CN212370135U - 一种分段式丙烯水合制备异丙醇的强化反应系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种分段式丙烯水合制备异丙醇的强化反应系统,包括:反应器、微界面发生器和提纯单元等。本实用新型通过微界面发生器破碎丙烯使其形成微米尺度的微米级气泡与反应物去离子水混合形成气液乳化物,以增大气液两相的相界面积,并达到在较低预设操作条件范围内强化传质的效果;同时,微米级气泡能够与去离子水充分混合形成气液乳化物,通过将气液两相充分混合,能够保证系统中的去离子水与丙烯充分接触,同时两者与催化剂充分接触,有效提高制备异丙醇的效率,通过在反应器内设置两段反应区,使原料丙烯得以充分利用,进一步提高丙烯单程转化率。
Description
技术领域
本实用新型涉及异丙醇制备技术领域,尤其涉及一种分段式丙烯水合制备异丙醇的强化反应系统。
背景技术
我国异丙醇市场的需求量逐年增加,但异丙醇的供应增长却明显落后于市场需求,我国是异丙醇进口大国,长期以来需要从国外大量进口,我国异丙醇生产起步比较晚,从上世纪60年代开始发展对于异丙醇的工艺研究,兰州石化炼油厂曾经建立过间接水合生产异丙醇的装置,年产600万吨,但由于工艺较为落后、成本高、没有市场竞争力而被迫停产;
目前,异丙醇工业化生产方法主要分为丙烯间接水合法和丙烯直接水合法,丙烯间接水合法对丙烯气体纯度要求较低,并且丙烯转化率较高,但该方法工艺过程复杂,反应过程需要大量的水蒸气,硫酸对设备有腐蚀作用,环境污染较为严重,因此已被直接水合法逐渐取代。
丙烯气相直接水合法最早由德国维巴公司所开发,现有气相直接水合法生产异丙醇工艺过程为液态丙烯、去离子水和循环丙烯气体一起通入反应器,反应温度180~260℃,反应压力2~2.5Mpa,丙烯气体在催化剂作用下与去离子水反应生成异丙醇。
该工艺对环境污染小,相对于间接水合法工艺流程更为简单而被广泛应用,但该方法在使用过程中存在明显缺点与不足:
在丙烯气体和去离子水接触过程中,气液两项混合,产生较大较多气泡,由于气泡较多较大,致使气液两项无法充分混合,并且影响与催化剂的接触,降低异丙醇的制备效率,丙烯单程转化率只有6%~7%。
实用新型内容
为此,本实用新型提供一种分段式丙烯水合制备异丙醇的强化反应系统,用以提高现有技术中制备异丙醇的效率。
本实用新型提供一种分段式丙烯水合制备异丙醇的强化反应系统,包括:
反应器,用以为去离子水和丙烯提供反应场所制备异丙醇,所述反应器内设置有第一段反应区和第二段反应区;所述第一段反应区,其设置在所述反应器的下方,用以装载去离子水、丙烯和催化剂并为丙烯水合反应提供反应空间;所述第二段反应区,其设置在所述反应器的上方,用以将未反应的丙烯进行回流处理并使未反应的丙烯与去离子水再次进行反应;
微界面发生器,其将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给气体反应物,将气体反应物丙烯破碎形成直径≥1μm、且<1mm的微米级气泡,以提高气体反应物与液体反应物之间的传质面积、减小液膜厚度、降低传质阻力;
循环单元,其与所述反应器和所述微界面发生器相连通,用以调节所述反应器内反应物温度和为所述微界面发生器提供卷吸动力,所述循环单元和所述反应器之间设置有拦截网,用以对催化剂进行拦截;
冷凝器,其与所述反应器相连通,用以对产物进行分离处理,所述冷凝器和所述反应器之间设置有拦截网,用以对催化剂进行拦截;
提纯单元,其与所述冷凝器相连通,用以对产物进行提纯。
进一步的,所述微界面发生器包括:
第一微界面发生器,其为气动式微界面发生器,所述第一微界面发生器位于所述反应器内的第一段反应区,所述第一微界面发生器用以将丙烯破碎形成微米尺度的微米级气泡并在破碎完成后将微米级气泡输出至所述反应器内的第一段反应区与所述反应器内的第一段反应区内的去离子水混合形成气液乳化物;
第二微界面发生器,其为液动式微界面发生器,所述第二微界面发生器位于所述反应器内的第二段反应区,所述第二微界面发生器用以破碎卷吸所述反应器内的第二段反应区上部未反应的丙烯形成微米尺度的微米级气泡,将微米级气泡与去离子水混合形成气液乳化物并将气液乳化物输出至所述第一段反应区以与所述第一微界面发生器输出的气液乳化物进行对冲,使未反应的丙烯再次参与反应。
进一步的,所述循环单元包括第一换热器和第一泵体,所述第一泵体用以将所述反应器内物料抽出至所述第一换热器内进行换热后将物料循环回所述第二微界面发生器,并为所述第二微界面发生器提供卷吸动力。
进一步的,所述冷凝器的进料端与所述反应器的出料端相连通,所述冷凝器的出料端与所述提纯单元相连通,所述冷凝器用以冷凝所述反应器内排出的粗产物,使粗产物分为气相粗产物和液相粗产物。
进一步的,所述提纯单元包括喷淋塔和蒸馏塔,所述喷淋塔的出料端与所述蒸馏塔的液相进料端相连通,所述冷凝器的出料端包括气相出料端和液相出料端,所述冷凝器的气相出料端与所述喷淋塔相连通,所述冷凝器的液相出料端与所述蒸馏塔相连通。
进一步的,所述喷淋塔内的喷淋装置通有去离子水,通过所述喷淋装置将去离子水在所述喷淋塔内由上至下喷出并与气相物料接触,将气相物料中异丙醇回收至去离子水中,所述喷淋塔顶溢出的丙烯尾气通过循环压缩机加压传输至所述第一微界面发生器。
进一步的,所述蒸馏塔内设置有多级塔板,所述蒸馏塔的侧部设置有第二换热器和第二泵体,进入所述蒸馏塔内的液相物料沿多级塔板自上而下运动,所述第二泵体将经所述第二换热器换热后的蒸汽沿所述蒸馏塔内的多级塔板自下而上运动对液相物料浓缩。
进一步的,所述冷凝器为水冷式冷凝器。
进一步的,所述冷凝器为卧式壳管式冷凝器。水路流动较多,冷却效率高。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果在于,本实用新型通过破碎丙烯气体使其形成微米尺度的微米级气泡,微米级气泡具备常规气泡所不具备的理化性质,由球体体积及表面积的计算公式可知,在总体积不变的情况下,气泡的总表面积与单个气泡直径成反比,由此可知微米级气泡的总表面积巨大,使微米级气泡与去离子水混合形成气液乳化物,以增大气液两相的接触面积,并达到在较低预设操作条件范围内强化传质的效果,有效提高制备异丙醇的效率;
进一步的,反应器,用以为去离子水和丙烯提供反应场所制备异丙醇,所述反应器内设置有第一段反应区和第二段反应区;所述第一段反应区,其设置在所述反应器的下方,用以装载去离子水、丙烯和催化剂并为丙烯水合反应提供反应空间;所述第二段反应区,其设置在所述反应器的上方,用以将未反应的丙烯进行回流处理并使未反应的丙烯与去离子水再次进行反应;
微界面发生器,其将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给气体反应物,将气体反应物破碎形成直径≥1μm、且<1mm的微米级气泡以提高气体反应物与液体反应物之间的传质面积,减小液膜厚度,降低传质阻力,并在破碎后将液体反应物与气体反应物的微米级气泡混合形成气液乳化物,以在预设操作条件范围内强化液体反应物与气体反应物之间的传质效率和反应效率;
循环单元,其与所述反应器和所述微界面发生器相连通,用以调节所述反应器内反应物温度和为所述微界面发生器提供卷吸动力;
冷凝器,其与所述反应器相连通,用以对产物进行分离处理;
提纯单元,其与所述冷凝器相连通,用以对产物进行提纯。
进一步的,所述微界面发生器包括:
第一微界面发生器,其为气动式微界面发生器,所述第一微界面发生器位于所述反应器内的第一段反应区,所述第一微界面发生器用以将丙烯破碎形成微米尺度的微米级气泡并在破碎完成后将微米级气泡输出至所述反应器内的第一段反应区与所述反应器内的第一段反应区内的去离子水混合形成气液乳化物;
第二微界面发生器,其为液动式微界面发生器,所述第二微界面发生器位于所述反应器内的第二段反应区,所述第二微界面发生器用以破碎卷吸所述反应器内的第二段反应区上部未反应的丙烯形成微米尺度的微米级气泡,将微米级气泡与去离子水混合形成气液乳化物并将气液乳化物输出至所述第一段反应区以与所述第一微界面发生器输出的气液乳化物进行对冲,使未反应的丙烯再次参与反应。
进一步的,所述循环单元包括第一换热器和第一泵体,所述第一泵体用以将所述反应器内物料抽出至所述第一换热器内进行降温后将物料循环回所述第二微界面发生器,并为所述第二微界面发生器提供卷吸动力。
进一步的,所述冷凝器的进料端与所述反应器的出料端相连通,所述冷凝器的出料端与所述提纯单元相连通,所述冷凝器用以冷凝所述反应器内排出的粗产物,使粗产物分为气相粗产物和液相粗产物。
进一步的,所述提纯单元包括喷淋塔和蒸馏塔,所述喷淋塔的出料端与所述蒸馏塔的液相进料端相连通,所述冷凝器的出料端包括气相出料端和液相出料端,所述冷凝器的气相出料端与所述喷淋塔相连通,所述冷凝器的液相出料端与所述蒸馏塔相连通。
进一步的,所述喷淋塔内的喷淋装置通有去离子水,通过所述喷淋装置将去离子水在所述喷淋塔内由上至下喷出并与气相物料接触,将气相物料中异丙醇回收至去离子水中,所述喷淋塔顶溢出的丙烯尾气通过循环压缩机加压传输至所述第一微界面发生器。循环参与丙烯水合反应,在一定程度上节省原料。
进一步的,所述蒸馏塔内设置有多级塔板,所述蒸馏塔的侧部设置有第二换热器和第二泵体,进入所述蒸馏塔内的液相物料沿多级塔板自上而下运动,所述第二泵体将经所述第二换热器换热后的蒸汽沿所述蒸馏塔内的多级塔板自下而上运动对液相物料浓缩。
进一步的,所述冷凝器为水冷式冷凝器。
进一步的,所述冷凝器为卧式壳管式冷凝器。水路流动较多,冷却效率高。
附图说明
图1为本实用新型所述一种分段式丙烯水合制备异丙醇的强化反应系统的结构示意图。
1-反应器、2-第一段反应区、3-第二段反应区、41-第一微界面发生器、42-第二微界面发生器、5-第一换热器、6-第一泵体、7-冷凝器、8-喷淋塔、9-蒸馏塔、10-循环压缩机、11-第二换热器、12-第二泵体。
具体实施方式
下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是,这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理,并非在限制本实用新型的保护范围。
需要说明的是,在本实用新型的描述中,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系,这仅仅是为了便于描述,而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外,还需要说明的是,在本实用新型的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言,可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
请参阅图1所示,其为本实用新型提供一种分段式丙烯水合制备异丙醇的强化反应系统,包括:
反应器1,用以为去离子水和丙烯提供反应场所制备异丙醇,所述反应器内设置有第一段反应区2和第二段反应区3;所述第一段反应区,其设置在所述反应器的下方,用以装载去离子水、丙烯和催化剂并为丙烯水合反应提供反应空间;所述第二段反应区,其设置在所述反应器的上方,用以将未反应的丙烯进行回流处理并使未反应的丙烯与去离子水再次进行反应;
微界面发生器,其将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给气体反应物,将气体反应物丙烯破碎形成直径≥1μm、且<1mm的微米级气泡,以提高气体反应物与液体反应物之间的传质面积、减小液膜厚度、降低传质阻力;
循环单元,其与所述反应器和所述微界面发生器相连通,用以调节所述反应器内反应物温度和为所述微界面发生器提供卷吸动力;
冷凝器7,其与所述反应器相连通,用以对产物进行分离处理;
提纯单元,其与所述冷凝器相连通,用以对产物进行提纯。
请继续参阅图1,所述微界面发生器包括:
第一微界面发生器41,其为气动式微界面发生器,所述第一微界面发生器位于所述反应器内的第一段反应区,所述第一微界面发生器用以将丙烯破碎形成微米尺度的微米级气泡并在破碎完成后将微米级气泡输出至所述反应器内的第一段反应区与所述反应器内的第一段反应区内的去离子水混合形成气液乳化物;
第二微界面发生器42,其为液动式微界面发生器,所述第二微界面发生器位于所述反应器内的第二段反应区,所述第二微界面发生器用以破碎卷吸所述反应器内的第二段反应区上部未反应的丙烯形成微米尺度的微米级气泡,将微米级气泡与去离子水混合形成气液乳化物并将气液乳化物输出至所述第一段反应区以与所述第一微界面发生器输出的气液乳化物进行对冲,使未反应的丙烯再次参与反应。
请继续参阅图1,所述循环单元包括第一换热器5和第一泵体6,所述第一泵体用以将所述反应器内物料抽出至所述第一换热器内进行换热后将物料循环回所述第二微界面发生器,并为所述第二微界面发生器提供卷吸动力。
请继续参阅图1,所述冷凝器的进料端与所述反应器的出料端相连通,所述冷凝器的出料端与所述提纯单元相连通,所述冷凝器用以冷凝所述反应器内排出的粗产物,使粗产物分为气相粗产物和液相粗产物。
请继续参阅图1,所述提纯单元包括喷淋塔8和蒸馏塔9,所述喷淋塔的出料端与所述蒸馏塔的液相进料端相连通,所述冷凝器的出料端包括气相出料端和液相出料端,所述冷凝器的气相出料端与所述喷淋塔相连通,所述冷凝器的液相出料端与所述蒸馏塔相连通。
请继续参阅图1,所述喷淋塔内的喷淋装置通有去离子水,通过所述喷淋装置将去离子水在所述喷淋塔内由上至下喷出并与气相物料接触,将气相物料中异丙醇回收至去离子水中,所述喷淋塔顶溢出的丙烯尾气通过循环压缩机10加压传输至所述第一微界面发生器。
请继续参阅图1,所述蒸馏塔内设置有多级塔板,所述蒸馏塔的侧部设置有第二换热器11和第二泵体12,进入所述蒸馏塔内的液相物料沿多级塔板自上而下运动,所述第二泵体将经所述第二换热器换热后的蒸汽沿所述蒸馏塔内的多级塔板自下而上运动对液相物料浓缩。
请继续参阅图1,所述冷凝器为水冷式冷凝器。
请继续参阅图1,所述冷凝器为卧式壳管式冷凝器。水路流动较多,冷却效率高。
请继续参阅图1,本实用新型提供一种分段式丙烯水合制备异丙醇的强化反应工艺,包括:
步骤1:向反应器内加入去离子水;
步骤2:向所述第一微界面发生器中通入丙烯,所述第一微界面发生器工作将丙烯破碎形成微米尺度的微米级气泡并在破碎完成后将微米级气泡输出至所述反应器内的第一段反应区与所述反应器内的第一段反应区内的去离子水混合形成气液乳化物并与催化剂接触发生丙烯水合反应;
步骤3:所述第二微界面发生器工作破碎卷吸所述反应器内的第二段反应区上部未反应的丙烯形成微米尺度的微米级气泡,将微米级气泡与去离子水混合形成气液乳化物并将气液乳化物输出至所述第一段反应区以与所述第一微界面发生器输出的气液乳化物进行对冲,使未反应的丙烯再次参与反应;
步骤4:所述循环单元工作,对所述反应器内反应物温度进行调节,通过所述第一泵体工作将所述反应器内物料抽出至所述第一换热器内进行降温后将物料循环回所述第二微界面发生器,同时为所述第二微界面发生器提供卷吸动力;
步骤5:步骤3中生成的粗产物进入所述冷凝器中,所述冷凝器使粗产物分为气相粗产物和液相粗产物,气相粗产物进入所述喷淋塔内,所述喷淋塔内的喷淋装置将去离子水在所述喷淋塔内由上至下喷出并与气相物料接触,将气相物料中异丙醇回收至去离子水中形成液相异丙醇溶液,所述喷淋塔顶溢出的丙烯尾气通过循环压缩机加压传输至所述第一微界面发生器,循环参与丙烯水合反应;
步骤6:步骤5中液相粗产物以及所述喷淋塔内的液相异丙醇溶液进入所述蒸馏塔内沿多级塔板自上而下运动,所述第二泵体将经所述第二换热器换热后的蒸汽沿所述蒸馏塔内的多级塔板自下而上运动对液相物料浓缩,浓缩产物异丙醇沿所述蒸馏塔底部排出。
所述反应器呢温度为160~240℃,压力为1.6~2.0Mpa。
实施例1
使用上述系统及工艺进行异丙醇制备,其中:
所述反应器温度为160℃,所述反应器内压强为1.6Mpa;
所述第一微界面发生器内的气液比为900:1;
所述第二微界面发生器内的气液比为3:1000;
经检测,使用所述系统及工艺后,丙烯单程转化率为25%。
实施例2
使用上述系统及工艺进行异丙醇制备,其中:
所述反应器温度为170℃,所述反应器内压强为1.7Mpa;
所述第一微界面发生器内的气液比为900:1;
所述第二微界面发生器内的气液比为3:1000
经检测,使用所述系统及工艺后,丙烯单程转化率为25%。
实施例3
使用上述系统及工艺进行异丙醇制备,其中:
所述反应器温度为180℃,所述反应器内压强为1.8Mpa;
所述第一微界面发生器内的气液比为900:1;
所述第二微界面发生器内的气液比为3:1000;
经检测,使用所述系统及工艺后,丙烯单程转化率为27%。
实施例4
使用上述系统及工艺进行异丙醇制备,其中:
所述反应器温度为190℃,所述反应器内压强为1.9Mpa;
所述第一微界面发生器内的气液比为900:1;
所述第二微界面发生器内的气液比为3:1000;
经检测,使用所述系统及工艺后,丙烯单程转化率为26%。
实施例5
使用上述系统及工艺进行异丙醇制备,其中:
所述反应器温度为200℃,所述反应器内压强为2.0Mpa;
所述第一微界面发生器内的气液比为900:1;
所述第二微界面发生器内的气液比为3:1000;
经检测,使用所述系统及工艺后,丙烯单程转化率为27%。
对比例
使用现有技术丙烯直接水合法进行异丙醇制备,其中,本对比例选用的工艺参数与所述实施例5中的工艺参数相同。
经检测,丙烯单程转化率为5.8%。
至此,已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案,但是,本领域技术人员容易理解的是,本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下,本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换,这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例,并不用于限制本实用新型;对于本领域的技术人员来说,本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种分段式丙烯水合制备异丙醇的强化反应系统,其特征在于,包括:
反应器,所述反应器内设置有第一段反应区和第二段反应区;所述第一段反应区,其设置在所述反应器的下方;所述第二段反应区,其设置在所述反应器的上方;
微界面发生器,其将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给气体反应物,将气体反应物丙烯破碎形成直径≥1μm、且<1mm的微米级气泡,以提高气体反应物与液体反应物之间的传质面积、减小液膜厚度、降低传质阻力;
循环单元,其与所述反应器和所述微界面发生器相连通;
冷凝器,其与所述反应器相连通;
提纯单元,其与所述冷凝器相连通。
2.根据权利要求1所述的一种分段式丙烯水合制备异丙醇的强化反应系统,其特征在于,所述微界面发生器包括:
第一微界面发生器,其为气动式微界面发生器,所述第一微界面发生器位于所述反应器内的第一段反应区,所述第一微界面发生器用以将丙烯破碎形成微米尺度的微米级气泡并在破碎完成后将微米级气泡输出至所述反应器内的第一段反应区与所述反应器内的第一段反应区内的去离子水混合形成气液乳化物;
第二微界面发生器,其为液动式微界面发生器,所述第二微界面发生器位于所述反应器内的第二段反应区,所述第二微界面发生器用以破碎卷吸所述反应器内的第二段反应区上部未反应的丙烯形成微米尺度的微米级气泡,将微米级气泡与去离子水混合形成气液乳化物并将气液乳化物输出至所述第一段反应区以与所述第一微界面发生器输出的气液乳化物进行对冲,使未反应的丙烯再次参与反应。
3.根据权利要求2所述的一种分段式丙烯水合制备异丙醇的强化反应系统,其特征在于,所述循环单元包括第一换热器和第一泵体,所述第一泵体用以将所述反应器内物料抽出至所述第一换热器内进行换热后将物料循环回所述第二微界面发生器,并为所述第二微界面发生器提供卷吸动力。
4.根据权利要求2所述的一种分段式丙烯水合制备异丙醇的强化反应系统,其特征在于,所述冷凝器的进料端与所述反应器的出料端相连通,所述冷凝器的出料端与所述提纯单元相连通,所述冷凝器用以冷凝所述反应器内排出的粗产物,使粗产物分为气相粗产物和液相粗产物。
5.根据权利要求4所述的一种分段式丙烯水合制备异丙醇的强化反应系统,其特征在于,所述提纯单元包括喷淋塔和蒸馏塔,所述喷淋塔的出料端与所述蒸馏塔的液相进料端相连通,所述冷凝器的出料端包括气相出料端和液相出料端,所述冷凝器的气相出料端与所述喷淋塔相连通,所述冷凝器的液相出料端与所述蒸馏塔相连通。
6.根据权利要求5所述的一种分段式丙烯水合制备异丙醇的强化反应系统,其特征在于,所述喷淋塔内的喷淋装置通有去离子水,通过所述喷淋装置将去离子水在所述喷淋塔内由上至下喷出并与气相物料接触,将气相物料中异丙醇回收至去离子水中,所述喷淋塔顶溢出的丙烯尾气通过循环压缩机加压传输至所述第一微界面发生器。
7.根据权利要求5所述的一种分段式丙烯水合制备异丙醇的强化反应系统,其特征在于,所述蒸馏塔内设置有多级塔板,所述蒸馏塔的侧部设置有第二换热器和第二泵体,进入所述蒸馏塔内的液相物料沿多级塔板自上而下运动,所述第二泵体将经所述第二换热器换热后的蒸汽沿所述蒸馏塔内的多级塔板自下而上运动对液相物料浓缩。
8.根据权利要求2所述的一种分段式丙烯水合制备异丙醇的强化反应系统,其特征在于,所述冷凝器为水冷式冷凝器。
9.根据权利要求8所述的一种分段式丙烯水合制备异丙醇的强化反应系统,其特征在于,所述冷凝器为卧式壳管式冷凝器。
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CN202020394416.7U CN212370135U (zh) | 2020-03-25 | 2020-03-25 | 一种分段式丙烯水合制备异丙醇的强化反应系统 |
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