CN106669549A - 一种低压降的乙苯脱氢制苯乙烯的反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于乙苯脱氢制苯乙烯的固定床径向反应装置，所述固定床径向反应装置在反应物气体分流流道内设置螺旋挡板，构成螺旋式反应物气体分流流道。在导流喷嘴的上方设置混合度调节孔，减少了导流喷嘴上方的高温热区，提高混合均匀度，又有利于降低混合压降。此外，在催化剂封内设置双锥形挡板，可减少反应流体短路发生的可能性、降低催化剂封的高度及提高催化剂的利用率。本发明提供的固定床径向反应装置更适用于采用恒沸热回收节能技术的乙苯脱氢制苯乙烯的工艺要求。

Description

一种低压降的乙苯脱氢制苯乙烯的反应装置
技术领域
本发明涉及一种用于乙苯脱氢制苯乙烯的固定床径向反应装置，特别涉及一种适用于采用恒沸热回收节能工艺的低压降的乙苯脱氢制苯乙烯的固定床径向反应装置，属于化学反应工程技术领域。
背景技术
苯乙烯是重要的基本有机原料之一，主要用于生产苯乙烯系列树脂如聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)、丁苯橡胶(SBR)和丁苯胶乳等。
目前，乙苯脱氢制苯乙烯工艺向节能型方向发展。恒沸热回收节能技术是现有乙苯脱氢制苯乙烯节能技术中节能效果最佳的技术之一，能将60％～90％的脱乙苯过程热能回收(参见CN 101412653A)。
当采用恒沸热回收技术时，其反应工艺区需与精馏分离工艺区相耦合，不再是独立的操作区域。为防止乙苯脱氢装置(塔)内温度过高，导致苯乙烯单体的聚合，必须保证恒沸蒸发压力为90kPa～100kPa。为此，限制性要求脱氢反应器前的水蒸汽与乙苯流混合装置中乙苯流的绝压低于75kPa。图1为传统乙苯负压脱氢制苯乙烯工艺流程，反应系统压降为47kPa，图2为采用恒沸热回收节能技术的乙苯负压脱氢制苯乙烯工艺流程，反应系统压降仅为33kPa。
现有用于乙苯脱氢制备苯乙烯的固定床径向反应装置的主要特点是：其催化床层的高厚比(值)约为10～15。如此，导致现有用于乙苯脱氢制备苯乙烯的固定床径向反应装置无法满足恒沸热回收节能工艺的低压降(对反应装置而言)要求。
鉴于此，研制具有低压降的乙苯脱氢制苯乙烯的固定床径向反应装置(满足恒沸热回收节能工艺要求)成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的发明人经研究发现：
(1)将乙苯脱氢制苯乙烯的固定床径向反应装置的催化床层的高厚比(值)提高至20～36，较现有反应装置催化床层的高厚比(值)提高约一倍，其压降可降低30％～50％，可满足恒沸热回收节能工艺的低压降要求；
(2)为保证乙苯脱氢反应性能不变，在具有较高的催化床层的高厚比(值)的固定床径向反应装置中，不仅要考虑反应流体在径向均匀分布问题，而且还要考虑反应流体在周向均匀分布问题。
(3)消除导流喷嘴后的局部高温区(所述导流喷嘴位于乙苯脱氢制苯乙烯的固定床径向反应装置的(原料)混合器中)，可提高原料混合均匀度，同时降低了混合压降(也为降低整个乙苯脱氢制苯乙烯的固定床径向反应装置的压降做出了贡献)。
基于上述发现，本发明提供一种适用于采用恒沸热回收节能工艺的乙苯脱氢制苯乙烯的固定床径向反应装置。
所述的固定床径向反应装置包括：原料混合器和反应器，所述的原料混合器与反应器通过圆柱状构件同轴联通；
所述原料混合器包括：同轴设置的圆柱状壳体A和两端敞口的圆锥形管，
在所述圆柱状壳体A的侧部设有原料(乙苯)入口，在所述圆锥管的近锥顶端(水蒸气入口)，内置气体分布器，在所述圆锥管的侧部设有若干个导流喷嘴，且在所述导流喷嘴与所述圆锥管的锥底端间设有数量与所述导流喷嘴个数相同的孔(用于调节混合度)；
所述反应器包括：同轴设置的圆柱状壳体B、外气体分布器、内气体分布器和导流器，
在圆柱状壳体B的一端设有反应物入口，另一端设有产物出口，所述的反应物入口和产物出口与外气体分布器、内气体分布器和导流器同轴设置，
在圆柱状壳体B的产物出口端设有催化剂入口，在圆柱状壳体B的反应物入口端设有催化剂出口，
所述外气体分布器是一个两端敞口、且其侧面设有若干个孔的圆柱形筒，
所述内气体分布器是一个一端敞口、一端密闭、且在密闭端的侧面设有双锥形挡板及余下侧面设有若干个孔的圆柱形筒，所述内气体分布器按其密闭端(或设有双锥形挡板端)近圆柱状壳体B的产物出口端方式设置，
所述导流器是一个两端封口、且其侧面设有螺旋挡板的圆锥形筒，所述导流器按其锥底端近圆柱状壳体B的产物出口端(或锥顶端近圆柱状壳体B的反应物入口端方式)方式设置，
内气体分布器与圆柱状壳体B的反应物入口同轴联通，导流器上的螺旋挡板与内气体分布器的内壁相接触，构成螺旋式反应物气体分流流道，
内气体分布器与外气体分布器间的空间构成催化剂床层，所述催化剂床层分别与圆柱状壳体B上的催化剂入口与催化剂出口相连通，所述催化剂床层的高厚比(值)为20～36，
外气体分布器与圆柱状壳体B间的空间构成产物气体集流流道，其与圆柱状壳体B上产物出口相连通。
附图说明
图1为传统乙苯负压脱氢制苯乙烯工艺流程简图；
图2为采用恒沸热回收节能技术的乙苯负压脱氢制苯乙烯工艺流程简图；
图3为本发明所述的低压降的乙苯脱氢制苯乙烯的反应装置结构示意图；
其中，1—混合器下封头，2—球形分布器，3—短管，4—混合器壳体，5—导流喷嘴，6—混合度调节孔，7—圆锥管，8—静态混合器，9—催化剂卸料口，10—反应器下封头，11—螺旋挡板，12—反应器壳体，13—外(气体)分布筒，14—内(气体)分布筒，15—圆锥形导流筒，16—催化床层，17—双锥形挡板，18—上封头，19—催化剂进料口。
图4为本发明所述的混合器结构示意图；
其中，1—混合器下封头，2—球形分布器，3—短管，4—混合器壳体，5—导流喷嘴，6—混合度调节孔，7—圆锥管，8—静态混合器。
图5本发明所述反应装置中、由导流器与内气体分布器组成部件结构示意图；
其中，11—螺旋挡板，14—内分布筒，15—圆锥形导流筒。
图6本发明所述反应装置中、“催化剂封”部分的结构示意图，
其中，13—外(气体)分布筒，14—内(气体)分布筒，17—双锥形挡板。
具体实施方式
在本发明一个优选的技术方案中，本发明所述乙苯脱氢制苯乙烯的固定床径向反应装置的结构如图3～图6所示，其包括：原料混合器和反应器，所述的原料混合器与反应器通过圆柱状构件同轴联通(参见图3，所述的圆柱状构件具有静态混合器8的功能)；
所述原料混合器包括(参见图3和图4)：同轴设置的圆柱状壳体4和两端敞口的圆锥形管7，
在所述圆柱状壳体4的侧部设有原料(乙苯)入口，在所述圆锥管7的近锥顶端(水蒸气入口)，内置半球形气体分布器2，在所述圆锥管7的侧部设有若干个导流喷嘴5，且在所述导流喷嘴5与所述圆锥管7的锥底端间设有数量与所述导流喷嘴个数相同的混合度调节孔6；
所述反应器包括(参见图3、图5和图6)：同轴设置的圆柱状壳体B、外(气体)分布器13、内(气体)分布器14和导流器，
在圆柱状壳体B的一端设有反应物入口，另一端设有产物出口，所述的反应物入口和产物出口与外(气体)分布器13、内(气体)分布器14和导流器同轴设置，
在圆柱状壳体B的产物出口端设有催化剂进料口19，在圆柱状壳体B的反应物入口端设有催化剂卸料口9，
所述外(气体)分布器13是一个两端敞口、且其侧面设有若干个孔的圆柱形筒，
所述内(气体)分布器14是一个一端敞口、一端密闭、且在密闭端的侧面设有双锥形挡板17及余下侧面设有若干个孔的圆柱形筒，所述内(气体)分布器14按其密闭端(或设有双锥形挡板端)近圆柱状壳体B的产物出口端方式设置，
所述导流器是一个两端封口、且其侧面设有螺旋挡板11的圆锥形导流筒15，所述导流器按其锥底端近圆柱状壳体B的产物出口端(或锥顶端近圆柱状壳体B的反应物入口端方式)方式设置，
内(气体)分布器14与圆柱状壳体B的反应物入口同轴联通，导流器上的螺旋挡板11与内(气体)分布器14的内壁相接触，构成螺旋式反应物气体分流流道，
内(气体)分布器14与外(气体)气体分布器13间的空间构成催化剂床层，所述催化剂床层分别与圆柱状壳体B上的催化剂进料口19与催化剂卸料口9相连通，所述催化剂床层的高厚比(值)为20～36，
外(气体)分布器13与圆柱状壳体B间的空间构成产物气体集流流道，其与圆柱状壳体B上产物出口相连通。
在本发明另一个优选技术方案中，所述螺旋挡板11的螺距(t1)为内(气体)分布器14内直径(d1)的0.5～5倍(参见图5)。
在本发明又一个优选技术方案中，混合度调节孔6的孔心至导流喷嘴5中心的距离(t2)为导流喷嘴5的短管3内直径(d2)的1～5倍，混合度调节孔6的面积为导流喷嘴5的短管3的截面面积的5％～25％(参见图4)。
在本发明又一个优选技术方案中，双锥形挡板17的上挡板与水平面的夹角α，α的取值范围是：30°≤α＜90°，双锥形挡板17的下挡板与水平面的夹角β，β的取值范围是：45°≤β＜90°(参见图6)。
在本发明又一个优选技术方案中，所述内(气体)分布器14和外(气体)分布器13可由多孔厚板紧贴多孔薄板、由多孔厚板和多孔薄板中间用支撑条架空、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。
本发明所述的固定床径向反应装置可以装填现有应用于由乙苯脱氢制备苯乙烯的催化剂(如现有的铁系列催化剂等)。
本发明所述的固定床径向反应装置能满足恒沸热回收节能的由乙苯脱氢制备苯乙烯的工艺要求(即要求具有低压降的反应装置的要求)，其乙苯转化率为64％～65％，苯乙烯的选择性为96％～97％。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、轴径向反应器内催化剂床层高厚比(值)为20～36，大大降低反应器床层压降；
2、在分流流道内的锥形导流筒上设置螺旋挡板，使反应流体在分流流道内螺旋流动，消除反应流体在分流流道入口截面的不均匀性，保证反应气流体沿周向的均匀分布；
3、催化剂封内设置双锥形挡板，增加反应流体从催化剂封通过的路程长度，减少催化剂封端发生反应流体短路的可能性，从而可降低催化剂封的高度，提高催化剂的利用率；
4、在低压降导流喷嘴混合器中设置一个混合度调节孔，减少了导流喷嘴后的高温热区，提高混合均匀度，同时降低了混合压降。
下面通过实施例对本发明做进一步阐述，其目的仅在于更好理解本发明的内容及本发明的进步性。所举之列并不限制本发明的保护范围。
实施例1
采用恒沸热回收节能工艺的两段负压中间再热乙苯脱氢制苯乙烯的反应系统，采用如图3所示的超低压降的乙苯脱氢制苯乙烯的反应装置结构型式，反应器直径4200mm，催化剂床层厚度600mm，高18000mm，催化剂床层的高厚比(值)为30，催化剂封高为1800mm，双锥形挡板的上挡板与水平面的夹角α为74°和双锥形挡板的下挡板与水平面的夹角β为60°。内分布筒直径为1800mm，螺旋挡板的螺距t为5000mm。混合器的导流喷嘴为4个，短管直径为300mm，混合度调节孔直径为80mm。催化剂采用市场上销售的乙苯脱氢GS-11铁系催化剂。该反应系统中乙苯流进反应装置的压力为62.3kPa，反应系统出口压力为37.2kPa，反应系统压降为25.1kPa，乙苯转化率64.2％，苯乙烯选择性96.9％，完全满足恒沸热回收节能工艺的要求。
实施例2
采用恒沸热回收节能工艺的两段负压中间再热乙苯脱氢制苯乙烯的反应系统，采用如图3所示的超低压降的乙苯脱氢制苯乙烯的反应装置结构型式，反应器直径3100mm，催化剂床层厚度550mm，高11000mm，催化剂床层的高厚比(值)为20，催化剂封高为1500mm，双锥形挡板的上挡板与水平面的夹角α为79°和双锥形挡板的下挡板与水平面的夹角β为45°。内分布筒直径为1400mm，螺旋挡板的螺距t为2000mm。混合器的导流喷嘴为6个，短管直径为175mm，混合度调节孔直径为50mm。催化剂采用市场上销售的乙苯脱氢GS-11铁系催化剂。该反应系统中乙苯流进反应装置的压力为68.7kPa，反应系统出口压力为40.4kPa，反应系统压降为24.3kPa，乙苯转化率64.0％，苯乙烯选择性97.0％，完全满足恒沸热回收节能工艺的要求。
【对比例1】
采用传统工艺的两段负压中间再热乙苯脱氢制苯乙烯的反应系统，采用如专利CN1050114C公开的制苯乙烯的装置结构型式，反应器直径3600mm，催化剂床层厚度690mm，高10350mm，床层高比厚15。催化剂采用市场上销售的乙苯脱氢GS-11铁系催化剂。该反应系统中乙苯流进反应装置的压力为90.2kPa，反应系统出口压力为44.3kPa，反应系统压降为45.9kPa，乙苯转化率64.0％，苯乙烯选择性96.5％，满足传统乙苯负压脱氢工艺的要求。

Claims (6)

1.一种适用于采用恒沸热回收节能工艺的乙苯脱氢制苯乙烯的固定床径向反应装置，其特征在于，所述的固定床径向反应装置包括：原料混合器和反应器，所述的原料混合器与反应器通过圆柱状构件同轴联通；
所述原料混合器包括：同轴设置的圆柱状壳体A和两端敞口的圆锥形管，
在所述圆柱状壳体A的侧部设有原料入口，在所述圆锥管的近锥顶端，内置气体分布器，在所述圆锥管的侧部设有若干个导流喷嘴，且在所述导流喷嘴与所述圆锥管的锥底端间设有数量与所述导流喷嘴个数相同的孔；
所述反应器包括：同轴设置的圆柱状壳体B、外气体分布器、内气体分布器和导流器，
在圆柱状壳体B的一端设有反应物入口，另一端设有产物出口，所述的反应物入口和产物出口与外气体分布器、内气体分布器和导流器同轴设置，
在圆柱状壳体B的产物出口端设有催化剂入口，在圆柱状壳体B的反应物入口端设有催化剂出口，
所述外气体分布器是一个两端敞口、且其侧面为网状的多孔结构的圆柱形筒，
所述内气体分布器是一个一端敞口、一端密闭、且在密闭端的侧面设有双锥形挡板及余下侧面为网状的多孔结构的圆柱形筒，所述内气体分布器按其密闭端近圆柱状壳体B的产物出口端方式设置，
所述导流器是一个两端封口、且其侧面设有螺旋挡板的圆锥形筒，所述导流器、按其锥底端近圆柱状壳体B的产物出口端方式设置，
内气体分布器与圆柱状壳体B的反应物入口同轴联通，导流器上的螺旋挡板与内气体分布器的内壁相接触，构成螺旋式反应物气体分流流道，
内气体分布器与外气体分布器间的空间构成催化剂床层，所述催化剂床层分别与圆柱状壳体B上的催化剂入口与催化剂出口相连通，所述催化剂床层的高厚比(值)为20～36，
外气体分布器与圆柱状壳体B间的空间构成产物气体集流流道，其与圆柱状壳体B上产物出口相连通。
2.如权利要求1所述的固定床径向反应装置，其特征在于，其中所述原料混合器包括同轴设置的圆柱状壳体(4)和两端敞口的圆锥形管(7)，
在所述圆柱状壳体(4)的侧部设有原料入口，在所述圆锥管(7)的近锥顶端，内置半球形气体分布器(2)，在所述圆锥管(7)的侧部设有若干个导流喷嘴(5)，且在所述导流喷嘴(5)与所述圆锥管(7)的锥底端间设有数量与所述导流喷嘴个数相同的混合度调节孔(6)。
3.如权利要求2所述的固定床径向反应装置，其特征在于，其中，混合度调节孔(6)的孔心至导流喷嘴(5)中心的距离(t2)为导流喷嘴(5)的短管(3)内直径(d2)的1～5倍，混合度调节孔(6)的面积为导流喷嘴(5)的短管(3)的截面面积的5％～25％。
4.如权利要求1～3中任意一项所述的固定床径向反应装置，其特征在于，其中所述反应器包括：同轴设置的圆柱状壳体B、外气体分布器(13)、内气体分布器(14)和导流器，
在圆柱状壳体B的一端设有反应物入口，另一端设有产物出口，所述的反应物入口和产物出口与外气体分布器(13)、内气体分布器(14)和导流器同轴设置，
在圆柱状壳体B的产物出口端设有催化剂进料口(19)，在圆柱状壳体B的反应物入口端设有催化剂卸料口(9)，
所述外气体分布器(13)是一个两端敞口、且其侧面为网状的多孔结构的圆柱形筒，
所述内气体分布器(14)是一个一端敞口、一端密闭、且在密闭端的侧面设有双锥形挡板(17)及余下侧面为网状的多孔结构的圆柱形筒，所述内气体分布器(14)按其密闭端近圆柱状壳体B的产物出口端方式设置，
所述导流器是一个两端封口、且其侧面设有螺旋挡板(11)的圆锥形导流筒(15)，所述导流器按其锥底端近圆柱状壳体B的产物出口端方式设置，
内气体分布器(14)与圆柱状壳体B的反应物入口同轴联通，导流器上的螺旋挡板(11)与内气体分布器(14)的内壁相接触，构成螺旋式反应物气体分流流道，
内气体分布器(14)与外气体气体分布器(13)间的空间构成催化剂床层，所述催化剂床层分别与圆柱状壳体B上的催化剂进料口(19)与催化剂卸料口(9)相连通，所述催化剂床层的高厚比(值)为20～36，
外气体分布器(13)与圆柱状壳体B间的空间构成产物气体集流流道，其与圆柱状壳体B上产物出口相连通。
5.如权利要求4所述的固定床径向反应装置，其特征在于，其中所述螺旋挡板(11)的螺距t1为内气体分布器(14)内直径d1的0.5～5倍。
6.如权利要求4所述的固定床径向反应装置，其特征在于，其中所述双锥形挡板(17)的上挡板与水平面的夹角为α，所述双锥形挡板(17)的下挡板与水平面的夹角为β，α的取值范围是：30°≤α＜90°，β的取值范围是：45°≤β＜90°。
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