[发明专利]甲醛的多相放热合成的方法和反应器

说明书

本发明的技术领域

本发明涉及一种在过量氧气中，特别在包括多个串联的绝热式催化床的这类合成反应器中甲醛多相放热合成的方法，该方法包括步骤：-将包括甲醇和过量氧气的气态试剂加入所述的第一催化床中；-所述的气态试剂流过催化床以使甲醇部分氧化。

本发明还涉及一种用于甲醛的多相放热合成反应的反应器。

在下面的描述中和在随后的权利要求中，术语‘绝热式催化床’被理解为一种含有催化剂的床，在该床中在基本上稳定的压力下和无散热的条件下发生合成反应。

在甲醛的多相放热合成反应领域中，在降低能量消耗、投资费用和维修费的同时，逐渐认识到一方面对提高合成反应器的生产能力和另一方面对减少包括甲醇和过量氧气的气态试剂爆炸危险性的需求。

现有技术

为了满足上述的要求，已经广泛地接受一种通过在管外循环的冷却液来进行散热的管状反应器。

这种由多个填充有催化剂的小直径管组成的的反应器其构造是非常复杂的并且限制了生产能力。

在本世纪八十年代后半期，由Boreskov Institute of Catalysis ofNovosibirsk，Russia提出采用一种甲醛的合成方法，其中包括甲醇和过量氧气的气态试剂在多个串联的绝热式催化床中进行反应。

气态试剂以轴向流流过催化床。在一个床的出口和下一个床的入口之间在合适的热交换器中通过热交换适当地冷却气流。

因为上述方法可以增大反应空间和气态试剂的流量并可以提高甲醇氧化反应的选择性，所以其可以提供大尺寸的反应器和具有比常规的管状反应器所得到的更高的生产能力。

一方面证明与管状反应器相比这种解决方法是有利的，另一方面合成反应器的生产能力仍受进入反应器的气态试剂中所含甲醇的浓度限制。

正如所知道的一样，为了避免与氧气形成易爆炸或易燃的混合物，这种浓度必须维持在一定值之下，一般根据氧气的浓度该值不超过6～9体积％，氧气的浓度可以在5～21体积％之间变化。

为限制催化物料中温度变化的幅度，相对低的甲醇浓度也是优选的。事实上，在高于300℃的温度下，这里存在催化剂变劣的危险，导致其使用寿命的减少和所不希望的导致甲醇直接降解或所生成的甲醛直接降解的副反应的极大增强。

此外，由Boreskov Institute of Catalysis研制的这类具有高气体流量的大合成反应器的实施方案包括相当多的技术上的困难、高的投资费用和高的能量消耗。用于诸如氨或甲醇放热合成的径向或轴/径向型绝热反应器是已知的，参见例如GB-A-2122102或JP-A-60110328。

本发明的概述

本发明涉及的技术问题是提高甲醛合成反应器的生产能力同时降低包括甲醇和过量氧气的气态试剂爆炸的危险并压低能量消耗和投资与维修费用。

该问题是通过上述方法解决的，该方法的特征在于它包括气态试剂以基本上呈径向流，优选的是向心式径向流流过至少一个催化床。

基本上是径向运动的合成气流允许接触催化床的气体均匀地分布，这对于确保温度的均匀分布并因此确保甲醇以高选择性转化为甲醛和确保催化物料最佳使用是一重要的特征。

在这种方式中，可以使反应器生产能力显著提高而不必不得不提高合成气体中甲醇初始浓度并因此增加甲醇/氧气混合物爆炸的危险性。

此外，由于气态试剂径向地流过催化床，才可以以最佳的方式使用反应器的内部体积，这有助于提高反应空间和因此而提高生产能力。

有利地，与根据现有技术的方法得到的反应器结构相比，源于该方法的反应器结构在技术上是简单的和更紧凑的。

根据本发明的另一方面，该方法允许通过在热交换器中进行热交换来冷却至少部分来自至少一个催化床的热气流，其中所述的热交换器布置在反应器的中央并沿着反应器的纵轴延伸。在优选的实施方案中，所述热交换器是管巢式或卡口(bayonet)式的。

在这种方式中，可以最优化地使用反应器的内部体积以使相邻催化床之间的空间降低到最小。这样做可以提高合成反应器内部的反应空间由此进一步提高其生产能力，同时所制造的反应器的结构更为紧凑和简单。

在本发明方法优选的实施方式中，加入合成反应器的氧气被至少分为二部分，将它们分别加入不同的催化床。

特别地，本发明的方法还需要将包含氧的气态流或液态流注入到来自至少一个催化床的气流中的步骤。