CN113750913A - 用于氢甲酰化反应的反应系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于氢甲酰化反应的反应系统，所述反应系统至少包括反应釜，所述反应釜包括釜体、文丘里喷射器和气体分布板；所述气体分布板设于所述釜体内，且将所述釜体分隔形成气液接触反应腔和气体物料室；所述文丘里喷射器位于釜体的顶部，且所述文丘里喷射器的物料出口位于所述气液接触反应腔内；所述气液接触反应腔的底部连接有反应物料出口通道；所述气体物料室连通有气体进料入口通道。本申请中反应系统用于氢甲酰化反应能够增大气液的接触面积且不断更新，增强了传质效果，其在能够提高反应转化率，大大缩短反应时间，并且反应能够连续进行。
Description
技术领域
本发明涉及化学反应制备领域，特别是涉及一种用于氢甲酰化反应的反应系统。
背景技术
烯烃氢甲酰化反应是指一氧化碳和氢与烯烃在催化剂的存在和压力下生成比原来所用烯烃多一个碳原子的脂肪醛的过程，所以又称“醛化(反应)”或“氢甲酰化反应”。
烯烃氢甲酰化反应中，催化剂水溶液、CO/H2、产物醛形成气液液三相，故反应采用了浆态床反应器。
中国专利CN 111217686 A中介绍了文丘里喷射器式反应器，优点是巧妙地运用静压能及动能的转化实现反应气体的循环，降低了能耗；缺点是参与反应的循环气和新鲜气的摩尔比不高。
中国专利CN 208554115 U中介绍了管壳式氢甲酰化反应器，该反应器打破传统反应器对气液两相传质、传热速率的局限，提高了传热、传质效率，但对于高碳醛来说，在靠近管壁的地方容易结晶析出堵塞管道。
中国专利CN 210560168 U中介绍了下喷自吸式反应器，原理同专利CN 111217686A，在此基础上增加了底部气体分布管，新鲜补充氢与循环氢部分被吸入顶端的喷射器，部分进入釜底的气体分布器，在一定程度上弥补了循环气量有限的缺陷，但环形分布器仍存在气体分布不均的状况。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于氢甲酰化反应的反应系统，其具有高效传热传质的特点，用于解决现有技术中氢甲酰化反应用反应器存在的上述问题，如文丘里喷射器式气体循环量有限、环形气体分布板气体分配不均匀等，这些问题的存在使氢甲酰化反应釜的传热、传质效率低，反应时间延长。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过包括如下技术方案实现的。
本发明提供一种用于氢甲酰化反应的反应系统，所述反应系统包括反应釜，所述反应釜包括釜体、文丘里喷射器和气体分布板；所述气体分布板设于所述釜体内，且将所述釜体分隔形成气液接触反应腔和气体物料室；所述文丘里喷射器位于釜体的顶部，且所述文丘里喷射器的物料出口位于所述气液接触反应腔内；所述气液接触反应腔的底部连接有反应物料出口通道；所述气体物料室连接有气体物料入口通道。
优选地，所述文丘里喷射器包括依次相通的进口段、喷嘴、混合段和扩散段；所述进口段和喷嘴的外周环设有气室，所述气室与所述混合段连通。
优选地，所述反应系统还包括反应液进料通道，所述反应液进料通道与所述文丘里喷射器的物料入口连通。更优选地，所述反应液进料通道与所述文丘里喷射器的进口段连通。
优选地，所述反应系统还包括反应液循环通道，所述反应液循环通道的一端与所述液体物料出口通道连通，另一端与所述文丘里喷射器的物料入口连通。更优选地，反应液循环组件的另一端与所述文丘里喷射器的进口段连通。
更优选地，所述反应液循环通道上还设有循环泵和/或冷凝器。
更优选地，所述反应液循环通道上还连接有储料通道。所述储料通道用于将所述循环过程中的部分反应液进行存储备用。
优选地，还包括中心气体通道，所述中心气体通道与所述气体分布板连接，且所述气体进料入口通道通过中心气体通道与所述气液接触反应腔连通。
优选地，与气体物料室连通的气体进料入口通道上还设有压缩机。
优选地，与气液接触反应腔连通的气体进料入口通道上还设有压缩机。
优选地，所述气液接触反应腔的顶部还连通有循环气出口通道，所述循环气出口通道与设有压缩机的所述气体进料入口通道连通。
优选地，所述中心气体通道在一端分成若干个分支通道，若干个所述分支通道的末端与所述气体分布板连接。
更优选地，所述分支通道连接在所述气体分布板的同一高度上，且相邻的两个分支通道之间的夹角相同。
优选地，沿着由上至下方向，所述气体分布板为减缩型结构。更优选地，所述气体分布板的轮廓呈圆锥形或者圆台形。更优选地，所述气体分布板与水平面的夹角不超过45°。
如上所述，本发明的反应系统，具有以下有益效果：
本申请中反应系统用于氢甲酰化反应能够增大气液的接触面积且不断更新，增强了传质效果，其在能够提高反应转化率，大大缩短反应时间，并且反应能够连续进行。
附图说明
图1显示为本发明的用于氢甲酰化反应的反应系统的结构示意图。
图1中附图标记说明如下：1为釜体、2为文丘里喷射器、3为气体分布板、11为气液接触反应腔、12为气体物料室、4为反应物料出口通道、5为气体进料入口通道、51为循环气出口通道、52第一进气段、53第二进气段、6为反应液进料通道、7为反应液循环通道、71为循环泵、72为冷凝器、73为储料通道、8为中心气体通道、9为压缩机、10为循环气出口通道。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，提供了一种具体的用于氢甲酰化反应的反应系统，所述反应系统至少包括反应釜，所述反应釜包括釜体1、文丘里喷射器2和气体分布板3；所述气体分布板3设于所述釜体1内，且将所述釜体1分隔形成气液接触反应腔11和气体物料室12；所述文丘里喷射器2位于釜体1的顶部，且所述文丘里喷射器2的物料出口位于所述气液接触反应腔11内；所述气液接触反应腔11的底部连接有反应物料出口通道4；所述气体物料室12连通有气体进料入口通道5。在图1中具体通过图1中第一进气段52与气体物料室12连通，使得气体进入气体物料室。
在一个优选的实施方式中，所述文丘里喷射器2包括依次相通的进口段、喷嘴、混合段和扩散段；所述进口段和喷嘴的外周环设有气室，所述气室与所述混合段连通。
在一个优选的实施方式中，所述反应系统还包括反应液进料通道6，所述反应液进料通道6与所述文丘里喷射器2的物料入口连通。更优选地，所述反应液进料通道6与所述文丘里喷射器2的进口段连通。
在一个优选的实施方式中，所述反应系统还包括反应液循环通道7，所述反应液循环通道7的一端与所述反应物料出口通道4连通，另一端与所述文丘里喷射器2的物料入口连通。更优选地，反应液循环通道7的另一端与所述文丘里喷射器2的进口段21连通。
在一个优选的实施方式中，所述反应液循环通道7上还设有循环泵71和/或冷凝器72。
在一个优选的实施方式中，所述反应液循环通道7上还连通有储料通道73。所述储料通道73用于将所述循环过程中的部分反应液进行存储备用。
在一个优选的实施方式中，所述气体进料入口通道5的出气端还与所述文丘里喷射器2连通。
在一个优选的实施方式中，所述反应系统还包括中心气体通道8，所述中心气体通道8与所述气体分布板3连接，且所述气体进料入口通道5还通过中心气体通道8与所述气液接触反应腔11连通。具体如图1所示的第二进气段53通过中心气体通道8与所述气液接触反应腔11连通。
在一个优选的实施方式中，与气体物料室12连通的气体进料入口通道上还设有压缩机10。
在一个优选的实施方式中，与气液接触反应腔11连通的气体进料入口通道上还设有压缩机10。
在一个优选的实施方式中，所述气液接触反应腔11的顶部还连通有循环气出口通道51，所述循环气出口通道51与设有压缩机的所述气体进料入口通道5连通。
在一个优选的实施方式中，所述中心气体通道8在一端分成若干个分支通道，若干个所述分支通道的末端与所述气体分布板3连接。
更优选地，分支通道连接在所述气体分布板3的同一高度上，且相邻的两个分支通道之间的夹角相同。
优选地，沿着由上至下方向，所述气体分布板3为减缩型结构。更优选地，所述气体分布板3的轮廓呈圆锥形或者圆台形。更优选地，所述气体分布板3与水平面的夹角不超过45°。
在使用时，通过反应液进料通道6将反应液加入气液接触反应腔11，位于气液接触反应腔11中的反应液经反应物料出口通道4进入反应液循环通道7，通过循环泵71提压后经文丘里喷射器2喷射，反应循环液产生极高的流速，在喷嘴22周围形成压力降，而将气室25供应的部分循环和新鲜进料的混合气吸入气室，然后在混合段23内充分混合形成湍流，并不断地进行反应。产物在扩散段24内流速又开始缓缓降低，利用动能转化的静压力将产物送出去，此部分气体因不需要压缩机等动设备提压即可自行吸入大量气体，降低了能耗。并且物料在喷嘴22喷出后经历了形成射流区、混合震荡区及泡沫区，即气相由连续相变为分散相，液相仍为连续相，在混合段23中，将由射流突变为泡沫流，气流呈泡状分散于液体中，此时气液相处于高度混合状态，其接触面大大增加且不断更新，使得传质极为迅速，对扩散控制的气-液相反应非常有利，可大大降低反应时间。
本申请中，通过对气体进料入口通道5、循环气出口通道51、第一进气段52、第二进气段53中的气体流量的控制以及对气体分布板3上孔的开孔大小和开孔率的控制、使得气体物料室12中的气体物料能够通过气体分布板3中的孔进入气液接触反应腔11，而气液接触反应腔11中的液体不会漏到气体物料室12中。
结合本申请中的反应气和反应液的循环通道及设计，使得气液两相充分混合，增大了气液的接触面积且不断更新，而且能够使得反应连续进行。
与现有技术中浆态床反应釜相比，达到相同的转化率及直异比保持≥17的前提下，反应时间大大缩短，优选地＜2小时。
以下为采用图1所示的氢甲酰化反应的反应系统，其具体结构及参数如下：
反应系统的结构设计：釜体1的高度300mm，直径150mm。文丘里式喷射器2的喷嘴22的直径约7mm，喷嘴22到混合段23入口距离＞50mm且＜100mm，混合段23与扩散段24的长度大于150mm。气体分布板3为圆锥形，气体分布板3与水平面夹角45°，气体分布板3上的开孔孔径Φ4～5mm，开孔率＜1％。
进行反应的条件：反应温度：100℃，反应压力为3.1MPa(A)；反应器进料口条件：催化剂水溶液进料流量：1m3/小时；高碳烯烃进料流量：0.5m3/小时；CO+H2进料流量：3Nm3/小时；CO:H2的摩尔比1:1。
出料口处出料结果：高碳烯烃转化率：95％；产物选择性：≥80％。
本实施例以95％的高碳烯烃转化率及≥80％的产物选择性实现了高碳烯烃氢甲酰化反应制备高碳醛的生产过程。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种用于氢甲酰化反应的反应系统，其特征在于，所述反应系统至少包括反应釜，所述反应釜包括釜体(1)、文丘里喷射器(2)和气体分布板(3)；所述气体分布板(3)设于所述釜体(1)内，且将所述釜体(1)分隔形成气液接触反应腔(11)和气体物料室(12)；所述文丘里喷射器(2)设于釜体(1)的顶部，且所述文丘里喷射器(2)的物料出口位于所述气液接触反应腔(11)内；所述气液接触反应腔(11)的底部连接有反应物料出口通道(4)；所述气体物料室(12)连通有气体物料入口通道(5)。
2.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述文丘里喷射器(2)包括依次相通的进口段、喷嘴、混合段和扩散段；所述进口段和喷嘴的外周环设有气室，所述气室与所述混合段连通；和/或，沿着由上至下方向，所述气体分布板(3)为减缩型结构。
3.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述反应系统还包括反应液进料通道(6)，所述反应液进料通道(6)与所述文丘里喷射器(2)的物料入口连通；和/或，所述反应系统还包括反应液循环通道(7)，所述反应液循环通道(7)的一端与所述反应物料出口通道(4)连通，另一端与所述文丘里喷射器(2)的物料入口连通。
4.根据权利要求3所述的反应系统，其特征在于，所述反应液循环通道(7)上还设有循环泵(71)和/或冷凝器(72)；和/或，所述反应液循环通道(7)上还连通有储料通道(73)。
5.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述气体进料入口通道(5)的出气端还与所述文丘里喷射器(2)连通。
6.根据权利要求5所述的反应系统，其特征在于，还包括中心气体通道(8)，所述中心气体通道(8)与所述气体分布板(3)连接，且所述气体进料入口通道(5)通过中心气体通道(8)与所述气液接触反应腔(11)连通。
7.根据权利要求5或6所述的反应系统，其特征在于，与气体物料室(12)连通的气体进料入口通道上还设有压缩机(10)；和/或，与气液接触反应腔(11)连通的气体进料入口通道上还设有压缩机(10)。
8.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述气液接触反应腔(11)的顶部还连通有循环气出口通道(51)，所述循环气出口通道(51)与设有压缩机的所述气体进料入口通道连通。
9.根据权利要求6所述的反应系统，其特征在于，所述中心气体通道(8)在一端分成若干个分支通道，若干个所述分支通道的末端与所述气体分布板(3)连接。
10.根据权利要求9所述的反应系统，其特征在于，所述分支通道连接在所述气体分布板(3)的同一高度上，且相邻的两个分支通道之间的夹角相同。
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