[发明专利]构成树脂催化填充床的填充物的方法和这样构成的填充物

说明书

技术领域

本发明涉及构成用于催化填充床的填充物的一种方法，该床由树脂组成的催化剂构成，尤其是交换树脂，它们与工作物质接触后会膨胀，和涉及这样构成的用于催化填充床的填充物，它适合改良反应器的流体动力学结构。

背景技术

使用有官能作用的树脂作为催化剂已被广泛采用。但是，树脂的特征是它们没有固定的尺寸。事实上在具体的工作物质如某种溶剂存在时树脂颗粒有不同的膨胀度，和颗粒的实际尺寸取决于所用的物质或溶剂的类型和该树脂的交联度。

由于这个原因，反应器的装填常常通过装载已经膨胀的树脂的稀浆来进行。不然的话，如果使膨胀发生在反应器内，例如装载干的树脂然后进料液相，由于生成实际的填塞物会产生因堵塞造成的进料问题。如果人们必需通过在热的气流中干燥，使树脂再生的话，这种情况就需要将树脂从反应器中卸下和在转炉中处理树脂。

在化学反应器的设计中保证反应器内最佳的流体动力学特性可能是最困难的挑战之一。因为存在旁路或优先的路径造成的不正确的流体动力学结构可能导致低的转化率和不是最佳的选择性，使工艺的经济效益降低。

反混是在转化率和选择性两方面可能影响反应器性能的另一种现象。在这种情况下，该反应器与活塞式流动反应器的性能相差更远，而从理论观点看，活塞式流动反应器是在相同的停留时间内保证有最大转化率的反应器。

如果在填充的反应器中使用树脂作为催化剂，可以有两种进料方式进行操作，即从反应器的上部(向下流动)或从底部(向上流动)提供进料。在某些情况下优选地是使用从底部进料，因为在高压下上部进料可能导致树脂破裂。在这种情况下，会生成优先的路径，它导致该反应器的效率降低从而使转化率降低并导致局部或高强度使用催化剂，结果使它很快失去活性。从底部(向上流动)进料避免生成优先路径，因为它不是通过流态化使树脂床膨胀，但是在这种情况下有明显的反混现象，这使反应器的生产率降低。

为了解决树脂填充反应器的上述问题，已经建议在向上流动结构(见US 6013845)和向下流动结构(见US 2003/0166976 A1)两种反应器中使用隋性的坚固的装填包。但是，这种方法不能解决树脂颗粒的尺寸对交联度的相关性，因而仍需要用悬浮液装载树脂，在这种情况下操作又需要更长的时间并且比空的反应器需要更加小心。树脂床的沉降实际上必须缓慢进行，以便在惰性装填床中不留下空的空间。

在反应蒸馏塔内使用树脂的系统中也观察到酸性树脂膨胀和需要稳定催化剂床以便改进反应器流体动力学结构的问题。在这种情况下，将树脂封闭在由细目网构成的各种形状的容器内(例如Katapak^填充物)，它不允许树脂流动但允许流体自由循环。这些很适合反应蒸馏塔填充的系统，由于空体积对树脂体积比很高使填充床的效率很差。在近期的一篇文章中(Ind.Eng.Chem.Res.杂志2003年42期3612-3619页，作者S.Steinigeweg，J.Gmehling)强调了这种低效率，其中在用甲醇酯化脂肪酸时使用Katapak^类的填充物。

例如，用酸23mol/h(摩尔/小时)和甲醇15mol/h的进料，在直径为50mm和高度为6m的塔中(4m用Amberlyst^树脂的Katapak^填充物)有反流比为1，操作在大气压和平均温度72℃下，得到的酸的转化率仅为40％。

因此需要一种技术代替已经提出的技术，它能解决在使用催化树脂填充的化学反应器时观察到的各种问题。

发明内容

因此，本发明的目标是通过提供能给催化填充床提供填充物的一种方法来消除在填充反应器中已知类型填充物的上述缺点，该方法能消除在与各种工作物质接触后树脂颗粒膨胀引起的各种影响。

在这个目标内，本发明的目的是为催化床提供一种填充物，它能保证该床优化的流体动力学和能高效地使用安装它的系统和特别是利用该床的催化剂特性，甚至在之后，或者在所用树脂颗粒存在不同程度膨胀的情况下。

本发明的另一个目的是为催化床提供构成填充物的方法，使之在使用所述填充物和用于任何反应特性的任何类型的反应器或塔中有保持稳定优化的改进性能。

本发明的另一个目的是提供一种方法，它能为催化床简单和便宜地构成一种填充物和提供一种填充物，它适合各种目的和用市场上很容易买到的材料就能生产以及可以用不需要复杂和昂贵技术的操作进行处理。