专利名称：化学生产工艺、化学生产系统以及用于监测和改变反应器条件的方法
技术领域：
本发明涉及化学生产工艺、系统以及涉及用于监测和改变反应器条件的方法。
背景技术：
化学制造工艺可以包括单个或多个反应器单元以及单个或多个分离单元。化学加工中的持续目标是使这些单元基本上同步，以提高工艺的效率。反应器和分离单元的示例性配置包括未使用或过量反应物从分离单元返回到反应器单元。这种配置的好处之一是过量的反应物不会被丢弃，而是用于有效地生产产物。
以这种方式配置，化学工艺系统可以被认为是稳定状态的闭合化学工艺系统。在这样的闭合系统中，在某些情况下，降低的产物回收率可能意味着需要更换消耗品和/或改变工艺参数。消耗品更换的一个实例是更换催化反应器中的催化剂。然而，由于该系统是闭合系统，因此工艺会无效运转，直到确定消耗品需要更换为止。
本发明提供用于监测反应器催化剂的方法、化学生产工艺和系统。尽管本发明是为解决上述问题和挑战而进行的，当然，它决不是限制于这些。本发明仅受后附如字面上措辞的权利要求所限制，并且可以根据公平原则进行适宜的解释。
发明概述本发明包括化学生产工艺和系统以及用于监测和改变反应器条件的方法。在一个实施方式中，用于监测反应器条件的方法包括监测反应物回收流密度。反应物回收流可以配置成将反应物返回含有催化剂的反应器中。该方法也包括当密度达到预定量时，改变所述的催化剂。
本发明的一个方面是提供一种生产工艺，该生产工艺包括提供具有至少一个反应器单元和至少一个分离单元的化学生产系统。所述反应器单元可以具有反应器参数。将过量反应物从回收单元作为回收流回收，并且提供给反应器单元。监测回收率密度，并且当该密度达到预定量时，改变反应器参数。
在一个示例性的实施方式中，提供了一种化学生产系统，它包括接收来自分离单元的反应物回收流的反应器单元，其中所述的流由密度监测器监测。
在另一个实施方式中，提供了一种化学工艺，它包括使反应物与起始原料在反应器中的反应，和制备包括反应物、产物和副产物的产物流。反应可以在催化剂存在下进行，并且会消耗所述催化剂。产物流可以分成两种不同的流，其中这两种不同流中的一种是含有反应物和副产物的循环流。可以将循环流返回到反应器单元中。该返回可以包括监测循环流密度以确定催化剂消耗何时超过了阈值。可以至少周期性监测循环密度。当密度指示循环流中增加的副产物浓度时，可以补充催化剂。
优选实施方案详述本发明包括用于监测和改变反应器条件的方法，以及化学生产工艺和系统。这些方法、工艺和系统的示例性实施方式将参考附图
进行描述。参考附图，化学生产系统10包括反应器单元12和分离单元14。反应器单元12可以包括催化反应器，并且可以配置成接收反应物16与起始原料18和/或使它们反应。反应器单元12可以具有反应器参数，该参数包括起始原料和反应物组成以及加料速率，反应器单元温度和压力，以及催化剂组成。反应物16可以包括反应物比如卤素交换反应物。示例性的卤素交换反应是起始原料CH2Cl2(二氯甲烷，R-30)与卤素交换反应物HF的反应。这个反应可以生成卤素交换产物CH2F2(二氟甲烷，R 32)和副产物比如CH2ClF(氯氟甲烷，R-31)和HCl(盐酸)。
催化剂可以用于改善反应，比如改善卤素交换反应。在卤素交换反应中使用的示例性催化剂包括含载体上和不在载体上的含铬催化剂。反应器单元12可以包括催化剂。该催化剂可以在反应过程中因为使用而消耗。被消耗的催化剂可以补充。补充催化剂在一个方面包括更换催化剂的部分和/或全部，而另一方面包括再活化催化剂的部分和/或全部，在另一个实施方式中，可以再活化部分催化剂并且可以更换部分催化剂。
再参考附图，产物流20可以将来自反应器单元12的产物输送到分离单元14中。产物流20可以包括过量的反应物如卤素交换反应物和起始原料以及产物和/或副产物。部分产物流20可以在分离单元14中被除去。
分离单元14可以包括分离单元比如蒸馏器和/或相分离单元比如液液相分离单元。在一个示例性实施方式中，分离单元14可以将包括CH2F2和过量HF的产物流分离成两种流，即最终产物流24和回收流22。最终产物流24可以包括产物如CH2F2。
回收流22可以从分离单元14中回收。在一个实施方式中，回收流22可以从蒸馏器分离单元的底部回收。回收流22可以包括过量的反应物比如HF。回收流22也可以包括副产物比如CH2ClF和/或起始原料比如CH2Cl2。
在附图的示例性解释中，回收流22返回到反应器单元12中。如所示的那样，这可以认为是循环，并且回收流22可以认为是循环流。然而，本发明并不限于过量反应物到反应器单元的循环中。本发明也包括过量反应物从其它工艺回收并输送到分离工艺的反应器中的实施方式。
再参考附图，回收流22可以通过监测装置26监测。在一个实施方案中，本发明用于监测回收流22的密度。在一个实施方式中，返回循环流可以包括监测该循环流密度，以确定催化剂消耗何时超过阈值。监测装置26可以包括光密度计或密度计。示例性的光密度计或密度计包括从MicroMotion，Inc.，A Division of Emerson Process Management，7070 WinchesterCircle，Boulder，Colorado 80301，USA购买的带有哈斯特洛伊传感器的Micromotion Elite CMF 100。
在一个实施方案中，监测密度可以指示在回收流22中的起始原料和/或副产物浓度的增加。在一个示例性实施方式中，回收流22的密度可以周期性监测或可以连续监测。在一个示例性方面，只有起始原料的浓度增加才可以由密度的改变来指示，并且在一个方面，只有副产物的浓度增加才可以表示回收流22密度的改变。密度可以表示回收流22的副产物浓度的两倍增加和/或起始原料浓度的两倍增加。在一个示例性方面，密度可以用于确定催化剂消耗何时超过了阈值。所述阈值可以是这样的值，在该值时催化剂被消耗、催化剂将很快被消耗和/或可以预定该值。
根据本发明，反应器单元12的条件可以响应回收流22的密度而改变。在一个示例性方面，回收流22的预定密度值可以传播反应器单元12的反应器参数的变化。在一个示例性实施方式中，在回收流22的密度指示起始原料和/或副产物这两者或之一的两倍增加的情况下，可以改变反应器参数。在反应物16为HF，起始原料18为CH2Cl2的一个具体实施方式
中，1.04g/ml的回收流密度可以指示补充反应器单元12内的催化剂。在另一个实施方式中，1.01g/ml的回收流密度可以指示补充反应器单元12内的催化剂。如上所述，被补充的催化剂可以包括载体上的铬催化剂。催化剂可以通过更换和/或再活化催化剂进行补充。催化剂可以通过本领域普通技术人员已知的方法进行再活化。一种这样的方法包括在反应物如HF的存在下加热催化剂。另外，改变反应器单元不限于更换或再生催化剂。本发明也包括变更其它反应参数比如起始原料和反应物的组成和加料比率，以及反应器单元的温度和压力。
权利要求
1.一种用于监测和改变反应器条件的方法，该方法包括监测反应物回收流密度，所述反应物回收流配置成使反应物返回到其中具有催化剂的反应器中；以及当所述密度达到预定量时，改变所述的反应器条件。
2.根据权利要求1的方法，其中所述流包括卤素交换反应物。
3.根据权利要求2的方法，其中所述卤素交换反应物是HF。
4.根据权利要求2的方法，其中所述流还包括卤素交换副产物。
5.根据权利要求4的方法，其中所述卤素交换反应物包括HF，并且所述副产物包括CH2ClF。
6.根据权利要求1的方法，其中所述改变包括更换所述催化剂。
7.根据权利要求6的方法，其中所述催化剂包括铬。
8.根据权利要求7的方法，其中所述改变包括当所述密度达到1.04g/ml时，更换所述催化剂。
9.根据权利要求7的方法，其中所述改变包括当所述密度达到1.01g/ml时，更换所述催化剂。
10.根据权利要求1的方法，其中所述反应器配置成使CH2Cl2与HF在催化剂存在下反应。
11.根据权利要求10的方法，其中所述流包括HF、CH2Cl2和CH2ClF中的一种或多种，并且述变更包括当所述流的密度达到1.04g/ml时，更换所述催化剂。
12.根据权利要求10的方法，其中所述流包括HF、CH2Cl2和CH2ClF中的一种或多种，并且所述变更包括当所述流的密度达到1.01g/ml时，更换所述催化剂。
13.根据权利要求1的方法，其中所述流为循环流。
14.一种生产工艺，该工艺包括提供具有至少一个催化反应器单元和至少一个分离单元的化学生产系统；从所述的分离单元回收过量的反应物作为回收流，并将所述过量的反应物提供给反应器单元；监测所述回收流密度；和当所述密度达到预定量时，改变所述反应器单元的条件。
15.根据权利要求14的工艺，其中所述催化剂反应器单元配置成使CH2Cl2与HF在催化剂存在下反应，并且其中所述分离单元包括蒸馏器。
16.根据权利要求15的工艺，其中所述过量的反应物从蒸馏器的底部循环，并且包括HF、CH2Cl2和CH2ClF中的一种或多种。
17.根据权利要求16的工艺，其中所述改变包括当所述密度达到1.04g/ml时，更换所述催化剂。
18.根据权利要求16的工艺，其中所述改变包括当所述密度达到1.01g/ml时，更换所述催化剂。
19.根据权利要求14的工艺，其中所密度使用哈斯特洛伊传感器监测。
20.一种化学生产系统，其包括接收来自分离单元的反应物回收流的反应器单元，所述流由密度监测计监测。
21.根据权利要求20的系统，其中所述反应器单元配置成使CH2Cl2与HF在催化剂存在下反应，并且所述分离单元包括蒸馏器。
22.根据权利要求21的系统，其中所述流来自所述蒸馏器的底部，并且包括HF、CH2Cl2和CH2ClF中的一种或多种。
23.根据权利要求22的系统，其中所述监测包括当所述流密度大于1.04g/ml时，更换所述催化剂。
24.根据权利要求22的系统，其中所述监测包括当所述流密度大于1.01g/ml时，更换所述催化剂。
25.根据权利要求20的系统，其中所述密度计包括哈斯特洛伊传感器。
26.一种化学工艺，该工艺包括反应物和起始原料在反应器单元内反应，并且产生含有所述反应物、产物和副产物的产物流，所述反应在催化剂存在下进行，并且消耗了所述催化剂；所述产物流分离成两种不同的流，所述两种不同的流中的一种是含有所述反应物和副产物的循环流；将所述的循环流返回到所述反应器单元中，所述返回包括监测循环流密度，以确定所述催化剂消耗何时超过了阈值；以及当所述密度表示循环流中增加的副产物浓度时，补充所述催化剂。
27.根据权利要求26的工艺，其中所述反应物包括HF，所述起始原料包括CH2Cl2，所述产物包括CH2F2，并且所述副产物包括CH2ClF。
28.根据权利要求27的工艺，其中所述催化剂包括载体上的铬催化剂。
29.根据权利要求28的工艺，其中所述分离包括蒸馏所述产物流并且回收作为蒸馏底部产物的循环流。
30.根据权利要求28的工艺，其中所述补充包括更换所述催化剂。
31.根据权利要求28的工艺，其中所述补充包括再活化所述催化剂。
32.根据权利要求28的工艺，其中所述补充包括再活化一部分催化剂和更换一部分催化剂。
33.根据权利要求26的工艺，其中所述产物流还包括起始原料，并且所述循环流还包括起始原料。
34.根据权利要求33的工艺，其中所述密度指示循环流中增加的起始原料和副产物这两者的浓度。
35.根据权利要求33的工艺，其中所述密度指示循环流中起始原料增加的浓度。
36.根据权利要求33的工艺，其中所述密度只指示起始原料增加的浓度。
37.根据权利要求33的工艺，其中所述密度只指示所述副产物增加的浓度。
38.根据权利要求33的工艺，其中所述反应物包括HF，所述起始原料包括CH2Cl2，所述产物包括CH2F2，所述副产物包括CH2ClF。
39.根据权利要求38的工艺，其中所述催化剂包括载体上的铬催化剂。
40.根据权利要求39的工艺，其中所述分离包括蒸馏所述产物流，回收作为蒸馏底部产物的循环流。
41.根据权利要求39的工艺，其中所述补充包括更换所述催化剂。
42.根据权利要求39的工艺，其中所述补充包括再活化所述催化剂。
43.根据权利要求39的工艺，其中所述补充包括再活化部分所述催化剂和更换部分所述催化剂。
44.根据权利要求26的工艺，其中所述分离包括蒸馏所述产物流以及回收作为蒸馏底部产物的循环流。
45.根据权利要求26的工艺，其中所述监测包括周期性监测所述循环流密度。
46.根据权利要求26的工艺，其中所述监测包括连续监测所述循环流密度。
47.根据权利要求26的工艺，其中所述反应包括使所述反应物与所述起始原料在所述催化剂存在下化合，并且所述补充包括更换所述催化剂。
48.根据权利要求26的工艺，其中所述补充包括更换所述催化剂。
49.根据权利要求26的工艺，其中所述补充包括再活化所述催化剂。
50.根据权利要求26的工艺，其中所述补充包括再活化部分所述催化剂以及更换部分所述催化剂。
51.一种化学工艺，该工艺包括起始原料与反应物反应，产生含有所述反应物、产物和副产物的产物流，其中所述反应在具有反应器参数的反应器单元内进行；将循环流从产物流中分离，所述循环流包括所述反应物和一定浓度的副产物；将所述循环流返回到所述反应器单元中，所述返回包括至少周期性检测所述循环流密度；以及当密度指示所述副产物的浓度的增加时，改变所述反应器的参数。
52.根据权利要求51的工艺，其中所述反应器参数中的至少一个包括反应器温度，并且其中所述改变包括改变所述反应器的温度。
53.根据权利要求52的工艺，其中所述改变包括提高所述反应器的温度。
54.根据权利要求51的工艺，其中所述反应物包括HF，所述起始原料包括CH2Cl2，所述产物包括CH2F2，并且所述副产物包括CH2ClF。
55.根据权利要求54的工艺，其中所述反应包括在催化剂的存在下使HF与CH2Cl2化合，并且所述改变包括改变所述反应器的温度。
56.根据权利要求55的工艺，其中所述改变包括提高所述反应器的温度。
57.根据权利要求55的工艺，其中所述改变包括当所述密度指示循环流中的副产物浓度两倍增加时，改变所述反应器的温度。
58.根据权利要求54的工艺，其中所述产物流还包括起始原料，并且所述循环流还包括一定浓度的起始原料。
59.根据权利要求58的工艺，其中所述反应包括使HF和CH2Cl2在催化剂存在下化合，并且所述改变包括改变所述反应器的温度。
60.根据权利要求58的工艺，其中所述密度指示在所述循环流中所述起始原料和所述副产物这两者增加的浓度。
61.根据权利要求58的工艺，其中所述密度指示循环流中所述起始原料两倍增加的浓度。
62.根据权利要求51的工艺，其中所述返回包括连续检测所述循环流密度。
63.根据权利要求33的工艺，其中所述密度指示所述副产物两倍增加的浓度。
全文摘要
本发明包括化学生产工艺和系统以及用于监测和改变反应器条件的方法。用于监测和改变反应器条件的方法包括监测反应物回收流密度以及当该密度达到预定量时改变条件。提供一种化学生产系统，它包括接收来自分离单元的反应物回收流的反应器单元，在分离单元中该流可以由密度监测计监测。也提供了一种化学工艺，它包括反应物与起始原料在具有反应器参数的反应器单元内反应，以及生产包括反应物、产物和副产物的产物流。含有反应物和副产物的循环流可以从产物流分离并返回到反应器单元中。循环流密度可以至少周期性监测，并且当该密度表示循环流中增加的副产物浓度时，反应器参数改变。
文档编号G01N35/00GK1906475SQ200480040658
公开日2007年1月31日 申请日期2004年1月21日 优先权日2004年1月21日
发明者W·R·洛厄里, S·E·麦凯, B·D·埃弗斯, V·夏尔马 申请人:大湖化学公司