CN1765481A

CN1765481A - 多段绝热固定床反应器

Info

Publication number: CN1765481A
Application number: CN 200410067629
Authority: CN
Inventors: 钟思青; 杨为民; 童海颖; 陈晓峰
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2006-05-03
Anticipated expiration: 2024-10-29
Also published as: CN100349647C

Abstract

本发明涉及一种多段绝热固定床反应器，主要解决目前工业多段绝热固定床反应器内段间管式进料分布器气体混和功能较差的缺陷。本发明采用反应器内置催化剂床和段间气体混和装置，其中段间气体混和装置主要由第一种物料的入口9，反应器筒体4，第二种物料的入口6，锥形体10，直管11，侧向环隙12和筛板13组成，较好地解决了该问题。该反应器具有结构简单，压降小，能完成两股物料快速均匀混和和物料均匀分布的优点，可用于苯和乙烯分子筛气相烷基化制乙苯的工业生产中。

Description

多段绝热固定床反应器

技术领域

本发明涉及一种多段绝热固定床反应器。具体地说，涉及一种用于苯和乙烯分子筛气相烷基化制乙苯的多段绝热固定床反应器。

背景技术

多段绝热式固定床反应器具有结构简单，操作方便，能适应大系统生产的特点，因此在石油化工中获得广泛的应用。对于多段绝热式固定床反应器一部分反应物料由反应器催化剂两段之间加入，这时就产生与上一段物料的均匀混和和混和后物料均匀分布的问题。段间混和的要求是在有限的时间和空间内实现两股反应物料的快速混和和均匀分布，使进入下一段催化剂床层的物料沿径向做到浓度均匀、温度均匀、速度均匀。

乙苯是重要的化工原料，主要用于脱氢生产苯乙烯。在苯和乙烯烷基化制乙苯的反应过程中，烷基化的反应速率主要由乙烯浓度控制，乙烯浓度较高反应速度较快，催化剂床层的绝热温升增大，结焦速度加快，催化剂寿命缩短，并增加副产物。为了降低进入催化剂床层的乙烯浓度，选择了从侧线进料的多段绝热式固定床反应器。但若从侧线进入反应器的物料(第二气体)与反应器内主物料(第一气体)混和不均匀，浓度过高处，反应速度快放出热量过多，对催化剂不利；而浓度过低处，反应速度低，催化剂没有充分利用，降低了催化剂的效率。因此多段绝热式固定床反应器的段间混和效果决定了反应器设计的优劣。

中国专利CN2218599Y中公开了一种气固相多段冷激式固定床反应器内的进料分布器，是目前工业多段绝热式固定床反应器中常采用的一种段间进料管式分布器。该分布器包括圆形总管与支管，各支管在反应器内同一截面等角度或等间距排列，在各支管上开有1到2排向上获向下的小孔，小孔沿管长均匀分布。但该分布器要求上层主物料必须均匀分布，才能保证两股物料混和均匀。这样的条件在工业装置中并非都能满足。中国专利CN1030284C中公开一种气气混和装置，其特点是利用射流与多孔板的撞击产生强烈的主体扩散及湍流扩散，从而实现气气物料的快速混和。该装置虽然能有效的进行两股物料的均匀混和，但确不能保证混和后物料的均匀分布。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在于多段绝热式固定床反应器段间两股物料混和不均匀或分布不均匀，影响催化剂利用率及选择性和转化率的问题，提供一种新的用于多段绝热固定床反应器。该多段绝热固定床反应器具有使反应器内主物料(第一气体)与侧线进入反应器的物料(第二气体)混和均匀和混合后物料均匀分布进入下一段催化剂床层的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种多段绝热固定床反应器，包括反应器入口3、反应器筒体4、反应器出口8，反应器筒体内设置了2～10个催化剂床层5，催化剂床层5间设置段间气体混和装置7，其中每个段间气体混和装置7包括第一种物料入口9、第二种物料入口6、反应器筒体4、反应器内置倒锥形体10、直管11、侧向环隙12和筛板13，第一种物料入口9和第二种物料入口6分别位于倒锥形体10的上方，直管11的上端与倒锥形体10的下端相连，直管11的下端与筛板13中间形成侧向环隙12，且通过垂直拉筋固定，直管11直径d₁与反应器直径D的比值为10～40％，倒锥形体10与水平位置的夹角α为15～75°，筛板13的直径d₂与反应器直径D的比值为10～45％，筛板13的开孔率为0～75％，筛板13的开孔面积与侧向环隙12的面积比值为0～35％，反应器筒体4、直管11和筛板13具有同心轴。

上述技术方案中，第二种物料入口2有2～10个，优选方案为两个，沿着圆的切线方向，且中心对称，两个第二种物料入口6间的垂直或水平距离与反应器直径D的50～95％，优选范围为70～90％；直管11直径d₁与反应器直径D的比值优选范围为15～30％；倒锥形体10与水平位置的夹角α优选范围为30～60°；筛板13的直径d₂与反应器直径D的比值优选范围为15～35％；筛板13的开孔率优选范围为15～50％；筛板13的开孔面积与侧向环隙12的面积比值优选范围为10～30％。

本发明以催化剂床层为六段的绝热固定床反应器为例，六段绝热固定床反应器是苯和乙烯分子筛气相烷基化制乙苯的主要设备，它由第一种气体进口管3、反应器筒体4、催化剂5、第二种气体进口管6、段间气体混和装置7、气体出口管8等构成，见附图1。

针对苯和乙烯分子筛气相烷基化制乙苯的六段绝热固定床反应器，提出了段间气体混和装置，见附图2和附图3。此类新型气体混和装置由第一种物料的入口9，反应器筒体4，第二种物料的入口6，倒锥形体10，直管11，侧向环隙12和筛板13组成。为了保证气体混和装置具有比较理想的气体混和效果，需要控制两个物料入口的距离和锥形体与水平位置的角度α，两个侧线物料入口6的垂直或水平距离，下部中心处直管11的直径，筛板13的开孔率，筛板13的开孔面积与侧向环隙12面积的比例。从而使两股气体能够在筒体4和倒锥形体10内混和均匀，并按合适的比例从筛板13和侧向环隙12中流入下段催化剂床层，在下段催化剂床层内形成比较均匀的气体分布。

在六段绝热固定床反应器中，苯和乙烯在催化剂床层中发生烷基化反应生成乙苯。该反应器由六段催化剂床层串联而成，苯和乙烯依次进入每段催化剂床层。从外界引入的乙烯被分成6股，其中一股与主物流苯汇合，汇合后的物流1从反应器顶部入口3进入反应器。其余5股乙烯分别与对应急冷苯物流汇合，然后5股(乙烯+急冷苯)物流2分别进入各自的段间空间，并同来自上游的反应器物料汇合，一起进入下一段催化剂床层，最后产物通过底部气体出口离开反应器。

本发明所说的段间气体混和装置经大型固定床冷模试验考察，结果表明具有如下优点：结构简单，安装方便；均流效果较好，能使多段固定床反应器段间气体混和均匀并达到理想的气体分布效果，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1是本发明多段绝热固定床反应器示意图；

图2是本发明多段绝热固定床反应器的段间气体混和装置结构图；

图3是本发明多段绝热固定床反应器的段间气体混和装置俯视结构图；

在图1中，1为第一种物料；2为第二种物料；3为第一种物料进口管道；4为反应器筒体；5为催化剂床层；6为第二种物料进口管道；7为段间气体混和装置；8为气体出口管道。

在图2中，9为第一种物料入口；4为反应器筒体；6为第二种物料的入口；10为倒锥形体；11为直管；12为侧向环隙；13为筛板。D是反应器的直径，d₁为直管的直径，d₂为筛板的直径，Φ为筛板上筛孔的直径，h₁为直管的高度，h₂为侧向环隙通道的高度，α为锥形体与水平位置的角度。筛板的开孔率为筛板的开孔面积与筛板面积的比值。

在图3中，4为反应器筒体；6为第二种物料的入口；7为筛板1为两个第二种物料入口管的垂直或水平距离。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。

具体实施方式

【实施例1】

采用如图1所示段间气体混和装置，反应器直径D＝600毫米，直管的直径d₁＝140毫米，筛板的直径d₂＝160毫米，筛板上筛孔的直径Φ＝6毫米，直管的高度h₁＝100毫米，侧向环隙通道的高度h₂＝65毫米，两个第二种物料入口管的垂直或水平距离1＝450毫米，锥形体与水平位置的角度α＝45°，两个第二种物料入口的垂直或水平距离与反应器直径的比为75％，直管直径与反应器直径的比为23.3％，筛板的直径与反应器直径的比为26.7％，筛板的开孔面积与侧向环隙面积的比为18.5％，筛板的开孔率为26.3％。

在以上条件和结构参数下，按本实用新型所述方法进行段间气体混和装置设计，就可得到比较理想的气体流动效果。

【实施例2】

采用如图1所示段间气体混和装置，反应器直径D＝1000毫米，直管的直径d₁＝168毫米，筛板的直径d₂＝168毫米，筛板上筛孔的直径Φ＝8毫米，直管的高度h₁＝160毫米，侧向环隙通道的高度h₂＝75毫米，两个第二种物料入口管的垂直或水平距离1＝850毫米，锥形体与水平位置的角度α＝60°，两个第二种物料入口的垂直或水平距离与反应器直径的比为85％，直管直径与反应器直径的比为16.8％，筛板的直径与反应器直径的比为16.8％，筛板的开孔面积与侧向环隙面积的比为25.3％，筛板的开孔率为45.1％。

【实施例3】

采用如图1所示段间气体混和装置，反应器直径D＝600毫米，直管的直径d₁＝165毫米，筛板的直径d₂＝165毫米，筛板上筛孔的直径Φ＝6毫米，直管的高度h₁＝120毫米，侧向环隙通道的高度h₂＝60毫米，两个第二种物料入口管的垂直或水平距离1＝420毫米，锥形体与水平位置的角度α＝30°，两个第二种物料入口的垂直或水平距离与反应器直径的比为70％，直管直径与反应器直径的比为27.5％，筛板的直径与反应器直径的比为27.5％，筛板的开孔面积与侧向环隙面积的比为12.6％，筛板的开孔率为18.4％。

【比较例1】

某苯和乙烯分子筛气相烷基化制乙苯的六段绝热固定床反应器的条件和结构参数均与实施例1相同，唯一不同之处是段间采用管式气体分布器。通过模拟计算，按本实用新型所述方法进行两股物料混和，其下段催化剂床层内同一截面均匀度最大偏差小于4.0％，采用简单管式气体分布器，其下段催化剂床层内同一截面均匀度最大偏差为7.2％。

【比较例2】

实施例2的苯和乙烯分子筛气相烷基化制乙苯的六段绝热固定床反应器的段间气体混和装置改成简单的管式气体分布器，所有条件均与实施例2的条件相同。实施例2的下段催化剂床层内同一截面均匀度最大偏差小于4.6％，本比较例同一截面均匀度最大偏差为8.8％。

【比较例3】

实施例3的苯和乙烯分子筛气相烷基化制乙苯的六段绝热固定床反应器的段间气体混和装置改成简单的管式气体分布器，所有条件均与实施例2的条件相同。实施例3的下段催化剂床层内同一截面均匀度最大偏差小于4.3％，本比较例同一截面均匀度最大偏差为8.0％。

Claims

1、一种多段绝热固定床反应器，包括反应器入口(3)、反应器筒体(4)、反应器出口(8)，反应器筒体内设置了2～10个催化剂床层(5)，催化剂床层(5)间设置段间气体混和装置(7)，其中每个段间气体混和装置(7)包括第一种物料入口(9)、反应器筒体(4)、第二种物料入口(6)、反应器内置倒锥形体(10)、直管(11)、侧向环隙(12)和筛板(13)，第一种物料入口(9)和第二种物料入口(6)分别位于倒锥形体(10)的上方，直管(11)的上端与倒锥形体(10)的下端相连，直管(11)的下端与筛板(13)中间形成侧向环隙(12)，且通过垂直拉筋固定，直管(11)直径d₁与反应器直径D的比值为10～40％，倒锥形体(10)与水平位置的夹角α为15～75°，筛板(13)的直径d₂与反应器直径D的比值为10～45％，筛板(13)的开孔率为0～75％，筛板(13)的开孔面积与侧向环隙(12)的面积比值为0～35％，反应器筒体(4)、直管(11)和筛板(13)具有同心轴。

2、根据权利要求1所述多段绝热固定床反应器，其特征在于第二种物料入口(6)有2～10个。

3、根据权利要求2所述多段绝热固定床反应器，其特征在于第二种物料入口(6)有两个，沿着圆的切线方向，且中心对称，两个第二种物料入口(6)间的垂直或水平距离为反应器直径D的50～95％。

4、根据权利要求3所述多段绝热固定床反应器，其特征在于两个第二种物料入口(6)间的垂直或水平距离为反应器直径D的70～90％。

5、根据权利要求1所述多段绝热固定床反应器，其特征在于直管(11)直径d₁与反应器直径D的比值为15～30％。

6、根据权利要求5所述多段绝热固定床反应器，其特征在于倒锥形体(10)与水平位置的夹角α为30～60°。

7、根据权利要求1所述多段绝热固定床反应器，其特征在于倒锥形体(10)与水平位置的夹角α为30～60°。

8、根据权利要求1所述多段绝热固定床反应器，其特征在于筛板(13)的开孔率为15～50％。

9、根据权利要求1所述多段绝热固定床反应器，其特征在于筛板(13)的开孔面积与侧向环隙(12)的面积比值为10～30％。