CN1151126A - 旋流反应器 - Google Patents

Abstract

提出了一种具有安有喷射器(3)的一个或多个反应物入口(2a)和一个或多个反应物入口(2b)的反应器，每个反应物入口(2b)有一个喷射喷嘴(5)。在良好混合反应区(6)内创造三维旋流特性的条件下，通过喷射器(3)和喷射喷嘴(5)把反应物引入反应器(1)。这与把反应物所带的能量一起引入反应区(6)促进了微观混合和宏观混合现象。反应区(1)特别适用于使氯气和丙烯反应生产烯丙基氯。

Description

旋流反应器

本发明涉及化学反应器。

保证反应物取得最佳物理接触可能是化学反应器设计中的最困难的问题。如果不能适当地解决，大量的不希望产生的副产品和许多未反应的反应物会严重降低系统的经济性。在选择或制造最适用于指定反应的反应器时，必须考虑反应区的体积、反应器的类型(即，间歇式反应器，活塞式流动反应器，搅拌罐，或它们的结合形式)，热效应，反应机理、反应物和产物的扩散、压力的影响、和其它因素。

当然，在反应器中将要发生的反应的性质与反应器的选择有很大关系。如果反应机理仅涉及小分子的双分子碰撞，要求的是在为发生键合提供良好机会的能级上的两种物质之间的碰撞。为了增大原子或分子碰撞的百分数，使反应物在反应器中停留一定的时间是必要的。但是，如果反应物的一种或多种能够在多个位置上键合，较长的停留时间也可能导致产生大量的副产品。例如，用双烯作为反应物时，可能出现这种情况。因此，存在一个在获得完全反应和使反应物过反应或产生不合适的反应之间寻求的平衡。涉及简单的双分子碰撞以上的反应的动力学更为复杂并加入了必须考虑的一些因素。

返混是使反应器产物产生进一步反应的另一个现象。返混是在反应器中存在了一定时间的分子或中间体与在反应器中存在了较短时间的分子或中间体之间发生的反应。发生的返混量与反应器的几何形状和类型、流体动力学以及上述的在反应器操作中涉及的其它因素有关。

在工业操作中，特定设计的经济效果是重要的。这些因素包括理论产率、副反应、和工艺流程。由于未反应的物质的再循环和副产品的分离与处理，任何与希望发生的反应竞争的过程都会导致产值的降低或成本的提高。由于焦炭污染等问题造成的设备维护增加的成本等其它成本也可能出现。

众所周知，设计工业反应器不服从纯理论处理。通常，人们开始设计过程时，首先考虑反应类型(如反应动力学)、催化的要求、涉及的相、温度和压力对反应的影响、产量要求、传热和传质对反应的影响、以及反应器是否会腐蚀等次要因素。然后一般选择看来最适合于给定这些因素的理想的反应器。例如，当反应机理表明返混是特别有害的时候，可能会开始分析采用活塞式流动反应器。当希望产生返混时，可以选择搅拌罐。

一旦选择了理想的反应器，然后一般是确定解决在反应的理想行为和实际行为之间的偏差的修正因素。这是一个必要的实验过程。在确定了修正因素后，反应器设计者可以确定参数，如反应器的形状和尺寸、该设计(类型)是否应该成为混合型，以及温度和压力等参数的控制。此时，设计者应该有设计实验反应器所必需的信息。然后制造并试验实验反应器。

从实验反应器的设计到工业反应器或大规模反应器的设计和生产的跳跃是困难的一步。例如，反应器体积的变化可以大幅度地改变以前认为是很清楚的系统的操作参数。流体动力学、反应中心的性质、反应速率、传热和传质方面的考虑进一步使问题复杂化。

反应条件可以控制的程度，在很大程度上，受用来实施该反应的设备的类型制约。许多反应器被设计用来解决特定的问题。例如，U.S.专利说明书No.2,763,699描述了一种通过相对于容器的内表面切向安装的注入喷嘴，在弯曲的反应器中产生气相反应物的均匀涡流的设备。已经发现使用其中描述的反应器减少了用丙烯和氯气生产烯丙基氯伴随形成的碳沉积。切向喷射导致了反应物沿反应器内表面的二维流动。

U.S.专利说明书No.4,590,044是一个设计改善在吸热反应和放热反应中温度变化的影响的实例。通过在反应器内使用一些挡板或反应区来做到这一点。

日本专利J73032087-B描述了为烃的气相氯化特制的一种反应器。用于混合反应物的容器是具有两个相对的平行平面和两个相对的曲面的长椭圆形(从截面上看)。喷嘴用于沿切向向容器内引入预热的反应物，向容器内引入反应物是从相对的两边引入，以便形成涡流。据说与以前的反应器相比，可以允许反应热量增大并使反应物得到更好的混合。在容器内的反应发生的反应区或反应区域基本是反应器的整个内部体积。当沿切向引入反应物产生涡流效应时，该效应主要是二维的效应。也就是，涡流基本发生在一个平面内，并沿着反应器的内表面进行。此外，由于反应区域基本包括反应器的整个内部体积，因此只有一个反应区。

比利时专利742,356描述了通过丙烯的气相取代氯化合成烯丙基氯的方法。该方法中使用的反应器引进了一些反应区。但是，该方法是特别设计用来避免发明者看作是在反应器内必需的复杂工程，该反应器引进了作用在反应物上的涡流或旋流效应。因此，这样的系统中反应区域也基本包括反应器的整个内部体积。在该专利中引证的实施例都使用了一系列的管式反应器来提供这种方法。

Dykyj等人在“High Temperature Chlorination of Propylene in aCyclonic Reactor”，International Chemical Engineering(Czecholioslovakia January，1962)中描述了一种旋流反应器。这个设计引进了沿圆柱形容器的内表面的切向引入反应物的喷射喷嘴。喷嘴相对于反应器的中心轴相对放置。但是，它们有一定的偏移，使它们不会相互直接相对。这导致反应物集中于反应容器的内表面移动，从而形成旋流效应。作者假定在反应器的中心部位不发生混合，用金属芯填充了反应器的那部分。这样，在这种布置中的反应区域似乎是一个空心的圆筒(即圆环形)。反应物的移动基本是在中心具有圆孔的一个循环面内的二维方向上进行。

当反应物直接引向反应器的表面时，例如在切向喷射的情况下，会产生额外的问题。例如，如果反应物是氯气等腐蚀性物料，反应器通常需要特殊的构造。这样的方法之一是提供带有镍涂层的反应器的内表面。这样的方法会大幅度增加反应器的成本。

湍流、涡流、和旋流反应器与仅把反应物注入反应器而不诱导其运动的反应器相比，增加了反应物之间碰撞的可能性。但是，先有技术中的反应器一般在单一的平面内诱导反应物的运动。这样的反应器至多表现出下游混合。这主要是一种叠层的宏观混合，或者提供对于反应物流的总体流动。在流动的平面之间发生一些分子碰撞，但是数量较少而且是偶然发生的而不是通过设计产生的。利用加热和较长的停留时间可以诱导这样的碰撞，但是如上所述，伴随这样的措施一般会产生产率和选择性的损失。在许多实例中，绝热反应设计是优选的，所以加热来取得更大的碰撞频率是不可能的。

当在反应物之间可能存在大量可能的反应机理时，这些问题是特别尖锐的。在不饱和烃和卤素之间的反应提供了这样的情况的很好的实例。可能发生取代反应、或加成反应、或者两者同时发生。用丙烯和氯气生产烯丙基氯，取代反应是优选的。创造更适合于取代反应而不是加成反应的条件通常需要更高的温度。遗憾的是，太高的温度可能导致焦炭和其它不需要的物质及效应的形成。不合适地增大停留时间也可能产生不需要的副产品并降低反应选择性。

由于在上述的烯丙基氯的工业生产中，取代反应是优选的，先有技术中的反应器用提高温度来避免副产品1，2二烯丙基氯(DCPo)的产生。这些高温反应一般伴随焦炭的产生。由于过热点的形成，反应可能最后表现出变化的动力学特征。例如，许多其它反应包括乙烯、丁烯、戊烯、己烯、辛烯、环己烯、乙炔等的选择性氯取代也存在这些问题。

反应器设计领域可以得益于能改进分子接触、允许较大的选择性、可以大体上降低反应时间/反应停留时间而不产生焦炭和副产品的反应器的引进。在用丙烯和氯气进行烯丙基氯的工业生产时尤其是这种情况。

本发明的目的是提供用于气或汽相反应物反应的化学反应器，从而提供在其中进行的反应的高产率和选择性。

本发明的另一个目的是提供具有改进的混合特性的化学反应器。

本发明的另一个目的是提供生产烯丙基氯的多阶段反应器和方法。

本发明的另一个目的是提供具有基本三维流动特性的反应区的反应器。

因此本发明提供的反应器包括：

一个反应容器；

至少一个具有至少两个端部的反应区引入装置，所说的引入装置在所说的端部的一端与反应物源相连，另一端与所说的反应器的内部相连；

至少一个与反应物源相连的喷射喷嘴，所说的喷射喷嘴装在所说的反应器内部；至少一种化学反应的反应物通过所说的反应区引入装置引入到所说的反应器中，至少一种反应物通过所说的喷射喷嘴引入到所说的反应器中，对所说的喷射喷嘴进行定位使得所说的反应物的引入赋予所说的反应物基本为三维的流动；

在所说的反应容器内的一个良好混合反应区，所说的反应物在其中混合；和

具有两个端部的出口，一端与反应容器内部相连，一端与反应容器的外部相连。

在本发明的优选的方面，喷射器构成了反应区引入装置。优选的是，相对安装至少两套这样的喷射器，在反应区内形成旋流的三维流动特性。

本发明的反应器也可以具有分级构造，使得在优良混合反应区内开始化学反应，所说的反应区包括喷射器之间的区域，然后，产品在抽出之前，在反应器内的活塞流区域内获得要求的停留时间。

本发明的反应器可以优选地用于用丙烯和氯气生产烯丙基氯，并使得与先有技术相比，极大地减少了令人讨厌的副产品的产生。

参看附图，通过实施例将更详细地描述本发明，其中：

图1是本发明的反应器的一个实施方案的侧剖图；

图2是用于本发明的反应器的喷射器的正视图；

图3是用于本发明的反应器的一种喷射器，这样的喷射器可以与图2的喷射器并列使用；

图4是本发明的一个实施方案的侧剖图；和

图5是图4的实施方案的后面的部分剖视图。

根据本发明，通过提供一个具有一个或多个特定反应区的化学反应器，增强了反应的选择性、反应时间、和化学反应的其它参数。确定反应区的形状并加载，使得反应需要的能量可以快速获得。通过本描述将会看到，确定反应区域的这些方法可以用喷嘴、喷射器、喷口和其它用于把反应物注入化学反应器的装置的并列使用来构造。

在本说明书中所用的，“反应区”是指在其中进行反应或反应的一个不连续相的一个区域。一个化学反应器可以有一个以上的反应区。

“优良混合反应区”是指在其中混合反应物形成比不混合更均匀的混合物的反应区。一个CSTR(连续搅拌罐式反应器)构成一个理想的优良混合反应区。

“三维流动”是指分子的运动以这样的方式进行，即，分子之间的碰撞既可以在原来发现它们的平面之外进行，也可以在原来发现它们的平面之内进行。基本三维流动是分子的流动特征为三维流动，但同时也存在某些二维流动。例如，除了在反应区的边缘处的平面内以外，反应物在其中以三维方式流动的反应区的边缘表现出了基本三维流动。

有关混合的“三维”是指分子的流动导致了在所有方向上的完全或均匀的混合物。例如，CSTR表现出三维混合，而活塞流反应器则仅表现出径向的完全混合。

“喷射”是指通过喷射器注入或引入压缩的或加压的流体。

“喷射器”是具有通孔的一个容器，有或没有固定，用于以气态或雾化状态向一个区域内注入或引入压缩的或加压的流体。

“横轴”是沿一个物体的较长的尺度方向上的轴。

“横断面”是具有由横轴确定其长度的平面。

“中心轴”是通过一个物体的中心沿其最长的尺度方向的轴。圆柱的中心通过构成其截面的圆的中心并沿圆柱的长度方向延伸。

“纵向平面”是通过一个物体沿其最长的尺度方向画出的平面。

参看附图，图1是本发明的一个优选的反应器的剖视图。反应容器1表示为长圆形圆筒，但是整体形状对本发明并不重要。通过反应器入口2向反应容器1的内部引入一种或多种反应物。反应物入口2是管子、导管、配管或一般用于向反应容器引入气态反应物的任何装置。优选的是，采用两个相对的反应物入口。参看本说明书对于第一种反应物或其它没有特定注入顺序或反应顺序的反应物的说明，将会明白所指的是这样的反应物。

喷射器3固定在反应器内部的反应物入口2的末端。喷射器和反应物入口的结合构成了反应区引入装置的一个实例，但是许多其它的装置可以用来代替这个特定的装置。这样的装置必须能把反应物从其一个源输送到反应容器内部的一个区域，使得反应物放在该反应区中。喷射器3的型式可以用管子或其它中空容器，用于把反应物分配到喷嘴4。最后，通过喷嘴4把反应物送入反应器的内部。喷射器3表示为基本垂直于或正交于入口端部2a的中心轴，虽然这不是本发明的每个实施方案中安装喷射器的必要的方面。而且，喷射器3的位置和间距由反应物流和最终要求得到的混合的特性决定。下面将更详细讨论这一点。

在本发明的一个更优选的实施方案中，安装喷射器3使得固定在其上的喷嘴处于基本相对的位置。即，喷嘴4相互面对并平行于反应器的中心轴，但是可以按最大15°的角度盘绕离开或向中心轴运动。图2更详细地表明了喷射器的结构。其中表示了喷射器臂3b从喷射器中心3a向外辐射。喷嘴4沿喷射器臂3b安装。

在该实施方案中，安装喷射器3使得一个喷射器的喷射器臂3b均分与另一个相对的(对面的)喷射器臂之间的距离。即，安装一个喷射器臂使其指向两个相对的喷射器之间的区域内的任何地方。这样一个相对的喷射器的相对角度安装示于图3。这样一种安排产生了反应物的希望的流动和混合特性。喷射器也可以做成其中带有许多喷口或小孔的圆形或椭圆形。例如，这样一个喷射器可以取莲蓬头的型式。优选的是，喷嘴不沿涡流较低的反应器的中心轴安置。也可以根据本发明构造一种反应器，其中只使用一个喷射器。

返回到图1，第二种反应物入口2b用于向反应器内引入另一种反应物。这种反应物可以包括与通过入口2加入的物质不同，也可以是相同的物质。第二种反应物入口2b也可以由管子、导管、配管或其它用于输送气体或蒸汽的中空容器制成。喷嘴5固定在第二种反应物入口的末端。喷嘴5的型式应该使第二种反应物以气流的形式进入反应器，并且直到它进入优良混合区6之前基本不扩散。在本说明书中所用的术语喷嘴是指安装在反应器入口内部使反应物直接引向反应区的一个装置。从广义上讲，喷嘴可以由指向反应区的反应物入口的开口构成。但是，优选的实施方案引入了机械喷嘴。在反应器内可以使用多于一个的第二种反应物入口和喷嘴。实际上，可以使用多个喷嘴和入口。

优良混合区基本在喷射器3之间的区域内产生。该区域部分由反应物的注入性质决定。即，根据反应动力学确定在喷射器之间的距离和设计该区域处理的反应物的体积使得分子碰撞快速发生。

在本发明的一个优选的实施方案中，用丙烯和氯气制备烯丙基氯提供了反应器如何操作和如何确定反应区的一个实例。所说的反应器是圆筒形的，其长度为直径的三倍。安装第一种反应物入口2使得在第一个喷射器3中的喷嘴4的定位使反应物进入喷射器平面正前方的反应区。这也可以紧靠反应器9的一端。把氯气引入到反应物入口2并喷射到反应器内。安装另一个第一种反应物入口2使得其相连的喷射器3的喷嘴指向另一个喷射器的喷嘴处，并靠得足够近使得从一个喷射器喷出的反应物可以到达相对的喷射器而没有明显的能量降低。安排这些喷射器使一个喷射器的臂平分相对的喷射器的两个臂之间的距离。交错安排相对的喷射器的臂是优选的但不是重要的，从而使喷嘴之间的作用最小化。

安装第二种反应物入口2b使其相连的喷嘴5在紧靠第一个喷射器之后。确定该喷嘴的位置使其与反应器壁相切。但是，该喷嘴也可以倾斜与其它设计参数一致，从而使其与反应器壁基本相切。出口8安在端部10处。良好混合的反应区由基本在喷射器之间的区域组成，活塞流反应区由基本在第二个喷射器和出口之间的区域组成。层流反应区可以用来代替活塞流反应区。

对于总体积为250～300cm³的反应器，约0.59～0.68kg/hr的氯气在约1.4～4.9bar的压力，在约27℃～94℃的温度下注入第一种反应物入口。已经发现在第一种反应物入口之间的氯气的分配可以影响反应的选择性。在用两个相对的喷射器引入氯气时，在上游和下游的喷射器之间的分配应该是至少50∶50。但是，通过把氯气的引入偏向上游喷射器可以获得改善的结果。这种在选择性上的改善可以继续到反应物引入的分配为80∶20(上游对下游喷射器的比)，术语“上游喷射器”是指紧靠第二种反应物入口/喷嘴的喷射器，而“下游喷射器”是指与上游喷射器相对并靠近反应器出口的喷射器。

在氯气进入第一种反应物入口时，约0.91～2.7kg/hr的丙烯在约1～3.5bar的压力，在约149～371℃的温度下注入第二种反应物入口(并从喷嘴出来)。不预先混合反应物。优选的是，良好混合的反应区内的反应温度约在454～482℃之间。选择这些温度和压力为混合物提供使反应物快速混合所需的能量，并使副产品(这里为1，2-二烯丙基氯)的产量最低。第一种反应物的注入(这里为氯气)在使进入的反应物分子同时发生碰撞的条件下进行。

如上所述，用于引入反应物的各种设备的安装以及反应物在其中的装载方式决定在反应器中发生的反应的选择性和速度。不局限于任何理论，据信这些因素使反应物在优选的能量状态下混合。借助于反应物通过喷射器进入时的速度和分配以及反应物通过喷嘴引入时的角动量把该能量赋予系统。这种关系可以由反应物离开喷嘴的速度对反应器内的反应混合物的平均速度的比值来确定。用更一般化的术语，这是由反应物之一提供的角速度对通过反应器的反应混合物的平均轴速度的比值。这里该比值是旋转数。已经发现在3～83范围内的旋转数赋予足够的能量来实践本发明。优选的是，本发明在约30～40的范围内实施。

不局限于任何理论，通过安装本文所述的反应区引入装置，驱动反应所需的大多数能量由反应物通过这些装置进入来提供。这可以是喷射器位置和例如通过这些装置引入反应物的速度的函数，。此外，通过调整引入的反应物的压力可以得到合适的速度。这意味着当进入第二种反应物入口的、具有赋予它们的角动量的反应物这样做使它们与反应区内的反应物接触导致三维混合时，没必要用很大的能量通过第二个反应物入口引入反应物。因此，反应物引入装置的安装、喷嘴的安装、反应物的压力和温度可以用来描述该反应器的能量要求。

根据流过喷射器的反应物的量和赋予它的速度，可以调整喷射器之间的距离。即，给定反应物的速度和体积，确定喷射器之间的距离于一点，其中，可以期望进入反应区的反应物的最快接触。确定这些距离使喷射器之间的区域包括反应容器的体积的20％～50％之间。

为了进一步促进取得希望的能级，把喷嘴4固定在沿喷射臂3b的前面钻的孔上。优选的是每个喷射器有6～10个喷射臂3b。喷射臂从每个反应物入口2向外辐射。这个结构称为喷射臂的“蜘蛛”结构。增加反应区周围的喷嘴的数量可以增加反应效率。更优选的是所有的喷嘴离反应器的中心轴的距离至少为反应器半径的一半。但是，喷嘴不应该离反应器壁如此之近以免需要特殊的冶金技术。因此，如果要求有大量的喷嘴，要求使用与表示于图2和3的蜘蛛结构相反的环形排列。本发明的某些实施方案可以在每个喷射臂上引入多个喷嘴。在这样的情况下，优选的是最靠近反应器中心轴的喷嘴位于离中心轴的距离至少为反应器半径的一半处。除了使用合适的冶金技术(如镀镍)，最靠近反应器壁(内表面)的喷口位于离反应器壁的距离至少为反应器半径的三分之一处。

在本发明的实施方案中，其中用丙烯和氯气生产烯丙基氯，通过反应器入口2b把丙烯引入反应器并通过喷嘴5以相当连贯的气流引入到喷射器3附近。对于约为1～1.4bar的反应器压力，丙烯在约为204～371℃的温度下引入。丙烯的推动力赋予其接触的氯气流一个角动量并在良好混合反应区6形成三维流动。优选的是，这个流动基本为旋流，但是角速度不是太大，不足以绕反应器的中心轴形成回旋沸腾现象。基本上为旋流的流动，意味着在发生混合的良好混合反应区内的反应物的流动沿径向和轴向进行。这样的混合形式可以是半球形的、球形的、螺旋形的、或它们的结合形式。但是，大家都明白不是所有的反应物都表现出这样的行为。例如，在中心轴处和良好混合反应区的边缘可能发生少量的非旋流流动。

图4和5表明有两个喷嘴的本发明的一个实施方案。图4表示两个喷嘴5以及它们相对于反应器中心轴的安装。这些喷嘴放在喷射器之一的后面。它们的取向应该使反应物流向良好混合反应区，并使两股反应物流成十字路径。即，如果以每个喷嘴为起点，以反应器壁为终点划线，这两条线应该关于反应器的中心轴互补。可以使这些喷嘴定向使得每个喷嘴相对于通过反应器的纵剖面形成大于0小于90°的角度。优选的是安装喷嘴使得反应物流与良好混合反应区的中心轴相切。

图5表明进一步表示喷嘴的相互关系的图4的实施方案。该图表示了安装喷嘴使得离开一个喷嘴的反应物不与另一个喷嘴的反应物碰撞、混合、或干扰。通过把喷嘴安装在不同的横断面上来完成这一点。因此，当使用两个喷嘴时，把它们如上进行安装，并沿不会导致反应物之间的干扰的任何不同的横断面进行安装。如果需要，可以使用一个以上的第二种反应物出口2b。为了向良好混合反应区添加更大体积的反应物或提供更大的角动量，这可能是必要的。

在良好混合反应区内诱导的三维混合旋流特性主要是一种宏观混合现象。诱导三维旋流特性的一个方面是通过反应物流的流动、循环、和回转快速得到均匀的混合物。这也可以促进微观混合。改进的微观混合和宏观混合的这种结合避免了在反应区的不同部分内的反常过热点和反常反应速率。过热点的减少和改进的微观混合和宏观混合的结合一般进一步减少焦炭的形成，因此在降低反应器维护要求的情况下提高了产品产量。反应物的混合是快速的、直接的，并在丙烯和氯气公用的区域内进行。正是这个区域构成了良好混合反应区。在这个良好混合反应区内，分子的碰撞以三维的方式进行。在反应中，当为驱动一个特定反应机理而优选地采用高温时，这个良好混合反应区具有均匀的高温分布。反应物的多级注入通过得到的混合特性增强了这个均匀分布。

良好混合反应区6具有这样的尺度使得旋流混合在其中基本上瞬间发生。在用丙烯和氯气生产烯丙基氯的反应中，这个反应时间在约500～800毫秒之间。但是，这并不一定意味着该反应会在该区域内完成。在大多数放热反应中，过热点会在良好混合反应区6的某处形成。如果这个过热点太热，按照反应动力学的不同，焦炭的形成和异构化可能成为问题。当然，本发明的良好混合反应区具有较均匀的高温分布。但是，会有一个或多个点比反应区的其它部分更热。通过把接触后的反应物移到反应器的另一个区域可以促进反应物进行快速接触而避免长时间暴露于过热点的潜在的有害作用。

在本发明的一个更优选的实施方案中，除了所说的良好混合反应区外，所说的反应器还包括一个活塞式流动反应区7。因此，接触后的反应物的流动把产物和未反应的反应物的这种混合物移到活塞式流动反应区7，在这里给这种混合物额外的停留时间以完成所说的反应。由于产物和未反应的反应物的这种混合物离开了良好混合反应区附近，它不再暴露于过热点处，并且不再可能在其中发生返混。可以理解，在良好混合反应区6内反应基本完成，流入活塞式流动反应区7的混合物大部分由反应产物组成。因此，停留只完成了小部分反应。反应接近完成和在不存在过热点的情况下完成反应结合在一起保证了异构化最少、选择性高和产量高。从良好混合反应区向活塞式流动反应区的流动使产品容易通过产品出口8排出，并在出口8处收集或送往其它工序。

在根据本发明使丙烯和氯气反应生产烯丙基氯时，在产品出口处的出口温度达到约487～499℃。这比先有技术的反应器出口温度低。与用先有技术的方法的800～1000毫秒相比，用本发明的技术反应在500～700毫秒之间基本完成。使用本发明的反应器，当丙烯与氯气的摩尔比为2.9时，得到超过85M％的产率(以丙烯为基准)。使用本发明的反应器，当丙烯与氯气的摩尔比为5.8时，得到超过88M％的产率(以丙烯为基准)。通过引入一个以上的反应器并分阶段添加氯气，可以得到90M％以上的产率(以丙烯为基准)。先有技术的反应器一般得到约81～82％M的摩尔产率(以丙烯为基准)。使用本发明的技术，大量减少了1，2-二烯丙基氯(DCPo)等不希望得到的副产品。在本发明的结构中，DCPo的产率从以前的4～5M％的技术水平(以存在的丙烯的摩尔数为基准)减少到0.5～2M％(以存在的丙烯的摩尔数为基准)。不需要特别制备反应器的表面，如镀镍或类似的技术。

上述反应器也可以用于许多其它反应，其中通过增强的微观混合和宏观混合特性的结构促进快速碰撞。当反应物有形成异构的副产品的倾向时更是如此。

下列实施例用于更详细地说明本发明。但是这些实施例并不解释为本发明的范围的限制。

实施例

在下列实施例中，使用长度为15.24cm、直径为5.08cm的圆筒形反应器。通过两个离开6.35cm的喷射器引入氯气。这产生了一个约占反应器体积的40～50％的良好混合反应区(区域)。每个喷射器有8个臂，每个臂有一个内径为0.015cm的喷口。安装喷口和喷射臂使喷口在反应器的中心轴和反应容器壁之间的中间位置上。反应器结构表示于图4，除了用一对切向的喷嘴向反应器内引入丙烯以外。反应器在1.05bar的压力下操作。

在每个实施例中，生产烯丙基氯的反应在500～700毫秒内完成。气态流出物用火焰离子检测仪通过气相色谱法分析。

实施例1

把约每小时0.6kg的氯气通过所说的这对喷射器注入反应器。氯气的注入的温度约为48℃，注入压力约为2.5bar。氯气的注入在两个喷射器之间大约等分。即，通过每个喷射器引入氯气总体积的大约50％。

在约254℃的温度下，约1.25bar的压力下注入约1.1kg/hr的丙烯。

良好混合反应区内的温度在454～482℃之间，反应器出口处的温度约为487℃。反应器壁的温度在454～472℃。

该反应产生了具有85.6％的烯丙基氯、0.5％的1，2-二烯丙基氯、7.4％的1.3-二烯丙基氯、2.7％的2一烯丙基氯的选择性(以丙烯的摩尔数为基准)的产品。

这个实施例说明通过使用根据本发明的反应器得到了高的选择性和产率。

实施例2

在约为48℃的温度下，把约每小时0.6kg的氯气注入反应器，在上游的喷射器内的压力约为2.8bar，在下游的喷射器内的压力约为2.3bar。通过上游喷射器注入氯气总体积的约65％，其余的氯气通过下游喷射器注入。

在约254℃的温度下，约1.26bar的压力下通过所说的一对切向喷嘴注入约1.1kg/hr的丙烯。

良好混合反应区内的温度在454～482℃之间，反应器出口处的温度约为485℃。反应器壁的温度在454～473℃。

以丙烯的摩尔数为基准的选择性为85.5％的烯丙基氯、0.5％的1，2-二烯丙基氯、7.3％的1，3-二烯丙基氯、2.8％的2-烯丙基氯。

实施例3

在约为48℃的温度下，把约每小时0.6kg的氯气注入反应器，在上游的喷射器内的压力约为3.5bar，在下游的喷射器内的压力约为1.3bar。通过上游喷射器注入氯气总体积的约80％，其余的氯气通过下游喷射器注入。在约254℃的温度下，约1.26bar的压力下通过所说的一对切向喷嘴注入约1.1kg/hr的丙烯。

良好混合反应区内的温度在454～476℃之间，反应器出口处的温度约为485℃。反应器壁的温度在454～471℃。

以丙烯的摩尔数为基准的选择性为84.9％的烯丙基氯、0.8％的1，2-二烯丙基氯、8.0％的1，3-二烯丙基氯、2.7％的2-烯丙基氯。

实施例4

在约为48℃的温度下和约为2.3bar的压力下，把约每小时0.6kg的氯气通过所说的这对8臂喷射器注入反应器。氯气的注入在两个喷射器之间大约等分。在约360℃的温度下，约2.1bar的压力下通过一对切向喷嘴注入约2.2kg/hr的丙烯。

良好混合反应区内的温度在454～482℃之间。恰在下游喷口的下游处的温度约为498℃，反应器出口处的温度约为480℃。反应器壁的温度在454～472℃。

以丙烯的摩尔数为基准的选择性为87.7％的烯丙基氯、0.9％的1，2-二烯丙基氯、2.4％的1，3-二烯丙基氯、3.6％的2-烯丙基氯。

实施例5

在约49℃的温度下，把约每小时0.6kg的氯气注入实施例1所述的反应器，在上游的喷射器内的压力约为2.8bar，在下游的喷射器内的压力约为2.3bar。通过上游喷射器注入氯气总体积的约65％，其余的氯气通过下游喷射器注入。在约371℃的温度下，约2.2bar的压力下通过所说的一对切向喷嘴注入约2.2kg/hr的丙烯。

良好混合反应区内的温度在448～482℃之间，反应器出口处的温度约为483℃。反应器壁的温度在454～473℃。

以丙烯的摩尔数为基准的选择性为88.3％的烯丙基氯、0.5％的1，2-二烯丙基氯、4.1％的1，3-二烯丙基氯、3.7％的2-烯丙基氯。

该实施例表明，通过上游的反应区引入装置使氯气引入偏流可以导致产品选择性的改进并减少难以分离的副产品(最明显的是1，2-二烯丙基氯)的产量。

实施例6

在约49℃的温度下，把约每小时0.6kg的氯气注入实施例1所述的反应器，在上游的喷射器内的压力约为3.5bar，在下游的喷射器内的压力约为1.3bar。通过上游喷射器注入氯气总体积的约80％，其余的氯气通过下游喷射器注入。在约360℃的温度下，约1.3bar的压力下通过所说的一对切向喷嘴注入约1.1kg/hr的丙烯。

良好混合反应区内的温度在448～471℃之间，反应器出口处的温度约为478℃。反应器壁的温度在454～478℃。

以丙烯的摩尔数为基准的选择性为88.4％的烯丙基氯、1.2％的1，2-二烯丙基氯、3.7％的1，3-二烯丙基氯、3.7％的2-烯丙基氯。

该实施例表明，通过上游的反应区引入装置使反应物引入偏流可以获得产品产率的改进。

从前面的描述，熟悉该技术的人可以明显看出本发明的各种改进，这样的改进应该落在所附的权利要求书的范围内。

Claims (16)

1、一种化学反应器，包括：

一个反应容器(9)；

至少一个具有至少两个端部的反应区引入装置(2，3)，所说的引入装置一端与反应物源相连，所说的另一端与所说的反应器的内部相连；

至少一个与反应物源相连的喷射喷嘴(5)，所说的喷射喷嘴(5)装在所说的反应容器内；至少一种化学反应的反应物通过所说的反应区引入装置(2，3)引入所说的反应器，至少一种反应物通过所说的喷射喷嘴(5)引入所说的反应器，安装所说的喷射喷嘴(5)使得所说的反应物的引入赋予所说的反应物基本为三维的流动；

在所说的反应容器(9)内的一个良好混合反应区(6)，所说的反应物在其中混合；

具有两个端部的一个出口(8)，一端与反应容器(9)的内部相连，一端与反应容器(9)的外部相连。

2、根据权利要求1的反应器，还包括与所说的良好混合反应区(6)基本相邻的流动区域。

3、根据权利要求1或2反应器，其中，所说的反应区引入装置(2，3)由反应区入口(2)和喷射器(3)组成，所说的喷射器(3)固定在所说的反应器入口(2)上使所说的喷射器(3)包括与所说的反应容器(9)内部连通的所说的引入装置的端部。

4、根据权利要求3的反应器，其中，所说的喷射器(3)还包括一个喷口(4)，反应物通过所说的喷口(4)注入所说的反应器。

5、根据权利要求3或4的反应器，其中，所说的喷射器(3)还包括喷射臂(3b)，所说的喷射臂从所说的反应器入口(2)的中心轴向外辐射，所说的喷口(4)布置在所说的喷射臂(3b)上。

6、根据权利要求3～5的任一项的反应器，包括至少两个反应器入口(2)，其中，至少两个喷射器(3)相互处于基本相反的位置，所说的良好混合反应区(6)包括在所说的喷射器之间的区域。

7、根据权利要求1～6的任一项的反应器，其中，所说的反应物通过所说的喷射喷嘴(5)的引入在所说的良好混合反应区内赋予所说的反应物三维旋流特性。

8、根据权利要求1～7的任一项的反应器，其中，安装所说的喷射喷嘴(5)使得所说的反应物向所说的反应器内的引入基本沿所说的反应器的中心轴的切向进行。

9、根据权利要求1～8的任一项的反应器，具有多个喷射喷嘴(5)，每一个所说的喷射喷嘴相对于所说的反应器以大于0°小于90°的角度安装使所说的喷嘴位于不同的横截面内。

10、根据权利要求9的反应器，其中，安装所说的喷射喷嘴(5)使得通过所说的喷射喷嘴(5)之一引入的所说的反应物以与通过另一个喷嘴引入的反应物互补的角度引入。

11、根据权利要求9或10的反应器，其中，每一个所说的喷嘴相对于所说的反应器的中心轴的角度是相等的。

12、根据权利要求3～11的任一项的反应器，其中，所说的喷射器(3)由一个绕所说的反应器的中心轴的圆环构成。

13、根据权利要求2～12的任一项的反应器，其中，所说的流动区域是活塞式流动区域(7)。

14、根据权利要求2～12的任一项的反应器，其中，所说的流动区域是层流流动区域。

15、根据权利要求1～14的任一项的反应器，具有约3～83之间的旋转数，特别是在30～40之间的旋转数；

16、应用根据权利要求1～15的任一项的反应器生产烯丙基氯的方法，包括下列步骤：

把氯气喷入反应器，

把丙烯注入所说的喷入的氯气中，以便诱发从而产生丙烯和氯气的混合物的旋流特性，

使所说的丙烯和氯气的混合物反应产生烯丙基氯，和

回收烯丙基氯。

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