CN101279230B - 均温液-固相催化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种均温液-固相催化反应器，主要解决现有技术中存在对强放热反应撤热困难、催化剂化学溶胀和遇热膨胀易造成催化剂破碎、每根列管的阻力降不同的问题。本发明通过采用主要由一个能承受压力的壳体(1)、法兰(2)、封头(3)、倒置U型列管(4)、倒置U型列管支承板(5)、防U型管倾斜挡板(6)、枝状分配器(7)和盘状再分配器(8)、冷却或加热介质进口(9)、冷却或加热介质出口(10)和管箱隔板(11)、液态反应物料的进料管(12)、出料管(13)组成均温液-固相催化反应器的技术方案较好地解决了该问题，可用于由苯与乙烯烃化制乙苯、苯与丙烯烃化制异丙苯、烃类及环氧乙烷与水直接催化水合制乙二醇等液固相放热催化反应的工业生产中。

Description

均温液-固相催化反应器

技术领域

本发明涉及一种均温液-固相催化反应器，特别是关于一种用于环氧乙烷与水催化水合制乙二醇、苯与乙烯烃化制乙苯、苯与丙烯烃化制异丙苯、烃类等合成反应的液-固相催化反应器。

背景技术

对于由苯与乙烯烃化制乙苯、苯与丙烯烃化制异丙苯、烃类等合成这类液固相放热催化反应，随着反应过程的进行，不断放出的反应热使催化剂床层温度升高。为了提高反应器的效率，需要把反应热移出以降低反应温度。在工业反应器中曾广为使用的一种是多段原料冷激来降低反应温度，这种反应器因原料冷激时同时也降低了反应物浓度，影响了收率。

另一种由环氧乙烷与水直接催化水合制乙二醇的传统列管式反应器，见附图1，主要由壳体(1)、法兰(2)、封头(3)、列管(4)、列管支承板(5)、催化剂(6)、进料分配器(7)、原料从底部进料管(8)进入进料分配器(7)通过分配器后分布到各个列管中。由于该反应属于强放热反应。反应时催化剂会化学溶胀和遇热膨胀极容易造成催化剂的破碎，使催化剂使用寿命短，并且每根列管内装载的催化剂量不尽相同，运行时每根列管的阻力降不同影响反应的转化率与选择性。

文献中国专利CN00240543.1中介绍了一种列管式固定床反应器。该反应器由反应器壁、反应器封头、反应管、圆盘形折流挡板等组成。由于其采用列管式，列管中装载催化剂，因此同样存在化学溶胀、热膨胀造成催化剂破碎，床层阻力降不均等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在反应时催化剂会化学溶胀和遇热膨胀极容易造成催化剂的破碎，使催化剂使用寿命短，并且每根列管内装载的催化剂量不尽相同，对应的每根列管内装载的催化剂床层阻力降不同的问题，提供一种新的均温液-固相催化反应器。该反应器用于强放热反应过程中具有催化剂床层阻力降稳定、撤热效果好、催化剂不易破碎、催化剂活性高、催化剂装填系数大、操作性能好的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种均温液-固相催化反应器，包括一个能承受压力的壳体(1)、法兰(2)、封头(3)、倒置U型列管(4)、倒置U型列管支承板(5)、防U型管倾斜挡板(6)、枝状分配器(7)、盘状再分配器(8)、冷却或加热介质进口(9)、冷却或加热介质出口(10)和管箱隔板(11)、液态反应物料的进料管(12)、出料管(13)；其中倒置U型列管(4)均匀分布于列管支承板(5)上，在列管支承板(5)与下封头(3)之间形成一个管箱，且由管箱隔板(11)相隔成冷却或加热介质进、出两箱；在列管支承板(5)上方依次设有枝状分配器(7)和盘状再分配器(8)；枝状分配器(7)由至少一个物料进料管(12)、环型进料管(14)和至少一个枝状管(17)组成，其中枝状管上开设有小孔(15)，枝状管(17)均匀分布于环型进料管(14)上；盘状再分配器(8)上均匀分布有与列管支承板(5)对应的列管和均匀开设多个小孔(16)，其中倒置U型列管(4)在盘状再分配器(8)上的开孔率为20～45％，小孔(16)在盘状再分配器(8)开孔率为1～10％。

上述技术方案中，倒置U型列管(4)优选方案为以三角形或四角形排列，开口段由倒置U型列管支承板(5)固定；U型列管(4)内冷却或加热介质优选方案为液态或气态。枝状分配器(7)和盘状再分配器(8)上优选方案为均匀开设多个小孔，小孔(15)的孔径为1～20毫米，小孔(16)的孔径为1～10毫米。

由于本发明的反应器催化剂装填在倒置U型列管(4)的外侧，故反应器催化剂装填系是列管式固定床反应器的1～2倍，并且催化剂装卸方便、阻力降稳定、对催化剂化学溶胀和遇热膨胀造成的催化剂的体积增大有一个很好的缓冲空间使催化剂不宜挤破碎。

采用本发明的均温液-固相催化反应器，用于环氧乙烷与水直接催化水合制乙二醇的反应，其中，径相温差为3～10℃，催化剂膨胀率达12～21％时催化剂都不易挤破碎，但采用固定床列管反应器径相温差为5～18℃，催化剂膨胀率达2～5％时催化剂就挤破碎，列管内催化剂阻力降急剧增加导致活性下降甚至无法正常运转。采用本发明的均温液-固相催化反应器效果显著，催化剂寿命达8000小时以上取得了较好的技术效果。

附图说明

图1是现有技术的反应器示意图；

图2是本发明反应器的示意图；

图3是本发明反应器的枝状进料分布器(7)的示意图；

图4是本发明反应器的盘状再分布器(8)的示意图。

本发明均温液-固相催化反应器见图2，主要包括一个能承受压力的壳体(1)、法兰(2)、封头(3)、倒置U型列管(4)、倒置U型列管支承板(5)、防U型管倾斜挡板(6)、枝状分配器(7)和盘状再分配器(8)、冷却或加热介质进口(9)、冷却或加热介质出口(10)和管箱隔板(11)、液态反应物料由进料管(12)进、出料管(13)出；其中倒置U型列管(4)均匀分布于列管支承板(5)上，在列管支承板(5)与下封头(3)之间形成一个管箱，且由管箱隔板(11)相隔成冷却或加热介质进(8)、出(8)两箱；在列管支承板(5)上方依此设有枝状分配器(7)和盘状再分配器(8)；枝状分配器(7)至少有一个物料进料口(12)、环型进料管(14)和至少一个枝状管(17)组成，其中枝状管上开设有小孔(15)，孔径1～20毫米，枝状管(17)均匀分布于环型进料管(14)上；盘状再分配器(8)上均匀分布有与列管支承板(5)对应的列管和均匀开设多个小孔(16)，其中倒置U型列管(4)在盘状再分配器(8)上的开孔率为20～45％，小孔(16)在盘状再分配器(8)开孔率为1～10％，孔径1～10毫米。反应温度通过调节冷却或加热介质的温度来加以控制。

本发明因催化剂装在U型管外側，故增加了催化剂装填系数，达到75％以上。而列管式固定床反应器催化剂装填系数通常在30％左右。

本发明反应器由于撤热或加热管采用U型列管(4)，开口段与支承板(5)固定，另一段可自由伸缩，增加了结构可靠性。

下面通过实施例对本发明作进一步阐述。

具体实施方式

【实施例1】

用本发明一种均温型液-固相催化反应器见图2，来完成环氧乙烷与水催化直接水合制乙二醇，反应器直径2.6米，高6.0米，装复合型催化剂，合成压力0.7～2.0MPa，原料成分：环氧与水，摩尔比1∶8，进料量：37.5吨/小时，催化剂热点温度90～120℃，U型管内载体温度与U型管外側催化剂热点温度之间温差＜15℃。催化剂寿命达8000小时以上。

在同样操作条件下，采用列管式固定床反应器见图1，列管中催化剂长时间受热、膨胀，造成催化剂挤破碎、使用寿命缩短。用本发明反应器见图2，由于催化剂装在U型列管外侧，催化剂长时间受热、膨胀也不易挤破碎，催化剂使用寿命增加一倍以上。技术数据见表1。

表1

反应器形式	水/EO摩尔比	反应温度℃	反应压力MPa	EO转化率％	EG选择性％
						均温型液-固相催化反应器	5～8	85～120	1.0～1.8	99.6	96.3
列管式固定床反应器	6～10	85～125	1.0～1.8	99.5	94.5

注：EO为环氧乙烷，EG为乙二醇。

另外，在同样年产量下，用本发明的反应器在催化剂拆、装比列管式固定床反应器要省时、省力。

在阅读了本发明的详细描述以后，在不偏离本发明的精神和范围的情况下本领域的普通技术人员能容易地对本发明进行各种变化和改进。本发明包括在所附权利要求范围内的各种变化和改进。

Claims (3)

1.一种均温液-固相催化反应器，包括一个能承受压力的壳体(1)、法兰(2)、封头(3)、倒置U型列管(4)、倒置U型列管支承板(5)、防U型管倾斜挡板(6)、枝状分配器(7)、盘状再分配器(8)、冷却或加热介质进口(9)、冷却或加热介质出口(10)和管箱隔板(11)、液态反应物料的进料管(12)、出料管(13)；其中倒置U型列管(4)均匀分布于列管支承板(5)上，在列管支承板(5)与下封头(3)之间形成一个管箱，且由管箱隔板(11)相隔成冷却或加热介质进、出两箱；在列管支承板(5)上方依次设有枝状分配器(7)和盘状再分配器(8)；枝状分配器(7)由至少一个物料进料管(12)、环型进料管(14)和至少一个枝状管(17)组成，其中枝状管上开设有小孔(15)，枝状管(17)均匀分布于环型进料管(14)上；盘状再分配器(8)上均匀分布有与列管支承板(5)对应的列管和均匀开设多个小孔(16)，其中倒置U型列管(4)在盘状再分配器(8)上的开孔率为20～45％，小孔(16)在盘状再分配器(8)开孔率为1～10％。

2.根据权利要求1所述的均温液-固相催化反应器，其特征在于倒置U型列管(4)以三角形或四角形排列，开口段由倒置U型列管支承板(5)固定。

3.根据权利要求1所述的均温液-固相催化反应器，其特征在于U型列管(4)内冷却或加热介质为液态或气态。

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