[发明专利]具有改进的抗污损性的反应器

说明书

发明领域

本发明涉及壳管式氧化反应器以及通过氧化丙烯制造丙烯酸的方法。

相关技术的讨论

通过丙烯的固定床催化氧化生产丙烯酸是广泛实施的并且涉及将丙烯氧化为中间体丙烯醛并且然后进一步将丙烯醛氧化为丙烯酸。已经开发了许多的固体微粒类型催化剂来促进这个两阶段氧化过程并且用于制备这些催化剂的方法很好地在文献得到证明中。

总体上，在丙烯酸的生产中，商业规模的生产设施利用两种组成不同的催化剂，第一级催化剂以及第二级催化剂。第一级催化剂(在此被称为“R1催化剂”)是混合金属氧化物(“MMO”)催化剂，该混合金属氧化物催化剂总体上包含钼、铋、以及任选地铁，并且用于促进丙烯向丙烯醛的转化。第二级催化剂(在此被称为“R2催化剂”)也是混合金属氧化物(MMO)催化剂，但这些混合金属氧化物催化剂总体上包含钼和钒，并且用于促进丙烯醛向丙烯酸的转化。

用于生产丙烯酸的目前商业规模方法经常利用模仿壳管式热交换器的反应器。典型地，此类商业反应器在单一反应器容器中包括从大约12,000个至高达大约22,000个管并且可以具有高达100千吨/年(220,000,000磅/年)的丙烯酸生产能力，并且以93％的开工率(onstream factor)运行。大规模的商业反应器，尽管不常见，可以在单一反应器容器中包括25,000个至高达大约50,000个管，并且具有高达225千吨/年(500,000,000磅/年)的生产能力。在此类壳管式类型的反应器中，固定催化剂床可以通过将微粒类型的MMO催化剂装载到该反应器的管中而进行组装。工艺气体可以流动穿过这些管道，与这些催化剂颗粒直接接触，而冷却剂可以穿过该容器壳体来去除反应热。典型的冷却剂包括熔融硝酸盐以及有机热传递流体，如Dowtherm^TM(道氏热载体)。从该反应器所产生的产物气体可以在另外的下游设备(如一个或多个骤冷容器、吸收器柱、脱水柱、萃取器、共沸蒸馏塔、以及结晶器)中被收集和纯化，以便获得适合于出售的，或用于生产丙烯酸酯、高吸水性聚合物、或类似物的丙烯酸产物。

现有技术中存在两种常用的基本的壳管式类型氧化反应器设计：串联反应器和单反应器壳式(“SRS”)反应器。

串联反应器总体上包括通过中间管道串联连接的两个单独的壳管式类型反应容器。这两个反应容器是串联运行的，从而使得丙烯向丙烯醛的转化可以在该第一反应容器(使用R1催化剂)中进行并且丙烯醛向丙烯酸的转化可以在该第二反应容器(使用R2催化剂)中进行。每个反应容器壳体可以配备有它自己的冷却剂循环，使得该第一反应容器和该第二反应容器的工作温度可以是独立于彼此而受控制的。在美国专利号4,147,885、美国专利号4,873,368、以及美国专利号6,639,106中提供了串联反应器的多个代表性实例。在一些实施例中，可以在该第一反应容器与该第二反应容器之间添加任选的热交换器，以便在该中间工艺气体进入该第二反应容器中之前将其冷却。在其他的实施例中，该串联反应器设计可以结合“补充性氧化剂进料”能力，其中将另外的氧气(或空气)通过在该中间管道上的连接提供至该第二反应容器中；此种特征可以允许该串联反应器在更高的生产速率下进行操作和/或降低该反应器进料中的氧气浓度，由此减少进料系统火灾的可能性(参见例如美国专利号7,038,079)。然而，尽管许多年的发展和优化，丙烯醛的自动氧化、中间管道的有机污垢、以及与具有两个反应容器(对比一个)相关联的高资本成本依然是串联反应器的主要缺点。