CN106115631A - 一种蒽醌法制取过氧化氢的固定床反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒽醌法制取过氧化氢的固定床反应器，包括氢气入口(12)、惰性瓷球层(4)、催化剂层(5)、汇集器(7)、液相出口(8)，其特征是还包括进液初分管(2)和气液分布器(3)，工作液由进液初分管(2)和气液分布器(3)分布后通过惰性瓷球层在催化剂层进行氢化反应，进液初分管是指进入固定床反应器的工作液输入管，管壁上开有若干孔。该固定床反应器可有效改善液体和气体的分布效果，增强氢化反应传质过程，控制反应体系流体的温度和工作液降解反应程度，有效发挥催化剂的高活性和选择性，延长催化剂的再生时间和使用寿命，合理强化设计结构从而达到提高产能或降低投资的效果。

Description

一种蒽醌法制取过氧化氢的固定床反应器

技术领域

本发明涉及固定床反应器，特别涉及蒽醌法制取过氧化氢的氢化反应固定床反应器。

背景技术

目前蒽醌法制取过氧化氢的氢化反应多采用固定床反应器。该固定床反应器塔体内部从上到下依次设置有：氢气入口、进液管、液体分布器、气液分配盘、惰性瓷球层、催化剂层、惰性支撑瓷球层，反应器底部开有液相出口，为防止惰性瓷球层堵塞物料出口，反应器底部氢化液出口处设置有汇集器。工作液由进液管进入塔体中心与氢气经液体分布器、气液分配盘分布后通过惰性瓷球层在催化剂层进行氢化反应，氢化反应液通过惰性支撑瓷球层由氢化液出口排出进入下一个反应器。这类结构的固定床反应器，容易造成液体分布不均匀或者塔节高度偏大并且操作弹性小。液体分布不均匀，导致催化剂表面传质、传热反应不均匀，容易造成反应温度局部过高，造成工作液中蒽醌的降解；液体分布不均匀，还容易造成偏流、沟流、壁流，使催化剂结块板结，致使氢化效率低，失去活性和催化作用，催化剂再生频繁甚至需将催化剂撤至塔外进行处理，从而影响催化剂的使用寿命并增加消耗。

另外，现有技术的固定床反应器，下部没有气液初步分离结构，气液混合物一并直接进入下一节反应室或外置的氢化液气液分离器，这样的结构容易造成系统操作不稳，管道振动，管道操作应力大，也加大了下一步氢化液气液分离器的压力，容易造成氢化尾气放空超标等环保问题。

为使氢化反应更完全并降低单层催化剂高度，目前，蒽醌法制过氧化氢氢化反应系统，多是两节或三节固定床反应器串联操作，其上一节反应器产生的气液混合物料经氢化液出口直接进入下一节反应器，而后重复进行上一节反应器过程。上一节反应器与下一节反应器节间没有进行工作液温度的控制装置，致使下一节反应器的反应温度比上一节反应器的温度高，催化剂在较高的温度下进行催化氢化作用，容易使催化剂活性降低，氢化效率下降，副反应多，周而复始，催化剂再生周期缩短，达不到额定使用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种蒽醌法制取过氧化氢的固定床反应器，该固定床反应器可有效改善液体和气体的分布效果，增强氢化反应传质过程，控制反应体系流体的温度和工作液降解反应程度，有效发挥催化剂的高活性和选择性，延长催化剂的再生时间和使用寿命，合理强化设计结构从而达到提高产能或降低投资的效果。

本发明提供一种蒽醌法制取过氧化氢的固定床反应器，包括氢气入口12、惰性瓷球层4、催化剂层5、汇集器7、液相出口8，其特征是还包括进液初分管2和气液分布器3，工作液由进液初分管2和气液分布器3分布后通过惰性瓷球层在催化剂层进行氢化反应。

所述进液初分管，是指进入固定床反应器的工作液输入管，管壁上开有若干孔，这些孔对工作液具有初步分布作用。为获得更好的分布效果，进液初分管的端头尽量延伸至反应器壁；进液初分管可以是一根，也可是并列的多根。为更进一步增强分布效果，在气液分布器下还可设置雾化器14。

为实现反应液气液初步分离，本固定床反应器在催化剂层下还可设置催化剂支持栅板6，支持栅板6与反应器底端封头之间形成气液分离区，气液分离区设置有气相出口10。气相出口分散或偏心布置，气相出口管道伸入到气液分离区内且管口高于聚集器7，气液分离后液相由液相出口8排出，气相由气相出口10排出。分离后的液相进入下一节反应器继续进行氢化反应或进入氢化液气液分离器进一步分离处理；分离后的气相汇入新鲜氢气进入下一节反应器进一步反应或进入氢化尾气吸附装置。

为防止工作液、杂物或散落的催化剂流入后续系统管道内，气相出口管道伸入到气液分离区的端头设计有挡液帽及丝网。气相出口管道一般伸入到气液分离区的1/2～2/3高度处。

为调节下一节固定床反应器温度，液相出口8可连接换热器9，液相通过换热器调温后由物料出口11排出。换热器优选采用管壳式，其设置有多种方式，换热器可布置在固定床反应器内，或外挂在固定床反应器外壁上，也可布置在两节固定床反应器之间的过渡段内。

本发明所述的蒽醌法制取过氧化氢的固定床反应器，催化剂层可设为一层，也可设多层。当催化剂层为多层时，每层催化剂层上方都设计有气液分布器和雾化器，如附图4所示。

本发明所述固定床反应器可单独一节使用，也可以两个或多个串联形成双叠塔式或多叠塔式多节反应器使用，也可并联使用。一节反应器排出的液相经节间换热器调控温度后进入下一节反应器继续反应。节间设置换热器，控制流体温度，使下一节反应器的氢化反应控制在最适宜的温度区间。

本发明装置具有以下有益效果：

1.以液体初分管和气液分布器设计代替现有技术的进液管、液体分布器和气液分配盘，进液初分管具有液体初步分布功能，再经气液分布器分布后，工作液液体和氢气气体达到完全混合后，在催化剂的表面层气、液、固三相发生充分氢化反应，可有效改善液体和气体的分布效果，同时节省了反应器筒体长度。本发明装置使液体分布均匀，能够抑制工作液中蒽醌的降解，并延长催化剂的再生周期，从而可实现不同氢效和不同产能的效果。新型结构设计使工作液分配速度更快，分配更均匀，有效地改善工作液和氢气的分布匀化效果，使气液固三相全表面在最适宜的温度下氢化反应。保证了催化剂的活性得到最大效能的发挥，氢化效率可由6.0g/l提高到9.5g/l，本发明延长了催化剂的再生周期并且能有效的延长催化剂的使用寿命；避免了现有技术中催化剂结块，失去活性、氢效低(6.0g/l)而不得不停车进行催化剂的频繁再生、甚至催化剂用不到使用寿命即需要更换从而增加投资的现象。

2.由气液分布器分配下来的小股液体，经过雾化器变成更细小的液雾，和氢气充分匀化全角度包裹固体催化剂，使气液固三相全表面参与反应，传质更彻底。

3.固定床反应室底部具有气液分离结构，使反应后的氢化液和残余氢气在此达到初步分离，有效地降低下一步氢化液气液分离器的分离压力。残余氢气排出后进入氢化尾气吸附装置或汇入新鲜氢气进入下一节反应器进一步反应。

4.液相出口连接有换热器，可调节进入下一节反应器的液相温度，保证每一节反应器的工作液以最适宜的温度进入参与反应，有效防止工作液的降解。

附图说明

图1是现有技术固定床反应器示意图。

图2是本发明单节固定床反应器一层催化剂层结构示意图。

图3是本发明三节固定床反应器一层催化剂层的结构示意图。

图4是本发明两节反应器两层催化剂层结构示意图。

图中：1、氢化塔；2、进液初分管；3、气液分布器；4、惰性瓷球；5、催化剂；6、催化剂支撑栅板；7、汇集器；8、液相出口；9、换热器；10、气相出口；11、物料出口；12、氢气入口；13、装填口；14、雾化器；15、卸料口；16、内置式换热器；20、进液管；21、液体分布器；22、气液分配盘；23惰性支撑瓷球；24混合液出口。

具体实施方式

本发明所述的固定床反应器可以任意节数组合，单节反应器内部的催化剂层数也可任选，反应器节数和催化剂层数也可交互组合，如：单节反应器单层催化剂，单节反应器多层催化剂，多节反应器单层催化剂，多节反应器多层催化剂，单节反应器单层催化剂与多节反应器多层催化剂串、并联等。

实施例1

10万吨/年(27.5％)双氧水装置，氧化收率以97％计，催化剂堆积密度以0.54kg/L计。氢化反应器系统设计如下：

如图4的上节所示：采用单节固定床反应器2层催化剂层设计，氢化塔直径DN2600，单层催化剂层装填高度为2100mm，装填量6t。工作液流量500-600m³/h，氢气流量1700～2000Nm³/h。进液初分管为一根主管并列2根支管，气液分布器为槽盒式分块结构左右对称，设计气体走立式盒通道，液体走槽型盘面，一定液位高度时，经过两排水平等高的开孔面以多个水柱形式降落至雾化器上，分布器支撑梁与进液初分管在同一个方位，支管布置在受液盘面方位上，从而节省一个受液槽，以此也达到节省塔体设计高度的目的；一定高度的液体落在雾化器上后，液体呈现雾化液滴状，在催化剂层表面与氢气充分匀化进行氢化反应。催化剂层上方安装2层丝网，丝网上铺厚度0.2m的惰性瓷球层，催化剂下方也安装2层丝网，并且由丝网固定圈夹紧封严，大网孔丝网在下面贴近栅板支撑。经第1层催化剂层反应后的气液通过气液分布器收集汇聚后，重新分配进入第2层催化剂层，第2层催化剂层结构与第1层相同。经过两层反应后，氢化液和未反应的残余氢气进入底端封头气液分离区进行初步分离，液体出口在固定床反应器底封头中心，设置DN800的汇聚器，气体出口偏心500mm设置，内伸300mm高并带档液帽，气液分相流出后进入下道工序。氢化效率为9.5g/L。

实施例2

18万吨/年(27.5％)双氧水装置，工艺条件同实施例1。氢化反应器系统设计如下：

如图3所示：氢化塔直径3000mm，催化剂层装填高度为1900mm，采用3节固定床反应器串联设计。单节催化剂层装填量7.0t。每节反应器内工作液流量700～800m³/h，氢气流量4500-5000Nm³/h。进液初分管为一根主管并列4根支管，槽盒式气液分布器分三区布置，与进液管上下配合布液；催化剂层的布置与图2所示相同；工作液和氢气经过催化剂层反应后，氢化液和未反应的残余氢气进入底端封头气液分离区进行初步分离；液体出口DN500在反应器底端封头中心，内设置DN1000的汇聚器；气体出口DN500偏心1000mm设置，内伸400mm高并带档液帽；分离后的液体出来进入节间冷却器，根据1200m³/h氢化液和10℃的温差计算确定设置两个管壳式冷却器，冷却器并联操作；冷却器冷媒回流管线上设置调节阀，调节流量与冷却器氢化液的出口温度连锁，调节冷媒流量使氢化液此时的温度与第一节进入反应室的工作液温度相同；分离后的残余气体汇入气体总管，设置单向阀防止回流；冷却后的氢化液和残余或新鲜氢气进入第二节或第三节反应器进行上述相同步骤工作。氢化效率为9.5g/L。

实施例3：

40万吨/年(27.5％)双氧水装置，工艺条件同实施例1。氢化反应器系统设计如下：

如图4所示：氢化塔直径3800mm，催化剂层装填高度为2000mm，采用2节固定床反应器，并联设计。每节反应器内各装填2层催化剂，单层催化剂装填量12t。每节反应器工作液和氢气的进料、出料方式同实施例2；每层催化剂层设置、丝网铺设、瓷球铺设、催化剂的支撑形式均同实施例1。每节反应器液体流量1150～1300m³/h，氢气流量5000～5500Nm³/h。经两节反应器同步并联反应后的气液混合物在各自底端封头气液分离区初步分离后，液体汇总进入外置的氢化液气液分离器进一步分离，气体汇总进入氢化尾气冷凝器进行氢化液的回收后，再进入尾气吸附装置。氢化效率为9.5g/L。

Claims (10)

1.一种蒽醌法制取过氧化氢的固定床反应器，包括包括氢气入口(12)、惰性瓷球层(4)、催化剂层(5)、汇集器(7)、液相出口(8)，其特征是还包括进液初分管(2)和气液分布器(3)，工作液由进液初分管(2)和气液分布器(3)分布后通过惰性瓷球层在催化剂层进行氢化反应，进液初分管是指进入固定床反应器的工作液输入管，管壁上开有若干孔。

2.根据权利要求1所述的固定床反应器，进液初分管是一根或有多排支管。

3.根据权利要求1所述的固定床反应器，在气液分布器(3)下设置有雾化器(14)。

4.根据权利要求1所述的固定床反应器，其特征是在催化剂层下设置有催化剂支持栅板(6)，支持栅板(6)与反应器底端封头之间形成气液分离区，气液分离区设置有气相出口(10)，气相出口分散或偏心布置，气相出口管道伸入到气液分离区内且管口高于聚集器(7)。

5.根据权利要求4所述的固定床反应器，其特征是气相出口管道伸入到气液分离区的端头设计有挡液帽及丝网，气相出口管道深入到气液分离区1/2～2/3高度处。

6.根据权利要求1所述的固定床反应器，其特征是催化剂层为一层或多层。

7.根据权利要求6所述的固定床反应器，其特征是催化剂层为多层，每层催化剂层上方都设计有气液分布器和雾化器。

8.根据权利要求1所述的固定床反应器，其特征是液相出口(8)连接有换热器(9)，换热器布置在固定床反应器内、外挂在固定床反应器外壁上或布置在两节固定床反应器之间的过渡段内。

9.根据权利要求1所述的固定床反应器，其特征是所述固定床反应器单独一节使用，或两个或多个串联形成双叠塔式或多叠塔式多节反应器使用，或并联使用。

10.根据权利要求1所述的固定床反应器，其特征是所述的固定床反应器可以任意节数组合，单节反应器内部的催化剂层数可任选，反应器节数和催化剂层数可交互组合。