СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ Российский патент 2005 года по МПК C07C51/215 

Данное изобретение относится к способу получения уксусной кислоты окислением этана при высокой селективности и выходе в реакторах с псевдоожиженным слоем катализатора.

Каталитическое окисление в газовой фазе этана до этилена и уксусной кислоты известно давно. На превращение преимущественно влияет выбор реакционных условий, что, в частности, сказывается на селективности реакции. Как правило, уксусная кислота образуется только в виде побочного продукта, основным продуктом является этилен, который при известных условиях далее окисляется до диоксида углерода.

В немецких заявках на патент DE 19630832 А1, DE 19620542 А1, DE 19745902 А1, международных заявках WO 98/47850 и WO 98/47851 описан способ получения уксусной кислоты частичным окислением этана при использовании Mo_aPd_bX_cY_d в качестве катализаторов в неподвижном слое.

Катализатор отличается стабильностью и высокой селективностью при окислении этана до уксусной кислоты. Однако тот факт, что окисление этана до уксусной кислоты является сильно экзотермическим, вызывает трудности в технологическом процессе. В частности, при использовании реакторов более больших размеров с неподвижным слоем катализатора вывод возникающей теплоты реакции может быть только недостаточным. Следствием является повышение температуры в реакторе и вместе с тем падение селективности реакции.

Для избежания данной проблемы реакцию проводят в псевдоожиженном слое катализатора, как, например, описано в патенте США 5300684, причем для вывода тепла охлаждающие трубы встраивают непосредственно в реактор с псевдоожиженным слоем катализатора. Усовершенствованный вариант осуществления данного способа описан в международной заявке WO 00/14047. До сих пор недостатком описанного там способа с использованием псевдоожиженного слоя катализатора является то, что несмотря ни на что окисление этана до уксусной кислоты протекает с более низкой селективностью и более низким выходом в единицу времени к единице объема, чем в реакторах с неподвижным слоем катализатора.

Поэтому задачей настоящего изобретения является разработка способа окисления этана до уксусной кислоты в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора, который может осуществляться с более высокой селективностью и вместе с тем с более высоким выходом, чем до сих пор описанные способы.

В настоящем изобретении неожиданно оказалось, что селективность окисления этана до уксусной кислоты зависит от величины пузырьков газа в псевдоожиженном слое катализатора. В частности, предпочтительная величина пузырьков составляет менее 12 см. Особенно предпочтительны пузырьки с диаметром менее 5 см.

Величину пузырьков можно регулировать распределением газового объемного потока при заданной средней величине частиц используемого катализатора. При этом пузырьки величиной менее 12 см получают только при использовании частиц катализатора со средним диаметром, менее или равным 80 мкм.

Итак, настоящее изобретение относится к способу прямого каталитического окисления этана до уксусной кислоты в псевдоожиженном слое, содержащем до, по меньшей мере, 70% частиц катализатора с диаметром, менее или равным 80 мкм. Предпочтительно псевдоожиженный слой также должен содержать более маленькие частицы величиной от 10 до 60 мкм, причем распределение величины частиц должно быть таким, чтобы 10-60% частиц имели диаметр менее 60 мкм. Наиболее предпочтительным является такое распределение величины частиц, при котором диаметр частиц катализатора находится в области 10-40 мкм. В наиболее предпочтительном варианте осуществления 20-50% частиц катализатора имеют диаметр менее 40 мкм.

Регулируемое число псевдоожиженных слоев (число псевдоожиженных слоев обозначает отношение между установленной скоростью газа и минимальной скоростью псевдоожижения) должно составлять более 1. То есть псевдоожиженный слой должен находиться в жидком состоянии. При давлении 16 бар и температуре 280°С минимальная скорость псевдоожижения составляет 5,85 мм/с при диаметре частиц 80 мкм. Предпочтительно число псевдоожиженных слоев должно находиться между 1 и 12.

В качестве катализатора возможно использование всех катализаторов, известных специалисту в данной области. Предпочтительными являются катализаторы общей формулы (I):

причем X означает один или несколько элементов, которые выбирают из группы хром, марганец, ниобий, бор, тантал, титан, ванадий, теллур, вольфрам и рений, и

Y означает один или несколько элементов, которые выбирают из группы бор, алюминий, галлий, индий, платина, цинк, кадмий, висмут, селен, кобальт, родий, иридий, медь, серебро, золото, железо, рутений, цезий, магний, кальций, стронций, барий, литий, калий, натрий, рубидий, бериллий, ниобий, цирконий, гафний, никель, фосфор, свинец, сурьма, кремний, олово, таллий, и уран.

Индексы а, b, с и d означают отношения грамм-атомов соответствующих элементов, причем в расчете на а=1

b находится между 0,0001 и 0,01, предпочтительно между 0,0001-0,001;

с находится между 0,1 и 1 и

d находится между 0 и 1.

Х и/или Y также могут означать несколько элементов, причем, при необходимости, индексы c и d могут принимать различные значения для различных элементов.

Особенно предпочтительно катализатор содержит, по меньшей мере, один следующий состав в комбинации с кислородом:

Mo_1,0Pd_0,0005V_0,25Nb_0,12

Mo_1,00Pd_0,0005V_0,45Nb_0,03Sb_0,01Ca_0,01

Mo_1,00Pd_0,0005V_0,45Nb_0,03Sb_0,01Ca_0,01K_0,015

Mo_1,00Pd_0,00075V_0,45Nb_0,03Sb_0,01Ca_0,01

Mo_1,00Pd_0,00075V_0,55Nb_0,03Sb_0,01Ca_0,01

Mo_1,00Pd_0,00075V_0,45Nb_0,06Sb_0,01Ca_0,01

Mo_1,00Pd_0,0008V_0,55Nb_0,06Sb_0,01Ca_0,01

Mo_1,00Pd_0,00085V_0,55Nb_0,06Sb_0,01Ca_0,01

Mo_1,00Pd_0,00075V_0,55Nb_0,09Sb_0,01Ca_0,01

Mo_1,00Pd_0,0008V_0,50Nb_0,15Sb_0,01Ca_0,01

Mo_1,00Pd_0,00075V_0,50Nb_0,09Sb_0,01Ca_0,0003

Наряду с реакционными газами этаном и кислородом, реакционная газовая смесь может содержать водяной пар и инертные газы, такие как азот или диоксид углерода. При этом в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора также можно работать с составом реакционного газа выше предела взрываемости. Тем не менее, предпочтительно работать при избытке инертного газа, воды и/или этана. Водяной пар ускоряет окисление этана до уксусной кислоты за счет окисления этана до этилена и вместе с тем способствует повышению селективности уксусной кислоты.

Данный способ предпочтительно проводят при низких температурах. Низкие температуры повышают селективность окислительной реакции в пользу уксусной кислоты. Предпочтительной является область температур от 100 до 500°С при давлении реактора от 1 до 50 бар.

Плотность частиц катализатора находится между 500 и 6000 кг/м³. Для проведения способа используют, например, реактор с псевдоожиженным слоем катализатора, который описан в патенте США 5300684.

Предложенный согласно изобретению способ обладает высокой селективностью, соответственно возможно получение повышенных выходов в единицу времени к единице объема при окислении этана до уксусной кислоты в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора, при умеренных температурах. Кроме того, за счет уменьшения величины пузырьков можно снизить тормозящее обратное перемешивание реагентов в псевдоожиженном слое. Это также приводит к повышенной селективности реакции, вследствие чего возрастает выход уксусной кислоты в единицу времени к единице объема.

В особенном варианте осуществления, в частности, если желательно высокое превращение этана, проведение реакции возможно в многоступенчатом реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора при собственной подаче газа на каждой ступени. Каждая ступень начинается с нового роста пузырьков, так что в среднем возникают более маленькие пузырьки, чем в одноступенчатом псевдоожиженном слое. Получение маленьких пузырьков также возможно за счет встраивания, например, решетки в псевдоожиженный слой катализатора. Для достижения высокого превращения этана при одновременно высокой селективности уксусной кислоты может быть предпочтителен затем выводимый распределенный приток кислорода на отдельных ступенях.

Предпочтительную величину пузырьков в жидком псевдоожиженном слое катализатора и соответствующие реакционные параметры устанавливают из результатов измерения, которые получают при исследованиях каталитического окисления в газовой фазе этана в неподвижном слое катализатора. Установленные таким образом кинетические параметры для основной реакции демонстрируют на Фиг.1а и 1b. Каталитическому окислению в газовой фазе этана способствуют 2 различных каталитических активных участка Z и Х катализатора. Z представляет участок, на котором протекают все стадии окисления, а именно окислительное дегидрирование этана, частичное и полное окисление этилена и уксусной кислоты. Х означает участок катализатора, который будет активен только в присутствии воды. Активированная форма Х (Х-ОНОН) способствует превращению этилена в уксусную кислоту с помощью механизма, подобного Вакер-процессу. Таким образом, образование уксусной кислоты происходит двумя различными реакционными путями - частичным окислением этилена на участке Z (стадия 2 на Фиг.1а) и с помощью механизма, подобного Вакер-процессу, на участке Х (стадия 3 на Фиг.1а). Необходимые кинетические значения для промежуточных продуктов на каталитической поверхности во время стабилизации Z, Z-OH₂, Z-O, Z-CH₂H₄, Х-ОНОН и Х-O устанавливают аналитически и указывают в Таблице X.

Установленные таким образом значения используют для моделирования реактора с псевдоожиженным слоем катализатора согласно модели, состоящей из множества пузырьков (ВАМ) (К.Kato, C.H.Wen, Chem. Eng. Sci. 24, 1351-1368 (1969)).

Данная модель описывает псевдоожиженный слой катализатора в виде двухфазной системы, состоящей из фазы пузырьков с небольшим содержанием катализатора и эмульсионной фазы с большим содержанием катализатора; двухфазную структуру такой реакционной смеси из частиц в текучем псевдоожиженном слое при подаче газа можно проверить невооруженным глазом. Так как эмульсионная фаза содержит большую часть твердого вещества, в ней происходит каталитическая реакция, в то время как в фазе пузырьков не происходит практически никакой реакции вследствие незначительной концентрации каталитического материала. Поэтому данная модель реактора с псевдоожиженным слоем катализатора должна описывать переход реагентов и продуктов между фазой пузырьков и эмульсионной фазой и одновременно учитывать рост пузырьков и растущее удаление от газораспределителя, эффект, хорошо известный в жидких псевдоожиженных слоях. По этой причине псевдоожиженный слой разделяют на сегменты высотой, соответствующей местному диаметру пузырьков. Диаметр пузырьков, скорость пузырьков, распространение слоя и местные объемные фракции фаз рассчитывают согласно Werther (J.Werther, Chem. Eng. Sci. 47 (9-11), 2457-2462 (1992)) и Murray (J.D.Murray, J.Fluid. Mech. 21, 465 (1965)). Для обеих, фазы пузырьков и эмульсионной фазы, каждый сегмент описывают в виде идеального котла с мешалкой. Благодаря хорошему теплоотводу из реакторов с псевдоожиженным слоем катализатора можно примерно регулировать изотермические реакционные условия; поэтому в моделировании реактор рассматривают в качестве изотермического.

Массовое уравнение для обеих фаз задают следующими уравнениями.

Эмульсионная фаза:

Фаза пузырьков:

Решение уравнений возможно для каждого реакционного компонента i и каждого сегмента k, например, с помощью метода Вегштейна. Массопередачу между фазой пузырьков и эмульсионной фазой, выраженную коэффициентом K_BE,i,k, можно количественно определить по корреляции Sit и Grace (S.P., Sit, J.R.Grace, Chem. Eng. Sci. 36, 327-335 (1981)). Минимальную скорость псевдоожиженного слоя определяют, как представляет Wen et al. (С.Y.Wen, Y.H.Yu, AlChE J. 12, 610 (1966)).

С помощью разработанной здесь модели возможно дальнейшее описание прямого каталитического окисления этана до уксусной кислоты в жидком псевдоожиженном слое.

Результаты приводят на Фиг.2-7. На Фигурах и Таблицах τ_м означает модифицированное объем-время, которое получают из отношения массы катализатора и объемного потока при соответствующих реакционных условиях.

На Фиг.2 диаметр пузырьков демонстрируют в виде функции по высоте выше подачи газа для различных диаметров частиц 60 мкм или 80 мкм.

На Фиг.3 демонстрируют кривые селективности превращения и на Фиг.4 - выход уксусной кислоты в зависимости от времени превращения для различных диаметров частиц или пузырьков при следующих реакционных условиях: Т=260°С, Р_полное=16 бар, состав продуктов выделения С₂Н₆:O₂:Н₂О:N₂=40:8:20:32.

На Фиг.5 демонстрируют кривые селективности превращения и на Фиг.6 выход уксусной кислоты в зависимости от времени превращения для многоступенчатых псевдоожиженных слоев (смотри выше); точки указывают состав на выходе каждой стадии (реакционные условия: Т=260°С, Р_полное=16 бар, d_p=60 мкм, состав продуктов выделения С₂Н₆:O₂:Н₂O:N₂=40:8:20:32 (при распределенной подаче кислорода на первой ступени: 40:1,6:20:32)).

На Фиг.7 демонстрируют кривые селективности превращения и на Фиг.8 - выход уксусной кислоты в зависимости от времени превращения для неподвижного слоя, одноступенчатого псевдоожиженного слоя и 5-ступенчатого псевдоожиженного слоя при распределенной подаче кислорода; точки указывают состав на выходе каждой ступени (реакционные условия: Т=260°С, Р_полное=16 бар, d_p=60 мкм, состав продуктов выделения С₂Н₆:O₂:Н₂O:N₂=40:16:20:32 (при распределенной подаче кислорода на первой ступени: 40:3,2:20:32)).

Примеры

Предложенные расчеты проводят при предположении, что диаметр реактора D_i равен 4 м, величина частиц 60 мкм или 80 мкм (согласно классификации A Geldart), плотность частиц 3100 кг/м³ и порозность псевдоожиженного слоя в реакторе 0,5 при минимальной скорости псевдоожижения. Соответствующая минимальная скорость псевдоожижения составляет 3,3 м/с (при 60 мкм) или 5,85 м/с (при 80 мкм). Для достижения при моделировании сравниваемых гидродинамических условий в реакторе число псевдоожиженных слоев u/u_mf=8,0 в реакторе сохраняют постоянным для всех условий моделирования (различная температура, различный состав вводимого газового потока), в то время как скорость газа у впускного отверстия реактора устанавливают между 4,67 м³/с и 5,40 м³/с. В качестве газораспределителя применяют сопловый пластинчатый распределитель с 800 отверстиями на один м².

Для расчета многоступенчатого реактора с псевдоожиженным слоем катализатора без распределенной подачи кислорода каждую ступень моделируют в виде отдельного реактора с псевдоожиженным слоем катализатора с собственным газораспределителем. При применении многоступенчатого псевдоожиженного слоя с распределенной подачей кислорода к газовому потоку перед каждой ступенью добавляют равный поток кислорода. Вследствие этого объемный поток растет от стадии к стадии, так что число псевдоожиженных слоев повышается незначительно с 7,5 на 8,5. Объемный поток выбирают таким образом, чтобы число псевдоожиженных слоев на средней ступени псевдоожиженного слоя составляло u/u_mf=8.

На Фигурах результаты моделирования указывают в виде сравнения с идеальным изотермическим реактором с неподвижным слоем катализатора при одинаковых условиях (сокращенно: PLF). Модифицированное время превращения τ_мод, указанное на Фигурах и в дополнении, определяется как масса катализатора, деленная на объемный поток у входа реактора при указанных реакционных условиях.

Пример 1

Влияние величины частиц

Расчеты моделирования проводят для двух различных диаметров частиц 60 мкм и 80 мкм. При величине частиц 60 мкм образуются более маленькие пузырьки диаметром максимально 4 см, в то время как при величине частиц 80 мкм образуются пузырьки диаметром до 12 см.

На Фиг.3 и 4 демонстрируют влияние лучшей массопередачи и более низкого обратного перемешивания при применении маленьких пузырьков на селективность и выход уксусной кислоты. Дополнительно на Фиг.3 и 4 демонстрируют выход, полученный при диаметре пузырьков d_B=1 см, подобный выходу в реакторе с неподвижным слоем катализатора.

Далее результаты показывают, что при равном превращении пузырьков с уменьшенной величиной повышается селективность уксусной кислоты.

При уменьшении диаметра частиц, кроме того, повышается выход уксусной кислоты Y_HOас и также выход пространство-время (Фиг.4).

Данный пример показывает, что при максимальной величине пузырьков d_B=1 см в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора и в реакторе с неподвижным слоем катализатора получают почти одинаковые результаты или селективность уксусной кислоты и выход пространство-время, так как при такой величине пузырьков практически не происходит замедления массопередачи между фазой пузырьков и эмульсионной фазой и дополнительно уменьшается обратное перемешивание.

Таким образом, может показаться, что низкую селективность и выход пространство-время, по крайней мере, частично нужно приписать нежелательному обратному перемешиванию в псевдоожиженном слое и медленной массопередаче между фазой пузырьков и эмульсионной фазой, которые приводят к тому, что кислород из пузырьков только медленно попадает в эмульсионную фазу. Высокая концентрация кислорода в пузырьках дополнительно приводит к усиленному образованию диоксида углерода посредством неселективного следующего окисления уксусной кислоты, и вместе с тем к уменьшению селективности уксусной кислоты.

Пример 2

Многоступенчатый реактор с псевдоожиженным слоем катализатора

Применение многоступенчатого реактора с псевдоожиженным слоем катализатора является дополнительной возможностью сокращения нежелательного обратного перемешивания в псевдоожиженном слое (наряду с уменьшением величины частиц). Благодаря применению газораспределитя в начале каждой ступени пузырьки является меньше усредненными в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора, чем в одноступенчатом псевдоожиженном слое катализатора, так как на каждой ступени снова начинается рост пузырьков.

На Фиг.5 и 6 представляют результаты для различных многоступенчатых реакторов с псевдоожиженным слоем катализатора:

- “3 St” - 3-ступенчатый реактор с псевдоожиженным слоем катализатора, где 20 т катализатора / ступень, высота текучего слоя на ступень 1,04 м;

- “5 St” - 5-ступенчатый реактор с псевдоожиженным слоем катализатора, где 10 т катализатора / ступень, высота текучего слоя на ступень 0,53 м;

- “5 St, vert.” - 5-ступенчатый реактор с псевдоожиженным слоем катализатора при распределенной подаче кислорода и 15 т катализатора / ступень, высота текучего слоя на ступень 0,78 м.

Для сравнения на Фиг.5 и 6 также представляют результаты для одноступенчатого реактора с псевдоожиженным слоем катализатора (ВАМ) и идеального реактора с неподвижным слоем катализатора (PLF).

При незначительных превращениях этана в 5-ступенчатом псевдоожиженном слое катализатора с распределенной подачей кислорода этилен образуется при более высокой селективности, чем в других реакторах с псевдоожиженным слоем катализатора. Этому способствует незначительная концентрация кислорода. При большом превращении этана, напротив, различия в селективностях между различными реакторами с псевдоожиженным слоем катализатора незначительны (<2%). Более высокую (после реактора с неподвижным слоем катализатора) селективность уксусной кислоты S_HOас=72,2% получают в 5-ступенчатом реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора при распределенной подаче кислорода (при Х_C2Н6=8,6%). При равном превращении этана селективность в реакторе с неподвижным слоем катализатора составляет S_HOас=77,5%.

Результаты на Фиг.5 показывают, что применение многоступенчатого псевдоожиженного слоя может значительно повысить выход пространство-время относительно одноступенчатого псевдоожиженного слоя. Напротив, распределенная подача кислорода приводит к сокращению выхода пространство-время, так как благодаря более низкому парциальному давлению кислорода реакционная скорость снижена по сравнению с другими реакторами.

Моделирование 5-ступенчатого реактора с псевдоожиженным слоем катализатора при распределенной подаче кислорода повторяют при высокой концентрации кислорода, которая способствует более высокому превращению этана и вместе с тем более высокому выходу уксусной кислоты.

На основе более высокого парциального давления кислорода повышается реакционная скорость. Как указано выше, масса катализатора оставляет 15 т/ступень. На Фиг.7 и 8 демонстрируют результаты моделирования.

По сравнению с результатами, где концентрация кислорода низкая (Фиг.5 и 6), кривые селективности превращения на Фиг.7 и 8 демонстрируют более четкие различия между 1-ступенчатым и 5-ступенчатым реактором с псевдоожиженным слоем катализатора. Благодаря распределенной подаче кислорода при равном превращении этана получают четко более высокую селективность уксусной кислоты по сравнению с одноступенчатым реактором с псевдоожиженным слоем катализатора (при Х_C2H6=16%: S_HOac,1-st=65,4% или S_HOac,5-st=69,7%). Потеря селективности в псевдоожиженном слое по сравнению с неподвижным слоем относительно низкая (S_HOac,plf=73,6%). Как указано выше, выход пространство-время при распределенной подаче кислорода сокращен по сравнению с реактором с неподвижным слоем катализатора; тем не менее, он находится на уровне одноступенчатого реактора с псевдоожиженным слоем катализатора.

В следующих таблицах приводят данные для всех Фигур.

Таблица 1
Данные превращения и селективности от влияния величины пузырьков или диаметра частиц (Фиг.3 и Фиг.4)τ_м/кг·с·м^-3Х_C2Н6/%Х_О2/%S_C2H4/%S_HOac/%S_CО2/%диаметр частиц 60 мкм75401,1911,190,2880,3319,39150802,2221,290,2278,8020,99301593,8837,990,3076,6723,03603185,9258,881,1773,7925,04904777,1371,351,7772,2825,941507958,5185,522,4770,7826,752261939,3193,752,9169,9627,133015919,6697,303,1169,6127,27диаметр частиц 80 мкм42500,696,440,3881,2518,3784991,3112,430,2780,0019,74169982,3622,780,2577,9721,78339963,6535,941,0174,8924,10509954,3743,481,5073,2825,22849915,2953,101,9871,6926,331274876,0661,142,3070,6627,041699826,6467,002,5270,0227,462549737,5076,112,8169,2427,95лимитированный диаметр пузырьков, d_B=1 см42500,726,590,6981,9917,3284991,4113,060,4681,7517,79169982,7325,550,2781,1218,60339965,1148,460,1979,8020,01509957,0767,910,2678,5521,19849919,4091,071,7275,5522,7412748710,1698,612,5774,1023,33Для сравнения: идеальный изотермический реактор с неподвижным слоем катализатора17000,282,482,5281,2116,2742500,726,540,9882,4816,5484991,4212,980,5182,5316,96169982,7825,740,2781,9317,79339965,2349,220,1880,5219,30509957,2469,060,2679,1920,55679938,7584,070,9377,5221,55849919,6392,701,8275,9722,2212748710,2899,182,5874,6522,76

Таблица 1А
Многоступенчатые реакторы с псевдоожиженным слоем катализатора без боковых потоков (весь кислород подают на первой ступени) (Фиг.5 и Фиг.6) τ_м/кг·с·м^-3Х_C2Н6/%Х_О2/%S_C2H4/%S_HОас/%S_CО2/%3-ступенчатый реактор с псевдоожиженным слоем катализатораСтупень 1603185,9158,881,1773,7925,04Ступень 21206368,5585,612,0971,8626,06Ступень 31809549,4995,222,7170,8226,485-ступенчатый реактор с псевдоожиженным слоем катализатораСтупень 1301593,8837,980,3076,6723,03Ступень 2603186,5665,110,8874,9024,22Ступень 3904778,2381,651,5973,4224,99Ступень 41206369,1490,642,2072,3625,44Ступень 51507959,6295,302,5771,7325,69

Таблица 2
Многоступенчатый реактор с псевдоожиженным слоем катализатора (превращение кислорода Х_О2 рассчитывают на ступень) (Фиг.5 и Фиг.6) τм/кг·с·м^-3Х_C2Н6/%Х_O2/%S_C2H4/%S_HОас/%S_CO2/%низкая концентрация кислородаСтупень 1452391,3359,3813,4966,4520,06Ступень 2904773,0257,957,9070,6421,45Ступень 31357164,8857,395,1372,1622,71Ступень 41809546,7357,063,6272,4823,90Ступень 52261938,6256,812,7372,2225,05повышенная концентрация кислородаСтупень 1452392,4758,475,9972,7721,24Ступень 2904775,6756,382,6673,9823,36Ступень 31357169,1055,101,4273,0925,49Ступень 418095412,5654,200,8771,5127,62Ступень 522619315,9653,490,6069,6929,72

Таблица 3
Данные превращения и селективности при повышенном содержании кислорода; для сравнения с 5-ступенчатым реактором с псевдоожиженным слоем катализатора при распределенной подаче кислорода здесь представляют реактор с неподвижным слоем катализатора и одноступенчатый реактор с псевдоожиженным слоем катализатора.(Фиг.7 и Фиг.8)τм/кг·с·м^-3Х_C2Н6/%Х_O2/%S_C2H4/%S_HOac/%S_CO2/%одноступенчатый реактор с псевдоожиженным слоем катализатора70581,527,250,1679,3320,51141152,9014,180,1177,1522,74282315,3326,910,0874,0025,92423467,3738,020,0771,8228,11564619,0947,560,0770,2929,648469211,7162,350,1668,3531,4914115414,8580,110,6366,1733,1921173016,7790,971,0964,8934,0228230717,6495,911,3564,2934,36идеальный изотермический реактор с неподвижным слоем катализатора28230,612,770,9582,5616,4870581,587,270,3782,5617,07141153,1014,430,1981,8118,00282316,0428,640,1080,1019,805646111,1854,780,0676,9423,018469215,2276,560,0674,3625,5811292318,0092,000,3272,2827,3914115419,1198,180,9570,8628,19

Изобретение относится к технологии получения уксусной кислоты окислением этана. Способ заключается в окислении этана молекулярным кислородом в реакторе с псевдоожиженным слоем из частиц катализатора, для которого, по меньшей мере, 70% используемых частиц имеют диаметр, меньше или равный 80 мкм, и плотность используемых частиц катализатора находится между 500 кг/м³ и 6000 кг/м³. Число псевдоожиженных слоев катализатора больше или равно 1. Газовый поток подают таким образом, чтобы диаметр пузырьков используемой смеси реакционного газа в реакторе составляет менее 12 см. Предпочтительно способ осуществляют при температуре между 100 и 500°С, при давлении в области от 1 до 50 бар. В реакционную смесь кроме этана и молекулярного кислорода может быть добавлен инертный газ, диоксид углерода и/или водяной пар. Реактор может состоять из нескольких реакционных ступеней или реакционных зон. Технический результат - усовершенствование технологии высоко экзотермического процесса окисления с применением реактора с псевдоожиженным слоем катализатора при достижении высоких показателей по выходу конечного продукта. 12 з.п. ф-лы, 3 табл., 9 ил.

1. Способ получения уксусной кислоты окислением этана молекулярным кислородом в псевдоожиженном слое из частиц катализатора, отличающийся тем, что диаметр, по меньшей мере, 70% используемых частиц катализатора меньше или равен 80 мкм, плотность используемых частиц катализатора в реакторе с псевдоожиженным слоем находится между 500 и 6000 кг/м³, и число псевдоожиженных слоев катализатора больше или равно 1, причем объемный газовый поток выбирают таким образом, чтобы диаметр пузырьков используемой смеси реакционного газа в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора составлял менее 12 см.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что объемный газовый поток регулируют таким образом, чтобы диаметр пузырьков вводимой смеси реакционного газа составлял менее 5 см.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что диаметр от 10 до 60% частиц катализатора меньше 60 мкм.4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что от 20 до 50% частиц имеют диаметр меньше 40 мкм.5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что диаметр частиц катализатора находится в пределах от 10 до 40 мкм.6. Способ по одному из вышеуказанных пунктов, отличающийся тем, что число псевдоожиженных слоев находится между 1 и 10.7. Способ по одному из вышеуказанных пунктов, отличающийся тем, что используют катализатор общей формулы (I)

причем X означает один или несколько элементов, которые выбирают из группы хром, марганец, ниобий, бор, тантал, титан, ванадий, теллур, рений, и вольфрам,

Y означает один или несколько элементов, которые выбирают из группы бор, алюминий, галлий, индий, платина, цинк, кадмий, висмут, селен, кобальт, родий, иридий, медь, серебро, золото, железо, рутений, цезий, магний, кальций, стронций, барий, литий, калий, натрий, рубидий, бериллий, ниобий, цирконий, гафний, никель, фосфор, свинец, сурьма, кремний, олово, таллий, и уран, и индексы а, b, с и d означают отношения грамм-атомов соответствующих элементов, причем в расчете на а=1, b находится между 0,0001 и 0,01, с находится между 0,1 и 1 и d находится между 0 и 1, причем Х и/или Y могут означать несколько элементов.