁形成的所述管的底部；裙部，其从所述环形容器的所述穿孔外壁从位于或接近所述容器的所述底面的位置向上延伸至密封件位置下方的位置；密封件，其位于所述顶面或所述顶面附近并且从所述容器延伸至超出所述裙部的外表面的距离；其特征在于所述反应器管还包括温度测量装置，其配置成测量两个或更多个催化剂承载器中的温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及用于在管式反应器中进行的催化反应的装置和方法。所述装置和方法使得反应受到控制以提高催化剂寿命和/或使催化剂生产率最大化。更具体地，本专利技术涉及能够控制生产氯乙烯的催化反应的装置和方法。所谓的“固定床管式反应器”包括含有多个管的反应器壳，所述管通常是圆柱形的并且通常填充有催化剂颗粒。在使用中，热传递意指介质流过这些管外部的反应器的壳，并且由此通过穿过管壁的热交换调节管中的催化剂的温度。因此，在反应为放热反应的情况下，传热介质将使热从催化剂中去除，在反应为吸热反应的情况下，传热介质将向催化剂提供热。传热介质的实例包括冷却水、锅炉给水以及诸如由Dow Chemical Company以商标Dowtherm售卖的传热油。可选地，传热流体为熔融盐混合物的形式。在操作过程中，气体、液体或气体和液体反应物流过管经过催化剂颗粒使得所需反应发生。对于许多反应，所述反应的热效应为中等。在此类情况中，可以使用大直径的管使得在管内存在大量催化剂。然而，对于更多放热反应，有必要存在经由管壁至传热介质的有效热传递，以使反应器内的条件能够受到控制。为了获得所需效率，必须减小管的截面积，这意味着管内的催化剂的量减小。发生中等至高度放热反应的管式反应器在许多情况下受到热传递限制。其缺点之一为，更活跃的催化剂的益处难以实现，因为用这些催化剂可实现的增加的生产率产生增加的热量，所述增加的热量必须以维持稳定的操作温度的速率被去除以避免出现不利影响，诸如发生副反应、对催化剂的损害如由催化活性位点的烧结造成、以及在最坏的情况下可导致热失控。在反应为中等至高度放热反应的情况下，随着这种增加的热量可出现各种问题，并且在一些系统中，热量可使得催化剂可能失效并且甚至可能损坏管壁。常规反应器具有许多使其不够理想的缺点。这些反应器受注意的一个问题为：为了有效地提取反应的热量，所述管的直径必须相对较小以确保管的中心区保持足够凉以避免发生以上详述的问题。类似地，在反应为吸热反应的情况下，将注意相反的问题。为了提供热量以便催化剂可以以最佳方式继续操作，所述管的直径必须相对较小以确保所述管的中心区充分受热。在某些反应中，尺寸限制意味着所述管仅为约15mm至40mm量级的内径。所述管的小尺寸意味着为了在反应器中容纳所需量的催化剂，必须使用大量的管。然而，这种增加的管数量增加了反应器的重量，并且由于就大小和重量来说通常存在可以搬运的反应器的最大尺寸，因此反应器的生产率受到限制。第二个问题在于，催化剂颗粒必须具有特定的尺寸、形状和强度，以便不会对合适的管长度造成过度的压降，并且这通常导致使用更大的催化剂颗粒。然而，在反应受到质量或热传递限制或者受两者限制的情况下，使用更大的颗粒可能有问题。尽管这些问题中的一些可以通过确保活性位点仅出现在催化剂颗粒的表面附近而得到缓解，但是这可能限制了可实现的生产率，因为可用的活性位点必须更努力地工作以提供合理的总生产率。尽管这可能在给定的时间产生合理的生产率，但是其可降低催化剂的寿命。另一问题为存在对管壁的每单位表面积可以去除的热量的限制，并且这限制了管内所包含的每单位量的催化剂可以耐受的所产生的热量。出现问题的放热反应的一个实例为氯乙烯的生产。氯乙烯，其又称为氯乙烯单体或氯乙烷，每年被大量生产的。其主要用途为用于生产聚氯乙烯。已经提出了生产氯乙烯的各种方法。两种主要的起始原料为乙烯和又称为电石气的乙炔。起始材料的选择通常由在各自区域形成这些原料的原始材料的可得性来决定。例如，在具有大量煤炭资源的区域中，会获得丰富并且因此低成本的乙炔，因此在这些区域中，生产氯乙烯的优选方法将为使乙炔与盐酸反应。在历史上，用于乙炔的氢氯化反应的催化剂曾经是汞基的。然而，汞基催化剂是高毒性的。这种毒性在装载和卸载催化剂时产生问题。还存在汞化合物被丢失到环境中的风险，因此正在寻找可替代的催化剂。在WO2013/08004中描述了这种新一代无汞催化剂的一个实例，其内容通过引用并入本文。这种催化剂包含在载体上的金。在所述催化剂中可以包括其它金属。尽管可以使用其它载体，一种适当的载体为碳。由于催化剂包含昂贵的贵金属，优化其使用是重要的。为了使新一代催化剂被氯乙烯的生产商所接受，所述催化剂必须表现至少与常规氯化汞催化剂一样或至少具有大致可比的性能，使得当与环境优势相平衡时在性能上的任何降低都是可接受的。用于比较催化剂以考虑它们的相对优点的一个参数为催化剂的老化速率。WO2013/08004的图1比较了使用常规催化剂和其中所述的金基催化剂时乙炔至氯乙烯的转化率，并且示出了催化剂如何随时间失活。应当注意的是，尽管新制催化剂实现了100％的转化率，但是20天后，转化率已经下降至约70％。由乙炔生产氯乙烯的高度放热的反应通常在上述类型的固定床管式反应器中进行。正如在其它反应中一样，产生的热量意味着仅可以使用小的管径。虽然各个反应器壳可以包含大量的管(通常数百或者甚至上千)，但是通常有必要使用并行运作的多个反应器(通常多达100)，以便以足够的规模生产氯乙烯以满足下游PVC行业的需求。无论使用哪种催化剂，其都会随时间变得失活，这将导致降低反应物至所需产物的转化率。实际上，这意味着将足够的催化剂装入反应器中以允许催化剂的逐渐失活。在这一点上，应当理解，提及的逐渐失活意味着最初所有催化剂都是活性的，但是随着时间推移，越来越多的催化剂将变得失活。因此，例如，如果考虑填充有新制催化剂的3m管，然后随着进料如盐酸蒸汽和乙炔流入管中，反应物至产物的转化发生在管长的前5％至10％。实际上，所述管的其余部分中的催化剂将不以任何明显的量参与反应。由于反应被限制在所述管的相对小的区域，来自反应的放热全部
释放于所述管的相当短的部分中。图1列出了在该方法开始时的温度分布的示意图。在短时间之后，在所述管的前5％至10％中的催化剂的活性开始降低，并且在转化为所需产物之前所述反应物进一步沿管向下流动。因此，所述床的活性部分逐渐沿管向下移动，直到到达端点，在该点处催化剂必须被更换。在图2中示意性地示出了反应前峰的移动和峰值温度位置。由于在管中更换催化剂需要关闭反应器，期望这不会发生太频繁，因此通常设置足够的催化剂以在催化剂需要被更换之前使反应器能够运作6个月至12个月。包括用于生产氯乙烯的汞催化剂和金催化剂在内的催化剂通常对温度敏感，并且温度过高会导致失活。这在WO2013/08004中进行了进一步讨论。因此反应器操作者的目标为以避免过高的温度的方式操作他们的反应器。已经提出了各种方案来解决反应器中特定点处产热较高的问题以及该点在反应器中移动的问题。一种建议为通过改变催化剂中的活性组分浓度或通过用惰性物质稀释催化剂来改变沿着反应器管的催化剂活性。然而，除非催化剂失活可以完全停止，否则不太可能实现所期望的结果。这是因为如果在管中先设置低活性部分，然后设置高活性部分，所述低活性部分只不过快速失活，并且未转化的反应物将快速流过该部分进入随后的高活性部分，并且所产生的较高的放热将使所述床的该部分快速失活，使得整个床仍然需要被更换。与常规管式反应器相关的另一个问题涉及管内催化剂的装填。这是反应有效运行的关键。重要的是，催化剂至反应器中的各个管中的装载是相同的以使压降以及因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
反应器管，其包括多个催化剂承载器，各个所述催化剂承载器包括：环形容器，其在使用中用于容纳催化剂，所述容器具有界定管的穿孔内壁、穿孔外壁、封闭所述环形容器的顶面和封闭所述环形容器的底面；表面，其封闭由所述环形容器的所述内壁形成的所述管的底部；裙部，其从所述环形容器的所述穿孔外壁从位于或接近所述容器的所述底面的位置向上延伸至密封件位置下方的位置；密封件，其位于所述顶面或所述顶面附近并且从所述容器延伸至超出所述裙部的外表面的距离；其特征在于所述反应器管还包括温度测量装置，其配置成测量两个或更多个催化剂承载器中的温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.29 GB 1401518.41.反应器管，其包括多个催化剂承载器，各个所述催化剂承载器包括：环形容器，其在使用中用于容纳催化剂，所述容器具有界定管的穿孔内壁、穿孔外壁、封闭所述环形容器的顶面和封闭所述环形容器的底面；表面，其封闭由所述环形容器的所述内壁形成的所述管的底部；裙部，其从所述环形容器的所述穿孔外壁从位于或接近所述容器的所述底面的位置向上延伸至密封件位置下方的位置；密封件，其位于所述顶面或所述顶面附近并且从所述容器延伸至超出所述裙部的外表面的距离；其特征在于所述反应器管还包括温度测量装置，其配置成测量两个或更多个催化剂承载器中的温度。2.如权利要求1所述的反应器管，其中所述温度测量装置在温度待以测量的各个催化剂承载器中的基本上相同的位置测量温度。3.如权利要求1或2所述的反应器管，其中所述温度测量装置位于所述催化剂床与所述裙部或所述裙部的外部之间。4.如权利要求1至3中任一项所述的反应器管，其中所述温度测量装置位于所述环形容器的中心的空间中。5.如权利要求1至4中任一项所述的反应器管，其中所述温度测量装置为多点热电偶。6.如权利要求1至5中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱利安·斯图尔特·格雷，
申请(专利权)人：约翰逊·马泰·戴维技术有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB