CN106824018A - 列管式浆态床反应器及反应系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种列管式浆态床反应器及反应系统。所述列管式浆态床反应器用于高浓度乙炔制备乙烯的反应器，包括顺序排列的进气段、列管分布段和扩大段，其中，所述进气段上设置有气体入口，用于将反应气体通入列管式浆态床反应器；所述列管分布段设置有多个列管，用于反应气体在所述列管分布段内发生反应，制备乙烯，所述多个列管底部设置有气体分布器，其上分布有气孔；所述扩大段的顶部设置有气体出口。本发明所述的列管式浆态床反应器中每一个列管都是一个小的浆态床，因每个列管的直径都比较小，高度相对较高，气液固三相可以混合的更加均匀，增加了停留时间，改善了气液流场分布，降低了放大效应，使得反应能够进行的更加充分。

Description

列管式浆态床反应器及反应系统

技术领域

本发明涉及化工领域，尤其是利用高浓度乙炔制备乙烯领域，具体涉及一种列管式浆态床反应器及应用所述浆态床反应器的反应系统。

背景技术

乙烯是现代工业中一种重要的基础原料，也是世界产量最大的化学品之一，其产品广泛应用于国民经济、人民生活、国防等领域，是“有机合成之母”。面对石油资源的短缺和国际油价的攀升，原料来源成为发展乙烯工业的瓶颈，也是摆在人们面前必须解决的问题。因此，研究开发一种新的来源和工艺方法制备乙烯替代石油为原料的新工艺新技术，能够缓解对石油的依赖性。

在煤化工技术中，以煤为原料通过电石工艺或以天然气为原料通过非催化部分氧化工艺制取乙炔，已成为成熟工艺。以乙炔为原料，在选择性加氢催化剂的作用下，通过加氢过程得到乙烯产品，可进一步拓展煤化工路线。因此，开发乙炔加氢制乙烯的新工艺及技术，具有广阔的应用前景。

低浓度乙炔气固相催化加氢技术在石油工业中已非常成熟，主要用于乙烯中去除乙炔杂质,使用的反应器为固定床反应器，在反应器中装填固相催化剂进行气固相反应。但由于乙炔活性高，加氢反应放热量大，即使是裂解气中存在少量乙炔，传统的气固相固定床加氢反应器仍存在着绿油生成量大、催化剂循环周期短、反应器易“飞温”等严重问题。

传统的浆态床反应器的出现在一定程度上解决了上述问题，因其结构简单，易于移热，生成的乙烯产品用途广泛，因此，利用浆态床反应器进行高浓度乙炔选择性加氢成为一条重要的制烯烃生产路线。但是传统的浆态床反应器在乙炔制备乙烯时，气液固三相混合不均匀，反应原料接触时间短，并且反应器内床层温度均匀，温度不易控制。

发明内容

为克服上述问题，本发明提供一种列管式浆态床反应器以及反应系统，使得反应器内部温度均匀，增加反应原料接触时间，提高效率。

本发明所述的列管式浆态床反应器，用于高浓度乙炔制备乙烯的反应器。所述列管式浆态床反应器包括顺序排列的进气段、列管分布段和扩大段，其中，

所述进气段上设置有气体入口，用于将反应气体通入所述列管式浆态床反应器；

所述列管分布段设置有多个列管，用于所述反应气体在所述列管分布段内发生反应，制备乙烯，所述多个列管底部设置有气体分布器，其上分布有气孔；

所述扩大段的顶部设置有气体出口。

进一步地，所述列管式浆态床反应器内的多个列管与列管之间的区域构成壳程，所述壳程内设置有换热介质。

更进一步地，所述列管分布段的下部侧面设置有换热介质入口，上部侧面设置有换热介质出口，用于将换热介质从所述换热介质入口进入所述壳程，再从所述换热介质出口排出。

具体地，所述气体分布器上方设置有列管联通区。

更具体地，所述扩大段的下部侧面设置有溶剂入口，所述列管联通区侧面设置有卸料口，用于将溶剂及催化剂从所述溶剂入口口进入所述多个列管，再从所述卸料口排出。

优选地，所述扩大段的上端设置有金属除沫器。

本发明所述的反应系统，用于利用高浓度乙炔制备乙烯。所述反应系统包括上述的列管式浆态床反应器、冷凝器、气液分离器以及催化剂配制罐，其中，

所述列管式浆态床反应器具有气体入口、气体出口、卸料口、溶剂入口、换热介质入口以及换热介质出口；

所述冷凝器具有高温产品气入口与混合气出口，所述高温产品气入口与所述列管式浆态床反应器的气体出口相连；

所述气液分离器具有混合气入口、乙烯出口与溶剂导出口，所述混合气入口与所述冷凝器的混合气出口相连；

所述催化剂配制罐与所述列管式浆态床反应器的溶剂入口相连。

更进一步地，所述系统还包括热介质储罐和泵；其中，

所述热介质储罐的一端与所述列管式浆态床反应器的换热介质出口连通；

所述泵的一端与所述热介质储罐的另一端相连，所述泵的另一端与所述列管式浆态床反应器的换热介质入口连通。

优选地，所述系统还包括温控单元，其设置在所述列管式浆态床反应器与所述泵之间，用于控制进入所述列管式浆态床反应器的换热介质温度。

具体地，所述温控单元包括并列设置的加热器、冷却器与换热介质旁路。

本发明的有益效果：

本发明所述的列管式浆态床反应器中每一个列管都是一个小的浆态床，因每个列管的直径都比较小，高度相对较高，气液固三相可以混合的更加均匀，增加了停留时间，改善了气液流场分布，降低了放大效应，使得反应能够进行的更加充分；此外，列管式浆态床反应器中列管联通区的设计，能够保证每个列管中的液面均一，避免气体短路。

另外本发明所述的系统，能够实现对系统溶剂温度的准确控制，保持溶剂的温度相对稳定，从而保证了整个系统的平稳运行；再者，利用液相溶剂的显热，散热能力显著提高，可以快速移出乙炔选择性加氢生成乙烯产生的热，降低反应床层的温度，提高乙炔的转化率和乙烯的选择性。本发明所述的系统很好地解决了在乙炔选择性加氢制乙烯反应中固定床反应器中的绿油生成量大、催化剂循环周期短、反应器易“飞温”的问题，流化床中由于催化剂颗粒间相互剧烈碰撞，造成催化剂的损失、除尘的困难和由于固体颗粒的磨蚀作用，换热构件和反应器的磨损严重的问题。

附图说明

图1是本发明所述的列管式浆态床反应器的结构示意图。

图2是本发明所述的反应系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

如图1所示，本发明所述的列管式浆态床反应器1，用作乙炔选择性加氢制乙烯的反应器，所述浆态床反应器1包括进气段、列管分布段和扩大段三部分。

如图1所示，在反应器1的底部是进气段，在底部有气体入口101，供反应气体进入反应器1使用。

如图1所示，在进气段的上方是列管分布段，列管分布段内设置有多个列管106，各列管内部即为管程，管程是乙炔制备乙烯反应的主要场所，所述列管式浆态床反应器内的多个列管与列管之间的区域构成壳程，所述壳程内设置有换热介质，为列管106提供热量。在各个列管106的底部有气体分布器107，该气体分布器107可以是半球形的；气孔均匀分布在气体分布器107上，且垂直于球面；这样的设计保证了反应气体能够从各个方向进入列管106内，使得气体分布均匀。其中，可选地，列管106的直径为30～100mm，中心距为管径的1～5倍，优选地，孔间的中心距为1.5倍。可选地，气孔的直径为3～8mm，中心距为管径的1～5倍，优选地，孔间的中心距为1.5～3倍。

如图1所示，在气体分布器107的上端设置有列管联通区108，该列管联通区108的横截面呈现出“王”字形，在保证所有列管106联通的同时，也要保障壳程的换热面积。

如图1所示，在列管联通区108的侧面有卸料口109，在反应器1需要卸料停车时，就可将溶剂从卸料口109排出。

如图1所示，在列管浆态床反应器1的上部是扩大段，其顶部设置有气体出口105。在扩大段的下方有溶剂入口104，用于将反应所需的溶剂和催化剂通入所述列管分布段中的多个列管内。在扩大段的上部设置有金属除沫器110，用于过滤反应的溶剂和催化剂。扩大段的主要作用是降低产品气的气速，使气体中夹带的溶剂等析出，重新返回反应器1中，然后产品气从所述气体出口105导出。

如图2所示，本发明所述的反应系统，用于利用高浓度乙炔制备乙烯。所述反应系统包括上述的列管式浆态床反应器1、气液分离器3以及催化剂配制罐8。

如图2所示，所述列管式浆态床反应器1具有气体入口101、气体出口105、溶剂入口104、卸料口109、换热介质入口102以及换热介质出口103。

如图2所示，所述冷凝器具有高温产品气入口与混合气出口，所述高温产品气入口与所述列管式浆态床反应器的气体出口相连。

如图2所示，所述气液分离器具有混合气入口、乙烯出口与溶剂导出口，所述混合气入口与所述冷凝器的混合气出口相连。

如图2所示，所述催化剂配制罐8与所述列管式浆态床反应器1的溶剂入口104相连。

如图2所示，所述系统还包括热介质储罐4和泵5。所述热介质储罐4的一端与所述列管式浆态床反应器1的换热介质出口103连通；所述泵5的一端与所述热介质储罐4的另一端相连，所述泵5的另一端与所述列管式浆态床反应器1的换热介质入口102相连。

如图2所示，所述系统还包括温控单元，其设置在所述列管式浆态床反应器1与所述泵5之间，用于控制进入所述列管式浆态床反应器的换热介质的温度。所述温控单元包括并列设置的加热器6、冷却器7与换热介质旁路。

通过上述系统实现乙炔制备乙烯，通常先用氮气作为气源，将整个系统进行置换；随后，将催化剂配制罐8中配置好的催化剂和溶剂压送到列管式浆态床反应器1中，再逐渐开启温控单元的加热器6逐渐对换热介质进行升温；当反应器1中的溶剂温度达到目标温度并且系统平稳运行后，将作为反应气体的乙炔和氢气的混合气通过列管式浆态床反应器1底部的气体入口101进入到反应器1中，反应器1的操作压力为0.15～0.45MPa，温度为90～180℃。反应气体进入到进气段内，通过各个列管106底部的气体分布器107进入到列管浆态床反应器1中。因气体分布器107上的孔是均匀分布的，所以反应气体也随之均匀分散到列管106内溶剂当中。在列管分布段，每一个列管106都是一个小的浆态床反应器1，由于每个列管106的直径都比较小，高度相对较高，气液固三相可以混合的更加均匀，增加了停留时间，改善了气液流场分布，降低了放大效应，使得反应能够进行的更加充分。产品气从列管106中出来后，再通过反应器1扩大段，从反应器1顶端气体出口105离开反应器1。

从反应器1顶端出来的产品气，先通过冷凝器2将气体进行冷却；随后，再通过气液分离器3将气体和溶剂等液体进行分离，分离出来的溶剂和催化剂通过反应器1顶部的溶剂入口104重新送到反应器1内，分离得到的气体即为产品乙烯。

列管式浆态床反应器1利用换热介质为反应提供热量，即间接换热，使用泵5将换热介质从热介质储罐4转移到温控单元中；温控单元由并列设置的加热器6、换热介质旁路和冷却器7三条线路组成，其可以根据反应器1所需的不同工况进行调控；当反应系统需要升温的时候，就开启加热器6和换热介质旁路，通过调节换热功率和换热介质旁路中的换热介质的流量来控制升温速率；当反应器1需要移热时，就可以同时控制加热功率、换热介质旁路的流量和冷却功率来控制热介质温度保持稳定；当反应系统需要降温时，就开启冷却器7和换热介质旁路，通过调节换热功率和换热介质旁路中的换热介质的流量来控制降温速率；温控单元能够满足列管式浆态床反应器1各工况对于反应系统温度的要求。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种列管式浆态床反应器，用于高浓度乙炔制备乙烯的反应器，其特征在于，所述列管式浆态床反应器包括顺序排列的进气段、列管分布段和扩大段，其中，

所述进气段的底部设置有气体入口，用于将反应气体通入所述列管式浆态床反应器；

所述列管分布段设置有多个列管，用于所述反应气体在所述列管分布段内发生反应以制备乙烯，所述多个列管底部设置有气体分布器，其上分布有气孔；

所述扩大段的顶部设置有气体出口。

2.如权利要求1所述的列管式浆态床反应器，其特征在于，所述列管式浆态床反应器内的多个列管与列管之间的区域构成壳程，所述壳程内设置有换热介质。

3.如权利要求2所述的列管式浆态床反应器，其特征在于，所述列管分布段的下部侧面设置有换热介质入口，上部侧面设置有换热介质出口，用于将换热介质从所述换热介质入口进入所述壳程，再从所述换热介质出口排出。

4.如权利要求1所述的列管式浆态床反应器，其特征在于，所述气体分布器上方设置有列管联通区。

5.如权利要求4所述的列管式浆态床反应器，其特征在于，所述扩大段的下部侧面设置有溶剂入口，所述列管联通区侧面设置有卸料口，用于将溶剂和催化剂从所述溶剂入口通入所述多个列管，再从所述卸料口排出。

6.如权利要求1所述的列管式浆态床反应器，其特征在于，所述扩大段的上端设置有金属除沫器。

7.一种反应系统，用于利用高浓度乙炔制备乙烯，其特征在于，所述反应系统包括如权利要求1-6任一所述的列管式浆态床反应器、冷凝器、气液分离器以及催化剂配制罐，其中，

所述列管式浆态床反应器具有气体入口、气体出口、溶剂入口、卸料口、换热介质入口以及换热介质出口；

所述冷凝器具有高温产品气入口与混合气出口，所述高温产品气入口与所述列管式浆态床反应器的气体出口相连；

所述气液分离器具有混合气入口、乙烯出口与溶剂导出口，所述混合气入口与所述冷凝器的混合气出口相连；

所述催化剂配制罐与所述列管式浆态床反应器的溶剂入口相连。

8.如权利要求7所述的反应系统，其特征在于，所述系统还包括热介质储罐和泵；其中，

所述热介质储罐的一端与所述列管式浆态床反应器的换热介质出口连通；

所述泵的一端与所述热介质储罐的另一端相连，所述泵的另一端与所述列管式浆态床反应器的换热介质入口连通。

9.如权利要求8所述的反应系统，其特征在于，所述系统还包括温控单元，其设置在所述列管式浆态床反应器与所述泵之间，用于控制进入所述列管式浆态床反应器的换热介质温度。

10.如权利要求9所述的反应系统，其特征在于，所述温控单元包括并列设置的加热器、冷却器与换热介质旁路。