形成和催化转化反应物混合物的工艺和反应器制造技术

提出了一种形成和催化转化可燃性气体混合物的工艺，其中至少将含有氧气的第一气体或第一气体混合物和含有一种或多种可氧化化合物的第二气体或第二气体混合物进行混合以得到可燃气体混合物，在其中将可燃气体混合物供应到反应器(1)的反应区(12)。将第一气体或第一气体混合物和第二气体或第二气体混合物进料到具有设置有多个通道(131)的边界壁(13)的混合室(11)中，在其中第一气体或第一气体混合物通过边界壁(13)中的通道(131)进料到混合室(11)，第二气体或第二气体混合物通过一个或多个带有进料孔(141)并延伸到混合室(11)中的进料管(14)进料到混合室(11)。本发明专利技术同样提供了相应的反应器(1)。

Process and reactor for the formation and catalytic conversion of reactant mixture

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】形成和催化转化反应物混合物的工艺和反应器
根据独立权利要求的各个前序部分，本专利技术涉及形成和催化转化反应物混合物的工艺和设备。
技术介绍
在多个化学工艺中，对反应物混合物进行催化转化。这些反应物混合物可以是可燃气体混合物的形式，并且在这种情况下，在低于其自燃温度的条件下进行催化转化。在下文中，“可燃气体混合物”应理解为是指包含一种或多种可氧化组分，尤其是一种或多种烃和氧气的气体混合物。氧气可以以例如空气或纯氧的形式加入。可燃气体混合物具有能够通过点火源将气体混合物点燃的成分。如下文所阐明的，在相应的过程中，也可能存在只能暂时点燃的气体混合物，例如在启动操作中，在发生过程偏差等情况下。这种仅是暂时形成的可燃气体混合物也可以作为反应物混合物提供以进行催化转化。本专利技术尤其以具有两个至四个碳原子的烷烃的氧化脱氢(ODH)为例进行描述，其中将烷烃与氧气一起作为反应物混合物供应至反应器的催化反应区。相应的反应物混合物原则上可以是可点燃的。更具体地，本专利技术可用于乙烷的ODH(称为ODH-E)，但原则上也可用于高级烷烃如丙烷和丁烷的ODH。然而，本专利技术也适用于并且有利于催化转化气态反应物混合物的其他过程，例如在其他氧化过程中，如环氧乙烷或丙烯酸的合成。与更成熟的烯烃制备工艺(如蒸汽裂化或催化脱氢)相比，ODH可能更有优势。例如，由于所涉及的反应的放热性，此处没有热力学平衡限制。原则上，由于氧气的存在使得能够原位再生，因此不需要再生所使用的催化剂。最后，与蒸汽裂化相比，形成了较少量无价值的副产物，例如焦炭。有关ODH的更多详细信息，请参考相关的技术文献，例如Ivars,F.andLópezNieto,J.M.,LightAlkanesOxidation:TargetsReachedandCurrentChallenges,in:Duprez,D.andCavani,F.(eds.),HandbookofAdvancedMethodsandProcessesinOxidationCatalysis:FromLaboratorytoIndustry,London2014:ImperialCollegePress,pages767–834,orC.A.etal.,OxidativeDehydrogenationofEthane:CommonPrinciplesandMechanisticAspects,ChemCatChem,vol.5,no.11,2013,pages3196to3217.在ODH和至少可暂时形成可燃气体混合物的其他过程中，在反应器的上游或催化反应区中存在点火源的情况下，可能会发生不必要的点火。随后的很大程度上不受控制的燃尽可以以爆燃或爆轰的方式进行。爆炸是一种可燃气体混合物的不受控制的燃尽，具有层流火焰锋。在爆燃中，具有湍流火焰锋。一方面是爆炸和爆燃，另一方面是爆轰，它们在传播速度上存在本质差异。在爆炸或爆燃中，所述速率低于声速，而在爆轰中所述速率通常明显高于声速。在一定的起动距离和最小的燃料和氧气浓度之后，爆炸或爆燃可以转变为爆轰。气体混合物的爆炸、爆燃和爆轰导致巨大的压力增加，这可能导致所用的设备部件破裂和相应的二次损坏。在烷烃、烯烃和空气的化学计量混合物爆炸或爆燃的情况下，压力可能会增加10倍，以及在烷烃.烯烃和氧气的化学计量混合物爆炸或爆燃的情况下，压力可能会增加20倍。在爆轰的情况下，会导致压力再次大幅上升。在下文讨论爆炸的地方，相应的阐述也扩展到爆燃。相应地，“防爆”装置或防爆措施也可以防止爆燃。从根本上避免相应的混合状态是可能的，即形成可燃气体混合物，并且在这种情况下，应采取措施，即使在启动和关闭过程中以及出现过程偏差时，也能够可靠地防止可燃性气体混合物的形成。另外，可以在低压下操作相应的过程，并且以防爆和甚至可能防爆轰的方式运行所使用的设备。在这方面，替代地或附加地，可以使用安全性指示的措施或耗散装置，例如爆破片或防爆翼。然而，原则上，关于转化特性，产物谱和选择性和/或鉴于下游产物加工，可燃气体混合物作为反应物混合物的催化转化可能是期望的或必须的。因此，在这种情况下，由于上述原因，避免形成可燃气体混合物是不可能的，或者至少是不利的。设备的防爆或防爆轰设计或提供相应的耗散措施或装置会导致额外的成本。本专利技术所解决的问题是：规定了能够可靠地实现形成以及可选地催化转化相应气体混合物的措施，这些气体混合物可能至少暂时处于可燃状态，而不会发生不必要的点火以及随后的爆炸/爆燃或爆轰。
技术实现思路
在此背景下，本专利技术提出了一种催化转化气态反应物混合物的工艺和反应器，以及具有所述独立权利要求的特征的相应设备。在每种情况下，配置是从属权利要求和随后的描述的主题。本专利技术从形成和催化转化气态反应物混合物的工艺进行，其中，混合至少一个第一气体或第一气体混合物和第二气体或第二气体混合物以得到反应物混合物。对于催化转化反应物混合物，将其提供到反应器的反应区。催化转化的例子已经在上面阐明。如上所述，根据本专利技术的工艺尤其适用于在ODH-(E-)反应器或相应的工艺中使用，其中向反应器的反应区提供包含烷烃和氧作为反应物混合物的气体混合物。如上所述，然而，本专利技术也可以用于例如前述的其它工艺或所有工艺，其中将气态反应物混合物催化转化并且从一开始就不能排除可燃性。原则上，在本专利技术的范围内，反应区可以配备任何所需的催化剂，尤其是固定化形式的催化剂。例如，在本专利技术的范围内，可以使用外部加热和/或冷却的管的形式的固定床催化剂、蜂窝体或催化活性体。例如，在管式反应器的情况下，许多反应管中都填满了催化剂。将这些经引导通过反应室并在其中加热或冷却。下文也将阐明，通过合适的分配器单元，在各个反应管之间分配可燃气体混合物。如果在此说形成和催化转化气态反应物混合物或将这种气体混合物进料到反应器的反应区，正如一开始就已经阐明的那样，这并不一定要理解为在整个过程中必须不断形成和转化可燃气体混合物作为反应物混合物。更具体地，在本专利技术的范围内，也可能只在特定的时间形成可燃气体混合物，即例如，在相应反应器的启动操作中或或在不同操作模式之间切换时或在出现操作偏差的情况下。相反，在常规操作中，也可以向反应区提供例如不可燃气体混合物作为反应物混合物。相反，也可以将不可燃混合物流动到仅接近或选定的工作点，并且在启动时或在操作条件改变时(例如通过用惰性气体提高稀释度)选择不可燃条件。相应气体混合物的可燃性由其组成成分来确定，特别是其可氧化化合物和氧的含量。更具体的是，在ODH的情况下，相应的可燃气体混合物包含诸如烷烃的烃。除了第一气体混合物和第二气体混合物，在本专利技术的范围内也可以使用和混合其他气体混合物。更具体的是，在本专利技术的范围内，第一气体或第一气体混合物可以包含一种或多种可氧化化合物，尤其是烷烃和烯烃。特别地，第二气体或第二气体混合物可以包含氧气。原则上，也有可能，第一气体或第一气体混合物包含氧气以及第二气体或第二气体混合物包含一种或多种可氧化化合物。在每种情况下，含本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.形成和催化转化气态反应物混合物的工艺，其中，将第一气体或第一气体混合物和第二气体和第二气体混合物混合以得到反应物混合物，然后将其供应到反应器(1)的反应区(12)，其特征在于，将所述第一气体或第一气体混合物和所述第二气体和第二气体混合物进料到具有边界壁(13)的混合室(11)，该边界壁设有多个通道(131)，在此处所述第一气体或第一气体混合物以临界流状态通过通道(131)进料到混合室(11)，以及所述第二气体和第二气体混合物通过一个或多个带有进料孔(141)并延伸到混合室(11)中的进料管(14)进料到混合室(11)中。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171025 EP 17198318.21.形成和催化转化气态反应物混合物的工艺，其中，将第一气体或第一气体混合物和第二气体和第二气体混合物混合以得到反应物混合物，然后将其供应到反应器(1)的反应区(12)，其特征在于，将所述第一气体或第一气体混合物和所述第二气体和第二气体混合物进料到具有边界壁(13)的混合室(11)，该边界壁设有多个通道(131)，在此处所述第一气体或第一气体混合物以临界流状态通过通道(131)进料到混合室(11)，以及所述第二气体和第二气体混合物通过一个或多个带有进料孔(141)并延伸到混合室(11)中的进料管(14)进料到混合室(11)中。


2.根据权利要求1所述的工艺，其中，将所述第一气体或第一气体混合物提供于背离所述混合室(11)的边界壁(13)的一侧上，其压力高于所述混合室(11)中存在的压力。


3.根据权利要求1和2中任一项所述的工艺，其中，将所述第二气体或第二气体混合物以比可燃气体混合物的层流或湍流火焰速度更高的速度和/或临界流状态进料到混合室(11)。


4.用于形成和催化转化气态反应物混合物的反应器(1)，其中，所述反应器(1)具有反应区(12)，并且设置为混合至少一种第一气体或第一气体混合物和一种第二气体或第二气体混合物以获得反应物混合物并将其供应至所述反应区(12)，其特征在于，所述反应器(1)包括具有设有多个通道(131)的边界壁(13)的混合室(11)，其中设置有将第一气体或第一气体混合物以临界流状态通过通道(131)进料到混合室(11)的装置，以及其中设置有一个或多个具有进料孔(141)并延伸到混合室(11)中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·韦伦霍弗，Z·马蒂厄，M·舒伯特，R·比尔克，C·皮希勒，H·弗里茨，
申请(专利权)人：林德股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE