均溫液——固相催化反應器的製作方法

2023-09-12 07:42:10

專利名稱：：均溫液——固相催化反應器的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種均溫液一固相催化反應器，特別是關於一種用於環氧乙烷與水催化水合制乙二醇、苯與乙烯烴化制乙苯、苯與丙烯烴化制異丙苯、烴類等合成反應的液一固相催化反應器。
背景技術：
：對於由苯與乙烯烴化制乙苯、苯與丙烯烴化制異丙苯、烴類等合成這類液固相放熱催化反應，隨著反應過程的進行，不斷放出的反應熱使催化劑床層溫度升高。為了提高反應器的效率，需要把反應熱移出以降低反應溫度。在工業反應器中曾廣為使用的一種是多段原料冷激來降低反應溫度，這種反應器因原料冷激時同時也降低了反應物濃度，影響了收率。另一種由環氧乙烷與水直接催化水合制乙二醇的傳統列管式反應器，見附圖1，主要由殼體(l)、法蘭(2)、封頭(3)、列管(4)、列管支承板(5)、催化劑(6)、進料分配器(7)、原料從底部進料管(8)進入進料分配器(7)通過分配器後分布到各個列管中。由於該反應屬於強放熱反應。反應時催化劑會化學溶脹和遇熱膨脹極容易造成催化劑的破碎，使催化劑使用壽命短，並且每根列管內裝載的催化劑量不盡相同，運行時每根列管的阻力降不同影響反應的轉化率與選擇性。文獻中國專利CN00240543.1中介紹了一種列管式固定床反應器。該反應器由反應器壁、反應器封頭、反應管、圓盤形折流擋板等組成。由於其採用列管式，列管中裝載催化劑，因此同樣存在化學溶脹、熱膨脹造成催化劑破碎，床層阻力降不均等問題。
發明內容本發明所要解決的技術問題是現有技術中存在反應時催化劑會化學溶脹和遇熱膨脹極容易造成催化劑的破碎，使催化劑使用壽命短，並且每根列管內裝載的催化劑量不盡相同，對應的每根列管內裝載的催化劑床層阻力降不同的問題，提供一種新的均溫液一固相催化反應器。該反應器用於強放熱反應過程中具有催化劑床層阻力降穩定、撤熱效果好、催化劑不易破碎、催化劑活性高、催化劑裝填係數大、操作性能好的優點。為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案如下一種均溫液一固相催化反應器，包括一個能承受壓力的殼體(l)、法蘭(2)、封頭(3)、倒置U型列管(4)、倒置U型列管支承板(5)、防U型管傾斜擋板(6)、枝狀分配器(7)、盤狀再分配器(8)、冷卻或加熱介質進口(9)、冷卻或加熱介質出口(10)和管箱隔板(11)、液態反應物料由進料管(12)進、出料管(13)出；其中倒置U型列管(4)均勻分布於列管支承板(5)上，在列管支承板(5)與下封頭(3)之間形成一個管箱，且由管箱隔板(ll)相隔成冷卻或加熱介質進、出兩箱；在列管支承板(5)上方依此設有枝狀分配器(7)和盤狀再分配器(8);枝狀分配器(7)由至少一個物料進料口(12)、環型進料管(14)和至少一個枝狀管(17)組成，其中枝狀管上開設有小孔(15)，枝狀管(17)均勻分布於環型進料管(14)上；盤狀再分配器(8)上均勻分布有與列管支承板(5)對應的列管和均勻開設多個小孔(16)，其中倒置U型列管(4)在盤狀再分配器(8)上的開孔率為2045%，小孔(16)在盤狀再分配器(8)開孔率為110%。上述技術方案中，倒置U型列管(4)優選方案為以三角形或四角形排列，開口段由倒置U型列管支承板(5)固定；U型列管(4)內冷卻或加熱介質優選方案為液態或氣態。枝狀分配器(7)和盤狀再分配器(8)上優選方案為均勻開設多個小孔，小孔(15)的孔徑為120毫米，小孔(16)的孔徑為110毫米。由於本發明的反應器催化劑裝填在倒置U型列管(4)的外側，故反應器催化劑裝填系是列管式固定床反應器的12倍，並且催化劑裝卸方便、阻力降穩定、對催化劑化學溶脹和遇熱膨脹造成的催化劑的體積增大有一個很好的緩衝空間使催化劑不宜擠破碎。採用本發明的均溫液一固相催化反應器，用於環氧乙烷與水直接催化水合制乙二醇的反應，其中，徑相溫差為31(TC，催化劑膨脹率達1221%時催化劑都不易擠破碎，但採用固定床列管反應器徑相溫差為518°C，催化劑膨脹率達25%時催化劑就擠破碎，列管內催化劑阻力降急劇增加導致活性下降甚至無法正常運轉。採用本發明的均溫液一固相催化反應器效果顯著，催化劑壽命達8000小時以上取得了較好的技術效果。圖1是現有技術的反應器示意圖；圖2是本發明反應器的示意圖；圖3是本發明反應器的枝狀進料分布器(7)的示意圖；圖4是本發明反應器的盤狀再分布器(8)的示意圖。本發明均溫液一固相催化反應器見圖2，主要包括一個能承受壓力的殼體(1)、法蘭(2)、封頭(3)、倒置U型列管(4)、倒置U型列管支承板(5)、防U型管傾斜擋板(6)、枝狀分配器(7)和盤狀再分配器(8)、冷卻或加熱介質進口(9)、冷卻或加熱介質出口(10)和管箱隔板(11)、液態反應物料由進料管(12)進、出料管(13)出；其中倒置U型列管(4)均勻分布於列管支承板(5)上，在列管支承板(5)與下封頭(3)之間形成一個管箱，且由管箱隔板(ll)相隔成冷卻或加熱介質進(8)、出(8)兩箱；在列管支承板(5)上方依此設有枝狀分配器(7)和盤狀再分配器(8);枝狀分配器(7)至少有一個物料進料口(12)、環型進料管(14)和至少一個枝狀管(17)組成，其中枝狀管上開設有小孔(15)，孔徑120毫米，枝狀管(17)均勻分布於環型進料管(14)上；盤狀再分配器(8)上均勻分布有與列管支承板(5)對應的列管和均勻開設多個小孔(16)，其中倒置11型列管(4)在盤狀再分配器(8)上的開孔率為2045%，小孔(16)在盤狀再分配器(8)開孔率為110%，孔徑110毫米。反應溫度通過調節冷卻或加熱介質的溫度來加以控制。本發明因催化劑裝在U型管外側，故增加了催化劑裝填係數，達到75%以上。而列管式固定床反應器催化劑裝填係數通常在30%左右。本發明反應器由於撤熱或加熱管採用U型列管(4)，開口段與支承板(5)固定，另一段可自由伸縮，增加了結構可靠性。下面通過實施例對本發明作進一步闡述。具體實施方式實施例1用本發明一種均溫型液一固相催化反應器見圖2，來完成環氧乙垸與水催化直接水合制乙二醇，反應器直徑2.6米，高6.0米，裝複合型催化劑，合成壓力0.72.0MPa，原料成分環氧與水，摩爾比l:8，進料量37.5噸/小時，催化劑熱點溫度90120'C，U型管內載體溫度與U型管外側催化劑熱點溫度之間溫差〈15'C。催化劑壽命達8000小時以上。在同樣操作條件下，採用列管式固定床反應器見圖1，列管中催化劑長時間受熱、膨脹，造成催化劑擠破碎、使用壽命縮短。用本發明反應器見圖2，由於催化劑裝在U型列管外側，催化劑長時間受熱、膨脹也不易擠破碎，催化劑使用壽命增加一倍以上。技術數據見表l。表1tableseeoriginaldocumentpage6注EO為環氧乙垸，EG為乙二醇。另外，在同樣年產量下，用本發明的反應器在催化劑拆、裝比列管式固定床反應器要省時、省力。在閱讀了本發明的詳細描述以後，在不偏離本發明的精神和範圍的情況下本領域的普通技術人員能容易地對本發明進行各種變化和改進。本發明包括在所附權利要求範圍內的各種變化和改進。權利要求1.一種均溫液-固相催化反應器，包括一個能承受壓力的殼體(1)、法蘭(2)、封頭(3)、倒置U型列管(4)、倒置U型列管支承板(5)、防U型管傾斜擋板(6)、枝狀分配器(7)、盤狀再分配器(8)、冷卻或加熱介質進口(9)、冷卻或加熱介質出口(10)和管箱隔板(11)、液態反應物料由進料管(12)進、出料管(13)出；其中倒置U型列管(4)均勻分布於列管支承板(5)上，在列管支承板(5)與下封頭(3)之間形成一個管箱，且由管箱隔板(11)相隔成冷卻或加熱介質進、出兩箱；在列管支承板(5)上方依此設有枝狀分配器(7)和盤狀再分配器(8)；枝狀分配器(7)由至少一個物料進料口(12)、環型進料管(14)和至少一個枝狀管(17)組成，其中枝狀管上開設有小孔(15)，枝狀管(17)均勻分布於環型進料管(14)上；盤狀再分配器(8)上均勻分布有與列管支承板(5)對應的列管和均勻開設多個小孔(16)，其中倒置U型列管(4)在盤狀再分配器(8)上的開孔率為20～45％，小孔(16)在盤狀再分配器(8)開孔率為1～10％。2、根據權利要求1所述的均溫液一固相催化反應器，其特徵在於倒置U型列管(4)以三角形或四角形排列，開口段由倒置U型列管支承板(5)固定。3、根據權利要求1所述的均溫液一固相催化反應器，其特徵在於U型列管(4)內冷卻或加熱介質為液態或氣態。4、根據權利要求1所述的均溫液一固相催化反應器，其特徵在於枝狀分配器(7)和盤狀再分配器(8)上均勻開設多個小孔。全文摘要本發明涉及一種均溫液—固相催化反應器，主要解決現有技術中存在對強放熱反應撤熱困難、催化劑化學溶脹和遇熱膨脹易造成催化劑破碎、每根列管的阻力降不同的問題。本發明通過採用主要由一個能承受壓力的殼體(1)、法蘭(2)、封頭(3)、倒置U型列管(4)、倒置U型列管支承板(5)、防U型管傾斜擋板(6)、枝狀分配器(7)和盤狀再分配器(8)、冷卻或加熱介質進口(9)、冷卻或加熱介質出口(10)和管箱隔板(11)、液態反應物料由進料管(12)進、出料管(13)出組成均溫液—固相催化反應器的技術方案較好地解決了該問題，可用於由苯與乙烯烴化制乙苯、苯與丙烯烴化制異丙苯、烴類及環氧乙烷與水直接催化水合制乙二醇等液固相放熱催化反應的工業生產中。文檔編號B01J8/06GK101279230SQ20071003909公開日2008年10月8日申請日期2007年4月4日優先權日2007年4月4日發明者何文軍,孫翟宗申請人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院