专利名称：用来选择成形颗粒的过程、用来安装系统的过程、用来在这样一种系统中使气体原料反应 ...的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种用来选择成形颗粒以在系统中使用的过程，所述系统包括管，该管能够被填充成形颗粒，以在管中形成填充床。本发明也涉及一种用来安装系统的方法，该方法包括选择成形颗粒和使用所选择的成形颗粒填充管以在管中形成填充床。本发明也涉及一种用来在如此安装的系统中使气体原料反应的过程，其中成形颗粒是适于使所述原料反应的催化剂颗粒。具体地说，催化剂包括在支撑物上的银，并且用来使气体原料反应的所述过程是用来使烯烃环氧化的过程。本发明也涉及一种计算机程序产品和一种计算机系统。
背景技术：
环氧乙烷(Ethylene oxide)是一种重要的工业化学制品，用作用来制造诸如乙二醇、乙二醇醚、乙醇胺及洗涤剂之类的原料。其它工业上重要的环氧乙烷是例如氧化丙烷(propylene oxide)和氧化丁烷(butadiene oxide)。一种用来制造氧化烯烃的方法是通过烯烃与氧的催化部分氧化，以生成氧化烯烃，这在下文称作“烯烃环氧化(olefinepoxidation)”。如此制造的氧化烯烃可以与水、乙醇或胺反应，以生产1，2-二醇(diol)、1，2-二醇醚(diol ether)、或烷醇(alkanol amine)。
在一般应用的烯烃环氧化方法中，包含烯烃和氧的气体进给流在位于一个或多个反应器管中的成形催化剂颗粒的填充床上方通过。催化剂一般包括在支撑物上的银。进给流被压缩，以便克服对填充床的流的阻力。在正常操作期间，催化剂经历老化相关的性能下降。老化表现为催化剂活性的减小。通常，当催化剂活性的减小出现时，反应温度升高，以便补偿活性的减小。反应温度可以升高，直到它变为不合需要的高，在该时刻认为催化剂达到其寿命期限的终点，并且需要替换。
当催化剂需要替换时，有机会重新考虑烯烃环氧化过程的经济上最佳操作的条件。这样的优化条件可能已经改变，因为操作过程的经济性已经改变。例如，作为用作进给流的成分的烯烃和/或氧的值的变化、氧化烯烃、1，2-二醇、1，2-二醇醚或烷醇产品的一种或多种的值的变化、及/或例如对于进给流的压缩所使用的能量值的变化的结果，所述经济性已经改变。对于待在新工厂中操作的过程，也必须对经济最佳操作的条件进行考虑。
在一方面，经济最佳操作条件的考虑涉及，一方面通过在反应器管中填充大量成形催化剂颗粒来获取高生产率的潜力、与另一方面在填充床上上实现低压差而使压缩成本最低之间的平衡。在反应器管中填充的成形催化剂颗粒的量可以表达为由催化剂颗粒占据的填充床的体积分数，或者由填充密度表达。无需说明，进行在反应器管中填充更多的成形催化剂颗粒以及保持所述流速与在催化剂床上的较高压差相伴随，并因此与较高的压缩成本相伴随。
给定在反应器管中的填充床的尺寸和催化剂颗粒的形状，在填充床中填充的成形催化剂颗粒的量和在填充床上的压差可以由催化剂颗粒的尺寸支配。选择成形催化剂颗粒的尺寸以便实现所述量和/或压差的期望值，这要求大量的试错程序。
先前在烯烃环氧化的情况中所描述的选择过程和该选择过程背后的原因以类似方式可应用于涉及在管中填充的成形颗粒的多种其它过程，例如吸收过程，例如使用保护床；热交换过程；及除烯烃环氧化之外的转换过程，例如用来制造马来酸和乙烯基乙酸盐的过程、氢化过程、Fisher-Tropsch合成、及废气(例如汽车废气或工业废气)的催化转换。
发明内容
本发明提供一种选择在包括管的系统中使用的成形颗粒的过程，该管能够被填充有成形颗粒以在管中形成填充床，其中该过程包括-定义所述填充床的一种或多种性质的期望值，-计算所述成形颗粒的尺寸，从而具有所述计算尺寸的成形颗粒的管中的填充床满足或大体满足所述期望值，及-按照所述计算尺寸选择成形颗粒，其中填充床的所述一种或多种性质包括下面的一个或多个-由成形颗粒占据的体积分数，-填充密度，及-气体流过填充床的阻力系数(resistivity)，该阻力系数导致填充床的气体进口与气体出口之间的压差，该阻力系数由如下表达式定义ΔP＝R×ρ×V2，其中ΔP代表所述填充床每单位长度的压差，R代表阻力系数，ρ代表气体的密度，及V代表表面气体速度，其中气体密度和表面气体速度是在填充床的气体进口温度和气体出口温度的平均值下以及填充床的气体进口压力和气体出口压力的平均值下测得。
本发明也提供一种用来选择成形颗粒(下文称作“替换成形颗粒”)的过程，该成形颗粒适于替换在管中的原有填充床中填充的成形颗粒，其中该过程包括-定义当填充床经受气体流过该填充床的条件时，在填充床上的填充床每单位长度的压差的相对变化的期望值，其中所述相对变化通过上述替换成形颗粒对成形颗粒的替换而生成，-计算成形颗粒的尺寸，从而具有所述计算尺寸的成形颗粒的管中的填充床在所述气流的条件下呈现填充床的每单位长度的压差的一个相对变化，其满足或大体满足压差的相对变化的所述期望值，及-按照所述计算尺寸选择所述替换成形颗粒。
本发明也提供一种用来安装包括管的系统的方法，该管能够填充成形颗粒以在管中形成填充床，该方法包括-按照本发明选择成形颗粒，和
-用所选择的成形颗粒填充管，以在管中形成所述填充床。
如果适用，则在使用所选择的成形颗粒填充所述管之前，至少部分地(如果不是全部)除去在原有填充床中填充的成形颗粒。
本发明也提供一种用来在按照本发明安装的系统中使气体原料反应的过程，其中成形颗粒是适于使原料反应的催化剂颗粒，该过程包括在反应条件下使原料与成形颗粒相接触。在典型实施例中，过程是用于烯烃的环氧化的过程，气体原料包括烯烃和氧，并且催化剂包括在支撑物上的银。在这样的实施例中，本发明还提供一种用于1，2-二醇、1，2-二醇醚或烷醇的制造的过程，该过程包括使氧化烯烃与水、醇或胺反应，其中氧化烯烃根据本发明制备。
本发明也提供一种包括存储器介质、和记录在存储器介质上的计算机可读程序代码的计算机程序产品，其中计算机可读程序代码适于用来指令中央处理单元执行在本发明的过程中包括的一种或多种计算。
本发明也提供一种包括本发明的计算机程序产品和中央处理单元的计算机系统，其中中央处理单元配置成接收和执行从计算机程序产品读出的指令。
图1描绘按照本发明的包括填充床的管。
图2描绘可以使用在本发明中并且具有圆柱形几何结构的成形颗粒。
图3是氧化乙烷制造过程的示意表示，包括本发明的若干新颖方面。
图4描述(a)作为理想圆柱的成形支撑材料、和(b)与理想圆柱相偏离的成形支撑材料的横断面的外部参数的横断面的图。
图5是按照本发明的计算机系统的示意表示。
具体实施例方式
本发明使得能够选择成形颗粒，从而当被填充到管中时所述成形颗粒的填充床具有或接近所希望的性能。期望性能可以是由成形颗粒占据的填充床的体积分数、填充密度、及填充床对于流过填充床的气体的阻力系数(以在填充床上形成压差)的任何一个、或其组合。本发明的重要方面是认识到，成形颗粒可以基于使用数学表达式)如这里描述的数学表达式)的计算而选择，而不是使基于昂贵的试错试验系列来选择。
已经发现，可以选择成形颗粒以便提供在填充床中填充的成形颗粒的量相对于填充床上的压差的改进平衡。这可以是相对于其中填充床包括传统成形颗粒(例如标准8mm圆柱，已经广泛地多年使用在例如乙烯环氧化过程中)的情形的改进。上述改进平衡可以通过改变(特别是增大)圆柱几何结构的圆柱直径与圆柱孔直径的比率而得到。这是真正意想不到的，因为通过修改圆柱几何结构的几何形状而改进这些催化剂的性能的尝试似乎还没有受到注意。而且，增大圆柱直径与圆柱孔直径的比率允许圆柱几何结构的较大壁厚度(特别是在相等圆柱直径下)，这导致改进了成形颗粒的压碎强度。
同样意想不到的是，更多数量的成形颗粒可填充在管中以得到填充密度的增大，而没有观察到较大压差或观察到压差的增量增大，这是小于所期望的(特别是基于工程相关，例如Ergun Correlation，见W.J.Beek和K.M.K.Muttzall，“Transport Phenomena”，J.Wiley和Sons Ltd.，1975，p.114，该文章通过引用包括在这里)。
因而，按照本发明，当被使用时，相对于传统系统，内管径和所述成形颗粒的几何尺寸的几何组合可提供压差的意想不到的减小，而在填充床中存在的成形颗粒的量不会显著减小。在多种情况下，优选地，成形颗粒的量大于传统系统的量，而同时在使用中提供压差的减小。相关几何尺寸是圆柱长度与圆柱直径的比率。另一个相关几何尺寸是圆柱直径与圆柱孔直径的比率。这些比率在下文详细地描述。
如这里使用的那样，“填充密度”代表填充床每单位体积的成形颗粒的质量。如这里使用的那样，“颗粒密度”代表在颗粒的边界内每单位颗粒体积的颗粒质量，这包括在颗粒中可能存在或不存在的孔的体积。在颗粒的周界内的颗粒的体积不包括，例如钻孔的体积或填充床中颗粒之间的体积。这里，颗粒密度认为不依赖于颗粒的形状和尺寸。另一方面，对于给定颗粒材料，颗粒密度依赖于颗粒中存在的孔的体积。当没有孔时，颗粒密度等于材料密度，这也可以称作骨架密度(skeletal density)。
参照图1描绘系统10，系统10在某些实施例中可以是反应器系统，包括管12和包含在管12内的填充床14。管12具有管壁16，该管壁16具有内侧管表面18和内管径20以限定一个区域，该区域在某些实施例中是反应区域，其中该反应区域包含填充床14、和区域直径20。管12具有管长度22，并且在所述区域内包含的填充床14具有床长度24。
在典型实施例中，与管轴线相垂直的管的内横断面(下文称为“管横断面”)是圆形的，这意味着，管内部表示为细长圆柱。在其它实施例中，管横断面可以是例如矩形、正方形、六边形、或特别是椭圆形的。如这里使用的那样，对于管横断面是非圆形的管，所指定的内管径被认为代表等效圆形直径，该等效圆形直径代表与所述非圆形管横断面的周线长度具有相同圆周长度的圆的直径。对于管横断面是非圆形的管，管横断面的最大尺寸与最小尺寸的比率典型地在从多于1到最大10，更典型地从大于1到最大5，特别是从大于1到最大2的范围中。
内管径20可以典型地最大120mm，更典型地最大80mm，特别是最大60mm。典型地，内管径至少10mm，更典型地至少15mm，特别是至少20mm。典型地，所述管是细长管。管横断面限定了填充床的对应横断面的形状和尺寸。内管径等于填充床的外径。优选地，管的长度22是至少3m，更优选地至少5m。优选地管长度22是至多25m，更优选地至多20m。优选地，管的壁厚是至少0.5mm，更优选地至少1mm，并且特别是至少2mm。优选地，管的壁厚是至多10mm，更优选地至多5mm，并且特别是至多4mm。
在其中填充床是催化剂床的实施例中，管12可以在床长度24之外包含非催化或惰性材料颗粒的分离床以用于例如与进给流的热交换目的，和/或另一个这样的分离床以用于例如与反应产物热交换目的的。
优选地，床长度24是至少3m，更优选地至少5m。优选地床长度24是至多25m，更优选地至多20m。管12还具有气体进口管端26，进给流可以引入其中，以及气体出口管端28，例如反应产物可以从其退出。
在某些实施例中，本发明涉及定义填充床的一种或多种性质的期望值。这样的性质包括下面的一种或多种-由成形颗粒占据的体积分数，-填充密度，及-气体流过填充床的阻力系数，该阻力系数导致在填充床的气体进口与气体出口之间的压差。
一般地，所述性质的值可以按照所述过程(包括操作填充床)的经济最佳操作条件而定义。优选地，被定义了期望值的性质包括(1)由成形颗粒占据的体积分数或填充密度、和(2)阻力系数。
由成形颗粒占据的体积分数的期望值在某些实施例中可以是至少0.2，更典型地至少0.3，以及特别是至少0.35。由成形颗粒占据的体积分数的期望值在某些实施例中可以是至多1，更典型地至多0.8，及特别是至多0.7。
填充密度的期望值在某些实施例中可以是至少100kg/m3，更典型地至少300kg/m3，及特别是至少500kg/m3。填充密度的期望值在某些实施例中可以是至多1600kg/m3，更典型地至多1400kg/m3，及特别是至多1200kg/m3，例如至多1000kg/m3。
如这里使用的那样，阻力系数R由如下表达式定义ΔP＝R×ρ×V2，其中ΔP代表填充床每单位长度的压差，R代表阻力系数，ρ代表气体的密度，及V代表表面气体速度，其中气体密度和表面气体速度是在填充床的气体进口和气体出口温度的平均值下和气体进口和气体出口压力的平均值下测得。概括地说，定义阻力系数R的表达式对于本领域的技术人员是已知的，为Leva Correlation。可以参考“Perry’sChemical Engineer’s Handbook”，6thEdition，R.H.Perry等(Editors)，p.18-24，1983，该文献通过引用包括在这里。
阻力系数R的期望值在某些实施例中可以是至少0.05mm-1，更典型地至少0.1mm-1，及特别是至少0.2mm-1。阻力系数R的期望值在某些实施例中可以是至多5mm-1，更典型地至多3mm-1，及特别是至多2.5mm-1。
成形颗粒的形状可以从适用形状的很宽范围中挑选，例如圆柱形、鞍形、球形、及圆环形。成形颗粒优选地具有圆柱几何结构，可以是空心或不是空心。参照图2，具有圆柱几何结构30的成形颗粒可以具有圆柱长度32，典型地从4到20mm，更典型地从5到15mm；圆柱直径34，典型地从4到20mm，更典型地从5到15mm；及圆柱孔直径36，典型地从0.1到6mm，优选地从0.2到4mm。圆柱长度32与圆柱直径34的比率典型地在从0.5到2的范围中，更典型地从0.8到1.5，特别是从0.9到1.2。在没有孔的情况下，就是说当圆柱几何形状不是空心时，圆柱孔直径认为是零。圆柱直径34与圆柱孔直径36的比率典型地在2.5到1000的范围中，更典型地从2.8到500，特别是从3到200。
当内管径小于28mm时，内管径20与圆柱直径34的比率可以典型地在从1.5到7的范围中，更典型地从2到6，特别是从2.5到5。当内管径是至少28mm时，内管径20与圆柱直径34的比率可以典型地在从2到10的范围中，更典型地从2.5到7.5，特别是从3到5。
本领域的技术人员将认识到，对于使用在填充床中的成形颗粒，术语“圆柱”不必指包括精准圆柱的圆柱几何结构。术语“圆柱”是指包括与精准圆柱的不明显偏差。例如，与圆柱轴线相垂直的圆柱几何结构的外周界的横断面不必是准确的圆形71，如在图4中描绘的那样。而且，圆柱几何结构的轴线可以是近似直的，和/或圆柱几何结构的圆柱直径沿轴线可以近似地恒定。不明显的偏差包括，例如其中圆柱的外周界可被定位在由虚拟相同直径的两个假想的准确同轴圆柱所限定的假想管形空间中的情形，由此假想的内圆柱的直径是假想的外圆柱的直径的至少70％，更典型地至少80％，特别是至少90％，并且挑选所述假想内圆柱使得它们的直径的比率尽可能最接近1。在这样的情况下，假想外圆柱的直径认为是圆柱几何结构的圆柱直径34。图4描绘垂直于假想圆柱73和74的轴线得到的横断面视图、圆柱几何结构的外周界72、假想外圆柱73及假想内圆柱74。
类似地，本领域的技术人员将认识到，圆柱几何结构的孔(如果有的话)可以不必是准确的圆柱形的，孔的轴线可以近似是直的，圆柱孔直径可以近似恒定，和/或孔的轴线相对于圆柱的轴线可以偏移，或者可以倾斜。如果圆柱孔直径在孔的长度上变化，则圆柱孔直径被认为是在孔端处的最大直径。如果孔的横断面不是准确的圆形，则最宽尺寸被认为是圆柱孔直径。而且，由孔提供的空白空间可以在多于两个或更多个孔(例如2、3、或甚至4、或5个孔)上划分，在该情况下所述多个孔的直径是这样的，所述多个孔的横断面面积的总和等于具有圆柱孔直径的单个孔的横断面面积，如这里规定的那样。
在优选实施例中，圆柱几何结构将是沿圆柱轴线具有孔的圆柱。
要理解，圆柱几何结构的尺寸是近似的，因为制造成形颗粒的方法不必精确。因而，在本发明的实践中可能使用的个别成形颗粒的尺寸可能有变化。如果情况是这样，则成形颗粒的相关尺寸，如这里定义的那样，被认为是代表对100个随机挑选的个别颗粒所测得的关注的尺寸的数值平均。所述变化可以是这样的，典型地至少90％，更典型地至少95％，特别是100％的随机挑选个别颗粒具有的关注尺寸在所述尺寸数值平均的80到120％内。更具体地说，变化可以是这样的，典型地至少90％，更典型地至少95％，特别是100％的随机挑选个别颗粒具有的关注尺寸在尺寸数值平均的90到110％内。
在某些实施例中，本发明涉及一种用来选择替换成形颗粒的过程，所述替换成形颗粒适于替换在管中的原有填充床中填充的成形颗粒。典型地，在原有填充床中填充的成形颗粒具有圆柱几何结构，如上文定义的那样，并且具体地说，它们是“标准8mm圆柱”。如这里使用的那样，“标准8mm圆柱”形式的成形颗粒具有在8至9mm范围中的圆柱长度、在8到9mm范围中的圆柱直径、及在2.5到3.5mm范围中的圆柱孔直径。所述替换成形颗粒也典型地具有圆柱几何结构，如上文定义的那样。具体地说，当在原有填充床中填充的成形颗粒是“标准8mm圆柱”时，所述替换成形颗粒具有圆柱几何结构。在这些实施例的选择过程中，当床经受气体流过填充床的条件时，对于填充床每单位长度的压差的相对变化定义一个期望值。所述压差的相对变化是由于使用选择的成形颗粒替换原有床的成形颗粒而产生。
所述压差的相对变化的所述期望值，就是说下文所进一步定义的(ΔP′-ΔP1)/ΔP1，在某些实施例中可以是至少-0.8，更典型地至少-0.7，及特别是至少-0.6。压差相对变化的所述期望值在某些实施例中可以是至多5，更典型地至多4，优选地至多3、更优选地至多1，特别是至多0.5，更特别是至多0.2。相对于原有填充床呈现的压差，压差相对变化的负值是指压差的减小，而正值是指压差的增大。所述变化的值是相对于原有填充床的情形。
所述成形颗粒的尺寸可以通过使用基于这里描述的表达式的关系而计算。所述计算可以是迭代计算。所述计算也可以通过解出基于表达式的公式形式的关系以分析方式进行。也可以使用作为计算手段的图形方法。计算可以产生用于成形颗粒的一组或多组尺寸，例如两或三组尺寸，从而在管中形成的成形颗粒的填充床满足或大体满足所述期望值。本领域的技术人员将理解，在某些实施例中，成形颗粒的尺寸的一个或多个可以自由地挑选以作为计算的输入参数，并且其它尺寸将随后作为计算的结果而跟随。本发明的优点是，具有所述计算尺寸的成形颗粒的的所述填充床(其满足或大体满足所述期望值)可以是想象的填充床，因为通过使用本发明，没有必要实际提供填充床用于测试所述性质(已经为这些性质已经定义期望值)的目的。如这里使用的那样，“大体满足”是指填充床典型地在期望值的从70到130％的范围内，更典型地在期望值的从80到120％的范围内，特别是在期望值的从90到110％的范围内，更特别是在期望值的从95到105％的范围内，满足所关注的性质。所述计算尺寸，与任何自由挑选尺寸一起(如果有的话)，可以随后与可得到的成形颗粒的尺寸相比较，例如商业上可买到成形颗粒、或使用可买到设备(如用于具有适当尺寸的挤压机的模板)可以制造的成形颗粒。从可得到的成形颗粒可以进行适当选择。可替换的，可以故意地制造所述计算尺寸的成形颗粒。这样，按照所述计算尺寸选择成形颗粒。适当地，所选择成形颗粒的尺寸然后可以被使用在所述关系式中，以便确认将要在管中形成的所选择成形颗粒的填充床是否满足或大体满足所述期望值。
作为一个例子，可以计算具有圆柱几何结构的成形颗粒的尺寸。通过使用可由数学表达式定义的一种或多种关系可以计算所述尺寸，该数学表达式依赖于已经对其定义期望值的填充床的性质。
当对于由成形颗粒占据的填充床的体积分数已经定义一个期望值时，数学表达式可以是Vp＝a+b×(L/Do)+c×Di+d×Do2+e×Dt，或Vp＝a′×[(Dt/Do)2/(b′+(Dt/Do)2]-c′×[(Di/Do)2]其中Vp代表由成形颗粒占据的填充床的体积分数的期望值，L代表圆柱长度，Do代表圆柱直径，Di代表圆柱孔直径，Dt代表管的内径，及a、a′、b、b′、c、 c′、d及e的每一个代表一个具有量纲的常数，该量纲适应表达式的对应项的量纲。
当对于填充密度已经定义一个期望值时，数学表达式可以是PD＝De×[a+b×(L/Do))+c×Di+d×Do2+e×Dt]，或PD＝De×[a′×[(Dt/Do)2/(b′+(Dt/Do)2]-c′×[(Di/Do)2]]，或PD＝f+g×(L/Do)+h×Di+i×Do2+j×De+k×Dt，
其中PD代表填充密度的期望值，L、Do、Di及Dt如上文定义的那样，De代表颗粒密度，及a、a′、b、b′、c、c′、d、e、f、g、h、i、j及k的每一个代表具有量纲的常数，该量纲适应表达式的对应项的量纲。
当对于阻力系数已经定义一个期望值时，数学表达式可以是R＝l+m×(L/Do)+n×Do+p×Di+q×L+r×Dt，其中R代表阻力系数的期望值，L、Do、Di及Dt如上文定义的那样，及l、m、n、p、q及r的每一个代表具有量纲的常数，该量纲适应表达式的对应项的量纲。
当对于压差的相对变化已经定义一个期望值时，数学表达式可以是(ΔP′-ΔP1)/ΔP1＝s+t×(L/Do)+u×Do+v×Di+w×L+y×Dt，其中ΔP′代表填充床每单位长度的压差值，ΔP1代表是原有填充床(标准8mm圆柱的填充床)每单位长度的压差值，(ΔP′-ΔP1)/ΔP1代表压差相对变化的期望值，L、Do、Di及Dt如上文定义的那样，及s、t、u、v、w、及y的每一个代表具有量纲的常数，该量纲适应表达式的对应项的量纲。
在数学表达式中呈现的变量具有一定量纲，并且可以按照其量纲以单位表达。在典型实施例中，单位可以按如下定义Vp表示为1的分数，PD以kg/m3表示，R以mm-1表示，
(ΔP′-ΔP1)/ΔP1是无量纲数，它高于-1，L以mm表示，Do以mm表示，Di以mm表示，De以kg/m3表示，Dt以mm表示，并且常数a、a′、b、b′、c、c′、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、n、p、q、r、s、t、u、v、w、及y可以在由在表I中的“典型的”、“优选的”及“更优选的”指示的范围中。
关于如上文所规定的那样具有所定义的单位的变量，常数a、a′、b、b′、c、c′、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、n、p、q、r、s、t、u、v、w、及y作为例子可以具有在“例I”在表I中所指示的或在“例II”在表I中所指示的值的集合。
表I
表I(续)
作为例子，对于具有1.55kg/m3颗粒密度的氧化铝颗粒，对于填充密度发现如下关系PD＝721.545-28.8624×(L/Do)-32.6931×Di-0.6033×Do2+6.0295×Dt，其中，PD、L、Do、Di及Dt具有如上文所定义的单位。这提供如下关系的确认PD＝f+g×(L/Do)+h×Di+i×Do2+j×De+k×Dtf、g、h、i、j及k在表I中所规定的范围内。
本发明也提供一种用来安装系统的方法。系统包括能够填充有成形颗粒的管，以在管中形成填充床。适当系统的例子是用在吸收过程中的系统，例如用来捕获水分或硫化合物的保护床；用于热交换的系统，例如为了热交换目的与填充催化剂床相组合的惰性材料的填充床，如上文描述的那样；以及作为包括催化剂颗粒的填充床的反应器系统的系统。这样的反应器系统可以用在例如通过烯烃的环氧化来制造氧化烯烃、在乙酸存在的情况下由乙烯的部分催化氧化通过苯或乙烯基乙酸盐的部分催化氧化来制造马来酸的过程中；在加氢过程中；在用于Fisher-Tropsch合成的过程中；或在用于废气(例如工业或汽车废气)的催化转换过程中。
按照本发明用来安装系统的方法包括-按照本发明选择成形颗粒，和-使用所选择的成形颗粒填充管，以在管中形成填充床。
本领域的技术人员将认识到，填充床的性质在某种程度上取决于充填速率，即，成形颗粒注入管中的速率。优选地，充填速率是如此之慢，从而填充床的性质不明显地取决于充填速率。典型地充填速率(被表达为每时间单位充填的管长度)是至多0.5m/s，更典型地充填速率是至多0.2m/s，特别是至多0.1m/s，更特别是至多0.05m/s。常常是，在本发明的正常实施中，充填速率是至少0.001m/s，更经常地充填速率是至少0.005m/s。这里规定的填充床认为是通过以如此低的速率充填所关注的管而已经形成的填充床，从而填充床的性质不显著依赖于填充速率，这意味着，通过把充填速率降低到无限低的充填速率，体积密度典型地减小最多5％，更典型地最多2％。这可以通过例行程序测试验证，其中体积密度相对于充填速率的趋势可以推广到充填速率零，以便求出在无限低充填速率下的体积密度。
本发明也提供一种用来在按照本发明安装的系统中使气体原料反应的过程，其中成形颗粒是适于使原料反应的催化剂颗粒。用来使气体原料反应的过程包括在反应条件下使原料与成形颗粒相接触。这样的过程的例子在上文已经给出，并且本领域的技术人员对于讨论的过程将能够选择适当类型的催化剂。
在具体实施例中，所述过程是用于烯烃的环氧化的过程，气体原料包括烯烃和氧，并且催化剂包括在支撑物上的银。作为例子，下文给出涉及用于烯烃的环氧化的过程的本发明实施例的详细描述。
典型地用于烯烃的环氧化的催化剂是包括支撑物上的银的催化剂。
支撑物可以是基于很宽范围的材料。这样的材料可以是天然或人造无机材料，并且它们可以包括耐热材料、碳化硅、粘土、沸石、木炭及碱土金属碳酸盐，例如碳酸钙。优选的是难熔材料，如氧化铝、氧化镁、二氧化锆及二氧化硅。最优选的材料是α-氧化铝。典型地，相对于支撑物的重量，支撑物包括至少85％w，更典型地至少90％w，特别是至少95％w的α-氧化铝，常常高达99.9％w的α-氧化铝。α-氧化铝支撑物的其它成分可以包括例如二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、碱金属成分，例如钠和/或钾成分；和/或碱土金属成分，例如钙和/或镁成分。
相对于支撑物的质量，支撑的表面面积可以适当地是至少0.1m2/g，优选地至少0.3m2/g，更优选地至少0.5m2/g，及特别是至少0.6m2/g；并且相对于支撑的质量，所述表面面积可以适当地是至多10m2/g，优选地至多5m2/g，及特别是至少多3m2/g。这里所使用的“表面面积”理解成涉及在Journal of the American Chemical Society 60(1938)pp.309-316中所描述的B.E.T.(Brunauer，Emmett和Teller)方法所确定的表面面积。高表面面积支撑物，特别当它们是可选择地额外包括二氧化硅、碱金属和/或碱土金属成分的α-氧化铝支撑物时，提供了改进的操作性能和稳定性。
支撑物的吸水性典型地在从0.2到0.8g/g的范围中，优选地在从0.3到0.7g/g的范围中。从通过浸渍在支撑物上的银和其它元素(如果有的话)的较高效沉积的观点看，较高吸水性可能有利。然而，在较高吸水性下，支撑物、或从其制成的催化剂，可能具有较低压碎强度。如这里使用的那样，认为吸水性已经按照ASTM C20测量，并且吸水性被表达为，相对于支撑物的质量，可被吸收到支撑物的孔中的水的质量。
包括银的催化剂的制备在现有技术中是已知的，并且已知方法可应用于在本发明的实践中使用的成形催化剂颗粒的制备。在支撑物上沉积银的方法包括用包含阳离子银的银化合物浸渍支撑物并进行还原以形成金属银颗粒。可以参考例如US-A-5380697、US-A-5739075、EP-A-266015、及US-B-6368998，这些专利通过引用包括在这里。
阳离子银对于金属银的还原可以在干燥催化剂的步骤期间完成，从而这样的还原不要求分离处理步骤。如果包含浸渍溶液的银包括还原剂，例如草酸、乳酸或甲醛，则需要上述步骤。
相对于催化剂的质量们，通过采用至少10g/kg的催化剂的银含量，可以得到可观的催化活性。优选地，催化剂包括在从50到500g/kg，更优选的从100到400g/kg的质量的银。
使用在本发明中的催化剂可以包括促进剂成分，该促进剂成分包括从铼、钨、钼、铬选择的元素、及其混合物。优选地促进剂成分包括元素铼。
相对于催化剂质量而计算所述元素(就是铼、钨、钼和/或铬)总量，促进剂成分可以典型地以至少0.01mmole/kg、更典型地至少0.1mmole/kg、及优选地至少0.5mmole/kg的量而存在。相对于催化剂质量而计算所述元素总量，促进剂成分可以以至多50mmole/kg、优选地至多10mmole/kg、更优选地至多5mmole/kg的量存在。促进剂成分被沉积到支撑物上的形式对于本发明并不重要。例如，促进剂成分可以作为氧化物或作为氧离子，例如作为铼酸盐、高铼酸盐、钨酸盐、以盐或酸的形式，而适当地提供。
当催化剂包括包含共联促进剂(copromoter)的铼时，相对于催化剂质量而计算该元素的量，铼可以典型地以至少0.1mmole/kg、更典型地至少0.5mmole/kg、及优选地至少1.0mmole/kg、特别是至少1.5mmole/kg的量而存在。铼典型地以至多5.0mmole/kg、优选地至多3.0mmole/kg、更优选地至多2.0mmole/kg、特别是至多1.5mmole/kg的量而存在。
而且，当催化剂包括包含共联促进剂的铼时，催化剂可以优选地包括铼共联促进剂，作为沉积在支撑物上的其它成分。适当地，铼共联促进剂可以从下述成分选择，所述成分包括从钨、铬、钼、硫、磷、硼和其混合物选择的元素。优选的是，铼共联促进剂可以从下述成分选择，所述成分包括从钨、铬、钼、硫和其混合物选择的元素。特别优选的是，共联促进剂包括元素钨。
相对于催化剂质量计算所述元素(即钨、铬、钼、硫、磷和/或硼的总和)，铼共联促进剂可以典型地至少0.01mmole/kg、更典型地至少0.1mmole/kg、及优选地至少0.5mmole/kg的总量存在。在同一基础上，铼共联促进剂可以以至多40mmole/kg、优选地至多10mmole/kg、更优选地至多5mmole/kg的量存在。其中铼共联促进剂沉积在支撑物上的形式对于本发明并不重要。例如，它可以适当地提供为氧化物或氧离子，例如作为硫酸盐、硼酸盐或钼酸盐，以盐或酸的形式。
催化剂优选地包括银、促进剂成分、及包括另外元素的成分，被沉积在支撑物上。合格的另外元素可以从氮、氟、碱金属、碱土金属、钛、铪、锆、钒、铊、钍、钽、铌、镓、锗及其混合物的组中选择。优选地，碱金属从锂、钾、铷及铯中选择。最优选地碱金属是锂、钾及/或铯。优选地，碱土金属从钙和钡中选择。典型地，所述另外的元素在催化剂中以从0.01到500mmole/kg，更典型地从0.05到100mmole/kg的总量存在，在催化剂质量上计算该元素总量。所述另外的元素可以以任何形式提供。例如，碱金属或碱土金属的盐是适当的。
如这里使用的那样，在催化剂中存在的碱金属的量被认为是，目前使用去离子化的水中在100℃从所述催化剂中可提取的量。提取方法涉及抽取10克的催化剂样本三次，其通过把它在20毫升部分的去离子化水中在100℃下加热5分钟、以及通过使用已知方法(例如原子吸收频谱测量)在组合抽取物中确定相关金属。
如这里使用那样，在催化剂中存在的碱土金属的量被认为是，目前在100℃下在去离子化的水中借助于10％w的硝酸从催化剂中可提取的量。提取方法涉及抽取10克的催化剂样本，其通过100毫升部分的10％w硝酸使其沸腾30分钟(1个大气压，即101.3kPa)、以及通过使用已知方法(例如原子吸收频谱测量)在组合抽取物中确定相关金属。参考US-A-5801259，该专利通过引用包括在这里。
使用在本环氧化过程中的烯烃可以是任何烯烃，如芳香烯烃，例如苯乙烯、或二烯属烃，不管是共轭的还是非共轭的，例如1，9-癸二烯或1，3-丁二烯。可以使用烯烃的混合物。典型地，烯烃是单烯烃，例如2-丁烯或异丁烯。优选地，烯烃是单-α-烯烃，例如1-丁烯或丙烯。最优选的烯烃是乙烯。
作为本发明的氧化烯烃制造系统的说明，图3提供典型环氧乙烷制造系统40的示意表示，其具有壳-和-管热交换器42，该热交换器42装备有在图1中所描绘的一个或多个反应器系统。典型地，多个反应器系统一起成组成管束，以便插入在所述壳-和-管热交换器中的壳中。本领域的技术人员将理解，催化剂颗粒填充到各个管中，从而当气体流过细长管时，管及其内装物提供相同的阻力系数。在壳-和-管热交换器42中存在的管的数量典型地在从1,000到20,000的范围中，更典型地在从2,000到15,000的范围中。环氧乙烷制造系统40可以包括一个或多个壳-和-管热交换器42，例如两个、三个或四个。
包括乙烯和氧的进给流可以经导管44填装到壳-和-管热交换器42的管侧，其中它与包含在其中的填充催化剂床相接触。壳-和-管热交换器42典型地以允许气体的向上或向下流动穿过填充催化剂床的方式操作。可以除去反应热量以及控制反应温度(即，在填充催化剂床内的温度)，这是通过使用热量传递流体(例如油、煤油或水)实现的，该热量传递流体经由导管46填装到壳-和-管热交换器42的壳侧，并且通过导管48从壳-和-管热交换器42的壳除去所述热量传递流体。
包括环氧乙烷、未反应乙烯、未反应氧的反应产物及可选择地诸如二氧化碳和水之类的其它反应产物通过导管50从壳-和-管热交换器42的反应器系统管退出，并且传送到分离系统52。分离系统52供环氧乙烷与乙烯、以及二氧化碳和水(如果存在)的分离之用。诸如水之类的提取流体可以用来分离这些成分，并且经由导管54引入到分离系统52。包含环氧乙烷的浓缩提取流体从分离系统52经导管56通过，而未反应乙烯和二氧化碳(如果存在)从分离系统52经导管58通过。分离的二氧化碳从分离系统52经导管61通过。通过导管58的气体流的一部分可以被除去以作为通过导管60的清洗流。剩余气体流通过导管62到再循环压缩机64。包含乙烯和氧的流通过导管66，并且与通过导管62的再循环乙烯相组合，并且组合流通到再循环压缩机64。再循环压缩机64排出到导管44中，由此排出流填装到壳-和-管热交换器42的管侧的气体进口。所产生的环氧乙烷可以例如通过蒸馏或提取从所述浓缩提取流体中回收。
在进给流中的烯烃浓度可以在很宽范围内选择。典型地，在进给流中的烯烃浓度相对于总进给将是至多80mole-％。优选地，在相同基础上，它将在从0.5到70mole-％，特别是从1到60mole-％的范围中。如这里使用的那样，认为进给流是与催化剂颗粒相接触的成分。
当前的环氧化过程可以是基于空气或基于氧的，参见“Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology”，第三版，卷9，1980年，pp.445-447。在基于空气的过程，空气或富氧空气用作氧化剂的源，而在基于氧的过程，高纯度(至少95mole-％)氧用作氧化剂的源。目前大多数环氧化工厂是基于氧的，并且这是本发明的优选实施例。
在通过导管44的进给流中的氧浓度可以在很宽范围中选择。然而，在实践中，氧一般在避免易燃状况的浓度下应用。典型地，应用的氧浓度将在总进给的1到15mole-％、更典型地从2到12mole-％的范围内。实际安全操作范围，除了取决于进给流成分，也取决于诸如反应温度和压力之类的反应条件。
有机卤化物可以在通过导管44的进给流中存在，以作为反应改良剂，用于相对于所期望的氧化烯烃结构，增加选择性、抑制烯烃或氧化烯烃对于二氧化和水的不希望氧化。有机卤化物特别是有机溴化物，并且更特别地是有机氯化物。优选的有机卤化物是含氯烃或含溴烃。更优选地它们从氯代甲烷、氯乙烷、二氯化乙烯、二溴化乙烯、氯乙烯或其混合物的组中选择。最优选地是氯乙烷和二氯化乙烯。
有机卤化物当在进给中以低浓度(例如相对于总进给高达0.01mole-％)下使用时，一般作为反应改良剂是有效的。优选的是，有机卤化物在进给流中相对于总进给以至多50×10-4mole-％，特别是至多20×10-4mole-％，更特别是至多15×10-4mole-％；并且相对于总进给以至少0.2×10-4mole-％，特别是至少0.5×10-4mole-％，更特别是至少1×10-4mole-％的浓度存在。
除烯烃、氧以及所述有机卤化物之外，进给流可以包含一种或多种选择成分，例如二氧化碳、惰性气体及饱和烃。二氧化碳一般对于催化剂活性具有不利影响。有利地，分离系统52以这样一种方式操作，从而在通过导管44的进给流中二氧化碳的量较低，例如在2mole-％以下，优选地在1mole-％以下，或在从0.2到1mole-％的范围中。惰性气体，例如氮或氩，可以在通过导体44的进给流中以从30到90mole-％，典型地从40到80mole-％，的浓度存在。不然，惰性气体可以以从1到10mole-％的浓度存在。适当的饱和烃是甲烷和乙烷。如果饱和烃存在，则它们可以相对于总进给以高达80mole-％的量存在，特别是高达75mole-％。它们常常以至少30mole-％的量存在，更常见地是至少40mole-％。可以采用饱和烃，以便增大氧气易燃性极限。
环氧化过程可以使用从很宽范围选择的反应温度而进行。优选地反应温度在从150到340℃的范围中，更优选地在从180到325℃的范围中。典型地，壳侧的热量传递液体具有比反应温度低5到10℃的温度。
为了减小催化剂的去活性的影响，反应温度可以逐渐或以多步幅升高，例如以从0.1到20℃、特别是0.2到10℃、更特别是0.5到5℃的步幅。反应温度的总增量可以是在10到140℃，更典型的是20到100℃的范围。当催化剂由于老化已经减小活性时，反应温度可以典型从当使用全新催化剂时在150到300℃、更典型地从200到280℃的范围中的水平，增大到在从230到340℃、更典型地从240到325℃的范围中的水平。
环氧化过程优选地在气体进口管端26在从1000到3500kPa的范围中的压力下执行。“GHSV”或Gas Hourly Space Velocity是在正常温度和压力(0℃、1个大气压、即101.3kPa)每小时在填充催化剂床的一个总体积单位上通过的气体单位体积。优选地，GHSV在从1500到10000Nm3/(m3.h)的范围中。优选地，在每小时所述总填充催化剂床的每m3产生的从0.5到10kmole氧化烯烃的范围中的工作速率下进行，特别是每小时所述总填充催化剂床的每m3产生的从0.7到8kmole氧化烯烃，例如每小时总填充催化剂床的每m3产生的5kmole氧化烯烃。
在环氧化过程中产生的氧化烯烃可以转化成1，2-二醇、1，2-二醇醚或烷醇。
到1，2-二醇或1，2-二醇醚的转化可以包括例如使氧化烯烃与水反应，适当地使用酸性或碱性催化剂。例如，为了主要制造1，2-二醇和较少的1，2-二醇醚，在酸性催化剂(例如0.5-1.0％w的硫酸)存在的液相反应中，基于总反应混合物，在50-70℃在100kPa绝对压力下，或在130-240℃和2000-4000kPa绝对压力下的气相中，优选地没有催化剂，氧化烯烃可以与十倍摩尔过量水反应。如果降低水的比例，则在反应混合物中1，2-二醇醚的比例增大。如此生产的1，2-二醇醚可以是二-醚、三-醚、四-醚或后续醚。可替换的，1，2-二醇醚可以通过使用醇(特别是伯醇，如甲醇或乙醇)转化氧化烯烃、通过用醇代替水的至少一部分而制备。
转化成烷醇可以包括使氧化烯烃与胺反应，如与氨、烷基胺或二烃基胺反应。可以使用无水或有水氨。无水氨典型地用来利于单乙醇胺的生产。至于在氧化烯烃到乙醇胺的转化中可应用的方法，可以参考例如US-A-4845296，该专利通过引用包括在这里。
1，2-二醇和1，2-二醇醚可以用在各种各样的工业用途中，例如在食品、饮料、烟草、化妆品、热塑性聚合物、可熟化树脂系统、洗涤剂、热量传递系统、等等的领域中。烷醇可以用在例如天然气的处理(“脱硫”)中。
除非另有规定，这里提到的有机化合物，例如烯烃、1，2-二醇醚、烷醇及有机卤化物，典型地具有至多40个碳原子，更典型地至多20个碳原子，特别是至多10个碳原子，更特别地至多6个碳原子。如这里定义的那样，用于碳原子数量(即碳数量)的范围包括对所述范围的极限规定的数量。
在本发明的过程中，成形颗粒的尺寸可以通过使用计算机系统而计算。计算机系统包括计算机程序产品、和配置成接收和执行从计算机程序产品读出的指令的中央处理单元。计算机程序产品包括存储器介质、和在存储器介质上记录的计算机可读程序代码。计算机可读代码由中央处理单元是可执行的，并且包括用于填充床的一种或多种性质的一个或多个数学表达式，如上文定义的那样。
软件系统可以与计算机可读程序代码一起工作，以指令中央处理单元执行在本发明的过程中包括的一种或多种计算。软件系统可以存储在存储器介质上，该存储器介质适于与中央处理单元交互作用。适当软件系统的例子包括EXCELTM、MATLABTM、STATISTICATM、及SASTM。也包括在本发明中的是一种计算机程序，该计算机程序包括用来指令中央处理单元执行在本发明的过程中包括的一种或多种计算的计算机可读程序代码。
术语“存储器介质”可以包括安装介质，例如紧致盘(CD)或软盘、计算机系统存储器、或非易失存储器。计算机系统存储器的例子包括但不限于DRAM和SDAM。非易失存储器的例子包括但不限于磁性介质，例如硬驱动器；或光学存储。存储器介质也可以包括其它类型的存储器、或其组合。
在实施例中，所述填充床的一种或多种性质的期望值经键盘输入到中央处理单元。软件系统可以存储在计算机程序之外的分离存储器介质上。中央处理单元配置成接收和执行来自软件系统和计算机可读程序代码的指令。
在另一个实施例中，所述填充床的一种或多种性质的期望值、软件系统及计算机可读程序代码可以存储在同一存储器介质上。
作为适于用在本发明的过程的各种实施例中的计算机系统的说明，图5提供表示计算机系统100的示意表示。计算机系统100典型地包括与计算机程序产品103、104及105相联的一个或多个中央处理单元102，该计算机程序产品由计算机系统存储器103、软盘104或紧致盘105表示。计算机系统100还可以包括一个或多个显示装置，例如监视器106；一个或多个字母数字输入装置，例如键盘108；及/或一个或多个方向输入装置，例如鼠标110。如下例子打算表明本发明的优点，并且不打算过分限制本发明的范围。
例A一个具有圆形管横断面并且具有39mm内径的管包括具有圆柱几何结构的成形颗粒的填充床。在管的正常操作期间，气体流过管并流过填充床，引起在填充床上的压差。成形颗粒是具有8.5mm的圆柱长度、8.5mm的圆柱直径及3mm的圆柱孔直径的标准8mm圆柱，并且它们具有1.55kg/m3的颗粒密度。填充床的填充密度是781kg/m3。
所希望的是，用具有圆柱几何结构的替换成形颗粒替换在填充床中的标准8mm圆柱，从而填充密度将保持相同，就是说在值781kg/m3的95％到105％的范围中，并且压差的相对变化将是至多-0.2，意味着在替换之后在填充床上的压差是在原有填充床上的压差值的至多80％。在这个例子中，替换成形颗粒可以具有8.5mm的圆柱长度和8.5mm的圆柱直径、或9.5mm的圆柱长度和9.5mm的圆柱直径、或10.5mm的圆柱长度和10.5mm的圆柱直径。
使用用于填充密度PD的和用于压差的相对变化(ΔP′-ΔP1)/ΔP1的表达式，如在上文规定的那样；和使用在表I中的常数f、g、h、i、j、k、s、t、u、v、w、及y的值，如上文对于例I规定的那样，进行计算。
计算表明具有9.5mm的圆柱长度、9.5mm的圆柱直径及在从约1.6到约3.8mm的范围中的圆柱孔直径的替换成形颗粒将满足781kg/m3±5％的填充密度的期望值，并且具有9.5mm的圆柱长度、9.5mm的圆柱直径及至少约2.75mm的圆柱孔直径的替换成形颗粒将满足至多-0.2的压差的相对变化的期望值。具有9.5mm的圆柱长度、9.5mm的圆柱直径及在从约2.75到约3.8mm的范围中的圆柱孔直径的替换成形颗粒将满足这两个期望值。具有9.5mm的圆柱长度、9.5mm的圆柱直径及在从约2.75到约3.8mm的范围外的圆柱孔直径的替换成形颗粒将不满足这两个期望值。
类似地，计算也表明具有10.5mm的圆柱长度、10.5mm的圆柱直径及在从约1.25到约3.45mm的范围中的圆柱孔直径的替换成形颗粒将满足两个期望值。具有10.5mm的圆柱长度、10.5mm的圆柱直径及在从约1.25到约3.45mm的范围外的圆柱孔直径的替换成形颗粒将不满足这两个期望值。
计算也表明没有能满足这两个期望值的具有8.5mm的圆柱长度和8.5mm的圆柱直径的成形颗粒。
可以选择具有9.5mm的圆柱长度、9.5mm的圆柱直径及3.5mm的圆柱孔直径的替换成形颗粒。所述管可以用这些替换成形颗粒填充。
以类似方式，可以选择包括在氧化铝支撑物上的银的催化剂的成形颗粒，并且填充在管中以形成填充床。所述管可以用作反应器管，并且乙烯和氧可以在填充床上反应以产生环氧乙烷。环氧乙烷可以用水转化以形成乙二醇。
例B
重复例A，差别在于标准8mm圆柱颗粒代表包含具有970kg/m3密度的催化剂的银，并且在填充床中的标准8mm圆柱颗粒被相同催化剂成分的替换成形颗粒所替换，从而填充密度将增大到至少1067kg/m3，这是至少10％的增大，并且从而压差的相对变化将是至多0.1，意味着压差是原有填充床的压差值的至多110％。
计算表明具有9.5mm的圆柱长度、9.5mm的圆柱直径及至多约0.45mm的圆柱孔直径的替换成形颗粒将满足至少1067kg/m3的填充密度的期望值，并且具有9.5mm的圆柱长度、和9.5mm的圆柱直径的替换成形颗粒将满足至多0.1的压差的相对变化的期望值，而与孔直径无关。具有9.5mm的圆柱长度、9.5mm的圆柱直径及至多约0.45的圆柱孔直径的替换成形颗粒将满足这两个期望值。具有9.5mm的圆柱长度、9.5mm的圆柱直径及大于0.45mm的圆柱孔直径的替换成形颗粒将不满足这两个期望值。
类似地，计算也表明具有10.5mm的圆柱长度、10.5mm的圆柱直径及至多约0.2mm的圆柱孔直径的替换成形颗粒将满足这两个期望值。具有10.5mm的圆柱长度、10.5mm的圆柱直径及大于0.2mm的圆柱孔直径的替换成形颗粒将不满足这两个期望值。
计算也表明没有能满足这两个期望值的具有8.5mm的圆柱长度和8.5mm的圆柱直径的成形颗粒。
可以选择具有9.5mm的圆柱长度、9.5mm的圆柱直径及0.3mm的圆柱孔直径的替换成形颗粒，并且填充在管中以形成填充床。所述管然后可以用作反应器管，并且乙烯和氧可以在填充床上反应以生产环氧乙烷。如此生产环氧乙烷可以用水转化以形成乙二醇。
权利要求
1.一种选择被使用在包括管的系统中的成形颗粒的过程，该管能够被填充成形颗粒以在管中形成填充床，其中该过程包括-规定填充床的一种或多种性质的期望值，-计算所述成形颗粒的尺寸，使得具有所述计算尺寸的成形颗粒的管中的填充床满足或大体满足所述期望值，及-按照所述计算尺寸选择成形颗粒，其中，所述填充床的所述一种或多种性质包括下面一个或多个-由成形颗粒占据的体积分数，-填充密度，及-气体流过所述填充床的阻力系数，该阻力系数导致在填充床的气体进口与气体出口之间的压差，该阻力系数由如下表达式定义ΔP＝R×ρ×V2，其中ΔP代表所述填充床每单位长度的压差，R代表阻力系数，ρ代表气体的密度，及V代表表面气体速度，其中所述气体密度和表面气体速度是在填充床的气体进口温度和气体出口温度的平均值下以及填充床的气体进口压力和气体出口压力的平均值下测得。
2.根据权利要求1所述的过程，其中所述填充床的所述性质包括(1)由成形颗粒占据的体积分数或填充密度、和(2)阻力系数。
3.根据权利要求1或2所述的过程，其中所述成形颗粒具有圆柱几何结构，该圆柱几何结构可以是空心、或不是空心的，并且由圆柱长度、圆柱直径及圆柱孔直径所定义，其中在没有孔的情况下认为所述圆柱孔直径是零。
4.根据权利要求3所述的过程，其中使用由如下表达式的一个或多个所定义的一种或多种关系计算尺寸当所述性质是由成形颗粒占据的体积分数时Vp＝a+b×(L/Do)+c×Di+d×Do2+e×Dt， 或Vp＝a′×[(Dt/Do)2/(b′+(Dt/Do)2]-c′×[(Di/Do)2]，和/或当所述性质是填充密度时PD＝De×[a+b×(L/Do))+c×Di+d×Do2+e×Dt]，或PD＝De×[a′×[(Dt/Do)2/(b′+(Dt/Do)2]-c′×[(Di/Do)2]]，或PD＝f+g×(L/Do)+h×Di+i×Do2+j×De+k×Dt，和/或当所述性质是阻力系数时R＝l+m×(L/Do)+n×Do+p×Di+q×L+r×Dt，其中Vp代表由成形颗粒占据的填充床的体积分数的期望值，PD代表填充密度的期望值，R代表阻力系数的期望值，L代表圆柱长度，Do代表圆柱直径，Di代表圆柱孔直径，De代表颗粒密度，Dt代表管的内径，及a、a′、b、b′、c、c′、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、n、p、q及r中的每一个代表具有量纲的常数，该量纲适应所述表达式的对应项的量纲。
5.根据权利要求4所述的过程，其中，Vp是1的分数，PD以kg/m3表示，R以mm-1表示，L以mm表示，Do以mm表示，Di以mm表示，De以kg/m3表示，Dt以mm表示，及常数a、a′、b、b′、c、c′、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、n、p、q及r的值在如下范围中a从0.2到0.7，a′从0.3到1，b从-0.2到0.1，b′从-1到6，c从-0.05到0.01，c′从0.1到1.5，d 从-0.001到0.0002，e从0.001到0.007，f从-1500到2500，g从-250到200，h从-70到-5，i从-1.5到0.5，j从-1000到1500，k从0到12，l从-1到7，m从-5到2n从-0.8到0，p从-0.2到0.05，q从-0.3到0.6，及r从0.01到0.07。
6.根据权利要求5所述的过程，其中，常数a、a′、b、b′、c、c′、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、n、p、q及r的值在如下范围中a从0.35到0.55，a′从0.5到0.8，b从-0.1到0.05，b′从1到4，c从-0.03到-0.01，c′从0.5到0.85，d从-0.0007到-0.0001，e从0.0025到0.0055，f从-500到1500，g从-120到80，h从-50到-20，i从-1.1到-0.1，j从-400到800，k从4到8，l从1.5到5，m从-3.5到0n从-0.6到-0.15，p从-0.12到-0.02，q从-0.1到0.4，及r从0.03到0.05。
7.根据权利要求6所述的过程，其中，常数a、a′、b、b′、c、c′、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、n、p、q及r的值在如下范围中a从0.42到0.5，a′从0.62到0.68，b 从-0.053到0.016，b′从1.7到3，c 从-0.025到-0.017，c′从0.59到0.77，d从-0.00055到-0.00022，e从0.0032到0.0045，f从-110到830，g从-76到34，h从-42到-27，i从-0.86到-0.34，j从-70到530，k从5到7，l从2.6到4.3，m从-2.7到-0.9n从-0.47到-0.25，p从-0.094到-0.046，q从0.01到0.25，及r从0.035到0.042。
8.一种用来选择成形颗粒的过程，该成形颗粒适于替换在管中的原有填充床中填充的成形颗粒，其中该过程包括-规定当所述填充床经受气体流过填充床的条件时在填充床上的填充床每单位长度的压差的相对变化的一个期望值，其中所述相对变化来自于所述替换成形颗粒替换所述成形颗粒，-计算成形颗粒的尺寸，使得具有所述计算尺寸的成形颗粒的管中的填充床在经受气体流过填充床的所述条件时呈现填充床的每单位长度的压差的一个相对变化，其满足或大体满足压差的相对变化的所述期望值，及-按照所述计算尺寸选择所述替换成形颗粒。
9.根据权利要求8所述的过程，其中原有填充床的成形颗粒是标准8mm圆柱，所述替换成形颗粒具有圆柱几何结构，该圆柱几何结构可以是空心或不是空心的，其由圆柱长度、圆柱直径及圆柱孔直径所定义，其中没有孔的情况下认为圆柱孔直径是零，并且其中使用由如下表达式可定义的关系计算尺寸(ΔP′-ΔP1)/ΔP1＝S+t×(L/Do)+u×Do+v×Di+w×L+y×Dt，其中ΔP′代表填充床每单位长度的压差，ΔP1代表原有填充床每单位长度的压差，(ΔP′-ΔP1)/ΔP1代表填充床每单位长度的压差的相对变化的期望值，L代表圆柱长度，Do代表圆柱直径，Di代表圆柱孔直径，Dt代表管的直径，及s、t、u、v、w、及y中的每一个代表具有量纲的常数，该量纲适应所述表达式的对应项的量纲。
10.根据权利要求9所述的过程，其中，(ΔP′-ΔP1)/ΔP1是无量纲数，L以mm表示，Do以mm表示，Di以mm表示，Dt以mm表示，及常数s、t、u、v、w、及y的值在如下范围中s从-5到20，t从-20到5，u从-2.5到0.5，v从-0.4到0.2，w从-1到2，及y从-0.06到0.03。
11.根据权利要求10所述的过程，其中常数s、t、u、v、w、及y的值在如下范围中s从3到15，t从-12到0，u从-1.5到0，v从-0.25到0.05，w从-0.2到1.3，及y从-0.035到0.01。
12.根据权利要求11所述的过程，其中常数s、t、u、v、w、及y的值在如下范围中s从6到12，t从-8.8到-3.1，u从-1.1到-0.4，v从-0.18到-0.03，w从0.19到0.91，及y从-0.023到-0.002。
13.根据权利要求1-12任一项所述的过程，其中所述成形颗粒的尺寸通过使用计算机系统计算。
14.一种用来安装包括管的系统的方法，该管能够被填充成形颗粒以在管中形成填充床，该方法包括-按照在权利要求1-13的任一项中所述的过程选择成形颗粒，和-用所选择的成形颗粒填充所述管，以在管中形成填充床。
15.一种用来使权利要求14所述的方法安装的系统中的气体原料反应的过程，其中所述成形颗粒是适于使所述原料反应的催化剂颗粒，该过程包括在反应条件下使所述原料与所述成形颗粒相接触。
16.根据权利要求15所述的过程，其中所述过程是用于烯烃的环氧化的过程，所述气体原料包括烯烃和氧，以及所述催化剂包括在支撑物上的银。
17.一种用于1，2-二醇、1，2-二醇醚或烷醇的制造的过程，包括使氧化烯烃与水、醇或胺反应，其中所述氧化烯烃由权利要求16中所述的过程制备。
18.一种包括存储器介质、及记录在存储器介质上的计算机可读程序代码的计算机程序产品，其中所述计算机可读程序代码适于用来指令中央处理单元执行用于在权利要求1-13的任一项中所述的过程的计算。
19.一种包括在权利要求18中所述的计算机程序产品和中央处理单元的计算机系统，该中央处理单元配置成接收和执行从计算机程序产品读出的指令。
全文摘要
一种选择使用在管中的成形颗粒的过程，该管能够填充成形颗粒以在管中形成填充床。定义填充床的一种或多种性质的期望值。计算成形颗粒的尺寸，从而在具有所述计算尺寸的成形颗粒的管中的填充床满足或大体满足所述期望值，并且按照所述计算尺寸选择成形颗粒。填充床的性质可以是由成形颗粒占据的体积分数、填充密度、及气体流过填充床的阻力系数。
文档编号B01J8/02GK101072631SQ200580035483
公开日2007年11月14日 申请日期2005年9月21日 优先权日2004年9月24日
发明者阿路易休斯·N·R·鲍斯, 安尼·T·考勒曼, 保罗·M·麦考里斯特, 迈克尔·A·理查德, 约翰尼斯·L·M·瑟瑞尔 申请人:国际壳牌研究有限公司