CN213160705U - 一种烯烃水合反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种烯烃水合反应装置，由反应器、液固分离器(10)、液液分离器(15)和喷射混合器(4)组成，其中，所述的反应器底部设有分散相入口(1)和催化剂卸出口(8)，所述的反应器顶部依次经下降管上段(9)、液固分离器、下降管下段(11)、喷射混合器(4)与反应器底部连通，所述的液固分离器的清液出口(12)与所述的液液分离器入口连通，所述的液液分离器的水相出口与所述的喷射混合器(4)的入口连通，所述的液液分离器还设有油相出口。本实用新型提供的烯烃水合反应装置强化了液液传质，实现了催化剂在反应器内循环流动，能够提高反应效率和实现装置的长周期运行。

Description

一种烯烃水合反应装置

技术领域

本实用新型涉及一种化工过程设备，更具体是一种主要适用于液-液- 固多相反应体系的设备。

背景技术

固相催化反应是一种重要的反应手段，涉及到的反应体系可涵盖气- 固、液-固、气-液-固以及含不相溶液-液的多相体系等，其中有固相催化剂参与的液-液非均相反应过程被广泛应用于石油化工、生物反应、环境保护等工程领域，而液-液-固非均相反应的关键之一在于保证液-液两相的高效混合，并与固相催化剂进行充分接触，从而提高反应速率。

对于液-液混合过程强化，通常采用的是物理破碎法和化学助溶法。工业上通常采用机械搅拌、设计曲折流道、液体的高速撞击等方式产生流体湍动，以增加液体的混合效率。其中最常用的反应器形式是搅拌釜，它是利用搅拌器的机械搅拌作用实现原料的混合及反应。但由于搅拌釜设备的局限性，混合的时间尺度在几分钟甚至几个小时之间，常用于反应速率较慢的反应体系。如CN 202527171公开了一种用于气-液-液-固多相反应的反应装置，其反应器内部安装有导流筒，并且在导流筒内装有搅拌器，通过搅拌的方式实现原料的接触反应。US 4289762则在一圆柱形混合室内，两种呈扇面状喷射流的反应物相互冲撞而达到混合的目的。常用的静态混合器则是采用曲折流道对流体进行强化混合，其混合效果相对较差。化学助溶法是采用添加助溶剂，如表面活性剂、醇类、醚类、酮类等溶剂的方法，进而实现液-液的相间混合。如CN 101293813采用乳化剂 RC₆H₅O(CH₂CH₂O)_nH将碳四组分和水形成水包油乳化液进行水合反应。 CN101314596则采用甲醇或甲醇与水的混合物实现丙烯和双氧水的接触混合进而在钛硅分子筛催化下合成环氧丙烷。非原料物质的加入对后续的分离带来较大影响，而且还可能引起副反应的发生。

对于固相催化剂的使用，目前大都采用固定床形式对催化剂进行装填，其特点是催化剂装填比较困难，反应器内构件较复杂，尤其不适用于催化剂失活较快的反应过程；另外由于催化剂颗粒相对较大，不利于与液-液相的接触反应，因此反应效率较低。而如CN101314596所述则是将催化剂与其中一个液相配成浆液进行反应，提高催化效率，其缺点是需要对催化剂和产物进行分离，而由于催化剂颗粒太小，导致分离过程复杂，过滤设备反冲洗周期较短。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是在现有技术的基础上，提供一种适用于液-液-固多体系的反应系统，以解决液-液之间的混合问题、催化剂的性能问题，以及产物的相分离问题。

本实用新型提供的一种烯烃水合反应装置，由反应器、液固分离器10、液液分离器15和喷射混合器4组成，其中，所述的反应器底部设有分散相入口1和催化剂卸出口8，所述的反应器顶部依次经下降管上段9、液固分离器、下降管下段11、喷射混合器4与反应器底部连通，所述的液固分离器的清液出口12与所述的液液分离器入口连通，所述的液液分离器的水相出口与所述的喷射混合器4的入口连通，所述的液液分离器还设有油相出口。

本实用新型提供的烯烃水合反应装置的应用方法，水从连续相入口3 引入，烯烃原料经分散相入口1、分散相进料器2进入反应器内导流管6 的底部，反应物流在导流管6内向上流动，并发生多相接触反应。反应物流从导流管6顶部向上进入扩大段7内进行沉降分离，其中大部分固体催化剂通过扩大段7、直管段的降液区Ⅱ返回反应器直管段5底部并再次与新鲜进料接触反应。反应器顶部的反应物流进入下降管上段9，并进入液固分离器10内进行固液分离。含有催化剂颗粒的物流排出液固分离器，经下降管下段11进入喷射混合器4中与来自连续相入口3和液液分离器的水相出口17的物料混合后进入反应器直管段5底部。过滤后的清液经清液出口12进入液液分离器15中。所述的液液分离器15用于进行油相和水相的分离，分离出来的油相经油相出口16采出并进一步分离，分离出来的水相经水相出口17返回喷射混合器进行循环利用。

本实用新型提供的烯烃水合反应装置的有益效果：

本实用新型提供的烯烃水合反应装置的结构简单，在用于烯烃水合反应中(1)不需要添加其它表面活性剂或助溶剂，通过分散相进料器将其中一相反应物分散成微小液体，并且通过喷射混合器对物料进行混合，有利于提高反应效率。(2)可以采用介于固定床和浆态床的颗粒尺寸的固相催化剂，可以在一定程度上减小催化剂表面扩散和内扩散对反应的影响，与浆态催化剂相比更容易实现液固分离，且有利于延长过滤组件的反冲洗周期。(3)由于在反应器内固相催化剂处于循环流动状态，可实现催化剂的在线更新，因此可用于催化剂失活较快是反应体系。

附图说明

图1烯烃水合反应装置的一种实施方式的流程示意图。

图2反应器直管段导流管布置示意图。

图3一种纤维膜液液分离器。

1-分散相入口；2-分散相进料器；3-连续相入口；4-喷射混合器；5- 直管段；6-导流管；7-扩大段；8-催化剂卸出口；9-下降管上段；10-液固分离器；11-下降管下段；12-清液出口；13-催化剂入口；14-反冲洗液；15- 液液分离器；16-油相出口；17-水相出口；18-不锈钢纤维丝；19-油水分离罐；Ⅰ-上升区；Ⅱ-降液区。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

一种烯烃水合反应装置，由反应器、液固分离器10、液液分离器15 和喷射混合器4组成，其中，所述的反应器底部设有分散相入口1和催化剂卸出口8，所述的反应器顶部依次经下降管上段9、液固分离器、下降管下段11、喷射混合器4与反应器底部连通，所述的液固分离器的清液出口 12与所述的液液分离器入口连通，所述的液液分离器的水相出口与所述的喷射混合器4的入口连通，所述的液液分离器还设有油相出口。

优选地，所述的反应器由下部的直管段5和上部的扩大段7组成，所述的直管段5内设置至少一根导流管6，将所述的直管段内部空间分成上升区I和降液区II。

优选地，所述的反扩大段与直管段的直径比为(1.2～5):1，优选 (1.6～3):1；所述的扩大段与直管段的高度比为(0.1～0.6)：1，优选(0.2～0.4)： 1。

优选地，所述的直管段内上升区与降液区的截面积比为(0.2～3)：1，优选(0.3～2)：1。

优选地，所述的分散相入口1设有分散相进料器2，所述的分散相进料器为多孔管、烧结金属管、无机膜管或雾化喷嘴。对于直管段设有多根导流管的情况，所述的每根导流管底部均设置有分散相进料器。

优选地，所述的下降管上段与所述的下降管下段的内径相同，下降管与所述的直管段的内径之比为(0.3～5)：1，优选(0.5～3)：1。

优选地，所述的液固分离器为过滤组件，所述的过滤组件包括壳体和过滤管，所述的过滤管选自无机陶瓷膜、金属管膜、金属筛网、金属烧结管中一种或几种的组合。

优选地，所述的过滤组件壳体上还设有催化剂加入口。

优选地，所述的过滤组件上设有反冲洗管路。

优选地，所述的喷射混合器为管式喷射混合器，其中，所述的下降管下段与所述的喷射混合器的主流体入口连通，所述的液液混合器的水相出口与所述的喷射混合器的高速射流体入口连通。

优选地，所述的液液分离器选自常规重力沉降罐、油水聚结分离器和纤维膜表面分离器中一种或其组合。

本实用新型提供的烯烃水合反应装置中，所述的反应器扩大段顶部设有混合物料出口，反应器直管段底部分别设分散相入口、循环物料入口和以及催化剂卸出口。

本实用新型提供的烯烃水合反应装置中，所述的反应器下部的直管段内设置至少一根导流管6，将所述的直管段内部空间分成上升区I和降液区 II。当设置多根导流管时，如附图2所示，多根导流管在直管段内均匀分布，将直管段内部空间分成上升区I和降液区II。

本实用新型提供的烯烃水合反应装置中，所述的分散相入口设有分散相进料器2，当所述的直管段内设有多根导流管时，每根导流管底部均设置有一个分散相进料器。在烯烃水合反应中，所述的分散相可以是油相，也可以是水相，分散相进料器为多孔管、烧结金属管、无机膜管或雾化喷嘴。所述的分散相进料器具有显著的节流效果，需保证进料器前后压差优选范围0.05～3.0MPa，进料口液体流速5～40m/s。

本实用新型提供的烯烃水合反应装置中，下降管为一个或多个，其一端与反应器顶端相连，一端与反应器底部相连构成循环回路。优选所述的下降管上段与所述的下降管下段的内径相同，下降管与反应器直管段的直径之比为(0.3～5)：1，优选(0.5～3)：1。

所述的下降管上段连通液固分离器，所述的液固分离器优选为过滤组件，用于对来自反应器顶部的物料进行液固分离。所述的过滤组件包括壳体和过滤管，所述的过滤管选自无机陶瓷膜、金属管膜、金属筛网、金属烧结管等一种或几种的组合。所述的过滤组件可以是一组或多组。所述的过滤组件设置清液出口和截留液出口，所述的清液出口连通液液分离器，截留液出口经下降管下段连通反应器底部，在使用过程中，截留液作为循环物料经喷射混合器返回反应器底部。

所述的过滤组件设置过滤反冲洗液入口，优选的反冲洗液入口管线与液固分离所得的清液出口管线在过滤组件壳体上共用一个接口。反冲洗液选自过滤后清液，或新鲜原料液。

本实用新型提供的烯烃水合反应装置中，所述的下降管下段连通喷射混合器4，优选喷射混合器为管式喷射混合器。来自液固分离器的截留液出口的循环物料作为所述的喷射混合器的主流体，来自连续相入口的原料和来自液液分离器的水相出口17的循环液相作为高速射流体。两股物料经喷射混合器4混合后进入反应器底部。

本实用新型所述的多相反应系统，其中固相催化剂优选球形，颗粒直径优选范围0.05～3.0mm。

本实用新型提供的烯烃水合反应装置在应用过程中，采用的催化剂优选颗粒直径0.05～3.0mm的球形催化剂，经设置在液固分离器10上催化剂加入口13加入到反应装置中。由于反应过程中不可避免的会造成一部分催化剂的磨损和失活，为了保证催化剂的整体活性，需要定期考察催化剂的活性和磨损情况，从反应器直管段底部的催化剂卸出口8卸出一部分催化剂，实现催化剂的在线更新，避免装置停工而影响装置操作周期。

以下结合附图对本实用新型的实施方式和应用方法进一步说明。

附图1是烯烃水合反应装置的一种实施方式的流程示意图。如附图1 所示，本实用新型提供的烯烃水合反应装置，由反应器、液固分离器10、液液分离器15和喷射混合器4组成，其中，所述的反应器底部设有分散相入口1和催化剂卸出口8，所述的反应器顶部依次经下降管上段9、液固分离器、下降管下段11、喷射混合器4与反应器底部连通，所述的液固分离器的清液出口12与所述的液液分离器入口连通，所述的液液分离器的水相出口与所述的喷射混合器4的入口连通，所述的液液分离器还设有油相出口。

以油相原料作为分散相，水相原料为连续相为例说明烯烃水合反应装置的应用方法。首先在反应器内预先装入一定量的催化剂，水相原料3作为连续相从连续相入口3引入系统，油相原料经分散相入口1、分散相进料器2进入反应器内导流管6的底部，为了达到较好的分散效果及保证反应器内良好的循环流动，要求分散相进料器2的前后压降0.05～3.0MPa，并且分散相进料器出口初始液体流速达到5～40m/s。在反应器内部发生多相接触反应。反应物流在导流管6内向上流动，控制表观流速大于催化剂在混合液相中的临界沉降速度，反应物流从导流管6顶部向上进入扩大段 7内进行初步的沉降分离，其中大部分固体催化剂通过扩大段7、直管段的降液区Ⅱ返回反应器直管段5底部并再次与新鲜进料接触反应。反应器顶部的含有较少催化剂颗粒的反应物流进入下降管上段9，并进入液固分离器10内进行过滤分离。反应物流在过滤组件上进行错流过滤，同时利用物流对虑管上堆积的颗粒进行冲洗，有利于提高过滤管的反冲洗周期。可选的当过滤管两侧的压差大于0.2MPa时，反冲洗液入口13引入对过滤管进行反冲洗，从而恢复其通透性。反冲洗液选自过滤后清液，或新鲜原料液。经错流过滤的反应物流排出液固分离器，经下降管下段11进入喷射混合器4中作为循环物料与来自连续相进料口3和液液分离器中的水相出口17的物料经喷射混合器4混合后进入反应器直管段5底部。其中循环物料作为主流体，连续液相进料作为高速射流体。过滤后的清液经清液出口12进入液液分离器15中。所述的液液分离器15用于进行油相和水相的分离，可以是常规重力沉降罐、油水聚结分离器、纤维膜表面分离器及其组合。其中分离出来的油相经又想出口16采出并去进行产物的进一步分离，分离出来的水相经水相出口17返回反应器底部进行循环利用。

以下通过具体实施例进一步说明本实用新型所述的液-液-固多相反应系统及其具体实施方式，但不因此限制本实用新型。

实施例1

本实施例以碳四组分中的异丁烯在固体酸性催化剂作用下水合制叔丁醇为例进行说明，其基本流程如图1所示。所用的反应器直管段直径48mm，高1800mm。内设一根导流管，直径25.4mm，所述的反应器直管段上升区与降液区的面积之比为0.39。反应器扩大段直径96mm，扩大段高度 400mm。催化剂采用丹东明珠特种树脂有限公司生产的D005-II型树脂，粒径0.315～1.25mm，湿真密度1.18～1.28g/mL。碳四组分取自中国石油化工股份有限公司石家庄炼油厂催化裂化装置，其组成如表1所示。碳四原料与反应器内催化剂总量的相对液时空速为2.0h^-1，碳四与水(新鲜去离子水与循环水之和)的体积流量比为2:1，反应温度60℃，压力1.6MPa。装置流程如图1所示，碳四作为分散相从分散相进料器进入反应器，分散相进料器为6mm烧结金属管，烧结管平均孔径7μm，进料器压降0.25MPa。在反应器内液液固进行接触反应，其中的异丁烯在树脂催化剂作用下与水反应生成叔丁醇。反应物料从反应器顶部采出并进入下降管，下降管直径 48mm，下降管中段设置金属筛网过滤组件，过滤组件采出的滤液进入纤维膜液液分离器进行碳四和水的分离，纤维膜分离器结构示意如图3所示。过滤组件的截留侧液固混合物作为循环物料，与新鲜水及纤维膜分离器罐底采出的水相经一文丘里混合器(喷射混合器中的一种)混合后返回反应器底部。纤维膜分离器罐上部采出的碳四组分去进行产物分离，可分别获得剩余碳四、叔丁醇及部分水。

对比分析原料及产物中的异丁烯含量，采用的分析方法为ASTM D6733-01(2011)，通过计算得出异丁烯总转化率为73％。

对比例1

对比例采用常规固定床反应器，反应器直径32mm，高径比12。反应原料及反应温度、压力、空速、油水比、催化剂等条件均与实施例相同。碳四和水并流进入反应器。反应器顶部装填有一段填料作为物料初始分布。反应后分析原料及产物中的异丁烯含量变化，算得异丁烯总转化率为52％。

表1

组分	质量分数(％)
		异丁烷	9.0
正丁烷	4.1
		1-丁烯	13.3
异丁烯	34.6
		反-2-丁烯	23.6
顺-2-丁烯	15.3

Claims (13)

1.一种烯烃水合反应装置，由反应器、液固分离器(10)、液液分离器(15)和喷射混合器(4)组成，其中，所述的反应器底部设有分散相入口(1)和催化剂卸出口(8)，所述的反应器顶部依次经下降管上段(9)、液固分离器、下降管下段(11)、喷射混合器(4)与反应器底部连通，所述的液固分离器的清液出口(12)与所述的液液分离器入口连通，所述的液液分离器的水相出口与所述的喷射混合器(4)的入口连通，所述的液液分离器还设有油相出口。

2.按照权利要求1所述的烯烃水合反应装置，其特征在于，所述的反应器由下部的直管段(5)和上部的扩大段(7)组成，所述的直管段(5)内设置至少一根导流管(6)，将所述的直管段内部空间分成上升区(I)和降液区(II)。

3.按照权利要求2所述的烯烃水合反应装置，其特征在于，所述的扩大段与直管段的直径比为(1.2～5):1；所述的扩大段与直管段的高度比为(0.1～0.6)：1。

4.按照权利要求3所述的烯烃水合反应装置，其特征在于，所述的扩大段与直管段的直径比为(1.6～3):1；所述的扩大段与直管段的高度比为(0.2～0.4)：1。

5.按照权利要求2所述的烯烃水合反应装置，其特征在于，所述的直管段内上升区与降液区的截面积比为(0.2～3)：1。

6.按照权利要求1所述的烯烃水合反应装置，其特征在于，所述的分散相入口(1)设有分散相进料器(2)，所述的分散相进料器为多孔管、烧结金属管、无机膜管或雾化喷嘴。

7.按照权利要求2所述的烯烃水合反应装置，其特征在于，所述的每根导流管底部均设置有分散相进料器。

8.按照权利要求1所述的烯烃水合反应装置，其特征在于，所述的下降管与反应器直管段的直径之比为(0.3～5)：1。

9.按照权利要求1所述的烯烃水合反应装置，其特征在于，所述的液固分离器为过滤组件，所述的过滤组件包括壳体和过滤管，所述的过滤管选自无机陶瓷膜、金属管膜、金属筛网、金属烧结管中一种或几种的组合。

10.按照权利要求9所述的烯烃水合反应装置，其特征在于，所述的过滤组件壳体上还设有催化剂加入口。

11.按照权利要求9所述的烯烃水合反应装置，其特征在于，所述的过滤组件上设有反冲洗管路。

12.按照权利要求1所述的烯烃水合反应装置，其特征在于，所述的喷射混合器为管式喷射混合器，其中，所述的下降管下段与所述的喷射混合器的主流体入口连通，所述的液液混合器的水相出口与所述的喷射混合器的高速射流体入口连通。

13.按照权利要求1所述的烯烃水合反应装置，其特征在于，所述的液液分离器选自重力沉降罐、油水聚结分离器和纤维膜表面分离器中一种或其组合。

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