CN100408155C

CN100408155C - 多管式反应装置

Info

Publication number: CN100408155C
Application number: CNB2005100294701A
Authority: CN
Inventors: 谢在库; 钟思青; 刘俊涛; 刘星
Original assignee: Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology
Current assignee: Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology
Priority date: 2005-09-07
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2025-09-07
Also published as: CN1927442A

Abstract

本发明涉及多管式反应装置，主要解决以往技术中数据信息量小、效率低、原料浪费、制作成本高、操作繁琐、随机误差大的问题。本发明通过采用包括加热炉、加热器、导热棒、至少2个反应管、多通道切换阀，温度显示仪和温度控制仪，导热棒位于加热炉内部设置的空心区域；加热器位于加热炉内，空心区域外；导热棒内设置有至少2个反应管导热通道以放置反应管，每个反应管的出料口均与多通道切换阀相连接，使每个反应管呈串联连接；每个反应管内的测温元件均与温度显示仪相连；加热炉内的加热器与温度控制仪相连，实现反应管内的温度控制的技术方案较好地解决了上述问题，可用于多管式反应装置的工业生产中。

Description

多管式反应装置

技术领域

本发明涉及一种多管式反应装置，特别是关于催化领域的多管式反应装置。

背景技术

在石油化工领域，催化剂的研制和开发一直是石化工业快速发展的主要推动力。在催化剂的开发研制过程中，反应机理的深入分析、动力学特征的准确描述以及催化剂活性的快速评价等无论对催化剂的开发、还是对工业过程放大均具有极为重要的意义。

就目前而言，尽管已经发展了多种有关反应机理、动力学及催化剂评价的方法，但众多高等院校及科研院所仍采用传统的单一管式积分或微分固定床装置进行上述工作。这类装置尽管简单实用，但存在效率低、获取信息量有限等缺点。实质上很多反应就是因为装置本身的缺陷而无法进行准确的机理分析；不少动力学研究常常因为实验装置不合理而不得不进行大量的实验工作，且给后续的动力学参数估值增加了困难；众多催化剂的开发过程也常常因为评价装置不足或评价装置不甚合理而无法进行有效的科研实践或进展缓慢。不容忽视的是很多反应过程常常因为实验室单管反应器结构的缺陷而无法进行适度放大的热态实验。

文献CN1032117A公开了一种适用催化工艺的多管式反应装置。包括基本直立的长容器，许多安置在容器中与其中心纵轴平行的端部开口反应管，该反应管上端固定于上管板并与上管板上面的流体室相通，下端固定于下管板并与下管板下面的流出物收集室相通；用于将液体送入流体室的液体进料分部管；用于将气体送入流体室的气体进料分布管；和流出物收集室上设置的流出物出口；其中在各反应管的上端部装有气体和液体供给器，该器包括具有气体入口孔，液体入口和出口的入口室，和增大正常操作过程中在流体室中存在的液面和入口室内的液体入口之间差距的升液区。但该多管式反应装置结构复杂且对原料的使用范围窄。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是以往文献技术中实验获得信息量小，装置复杂、操作繁琐、原料浪费严重且原料适应范围较窄的问题，提供一种新的多管式反应装置。该多管式反应装置具有结构简单，操作方便、原料节约且原料适用范围宽，以及数据误差小，准确度高等优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种多管式反应装置，包括加热炉、加热器、导热棒、至少2个反应管、多通道切换阀，温度显示仪和温度控制仪，导热棒位于加热炉内部设置的空心区域；加热器位于加热炉内，空心区域外；导热棒内设置有至少2个反应管导热通道以放置反应管，每个反应管的出料口均与多通道切换阀相连接，使每个反应管呈串联连接；每个反应管内的测温元件均与温度显示仪相连；加热炉内的加热器与温度控制仪相连，实现反应管内的温度控制。

上述技术方案中，多管式反应装置中导热棒呈圆柱体，空心区域位于加热炉中心，且呈圆筒形，以便与导热棒尺寸相匹配；导热棒内设置的反应管导热通道处还设置了管线连接槽，反应管的数量为2～150个，优选范围为2～20个。多通道切换阀可通过切换实现在线取样功能。测温元件优选方案为热电偶。

本发明中，加热炉采用一套温度控制系统，这样不仅减少温度控制仪表的数量，节约投资成本，同时，装置集成度高，操作方便。每一反应管内设置热电偶，并通过导线与测温仪相连，这样每一反应管内的准确温度均可实时测量。1到n个反应管依次串联连接，且每一反应管出口均与多通道切换阀相连。依次串联连接使得一次进料依次通过各反应管，而通过与每一反应管出口相连的多通道切换阀取样在线分析，可以获得不同床层处反应混合物组分的信息，同时也相当于一次投料获得不同空速或不同停留时间时反应的信息。这对于反应机理研究，工艺条件考察，动力学实验等均具有单管反应器无法具备的优势。同时，对于稀缺原料进行相关反应性能研究时，其对原料用量较少的优点是显而易见的。导热棒为圆柱形，且导热棒内2到n个反应管导热通道沿圆形分布是为了达到良好的传热效果以及理想的温度分布。导热棒内每一导热通道沿外圆法线方向设置管线连接导槽，其目的在于充分利用加热炉本身热量保障各反应管依次串联连接过程中，样品不冷凝不失真。多通道切换阀的设置可以确保各反应管出口样品同时或任意时刻无干扰取样。圆柱形导热棒的设置是为了满足不同反应管数量，不同反应管直径的需要，从而达到灵活多样，通用性强的实验应用目的。本发明中，也可通过将不同反应管放置在加热器中不同恒温区来实现相同或彼此不同温度条件的组合工艺条件实验。

本发明的核心是将不同反应管依次串联连接，并将每一反应器出口同多通道切换阀相连，从而实现不同反应管出口处反应流出物无干扰在线取样并分析，最终获得不同反应管床层处的组分分布，实现一次进料同时获得大量数据信息的目的，取得了较好的技术效果。

附图说明

附图1为多管式反应装置结构示意图。

图1中1为原料、2为加热炉、3为加热器、4为导热棒、5为反应器入口、6为测温热电偶、7为反应管、8为催化剂床层、9为产物出口、10为多通道切换阀、11为测温仪、12为温度控制仪、13为定位抱箍、14为反应管导热通道。

附图2为导热棒结构示意图。

图2中4为导热棒、14为反应管导热通道、15为管线连接导槽。

过程描述如下：首先通过温度控制仪12设置需要的反应温度，待反应器温度达到实验需要的温度后，将原料1通过(第1)反应器入口5进入(第1)反应器床层8进行反应，反应流出物首先流入多通道切换阀10后，顺次进入(第2)反应器入口、(第2)反应器床层并依次类推，最后进入(第n)反应器入口、(第n)反应器床层后通过多通道切换阀10离开反应器。反应进行期间，通过控制多通道切换阀10的不同切换实现各反应管出口同时或分时取样分析。

本发明通过多管式反应装置技术，不仅可以通过有限的实验获取丰富的研究信息，以几何数量级提高科研效率；而且还具有研究功能强、集成度高、系统稳定性好、操作灵活方便、投资成本少以及建造周期短等多方面优点，可广泛应用于石油化工、环境化工、制药等领域。同时具有如下显著优点：(1)具有结构简单、操作方便、运行安全可靠。(2)数据误差小，重复性高；(3)节约原料；(4)应用范围广。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

本发明主体由加热炉2、加热器3、导热棒4、反应器入口5、测温热电偶6、反应管7、催化剂床层8、产物出口9、多通道切换阀10、测温仪11、温度控制仪12、定位抱箍13、反应管导热通道14、其中加热炉2中心设置空心区域，空心区域内放置导热棒4，导热棒4外部与定位抱箍13相连，定位抱箍13放置在加热炉2顶端，多通道切换阀10放置在导热棒4底端。加热炉2内放置的导热棒4内设置9个反应管导热通道，反应管导热通道14内放置反应管，第1反应管的出口及第2到第n个反应管的进出口均通过金属管线同多通道切换阀10依次相连，并实现各反应管串联连接。

【实施例2】

按照实施例1所述的多管式反应装置、只是反应管为9个反应管。采用1-丁烯进料，以ZSM-5分子筛为催化剂，其硅铝摩尔比SiO₂/Al₂O₃为500，在反应温度550℃，反应压力为常压，总重量空速为6.36小时^-1的条件下不同床层处乙烯丙烯收率及原料转化率见表1。

表1、不同反应器出口原料转化率及乙烯丙烯收率

【实施例3】

按照实施例1所述的多管式反应装置、只是反应管为25个反应管。采用FCC混合碳四进料，以ZSM-5分子筛为催化剂，其硅铝摩尔比SiO₂/Al₂O₃为300，在反应温度550℃，反应压力0.02MPa，总重量空速为3.26小时^-1的条件下部分不同床层处反应结果如表2所示。

表2、不同反应器出口原料转化率及乙烯丙烯收率

【实施例4】

按照实施例1所述的多管式反应装置、只是反应管为2个反应管，且两个前后串联反应器保持不同的反应温度。采用FCC混合碳四进料，以ZSM-5分子筛为催化剂，其硅铝摩尔比SiO₂/Al₂O₃为300，在第一反应器反应温度470℃，反应压力0.02MPa，重量空速为12.0小时^-1，第二反应器反应温度550℃，反应压力0.02MPa，重量空速为5.00小时^-1的条件下不同反应时间不同床层处反应结果如表3所示。

表3、不同反应时间不同反应器出口原料转化率及乙烯丙烯收率

【比较例1】

采用实施例3的反应条件，只是采用传统的单管反应器来进行，则达到同样的实验目的需要25套反应加热炉，加热器，需要25个温度控制仪，显然投资成本很高，且搭建复杂，同时操作繁琐，误差较大。

Claims

1. 一种多管式反应装置，包括加热炉、加热器、导热棒、至少2个反应管、多通道切换阀，温度显示仪和温度控制仪，导热棒位于加热炉内部设置的空心区域；加热器位于加热炉内，空心区域外；导热棒内设置有至少2个反应管导热通道以放置反应管，每个反应管的出料口均与多通道切换阀相连接，使每个反应管呈串联连接；每个反应管内的测温元件均与温度显示仪相连；加热炉内的加热器与温度控制仪相连，实现反应管内的温度控制。

2. 根据权利要求1所述多管式反应装置，其特征在于导热棒呈圆柱体，空心区域位于加热炉中心，且呈圆筒形，以便与导热棒尺寸相匹配；导热棒内设置的反应管导热通道处还设置了管线连接槽。

3. 根据权利要求1所述多管式反应装置，其特征在于反应管的数量为2～150个。

4. 根据权利要求3所述多管式反应装置，其特征在于反应管的数量为2～20个。

5. 根据权利要求1所述多管式反应装置，其特征在于多通道切换阀可通过切换实现在线取样功能。

6. 根据权利要求1所述多管式反应装置，其特征在于测温元件为热电偶。