專利名稱：操作至少一種有機化合物的連續(xù)非均相催化氣相部分氧化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過使用空氣在氧化反應(yīng)器中操作至少一種有機化合物的連續(xù)非均相催化氣相部分氧化的方法，所述氧化反應(yīng)器的進料氣體混合物除了至少一種待部分氧化的化合物和作為氧化劑的分子氧之外還包含至少一種在非均相催化氣相部分氧化條件下基本呈惰性的稀釋氣體，所述空氣同時作為進料氣體組合物的氧源和惰性氣體源且已經(jīng)事先在壓縮機中由低起始壓力壓縮至較高最終壓力。
在上下文中，使用分子氧完全氧化有機化合物意味著該有機化合物在分子氧的反應(yīng)性作用下以如下方式轉(zhuǎn)化，即所有存在于該有機化合物中的碳轉(zhuǎn)化成碳的氧化物且所有存在于該有機化合物中的氫轉(zhuǎn)化成氫的氧化物。在這里將經(jīng)由分子氧的反應(yīng)性作用對有機化合物進行的所有不同轉(zhuǎn)化一起歸為有機化合物的部分氧化。換言之，術(shù)語“部分氧化”在本文中尤其還用來指部分氨氧化，其特征在于有機化合物在氨存在下部分反應(yīng)性轉(zhuǎn)化。
具體而言，部分氧化在本文中用來指有機化合物經(jīng)由分子氧的反應(yīng)性作用進行的如下轉(zhuǎn)化，其中待部分氧化的有機化合物在完全轉(zhuǎn)化時含有的化學鍵合形式的氧原子比進行部分氧化之前多至少一個。
在上下文中，在非均相催化氣相部分氧化的條件下基本呈惰性的稀釋氣體是在非均相催化氣相部分氧化的條件下其各成分本身超過95mol％，優(yōu)選超過99mol％保持不變的那些稀釋氣體。
普遍已知各種有機前體化合物用分子氧在氣相中非均相催化部分氧化得到許多基本化學品。
實例包括二甲苯轉(zhuǎn)化成鄰苯二甲酸酐，丙烯轉(zhuǎn)化成丙烯醛和/或丙烯酸(例如參見DE-A 2351151)，叔丁醇、異丁烯、異丁烷、異丁醛或叔丁醇的甲基醚轉(zhuǎn)化成甲基丙烯腈或轉(zhuǎn)化成甲基丙烯醛和/或甲基丙烯酸(例如參見DE-A 2526238、EP-A 92097、EP-A 58927、DE-A 4132263、DE-A 4132684和DE-A 4022212)，丙烯醛轉(zhuǎn)化成丙烯酸，甲基丙烯醛轉(zhuǎn)化成甲基丙烯酸(例如參見DE-A 2526238)，丁二烯轉(zhuǎn)化成馬來酸酐(例如參見DE-A 2106796和DE-A 1624921)，正丁烷轉(zhuǎn)化成馬來酸酐(例如參見GB-A 1464198和GB-A 1291354)，乙烯轉(zhuǎn)化成氧化乙烯或丙烯轉(zhuǎn)化成氧化丙烯(例如參見DE-B 1254137、DE-A 2159346、EP-A 372972、WO 89/0710、DE-A 4311608和Beyer，Lehrbuch der organischen Chemie[有機化學教科書]，第17版(1973)，Hirzel Verlag Stuttgart，第261頁)，丙烯和/或丙烯醛轉(zhuǎn)化成丙烯腈(例如參見DE-A 2351151)，異丁烯和/或甲基丙烯醛轉(zhuǎn)化成甲基丙烯腈，烴的氧化脫氫(例如參見DE-A 2351151)，丙烷轉(zhuǎn)化成丙烯腈或轉(zhuǎn)化成丙烯醛和/或丙烯酸(例如參見DE-A 10131297、EP-A 1090684、EP-A 608838、DE-A 10046672、EP-A 529853、WO 01/96270和DE-A 10028582)等等。本發(fā)明方法尤其可以用于所有上述部分氧化。
用于這類反應(yīng)的催化劑通常呈固態(tài)。
待使用的催化劑通常尤其為固態(tài)氧化物組合物或貴金屬(如Ag)。除了氧外，催化活性氧化物組合物可以僅含有一種其他元素或不止一種其他元素(多元素氧化物組合物)。所用催化活性氧化物組合物通常尤其是那些包括不止一種金屬，尤其是過渡金屬元素的那些。這些組合物稱為多金屬氧化物組合物。
由于大多數(shù)使用分子氧進行的有機化合物的非均相催化氣相部分氧化通常呈顯著的放熱性質(zhì)，反應(yīng)組分通常用在非均相催化氣相部分氧化的條件下基本呈惰性的氣體稀釋，該氣體能夠以其熱容量吸收所釋放的反應(yīng)熱并因此對反應(yīng)速率具有有利影響。
最常用的惰性稀釋氣體之一是分子氮，當將空氣用作部分氧源或僅將空氣用于非均相催化氣相部分氧化時，總是自動使用分子氮。
由于其普遍可得性，通常使用的另一惰性稀釋氣體是蒸汽。在許多情況下，也將循環(huán)氣體(通常還含有仍未消耗的氧氣)用作惰性稀釋氣體(例如參見EP-A 1180508)。循環(huán)氣體指在至少一種有機化合物的一段或多段非均相催化氣相部分氧化之后當從產(chǎn)物氣體混合物中或多或少選擇性取出目標產(chǎn)物(例如通過吸收到合適溶劑中；例如參見DE-A 19606877)時剩下的殘留氣體(與一段非均相催化氣相部分氧化相反，在有機化合物的多段非均相催化氣相部分氧化中，氣相部分氧化不是在一個反應(yīng)器中進行，而是在至少兩個串聯(lián)連接的反應(yīng)器中進行，此時可以在連續(xù)的反應(yīng)器之間補充氧化劑(例如呈空氣形式)；尤其在以連續(xù)的步驟進行部分氧化時使用多段；在這些情況下，通常合適的是對特定反應(yīng)步驟優(yōu)化催化劑和其他反應(yīng)條件并在單獨的反應(yīng)段中在專用反應(yīng)器中進行該反應(yīng)步驟；然而，若由于除熱原因或其他原因(例如參見DE-A 19902562)而將轉(zhuǎn)化遍布在多個串聯(lián)的反應(yīng)器上，則還可以使用該多段非均相催化氣相部分氧化；通常以兩段進行的非均相催化氣相部分氧化的實例是丙烯部分氧化成丙烯酸；在第一反應(yīng)段中，丙烯氧化成丙烯醛并且在第二反應(yīng)段中，丙烯醛氧化成丙烯酸；相應(yīng)地甲基丙烯酸(經(jīng)由作為中間體的甲基丙烯醛)的制備通常由異丁烯開始在兩段中進行；然而，當使用合適的催化劑料時，上述兩種部分氧化還可以在一段中進行(兩個步驟在一個反應(yīng)器中進行)；例如參見EP-A 990636和EP-A 1106598)。通常而言，循環(huán)氣體主要由用于部分氧化的惰性稀釋氣體以及在部分氧化中作為副產(chǎn)物生成的蒸汽和通過不希望的完全次級氧化形成的碳氧化物組成。在某些情況下，循環(huán)氣體還含有少量未在部分氧化中消耗的氧氣(殘留氧氣)和/或未轉(zhuǎn)化的有機起始化合物。通常而言，僅將一部分殘留氣體用作循環(huán)氣體。通常燒掉剩余量的殘留氣體。
非均相催化氣相部分氧化通常在固定催化劑床或流化催化劑床上進行。
為此，通常在高溫(通常為幾百℃，典型的是100-600℃)下使主要由至少一種待部分氧化的有機化合物(通常稱為前體化合物)、分子氧(在氨氧化情況下任選含氨)和惰性稀釋氣體(包括任何循環(huán)氣體)組成的起始反應(yīng)氣體混合物通過催化劑料。在催化劑表面上的接觸時間內(nèi)進行化學轉(zhuǎn)化。
如上面對循環(huán)氣體形成所述，由于在催化氣相部分氧化過程中進行的許多平行和后續(xù)反應(yīng)以及還由于通常使用的惰性稀釋氣體(在特定條件下該至少一種有機前體化合物也可以用作稀釋氣體，此時它相對于起始反應(yīng)氣體混合物中所存在的分子氧以過量存在于其中)，非均相催化氣相部分氧化并不得到純有機目標化合物，而是得到反應(yīng)氣體混合物，其中必須從中取出目標產(chǎn)物。
當氣相氧化區(qū)形成實際反應(yīng)區(qū)時，為了取出目標產(chǎn)物，通常將產(chǎn)物氣體混合物供入進行該取出的后處理區(qū)。
一般而言(例如在丙烯酸和甲基丙烯酸的情況下)，目標產(chǎn)物從產(chǎn)物氣體混合物中的取出經(jīng)由萃取、分凝和/或在含有分離內(nèi)件的分離塔(產(chǎn)物氣體混合物通過其中)中的精餾分離方法進行(例如參見DE-A 19606877、DE-A 19631645、EP-A 982289、DE-A 19740253、EP-A 982287、EP-A 1 041 062、EP-A 778 255、EP-A 695 736、DE-A 19 501 325和EP-A 925 272)。如前所述，必要的話將剩下的殘留氣體用作稀釋起始反應(yīng)氣體混合物的循環(huán)氣體。
為了將反應(yīng)氣體混合物輸送通過非均相催化部分氣相氧化的催化劑料和下游后處理，在反應(yīng)器入口和殘留氣體出口之間需要壓差。
實際上，該壓差通常通過在起始反應(yīng)氣體混合物進入氧化反應(yīng)器之前與環(huán)境空氣壓力相比將其調(diào)節(jié)到高壓而產(chǎn)生。這些壓力通常為0.2-5巴表壓(巴表壓是指與正常大氣壓力相比升高的壓力)或更高，通常為0.5-4.5巴表壓，在許多情況下為1或2-4巴表壓。尤其在待輸送的氣體體積高時要求高壓(例如在高負荷方法的情況下，如文獻DE-A 19927624、DE-A 19948248、DE-A 19948241、DE-A 19910508、DE-A 10313210、DE-A 10313214、DE-A 10313213和DE A 19910506所述)，因為對于給定的反應(yīng)器和給定的后處理設(shè)備，高氣體體積還引起在催化劑料、任何中間冷卻器和/或裝有不規(guī)則填料的后冷卻器以及后處理設(shè)備之間的輸送中壓降增加。
由于待部分氧化的有機前體化合物實際上通常以液體形式儲存，因此簡單蒸發(fā)通常就足以使待部分氧化的有機前體化合物達到所需的反應(yīng)器入口壓力。待用作惰性稀釋氣體的蒸汽通常同樣可以從具有足夠超計大氣壓力的高度不同的來源得到。
然而，對于用作氧源的空氣(其通常取自大氣壓力下氧化反應(yīng)器周圍的大氣)、循環(huán)氣體(其通常具有的壓力為反應(yīng)器入口壓力減去在通過氧化和通過后處理區(qū)的路徑上的壓降)以及任何其他惰性稀釋氣體而言這通常并不正確。
因此，實際上通常必須借助壓縮機(例如參見EP-A 990636的

圖1)至少使用作氧源的空氣從較低的起始壓力達到更高的最終壓力(通常為反應(yīng)器入口壓力)。
可以在空間上分開的壓縮機中或在單一壓縮機中(參見EP-A 990636的圖1)壓縮這些成分(例如氧源、空氣和稀釋氣體源、循環(huán)氣體)。必要的話，可以經(jīng)由具有壓縮空氣的空氣壓縮機(例如經(jīng)由合適的進料管線)供應(yīng)多個非均相催化氣相部分氧化方法。
然后將由幾根管線出來的來自各種源且基本處于(或達到)反應(yīng)器入口壓力的那些部分進料氣體混合物(起始反應(yīng)氣體混合物)首先在例如靜態(tài)混合器(通常為帶有產(chǎn)生湍流的內(nèi)件的室)中混合，然后任選加熱到入口溫度并隨后供入氧化反應(yīng)器(適當選擇各氣體在供入靜態(tài)混合器的管線中的進入以(在順序和量上)防止形成爆炸性混合物(在丙烯部分氧化成例如丙烯醛和/或丙烯酸的情況下，該進入順序例如可以合適地為第一循環(huán)氣體和/或蒸汽，然后是粗丙烯，再后是空氣)。
原則上講，氣體可以使用高度不同類型的壓縮機壓縮。實例包括排代壓縮機(例如往復式活塞壓縮機、螺桿壓縮機和回轉(zhuǎn)式活塞壓縮機)、流量壓縮機(例如渦輪壓縮機、離心壓縮機、軸流式壓縮機和徑流式壓縮機)以及噴射壓縮機。
特別合適的徑流式壓縮機例如為Gutehoffnungshütte(GHH)GV10/3L壓縮機、Borsig GS900和GKS450壓縮機、Mannesmann Demag VK80-2壓縮機或Nuovo Pignone SRL1001/B壓縮機。
徑流式壓縮機的操作模式可以說明如下(還參見DE-A 10259023)原則上講，該壓縮機由一外殼和至少一個轉(zhuǎn)子組成，所述轉(zhuǎn)子在其中旋轉(zhuǎn)、由驅(qū)動軸驅(qū)動并配備有葉片。待壓縮的氣體通過吸入噴嘴軸向進入。它隨旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子(帶葉片的閉合盤)的離心力徑向向外偏離并因此被轉(zhuǎn)子加速到高速。外殼的功能是捕獲氣體并收集氣體以使它可以進一步輸送通過壓力出口。該外殼同時具有將動能轉(zhuǎn)化成壓力的功能。橫截面的增加降低了氣體速度并因此促使靜壓力增加這一事實通常用于該目的。外殼的各種設(shè)計對于增加橫截面是可能的。在一段式壓縮機或中或在多段式壓縮機的最后一段的下游，通常使用螺旋形外殼。這種類型的外殼包圍螺旋形式的轉(zhuǎn)子。橫截面朝向壓力出口處增加。因此使流過的氣體減速，這意味著同時使壓力增加。
特別是在多段(例如1-3段)壓縮機情況下，還可以使用定子代替該螺旋。定子安裝在該外殼內(nèi)且呈環(huán)形空間的形式。其包圍轉(zhuǎn)子。將相互形成在向外方向上連續(xù)變寬的通道的導引葉片設(shè)置在該定子內(nèi)。在該實施方案中，氣體并未直接加速到外殼中，而是首先流過定子的葉片通道。由于在流動方向上變寬，它們再次降低了流速并因此降低了壓力聚集。
在多段壓縮機中，有利地可以從各壓縮段下游排出壓縮氣體(例如空氣)。當需要不同壓力水平的待壓縮氣體時，這例如可以得到特別經(jīng)濟的壓縮。后者例如在使用中間空氣進料(在所進行的氧化段的下游)的固定催化劑床上的多段部分氧化中(例如在丙烯兩段部分氧化成丙烯酸中)確實如此。然而，還可能合適的是對于汽提應(yīng)用(要求低壓水平)平行取出一部分壓縮空氣。
EP-A 990636對于待使用的壓縮機類型的問題完全沒有限制。然而，它教導了待用作氧源的空氣在壓縮之前僅要求熱處理。
DE-A 10259023本身認為在壓縮之前并不需要進行待用作氧源的空氣的熱處理。相反，它推薦作為壓縮機使用徑流式壓縮機，因為據(jù)說這對于待壓縮氣體中呈非常細顆粒形式的固體或液體成分極不敏感。這尤其是考慮到如下事實，當在非均相催化氣相部分氧化中涉及具有至少一個烯屬不飽和雙鍵的化合物(“單體”)時，循環(huán)氣體通常還含有單體(在本文中，烯屬不飽和雙鍵指位于兩個碳原子之間且在分子內(nèi)可能是離散的、與其他多重鍵隔離或與其他多重鍵共軛或稠合的化學雙鍵；在大多數(shù)非均相催化氣相部分氧化中(例如在基本上所有在開頭所述的那些中)涉及具有該雙鍵的化合物；例如它可以為待部分氧化的有機前體化合物(例如丁二烯、丙烯、異丁烯、丙烯醛、甲基丙烯醛)，或目標產(chǎn)物(例如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯腈、甲基丙烯腈)或中間體(例如丙烯醛或甲基丙烯醛))。尤其在空氣和循環(huán)氣體的共同壓縮情況下(根據(jù)DE-A 10259023，循環(huán)氣體和空氣的壓縮可以在由兩個單獨馬達驅(qū)動的兩個單獨徑流式壓縮機中進行，或在由一個馬達操作的兩個壓縮機中進行或在由一個馬達驅(qū)動的單一壓縮機中進行)，基本上無法避免在壓縮過程中由該類殘留單體形成聚合物顆粒。
然而，長期試驗的詳細分析顯示DE-A 10259023的推薦和EP-A 990636的推薦均不完全令人滿意。相反，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)驚人的是以最小量存在于用作氧源的空氣中的非常細的固體和/或液體顆粒(最長尺寸通?！?00μm，常常為≥0.1μm或≥0.2-50μm)實際上在空氣壓縮過程中(甚至當在一個壓縮機中與含有殘留單體的循環(huán)氣體一起進行壓縮時)以及在發(fā)生壓降(當在固定催化劑床上進行氣相部分氧化時，該壓降隨操作時間而增加)時具有不可忽略的不利影響。它們額外對催化劑性能(活性和/或選擇性)具有不利影響。
本發(fā)明的目的是提供一種操作至少一種有機化合物的連續(xù)非均相催化氣相部分氧化的方法，該方法基本克服了現(xiàn)有技術(shù)方法的缺點。
我們發(fā)現(xiàn)該目的由一種通過使用空氣在氧化反應(yīng)器中操作至少一種有機化合物的連續(xù)非均相催化氣相部分氧化的方法實現(xiàn)，所述氧化反應(yīng)器的進料氣體混合物除了至少一種待部分氧化的化合物和作為氧化劑的分子氧之外還包含至少一種在非均相催化氣相部分氧化條件下基本呈惰性的稀釋氣體，所述空氣同時作為進料氣體組合物的氧源和惰性氣體源且已經(jīng)事先在壓縮機中由低起始壓力壓縮至較高最終壓力，該方法包括在空氣進入壓縮機之前對其進行至少一個機械分離操作，借此可以除去分散在空氣中的固體顆粒。
在使用機械分離操作并且按照本發(fā)明合適的空氣清潔方法中，外力通常使分散的固體顆粒(和/或液體顆粒)相對于載氣產(chǎn)生移動。取決于主要力的作用，例如在下列分離原理之間進行區(qū)分-在折流分離器中的撞擊、沖擊和離心力，-在離心分離器中的離心力，-在過濾分離器中的沖擊作用和粘合力，-在電濾器中的靜電力。
換言之，使用機械分離操作且根據(jù)本發(fā)明合適的氣體清潔設(shè)備例如為利用重力的室、撞擊和離心分離器。然而，還可以將聲波分離器用于本發(fā)明方法。優(yōu)選空氣旋風分離器。在簡單方式中，按照本發(fā)明使用的機械分離操作還可以是過濾。
有用的過濾器層例如為過濾器織物、多孔過濾器組合物、紙織物或油潤濕金屬過濾器。按照本發(fā)明還可以使用靜電分離器。在最簡單的方式中，待過濾的空氣還可以流過惰性固定床，其中存在于空氣中的非常細的固體(和/或液體)顆粒在空氣達到壓縮機之前分離。在本文中，機械分離操作的定義也用來包括噴霧設(shè)備，其中使空氣并流或逆流暴露于液滴(例如高沸點有機液體或水的液滴)，這些液滴能夠吸收存在于空氣中的固體顆粒。在幾個再循環(huán)之后更換噴霧液體，以防止因固體顆粒產(chǎn)生充氣。在洗滌結(jié)束時，合適的是連接液滴分離器。
應(yīng)理解的是按照本發(fā)明還可以使用串聯(lián)連接的不同機械分離操作。
按照本發(fā)明優(yōu)選的機械分離操作是過濾；這允許以較簡單的方式保留最長尺寸為0.001μm或更小的顆粒。當以適當方式核定過濾器材料的尺寸并選擇過濾器材料時，可以與靜電過濾器的情況下相比以顯著更廉價的方式實現(xiàn)大于99.9％的分離度。
在過濾中的分離作用基本上基于撞擊作用(非常細的顆粒在過濾器元件上的沖擊)和擴散，但其他因素如重力和靜電力也具有影響。盡管過濾并不是純篩分程序(驚人的是在本發(fā)明方法中由過濾分離的顆粒通常顯著小于過濾器介質(zhì)的孔)，但窄網(wǎng)眼的過濾器在本發(fā)明方法中比寬網(wǎng)眼的過濾器具有更高的效力，盡管犧牲了耐受性，即經(jīng)濟可行性。
從應(yīng)用角度看，在其他過濾器中，合適的是將織物過濾器用于本發(fā)明方法。對本發(fā)明方法而言，原則上合適的是由天然或合成纖維制成的過濾器織物。換言之，按照本發(fā)明，合適的是由PVC、聚酰胺(Perlon、Nylon)、羊毛、聚丙烯腈(Redon、Dralon)、聚酯和聚四氟乙烯(Teflon)制成的過濾器織物以及硅化玻璃織物。根據(jù)本發(fā)明，還可以使用具有相同材料的無規(guī)纖維網(wǎng)代替織物。它們通常由借助針刺法施用于載體織物上的合成纖維(例如聚酯網(wǎng)上的聚酯纖維)組成或由用粘合劑固定的合成纖維組成。然而，按照本發(fā)明可以使用的過濾器織物還可以是棉或亞麻?？梢杂糜诳諝膺^濾器的材料還包括由金屬車削體、玻璃或化學纖維、石棉或紙制成的金屬絲編織物、墊。為了更好地過濾，通常將過濾器織物朝向清潔空氣側(cè)壓緊。通常適合本發(fā)明方法的是在大空調(diào)和通風單元中使用的過濾器。優(yōu)選該材料在DIN 53438方面的有利防火性能。
適于本發(fā)明方法的過濾器織物(濾布)或纖維網(wǎng)的最重要要求是非常高的透氣性以及高保留能力。
待在本發(fā)明方法中過濾的氣體的空塔速度通常應(yīng)為5-20000m3(STP)/m2·h，常常為500或1000-15000m3(STP)/m2·h。按照本發(fā)明優(yōu)選空塔速度為2000-10000m3(STP)/m2·h。
在5000m3(STP)/m2·h的空塔速度下，壓降(待過濾的氣體在過濾器上游的壓力與待過濾的氣體在通過過濾器之后的壓力之間的差)按照本發(fā)明合適的是對新鮮織物應(yīng)為約0.01-10毫巴，優(yōu)選0.05或0.1-5毫巴，更優(yōu)選0.2-1毫巴。同時，分離度應(yīng)為至少75％或85％或95％，優(yōu)選至少97％，更優(yōu)選至少99％。
通常而言，最遲當在前述空塔速度下的壓降上升10毫巴，優(yōu)選僅上升5毫巴，更優(yōu)選僅上升2毫巴時，過濾器織物或網(wǎng)用新的織物或網(wǎng)代替(或進行清潔)。
在本發(fā)明方法中，例如通過徑流式壓縮機吸入的空氣流入過濾器織物或網(wǎng)的速率通常為0.5-3m/s。
對本發(fā)明必要的是過濾器織物或網(wǎng)在待過濾的氣體的空塔速度下不顯著拉伸。
此外，在約-30℃至+50℃的溫度范圍(典型的可能外部溫度)內(nèi)過濾器織物或網(wǎng)的拉伸不應(yīng)明顯變化。具體而言，過濾器織物或網(wǎng)在可能的低外部溫下不應(yīng)變脆。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)按照本發(fā)明特別有利的過濾器網(wǎng)是由針刺于聚酯網(wǎng)上的聚酯纖維制成且在5000m3(STP)/m2·h的空塔速度和0.1-5毫巴的新鮮狀態(tài)壓降下得到根據(jù)DIN EN 779(過濾器級別G3)的分離度的那些。這些例如可以為
例如由過濾器級別G3(DIN EN 779)的FIBROBAND牌過濾器網(wǎng)(來自GEA Delbag Luftfilter GmbH)滿足所有上述性能。
用于本發(fā)明方法的過濾器織物或網(wǎng)的一個可能實施方案是例如串聯(lián)或平行設(shè)計的袋式過濾器。吸入或吹入的粗氣體(根據(jù)本發(fā)明通常為空氣)通常從下面進入袋中，通過過濾器織物(布)，將存在于其中的非常細的顆粒沉積在織物上并在頂部作為清潔氣體離開過濾器。
一種更為節(jié)省空間的設(shè)計是平坦過濾器。粉塵保留在過濾器袋中，該過濾器袋由覆蓋有濾布的框組成。
例如可以通過在相反方向流動的壓縮空氣和/或通過振動進行用過的過濾器織物的清潔。代替清潔，可以用新的織物代替用過的織物。
在從應(yīng)用角度看特別有利的方式中，本發(fā)明方法選擇的實施方案為全自動輥帶式過濾器(例如根據(jù)Ullmanns Encyklopdie der technischenChemie[Ullmann工業(yè)化學百科全書]第4版，Verlag Chemie(Weinheim)，第2卷(Verfahrenstechnik I[工藝技術(shù)I])，1972，第238頁中的圖4)。當已經(jīng)達到可調(diào)節(jié)的壓降上升(通常為0.05-10毫巴或0.1-5毫巴)時，經(jīng)由壓差控制激活馬達驅(qū)動并供應(yīng)足夠的過濾器帶，從而可以再次得到壓降的目標值(例如對應(yīng)于新過濾器帶的值)。
在一個可能的實施方案中，還可以穩(wěn)態(tài)方式操作輥帶式過濾器，即以低速連續(xù)供應(yīng)新過濾器帶。代替在壓降控制下供應(yīng)新過濾器帶，輥帶式過濾器還可以在時間控制(例如每1-3天)下供應(yīng)。
或者，還可以將過濾器筒用于本發(fā)明方法。這些通常為由多孔、陶瓷、金屬或塑料模制品制成的過濾器元件。這些過濾器元件(筒)為在一側(cè)封閉且在容納它們的設(shè)備的底部中在開口端密封的圓柱體。空氣從外向內(nèi)流過該中空圓柱體并因此被純化。
合適的是，在本發(fā)明方法中的空氣過濾在多段(例如兩段)中進行?？捎糜诘谝贿^濾段的過濾器類型尤其是下列過濾器類型平坦過濾器(例如輥帶式過濾器)、盒式過濾器(矩形過濾器元件)、卡盒過濾器(圓柱形過濾器元件)和袋式過濾器(在矩形框內(nèi)的袋形過濾器元件)。
對于第二過濾段，有用的過濾器尤其是袋式過濾器和盒式過濾器。
在更高過濾段中，合適的話使用更高的過濾器級別(“更細的過濾器”)。有利的組合例如可以為用于第一段的袋式過濾器和用于第二段的盒式過濾器。另一可能組合是第一過濾段中的輥帶式過濾器和用于第二過濾段的袋式過濾器或盒式過濾器。
用于兩段空氣過濾的合適組合還有將用于第一過濾段的GAE YTSRoll型過濾器(制造商Airguard Industries)和用于第二過濾段的KochMulticell 95-K9242412過濾器(制造商Koch Filter Company)配成一組。
按照本發(fā)明優(yōu)選根據(jù)DIN EN 779和/或ASHRAE 52.1的過濾器級別F6(較低過濾器級別)-F9(較高過濾器級別)。
按照本發(fā)明，還合適的是油潤濕的金屬過濾器。尤其適于本發(fā)明方法的是例如具有油潤濕的金屬過濾槽的旋轉(zhuǎn)過濾器。過濾槽通過馬達驅(qū)動以類似鏈斗式升降機的方式連續(xù)循環(huán)。當槽循環(huán)時，它們通過清潔容器并不斷提純和在其中重新潤濕。
根據(jù)本發(fā)明，通常僅過濾空氣。然而，應(yīng)理解的是還可以與循環(huán)氣體一起過濾空氣。
后者尤其在空氣和循環(huán)氣體在一個相同的壓縮機中壓縮時是合適的。
然而，實踐表明循環(huán)氣體的過濾并非必不可少的，即通常并不必要。
需要的話，還可以將過濾器用于本發(fā)明方法，它們同時或連接在下游而適于分離霧狀物，即以液滴形式存在于氣體(例如空氣)中的物質(zhì)，即液體。在過濾器材料上撞擊之后，霧狀物通常凝聚而隨后從過濾器中流出。還可以使用相應(yīng)構(gòu)造的袋式過濾器或筒形過濾器。
然而，待過濾氣體(例如空氣)中的液滴含量通常導致過濾器織物例如變臟。
因此，按照本發(fā)明合適的是待過濾氣體(例如空氣)的溫度不為露點。
優(yōu)選比露點高至少30℃。
為了確保上述溫度，合適的是供入壓縮機中或由壓縮機吸入的待過濾氣體在過濾之前通過加熱記錄器并適當加熱。
在最簡單的方式中，該加熱記錄器由傳導熱蒸汽的管網(wǎng)絡(luò)組成。然而，它另外可以由電加熱的金屬絲編織物組成。原則上還可以將任何類型的間接換熱器(例如管束換熱器)用于該目的。
為了預防粗吸入材料對過濾和/或加熱設(shè)備的損害，合適的是在其上游設(shè)置粗網(wǎng)眼篩，其具有合適的排斥作用。
當氣相部分氧化為在多段中進行的部分氧化且壓縮的次級空氣必須在各段之間加入反應(yīng)混合物中時，同樣有利的是將本發(fā)明方法用于該空氣。
按照本發(fā)明有利的是，待加入起始反應(yīng)氣體混合物中的初級空氣和待在各段之間加入反應(yīng)氣體混合物中的次級空氣一起壓縮并一起進行本發(fā)明的機械分離操作。
驚人的是本發(fā)明程序的有利效果甚至在用于起始反應(yīng)氣體混合物中的空氣中非常細的固體顆粒含量≤150mg/m3，或≤100mg/m3，或≤50mg/m3時也能檢測到。已進行的研究表明該非常細的固體顆粒在空氣中的含量通常≥10mg/m3。
本發(fā)明方法尤其對已知的高負荷方法是重要的，在所述高負荷方法中，起始反應(yīng)氣體混合物(進料氣體混合物)在催化劑料(尤其在固定床料的情況下)上的時空間速度增加；在這些方法中，每單位時間有增加量的起始反應(yīng)氣體混合物且因此增加量的壓縮空氣通過反應(yīng)器和催化劑料。
這意味著本發(fā)明方法對至少一種有機化合物的連續(xù)非均相催化氣相部分氧化特別有利，其中該至少一種有機化合物在催化劑料上的時空間速度≥120l(STP)/l催化劑料·h(正常加載量為60至＜120l(STP)/l·h)，或≥130l(STP)/l·h，或≥135l(STP)/l·h，或≥140l(STP)/l·h，或≥150l(STP)/l·h，或≥160l(STP)/l·h。通常而言，上述催化劑時空間速度≤600l(STP)/l·h，通?！?00l(STP)/l·h或≤350l(STP)/l·h，或≤300l(STP)/l·h，或≤250l(STP)/l·h且有時≤200l(STP)/l·h。
當氣相部分氧化為丙烯部分氧化成丙烯醛或丙烯醛氣相部分氧化成丙烯酸(相應(yīng)地，上述催化劑時空間速度為丙烯或丙烯醛時空間速度)時，上述情況尤其如此。
這些高負荷部分氧化可以如文獻DE-A 4 431 957、DE-A 4 431 949、DE-A 19 948 241、DE-A 19 910 506、WO 00/53556、EP-A 1 106 598、DE-A 19 910 508、WO 00/53559、WO 00/53558、WO 00/53557和DE-A 19 948 248所述進行。
所用反應(yīng)器通常為管束反應(yīng)器。
丙烯氣相部分氧化的起始反應(yīng)氣體混合物通常具有下列組成(體積(l(STP)比)丙烯∶氧氣∶惰性氣體(包括蒸汽)＝1∶(1.0-3.0)∶(5-25)。
丙烯醛氣相部分氧化的起始反應(yīng)氣體混合物通常具有下列組成(體積(l(STP))比)丙烯醛∶氧氣∶蒸汽∶惰性氣體＝1∶(1-3)∶(0-20)∶(3-30)。
實施例和對比例A)生產(chǎn)設(shè)備的一般性描述在用于制備丙烯酸的生產(chǎn)設(shè)備(其由EP-A 784 046的方法說明)中進行實施例和對比例。該設(shè)備由三根平行生產(chǎn)管線組成，其中各管線包含兩個串聯(lián)連接的多管反應(yīng)器。第一反應(yīng)器在每種情況下用于將丙烯部分氧化成丙烯醛，而第二反應(yīng)器用于將丙烯醛部分氧化成丙烯酸。
將離開第二反應(yīng)器的含丙烯酸的反應(yīng)氣體合并并在吸收塔中用Diphyl和鄰苯二甲酸二甲酯的混合物按照DE-A 19 606 877吸收。將一部分已經(jīng)通過洗滌基本除去丙烯酸并且主要由氮氣組成的反應(yīng)氣體(循環(huán)氣體)作為第一反應(yīng)器的進料氣體混合物的成分再循環(huán)，而剩余的部分廢棄。將從吸收塔中排出的主要由吸收劑和丙烯酸組成的液體流出物供入進一步的后處理中。
所用丙烯為化學級質(zhì)量的丙烯。其含有≥95.0mol％的丙烯和≥4mol％的丙烷且以氣體形式從管線中取出。冷卻離開第一反應(yīng)器的反應(yīng)氣體混合物并送入第二反應(yīng)器中，同時加入次級空氣。
使用渦輪徑流式壓縮機(制造商GHH，型號GV 10/3)從環(huán)境中一起吸入起始反應(yīng)氣體混合物所需的初級空氣和所需的次級空氣并在2.5巴的壓力下供入該方法中。加熱記錄器(用4巴蒸汽加熱)將空氣在壓縮之前加熱到35℃。使用單獨的來自制造商GHH的GV 10/3型徑流式壓縮機壓縮并輸送循環(huán)氣體。
反應(yīng)器為文獻EP-A 700 893和EP-A 700 714中所述類型的管束反應(yīng)器。
第一反應(yīng)器含有幾千根管(用熔鹽冷卻，鹽浴溫度為約290℃)，如同第二反應(yīng)器(周熔鹽冷卻，鹽浴溫度為約260℃)一樣。
第一反應(yīng)器按照DE-A 10 046 957的實施例1用未負載催化劑填充，而第二反應(yīng)器按照DE-A 10 046 928的制備實施例5用涂敷催化劑填充(化學計量比Mo12V3W1.2Cu2.4Ox)。
操作該設(shè)備，以每小時產(chǎn)生17噸丙烯酸。
來自第一反應(yīng)器的進料氣體混合物的組成為6-6.5體積％的化學級丙烯，3-3.5體積％的H2O，0.3-0.5體積％的CO，0.8-1.2體積％的CO2，0.01-0.04體積％的丙烯醛，10.4-10.7體積％的O2，和其余為加至100％的分子氮。
供入第一反應(yīng)器的起始反應(yīng)氣體混合物所要求的空氣量為44000m3(STP)/h。第二反應(yīng)器所要求的次級空氣量為12000m3(STP)/h。因此，待壓縮空氣總量為56000m3(STP)/h。
在這些條件下，該生產(chǎn)設(shè)備在每種情況下以下列變量操作11個月B)實施例在加熱記錄器下游還將輥帶式過濾器設(shè)置在壓縮機上游。該(可再生的)過濾器材料為來自GEA Delbag Luftfilter GmbH(Berlin)，牌號為FIBROBAND，過濾器級別為G3(DIN EN 779)的過濾器墊。
過濾器材料由硬質(zhì)抗撕裂聚酯網(wǎng)上的無規(guī)層狀聚酯纖維組成。過濾器表面積為10.8m2(寬2.74m；高3.95m)。
過濾器材料的性能應(yīng)使在新鮮狀態(tài)下作為體積流速V的函數(shù)給出下列壓降ΔP
粉塵儲藏能力為約400g/m2。
輥帶經(jīng)由壓降測量進行控制。
一旦壓降達到3毫巴的值，立即滾動過濾器帶，直到壓降僅為2毫巴(因此僅一部分過濾器表面被新表面替代，這降低了過濾器材料的總消耗量)。
平均沉積度為88.1％。
在徑流式壓縮機中沒有觀察到轉(zhuǎn)子振動。
C)比較例使空氣自由進入徑流式壓縮機，僅由于安全原因用大網(wǎng)眼篩子對該壓縮機進行屏蔽。在試驗期結(jié)束后，在徑流式壓縮機中觀察到不均勻運行和軸振動。反應(yīng)器中的壓降比B)中更快速上升。形成丙烯酸的選擇性輕微降低。
2003年8月6日提交的美國臨時專利申請60/492726和2003年12月19日提交的美國臨時專利申請60/530616在本中請中作為參考文獻引入。
對于上述教導，可以對本發(fā)明進行許多改變和修正。因此可以在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)以不同于本文具體所描述的方式實施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種通過使用空氣在氧化反應(yīng)器中操作至少一種有機化合物的連續(xù)非均相催化氣相部分氧化的方法，所述氧化反應(yīng)器的進料氣體混合物除了至少一種待部分氧化的化合物和作為氧化劑的分子氧之外還包含至少一種在非均相催化氣相部分氧化條件下基本呈惰性的稀釋氣體，所述空氣同時作為進料氣體組合物的氧源和惰性氣體源且已經(jīng)事先在壓縮機中由低起始壓力壓縮至較高最終壓力，該方法包括在空氣進入壓縮機之前對其進行至少一個機械分離操作，借此可以除去分散在空氣中的固體顆粒。
2.如權(quán)利要求1所要求的方法，其在固定催化劑床上進行。
3.如權(quán)利要求1或2所要求的方法，其在0.2-5巴的超計大氣壓力下進行。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所要求的方法，其中借助徑流式壓縮機壓縮空氣。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所要求的方法，其中在非均相催化氣相部分氧化中涉及至少一種具有烯屬不飽和雙鍵的化合物。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項所要求的方法，其中至少一種有機化合物為選自丙烯、丙烯醛、異丁烯、甲基丙烯醛、異丁烷和丙烷的化合物。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項所要求的方法，其中所用機械分離操作為過濾。
8.如權(quán)利要求7所要求的方法，其中所用過濾器為過濾器織物或過濾器網(wǎng)。
9.如權(quán)利要求7或8所要求的方法，其中過濾器為基于聚酯的纖維網(wǎng)。
10.如權(quán)利要求7-9中任一項所要求的方法，其中過濾器為輥帶式過濾器。
11.如權(quán)利要求7-9中任一項所要求的方法，其中過濾器為袋式過濾器。
12.如權(quán)利要求7-11中任一項所要求的方法，其中所用新過濾器的壓降在5000m3(STP)/m2·h的空塔速度下為0.01-10毫巴。
13.如權(quán)利要求7-12中任一項所要求的方法，其中在過濾之前使空氣通過加熱設(shè)備。
14.如權(quán)利要求1-13中任一項所要求的方法，其中至少一種有機化合物的連續(xù)非均相催化氣相部分氧化為其中該至少一種有機化合物在催化劑料上的時空間速度≥120l(STP)/l·h的氧化。
15.如權(quán)利要求14所要求的方法，其中該至少一種有機化合物在催化劑料上的時空間速度≥130l(STP)/l·h。
16.如權(quán)利要求14所要求的方法，其中該至少一種有機化合物在催化劑料上的時空間速度≥140l(STP)/l·h。
17.如權(quán)利要求1-16中任一項所要求的方法，其中所用機械分離操作為在旋風分離器中的分離。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種操作至少一種有機化合物的連續(xù)非均相催化氣相部分氧化的方法。所述方法使用在壓縮之前過濾的壓縮空氣作為氧源。
文檔編號C07C51/16GK1832910SQ200480022571
公開日2006年9月13日 申請日期2004年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月6日
發(fā)明者V·施利普哈克, U·哈蒙, R-D·貝歇爾, K·J·米勒-恩格爾 申請人:巴斯福股份公司