專利名稱：用于實(shí)施雙酚a制備反應(yīng)的反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的主題是一種用于實(shí)施雙酚A制備反應(yīng)的反應(yīng)器，雙酚A為生產(chǎn)環(huán)氧樹脂和聚碳酸酯樹脂的原料。本發(fā)明包括在含有化學(xué)鍵合反應(yīng)助催化劑的強(qiáng)酸性陽離子交換劑作為催化劑存在下，由苯酚和丙酮制備雙酚A的反應(yīng)器，反應(yīng)混合物向上通過反應(yīng)器，通過苯酚和丙酮與反應(yīng)體系中循環(huán)的反應(yīng)混合物流混合在一起構(gòu)成所述的反應(yīng)混合物，將它從催化劑床層取出，冷卻并循環(huán)到反應(yīng)器。
苯酚和丙酮反應(yīng)的高活性助催化劑的應(yīng)用使單體體積陽離子交換劑得到的產(chǎn)品產(chǎn)率提高2.5倍以上，所述的助催化劑牢固地鍵聯(lián)到在雙酚A制備方法中用作催化劑的強(qiáng)酸性陽離子交換劑上。另一方面，在反應(yīng)器中沒有不利的升溫條件下，從催化劑床層取走增加的反應(yīng)熱遇到了相當(dāng)?shù)睦щy。
EP0754666公開了當(dāng)2個或3個反應(yīng)器串聯(lián)使用來代替1個反應(yīng)器以及在所述的反應(yīng)器之間反應(yīng)混合物進(jìn)行冷卻時，可得到在催化劑床層中有利地反應(yīng)條件和較低的溫升。但是，這樣的配置大大提高了反應(yīng)體系的投資和操作費(fèi)用。
在催化劑床層中除去苯酚和丙酮反應(yīng)釋放的熱量的主要的和通常接受的方法是在反應(yīng)混合物中相對于化學(xué)計量苯酚/丙酮摩爾比(2∶1)使用大量過量(約10∶1)的苯酚。同樣，US5315042公開了一種基于控制反應(yīng)混合物中雙酚A濃度提高的方法。這兩個已知的方法都使從反應(yīng)混合物中分離產(chǎn)品所需的能耗較高。還已知一種用于從催化劑床層中除去苯酚/丙酮反應(yīng)熱從而得到較低的溫升的方法，所述的方法基于部分反應(yīng)流出物流在冷卻以后循環(huán)到反應(yīng)器的入口。
當(dāng)反應(yīng)混合物向上流過含有助催化劑的催化劑時，在反應(yīng)混合物以較高流速通過催化劑床層下進(jìn)行苯酚和丙酮的反應(yīng)有一些困難。視操作的反應(yīng)條件和流動的反應(yīng)混合物引起的床層破壞而定，催化劑床層的“頂”層可能在反應(yīng)器內(nèi)不同的料面處“浮動”。
在反應(yīng)進(jìn)料混合物中，苯酚/丙酮的摩爾比(通常在工業(yè)實(shí)踐中它通常為約10∶1)能將催化劑床層中反應(yīng)混合物的溫升控制在約20K，反應(yīng)混合物一次通過催化劑床層時反應(yīng)混合物中雙酚A的濃度增加約10％(重量)。在反應(yīng)器中反應(yīng)混合物這樣的溫升使得達(dá)到適合的高反應(yīng)選擇性成為不可能。
假設(shè)，如果反應(yīng)器催化劑床層中的溫升不超過5K以及在催化劑操作周期反應(yīng)溫度從低于328K的溫度開始緩慢升高，那么苯酚與丙酮反應(yīng)的高選擇性以及可接受的助催化劑高壽命可以得到。
意想不到的是，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)有可能通過從反應(yīng)器床層的上半部和從床層上面取出反應(yīng)混合物流來控制反應(yīng)熱的脫除時，當(dāng)催化劑床層的破壞程度通過反應(yīng)混合物的流速來控制時，隨著反應(yīng)混合物向上通過由強(qiáng)酸性陽離子交換劑與化學(xué)鍵聯(lián)的反應(yīng)助催化劑構(gòu)成的催化劑床層，達(dá)到苯酚與丙酮反應(yīng)的相當(dāng)好的選擇性。能這樣除去反應(yīng)熱的反應(yīng)器設(shè)計也能在不過量升溫的條件下使反應(yīng)助催化劑長時間達(dá)到高活性以及使反應(yīng)混合物中的雙酚A的濃度更高。由于雙酚A在反應(yīng)器流出物流中有較高的濃度，所以分離最終產(chǎn)品所需的熱能消耗大大下降。
雙酚A生產(chǎn)用反應(yīng)器的新設(shè)計能使這一方法的操作比原有反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的情況下可能達(dá)到的更有利。
本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是裝有通過反應(yīng)器頂部連接管插入的四組過濾元件體系的圓柱形立式壓力容器形式的反應(yīng)器，其中高徑比為2∶1至5∶1。在操作條件下，兩組這樣的體系在催化劑床層的上半部，而其余兩組體系分別位于反應(yīng)容器底部和頂部。當(dāng)過濾元件為槽型過濾噴嘴時是優(yōu)選的。當(dāng)催化劑床層上都操作的過濾元件借助松馳環(huán)繞它們的套管免于橫向移動時是優(yōu)選的，是所有套管連接在一起的水平骨架捆扎點(diǎn)并在沿反應(yīng)器周邊相間的許多點(diǎn)固定到反應(yīng)器壁上。當(dāng)過濾元件均勻地放置在反應(yīng)器截面上時是優(yōu)選的。當(dāng)在催化劑床層的上部操作的兩組槽型過濾噴嘴的過濾體系由通過反應(yīng)器頂部的連接管插入的管子的一部分的過濾元件組成時是優(yōu)選的，每一管子安裝兩個過濾元件一個在管端部，而另一個離第一元件向上2米處。當(dāng)反應(yīng)器的高徑比為2.5∶1至3.5∶1時是優(yōu)選的。當(dāng)在催化劑床層上部操作的過濾槽式噴嘴的數(shù)目是這樣的，以致每1米2反應(yīng)器水平截面有至少1個噴嘴是優(yōu)選的。當(dāng)惰性顆粒狀材料加到催化劑床層時是優(yōu)選的，在反應(yīng)條件下它的比重低于催化劑的比重，特別是低于反應(yīng)混合物的比重。加入材料的體積應(yīng)為催化劑床層體積的2-10％。當(dāng)弱堿性陰離子交換劑加到催化劑床層時是優(yōu)選的，在反應(yīng)條件下它的比重低于催化劑的比重。所述陰離子交換劑的體積優(yōu)選應(yīng)為催化劑床層體積的5-15％。
本發(fā)明反應(yīng)器中進(jìn)行的反應(yīng)提供了苯酚與丙酮反應(yīng)生成雙酚A的更好選擇性，并涉及反應(yīng)助催化劑高活性期的延長。而且，與進(jìn)行反應(yīng)的已知方法和迄今使用的反應(yīng)器相比，它能在不過量升高反應(yīng)器內(nèi)的溫度下使反應(yīng)混合物中的雙酚A濃度更高。


圖1所示的反應(yīng)器說明這樣一反應(yīng)器設(shè)計，其中在催化劑床層上部操作的一組過濾體系的過濾元件通過反應(yīng)器底部的連接管引入，而另一過濾體系的過濾元件通過反應(yīng)器頂部的連接管引入。圖2說明這樣一種反應(yīng)器類型的結(jié)構(gòu)，其中兩組過濾體系的過濾元件通過一反應(yīng)器頭部的相同連接管引入。這樣就使反應(yīng)器的設(shè)計和附件更簡單，因此使反應(yīng)器的建造費(fèi)用和操作費(fèi)用下降。為了更容易說明，圖1和圖2只表示反應(yīng)器4組過濾體系中每一組體系為數(shù)不多的過濾元件。圖3表示有捆扎結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器截面，為了防上它們橫向移動，套管松馳地圍繞幾個過濾元件。
高徑比為3∶1的反應(yīng)器在其底部裝有一組過濾噴嘴體系1，用來送入原料和循環(huán)的反應(yīng)混合物，而過濾噴嘴體系2和3在催化劑床層上部操作，用來取出在反應(yīng)體系中循環(huán)的反應(yīng)混合物，過濾噴嘴體系4在催化劑上方，以便排出反應(yīng)器流出物流。過濾體系2和3的過濾噴嘴5用松馳圍繞它們的套管6來防止橫向移動，構(gòu)成水平骨架7的捆扎點(diǎn)，將所有的套管連接在一起并沿反應(yīng)器周邊相間的許多點(diǎn)固定到反應(yīng)器壁8上。
已設(shè)計了用含有助催化劑的催化劑床層操作的反應(yīng)器。在反應(yīng)條件下比重低于催化劑比重、優(yōu)選低于反應(yīng)混合物比重的另外數(shù)量的惰性顆粒狀材料可加到催化劑床層中，其數(shù)量為催化劑床層體積的2-10％。另一方面，在反應(yīng)條件下比重低于催化劑的弱堿性陰離子交換劑也可使用，其數(shù)量為催化劑床層體積的5-15％。這樣的配置防止位于催化劑床層中的過濾元件體系4得到的混合物和過濾元件體系3得到的反應(yīng)混合物的流速由于在這些元件中陽離子交換劑細(xì)粉的積累和填充而逐漸下降。
如圖1所示，反應(yīng)器可在完全填滿反應(yīng)混合物操作，在通過泵施加給體系中循環(huán)的反應(yīng)混合物的壓力下操作，新鮮原料送入反應(yīng)器的底部。因此，上部過濾元件體系4剛好在反應(yīng)器頂部下方。另一方面，反應(yīng)器可在氮?dú)饪刂频膲毫ο虏僮?，因此過濾元件體系剛好在反應(yīng)器頂部穩(wěn)定的反應(yīng)混合物料面下方，如圖2所示。
在操作條件下，反應(yīng)器用催化劑填至總高的50-60％。在圖1和圖2中標(biāo)為“穩(wěn)定的料面”。當(dāng)該方法進(jìn)行時，原料和反應(yīng)混合物流減速，而催化劑床層增至“操作料面”。在圖1和圖2中，表示出與“操作料面”相比的床層一半的位置。過濾元件2和3放在催化劑床層的上半部。
用以下實(shí)施例說明反應(yīng)器設(shè)計、進(jìn)料方法和生產(chǎn)雙酚A的反應(yīng)。
實(shí)施例直徑3200毫米和總高11000毫米的圓柱形立式壓力容器形狀的反應(yīng)器裝有四組直徑108毫米和高400-800毫米的過濾槽式噴嘴型的過濾元件體系。如圖1所示，將過濾槽式噴嘴通過反應(yīng)器頭部的連接管引入。
體系1由9個過濾槽式噴嘴5組成，剛好位于反應(yīng)器底部上方高400毫米。體系2由13個過濾槽式噴嘴5組成，高800毫米，位于反應(yīng)器底部隊方4500毫米料面處。它們通過反應(yīng)器底部連接管引入。體系3由12個過濾槽式噴嘴5組成，離反應(yīng)器底5500毫米料面處，高800毫米，通過反應(yīng)器頂部連接管引入。體系4由9個過濾槽式噴嘴5組成，剛好位于反應(yīng)器頂部下方，高800毫米。
體系2和體系3的過濾槽式噴嘴通過放在4800-5800毫米高度有水平骨架7的連接點(diǎn)和固定到反應(yīng)器壁8的套管6來防止橫向移動。
反應(yīng)器完全裝滿強(qiáng)酸性陽離子交換劑PuvoliteCT124，其中17％的磺基被作為助催化劑的二甲基噻唑烷中和。陽離子交換劑通過苯酚洗滌進(jìn)行脫水，一直到反應(yīng)器的苯酚流出物中水的含量降到1.5％(重量)以下為止。由于催化劑脫水，小球收縮，在靜止條件下反應(yīng)器中的催化劑床層達(dá)到5500毫米料面，即沒有液體流。
用泵通過體系1的槽式噴嘴5由底部給反應(yīng)器進(jìn)料。進(jìn)料流為苯酚與5.5％(重量)丙酮的混合物，其流速為55000公斤/小時。與體系中數(shù)量為55000公斤/小時的循環(huán)的反應(yīng)混合物合并。通過體系1的噴嘴5的進(jìn)料總流速達(dá)到70000公斤/小時。通過過濾體系2的過濾噴嘴5以30000公斤/小時的速率以及通過過濾體系3的噴嘴5以25000公斤/小時的速率連續(xù)從催化劑床層取出反應(yīng)混合物流。將兩個物流合并并冷卻到333K，然后與15000公斤/小時速率的新鮮原料在328K下混合后，將它們通過體系1的噴嘴5循環(huán)到反應(yīng)器。反應(yīng)后的混合物流以15000公斤/小時的速率在339K下通過體系4的噴嘴5從反應(yīng)器的頂部排出?；旌衔锖?2％(重量)雙酚A和0.20％(重量)副產(chǎn)物，包括0.15％(重量)雙酚A的鄰位，對位異構(gòu)體。苯酚與丙酮反應(yīng)的選擇性為98％以上。
權(quán)利要求
1.一種用于在含有化學(xué)鍵聯(lián)的反應(yīng)助催化劑的強(qiáng)酸性陽離子交換劑作為催化劑存在下進(jìn)行苯酚和丙酮制備雙酚A反應(yīng)的反應(yīng)器，反應(yīng)混合物向上通過催化劑床層，所述反應(yīng)器的形狀為圓柱形立式壓力容器，其中四組過濾元件體系通過反應(yīng)器頭部的連接管插入，在反應(yīng)條件下兩組體系(2)和(3)浸在催化劑床層上部中，而其余的兩組體系(1)和(4)分別位于反應(yīng)器容器的底部和頂部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)器，其中槽式噴嘴(5)用作過濾元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)器，其中在催化劑床層上部操作的過濾元件通過松馳圍繞它們的套管來防止橫向移動，它形成將所述套管(6)連接在一起的水平骨架(7)的連接點(diǎn)并沿反應(yīng)器周邊相間的許多點(diǎn)固定到反應(yīng)器壁(8)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)器，其中過濾元件均勻地配置在反應(yīng)器截面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的反應(yīng)器，其中在催化劑床層上部操作的兩組過濾槽式噴嘴(5)的體系由安裝在通過在反應(yīng)器頭部中的連接管引入反應(yīng)器空間的管上的過濾元件組成，在每一管上有兩個過濾元件一個在管端，而另一個在離第一元件上方2米處。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)器，其中高徑比為2.5∶1至3.3∶1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的反應(yīng)器，其中這樣選擇體系(2)和(3)中的過濾槽式噴嘴(5)的數(shù)目，以便使1米2反應(yīng)器橫截面至少有一個噴嘴。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)器，其中催化劑床層補(bǔ)充有在反應(yīng)條件下比重低于催化劑、優(yōu)選低于反應(yīng)混合物的惰性顆粒狀材料，補(bǔ)充材料的體積為催化劑床層體積的2-10％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)器，其中催化劑床層補(bǔ)充有在反應(yīng)條件下比重低于催化劑的弱堿性陰離子交換劑，陰離子交換劑的體積為催化劑床層體積的5-15％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在含有化學(xué)鍵聯(lián)的反應(yīng)助催化劑的強(qiáng)酸性陽離子交換劑作為催化劑存在下由苯酚和丙酮進(jìn)行生產(chǎn)雙酚A的反應(yīng)的反應(yīng)器。反應(yīng)混合物向上通過催化劑床層。反應(yīng)器裝有四組通過反應(yīng)器頭部的連接管插入的過濾體系。兩組體系(2)和(3)在催化劑床層的上部操作，并防止它們橫向移動，而另外兩組體系(1)和(4)分別接近反應(yīng)器的底部和頂部。當(dāng)過濾槽式噴嘴(5)用作過濾元件以及選擇它們的數(shù)目使每1米
文檔編號B01J8/00GK1401618SQ0212766
公開日2003年3月12日 申請日期2002年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月7日
發(fā)明者M·奇迪克, J·科爾特, Z·波科斯卡, K·奇曼斯基, R·科蘇克, A·佐戴克茲科, S·瑪提扎, T·厄戴辛斯卡－希維克, M·卡萊德科夫斯卡 申請人:布蘭科尼爾有機(jī)合成研究院, 石油碳化學(xué)股份公司