[发明专利]固定床反应器中的散热稀释剂

说明书

技术领域

本发明涉及在固定反应器中使用散热稀释剂以寻求降低失控反应的风险。许多化学反应是放热的，且特别是固定床中烃的处理。如果反应器开始变得太热，就会出现问题。随着反应器加热，反应速率增加，向反应器增加更多热量，进一步增加反应速率。在许多情况下，出于安全原因，有必要在反应器中设计“杀灭系统”以快速关闭反应器。

背景技术

2000年1月11日授予Ohtani等人的转让给Mitsui的美国专利6,013,741教导了反应器的设计，以允许将杀灭气体快速引入流化床反应器中，以在设备故障的情况下快速停止反应。

2013年5月7日授予White等人的转让给Eltron Research & Development, Inc.的美国专利8,435,920在第1栏第45行至第66行提及Lyon，其教导了金属氧化物催化剂在烃进料的部分氧化中的用途。该参考文献没有提到在反应器床中使用惰性金属稀释剂。

存在许多在20世纪60年代后期授权的转让给Petro-Tex Chemical Corporation的美国专利公开了在蒸汽裂化装置中使用各种铁氧体由石蜡生产烯烃。这些专利包括Woskow等人名下的美国专利3,420,911和3,420,912。这些专利教导了引入诸如锌、镉和锰铁氧体(即与氧化铁的混合氧化物)的铁氧体。铁氧体不是惰性的并释放氧气与烃流反应。铁氧体在约250℃至高达约750℃的温度下在低于100psi(689.476kPa)的压力下被引入脱氢区小于2秒，通常为0.005至0.9秒的时间。反应似乎发生在存在蒸汽的情况下，这可能倾向于以“错误”的方向移动平衡。另外，反应不是在催化剂存在下发生。

1941年12月30日授予Thomas的转让给Universal Oil的美国专利2,267,767教导了使用无孔金属基底作为用于处理烃的催化剂的载体。金属基底用金属醇盐和原硅酸烷基酯的非水溶液处理。基底似乎是反应的组分。金属氧化物可以是在裂化和/或重整反应中有活性的氧化铝、氧化锆、氧化钍、氧化钒、氧化镁和其他金属氧化物。

1949年8月9日授权的转让给Houdry Process Corporation的美国专利2,478,194教导了复合成形的催化剂和载体，含有金属组分如铁或钢。金属组分可以采用多种形状，例如“I”、十字形，或甚至是child’s jack的形状。然后将催化组分施加到金属载体以形成催化剂。金属组分提供氧化促进剂而不是惰性散热剂。

固定床反应器是石化和精炼工业的主力。在商业反应器中，反应器直径与有效颗粒直径的比率为至少50:1，通常大于500:1。催化剂载体通常具有低热导性。在这些条件下，从固定床内部到其中热量可能会消散的反应器壁的热量传递少。这些条件可能导致局部热点，局部热点可能成为失控反应的中心，特别是对于放热反应而言。

本发明试图提供在反应温度控制限度内具有大于30W/mK(瓦特/米开尔文)的热导率的催化剂和金属稀释剂的固定床，以允许在床内以及床外的热量传递。

发明公开

在一个实施方案中，本发明提供了一种在包含负载型催化剂的固定床存在下进行放热反应的方法，其改进之处包括将基于催化剂床总重量的5至90重量%的一种或多种惰性的非催化性散热颗粒掺入所述床中，该颗粒具有超过该反应的温度控制上限至少30℃的熔点、1mm至15mm内的粒径和在反应温度控制限度内大于50W/mK(瓦特/米开尔文)的热导率。

在另一个实施方案中，微粒是在反应温度控制限度内具有大于150W/mK(瓦特/米开尔文)的热导率的金属、合金和化合物。

在另一个实施方案中，惰性散热颗粒包括银、铜、金、钢、不锈钢、钼和钨。

在另一个实施方案中，反应包括烃的裂化、异构化、氧化偶联、氧化脱氢、氢转移、聚合和脱硫中的一种或多种或任何其他放热反应。

在另一个实施方案中，微粒是金属的。

在另一个实施方案中，微粒具有0.5mm至75mm的尺寸。

在另一个实施方案中，该方法是一种或多种C_1-4烃的氧化偶联。

在另一个实施方案中，该方法是一种或多种C_2-4烃的氧化脱氢。

在另一个实施方案中，该方法使用70:30至95:5的体积比的乙烷和氧气的混合进料在小于420℃的温度控制上限下以不小于280hr^-1的气时空速和80-1000kPa(约0.8-10个大气压)的压力进行。