CN103028350A - 用于正丁烷氧化制顺酐的固定床反应器及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于正丁烷氧化制顺酐的固定床反应器及其方法。反应器本体一端设有气体进口，反应器本体一端内设有气体预分布器，并与气体进口相连，反应器本体另一端设有出料口，反应器本体侧壁设有换热介质熔盐出口、换热介质熔盐进口，反应器本体内设有多根催化剂装填管，多根催化剂装填管两端分别设有气体分布板，其中一分布板与气体进口之间设有第二均化空间，另一分布板与出料口之间设有第一均化空间，多根催化剂装填管之间设有换热介质熔盐；导流器通过支撑杆与反应器本体一端内壁相连。本发明可以减少低气速区域的面积，并且改善对分布板局部冲击不均的影响，提高操作的稳定性，可应用于顺酐工业生产中。

Description

用于正丁烷氧化制顺酐的固定床反应器及其方法

技术领域

本发明涉及气体预分布器领域，尤其涉及一种用于正丁烷氧化制顺酐的固定床反应器及其方法。

背景技术

顺丁烯二酸酐简称顺酐，又名马来酸酐，是一种重要的有机化工原料，是仅次于苯酐和醋酐的世界第三大有机酸酐，广泛用于石油化工、食品加工、医药、建材等行业。由于具备原料价廉，污染相对较轻，碳原子利用率高和顺酐生产成本低等优点，正丁烷氧化制顺酐技术逐渐成为顺酐生产的主要路线，并有逐步取代苯氧化法的趋势。

固定床工艺仍是目前技术最成熟、应用最广泛的工艺。随着顺酐装置的生产能力日趋大型化，反应器的直径不断增大，反应器内部的流体均布问题就日益突出，在实际操作过程中，往往存在反应物气流分布不均匀，造成催化剂不能充分利用的问题。尤为重要的是，工业操作中的正丁烷浓度接近其爆炸下限，浓度不均匀的原料气在高温反应下很容易引发工业爆炸事故。目前在正丁烷选择氧化制顺酐工业装置上，该种反应器通常是反应气体直接进入反应器内催化剂床层，造成床层内气体流动分布不均匀。

国内外研究者对列管式固定床气固催化反应器的进口气体预分布器的均布作用进行了研究，提出各种型式的进口气体预分布器。美国Howard F.Rase所著《化学反应器设计》（中译本，化学工业出版社，1982年12月）第一卷（原理与方法）第190页表7-2罗列了若干进口气体预分布器型式，诸如平板形单级挡板、多级挡板（包括盘-环式、同心圆锥式等）、径向扩散器（包括平板扩散器、叶片扩散器及锥形百叶窗等）等。这些用来改善进口气流分布状况的进口气体预分布器在各自的特定条件下是有效的，起到了把进口气体流束沿反应器径向分散开来的作用，克服了流入反应器进料口的高速喷射气流束直接冲击催化剂床层，使催化剂床层中央形成凹坑（空穴）的弊病，在反应器内沿径向截面形成不同均匀程度的轴向速度分布。除此之外，公开号为CN 102372578A的中国专利申请公开了一种解决以往苯和乙醇气相法合成乙苯技术中存在的原料苯和乙醇由于在反应器催化剂床层中分布不均匀而造成催化剂利用率低的问题的方法。该方法采用具有圆锥形单级挡板的气体进口预分布器的固定床反应器。

虽然每种型式的进口气体预分布器一般都曾有人对其进行过专门的测试研究，但这类研究大多是针对进口气体预分布器构件本身进行的，而结合某个化学反应进行的测试研究则很少。尤其是用于正丁烷选择氧化制顺酐的大直径反应器，其反应器进口处设置的气体预分布器要求比较高。即使结合某一具体反应器进行的研究，因条件不同，它所总结的规律也难以推广应用于其它反应器。

图1所示的是典型的用于正丁烷选择氧化制顺酐的列管固定床反应器，它内部自上而下包括气体进口1、第二均化空间14、换热介质熔盐出口10、催化剂装填管11、换热介质熔盐12、换热介质熔盐进口13、第一均化空间9和出料口15等区段。这些区段密切联系，相互影响，并且都围绕一个共同的目标——在低能量消耗的情况下，实现反应物气流均匀分布于催化剂床层的各个截面上，使全部催化剂都能获得均匀而充分的利用。但在正丁烷选择氧化制顺酐的实际操作过程中，往往存在反应物气流分布不均匀，催化剂不能均匀而充分地被利用，正丁烷转化率低以及顺酐选择性低的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种用于正丁烷氧化制顺酐的固定床反应器及其方法。

用于正丁烷氧化制顺酐的固定床反应器包括气体进口、气体分布板、气体预分布器、第一均化空间、换热介质熔盐出口、催化剂装填管、换热介质熔盐、换热介质熔盐进口、第二均化空间、出料口，反应器本体一端设有气体进口，反应器本体一端内设有气体预分布器，并与气体进口相连，反应器本体另一端设有出料口，反应器本体侧壁设有换热介质熔盐出口、换热介质熔盐进口，反应器本体内设有多根催化剂装填管，多根催化剂装填管两端分别设有气体分布板，其中一分布板与气体进口之间设有第二均化空间，另一分布板与出料口之间设有第一均化空间，多根催化剂装填管之间设有换热介质熔盐；气体预分布器包括导流器、导流器支撑杆、直杆；导流器通过支撑杆与反应器本体一端内壁相连，导流器由通过直杆固定的1~5个导流件组成。

所述的气体预分布器包括导流器、圆台形导流管、导流器支撑杆、直杆、导流管支撑杆；反应器本体一端内从外到内顺次设有圆台形导流管、导流器，导流器通过支撑杆与反应器本体一端内壁相连，圆台形导流管通过导流管支撑杆与反应器本体一端内壁相连，导流器由通过直杆固定的1~5个导流件组成。所述的导流器与反应器本体一端内壁面之间的距离为100mm~400mm。所述的导流器为半球形导流器或者圆锥形导流器。所述的导流件之间间距为50mm~200mm，所述的导流件为一个时，导流件上设有通孔。所述的圆台形导流管通过导流管支撑杆与反应器本体一端内壁相连一端的半径小于另一端的半径，所述的圆台形导流管与反应器本体一端内壁之间设有宽度为40mm~120mm的环形缝，所述的导流器与反应器本体一端内壁面之间的距离为800mm~1200mm。所述的半球形导流器的半径为300mm~750mm。所述的圆锥形导流器的锥角为60°~90°，圆锥形导流器的圆锥底面半径为300mm~750mm。

正丁烷氧化制顺酐的方法：原料物流由反应器的气体进口引入，依次经过气体预分布器和反应器的第二均化空间，进入反应器的气体在气体分布板均匀分布后，与催化剂装填管中的钒磷氧催化剂接触反应，生成的含顺酐反应流出物经另一气体分布板后进入第一均化空间，最后由反应器出料口引出，同时，换热介质熔盐由换热介质熔盐进口进入，冷却反应体系，并由换热介质熔盐出口流出；反应温度为350~550℃，反应压力为0~3.0MPa，正丁烷的GHSV为100~5000h^-1，原料气中正丁烷的体积分数0.1～10.0％，原料气是正丁烷和空气，正丁烷来自油田气伴生气、页岩气、湿天然气分离、石油裂化的C4馏分和未经精制的粗正丁烷中的一种或多种，反应物料的流动方向是向上或向下或横向。

所述的反应温度为400~500℃，所述的反应压力为0~1.0MPa，所述的正丁烷的GHSV为150~2000h^-1，所述的原料气中正丁烷的体积分数为0.5～2.5％。

本发明的气体预分布器的应用与现有技术相比，改变了气体流场，可以减少低气速区域的面积，并且改善对气体分布板局部冲击不均的影响，提高操作的稳定性。尤为重要的是，该发明还避免了部分催化剂的超载和负载，从而达到提高催化剂利用率，提高正丁烷的转化率和目的产物顺酐的选择性的目的，其正丁烷的转化率≥95mol％，顺酐的选择性≥60％，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1是典型的列管式固定床气固催化反应器示意图；

图2（a）是在本发明上下文中反应物料的流动方向是向上的示意图；

图2（b）是在本发明上下文中反应物料的流动方向是向下的示意图；

图2（c）是在本发明上下文中反应物料的流动方向是横向的示意图；

图3是本发明第一种固定床反应器的气体预分布器结构示意图；

图4是图1中的A向视图；

图5是本发明第二种固定床反应器的气体预分布器结构示意图；

图6是本发明第三种固定床反应器的气体预分布器结构示意图；

图7是本发明第四种固定床反应器的气体预分布器结构示意图；

图8为实施例2中固定床反应器的气体预分布器内气体的速度等值线；

图9为实施例2中固定床反应器的气体预分布器内低气速气体的区域分布图，其中带有颜色的区域为气速低于1m/s的区域；

图10为实施例2中固定床反应器的气体预分布器内气体的迹线图；

图11为实施例2中固定床反应器的气体预分布器内气体进口处局部放大的气体速度矢量图；

图12（a）为本实施例2中固定床反应器的气体预分布器内气体分布板上区域的气体速度云图；

图12（b）为本实施例2中固定床反应器的气体预分布器内气体分布板下区域的气体速度云图；

图13为实施例3中固定床反应器的气体预分布器内气体的速度等值线；

图14为实施例3中固定床反应器的气体预分布器内低气速气体的区域分布图，其中带有颜色的区域为气速低于1m/s的区域；

图15为实施例3中固定床反应器的气体预分布器内气体的迹线图；

图16（a）为实施例3中固定床反应器的气体预分布器内气体分布板上区域的气体速度云图；

图16（b）为实施例3中固定床反应器的气体预分布器内气体分布板下区域的气体速度云图；

图17为实施例4中固定床反应器的气体预分布器内气体速度云图；

图18为实施例4中固定床反应器的气体预分布器内低气速气体的区域分布图，其中带有颜色的区域为气速低于1m/s的区域；

图19为实施例4中固定床反应器的气体预分布器内气体进口处局部放大的气体速度矢量图；

图20为实施例4中固定床反应器的气体预分布器内气体的迹线图；

图21为实施例4中固定床反应器的气体预分布器内气体分布板上下区域的速度分布图，即气体分布板上下沿径向位置的速度变化图； 

图22为实施例5中固定床反应器的气体预分布器内气体速度云图；

图23为实施例5中固定床反应器的气体预分布器内低气速气体的区域分布图，其中带有颜色的区域为气速低于1m/s的区域；

图24为实施例5中固定床反应器的气体预分布器内气体进口处局部放大的气体速度矢量图；

图25为实施例5中固定床反应器的气体预分布器内气体的迹线图；

图26为实施例6中固定床反应器的气体预分布器内气体速度云图；

图27为实施例6中固定床反应器的气体预分布器内低气速气体的区域分布图，其中带有颜色的区域为气速低于1m/s的区域；

图28为实施例6中固定床反应器的气体预分布器内气体进口处局部放大的气体速度矢量图；

图29为实施例6中固定床反应器的气体预分布器内气体的迹线图；

图30为实施例6中固定床反应器的气体预分布器内气体分布板上下区域的气体速度分布图，即气体分布板上下沿径向位置的速度变化图；

图中，气体进口1、导流器2、圆台形导流管3、气体分布板4、导流器支撑杆5、直杆6、导流管支撑杆7、气体预分布器8、上部均化空间9、换热介质熔盐出口10、催化剂装填管11、换热介质熔盐12、换热介质熔盐进口13、下部均化空间14、出料口15。

具体实施方式

用于正丁烷氧化制顺酐的固定床反应器包括气体进口1、气体分布板4、气体预分布器8、第一均化空间9、换热介质熔盐出口10、催化剂装填管11、换热介质熔盐12、换热介质熔盐进口13、第二均化空间14、出料口15，反应器本体一端设有气体进口1，反应器本体一端内设有气体预分布器8，并与气体进口1相连，反应器本体另一端设有出料口15，反应器本体侧壁设有换热介质熔盐出口10、换热介质熔盐进口13，反应器本体内设有多根催化剂装填管11，多根催化剂装填管11两端分别设有气体分布板4，其中一分布板4与气体进口1之间设有第二均化空间14，另一分布板4与出料口15之间设有第一均化空间9，多根催化剂装填管11之间设有换热介质熔盐12；气体预分布器8包括导流器2、导流器支撑杆5、直杆6；导流器2通过支撑杆5与反应器本体一端内壁相连，导流器2由通过直杆6固定的1~5个导流件组成。

所述的气体预分布器8包括导流器2、圆台形导流管3、导流器支撑杆5、直杆6、导流管支撑杆7；反应器本体一端内从外到内顺次设有圆台形导流管3、导流器2，导流器2通过支撑杆5与反应器本体一端内壁相连，圆台形导流管3通过导流管支撑杆7与反应器本体一端内壁相连，导流器2由通过直杆6固定的1~5个导流件组成。所述的导流器2与反应器本体一端内壁面之间的距离为100mm~400mm。所述的导流器2为半球形导流器或者圆锥形导流器。所述的导流件之间间距为50mm~200mm，所述的导流件为一个时，导流件上设有通孔。所述的圆台形导流管3通过导流管支撑杆7与反应器本体一端内壁相连一端的半径小于另一端的半径，所述的圆台形导流管3与反应器本体一端内壁之间设有宽度为40mm~120mm的环形缝，所述的导流器2与反应器本体一端内壁面之间的距离为800mm~1200mm。所述的半球形导流器的半径为300mm~750mm。所述的圆锥形导流器的锥角为60°~90°，圆锥形导流器的圆锥底面半径为300mm~750mm。

正丁烷氧化制顺酐的方法：原料物流由反应器的气体进口1引入，依次经过气体预分布器8和反应器的第二均化空间14，进入反应器的气体在气体分布板7均匀分布后，与催化剂装填管11中的钒磷氧催化剂接触反应，生成的含顺酐反应流出物经另一气体分布板4后进入第一均化空间9，最后由反应器出料口15引出，同时，换热介质熔盐12由换热介质熔盐进口13进入，冷却反应体系，并由换热介质熔盐出口10流出；反应温度为350~550℃，反应压力为0~3.0MPa，正丁烷的GHSV为100~5000h^-1，原料气中正丁烷的体积分数0.1～10.0％，原料气是正丁烷和空气，正丁烷来自油田气伴生气、页岩气、湿天然气分离、石油裂化的C₄馏分和未经精制的粗正丁烷中的一种或多种，反应物料的流动方向是向上或向下或横向。

所述的反应温度为400~500℃，所述的反应压力为0~1.0MPa，所述的正丁烷的GHSV为150~2000h^-1，所述的原料气中正丁烷的体积分数为0.5～2.5％。

下面结合附图通过实施例对本发明作进一步的阐述。

实施例1

如图3、图4所示，为本发明的固定床反应器的气体预分布器，包括设置在固定床反应器的气体进口1上方的导流器2，导流器2的上方设有气体分布板4，导流器2通过四根导流器支撑杆5支撑在固定床反应器的气体进口1的气体出口方向，导流器2为圆锥形导流器，当然导流器2还可以选择半球形导流器，导流器2的壁面设有镂空部分，导流器2的壁面的镂空部分为沿导流器2径向方向分布的第一环形缝。沿导流器2径向方向分布的第一环形缝，开缝后的导流器2通过三根直杆6作为支撑骨架，形如圆锥体在其中间切去若干圆台。固定床反应器的气体进口1连有圆台形导流管3，圆台形导流管3与固定床反应器的气体进口1相连一端的半径小于另一端的半径，圆台形导流管3靠近固定床反应器的气体进口1一侧设有第二环形缝，使得原本与固定床反应器的气体进口1相连的圆台形导流管3不再与固定床反应器的气体进口1相连，中间留有一条第二环形缝。圆台形导流管3通过3根导流管支撑杆7获得支撑。圆台形导流管3上第二环形缝的宽度为40mm~120mm。导流器2与固定床反应器的气体进口1所在的壁面之间的距离为800mm~1200mm。沿导流器2径向方向分布的第一环形缝的数量为1~5条，宽度为50mm~200mm。圆锥形导流器的锥角为60°~90°，圆锥形导流器的圆锥底面半径为300mm~750mm。导流器2的顶部可以根据气体的流通情况设有通孔。

选用图3、图4所示的结构的气体预分布器在内径为3495mm的固定床反应器中进行气体分布试验。气体分布板4是一块直径为349mm的多孔钢板（厚度12mm），圆台形导流管3上第二环形缝的宽度为100mm，导流器2与固定床反应器的气体进口1所在的壁面之间的距离为1000mm。圆锥形导流器与圆台形导流管3的距离为200mm。导流器2为圆锥形导流器，沿导流器2径向方向分布的第一环形缝的数量为2条，宽度为50mm。圆锥形导流器的锥角为60°，圆锥形导流器的圆锥底面半径为700mm。固定床进口气速20.98m/s。

圆锥形导流器与圆台形导流管3的距离比较近，固定床反应器的气体预分布器内形成上下两个循环，两个循环的交界在固定床反应器的气体进口1所在底壁弧形封头部分。圆台形导流管3设有的第二环形缝，使得从固定床反应器的气体进口1通入的气体对壁面有一定的吹扫作用，壁面气速为1m/s左右。在圆锥形导流器顶部和圆台形导流管3外侧虽然存在低气速区域，但是由于为倾斜壁面，所以颗粒不易沉积。

由于圆台形导流管3内气体流速高，在靠近固定床反应器的气体预分布器的侧壁区域形成低压区域，入口气体并未从圆台形导流管3底部的第二环形缝流出，而是“引射”到固定床反应器的气体预分布器区域内，“引射”的气体从而起到对封头壁面（即底壁）的吹扫作用。

实施例2

如图5所示，为本发明的固定床反应器的气体预分布器，包括设置在固定床反应器的气体进口1上方的导流器2，导流器2的上方设有气体分布板4，导流器2通过四根导流器支撑杆5支撑在固定床反应器的气体进口1的气体出口方向，导流器2为半球形导流器，当然导流器2还可以选择圆锥形导流器，导流器2的壁面设有镂空部分，导流器2的壁面的镂空部分为沿导流器2径向方向分布的第一环形缝。导流器2与固定床反应器的气体进口1所在的壁面之间的距离为100mm~400mm。沿导流器2径向方向分布的第一环形缝的数量为1~5条，宽度为50mm~200mm。所述的半球形导流器的半径为300mm~750mm。导流器2的顶部可以根据气体的流通情况设有通孔。

选用图3所示结构的气体预分布器在内径为3495mm的固定床反应器中进行气体分布试验。采用的气体分布板4为某生产装置的分布板，直径为3495mm。固定床的气体进口气速为20.98m/s。导流器2与固定床反应器的气体进口1所在的壁面之间的距离为125mm。导流器2为半球形导流器，沿导流器2径向方向分布的第一环形缝的数量为3条，宽度为55mm。半球形导流器的半径为300mm。

沿半球形导流器径向方向分布的第一环形缝的尺寸为保证半球形导流器与底壁封头之间的间隙的流通面积加上半球形导流器的3条第一环形缝的流通面积大于固定床反应器的气体进口1的截面积，这样保证了导流器2产生的压降很小，整个固定床的压降主要还是在气体分布板4。

图8为本实施例采用图3所示的结构固定床反应器的气体预分布器内气体的速度等值线；图9为本实施例采用图3所示的结构固定床反应器的气体预分布器内低气速气体的区域分布图，其中带有颜色的区域为气速低于1m/s的区域；图10为本实施例采用图5所示的结构固定床反应器的气体预分布器内气体的迹线图。如图8、9和10所示，半球形导流器的最下部的环状挡板基本与固定床反应器的气体进口1管道的轴线平行，未能把通入的气体的流股压向封头壁面（即底壁）和侧壁，因此，其对壁面的吹扫作用比较弱，贴近封头壁面区域存在一层气速低于1m/s的流体。半球形导流器顶部外侧存在低气速区域，半球形导流器顶部比较平缓，颗粒在上面可能沉积。固定床反应器的气体预分布器内存在两个循环，循环的交界面在气体分布板4的下方，而在壁面附近存在低速区域，近封头壁面和固定床反应器的气体进口1处的气速在1~2m/s之间，能够防止颗粒的沉积。

图11为本实施例采用图5所示的结构固定床反应器的气体预分布器内气体进口1处局部放大的气体速度矢量图。如图11所示，半球形导流器距离固定床反应器的气体进口1比较近，气体流过半球形导流器后气速在14m/s以下，不是很高，并且气流方向为斜向壁面流动，气体流过半球形导流器后还有充分的空间向四周扩散，因此，气速在到达气体分布板4前可以均布整个预分布器。同时，这样的进气方式对气体分布板4的冲击较小，有利于操作的稳定和设备的稳定。

图12为本实施例采用图3所示的结构固定床反应器的气体预分布器内气体分布板4上下区域的气体速度云图；其中图12（a）是气体分布板4下方区域的气体速度云图，图12（b）是气体分布板4上方区域的气体速度云图。如图12所示，气体流到气体分布板4下方时气速分布较均匀，大部分区域的气速在1.1~0.7m/s之间。而气体流过气体分布板4后气速分布均匀。

实施例3

如图6所示，为本发明的固定床反应器的气体预分布器，包括设置在固定床反应器的气体进口1上方的导流器2，导流器2的上方设有气体分布板4，导流器2通过四根导流器支撑杆5支撑在固定床反应器的气体进口1的气体出口方向，导流器2为圆锥形导流器，当然导流器2还可以选择半球形导流器，导流器2的壁面设有镂空部分，导流器2的壁面的镂空部分为沿导流器2径向方向分布的第一环形缝。导流器2与固定床反应器的气体进口1所在的壁面之间的距离为100mm~400mm。导流器2为圆锥形导流器，沿导流器2径向方向分布的第一环形缝的数量为1~5条，宽度为50mm~200mm。圆锥形导流器的锥角为60°~90°，圆锥形导流器的圆锥底面半径为350mm~750mm。导流器2的顶部可以根据气体的流通情况设有通孔。

选用图6所示的气体预分布器在内径为3495mm的固定床反应器中进行气体分布试验。气体分布板4是一块直径为3495 mm的多孔钢板（厚度12.5 mm）。气体分布板4的压降30.84kPa，整床压降73.41kPa。导流器2与固定床反应器的气体进口1所在的壁面之间的距离为125mm。导流器2为圆锥形导流器，沿导流器2径向方向分布的第一环形缝的数量为3条，宽度为50mm。圆锥形导流器的锥角为60°，圆锥形导流器的圆锥底面半径为400mm，略大于固定床反应器的气体进口1的尺寸。

图13为本实施例采用图6所示的结构固定床反应器的气体预分布器内气体的速度等值线；图14为本实施例采用图6所示的结构固定床反应器的气体预分布器内低气速气体的区域分布图，其中带有颜色的区域为气速低于1m/s的区域；图15为本实施例采用图6所示的结构固定床反应器的气体预分布器内气体的迹线图。如图13、14和15所示，圆锥形导流器的挡板基本与固定床反应器的气体进口1管道的轴线呈30°夹角，能把通入的气体压向封头壁面和侧壁，对壁面有一定的吹扫作用。预分布器内存在1个大循环、2个中循环和3个小循环，大、中循环的交界面在气体分布板4下方，在底壁封头弧形处附近存在低速区域，但是由于壁面是倾斜的因而颗粒不易沉积。如图15所示，圆锥形导流器距离固定床反应器的气体进口1比较近，气体流过锥帽后气速在10m/s以下，不是很高，并且气流是斜向壁面流动，气体流过圆锥形导流器后还有充分的空间向四周扩散，在到达气体分布板4前可以均布整个固定床反应器的气体预分布器，这样的进气方式对气体分布板4的冲击较小。

图16为本实施例采用图6所示的结构固定床反应器的气体预分布器内气体分布板4上下区域的气体速度云图；其中图16（a）是气体分布板4下方的气体速度云图，图16（b）是气体分布板4上方的气体速度云图。如图16所示，气体流到气体分布板4下方时气速分布非常均匀，大部分区域的气速在0.7~0.6m/s之间。气体流过气体分布板4后气速分布均匀。

实施例4

选用图6所示的气体预分布器在内径为3495mm的固定床反应器中进行气体分布试验。导流器2与固定床反应器的气体进口1所在的壁面之间的距离为300mm。导流器2为圆锥形导流器，圆锥形导流器中部开有一条宽为 50mm的第一环形缝。圆锥形导流器的锥角为90°，圆锥形导流器的圆锥底面半径为650mm，略大于固定床反应器的气体进口1的尺寸。顶部开有直径为 300mm 的圆形孔。气体分布板4的直径为3495mm，气体分布板4的厚度为120mm。固定床反应器的气体进口1管道直径取900mm，计算得到进口气速19.49 m/s。

图17为本实施例采用图6所示的结构固定床反应器的气体预分布器内气体速度云图；图18为本实施例采用图6所示的结构固定床反应器的气体预分布器内低气速气体的区域分布图，其中带有颜色的区域为气速低于1m/s的区域；如图17和18所示，气速低于1m/s区域分布情况，该固定床反应器的气体预分布器内低速区域的面积很小，颗粒不易沉积。图19为本实施例采用图6所示的结构固定床反应器的气体预分布器内气体进口1处局部放大的气体速度矢量图；如图19所示，圆锥形导流器将部分通入的气体压向封头壁面（即底壁）并保持一定的气速，起到对底壁的吹扫作用，气速在7m/s 以上，可以防止颗粒的沉积。图20为本实施例采用图6所示的结构固定床反应器的气体预分布器内气体的迹线图。气体在固定床反应器的气体预分布器内存在两个循环，由于封头壁面附近的气速增大，两个循环的交界面位于气体分布板4的下方，整个固定床反应器的气体预分布器的封头壁面和直筒壁面均不存在低气速区域。固定床反应器的气体预分布器的整体压降为34.9kPa，圆锥形导流器的压降为450Pa。

图21为本实施例采用图6所示的结构固定床反应器的气体预分布器内气体分布板4上下区域的速度分布图；如图21所示，气体分布板4下侧气速存在两个峰值，由锥形倒流器中心孔流出的气体到达气体分布板4下方时速度比较大，最大值为3.59m/s，沿气体预分布器壁面流动的气体到达气体分布板4下方时气速相对较小，最大值为2.67m/s。

实施例5

选用图6所示的气体预分布器在内径为3495mm的固定床反应器中进行气体分布试验。导流器2与固定床反应器的气体进口1所在的壁面之间的距离为300mm。导流器2为圆锥形导流器，圆锥形导流器中部开有一条宽为86.6mm的第一环形缝。圆锥形导流器的锥角为60°，相对于90°结构高度增大，可以开更多的孔以增加流通面积，同时圆锥形导流器的壁面倾斜度加大，可以更好地避免颗粒的沉积。圆锥形导流器的圆锥底面半径为650mm，略大于固定床反应器的气体进口1的尺寸。顶部开有直径为200mm 的圆形孔，限制中心气速，流通面积比为2.35。气体分布板4的直径为3495mm，气体分布板4的厚度为120mm。固定床反应器的气体进口1管道直径取900mm，计算得到进口气速19.49 m/s。

图22为本实施例采用图6所示的结构固定床反应器的气体预分布器内气体速度云图；图23为本实施例采用图4所示的结构固定床反应器的气体预分布器内低气速气体的区域分布图，其中带有颜色的区域为气速低于1m/s的区域；如图22和图23所示，圆锥形导流器斜壁将部分通入的气体压向壁面，气体对壁面的吹扫作用比较强，气速在6～8m/s之间。固定床反应器的气体预分布器内低气速区域的面积比较小。图24为本实施例采用图6所示的结构固定床反应器的气体预分布器内气体进口1处局部放大的气体速度矢量图；如图24所示，减小圆锥形导流器顶部中心孔的直径使得导流器2对从固定床反应器的气体进口1通入的气体的下压力比较强，较多的气体沿封头壁面流动、扩散后到达气体分布板4下方，对壁面的吹扫作用强。

图25为本实施例采用图6所示的结构固定床反应器的气体预分布器内气体的迹线图。如图25所示，可以看到气体在预分布器内存在两个循环，由于封头壁面附近的气速增大，两个循环的交界面移动到气体分布板4的下方，整个预分布器的封头壁面和直筒壁面均不存在低气速区域。固定床反应器的气体预分布器的整体压降为34.9kPa，圆锥形导流器的压降为500Pa。

实施例6

如图7所示，为一种固定床反应器的气体预分布器，包括设置在固定床反应器的气体进口1上方的导流器2，固定床反应器的气体进口1连有圆台形导流管3，圆台形导流管3与固定床反应器的气体进口1相连一端的半径小于另一端的半径，导流器2为圆锥形导流器，当然导流器2也可以半圆形导流器，导流器2的顶部设有通孔（导流器2上的通孔的也可以选择不设），圆台形导流管3靠近固定床反应器的气体进口1一侧设有第二环形缝。导流器2通过四根导流器支撑杆5支撑在固定床反应器的气体进口1的气体出口方向，圆台形导流管3通过3根导流管支撑杆7获得支撑。导流器2与固定床反应器的气体进口1所在的壁面之间的距离为100mm~400mm。圆台形导流管3的第二环形缝的宽度为40mm~120mm。导流器2与固定床反应器的气体进口1所在的壁面之间的距离为800mm~1200mm。圆锥形导流器的锥角为60°~90°，圆锥形导流器的圆锥底面半径为300mm~750mm。

选用图7所示的气体预分布器在内径为5000mm的固定床反应器中进行气体分布试验。气体分布板4是一块直径为5000mm的多孔钢板（厚度12.5 mm），圆台形导流管3的第二环形缝的宽度为100mm，导流器2与固定床反应器的气体进口1所在的壁面之间的距离为1000mm。圆锥形导流器与圆台形导流管3的距离为200mm。导流器2为圆锥形导流器，导流器2顶部开直径为200mm的圆孔。圆锥形导流器的锥角为60°，圆锥形导流器的圆锥底面半径为700mm。固定床进口气速为20.98m/s。

图26为本实施例采用图7所示的结构固定床反应器的气体预分布器内气体速度云图；图27为本实施例采用图7所示的结构固定床反应器的气体预分布器内低气速气体的区域分布图，其中带有颜色的区域为气速低于1m/s的区域；如图26和图27所示，可以看到将圆锥形导流器顶部的圆孔可以很好地消除其上方空间的低气速区域，但是在圆锥形导流器的外侧存在低气速区域，由于圆锥形导流器壁面倾斜度较大，颗粒不易沉积。圆锥形导流器斜壁将气体压向壁面，气体对壁面的吹扫作用比较强，气速在7m/s左右。气体预分布器内低气速区域的面积比较小。

图28为本实施例采用图7所示的结构固定床反应器的气体预分布器内气体进口1处局部放大的气体速度矢量图；如图28所示，可以看到由于圆台形导流管3内气体流速高，形成低压区域，入口气体并未从圆台形导流管3底部的第二环形缝流出，而是“引射”了预分布器区域内部的气体，从而起到对封头壁面的吹扫作用。

图29为本实施例采用图7所示的结构固定床反应器的气体预分布器内气体的迹线图。如图29所示，可以看到气体预分布器内存在三个气体循环，循环的交界面分别位于封头壁面和气体分布板4下方。总压降为34.8kPa，圆台形导流管3和圆锥形导流器产生的压降为260Pa。

图30为本实施例采用图7所示的结构固定床反应器的气体预分布器内气体分布板4上下区域的气体速度分布图；如图30所示，气体分布板4下侧气速存在两个峰值，由圆锥形导流器中心孔流出的气体到达气体分布板4下方4时速度相对较小，最大值为2.39m/s，沿气体预分布器壁面流动的气体到达气体分布板4下方时气速相对较大，最大值为3.28m/s。

Claims (10)

1. 一种用于正丁烷氧化制顺酐的固定床反应器，其特征在于包括气体进口（1）、气体分布板（4）、气体预分布器（8）、第一均化空间（9）、换热介质熔盐出口（10）、催化剂装填管（11）、换热介质熔盐（12）、换热介质熔盐进口（13）、第二均化空间（14）、出料口（15），反应器本体一端设有气体进口（1），反应器本体一端内设有气体预分布器（8），并与气体进口（1）相连，反应器本体另一端设有出料口（15），反应器本体侧壁设有换热介质熔盐出口（10）、换热介质熔盐进口（13），反应器本体内设有多根催化剂装填管（11），多根催化剂装填管（11）两端分别设有气体分布板（4），其中一分布板（4）与气体进口（1）之间设有第二均化空间（14），另一分布板（4）与出料口（15）之间设有第一均化空间（9），多根催化剂装填管（11）之间设有换热介质熔盐（12）；气体预分布器（8）包括导流器（2）、导流器支撑杆（5）、直杆（6）；导流器（2）通过支撑杆（5）与反应器本体一端内壁相连，导流器（2）由通过直杆（6）固定的1~5个导流件组成。

2. 根据权利要求1所述的一种用于正丁烷氧化制顺酐的固定床反应器，其特征在于所述的气体预分布器（8）包括导流器（2）、圆台形导流管（3）、导流器支撑杆（5）、直杆（6）、导流管支撑杆（7）；反应器本体一端内从外到内顺次设有圆台形导流管（3）、导流器（2），导流器（2）通过支撑杆（5）与反应器本体一端内壁相连，圆台形导流管（3）通过导流管支撑杆（7）与反应器本体一端内壁相连，导流器（2）由通过直杆（6）固定的1~5个导流件组成。

3. 根据权利要求1所述的一种用于正丁烷氧化制顺酐的固定床反应器，其特征在于所述的导流器（2）与反应器本体一端内壁面之间的距离为100mm~400mm。

4. 根据权利要求1或2所述的一种用于正丁烷氧化制顺酐的固定床反应器，其特征在于所述的导流器（2）为半球形导流器或者圆锥形导流器。

5. 根据权利要求1或2所述的一种用于正丁烷氧化制顺酐的固定床反应器，其特征在于所述的导流件之间间距为50mm~200mm，所述的导流件为一个时，导流件上设有通孔。

6. 根据权利要求2所述的一种用于正丁烷氧化制顺酐的固定床反应器，其特征在于所述的圆台形导流管（3）通过导流管支撑杆（7）与反应器本体一端内壁相连一端的半径小于另一端的半径，所述的圆台形导流管（3）与反应器本体一端内壁之间设有宽度为40mm~120mm的环形缝，所述的导流器（2）与反应器本体一端内壁面之间的距离为800mm~1200mm。

7. 根据权利要求4所述的一种用于正丁烷氧化制顺酐的固定床反应器，其特征在于所述的半球形导流器的半径为300mm~750mm。

8. 根据权利要求4所述的一种用于正丁烷氧化制顺酐的固定床反应器，其特征在于所述的圆锥形导流器的锥角为60°~90°，圆锥形导流器的圆锥底面半径为300mm~750mm。

9. 一种利用权利要求1或2所述固定床反应器的正丁烷氧化制顺酐的方法，其特征在于：原料物流由反应器的气体进口（1）引入，依次经过气体预分布器（8）和反应器的第二均化空间（14），进入反应器的气体在气体分布板（7）均匀分布后，与催化剂装填管（11）中的钒磷氧催化剂接触反应，生成的含顺酐反应流出物经另一气体分布板（4）后进入第一均化空间（9），最后由反应器出料口（15）引出，同时，换热介质熔盐（12）由换热介质熔盐进口（13）进入，冷却反应体系，并由换热介质熔盐出口（10）流出；反应温度为350~550℃，反应压力为0~3.0MPa，正丁烷的GHSV为100~5000h^-1，原料气中正丁烷的体积分数0.1～10.0％，原料气是正丁烷和空气，正丁烷来自油田气伴生气、页岩气、湿天然气分离、石油裂化的C₄馏分和未经精制的粗正丁烷中的一种或多种，反应物料的流动方向是向上或向下或横向。

10. 根据权利要求9所述的正丁烷氧化制顺酐的方法，其特征在于所述的反应温度为400~500℃，所述的反应压力为0~1.0MPa，所述的正丁烷的GHSV为150~2000h^-1，所述的原料气中正丁烷的体积分数为0.5～2.5％。

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