EA024857B1 - Газожидкостный реактор и способ осуществления реакции в системе газ/жидкость - Google Patents

Газожидкостный реактор и способ осуществления реакции в системе газ/жидкость Download PDF

Info

Publication number
EA024857B1
EA024857B1 EA201201106A EA201201106A EA024857B1 EA 024857 B1 EA024857 B1 EA 024857B1 EA 201201106 A EA201201106 A EA 201201106A EA 201201106 A EA201201106 A EA 201201106A EA 024857 B1 EA024857 B1 EA 024857B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
catalyst bed
reactor
stream
layer
bulk
Prior art date
Application number
EA201201106A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201201106A1 (ru
Inventor
Эдвард Эдриан Лорд
Артур Джеймс Ризон
Original Assignee
Дэйви Проусесс Текнолоджи Лимитед
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дэйви Проусесс Текнолоджи Лимитед filed Critical Дэйви Проусесс Текнолоджи Лимитед
Publication of EA201201106A1 publication Critical patent/EA201201106A1/ru
Publication of EA024857B1 publication Critical patent/EA024857B1/ru

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248Reactors comprising multiple separated flow channels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0446Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical
    • B01J8/0461Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical annular shaped beds
    • B01J8/0465Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical annular shaped beds the beds being concentric
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C11/00Aliphatic unsaturated hydrocarbons
    • C07C11/02Alkenes
    • C07C11/08Alkenes with four carbon atoms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/132Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group
    • C07C29/136Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group of >C=O containing groups, e.g. —COOH
    • C07C29/14Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group of >C=O containing groups, e.g. —COOH of a —CHO group
    • C07C29/141Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group of >C=O containing groups, e.g. —COOH of a —CHO group with hydrogen or hydrogen-containing gases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C31/00Saturated compounds having hydroxy or O-metal groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C31/02Monohydroxylic acyclic alcohols
    • C07C31/125Monohydroxylic acyclic alcohols containing five to twenty-two carbon atoms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C7/00Purification; Separation; Use of additives
    • C07C7/148Purification; Separation; Use of additives by treatment giving rise to a chemical modification of at least one compound
    • C07C7/163Purification; Separation; Use of additives by treatment giving rise to a chemical modification of at least one compound by hydrogenation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2/00Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • C10G2/30Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C10G2/32Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G3/00Production of liquid hydrocarbon mixtures from oxygen-containing organic materials, e.g. fatty oils, fatty acids
    • C10G3/42Catalytic treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G45/00Refining of hydrocarbon oils using hydrogen or hydrogen-generating compounds
    • C10G45/32Selective hydrogenation of the diolefin or acetylene compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G45/00Refining of hydrocarbon oils using hydrogen or hydrogen-generating compounds
    • C10G45/44Hydrogenation of the aromatic hydrocarbons
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G49/00Treatment of hydrocarbon oils, in the presence of hydrogen or hydrogen-generating compounds, not provided for in a single one of groups C10G45/02, C10G45/32, C10G45/44, C10G45/58 or C10G47/00
    • C10G49/002Apparatus for fixed bed hydrotreatment processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008Controlling the process
    • B01J2208/00017Controlling the temperature
    • B01J2208/00106Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00265Part of all of the reactants being heated or cooled outside the reactor while recycling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00002Chemical plants
    • B01J2219/00018Construction aspects
    • B01J2219/00024Revamping, retrofitting or modernisation of existing plants
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/10Feedstock materials
    • C10G2300/1096Aromatics or polyaromatics
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/40Characteristics of the process deviating from typical ways of processing
    • C10G2300/4081Recycling aspects
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/584Recycling of catalysts
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P30/00Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
    • Y02P30/20Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S585/00Chemistry of hydrocarbon compounds
    • Y10S585/8995Catalyst and recycle considerations
    • Y10S585/903Catalyst and recycle considerations with hydrocarbon recycle to control synthesis reaction, e.g. by cooling, quenching

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

Газо-жидкостной реактор, включающий: (a) слой насыпного катализатора и устройства для подачи свежего сырья и рецикла потока, по меньшей мере, частично превращенного жидкого продукта в указанный насыпной слой катализатора; (b) устройства для отбора потока, по меньшей мере, частично превращенного жидкого продукта из указанного слоя насыпного катализатора и рецикла, по меньшей мере, его части на стадию (a); (c) вспомогательный слой катализатора, проходящий практически вертикально через слой насыпного катализатора, и устройства для подачи рецикла потока, по меньшей мере, частично превращенного жидкого продукта только в указанный вспомогательный слой катализатора; и (d) разделительную стенку между указанным слоем насыпного катализатора и вспомогательным слоем катализатора.

Description

Изобретение относится к газо-жидкостному реактору. Более конкретно настоящее изобретение относится к реактору типа жидкость/газ, который облегчает регулирование температуры. Изобретение также относится к способам, которые осуществляют в указанном реакторе.
Химические реакции между жидкостями и газами часто осуществляют в присутствии слоя твердого катализатора. Реакция может быть экзотермической, т.е. она может генерировать тепло, или может быть эндотермической, т.е. потреблять тепло и приводить к охлаждению. В некоторых случаях тепловые эффекты реакции являются умеренными, хотя даже в этих случаях, если температуру не регулировать, селективность реакции может снижаться. Так или иначе, для более экзотермических или эндотермических реакций необходимо более тщательно регулировать тепловые эффекты. В чрезвычайных случаях тепло, выделившееся в результате сильно экзотермических реакций, может привести к их выходу из-под контроля. Аналогично эффекты охлаждения в сильно эндотермических реакциях могут привести к прерыванию реакции.
Обычно для регулирования температуры в реакторе типа жидкость/газ, где протекают экзотермические или эндотермические реакции, используют рецикл нагретого или охлажденного продукта. Рецикл дает тот эффект, что ограничивает рост температуры. Эти так называемые реакторы жидкого рецикла широко используют в промышленности, например, в гидрировании бензола, селективном гидрировании олефинов для удаления алкинов и/или диенов и гидрировании альдегидов и спиртов.
Типичная схема селективного гидрирования алкинов и диенов в потоках С2 и С3 показана на фиг.
1. Такое расположение аналогично тому, которое проиллюстрировано в презентации к АКТЕ 1511' ЕТу1епе Ргобиссгк СопГсгспсс 2003, Зсккюи 64а ОусгуЮу оп С2 апб С3 Зс1сс1Кс Нуйгодсиайои раде 560, Ид 7. Установка гидрирования включает основной реактор 1 и конечный реактор 2. Сырье С3 подают по линии 3 в основной реактор 1, где его вводят в реакцию в присутствии катализатора с водородом, который подают по линии 4, продукт отделяют по линии 5 и охлаждают в холодильнике 6 до подачи по линии 7 в сепаратор жидкость/газ 8. Часть жидкости отбирают по линии 9 и возвращают в основной реактор 1. В приведенном варианте поток рецикла 9 объединяют с потоком сырья 3 перед подачей в основной реактор 1.
Избыток газа из сепаратора удаляют по линии 10.
Оставшуюся жидкость из сепаратора газ/жидкость отводят по линии 11 и подают в конечный реактор 2. Этот реактор является проточным реактором идеального вытеснения. Продукт отводят по линии 12. Понятно, что реактор с рециклом жидкости является частично реактором с обратным перемешиванием, т.к. здесь сырье разбавляют потоком продукта.
Для 100%-ного гидрировании алкена до алкана или альдегида до спирта необходимы скорости рецикла, обычно превышающие в 10-20 раз скорость подачи, с тем чтобы избежать подъема температуры в реакторе выше 20°С. Возвращаемый продукт заметно разбавляет реагент и, следовательно, конверсия в реакторе с рециклом жидкости понижается.
Конечный реактор 2, который известен также как отделочный реактор, необходим для получения высококачественного продукта, содержащего низкие концентрации непрореагировавших компонентов сырья. Для обеспечения скоростей жидкости, необходимых для хорошего распределения, площадь поперечного сечения на заключительной стадии должна быть гораздо меньше, чем в реакторе с рециклом жидкости, и, таким образом, для получения адекватного объема катализатора необходимо использовать длинный конечный реактор.
Схематичное изображение другого примера реактора с рециклом жидкости предшествующего уровня техники приведено на фигуре 2. Здесь газ подают по линии 21 в реактор 22. Свежее сырье добавляют по линии 23 и смешивают с возвращаемым продуктом из линии 24 до подачи по линии 25 в головное пространство реактора 21. Смесь жидкости и газа затем протекает вниз через слой катализатора 26, где происходит реакция. Непрореагировавший газ отводят по линии 27 и часть продукта отводят по линии 28. Оставшийся поток продукта откачивают по линии 29 насосом 30 перед нагревом или охлаждением в нагревателе/охладителе 31 до нужной температуры перед рециклом в реактор 22 по линии 24.
В ИЗ 6693225 описан реактор с рециклом жидкости более чем с одним слоем катализатора, где водород подают в первый слой и между слоями. Для завершения конверсии необязательно подключают второй внешний проточный реактор идеального вытеснения.
Альтернативное расположение описано в ИЗ 4704492, который относится к селективному гидрированию ацетиленовых примесей в сыром бутадиене, и в ИЗ 4937051, который относится к гидрированию углеводородных масел. Здесь описана последовательность слоев при рецикле жидкости из конечного продукта на вход в первый слой и других рециклах от выходов из слоев на входы в слои. Для повышения селективности водород подают между слоями катализатора. Для достижения высокой эффективности и/или высокого качества продукта часто необходима вторая внешняя конечная стадия. Первый реактор с рециклом используют для обеспечения равномерных условий реакции и хорошего перемешивания пара/жидкости. Однако недостатком здесь является неэффективное использование катализатора, т.к. происходит частичное обратное перемешивание.
Как объяснено в ИЗ 7663006, для обеспечения хорошего контакта пара с жидкостью в реакторах с неподвижным слоем катализатора необходимы высокие скорости жидкости. В СВ 1315217 описан спо- 1 024857 соб гидрирования альдегидов, в котором для эффективного использования катализатора применяют высокую скорость жидкости. Альтернативное расположение описано в υδ 4681674. Здесь для поддержания равномерного смачивания катализатора рекомендуется рециркуляция. Однако недостатком этого способа является то, что подача продукта на рециркуляцию в поток сырья разбавляет реагенты и снижает скорость реакции.
В И8 5573736 описан реактор для отвода тепла реакции, который состоит из отдельных последовательных зон с рециркуляцией жидкости. Последний слой катализатора в реакторе находится в условиях идеального вытеснения и рециркуляция жидкости в нем отсутствует. В конструкции этого типа скорость в конечной секции, работающей в режиме идеального вытеснения, будет очень низкой из-за относительно малой скорости жидкости и поэтому распределение пар/жидкость, по-видимому, будет слабым.
Двухстадийный способ гидрирования в одном реакторе либо в двух последовательных реакторах описан в υδ 4960960. Вторая стадия описана как отдельный реактор с рециклом жидкости или без него или как слой катализатора того же диаметра в качестве основного слоя, помещенного ниже основного слоя. Недостатком этого способа является то, что здесь необходим второй сосуд или реактор повышенной длины в секции с пониженной скоростью жидкости; уменьшение скорости жидкости ведет к неэффективному использованию катализатора.
Было установлено, что эффективность катализатора можно повысить примерно вдвое путем модифицирования слоя катализатора в реакторе. Этим путем можно повысить качество продукта и исключить конечный реактор. Даже при сохранении конечного реактора можно уменьшить затраты на оборудование и катализаторы, что улучшает экономику процесса.
Согласно настоящему изобретению, предложен газо-жидкостной реактор, включающий:
(a) насыпной слой катализатора и средства подачи потока свежего сырья и рецикла по меньшей мере частично превращенного жидкого продукта в указанный насыпной слой катализатора;
(b) устройства для отбора потока по меньшей мере частично превращенного жидкого продукта из указанного слоя катализатора и рецикла по меньшей мере его части на стадию (а);
(c) вспомогательный слой катализатора, проходящий практически вертикально через слой насыпного катализатора, и устройство для подачи потока рецикла по меньшей мере частично превращенного жидкого продукта только в указанный вспомогательный слой катализатора; и (ά) разделяющая стенка между указанным насыпным и указанным вспомогательным слоем катализатора.
Газообразный реагент и свежее жидкое сырье обычно подают в слой насыпного катализатора на стадию (а).
Реактор по настоящему изобретению в целом пригоден для проведения экзотермической или эндотермической реакции.
В данном изобретении во вспомогательный слой катализатора подают только сырье, которое уже участвовало в реакции и поэтому является по меньшей мере частично конвертированным. Таким образом, поток, выходящий из вспомогательного слоя катализатора, содержит более полно конвертированный конечный продукт, чем поток из той части реактора, в которой нет вспомогательного слоя катализатора.
Вспомогательный слой катализатора может быть помещен в любую часть слоя насыпного катализатора, но его можно расположить и так, чтобы он находился в центре, а слой насыпного катализатора образовал кольцо вокруг него.
Можно использовать любое соотношение поверхности вспомогательного слоя катализатора и насыпного слоя катализатора. Обычно это соотношение выбирают таким, чтобы обеспечить необходимое перемешивание пара и жидкости и требуемое смачивание катализатора. Предпочтительно, чтобы соотношение вспомогательного слоя катализатора и насыпного слоя катализатора составляло от половины до двукратной величины соотношения скорости потоков рецикла во вспомогательный слой и скорости подачи сырья плюс рецикл в насыпной слой. В одном варианте это соотношение составляет практически 1:1. Это означает, что во вспомогательном слое катализатора скорость жидкости будет обеспечивать хорошее перемешивание пара и жидкости и хорошее смачивание. Как правило, эта скорость будет такой же, как в слое насыпного катализатора.
В одном варианте все сливы со дна реактора от слоя насыпного катализатора возвращают в слой насыпного катализатора вместе с частью рецикла и частью рецикла, направляемой во вспомогательный слой катализатора.
Предпочтительно, чтобы скорость потока во вспомогательном слое катализатора была равна скорости конечного продукта, хотя для удобства регулирования можно использовать избыток до 100% вместе с избытком, присоединяемым к рециклу из слоя насыпного катализатора.
Для установления температуры потока рецикла предпочтительно, чтобы реактор включал нагреватель или охладитель.
С помощью варианта настоящего изобретения можно обеспечить повышенную конверсию. В некоторых вариантах можно обойтись без отдельного конечного реактора. Это уменьшает капитальные и эксплуатационные расходы.
- 2 024857
Можно использовать любой подходящий катализатор. Обычно выбор катализатора зависит от характера проводимой реакции. Катализатор может иметь любую форму. Примеры включают таблетки, экструдаты, смолы или пропитанную набивку. Примеры используемых катализаторов включают никель, медь/хром или палладий. Подходящие носители включают оксид алюминия. В насыпном и вспомогательном слоях катализаторов можно использовать одинаковые или разные катализаторы. Катализаторы, помещенные во вспомогательный слой и в насыпной слой, могут быть одинаковыми или разными.
Реактор может быть изготовлен из любых подходящих материалов. Рабочие температуры слоев могут быть одинаковыми или разными. В случае, когда они разные, реактор включает нагреватель или охладитель. Если слои должны работать при разных температурах, разделяющая стенка между ними должна быть изготовлена из изолирующих материалов.
Разделяющая стенка может иметь любую конструкцию. В одном варианте она может представлять собой просто внутреннюю трубку, в которую помещают вспомогательный слой катализатора. Разделяющая трубка может иметь любое поперечное сечение, но может иметь и круглое сечение. В одном альтернативном варианте она может иметь форму, например, половины трубы, закрепленной на стенке реактора.
Конкретным преимуществом настоящего изобретения является то, что существующие реакторы с одним или несколькими слоями можно модифицировать добавлением вертикального вспомогательного слоя. Независимо от того, изготавливают ли новый реактор или модифицируют имеющийся реактор с несколькими слоями, вспомогательный слой катализатора добавляют к одному, нескольким или ко всем слоям.
Аппаратуру по настоящему изобретению можно использовать для любой экзотермической или эндотермической реакции в системе жидкость/газ со слоем твердого катализатора. Примеры экзотермических реакций включают гидрирование альдегидов, кетонов, алкинов, диенов или арильных соединений и реакции окисления. Примеры эндотермических реакций включают дегидрирование. В частности настоящее изобретение пригодно для селективного гидрирования бутадиена до бутена, получения циклогексана из бензола или получения 2-этилгексанола из 2-этил-гекс-2-еналя.
Таким образом, согласно второму аспекту настоящего изобретения, предложен способ осуществления реакции в системе газ/жидкость, включающий стадии:
(a) подача сырья, содержащего свежее сырье и поток рецикла, в слой насыпного катализатора в аппаратуре по приведенному выше первому варианту;
(b) подача газа в реактор по приведенному выше первому варианту;
(c) протекание реакции в насыпном слое катализатора;
(б) отбор потока по меньшей мере частично превращенного жидкого продукта;
(е) рецикл по меньшей мере части указанного частично превращенного жидкого продукта в насыпной слой катализатора;
(ί) подача по меньшей мере части частично превращенного жидкого продукта во вспомогательный слой катализатора по приведенному выше первому варианту настоящего изобретения;
(д) реакция во вспомогательном слое катализатора; и (Ь) отбор потока продукта из вспомогательного слоя катализатора.
Хотя весь поток частично прореагировавшего сырья из насыпного слоя катализатора можно вернуть в реактор либо в виде рецикла в насыпной слой катализатора либо в виде сырья для вспомогательного слоя катализатора, понятно, что часть потока частично прореагировавшего сырья можно собрать и выделить.
Перед направлением на рецикл поток частично прореагировавшего сырья, возвращенного в реактор, можно при необходимости нагреть или охладить.
Обычно предпочтительным режимом потока является такой режим, при котором наблюдается положительный перепад давления. Однако можно также использовать низкую скорость жидкости или капельный поток через слой катализатора. В случае, когда необходимо использовать распределитель жидкости/газа, он может иметь любую конструкцию.
Аппаратура и способ по настоящему изобретению в целом применимы для систем с нисходящим потоком. Однако его можно применять и в системах с восходящим потоком и в системах, использующих большой избыток газа. В одном варианте потоки газа и жидкости являются одновременно нисходящими. Аппаратуру и способ по настоящему изобретению можно использовать в экзотермических и эндотермических реакциях.
Настоящее изобретение может относиться к любой подходящей реакции. В одном варианте реакция может быть гидрированием альдегида до спирта. В другом варианте это может быть реакция селективного гидрирования диена, такого как бутадиен, или алкина до олефина. В другом варианте реакция может быть гидрированием ароматического цикла в ароматическом соединении.
Выбор катализатора и условий реакции зависит от характера проводимой реакции. Например, при гидрировании альдегида можно применить медно-хромовый катализатор и проводить реакцию при температуре примерно 140-200°С и давлении выше 10 бар. Для селективного гидрирования диенов можно применить палладиевый катализатор или оксид алюминия и проводить реакцию при температурах при- 3 024857 мерно 20°С-130°С и давлении примерно 5-20 бар.
Далее изобретение будет описано с помощью следующих чертежей, на которых фиг. 1 представляет схему реакционной системы предшествующего уровня техники; фиг. 2 - блок-схему газо-жидкостного реактора предшествующего уровня техники и фиг. 3 - схему аппаратуры по настоящему изобретению.
Аппаратура по настоящему изобретению показана на фиг. 3. Реакционный сосуд 31 включает слой насыпного катализатора 32 и слой вспомогательного катализатора 33. Газ подают по линии 34. Свежее сырье подают по линии 35, где его смешивают с потоком рецикла частично прореагировавшего сырья по линии 41. Смесь свежего сырья и потока частично прореагировавшего сырья подают в слой насыпного катализатора 32, где происходит реакция с газом. Отходящий газ отбирают по линии 37 и поток частично прореагировавшего продукта откачивают по линии 38 насосом 39 до установления заданной температуры с помощью нагревателя или охладителя 40. Этот поток с установленной температурой 36 разделяют на поток 41, который смешивают со свежим сырьем 35 перед тем, как подать его в насыпной слой катализатора 32. Остальное пропускают в линию 42 и в слой вспомогательного катализатора 33, который отделен от слоя насыпного катализатора 32 разделительной стенкой 43. Этот поток далее вводят в реакцию с газом, подаваемым по линии 34. Продукт из слоя вспомогательного катализатора собирают по линии 44. Это приводит к повышенной конверсии по сравнению с традиционными реакторами с рециклом жидкости.
Реактор по настоящему изобретению можно использовать в гидрировании алифатических альдегидов С220 в соответствующие спирты в присутствии СиСг-катализатора. Обычно в обоих слоях катализаторов применяют один и тот же катализатор. В этой реакции время контакта в расчете на сырье составляет примерно 0,1-10 ч. Температура слоев катализаторов находится в области примерно 100-200°С при давлении примерно 5-50 бар. Альтернативно реакцию проводят в присутствии никелевого катализатора, и в этом случае время контакта в расчете на сырье составляет примерно 0,1-10 ч. Реакцию проводят при температуре примерно 70-150°С при давлении примерно 5-50 бар.
Скорость рецикла обычно выбирают такой, чтобы она была равна или близка к скорости, используемой в способах предшествующего уровня. Не обращаясь к какой-либо теории, можно полагать, что рецикл необходим для ограничения подъема температуры. Ограничив рост температуры, можно ограничить температуру на выходе. Это имеет то преимущество, что ограничивается или ингибируется образование побочных продуктов и повышается селективность. Кроме того, не нужна низкая температура на входе в реактор. Это дает то преимущество, что при низкой температуре на входе в реактор потребовалась бы большая индукционная зона в реакторе перед началом реакции. Однако скорость рецикла не должна быть выше необходимой, т.к. иначе реагенты будут слишком сильно разбавляться продуктом, что уменьшает эффективность катализатора.
В любой каталитической системе скорость рецикла примерно в 5-50 раз выше скорости подачи. Слои катализатора имеют такой размер, чтобы критическая скорость жидкости была примерно 0,2-4 см/с. Водород обычно подают в количествах, примерно равных стехиометрическому количеству или превышающих его вдвое. Поскольку реакция является экзотермической, для отвода тепла используют холодильник 40.
Сравнительные примеры 1 и 2.
н-Нональдегид пропускали через слой никелевого катализатора при давлении 50 бар с 2% избытком водорода. Используя уравнение Свыходвход-к/ЬН8У, можно рассчитать константу скорости первого порядка к. Поскольку в обоих примерах получили практически одинаковые значения константы к, очевидно, что модель с уравнением первого порядка лучше всего позволяет прогнозировать конверсию. Условия реакции и полученные результаты приведены в табл. 1.
Таблица 1
Сравнительный пример 1 Сравнительный пример 2
Сырье, л/ч 0.4 0.4
Рецикл, л/ч 6 4.8
Рецикл : сырье 15.00 12.00
Смешанное сырье + рецикл, нонаналь, масс. % 6.5 7.8
Объем катализатора 1 0.40 0.40
Объемная скорость (ίΗδν в расчете на сырье + рецикл), ч'1 16.00 13.00
Температура реактора, °С 120 120
Остаточный нонаналь, масс. % 0.27 0.14
Свыход/Свхад 0.04
Рассчитанная константа скорости первого порядка, ч'1 51 52
- 4 024857
Сравнительный пример 3 и 4.
Для иллюстрации результатов, полученных в разделенном реакторе по настоящему изобретению, слои катализатора разделили на основной слой и второй - слой идеального вытеснения, с тем чтобы время контакта и, следовательно, конверсия Свыход/Свход были такими же, как в сравнительных примерах. Конверсию рассчитали как Свыход/Свход е-к/ьнзу Подробности и результаты приведены в табл. 2.
Таблица 2
Сравнитель ный пример 3 Пример 4 Рассчитанная активность в разделенном реакторе того же объема Реактор с одним слоем с активностью, равной активности разделенного реактора
Один слой Основной слой Слой идеального вытеснения Один слой
Сырье л/ч 0.4 0.4 0.4 0.4
Рецикл л/ч 6 5.6 5.44
Смешанное сырье + рецикл, нонаналь, масс. % 6.5 6.9 0.3 6.9
Объем катализатора, литр 0.4 0.375 0.025 0.73
Объемная скорость (ШЗУ, в расчете на сырье и рецикл), ч'1 16.00 16.00 16.00 8.1
Температура на входе,°С 120 120 120 120
Остаточный нонаналь, масс. % 0.27 0.3 0.012 0.012
Свыход/Свход 0.04 0.04 0.04 0.02
В реакторе с разделенным слоем по настоящему изобретению получают только 0,012 мас.% остаточного непрореагировавшего нонаналя по сравнению с 0,27 мас.% при том же объеме в традиционном реакторе с рециклом жидкости. Таким образом, понятно, что достигается повышенная конверсия.
Для обеспечения такого же повышения активности в одном традиционном слое с рециклом жидкости необходимо увеличить объем слоя на 85%, т.е. от 0,4 до 0,73 л.

Claims (15)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Газожидкостный реактор, включающий:
    (a) слой насыпного катализатора и средства для подачи свежего сырья и рециклированного потока, по меньшей мере, частично превращенного жидкого продукта в указанный насыпной слой катализатора;
    (b) средства для отбора потока, по меньшей мере, частично превращенного жидкого продукта из указанного слоя насыпного катализатора и осуществления рецикла, по меньшей мере, его части в слой (а);
    (c) дополнительный меньший слой катализатора, проходящий практически вертикально через слой насыпного катализатора, и средства для подачи рециклированного потока, по меньшей мере, частично превращенного жидкого продукта только в указанный дополнительный меньший слой катализатора;
    (б) разделительную стенку между указанным слоем насыпного катализатора и дополнительным меньшим слоем катализатора;
    (е) средства для отбора потока продукта из дополнительного меньшего слоя катализатора
  2. 2. Реактор по п.1, в котором дополнительный меньший слой катализатора расположен в центре слоя насыпного катализатора, который образует кольцо вокруг него.
  3. 3. Реактор по п.1 или 2, в котором средства для осуществления рецикла потока частично превращенного продукта выполнены с возможностью осуществления возвращения части потока частично в слой насыпного катализатора и частично в дополнительный меньший слой катализатора.
  4. 4. Реактор по любому из пп.1-3, который дополнительно включает нагреватель или охладитель для рециклированного потока частично превращенного жидкого продукта.
  5. 5. Реактор по п.1, в котором разделительная стенка изготовлена из теплоизоляционного материала.
  6. 6. Способ осуществления реакции в системе газ/жидкость в реакторе по любому из пп.1-5, включающий стадии:
    (a) подача сырья, содержащего свежее сырье и поток рециклированного продукта, в слой насыпного катализатора реактора;
    (b) подача газа в реактор для осуществление реакции в слое насыпного катализатора;
    (c) отбор потока, по меньшей мере, частично превращенного жидкого продукта;
    - 5 024857 (ά) рециклирование по меньшей мере части указанного потока частично превращенного жидкого продукта в слой насыпного катализатора;
    (е) подача по меньшей мере части указанного потока частично превращенного жидкого продукта в дополнительный меньший слой катализатора реактора для осуществление реакции в дополнительном меньшем слое катализатора и (ί) отбор потока продуктов из дополнительного меньшего слоя катализатора.
  7. 7. Способ по п.6, в котором на стадии (е) рециклируют весь указанный поток частично превращенного жидкого продукта.
  8. 8. Способ по п.6 или 7, в котором частично прореагировавший поток, возвращаемый в реактор, нагревают или охлаждают перед рециклом.
  9. 9. Способ по пп.6-8, в котором осуществляемая реакция в системе газ/жидкость представляет собой реакцию гидрирования альдегида до спирта.
  10. 10. Способ по пп.6-9, в котором осуществляемая реакция в системе газ/жидкость представляет собой реакцию селективного гидрирования диена или алкина до олефина.
  11. 11. Способ по п. 10, в котором диен является бутадиеном.
  12. 12. Способ по пп.6-8, в котором осуществляемая реакция в системе газ/жидкость представляет собой реакцию гидрирования ароматического кольца в ароматическом соединении.
  13. 13. Способ по любому из пп.6-12, в котором соотношение объема катализатора в дополнительном меньшем слое и объема катализатора в насыпном слое составляет от половины до двукратной величины соотношения расхода потока рецикла в дополнительный меньший слой и расхода сырья плюс рецикл в насыпной слой.
  14. 14. Способ по п.13, в котором указанное соотношение составляет 1:1.
  15. 15. Способ по любому из пп.6-14, в котором слои катализатора поддерживают при разных температурах.
EA201201106A 2011-02-14 2012-01-12 Газожидкостный реактор и способ осуществления реакции в системе газ/жидкость EA024857B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB201102551A GB201102551D0 (en) 2011-02-14 2011-02-14 Reactor
PCT/GB2012/050056 WO2012110775A1 (en) 2011-02-14 2012-01-12 Reactor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201201106A1 EA201201106A1 (ru) 2013-05-30
EA024857B1 true EA024857B1 (ru) 2016-10-31

Family

ID=43859388

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201201106A EA024857B1 (ru) 2011-02-14 2012-01-12 Газожидкостный реактор и способ осуществления реакции в системе газ/жидкость

Country Status (13)

Country Link
US (1) US9023299B2 (ru)
EP (1) EP2516050B1 (ru)
KR (1) KR101834912B1 (ru)
CN (1) CN102844102B (ru)
BR (1) BR112012019514B1 (ru)
EA (1) EA024857B1 (ru)
GB (1) GB201102551D0 (ru)
MX (1) MX2012009393A (ru)
MY (1) MY164037A (ru)
SG (1) SG183202A1 (ru)
TW (1) TWI551349B (ru)
WO (1) WO2012110775A1 (ru)
ZA (1) ZA201205924B (ru)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103551087B (zh) * 2013-11-08 2015-11-18 神马实业股份有限公司 一种用于制备环己酮肟的氨肟化反应***
US10308568B2 (en) * 2017-05-01 2019-06-04 Chevron Phillips Chemical Company Lp Selective poisoning of aromatization catalysts to increase catalyst activity and selectivity
US20230287280A1 (en) * 2020-08-21 2023-09-14 SHELL OlL COMPANY Process for hydrotreatment of materials from renewable sources
GB202202363D0 (en) 2022-02-22 2022-04-06 Johnson Matthey Davy Technologies Ltd Reactor
GB202404300D0 (en) 2024-03-26 2024-05-08 Johnson Matthey Davy Technologies Ltd Process for the production of 2-alkylalkanol

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3976713A (en) * 1971-06-11 1976-08-24 Sun Oil Company Of Pennsylvania Isoparaffin-olefin alkylation utilizing recycle streams and multiple packed catalyst beds
US20060135830A1 (en) * 2004-12-20 2006-06-22 Kellogg Brown And Root, Inc. Selective hydrogenation of alpha-methyl-styrene to cumene

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE756877A (fr) 1969-09-30 1971-03-30 Basf Ag Procede de preparation du 2-ethylhexanol
US4937051A (en) 1985-11-07 1990-06-26 Mobil Oil Corporation Catalytic reactor with liquid recycle
US4681674A (en) 1985-11-07 1987-07-21 Mobil Oil Corporation Fixed bed catalytic reactor system with improved liquid distribution
US4704492A (en) 1986-12-24 1987-11-03 Mobil Oil Corporation Selective hydrogenation of acetylenic impurities in crude butadiene
GB8702654D0 (en) 1987-02-06 1987-03-11 Davy Mckee Ltd Process
CA2137310C (en) 1993-12-20 2004-02-17 John C. Jubin Jr. Catalytic converter and method for highly exothermic reactions
FR2810991B1 (fr) 2000-06-28 2004-07-09 Inst Francais Du Petrole Procede pour l'hydrogenation de coupes contenant des hydrocarbures et notamment des molecules insaturees contenant au moins deux doubles liaisons ou au moins une triple liaison
BRPI0508693B1 (pt) 2004-03-16 2014-10-29 Mitsubishi Chem Corp Processo para produção de álcoois purificados

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3976713A (en) * 1971-06-11 1976-08-24 Sun Oil Company Of Pennsylvania Isoparaffin-olefin alkylation utilizing recycle streams and multiple packed catalyst beds
US20060135830A1 (en) * 2004-12-20 2006-06-22 Kellogg Brown And Root, Inc. Selective hydrogenation of alpha-methyl-styrene to cumene

Also Published As

Publication number Publication date
BR112012019514B1 (pt) 2019-08-06
EP2516050A1 (en) 2012-10-31
BR112012019514A8 (pt) 2018-07-31
ZA201205924B (en) 2013-10-30
KR20130138645A (ko) 2013-12-19
CN102844102B (zh) 2015-06-10
SG183202A1 (en) 2012-09-27
EP2516050B1 (en) 2016-08-10
BR112012019514A2 (pt) 2018-03-13
CN102844102A (zh) 2012-12-26
EA201201106A1 (ru) 2013-05-30
GB201102551D0 (en) 2011-03-30
TWI551349B (zh) 2016-10-01
US9023299B2 (en) 2015-05-05
KR101834912B1 (ko) 2018-04-13
MY164037A (en) 2017-11-15
TW201235104A (en) 2012-09-01
WO2012110775A1 (en) 2012-08-23
US20140024863A1 (en) 2014-01-23
MX2012009393A (es) 2012-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2730518C2 (ru) Окислительное дегидрирование алканов (од)
US5093535A (en) Catalytic hydrogenation process
CA1305728C (en) Hydrogenation process
EA024857B1 (ru) Газожидкостный реактор и способ осуществления реакции в системе газ/жидкость
RU138334U1 (ru) Установка получения высокооктанового бензина из бензиновых фракций и метанола
JP6357586B2 (ja) 熱除去プロセス
KR20190039168A (ko) 에탄의 산화적 탈수소화 (odh)
RU2743135C1 (ru) Устройство с кипящим слоем и способ получения пара-ксилола и совместного получения низших олефинов из метанола и/или диметилового эфира и бензола
CN112969678B (zh) 具有改善的运行时间的脱氢方法
WO2023161612A1 (en) Reactor
KR101320163B1 (ko) 알킬화 방향족 화합물의 제조 방법, 쿠멘의 제조 방법 및 페놀의 제조 방법
CN114040905B (zh) 使用锥形逐级反应器合成二烷基醚的强化方法
RU2637922C2 (ru) Способ алкилирования изобутана в трехфазном реакторе с неподвижным слоем катализатора
RU2787156C1 (ru) Способ крекинга олефинового сырья
US20240166576A1 (en) Adiabatically conducted process for the production of 1,3-butadiene from mixtures of ethanol and acetaldehyde
JP2005509015A (ja) アセトンの水素化方法
EP3115350B1 (en) A process for the production of a mixture comprising cyclohexanol and cyclohexanone
WO2023241952A1 (en) Shell-and-tube heat exchange reactor for carrying out a catalytic gas-phase partial oxidation reaction and process for carrying out a catalytic gas-phase partial oxidation
CA3212330A1 (en) Producing ethylene by oxidatively dehydrogenating ethane
WO2024068852A1 (en) Improved process for the preparation of 3,7-dimethyl-octa-2,6-dienal
CN115722153A (zh) 一种连续生产异构十三醛和异构十二烷的装置和方法
WO2020227185A1 (en) Process for cracking an olefinic feed

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM

TC4A Change in name of a patent proprietor in a eurasian patent