CN114828995B - 流化床反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种流化床反应器。该流化床反应器包括：催化剂床；集尘器，设置在流化床反应器的上部并且收集朝向流化床反应器的上部排出的气体中的催化剂颗粒；以及过滤部，设置在集尘器与催化剂床之间的区域中，其中，过滤部包括过滤网和耦接到过滤网的多个锥形盖。

Description

流化床反应器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年9月24日提交的韩国专利申请第10-2019-0117211号的优先权的权益，其全部公开内容作为说明书的一部分并入本文。
技术领域
本发明涉及一种流化床反应器，更具体地，涉及一种包括用于收集细催化剂颗粒的过滤部的流化床反应器。
背景技术
流化床反应器已经用于各种工业反应。例如，已经在工业上通过诸如丙烯的烃的氨氧化来生产诸如丙烯腈的腈化合物。作为生产腈化合物的方法，通常已知在金属氧化物催化剂的存在下进行气相氨氧化反应的方法。关于气相氨氧化反应，可以将作为原料的烃、氨和诸如空气的含氧气体放入到反应器中，以在金属氧化物催化剂的存在下进行氨氧化反应，从而生产腈化合物。
在流化床反应器中，催化剂床被填充催化剂，并且在下部喷射诸如丙烯、氨、空气和氧气的气体，喷射的气态成分在通过催化剂床的同时进行氨氧化反应，并且包含通过氨氧化反应得到的产物的流作为朝向流化床反应器的上部排出的流被排出。
在此，当包含产物的流朝向流化床反应器的上部排出时，由于上升到流化床反应器的上部的流的线速度高，因此诸如大量的细粉尘的细催化剂颗粒与向上上升的流一起朝向流化床反应器的上部被排出。
为了防止这种问题，在流化床反应器中安装集尘器以收集细催化剂颗粒，并且包含所收集的颗粒的流经由浸入管(dipleg)被再次供应给催化剂床。
然而，由于被再次供应给催化剂床的流除了细催化剂颗粒之外还包含产物，因此由于产物而形成焦炭，这是有问题的。另外，所收集的催化剂不进行氨氧化反应，而保持在还原状态，这引起产物的产率的降低。
发明内容
技术问题
本发明是为了解决背景技术中提及的问题而做出的，可以提供一种流化床反应器，其通过使细催化剂颗粒的损失最小化并增大催化活性来提高产物的产率。
即，本发明的目的是通过在流化床反应器中设置的集尘器的下方设置过滤部，来减少朝向流化床反应器的上部逸出的细催化剂颗粒并防止由于产物而形成焦炭。
技术方案
根据用于解决上述问题的本发明的实施方式，本发明提供一种流化床反应器，包括：催化剂床；集尘器，所述集尘器设置在流化床反应器的上部并且收集朝向流化床反应器的上部排出的气体中的催化剂颗粒；以及过滤部，所述过滤部设置在集尘器与催化剂床之间的区域中，其中，所述过滤部包括过滤网和耦接到过滤网的多个锥形盖。
有益效果
根据本发明的流化床反应器可以包括设置在集尘器的下方的过滤部，以有效地收集朝向流化床反应器的上部逸出的细催化剂颗粒，并且根据本发明的流化床反应器可以将收集的细催化剂颗粒再次供应给催化剂床，以提高催化剂活性和产物的产率。
另外，根据本发明，过滤部安装在集尘器的下方，使得可以使对从流化床反应器的下部向过滤器的上部移动的流的行动的影响最小化，并且使朝向上部排出的细催化剂颗粒最小化。
根据本发明，由集尘器收集的细催化剂颗粒的量和产物的量减少，以使从集尘器再次供应给催化剂层的流的量最小化，从而抑制焦炭的形成。
附图说明
图1是示出根据实施例的流化床反应器的结构的示意图。
图2是示出根据实施例的流化床反应器中包括的过滤部、以及锥形盖的示意放大图。
图3是示出根据比较例的流化床反应器的结构的示意图。
具体实施方式
本发明和权利要求书中所使用的术语和词语不被解释为一般含义或字典中的含义，而是被解释为基于发明人能够适当地定义术语的概念从而以最佳方式描述自己的发明的原则满足本发明的技术思想的含义和概念。
本发明中的术语“流”可以表示过程中的流体流动，或者可以表示在管道中流动的流体本身。具体地，“流”可以表示在连接各个装置的管道中流动的流体本身以及流体的流动。此外，流体可以表示气体或液体。
在下文中，将参照图1和图2更详细地描述本发明，以帮助理解本发明。
根据本发明，提供流化床反应器1000。流化床反应器1000可以包括：催化剂床100；集尘器200，其设置在流化床反应器1000的上部，并且收集朝向流化床反应器1000的上部排出的气体中的催化剂颗粒；以及过滤部300，设置在集尘器200与催化剂床100之间的区域中，其中，过滤部300可以包括过滤网310以及耦接到过滤网310的多个锥形盖320。
根据本发明的一个实施例，流化床反应器1000可以用于各种工艺中。例如，流化床反应器1000可以用于使用所供应的丙烯的氨氧化反应来生产丙烯腈的工艺中。
具体地，将催化剂床100设置在流化床反应器1000中，并且从流化床反应器1000的下部向上喷射诸如丙烯、氨、空气和氧气的气体，并且气流在通过催化剂床100的同时进行氨氧化反应。丙烯腈可以被生产作为通过氨氧化反应获得的产物。通过氨氧化反应获得的产物经过催化剂床100，并移动到流化床反应器1000的上部，并且作为朝向流化床反应器1000的上部排出的流排出。
流化床反应器1000的工作压力可以是1巴至4巴。例如，流化床反应器1000的工作压力可以是1巴至3.5巴、1巴至3巴或1.5巴至2.5巴。此外，流化床反应器1000的工作温度可以是400℃至460℃。例如，流化床反应器1000的工作温度可以是410℃至450℃、415℃至445℃或420℃至440℃。可以在上述条件下操作流化床反应器1000以进行丙烯的氨氧化反应。
根据本发明的实施例，催化剂床100可以被填充金属氧化物催化剂颗粒。金属氧化物催化剂颗粒例如可以包括选自由Mo、Bi、Fe、Co和K组成的组中的一种或多种金属。
催化剂颗粒的平均尺寸可以为150μm以下。例如，催化剂颗粒的平均尺寸可以为50μm至150μm、60μm至130μm、或70μm至110μm。催化剂床100可以被填充平均尺寸在上述范围内的催化剂颗粒，以具有大的表面积，从而促进丙烯的氨氧化反应。
填充催化剂床100的催化剂颗粒可以包括细催化剂颗粒。例如，细催化剂颗粒的平均尺寸可以为40μm以下。例如，细催化剂颗粒的平均尺寸可以为1μm至40μm、1μm至30μm、或10μm至30μm。
由于上升到流化床反应器1000的上部的流的线速度高，因此平均尺寸在上述范围内的细催化剂颗粒与流一起朝向流化床反应器1000的上部排出。为了防止这种问题，根据现有技术，将集尘器200安装在流化床反应器1000中以收集细催化剂颗粒，并且将包含所收集的颗粒的流经由浸入管再次供应给催化剂床100。
然而，由于被再次供应给催化剂床100的流除了细催化剂颗粒之外还包含产物，因此由于产物而形成焦炭，这是有问题的。另外，所收集的催化剂不进行氨氧化反应，而是保持在还原状态，这导致产物的产率的降低。
对此，根据本发明，可以在集尘器200与催化剂床100之间的区域中设置后面要描述的过滤部300，以有效地收集朝向流化床反应器1000的上部逸出的细催化剂颗粒，并且所收集的细催化剂颗粒可以被再次供应给催化剂床100，从而提高催化剂活性和产物的产率。此外，可以使再次供应给催化剂床100的流的量最小化，以抑制焦炭的形成。
根据本发明的实施例，流化床反应器1000可以包括第一喷射部400，第一喷射部400被构成为喷射包含丙烯和氨的混合气体并且设置在流化床反应器1000的下部。第一喷射部400可以包括分别用于供应丙烯和氨的单独管道。用于供应丙烯流的管道和用于供应氨流的管道可以在任意的区域处彼此耦接，并且丙烯流和氨流可以经由管道彼此耦接的区域的邻近区域中的主管道被供应到流化床反应器1000中。
与流化床反应器1000的内部连接的主管道的位置和形状可以根据流化床反应器1000的尺寸和形状自由地设计。
第一喷射部400可以包括连接到主管道的喷嘴。喷嘴可以朝向流化床反应器1000的上部喷射包含丙烯和氨并且经由主管道供应的混合气流。
多个喷嘴可以在以规定间隔彼此间隔开的同时设置在主管道上。
第一喷射部400中包括的喷嘴的喷射压力可以为3巴至8巴。例如，喷嘴的喷射压力可以为4巴至7巴、4.5巴至6.5巴、或5巴至6巴。
根据本发明的一个实施例，流化床反应器1000可以包括第二喷射部410，第二喷射部410被构成为喷射空气并且设置在第一喷射部400的下方的区域中。例如，空气可以是指氧气(O2)。第二喷射部410可以包括用于供应空气流的管道。空气流可以经由管道被供应到流化床反应器1000中。与流化床反应器1000内部连接的管道的位置和形状可以根据流化床反应器1000的尺寸和形状自由地设计。
第二喷射部410可以包括连接到管道的喷嘴。喷嘴可以朝向流化床反应器1000的上部喷射经由主管道供应的空气流。
多个喷嘴可以在以规定间隔彼此间隔开的同时设置在管道上。
第二喷射部410中包括的喷嘴的喷射压力可以为3巴至8巴。例如，喷嘴的喷射压力可以为4巴至7巴、4.5巴至6.5巴、或5巴至6巴。
根据本发明的实施例，分别经由第一喷射部400和第二喷射部410朝向流化床反应器1000的上部排出的、包含丙烯和氨的混合气流、以及空气流中的每一者的线速度可以为20cm/s至80cm/s。例如，经由第一喷射部400和第二喷射部410中的每一者朝向流化床反应器1000的上部排出的流的线速度可以为30cm/s至70cm/s、35cm/s至65cm/s、或40cm/s至60cm/s。
分别经由第一喷射部400和第二喷射部410朝向流化床反应器1000的上部排出的包含丙烯和氨的混合气流、以及空气流以20cm/s至80cm/s的线速度被供应给催化剂床100，通过催化剂床100，并与填充催化剂床100的细催化剂颗粒一起移动到催化剂床100的上方。当移动到催化剂床100上方的混合气流、空气流以及包含细催化剂颗粒的流通过后面要描述的过滤部300时，可以收集流中的细催化剂颗粒。未被过滤部300收集的细催化剂颗粒可以通过集尘器200分离。因此，可以防止细催化剂颗粒被排出作为朝向流化床反应器1000的上部排出的流。
根据本发明的实施例，过滤部300可以设置在集尘器200和催化剂床100之间的区域中，并且可以收集并分离朝向流化床反应器1000的上部移动的流中包含的细催化剂颗粒。
可以在不同的高度处设置两个以上的过滤部300。例如，过滤部300可以安装在流化床反应器1000的集尘器200被安装的高度与催化剂床100的最上端所位于的高度之间的高度处，并且安装的过滤部300的数量可以根据流化床反应器1000的尺寸和形状以及所供应的流的量自由地调节。例如，可以在流化床反应器1000中的不同高度处设置两个至五个过滤部300。例如，可以安装两个或三个过滤部300。
例如，在两个过滤部300被安装在流化床反应器1000中的不同高度处的情况下，可以更有效地收集朝向流化床反应器1000的上部移动的流中的细催化剂颗粒。此外，在两个过滤部300被安装在流化床反应器1000中的不同高度处的情况下，安装在每个过滤部300中的锥形盖320可以布置成不位于同一垂直线上。在这种情况下，可以使对朝向流化床反应器1000的上部移动的流的行动的影响最小化。
过滤部300可以包括过滤网310以及耦接到过滤网310的多个锥形盖320。
过滤网310可以具有尺寸为5cm至20cm的网格形式。例如，过滤网310的网格尺寸可以为6cm至18cm、7cm至15cm或8cm至13cm。由于安装了具有在上述范围内的网格尺寸的过滤网310，因此可以使对朝向流化床反应器1000的上部移动的流的行动的影响最小化。
过滤网310的网格形式使用不锈钢丝线形成，该丝线的平均直径可以为1mm至5mm。例如，形成过滤网310的丝线的平均直径可以为1mm至4mm、1mm至3mm或2mm至3mm。在使用具有上述的平均直径的不锈钢丝线形成过滤网310的情况下，可以防止流化床反应器1000中的腐蚀，并且使对朝向流化床反应器1000的上部移动的流的行动的影响最小化。
多个锥形盖320可以在以规定间隔彼此隔开的同时设置在过滤网310上。例如，锥形盖320的数量可以根据流化床反应器1000的尺寸和形状而自由地调整。
锥形盖320可以包括：收集部321，收集部321将朝向流化床反应器1000的上部排出的气体中的催化剂颗粒收集在中空的锥形中；以及多个连接部322，多个连接部322沿着收集部321的圆周以规定间隔设置并且耦接到过滤网310。过滤网310和锥形盖320彼此耦接的形式不特别限制。
锥形盖320的锥形的底表面可以具有20mm至40mm的平均直径A，在垂直方向上距所述锥形的顶点的高度B可以为5mm至25mm，并且连接部322的长度C可以为10mm至50mm。
例如，所述锥形的底表面的平均直径A可以为23mm至40mm、23mm至38mm、或25mm至35mm。此外，在垂直方向上距所述锥形的顶点的高度B可以为5mm至20mm或10mm至20mm。此外，连接部322的长度C可以为10mm至45mm、13mm至45mm、或15mm至50mm。在所述锥形的底表面的平均直径A、在垂直方向上距所述锥形的顶点的高度B、以及锥形盖320中的连接部322的长度分别在上述范围内的情况下，可以使对朝向流化床反应器1000的上部移动的流的行动的影响最小化，并且可以有效地收集流中包含的催化剂颗粒。
如上所述，收集部321中收集的催化剂颗粒可以是平均尺寸为40μm以下的细催化剂颗粒。收集部321中收集的细催化剂颗粒可能再次落到催化剂床100。其结果，可以再次利用未进行反应物的氨氧化反应并且保持在活化状态的细催化剂颗粒，从而提高产物的产率。
多个锥形盖320可以各自具有不同的高度。在此，锥形盖320的高度可以对应于在垂直方向上距所述锥形的顶点的高度B和连接部322的长度C之和。因此，由于与过滤网310耦接的多个锥形盖320被设计成各自具有不同的高度，所以可以使由流化床反应器1000的横截面面积的减小引起的、向上移动的流的流量和流速的变化最小化。
根据本发明的实施例，集尘器200可以安装在过滤部300上方的区域中，以收集在朝向流化床反应器1000的上部移动的流中包含的细催化剂颗粒中的未被过滤部300收集的细催化剂颗粒。例如，集尘器200可以是旋风集尘器(cyclone)。
两个以上的集尘器200可以安装在过滤部300上方的区域中的不同的高度处。在此，废气可以经由位于流化床反应器1000的最上部中的集尘器200的上部排出。
根据本发明的实施例，被集尘器200收集的细催化剂颗粒可以被再次供应到催化剂床100。具体地，根据本发明，可以设置被连接在集尘器200与催化剂床100之间的再次供应管线(未示出)，并且包含被集尘器200收集的细催化剂颗粒的流可以经由再次供应管线被再次供应到催化剂床100。其结果，可以再次利用未进行反应物的氨氧化反应并且保持在活化状态的细催化剂颗粒，从而提高产物的产率。
根据本发明的一个实施例，流化床反应器1000可以包括冷却管500，冷却管500穿过流化床反应器1000中的催化剂床100并且被构成为通过冷却流化床反应器1000中的氨氧化反应物来控制温度。冷却水可以被供应给冷却管500。其结果，可以在规定温度下进行流化床反应器1000中的反应物的氨氧化反应。
尽管以上已经描述并在附图中示出了根据本发明的流化床反应器，但是在以上描述和附图中，仅描述和示出了用于帮助理解本发明的主要结构。除了以上描述和附图中示出的工艺和装置之外，未单独描述和示出的工艺和装置可以被适当地应用和使用来实现根据本发明的颗粒均化装置。

Claims (9)

1.一种流化床反应器，包括：
催化剂床；
集尘器，所述集尘器设置在所述流化床反应器的上部并且收集朝向所述流化床反应器的所述上部排出的气体中的催化剂颗粒；以及
过滤部，所述过滤部设置在所述集尘器与所述催化剂床之间的区域中，
其中，所述过滤部包括过滤网和耦接到所述过滤网的多个锥形盖，
其中，所述过滤网的网格尺寸为5cm至20cm，
其中，所述多个锥形盖各具有不同的高度。
2.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，所述锥形盖包括：
收集部，所述收集部将朝向所述流化床反应器的所述上部排出的所述气体中的所述催化剂颗粒收集在中空的锥形内；以及
多个连接部，所述多个连接部沿着所述收集部的周边以规定间隔设置，并且耦接到所述过滤网。
3.根据权利要求2所述的流化床反应器，其中，通过所述收集部收集的所述催化剂颗粒的平均尺寸为40μm以下。
4.根据权利要求2所述的流化床反应器，其中，所述收集部的所述锥形的底表面的平均直径为20mm至40mm，所述收集部的所述锥形的所述底表面在垂直方向上距所述锥形的顶点的高度为5mm至255mm，所述连接部的长度为10mm至50mm。
5.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，两个以上的所述过滤部设置在不同的高度处。
6.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，所述流化床反应器被用于使用供应的丙烯的氨氧化反应生产丙烯腈的工艺中。
7.根据权利要求1所述的流化床反应器，还包括第一喷射部，所述第一喷射部被配置为喷射包含丙烯和氨的混合气体并且设置在所述流化床反应器的下部。
8.根据权利要求7所述的流化床反应器，还包括第二喷射部，所述第二喷射部被配置为喷射空气并且设置在所述第一喷射部的下方的区域中。
9.根据权利要求1所述的流化床反应器，还包括再次供应管线，所述再次供应管线被连接在所述集尘器与所述催化剂床之间并且将包含由所述集尘器收集的催化剂的流供应给所述催化剂床。
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