一種漿態床反應裝置及其應用的製作方法

2023-07-14 01:12:06

一種漿態床反應裝置及其應用的製作方法
【專利摘要】一種漿態床反應裝置及其應用，所述漿態床反應裝置包括反應筒（1）、分離器（2）和過濾器（3），所述的反應筒（1）頂部開口伸入分離器（2）內部，反應筒（1）的外壁與分離器（2）底部相連，所述的分離器（2）經液相出口（14）與過濾器（3）連通，所述的過濾器（3）經漿液出口（22）與反應筒（1）的底部連通；所述的分離器（2）上部設有氣體出口（13），所述的反應筒（1）的下部設有氣體入口（12）、液相入口（11）和卸料口（15）。本發明提供的漿態床反應裝置集反應、氣液分離、液固分離、換熱和洗滌為一體，結構簡單實用、操作方便、佔地面積少、易於大型化，可適用於多種氣液固三相反應體系和較寬的催化劑顆粒粒徑範圍，實現連續平穩操作。
【專利說明】一種漿態床反應裝置及其應用

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種漿態床反應裝置，用於液固或氣液固反應領域。

【背景技術】
[0002] 漿態床反應器是一種常用的氣液固三相接觸的反應設備。液體為連續相，氣體和 固體為分散相。氣體作為混合及提升的動力，將催化劑懸浮在液相中進行反應。由於沒有 機械攪拌，因而可以在高壓下無洩漏運行。漿態床反應器通常都採用細顆粒催化劑，其粒度 一般在10-150微米之間，可有效消除內擴散對反應的影響，具有很高的催化效率，同時漿 態床反應器容易實現等溫操作、避免出現床層熱點，利於提高反應選擇性等特點。
[0003] 儘管漿態床反應器具有很多優點，但在石油化工過程中的應用並不廣泛，制約其 應用的最主要的原因是採用細顆粒催化劑所帶來的反應產物與催化劑顆粒的分離問題、漿 液輸送問題、產物中夾帶微細固體顆粒以及為解決這些問題而帶來的一系列工程問題。為 此國內外學者提出了許多改進方案。
[0004]GB2403728A公開了一種採用器外過濾的方法分離產品和催化劑，但該工藝路線較 長。而且，從漿態床反應器抽出懸浮液的輸送及返回漿態床反應器的輸送，以及被過濾下來 的催化劑漿液輸送的動力都是由泵來提供的，不僅能耗較高，過程中極易造成催化劑顆粒 的破損，增加了液固分離的難度，對反應器長周期的運行造成不便。
[0005]CN102049222A提出了一種在上升管內部設置過濾組件的漿態床反應器，但該過濾 器的拆卸困難，同時也增加了反應器內部結構的複雜程度，過濾器的檢修更換對漿態床的 操作影響很大，難以大型化。另外，未考慮漿液脫氣，漿液中含氣泡，增加了漿液循環管道氣 阻，同時氣體侵佔過濾介質表面，過濾效率低。
[0006]CN1233451C公開了一種含有氣體分布部件、換熱部件、液固分離部件和除沫部件 的漿態床反應器，但反應器結構複雜，操作繁複，多種內構件不僅佔用了反應器內的反應空 間，使得反應器高度較高，而且還影響漿態床內流體流型的控制。
[0007]CN101314120A公開了一種包括上升管和下降管的漿態床環流反應器。其中，上升 管由反應區和管徑擴大的沉降區組成。沉降區與反應區之間開有小孔連通。雖然該反應器 採用氣體代替機泵提供輸送動力、外設過濾器、設有脫氣區，但是由於漿態床通常採用微米 級細顆粒催化劑，所以沉降區的直徑需要很大。因此，該反應器只適用於催化劑顆粒較大的 情況。而且，沉降區內催化劑顆粒濃度較高，會導致過度反應的發生，進一步造成結焦、催化 劑失活等不良後果。
[0008] 由以上分析可知，漿態床反應器的液相輸送、液固分離、氣液分離、反應取熱是幾 個必須解決的關鍵問題。


【發明內容】

[0009] 本發明解決的技術問題是提供一種結構簡單實用、操作方便、佔地面積少、易於大 型化的漿態床反應裝置和一種可實現連續平穩操作的漿態床氣液固三相連續反應、分離的 方法。
[0010] 本發明提供的漿態床反應裝置，包括反應筒1、分離器2和過濾器3,所述的反應筒 1的頂部開口伸入分離器2內部，反應筒1的外壁與分離器2底部相連，所述的分離器2經 液相出口 14與過濾器3連通，所述的過濾器3經漿液出口 22與反應筒1的底部連通；所述 的分離器2上部設有氣體出口 13,所述的反應筒1下部設有氣體入口 12、液相入口 11和卸 料口 15。
[0011] 本發明提供的漿態床反應裝置的應用方法，原料由液相入口 11和/或氣體入口 12 進入反應筒1底部，和反應筒1中的漿液混合，與催化劑接觸並發生反應，同時向上流動；在 氣體推動下，反應物流從反應筒1頂部開口流入分離器2中，進行氣液分離後，漿液從液相 出口 14進入過濾器3,氣體從分離器2頂部的氣體出口 13排出裝置；漿液在過濾器3中過 濾後，清液作為產品由清液出口 19引出反應裝置；由漿液出口 22流出的漿液返回反應筒1 中繼續參與反應。
[0012] 本發明提供的漿態床反應裝置及其應用方法的有益效果為：
[0013] 本發明提供的漿態床反應裝置在反應筒上部設置分離器，反應物流在分離器內流 速降低，氣體和漿液充分分離，可避免輸送管線內的氣阻，也避免了氣體進入過濾器侵佔過 濾濾芯表面，保證了過濾器高效穩定運行。分離器底部含固體催化劑顆粒的漿液經液相出 口流入過濾器，再經過濾器的漿液出口循環回反應筒底部，漿液依靠位差流動，節省了循環 能耗。本發明的漿態床反應裝置集成度高、結構簡單、佔地面積少、通用性強且易於工業化 放大。本發明提供的漿態床反應裝置的應用方法適用於多種反應體系，操作穩定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 附圖1為本發明提供的漿態床反應裝置的結構示意圖；
[0015] 附圖2為實施例中採用的漿態床反應裝置的結構示意圖。
[0016]其中：
[0017] 1-反應筒，2-分離器，3-過濾器，4-換熱器，5-洗滌段，6-壓縮機，7、8_管線， 11-液相入口，12-氣體入口，13-氣體出口，14-液相出口，15-卸料口，16-催化劑加料口， 17-反衝液注入口，18-洗滌液入口，19-清液出口，20-液位控制器，21-壓差控制器，22-漿 液出口。

【具體實施方式】
[0018] 以下詳細說明本發明的【具體實施方式】，其中，說明書中提到的容器的"上部"是指 由上至下容器的0-30%的位置，容器的"下部"是指由上至下容器的50%-100%的位置，容器 的"底部"是指由上至下容器的90%-100%的位置。
[0019] 本發明提供的漿態床反應裝置，包括反應筒1、分離器2和過濾器3,所述的反應筒 1的頂部開口伸入分離器2內部，反應筒1的外壁與分離器2底部相連，所述的分離器2經 液相出口 14與過濾器3連通，所述的過濾器3經漿液出口 22與反應筒1的底部連通；所述 的分離器2上部設有氣體出口 13,所述的反應筒1的下部設有氣體入口 12、液相入口 11和 卸料口 15。
[0020] 本發明提供的漿態床反應裝置中，所述的反應筒1與分離器2的內徑比為 1:1. 1 ?10。
[0021] 本發明提供的漿態床反應裝置中，所述的反應筒1頂部開口伸入分離器2中的高 度為分離器2總高度的10%?90%。
[0022] 本發明提供的漿態床反應裝置中，優選在所述的反應筒1中設置換熱器4。由換熱 介質與反應筒內物流交換熱量，根據反應熱的大小，可用於取出反應熱，控制反應溫度，以 保證反應效率。可在液相進口之下或者之上設置，也可根據需要設置單層或多層換熱器。
[0023] 本發明提供的漿態床反應裝置中，所述的反應筒1上還設有催化劑加料口 16。所 述的催化劑加料口 16設置在反應筒的側壁，可以是一個或多個對稱分布於側壁圓周上。
[0024] 本發明提供的漿態床反應裝置中，所述的反應筒下部設有氣體入口 12、液相入口 11和卸料口 15。其中，所述的液相入口 11和氣體入口優選位於反應筒下部側壁，可以是一 個或多個對稱分布於側壁圓周上，液相入口 11可以位於氣體入口 12的上方或下方。所述 的卸料口 15優選位於反應筒的底部或底面。
[0025] 本發明提供的漿態床反應裝置中，所述液相出口 14優選位於分離器2的底部，更 優選位於分離器2的最底部。
[0026]本發明提供的漿態床反應裝置中，優選在所述的分離器2內設置換熱器4。
[0027] 本發明提供的漿態床反應裝置中，所述的氣體出口 13之前設有洗滌段5。洗滌段 5可以設置在所述的分離器的內部或者外部，用清淨的液體脫除氣體中夾帶的固體催化劑 顆粒。所述的清淨液體指反應原料或反應產物或其他不含固體顆粒的液相介質。
[0028] 本發明提供的漿態床反應裝置中，所述的分離器2設有液位控制器20,通過調節 清液出口 19的濾出量，控制分離器2內液位平衡。
[0029] 本發明提供的漿態床反應裝置中，所述的過濾器優選採用多路組成，每路過濾器 設有獨立的壓差檢測和自動切換閥，利用過濾器壓差實現多路過濾器之間的輪流在線自動 反衝洗。設置多路過濾器使得操作方便，安裝檢修容易，使漿態床反應裝置長期穩定運行。 過濾器中的過濾介質可以是由任何已知的過濾材料如陶瓷、多孔金屬如燒結的不鏽鋼或其 他來製成的。過濾介質孔徑應滿足不允許催化劑顆粒通過，包括顆粒磨損後。因此，其大小 取決於顆粒平均粒度及粒度分布。過濾介質孔徑範圍為〇. 1?1〇〇微米，優選〇. 1?50微 米，更優選0.1?20微米。過濾器所用反衝液可以是液體或氣體，優選液體。液體可以是 新鮮原料液或濾後反應清液，優選濾後反應清液。
[0030] 本發明提供的漿態床反應裝置中，所述的氣體入口處優選設置氣體分布器，所述 的液相入口處優選設置液體分布器，均勻分布進入楽態床反應器氣體和液體原料。
[0031] 本發明提供的上述漿態床反應裝置的應用方法，原料由液相物料入口 11和氣體 入口 12進入漿態床反應裝置，和反應筒1中的漿液混合，與催化劑接觸並發生反應，同時向 上流動；在氣體推動下，反應漿液從反應筒1頂部開口流入分離器2中，進行氣液分離後，液 相從液相出口 14進入過濾器3,氣體從分離器2頂部的氣體出口 13排出裝置；液相在過濾 器3中過濾後，清液作為產品由清液出口 19引出反應裝置；由漿液出口 22流出的反應漿液 返回反應筒1中繼續參與反應。
[0032]本發明提供的方法中，優選在所述的反應筒1中設置換熱器4,由換熱介質與反應 筒內物流進行換熱，例如，根據需要由換熱器4換熱取出反應過程中的多餘熱量。
[0033] 本發明提供的方法中，氣體在反應筒1內的表觀氣速為0. 01?1.Om/s、優選 0? 1 ?0? 3m/s。
[0034] 本發明提供的方法中，所述的反應筒內採用的固體催化劑顆粒直徑為0. 1?5000 微米、優選〇. 1?100微米。
[0035] 本發明提供的漿態床反應裝置和應用方法優選方式的有益效果為：
[0036] 優選的實施方式中在氣相出口之前設置氣體洗滌段，可有效防止固體催化劑顆粒 被外排的氣體帶出。優選在反應筒內設置取熱換熱器，根據反應熱的大小，可用於取出反應 熱，控制反應溫度，以保證反應效率。優選的實施方式中液相出口位於分離器最底部，使含 固體催化劑顆粒的漿液全部流入過濾器，在反應器內部不發生沉降，避免局部催化劑顆粒 濃度過高導致過度反應的情況。
[0037] 下面參照【專利附圖】

【附圖說明】本發明提供的漿態床反應裝置及其應用方法，但本發明並不因 此而受到任何限制。
[0038] 如附圖1所示，本發明提供的漿態床反應裝置，包括反應筒1、反應筒1上部的分離 器2和過濾器3,所述的反應筒1與分離器2的內徑比為1:1. 1?10。所述的反應筒1的 頂部開口伸入分離器2內部，反應筒1頂部開口伸入分離器2的高度佔分離器2總高度的 1/10?9/10。反應筒1的外壁與分離器2底部相連，所述的分離器2經液相出口 14與過 濾器3連通，所述的過濾器3經漿液出口 22與反應筒1的底部連通；所述的分離器2上部 設有氣體出口 13,所述的反應筒1的下部設有氣體入口 12、液相物料入口 11和卸料口 15。 反應筒底部設置換熱器4。
[0039] 應用本發明提供的漿態床反應裝置的方法，液體原料通過液體入口 11、氣體原料 經氣體入口 12並通過氣體分布器進入反應筒1中，其中液體原料可根據需要從氣體入口 12 上部的液體入口進入，也可從氣體入口 12的下部的液體入口進入反應筒1。在反應筒1內 氣液與固體催化劑顆粒接觸並發生反應，反應物流向上流動，經過反應筒1頂部開口進入 分離器2中，在分離器2中物流流速降低，氣液充分分離，氣體經過洗滌段5洗滌脫除攜帶 的固體催化劑顆粒後，從分離器2頂部的氣相出口 13排出，含固體催化劑顆粒的漿液由漿 液出口 14、經管線7靠位差自流至過濾器3中，經濾芯過濾的反應清液從清液出口 19排出， 富含固體催化劑顆粒的漿液依靠位差經管線8由底部流回反應筒1循環利用，通過調節過 濾清液的出料量控制分離器2的液位，當過濾器兩側壓力過大時可從反衝液注入口 17注入 反衝液對過濾器3進行在線反衝洗，反衝液可以使用原料液體，也可以使用濾後的清液。
[0040] 反應筒1底部設有換熱器4,將循環水等冷介質通入換熱器，取走反應熱調節反應 溫度。新鮮催化劑通過催化劑加料口 16加入反應筒1內，廢催化劑通過反應筒底部的卸料 口 15排出反應筒1，催化劑加入或取出可間歇操作，也可以在線連續進行。
[0041] 以下通過實施例進一步說明本發明，但本發明並不因此而受到任何限制。
[0042] 實施例1
[0043] 實施例1說明利用本發明提供的漿態床反應裝置進行費託合成的效果。
[0044] 實驗裝置如附圖2所示。其中，反應筒尺寸為〇150X15000mm，分離器尺 寸為〇400X1600mm，反應筒伸入分離器的高度為1000mm。分離器上部設有洗滌段 0150X500mm，內裝高300mm的BX500填料，使用兩組過濾器，內裝金屬濾芯，設定每個過濾 器壓差達到0. 〇6MPa時進行自動反衝，反衝液為過濾後反應清液。
[0045] 反應所採用的催化劑的製備方法：將含有Co(N03) 3和Mg(N03) 2的溶液浸漬Si02微 球載體，靜置24小時，然後120°C乾燥，並於400°C焙燒6小時得到粒徑範圍為1?lOOiim的催化劑。其中，催化劑的組成為，以催化劑總重量為基準，以氧化物計，含有20. 3重量％ 的C〇03, 76. 1重量％的Si02和3. 6重量％的MgO。
[0046] 合成氣原料(含有氫氣和一氧化碳)從氣體入口 12進入反應筒底部，通過底部換熱 器4調節反應溫度。反應溫度為220°C，操作壓力為3.0MPa。原料在催化劑存在下發生F-T 合成反應，生成一系列的烴類化合物。反應產物在分離器中進行氣液分離。氣體在反應筒 內表觀速度為〇.3m/s。在洗滌段經過濾後的烴類產物洗滌後的氣體由氣體出口 13排出裝 置，並經壓縮循環回氣體入口 12。含催化劑顆粒的烴類液體進入過濾器，將催化劑與反應產 物分離。經過濾後，富含催化劑顆粒的漿液由底部返回反應筒中，過濾後的反應清液在分離 器液位控制下經清液出口 19排出進入後續分餾系統。操作中，根據反應活性，每次間歇取 出適量催化劑，並補充等量的新鮮催化劑，維持穩定運行700小時後的反應條件及結果見 表1。
[0047] 實施例2
[0048] 實施例2說明利用本發明提供的漿態床反應裝置合成過氧化氫的效果。
[0049] 如附圖2所示採用與實施例1相同的實驗裝置，氫氣與工作液分別從液相入口 12 和氣體入口 11進入反應器，通過底部換熱器4調節反應溫度。反應溫度為60°C，所用催化劑 為含鈀的細粉催化劑，其平均直徑為80微米。在催化劑作用下，工作液中的乙基蒽醌被加 氫生成含乙基蒽氫醌的氫化液。氣體在反應筒內表觀速度為〇.15m/s。反應產物在分離器 內進行氣液分離，氣體經過濾後的氫化液洗滌後經氣體出口 13排出裝置，並經壓縮循環回 氫氣入口，含有催化劑的氫化液進入過濾器，過濾器中的濾芯將催化劑顆粒與氫化液分離， 富含催化劑顆粒的漿液返回反應筒1的底部，過濾後的氫化液在分離器液位控制下經清液 出口 19排出裝置，進入後續的氧化萃取系統。穩定運行1500小時後的反應條件及結果見 表2。
[0050] 所採用催化劑製備方法為：將擬薄水鋁石、矽溶膠、硼酸粉末以及去離子水混合得 到漿液，然後乾燥、焙燒後製得催化劑載體。將催化劑載體分散到含有氯化鈀、去離子水的 溶液中，浸漬、乾燥、焙燒，得到氧化態催化劑。在150°C條件下用純氫將此氧化態催化劑還 原，即製得所需催化劑。
[0051] 所述工作液為乙基蒽醌、四氫乙基蒽醌、磷酸三辛酯和重芳烴的混合物。總蒽醌的 濃度為130?140g/l，重芳烴和磷酸三辛酯的體積比為75:25。其中，總蒽醌指乙基蒽醌和 四氫乙基蒽醌的總和。
[0052] 所述氫化液為乙基蒽醌、四氫乙基蒽醌、乙基蒽氫醌、四氫乙基蒽氫醌、磷酸三辛 酯和重芳烴的混合物。總蒽醌的濃度為130?140g/l，重芳烴和磷酸三辛酯的體積比為 75:25。其中，總蒽醌指乙基蒽醌、四氫乙基蒽醌、乙基蒽氫醌和四氫乙基蒽氫醌的總和，乙 基蒽氫醌和四氫乙基蒽氫醌佔總蒽醌的45重量％。
[0053] 實施例3
[0054] 實施例3說明利用本發明提供的漿態床實驗裝置合成環己酮肟的效果。
[0055] 實驗裝置與實施例1相同，不同之處是過濾器內裝陶瓷膜濾芯。27. 5%濃度的 雙氧水從上部的液體入口 11進入反應器，氨氣從氣體入口 12進入反應器，環己酮與叔丁 醇溶液從最底部的液體入口 11進入反應器。操作條件為：反應溫度為83°C、反應壓力為 0. 32MPa。原粉鈦矽分子篩TS-1，由湖南建長石化股份公司生產，催化劑平均粒徑為0. 2微 米。氨氣在反應筒內表觀速度為〇.2m/s。原料在催化劑的作用下發生氨肟化反應，生成含 環己酮肟的叔丁醇溶液，經過濾器分離，反應清液送至後分餾系統處理。操作中為保持催化 劑的活性穩定，從催化劑進料口 16連續補入一定量的新鮮催化劑，同時從卸料口 15連續取 出等量的失活催化劑，運行1000小時的工藝條件和結果見表3。
[0056] 表1實施例1中F-T合成反應條件及結果

【權利要求】
1. 一種漿態床反應裝置，其特徵在於，包括反應筒（1)、分離器（2)和過濾器（3)，所述 的反應筒（1)的頂部開口伸入分離器（2)內部，反應筒（1)的外壁與分離器（2)底部相連， 所述的分離器（2)經液相出口（14)與過濾器（3)連通，所述的過濾器（3)經漿液出口（22) 與反應筒（1)的底部連通；所述的分離器（2)上部設有氣體出口（13)，所述的反應筒（1)的 下部設有氣體入口（12)、液相入口（11)和卸料口（15)。
2. 根據權利要求1的漿態床反應裝置，其特徵在於，所述的反應筒（1)與分離器（2)的 內徑比為1:1. 1?10。
3. 根據權利要求1的漿態床反應裝置，其特徵在於，所述的反應筒（1)頂部開口伸入分 離器（2)的高度為分離器（2)總高度的10%?90%。
4. 根據權利要求1的漿態床反應裝置，其特徵在於，所述的反應筒（1)中設置換熱器 (4)。
5. 根據權利要求1-4中任一種的漿態床反應裝置，其特徵在於，所述的反應筒（1)上還 設有催化劑加料口（16)。
6. 根據權利要求1-4中任一種的漿態床反應裝置，其特徵在於，所述液相出口（ 14)位 於分離器（2)的底部。
7. 根據權利要求1-4中任一種的漿態床反應裝置，其特徵在於，所述的分離器（2)內設 置換熱器（4)。
8. 根據權利要求1-4中任一種的漿態床反應裝置，其特徵在於，所述的氣體出口（13) 之前設有洗滌段（5)。
9. 根據權利要求1-4中任一種的漿態床反應裝置，其特徵在於，所述分離器（2)設有液 位控制器（20)，通過調節清液出口（19)的濾出量，控制分離器（2)內液位平衡。
10. 權利要求1?9中任一種漿態床反應裝置的應用方法，其特徵在於，原料由液相入 口（ 11)和/或氣體入口（ 12)進入漿態床反應裝置，和反應筒（1)中的漿液混合，與催化劑 顆粒接觸並發生反應，同時向上流動；在氣體推動下，反應物流從反應筒（1)頂部開口流入 分離器（2)中，進行氣液分離後，漿液從液相出口（14)進入過濾器（3)，氣體從分離器（2)頂 部的氣體出口（13)排出裝置；漿液在過濾器（3)中過濾後，清液作為產品由清液出口（19) 引出反應裝置；由過濾器（3)的漿液出口（22)流出的漿液返回反應筒（1)中繼續參與反應。
11. 根據權利要求10的方法，其特徵在於，所述的反應筒（1)中設置換熱器（4)，由換熱 熱介質與反應筒內流體換熱。
12. 根據權利要求10或11的方法，其特徵在於，氣體在反應筒（1)內的表觀氣速為 0. 01 ?1. Om/s。
13. 根據權利要求12的方法，其特徵在於，氣體在反應筒1內的表觀氣速為0. 1? 0.3m/s〇
14. 根據權利要求10或11的方法，其特徵在於，所述的催化劑顆粒的粒徑為0. 1? 5000微米。
15. 根據權利要求14的方法，其特徵在於，所述的催化劑顆粒的粒徑為0. 1?100微 米。
【文檔編號】B01J8/22GK104368283SQ201310351148
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年8月13日 優先權日:2013年8月13日
【發明者】高國華, 楊克勇, 李紅波, 潘智勇, 唐曉津, 宗保寧 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石油化工科學研究院