CN103191677A - 一种模拟移动床反应器及其操作方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模拟移动床反应器及其操作方法与应用，该反应器由反应器主体、反应物进口和反应产物出口组成，所述模拟移动床反应器是由第一反应器（1）和第二反应器（1，）连接，所述连接是原料气进入系统通过三通与第一反应器和第二反应器连接，在所述原料气进入系统与第一反应器之间设置第一阀门（a），在所述原料气进入系统与第二反应器之间设置第二阀门（b）。本发明提供的模拟移动床反应器，实现化工反应过程与催化剂再生过程的连续操作，避免了在同一反应器主体中同时进行反应和再生过程的互相影响；本发明提供的模拟移动床反应器操作方法适合催化剂需再生频繁和连续再生，连续操作的模拟移动床操作方式。

Description

一种模拟移动床反应器及其操作方法与应用

技术领域

本发明属于化工生产技术领域，具体涉及一种模拟移动床反应器及其操作方法与应用。

背景技术

在化工生产技术领域很大部分的化工过程涉及到催化反应，根据所使用的催化剂的寿命的不同，反应器的形式可以是固定床、移动床或者是流化床。一般来说，催化剂寿命较长的情况下多选用固定床反应器，对于催化剂寿命只有数天或者数十天的情况，则可以选用移动床或者流化床。流化床和移动床均会对催化剂造成磨损，对催化剂的要求较高。

中国专利200410096437.6提供了一种模拟移动床反应装置，装置由多台固定床反应器构成，催化剂以固定的方式装填在反应器内，进行催化反应时，催化剂实际上处于固定状态，在设备内不需要机械移动。多台固定床反应器中的一部分反应器进行反应，另一部分反应器进行再生-活化，通过不同反应器之间的切换，实现催化反应的连续进行，故称为模拟移动床反应装置。改技术避免了催化剂在设备内的机械移动，解决了对催化剂机械强度的要求苛刻的问题。

缺点和不足：该专利提供的技术需要布置多台固定床反应器，使得装置庞大，投资增加；且对于催化剂再生频繁，使用此装置，反应器之间切换频繁，不利于操作。

中国专利200710185471.4提供了一种模拟移动床反应器，该反应器由反应器主体、反应物进口和反应产物出口组成，主体侧壁上有若干个反应物进口，在反应器主体顶部有1个反应物进口，反应器底部有1个物料进口，反应器主体侧壁上有若干个反应产物出口，反应器总的反应物进口（包括反应器主体侧壁上的反应物进口和底部的反应物进口）与反应器主体侧壁上的反应产物出口数量相等，反应器主体侧壁上的第一反应物进口的位置高于反应器主体侧壁上第一反应产物出口的位置，反应器主体侧壁上的第二反应物进口的位置高于反应器主体侧壁上第二反应产物出口的位置，以此类推。每段床层催化剂相当于一个固定床反应器，当上一段催化剂失活了，只需通过阀门切换到下一对物料进出口。当整个反应器的催化剂都失活了，停止进料，（停车或者原料气打循环），改从底部进再生气，对催化剂进行烧结再生。催化剂再生后，再进料，进行新的一轮反应。该方法既避免了催化剂在装置内的机械移动，又不需要增加设备数量。

上述技术方案的缺点和不足：对催化剂的再生操作须停车，或者原料气打循环，对于一个独立的工段或许适用，但对于一个连续的工段，停车或者原料气打循环，都使得下面工段无法进行，被迫停车。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种模拟移动床反应器和操作方法，该模拟移动床反应器作为反应主体，实现化工反应过程与催化剂再生过程的连续操作，避免了在同一反应器主体中同时进行反应和再生过程的互相影响；该方法适合催化剂需再生频繁和连续再生，连续操作的模拟移动床操作方式。本发明还在于本发明装置和方法在乙烯和丁烯歧化反应生产丙烯上的应用，应用两个模拟移动床反应器主体串联操作，优化乙烯和丁烯歧化生产丙烯的反应过程。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种模拟移动床反应器，由反应器主体、反应物进口和反应产物出口组成，所述反应器主体的侧壁上有1-30个反应物进口，在反应器主体顶部有一个反应物进口，反应器主体底部一个再生气进口，反应器主体侧壁上有2-31个产物出口，反应器侧壁上第一反应物进口5的位置高于反应器主体侧壁第一个反应物出口8位置，依次类推，其特征在于：

所述模拟移动床反应器是由第一反应器1和第二反应器1，连接，所述连接是原料气进入系统通过三通与第一反应器和第二反应器连接，在所述原料气进入系统与第一反应器之间设置第一阀门a，在所述原料气进入系统与第二反应器之间设置第二阀门b。

根据本发明提供的模拟移动床反应器，优选的是，在第一反应器的上方增加第二原料气进入系统，所述第二原料气进入系统通过设置在第一阀门a和第一反应器之间的三通连接；所述原料气和第二原料气的混合气进料管道，与第二反应器1，的反应物进口12，连接，在所述原料气和第二原料气的混合气进料管道上设置第三阀门d；在所述原料气进入系统与第二阀门b之间通过设置三通，与反应物进口5上方的反应物进口4连接；第一反应器1的反应物出口8与最终反应物收集器连接，第一反应器1的其它1-30个反应物出口与第二反应器1，的进料系统连接。

根据本发明提供的模拟移动床反应器，优选的是，所述的反应器的主体是绝热的。

根据本发明提供的模拟移动床反应器，优选的是，所述的反应物进口，再生气进口，产物出口分别装有阀门。

本发明提供的一种模拟移动床反应器的操作方法，包括以下步骤：

（1）原料气进入系统的原料气I进入反应系统，先打开第一阀门a，进入第一反应器，第一反应器的第一段催化剂床层工作，待第一段床层催化剂失活后，同时打开第一阀门a和第二阀门b，第一反应器的第二段催化剂床层和第二反应器的第一段催化剂床层同时工作，依次类推；

（2）第一反应器的催化剂全部失活后，仅打开第二阀门b，第二反应器的最后一段床层催化剂开始工作，该段催化剂失活时，第一反应器的催化剂已经再生完成，氮气封存，待用；关闭第二阀门b，打开第一阀门a，开始新的一轮反应。

本发明提供的模拟移动床反应器的操作方法，优选的是，包括以下步骤：

（1）原料气进入系统的原料气I进入反应系统，先打开第一阀门a，进入系统的原料气I均分成两股，第一股原料气I与第二原料气进入系统的原料气II混合后，自第一反应器的反应物进口2进入第一反应器，第二股原料气I直接自反应物进口4进入第一反应器，自反应物进口2和反应物进口4进入的原料混合气在第一反应器的第一段催化剂床层催化反应；第二反应器同时进行催化剂再生；

（2）第一反应器的第一段催化剂失活后，关闭反应物进口2和反应物进口4，原料气II和第一股原料气I的混合气，自反应物进口5进入第一反应器的第二段催化剂床层反应，从产物出口9出来后，打开第二阀门b,使反应物混合物流与第二股原料气I混合，自反应物进口2’进入第二反应器，在第二反应器的第一段催化剂床层催化反应后，反应产物从产物出口8’进入最终反应物收集器；

（3）当第一反应器的第二段催化剂失活，关闭反应物进口5和产物出口9，原料气II与第一股原料气I自反应物进口6进入第一反应器的第三段催化剂床层反应后，反应物混合物流自产物出口10出来，与第二股原料气I混合，自反应物进口5’进入第二反应器，在第二反应器的第二段催化剂床层催化反应后，反应产物从产物出口9’进入最终反应物收集器；依次类推；

（4）当第一反应器所有床层催化剂均失活，第二原料气进入系统的原料气II与第一股原料气I经过第三阀门d自反应物进口12’进入第二反应器，第二股原料气I自反应物进口13’进入第二反应器，在第二反应器的最后一段催化剂床层反应；第一反应器同时进行催化剂再生；依次类推。

根据本发明提供的模拟移动床反应器的操作方法，优选的是，所述的催化剂再生是向反应器通入氮气吹扫，将烃类气体吹出，再生气经预热后从反应器底部进口进入，关闭反应器筒体上的进出口，进行催化剂的烧结再生，完成后，通入惰性气体降温封存，待用于下一轮反应。

根据本发明提供的模拟移动床反应器的操作方法，优选的是，所述催化剂产生的再生废气用于预热进口的再生气体。

根据本发明提供的模拟移动床反应器的操作方法，优选的是，所述的催化剂在反应器主体内以固定方式装填。

根据本发明提供的模拟移动床反应器和操作方法，优选的是，在乙烯和丁烯歧化反应生产丙烯上的应用

根据本发明，每段床层催化剂相当于一个固定床反应器，当上一段催化剂失活了，只需通过阀门切换到下一对物料进出口。

本发明技术方案中所述装置的操作方法如下：

（1）如图所示，原料气进入反应系统，先打开左边的阀a，进入第一反应器，该反应器的第一段催化剂床层工作，待这段床层催化剂失活后，同时打开阀a，b，第一反应器的第二段催化剂床层和第二反应器的第一段催化剂床层同时工作，依次类推。

（2）当第一反应器的催化剂全部失活后，仅打开阀b，第二反应器的最后一段床层催化剂开始工作，当这段催化剂失活时，第一反应器的催化剂已经再生完成，氮气封存好，随时待用。关闭阀b，打开阀a，开始新的一轮反应。

（3）每段催化剂的填充量根据催化剂烧结再生并冷却到合适温度的时间。

本发明采用模拟移动床反应器作为反应主体，充分发挥模拟移动床反应器的优势，改进为并联操作，可以实现化工反应过程与催化剂再生过程的连续操作，避免了在同一反应器主体中同时进行反应和再生过程的互相影响。

丙烯是重要的化工原料，就目前而言，从碳四烯烃增产丙烯主要有两条技术路线，即烯烃催化裂解和烯烃歧化技术。烯烃催化裂解技术主要存在丙烯收率较低，操作成本较高等技术问题。我们更多选用的是歧化增产丙烯技术，但这个技术也存在着催化剂对许多官能团如醇、酸的耐受性差；对空气、水、硫等非常敏感，容易失活；原料预处理复杂，催化剂寿命短等问题。

本发明提供乙烯与丁烯歧化生产丙烯的方法，解决以往技术中，原料预处理复杂，催化剂活性周期短等技术问题，有效提高丙烯的选择性。包括以下步骤：乙烯与第一股丁烯首先与催化剂1接触，生成第一股反应流出物；第一股反应流出物与第二股丁烯混合后与催化剂2接触生成含丙烯的第二股反应流出物作为反应产物。

其中催化剂1和催化剂2可以是一样的。在保持2-丁烯与乙烯的总的原料比不变的情况下，乙烯一次性加入，而丁烯采用分段加入的方法。

根据本发明，大量实验研究表明，采用钨系催化剂，在丁烯催化转化过程中，加入乙烯，可大大减少氢转移反应、过度异构化反应、芳构化反应等副反应，有效推进丁烯与乙烯的主反应生成丙烯。尤为重要的是，较高的乙烯丁烯比，对抑制副反应，延长催化剂寿命效果明显。本技术方案，在总的乙烯丙烯比不变的情况下，通过优化丁烯的加入方式，可以实现乙烯与丁烯实际发生歧化反应的化学环境中乙烯与丁烯的质量比，远高于总的乙烯丁烯比值，从而有效抑制副反应的发生，提高丙烯的选择性，延长催化剂寿命。

根据本发明的技术方案，其操作方法可以是如下：

（1）2-丁烯从原料气进料系统进入系统均分成两股，左边一股与乙烯混合从进口2进入第一反应器，右边一股直接进入从进口4进入第一反应器，此时第二反应器正在催化剂的烧结再生。

（2）当第一反应器的第一段催化剂失活，关闭进口2，4，乙烯与第一股丁烯原料气从进口5进入第一反应器的第二段催化剂床层，从出口9出来的反应后物流与第二股丁烯原料气混合从进口2’进入第二反应器，最终反应产物从8’出料。

（3）同理当第一反应器的第二段催化剂失活，关闭进口5及出口9，乙烯与第一股丁烯原料气从进口6进入反应器的第三段催化剂床层，从出口10出来的反应后物流与第二股丁烯原料气混合从进口5’进入第二的反应器，最终反应产物从9’出料。依次类推。

（4）当第一反应器所有床层催化剂均失活，乙烯与第一股丁烯原料气经过阀b从进口12’进入右边反应器的最后一段催化剂床层，反应后物流与从进口13’进入第二股丁烯原料气混合，此时第一反应器催化剂正在进行催化剂的活化再生。

根据本发明，再生操作时，先通入氮气吹扫，将经过氧化后可能发生爆炸的烃类气体吹扫出来，再生气经预热后从反应器底部进口进入，此时反应器筒体上的进出口均关闭，进行催化剂的烧结再生，再生的废气从塔顶经阀C或C’出来。高温的再生废气可用来预热进口再生气体。烧结完成后通入惰性气体降温到反应适宜温度并封存待用，等待下一轮反应。

本发明采用改进进料方式的方法，优化乙烯和丁烯歧化生产丙烯的反应过程，改进模拟移动床的操作方式，两个相同的模拟移动床反应器主体串联操作，既充分发挥了模拟移动床的优势，又结合进料方式的改进，优化乙烯和丁烯歧化生产丙烯的反应过程。

本发明有益效果：

本发明提供一种模拟移动床反应器，该模拟移动床反应器作为反应主体，实现化工反应过程与催化剂再生过程的连续操作，避免了在同一反应器主体中同时进行反应和再生过程的互相影响；本发明提供的模拟移动床反应器操作方法，该方法适合催化剂需再生频繁和连续再生，连续操作的模拟移动床操作方式；本发明提供的装置和方法在乙烯和丁烯歧化反应生产丙烯上的应用，应用两个模拟移动床反应器主体串联操作，优化乙烯和丁烯歧化生产丙烯的反应过程。

附图说明

图1是本发明提供的一种模拟移动床反应器的操作示意图；

图2是本发明提供的一种模拟移动床反应器在乙烯和丁烯歧化反应生产丙烯应用的操作示意图。

在图中：1-第一反应器，I-2-丁烯，II-乙稀，a-第一阀门，b-第二阀门，d-第三阀门，3-再生气进口，2、4、5、6和7是第一反应器的反应物进口，8、9、10和11是第一反应器的产物出口；

1’-第二反应器，3’-再生气进口，2’、5’、6’、7’、12’和13’是第二反应器的反应物进口，8’、9’、12’和13’是第二反应器的产物出口。

具体实施方式

实施例1

参照附图，本发明提供的模拟移动床反应器，由反应器主体、反应物进口和反应产物出口组成，所述反应器主体的侧壁上有1-30个反应物进口，在反应器主体顶部有一个反应物进口，反应器主体底部一个再生气进口，反应器主体侧壁上有2-31个产物出口，反应器侧壁上第一反应物进口5的位置高于反应器主体侧壁第一个反应物出口8位置，依次类推，所述模拟移动床反应器是由第一反应器1和第二反应器1，连接，所述连接是原料气进入系统通过三通与第一反应器和第二反应器连接，在所述原料气进入系统与第一反应器之间设置第一阀门a，在所述原料气进入系统与第二反应器之间设置第二阀门b。

本发明提供的模拟移动床反应器的操作方法，包括以下步骤：

（1）原料气进入系统的原料气I进入反应系统，先打开第一阀门a，进入第一反应器，第一反应器的第一段催化剂床层工作，待第一段床层催化剂失活后，同时打开第一阀门a和第二阀门b，第一反应器的第二段催化剂床层和第二反应器的第一段催化剂床层同时工作，依次类推；

（2）第一反应器的催化剂全部失活后，仅打开第二阀门b，第二反应器的最后一段床层催化剂开始工作，该段催化剂失活时，第一反应器的催化剂已经再生完成，氮气封存，待用；关闭第二阀门b，打开第一阀门a，开始新的一轮反应。

实施例2

参照附图，本发明提供的模拟移动床反应器，由反应器主体、反应物进口和反应产物出口组成，所述反应器主体的侧壁上有1-30个反应物进口，在反应器主体顶部有一个反应物进口，反应器主体底部一个再生气进口，反应器主体侧壁上有2-31个产物出口，反应器侧壁上第一反应物进口5的位置高于反应器主体侧壁第一个反应物出口8位置，依次类推，所述模拟移动床反应器是由第一反应器1和第二反应器1’连接，所述连接是原料气进入系统通过三通与第一反应器和第二反应器连接，在所述原料气进入系统与第一反应器之间设置第一阀门a，在所述原料气进入系统与第二反应器之间设置第二阀门b。在第一反应器的上方增加第二原料气进入系统，所述第二原料气进入系统通过设置在第一阀门a和第一反应器之间的三通连接；所述原料气和第二原料气的混合气进料管道，与第二反应器1’的反应物进口12’连接，在所述原料气和第二原料气的混合气进料管道上设置第三阀门d；在所述原料气进入系统与第二阀门b之间通过设置三通，与反应物进口5上方的反应物进口4连接；第一反应器1的反应物出口8与最终反应物收集器连接，第一反应器1的其它1-30个出料口与第二反应器1’的进料系统连接。

乙烯和丁烯歧化反应生产丙烯：

（1）2-丁烯从原料气进料系统进入系统均分成两股，第一股2-丁烯与乙烯混合从反应物进口2进入第一反应器，第二股2-丁烯直接进入从反应物进口4进入第一反应器，此时第二反应器正在催化剂的烧结再生。

（2）当第一反应器的第一段催化剂失活，关闭反应物进口2，4，乙烯与第一股丁烯原料气从进口5进入第一反应器的第二段催化剂床层，从出口9出来的反应后物流与第二股丁烯原料气混合从进口2’进入第二反应器，在第二反应器的第一段催化剂床层催化反应后，最终反应产物从8’出料。

（3）同理当第一反应器的第二段催化剂失活，关闭反应物进口5及产物出口9，乙烯与第一股丁烯原料气从反应物进口6进入反应器的第三段催化剂床层，反应物混合物流自产物出口10出来的反应后物流与第二股丁烯原料气混合从进口5’进入第二的反应器，在第二反应器的第二段催化剂床层催化反应后，最终反应产物从9’出料；依次类推。

（4）当第一反应器所有床层催化剂均失活，乙烯与第一股丁烯原料气经过阀b从反应物进口(12’)进入第二反应器的最后一段催化剂床层，反应后物流与I自反应物进口（13’）进入第二股丁烯原料气混合，此时第一反应器催化剂正在进行催化剂的活化再生；依次类推。

本发明提供一种模拟移动床反应器，该模拟移动床反应器作为反应主体，实现化工反应过程与催化剂再生过程的连续操作，避免了在同一反应器主体中同时进行反应和再生过程的互相影响；本发明提供的模拟移动床反应器操作方法，该方法适合催化剂需再生频繁和连续再生，连续操作的模拟移动床操作方式；本发明提供的装置和方法在乙烯和丁烯歧化反应生产丙烯上的应用，应用两个模拟移动床反应器主体串联操作，优化乙烯和丁烯歧化生产丙烯的反应过程。

Claims (10)

1.一种模拟移动床反应器，由反应器主体、反应物进口和反应产物出口组成，所述反应器主体的侧壁上有1-30个反应物进口，在反应器主体顶部有一个反应物进口，反应器主体底部一个再生气进口，反应器主体侧壁上有2-31个产物出口，反应器侧壁上第一反应物进口（5）的位置高于反应器主体侧壁第一个反应物出口（8）位置，依次类推，其特征在于：

所述模拟移动床反应器是由第一反应器（1）和第二反应器（1’）连接，所述连接是原料气进入系统通过三通与第一反应器和第二反应器连接，在所述原料气进入系统与第一反应器之间设置第一阀门（a），在所述原料气进入系统与第二反应器之间设置第二阀门（b）。

2.根据权利要求1所述的模拟移动床反应器，其特征在于，在第一反应器的上方增加第二原料气进入系统，所述第二原料气进入系统通过设置在第一阀门（a）和第一反应器之间的三通连接；所述原料气和第二原料气的混合气进料管道，与第二反应器（1’）的反应物进口（12’)连接，在所述原料气和第二原料气的混合气进料管道上设置第三阀门（d）；在所述原料气进入系统与第二阀门（b）之间通过设置三通，与反应物进口（5）上方的反应物进口（4）连接；第一反应器（1）的反应物出口（8）与最终反应物收集器连接，第一反应器（1）的其它1-30个反应物出口与第二反应器（1’）的进料系统连接。

3.根据权利要求1或2所述的模拟移动床反应器，其特征在于，所述的反应器的主体是绝热的。

4.根据权利要求1或2所述的模拟移动床反应器，其特征在于，所述的反应物进口，再生气进口，产物出口分别装有阀门。

5.一种如权利要求1所述模拟移动床反应器的操作方法，其特征在于，所述的操作方法包括以下步骤：

（1）原料气进入系统的原料气（I）进入反应系统，先打开第一阀门（a），进入第一反应器，第一反应器的第一段催化剂床层工作，待第一段床层催化剂失活后，同时打开第一阀门（a）和第二阀门（b），第一反应器的第二段催化剂床层和第二反应器的第一段催化剂床层同时工作，依次类推；

（2）第一反应器的催化剂全部失活后，仅打开第二阀门（b），第二反应器的最后一段床层催化剂开始工作，该段催化剂失活时，第一反应器的催化剂已经再生完成，氮气封存，待用；关闭第二阀门（b），打开第一阀门（a），开始新的一轮反应。

6.一种权利要求2所述模拟移动床反应器的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）原料气进入系统的原料气（I）进入反应系统，先打开第一阀门（a），进入系统的原料气（I）均分成两股，第一股原料气（I）与第二原料气进入系统的原料气（II）混合后，自第一反应器的反应物进口（2）进入第一反应器，第二股原料气（I）直接自反应物进口（4）进入第一反应器，自反应物进口（2）和反应物进口（4）进入的原料混合气在第一反应器的第一段催化剂床层催化反应；第二反应器同时进行催化剂再生；

（2）第一反应器的第一段催化剂失活后，关闭反应物进口（2）和反应物进口（4），原料气（II）和第一股原料气（I）的混合气，自反应物进口（5）进入第一反应器的第二段催化剂床层反应，从产物出口（9）出来后，打开第二阀门（b）,使反应物混合物流与第二股原料气（I）混合，自反应物进口（2’）进入第二反应器，在第二反应器的第一段催化剂床层催化反应后，反应产物从产物出口（8’）进入最终反应物收集器；

（3）当第一反应器的第二段催化剂失活，关闭反应物进口（5）和产物出口（9），原料气（II）与第一股原料气（I）自反应物进口（6）进入第一反应器的第三段催化剂床层反应后，反应物混合物流自产物出口（10）出来，与第二股原料气（I）混合，自反应物进口（5’）进入第二反应器，在第二反应器的第二段催化剂床层催化反应后，反应产物从产物出口（9’）进入最终反应物收集器；依次类推；

（4）当第一反应器所有床层催化剂均失活，第二原料气进入系统的原料气（II）与第一股原料气（I）经过第三阀门（d）自反应物进口(12’)进入第二反应器，第二股原料气（I）自反应物进口（13’）进入第二反应器，在第二反应器的最后一段催化剂床层反应；第一反应器同时进行催化剂再生；依次类推。

7.根据权利要求5或6所述的模拟移动床反应器的操作方法，其特征在于，所述的催化剂再生是向反应器通入氮气吹扫，将烃类气体吹出，再生气经预热后从反应器底部进口进入，关闭反应器筒体上的进出口，进行催化剂的烧结再生，完成后，通入惰性气体降温封存，待用于下一轮反应。

8.根据权利要求7所述的模拟移动床反应器的操作方法，其特征在于，所述催化剂产生的再生废气用于预热进口的再生气体。

9.根据权利要求5或6所述的模拟移动床反应器的操作方法，其特征在于，所述的催化剂在反应器主体内以固定方式装填。

10.根据权利要求2所述的模拟移动床反应器，其特征在于，所述模拟移动床反应器在乙烯和丁烯歧化反应生产丙烯上的应用。

Images