[发明专利]用于进行气相反应的流化床反应器

说明书

本发明涉及一种用于进行气相反应的流化床反应器，其中气态反应混合物从形成流化床的非均相颗粒催化剂的底部向上流动通过，且内部构件排列在流化床中。 

流化床反应器以已知的方式用于进行气相反应，其中添加了或未添加惰性载体气体的一种或多种气态起始原料从底部向上穿过非均相颗粒催化剂床，该催化剂床被精细分割的开且通过气体保持悬浮作为流化床。经常使用的是具有在1到1000μm范围内的平均直径的固体颗粒，特别是1到500μm或1到200μm。 

流化床的特征在于固体颗粒之间有限的距离造成气体形成气泡。因为流化的催化剂颗粒导致的优异的固体混合确保了非常好的传热性质，流化床反应器特别适用于以已知的方式进行具有大量反应热量的放热反应或吸热反应。 

在流化床反应器中，气相的停留时间、传质和传热通过取决于气相的流动速率和流化床催化剂的固体性质的流化的状态决定。 

但是，流化床反应器具有的缺点在于传质，因为催化剂和反应物之间的接触由于其中没有固体存在的气泡的形成而受到限制。 

发现流化床反应器特别不利于进行停留时间为关键的且缺乏选择性的反应。由于对流的固体在流化床中返混，对应于产率和选择性的反作用，形成的产物可以进一步在流化床反应器的入口区反应形成副产物和后续产物。因此对流化床中大量的内部构件和它们对流化床反应器性质的影响进行考察。例如在Handbook of Fluidization and Fluid Particle Systems，Marcel Dekker-Verlag，New York-Basel，2003，175-199中提供了综述。 

例如内部构件可以是放置在流化床中的管子以便减小气泡的尺寸和 对流的固体的返混。管子可以垂直或水平对齐，管子的间隔比气泡的平均尺寸小。这里的缺点在于高度占用的反应器的横截面并且导致增加的流化床催化剂反混和流出倾向。 

分隔板同样可以水平或垂直对齐。但是，对反应器的经济装填不可缺少的相对高气体的速率下的分隔板的水平排列导致形成严重削弱传热的气垫(参见以上引用的手册，第190页，与第190到191页左列上描述的内容相关的图15a到d)。特别是在流化床中较低的区域还会变得缺乏固体催化剂，因为增加的横截面面积的占用，因此必须考虑传热的显著恶化。垂直的内部构件，例如管的垂直排特别还具有的缺点在于这些管排不能产生对于许多应用足够的气泡尺寸的减小。 

对停留时间性质和传质的改进还可以通过流化床中规则的或不规则的填料的床的方法实现。传质可以改进且在形成填料的床的成型体之间的窄缝中最优化停留时间分布。但是，这里还发现采用填料的床，较高的交叉横截面占用在增加催化剂的反混和流出倾向方面是不利的。 

根据这一点，本发明的目的在于在具有内部构件的流化床反应器中获得进一步的改进，特别是在停留时间性质方面，固体局部停留明显更久，即与气体流动相比大约为10的2次方或更长，并且避免了上述缺点。 

特别是还可以使用具有内部构件的流化床反应器进行工业级别的处理。 

该目的通过在流化床反应器中采用相应的硝基化合物的催化氢化制备芳香族胺的方法实现，其中含有硝基化合物和氢气的气态反应混合物从底部向上穿过非均相颗粒催化剂形成流化床，其中流化床提供有将流化床分隔成在流化床反应器中的多个水平排列的单元和在流化床反应器中的多个垂直排列的单元的内部构件，该单元具有可渗透气体的单元壁并且具有确保每升反应器容积中在垂直方向上非均相颗粒催化剂的交换数(exchange number)在1到100升/小时的范围内的开口。 

已经发现在水平方向上和垂直方向上通过内部构件的手段将流化床 分隔成单元即通过单元壁封闭的中空空间是很重要的，该单元壁可以渗透气体并且具有允许在流化床反应器中在垂直方向上交换固体的开口。此外，可以为单元壁提供允许在水平方向上交换固体的开口。因此非均相颗粒催化剂可以在垂直方向上移动并且还可能在水平方向上移动通过流化床反应器，但是与不具备这些的流化床相比其在各个单元中被滞留，并且确保了以上限定的交换数。