[发明专利]乙烯在两级固定床反应器中的氧氯化反应

说明书

本发明涉及乙烯在固定床反应器体系中通过氧氯化法生产氯化烃，特别是1,2-二氯乙烷(EDC)，该体系由一单个反应器组成。

众所周知，烃类例如乙烯，在高温高压以及催化剂存在下，可以与氯化氢和包含元素氧的气体反应被氯取代以生成氯化烃，例如EDC，包含元素氧的气体尤其是指空气或富氧空气。反应可以通过两种不同的反应器技术施行。第一种反应器技术是流化床反应器技术，其中反应物的气体混合物与流态化催化剂粉末接触。第二种是固定床反应器技术，该技术为气态反应物流过反应器内一种固定的催化剂。

流化床反应器有许多缺点，例如催化剂粉末的潜在粘结、操作不稳定、选择性差、传热损失和物料流速的限制，选择性差是由于气体和催化剂固体在反应器内返混，传热损失是由于冷却器列管结垢，限制物料流速是为避免催化剂被淘洗出反应器而流失。

为克服这些问题，固定床反应器技术已被发展(见US专利3,892,816和US专利4,123,467)。

尽管固定床反应器克服了许多流化床反应器体系带来的问题，但是又遇到若干新问题。一个主要问题是难于在固定床反应器中，将氧氯化放热反应产生的热量传离反应器以防止过热。为此，所有必需物料可以不按正确的化学计算比例进料。此外，因为易燃原因进料混合物中氧浓度大于8％不安全，因此反应分连续的两级或更多级(通常是三级)施行，以便乙烯被直接加入到第一反应器，而HCl和氧的进料分开加在各反应器中。未反应的乙烯加上一些惰性气体再循环回第一反应器。

为减少局部过热等发生率，已知可通过改变固定床反应器中催化剂的活性分布模式，以使催化剂活性沿物流方向增加。例如，见欧洲专利申请0146925。然而，在先前技术中，甚至当使用了分布型的催化剂时，也要使用多反应器体系。

先前技术的三级反应器体系有许多缺点。例如，由于接触时间从第一级到第三级减少，物料的分压也下降，这意味着，三个反应器不得不在不同的温度下操作，需要相互分离的冷却夹套。此外，即使有这些预防措施，每个反应器的产率是不同的。特别明显的是第三个反应器中的产率约为第一个反应器产率的50％。

而且，由于整个催化床体系的压力降高，出口气体的再循环需要消耗更高的能量。

此外，一个三反应器体系本身的建造和维护比单反应器或双反应器体系花费高。

现在，我们已经开发了一种新的乙烯催化氧氯化方法，该方法利用一种双反应器体系。该体系由于采用一种特殊催化剂装填方案，可以维持和三级反应器体系相同的EDC产率，这意味着，按涉及催化作用的体积考虑，双反应器体系总产率比其在三反应器体系中所能达到的高50％。

根据本发明的第一个方面，我们提供一种乙烯氧氯化法生产1,2-二氯乙烷(EDC)的方法。该方法包括在催化剂存在下，使乙烯、氯源和氧源在一种固定床氧氯化反应器中反应，其特征在于，使用双反应器体系和催化剂是氯化铜催化剂，该催化剂的活性分布模式被安排为使物料流首先与第一层高活性催化剂接触，随后与第二层低活性催化剂接触，最后与第三层高活性催化剂接触。

优选地，第三层催化剂是一种分布型的催化剂，该层催化剂包括多重催化剂层，以活性增加的次序排列。

优选地，把本发明的催化剂装填方式应用到双反应器体系的两个反应器中。

本发明催化剂装填方式使当物料与第一层高活性催化剂层接触时，反应快速开始。在反应物料温度超过270～285℃之前，物料流与低活性催化剂层接触，因为降低了反应速度和反应温度。有利地，第一层高活性催化剂层要短，总之，催化剂层的理想长度可以根据经验确定，其方法是确定反应不超过285℃时所能使用的最大催化剂长度。

第二层低活性催化剂层被安排为不让反应温度超过285℃的热点温度，该反应已被第一层高活性催化剂在高速度下引发。

第三层高活性催化剂层被安排成在不超过285℃情况下可以得到最大物料转化率。有利地，第三层催化剂层是一种分布型的催化剂层，其中催化剂活性沿物料流方向增加。

特别合适的催化剂装填方式的选择将取决于热点的最高预测温度、所用反应器的内径和长度以及物料的流量。

本发明方法使用的不同已知活性的催化剂在本领域中是熟知的。优选地，催化剂是载体催化剂，氯化铜作为活性组分，氧化铝、硅胶或者铝硅酸盐作为载体。载体材料的形状可以是球形、立方体形，锥形、空心圆柱形、圆片、多叶状片等。

催化剂中的铜含量可根据所需要的活性优选地变化，以使第一层高活性催化剂层铜含量高，第二层低活性催化剂层铜含量较低，第三层高活性催化剂层铜含量高。第三层催化剂是分布型催化剂，催化剂的铜含量也按同样的方式分布。