专利名称：在假等温条件下进行强放热氧化反应的方法
技术领域：
最概括地说，本发明涉及一种用于在假等温条件下进行放热化学反应的方法。
在下面的说明书和在随后的权利要求书中，采用的术语假等温条件指的是反应温度控制在预定最佳值左右的有限范围内的那些条件。
具体而言，本发明涉及一种用于在假等温条件下进行的高度放热催化反应如氧化反应(例如，氨氧化形成硝酸，甲醇氧化形成甲醛)的方法。
本发明也涉及一种用于进行上述方法的仪器。
现有技术关于高放热氧化反应，众所周知为了避免明显的危险操作条件，需要控制一个或多个操作变量如反应温度和至少一个反应物的浓度。
因此，例如在通过甲醇氧化的甲醛生产过程中，反应物的高浓度和反应的高放热迅速导致在爆炸条件下工作；因而导致需要严格控制反应物的浓度和反应温度低于良好预定的值。
而且，当反应温度和反应物浓度超过所述值时，会发生催化剂的“中毒”和劣化现象，随后出现不可避免的产率降低。这是在氨氧化形成硝酸的情况，在该反应中当反应物浓度超过在预定温度的预定阈值时，以Co3O4为基础的催化剂进行快速的CoO还原反应，形成更低活性的Co3O4。
为了控制反应物的温度和浓度，建议在流化床反应器中进行所述类型的反应。
然而，这类型的反应器遭遇到了很多公认的缺点，如由于需要大量的空气以保持氨浓度低于爆炸阈值导致的过量能量消耗、对于固定床反应器的更大的构造复杂性以及灰尘回收问题。
而且，在所述流化床反应器内部运动的催化剂发生对反应器本身的壁体的腐蚀作用。
发明简述基于本发明的技术问题是提供一种用于在以连续流加入到预定催化剂床的反应物之间的假等温条件下进行高放热氧化反应的方法，该方法能够克服现有技术的上述缺陷，换句话说，是在反应物混合物和反应物-产物的爆炸极限下工作，并且促进了催化剂有更长的寿命。
根据本发明上述技术问题通过特征在于如下的方法解决所述至少部分所述反应物连续流在对应的不同预定温度和流速下加入到相应于反应的不同连续阶段的所述催化剂床的不同点，其中反应物浓度低。
在使用具有竖直轴并具有被反应物轴向横过的催化剂床的假等温反应器的非限制情况下，反应的连续阶段限定在催化剂床的不同的对应高度上，其中反应物是以预定流速和温度加入的。
从用于解释而不是限制目的参考附图的本发明具体实施方式
的下列描述，将可以清楚地理解本发明方法的特性和优点。
附图简述
图1示意性地示出用于进行本发明方法的化学反应器。
图2示意性地示出图1反应器的细节放大图。
图的详细说明参考图1，一个具有竖直轴的化学反应器是球形的并用1示意性指出，该反应器是用于进行高度放热反应，该反应例如并优选氧化反应如氨氧化形成硝酸。
所述反应器1包括圆柱型壳身2；相应的末端板即底部末端板3和上部末端板4。上部末端板4装备有人孔5，而底部末端板3装备有用于排出反应产物的开口6。
在所述壳身2中，限定有反应区域7，所述反应区域代表性地位于底线8和上线9之间，它用于容纳预定催化剂床(L)，而且要被反应物气体和反应产物轴向穿过。
催化剂床(L)以熟知的方式支撑，因而没有示出。
在催化剂床(L)中，浸没并支撑有多个热交换器10和相应的多个分配供给装置12；所述热交换器10是板状、矩形状，而且优选以与所述壳身同中心并共轴的很多排放射状安置，长边11平行于壳体本身。
根据本发明特性并根据一个优选实施方案，每个交换器10连接尤其是固定有一对分配供给器12，对分配供给器12来说，交换器构成合适的支撑，这将从下面说明书中变得明显。
特别地，参考图2，每个热交换器10包括并列放置并在周边连接的壁27和壁28，例如通过以相互隔开关系合适焊接以使在两壁之间形成第一室18。
在所述壁27和28之间也限制了第二室19，它靠近所述交换器1的侧边11并穿过焊接线25，具有平行于所述侧11的部分32和垂直于所述侧11的部分33，室19与所述第一室18流体密封(fluid-tight)分离。
室18装备有进口管件29和出口管件31，而室19只包括一个进口管件34。
两个箱状轨道(carter)20和22固定在每个交换器10的壁27上，并垂直延伸到用于对应交换器10的整个宽度的所述侧1上。
轨道20和22用壁27相应的管21和23限定，所述管21和23在一侧通过在壁27内形成的开口36和37与所述第二室18流体连通，而在另一侧通过在轨道本身形成的多个孔26与交换器10的外侧并因此浸没有所述交换器10的催化剂床(L)流体连通。
优选地，所述孔26在直线队列排列，并沿对应轨道(20、22)纵向延伸。
通过对应交换器10支撑的轨道20和22基本上构成用于通过室18加入到所述轨道的预定流体的分配供给装置12。
根据本发明，具有相应的分配供给器12的多个交换器10构成适用于控制催化剂床(L)中的温度和反应物浓度的装置，这将在下面的说明书中变得明显。
反应器1也包括一用于预定反应物的加料管(13和14)，它穿过包括管(15和16)和对应的接头(30和35)的系统与每个交换器10的对应室18和19流体连通。
-用于反应产物的收集管17，它在一侧与每个交换器的出口管件31流体连通，而在另外一侧与轴向装备在反应器中的中心管24流体连通。
参考上述装置，下面将描述用于在假等温条件下进行高放热氧化反应的本发明方法，即要将反应温度和反应物的浓度同时控制在对应的预定值附近。
反应物流，例如用于硝酸生产的氨和氧连续加入到反应器1中，并在进口处分成两部分。
所述流体的第一部分或主要部分通过带有催化剂床(L)的热交换器预热到最合适温度以引发所需反应(氨氧化)；对于该目的和在所解释的具体情况下，反应物流的所述主要部分在所有的管15-接头30之间通过分配器12分开，所述分配器并用于向所有交换器10的室18加料。
因此从多个反应器10出来的预热反应物通过收集器20收集，收集器将反应物输送到中心管24的低端。从所述管24的上端出来的预热反应物分配到上述催化剂床(L)，通过横穿催化剂床，反应物开始所需的高放热氧化反应。
所述反应物流的第二部分或控制流在所述多个交换器10的所有室18之间分开，所分开的每个流体都加入到对应的成对分配-供给器19、20。
如上所述，所述分配-供给器19、20位于床(L)的催化剂块中，并且位于严格对应于在预先控制反应物的浓度和温度下所发生的反应阶段的高度。
根据本发明，通过在催化剂床的预定位置注入反应物的新鲜流体基本上可以进行这样的控制，反应物的浓度连续适当调节并以所述反应物流的第二部分流速以熟知方式调节。
反应产物从反应器1通过开口6排出。
这样构思的本发明是易受各种变化和改进影响的，因此，所有的这些变化和改进都涵盖在通过下面权利要求限定的本发明保护范围。
权利要求
1.用于在以连续流加入到预定催化剂床的反应物之间以假等温条件进行高放热氧化反应的方法，其特征在于反应物的至少部分所述连续流在相应于反应的不同连续阶段的所述催化剂床的不同点处以各自不同预定温度和流速加入。
2.用于在以连续流加入到预定催化剂床(L)的反应物之间以假等温条件进行高放热氧化反应的方法，在所述催化剂床(L)中浸没并支撑有多个热交换器(10)，其特征在于—多个分配-供给器(20、22)放置于所述催化剂床(L)中，并位于严格相应于所述氧化反应的不同预定阶段的催化剂床的不同点处，—所述反应物连续流被分成具有预定温度和流速的第一部分或主流和第二部分或控制流，—所述第一部分或主流通过具有所述催化剂床(L)的热交换预热，使所述第一部分或主流加入并穿过所述多个交换器(10)。—所述预热反应物的主流被覆盖并连续加入到所述催化剂床(L)中，—所述第二部分或控制流加入到所述多个分配-供应器(20、22)中以用预定温度和流速将各个反应物的新鲜流注入到催化剂床(L)中。
3.根据权利要求1和2的方法在假等温条件下进行高放热氧化反应的装置，它包括多个热交换器(10)，其特征在于每个所述交换器与至少一个适用于在预定温度和流速下连续加入反应物流的分配-供给器(20、22)连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述至少一个分配-供给器(20、22)通过各个对应的所述热交换器(10)支撑固定。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述热交换器(10)是板状并基本上是矩形的，在所述热交换器内限定有要被对应的待预热反应物流横穿的第一室(18)、以及与所述第一室(18)流体密封分离并且与所述至少一个分配-供给器(20、22)流体连通的第二室(19)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述分配-供给器(20、22)包括固定在对应板状热交换器(10)壁上的轨道，利用其基本上限定了导管，所述导管在一侧与热交换器(10)的所述第二室(19)流体连通，而在另外一侧通过在所述轨道中形成的多个孔与热交换器(10)自身的外部流体连通。
7.用于在假等温条件下进行高放热催化氧化反应的反应器，包括在其中限定了至少部分被催化剂床(L)占据的反应区域的壳身，其特征在于它包括浸没在所述催化剂床(L)中的根据权利要求3-6所述的装置。
全文摘要
用于在假等温条件例如用于生产硝酸的反应以及用于生产甲醛的反应进行高放热催化反应如所谓的氧化反应的方法和装置。反应物的至少部分连续流加入到相应于反应不同连续阶段的催化剂床的不同点上。
文档编号C07C45/38GK1688385SQ03824374
公开日2005年10月26日 申请日期2003年9月8日 优先权日2002年10月17日
发明者E·菲利皮, E·里齐, M·塔罗齐, K·A·克莱顿 申请人:阿梅尼亚·卡萨莱股份有限公司