[发明专利]催化剂系统、含有该催化剂系统的氧化反应釜以及使用该反应釜制备丙烯醛和丙烯酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂系统、包括所述催化剂系统的氧化反应釜、以及使用所述反应釜生产丙烯醛和丙烯酸的方法。更具体地说，本发明涉及一种在包括具有不同活性的催化剂颗粒的催化剂系统下通过使丙烯氧化而生产丙烯醛和丙烯酸的方法。

本申请要求来自在2008年1月17日、向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2008-0005383号的优先权，其全文在此引入以作参考。

背景技术

通过使用列管式换热型的固定层多管反应釜，在Mo-Bi(含钼-铋)氧化催化剂下，使用氧分子或含氧分子的气体，经过气相接触反应氧化丙烯已被广泛地应用在工业中。

由于丙烯的气相氧化反应是剧烈的放热反应，在每一个反应管中的催化剂层中均容易形成热点。过热点的出现导致过氧化，并使丙烯醛和丙烯酸的产率降低。另外，在催化剂层热点处出现过热使催化剂劣化，并使得长期、稳定地进行氧化反应变为不可能。特别是，在反应釜原材料的入口侧，当丙烯的浓度增加时，或为了增加产量而增加原材料的空间速度时，热点问题将会格外引人关注。因此，为了抑制上述热点的发生，很多方法已被提出。

通常，在伴有放热的催化剂反应中，作为有效控制热点部分过热的方法，很多方法是已知的，例如通过减少喂入气体的数量以降低空速的方法，使用具有小内径的反应管的方法等等。然而，如果空速被降低，其对工业中的高生产率是不利的，并且减小反应管的内径的方法也是有缺点的，因为那样难以制备反应釜，从反应釜的生产成本来看，经济上也是不利的，并且填充催化剂需要更多的精力和时间。因此，在工业方法中，需要一种规避上述方法、维持高产率和高生产率、并长期、稳定地使用催化剂的方法。针对这一目的，已进行了很多研究。

例如，当填充催化剂时，已经提出了很多解决上述问题的方法，例如填充催化剂以使催化剂的体积从气体原料的入口侧到出口侧逐次递减的技术方法(KR1995-0004027)，填充催化剂以使催化剂的活性从气体原料的入口侧到出口侧逐次增加的技术方法(KR0487883)，在反应管的气体原料入口侧填充非活性成形体以抑制在热点周围的热积累的技术方法(日本已审专利申请公开第53-30688号)等等。然而通过降低热点温度而使催化剂的劣化和副反应变得最小的上述方法无法有效解决上述问题。

在其中制造数种具有不同占有体积的催化剂、并且具有小占有体积的催化剂从气体原料的入口侧到气体原料的出口被连续地填充到所制造的连续反应管中的方法中，催化剂的占有体积被各反应单元的直径所限制，所以将数种所要求的催化剂填充到反应单元中是困难的。

另外，在表现出不同活性水平的数种催化剂中，由于在催化剂中特定组分被控制的含量小于其他组分的含量，制造这样的催化剂不可能具有优异的可再现性。作为从入口侧到出口侧逐渐增加活性的方法，因为在煅烧中使用的炉的内部温度分布的缘故，通过煅烧控制活性水平没有优异的可再现性。特别是，当大量生产具有不同活性水平的催化剂时，更是如此。

因此，上述方法无法完全抑制热点的出现。

另外，在实际工业中，为了替代在催化剂生产中具有问题或无法充分解决热点问题的上述方法，已广泛使用轻易地将催化剂层前部的反应起始气体的引入侧与非活性成形体混合并将它们稀释的方法。

然而，如上所述，在通过使用非活性成形体稀释以进行填充的方法中，如果每一个反应管根据面积确定的催化剂的填充量(有效组分含量/总量)彼此是不同的话，就有这样的问题：每一个反应管的催化剂层的温度变化很大，并且产率或反应比率变化也很大。由于这样产生的非均匀性，整个反应釜的产率和反应比率被降低，并且整个反应釜的反应不是均匀的，因此，充分改善生产率是不可能的。

从氧化反应釜的稳定操作来看，使氧化反应釜中的每个反应管的反应状态均匀是重要。在假设均匀的最佳选择条件下，可能发生过量反应，副反应也有可能增加，并且在发生就地偏离(local deviation)的管中反应的选择性可能被降低。在一些情况下，过热点的温度可能被迅速增加到无法就地控制的温度或更高的温度。由于每个反应管的反应状态彼此不同，催化剂变劣的状态也彼此不同，因此整个催化剂的寿命被缩短。

因此，仍然需要研发一种使由催化剂反应产生的过热点处剧烈放热导致的催化剂劣化和副反应变得最小、以及长期稳定地维持高生产率的技术方法。

发明内容

技术问题