CN208824453U - 用于hppo法制备环氧丙烷的等温固定床串联反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于HPPO法制备环氧丙烷的等温固定床串联反应器，其中第一反应器包含进料区、环氧化I区、混合物分离区；第二反应器包含均布区、环氧化II区、出料区；原料液经第一反应器上部的进料区均匀进入环氧化I区的催化剂床层中，一级反应所得混合物在反应器的下部实现混合物的有效分离；来自第一反应器下部的分离物分别经独立管线进入第二反应器上部的均布区，实现组分的二次混合，而后进入第二反应器中部的环氧化II区，反应产物经出料区进入环氧丙烷装置的精制、甲醇精馏、尾气处理三个单元，得到合格的环氧丙烷产品。串联反应器的设置解决了传统HPPO法制备环氧丙烷反应温度控制难、副产物较多的难题，同时在第一反应器下部设置混合物分离系统，在第二反应器上部设置轻重组分均布系统，大幅度提高了丙烯和双氧水的转化率，由于单反应器的停留时间减少，有效降低了催化剂的损耗，对提高HPPO法制备环氧丙烷的装置稳定性、高效性提供了新的方向。
Description
技术领域
本发明属于HPPO法制备环氧丙烷技术领域，具体涉及一种HPPO法制备环氧丙烷的等温固定床串联反应器，该串联反应器解决了绝热反应器温度控制困难、副反应较多的难题，同时由于在第一反应器下部设置混合物分离系统，在第二反应器上部设置均布系统，大幅度提高了丙烯和双氧水的转化率，有助于提高HPPO法装置的生产稳定性和产品品质。
背景技术
目前世界上环氧丙烷生产技术主要有：氯醇法、乙苯共氧化法、双氧水直接氧化法(HPPO法)，前两种工艺污染较大、工业水处理成本较高，已被国家发改委列入禁止新建项目使用技术，HPPO法因工艺流程短、物料消耗低、占地少、无联产产品等优点成为未来环氧丙烷产品的主流生产路线。
HPPO法生产环氧丙烷对反应温度、催化剂稳定性要求较高，采用双氧水和丙烯为原料制备环氧丙烷的工艺过程为强放热反应，反应过程中发现当反应温度大于40℃时，副反应开始急剧增加，丙二醇、丙醇、甲酸、甲酸甲酯等开始大量生成；同时为了提高原料转化率，必须保证原料液在催化剂床层中有较长的停留时间，传统固定床绝热反应器生产过程中发现停留时间延长后，副反应开始增加且催化剂磨损较大。因此，开发反应温度稳定、转化率高、催化剂损耗低、副反应少的等温固定床串联反应器，优化串联固定床反应器的工艺条件，实现反应体系的稳定性，减少副反应产生，进而提高环氧丙烷产品质量、降低生产成本是环氧丙烷生产厂家亟待解决的问题。
发明内容
本发明旨在提供一种用于HPPO法制备环氧丙烷的等温固定床串联反应器。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，用于HPPO法制备环氧丙烷的等温固定串联床反应器，由第一反应器和第二反应器组成，第一反应器包括进料区、环氧化I区、混合物分离区；第二反应器包括均布区、环氧化II区、出料区。
所述第一反应器的进料区由一根含多条支路的开孔合金管组成。
所述第一反应器的环氧化I区由一个列管反应器及特殊循环水系统组成，管程装填催化剂，壳程通循环水，循环水系统由两个处于同一高度进水口及四个处于不同高度的出水口组成。
所述第一反应器的混合物分离区由产物中间下料区、重组分区和轻组分区组成。
所述第二反应器的均布区由两条带有特殊结构喷头的管线按特定间距设置组成，轻组分管线在下，重组分管线在上。
所述第二反应器的环氧化II区由一个列管反应器及特殊循环水系统组成，管程装填催化剂，壳程通循环水，循环水系统由两个处于同一高度进水口及四个处于不同高度的出水口组成。
所述第二反应器的出料区有一个下料管、一个出料口及一个排净口组成。
利用上述等温固定床串联反应器制备环氧丙烷的工艺，包含以下步骤：反应物料经第一反应器的进料区进入环氧化I区的催化剂床层进行一次反应，通过壳程的循环水强制给床层降温移热至40℃以下，反应一级产物经第一反应器下部的混合物分离装置将重组分甲醇、环氧丙烷、双氧水与轻组分丙烯分离，重组分与轻组分再分别经独立管线进入第二反应器的均布装置，二次混合后进入第二反应器环氧化II区的催化剂床层进行二次反应，同样的通过壳程循环水的强制流动控制床层温度在40℃以下，轻重组分二次反应后二级产物经由第二反应器的出料系统进入后续精制、精馏及尾气出料单元得到合格的环氧丙烷产品，溶剂甲醇返回系统循环使用。
所述第一反应器的进料区由一根带多条支路的开孔合金管组成，每条支路均设置等间距的开孔，孔直径为0.2-1.2mm，确保原料液能够均匀进入催化剂床层，支路的数量为4-10个，第一反应器进料区的垂直高度为1000-2000mm。
所述第一反应器的环氧化I区由一个列管反应器及特殊循环水系统组成，管程装填催化剂，壳程通循环水，循环水系统由两个处于同一高度进水口及四个处于不同高度的出水口组成，严格控制床层温度小于40℃，第一反应器环氧化I区的垂直高度为6000-12000mm。
所述第一反应器的混合物分离区由中间区、轻组分区和重组分区组成，中间区由下料管和两块隔离板组成，中间区一侧隔板下部设置一引流管与重组分区相连，另一侧隔板的上部设置方形通道与轻组分区相连，第一反应器混合物分离区的垂直高度为2000-5000mm。
所述第二反应器的均布区由两条带有特殊结构喷头的管线组成，轻组分管线在下，重组分管线在上，喷头的直径为0.1-1.3mm，喷头设置间距为20-50mm，第二反应器均布区的垂直高度为1000-3000mm。
所述第二反应器的环氧化II区由一个列管反应器和特殊循环水系统组成，管程装填催化剂，壳程通循环水，循环水系统由两个处于同一高度进水口及四个处于不同高度的出水口组成，严格控制床层温度小于40℃，第二反应器环氧化II区的垂直高度为6000-12000mm。
所述第二反应器的出料区有一个下料管、一个出料口及一个排净口组成，下料管的直径为50-500mm，出料口设置在出料区的上部，与后续系统相连，在出料区的底部设置一个排净口用于置换和检修，第二反应器出料区的垂直高度为2000-4000mm。
本发明的有益效果：本发明的等温固定床串联反应器将反应过程分两步进行，可以有效降低床层温度，同时在不增加停留时间的前提下提高转化率，降低催化剂损耗。
本发明减少反应物料及产物在单个反应器催化剂床层的停留时间，特殊的循环水系统确保催化剂床层温度保持相对恒定，最大限度减少了副反应的发生，提高了环氧丙烷产品的收率和产品品质。第一、第二反应器的中部分别设置等温环氧化管壳式反应器，丙烯与双氧水在管程反应，循环冷却水走壳程，较绝热反应器而言，床层温度的可控性进一步加强且催化剂的磨损大幅降低。第一反应器下部设置混合物分离系统，将容易分层的轻组分丙烯和重组分甲醇、双氧水、环氧丙烷有效分离后二次重新混合，避免了轻组分在第一反应器下部的长期聚集，大幅提高了原料的转化率。创造性的将第二反应器的出料口由出料区底部改至上部，杜绝了不凝气体在出料区的聚集，消除了安全隐患。极大提高了环氧丙烷生产装置的稳定性和安全性，具有较好的经济和社会效益。
附图说明
图1HPPO法制备环氧丙烷的绝热固定床串联反应器结构及流程示意图。
图中附图标记，1第一反应器进料区、1-1第一反应器进料管，2第一反应器环氧化I区、2-1第一反应器循环水进口、2-2第一反应器循环水出口，3第一反应器混合物分离区、3-1中间下料区、3-2重组分区、3-2-1重组分上升管、3-3轻组分区，4第二反应器原料均布区、4-1重组分进料口、4-2轻组分进料口，5第二反应器环氧化II区、5-1第二反应器循环水进口、5-2第二反应器循环水出口，6第二反应器出料区、6-1出料区下料管、6-2出料区出料口、6-3出料区排净口。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
一种HPPO法制备环氧丙烷的等温固定床串联反应器，包含第一反应器进料区1、第一反应器进料管1-1，第一反应器环氧化I区2、第一反应器循环水进口2-1、第一反应器循环水出口2-2，第一反应器混合物分离区3、中间下料区3-1、重组分区3-2、重组分上升管3-2-1、轻组分区3-3，第二反应器原料均布区4、重组分进料口4-1、轻组分进料口4-2，第二反应器环氧化II区5、第二反应器循环水进口5-1、第二反应器循环水出口5-2，第二反应器出料区6、出料区下料管6-1、出料区出料口6-2、出料区排净口6-3。
利用所述的等温固定床串联反应器制备环氧丙烷，包括以下步骤：将浓度50％的双氧水、99％的甲醇溶液、丙烯、氨水四种反应物料按一定的摩尔配比混合后由加压泵送入第一反应器上部的进料区1，反应液经进料管1-1均布后进入第一反应器等温反应区的催化剂床层，在第一反应器环氧化I区2双氧水和丙烯在溶剂甲醇和催化剂作用下生成环氧丙烷，控制循环水进口2-1温度为32℃，出口2-2温度为38℃，确保原料转化率为50％-60％，床层温度控制在40℃以下，一级反应产物进入第一反应器混合物分离区3，在中间下料区3-1中混合物实现动态分层，重组分双氧水、甲醇和环氧丙烷在下料区3-1的下部，经由重组分上升管3-2-1进入重组分区3-2，轻组分丙烯由下料区3-1进入轻组分区3-3；轻重组分分别由独立管线进入第二反应器均布区4，重组分经进料口4-1与来自进料口4-2的轻组分二次充分混合后进入第二反应器环氧化II区5，同样双氧水和丙烯在溶剂甲醇和催化剂作用下在此区域生成环氧丙烷，控制循环水进口5-1温度为32℃，出口5-2温度为37℃，确保原料转化率达到95％以上，床层温度控制在39℃以下，二级反应产物经由出料区下料管6-1进入第二反应器出料区6，在出料区上部设置出料口6-2与后续工序直接相连，杜绝不凝气体(未反应完全的丙烯及微量氧气)聚集，在出料区底部设置排净口6-3，以便检修和置换时使用。经分析计算双氧水的转化率达到99.2％，环氧丙烷的收率为97.9％，催化剂的选择性为99.4％。
所述反应物料双氧水的浓度按质量百分数可以是27.5％和70％。
Claims (7)
1.一种用于HPPO法制备环氧丙烷的等温固定床串联反应器，其特征是，由第一反应器和第二反应器组成，所述第一反应器由进料区、环氧化I区、混合物分离区组成；第二反应器由均布区、环氧化II区、出料区组成；
所述第一反应器的环氧化I区和第二反应器的环氧化II区均由一台列管式反应器及特殊循环水系统组成，循环水系统由两个进水口、四个出水口组成；
所述第一反应器的混合物分离区由中间下料区、轻组分区和重组分区组成；
所述第二反应器的均布区由两条带有喷头的合金管线组成。
2.根据权利要求1所述的一种用于HPPO法制备环氧丙烷的等温固定床串联反应器，其特征是，所述第一反应器的进料区由一根带多条支路的开孔合金管组成，每条支路均设置等间距的开孔，孔直径为0.2-1.2mm，确保原料液能够均匀进入催化剂床层，支路的数量为4-10个，第一反应器进料区的垂直高度为1000-2000mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于HPPO法制备环氧丙烷的等温固定床串联反应器，其特征是，所述第一反应器的环氧化I区由一个列管反应器及特殊循环水系统组成，管程装填催化剂，壳程通循环水，循环水系统由两个处于同一高度进水口及四个处于不同高度的出水口组成，严格控制床层温度小于40℃，第一反应器环氧化I区的垂直高度为6000-12000mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于HPPO法制备环氧丙烷的等温固定床串联反应器，其特征是，所述第一反应器的混合物分离区由中间下料区、轻组分区和重组分区组成，中间区由下料管和两块隔离板组成，中间区一侧隔板下部设置一引流管与重组分区相连，另一侧隔板的上部设置方形通道与轻组分区相连，第一反应器混合物分离区的垂直高度为2000-5000mm。
5.根据权利要求1所述的一种用于HPPO法制备环氧丙烷的等温固定床串联反应器，其特征是，所述第二反应器的均布区由两条带有特殊结构喷头的管线按特定间距设置组成，轻组分管线在下，重组分管线在上，喷头的直径为0.1-1.3mm，喷头设置间距为20-50mm，第二反应器均布区的垂直高度为1000-3000mm。
6.根据权利要求1所述的一种用于HPPO法制备环氧丙烷的等温固定床串联反应器，其特征是，所述第二反应器的环氧化II区由一个列管反应器及特殊循环水系统组成，管程装填催化剂，壳程通循环水，循环水系统由两个处于同一高度进水口及四个处于不同高度的出水口组成，严格控制床层温度小于40℃组成，第二反应器环氧化II区的垂直高度为6000-12000mm。
7.根据权利要求1所述的一种用于HPPO法制备环氧丙烷的等温固定床串联反应器，其特征是，所述第二反应器的出料区有一个下料管、一个出料口及一个排净口组成，下料管的直径为50-500mm，出料口设置在出料区的上部，与后续系统相连，在出料区的底部设置一个排净口用于置换和检修，第二反应器出料区的垂直高度为2000-4000mm。
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