Способ проведения реакций в псевдоожиженном слое и аппарат для его осуществления
Изобретение относится к гетерогенным газофазным реакциям в псевдоожиженном слое с использованием молекулярного кислорода или аммиака и олефина.
В способе по изобретению вводят в контакт по меньшей мере один газообразный реагент и по меньшей мере одну жидкость, выбранную из группы, включающей реагенты, охлаждающие жидкости и их смеси, с использованием псевдоожиженного слоя катализатора. Жидкость вводят в реактор через по меньшей мере одно впускное отверстие, расположенное внутри зоны псевдоожижения, а газообразный реагент вводят в реактор через по меньшей мере одно впускное отверстие, расположенное в зоне псевдоожижения вблизи опорного средства. Предпочтительно один или несколько газообразных реагентов вводят как компонент псевдоожижающего газа. Возможными конечными продуктами являются уксусная кислота, винилацетат, акрилонитрил, малеиновый ангидрид.
Аппарат для осуществления гетерогенных реакций в псевдоожиженном слое включает средство, на которое опирается псевдоожиженный слой катализатора внутри зоны псевдоожижения, по меньшей мере одно впускное отверстие для введения в реактор по меньшей мере одного газообразного реагента и по меньшей мере одно впускное отверстие для введения в реактор по меньшей мере одной жидкости.
Технический результат - усовершенствование способа и аппарата для проведения гетерогенных газофазных реакций в псевдоожиженном слое, в котором газ и жидкость вводят в слой катализатора. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 1 ил.
Настоящее изобретение в общем относится к гетерогенным газофазным реакциям в псевдоожиженном слое и аппарату для их проведения.
Реакторы с псевдоожиженным слоем и их применение при проведении процессов, включающих применение газа, содержащего молекулярный кислород, с твердым катализатором для гетерогенных газофазных реакций известны, например, из ЕР А-0546677, ЕР А-0685449 и ЕР А-0847982.
В ЕР А-0546677 описан способ окисления этана до уксусной кислоты в реакционной зоне с псевдоожиженным слоем. В примере, представленном в ЕР А-0546677, этан объединяют с рецикловым потоком, включающим воду, СО, СО2, О2, этилен и этан, и объединенный поток направляют в реактор с псевдоожиженным слоем. Содержащий молекулярный кислород поток и водяной пар вводят в реактор с псевдоожиженным слоем раздельно. Горячие продукты окисления отводят из верхней части реактора.
В ЕР А-0685449 описан способ получения винилацетата в реакторе с псевдоожиженным слоем, включающий подачу этилена и уксусной кислоты в реактор с псевдоожиженным слоем через одно или несколько впускных отверстий, подачу в реактор с псевдоожиженным слоем через по меньшей мере одно дополнительное впускное отверстие кислородсодержащего газа, объединение кислородсодержащего газа, этилена и уксусной кислоты в этом реакторе с псевдоожиженным слоем при одновременном контактировании с каталитическим материалом псевдоожиженного слоя для возможности протекания взаимодействия между этиленом, уксусной кислотой и кислородом с образованием винилацетата и выделение винилацетата из реактора с псевдоожиженным слоем. В соответствии с ЕР А-0685449 кислород можно добавлять в чистом виде или в виде смеси с инертным газом, таким, как азот или диоксид углерода. Поскольку кислород и углеводороды не смешиваются до тех пор, пока они оба не попадают внутрь реактора, когда они соединяются, это происходит в присутствии катализатора, вследствие чего немедленно протекает реакция, вызывающая падение парциального давления кислорода. Таким образом, преимущество подачи кислородсодержащего газа в реактор через по меньшей мере одно дополнительное впускное отверстие, не считая этиленового и уксуснокислотного реагентов, состоит в том, что это позволяет безопасно использовать кислород в существенно увеличенных количествах без высокой вероятности образования воспламеняющихся газовых смесей.
В заявке ЕР А-0847982 описан способ получения винилацетата в реакторе с псевдоожиженным слоем реакцией при повышенной температуре этилена, уксусной кислоты и кислородсодержащего газа в присутствии каталитического материала псевдоожиженного слоя, характеризующийся тем, что в реактор с псевдоожиженным слоем вводят жидкость для отвода из него тепла за счет испарения этой жидкости. В соответствии с ЕР А-0847982 в качестве жидкости, вводимой в реактор с псевдоожиженным слоем, можно эффективно использовать реагент, инертную жидкость, продукт реакции или смесь любых двух из них или большего числа компонентов. Так, например, по меньшей мере часть уксуснокислотного реагента можно вводить в реактор с псевдоожиженным слоем в форме жидкости. В качестве подходящего продукта следует упомянуть воду, которая образуется как побочный продукт взаимодействия этилена, уксусной кислоты и кислорода, поскольку она обладает относительно высокой удельной теплотой парообразования. В этой заявке говорится, что возвращать в процесс и в жидкой форме вводить в реактор с псевдоохиженным слоем можно также винилацетатный продукт и/или ацетальдегидный продукт.
В соответствии с ЕР А-0847982 жидкость можно вводить в реактор с псевдоожиженным слоем с помощью соответствующим образом размещенных инжекционных средств. Сказано, что внутри реактора с псевдоожиженным слоем можно применять единственное инжекционное средство или разместить множество инжекционных средств. В соответствии с ЕР А-0847982 для ввода жидкости в псевдоожиженный каталитический слой применяют такое количество инжекционных средств, которое требуется с тем, чтобы обеспечить достаточные пенетрацию и диспергирование жидкости в зоне каждого инжекционного средства и добиться хорошего диспергирования жидкости по всему псевдоожиженному каталитическому слою. Сказано, что предпочтительным инжекционным средством является сопло или множество сопел, которые включают приводимые в действие газом форсунки, в которых газ применяют для содействия инжекции жидкости, или чисто жидкостные сопла типа распылителей. В соответствии с ЕР А-0847982 жидкость можно вводить с помощью этилена и/или кислородсодержащего газа, и/или рециклового газа, который целесообразно вводить в реактор с псевдоожиженным слоем путем барботирования этилена и/или кислородсодержащего газа, и/или рециклового газа через жидкость перед ее подачей в реактор. По еще одному варианту, как сказано, жидкость можно было бы закачивать в зону перфорированной плиты, представляющей собой существенную деталь реактора с псевдоожиженным слоем, где выброс жидкости вверх и ее ввод в псевдоожиженный каталитический слой происходил бы при ее вхождении в контакт с поступающими этиленом и/или кислородсодержащим газом, и/или редикловым газом. Сказано также, что по другому варианту жидкость можно закачивать в реактор через штанговый опрыскиватель или опрыскиватели, необязательно с помощью одного или нескольких исходных газов.
В соответствии с ЕР А-0847982 сопло или сопла могут быть размещены на реакторной решетке или на стенках реактора над решеткой.
В заявке ЕР А-0985655 описан способ получения винилацетата в псевдоожиженном слое, который включает подачу этилена, жидкой уксусной кислоты и кислородсодержащего газа в реактор с псевдоожиженным слоем, в котором количество сопромотора составляет до 6% от массы катализатора. В заявке говорится, что уксусную кислоту вводят в реактор в жидком виде необязательно с некоторым количеством кислоты в парообразной форме и что в реактор с псевдоожиженным слоем с помощью любого приемлемого инжекционного средства, например форсунки, в качестве которой можно применять приводимую в действие газом форсунку или чисто жидкостное сопло типа распылителя, можно вводить жидкую уксусную кислоту. Утверждается также, что можно применять одну или несколько форсунок и что, кроме того, в реактор можно вводить рецикловую уксусную кислоту, которую либо предварительно смешивают с сырой уксусной кислотой, либо подают через отдельные инжекционные средства.
В примерах, представленных в ЕР А-0985655, свежую уксусную кислоту из хранилища (1) и рецикловую уксусную кислоту закачивают вместе с некоторым количеством рециклового газа (3) в двойное сопло для текучей среды внутри псевдоожиженного слоя (2). Остальная часть рециклового газообразного сырья (3), свежего этилена (4) и кислорода (5) поступает в свободное пространство реактора и через плиту из спеченного материала. Свежий кислород (6) можно направлять непосредственно в псевдоожиженный слой. Для отделения катализатора (7) предусмотрена верхняя секция. Газообразные продукты отходят из реактора через выпускное отверстие (8) и через фильтрующие элементы из спеченного материала (не показаны).
Существует потребность в разработке усовершенствованного способа и создании аппарата для проведения гетерогенных газофазных реакций в псевдоожиженном слое, в которых в псевдоожиженный слой катализатора вводят по меньшей мере один газ и по меньшей мере одну жидкость.
Таким образом, в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения предлагается способ введения в контакт (а) по меньшей мере одного газообразного реагента и (б) по меньшей мере одной жидкости, выбранной из группы, включающей реагенты, охлаждающие жидкости и их смеси, в присутствии псевдоожиженного слоя катализатора, включающий следующие стадии:
(I) псевдоожижение псевдоожижащим газом слоя, способного к псевдоожижению катализатора в зоне псевдоожижения в реакторе, причем этот реактор снабжен зоной псевдоожижения для слоя катализатора и средством, на которое опирается слой катализатора внутри зоны псевдоожижения;
(II) введение по меньшей мере одной жидкости в реактор через по меньшей мере одно впускное отверстие, расположенное внутри зоны псевдоожижения, и
(III) введение по меньшей мере одного газообразного реагента в реактор через по меньшей мере одно впускное отверстие, расположенное внутри зоны псевдоожижения, смежное с опорным средством. В соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения предлагается аппарат для гетерогенных реакций в псевдоожиженном слое, в котором (а) по меньшей мере один газообразный реагент и (б) по меньшей мере одна жидкость, выбранная из группы, включающей реагенты, охлаждающие жидкости и их смеси, вводят в псевдоожиженный слой катализатора, причем этот аппарат представляет собой реактор, включающий:
(1) зону псевдоожижения для псевдоожиженного слоя катализатора;
(2) средство, на которое опирается псевдоожиженный слой катализатора внутри зоны псевдоожижения;
(3) по меньшей мере одно впускное отверстие для введения в реактор по меньшей мере одного газообразного реагента и
(4) по меньшей мере одно впускное отверстие для введения в реактор по меньшей мере одной жидкости, выбранной из группы, включающей реагенты, охлаждающие жидкости и их смеси, в котором по меньшей мере одно впускное отверстие для жидкости расположено внутри зоны псевдоожижения и по меньшей мере одно впускное отверстие для газообразного реагента расположено внутри зоны псевдоожижения вблизи опорного средства.
В способе и аппарате по настоящему изобретению жидкий реагент и/или охлаждающую жидкость, вводимые в псевдоожиженный слой катализатора, можно вводить в любом положении относительно опорного средства внутри зоны псевдоожижения, поскольку рециркуляция псевдоожиженного катализатора их распределяет по всей зоне. Преимущество распределения жидкости псевдоожиженным катализатором состоит в том, что для жидкости может потребоваться меньше впускных отверстий. Распределение жидкости псевдоожиженным катализатором можно упростить соответствующей пористостью катализатора и/или применением соответствующих химических реагентов.
В способе и аппарате по настоящему изобретению введение газообразного реагента в псевдоожиженный слой катализатора через по меньшей мере одно впускное отверстие, расположенное внутри зоны псевдоожижения вблизи опорного средства, обеспечивает долговременное контактирование между газообразным реагентом и псевдоожиженным слоем катализатора, а также обеспечивает высокую концентрацию газообразного реагента во всем слое. Это оказывается благотворным для протекания реакций, когда скорость реакции зависит от концентрации газообразного реагента, такого, как кислород, при ацетоксилировании этилена с получением винилацетата. Хотя введение газообразного реагента в свободное пространство под опорным средством для каталитического слоя также могло бы обеспечить долговременное контактирование между газообразным реагентом и катализатором, это могло бы быть связано с ограничением. Так, например, если газообразный реагент включает молекулярный кислород, возникает необходимость избегать образования потенциально взрывоопасных смесей и/или вероятности большого количества содержащего молекулярный кислород газа внутри реактора.
Приемлемые для применения при выполнении настоящего изобретения процессы в псевдоожиженном слое включают ацетоксилирование олефинов, например реакцией этилена, уксусной кислоты и кислорода с получением винилацетата, как это изложено в заявке ЕР А-0847982, содержание которой включено в настоящее описание в качестве ссылки. В ходе проведения этого процесса газообразный реагент представляет собой содержащий молекулярный кислород газ, который может быть введен в реактор вместе с этиленом или, что предпочтительно, по меньшей мере частично отдельно от этилена. Псевдоожижающий газ может включать этилен и кислород в качестве свежего сырья и в качестве компонентов рециклового газа. По меньшей мере часть уксуснокислотного реагента вводят в виде жидкого реагента и/или охлаждающей жидкости. Другие жидкости можно вводить в виде охлаждающих жидкостей. Путем введения содержащего молекулярный кислород газа через по меньшей мере одно впускное отверстие, расположенное внутри зоны псевдоожижения вблизи опорного средства для псевдоожиженного слоя, долговременного контактирования кислорода с катализатором достигают без риска образования взрывоопасных смесей внутри свободного пространства реактора. Жидкий уксуснокислотный реагент и охлаждающая жидкость, вводимые в псевдоожиженный слой катализатора в реакторе через по меньшей мере одно впускное отверстие внутри зоны псевдоожижения, абсорбируются катализатором и распределяются псевдо сжиженным слоем катализатора по всему реактору. Таким образом, необходимость в размещении впускного отверстия (отверстий) для жидкости в основании зоны псевдоожижения отсутствует. Уксусную кислоту можно частично заменять уксусным ангидридом.
Другим подходящим для применения при выполнении настоящего изобретения процессом является окисление этилена до уксусной кислоты и/или окисление этана до этилена и/или уксусной кислоты, в ходе проведения которого в реактор вводят жидкость, выбранную из уксусной кислоты, воды и их смесей.
Еще одним приемлемым для применения при выполнении настоящего изобретения процессом является получение акрилонитрила реакцией пропилена, пропана или их смесей с аммиаком и кислородсодержащим газом, в ходе проведения которого тепло реакции по меньшей мере частично отводят введением жидкости (реагента, охлаждающей жидкости или их смесей).
Другим пригодным для применения при выполнении настоящего изобретения процессом является получение малеинового ангидрида из бутена, бутана или их смесей.
При осуществлении настоящего изобретения можно применять больше одного впускного отверстия для газообразного реагента. Газообразный реагент для этих впускных отверстий можно подавать из обычного источника, такого, как расходная емкость. Газообразный реагент и другие газы можно дополнительно вводить в реактор через другие впускные отверстия, например в виде компонентов рецикловых газов и/или смешанных исходных газов. Газообразный реагент и другие газы можно вводить в реактор в качестве компонента псевдоожижающего газа через свободное пространство под опорным средством для катализатора.
Приемлемый газообразный реагент может включать газ, содержащий молекулярный кислород. Подходящие для применения при выполнении настоящего изобретения содержащие молекулярный кислород газы включают газообразный кислород с небольшими количествами примесей, таких, как аргон и азот, каждый из которых может присутствовать в концентрации меньше 0,1 об.%. Приемлемая концентрация содержащего молекулярный кислород газа находится в интервале от 10 до 100%, предпочтительно в интервале от 50 до 100%, например в концентрации больше 99,5 об.%, целесообразно в концентрации по меньшей мере 99,6 об.%.
При выполнении настоящего изобретения можно применять любое приемлемое для газообразного реагента впускное отверстие, зная, в частности, об опасности, которую возможно следует принять во внимание при обращении с такими реагентами. Так, например, если газообразный реагент, который вводят вблизи опорного средства для катализатора, включает содержащий молекулярный кислород газ, в предпочтительном варианте для безопасности впускное отверстие размещают от опорного средства для катализатора на расстоянии, превышающем любую потенциальную длину пламени. Потенциальная длина пламени определяется такими факторами, как внутренний диаметр трубки и скорость газа во впускном отверстии. Положения впускных отверстий, а также давление и скорости во впускных отверстиях следует выбирать таким образом, чтобы содержащий молекулярный кислород газ диспергировался и смешивался в зоне впускного отверстия. В случае, когда возможно возникновение ударной волны с последующей детонацией, впускные отверстия необходимо размещать не слишком близко к стенкам реактора. Впускные отверстия следует размещать таким образом, чтобы содержащий молекулярный кислород газ не сталкивался непосредственно с поверхностями стенок или других частей реактора, таких, как впускные отверстия для других реагентов.
Жидкость, подаваемую в реактор, можно вводить в псевдоожиженный слой катализатора с целью отвода из него тепла за счет испарения этой жидкости, в качестве реагента или для сочетания этих целей. Введение жидкости в псевдоожиженный слой катализатора обладает преимуществом тогда, когда вследствие протекания экзотермических реакций выделяется тепло. Таким образом, в качестве жидкости в псевдоожиженный слой катализатора можно эффективно вводить реагент, инертную жидкость, продукт реакции или смесь любых двух или большего числа этих материалов. Так, например, при ацетоксилировании этилена содержащим молекулярный кислород газом и уксусной кислотой уксуснокислотный реагент можно вводить в псевдоожиженный слой катализатора в жидкой форме; подходящим продуктом, который может быть введен в псевдоожиженный слой катализатора, является вода, которая образуется, например, в качестве побочного продукта реакции ацетоксилирования, и обладает относительно высокой удельной теплотой парообразования; и в процессе получения винилацетата возвращать в процесс и в жидкой форме вводить в псевдоожиженный слой катализатора можно также винилацетатный продукт и/или ацетальдегидный побочный продукт.
В предпочтительном варианте впускное отверстие для жидкости располагают в нижней половине зоны псевдоожижения, способствуя тем самым благоприятной возможности распределения жидкости катализатором. В предпочтительном варианте впускное отверстие для жидкости располагают таким образом, чтобы жидкость не сталкивалась с какими-либо твердыми поверхностями внутри зоны псевдоожижения, такими, как поверхность змеевиковых холодильников, размещенных внутри зоны псевдоожижения для отвода тепла реакции. Поскольку жидкость, вводимая в реакционную зону, может обладать значительным количеством движения, это может содействовать созданию и/или стабилизации циркуляции внутри псевдоожиженного слоя.
Кроме того, в реактор вместе с газообразным реагентом, таким, как содержащий молекулярный кислород газ, или, что предпочтительно, частично отдельно от него в реактор можно также вводить один или несколько вторых газообразных реагентов. Такой второй газообразный реагент можно вводить как компонент псевдоожижающего газа. Псевдоожижающий газ может включать свежие газообразные реагенты и/или рецикловые газы. Вторым газообразным реагентом, вводимым в реактор, может быть, например, (I) этилен и/или (II) этан, который может взаимодействовать с содержащим молекулярный кислород газом с получением соответственно (I) уксусной кислоты и/или (II) этилена и/или уксусной кислоты. Этилен может быть также использован с содержащим молекулярный кислород газом и уксусной кислотой с получением винилацетата. Этилен и/или этан в этих реакциях может быть использован в практически чистом виде или в смеси с одним или несколькими такими материалами, как азот, метан, этан, диоксид углерода и вода в форме водяного пара, или с одним или несколькими такими материалами, как водород, С3/С4алкены или алканы.
Если кислородсодержащий газ смешивают с другими газообразными реагентами (в виде свежего исходного материала и/или рециклового газа) вне реактора, образующаяся смесь должна характеризоваться составом, выходящим за диапазон воспламеняемости.
Способ по настоящему изобретению можно эффективно осуществлять при температуре от 100 до 500°С, предпочтительно от 140 до 400°С. Этот способ можно успешно осуществлять под манометрическим давлением от 10 до 3000 кПа (от 0,1 до 30 бар), предпочтительно от 20 до 2500 Па (от 0,2 до 25 бар).
В зоне псевдоожижения в реакторе частицы катализатора удерживают в псевдоожиженном состоянии соответствующим газовым потоком, проходящим через слой катализатора.
Катализатором может служить любой подходящий псевдоожижаемый катализатор. Катализатором может являться катализатор на носителе.
Приемлемые носители для катализатора включают пористый диоксид кремния, оксид алюминия, кремнийдиоксид/алюминийоксид, диоксид титана, кремнийдиоксид/титандиоксид, диоксид циркония и их смеси. Предпочтительным носителем является диоксид кремния. Эффективный носитель может обладать удельным объемом пор от 0,2 до 3,5 мл/г носителя, удельной площадью поверхности от 5 до 800 м2/г носителя и кажущейся объемной плотностью от 0,3 до 5,0 г/мл.
Типичная каталитическая композиция, которую можно применять по настоящему изобретению, характеризуется следующим распределением частиц по размерам:
от 0 до 20 мкм от 0 до 30 маc.%
от 20 до 44 мкм от 0 до 60 маc.%
от 44 до 88 мкм от 10 до 80 мас.%
от 88 до 106 мкм от 0 до 80 мас.%
>106 мкм от 0 до 40 маc.%
>300 мкм от 0 до 5 маc.%
Специалистам в данной области техники известно, что размеры частиц носителя 44, 88, 106 и 300 мкм являются произвольными значениями в том смысле, что они выбраны на основе стандартных размеров ячеек сит. Размеры частиц и распределение частиц по размерам можно установить с помощью автоматического лазерного прибора, такого, как Microtrac X100.
Подходящий катализатор характеризуется объемной плотностью от 0,5 до 5 г/см3, предпочтительно от 0,5 до 3 г/см3, в частности от 0,5 до 2 г/см3.
Катализаторы, приемлемые для использования по настоящему изобретению, включают катализаторы окисления, аммоксидирования и ацетоксилирования.
Катализатор, который можно применять при получении винилацетата ацетоксилированием этилена, может включать металл группы VIII, промотор для катализатора и необязательный сопромотор. Этот катализатор может быть приготовлен по любому подходящему способу, такому, как описанный в ЕР А-0672453. Предпочтительным металлом группы VIII является палладий. Металл группы VIII может содержаться в концентрации больше 0,2 мас.%, предпочтительно больше 0,5 мас.%, в пересчете на общую массу катализатора. Концентрация металла может достигать 10 мас.%. Пригодные промоторы включают золото, медь, церий или их смеси. Предпочтительным промотором является золото. Промоторный металл может содержаться в готовом катализаторе в количестве от 0,1 до 10 мас.%. К приемлемым сопромоторам относятся металлы группы I и группы II, лантаниды и переходные металлы, выбранные из ряда, включающего кадмий, барий, калий, натрий, марганец, сурьму, лантан и их смеси, которые содержатся в готовом катализаторе в виде солей, например таких, как ацетатная соль. Предпочтительны ацетаты калия и натрия. В предпочтительном варианте сопромотор содержится в каталитической композиции в концентрации от 0,1 до 15 мас.% от количества катализатора, более предпочтительно от 1 до 5 мас.%. В случае применения в качестве сырья жидкой уксусной кислоты предпочтительная концентрация сопромоторной соли составляет до 6 мас.%, в частности от 2,5 до 5,5%. Когда эту кислоту вводят в паровой фазе, предпочтительное содержание сопромоторной соли достигает 11 маc.%.
Катализатор, пригодный для окисления этана до этилена и/или уксусной кислоты и/или для окисления этилена до уксусной кислоты, представлен в ЕР А-1043064 и WO 99/51339, содержание которых включено в настоящее описание в качестве ссылок.
Изобретение далее проиллюстрировано только с помощью примера со ссылкой на чертеж, где в виде продольного сечения представлено схематическое изображение реактора с псевдоожиженным слоем в соответствии с настоящим изобретением.
В соответствии с чертежом реактор (1) для проведения в псевдоожиженном слое такой реакции, как ацетоксилирование этилена до винилацетата, в рабочем состоянии включает псевдоожиженный слой способного к псевдоожижению катализатора (2), например палладиевого/золотого катализатора, нанесенного на кремнийдиоксидный носитель. Псевдоожиженный слой катализатора в зоне (3) псевдоожижения в реакторе (1) опирается на приемлемую опорную решетку (4). Реактор (1) снабжен по меньшей мере одним впускным патрубком (5) для содержащего молекулярный кислород газа, расположенным внутри зоны (3) псевдоожижения вблизи опорной решетки (4). Реактор (1) также снабжен по меньшей мере одним впускным отверстием (6) для жидкой уксусной кислоты, расположенным внутри зоны псевдоожижения. Реактор (1) с псевдоожиженным слоем снабжен к тому же змеевиковыми холодильниками (8) и средством подачи псевдоожижающего газа, включающего рецикловые газы, этиленовый реагент и необязательный кислородный реагент, через впускной патрубок (7), находящийся в свободном пространстве (10) ниже опорной решетки (4). У реактора имеется выпускной патрубок (9). Змеевиковые холодильники (8) могут быть использованы для нагревания каталитического слоя в пусковой период, для чего предусмотрен источник горячей жидкости.
Показанный на чертеже аппарат можно применять для ацетоксилирования этилена для получения винилацетата. В процессе его работы этиленовый реагент и рецикловые газы, которые направляют через впускной патрубок (7) в свободное пространство (10), а оттуда через опорную решетку (4), псевдоожижают слой (2) в зоне (3) псевдоожижения реактора (1). Через впускной патрубок (6) в псевдоожиженным слой (2) в зоне (3) псевдоожижения вводят жидкий уксуснокислотный реагент. Через по меньшей мере один впускной патрубок (5), расположенный в зоне (3) псевдоожижения вблизи опорной решетки (4), в псевдоожиженный слой (2) в этой зоне псевдоожижения вводят содержащий молекулярный кислород газ. По меньшей мере частично тепло реакции отводят посредством змеевиковых холодильников (8), снабженных средством подачи охлаждающей воды, и частично за счет испарения жидкой уксусной кислоты. Газообразные реакционные продукты отводят из впускного патрубка (9).
В аппарате и способе по настоящему изобретению жидкая уксусная кислота, вводимая в зону псевдоожижения, распределяется по этой зоне благодаря рециркуляции псевдоожиженного катализатора. Таким образом, ее можно вводить в псевдоожиженный слой катализатора на относительно большой высоте. Содержащий молекулярный кислород газ, вводимый в псевдоожиженный слой катализатора по меньшей мере по одному впускному патрубку, расположенному внутри зоны псевдоожижения вблизи опоры для псевдоожиженного слоя, находится в долговременном контакте с псевдоожиженным слоем катализатора.
Аналогичный аппарат можно применять для проведения других реакций, связанных с использованием содержащего молекулярный кислород газа, например для окисления этилена до уксусной кислоты и/или окисления этана до этилена и/или уксусной кислоты, аммоксидирования пропилена, пропана или их смесей при получении акрилонитрила и окисления C4 продуктов до малеинового ангидрида.
1. Способ введения в контакт (а) по меньшей мере одного газообразного реагента и (б) по меньшей мере одной жидкости, выбранной из группы, включающей реагенты, охлаждающие жидкости и их смеси, в присутствии псевдоожиженного слоя катализатора, включающий следующие стадии:
(I) псевдоожижение псевдоожижащим газом слоя способного к псевдоожижению катализатора в зоне псевдоожижения в реакторе, причем этот реактор снабжен зоной псевдоожижения для слоя катализатора и средством, на которое опирается слой катализатора внутри зоны псевдоожижения;
(II) введение по меньшей мере одной жидкости в реактор через по меньшей мере одно впускное отверстие, расположенное внутри зоны псевдоожижения, и
(III) введение по меньшей мере одного газообразного реагента в реактор через по меньшей мере одно впускное отверстие, расположенное внутри зоны псевдоожижения, смежное с опорным средством.
2. Способ по п.1, в котором по меньшей мере одно впускное отверстие для жидкости расположено в нижней половине зоны псевдоожижения.
3. Способ по п.1 или 2, в котором по меньшей мере одно впускное отверстие для жидкости расположено таким образом, чтобы жидкость не сталкивалась с какими-либо твердыми поверхностями внутри зоны псевдоожижения.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором газообразный реагент включает газ, содержащий молекулярный кислород.
5. Способ по п.4, в котором по меньшей мере одно впускное отверстие для газообразного реагента расположено от опорного средства для катализатора на расстоянии, превышающем любую потенциальную длину пламени.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором в реактор вводят один или несколько вторых газообразных реагентов.
7. Способ по п.6, в котором один или несколько вторых реагентов по меньшей мере частично вводят отдельно от первого газообразного реагента.
8. Способ по п.6 или 7, в котором один или несколько вторых газообразных реагентов вводят как компонент псевдоожижающего газа.
9. Способ по любому из пп.6-8, в котором один или несколько вторых газообразных реагентов включают этан, этилен или их смеси.
10. Способ по п.9, в котором жидкость, вводимая в реактор, включает уксусную кислоту и при этом получают винилацетат.
11. Способ по п.9, в котором жидкость, вводимую в реактор, выбирают из группы, включающей уксусную кислоту, воду и их смеси, и при этом уксусную кислоту получают окислением этилена и/или при этом этилен и/или уксусную кислоту получают окислением этана.
12. Способ по любому из пп.6-8, в котором получают акрилонитрил взаимодействием аммиака, содержащего молекулярный кислород газа, и второго реагента, выбранного из группы, включающей пропилен, пропан и их смеси.
13. Способ по любому из пп.6-8, в котором получают малеиновый ангидрид взаимодействием содержащего молекулярный кислород газа и второго реагента, выбранного из группы, включающей бутен, бутан и их смеси.
14. Аппарат для гетерогенных реакций в псевдоожиженном слое, в котором (а) по меньшей мере один газообразный реагент и (б) по меньшей мере одна жидкость, выбранная из группы, включающей реагенты, охлаждающие жидкости и их смеси, вводят в псевдоожиженный слой катализатора, причем этот аппарат представляет собой реактор, включающий
(1) зону псевдоожижения для псевдоожиженного слоя катализатора;
(2) средство, на которое опирается псевдоожиженный слой катализатора внутри зоны псевдоожижения;
(3) по меньшей мере одно впускное отверстие для введения в реактор по меньшей мере одного газообразного реагента и
(4) по меньшей мере одно впускное отверстие для введения в реактор по меньшей мере одной жидкости, выбранной из группы, включающей реагенты, охлаждающие жидкости и их смеси, в котором по меньшей мере одно впускное отверстие для жидкости расположено внутри зоны псевдоожижения и по меньшей мере одно впускное отверстие для газообразного реагента расположено внутри зоны псевдоожижения вблизи опорного средства.
15. Аппарат по п.14, в котором по меньшей мере одно впускное отверстие для жидкости расположено в нижней половине зоны псевдоожижения.
16. Аппарат по п.14 или 15, в котором по меньшей мере одно впускное отверстие для жидкости расположено таким образом, чтобы жидкость не сталкивалась с какими-либо твердыми поверхностями внутри зоны псевдоожижения.
17. Аппарат по любому из пп.14-16, в котором по меньшей мере одно впускное отверстие для газообразного реагента, когда этот газообразный реагент включает содержащий молекулярный кислород газ, расположено от опорного средства для катализатора на расстоянии, превышающем любую потенциальную длину пламени.
