CN211636446U - 一种气体分布器及蒽醌加氢浆态床反应器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种气体分布器及应用该气体分布器的蒽醌加氢浆态床反应器。其中气体分布器包括第一分布器，第一分布器包括管板及多个分布板；管板上开设多个管孔，每个管孔内设置一个或多个分布板；每个分布板上均开设多个第一气孔，第一气孔的孔径为微米级孔径。本实用新型通过分布板上设置的多个微米级孔径，实现对气体的精细分流，使得气体分布更为均匀。本实用新型公开的应用该气体分布器的蒽醌加氢浆态床反应器，具有气液固三相物料混合均匀，接触面积大，单位体积产能高，反应器传热良好等优点；强化相间传质，使反应物与催化剂接触更加充分、均匀，具有更高的氢效和加氢选择性。

Description

一种气体分布器及蒽醌加氢浆态床反应器

技术领域

本申请涉及一种气体分布器及蒽醌加氢浆态床反应器，属于化工技术领域。

背景技术

过氧化氢是一种绿色化工产品，其生产和使用过程几乎没有污染，故被称为“清洁”的化工产品。过氧化氢最初仅用于医药和军工领域，后来逐步应用于化学品合成、纺织、造纸、环保、食品、医药、冶金和农业等领域，市场需求日益扩大。

过氧化氢的生产方法有多种，其中蒽醌法是最为成熟的生产方法。该方法的生产工艺为：蒽醌加氢、氢化蒽醌氧化、过氧化氢萃取以及工作液钝化循环。蒽醌加氢是整个生产过程的关键步骤，直接影响过氧化氢的浓度和质量。

目前蒽醌加氢反应的操作单元主要为滴流床和浆态床两大类。

滴流床氢化工艺虽操作简单、催化剂不用分离，但滴流床床层传热性能较差，蒽醌加氢反应是放热过程，内部易形成飞温和局部过热，造成反应不均，整体选择性低、产品质量差，在三相反应中，液体和气体分布不均匀极易造成流体的沟流和短路，降低催化剂的利用率，蒽氢醌会过度加氢产生大量副产物，提高了能耗及生产成本。

相对滴流床反应器来说，浆态床具有物料混合均匀，不易产生局部热点，反应器传热良好，加氢效率高、生产能力大等优点，尤其是浆态床具有更高的收率和加氢选择性。对于催化剂易失活的反应，可使反应过程和催化剂再生过程连续化，可在线更换拆卸催化剂，保持工作液氢化效率稳定。因此，蒽醌法生产过氧化氢采用浆态床工艺可以提高装置的生产效率，降低催化剂和循环工作液用量，降低生产成本，而且由于浆态床工艺使蒽醌加氢反应均匀，避免反应过程局部热点形成而导致工作液降解，有利于提高过氧化氢的产品质量。

蒽醌加氢的浆态床反应器是指催化剂悬浮于液相中，气体以鼓泡的形式通入到反应器中，带动固相悬浮于液相中，催化剂颗粒与流体处于剧烈搅动状态，气固相界面不断更新，传质系数大，催化剂粒度小，单位体积催化剂具有很大的表面积，使传质速度加快；那么合理的气体分布器就是整个反应器的关键元件，一个合理的分布器既能够控制反应器内的气泡尺度大小，使气体分布更加均匀，同时能够使反应器的气液固三相循环流化，同时应避免气体分布器堵塞，浆液倒流，催化剂底部沉积等常见问题。

现有技术中常见的气体分布器，多采用多孔板、列管式、盘管式等结构，该种结构的气体分布器，工作液和氢气之间的传质系数小，传质速度慢。

实用新型内容

本申请的目的在于，提供一种气体分布器，以解决现有浆态床反应器中的气体分布器存在的使用过程中工作液和氢气之间的传质系数小，传质速度慢的技术问题。同时，本实用新型还提供了一种使用上述气体分布器的蒽醌加氢浆态床反应器。

本实用新型的气体分布器，包括第一分布器，所述第一分布器包括管板及多个分布板；

所述管板上开设多个管孔，每个管孔内设置一个或多个分布板；

每个所述分布板上开设多个第一气孔，所述第一气孔的孔径为微米级孔径。

优选地，每个所述管孔包括第一管口及第二管口；所述第一管口的内径小于所述第二管口的内径，气体经由所述第一管口流向所述第二管口。

优选地，还包括第二分布器；

所述第二分布器与所述第一分布器同轴设置，所述第二分布器上开设多个第二气孔。

优选地，所述第二气孔的孔径为毫米级孔径。

优选地，所述第二气孔上设置单向止回装置。

本实用新型还公开了一种应用上述气体分布器的蒽醌加氢浆态床反应器，包括包括反应器主体及上述气体分布器；

所述气体分布器设置于所述反应器主体的底部。

优选地，所述反应器主体包括从顶部到底部依次设置的气液分离区、沉降区和反应区；

所述沉降区的内径从沉降区顶部到沉降区底部逐渐减小。

优选地，还包括分离罐、外循环管和沉降管；

所述分离罐的进液口通过外循环管与所述反应区的上部连接，所述分离罐的出料口通过沉降管与所述反应区的底部连接，所述沉降管的出口设置于所述第一分布器的第二管口所在侧。

优选地，还包括平衡管；所述平衡管的一端与所述气液分离区连接，所述平衡管的另一端与所述分离罐的顶部连接。

优选地，还包括液体分布器；所述液体分布器设置于所述第一分布器的第二管口所在侧，所述液体分布器的出液口朝向所述第二管口。

本实用新型的气体分布器，相较于现有技术，具有如下有益效果：

本实用新型通过设置分布板上的第一气孔的孔径为微米级孔径，实现对通过第一分布器的气体的精细分流，使得气体分布更为均匀，在将其应用于蒽醌加氢浆态床反应器中时，能够增加相间传质，提高反应器内气含率，使得工作液和氢气之间的传质系数大，传质速度快。

本实用新型通过设置第一分布器管孔的第一管口和第二管口内径不同，并使气体经由小内经的管口流向大内径的管口，使得固体催化剂不会沉积于气体分布器的底部，不会发生堵塞分布器的情况。

本实用新型中的气体分布器，还包括第二分布器，第二分布器与第一分布器同轴设置，使得第二分布器与第一分布器协同工作。其中第二分布器上开设第二气孔，第二气孔为毫米级气孔。将其应用于蒽醌加氢浆态床反应器中时，经过第二气孔可产生毫米级气泡，毫米级气泡能够增强反应器主体内相间返混效果。

为避免在将该气体分布器应用于蒽醌加氢浆态床反应器时，反应器停车或者失压的情况下，液相逆流进入第二分布器内，在第二气孔上设置了单向止回装置。

本实用新型公开的使用上述气体分布器的蒽醌加氢浆态床反应器，相较于现有技术，具有如下有益效果：

本实用新型在反应器主体的底部设置了气体分布器，可以使得反应器主体内的气液固三相混合均匀，三相接触面积更大，单位体积产能高，强化相间传质使蒽醌液体与催化剂接触更加充分、均匀，具有更高的氢效和加氢选择性。同时，由于第一分布器的管孔为倾斜式管孔，使得固体催化剂不会沉积于气体分布器的底部，不会发生堵塞分布器的情况。

本实用新型的沉降区的内径从顶部到底部逐渐减小，沉降区的内壁为倾斜的，倾斜角度依据不同的固体催化剂的颗粒尺度可选择30-70°。该种结构的沉降区，可以实现一部分催化剂在沉降区由于径向的速度梯度会沿着反应器主体的内壁进行内循环，增加催化剂反应停留时间，催化剂效率高。

本实用新型设置了外部的分离罐，该分离罐与反应器主体连接，分离罐的数量根据不同的反应器产能及要求可选择2的整数倍，使得本申请的反应器适用性更强。同时，反应器主体内的催化剂可以跟随工作液依次经由外循环管、分离罐及沉降管至反应器底部与气相混合继续进行加氢反应，增加催化剂反应停留时间，催化剂效率高。

本实用新型的液体分布器用于传输蒽醌液体，并设置液体分布器的出液口朝向第一分布器的第二管口，进一步避免固体催化剂沉积，同时，使得蒽醌液体与第一分布器发出的氢气混合更加均匀。

附图说明

图1为本实用新型中蒽醌加氢浆态床反应器的一种实施例的结构示意图；

图2为本实用新型中，管孔的排布方式为三角形排布的第一分布器的结构示意图；

图3为本实用新型中，管孔的排布方式为圆周排布的第一分布器的结构示意图；

图4为本实用新型中，管孔的排布方式为正方形排布的第一分布器的结构示意图；

图5为图2中第一分布器的A-A剖面的结构示意图；

图6为图5中第一分布器在B处的放大图；

图7为第二分布器的一种实施例的俯视图。

部件和附图标记列表：

1、氢气进口；2、第一分布器；3、第二分布器；4、微米级气泡；5、毫米级气泡；6、催化剂；7、反应器主体；8、沉降区；9、气液分离区；10、循环氢气出口；11、平衡管；12、外循环管；13、尾气出口；14、分离罐；15、过氧化氢出液口；16、出料口；17、沉降管；18、液相分布器；19、排污口；20、反应区；201、管板；202、分布板；203、垫片；204、预紧螺母；205、第一管口；206、第二管口。

具体实施方式

下面结合实施例详述本实用新型，但本实用新型并不局限于这些实施例。

参见图1～7，本实施例提供了一种气体分布器，包括第一分布器2，第一分布器2包括管板201及多个分布板202；管板201上开设多个管孔，每个管孔内设置一个或多个分布板202；每个分布板202上均开设多个第一气孔，第一气孔的孔径为微米级孔径。分布板202上开设的微米级孔径，实现对气体的精细分流，使得气体分布更为均匀。将其应用于蒽醌加氢浆态床反应器中时，由于气液混合，使得可以产生微米级气泡，微米气泡增加相间传质，提高反应器内气含率，提高反应器主体内的单位产能。

其中，分布板202与管板201之间的连接方式可以采用焊接、胀接、螺纹连接、整体加工等形式。优选地，分布板202与管板201之间通过预紧螺母204进行连接，并且分布板202与管板201之间使用垫片203保证连接的紧密性。其中分布板202的结构可以选择烧结金属、钢制压制丝网或者微孔孔板等，优选微米级烧结金属，微米级烧结金属的微孔开孔直径选择20微米-200微米，孔隙率为30-60％，优选的孔隙率为40％-50％；垫片203的材质为聚四氟乙烯、聚乙烯等；预紧螺母204的材质优选为不锈钢。

本实施例中，分布板202上开设的多个第一气孔的排布方式可以为正方形排布，该排布方式见图4；多个第一气孔的排布方式可以为三角形排布，该排布方式见图2；多个第一气孔的排布方式可以为圆周排布，该排布方式见图3。

为防止固相催化剂堵塞气体分布器，优选地，设置第一分布器2的管孔包括第一管口205及第二管口206，其具体结构参见图5及图6；第一管口205的内径小于第二管口206的内径，气体经由第一管口205流向第二管口206。由于第一管口205与第二管口206的内径不同，使得管孔的内壁为倾斜的，倾斜角度依据不同的固相颗粒尺度可选择30-70°。该气体分布器工作过程中，在管孔孔壁处的固相催化剂，会由于气体的流动，使其上升，避免沉积于孔壁内。

为使该气体分布器应用于浆态床反应器时，可以产生不同尺寸的气泡，本实施例还设置了第二分布器3；第二分布器3与第一分布器2同轴设置，第二分布器3上开设多个第二气孔，第二气孔的开孔向上，第二气孔的孔径为毫米级孔径。利用毫米级孔径可以产生毫米级气泡，毫米级气泡能够增强反应器主体内相间返混效果，使得混合均匀。

为避免在停车或者失压的情况下，液相逆流进入第二分布器3内，在第二气孔上设置单向止回装置。单向止回装置优选为管帽或者喷嘴，起单向止回阀作用。

本实用新型还公开了一种应用上述气体分布器的蒽醌加氢浆态床反应器，具体结构参见图1，包括反应器主体7及上述气体分布器；气体分布器设置于反应器主体7的底部。反应器主体7的底部还设置排污口19。本实施例中，优选地，使用的气体分布器包括第一分布器2及第二分布器3，其中第一分布器2为新鲜气分布器，通入的气体为新鲜的氢气。第二分布器3为循环气分布器，通入的气体为循环的氢气。

第一分布器2由管板201、分布板202、垫片203和预紧螺母204组成，参见图5及图6。管板201以法兰形式与反应器主体7连接。其中分布板202上设置了多个第一气孔，第一气孔的孔径为微米级孔径。限定第一分布器2的管孔包括第一管口205及第二管口206；第一管口205的内径小于第二管口206的内径，气体经由第一管口205流向第二管口206。由于第一管口205与第二管口206的内径不同，使得管孔的内壁为倾斜的，倾斜角度依据不同的固相颗粒尺度可选择30-70°。

第二分布器3为循环气分布器，通入的气体为反应器主体7内使用后的氢气，第二分布器3与第一分布器2同轴设置，且第二分布器3设置于第一分布器2的上方，即第二分布器3相对于第一分布器2，更靠近反应器主体7的顶部。第二分布器3可以采用多孔板、列管式、盘管式等结构，优选的为盘管式结构，其结构参见图7。盘管上开设第二气孔，第二气孔的孔口向上设置，孔口处安装单向止回装置，优选为管帽或者喷嘴，起单向止回阀作用，孔口尺寸为1-5mm,优选1-3mm，开孔率<0.2％。可见，第二气孔的孔径为毫米级孔径。

本实施例中，反应器主体7包括从顶部到底部依次设置的气液分离区9、沉降区8和反应区20；沉降区8的内径从顶部到底部逐渐减小。沉降区8的底部的内径与反应区20的内径相同。其中，反应区20用于实现蒽醌液体、固体催化剂6与氢气的气液固三相混合反应，沉降区8用于实现部分固体催化剂6沿着反应器主体7内部进行内循环；气液分离区9用于实现气体与液固分离，分离出的气体即为循环氢气，循环氢气经由反应器主体7顶部的循环氢气出口10再通入第二分布器3进行循环使用。反应区20内还设置液体分布器18；液体分布器18设置于第一分布器2的第二管口206所在侧，位于第一分布器2与第二分布器3之间，液体分布器18开孔向下或者呈一定角度朝向第一分布器2的第二管口206，优选树枝状液体分布器。

本实施例还包括分离罐14；分离罐14的进液口通过外循环管12与反应区20的上部连接，分离罐14的出料口16通过沉降管17与反应区20的底部连接，沉降管17的出口设置于第二分布器3之上。分离罐14的侧壁开设过氧化氢出液口15，分离罐14的顶部设置尾气出口13。还包括平衡管11；平衡管11的一端与气液分离区9连接，平衡管11的另一端与分离罐14的顶部连接。

本实施例的蒽醌加氢浆态床反应器的工作过程如下：

新鲜的氢气从反应区20底部的氢气进口1进入反应器主体7内，由于第一分布器2的存在，使得第一分布器2与反应器主体7底部之间形成缓冲区，第一分布器2两侧形成一定压差后，氢气会通过第一分布器2。第一分布器2上的管板201是具有一定开孔率的孔板，管板201上设置管孔，管孔位置呈三角形、正方形或者圆周分布，分布板202上设置的第一气孔的孔径为微米级孔径，气体经过第一气孔形成微米级气泡进入液体分布器18传输进反应器主体7内的液相中，固相催化剂6在反应器主体7内沉降的过程中大部分由于曳力重新向上运动，部分沉降在第一分布器2的上表面，由于第一分布器2上的管孔是上大下小的孔型，固相催化剂6会运动至分布板202上以及管孔的侧壁，然后与微米级气泡4再次向上运动，保证反应器主体7内无死体积，避免过度加氢的情况；

其中，微米级气泡4与液体分布器18的出液口的工作液在反应区20混合，两相进行预混合，增加工作液中氢气浓度，此时处于固相催化剂6稀疏区；然后气液固三相同时向上运动与第二分布器3的循环氢气混合，经过第二分布器3的氢气产生大量毫米级气泡5与沉降管17的液固两相接触，此时固相处于浓稠区。毫米级气泡5增强返混效果，使三相快速混合均匀，预混合的气液两相与固相催化剂6接触反应，反应产物随着毫米级气泡5形成的强大曳力作用向上运动进入反应区20。

经过反应区20的气液固三相进入沉降区8及气液分离区9，未参与反应的氢气经过反应器主体7顶部的循环氢气出口10重新从反应器主体7底部的第二分布器3再次进入反应器主体7内；在沉降区8部分固相沿反应器内壁向下运动形成内循环，大部分工作液和固相经过外循环管12进入分离罐14；进入分离罐14的气液固三相进行二次分离，分离后气相经过平衡管11返回反应器主体7内，带有反应产物的工作液经过过氧化氢出液口15进入下一步工序，其余的液固相从分离罐14下部的沉降管17返回反应器主体7底部再次参与反应。

本实施例的蒽醌加氢浆态床反应器，分别利用第一分布器2产生微米级气泡4和第二分布器3产生毫米级气泡5。微米级气泡4增加相间传质，提高反应器内气含率，毫米级气泡5增强反应器内相间返混效果；液体分布器18的出液口位于第一分布器2与第二分布器3之间，呈水平放置的树枝状结构，液体分布器18的出液口垂直向下或呈一定角度朝向第一分布器2的第二管口206。本实施例的气体分布器能够提高反应器主体7内气液固三相传质效率，同时避免催化剂的堵塞、沉积等问题。应用其的反应器为外循环式浆态床反应器，能够增加气液固三相接触面积，延长催化剂与反应组分的停留时间，提高反应器的单位产能。特别是将该反应器应用在蒽醌法制备过氧化氢工艺，具有气液固三相物料混合均匀，接触面积大，单位体积产能高，反应器传热良好等优点，强化相间传质使反应物与催化剂接触更加充分、均匀，具有更高的氢效和加氢选择性。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种气体分布器，其特征在于，包括第一分布器，所述第一分布器包括管板及多个分布板；

所述管板上开设多个管孔，每个所述管孔内设置一个或多个分布板；

每个所述分布板上均开设多个第一气孔，所述第一气孔的孔径为微米级孔径。

2.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于，每个所述管孔包括第一管口及第二管口；所述第一管口的内径小于所述第二管口的内径，气体经由所述第一管口流向所述第二管口。

3.根据权利要求2所述的气体分布器，其特征在于，还包括第二分布器；

所述第二分布器与所述第一分布器同轴设置，所述第二分布器上开设多个第二气孔。

4.根据权利要求3所述的气体分布器，其特征在于，所述第二气孔的孔径为毫米级孔径。

5.根据权利要求3或4所述的气体分布器，其特征在于，所述第二气孔上设置单向止回装置。

6.一种蒽醌加氢浆态床反应器，其特征在于，包括反应器主体及权利要求1～5任一项所述的气体分布器；

所述气体分布器设置于所述反应器主体的底部。

7.根据权利要求6所述的蒽醌加氢浆态床反应器，其特征在于，所述反应器主体包括从顶部到底部依次设置的气液分离区、沉降区和反应区；

所述沉降区的内径从沉降区的顶部到沉降区的底部逐渐减小。

8.根据权利要求7所述的蒽醌加氢浆态床反应器，其特征在于，还包括分离罐、外循环管及沉降管；

所述分离罐的进液口通过外循环管与所述反应区的上部连接，所述分离罐的出料口通过沉降管与所述反应区的底部连接，所述沉降管的出口设置于所述第一分布器的第二管口所在侧。

9.根据权利要求8所述的蒽醌加氢浆态床反应器，其特征在于，还包括平衡管；所述平衡管的一端与所述气液分离区连接，所述平衡管的另一端与所述分离罐的顶部连接。

10.根据权利要求6所述的蒽醌加氢浆态床反应器，其特征在于，还包括液体分布器；所述液体分布器设置于所述第一分布器的第二管口所在侧，所述液体分布器的出液口朝向所述第二管口。

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