[发明专利]乙烯部分氧化生产环氧乙烷的固定床催化反应器

说明书

技术领域

当前，乙烯部分氧化生产环氧乙烷(EO)的反应器通常使用单个传统固定床管壳式换热器(FB)，其中催化反应在管中发生。由于重量和尺寸因素，这类反应器的制造已经达到工程和运输极限。传统设计中通常有8000-14000根管，管内部直径(Dt)可达2″并排布在直径(Ds)为6-9米(M)的壳直径中且管板(tube sheet)厚度接近1.0英尺到2.0英尺。考虑到不断改进的催化剂配方在这样的反应器的寿命内提高了80％到95％的平均选择性，理论上可以使用具有更大Dt和Ds的反应器以提供更加经济、有利的工艺。需要对EO催化剂的效率超过80％的反应器结构作为可选平台，其具有较低的重量并提供较低的通过反应器的压降，因此由于与使用传统的FB反应器相比的较低的运行和资本成本，可以提供较高的资本投资回报。

概述

在一个实施方式中，本公开涉及使用封闭在反应器壳内的固定床中的高效多相催化剂从烃的部分氧化生产烯化氧的反应器。所述反应器可以包括具有一定长度的壳和限定催化剂床形状的体积，所述催化剂床形状具有一定长度使得在出口和入口之间的催化剂床长度上的流出面积和流入面积的绝对比值差(ratio difference)在反应器床的任何地方小于或等于约1.3M。催化剂床限定了选择性大于约80％的处理侧(process side)，并且催化剂床具有小于壳长度的长度和限定其体积小于壳体积的宽度。所述反应器还包括固定床出口区，其配置成使气态产物从催化剂床流过换热器的平均保留时间少于或等于约4秒，以骤冷涉及烯化氧产物的不希望的副反应。所述反应器还包括至少一个在反应器内部的带有外表面和内表面的流体冷却剂封闭腔(enclosure)换热器。这种冷却剂封闭腔的外表面与催化剂床相接触。所述冷却剂封闭腔有用于热交换流体流经的入口和出口。所述冷却剂封闭腔还限定了冷却剂流动横截面积与冷却表面积之比远小于1的冷却表面积并且冷却剂侧的压力可以高于处理侧的压力。

在另一个实施方式中，本公开涉及至少一种使用封闭在反应器壳内的固定床中的高效环氧乙烷催化剂由乙烯部分氧化生产环氧乙烷的方法。在一个实施方式中，所述方法可能包括将足量的气态乙烯、氧气、载气(ballast gas)，包括但不限于甲烷，惰性气体如N₂、He、Ar和任意其它惰性气体，以及至少一种催化剂促进剂，例如，但不限于氧化氮、氯乙烯、氯乙烷、和其它，引入到反应器的入口中并且使乙烯、氧气、载气和促进剂流过环氧乙烷(EO)催化剂床，所述催化剂床提供对EO高于约80％的选择性。所述反应器可以包括具有一定长度的壳和限定催化剂床形状的体积，所述催化剂床形状具有一定长度使得在出口和入口之间的催化剂床长度上的流出面积和流入面积的绝对比值差在反应器床的任何地方小于或者等于约1.3M。本方法还包括使热交换流体在包含在反应器催化剂床内的冷却剂封闭腔中循环。冷却剂封闭腔限定了冷却剂侧，且所述冷却剂侧的压力可以大于处理侧。所述冷却剂封闭腔具有与催化剂床相接触的外表面和用于热交换流体通过其循环的入口和出口。通常，所述冷却剂封闭腔限定了冷却剂流动横截面积与冷却表面积之比远远小于1的冷却表面积。所述反应器还包括固定床出口区，其配置成使气态产物从催化剂床的出口流过换热器的平均保留时间少于或等于4秒，以骤冷涉及环氧乙烷产物的不希望的副反应。

附图简要说明

图1是根据至少一个实施方式的反应器示意图；

图1A是图1中热交换流体封闭腔的横截面视图；

图2A是对GHSV为5631l/hr的低选择性催化剂的横向流的催化剂-在-壳侧反应器设计(XCSA)的评估；

图2B是对GHSV为7525l/hr的低选择性催化剂的横向流的催化剂-在-壳侧反应器设计(XCSA)的评估；

图2C是热交换面积和催化剂体积之比随XCSA反应器设计的反应器床长度的变化图，所述XCSA反应器设计具有多种冷却剂管直径和多种冷却剂温度，对低选择性催化剂产生不同工作速率；

图2D是热交换面积和催化剂体积之比随低选择性催化剂在不同GHSV值时XCSA反应器设计的反应器床长度的变化图；

图2E是热交换面积和催化剂体积之比随XCSA反应器设计的反应器床长度的变化图，所述XCSA反应器设计具有多种冷却剂管直径和多种冷却剂温度，其对低选择性催化剂产生不同工作速率；