Método de oxidación catalítica en fase de vapor que usa un reactor de tipo intercambiador de calor multitubular.

Método de oxidación catalítica en fase de vapor que comprende:

usar un reactor de tipo intercambiador de calor multitubular de lecho fijo que tiene una pluralidad de tubos de reacción (1a, 1b, 1c) y deflectores (6a, 6b, 6c) conectados a los tubos de reacción (1a, 1b, 1c) a través de sitios de conexión para cambiar una ruta del flujo de un medio térmico (Hm) que fluye por el exterior de los tubos de reacción (1a, 1b, 1c); hacer circular el medio térmico a través del exterior de los tubos de reacción (1a, 1b, 1c); alimentar un gas materia prima de reacción (Rg) en el interior de los tubos de reacción (1a, 1b, 1c) empaquetados con un catalizador para obtener un gas producto de reacción,

caracterizado por que el método comprende establecer especificaciones de empaquetado del catalizador en los tubos de reacción (1a, 1b, 1c) de modo que los sitios de temperatura de pico de la capa de catalizador de los tubos de reacción (1a, 1b, 1c) no se localicen en los sitios de conexión entre los deflectores (6a, 6b, 6c) y los tubos de reacción (1a, 1b, 1c)

proporcionando al menos dos capas de catalizador que tienen diferentes especificaciones de empaquetado del catalizador en un tubo de reacción (1a, 1b, 1c), y

en el que el tubo de reacción (1a, 1b, 1c) tiene una pluralidad de zonas de reacción, transfiriéndose longitudinalmente los sitios de temperatura de pico de la capa de catalizador a lo largo del tubo de reacción (1a, 1b, 1c) mediante el cambio de las longitudes de las zonas de reacción.

Método de oxidación catalítica en fase de vapor que usa un reactor de tipo intercambiador de calor multitubular Campo técnico

La presente invención se refiere a un método de oxidación catalítica en fase de vapor que usa un reactor multitubular aplicado a un método de producción de (met)acroleína y/o ácido (met)acrílico por oxidación de propileno, propano, isobutileno, isobutanol o t-butanol con un gas que contiene oxígeno molecular.

Técnica anterior

Un reactor multitubular convencional está equipado con una pluralidad de tubos de reacción que tienen un catalizador empaquetado en los mismos y una pluralidad de deflectores en el interior de una carcasa para alimentar y hacer circular en el interior de la carcasa un fluido para la retirada de calor (denominado en lo sucesivo en el presente documento "medio térmico") introducido en el interior de la carcasa. Un gas materia prima alimentado en el interior de los tubos de reacción reacciona en presencia del catalizador en el interior de los tubos de reacción, generando de ese modo calor de reacción. El calor de reacción se retira mediante un medio térmico que circula en el interior de la carcasa.

Cuando las diferencias de volúmenes internos entre la pluralidad de tubos de reacción equipados en el interior de la carcasa son grandes, las cantidades de catalizador empaquetado en el interior de los tubos de reacción son irregulares y se produce dispersión. Como resultado, un caudal del gas materia prima alimentado o un tiempo de retención difiere entre los tubos de reacción, surgiendo de ese modo un factor que produce una reducción de rendimiento de un producto objetivo y una reducción en la vida del catalizador. Además, se puede formar un sitio localizado de temperatura anormalmente alta (punto caliente) en los tubos de reacción que provoca una reacción fuera de control, causando de ese modo un problema de inhibición de la operación continua.

Además, en un reactor multitubular provisto de deflectores, el medio térmico no fluye nada en la parte donde se fijan entre sí los deflectores y los tubos de reacción cuando los deflectores y los tubos de reacción se fijan mediante soldadura, bridas o similares. También existe un reactor en el que las paredes externas de los tubos de reacción y los deflectores no se fijan, pero la cantidad de medio térmico que fluye a través de este espacio es limitada. Los siguientes problemas surgen en un método de oxidación catalítica en fase de vapor que usa un reactor de tipo intercambiador de calor multitubular de lecho fijo como se ha descrito anteriormente.

Se produce un estado de escasa retirada de calor en los tubos de reacción en una parte en la que el flujo del medio térmico es insuficiente en el interior de la carcasa. Se puede formar una zona localizada de temperatura anormalmente alta (punto caliente) en los tubos de reacción que se encuentran en un estado de escasa retirada de calor, dando como resultado posiblemente una reacción fuera de control. Además, una reacción puede no quedar fuera de control, pero surgen problemas que incluyen facilidad de obstrucción de los tubos de reacción, reducción de rendimiento del producto de reacción gaseoso, deterioro de la vida del catalizador, e inhibición de una operación estable durante un período de tiempo prolongado.

Se han propuesto numerosos métodos de supresión de la formación de puntos calientes para el reactor multitubular que se usa en una reacción de oxidación catalítica en fase de vapor. Por ejemplo, el documento JP 08-092147 A divulga un método para proporcionar una temperatura uniforme del medio térmico: estableciendo un sentido de flujo de un gas reactante guiado hacia un reactor y el del medio térmico del interior de una carcasa a contracorriente; permitiendo que el medio térmico fluya además de forma ascendente y serpenteante usando deflectores; y ajustando las diferencias de temperatura del medio térmico desde el puerto de entrada al reactor al puerto de salida del mismo dentro de 2 a 10 °C o inferior.

El reactor multitubular consiste generalmente en una pluralidad de tubos (haz) dispuestos verticalmente, y de ese modo un flujo de fluido de proceso puede fluir de forma ascendente o descendente permitiendo que el fluido de proceso fluya desde la parte superior o la parte inferior del reactor. También se puede alimentar el medio térmico a la carcasa desde la parte superior o la parte inferior del mismo.

Por lo tanto, el reactor multitubular se clasifica en dos tipos similares a una carcasa general y un intercambiador térmico de tubos: un tipo de corriente coincidente que permite que el fluido del proceso y el medio térmico fluyan en el mismo sentido; y un tipo a contracorriente que permite que el fluido del proceso y el medio térmico fluyan en sentidos opuestos.

Además, el reactor multitubular se puede clasificar en los siguientes tipos considerando los sentidos de los fluidos: 1) un tipo de corriente coincidente de fluido de proceso de flujo descendente/medio térmico de flujo descendente; 2) un tipo de corriente coincidente de fluido de proceso de flujo ascendente/medio térmico de flujo ascendente; 3) un tipo a contracorriente de fluido de proceso de flujo ascendente/medio térmico de flujo descendente; y 4) un tipo a contracorriente de fluido de proceso de flujo ascendente/medio térmico de flujo descendente.

En el documento JP 2000-093784 se propone un método para suprimir la formación de puntos calientes: permitiendo que un gas materia prima y un medio térmico fluya en corriente coincidente descendente; y previniendo un depósito de gas exento de medio térmico. Además, el método permite un intercambio de un catalizador en una proximidad del puerto de entrada de capa de catalizador solo donde se deteriora con mayor facilidad: alimentando el gas materia prima desde un parte superior de un reactor; y permitiendo que el gas materia prima fluya de forma descendente en el interior de la capa de catalizador de los tubos de reacción.

Sin embargo, el medio térmico y el fluido de proceso se mueven en corriente coincidente de acuerdo con el método, y la temperatura del gas en la parte del puerto de salida del reactor aumenta. De ese modo, el método tiene el fallo de que la alta concentración de un producto de (met)acroleína causa fácilmente una reacción de autooxidación (reacción de autolisis).

Además, con respecto al flujo ascendente, en un método que permite que el fluido de proceso y el medio térmico fluyan en corriente coincidente, es decir, en el mismo sentido, la temperatura del medio térmico aumenta con el calor de reacción. De ese modo, la alta temperatura en el puerto de salida del proceso causa la autooxidación en el puerto de salida con mayor facilidad. La reacción de autooxidación da como resultado los problemas de la reacción de combustión del producto, avería del equipo debido al aumento de temperatura y reducción del rendimiento.

Se ha propuesto un método para prevenir la autooxidación con el fin de prevenir el aumento de temperatura, proporcionando una zona de refrigeración o intercambiador de calor corriente abajo de la parte de reacción para disminuir la temperatura del gas. Sin embargo, en corriente coincidente, la temperatura del medio térmico en la proximidad del puerto de salida del reactor y la temperatura del gas de proceso en una parte del puerto de salida son elevadas. De ese modo, la cantidad de retirada de calor aumenta y la parte de refrigeración (zona de refrigeración e intercambiador de calor) aumenta, produciéndose de este modo desventajas desde el punto de vista del coste.

Además, incluso si no se produce una reacción de autooxidación significativa, la reacción de autooxidación está causada por una parte de un producto y surge el problema de la reducción del rendimiento del producto objetivo en su totalidad.

Además, en un reactor de tipo carcasa-tubo en el que circula un medio térmico que es sólido a temperatura normal, existe la necesidad de mantener el medio térmico a la temperatura del punto de solidificación o superior para asegurar la fluidez del mismo para que el medio térmico circule en el interior del reactor.

El documento JP 2001-310123 A divulga un método de puesta en marcha de reactor para un reactor multitubular que tiene tubos de reacción, un puerto de introducción de un fluido que fluye por el exterior de los tubos de reacción y un puerto de descarga del mismo para retirar el calor generado en el interior de los tubos de reacción, caracterizándose el método por incluir: calentamiento de los tubos de reacción por introducción de un gas que tiene una temperatura de 100 a 400 °C en los tubos de reacción; y circulación de un medio térmico calentado a través del exterior de los tubos... [Seguir leyendo]

1. Método de oxidación catalítica en fase de vapor que comprende: usar un reactor de tipo intercambiador de

calor multitubular de lecho fijo que tiene una pluralidad de tubos de reacción (1a, 1b, 1c) y deflectores (6a, 6b, 6c) conectados a los tubos de reacción (1a, 1b, 1c) a través de sitios de conexión para cambiar una ruta del flujo de un medio térmico (Hm) que fluye por el exterior de los tubos de reacción (1a, 1b, 1c); hacer circular el medio térmico a través del exterior de los tubos de reacción (1a, 1b, 1c); alimentar un gas materia prima de reacción (Rg) en el interior de los tubos de reacción (1a, 1b, 1c) empaquetados con un catalizador para obtener un gas producto de reacción,

caracterizado por que el método comprende establecer especificaciones de empaquetado del catalizador en los tubos de reacción (1a, 1b, 1c) de modo que los sitios de temperatura de pico de la capa de catalizador de los tubos de reacción (1a, 1b, 1c) no se localicen en los sitios de conexión entre los deflectores (6a, 6b, 6c) y los tubos de reacción (1a, 1b, 1c)

proporcionando al menos dos capas de catalizador que tienen diferentes especificaciones de empaquetado del catalizador en un tubo de reacción (1a, 1b, 1c), y

en el que el tubo de reacción (1a, 1b, 1c) tiene una pluralidad de zonas de reacción, transfiriéndose longitudinalmente los sitios de temperatura de pico de la capa de catalizador a lo largo del tubo de reacción (1a, 1b, 1c) mediante el cambio de las longitudes de las zonas de reacción.

2. El método de oxidación catalítica en fase de vapor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los puntos para establecer las especificaciones de empaquetado del catalizador comprenden un tipo de catalizador, una cantidad de catalizador, una forma del catalizador, el método para diluir el catalizador y las longitudes de las zonas de reacción.

3. El método de oxidación catalítica en fase de vapor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el método comprende oxidar propano, propileno, y/o isobutileno con oxígeno molecular a través del método de oxidación catalítica en fase de vapor para producir ácido (met)acrílico.