[发明专利]用于烯烃氧化的圈管反应器

说明书

本发明涉及用于烯烃直接氧化的反应器，特别是将丙烯直接氧化成氧化丙烯的等温圈管反应器。

烯化氧（邻位环氧烷烃），特别是氧化丙烯是广泛使用的化学原料。烯化氧与许多单体聚合生成的聚合物可用于涂料组合物和如聚氨酯泡沫之类的模塑制件的制造。它们也可与醇反应生成单烷基酯，在许多工业加工中用作溶剂。并可用作涡轮发动机合成润滑油的组分。

在先有技术中有许多生产氧化丙烯的已知方法。其一称做氯醇法，是将氯与水进行反应生成次氯酸，次氯酸再与丙烯反应形成丙氯醇。丙氯醇再经脱卤化作用，便生成氧化丙烯。

U.S.Nos  4，785，123和4，943，643（Pennington，转让与一共同受让人）公开了将气体鼓泡通过熔融的硝酸盐催化剂进行烯烃的气相氧化的方法。所用的盐是含有20-80（wt）%硝酸钠的钾盐和钠盐混合物。除催化剂外，熔融盐用作任何助催化剂的等温介质，并吸收放热的氧化反应产生的大量热。

非催化的氧化反应也已有公开。U.S.No.5，117，011（Pennington等）公开了丙烯在等温和非催化条件下的氧化，其丙烯分压为约80至约300Psia，反应温度为约200至约350℃。丙烯的氧化放出大量的热，在气相氧化时，必须连续将热量从反应容器中除去以保持恒定的反应温度，如不能恰当地除去热量，反应温度会迅速上升，由于结焦或燃烧导致不希望有的副产物形成，热量的产生会足以引起超压，损坏反应器。

从一气相反应除去热量是特别困难的，因为从气相将热量转移至固体（反应器壁）的效率极低。U.S.No.2，530，509（Cook）公开了将丙烯与氧在活塞式流动反应器中进行反应的方法，相对于反应气体所占的体积反应器的表面积很大。反应管中可用如陶瓷之类的固体填充以增加表面积。

U.S.No.3，132，156（Lemon等）公开了一种进行丙烯氧化的反应容器，反应气体用机械搅拌或定向气流使之在反应容器中循环流动以达到基本上等温的条件。

反应气体在反应器中的循环流动将会达到等温条件。但是从反应容器中转移出去的热是有限的，所以当达到均匀时通常有温度的升高。再者，反应器是由在化学上能耐反应气体的材料如不锈钢制造的，一般说来抗化学腐蚀的材料的特点是热容量很小。

圈管反应器比批量反应器或连续搅拌的罐式反应器能达到更好的热转移，如Geddes在题为“圈管反应法（The  Loop  Reactor  Process）”的文章中所公开的。当圈管反应器已经广泛用于将液体烯烃转变成固态颗粒（如Alleman在U.S.No.3，324，093中所公开）和在催化剂存在下乙烯的二聚合（如Carter在U.S.No.4，242，531中所公开）时，圈管反应器还没有用于烯烃（如丙烯）的气相直接氧化。

因此，本发明的第一个目的是提供气相圈管反应器;本发明的第二个目的是提供使用气相圈管反应器直接氧化丙烯的方法。反应器的一个特征是，气体的氧化是在浸没于能保持等温反应的传热介质中的至少一个反应管中发生。对传热介质的压力进行调节即可控制反应的温度。

本发明的反应器的一个优点是，其传热系数在约73.78×10³焦尔数量级（70BTU/小时·平方英尺·°F），这足够除去反应产生的1285.88×10³焦尔（1220BTU/小时）的热。本发明的第二个优点是反应温度可以用调节气体速度和氧浓度来进一步进行控制。本发明还有一个优点是只有部分出口气从圈管中放出，其余的气体与新鲜进料气体合并进行循环。

本发明提供了用于烃的气相氧化的反应器。所用的烃选自烯烃、烷烃以及它们的混合物和衍生物，反应器至少有一个反应管，反应管有第一和第二对映开口末端。反应器还有一等温调节每一反应管的温度的装置，有将含烃和氧的混合物输送至各反应管的一个开口端的入口，有接近各反应管相应开口端将部分混合物放出的出口，有将其余的气体混合物通过入口输送至各反应管的第一开口端的再循环装置。

上述各目的、特征和优点以及其他，将下面的说明和附图得到更清楚的了解。

图1是本发明气相圈管反应器的示意图。

图2是在热传递介质中的一束反应管横截面图。