CN103706307B - 一种π型丁烯氧化脱氢固定床径向反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种∏型丁烯氧化脱氢固定床径向反应器，即反应气体流动方式为在分流流道（13）和集流流道（14）内的流动方向相反的固定床径向反应器。该反应器采用一带有催化床层(6)的圆筒形容器，反应气体进口（1）和反应气体出口（12）位于圆筒形容器的同一端。圆筒形容器内包括多孔壁圆筒形内分布筒（9）、多孔壁圆筒形外分布筒（8）和催化床层（6）。反应器内反应气体在催化床层（6）的流动方向为离心式或向心式。本发明的丁烯氧化脱氢固定床反应装置，为适应氧化脱氢常压反应要求，内外分布筒为高开孔率，筒体不对反应气体实施流体均布控制，分布筒无控制压降，仅借助于流道设置方法，为此具有反应器压降低，反应性能好，催化剂装填方便，装置易于大型化等优点。

Description

一种Π型丁烯氧化脱氢固定床径向反应器

技术领域

本发明属于化学反应工程技术领域，具体地说，涉及一种适用于丁烯氧化脱氢制丁二烯的固定床径向反应装置。

背景技术

丁二烯是重要的石油化工基础原料，最大用途是生产丁苯、丁腈、顺丁等合成橡胶，另外在合成树脂、合成纤维以及精细化工产品的合成方面也具有广泛的用途。

丁烯氧化脱氢是生产丁二烯的一种重要合成方法，其反应原理是在大量水蒸气存在下，丁烯与氧气在催化剂的作用下进行脱氢反应，生成丁二烯和水。目前工业的丁烯氧化脱氢反应器通常采用固定床反应器形式，具有转化率高、选择性好、含氧副产物少的优点。文献（B-02无镉铁系催化剂绝热固定床丁烯氧化脱氢工艺的技术开发，燕山油化1992年，第1期，1-6页）指出丁烯氧化脱氢反应器内存在着火反应特性，在着火温度以下丁烯氧化脱氢反应为反应动力学控制，在着火温度以上丁烯氧化脱氢反应为扩散控制；着火反应特性使得该反应器的床层厚度受到了限制，必须采用薄床层，同时对反应器内的气流分布均匀性要求非常高，必须保证在催化剂床层相同高度同时着火。文献（丁烯氧化脱氢反应器开发中的工程问题，高校化学工程学报，第7卷第3期，256-261页）特别指出：当反应器内流体分布不均匀时，将造成线速度大的区域几乎无反应或反应区后移的情况，从而降低了丁烯转化率。另外，丁烯氧化脱氢反应为增体积反应，从化学反应平衡的角度看，反应器压力增大对丁烯转化率不利，故工业上丁烯氧化脱氢反应采用常压操作，并期望丁烯氧化脱氢反应器压降越小越好。

专利CN101367702A公开了一种轴向固定床丁烯氧化脱氢制备丁二烯的方法，采用两段轴向固定床反应器，床层高度为0.4～0.6米，限制了装置规模放大。

专利CN102675027A公开了一种丁烯氧化脱氢制备丁二烯工艺，采用三段径向固定床反应器，向心式流体流动形式，床层高度为0.4～0.6米，但是专利未公开反应器具体结构型式。

专利CN103071429和CN103071430分别公开了一种丁烯氧化脱氢的径向固定床反应器，均采用了Z型的结构形式，向心式流体流动形式，为使得反应气体沿床层轴向的均匀分布，在扇形筒分布器采用了均匀开孔或变开孔率控制技术，来控制反应气体的分布，由于Z型结构中分流流道和集流流道静压分布的不匹配，为保证反应气体在反应器内均布，必须采用低开孔率的分布器，势必导致分布器产生很大的压降，从而引起整个反应器的压降增加，此举与丁烯氧化脱氢常压反应的特性相违背。

纵观上述反应器结构和反应气体的流动方式，存在如下问题：

1.对于现有的轴向固定床反应器，用于受到丁烯氧化脱氢反应特性的限制，催化床层较薄，从而限制了装置规模放大。国内某10万吨/年的丁烯氧化脱氢装置，采用轴向固定床反应器形式，不得不并联四条反应生产线来完成，使得单台反应器生产规模无法进一步提高，也大大增加了工艺的控制成本和管理成本。

2.对于现有的常压丁烯氧化脱氢固定床径向反应器，由于流体在流道内的流动为动量交换型，采用Z型流动形式，反应气体在分流流道和集流流道的静压分布不匹配，非常不利于流体沿轴向的均匀分布。为实现流体的均匀分布，不得不采用流体均布的控制压降很大的气体分布器，如英国专利GB1118750和中国专利CN87102931中通过多孔筒造成一倍乃至数倍于催化床层压降的压降，来达到流体的均匀分布，但是这种方法与丁烯氧化脱氢常压反应之要求是严重违背的。因此现有丁烯氧化脱氢径向反应器的技术难题是处于无法既保证流体的均匀分布又实现低压降的两难境地。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是:

（1）提供一种与丁烯氧化脱氢反应特性相适应的反应方法，保证反应器内低压降，同时又能达到反应器内流体沿轴向均匀分布，使反应催化性能达到最佳，进一步提高反应的转化率和选择性；

（2）克服现有轴向反应器的技术缺陷，所开发的丁烯氧化脱氢径向固定床反应器易于大型化。

本发明的目的就是提供一种∏型丁烯氧化脱氢径向反应器，即反应气体在分流流道和集流流道内的流动方向相反的一种反应气体流动方式，适应常压氧化脱氢反应要求，内外分布筒不对反应气体实施控制，分布筒实施零压降，以此解决上述技术问题，同时克服现有技术中存在的缺陷。

本发明的构思是这样的:

1.采用一种低压降的∏型径向反应器形式，提高丁烯氧化脱氢反应的转化率和选择性；

2.采用∏型径向反应器形式，气体进口和出口位于反应器的同一端，使气体在分流流道和集流流道内作逆向的相对流动，由于丁烯氧化脱氢反应器流体在流道内的流动为动量交换型，采用恰当的分流流道和集流流道截面控制技术，两流道间静压差的差别沿轴向可以消除，分布器采用实施均匀开孔的高开孔率的分布筒，在无控制压降的条件下，也可保证气体的均匀分布；

3.采用径向反应器形式，在保证催化剂径向薄床层的前提下，随着规模的增加，逐步增高床层的轴向高度，装置易于大型化。

根据上述构思，发明人提出了如下所述的实现本发明目的的技术方案：

本发明所述的∏型丁烯氧化脱氢固定床径向反应器，包括：由圆柱形壳体、上封头、下封头组成的圆筒形容器，圆筒形容器上设有反应气体进口、反应气体出口、催化剂进料口和催化剂卸料口；圆筒形容器内包括：与圆柱形壳体同轴设置的，由内向外依此排列多孔壁圆筒形内分布筒和多孔壁圆筒形外分布筒；内分布筒与外分布筒之间装填催化剂，构成催化床层和催化剂封，催化剂封设置在催化床层上方；催化剂进料口设置在上封头，催化剂卸料口设置在下封头；

反应气体进口和反应气体出口均同时置于圆筒形容器的上部或下部，反应气体在分流流道内的流动方向与集流流道内流动方向相反；内分布筒和外分布筒实施均匀开孔，开孔率为20%～50%。

本发明所述的∏型丁烯氧化脱氢固定床径向反应器中，反应气体在催化床层内的流动方向为由内向外；内分布筒的内部空间构成反应气体分流流道，与反应气体进口相连；外分布筒与圆柱形壳体内壁之间的空间构成反应气体集流流道，与反应气体出口相连通。

本发明所述的∏型丁烯氧化脱氢固定床径向反应器中，反应气体在催化床层内的流动方向也可以为由外向内；内分布筒的内部空间构成反应气体集流流道，与反应气体出口相连；外分布筒与圆柱形壳体内壁之间的空间构成反应气体分流流道，与反应气体进口相连通。

本发明所述的∏型丁烯氧化脱氢固定床径向反应器中，分流流道和集流流道的气体流通横截面积比为0.20～5.0。

本发明所述的∏型丁烯氧化脱氢固定床径向反应器中，圆筒形容器内包括：与圆柱形壳体同轴设置的，由内向外依此排列多孔壁圆筒形内分布筒和多孔壁圆筒形外分布筒。所述的内分布筒和外分布筒为由多孔厚板紧贴多孔薄板，或由多孔厚板和多孔薄板中间用支撑条架空，或由多孔厚板和格栅组成的双层紧贴结构，或约翰逊网结构形式。

本发明所述的∏型丁烯氧化脱氢固定床径向反应器中，内分布筒与外分布筒之间装填催化剂，构成催化床层和催化剂封，催化剂封设置在催化床层上方；催化床层和催化剂封内装填相同的丁烯氧化脱氢催化剂，丁烯氧化脱氢催化剂为应用于丁烯氧化脱氢反应的铁系催化剂。

本发明所述的∏型丁烯氧化脱氢固定床径向反应器中，催化剂封上方可设置催化剂封盖板，此时催化剂封所接触的内分布筒和外分布筒板部分均不开孔，催化剂封为死区。

本发明所述的∏型丁烯氧化脱氢固定床径向反应器中，催化剂封上方可以为敞开，此时催化剂封区的外分布筒板部分不开孔，而催化剂封区的内分布筒开孔，其开孔率与催化床层区的内分布筒的保持一致。反应气体在催化剂封内的流动为轴径向流。

本发明所述的∏型丁烯氧化脱氢固定床径向反应器，实施了反应气体在分流流道与集流流道内逆向流动的结构，符合常压丁烯氧化脱氢反应器流体在流道内的流动为动量交换型特性，作为反应气体分布器的内分布筒和外分布筒可不对反应气体实施控制，使反应气体分布器在无控制压降同时，保证了反应气体沿轴向的均匀分布。

附图说明

图1为本发明所述的上进上出的∏型离心式丁烯氧化脱氢固定床径向反应器结构示意图。

图2为本发明所述的下进下出的∏型离心式丁烯氧化脱氢固定床径向反应器结构示意图。

图3为本发明所述的上进上出的∏型向心式丁烯氧化脱氢固定床径向反应器结构示意图。

图4为本发明所述的下进下出的∏型向心式丁烯氧化脱氢固定床径向反应器结构示意图。

图中：1-反应气体进口，2-催化剂进料口，3-上封头，4-圆环形封板，5-催化剂封，6-催化床层，7-圆柱形壳体，8-外分布筒，9-内分布筒，10-下封头，11-催化剂卸料口，12-反应气体出口，13-分流流道，14-集流流道，15催化剂封盖板，16-圆形封板

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明，所绘附图只是帮助理解本发明，其并不限制本发明的保护范围。

由图1可见，本发明所说的上进上出的∏型离心式丁烯氧化脱氢固定床径向反应器包括：由圆柱形壳体（7）、上封头（3）、下封头（10）组成的圆筒形容器和容器内催化床层（6），在上封头（3）上设有反应气体进口（1）和催化剂进料口（2），圆柱形壳体（7）上部设置反应气体出口（12），下封头（10）上设置催化剂卸料口（11）。反应气体进口（1）及反应气体出口（12）均置于圆筒形容器的上部。

在圆筒形容器内包括:与圆柱形壳体（7）同轴设置的，由内向外依此排列多孔壁内分布筒（9）和多孔壁外分布筒（8）。内分布筒（9）和外分布筒（8）之间装填催化剂，构成催化床层（6）和催化剂封（5），催化剂封（5）设置在催化床层（6）上方，催化剂封（5）上方为敞开，无催化剂封盖。催化床层（6）的床层径向厚度为0.5～0.6米，催化剂封（5）的高度为催化床层（6）高度的5%～10%。

所述的内分布筒（9）在催化床层（6）和催化剂封（5）区为开孔区，由多孔厚板和多孔薄板中间用横向和纵向支撑条架空卷制而成，多孔厚板和多孔薄板的开孔率均为20%～40%，由上至下采用均匀开孔；或由多孔厚板和格栅组成的双层紧贴结构卷制而成，多孔厚板和格栅的开孔率均为20%～40%，由上至下采用均匀开孔；或采用约翰逊网，其开孔率为30%～50%，由上至下采用均匀开孔。

所述的外分布筒（8）在催化床层（6）区为开孔区，由多孔厚板和多孔薄板中间用横向和纵向支撑条架空卷制而成，多孔厚板和多孔薄板的开孔率均为20%～40%，由上至下采用均匀开孔；或由多孔厚板和格栅组成的双层紧贴结构卷制而成，多孔厚板和格栅的开孔率均为20%～40%，由上至下采用均匀开孔；或采用约翰逊网，其开孔率为30%～50%，由上至下采用均匀开孔。外分布筒（8）在催化剂封（5）区为不开孔区，由厚板卷制而成。

所述内分布筒（9）内部空间构成反应气体的分流流道（13），与置于上封头（2）的反应气体进口（1）相通；所述外分布筒（8）与圆柱形壳体（7）内壁之间的空间构成反应气体集流流道（14），与置于圆柱形壳体（7）上部的反应气体出口（12）相通，并在外分布筒（8）的顶部通过圆环形封板（4）与圆柱形壳体（7）相连，将集流流道（14）与反应气体进口（1）隔开。

所述的上进上出的∏型离心式丁烯氧化脱氢固定床径向反应器，反应气体从反应气体进口（1）进入反应器，大部分反应气体进入分流流道（13）内由上向下流动，并逐渐分流通过内分布筒（9）进入催化剂封（5）和催化床层（6），少部分反应气体通过催化剂封（5）进入催化床层（6），反应气体在催化床层（6）内由内向外离心流动，然后通过外分布筒（8）进入集流流道（14），反应气体在集流流道（14）内由下向上流动，在集流流道（14）上部通过反应气体出口（12）流出反应器。

所述的上进上出的∏型丁烯氧化脱氢固定床径向反应器，分流流道和集流流道的气体流通横截面积比为0.20～5.0。

所述的催化床层（6）和催化剂封（5）内装填丁烯氧化脱氢催化剂，为应用于丁烯氧化脱氢反应的铁系催化剂。

由图2可见，本发明所述的下进下出的∏型离心式丁烯氧化脱氢固定床径向反应器包括：由圆柱形壳体（7）、上封头（3）、下封头（10）组成的圆筒形容器和容器内催化床层（6），在上封头（3）上设有催化剂进料口（2），下封头（10）上设置反应气体进口（1）和催化剂卸料口（11），圆柱形壳体（7）下部设置反应气体出口（12）。所述的反应气体进口（1）及所述的反应气体出口（12）均置于圆筒形容器的下部。

在圆筒形容器内包括:与圆柱形壳体（7）同轴设置的，由内向外依此排列多孔壁内分布筒（9）和多孔壁外分布筒（8）。内分布筒（9）和外分布筒（8）之间装填催化剂，构成催化床层（6）和催化剂封（5），催化剂封（5）设置在催化床层（6）上方。催化床层（6）的床层径向厚度为0.5～0.6米，催化剂封（5）的高度为催化床层（6）高度的5%～10%。催化剂封（5）上方设置催化剂封盖板（15）。

所述的内分布筒（9）在催化床层（6）区为开孔区，由多孔厚板和多孔薄板中间用横向和纵向支撑条架空卷制而成，多孔厚板和多孔薄板的开孔率均为20%～40%，由上至下采用均匀开孔；或由多孔厚板和格栅组成的双层紧贴结构卷制而成，多孔厚板和格栅的开孔率均为20%～40%，由上至下采用均匀开孔；或采用约翰逊网，其开孔率为30%～50%，由上至下采用均匀开孔。内分布筒（9）在催化剂封（5）区为不开孔区，由厚板卷制而成。

所述的外分布筒（8）在催化床层（6）区为开孔区，由多孔厚板和多孔薄板中间用横向和纵向支撑条架空卷制而成，多孔厚板和多孔薄板的开孔率均为20%～40%，由上至下采用均匀开孔；或由多孔厚板和格栅组成的双层紧贴结构卷制而成，多孔厚板和格栅的开孔率均为20%～40%，由上至下采用均匀开孔；或采用约翰逊网，其开孔率为30%～50%，由上至下采用均匀开孔。外分布筒（8）在催化剂封（5）区为不开孔区，由厚板卷制而成。

所述内分布筒（9）内部空间构成反应气体的分流流道（13），与置于下封头（10）的反应气体进口（1）相通，分流流道（13）上部通过圆形封板（16）与上封头（3）内空间隔开；所述外分布筒（8）与圆柱形壳体（7）内壁之间的空间构成反应气体集流流道（14），与置于圆柱形壳体（7）下部的反应气体出口（12）相通。

所述的下进下出的∏型离心式丁烯氧化脱氢固定床径向反应器，反应气体从反应气体进口（1）进入反应器，然后进入分流流道（13）内由下向上流动，并逐渐分流通过内分布筒（9）进入催化床层（6），反应气体在催化床层（6）内由内向外离心流动，然后通过外分布筒（8）进入集流流道（14），反应气体在集流流道（14）内由上向下流动，在集流流道（14）下部通过反应气体出口（12）流出反应器。

所述的下进下出的∏型离心式丁烯氧化脱氢固定床径向反应器，分流流道和集流流道的气体流通横截面积比为0.20～5.0。

所述的催化床层（6）和催化剂封（5）内装填丁烯氧化脱氢催化剂，为应用于丁烯氧化脱氢反应的铁系催化剂。

由图3可见，本发明所述的上进上出的∏型向心式丁烯氧化脱氢固定床径向反应器包括：由圆柱形壳体（7）、上封头（3）、下封头（10）组成的圆筒形容器和容器内催化床层（6），在上封头（3）上设有反应气体出口（12）和催化剂进料口（1），圆柱形壳体（7）上部设置反应气体进口（1），下封头（10）上设置催化剂卸料口（11）。所述的反应气体进口（1）及所述的反应气体出口（12）均置于圆筒形容器的上部。

在圆筒形容器内包括:与圆柱形壳体（7）同轴设置的，由内向外依此排列多孔壁内分布筒（9）和多孔壁外分布筒（8）。内分布筒（9）和外分布筒（8）之间装填催化剂，构成催化床层（6）和催化剂封（5），催化剂封（5）设置在催化床层（6）上方，催化剂封（5）上方为敞开，无催化剂封盖。催化床层（6）的床层径向厚度为0.5～0.6米，催化剂封（5）的高度为催化床层（6）高度的5%～10%。

所述的内分布筒（9）在催化床层（6）和催化剂封（5）区为开孔区，由多孔厚板和多孔薄板中间用横向和纵向支撑条架空卷制而成，多孔厚板和多孔薄板的开孔率均为20%～40%，由上至下采用均匀开孔；或由多孔厚板和格栅组成的双层紧贴结构卷制而成，多孔厚板和格栅的开孔率均为20%～40%，由上至下采用均匀开孔；或采用约翰逊网，其开孔率为30%～50%，由上至下采用均匀开孔。

所述的外分布筒（8）在催化床层（6）区为开孔区，由多孔厚板和多孔薄板中间用横向和纵向支撑条架空卷制而成，多孔厚板和多孔薄板的开孔率均为20%～40%，由上至下采用均匀开孔；或由多孔厚板和格栅组成的双层紧贴结构卷制而成，多孔厚板和格栅的开孔率均为20%～40%，由上至下采用均匀开孔；或采用约翰逊网，其开孔率为30%～50%，由上至下采用均匀开孔。外分布筒（8）在催化剂封（5）区为不开孔区，由厚板卷制而成。

所述内分布筒（9）内部空间构成反应气体的集流流道（14），与置于上封头（2）的反应气体出口（12）相通；所述外分布筒（8）与圆柱形壳体（7）内壁之间的空间构成反应气体分流流道（13），与置于圆柱形壳体（7）上部的反应气体进口（1）相通，并在外分布筒（8）的顶部通过圆环形封板（4）与圆柱形壳体（7）相连，将分流流道（13）与反应气体出口（12）隔开。

所述的上进上出的∏型向心式丁烯氧化脱氢固定床径向反应器，反应气体从反应气体进口（1）进入反应器，反应气体进入分流流道（13）内由上向下流动，并逐渐分流通过外分布筒（8）进入催化床层（6），大部分反应气体在催化床层（6）内由外向内向心流动，然后通过内分布筒（9）进入集流流道（14），反应气体在集流流道（14）内由下向上流动，从集流流道（14）上部进入上封头（3）内空间，在催化床层（6）中的少部分反应气体经过催化剂封（5）进入上封头（3）内空间，然后所有反应气体通过反应气体出口（12）流出反应器。

所述的上进上出的∏型向心式丁烯氧化脱氢固定床径向反应器，分流流道和集流流道的气体流通横截面积比为0.20～5.0。

所述的催化床层（6）和催化剂封（5）内装填丁烯氧化脱氢催化剂，为应用于丁烯氧化脱氢反应的铁系催化剂。

由图4可见，本发明所述的下进下出的∏型向心式丁烯氧化脱氢固定床径向反应器包括：由圆柱形壳体（7）、上封头（3）、下封头（10）组成的圆筒形容器和容器内催化床层（6），在上封头（3）上设有催化剂进料口（2），下封头（10）上设置反应气体出口（12）和催化剂卸料口（11），圆柱形壳体（7）下部设置反应气体进口（1）。所述的反应气体进口（1）及所述的反应气体出口（12）均置于圆筒形容器的下部。

在圆筒形容器内包括:与圆柱形壳体（7）同轴设置的，由内向外依此排列多孔壁内分布筒（9）和多孔壁外分布筒（8）。内分布筒（9）和外分布筒（8）之间装填催化剂，构成催化床层（6）和催化剂封（5），催化剂封（5）设置在催化床层（6）上方。催化床层（6）的床层径向厚度为0.5～0.6米，催化剂封（5）的高度为催化床层（6）高度的5%～10%。催化剂封（5）上方设置催化剂封盖板（15）。

所述的内分布筒（9）在催化床层（6）区为开孔区，由多孔厚板和多孔薄板中间用横向和纵向支撑条架空卷制而成，多孔厚板和多孔薄板的开孔率均为20%～40%，由上至下采用均匀开孔；或由多孔厚板和格栅组成的双层紧贴结构卷制而成，多孔厚板和格栅的开孔率均为20%～40%，由上至下采用均匀开孔；或采用约翰逊网，其开孔率为30%～50%，由上至下采用均匀开孔。内分布筒（9）在催化剂封（5）区为不开孔区，由厚板卷制而成。

所述的外分布筒（8）在催化床层（6）区为开孔区，由多孔厚板和多孔薄板中间用横向和纵向支撑条架空卷制而成，多孔厚板和多孔薄板的开孔率均为20%～40%，由上至下采用均匀开孔；或由多孔厚板和格栅组成的双层紧贴结构卷制而成，多孔厚板和格栅的开孔率均为20%～40%，由上至下采用均匀开孔；或采用约翰逊网，其开孔率为30%～50%，由上至下采用均匀开孔。外分布筒（8）在催化剂封（5）区为不开孔区，由厚板卷制而成。

所述内分布筒（9）内部空间构成反应气体的集流流道（14），与置于下封头（10）的反应气体出口（12）相通，集流流道（14）上部通过圆形封板（16）与上封头（3）内空间隔开；所述外分布筒（8）与圆柱形壳体（7）内壁之间的空间构成反应气体分流流道（13），与置于圆柱形壳体（7）下部的反应气体进口（1）相通。

所述的下进下出的∏型向心式丁烯氧化脱氢固定床径向反应器，反应气体从反应气体进口（1）进入反应器，然后进入分流流道（13）内由下向上流动，并逐渐分流通过外分布筒（8）进入催化床层（6），反应气体在催化床层（6）内由外向内向心流动，然后通过内分布筒（9）进入集流流道（14），反应气体在集流流道（14）内由上向下流动，在集流流道（14）下部通过反应气体出口（12）流出反应器。

所述的下进下出的∏型向心式丁烯氧化脱氢固定床径向反应器，分流流道和集流流道的气体流通横截面积比为0.20～5.0。

所述的催化床层（6）和催化剂封（5）内装填丁烯氧化脱氢催化剂，为应用于丁烯氧化脱氢反应的铁系催化剂。

本发明的∏型丁烯氧化脱氢固定床径向反应器，实施了反应气体在分流流道（13）与集流流道（14）内逆向流动的结构，符合常压丁烯氧化脱氢反应器流体在流道内的流动为动量交换型特性，作为反应气体分布器的内分布筒（9）和外分布筒（8）不对反应气体实施控制，使反应气体分布器在无控制压降同时，保证了反应气体沿轴向的均匀分布。

【实施例1】

10万吨/年丁烯氧化脱氢制丁二烯装置，反应器采用如图1所示的∏型离心式丁烯氧化脱氢固定床径向反应器结构结构型式，进料空气量36000kg/h，丁烯原料20000kg/h，反应进料温度320℃，出料温度480℃，压力0.12MPa，反应器直径3200mm，催化剂床层轴向高7000mm，床层径向厚500mm，内外分布筒由多孔厚板和多孔薄板中间用横向和纵向支撑条架空卷制而成，多孔厚板和多孔薄板的开孔率均为20%，由上至下采用均匀开孔，分流流道和集流流道的气体流通横截面积比为0.6，催化剂采用市场上销售的丁烯氧化脱氢B-02铁系催化剂。该反应器压降为1.3kPa，丁烯转化率80wt%，选择性95wt%。

【实施例2】

10万吨/年丁烯氧化脱氢制丁二烯装置，反应器采用如图2所示的∏型离心式丁烯氧化脱氢固定床径向反应器结构结构型式，进料空气量36000kg/h，丁烯原料20000kg/h，反应进料温度320℃，出料温度480℃，压力0.12MPa，反应器直径3200mm，催化剂床层轴向高7000mm，床层径向厚500mm，内外分布筒均由由多孔厚板和格栅组成的双层紧贴结构卷制而成，多孔厚板和格栅的开孔率均为30%，由上至下采用均匀开孔，分流流道和集流流道的气体流通横截面积比为1.0，催化剂采用市场上销售的丁烯氧化脱氢B-02铁系催化剂。该反应器压降为1.3kPa，丁烯转化率80wt%，选择性95wt%。

【实施例3】

10万吨/年丁烯氧化脱氢制丁二烯装置，反应器采用如图3所示的∏型向心式丁烯氧化脱氢固定床径向反应器结构结构型式，进料空气量36000kg/h，丁烯原料20000kg/h，反应进料温度320℃，出料温度480℃，压力0.12MPa，反应器直径3200mm，催化剂床层轴向高7000mm，床层径向厚500mm，内外分布筒均采用约翰逊网，其开孔率为50%，由上至下采用均匀开孔，分流流道和集流流道的气体流通横截面积比为3.0，催化剂采用市场上销售的丁烯氧化脱氢B-02铁系催化剂。该反应器压降为1.2kPa，丁烯转化率80wt%，选择性95wt%。

【实施例4】

10万吨/年丁烯氧化脱氢制丁二烯装置，反应器采用如图4所示的∏型向心式丁烯氧化脱氢固定床径向反应器结构结构型式，进料空气量36000kg/h，丁烯原料20000kg/h，反应进料温度320℃，出料温度480℃，压力0.12MPa，反应器直径3200mm，催化剂床层轴向高7000mm，床层径向厚500mm，内外分布筒由多孔厚板和多孔薄板中间用横向和纵向支撑条架空卷制而成，多孔厚板和多孔薄板的开孔率均为40%，由上至下采用均匀开孔，分流流道和集流流道的气体流通横截面积比为4.5，催化剂采用市场上销售的丁烯氧化脱氢B-02铁系催化剂。该反应器压降为1.2kPa，丁烯转化率80wt%，选择性95wt%。

【对比例1】

某工业10万吨/年丁烯氧化脱氢生产丁二烯装置，采用轴向固定床反应器，反应系统为4条线并联操作，每台反应器直径3200mm，催化剂床层高600mm，进料总空气量36000kg/h，丁烯原料共20000kg/h，反应器进料温度320℃，出料温度480℃，压力0.12MPa，催化剂采用丁烯氧化脱氢B-02铁系催化剂。该反应器压降为20kPa，丁烯转化率75wt%，选择性88wt%（有关数据来源于CN103071429公开说明书第6页）。

【对比例2】

某工业1.6万吨/年丁烯氧化脱氢制丁二烯装置，反应器采用向心Z型径向结构型式，进料空气量5800kg/h，丁烯原料3500kg/h，反应进料温度320℃，出料温度480℃，压力0.12MPa，反应器直径2000mm，催化剂床层高2000mm，厚500mm，催化剂采用丁烯氧化脱氢B-02铁系催化剂。该反应器丁烯转化率71.2wt%，选择性92.4wt%，丁二烯收率66%[有关数据来源于“B-02无镉铁系催化剂绝热固定床丁烯氧化脱氢工艺的技术开发，燕山油化1992年，第1期，1-6页”和“碳四碳五烯烃工学，张旭之主编，化学工业出版社，1998年出版，38-39页”]。

上述实施例1-4及对比例1-2的有关数据比较见表1。

表1本发明所述的实施例与对比例的有关数据比较

由表1可见，丁烯氧化脱氢反应器床层厚度均为500-600mm，这是为了适应其常压增体积的反应特性。现有的轴向反应器因反应特性要求薄床层，为了保证一定的生产规模反应器直径一般做得较大，这样就不得不通过在反应器内设置气体分布器来达到气体均匀分布，这就造成反应器压降过大，如表1所示，对比例1中的反应压降达到了20kPa,远远高于本发明所述的实施例，因此本发明所述的实施例的丁二烯转化率、丁二烯选择性及丁二烯收率等数据均明显高于对比例1的轴向反应器。同时，对比例1的轴向反应器又因装置制造所限不能无限制扩大反应器直径（一般考虑制造因素所限反应器直径最大只能达到6米），因此单台反应器规模受限，而本发明所述的Z型丁烯氧化脱氢固定床径向反应器，单台反应器规模放大通过逐步增加床层轴向高度即可完成，装置更易于大型化。

由表1可见，与对比例2所述的径向反应器相比，本发明所述的Π型丁烯氧化脱氢固定床径向反应器采用恰当的分流流道和集流流道截面控制技术和实施均匀开孔的高开孔率的分布筒，在保证床层低压降的前提下实现流体均匀分布，本发明所述的实施例的丁二烯的转化率、选择性和收率都明显高于对比例2，具有流体均布性佳、反应性能更好和催化效率更佳等优点。

采用本发明提出的反应方法及反应装置，与现有技术相比具有以下优点：

1.通过反应器内部合理的流道设计和内外分布筒的高开孔率，实现了反应气体在分流流道与集流流道内的逆向流动，有效消除了分流流道和集流流道两流道之间的静压差的差别，与丁烯氧化脱氢的常压反应特性非常契合，同时又完全能保证反应气体沿轴向均匀分布，使催化剂的利用效率得到进一步提高，反应性能非常好，因此本发明所述的∏型径向反应器能够同时解决控制压降和流体均布性两个技术难题，克服了现有技术的缺陷。

2.针对现有的轴向反应器因设备制造所限，无法通过无限制扩大反应器直径来实现扩大单台的生产规模，本发明所述的∏型径向反应器，在满足径向薄床层的要求下，可通过逐步增加轴向床层高度来实现规模放大，更易于装置的大型化。

Claims (4)

1.一种Π型丁烯氧化脱氢固定床径向反应器，包括:由圆柱形壳体(7)、上封头(3)、下封头(10)组成的圆筒形容器，圆筒形容器上设有反应气体进口(1)、反应气体出口(12)、催化剂进料口(2)和催化剂卸料口(11)；圆筒形容器内包括:与圆柱形壳体(7)同轴设置的，由内向外依此排列多孔壁圆筒形内分布筒(9)和多孔壁圆筒形外分布筒(8)；内分布筒(9)与外分布筒(8)之间装填催化剂，构成催化床层(6)和催化剂封(5)，催化剂封(5)设置在催化床层(6)上方；催化剂进料口(2)设置在上封头(3)，催化剂卸料口(11)设置在下封头；

所述的丁烯氧化脱氢固定床径向反应器，其特征在于，所述的反应气体进口(1)和反应气体出口(12)均同时置于圆筒形容器的上部或下部，反应气体在分流流道(13)内的流动方向与集流流道(14)内流动方向相反；所述的内分布筒(9)和外分布筒(8)实施均匀开孔，开孔率为20％～50％；

所述的丁烯氧化脱氢固定床径向反应器，其特征在于，反应气体在催化床层(6)的流动方向为由外向内；内分布筒(9)的内部空间构成反应气体集流流道(14)，与反应气体出口(12)相连；外分布筒(8)与圆柱形壳体(7)内壁之间的空间构成反应气体分流流道(13),与反应气体进口(1)相连通。

2.如权利要求1所述的固定床径向反应器，其特征在于，所述的分流流道和集流流道的气体流通横截面积比为0.20～5.0。

3.如权利要求1所述的固定床径向反应器，其特征在于，所述的反应器内的催化剂封(5)上方设置催化剂封盖板(15)，催化剂封(5)区的内分布筒(9)和外分布筒(8)均不开孔。

4.如权利要求1所述的固定床径向反应器，其特征在于，所述的反应器内的催化剂封(5)上方为敞开，催化剂封(5)区的外分布筒(8)不开孔，而催化剂封(5)区的内分布筒(9)开孔，开孔率与催化床层(6)区的内分布筒(9)的保持一致。