一種固定床反應裝置和烯烴氧化反應系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種固定床反應裝置和烯烴氧化反應系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 環(huán)氧化物，比如環(huán)氧丙烷，是一類重要的含氧有機化合物。作為環(huán)氧丙烷的生產方 法，在催化劑(尤其是鈦硅分子篩)存在下，通過丙烯氧化來制造環(huán)氧丙烷的方法已經推向 工業(yè)化。
[0003] 但是，這類烯烴催化氧化方法普遍存在的一個問題是，反應裝置運轉一段時間后， 催化劑對目標氧化反應的活性和選擇性均會降低，即催化劑在運轉過程中會出現失活現 象。目前針對此問題的主要解決方式是將失活的催化劑進行再生。但是，這種再生會增加裝 置的運行成本并降低裝置的運行效率。并且，經再生的催化劑重新投入運行時，催化劑的活 性和選擇性波動較大，需要很長時間才能穩(wěn)定；同時，還需要結合提高反應溫度等操作來實 現反應的平穩(wěn)運行，但這樣會進一步加速催化劑失活并降低其選擇性。
[0004] 另外，這類烯烴催化氧化方法還普遍存在的另一個問題是，反應裝置運轉一段時 間后，催化劑對副反應的選擇性會提高，導致反應出料中副產物的比例增加，由此加劇后續(xù) 分離純化的難度。
[0005] 因此，延長催化劑的使用壽命，特別是單程使用壽命，同時長期抑制副反應的發(fā) 生，仍然是這類烯烴催化氧化方法亟需解決的技術問題。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種固定床反應裝置和一種烯烴氧化反應系統(tǒng)，能夠解決 現有技術烯烴催化氧化方法中存在的前述問題，尤其是能夠延長催化劑的使用壽命，特別 是單程使用壽命，同時長期抑制副反應的發(fā)生。
[0007] 具體而言，本發(fā)明涉及以下方面的內容。
[0008] 1.-種固定床反應裝置，包括入口（1)、反應段(3)和出口（2)，在所述反應段(3)內 設置第 1 至第 n(n為 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20，優(yōu)選2、3、4、 5、6、7、8、9或10,更優(yōu)選2、3、4或5)催化劑床層，反應進料從所述入口（1)進入所述反應段 (3)，依次流過所述第1至第η催化劑床層，然后進入所述出口（2)而成為反應出料，其特征在 于，所述固定床反應裝置還包括提速裝置，設流過所述第1至第η催化劑床層的各反應物料 的表觀速度分別為％至^，111取區(qū)間[2，η]內的任意整數時，所述提速裝置使得以下關系式成 立，
[0009] Vm-I < Vm，優(yōu)選Vm/Vm-I = 1 · 5-15，更優(yōu)選vm/vm-1 = 2-10，進一步優(yōu)選Vm/Vm-1 = 2-5。
[0010] 2.根據權利要求1所述的固定床反應裝置，其中所述提速裝置是所述反應段(3)的 變徑段和/或設置在所述反應段(3)內部的構件，所述變徑段或所述構件能夠使得m取區(qū)間 [2，n]內的任意整數時，以下關系式成立，
[0011 ] AmVAm> 1，優(yōu)選AmVAm M · 5，更優(yōu)選AmVAm 2 2，優(yōu)選AmVAm < 15，更優(yōu)選Am-VAm < 10，進一步優(yōu)選Am-VAm < 5，其中，A^1為第m-ι催化劑床層的平均橫截面積，Am為第m催化劑床 層的平均橫截面積。
[0012] 3.根據權利要求1所述的固定床反應裝置，其中所述提速裝置是反應出料引入支 管、溶劑引入支管、惰性氣體引入支管或其組合，其中所述反應出料引入支管將所述反應出 料的一部分引入所述第1至第η催化劑床層中任意兩對或多對相鄰的催化劑床層之間的分 隔處，所述溶劑引入支管將溶劑引入所述第1至第η催化劑床層中任意兩對或多對相鄰的催 化劑床層之間的分隔處，所述惰性氣體引入支管將惰性氣體引入所述第1至第η催化劑床層 中任意兩對或多對相鄰的催化劑床層之間的分隔處。
[0013] 4. -種稀經氧化反應系統(tǒng)，至少包括反應進料單元、稀經氧化反應單元和反應出 料分離單元，其中所述稀經氧化反應單元包括一個或多個根據權利要求1所述的固定床反 應裝置。
[0014] 5.根據權利要求4的反應系統(tǒng)，其中所述的烯烴氧化反應單元中，是在烯烴氧化反 應條件下，使含有烯烴(優(yōu)選選自C 3-6a-烯烴中的至少一種，更優(yōu)選選自丙烯和丁烯中的至 少一種，進一步優(yōu)選丙烯)和至少一種氧化劑(優(yōu)選選自過氧化氫、有機過氧化物和過酸中 的至少一種，更優(yōu)選過氧化氫）的反應進料依次流過第1至第n(n為2、3、4、5、6、7、8、9、10、 11、12、13、14、15、16、17、18、19或20，優(yōu)選2、3、4、5、6、7、8、9或10，更優(yōu)選2、3、4或5)催化劑 床層的步驟，設流過所述第1至第η催化劑床層的各反應物料的表觀速度分別為^至^，!11取 區(qū)間[2，Π ]內的任意整數時，以下關系式成立，Vm-I < Vm，優(yōu)選Vm/Vm-1 = 1.5-15，更優(yōu)選Vm/Vm-1 =2-10，進一步優(yōu)選￥]!1八111-1 = 2-5。
[0015] 6.根據權利要求5所述的反應系統(tǒng)，其中m取區(qū)間[2，n]內的任意整數時，以下關系 式成立，A m-VAmS 1，優(yōu)選Am-VAm 2 1.5，更優(yōu)選Am-VAm 2 2，優(yōu)選Am-VAm < 15，更優(yōu)選Am-VA" 10，進一步優(yōu)選Am-VAm < 5，其中，Ah為第m-Ι催化劑床層的平均橫截面積，Am為第m催化劑床 層的平均橫截面積。
[0016] 7.根據權利要求5所述的反應系統(tǒng)，在烯烴反應單元中獲得含有烯烴氧化物的反 應出料，并且還包括從所述反應出料中分離出所述烯烴氧化物，獲得尾氣物流的步驟。 [0017] 8.根據權利要求5所述的反應系統(tǒng)，其中在所述第1至第η催化劑床層中任意兩對 或多對相鄰的催化劑床層之間存在分隔處，并且向所述分隔處引入載流體，并且所述載流 體選自所述反應出料、溶劑、惰性氣體和所述尾氣物流中的至少一種，更優(yōu)選選自所述反應 出料和所述惰性氣體中的至少一種。
[0018] 9.根據權利要求5所述的反應系統(tǒng)，其中所述第1至第η催化劑床層各自裝填有至 少一種鈦娃分子篩。
[0019] 10.根據權利要求5所述的反應系統(tǒng)，其中所述反應進料中所述烯烴與所述至少一 種氧化劑的摩爾比為〇. 1-10:1，優(yōu)選〇. 2-5:1，以所述第1至第η催化劑床層裝填的催化劑的 總量為基準，所述烯烴的重時空速為0.1-201Γ1，優(yōu)選0.2-101Γ 1，并且所述烯烴氧化反應條 件包括:反應壓力（以表壓計）為〇_5MPa，優(yōu)選0.1-3.5MPa，和反應溫度為0-120°C，優(yōu)選20-80 cC (比如30-60 cC )。
[0020] 11.根據權利要求5所述的反應系統(tǒng)，其中m取區(qū)間[2，n]內的任意整數時，以下關 系式成立，Tn-T m= 5-30，優(yōu)選I^1-Tm= 10-20，其中，I^1為第m-Ι催化劑床層的反應溫度 (°C)，Tm為第m催化劑床層的反應溫度（°C)。
[0021] 12.根據權利要求4所述的反應系統(tǒng)，其中所述反應出料分離單元從所述固定床反 應裝置的所述反應出料中分離出烯烴氧化物而獲得尾氣物流，并且所述提速裝置是尾氣物 流引入支管，所述尾氣物流引入支管將所述尾氣物流或其一部分引入所述第1至第η催化劑 床層中任意兩對或多對相鄰的催化劑床層之間的分隔處。
[0022]技術效果
[0023] 采用本發(fā)明的固定床反應裝置和烯烴氧化反應系統(tǒng)，能夠有效地延長催化劑的使 用壽命，特別是單程使用壽命，降低催化劑的再生頻率，在提高生產效率的同時，能夠提高 運行穩(wěn)定性，延長催化劑的總使用壽命。
[0024] 采用本發(fā)明的固定床反應裝置和烯烴氧化反應系統(tǒng)，即使是長時間連續(xù)運行，也 能夠獲得較為穩(wěn)定的氧化劑轉化率，較高的氧化劑有效利用率和目標氧化產物選擇性。特 別地，即使是長時間連續(xù)運行，目標氧化產物的選擇性也能夠維持較高的水平，而副產物的 選擇性則維持較低的水平，從而能夠降低后續(xù)分離純化的難度。
【附圖說明】
[0025] 圖1至6示意性舉例說明了反應器內構件的幾種實施方式；圖7示意性舉例說明了 反應器變徑段的一種實施方式；圖8示意性舉例說明了反應出料引入支管的一種實施方式； 圖9示意性舉例說明了尾氣物流引入支管、溶劑引入支管或者惰性氣體引入支管的一種實 施方式。
[0026] 在附圖中，符號1代表入口，符號2代表出口，符號I代表第1催化劑床層，符號II代 表第2催化劑床層，符號III代表第3催化劑床層，不同催化劑床層之間的空白區(qū)域代表分隔 處，符號3代表反應段，符號A代表反應進料，符號B代表反應出料，符號B1至M代表反應出料 引入支管，符號C代表尾氣物流、溶劑或惰性氣體，符號Cl至C4代表尾氣物流引入支管、溶劑 引入支管或者惰性氣體引入支管，帶箭頭的虛線代表反應物料的流動方向，圖1至6中處于 第2催化劑床層II所在區(qū)域的實色填充部分代表反應器內構件，該內構件具有如各圖所示 形狀的縱剖面。
[0027] 為了簡化說明起見，在本說明書和附圖中，作為舉例，反應物料的流動方向是從上 至下，反應段3設置一個，催化劑床層設置2個或3個，反應裝置的入口和出口均分別設置一 個，引入支管均設置4個，等等，但本發(fā)明并不限于此。
【具體實施方式】
[0028] 下面對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明，但是需要指出的是，本發(fā)明的保護 范圍并不受這些【具體實施方式】的限制，而是由附錄的權利要求書來確定。
[0029]除非另有定義，本說明書所用的所有技術和科學術語都具有本領域技術人員常規(guī) 理解的含義。在有沖突的情況下，以本說明書的定義為準。
[0030] 當本說明書以詞頭"本領域技術人員公知"、"現有技術"或其類似用語來導出材 料、物質、方法、步驟、裝置或部件等時，該詞頭導出的對象涵蓋本申請?zhí)岢鰰r本領域常規(guī)使 用的那些，但也包括目前還不常用，卻將變成本領域公認為適用于類似目的的那些。
[0031] 在本說明書的上下文中，除了明確說明的內容之外，未提到的任何事宜或事項均 直接適用本領域已知的那些而無需進行任何改變。而且，本文描述的任何實施方式均可以 與本文描述的一種或多種其他實施方式自由結合，由此而形成的技術方案或技術思想均視 為本發(fā)明原始公開或原始記載的一部分，而不應被視為是本文未曾披露或預期過的新內 容，除非本領域技術人員認為該結合是明顯不合理的。
[0032] 在沒有明確指明的情況下，本說明書內所提到的所有百分數、份數、比率等都是以 重量為基準的，除非以重量為基準時不符合本領域技術人員的常規(guī)認識。
[0033] 本說明書的上下文中，"至少一種"表示一種或多種(如兩種以上）。
[0034] 根據本發(fā)明，涉及一種烯烴氧化方法，包括在烯烴氧化反應條件下，使反應進料依 次流過第1至第η催化劑床層的步驟。
[0035] 根據本發(fā)明，η是2至50之間的整數，優(yōu)選選自2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、 15、16、17、18、19或20，更優(yōu)選選自2、3、4、5、6、7、8、9或10，更優(yōu)選選自2、3、4或5，比如2。
[0036] 根據本發(fā)明，設流過所述第1至第η催化劑床層的各反應物料的表觀速度分別為^ 至Vn，m取區(qū)間[2，η ]內的任意整數時，關系式Vm-I < Vm成立。
[0037] 在本發(fā)明的上下文中，所謂"m取區(qū)間[2，η]內的任意整數"，指的是m選擇2至η之間 的任意整數，即選擇2、3、···、]!中的任意一個整數;并且，當η = 2時，m = 2。
[0038] 根據本發(fā)明，表述"反應進料依次流過第1至第η催化劑床層"指的是從第1催化劑 床層至第η催化劑床層依次構成了所述反應進料的流動路線，但這并不意味著所述反應進 料沒有任何變化地流過第1至第η催化劑床層。實際上，自從進入第1催化劑床層開始，反應 進料(比如就其組成或性狀而言)會因為發(fā)生烯烴氧化反應等而發(fā)生變化，由此失去其作為 反應原料的初始組成或性