專利名稱：固定催化床反應器的制作方法
本申請要求1998年3月23日提交的美國臨時申請60/078，996的優(yōu)先權。
本發(fā)明涉及一種顆粒填充床且特別涉及一種催化劑填充床或固定床、包括這種床的容器或反應器及其應用。
填充顆粒床有許多應用。例如，這種填充床已用于吸收裝置中，作為催化反應器中催化劑的填充床或固定床等。
例如，催化劑的固定床用于各種類型反應器中的許多化工工藝中。化學反應可以是放熱或吸熱的。反應器本身可以是滴流式床層反應器并且它們可包括幾個帶有級間加熱或冷卻的床層。反應器可以是要求低壓降的徑向型反應器。后一種類型的反應器一般用于要求低壓降之處，例如在苯乙烯的生產中。
一方面，本發(fā)明涉及在容器或管道中的顆粒填充床的改進，其中容器的至少一部分包括至少一個將容器部分分成多個流道的構架，相鄰流道具有至少一個共同或鄰接的壁。至少一部分流道包括顆粒床，其中流道橫截面和顆粒尺寸是使在橫截面中存在至少1個且不超過20個單元顆粒。在一個優(yōu)選的實施方案中，流道是彼此平行的。
因此，根據(jù)本發(fā)明的這一方面，顆粒床為顆粒的構造床而非顆粒的亂砌床。
雖然流道的橫截面可包含最多20個單元顆粒(每個顆粒為1個單元)，但一般單元數(shù)不超過15并且一般而言不超過10。在優(yōu)選的實施方案中，橫截面中顆粒的單元數(shù)不超過4。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，顆粒是非亂砌填充在床中的，挑選非亂砌填充床中顆粒的尺寸和顆粒的用量以提供床中需要的壓力降和空隙體積。在一個實施方案中壓力降小于在亂砌填充床中使用同樣重量顆粒所得到的壓力降。
在一個優(yōu)選的實施方案中，顆粒為催化顆粒并且床為反應容器中的催化劑固定床，反應器包括一個可提供許多流道的構架，至少一部分流道且在多數(shù)情況下全部流道包括根據(jù)本發(fā)明的催化劑構造床。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，構造催化劑床可通過為反應器提供構架而形成，所述構架作用是將反應器分成多個反應器內的拉長的室或小室，至少一部分構架中限制并包含顆粒，顆粒填充在拉長的室或小室中。
限定流道的室或小室的尺寸與顆粒尺寸是匹配的以使在與流向垂直的平面中存在1-20個顆粒單元，這些顆?；ハ喽逊e在每個寬度或橫截面為1-20個顆粒，或如上述1-15或1-10或1-4個顆粒單元的小室內形成床。
在一個容器中，室或小室的尺寸可以相同或不同。此外，各小室中顆粒的尺寸可彼此不同或每個小室中顆粒尺寸可相同，只要顆粒是構造床的形式。實際上顆粒尺寸可在小室或流道中變化。
構架可形成不同尺寸和形狀的室或小室并且一個單個容器中可包括不同尺寸和形狀的室，這屬于本發(fā)明范圍。
類似地，填充在一個單個室或不同的多個室中的顆粒尺寸或形狀可以彼此不同和/或相同。類似地，顆粒在各室或在一個室中功能可以不同，例如不同的催化劑，或者它們可以相同。
構架可由單一構架或多個構架組成，每個構架將容器的至少一部分分成多個室或流道。當使用多個構架時，它們的尺寸和形狀可相同或不同。此外，它們可以不同方式定位、排列或堆積以提供不同的流道。
例如，構架可彼此相鄰排列，在流動方向構架堆積或不堆積。
流經填充床的流體可以是或不是反應物并且可以是氣體和/或液體和/或多種氣體和/或多種液體。
包括構架和床層的容器可以有許多尺寸和形狀，包括但不限于管式反應器、球形反應器等。在每種情況下，容器或管道包括的構架將容器或管道的至少一部分分成許多限定流道的室或小室，這些流道的至少一部分包括根據(jù)本發(fā)明的構造顆粒床。
如上所述所有或部分室可包括顆粒構造床。當不是全部室都包括顆粒床時，一般構架橫截面積的10-50％由不包括顆粒的室組成。
構架將顆粒限制在室或小室內并且在構架為多孔(包括洞)的情況下，孔或洞的尺寸小于室或小室內的顆粒以將顆粒限制于其中。
在一個優(yōu)選的實施方案中，顆粒構造床中的流動彎曲度約為1；即在床中存在至少一條無阻流道(未被顆粒阻斷的直流道)。
將容器分成許多室或小室的構架可以是許多結構物中的任意一種，包括但不限于高孔隙率結構如整體結構(monoliths)。這種整體結構可由多種材料構成，陶瓷或金屬或其組合物一般是優(yōu)選的。整體結構可由不同尺寸和形狀的室組成，包括但不限于正方形、矩形、多邊形、橢圓形、三角形、正弦曲線形或六方形室或帶有翅片或肋形梁的室等或可例如以螺旋形排列。此外，整體結構可以許多尺寸形成以在每個結構中提供不同數(shù)目的室。例如，這種整體結構可由例如每平方英寸16個室多至每平方英寸約400個室組成。整體結構在底部有一個支撐篩網以包含或支承顆粒。
構架可以是多孔或無孔的。例如，限定室的構架可以由金屬網或篩網如編織或燒結的制成或者可由多孔或無孔金屬、塑料、玻璃、陶瓷或復合物等形成。
類似地，構架還可包括催化劑，例如涂敷到或嵌入進構架結構中的催化劑，該催化劑可與由構架形成的室內的結構床形式的催化劑相同或不同。
本發(fā)明進一步涉及一種催化劑構架及其中的可用于催化反應器中的催化劑構造床。根據(jù)這一方面，構架可形成一個或多個其中帶有催化劑構造床的室或小室，用于床的催化劑室的尺寸與室的尺寸是匹配的以使床的橫截面如上述由多個催化劑室組成。
整體結構的高度和在每個室或小室中非亂砌填充的催化劑床的高度依賴于特定反應用的催化劑床所要求的高度。相信挑選適宜高度屬于本領域技術人員可從此討論中得知的技術范疇。
反應器可包括幾個在相互之間一個疊一個堆積的整體結構，并且可以這樣的方式堆積在反應器內提供流體的級間加熱或退火或分離(蒸餾)和/或分段加入反應物。
催化劑以及小室和催化劑的尺寸可根據(jù)所要求的方法設計。在傳質阻力高的情況中，可使用較小室中的小催化劑顆粒以使傳質表面面積最大化，這種小催化劑顆粒是在非亂砌填充床中形成的。如果反應很慢并且是動力學控制的，則希望使每單元體積的催化劑質量最大。
填充到每個床中或在優(yōu)選的實施方案中填充到整體結構或構架的每個室或小室中的催化劑室數(shù)還要根據(jù)所要求的壓力降和所要求的空隙比來挑選。取決于小室或床水平面的催化劑室數(shù)影響空隙率，隨著催化劑室數(shù)增加空隙率下降。
固定床中所用催化劑顆?？梢允歉鞣N形式的，包括但不限于擠出物、珠、球、圓筒、環(huán)、傘骨狀的等。相信挑選具體類型的催化劑屬于本領域技術人員可從此討論中得知的技術范疇。
類似地，相信挑選將反應器分成許多室或小室的具體構架也屬于本領域技術人員可從此討論中得知的技術范疇。
類似地，挑選具體催化劑依賴于在固定床催化反應器中進行的具體反應。相信挑選適宜的催化劑屬于本領域技術人員可從此討論中得知的技術范疇。
本發(fā)明適用于許多固定催化劑床中的催化反應。本發(fā)明特別適用于要求或必需低床層壓力降的反應或者要求小顆粒以增強傳質的反應。因此，例如根據(jù)本發(fā)明的固定床催化反應器可用于催化裂解生產乙烯或丙烯或由乙基苯生產苯乙烯，或脫氫生產不飽和物如由丙烷生產丙烯，或由丁烷生產丁烯或由丁烷生產異丁烯。
根據(jù)附圖可進一步說明本發(fā)明，在附圖中附圖為根據(jù)本發(fā)明的構造催化劑床的示意性代表圖。
如附1所示，構架可被設計以給出各種形狀的室，如正方形、正弦曲線形、三角形和六方形。如

圖1所示，每個室包括一個例如可以是圓柱、球狀等形式的單個催化劑單元或元件。雖然在每個室中只顯示了一個催化劑單元(橫截面)，但如上所述，在每個室中可以使用一個以上的催化劑單元(橫截面)。
附2圖示了單一催化劑室的實例，其中構造催化劑床(圖2a)由單個球狀催化劑單元(橫截面)組成，催化劑單元被填充形成彼此排列成行的構造床。在圖2b中，室包括橫截面上的單個單元，但是，室尺寸是使得催化劑單元(球形)在流動方向彼此互相補償?shù)某叽纭?br> 圖2B和2C顯示了其中的填充催化劑圓柱的室，其中室橫截面包括一個單元。
圖2D顯示了其中構造床在橫截面由4個堆砌排列催化劑圓柱或擠出物形式的催化劑單元組成的室。
圖3圖示了包括由形成多個室的構架組成的固定催化劑床的反應器，每個室包括由橫截面上單一催化劑單元組成的構造催化劑床。
圖4為由乙基苯生產苯乙烯的反應器的示意性代表圖，其中4個催化劑床中的每一個都是根據(jù)本發(fā)明的構造催化劑床。
反應器在入口壓力約為9psig運行并且每個構造催化劑床被設計成可提供約為3psig的經過反應器的壓力降。
每個床的入口溫度為約600-640℃并且夾層加熱系統(tǒng)用以加熱從每個床中流出的溫度為530-580℃的流出物以使之達到后繼床的入口溫度約600-640℃。
反應器的空間速度為約1.0-1.3并且苯乙烯的轉化率為約65％-75％。蒸汽-進料比為約1.0。
在現(xiàn)有方法中，為了在壓力降為約3psig時獲得約65％的轉化率，需要兩個帶亂砌催化床的反應器，第一個反應器中的空間速度為約1.0而第二個反應器中為約1.0以使整體空間速度為約0.5。此外，蒸汽與乙基苯的比例為約1.5。
因此，通過使用根據(jù)本發(fā)明的構造床，催化劑可減少約50％，需要更少的蒸汽并且只需要一個反應器殼體。
圖5顯示了包括本發(fā)明構造催化劑床的反應器橫截面的簡化示意性代表圖，其中限定室的構架具有不同形狀。在圖5A，B，C，E和F中，橫截面中每個室包括一個單一的催化劑單元。在圖5D中，反應器包括一個中心室，該室在橫截面中包括4個催化劑單元，其余的每一個室在橫截面中包括一個單一的催化劑單元。
雖然圖4描述的是生產苯乙烯的反應器，但本發(fā)明可用于各種反應的各種反應器。因此，例如作為其它反應的代表實例可提到的有生產環(huán)氧乙烷、烯烴歧化或烯烴易位、生產甲醛、生產丙烯醛、生產DME、生產甲醇、催化重整、生產馬來酸酐、選擇性氫化方法、烷烴脫氫(如丙烷生成丙烯)、催化蒸餾反應、加氫脫硫或其它氫化處理、芳烴烷基化反應工藝、生產鄰苯二甲酸酐、生產雙酚A、生產丙烯酸、生產丙烯腈、VOC消除工藝、NO消除工藝、吸收工藝以及形成線型烷基苯。
根據(jù)上述討論可對本發(fā)明作各種改變和變化，因此在所附的權利要求范圍內，本發(fā)明除特別描述的外也是適用的。
權利要求
1．一種設備，其包括容器；在容器至少一部分中至少一個形成多個流道的構架，相鄰流道具有至少一個共同的壁；在至少一部分流道內的顆粒床，其中流道內的床具有至少一個且不多于20個顆粒的橫截面。
2．權利要求1的設備，其中顆粒被限定在流道中。
3．權利要求2的設備，其中顆粒為催化劑顆粒。
4．權利要求3的設備，其中流道內的床橫截面為1-10個催化劑單元。
5．權利要求4的設備，其中床橫截面為1-4個催化劑單元。
6．權利要求3的設備，其中包含顆粒的流道包括至少一個未被顆粒截斷的流路。
7．權利要求3的設備，其中構架為多孔的。
8．權利要求3的設備，其中構架為無孔的。
9．權利要求3的設備，其中顆粒被非亂砌填充在流道中。
10．權利要求9的設備，其中只有一部分流道包括顆粒。
11．權利要求9的設備，其中全部流道包括顆粒。
12．通過化學反應生產產品的方法，包括在權利要求3的設備中進行化學反應。
13．權利要求12的方法，其中化學反應將乙基苯轉化為苯乙烯。
14．通過化學反應生產產品的方法，包括在權利要求4的設備中進行化學反應。
15．通過化學反應生產產品的方法，包括在權利要求5的設備中進行化學反應。
16．通過化學反應生產產品的方法，包括在權利要求6的設備中進行化學反應。
17．通過化學反應生產產品的方法，包括在權利要求9的設備中進行化學反應。
18．一種產品，其包括構架，所述構架形成多個流道，相鄰流道具有至少一個共同的壁；在至少一部分流道內的顆粒床，其中流道內的床具有至少一個且不多于20個顆粒的橫截面。
19．權利要求18的產品，其中顆粒為催化劑顆粒。
20．權利要求19的產品，其中流道內的床橫截面為1-10個催化劑單元。
全文摘要
容器中的顆粒固定床,其中該床是許多流道中的構造床,每個流道中的床橫截面為1—20個顆粒,更優(yōu)選1—10個顆粒。
文檔編號C07C5/333GK1296426SQ99804363
公開日2001年5月23日 申請日期1999年3月22日 優(yōu)先權日1998年3月23日
發(fā)明者V·A·斯特蘭吉奧, F·道岑伯格, H·P·A·卡利斯, A·古普塔 申請人:Abb拉默斯環(huán)球有限公司