專利名稱：進(jìn)行放熱化學(xué)平衡反應(yīng)的流化床方法和反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在流化床反應(yīng)器中進(jìn)行放熱化學(xué)平衡反應(yīng)的方法。本發(fā)明還涉及進(jìn)行該方法的流化床反應(yīng)器。
放熱化學(xué)平衡反應(yīng)的一個(gè)實(shí)例是Deacon于1868年開發(fā)的用氧氣催化氧化氯化氫生成氯氣的方法。
將氯化氫轉(zhuǎn)化為氯氣使得能夠?qū)⒙葰馍a(chǎn)與由氯堿電解生成氫氧化鈉相脫耦。這種脫耦具有吸引力，因?yàn)槿驅(qū)β葰獾男枨笳兊帽葘?duì)氫氧化鈉的需求更旺盛。此外，氯化氫作為共產(chǎn)物，例如在光氣化反應(yīng)中，例如在異氰酸酯的制備中可大量獲得。在異氰酸酯的制備中形成的氯化氫主要用在將乙烯氧氯化成1，2-二氯乙烷中，而1，2-二氯乙烷被進(jìn)一步加工成氯乙烯，最后加工成PVC。因此，Deacon法也使得異氰酸酯的生產(chǎn)和氯乙烯的生產(chǎn)可以脫耦。
在Deacon反應(yīng)中，隨著溫度升高，平衡位置就目標(biāo)終端產(chǎn)物而言變得不利。因此，有利地是使用活性非常高，并使得反應(yīng)可以在較低溫度下進(jìn)行的催化劑。
適用于Deacon反應(yīng)進(jìn)行的催化劑例如是載體材料上的釕化合物，如GB1,046,313、DE-A-197 48 299或DE-A-197 34 412中描述的。
其它合適催化劑是基于氧化鉻的催化劑，如例如從US 4,828,815中已知的。
在使用負(fù)載的銅化合物作為催化劑下，使用流化床反應(yīng)器進(jìn)行Deacon反應(yīng)描述在J.T.Quant等的The Chlorine Process，The Chemical Engineer，1963年7/8月，CE 224-CE 232頁中。
S.Furusaki，Catalytic Oxidation of Hydrogen Chloride in a Fluid BedReactor，AlChE Journal，Vol.19，No.5，1973，第1009-1016頁也描述了使用流化床反應(yīng)器進(jìn)行Deacon反應(yīng)。在此使用的催化劑是CuCl2、KCl和SnCl2的混合物。
采用流化床工藝通常為了達(dá)到幾乎等溫分布，特別是為了避免如固定床工藝中常常出現(xiàn)的熱點(diǎn)，即局部過熱區(qū)(參見例如Daizo Kunii和Octave Levenspiel，F(xiàn)luidization Engineering，第2版，1991，第313頁)。這特別適用于放熱反應(yīng)，例如氯化氫非均相催化氣相氧化成氯氣。
但是，已發(fā)現(xiàn)等溫下進(jìn)行這種反應(yīng)并不總是有利的。因此，例如當(dāng)反應(yīng)最初在較高溫度下進(jìn)行時(shí)，可以提高Deacon法中氯氣的產(chǎn)率；轉(zhuǎn)化率一接近平衡轉(zhuǎn)化率，就降低溫度。
本發(fā)明的目的是提供一種在流化床反應(yīng)器中進(jìn)行放熱化學(xué)平衡反應(yīng)的改進(jìn)方法。特別地，本發(fā)明的目的是提供一種時(shí)空產(chǎn)率改進(jìn)，即在與現(xiàn)有方法下相同的反應(yīng)器容積和相同的反應(yīng)時(shí)間中產(chǎn)率更高的方法。
本發(fā)明的目的還在于提供其中進(jìn)行該方法的流化床反應(yīng)器。
通過在流化床反應(yīng)器中進(jìn)行放熱化學(xué)平衡反應(yīng)的方法，其中在流化床反應(yīng)器的流化床中沿著流動(dòng)方向存在溫度分布，并且最低溫度與最高溫度之間的溫差至少為10K，從而本目的得以實(shí)現(xiàn)。
在本文中，流動(dòng)方向是氣體在流化床內(nèi)從位于流化床下方的氣體分布器流向流化床表面的方向。該氣體分布器可以例如是帶孔板或其上分布有氣體分布器噴嘴的板。
流化床反應(yīng)器一般呈圓柱狀，或是大致旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的幾何體，并且通過它們的流動(dòng)一般平行于旋轉(zhuǎn)軸。在這層意義上，以上定義的流動(dòng)方向也可以稱為軸向流動(dòng)，不同于在流化床內(nèi)局部進(jìn)行的但沿著流化床總高度而彼此大部分抵消的徑向流動(dòng)。
本發(fā)明方法中流化床內(nèi)的溫度分布優(yōu)選要使得溫度從絕對(duì)溫度最大值(即流化床中的最高溫度)沿著流動(dòng)方向向流化床表面下降。為此，該表面是流化床中氣體通過它流出流化床的區(qū)域。
對(duì)應(yīng)于本發(fā)明方法的這種溫度分布的優(yōu)點(diǎn)在于時(shí)空產(chǎn)率提高。較低的起始溫度是實(shí)現(xiàn)非常高的熱力學(xué)平衡轉(zhuǎn)化率所必須的，而流化床內(nèi)較高的溫度在動(dòng)力學(xué)上有利。
溫度向流化床表面下降的另一優(yōu)點(diǎn)是可以更好地在長期穩(wěn)定性下操作含有在升高溫度下易揮發(fā)的活性組分的催化劑體系。這種催化劑例如是負(fù)載的釕化合物。溫度向流化床表面下降的結(jié)果是易揮發(fā)的催化劑化合物可以被流化床上部區(qū)域中較冷的催化劑粒子再次捕獲，并可以與它們一起連續(xù)向下輸送回流化床的下部區(qū)域。
流化床內(nèi)溫度最大值與在本發(fā)明方法中主要位于溫度最大值上方位置處，即流化床表面附近的最低溫度之間的差不超過150℃，優(yōu)選不超過100℃，特別優(yōu)選不超過50℃。
在特別優(yōu)選的方法變化方案中，溫度沿著流動(dòng)方向從絕對(duì)溫度最大值向氣體分布器，也向流化床表面下降。在非常特別優(yōu)選的方法變化方案中，絕對(duì)溫度最大值處與氣體分布器的距離小于絕對(duì)溫度最大值處與流化床表面的距離反應(yīng)氣體在經(jīng)氣體分布器引入流化床時(shí)的溫度優(yōu)選低于流化床內(nèi)的最低溫度。在放熱反應(yīng)情況下，這導(dǎo)致流化床中的溫度最初沿流動(dòng)方向上升，直至達(dá)到絕對(duì)溫度最大值。在本發(fā)明方法中，這可以降低熱交換器的容量，因而降低了資本成本，因?yàn)槭紫?，更少量的熱必須傳給原料氣體；其次，安裝在流化床中的熱交換器要從流化床中移走的熱量減少，因?yàn)檩^冷的原料氣體可以吸取流化床中放熱反應(yīng)直接釋放的大部分熱。
流化床中的溫度分布優(yōu)選由熱床內(nèi)至少一個(gè)熱交換器的傳熱來控制。當(dāng)僅使用一個(gè)熱交換器時(shí)，優(yōu)選將它僅放置在流化床的部分中。因此，在優(yōu)選的實(shí)施方案中，在流化床的下部不存在熱交換器，以不移出這里的反應(yīng)熱。這導(dǎo)致由于放熱反應(yīng)引起溫升后而達(dá)到較高溫度。接著將用來移出反應(yīng)熱的熱交換器安置在流化床的上部。這使得能夠在流化床上部設(shè)定較低溫度。
在一種實(shí)施方案中，流化床分成兩個(gè)溫度區(qū)。在流化床中安置多個(gè)熱交換器或在流化床中間安置熱交換器使得能夠設(shè)置兩個(gè)以上的溫度區(qū)。
在特別優(yōu)選的流化床反應(yīng)器實(shí)施方案中，氣體分布器分布板與氣體分布器上方最近的熱交換器之間的距離為至少25cm，特別是至少50cm。氣體分布器與熱交換器之間的最佳距離取決于氣體通過量、原料氣體的溫度、氣泡形成特性和作為所用催化劑的函數(shù)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。典型地，至少25cm的距離是在氣體分布器分布板與熱交換器之間達(dá)到適度上升溫度所必須的。但是，相反也要避免過度的溫升，以及與之相關(guān)的絕對(duì)溫度最大值與溫度最大值上方處的最低溫度之間過大的溫差。一般而言，氣體分布器分布板與熱交換器之間的距離因此應(yīng)該不超過10m，優(yōu)選不超過6m，特別是不超過3m。在本發(fā)明非常特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，該距離不超過2m。
流化床反應(yīng)器優(yōu)選設(shè)計(jì)成表觀氣體速度為1-5m/s的湍動(dòng)流化床，表觀氣體速度為0.5-2m/s的高膨脹流化床或表觀氣體速度為0.01-1m/s的鼓泡流化床。流化床反應(yīng)器特別優(yōu)選設(shè)計(jì)成表觀氣體速度為0.05-0.50m/s的鼓泡流化床，因?yàn)榭梢栽诖吮碛^氣體速度下實(shí)現(xiàn)特別有利的傳熱和特別有利的傳質(zhì)。表觀氣體速度是操作條件下氣體體積流量除以反應(yīng)器的空隙截面積。
使用兩個(gè)熱交換器也是可以的。在這種情況下，一個(gè)熱交換器安置在流化床的下部，一個(gè)熱交換器安置在流化床的上部。這些熱交換器吸取或釋放著不同量的熱。
在另一實(shí)施方案中，每種情況下在兩個(gè)溫度區(qū)之間安置一個(gè)或多個(gè)隔離板也可以實(shí)現(xiàn)溫度分布。為此，溫度區(qū)是流化床中溫度大致恒定的區(qū)域。合適的隔離板例如是帶孔板或篩板。隔離板位置處，流化床的混合減少，以使在隔離板處上升的氣泡夾帶更少的流化顆粒物質(zhì)，同時(shí)更少的流化顆粒物質(zhì)與通過隔離板的氣泡逆向流動(dòng)進(jìn)入該隔離板上方的流化床區(qū)域。這減少了對(duì)流傳熱，以使在隔離板區(qū)域形成明顯的溫度邊界。使用具有絕熱作用的隔離板，可以進(jìn)一步改善流化床中溫度區(qū)的分離。
在另一實(shí)施方案中，熱交換器安置在本發(fā)明流化床反應(yīng)器的至少一個(gè)溫度區(qū)中，以將流化床分成至少兩個(gè)溫度區(qū)。
在流化床反應(yīng)器的另一實(shí)施方案中，隔離板隔出兩個(gè)溫度區(qū)。隔離板優(yōu)選配置成篩板或帶孔板。
如果使用隔離板，則在優(yōu)選的實(shí)施方案中，它們配置成具有截錐形開孔的帶孔板。此時(shí)，在下側(cè)，即流動(dòng)從這方進(jìn)行的一側(cè)的開孔直徑小于在上側(cè)的開孔直徑。
隔離板的厚度優(yōu)選為0.1-20cm，更優(yōu)選為1-15cm，特別優(yōu)選為3-10cm。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，帶孔板下側(cè)的開孔直徑小于氣泡的平均直徑。下側(cè)的開孔直徑優(yōu)選為0.5-10cm，更優(yōu)選為0.7-8cm，特別優(yōu)選為1-5cm。上側(cè)的開孔直徑優(yōu)選為0.5-30cm，更優(yōu)選為2-20cm，特別優(yōu)選為5-15cm。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，上側(cè)的孔直徑要選擇成使得它大于氣泡的平均直徑。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，開孔的角度，即開孔的側(cè)壁與開孔中心軸之間的角度要選擇成使得它大于氣泡的膨脹角度，以使流化顆粒物質(zhì)可以沿著開孔的側(cè)面與氣體逆向流動(dòng)。為了使得這成為可能，并且為了在開孔的側(cè)面不會(huì)形成固定床，在優(yōu)選的實(shí)施方案中開孔角度同樣大于顆粒物質(zhì)床的放置角度。此處，放置角度是松散床中的顆粒物質(zhì)剛開始滑下處的角度。
開孔角度優(yōu)選為0-60°，更優(yōu)選為10-50°，特別優(yōu)選為20-40°。
在另一實(shí)施方案中，兩個(gè)溫度區(qū)之間的隔離板由絕熱材料制得。在這種情況下，必須要確保制成隔離板的材料在流化床的溫度下穩(wěn)定。因此，在流化床的溫度高于200℃的情況下，適合使用例如陶瓷或破璃。
除了由絕熱材料制成隔離板以外，在另一實(shí)施方案中，隔離板也可以具有絕熱層。為此，隔離板優(yōu)選配置成以氣密和液密的方式與流化床隔離的中空體?？梢岳鐚⒁源朔绞叫纬傻闹锌湛臻g抽空，或使其包含室壓下的空氣。中空空間也可以填充有絕熱材料，例如玻璃纖維或褐塊石棉。隔離板也可以設(shè)置入口和出口，以使熱交換器可以穿過該中空空間。以此方式，隔離板可以另外用作熱交換器。
在催化劑存在下進(jìn)行反應(yīng)的情況下，流化顆粒物質(zhì)包含催化劑。在這種情況下，各個(gè)顆粒物質(zhì)粒子可以由催化劑物質(zhì)組成，或者催化劑物質(zhì)可以存在于其表面上。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，催化劑包含在氧化載體上的金屬組分。金屬組分的例子是釕或銅化合物。作為氧化載體，可以使用氧化鋁，特別是γ-氧化鋁或δ-氧化鋁，氧化鋯或氧化鈦或這些氧化物的混合物。氧化載體優(yōu)選以平均粒徑為30-150μm、更優(yōu)選為40-100μm、特別為50-80μm的粉末形式使用。粒徑＜20μm的細(xì)粒分率優(yōu)選為低于40wt％，更優(yōu)選低于30wt％，特別低于20wt％。
當(dāng)該流化床反應(yīng)器用于氯化氫氧化為氯氣時(shí)，可以使用例如從GB 1,046,313、DE-A 197 48 299或DE-A 197 34 412中已知的釕基催化劑。此外，載體上具有DE-A 102 44 996中描述的金基催化劑也是合適的，該催化劑包含基于催化劑總重量的0.001-30wt％金、0-3wt％一種或多種堿土金屬、0-3wt％一種或多種堿金屬、0-10wt％一種或多種稀土金屬和0-10wt％一種或多種其它選自釕、鈀、鋨、銥、銀、銅和錸的金屬。
優(yōu)選用一定量的氯化釕水合物的水溶液浸漬γ-氧化鋁粉末(對(duì)應(yīng)于載體吸水)，隨后將其在100-200℃下干燥，最后在空氣氛中于400℃下進(jìn)行煅燒，得到催化劑。催化劑的釕含量優(yōu)選為1-5wt％，特別是1.5-3wt％。
當(dāng)使用多個(gè)熱交換器時(shí)，它們中每個(gè)都可以設(shè)有它們自己的入口和出口，并且這些熱交換器可以串聯(lián)或并聯(lián)連接。當(dāng)熱交換器并聯(lián)連接時(shí)，各個(gè)熱交換器優(yōu)選具有不同的換熱面積，以使各個(gè)熱交換器吸取或釋放不同量的熱。當(dāng)熱交換器串聯(lián)連接時(shí)，熱交換器之間優(yōu)選安置泵或節(jié)流閥，以使各個(gè)熱交換器中傳熱介質(zhì)的壓力不同。特別在沸騰或冷凝液體作為傳熱介質(zhì)的情況下，以此方式在熱交換器中得到作為壓力函數(shù)的不同溫度。
為移出流化床的熱，可以使用例如沸水，因?yàn)檫@可以在恒定溫度下吸取大量的熱。當(dāng)所有水都蒸發(fā)后，水溫才會(huì)變化。沸騰溫度取決于壓力。沸水壓力越高，沸騰溫度越高。在流化床中的高溫下，其溫度低于流化床中溫度的鹽熔融物也適合用來移出熱。優(yōu)選使用沸水。
其它可用來將熱引入和引出流化床的傳熱介質(zhì)是例如熱油或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它傳熱介質(zhì)。
以下參照附圖，更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
附圖中

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明配置的流化床反應(yīng)器的示意圖和反應(yīng)器中的溫度分布圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例配置的流化床反應(yīng)器和反應(yīng)器中的溫度分布；圖3示出了配置成具有截錐形開孔的帶孔板的隔離板的俯視圖；圖4示出了通過圖3中隔離板的開孔的截面圖。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明特別優(yōu)選的實(shí)施例配置的流化床反應(yīng)器的示意圖和反應(yīng)器中的溫度分布圖。
流化床反應(yīng)器1包括風(fēng)箱3、氣體分布器4、流化床5、分離區(qū)9和至少一個(gè)固體沉淀器10。將原料氣體送入風(fēng)箱3。氣體引入在此用箭頭2表示。將氣體引入風(fēng)箱3可以如這里所示的從下方或從側(cè)面引入。氣體從風(fēng)箱3流過氣體分布器4，進(jìn)入流化床5。氣體分布器4的作用是使氣體均勻流進(jìn)流化床5，以使氣體和固體在流化床5中實(shí)現(xiàn)好的混合。氣體分布器4可以是帶孔板或其上分布有氣體分布器噴嘴的板。
原料氣體在流化床5中轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。原料氣體例如是用于制備氯氣的氯化氫和氧氣。
在圖1所示的實(shí)施方案中，流化床5分成第一溫度區(qū)6和第二溫度區(qū)8。在這種情況下，在第一溫度區(qū)6中沒有安裝熱交換器，以使當(dāng)放熱反應(yīng)在流化床反應(yīng)器1中進(jìn)行時(shí)，第一溫度區(qū)6中的溫度依賴于反應(yīng)釋放的熱。
由于流化床中顆粒物質(zhì)的混合，從第一溫度區(qū)6的溫度到第二溫度區(qū)8的溫度的這一溫度轉(zhuǎn)變發(fā)生在流化床5的較大區(qū)域中。
通過在第一溫度區(qū)6與第二溫度區(qū)8之間設(shè)置隔離板7(參見圖2)，可以實(shí)現(xiàn)更急劇的溫度轉(zhuǎn)變。隔離板要配置成使得氣泡從第一溫度區(qū)6穿過隔離板的開孔進(jìn)入第二溫度區(qū)8。
為了將第二溫度區(qū)8的溫度設(shè)定為不同于第一溫度區(qū)6的溫度，在第二溫度區(qū)8中安裝熱交換器12。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，氣體分布器4與熱交換器12之間的距離至少為50cm。
將傳熱介質(zhì)經(jīng)傳熱介質(zhì)入口13引入熱交換器12中。傳熱介質(zhì)經(jīng)傳熱介質(zhì)分布器16流進(jìn)熱交換器管17中。熱交換器管17向氣體歧管14打開，而傳熱介質(zhì)經(jīng)氣體歧管14輸?shù)絺鳠峤橘|(zhì)出口15，并由此離開熱交換器12。熱交換器12吸取或釋放的熱量可以根據(jù)熱交換器管17的根數(shù)和傳熱介質(zhì)的質(zhì)量流量來設(shè)定。
當(dāng)將熱經(jīng)熱交換器12從流化床5中移出時(shí)，合適的傳熱介質(zhì)例如是吸熱蒸發(fā)的沸水、熱油，或在流化床5的溫度高的情況下，鹽熔融物。在這種情況下，傳熱介質(zhì)的溫度低于流化床5中的溫度。
流化床5與分離區(qū)9相鄰。在分離區(qū)9中，氣體和固體發(fā)生分離。為了從產(chǎn)物氣體中脫除其夾帶的固體粒子，優(yōu)選在分離區(qū)9的上部區(qū)域安置至少一個(gè)固體沉淀器10。除了圖1所示的實(shí)施例之外，其中在流化床反應(yīng)器1中設(shè)有至少一個(gè)固體沉淀器10，也可以將固體沉淀器10安在流化床反應(yīng)器1的外面。箭頭11表示經(jīng)過固體沉淀器10之后的產(chǎn)物釋放。
合適的固體沉淀器10例如是旋風(fēng)分離器或燭式過濾器。
圖1還示出了流化床反應(yīng)器1的溫度分布。此處，軸18表示沿著流化床反應(yīng)器1的高度，軸19表示溫度。圖中虛線表示第一溫度水平20、第二溫度水平21和第三溫度水平22。第一溫度水平20的溫度低于第二溫度水平21的溫度，而第二溫度水平21的溫度又低于第三溫度水平22的溫度。將原料氣體在進(jìn)料溫度23下送入流化床反應(yīng)器1的風(fēng)箱3中。反應(yīng)在流化床5中開始進(jìn)行。反應(yīng)中釋放熱。因此，在加熱期24，第一溫度區(qū)6的區(qū)域中溫度上升，直至達(dá)到第三溫度水平22。在達(dá)到第三溫度水平22后，由于流化床5中的混合，在第一溫度區(qū)6內(nèi)形成恒定溫度25。
在圖1所示的優(yōu)選方法變化方案中，通過熱交換器12移出熱。為此，在第二溫度區(qū)8中進(jìn)行冷卻。由于流化床5中的充分混合，第二溫度區(qū)8中也主要是基本恒定溫度27。溫度27在第二溫度水平21。但是，溫度在第二溫度區(qū)8的區(qū)域中沿流動(dòng)方向略微下降也是可以的，并且一般是有利的。這特別是在接近流化床5表面的上部中反應(yīng)速率隨轉(zhuǎn)化率升高而急劇下降時(shí)的情況。經(jīng)冷卻期26，從第一溫度區(qū)5中的溫度25轉(zhuǎn)變到第二溫度區(qū)8中的溫度27。
圖2示出了第二實(shí)施例的流化床反應(yīng)器和溫度分布的示意性描繪。
圖2中所示的流化床反應(yīng)器1與圖1中所示實(shí)施例的不同之處在于在第一溫度區(qū)6中安裝有另一熱交換器28。第二熱交換器28的構(gòu)造和操作模式與熱交換器12相對(duì)應(yīng)。將傳熱介質(zhì)經(jīng)傳熱介質(zhì)入口29引入第二熱交換器28中。傳熱介質(zhì)經(jīng)傳熱介質(zhì)分布器30流進(jìn)熱交換器管31中。熱交換器管31向氣體歧管32打開，而傳熱介質(zhì)經(jīng)氣體歧管32輸?shù)絺鳠峤橘|(zhì)出口33，并由此離開第二熱交換器28。
通過熱交換器12和28的不同傳熱面積，可以實(shí)現(xiàn)第一溫度區(qū)6和第二溫度區(qū)8中的不同溫度。因此，例如第二熱交換器28可以具有比第一熱交換器12更少的熱交換器管31。這導(dǎo)致第二熱交換器28的傳熱面積比第一熱交換器12的傳熱面積要小很多。結(jié)果，第二熱交換器28移出的熱可以比第一熱交換器12要少。這導(dǎo)致流化床5的第一溫度區(qū)6具有更高的溫度25。
第二熱交換器28的使用使得加熱期28或冷卻期26的區(qū)域更小。因此，從一個(gè)溫度水平轉(zhuǎn)換到另一溫度水平更快。
第一溫度區(qū)6和第二溫度區(qū)8由隔離板7分開。隔離板7要配置成使得氣泡穿過隔離板7的開孔進(jìn)入第二溫度區(qū)8。隔離板7確保了流化床中僅有小部分顆粒物質(zhì)夾帶在上升的氣體中。這避免了流化床的第一溫度區(qū)6和第二溫度區(qū)8的顆粒物質(zhì)完全混合。因此，隔離板7使得第一溫度區(qū)6和第二溫度區(qū)8之間可以明顯分開。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，隔離板7具有絕熱作用。為此，它由絕熱材料制成或具有絕熱層。
當(dāng)省去第一溫度區(qū)6與第二溫度區(qū)8之間的隔離板7時(shí)，第一溫度區(qū)7與第二溫度區(qū)8之間的轉(zhuǎn)變不會(huì)那么急劇。在這種情況下，第一溫度區(qū)6的溫度25會(huì)緩慢轉(zhuǎn)換到第二溫度區(qū)8的溫度27，這是因?yàn)榈谝粶囟葏^(qū)6與第二溫度區(qū)8之間的流化顆粒物質(zhì)發(fā)生混合。
除了如圖1和2所示的具有兩個(gè)溫度區(qū)6和8的實(shí)施方案之外，也可以將流化床5分成兩個(gè)以上的溫度區(qū)。在這種情況下，例如帶熱交換器的溫度區(qū)可以與沒有帶熱交換器的溫度區(qū)相交替。也可以給每個(gè)溫度區(qū)都設(shè)置熱交換器。隔離板可以安裝在各個(gè)溫度區(qū)之間。如果期望各個(gè)溫度區(qū)的溫度之間轉(zhuǎn)變更慢，則在溫度區(qū)之間不安置隔離板7。
圖3示出了具有截錐形開孔34的隔離板7實(shí)施例的俯視圖。開孔34可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方式設(shè)置。因此，例如開孔34不僅可以如這里所示的沿相互垂直的軸設(shè)置，也可以彼此偏移設(shè)置。
圖4示出了截錐形開孔34的截面。開孔34具有在隔離板7的下側(cè)38的第一開孔直徑35，并且該開孔直徑35小于開孔34在隔離板7的上側(cè)39的第二開孔直徑36。在如這里所示的開孔34具有截錐形的情況下，開孔直徑從隔離板7的下側(cè)34向上側(cè)39均勻增大。開孔34的側(cè)壁40向開孔的軸37傾斜角度41。該角度41優(yōu)選為0-60°，更優(yōu)選為10-50°，特別為20-40°。
第一開孔直徑35要選擇使得它小于流化床5中氣泡的平均氣泡直徑。第一開孔直徑35優(yōu)選為0.5-10cm，更優(yōu)選為0.7-8cm，特別為1-5cm。另一方面，第二開孔直徑36要選擇使得它大于流化床5中氣泡的平均氣泡直徑。第二開孔直徑36優(yōu)選為0.5-30cm，更優(yōu)選為2-20cm，特別為5-15cm。在圖4所示的實(shí)施例中，隔離板7配置成中空體。此時(shí)，分別由隔離板7的上側(cè)39、下側(cè)38和開孔34的側(cè)壁40界定出內(nèi)部空間。由此形成的中空空間43可以例如被抽空，或被填充室壓下的空氣。該中空空間43可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其它絕熱材料。合適材料的例子是玻璃棉或礦棉。
中空空間43的高度由標(biāo)號(hào)42表示。該高度42優(yōu)選為0.1-20cm，更優(yōu)選為1-15cm，特別是3-10cm。隔離板7的壁44的材料優(yōu)選選擇為使得它相對(duì)于原料氣體和產(chǎn)物氣體都化學(xué)穩(wěn)定。壁44的厚度優(yōu)選為1-50mm，更優(yōu)選為2-30mm，特別是5-20mm。
除了如圖4所示的具有絕熱層的變化方案以外，隔離板7也可以整個(gè)都由絕熱材料制成。合適的材料例如是玻璃或陶瓷。
本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的允許氣體和顆粒固體通過的所有板都適合作隔離板7。因此，除了圖3和4中所示的帶孔板以外，其它特別適合的板例如是篩板。
標(biāo)號(hào)列表1 流化床反應(yīng)器2 原料引入3 風(fēng)箱4 氣體分布器5 流化床6 第一溫度區(qū)7 隔離板8 第二溫度區(qū)9 分離區(qū)10 固體沉淀器11 產(chǎn)物釋放12 熱交換器13 傳熱介質(zhì)入口14 氣體歧管
15 傳熱介質(zhì)出口16 傳熱介質(zhì)分布器17 熱交換器管18 高度19 溫度20 第一溫度水平21 第二溫度水平22 第三溫度水平23 加熱期24 第一溫度區(qū)5中的溫度25 冷卻期26 第二溫度區(qū)7中的溫度27 第二熱交換器28 傳熱介質(zhì)入口29 傳熱介質(zhì)分布器30 熱交換器管31 氣體歧管32 傳熱介質(zhì)出口33 開孔34 第一開孔直徑35 第二開孔直徑36 開孔的軸37 下側(cè)38 上側(cè)39 開孔34的側(cè)壁40 開孔角度41 中空空間43的高度42 中空空間
43 壁
權(quán)利要求
1.一種在流化床反應(yīng)器中進(jìn)行放熱化學(xué)平衡反應(yīng)的方法，其中沿著所述流化床反應(yīng)器的流化床中的流動(dòng)方向存在溫度分布，并且最低溫度與最高溫度之間的溫差至少為10K。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中所述流化床內(nèi)的溫度從絕對(duì)溫度最大值沿流動(dòng)方向向所述流化床的表面下降。
3.如權(quán)利要求1或2的方法，其中所述流化床內(nèi)的溫度從所述流化床中的絕對(duì)溫度最大值沿流動(dòng)方向向所述流化床的表面和氣體分布器下降。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，其中所述絕對(duì)溫度最大值處與氣體分布器之間的距離小于所述絕對(duì)溫度最大值處與所述流化床的表面之間的距離。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的方法，其中進(jìn)料到所述流化床反應(yīng)器中的反應(yīng)氣體的溫度低于所述流化床中出現(xiàn)的最低溫度。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的方法，其中所述溫度分布由與所述流化床內(nèi)的至少一個(gè)熱交換器之間的傳熱而形成。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的方法，其中化學(xué)反應(yīng)是由氯化氫和氧氣制備氯氣。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的方法，其中所述流化床包括在氧化載體上含有金屬組分的催化劑。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中所述催化劑包含釕化合物。
10.一種用于在流化床(5)中進(jìn)行如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)方法的流化床反應(yīng)器，反應(yīng)氣體經(jīng)氣體分布器(4)送入流化床(5)中，并且至少一個(gè)熱交換器(12、28)安置在流化床(5)中，以控制流化床(5)中的溫度分布。
11.如權(quán)利要求10的流化床反應(yīng)器，其中氣體分布器(4)與最近的熱交換器(12)之間的距離至少為50cm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在流化床反應(yīng)器中進(jìn)行放熱化學(xué)平衡反應(yīng)的方法，其中沿著流化床反應(yīng)器的流化床中的流動(dòng)方向存在溫度分布，并且最低溫度與最高溫度之間的溫差至少為10K。本發(fā)明還涉及一種用于在流化床(5)中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的流化床反應(yīng)器，其中至少一個(gè)熱交換器(12、28)安置在流化床(5)中，以控制流化床(5)中的溫度分布。
文檔編號(hào)B01J8/24GK1956775SQ200580017015
公開日2007年5月2日 申請日期2005年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月25日
發(fā)明者M·佐恩, E·施特勒費(fèi)爾, O·舒貝特, T·格拉斯勒, M·菲納, M·賽辛, L·塞德曼, C·瓦爾斯多夫 申請人:巴斯福股份公司