專利名稱：化學(xué)生產(chǎn)工藝、化學(xué)生產(chǎn)系統(tǒng)以及用于監(jiān)測(cè)和改變反應(yīng)器條件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)生產(chǎn)工藝、系統(tǒng)以及涉及用于監(jiān)測(cè)和改變反應(yīng)器條件的方法。
背景技術(shù)：
化學(xué)制造工藝可以包括單個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器單元以及單個(gè)或多個(gè)分離單元?；瘜W(xué)加工中的持續(xù)目標(biāo)是使這些單元基本上同步，以提高工藝的效率。反應(yīng)器和分離單元的示例性配置包括未使用或過(guò)量反應(yīng)物從分離單元返回到反應(yīng)器單元。這種配置的好處之一是過(guò)量的反應(yīng)物不會(huì)被丟棄，而是用于有效地生產(chǎn)產(chǎn)物。
以這種方式配置，化學(xué)工藝系統(tǒng)可以被認(rèn)為是穩(wěn)定狀態(tài)的閉合化學(xué)工藝系統(tǒng)。在這樣的閉合系統(tǒng)中，在某些情況下，降低的產(chǎn)物回收率可能意味著需要更換消耗品和/或改變工藝參數(shù)。消耗品更換的一個(gè)實(shí)例是更換催化反應(yīng)器中的催化劑。然而，由于該系統(tǒng)是閉合系統(tǒng)，因此工藝會(huì)無(wú)效運(yùn)轉(zhuǎn)，直到確定消耗品需要更換為止。
本發(fā)明提供用于監(jiān)測(cè)反應(yīng)器催化劑的方法、化學(xué)生產(chǎn)工藝和系統(tǒng)。盡管本發(fā)明是為解決上述問(wèn)題和挑戰(zhàn)而進(jìn)行的，當(dāng)然，它決不是限制于這些。本發(fā)明僅受后附如字面上措辭的權(quán)利要求所限制，并且可以根據(jù)公平原則進(jìn)行適宜的解釋。
發(fā)明概述本發(fā)明包括化學(xué)生產(chǎn)工藝和系統(tǒng)以及用于監(jiān)測(cè)和改變反應(yīng)器條件的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，用于監(jiān)測(cè)反應(yīng)器條件的方法包括監(jiān)測(cè)反應(yīng)物回收流密度。反應(yīng)物回收流可以配置成將反應(yīng)物返回含有催化劑的反應(yīng)器中。該方法也包括當(dāng)密度達(dá)到預(yù)定量時(shí)，改變所述的催化劑。
本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種生產(chǎn)工藝，該生產(chǎn)工藝包括提供具有至少一個(gè)反應(yīng)器單元和至少一個(gè)分離單元的化學(xué)生產(chǎn)系統(tǒng)。所述反應(yīng)器單元可以具有反應(yīng)器參數(shù)。將過(guò)量反應(yīng)物從回收單元作為回收流回收，并且提供給反應(yīng)器單元。監(jiān)測(cè)回收率密度，并且當(dāng)該密度達(dá)到預(yù)定量時(shí)，改變反應(yīng)器參數(shù)。
在一個(gè)示例性的實(shí)施方式中，提供了一種化學(xué)生產(chǎn)系統(tǒng)，它包括接收來(lái)自分離單元的反應(yīng)物回收流的反應(yīng)器單元，其中所述的流由密度監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一種化學(xué)工藝，它包括使反應(yīng)物與起始原料在反應(yīng)器中的反應(yīng)，和制備包括反應(yīng)物、產(chǎn)物和副產(chǎn)物的產(chǎn)物流。反應(yīng)可以在催化劑存在下進(jìn)行，并且會(huì)消耗所述催化劑。產(chǎn)物流可以分成兩種不同的流，其中這兩種不同流中的一種是含有反應(yīng)物和副產(chǎn)物的循環(huán)流?？梢詫⒀h(huán)流返回到反應(yīng)器單元中。該返回可以包括監(jiān)測(cè)循環(huán)流密度以確定催化劑消耗何時(shí)超過(guò)了閾值?？梢灾辽僦芷谛员O(jiān)測(cè)循環(huán)密度。當(dāng)密度指示循環(huán)流中增加的副產(chǎn)物濃度時(shí)，可以補(bǔ)充催化劑。
優(yōu)選實(shí)施方案詳述本發(fā)明包括用于監(jiān)測(cè)和改變反應(yīng)器條件的方法，以及化學(xué)生產(chǎn)工藝和系統(tǒng)。這些方法、工藝和系統(tǒng)的示例性實(shí)施方式將參考附圖
進(jìn)行描述。參考附圖，化學(xué)生產(chǎn)系統(tǒng)10包括反應(yīng)器單元12和分離單元14。反應(yīng)器單元12可以包括催化反應(yīng)器，并且可以配置成接收反應(yīng)物16與起始原料18和/或使它們反應(yīng)。反應(yīng)器單元12可以具有反應(yīng)器參數(shù)，該參數(shù)包括起始原料和反應(yīng)物組成以及加料速率，反應(yīng)器單元溫度和壓力，以及催化劑組成。反應(yīng)物16可以包括反應(yīng)物比如鹵素交換反應(yīng)物。示例性的鹵素交換反應(yīng)是起始原料CH2Cl2(二氯甲烷，R-30)與鹵素交換反應(yīng)物HF的反應(yīng)。這個(gè)反應(yīng)可以生成鹵素交換產(chǎn)物CH2F2(二氟甲烷，R 32)和副產(chǎn)物比如CH2ClF(氯氟甲烷，R-31)和HCl(鹽酸)。
催化劑可以用于改善反應(yīng)，比如改善鹵素交換反應(yīng)。在鹵素交換反應(yīng)中使用的示例性催化劑包括含載體上和不在載體上的含鉻催化劑。反應(yīng)器單元12可以包括催化劑。該催化劑可以在反應(yīng)過(guò)程中因?yàn)槭褂枚?。被消耗的催化劑可以補(bǔ)充。補(bǔ)充催化劑在一個(gè)方面包括更換催化劑的部分和/或全部，而另一方面包括再活化催化劑的部分和/或全部，在另一個(gè)實(shí)施方式中，可以再活化部分催化劑并且可以更換部分催化劑。
再參考附圖，產(chǎn)物流20可以將來(lái)自反應(yīng)器單元12的產(chǎn)物輸送到分離單元14中。產(chǎn)物流20可以包括過(guò)量的反應(yīng)物如鹵素交換反應(yīng)物和起始原料以及產(chǎn)物和/或副產(chǎn)物。部分產(chǎn)物流20可以在分離單元14中被除去。
分離單元14可以包括分離單元比如蒸餾器和/或相分離單元比如液液相分離單元。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，分離單元14可以將包括CH2F2和過(guò)量HF的產(chǎn)物流分離成兩種流，即最終產(chǎn)物流24和回收流22。最終產(chǎn)物流24可以包括產(chǎn)物如CH2F2。
回收流22可以從分離單元14中回收。在一個(gè)實(shí)施方式中，回收流22可以從蒸餾器分離單元的底部回收。回收流22可以包括過(guò)量的反應(yīng)物比如HF?；厥樟?2也可以包括副產(chǎn)物比如CH2ClF和/或起始原料比如CH2Cl2。
在附圖的示例性解釋中，回收流22返回到反應(yīng)器單元12中。如所示的那樣，這可以認(rèn)為是循環(huán)，并且回收流22可以認(rèn)為是循環(huán)流。然而，本發(fā)明并不限于過(guò)量反應(yīng)物到反應(yīng)器單元的循環(huán)中。本發(fā)明也包括過(guò)量反應(yīng)物從其它工藝回收并輸送到分離工藝的反應(yīng)器中的實(shí)施方式。
再參考附圖，回收流22可以通過(guò)監(jiān)測(cè)裝置26監(jiān)測(cè)。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明用于監(jiān)測(cè)回收流22的密度。在一個(gè)實(shí)施方式中，返回循環(huán)流可以包括監(jiān)測(cè)該循環(huán)流密度，以確定催化劑消耗何時(shí)超過(guò)閾值。監(jiān)測(cè)裝置26可以包括光密度計(jì)或密度計(jì)。示例性的光密度計(jì)或密度計(jì)包括從MicroMotion，Inc.，A Division of Emerson Process Management，7070 WinchesterCircle，Boulder，Colorado 80301，USA購(gòu)買的帶有哈斯特洛伊傳感器的Micromotion Elite CMF 100。
在一個(gè)實(shí)施方案中，監(jiān)測(cè)密度可以指示在回收流22中的起始原料和/或副產(chǎn)物濃度的增加。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，回收流22的密度可以周期性監(jiān)測(cè)或可以連續(xù)監(jiān)測(cè)。在一個(gè)示例性方面，只有起始原料的濃度增加才可以由密度的改變來(lái)指示，并且在一個(gè)方面，只有副產(chǎn)物的濃度增加才可以表示回收流22密度的改變。密度可以表示回收流22的副產(chǎn)物濃度的兩倍增加和/或起始原料濃度的兩倍增加。在一個(gè)示例性方面，密度可以用于確定催化劑消耗何時(shí)超過(guò)了閾值。所述閾值可以是這樣的值，在該值時(shí)催化劑被消耗、催化劑將很快被消耗和/或可以預(yù)定該值。
根據(jù)本發(fā)明，反應(yīng)器單元12的條件可以響應(yīng)回收流22的密度而改變。在一個(gè)示例性方面，回收流22的預(yù)定密度值可以傳播反應(yīng)器單元12的反應(yīng)器參數(shù)的變化。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，在回收流22的密度指示起始原料和/或副產(chǎn)物這兩者或之一的兩倍增加的情況下，可以改變反應(yīng)器參數(shù)。在反應(yīng)物16為HF，起始原料18為CH2Cl2的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，1.04g/ml的回收流密度可以指示補(bǔ)充反應(yīng)器單元12內(nèi)的催化劑。在另一個(gè)實(shí)施方式中，1.01g/ml的回收流密度可以指示補(bǔ)充反應(yīng)器單元12內(nèi)的催化劑。如上所述，被補(bǔ)充的催化劑可以包括載體上的鉻催化劑。催化劑可以通過(guò)更換和/或再活化催化劑進(jìn)行補(bǔ)充。催化劑可以通過(guò)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的方法進(jìn)行再活化。一種這樣的方法包括在反應(yīng)物如HF的存在下加熱催化劑。另外，改變反應(yīng)器單元不限于更換或再生催化劑。本發(fā)明也包括變更其它反應(yīng)參數(shù)比如起始原料和反應(yīng)物的組成和加料比率，以及反應(yīng)器單元的溫度和壓力。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)測(cè)和改變反應(yīng)器條件的方法，該方法包括監(jiān)測(cè)反應(yīng)物回收流密度，所述反應(yīng)物回收流配置成使反應(yīng)物返回到其中具有催化劑的反應(yīng)器中；以及當(dāng)所述密度達(dá)到預(yù)定量時(shí)，改變所述的反應(yīng)器條件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述流包括鹵素交換反應(yīng)物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述鹵素交換反應(yīng)物是HF。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述流還包括鹵素交換副產(chǎn)物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述鹵素交換反應(yīng)物包括HF，并且所述副產(chǎn)物包括CH2ClF。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述改變包括更換所述催化劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述催化劑包括鉻。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述改變包括當(dāng)所述密度達(dá)到1.04g/ml時(shí)，更換所述催化劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述改變包括當(dāng)所述密度達(dá)到1.01g/ml時(shí)，更換所述催化劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述反應(yīng)器配置成使CH2Cl2與HF在催化劑存在下反應(yīng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述流包括HF、CH2Cl2和CH2ClF中的一種或多種，并且述變更包括當(dāng)所述流的密度達(dá)到1.04g/ml時(shí)，更換所述催化劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述流包括HF、CH2Cl2和CH2ClF中的一種或多種，并且所述變更包括當(dāng)所述流的密度達(dá)到1.01g/ml時(shí)，更換所述催化劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述流為循環(huán)流。
14.一種生產(chǎn)工藝，該工藝包括提供具有至少一個(gè)催化反應(yīng)器單元和至少一個(gè)分離單元的化學(xué)生產(chǎn)系統(tǒng)；從所述的分離單元回收過(guò)量的反應(yīng)物作為回收流，并將所述過(guò)量的反應(yīng)物提供給反應(yīng)器單元；監(jiān)測(cè)所述回收流密度；和當(dāng)所述密度達(dá)到預(yù)定量時(shí)，改變所述反應(yīng)器單元的條件。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的工藝，其中所述催化劑反應(yīng)器單元配置成使CH2Cl2與HF在催化劑存在下反應(yīng)，并且其中所述分離單元包括蒸餾器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的工藝，其中所述過(guò)量的反應(yīng)物從蒸餾器的底部循環(huán)，并且包括HF、CH2Cl2和CH2ClF中的一種或多種。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的工藝，其中所述改變包括當(dāng)所述密度達(dá)到1.04g/ml時(shí)，更換所述催化劑。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的工藝，其中所述改變包括當(dāng)所述密度達(dá)到1.01g/ml時(shí)，更換所述催化劑。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的工藝，其中所密度使用哈斯特洛伊傳感器監(jiān)測(cè)。
20.一種化學(xué)生產(chǎn)系統(tǒng)，其包括接收來(lái)自分離單元的反應(yīng)物回收流的反應(yīng)器單元，所述流由密度監(jiān)測(cè)計(jì)監(jiān)測(cè)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)器單元配置成使CH2Cl2與HF在催化劑存在下反應(yīng)，并且所述分離單元包括蒸餾器。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其中所述流來(lái)自所述蒸餾器的底部，并且包括HF、CH2Cl2和CH2ClF中的一種或多種。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中所述監(jiān)測(cè)包括當(dāng)所述流密度大于1.04g/ml時(shí)，更換所述催化劑。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中所述監(jiān)測(cè)包括當(dāng)所述流密度大于1.01g/ml時(shí)，更換所述催化劑。
25.根據(jù)權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中所述密度計(jì)包括哈斯特洛伊傳感器。
26.一種化學(xué)工藝，該工藝包括反應(yīng)物和起始原料在反應(yīng)器單元內(nèi)反應(yīng)，并且產(chǎn)生含有所述反應(yīng)物、產(chǎn)物和副產(chǎn)物的產(chǎn)物流，所述反應(yīng)在催化劑存在下進(jìn)行，并且消耗了所述催化劑；所述產(chǎn)物流分離成兩種不同的流，所述兩種不同的流中的一種是含有所述反應(yīng)物和副產(chǎn)物的循環(huán)流；將所述的循環(huán)流返回到所述反應(yīng)器單元中，所述返回包括監(jiān)測(cè)循環(huán)流密度，以確定所述催化劑消耗何時(shí)超過(guò)了閾值；以及當(dāng)所述密度表示循環(huán)流中增加的副產(chǎn)物濃度時(shí)，補(bǔ)充所述催化劑。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的工藝，其中所述反應(yīng)物包括HF，所述起始原料包括CH2Cl2，所述產(chǎn)物包括CH2F2，并且所述副產(chǎn)物包括CH2ClF。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的工藝，其中所述催化劑包括載體上的鉻催化劑。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的工藝，其中所述分離包括蒸餾所述產(chǎn)物流并且回收作為蒸餾底部產(chǎn)物的循環(huán)流。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的工藝，其中所述補(bǔ)充包括更換所述催化劑。
31.根據(jù)權(quán)利要求28的工藝，其中所述補(bǔ)充包括再活化所述催化劑。
32.根據(jù)權(quán)利要求28的工藝，其中所述補(bǔ)充包括再活化一部分催化劑和更換一部分催化劑。
33.根據(jù)權(quán)利要求26的工藝，其中所述產(chǎn)物流還包括起始原料，并且所述循環(huán)流還包括起始原料。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的工藝，其中所述密度指示循環(huán)流中增加的起始原料和副產(chǎn)物這兩者的濃度。
35.根據(jù)權(quán)利要求33的工藝，其中所述密度指示循環(huán)流中起始原料增加的濃度。
36.根據(jù)權(quán)利要求33的工藝，其中所述密度只指示起始原料增加的濃度。
37.根據(jù)權(quán)利要求33的工藝，其中所述密度只指示所述副產(chǎn)物增加的濃度。
38.根據(jù)權(quán)利要求33的工藝，其中所述反應(yīng)物包括HF，所述起始原料包括CH2Cl2，所述產(chǎn)物包括CH2F2，所述副產(chǎn)物包括CH2ClF。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的工藝，其中所述催化劑包括載體上的鉻催化劑。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的工藝，其中所述分離包括蒸餾所述產(chǎn)物流，回收作為蒸餾底部產(chǎn)物的循環(huán)流。
41.根據(jù)權(quán)利要求39的工藝，其中所述補(bǔ)充包括更換所述催化劑。
42.根據(jù)權(quán)利要求39的工藝，其中所述補(bǔ)充包括再活化所述催化劑。
43.根據(jù)權(quán)利要求39的工藝，其中所述補(bǔ)充包括再活化部分所述催化劑和更換部分所述催化劑。
44.根據(jù)權(quán)利要求26的工藝，其中所述分離包括蒸餾所述產(chǎn)物流以及回收作為蒸餾底部產(chǎn)物的循環(huán)流。
45.根據(jù)權(quán)利要求26的工藝，其中所述監(jiān)測(cè)包括周期性監(jiān)測(cè)所述循環(huán)流密度。
46.根據(jù)權(quán)利要求26的工藝，其中所述監(jiān)測(cè)包括連續(xù)監(jiān)測(cè)所述循環(huán)流密度。
47.根據(jù)權(quán)利要求26的工藝，其中所述反應(yīng)包括使所述反應(yīng)物與所述起始原料在所述催化劑存在下化合，并且所述補(bǔ)充包括更換所述催化劑。
48.根據(jù)權(quán)利要求26的工藝，其中所述補(bǔ)充包括更換所述催化劑。
49.根據(jù)權(quán)利要求26的工藝，其中所述補(bǔ)充包括再活化所述催化劑。
50.根據(jù)權(quán)利要求26的工藝，其中所述補(bǔ)充包括再活化部分所述催化劑以及更換部分所述催化劑。
51.一種化學(xué)工藝，該工藝包括起始原料與反應(yīng)物反應(yīng)，產(chǎn)生含有所述反應(yīng)物、產(chǎn)物和副產(chǎn)物的產(chǎn)物流，其中所述反應(yīng)在具有反應(yīng)器參數(shù)的反應(yīng)器單元內(nèi)進(jìn)行；將循環(huán)流從產(chǎn)物流中分離，所述循環(huán)流包括所述反應(yīng)物和一定濃度的副產(chǎn)物；將所述循環(huán)流返回到所述反應(yīng)器單元中，所述返回包括至少周期性檢測(cè)所述循環(huán)流密度；以及當(dāng)密度指示所述副產(chǎn)物的濃度的增加時(shí)，改變所述反應(yīng)器的參數(shù)。
52.根據(jù)權(quán)利要求51的工藝，其中所述反應(yīng)器參數(shù)中的至少一個(gè)包括反應(yīng)器溫度，并且其中所述改變包括改變所述反應(yīng)器的溫度。
53.根據(jù)權(quán)利要求52的工藝，其中所述改變包括提高所述反應(yīng)器的溫度。
54.根據(jù)權(quán)利要求51的工藝，其中所述反應(yīng)物包括HF，所述起始原料包括CH2Cl2，所述產(chǎn)物包括CH2F2，并且所述副產(chǎn)物包括CH2ClF。
55.根據(jù)權(quán)利要求54的工藝，其中所述反應(yīng)包括在催化劑的存在下使HF與CH2Cl2化合，并且所述改變包括改變所述反應(yīng)器的溫度。
56.根據(jù)權(quán)利要求55的工藝，其中所述改變包括提高所述反應(yīng)器的溫度。
57.根據(jù)權(quán)利要求55的工藝，其中所述改變包括當(dāng)所述密度指示循環(huán)流中的副產(chǎn)物濃度兩倍增加時(shí)，改變所述反應(yīng)器的溫度。
58.根據(jù)權(quán)利要求54的工藝，其中所述產(chǎn)物流還包括起始原料，并且所述循環(huán)流還包括一定濃度的起始原料。
59.根據(jù)權(quán)利要求58的工藝，其中所述反應(yīng)包括使HF和CH2Cl2在催化劑存在下化合，并且所述改變包括改變所述反應(yīng)器的溫度。
60.根據(jù)權(quán)利要求58的工藝，其中所述密度指示在所述循環(huán)流中所述起始原料和所述副產(chǎn)物這兩者增加的濃度。
61.根據(jù)權(quán)利要求58的工藝，其中所述密度指示循環(huán)流中所述起始原料兩倍增加的濃度。
62.根據(jù)權(quán)利要求51的工藝，其中所述返回包括連續(xù)檢測(cè)所述循環(huán)流密度。
63.根據(jù)權(quán)利要求33的工藝，其中所述密度指示所述副產(chǎn)物兩倍增加的濃度。
全文摘要
本發(fā)明包括化學(xué)生產(chǎn)工藝和系統(tǒng)以及用于監(jiān)測(cè)和改變反應(yīng)器條件的方法。用于監(jiān)測(cè)和改變反應(yīng)器條件的方法包括監(jiān)測(cè)反應(yīng)物回收流密度以及當(dāng)該密度達(dá)到預(yù)定量時(shí)改變條件。提供一種化學(xué)生產(chǎn)系統(tǒng)，它包括接收來(lái)自分離單元的反應(yīng)物回收流的反應(yīng)器單元，在分離單元中該流可以由密度監(jiān)測(cè)計(jì)監(jiān)測(cè)。也提供了一種化學(xué)工藝，它包括反應(yīng)物與起始原料在具有反應(yīng)器參數(shù)的反應(yīng)器單元內(nèi)反應(yīng)，以及生產(chǎn)包括反應(yīng)物、產(chǎn)物和副產(chǎn)物的產(chǎn)物流。含有反應(yīng)物和副產(chǎn)物的循環(huán)流可以從產(chǎn)物流分離并返回到反應(yīng)器單元中。循環(huán)流密度可以至少周期性監(jiān)測(cè)，并且當(dāng)該密度表示循環(huán)流中增加的副產(chǎn)物濃度時(shí)，反應(yīng)器參數(shù)改變。
文檔編號(hào)G01N35/00GK1906475SQ200480040658
公開日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2004年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月21日
發(fā)明者W·R·洛厄里, S·E·麥凱, B·D·埃弗斯, V·夏爾馬 申請(qǐng)人:大湖化學(xué)公司