CN102432418A

CN102432418A - 一种液位自动控制的两段式苯加氢制备环己烷的方法

Info

Publication number: CN102432418A
Application number: CN2011102631828A
Authority: CN
Inventors: 程振民; 吴思操; 谭靖琳; 曹鑫; 喻业茂; 金建
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2031-09-07
Also published as: CN102432418B

Abstract

本发明公开了一种液位自动控制的两段式苯加氢制环己烷新工艺。主要内容为：将淤浆床与固定床串联，使苯含量20～40wt%的反应物在淤浆床中发生液相反应，反应热使反应物及产物蒸发进入固定床中继续发生气相反应。为缓解固定床产生的高温，通过侧线注入环己烷液体，苯转化率可达到99.8%。为避免淤浆段的液体进入气相段，从而造成催化剂淹没等严重事故，在淤浆床的顶部安装了射频导纳式液位检测器，与柱塞泵组成液位自动控制系统。通过液位仪的自动控制，淤浆床液面可稳定在一段高度内。本发明设备简单，操作方便，是一种优越的苯加氢生产方式。

Description

一种液位自动控制的两段式苯加氢制备环己烷的方法

技术领域

本发明涉及一种液位自动控制的两段式苯加氢制备环己烷的方法，用于解决采用单一固定床操作中相变发生位置难以观测和控制的问题。

背景技术

环己烷在工业上用途广泛，基本上由苯加氢制得。苯加氢制环己烷的反应是一个体积减小的强放热反应，反应热为202.9 kJ/mol。苯加氢制备环己烷的方法一般分液相法及气相法两大类，气相法压力较低，但反应开始前需将反应物预热汽化，反应结束后又要对产物冷凝回收，浪费了热量。液相法生产能力大，温度易控制，但因氢气难溶解，压力一般要求在3MPa以上，并且反应转化率很难达到99.5%以上。

传统的化学工程观点认为，液相反应中发生相变则反应难以控制，但对有强挥发性的液相反应体系来说，适当条件下相变对多相反应过程可产生强化作用。根据这种想法申请人提出了在固定床中进行连续相变反应的苯加氢工艺（ZL 001 11762.9），但由于液相段与气相段均处于固定床内，液位无法观察和控制，造成液体流量小时液相段偏低，反应器利用率低、处理量小；液体流量大时，液相段来不及反应，造成液体充满反应器。因此，液体流量必须在一个准确已知的范围内，给实际应用带来一定困难。

为利用相变反应的优点，同时解决液位控制问题，本发明提出了将液相段和气相段分开的构想。即先在淤浆床中发生液相反应，利用反应热为产物及未发生反应的原料蒸发提供部分热量，通过蒸发热抵消反应热解决反应移热问题；而后，苯和氢气在固定床发生气相反应，使苯彻底转化。此法可使气、液相反应相继发生在反应器不同部位。

为达到这一目的，有必要在淤浆床中加入适当的液位检测控制装置。目前的液位检测器有多种形式。如压差式液位仪、声波式液位仪、数字感应式液位仪、光纤式液位仪等，但均不适合于苯加氢反应系统。

本发明采用射频导纳式液位检测器，其工作原理与电容式液位检测器基本相同。它与电容式液位检测器的最大区别在于增加了振荡缓冲器(Buffer)和斩波驱动器(Chopper Drive)这两个电路，该类型液位检测器已获广泛应用。

发明内容

本发明通过在淤浆床中引入射频导纳式液位检测器，与柱塞泵相连接构成自动控制系统，有效解决原有技术（ZL 001 11762.9）固定床苯加氢反应器中相变发生位置难以控制的问题，使相变反应过程处于可完全监控状态下。具体方案如下：

一种液位自动控制的两段式苯加氢制备环己烷的方法，包括如下步骤：

首先，淤浆床内安装一射频导纳式液位检测器，所述射频导纳式液位检测器与柱塞泵相连接组成自动控制系统；当所述淤浆床的液面高度低于指定值时，所述柱塞泵将反应液注入到所述淤浆床中与氢气进行反应；当所述淤浆床的液面高度达到指定值时，所述柱塞泵停止工作；

然后，所述反应液中未参与反应的反应物及产物蒸发后进入与所述淤浆床串联组合的绝热固定床，从出口排出。

所述反应液是以环己烷为溶剂，苯为溶质的浓度为20～40wt%的溶液。

所述淤浆床的液面高度低于指定值时，所述射频导纳式液位检测器的指示灯为红色；当所述淤浆床的液面高度达到指定值时，所述射频导纳式液位检测器的指示灯为绿色。

所述淤浆床中装填粒径小于0.125～0.15mm Ni/Al₂O₃催化剂，所述绝热固定床中填装颗粒大小为5～6 mm的Ni/Al₂O₃催化剂。

所述射频导纳式液位检测器具有延时功能。实际工作情况中反应器内液面总处于剧烈波动的状态，该延时可以避免柱塞泵的频繁开关。开启延时功能后，当射频导纳式液位器检测到液位过高时并不立即断开电路，而是等待一段时间后再断开；当检测到过低时，则是等待一段时间再连通。

所述环己烷的加料方式为从所述绝热固定床的侧线注入。

为解决苯浓度过高时固定床容易出现高温，导致苯加氢反应在固定床前半部分就达到化学平衡，催化剂床层利用率低，采用侧线注入环己烷，使固定床床层温度分布均匀，床层利用率提高。

所述两段式苯加氢制备环己烷的反应系统总压为1.0～2.5 MPa，所述淤浆床的加热温度为130～150℃，所述绝热固定床的外壁加热保温（例如200℃以上）且电压100～150 V。

本发明具有如下优点：两段式苯加氢制环己烷反应系统中引入射频导纳式液位检测器，与柱塞泵相连接构成自动控制系统，实现了相变苯加氢制环己烷反应系统中相变位置的可控制。本发明设备简单，操作方便，具有良好的可行性，是一种较有工业化前景的苯加氢制备环己烷的生产装置。

附图说明

图1是本发明中的两段式苯加氢制备环己烷的反应器结构示意图；

图2是本发明中的射频导纳式液位检测器控制液面高度示意图；

图3是本发明中的淤浆床内液体平均蒸发速度1.12 kg/h时柱塞泵工作情况。

符号说明

1 固定床反应器；2 淤浆床反应器；3 氢气进料口；

4 反应液进料口；5 淤浆床加热套；6 射频导纳式液位检测器；

7 反应产物出口；A 淤浆床内液面指定最低值；

B 淤浆床内液面指定最高值。

具体实施方式

下面，用实施例来进一步说明本发明内容，但本发明的保护范围并不仅限于实施例。对本领域的技术人员在不背离本发明精神和保护范围的情况下做出的其它的变化和修改，仍包括在本发明保护范围之内。

反应液和氢气分别通过柱塞泵和隔膜压缩机注入淤浆床，其中液相通过氢气夹带和吸收反应热发生汽化，蒸汽中未反应的苯在固定床中继续反应。为避免蒸汽中苯浓度过高产生超过300℃的高温，在固定床侧壁两处不同位置引入常温液态环己烷进行床层降温。淤浆床中液面高度由液位仪控制，柱塞泵间歇自动向淤浆床补充反应液。图1是本发明中的两段式苯加氢制备环己烷的反应器结构示意图；图2是本发明中的射频导纳式液位检测器控制淤浆床内液面高度示意图；图3是本发明中的淤浆床内液体平均蒸发速度1.12 kg/h时柱塞泵工作情况，对应实施例1。

实施例1

控制淤浆床反应器壁温140℃，反应系统总压2 MPa，氢气流量15 nl/min，反应液（苯为溶质的环己烷溶液）中苯浓度为20～40 wt %，固定床外壁缠绕一个100～150 V的保温电压，使反应器处于绝热状态。淤浆床中液体不断蒸发，但在液位检测器控制下液面高度可维持在一定范围。当反应液中苯浓度为20 %、30 %和40 %时，苯加氢反应在固定床中间部分就达到化学平衡，温度分别是290.5℃、331.4℃和347.2℃，苯转化率分别为96.29 %、90.19 %和85.88 %。可见高的苯浓度引起了高温度，但高温度并没有得到高转化率。这是因为苯加氢是可逆放热反应，高温时的化学平衡常数较低，造成平衡转化率下降。此反应过程淤浆床内液体平均蒸发速度均为1.12 kg/h，柱塞泵工作状态的平均注液速度为5.6 kg/h，柱塞泵处于间歇工作状态，每隔4.7 min开启0.3 min。

实施例2

在与实施例1相似的方式下，本例考察不同淤浆床温度下固定床的性能。反应系统总压2 MPa，氢气流量15 nl/min，反应液（苯为溶质的环己烷溶液）中苯质量分数35 %。淤浆床温度分别为130℃、140℃和150℃时，苯转化率分别为94.5 %、91.1 %和82.3 %，测得淤浆床内液体平均蒸发速度分别为0.57 kg/h、1.12 kg/h和1.58 kg/h，对应的柱塞泵工作周期分别是平均每隔9.5 min开启0.3 min、每隔4.7 min开启0.3 min以及每隔3.2 min开启0.3 min。

实施例3

在与实施例1相似的方式下，本例考察不同操作压力下固定床的性能。淤浆床反应器温度140℃，氢气流量15 nl/min，反应液（苯为溶质的环己烷溶液）中苯质量分数35 %。在反应系统总压分别为1.0 MPa、1.5 MPa、2.0 MPa和2.5 MPa下，苯的转化率分别为77.0 %、89.5 %、91.1 %和93.3 %，淤浆床内液体平均蒸发速度分别为3.28 kg/h、1.89 kg/h、1.12 kg/h和0.85 kg/h，对应的柱塞泵工作周期分别是平均每隔1.4 min开启0.3min、2.7 min开启0.3min、每隔4.7 min开启0.3 min以及每隔6.3 min开启0.3 min。

实施例4

在与实施例1相似的方式下，本例考察不同氢气流速下固定床的性能。淤浆床反应器温度140℃，系统总压2.0 MPa，反应液（苯为溶质的环己烷溶液）中苯含量35 %。氢气流速分别为9 nl/min、12 nl/min、15 nl/min和18 nl/min下，苯的转化率分别是96.6 %、94.6 %、91.1 %和84.7%，淤浆床内液体平均蒸发速度分别0.5 kg/h、0.74 kg/h、1.12 kg/h和1.45 kg/h，对应的柱塞泵工作周期分别是平均每隔10.9 min开启0.3min、每隔7.3 min开启0.3 min、每隔4.7 min开启0.3 min以及每隔3.6 min开启0.3 min。

实施例5

实施例1～4过程中固定床中部温度都达300℃以上高温，难以使苯加氢反应达到高转化率，同时易造成催化剂烧结。本例考察在0.4 m高度处侧线注入环己烷对固定床性能的影响。在淤浆床温度140℃，反应系统总压2 MPa，氢气流量15 nl/min，反应液中苯含量20 %条件下，淤浆床内液体平均蒸发速度为1.12 kg/h。不加侧线时，反应器内的最高温度为290℃，苯的转化率为96.40%；当侧线流量为5.6 ml/min时，苯的转化率提高至98.00 %，固定床最高温度为270℃；当侧线流量为7.5 ml/min时，固定床最高温度为262℃，苯的转化率达到99.21 %。侧线进料降低了固定床床层温度，还提高了苯的转化率。

实施例6

在与实施例5相似的方式下，本例考察20%苯浓度的反应液在两股侧线冷剂作用下的固定床反应结果。在淤浆床温度140℃，反应系统总压2.0MPa，反应液中苯含量20 %，氢气流速15 nl/min下进行反应，测得淤浆床内液体平均蒸发速度为1.12 kg/h。无侧线条件时，反应器最高温度为290℃，苯的转化率为96.6 %；固定床0.2m处侧线注入流量为3ml/min的环己烷，0.4m处侧线注入流量为4 ml/min的环己烷，侧线进料降低了固定床的床层温度，床层最高温度为270℃，苯转化率高达99.64 %。

实施例7

在与实施例5相似的方式下，本例考察33 %苯浓度的反应液在两股侧线冷剂作用下的固定床反应结果。在淤浆床反应器温度为140℃，反应系统总压2.0 MPa，反应液中苯质量分数33 %，氢气流速15 nl/min下，测得淤浆床内液体平均蒸发速度为1.12 kg/h。无侧线进料时，反应器最高温度为331℃，苯的转化率为91.1 %；通过在固定床0.2 m和0.4m处侧线注入环己烷，流量分别为5 ml/min和10 ml/min，反应器最高温度为268℃，苯转化率高达99.82 %。

Claims

1.一种液位自动控制的两段式苯加氢制备环己烷的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应液是以环己烷为溶剂，苯为溶质的浓度为20～40wt%的溶液。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述淤浆床的液面高度低于指定值时，所述射频导纳式液位检测器的指示灯为红色；当所述淤浆床的液面高度达到指定值时，所述射频导纳式液位检测器的指示灯为绿色。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述淤浆床中装填粒径小于0.125～0.150mm Ni/Al₂O₃催化剂，所述绝热固定床中填装颗粒大小为5～6mm的Ni/Al₂O₃催化剂。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述射频导纳式液位检测器具有延时功能。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述环己烷的加料方式为从所述绝热固定床的侧线注入。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两段式苯加氢制备环己烷的反应系统总压为1.0～2.5 MPa，所述淤浆床的加热温度为130～150℃，所述绝热固定床的外壁加热保温且电压100～150 V。