CN103111240A - 多段式列管反应器及利用该反应器制备化合物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种多段式列管反应器及利用该反应器制备化合物的方法，所述反应器包括壳体，壳体的一端设有反应物入口，另一端设有反应物出口；壳体内设有第一管板、第二管板、列管；所述壳体、上管板、列管、下管板围成的一个反应器壳程空间被一个或多个分隔机构分成若干个独立的壳程空间，独立的壳程空间作为独立的冷却区域，冷却区域的排列走向与列管的设置方向相同；列管被分隔机构划分为若干区域，若干区域分别设置于对应的冷却区域中；所述冷却区域输入的冷量根据其距反应物入口的距离变化而变化，冷却区域距离反应物入口越近，其输入的冷量越多。本发明可提高反应器的反应收率，同时提高反应器制造、安装的经济性。

Description

多段式列管反应器及利用该反应器制备化合物的方法

技术领域

本发明属于化工设备技术领域，涉及一种反应器，尤其涉及一种多段式列管反应器；同时本发明还涉及利用该反应器制备化合物的方法。

背景技术

环氧化反应器是双氧水氧化丙烯合成环氧丙烷装置中的关键设备。双氧水和丙烯等原料混合物由底部进入反应器，经过装有催化剂的列管，在列管中反应生成的反应物为环氧丙烷和少量副产物，反应物由顶部流出反应器。此反应为强烈放热反应，且原料混合物刚接触列管下部催化剂时反应最为剧烈，沿列管从下到上，反应物浓度上升，原料混合物浓度下降，反应放热也随之减少，反应热由流过列管与壳体之间的冷却介质带走。如果反应热不能及时被带走，列管内的热量积聚温度上升，副反应加剧造成副产物增加，反应物中环氧丙烷的收率下降。

图1是现有的一种环氧化反应器的结构示意图。所述反应器包括壳体12，以及设置于壳体12中的上管板4、下管板10、列管5；壳体12的一端设置反应物入口1，另一端设置反应物出口2。列管5的底部设有支承件11，在列管5内支承件11上方从下至上分别设有惰性瓷球9、加入惰性瓷球的催化剂7、催化剂6。

在列管5下部催化剂中加入惰性瓷球即减少催化剂量，以降低原料混合物刚接触列管下部催化剂时反应的剧烈程度。本方案的缺陷在于：①在列管尺寸相同的情况下，减少了催化剂的有效装载量；②反应温度难以控制。

图2是现有的另一种环氧化反应器的结构示意图。所述反应器包括三个串联的反应器，每个反应器均设有相应的冷却介质入口81、82、83及冷却介质出口21、22、23。

该方案在保证催化剂装填量的情况下，将反应器分解为三个串联的反应器，冷却介质分为三股，第一冷却介质的冷量最大，第二冷却介质的冷量其次，第三冷却介质的冷量最小，以满足原料混合物刚接触列管下部催化剂时反应最为剧烈、需要带走的反应热最多的要求。本方案的缺陷在于：①消耗钢材量大，零部件数量约增加2倍，制造安装非常繁琐；②装卸催化剂工作量增大；③流体通过催化剂层的总阻力降增大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种多段式列管反应器，可提高反应器的反应收率，同时提高反应器制造、安装的经济性。

此外，本发明还提供一种利用上述多段式列管反应器制备化合物的方法，可提高反应器的反应收率，同时提高反应器制造、安装的经济性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种多段式列管反应器，所述反应器包括壳体，壳体的一端设有反应物入口，另一端设有反应物出口；壳体内设有第一管板、第二管板、列管，列管设置于第一管板、第二管板之间，第一管板靠近反应物入口设置，第二管板靠近反应物出口设置，列管内设有催化剂；

所述壳体、上管板、列管、下管板围成的一个反应器壳程空间被一个或多个分隔机构分成若干个独立的壳程空间，独立的壳程空间作为独立的冷却区域，冷却区域的排列走向与列管的设置方向相同；列管被分隔机构划分为若干区域，若干区域分别设置于对应的冷却区域中；

所述冷却区域分别设有冷却介质入口、冷却介质出口，用以冷却列管的各个区域；冷却区域输入的冷量根据其距反应物入口的距离变化而变化，冷却区域距离反应物入口越近，其输入的冷量越多。

作为本发明的一种优选方案，所述第一管板与反应物入口之间的区域形成反应物入口腔体，第二管板与反应物出口之间的区域形成反应物出口腔体；所述列管的入口及出口分别连接反应物入口腔体、反应物出口腔体。

作为本发明的一种优选方案，所述分隔机构包括隔板及设置于隔板周边的叠片式弹簧密封圈。

作为本发明的一种优选方案，所述壳体位于第一管板、第二管板之间的部分被两个分隔机构分隔成三个冷却区域。

作为本发明的一种优选方案，所述列管的下部设有惰性瓷球，惰性瓷球上方设置催化剂。

作为本发明的一种优选方案，所述反应器用于双氧水氧化丙烯合成环氧丙烷。

一种上述多段式列管反应器制备化合物的方法，所述方法包括如下步骤：

原料混合物由反应物入口进入反应器，经过装有催化剂的列管，在催化剂的作用下进行强烈放热化学反应，且原料混合物刚接触列管入口一端催化剂时反应最为剧烈；从列管入口到出口，反应物浓度上升，原料混合物浓度下降，反应放热也随之减少，生成的反应物从反应物出口流出反应器；

同时，分别从各个冷却区域的冷却介质入口向各个冷却区域通入冷却介质，用以冷却列管的对应区域，带走反应释放的热量；各冷却区域输入的冷量根据其距反应物入口的距离变化而变化，冷却区域距离反应物入口越近，其输入的冷量越多。

作为本发明的一种优选方案，所述方法为利用双氧水氧化丙烯合成环氧丙烷的方法。

本发明的有益效果在于：本发明提出的多段式列管反应器及利用该反应器制备化合物的方法，用隔板和叠片式弹簧密封圈将反应器壳体、上管板、列管和下管板围成的一个反应器壳程空间分成三个（或更多）独立的壳程空间，调节和控制流经三个壳程空间的冷却介质带走的反应热，使整根列管内的温度趋于一致，列管内的化学反应平稳，副反应生成的副产物少，环氧丙烷的收率大大提高。叠片式弹簧密封圈既能满足三个独立的壳程空间的分隔密封要求，又不受列管和壳体热膨胀差的影响；消耗的钢材少，零部件数量少，制造、安装简单。本发明克服了现有环氧化反应器在列管尺寸相同的情况下，催化剂的有效装载量少、反应温度难以控制、消耗钢材量大、零部件数量多、制造安装繁琐、装卸催化剂工作量大、流体通过催化剂层的总阻力降大的缺点。

附图说明

图1为现有列管反应器的结构示意图。

图2为现有列管反应器的另一结构示意图。

图3为本发明列管反应器的结构示意图。

图4为本发明列管反应器分隔机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

请参阅图3，本发明揭示了一种多段式列管反应器，所述反应器包括壳体12，壳体12的一端设有反应物入口1，另一端设有反应物出口3；壳体12内设有第一管板10、第二管板4、列管5，列管5设置于第一管板10、第二管板4之间，第一管板10靠近反应物入口1设置，第二管板4靠近反应物出口3设置。列管5内主要设有催化剂6，当然，列管5底部还设有支承件11，支承件11上方设有惰性瓷球9。

所述第一管板10与反应物入口1之间的区域形成反应物入口腔体，第二管板4与反应物出口3之间的区域形成反应物出口腔体；所述列管5的入口及出口分别连接反应物入口腔体、反应物出口腔体。

所述壳体12、上管板10、列管5、下管板4围成的一个反应器壳程空间被两个分隔机构分成三个独立的壳程空间，独立的壳程空间作为独立的冷却区域。请参阅图4，分隔机构包括隔板13及设置于隔板周边的叠片式弹簧密封圈14。冷却区域的排列走向与列管5的设置方向相同，如图3所示，列管5纵向放置，冷却区域也是纵向（上下）设置；列管5被分隔机构划分为若干区域，若干区域分别设置于对应的冷却区域中。本实施例中，所述壳体位于第一管板、第二管板之间的部分被两个分隔机构分隔成三个冷却区域。

各冷却区域分别设有冷却介质入口81、82、83及冷却介质出口21、22、23，用以冷却列管5的各个区域；冷却区域输入的冷量根据其距反应物入口的距离变化而变化，冷却区域距离反应物入口1越近，其输入的冷量越多。

具体地，第一冷却介质由第一冷却介质入口81流入，从第一冷却介质出口21流出，其输入的冷量最大，带走的热量最多。第二冷却介质由第二冷却介质入口82流入，从第二冷却介质出口22流出，其输入的冷量和带走的热量其次。第三冷却介质由第三冷却介质入口83流入，从第三冷却介质出口23流出，其输入的冷量最小，带走的热量最少。调节、控制三股冷却介质带走的反应热，多余的热量不会在列管中集聚。

本实施例中，所述反应器用于双氧水氧化丙烯合成环氧丙烷。

以上介绍了本发明多段式列管反应器的结构，本发明在揭示上述反应器的同时，还揭示一种上述多段式列管反应器制备化合物的方法，所述方法包括如下步骤：原料混合物由反应物入口进入反应器，经过装有催化剂的列管，在催化剂的作用下进行强烈放热化学反应，且原料混合物刚接触列管入口一端催化剂时反应最为剧烈；从列管入口到出口，反应物浓度上升，原料混合物浓度下降，反应放热也随之减少，生成的反应物从反应物出口流出反应器。同时，分别从各个冷却区域的冷却介质入口向各个冷却区域通入冷却介质，用以冷却列管的对应区域，带走反应释放的热量；各冷却区域输入的冷量根据其距反应物入口的距离变化而变化，冷却区域距离反应物入口越近，其输入的冷量越多。

综上所述，本发明提出的多段式列管反应器及利用该反应器制备化合物的方法，用隔板和叠片式弹簧密封圈将反应器壳体、上管板、列管和下管板围成的一个反应器壳程空间分成三个（或更多）独立的壳程空间，调节和控制流经三个壳程空间的冷却介质带走的反应热，使整根列管内的温度趋于一致，列管内的化学反应平稳，副反应生成的副产物少，环氧丙烷的收率大大提高。叠片式弹簧密封圈既能满足三个独立的壳程空间的分隔密封要求，又不受列管和壳体热膨胀差的影响；消耗的钢材少，零部件数量少，制造、安装简单。本发明克服了现有环氧化反应器在列管尺寸相同的情况下，催化剂的有效装载量少、反应温度难以控制、消耗钢材量大、零部件数量多、制造安装繁琐、装卸催化剂工作量大、流体通过催化剂层的总阻力降大的缺点。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (8)

1.一种多段式列管反应器，其特征在于，所述反应器包括壳体，壳体的一端设有反应物入口，另一端设有反应物出口；壳体内设有第一管板、第二管板、列管，列管设置于第一管板、第二管板之间，第一管板靠近反应物入口设置，第二管板靠近反应物出口设置，列管内设有催化剂；

所述壳体、上管板、列管、下管板围成的一个反应器壳程空间被一个或多个分隔机构分成若干个独立的壳程空间，独立的壳程空间作为独立的冷却区域，冷却区域的排列走向与列管的设置方向相同；列管被分隔机构划分为若干区域，若干区域分别设置于对应的冷却区域中；

所述冷却区域分别设有冷却介质入口、冷却介质出口，用以冷却列管的各个区域；冷却区域输入的冷量根据其距反应物入口的距离变化而变化，冷却区域距离反应物入口越近，其输入的冷量越多。

2.根据权利要求1所述的多段式列管反应器，其特征在于：

所述第一管板与反应物入口之间的区域形成反应物入口腔体，第二管板与反应物出口之间的区域形成反应物出口腔体；所述列管的入口及出口分别连接反应物入口腔体、反应物出口腔体。

3.根据权利要求1所述的多段式列管反应器，其特征在于：

所述分隔机构包括隔板及设置于隔板周边的叠片式弹簧密封圈。

4.根据权利要求1所述的多段式列管反应器，其特征在于：

所述壳体位于第一管板、第二管板之间的部分被两个分隔机构分隔成三个冷却区域。

5.根据权利要求1所述的多段式列管反应器，其特征在于：

所述列管的下部设有惰性瓷球，惰性瓷球上方设置催化剂。

6.根据权利要求1所述的多段式列管反应器，其特征在于：

所述反应器用于双氧水氧化丙烯合成环氧丙烷。

7.一种利用权利要求1至6之一所述多段式列管反应器制备化合物的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

原料混合物由反应物入口进入反应器，经过装有催化剂的列管，在催化剂的作用下进行强烈放热化学反应，且原料混合物刚接触列管入口一端催化剂时反应最为剧烈；从列管入口到出口，反应物浓度上升，原料混合物浓度下降，反应放热也随之减少，生成的反应物从反应物出口流出反应器；

同时，分别从各个冷却区域的冷却介质入口向各个冷却区域通入冷却介质，用以冷却列管的对应区域，带走反应释放的热量；各冷却区域输入的冷量根据其距反应物入口的距离变化而变化，冷却区域距离反应物入口越近，其输入的冷量越多。

8.根据权利要求7所述的制备化合物的方法，其特征在于：

所述方法为利用双氧水氧化丙烯合成环氧丙烷的方法。

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