CN101367700A - 用于以含氧化合物为原料生产丙烯的径向移动床反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于以含氧化合物为原料生产丙烯的径向移动床反应器，包括壳体，壳体顶部设有原料进口，底部设有产物出口，所述的壳体内设有多孔隔件，多孔隔件沿壳体径向将壳体内部空间分隔成至少3个相互穿套的环形区域以及位于最内层环形区域中心的柱形区域，柱形区域与原料进口连通，最外层的环形区域与产物出口连通，其余环形区域为相互间隔设置的反应区和冷却区；反应区上、下两端所对应的壳体上分别设有催化剂进口、催化剂出口，冷却区上、下两端所对应的壳体上设有冷却液进口。本发明移动床反应器的壳体内设有间隔设置的反应区和冷却区，原料在反应区反应后立即进入冷却区，降温后又立即进入下一反应区，提高了催化剂对丙烯的选择性。

Description

用于以含氧化合物为原料生产丙烯的径向移动床反应器
技术领域
本发明涉及一种丙烯的生产设备，尤其涉及一种用于以含氧化合物为原料生产丙烯的径向移动床反应器。
背景技术
含氧化合物制丙烯技术是一种非石油资源丙烯生产工艺，具有重大的应用前景。据众多的公开文献报道，含氧化合物制丙烯属于强放热反应类型，且目的产物丙烯的选择性对温度比较敏感。
目前世界上比较成熟的含氧化合物制丙烯的技术中，UOP/Hydro联合开发的MTO工艺采用流化床反应器，传热效果较好，反应温度较容易控制，但是催化剂在流化过程中容易磨损，因此对催化剂的耐磨性能要求较高；Lurgi公司的MTP工艺采用固定床反应器，丙烯选择性较高，但是固定床反应器的传热效果较差，因此Lurgi在其MTP工艺中采用设置预反应器，薄层主反应器，级间冷却和加入激冷液等各种方法来增加传热，控制反应温度。
移动床反应器兼具固定床反应器和流化床反应器的特点，适用于积碳速度较快但并不迅速的催化剂。中国专利申请200610002109.4公开了一种使用移动床技术和独立的重烯烃互变步骤将含氧有机化合物转化为丙烯的方法，该方法主要通过副产物循环来提高丙烯的得率，对移动床反应器未进行任何改进，更未提及如何控制反应温度等问题。
中国专利85103262公开了一种带可移动催化剂床的多级反应器系统，反应器内有多个垂直隔开的催化反应区，属于重叠式径向移动床反应器类型。
中国专利03116945.7公开了一种连续催化重整反应器，该反应器采用了一带有催化床的圆形容器为反应装置，反应物进口位于反应装置的上端，出口位于反应装置的下端，催化床由外多孔壁和内多孔壁筒构成，其中填装催化剂，催化剂借助重力由上往下作连续流动，同时反应物料在反应装置内由中心向外作离心式流动，在分流流道和集流流道呈同向作自上而下流动，属Z型离心式径向移动床反应器。
该径向移动床反应器在径向位置设置了唯一一个催化反应区，且都未涉及有效的撤热方法，这可能是因为上述径向移动床反应器主要应用于催化重整反应，该反应属于吸热类型，因此反应器的设计目标为降低器内的热损失。
而将含氧化合物转化为丙烯的反应是一个放热反应，上述反应器不适宜用于制备丙烯，现有的移动床反应器为了解决散热问题，往往将多个移动床反应器连接起来，相邻的两个移动床反应器之间加设一个换热器，这样不仅浪费了能源，而且增加了系统的复杂性，提高了建造成本。
发明内容
本发明提供了一种用于以含氧化合物为原料生产丙烯的径向移动床反应器，该径向移动床反应器结构简单，能很好解决反应过程中释放大量热量导致原料温度升高使得丙烯选择性降低的问题。
一种用于以含氧化合物为原料生产丙烯的径向移动床反应器，包括壳体，壳体顶部设有原料进口，底部设有产物出口，所述的壳体内设有多孔隔件，多孔隔件沿壳体径向将壳体内部空间分隔成至少3个相互穿套的环形区域以及位于最内层环形区域中心的柱形区域，柱形区域与原料进口连通，最外层的环形区域与产物出口连通，其余环形区域为相互间隔设置的反应区和冷却区；反应区上、下两端所对应的壳体上分别设有催化剂进口、催化剂出口，冷却区上、下两端所对应的壳体上设有冷却液进口。
原料从原料进口通入壳体内，扩散至壳体内的各个区域，催化剂从反应区上端进入，从反应区下端流去，通过自身重力在反应区内连续移动，移动过程当中与经过反应区的原料接触反应，原料反应后进入冷却区，此时冷却液通过喷射的方式与原料混合，降低原料温度，混合后的原料进入下一个反应区，最终反应后的原料从产物出口流去。
多孔隔件的形式可以多种多样，可以专利03116945.7公开的内外桶，最简单是采用同轴设置的筛网，筛网上的筛孔直径需满足催化剂不会穿透筛网的要求。
为了减少催化剂运动过程中的磨损，可以在筛网紧挨反应区的侧面上装设多孔挡板，多孔挡板的上的小孔直径根据催化剂颗粒特性调整，使催化剂不易通过而对反应物料流体的传送没有显著影响
为了更好的控制反应区的温度，反应区内设有换热管，换热管内通有换热介质。
冷却液可以通过多种方式进入冷却区，优选在冷却区内装设与冷却液进口连通的激冷喷嘴，那样混合更为均匀。在单个冷却区内的激冷喷嘴数量可以任意，优选4～64个。
反应区和冷却区的总数量至少为三个，由于反应区和冷却区是间隔设置的，因此反应区和冷却区数量相等或者相差一个，而且原料反应前和反应完成后均不需再进行冷却，使得将冷却区靠近中心区域或最外层环形区域均没有意义，因此优选反应区数量比冷却区数量多一个，那样就可以保证原料最先进入的环形区域是反应区，最后流出的环形区域也是反应区。
多孔隔件将壳体内部空间分隔成环形区域数量可以任意，但划分的越多，系统越复杂，成本也越高，优选划分成4～10个环形区域，最好划分成4个环形区域，那样就可以得到2个反应区，1个冷却区，冷却区位于2个反应区之间。
本发明还提供了一种由上述径向移动床反应器串联、并联或混联组成的反应装置。
本发明移动床反应器的壳体内部空间通过多孔隔件分隔得到若干个间隔设置的反应区和冷却区，原料在反应区反应后立即进入冷却区，经与喷入冷却区的冷却液混合，降低了温度，混合后的原料进入下一反应区，催化剂对丙烯的选择性会提高。
由于以含氧化合物生产丙烯是一个放热反应，而且原料均需气化后通入反应器，当选用原料作为冷却液时，反应释放的热量可直接将原料冷却液气化，节省了能源；该过程还增加了原料的处理量，生产效率提高。
由于壳体内设有多个反应区，所以在壳体相同体积的条件下，反应区数量越多，反应区的厚度越小，即催化剂床层越薄，使得每个反应区的压降越小，可以减轻催化剂的“贴壁”现象。
含氧化合物制丙烯是体积增大反应，所以在相同体积条件下，物料运动速度会逐渐增加，物料运动速度增加会提高催化剂床层的压降，导致催化剂“贴壁”。而本发明移动床反应器的物料流动方向是从内到外，体积也是增大的，所以可以减轻反应体积增大带来的负面影响。
附图说明
图1为本发明径向移动床反应器的结构示意图；
图2为图1所示反应器的A-A剖面图。
具体实施方式
如图1所示，一种用于以含氧化合物为原料生产丙烯的径向移动床反应器，包括圆筒形的壳体1，壳体1顶部中心设有原料进口2，底部边缘设有产物出口3。
壳体1内部设有4个与壳体1同轴设置并沿径向分布的圆筒形筛网4，各个筛网4相互穿套在一起，两端分别与壳体1的内壁封闭连接，4个筛网4将壳体1内部空间划分为3个环形区域以及由最内层筛4网围成的柱形区域。除筛网4外，当然也可以选择其它的多孔隔件(如壁面开有通孔的圆筒)，只需满足多孔隔件的筛孔小于催化剂的直径即可，以防止催化剂穿透多孔隔件。
最内层的筛网4围成的柱形区域内有设有一侧壁开有通孔的中心管6，中心管6与原料进口2连通，也可不设置中心管6，柱形区域直接与原料进口连通。最外层的筛网4和壳体1内壁之间的环形区域与产物出口3连通，4个筛网4之间围成的3个环形区域分别为2个反应区11和1个冷却区10，冷却区10位于2个反应区11之间。每个筛网4紧挨反应区11的侧面设有多孔挡板5，防止催化剂移动过程当中磨损。
当然可以增加筛网4的数量，以增加反应区11和冷却区10，由于筛网4数量增加会提高系统复杂程度，增加制造成本，因此一般选择用4～10个筛网4，形成2～5个反应区11，1～4个冷却区10，反应区11和冷却区10需间隔设置。由于原料从最内层的筛网4出来需要先反应，所以紧挨最内层筛网4的应是反应区11，而原料最终反应完不需进行冷却，所以紧挨最外层筛的同样是反应区11，因此，反应区11的数量会比冷却区10的数量多一个。
反应区11的上、下两端所对应的壳体1上分别设有催化剂进口8、催化剂出口9，催化剂在反应区11通过自重向下缓慢连续移动，为了进一步控制反应温度，在反应区11内加设了换热管(图中未示出)，换热所需的换热介质可以选用甲醇、水或它们的混合物。
冷却区10上下两端所对应的壳体1上设有8个冷却液进口，内部设有与冷却液进口连通的激冷喷嘴7，当反应区直径大于5m时，冷却液进口可以增至64个。冷却液通过激冷喷嘴7以喷射的方式进入冷却区10与原料混合，以降低原料的温度，至于冷却液和原料的混合比例要视原料温度而定。冷却液选用原料、水或其它惰性溶剂，最好是选用原料和水的混合物。
上述移动床反应器的工作过程如下：
原料从原料进口2通过中心管6进入壳体1内，然后沿径向扩散，分别穿透各个筛网4和多孔挡板5，催化剂在重力作用下在反应区11内移动，原料在扩散过程当中，会与催化剂进行接触反应，生成产物丙烯和其它副产物。反应过程当中会释放大量热量，原料温度升高，当原料进入冷却区10时，冷却液通过激冷喷嘴7喷射与反应后的原料混合，降低原料温度。当然由于反应区11中有换热管，可以更加精确地控制反应温度。冷却后的原料立即进入下一反应区11，如此不断循环。最终产物经壳体1内壁与最外层筛网4之间的环形区域从产物出口3流出，分离得到产物丙烯。
为了实现更大规模的生产，可以将多个上述的移动床反应器串联、并联或混联，如何连接这需根据具体的工艺而定，由于经上述反应器的原料最后没有经过冷却，可以在相邻的两个移动床反应器之间加设一个换热器，使得下一移动床反应器的反应温度更适宜于转化丙烯。

Claims (9)

1.一种用于以含氧化合物为原料生产丙烯的径向移动床反应器，包括壳体(1)，壳体(1)顶部设有原料进口(2)，底部设有产物出口(3)，所述的壳体(1)内设有多孔隔件，其特征在于：所述的多孔隔件沿壳体径向将壳体(1)内部空间分隔成至少4个相互穿套的环形区域以及位于最内层环形区域中心的柱形区域，柱形区域与原料进口连通，最外层的环形区域与产物出口(3)连通，其余环形区域为相互间隔设置的反应区(11)和冷却区(10)；反应区(11)上、下两端所对应的壳体(1)上分别设有催化剂进口(8)、催化剂出口(9)，冷却区(10)上、下两端所对应的壳体(1)上设有冷却液进口。
2.根据权利要求1所述的径向移动床反应器，其特征在于：所述的多孔隔件为至少4个同轴设置的圆筒形筛网(4)。
3.根据权利要求2所述的径向移动床反应器，其特征在于：所述的筛网(4)紧挨反应区(11)的侧面上设有多孔挡板(5)。
4.根据权利要求1所述的径向移动床反应器，其特征在于：所述的反应区(11)内设有换热管。
5.根据权利要求1所述的径向移动床反应器，其特征在于：所述的冷却区(10)内设有与冷却液进口连通的激冷喷嘴(7)。
6.根据权利要求5所述的径向移动床反应器，其特征在于：所述的激冷喷嘴(7)在单个冷却区(11)内的数量为4～64个。
7.根据权利要求1所述的径向移动床反应器，其特征在于：所述的反应区(11)和冷却区(10)的总数量为奇数个，反应区(11)数量比冷却区(10)数量多一个。
8.根据权利要求1所述的径向移动床反应器，其特征在于：所述的多孔隔件将壳体(1)内部空间分隔成4个环形区域，其中反应区(11)2个，冷却区(10)1个，冷却区(10)位于2个反应区(11)之间。
9.一种由权利要求1所述的径向移动床反应器串联、并联或混联组成的反应装置。
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