CN109107497A - 一种不饱和烃加氢反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不饱和烃加氢反应装置，包括：加热器；内置于所述加热器中的反应器；设置于所述加热器与反应管的间隙中的导热器；所述间隙的一端设置有流体进口，另一端设置有流体出口。所述导热器包括至少一个外接于所述反应器的金属片，一端与所述反应器的外表面相连接，另一端与所述外层加热器相接触。通过所述导热器在所述环形间隙内分隔形成多条通道，流体由所述流体进口进入所述环形间隙，流经所述通道后从所述流体出口排出。本发明反应装置除了可对反应器进行加热，还能及时撤出反应器的热量，降低反应器的温度，只在一个反应器内就能满足不饱和烃加氢反应催化剂高温还原、加氢低温启动的温度要求。

Description

一种不饱和烃加氢反应装置
技术领域
本发明涉及一种不饱和烃加氢反应装置，是一种固定床反应器，属于反应过程具备加热和去热功能的实验装置技术领域。
背景技术
加氢催化剂在石油炼制与化工中具备油品轻质化、清洁化与提高经济效益、挖潜增效的重要作用，其开发与性能测试需要进行大量的实验评价工作，加氢实验是评价催化剂活性、选择性和稳定性的唯一方式，加氢的工艺条件、催化剂及对试验装置的要求会根据原料油性质和目标产品的不同存在差异，例如，按照压力等级可分为低压、中亚、高压及超高压加氢，按照热量可分为吸热、放热、及强放热反应，因此，加氢装置根据工艺过程存在差异，在加氢催化剂的开发与性能评价汇总需要根据实验要求有针对性的建立一套稳定可靠的实验装置。
不饱和烃因富含C2～C5的单烯烃、二烯烃和炔烃中的一种或多种，因不饱和烃容易聚合，不能进行有效的深层次利用，存在较大的经济损失和环境污染，其选择性加氢或全加氢精制过程可有效脱除其中的非理想组分。
低碳不饱和烃的加氢过程多为强放热反应，一般采用Ni，Pd等金属催化剂低温加氢，温度接近室温。但Ni、Pd等金属催化剂所含金属大都为氧化态，而其活性相多为金属态，反应之前需要将催化剂进行高温还原，温度一般高于200℃。不饱和烃加氢反应过程温度前后差异较大，经过高温反应后，需要及时撤热，将反应器温度降至接近室温，以发生加氢反应。同时，不饱和烃加氢反应也是一个放热反应，反应过程中放出的反应热也需要及时撤出。因此，对反应器的散热功能具有较高要求。
目前的现有技术中，多采用两个反应器连接进行不饱和烃加氢反应，例如先在高温反应器中进行催化剂还原反应，然后将反应物质转入低温反应器中，进行加氢反应。但是，此种方法需要转移反应物质，并且需要两个反应器。因此，本领域急需设计一种，可根据实验要求，高低温均可稳定控温的实验装置。
CN203513598U公开了一种轻烃馏分加氢试验装置，为一种包括内层和外层的套管式反应器，内层为反应单元，外层为温度控制单元，分为加热、恒温、冷却三段，每段设有导热油入口和导热油出口，由循环导热油分别为上述三段供热或取热。
CN101927146A公开了一种管壳式固定床反应器系统，包括反应器壳体、反应管和反应器两端管板，在反应器壳体中设置只好2个沿轴向的反应器壳内挡板，将反应器壳体分隔成n个腔体，反应器壳体中的任意一个腔体同时与两个蒸汽包取热系统并联连接。本方法可调节不同腔体的循环水温度。
CN1226850A公开了一种用于催化反应的固定床反应器，包括一个中空的、封闭的反应容器，容器带有一个产品入口和一个产物出口，其中至少一部分容器由冷却套管包围，套管有一个冷却介质入口和一个冷却介质出口。冷却元件设在容器内部并且大体上沿容器的纵向方向延伸。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种不饱和烃加氢反应装置，本发明反应装置除了可对反应器进行加热，还能及时撤出反应器的热量，降低反应器的温度，满足不饱和烃加氢反应催化剂高温还原、加氢低温启动的温度要求，只在一个反应器内就能完成催化剂的高温还原和不饱和烃的低温加氢过程，并能及时撤出加氢过程中的反应热；本发明装置简单，易于操作，并能简化实验过程。
根据本发明的一个方面，提供了一种不饱和烃加氢反应装置，包括：
加热器；
内置于所述加热器中的反应器；
设置于所述加热器与反应管的间隙中的导热器；
所述间隙的一端设置有流体进口，另一端设置有流体出口；
所述导热器包括至少一个外接于所述反应器的金属片。
根据本发明的一个优选实施例，所述反应器用于发生不饱和烃加氢反应，其内设有温度测定装置。
根据本发明的一些实施方式，所述反应器为反应管，所述温度测定装置与所述反应管的轴心位置重合。
在一些具体的实施例中，所述温度测定装置为热电偶，其位于所述反应器内反应物料的中央。
根据本发明的一些实施例，所述间隙为环形间隙。所述反应器内置于所述加热器的中间位置，在所述反应器与所述加热器中间形成环形间隙。
根据本发明的一个优选实施例，所述环形间隙的一端连有流体进口，另一端连有流体出口，通过向所述环形间隙内通入具有一定温度的流体来控制所述反应器的温度。
根据本发明的一些实施方式，所述流体包括气体和液体。
根据本发明的一些实施例，通过所述导热器在所述环形间隙内分隔形成多条通道，流体由所述流体进口进入所述环形间隙，流经所述多条通道后从所述流体出口排出。
在一些具体的实施例中，所述导热器优选为不锈钢片。
根据本发明的反应装置，对于所述金属片的形状和个数没有特别的限定，能在所述环形间隙内形成通道，方便流体的流通，并能将加热器的热量传递给反应器即可。
在一个优选的实施例中，所述导热器为一个金属片，其以螺旋状固定于所述反应器的外表面，其一端连接所述流体进口，另一端连接所述流体出口。流体从流体进口进入，延螺旋状通道流通，然后经由流体出口排出。
在一个优选的实施例中，所述导热器为多个延所述反应管的轴向方向固定的金属片，所述多个金属片在所述环形间隙内形成多个直形通道，所述流体从流体进口进入，在多个直形通道内流通，然后经由流体出口排出。
在一个优选的实施例中，所述导热器为多个金属片，其方向不固定，相邻金属片不相连接，在所述环形间隙内形成多个弯曲通道，所述流体从流体进口进入，在多个弯曲通道内流通，然后经由流体出口排出。
在一个优选的实施例中，所述导热器为多个开口的环形金属片，且多个环形金属片的开口部位不重合，所述流体从流体进口进入，延蛇形方向在通道内流通，然后经由流体出口排出。
根据本发明的一个优选实施例，所述反应装置还包括与所述流体进口连通的流体温度控制装置，用于控制进入所述间隙的流体温度。
经过高温还原反应后，反应器的反应温度较高，可通过向所述环形间隙内通入温度较低的气体或液体，带走热量，并将反应器降低至所需温度。同时，在不饱和烃的加氢反应过程中，会放出大量的热量，通过向所述环形间隙内通入温度较低的气体或液体，也能及时带走反应热，维持反应器温度，保持反应稳定进行。
根据本发明的一些实施例，所述导热器可以焊接等方式固定在所述反应器的外表面，也可以为与所述反应器通过一体成型制造。
根据本发明的一些实施方式，所述导热器的一端与所述反应器的外表面相连接，另一端与所述外层加热器相接触，用于将加热器的热量传递给所述反应器。由于本发明的导热器为金属材质，金属导热性能高，能及时将加热器的热量传递给反应器。
根据本发明的一个优选实施例，所述反应装置还包括与所述加热器连接的加热器温度控制装置，用于控制所述加热器的温度。
本发明不饱和烃加氢反应装置的工作过程和工作原理如下：
在催化剂还原过程中，通过加热器温度控制装置设定温度，使所述加热器加热至设定温度，通过导热器将加热器的热量导入反应器内，反应器内的催化剂发生还原反应，在此过程中，通过温度测定装置监测反应器内的温度；还原反应结束后，加热器停止加热，从流体进口通入一定温度的流体，流体的温度通过流体温度控制装置来控制，使反应器降温并保持在所需温度，反应器内发生不饱和烃的加氢反应；在此过程中，通过流体带走不饱和烃加氢反应过程的反应热，并通过控制流体的温度来控制反应器的温度在稳定范围内。
本发明反应装置不仅适用于不饱和烃加氢反应，还适用于其他反应过程中温度变化较大或反应过程放热较大、需及时撤出反应热等要求的反应。
根据本发明的另一个方面，提供了一种不饱和烃加氢反应的方法，包括在上述的不饱和加氢反应装置中进行所述反应。
根据本发明的一些实施方式，所述方法具体包括：将不饱和烃加氢催化剂原料投入反应器内，安装好温度测定装置；开启加热器温度控制装置，设置所需加热温度，加热器开始工作，产生的热量通过导热器传递给反应器，使反应器内的催化剂发生还原反应；还原反应结束后，关闭加热器，打开流体温度控制装置，设置流体温度，温度较低的流体通过流体进口进入环形间隙内，迅速带走热量，对反应器进行冷却并将温度维持在不饱和烃加氢温度范围内；然后将不饱和烃原料和氢气通入反应器内，进行不饱和烃的加氢反应。
根据本发明的一个优选实施例，所述不饱和烃包括丙烯、丁烯、丁二烯、丁炔等。
根据本发明的一些实施例，所述催化剂包括镍系催化剂、钯系催化剂和铂系催化剂等。
根据本发明的一个优选实施例，所述催化剂还原反应的温度为350-500℃；所述不饱和烃加氢反应的温度为20-100℃。
附图说明
图1为根据本发明一个实施方式的不饱和烃加氢反应装置的剖视图；
图2为根据图1所示的不饱和烃加氢反应装置的俯视图；
图3为根据本发明一个实施方式的不饱和烃加氢反应装置的剖视图；
图4为根据图3所示的不饱和烃加氢反应装置的俯视图；
图5为根据本发明一个实施方式的不饱和烃加氢反应装置的剖视图；
图6为根据图5所示的不饱和烃加氢反应装置的俯视图；
附图标记说明：1、加热器；2、反应器；3、导热器；4、间隙；5、流体进口；6、流体出口；7、温度测定装置；8、流体温度控制装置；9、加热器温度控制装置；10、开口。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
如图1-6所示，本发明不饱和烃加氢反应装置包括加热器1，内置于加热器1中的反应器2和导热器3，导热器3位于加热器1与反应器2的间隙3中。
加热器1可对反应器2进行加热，并通过与其连接加热器温度控制装置9控制加热温度。
反应器2用于发生反应，在本发明实施例中，优选为不锈钢反应管，其内设有温度测定装置7，用于监测反应器内的温度；在本发明实施例中，温度测定装置7优选为热电偶。
间隙4为环形间隙，其一端连有流体进口5，另一端连有流体出口6；流体进口5的另一端与流体温度控制装置8连通，流体温度控制装置8可控制进入间隙的流体温度，然后通过流体进口向所述环形间隙内通入具有一定温度的流体以控制所述反应器的温度。在实施例中，流体包括气体和液体，优选为气体。
导热器3外接于反应器2，与所述反应器的外表面固定连接，其另一端与加热器1相接触，可将加热器1的热量传递给反应器2。
在一些具体实施方式中(如图1、2所示)，导热器3为一个不锈钢片，其以螺旋状固定于所述反应器2的外表面，其一端连接流体进口5，另一端连接流体出口6。流体从流体进口进入，延螺旋状通道流通，然后经由流体出口排出。
在一些具体实施方式中(如图3、4所示)，导热器3为多个延反应管的轴向方向固定的不锈钢片，多个不锈钢片在所述环形间隙内形成多个直形通道，所述流体从流体进口5进入，在多个直形通道内流通，然后经由流体出口6排出。
在一些具体实施方式中(如图5、6所示)，导热器3为多个开口的环形不锈钢片，且多个环形不锈钢片的开口10的位置不重合，所述流体从流体进口5进入，延蛇形方向在通道内流通，然后经由流体出口6排出。
实施例1
将2ml镍系加氢催化剂投入反应器2内，安装好温度测定装置7；开启加热器温度控制装置9，设置所需加热温度450℃，加热器1开始工作，产生的热量通过导热器3传递给反应器2，将氢气通入反应器2，使反应器2内的催化剂发生还原反应；还原反应结束后，通入抑制剂，关闭加热器1，待反应器内温度降至常温后，打开流体温度控制装置8，设置气体的温度为40℃，40℃的气体通过流体进口5进入环形间隙4内，由流体出口6排出，将反应器2内的温度保持在40℃，然后将丁二烯原料(丁二烯含量20％)和氢气通入反应器内，进行不饱和烃的加氢反应，控制气体的流速，将加氢反应放出的热量迅速排出，并将催化剂床层温度维持在39-41℃的范围内；反应过程中，记录反应管内热电偶的读数，数据见表1。
作为选择，本实施例中也可在关闭加热器1之后打开流体温度控制装置8，通过通入温度较低的流体来降低反应器的温度，已达到不饱和烃加氢反应的温度要求。
对比例1
以普通管式固定床反应器进行不饱和烃加氢反应，先将2ml镍系催化剂装入管式固定床反应器，用加热电炉加热催化剂床层至450℃，通入氢气和抑制剂，对催化剂进行活化，催化剂活化后，降至40℃并维持加热电炉在该温度，然后将丁二烯原料(丁二烯含量20％)和氢气通入反应器内，进行不饱和烃的加氢反应，反应过程中，记录反应管内热电偶的读数，数据见表1。
表1
由表1数据比对可知，采用本发明的反应器进行不饱和烃加氢反应，催化剂床层温度保持稳定，有利于加氢反应的进行。而采用普通管式反应器进行不饱和烃加氢反应时，催化剂床层温升很高，容易导致催化剂表面反应太过剧烈而结焦失活。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的结构、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的装置和应用。

Claims (10)

1.一种不饱和烃加氢反应装置，包括：
加热器；
内置于所述加热器中的反应器；
设置于所述加热器与反应管的间隙中的导热器；
所述间隙的一端设置有流体进口，另一端设置有流体出口；
所述导热器包括至少一个外接于所述反应器的金属片。
2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述反应器用于发生不饱和烃加氢反应，其内设有温度测定装置。
3.根据权利要求1或2所述的反应装置，其特征在于，所述反应器为反应管，所述温度测定装置与所述反应管的轴心位置重合。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的反应装置，其特征在于，所述间隙为环形间隙。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的反应装置，其特征在于，所述环形间隙的一端设置有流体进口，另一端设置有流体出口，通过向所述环形间隙内通入具有一定温度的流体来控制所述反应器的温度。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的反应装置，其特征在于，所述导热器的一端与所述反应器的外表面相连接，另一端与所述外层加热器相接触，用于将加热器的热量传递给所述反应器。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的反应装置，其特征在于，通过所述导热器在所述环形间隙内分隔形成多条通道，流体由所述流体进口进入所述环形间隙，流经所述多条通道后从所述流体出口排出。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置还包括与所述加热器连接的加热器温度控制装置，用于控制所述加热器的温度。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置还包括与所述流体进口连通的流体温度控制装置，用于控制进入所述间隙的流体温度。
10.一种不饱和烃加氢反应方法，包括在权利要求1-9中任一项所述的反应装置中进行所述反应。
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刘纪福: "《翅片管换热器的原理与设计》", 30 April 2013 *

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