优化邻苯二甲酸酐催化剂的活性材料负载的方法
【专利摘要】本发明涉及一种提供反应器系统的方法，所述反应器系统用于通过在由含钒活性材料制成的至少一种催化剂上芳烃的气相氧化来制备邻苯二甲酸酐，其中活性材料负载借助于模型被优化。
【专利说明】优化邻苯二甲酸酐催化剂的活性材料负载的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种提供反应器系统的方法，该反应器系统用于通过在由含钒活性材料制成的至少一种催化剂上气相氧化芳烃来制备邻苯二甲酸酐。
【背景技术】
[0002]通过邻二甲苯和/或萘的催化气相氧化进行邻苯二甲酸酐的工业级生产。为此目的，在反应器中提供适于该反应的催化剂，一般为含钒触点，并且使反应气在催化剂上方通过。优选地，将所谓的多管式反应器用作反应器，其中平行布置大量管，冷却剂围绕管流动。一般来说，将盐熔体用作冷却剂，例如NaNO2和KNO3的共晶混合物。
[0003]将催化剂以催化剂体形式装入管中。在最简单情况下，使用均质填料床。随后使含有含氧气体(通常为空气)和待氧化的烃(通常为邻二甲苯或萘)的混合物的反应气在填料床上方通过。
[0004]烃的氧化放热强烈，结果是特别在反应器入口的区域中，观察到强热生成。为了实现反应器的高生产率，使用结构化催化剂填料床作为一个过渡，其中不同活性的催化剂层在管中在另一层上排列成一层。
[0005]目前，通常使用3层催化剂填料床，其中在反应器入口边上，排列具有相对低活性的催化剂层，其后紧跟具有逐步增加活性的催化剂层。因此将具有最高活性的催化剂层布置在反应器出口侧。这种体系例如从EPl 082 317BUEP1 084115B1或W02004/103944(Al)已知。
[0006]最近，使用具有四层或更多层的催化剂体系作为一个过渡，其中首先将较高活性催化剂的相对薄层布置在反应器入口侧。将较低活性层附着到该较高活性层，该较低活性层随后为催化剂活性进一步增加的其它层。这种催化剂体系例如在W02007/134849A1或W02011/032658 中已知。
[0007]在邻二甲苯或萘的氧化期间，除了有价值产物邻苯二甲酸酐之外，也形成了一系列不需要的次级产物如一氧化碳、二氧化碳、苯甲酸、马来酸酐或柠康酸酐。此外，有价值产物还可能被由于离析物的不完全转化而形成的化合物所污染。这种中间产物的实例为邻甲苯甲醛和苯酞。所需的是对邻苯二甲酸酐氧化的选择性尽可能的高，并且最终产物中次级产物或中间产物的比例可能最小，同时起始产物具有高转化率。
[0008]目前，实现了高达81摩尔％的邻苯二甲酸酐的摩尔选择性。为了进一步增加邻二甲苯或萘氧化成邻苯二甲酸酐的选择性，可以改变催化剂体系的不同参数。因此，催化剂的组成可以改变，或者催化剂填料床的性质也可以改变。对于这一点，例如，可以改变个别催化剂层的排列和长度。
[0009]然而，催化剂或催化剂填料床的经验性改进涉及极高的实验费用。这对于其中体系的个别层必须优化并彼此匹配的多层体系尤其正确。即便花费大量时间，可能仅获得个别参数对整个体系影响的十分粗略描绘。
【发明内容】
[0010]因此，本发明的目的为提供一种提供反应器系统的方法，该反应器系统用于通过在至少一种含钒活性材料上气相氧化芳烃来制备邻苯二甲酸酐，该方法实施起来很简单并且使得快速优化这种反应器系统成为可能。
[0011]这一目的用具有权利要求1的特征的方法来实现。该方法的优选的实施例为从属权利要求的主题。
[0012]在根据本发明的方法中，使用一种模型，其使得可能得出关于催化剂相的层Lm的活性材料负载Mm，n或层Lm中催化剂Am，n提供的活性材料负载Mm，n的改变对性能参数的影响的结论，例如，根据催化剂和气相的热平衡、在对于气相和催化剂相的各种情况下达到的物料平衡以及考虑到催化剂体中的物料传输和用于通过芳烃的气相氧化制备邻苯二甲酸酐的反应动力学，在邻苯二甲酸酐方面的反应选择性。用该模型，催化剂层Lm的活性材料负载Mm，n可以系统性变化并且系统性记录对一个性能参数的影响。以此方式，催化剂相的层Lffl的活性材料负载Mm，n或由层Lm中催化剂Am，n提供的活性材料负载Mm，n可以关于性能参数被优化。可以随后在反应器中提供用该模型确定的催化剂相，因此优化的反应器系统是可用的，该优化的反应器系统例如具有在邻苯二甲酸酐方面改进的选择性。
[0013]本发明因此针对于一种提供反应器系统的方法，该反应器系统用于通过在至少一种催化剂Am，n上气相氧化芳烃制备邻苯二甲酸酐，反应器系统包含含有含钒活性材料的催化剂体，其中:
[0014]-提供了多管式反应器，
[0015]-具有数量为b的管,该管具有
[0016]-直径D，以及
[0017]-管长度L;
[0018]其中管具有特定管壁厚度的管壁，冷却剂围绕管壁流动，冷却剂具有平均冷却剂温度Tk ；
[0019]-在管中提供包含至少一个层Lni的催化剂相，其中层Lni包含催化剂Απ，η，其中m假设为I和最大层数之间的整数值并且η为代表特定催化剂的从I至η的下标，并且由催化剂Am，n在层Lm中提供活性材料负载Mm，n ;和
[0020]-形成气相并且含有至少一种反应组分的反应气通过管；
[0021]-为用于多管式反应器的管中的气相和催化剂相的多管式反应器，提供一种模型，该模型描述了
[0022]-热平衡，和，
[0023]-在对于气相和催化剂相的各种情况下，物料平衡，以及
[0024]-在催化剂体中的物料传输，和
[0025]-用于通过芳烃的气相氧化制备邻苯二甲酸酐的反应动力学；
[0026]-通过设定至少以下内容建立多管式反应器的操作条件
[0027]-每管的反应气特定通过量；
[0028]-反应气中至少一种反 应组分的特定浓度和
[0029]-所述冷却剂的特定平均冷却剂温度Tk；
[0030]-确定性能特征，其可以假设为值Wn；[0031]-用所述模型，通过以下确定差值Λ
[0032]a)对极限差值Λ G分配一值；
[0033]b)在具有第一催化剂Anu的层Lm中提供第一活性材料负载Mnu并且，在多管式反应器的操作条件下，确定性能特征的第一值W1 ；
[0034]c)通过在层Lm中经由第二催化剂Am，2提供第二活性活性材料负载Mm，2，改变层Lm的活性材料负载；
[0035]d)在多管式反应器的操作条件下用针对第二催化剂Am,2的模型确定性能特征的
第二值W2 ；
[0036]e)比较第一值W1和第二值W2并且确定差值Δ ；
[0037]和用催化剂Am，n重复步骤b至e直至差值Λ落在低于极限差值Ae的量内；
[0038]-提供由极限差值ΛG确定的催化剂Am，e，和
[0039]-在反应器的管中，提供由催化剂Am，e形成的催化剂相的至少一个层Lm。
【具体实施方式】
[0040]在根据本发明的方法中，首先提供多管式反应器。可以使用诸如用于制备邻苯二甲酸酐的已知的常规多管 式反应器。这种多管式反应器包含例如多至20，000根管，这些管彼此平行排列在冷却剂空间中，冷却剂可以通过所述管流动。也有可能进行用于包含仅单一管的反应器的方法。对于工业级应用，管的数量b选择为多至50，000，根据一【具体实施方式】多至15，000。根据一【具体实施方式】，管的数量选择大于1，000。
[0041]管具有直径D，其中此处指的是管的内径。优选地，管的直径D选择为在10至50mm的范围内，更优选为20至40mm。管具有同样选择在常规范围内的管长度L。该管长度对应于用催化剂相填充的管的长度。当确定管长度L时，不考虑由用于设定压力、用于预热反应气或用于设定填充水平的惰性材料填充的、或者空的管的部分。如果在一个反应器中排列若干管，则在各种情况下使用管直径和管长度的算术平均值。管长度L优选地选择在I至IOm的范围内，更优选地在2至5m的范围内。
[0042]通常，管的参数数量b、管的直径D和管长度L由将用催化剂Am，n，例如作为废催化剂的替代物，填充的已存在的反应器预先确定。
[0043]在冷却剂空间内管以常规的距离一个接一个排列。两个管之间的水平距离可以例如为I至5cm，根据一【具体实施方式】为2至4cm。可以在冷却剂空间内提供常规内部装置，例如转向板，以便保证冷却剂的有效充分混合并因此保证有效的热耗散。
[0044]该管具有管壁，所述管壁将催化剂填料床、或者在本发明的含义内的催化剂相与包围该管的冷却剂隔开，并经由该管发生热传输以便除去在芳烃的氧化期间形成的热。管由常规材料如钢制得，并具有特定管壁厚度，所述管壁厚度选择在常规用于这种管的壁厚度范围内，例如I至5mm。经由该管的壁，排列在该管内部的催化剂相或气相与围绕该管流动的冷却剂之间可能热交换。使用常规冷却剂作为冷却剂，例如盐熔体，例如介绍中已提及的NaNO2和KNO3的共晶体。冷却剂具有平均冷却剂温度Τκ。在根据本发明的方法中，也使用冷却剂的空间解析温度线图本身。然而，这将显著增加进行该方法的费用。将代表冷却剂温度的温度用作平均冷却剂温度Τκ。其可以通过由适当排列在反应器的冷却剂空间内的一个或多个测量点计算平均值来确定。例如可以通过测量反应器的冷却剂空间内冷却剂供应和冷却剂移除时冷却剂的温度，并由此计算算术平均数，确定平均冷却剂温度τκ。然而，也有可能在反应器中提供若干测量点，按顺序在所述测量点测量冷却剂的温度，随后例如由这些值计算算术平均数。
[0045]随后在管中提供催化剂相。由催化剂Am，n的至少一个层LmB成催化剂相。层1^具有由催化剂Am，n提供的活性材料负载Mm，n。
[0046]在最简单情况下，催化剂相由催化剂\n的单一层L1形成。
[0047]根据一【具体实施方式】，催化剂相包含催化剂Am，n的至少两个层Lm。然而，催化剂相优选由若干个层Lm、优选至少三个层Lm形成，根据另一【具体实施方式】，由至少四个层LmB成。根据一【具体实施方式】，催化剂相包含少于六个层Lm,根据另一【具体实施方式】,少于五个
[0048]根据一【具体实施方式】，催化剂相确切地由三个层Lm形成，根据另一【具体实施方式】，确切地由四个层1^形成。下标m相应地假设为I和层的最大数量之间的整数值。如果催化剂相包含三层，则下标m可以相应地设为值1、2和3，其中各值表示催化剂相内的一层。如果催化剂相包含四层，下标m可以相应地设为值1、2、3和4。催化剂Am，n的性质优选在一层内是均质的，即，催化剂Am，n具有例如均质填料床以及恒定组成，结果是在一个层Lm内，催化剂Am;n提供在常规技 术波动内的均质活性。
[0049]各层Lm，n在各种情况下由催化剂Am，n形成，其中m可以假设为上文定义的值并且η代表下标，其可假设为I至η的值并在各种情况下表示排列在层Lm中的特定催化剂。通过催化剂Am，n在层中提供活性材料负载Mm，n。
[0050]催化剂Am，n包含含有含钒活性材料的催化剂体。根据一【具体实施方式】，通过催化剂体的填料床形成催化剂Am，n。在管内管的纵向上具有特定延伸的催化剂体的填料床形成本发明含义内的层Lm。至少一个层Lm,根据一【具体实施方式】,若干个层Lm随后形成本发明含义内的催化剂相。
[0051]在催化剂相包含若干个层Lm的情况下，层Lm在由催化剂Am，n提供的它们的活性材料负载Mm，n方面不同。所谓层Lm的活性材料负载Mm，n意思是由催化剂Am，n在层Lm内部提供的活性材料的量。
[0052]层Lm的活性材料负载Mm，n可以通过改变由催化剂Am，n提供的活性材料的量来修改。这可以通过例如用不同量的惰性材料稀释所述催化剂来实现。
[0053]所谓催化剂Am,n的活性意思是在预定反应条件(温度，压力，浓度，停留时间)下，在定义体积(=控制体积)内，例如在定义长度和内径(例如25_内径，Im长度)的反应管内，催化剂Am，n转化反应物的能力。因此，在各种情况下，如果一催化剂在预定体积中和在相同反应条件下实现反应物的更高转化率，则一催化剂具有比另一催化剂更高的活性。在邻二甲苯或萘作为反应物的情况下，因此使用邻二甲苯或萘转化为氧化产物的水平来测量催化剂活性。
[0054]在纵向上测量，即气相的流动方向上，层Lm可具有相同或者以及不同的长度。
[0055]根据方法的【具体实施方式】，特定催化剂层Lm的长度为恒定并因此在进行根据本发明的方法时不改变。
[0056]根据一【具体实施方式】，催化剂相具有至少两个层Lm，根据一【具体实施方式】至少三个层Lm，并且根据另一【具体实施方式】，至少四个层Lm。用根据本发明的方法确定个别层Lm的活性材料负载Mm，n或由催化剂Am，n提供的活性材料负载Mm，n。
[0057]原则上，催化剂的填料床也将是可能的，其中催化剂相的活性在沿反应器轴的纵向上连续改变。
[0058]随后使形成气相的含有至少一种反应组分的反应气通过所述管。所谓反应组分首先是指在烃的氧化期间出现即形成或消耗的任何化合物，例如邻二甲苯或萘。
[0059]反应组分可以为起始原料，例如邻二甲苯或萘或氧，中间产物，次级产物或最终产物。
[0060]所谓中间产物是指一种化合物，其由起始原料或者其它中间产物形成，并且随后转化，可选地经由其它中间产物被转化为最终产物。中间产物例如为邻甲苯基醛或苯酞。
[0061]所谓次级产物是指一种化合物，其由起始原料或者中间产物形成，然而，其随后进一步转化，可选地经由其它中间产物或次级产物而未被转化为最终产物。次级产物通常含有比最终产物少的碳原子。次级产物的实例为马来酸酐、二氧化碳或一氧化碳。
[0062]最终产物对应于邻苯二甲酸酐。
[0063]此外，为用于多管式反应器的管中的气相和催化剂相的多管式反应器，提供一种模型，该模型描述
[0064]_热平衡和，
[0065]-在对于气相和催化剂相的各种情况下，物料平衡，以及
[0066]-在催化剂体中的物料传输，和
[0067]-用于通过芳烃的气相氧化来制备邻苯二甲酸酐的反应动力学。
[0068]可以借助于在参考反应器上进行的测量制备该模型，并且最终替代在不同于参考反应器的反应器系统上进行测量。该模型因此替代在背离参考反应器的反应器系统上对温度和材料组成的空间解析测量。根据本发明，这是可能的，因为除了热和物料平衡之外，考虑催化剂体中的物料传输以及反应动力学。
[0069]在参考反应器中空间解析地测量反应组分的温度和浓度。测量温度使得可能达到参考反应器的特定状态的热平衡。测量浓度使得可能达到该状态的物料平衡以及该状态的反应动力学。在热平衡和物料平衡中采用反应动力学的参数。
[0070]根据一【具体实施方式】，对于该模型，仅考虑由芳烃形成的反应组分的浓度，而不考虑氧的浓度。根据另一【具体实施方式】，除反应中涉及的反应组分的浓度之外，对所有部分反应仅考虑在反应器入口处加入反应气的芳烃，例如邻二甲苯。
[0071]从参考反应器的数据设定开始，有可能用模型得出关于反应组分的温度和浓度的空间解析测量的结论，因此最终替代这些测量。在与参考反应器相同或不同的反应器中，也有可能用该模型替代在反应器改变的操作条件下实现的温度和浓度的空间解析测量。
[0072]从在参考反应器上测量的数据开始，可以用该模型得出关于至少一种参数不同于参考反应器的反应器系统的状态的结论。在根据本发明的方法中，待优化的催化剂参数是由层Lm中的催化剂Am，n提供的活性材料负载Mm，n。由于活性材料负载Mm，n的改变，产生了反应组分的转化率的改变。转化率的这一改变导致物料和热平衡的改变。根据本发明，现已承认，通过考虑反应动力学，可以实现该模型的明确改进，并且活性材料负载Mm，n的大体上更精确的优化是可能的。
[0073]热平衡描述供应到控制体积的能量的量，从该控制体积移除的能量的量以及在该控制体积中形成或消耗的能量的量。
[0074]根据一【具体实施方式】，通过在参考反应器上生成模型，确定该模型。
[0075]根据一【具体实施方式】，模型可以通过以下来提供
[0076]-提供参考反应器，其具有
[0077]-数量为a的管，所述管具有
[0078]-直径d，以及
[0079]-管长度I;
[0080]其中所述管具有管壁，冷却剂围绕所述管壁流动，所述冷却剂具有平均冷却剂温度 τκ’ ；
[0081]-在管中提供由至少一种催化剂aM形成的催化剂相，该催化剂相包含催化剂aM的至少一个层Lm，其中M假设为I和层的最大数量之间的整数值，其中催化剂aM包含含有含钒活性材料的催化剂体；
[0082]-使形成气相并且含有至少一种起始原料的反应气通过所述管；
[0083]-通过设定至少以下内容确立参考反应器的操作条件
[0084]-每管的反应气特定通过量；
[0085]-在进入反应管时反应气的入口温度，
[0086]-反应气中至少一种起始原料的特定浓度和
[0087]-特定平均冷却剂温度Τκ，；
[0088]针对在操作条件下的具有催化剂相的参考反应器，确定
[0089]-热平衡；
[0090]-气相和催化剂相的物料平衡；
[0091 ]-在催化剂体中的物料传输，和
[0092]-反应动力学
[0093]和由此制备模型。
[0094]参考反应器可以具有与该反应器系统不同的构造，其借助于根据本发明的方法来填充或提供。
[0095]参考反应器可以仅包含例如单一管(a=l)。
[0096]参考反应器的管具有直径d以及长度I。直径d对应于管的内径并且长度I对应于由催化剂相填充的管的部分。直径d可以与直径D相同或不同并且长度I可以与长度L相同或不同。优选地，d和I在为D和L指定的范围内选择。因此，根据一【具体实施方式】，d选择在10至50mm的范围内，根据另一【具体实施方式】,在20至40mm的范围中。根据一【具体实施方式】，长度I选择在I至IOm的范围内，根据另一【具体实施方式】，在2至5m的范围内。该管由常规材料制成并且具有常规壁厚度，例如已经针对将用根据本发明的方法提供的反应器系统所解释的那样。
[0097]参考反应器可以具有一个或多个用于取样的排放点，所述点沿该管的纵向排列。借助于所述排放点，可以确定反应气的组成并且由此确定反应动力学。
[0098]冷却剂围绕参考反应器的一个或多个管流动，该冷却剂具有平均冷却剂温度Τκ，。平均冷却剂温度Τκ，可被选择为与平均冷却剂温度Tk相同或不同。优选地，其被选择在为平均冷却剂温度Tk指定的范围内，并且以类似于在确定平均冷却剂温度Tk时概述的方式来确定。
[0099]在参考反应器的一个或多个管中，提供由至少一种催化剂aM形成的催化剂相，该催化剂相包含催化剂aM的至少一个层1M，其中M假设为I和层的最大数量之间的整数值。
[0100]催化剂aM具有已知组成。催化剂aM可以与催化剂Am相同或不同。催化剂被选择为与催化剂Am, n类似，因此其同样为用于产生邻苯二甲酸酐的针对芳烃的气相氧化的含钒催化剂。“类似”意思指根据本发明的方法中催化剂aM也可以用作催化剂Am,n。
[0101]催化剂aM包含含有含钒活性材料的催化剂体。催化剂体和含钒活性材料可以与由根据本发明提供的反应器系统中存在的催化剂体和活性材料相同或不同。
[0102]如果该催化剂相包含若干层1M，则分别对各层制备模型。然而，当测量制备模型的参数时，优选使用包含所有层的催化剂相。可以通过在对应排列的排放点处取样或通过在参考反应器上的温度测量，确定在层的进口和出口反应气的组成、温度等等。
[0103]随后使反应气通过参考反应器的一个或多个管，该气体含有至少一种起始原料。优选地，反应气含有邻二甲苯或萘或者这些化合物的混合物以及含氧气体，例如空气。本质上，参考反应器中所用反应气的组成对应于反应器系统中所用反应气的组成。邻二甲苯或萘或者这两种化合物的混合物的浓度优选地选择在0.01至4体积％的范围内。[0104]随后通过设定每管的反应气特定通过量，反应气中起始组分的特定浓度，特定平均冷却剂温度Τκ，以及反应气进入反应管时的特定入口温度，来确立参考反应器的操作条件。
[0105]将操作条件选择为与在提供用于为提供反应器系统而进行根据本发明的方法的模型之后使用的操作条件类似。优选地从用参考反应器确定的值中选择参考反应器的操作条件，得到关于根据本发明提供的反应器系统[在该反应器系统下]的结论。
[0106]优选地,在参考反应器中，每管的反应气通过量设定在0.1至10Nm3/h的范围内，入口温度在150至400°C的范围内，起始原料(优选为芳烃)的浓度在0.1至4体积％的范围内并且平均冷却剂温度Τκ，在300至500°C的范围内。
[0107]随后，可选地在用于设定稳定态的启动阶段之后，在参考反应器上测量用于制备模型的参数。参数优选地选自反应组分的空间解析浓度以及空间解析温度线图。优选地全面确定参数的指定集。
[0108]根据在参考反应器上测量的参数，随后用常规方法、例如数值法制备模型。
[0109]在根据本发明的方法所用的模型中，除习惯上考虑的热平衡和物料平衡之外，还考虑催化剂体中的物料传输以及用于通过芳烃的气相氧化制备邻苯二甲酸酐的反应动力学。
[0110]意外地发现，通过在模型的制备中考虑催化剂体中的物料传输以及用于通过芳烃的气相氧化制备邻苯二甲酸酐的反应动力学，可以得到关于催化剂参数的改变对性能特征的影响的大体上更好的结论。
[0111]可以通过在达到热平衡以及物料平衡时进一步变化来进一步改进模型的信息值和根据本发明的方法的效率。在根据本发明的方法的下文所述的优选实施方案中，还在参考反应器以及模型的制备中考虑对应特征。
[0112]根据一优选【具体实施方式】，热平衡包含催化剂相的热平衡和气相的热平衡。
[0113]催化剂相的热平衡相应地可以包含催化剂Am，n的至少一个层Lm的热平衡，其中催化剂相的热平衡由各个层Lm的所有热平衡形成。
[0114]根据一优选【具体实施方式】，包含催化剂Am，n的至少一个层Lm的催化剂相的热平衡包含催化剂体中的至少一种热传导以及通过至少一种反应的热量产生。
[0115]催化剂体中热传导通过导热系数λ来描述。优选地，在热平衡中采用催化剂体中的径向热传导As。所谓径向热传导是指在从催化剂体的中心到催化剂体的周边方向上的热传导。
[0116]催化剂体中的热传导可以通过以下描述:
[0117]
【权利要求】
1.一种提供反应器系统的方法，所述反应器系统用于通过在至少一种催化剂Am，n上芳烃的气相氧化来制备邻苯二甲酸酐，所述反应器系统包含含有含钒活性材料的催化剂体，其中: -提供多管式反应器， -具有数量b的管，所述管具有 -直径D，以及 -管长度L ； 其中所述管具有管壁，冷却剂围绕所述管壁流动，所述冷却剂具有平均冷却剂温度Tk ；-在所述管中提供包含至少一个层Lm的催化剂相，其中通过催化剂Am，n提供所述层Lm，其中m假设为I和最大层数之间的整数值并且η为代表特定催化剂的I至η的下标，和由所述层Lm中的所述催化剂Am，n提供活性材料负载Mm，n ;和 -使形成气相并且含有至少一种反应组分的反应气通过所述管； -为用于所述多管式反应器的所述管中的所述气相和所述催化剂相的所述多管式反应器，提供一种模型，所述模型描述-热平衡和， -在对于所述气相和所述催化剂相的各种情况下，物料平衡，以及 -所述催化剂体中的物料传输和 -用于通过芳烃的气相氧化来制备邻苯二甲酸酐的反应动力学； -通过设定至少以下内容建立所述多管式反应器的操作条件 -每管的所述反应气特定通过量； -所述反应气中所述至少一种反应组分的特定浓度和 -所述冷却剂的特定平均冷却剂温度Tk ； -确定性能特征，所述性能特征可以假设为值Wn ； -用所述模型，通过以下确定差值Λ a)对极限差值Ae分配一值； b)在具有第一催化剂Anu的所述层Lm中提供第一活性材料负载Mnu，并且在所述多管式反应器的所述操作条件下确定所述性能特征的第一值W1 ； c)通过经由第二催化剂Am，2提供第二活性材料负载Mm，2，改变所述层Lm的活性材料负载； d)在所述多管式反应器的所述操作条件下用针对所述第二催化剂Am，2的所述模型确定所述性能特征的第二值W2; e)比较所述第一值W1和所述第二值W2并且确定所述差值Λ； 和用催化剂Am，n重复步骤b至e直至所述差值Λ落在低于所述极限差值Ae的量内； -提供由所述极限差值Ae确定的催化剂 -在所述反应器的所述管中，提供由所述催化剂Am，e形成的所述催化剂相的至少一个jz? Lm ο
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述模型通过以下来提供 -提供参考反应器，其具有 -数量a的管，所述管具有-直径d，以及 _管长度1 ; 其中所述管具有管壁，冷却剂围绕所述管壁流动，所述冷却剂具有平均冷却剂温度 TK’； -在所述管中提供由至少一种催化剂aM形成的催化剂相，所述催化剂相包含所述催化剂aM的至少一个层1M，其中M假设为I和层的最大数量之间的整数值，并且其中所述催化剂aM包含含有含钒活性材料的催化剂体； -使形成气相并且含有至少一种起始原料的反应气通过所述管； -通过设定至少以下内容确立所述参考反应器的操作条件 -每管的所述反应气特定通过量； -在进入所述反应管时所述反应气的入口温度， -所述反应气中所述至少一种起始原料的特定浓度和 -特定平均冷却剂温度ΤK’； 针对在所述操作条件下的具有所述催化剂相的所述参考反应器，确定 -所述热平衡； -所述气相和所述催化剂相的所述物料平衡； -在所述催化剂体中的所述物料传输，和 -所述反应动力学 和由此制备所述模型。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述热平衡包含用于包含所述催化剂Am的至少一个层Lm的所述催化剂相的热平衡以及用于所述气相的热平衡。
4.根据权利要求3所述的方法，其中用于包含所述催化剂Am的至少一个层Lm的所述催化剂相的所述热平衡包含在所述催化剂体中的至少一种热传导以及通过反应的热量产生。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述气相的所述热平衡包含所述反应管中的径向热传输和所述气相与所述催化剂相之间的热传递。
6.根据权利要求1至5中一项所述的方法，其中所述气相的所述物料平衡包含在所述反应管中反应组分的径向传输和所述反应组分从所述气相到所述催化剂Am,η的所述过渡。
7.根据权利要求1至6中一项所述的方法，其中所述催化剂Am，n中的所述物料平衡描述所述至少一种催化剂体中所述反应组分的扩散和所述反应组分的转化。
8.根据上述权利要求中一项所述的方法，其中所述模型包含动量平衡。
9.根据上述权利要求中一项所述的方法，其中所述催化剂体形成为具有惰性芯和包裹所述惰性芯的壳的壳式催化剂，其中所述壳含有所述活性材料。
10.根据上述权利要求中一项所述的方法，其中用于通过芳烃的气相氧化来制备邻苯二甲酸酐的所述反应动力学由包含以下反应路径的部分反应的网络形成: a)邻二甲苯到一氧化碳、二氧化碳(3)和甲基苯甲醛⑴的氧化； b)甲基苯甲醛到马来酸酐(6)、邻苯二甲酸酐(7)和苯酞(4)的氧化； c)苯酞到邻苯二甲酸酐(5)的氧化；和 d)邻苯二甲酸酐到一氧化碳、二氧化碳(10)的氧化； 其中所述网络优选地描述所述催化剂相的第一层。
11.根据上述权利要求中一项所述的方法，其中用于通过芳烃的气相氧化来制备邻苯二甲酸酐的所述反应动力学由包含以下反应路径的部分反应的网络形成: a)邻二甲苯到一氧化碳、二氧化碳(3)和甲基苯甲醛⑴的氧化； b)甲基苯甲醛到马来酸酐(6)和苯酞(4)的氧化； c)苯酞到邻苯二甲酸酐(5)的氧化；和 d)邻苯二甲酸酐到一氧化碳、二氧化碳(10)的氧化； 其中所述网络优选地描述所述催化剂相的第二层。
12.根据上述权利要求中一项所述的方法，其中用于通过芳烃的气相氧化来制备邻苯二甲酸酐的所述反应动力学由包含以下反应路径的部分反应的网络形成: a)邻二甲苯至甲基苯甲醛(I)的氧化； b)甲基苯甲醛至苯 酞⑷的氧化； c)苯酞至邻苯二甲酸酐(5)的氧化；和 d)邻苯二甲酸酐至一氧化碳、二氧化碳(10)和马来酸酐(6)的氧化； 其中所述网络优选地描述所述催化剂相的第三层。
【文档编号】C07D307/89GK103923047SQ201410018143
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月15日 优先权日:2013年1月16日
【发明者】汉斯·耶格·沃尔克, 罗伯特·马克思, 格哈德·梅斯托, 安德里亚斯·雷兹曼, 托马斯·图雷克 申请人:科莱恩国际有限公司