CN114505017A - 一种烯烃水合反应装置及烯烃水合方法 - Google Patents

一种烯烃水合反应装置及烯烃水合方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种烯烃水合反应装置及烯烃水合方法。所述的烯烃水合反应装置包括微通道混合设备I、微通道混合设备II和烯烃水合反应器。烯烃水合方法如下：将水烯比≥1的烯烃相和水相经微通道混合设备I混合形成混合物料I，作为主反应物料由烯烃水合反应器底部进入，将水烯比＜1的烯烃相和水相经微通道混合设备II混合形成混合物料II，作为强化传质物料引入反应器内，混合物料I和II在催化剂床层发生烯烃水合反应，反应产物由反应器顶部出口流出，进入下一分离单元。本发明通过改善烯烃和水的混合状态以及混合进料方式，强化整个反应过程的传质，改善烯烃水合反应速率和原料单程转化率，降低水烯比，提高烯烃水合装置的生产效率。

Description

一种烯烃水合反应装置及烯烃水合方法
技术领域
本发明属于有机化工技术领域，具体地说涉及一种烯烃水合反应装置及烯烃水合方法。
背景技术
烯烃水合工艺是液（烯烃）-液（水）-固（催化剂）三相催化反应，因此反应速率及转化率受液-液传质的影响很大。而烯烃和水两液相的相互溶解度较小，制约了烯烃水合工艺的反应效率及产能。烯烃水合反应中，以环己烯水合制环己醇、正丁烯水合仲丁醇、异丁烯水合制备叔丁醇、异戊烯水合制叔戊醇为典型的、重要的烯烃水合反应。
在环己烯水合制环己醇过程中，目前工业上使用的环己烯直接水合生产装置的反应器形式是二级串联全混釜反应器，单程转化率较低（一般＜10%），造成大量未反应的环己烯与环己醇多次循环精馏分离，能耗较高。
CN109651081A提出了一种环己烯水合制备环己醇的反应精馏方法及其装置，该方法在反应液中加入相转移催化剂，使环己烯、水、催化剂和相转移催化剂形成浆态状溶液，在反应精馏塔内发生环己烯水合反应生成环己醇，反应精馏法虽然从理论上可以大大的提高环己烯的转化率，降低系统能耗，但水合反应速率慢。US3257469使用极性有机溶剂用来增加烯烃与水的互溶性，通过增大反应物分子向催化剂表面的扩散速度和产物向溶剂中的扩散速度，从而提高碳五烯烃的转化率。US4182920采用三级烯烃水合反应器，反应温度为30～80℃，反应压力为0.46～1 .4MPa（绝压），水/戊烯的重量比范围为0.59～1.18，丙酮/戊烯的重量比范围为4.18～7.85，反应速率仍然很慢。
异丁烯水合制备叔丁醇过程中，异丁烯等烃类与水的相互溶解度小，在以液态混合时，容易形成两液相。异丁烯水合的关键技术在于使碳四混烃与水形成均匀分散体或者溶液，以提高反应的转化率。CN1304917A采用异丁烯与水逆流进料的方法进塔、并且产物叔丁醇连续出塔的操作方式，以提高两相浓度差，提高反应速率和异丁烯转化率，但是该方法存在水比大、空速小、催化剂成型困难等问题。CN02151547.6提供了一种以含异丁烯的混合碳四为原料，通过水合反应制备叔丁醇的方法，在非离子型表面活性剂和催化剂存在下，混合碳四馏分中的异丁烯与水在催化蒸馏塔中反应生成叔丁醇。本发明提供的叔丁醇制备方法大大提高了异丁烯的转化率及叔丁醇选择性，降低了生产叔丁醇的成本。CN98812676.1提供了一种生产叔丁醇的方法中，为了增加混合碳四与水的互溶性，在反应原料中加入了叔丁醇，反应的转化率可以达到80-90%，该方法依靠离心泵的作用将叔丁醇、水和液相碳四烃三相强制混合，促进溶解，但实际采用离心泵的方法进行强制混合，也只是相间宏观混合，很难在微观上混合均匀。
综上所述，对于烯烃水合反应（一般为环己烯水合制环己醇、正丁烯水合仲丁醇、异丁烯水合制备叔丁醇、异戊烯水合制叔戊醇），烯烃与水的互溶性大大影响了传质反应速率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种烯烃水合反应装置及烯烃水合方法，本发明通过改善烯烃和水的混合状态以及混合进料方式，强化整个反应过程的传质，改善烯烃水合反应速率和原料单程转化率，降低水烯比，提高烯烃水合装置的生产效率。本发明中所述的水烯比均为水相与烯烃相的质量比。
本发明的烯烃水合反应装置，包括微通道混合设备I、微通道混合设备II和烯烃水合反应器；
所述的微通道混合设备I为管壳式结构，壳体内部设置无机膜管束；无机膜管束入口端与水相管线连通，陶瓷膜管束外部的壳内空腔与烯烃相管线连通，无机膜管束出口端为混合物料I出口；微通道混合设备I用于烯烃相和水相形成混合物料I，烯烃相由壳内空腔经无机膜管管壁孔道扩散至无机膜管内水相中，在管内高流速水相的剪切力作用下二者形成均一的混合物料I，作为主反应进料；其中水烯比< 1；
所述的微通道混合设备II包括微通道组件和壳体，微通道组件固定于壳体内，壳体一端设置入口，用于烯烃相和水相进料，另一端设置混合物料II出口；微通道组件包含多个堆叠的薄片以及相邻薄片夹缝间填充的亲油性纤维丝和亲水性纤维丝，纤维丝与纤维丝间构成若干微通道，纤维丝通过薄片夹紧固定；微通道混合设备II用于烯烃相和水相形成混合物料II，烯烃相和水相在微通道混合设备II内，经纤维丝切割混合形成混合物料II；其中水烯比≥1；
所述的烯烃水合反应器底部设置进料口，顶部设置出料口，侧部设置强化传质物料入口，反应器内设置若干催化剂床层，强化传质物料入口设置在反应器内任意位置，优选以更加方便实施的方式设置在相邻两层催化剂床层之间；催化剂床层填装烯烃水合催化剂。微通道混合设备I的混合物料I出口经管线与进料口连接，微通道混合设备II的混合物料II出口与强化传质物料入口连接。
本发明装置中，微通道混合设备I和微通道混合设备II的个数可以根据实际需要进行设置，一般设置1~3个满足反应需要即可。本发明装置中，所述的微通道混合设备I的无机膜管束可以为陶瓷膜、金属膜、金属/陶瓷复合膜、合金膜、分子筛复合膜、沸石膜或玻璃膜等中的一种或多种；无机膜管管壁上的孔径为10nm~1μm；混合物料I中烯烃相的粒径大小d1为100～900μm，优选300~500μm。
本发明装置的微通道混合设备II中，壳体内微通道组件沿夹缝方向分为进料端和出料端，物料入口与进料端之间设置进料分布空间，物料出口与出料端之间设置出料分布空间，除进料端和出料端外，微通道组件其余各端均与壳体密封连接。
所述的微通道组件，包含多个堆叠的薄片以及相邻薄片夹缝间填充的亲油性纤维丝和亲水性纤维丝，纤维丝与纤维丝间构成若干微通道，纤维丝通过薄片夹紧固定；所述相邻薄片夹缝间填充的亲油性纤维丝和亲水性纤维丝的数量比例为1:50~1:1；所述纤维丝可以单层或多层排布，优选1~50层，更优选为1~5层，优选任意一层中的亲水性纤维丝均匀分布于亲油性纤维丝间；优选任意一层中亲油性纤维丝和亲水性纤维丝的数量比例为1:50~1:1。当为多层排布时，优选相邻两层纤维丝沿薄片垂直方向的投影为网状结构；网状结构中的网格形状可以为任意形状，如多边形、圆形、椭圆形等中的一种或多种组合；每层纤维丝中，相邻纤维丝的间距一般为0.5μm～50μm，优选等间距排布，纤维丝沿薄片表面横向、纵向或斜向等任意一种；所述的纤维丝可以为任意曲线形状，优选周期性变化的曲线形状，如波浪形、锯齿形等，优选同一层的纤维丝的形状相同，更优选所有层的纤维丝的形状都相同。
所述的微通道组件中，纤维丝的直径一般为0.5~50μm，优选为0.5~5μm，更优选为0.5~1μm。所述的亲油性纤维丝一般选自聚酯纤维丝、尼龙纤维丝、聚氨酯纤维丝、聚丙烯纤维丝、聚丙烯腈纤维丝和聚氯乙烯纤维丝中的至少一种，或选自表面经过物理或化学方法亲油处理的纤维丝；所述的亲水性纤维丝一般选自主链或侧链含有羧基（-COOH）、酰胺基（-CONH-）、氨基（-NH2-）、或羟基（-OH）等亲水性基团的高分子聚合物，且含有的亲水性基团数目越多，亲水性越好，常用的如丙纶纤维、聚酰胺纤维、丙烯酸纤维，或选自材料经过物理或化学方法亲水处理的纤维丝。
所述的微通道组件中，薄片厚度一般为0.05mm~5mm，优选0.1～1.5mm。薄片的材质一般根据过流物料性质、操作条件而定，可以为金属、陶瓷、有机玻璃、聚酯等材料中的任意一种，优选金属中的不锈钢（SS30403、SS30408、SS32168、SS31603）材料。薄片的形状可以为长方形、正方形、多边形、圆形、椭圆形、扇形、等任意一种，优选长方形或正方形。薄片的尺寸和数量可以根据反应实际需要进行设计调整。
本发明装置中，所述的烯烃水合反应器为固定床反应器，可以根据需要设置1个或多个，反应器之间并联或串联；每个反应器设置至少1个催化剂床层，优选1~4个；至少引入一股由微通道混合设备II形成的混合物料作为强化传质物料。
本发明同时提供一种烯烃水合方法，包括如下内容：将水烯比≥1的烯烃相和水相经微通道混合设备I混合形成混合物料I，作为主反应物料由烯烃水合反应器底部进入；将水烯比＜1的烯烃相和水相经微通道混合设备II混合形成混合物料II，作为强化传质物料引入反应器内，混合物料I和混合物料II在催化剂床层发生烯烃水合反应，反应产物由反应器顶部出口流出，进入下一分离单元。
本发明方法中，微通道混合设备I的操作条件一般如下：温度为常温～250℃，压力为1.0～10.0MPaG；微通道混合设备II的操作条件一般如下：温度为常温～200℃，压力1.0～10.0MPaG。
本发明方法中，所述的烯烃相一般为乙烯、丙烯、正丁烯、异丁烯、异戊烯或环己烯等中的任意一种。
本发明方法中，所述的烯烃水合反应器一般采用下进上出形式，有利于烯烃和水两相的均匀接触传质。
本发明方法中，所述的烯烃水合反应的总水烯比根据发生烯烃水合反应的烯烃类型和反应的难易程度而定；所述的微通道混合设备I中，水烯质量比一般为2:1～20:1，适当高的水烯比可以保证水合过程的传质反应速率，但反应器体积更大，这里只要维持反应器中的水相大于烯烃相即可；所述的微通道混合设备II中，水烯质量比一般为1:20～1:1，该物料中的水烯比较低，即烯烃的比例含量较高，作为强化传质物料可以迅速突破相界面而传递至催化剂表面来补充反应消耗掉的烯烃，使催化剂表面始终保持有大量的富含烯烃分子的烯烃/水均一相，从而提高烯烃水合反应的单程转化率。
本发明方法中，所述的微通道混合设备I形成的混合物料I中，烯烃液滴的粒径d1为100～900μm，优选分散均匀度≥80%，此时，进入反应器催化剂床层发生反应时，能够保持烯烃/水两相在反应停留时间内不发生相的分离，改善传质反应速率，达到较好的反应效果和烯烃原料单程转化率；微通道混合设备II形成的混合物料II中，烯烃液滴的粒径d2为小于100μm，优选0.1~50μm，作为强化传质物料引入催化剂床层之间时，由于烯烃粒径小、烯烃分子密集，在经过催化剂颗粒时烯烃分子能够迅速突破相界面传递至催化剂表面，起到进一步强化反应传质的目的。
本发明方法中，所述的混合物料II的加入量为反应器总物料（烯烃相和水相总量）的1wt%～30wt%；混合物料II的分为多股加入时，优选沿物料在反应器内流动方向上各股加入量逐渐增加。当然，沿反应器内物料流动方向水烯比也可以降低或不变。这里，随着烯烃水合反应的进行，烯烃分子尤其是催化剂表面的烯烃分子逐渐被消耗，反应过程的传质推动力逐渐减小，而由于反应器内水量远远大于烯烃相，所以烯烃分子浓度低导致催化剂表面的烯烃分子逐渐减少，所以通过催化剂床层间补充烯烃含量高的强化传质物料，能够迅速突破相界面而传递至催化剂表面来及时补充反应消耗掉的烯烃，从而保持较高的反应速率。
本发明方法中，烯烃水合反应器的催化剂床层内一般可以采用具有酸催化功能的催化剂，如矿物酸、苯磺酸、离子交换树脂、分子筛等类型的催化剂。
本发明方法中，烯烃水合反应条件一般为：温度80～250℃，压力1.0～10.0MPaG，空速为0.1～3.0h-1，根据烯烃原料不同所需要的反应条件不同。
现有技术中采用常规的烯烃/水混合方法、混合设备或具有混合功能的组件进行混合时，存在混合不均匀、状态不稳定、容易分相的问题，从而使烯烃水合的传质速率较低，因此即使在较高的水烯比时的单程转化率也很低，尤其对于正丁烯水合来说，采用常规反应器的单程转化率只有6%～8%。本发明的烯烃水合装置及反应方法中，通过微通道混合设备I，将大部分烯烃与水以一定比例进行微观混合，使反应进料在反应器内反应过程中能够保持两相均一、不分相，在此情况下同时保持反应器内为水相大于烯烃相，从而实现反应器内烯烃相与水相的连续传质；然后再通过微通道混合设备II，将部分烯烃与水以另一种比例进行微观混合，使形成的混合物料I中烯烃相的液滴尺寸（d1）小于混合物料II中烯烃相的液滴尺寸（d2），混合物料I中的烯烃相液滴密集度＜混合物II料中的烯烃相液滴密集度，因此当将含有更高密集度的烯烃相的混合物料II引入催化剂床层时，可以快速突破相界面、迅速补充反应消耗掉的烯烃相，起到强化传质的目的，改善烯烃水合反应速率和原料单程转化率，有利于降低水烯比，减少反应器数量或反应停留时间，提高烯烃水合装置的生产效率。这里，烯烃相液滴密集度是指单位体积内分散在水相中的烯烃微液滴的数量。同时，微通道混合设备II中的微通道组件的特殊结构，相邻薄片夹缝间填充一定比例的金属纤维丝，能够将烯烃和水混合进料中的水沿纤维丝表面粘附、铺展，反复被纤维丝强制切割为微米级尺寸粒子，混合充分的物料含有密集烯烃液滴的、更小尺寸烯烃液滴作为强化传质物料，可以快速突破相界面、迅速补充反应消耗掉的烯烃相，起到强化传质的目的，降低水烯比。
附图说明
图1是本发明的烯烃水合反应装置的的示意图。
图2为微通道混合设备II内微通道组件的示意图。
其中，1为烯烃相I，2为水相I，3为微通道混合设备I，4为为管壳式无机膜混合器的壳体，5为无机膜管束，6为无机膜管束外的壳体空间，7为混合物料I，8为烯烃相II，9为水相II，10为微通道混合设备II，11为微通道组件，12为微通道壳体，13为微通道薄片，14为微通道薄片间的夹缝，15为亲水性纤维丝，16为亲油性纤维丝，17为混合物料II， 18为引入第一、第二催化剂床层间的强化传质物料，19为引入第二、第三催化剂床层间的强化传质物料，20为引入第三、第四催化剂床层间的强化传质物料，21为烯烃水合反应器，22为第一催化剂床层，23为第二催化剂床层，24为第三催化剂床层，25为第四催化剂床层，26为第一催化剂床层进料分布器，27为第二催化剂床层进料分布器，29为第三催化剂床层进料分布器，29为第四催化剂床层进料分布器，30为烯烃水合反应产物。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明进行详细说明，但不因此限制本发明。
以附图1为例说明本发明的烯烃水合反应装置及烯烃水合方法：
首先将烯烃相1和水相2以水烯比≥1的比例引入通道混合设备I 3，形成混合物料I 7，其中烯烃相1引入微通道混合设备I3的壳体空间6，水相2引入相3的无机膜管束5内，烯烃相1经无机膜管管壁由管外渗透至管内，在水的高速剪切作用下二者发生强制混合，形成混合物料I 7，作为主反应物料进入烯烃水合反应器21，在催化剂床层发生反应；另一部分烯烃相II 8和水相II 9以水烯比＜1的比例引入通道混合设备II，在经过微通道混合设备II 10中设置的微通道组件11内微通道薄片13间的夹缝14，被夹缝14间填充的亲水性纤维丝15和亲油纤维丝16多次连续切割后，形成混合物料II 17，分别作为第一/第二催化剂床层间的强化传质物料18、第二/第三催化剂床层间的强化传质物料19、第三/第四催化剂床层间的强化传质物料20引入烯烃水合反应器21的催化剂床层间，使该强化传质物料能够迅速补充反应过程中消耗掉的烯烃分子，从而起到强化传质的目的，完成烯烃水合反应的物料作为反应产物30离开。
将本发明的烯烃水合反应器分别应用于丙烯、正丁烯水合、异丁烯水合、环己烯水合反应中。具体反应条件见对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例 5、实施例6。烯烃原料为市售，具体性质分别见表1、表2、表3。其中，丙烯水合采用的催化剂为丹东明珠特种树脂有限公司生产的DIAP型催化剂，正丁烯水合采用的催化剂为丹东明珠特种树脂有限公司生产的DNW-II型催化剂，异丁烯水合采用的催化剂为丹东明珠特种树脂有限公司生产的DT-017型催化剂，环己烯水合采用的催化剂为amberlyst 36型树脂催化剂。
表1 丙烯原料组成
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表2 正丁烯原料组成
Figure 905341DEST_PATH_IMAGE002
表3异丁烯原料组成
Figure DEST_PATH_IMAGE003
对比例1
以表1中的丙烯为原料，与水在催化剂作用下发生正丁烯水合反应制备异丙醇。丙烯原料与水通过常规的静态混合器，型号为SL-1.6/25-10.0-200，二者混合物料进入丙烯水合反应器发生水合反应。混合条件如下：温度为155℃，压力为8.0MPa。反应器采用普通的上流式反应器，反应器内设置三段催化剂床层，每段催化剂床层的入口都设置分布筛板，筛板孔径为3mm。将烯烃/水混合物料从反应器底部引入烯烃水合反应器，经分布筛板沿反应器截面均匀分布后，进入催化剂床层发生烯烃水合反应，最终由反应器顶部出料口离开烯烃水合反应器。
以表1的丙烯为原料，经丙烯水合反应器得到反应产物，反应条件、停留时间及原料转化率见表4。
对比例2
以表2中的正丁烯为原料，与水在催化剂作用下发生正丁烯水合反应制备仲丁醇。正丁烯原料与水通过常规的静态混合器，型号为SL-1.6/25-10.0-250，连续三次混合，混合物料进入正丁烯水合反应器发生水合反应。混合条件如下：温度为175℃，压力为8.0MPa。反应器采用普通的上流式反应器，反应器内设置四段催化剂床层，每段催化剂床层的入口都设置分布筛板，筛板孔径为2mm。将正丁烯/水混合物料从反应器底部引入烯烃水合反应器，经分布筛板沿反应器截面均匀分布后，进入催化剂床层发生烯烃水合反应，最终由反应器顶部出料口离开烯烃水合反应器。
以表2的正丁烯为原料，经正丁烯水合反应器得到反应产物，反应条件、停留时间及原料转化率见表4。
对比例3
以表3中的异丁烯为原料，与水在催化剂作用下发生异丁烯水合反应制备叔丁醇。异丁烯原料与水通过常规的静态混合器，型号为SL-1.6/25-5.-200，二者混合物料进入异丁烯水合反应器发生水合反应。混合条件如下：温度为105℃，压力为2.6MPa。反应器采用普通的上流式反应器，反应器内设置两段催化剂床层，每段催化剂床层的入口都设置分布筛板，筛板孔径为3mm。将异丁烯/水混合物料从反应器底部引入烯烃水合反应器，经分布筛板沿反应器截面均匀分布后，进入催化剂床层发生烯烃水合反应，最终由反应器顶部出料口离开烯烃水合反应器。
以表3的异丁烯为原料，经异丁烯水合反应器得到反应产物，反应条件、停留时间及原料转化率见表4。
实施例1
以表1中的丙烯为原料，与水在催化剂作用下发生丙烯水合反应制备异丙醇。将水烯质量比以12:1的比例引人通道混合设备I形成混合物料I，作为主反应物料进入烯烃水合反应器，在催化剂床层发生反应；将水烯质量比以1:7.5的比例经微通道混合设备II形成混合物料II，作为强化传质物料引入催化剂床层间，对烯烃水合反应过程进行强化，反应流出物离开反应器，进入下一分离单元。
反应器采用本发明的反应器，下进上出，反应器内设置三段催化剂床层，第一/第二催化剂床层间、第二/第三催化剂床层间分别引入一股强化传质混合物料II，混合物料II的加入量为反应器总物料（烯烃相和水相总量）的3.6wt%，第一/第二催化剂床层间、第二/第三催化剂床层间引入的混合物料II比例为1:1.5。微通道混合设备II中，微通道混合组件中的薄片采用不锈钢材质，薄片厚度为1.2mm，薄片夹缝间填充5层直径为5μm的金属纤维丝和1层直径为5μm的陶瓷纤维丝，纤维丝等间距排布，间距为1μm。纤维丝为波浪线周期性变化的曲线形状。微通道混合设备I的操作条件如下：温度为150℃，压力为7.5MPaG；微通道混合设备II的操作条件如下：温度为125℃，压力7.0MPaG。
以表1的丙烯为原料，丙烯水合反应条件、停留时间及原料转化率见表4。
实施例2
本实施例中，反应原料、反应器结构、反应过程、微通道混合设备I的操作条件、微通道混合设备II的操作条件同实施例1。与实施例1不同的是，本实施例采用更加缓和的反应条件。反应条件、停留时间及原料转化率见表4。
实施例3
以表2中的正丁烯为原料，与水在催化剂作用下发生正丁烯水合反应制备仲丁醇。将水烯质量比以3:1的比例引人通道混合设备I形成混合物料I，作为主反应物料进入烯烃水合反应器，在催化剂床层发生反应；将水烯质量比以1:2的比例经微通道混合设备II形成混合物料II，作为强化传质物料引入催化剂床层间，对烯烃水合反应过程进行强化，反应流出物离开反应器，进入下一分离单元。
反应器采用本发明的反应器，下进上出，反应器内设置四段催化剂床层，第一/第二催化剂床层间、第二/第三催化剂床层间、第三/第四催化剂床层间分别引入强化传质混合物料II，混合物料II的加入量为反应器总物料（烯烃相和水相总量）的4.0wt%，第一/第二催化剂床层间、第二/第三催化剂床层间、第三/第四催化剂床层间引入的混合物料II比例为1:1.2:1.5。
微通道混合设备II中，微通道混合组件中的薄片采用不锈钢材质，薄片厚度为1.0mm，薄片夹缝间填充3层直径为1μm的玻璃纤维丝和1层直径为5μm的陶瓷纤维丝，纤维丝等间距排布，间距为1μm。纤维丝为波浪线周期性变化的曲线形状。微通道混合设备I的操作条件如下：温度为175℃，压力为7.8MPaG；微通道混合设备II的操作条件如下：温度为135℃，压力7.0MPaG。
以表2的正丁烯为原料，水合反应条件、停留时间及原料转化率见表4。
实施例4
本实施例中，反应原料、反应器结构、反应过程、微通道混合设备I的操作条件、微通道混合设备II的操作条件同实施例3。与实施例3不同的是，本实施例采用更加缓和的反应条件。反应条件、停留时间及原料转化率见表4。
实施例5
以表3中的异丁烯为原料，与水在催化剂作用下发生异丁烯水合反应制备叔丁醇。将水烯质量比以4:1的比例引人通道混合设备I形成混合物料I，作为主反应物料进入烯烃水合反应器，在催化剂床层发生反应；将水烯质量比以1:1.62的比例经微通道混合设备II形成混合物料II，作为强化传质物料引入催化剂床层间，对烯烃水合反应过程进行强化，反应流出物离开反应器，进入下一分离单元。
反应器采用本发明的反应器，下进上出，反应器内设置两段催化剂床层，第一/第二催化剂床层间引入强化传质混合物料II，混合物料II的加入量为反应器总物料（烯烃相和水相总量）的2.0wt%，第一/第二催化剂床层间、第二/第三催化剂床层间引入的混合物料II比例为1:1.5。
微通道混合设备II中，微通道混合组件中的薄片采用不锈钢材质，薄片厚度为1.5mm，薄片夹缝间填充8层直径为5μm的不锈钢纤维丝和2层直径为5μm的陶瓷纤维丝，纤维丝等间距排布，间距为1μm。纤维丝为波浪线周期性变化的曲线形状。微通道混合设备I的操作条件如下：温度为105℃，压力为2.8MPaG；微通道混合设备II的操作条件如下：温度为85℃，压力2.1MPaG。
以表3的异丁烯为原料，水合反应条件、停留时间及原料转化率见表4。
实施例6
本实施例中，反应原料、反应器结构、反应过程、微通道混合设备I的操作条件、微通道混合设备II的操作条件同实施例5。与实施例5不同的是，本实施例采用更加缓和的反应条件。反应条件、停留时间及原料转化率见表4。
表4 反应条件和结果
Figure 820076DEST_PATH_IMAGE004
本发明方法中的烯烃液滴在水中的分散尺寸和分散效果是通过高速摄像仪来获得，并通过选择若干个特征粒子来得到分散相粒子的均匀度，粒子尺寸越小、均匀度越高，说明混合分散的效果越好。为此，本实施例及对比例的混合分散效果的测定方法为：同一条件下通过不同混合分散方法（如采用常规静态混合器、本发明反应器内微通道混合系统I和微通道混合系统II）对分散相烯烃和连续相水相进行混合，每组方法至少取得10组混合物料样品，利用英国IX i-SPEED 5高速摄像机来拍摄混合物料样品中分散相的粒子尺寸大小，将照片中粒子加和，计算出各种尺寸粒子的百分含量，得到各种尺寸粒子的正态分布图，从而得到粒子均匀度。
由本实施例及对比例的混合效果可以看出，采用本发明的烯烃水合反应装置及反应方法，作为主反应物料从反应器底部引入，使反应进料在反应器内保持两相均一，为烯烃水合反应的高转化率提供前提条件，然后再使另一部分烯烃和水在水烯比＜1的条件下通过微通道混合设备II形成混合进料II，作为强化传质物料引入催化剂床层间，混合进料II中由于烯烃液滴尺寸小、烯烃分子密集，能够快速突破相界面而补充反应消耗掉的烯烃相，从而大幅度强化整个反应过程的传质，改善烯烃水合反应速率和原料单程转化率，降低水烯比，减少反应器数量或反应停留时间，提高烯烃水合装置的生产效率。

Claims (30)

1.一种烯烃水合反应装置，其特征在于：包括微通道混合设备I、微通道混合设备II和烯烃水合反应器；所述的微通道混合设备I为管壳式结构，壳体内部设置无机膜管束；无机膜管束入口端与水相管线连通，陶瓷膜管束外部的壳内空腔与烯烃相管线连通，无机膜管束出口端为混合物料I出口；微通道混合设备I用于烯烃相和水相形成混合物料I；所述的微通道混合设备II包括微通道组件和壳体，微通道组件固定于壳体内，壳体一端设置入口，用于烯烃相和水相进料，另一端设置混合物料II出口；微通道组件包含多个堆叠的薄片以及相邻薄片夹缝间填充的亲油性纤维丝和亲水性纤维丝，纤维丝与纤维丝间构成若干微通道，纤维丝通过薄片夹紧固定；微通道混合设备II用于烯烃相和水相形成混合物料II；所述的烯烃水合反应器底部设置进料口，顶部设置出料口，侧部设置强化传质物料入口，微通道混合设备I的混合物料I出口经管线与进料口连接，微通道混合设备II的混合物料II出口与强化传质物料入口连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：烯烃相由壳内空腔经无机膜管管壁孔道扩散至无机膜管内水相中，在管内高流速水相的剪切力作用下二者形成均一的混合物料I，作为主反应进料，其中水烯比< 1。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：烯烃相和水相在微通道混合设备II内，经纤维丝切割混合形成混合物料II，其中水烯比≥1。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的微通道混合设备I的无机膜管束为陶瓷膜、金属膜、金属/陶瓷复合膜、合金膜、分子筛复合膜、沸石膜或玻璃膜中的一种或多种；无机膜管管壁上的孔径为10nm~1μm。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：混合物料I中烯烃相的粒径大小d1为100～900μm。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：微通道混合设备II中，壳体内微通道组件沿夹缝方向分为进料端和出料端，物料入口与进料端之间设置进料分布空间，物料出口与出料端之间设置出料分布空间，除进料端和出料端外，微通道组件其余各端均与壳体密封连接。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的纤维丝单层或多层排布，优选1~50层，更优选为1~5层。
8.据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述相邻薄片夹缝间填充的亲油性纤维丝和亲水性纤维丝的数量比例为1: 50~1:1。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：任意一层中的亲水性纤维丝均匀分布于亲油性纤维丝间。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：任意一层中亲油性纤维丝和亲水性纤维丝的数量比例为1: 50~1:1。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：相邻两层纤维丝沿薄片垂直方向的投影为网状结构。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：任意一层中，相邻纤维丝的间距为0.5～50μm，纤维丝沿薄片表面横向、纵向或斜向任意一种。
13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：同一层的纤维丝的形状相同。
14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的纤维丝的直径为0.5~50μm。
15.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的亲油性纤维丝选自聚酯纤维丝、尼龙纤维丝、不锈钢纤维丝、聚氨酯纤维丝、聚丙烯纤维丝、聚丙烯腈纤维丝、聚氯乙烯纤维丝或选自表面经过亲油处理的其他种类纤维丝中的至少一种。
16.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的亲水性纤维丝选自主链或侧链含有亲水性基团的高分子聚合物或材料经过物理或化学方法亲水处理的纤维丝中的一种或多种。
17.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的亲水性纤维丝选自玻璃纤维丝、陶瓷纤维丝、丙纶纤维丝、聚酰胺纤维丝或丙烯酸纤维丝中的一种或多种。
18.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的微通道组件中，薄片厚度为0.05mm~5mm。
19.根据权利要求1所述的，其特征在于：薄片的材质为金属、陶瓷、有机玻璃或聚酯材料中的任意一种。
20.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：混合物料II中烯烃相的粒径大小d2小于100μm。
21.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的烯烃水合反应器为固定床反应器，强化传质物料入口设置在相邻两层催化剂床层之间；催化剂床层填装烯烃水合催化剂。
22.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：烯烃水合反应器根据需要设置1个或多个，反应器之间并联或串联；反应器内设置若干催化剂床层。
23.一种烯烃水合方法，其特征在于包括如下内容：将水烯比≥1的烯烃相和水相经微通道混合设备I混合形成混合物料I，作为主反应物料由烯烃水合反应器底部进入；将水烯比＜1的烯烃相和水相经微通道混合设备II混合形成混合物料II，作为强化传质物料引入反应器内，混合物料I和混合物料II在催化剂床层发生烯烃水合反应，反应产物由反应器顶部出口流出，进入下一分离单元。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于：所述的烯烃相为乙烯、丙烯、正丁烯、异丁烯、异戊烯或环己烯中的一种。
25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于：所述的烯烃水合反应器采用下进上出形式。
26.根据权利要求23所述的方法，其特征在于：所述的微通道混合设备I中，水烯质量比为2:1～20:1；所述的微通道混合设备II中，水烯质量比为1:0.1～1:1。
27.根据权利要求23所述的方法，其特征在于：所述的微通道混合设备I形成的混合物料I中，烯烃液滴的粒径d1为100～900μm。
28.根据权利要求23所述的方法，其特征在于：微通道混合设备II形成的混合物料II中，烯烃液滴的粒径d2小于100μm。
29.根据权利要求23所述的方法，其特征在于：所述的混合物料II的加入量为反应器总物料的1wt%～30wt%。
30.根据权利要求23所述的方法，其特征在于：混合物料II分为多股加入时，沿物料在反应器内流动方向上各股加入量逐渐增加。
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