CN219051266U - 一种连续化制备烯丙醇的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种连续化制备烯丙醇的装置。该装置包括依次连接的PO储罐、流化床反应器、气固分离装置、冷却器和精馏装置；其中，所述流化床反应器还连接有催化剂再生装置；所述的流化床反应装置设为两段式流化床，其包括负载有催化剂的反应段和用于气固沉降分离的沉降段，所述沉降段下部的一侧与催化剂再生装置连接；所述气固分离装置的固体出口连接至催化剂再生装置。该装置通过设置的沉降分离装置和旋风分离装置可以保证分离后的气相混合物料完全不含固体物料，避免固体物料的携带给后续分离纯化装置和管路造成堵塞，保证纯化阶段的顺利进行，且分离后得到的催化剂接入循环再生系统进行循环再生后循环使用，从而实现烯丙醇的连续化制备。

Description

一种连续化制备烯丙醇的装置

技术领域

本实用新型涉及一种连续化制备烯丙醇的装置，属于化工反应设备技术领域。

背景技术

烯丙醇(AAL)是一种重要的农药、医药、涂料、香料的中间。在具体化工应用上，烯丙醇可用于生产1，4-丁二醇，1，2-苯二甲酸二烯丙酯，环氧丙醇，丙烯醛，甘油等。工业生产中，制备烯丙醇的方法主要有环氧丙烷催化异构法，乙酸烯丙酯水解法，丙烯醛还原法，1，3-氯丙烯(碱性)水解法等。其中，环氧丙烷催化异构法在国外有广泛应用。环氧丙烷催化异构法因其反应步骤简单，原料利用率高，设备要求低，环境污染较小的特点，在国内有良好的工业应用前景。

环氧丙烷催化异构法可分为气相法和泥浆法。在气相法中采用固定床反应器，磷酸锂催化剂可单独或与惰性载体混合后装填于固定床反应器，环氧丙烷经汽化后，在温度280-300℃，0.1-15个大气压下通过固定床反应器，生成的含烯丙醇与环氧丙烷的混合气体经蒸馏分离后，环氧丙烷返回固定床反应器继续反应，烯丙醇由含烯丙醇的混合气体脱离杂质后得到，环氧丙烷的转化率可达到60％-70％，烯丙醇的选择性可达到90％-93％(专利号：US4720598，US5262371)。气相法的优点在有利于达到高选择性和转化率。气相法存在的问题是催化剂无法长时间连续使用。由于反应温度较高，通常在固定床装置连续运作60-80小时后，催化剂表面会由积碳生成，导致催化剂失活。要使催化剂恢复活性，必须暂停固定床反应装置并对催化剂进行再生处理。常用的再生手段包括但不限于用丙酮溶液清洗，用水清洗，用高沸点有机溶剂清洗，高温煅烧等。在泥浆法中，磷酸锂催化剂以一定比例悬浮于高沸点有机溶剂中。环氧丙烷经汽化后，在温度260-300℃，1-15个大气压下通过磷酸锂-有机溶剂体系，经过油气分离后，生成的含烯丙醇与环氧丙烷的混合气体进行蒸馏分离，环氧丙烷返回反应器继续反应，烯丙醇由含烯丙醇的混合气体脱离杂质后得到。在反应过程中，少量的含磷酸锂的有机溶剂不断地由反应器进入分离提纯装置进行处理。分离后得到的磷酸锂，以及去除焦油后的高沸点有机溶剂可再次进入反应器中循环使用。泥浆法中环氧丙烷转化率可达到50％-60％，烯丙醇的选择性可达到88％-93％(专利号：US6803491，WO2011053671)。泥浆法在一定程度上克服了气相法催化剂表面易形成积碳而失去活性的问题，其连续运行时间可达500小时以上。然而，在催化剂循环利用中，泥浆法会有比较多高沸点有机溶剂的损失。

流化床反应器具有气固传质效率高，反应速率快，无溶剂损失的优点，但由于现有的固定流化床工艺无法实现催化剂循环再生过程以及返混严重等方面的原因，导致现有的流化床反应装置仍难以实现烯丙醇的连续工业化放大制备。

发明内容

本实用新型的目的是：针对现有技术中采用流化床反应器通过环氧丙烷催化异构法制备烯丙醇存在的问题与缺陷，提出一种连续化制备烯丙醇装置，通过将流化床反应器设置为两段式和设置气固分离装置，实现将反应后的气相混合物料和催化剂的完全分离，分离后得到的催化剂接入循环再生系统进行循环再生后循环使用，分离后的气相混合物料不含固体物料，避免固体物料的携带给后续分离纯化装置和管路造成堵塞，保证纯化阶段的顺利进行，从而实现烯丙醇的连续化制备。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种连续化制备烯丙醇的装置，包括依次连接的PO储罐、流化床反应器、气固分离装置、冷却器和精馏装置；其中，所述流化床反应器还连接有催化剂再生装置；所述的流化床反应装置设为两段式流化床，其包括负载有催化剂的反应段和用于气固沉降分离的沉降段，所述沉降段下部的一侧与催化剂再生装置连接；所述气固分离装置的固体出口连接至催化剂再生装置。

优选地，所述气固分离装置包括通过管路连接的一级旋风分离器和二级旋风分离器；所述一级旋风分离器设于流化床反应器沉降段的顶部，所述二级旋风分离器的底部与沉降段下部的另一侧连接，所述二级旋风分离器的顶部与冷却器连接。

优选地，所述精馏装置包括相连接的第一蒸馏塔和第二蒸馏塔，所述第一蒸馏塔和第二蒸馏塔分别设有两段填料，所述冷却器与第一蒸馏塔的中部连接，所述第一蒸馏塔的底部与第二蒸馏塔的中部连接。

优选地，所述流化床反应器的底部设为锥形，锥形的所述底部和反应段之间设有气体分布器。

优选地，所述反应段的长径比设为30～50:1，所述沉降段的长径比设为2～15：1，所述沉降段的直径设为反应段的直径的两倍以上。

优选地，所述反应段设有直径为300-1000μm、密度为0.7-0.8g.cm^-3的催化剂颗粒。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型提出的一种连续化制备烯丙醇装置，通过将流化床反应器设置为两段式和设置气固分离装置，实现将反应后的气相混合物料和催化剂的完全分离，分离后得到的催化剂接入循环再生系统进行循环再生后循环使用，延长反应装置的催化剂寿命；多级分离装置(沉降分离和旋风分离)的设置可以保证分离后的气相混合物料完全不含固体物料，避免固体物料的携带给后续分离纯化装置和管路造成堵塞，保证纯化阶段的顺利进行，从而实现烯丙醇的连续化制备；

(2)本实用新型的连续化制备烯丙醇装置通过设置两级蒸馏塔，经两级蒸馏塔的精馏分离，可以保证产物的纯度。

附图说明

图1为本实用新型的一种连续化制备烯丙醇的装置的结构示意图；

附图标记：A:PO储罐；B：催化剂再生装置；C：流化床反应器；C1:反应段；C2:一级旋风分离器；C3：气体分布器；C4:沉降段；D:二级旋风分离器；E:第一蒸馏塔；E1&E2:填料；F：第二蒸馏塔；F1&F2:填料；G:输送泵；H:换热器；I：冷却器。

具体实施方式

为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本实用新型的实施例中流化床反应器内负载的催化剂为负载于二氧化硅(SiO₂)的磷酸锂(Li₃PO₄)催化剂。载体选择二氧化硅的原因有三，一是其刚度和强度使其在流化床反应环境中耐磨损，不易生成细粉颗粒，二是其惰性不易发生副反应，三是其比表面积足够大，可以负载适量的磷酸锂。其具体制备方法是已知的(专利号：US3238264，US5600033)。简要言之，磷酸锂可由可溶性锂碱/锂盐与磷酸/磷酸盐在60℃水溶液中反应得到，可溶性锂碱/锂盐与磷酸/磷酸盐可以是氢氧化锂与磷酸钠。在得到磷酸锂沉淀后，经过适当的过滤以及pH(pH＝12)调节，在热水(60℃)中以3：5的重量比与二氧化硅搅拌混合2小时，经过热水洗涤后，在真空120℃干燥2小时，在350℃煅烧12小时，得到球形颗粒状的负载于二氧化硅的磷酸锂催化剂。考虑到流化床反应器的需求，负载于二氧化硅颗粒的磷酸锂催化剂的颗粒直径为300-1000μm，优选颗粒直径为300-500μm。同时，所得到的负载于二氧化硅颗粒的磷酸锂催化剂的颗粒密度为0.7-0.8g.cm^-3。

实施例

本实施例提供了一种连续化制备烯丙醇的装置，如图1所示，包括依次连接的储存环氧丙烷的PO储罐A、流化床反应器C、气固分离装置、冷却器I和精馏装置；其中，流化床反应器C还连接有催化剂再生装置B；所述的流化床反应装置C为两段式流化床，其包括负载有催化剂的反应段C1和用于气固分离的沉降段C4，所述沉降段C4的下部与催化剂再生装置B连接；其中反应段C1具有较大的长径比，使得环氧丙烷气体在反应段C1有足够的停留时间保证反应的充分进行，沉降段C4具有较大的横径，作用是使气速降低，大部分催化剂得到自由沉降分离，部分沉降的催化剂通过下部管道送入催化剂再生装置B。所述PO储罐和流化床反应器C之间依次设有输送泵G和换热器H。

作为优选，流化床反应器的反应段C1的长径比设为30～50:1，可以保证物料在反应段的反应停留时间满足优选的3～8秒，沉降段C4的长径比设为2～15：1，沉降段C4的直径设为反应段C1的直径的两倍以上，流化床反应器C的底部设为锥形，所述锥形底部和反应段C1之间设有气体分布器C3，C3具有支承催化剂，均布气体，气体整流，稳定操作，强化传热传质的作用，锥形底部的角度设计为60°～80°，作用是对气相进料起预分布作用。

环氧丙烷经过换热器H汽化(对环氧丙烷预汽化加热的温度在50℃至250℃之间，优选170℃至250℃)，与载气混合后从底部锥角进入流化床反应器C，可选择的载气为不与环氧丙烷及其产物副产物发生反应的任何惰性气体，优选氮气。氮气和环氧丙烷的混合比例优选1：1。随后气相进料通过气体分布器C3进入流化床反应器C的反应段C1。环氧丙烷PO的进料量为20～50kg/h。反应器内的温度由导热油(未显示)调节，反应温度为200-350℃，优选250-300℃。反应压力优选1～1.5bar。反应后的气相物料夹带部分催化剂进入沉降段C4，大部分催化剂得到自由沉降分离，部分沉降的催化剂通过下部管道送入催化剂再生装置B。

沉降分离后的气相物流(包含产物烯丙醇AAL，副产物，未反应的PO，和氮气；副产物包含但不仅限于，丙酮，丙醛，水，甲醇以及其他C4以上碳氢化合物与含氧化合物)夹带部分催化剂进入气固分离装置进行进一步地分离，所述气固分离装置包括通过管路连接的一级旋风分离器C2和二级旋风分离器D；所述一级旋风分离器C2设于流化床反应器C的沉降段C4的顶部，所述二级旋风分离器D的底部与沉降段C4的下部连接；夹带部分催化剂的气相物流进入一级旋风分离器C2，大部分被夹带的催化剂被分离并返回反应器，气相物流夹带少量催化剂从反应器顶部离开，进入二级旋风分离器D，此处所有固体颗粒催化剂被分离，并通过该分离器的底部管道返回流化床反应器C的沉降段C4，并同沉降段C4沉降下来的催化剂颗粒一起送入催化剂再生装置B中进行催化再生。

从二级旋风分离器D顶部离开的气相物流，经冷却器I后温度降低至40℃进入精馏装置，所述精馏装置包括第一蒸馏塔E和第二蒸馏塔F；冷却后的气相物流从中部进入第一蒸馏塔E进行精馏分离，经分离后气相物流中的PO和氮气通过塔顶分离，被送至后续单元(未显示)继续分离PO和氮气，其他物质如主产物AAL和副产物则通过塔底，从中上部进入第二蒸馏塔F，经过第二蒸馏塔F精馏分离，副产物丙酮通过塔顶被分离后进行回收，主产物烯丙醇(AAL)通过塔底被收集，纯度超过99.5％。

其中，第一蒸馏塔E和第二蒸馏塔F可选用常规的板式塔或填料塔，优选填料塔。在本实施例中，作为优选，所述第一蒸馏塔E的直径为0.5m，设有上、下两段填料E1和E2，两段填料的高度分别为0.6m，第一蒸馏塔E中操作条件为：回流比5：1，塔底温度98℃，塔顶压力0.99barA。所述第二蒸馏塔F的直径为0.4米，设有上、下两段填料F1和F2，两段填料的高度分别为0.3米和0.5米，所述第二蒸馏塔F的操作条件为：回流比6：1，塔底温度96℃，塔顶压力0.85barA。其中，两个蒸馏塔的填料可以使用本领域常规的分离填料，包括但不限于丝网填料、规整板波纹填料、散堆填料如拉西环、鲍尔环等，优选规整填料。

其中，催化剂循环再生系统B可将部分失活的催化剂重新活化。再生的步骤包括但不限于1)往催化剂再生装置B通入氧气并燃烧，温度不低于375℃。2)利用10倍体积丙酮和液态水在温度125-200℃，压强200-300psi清洗2-4小时。经过再生后的催化剂通过管线返回至流化床反应器C中。通常地，催化剂在流化床反应器中的平均寿命可达900h。优选地，为了延长催化系统的使用寿命，部分失活的催化剂根据反应情况，不定期排出再生系统，并同时将新鲜催化剂补充进反应器。

上述实施案例仅为本实用新型的优选实施案例，并非对本实用新型任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种连续化制备烯丙醇的装置，其特征在于，包括依次连接的PO储罐、流化床反应器、气固分离装置、冷却器和精馏装置；其中，所述流化床反应器还连接有催化剂再生装置；所述的流化床反应器设为两段式流化床，其包括负载有催化剂的反应段和用于气固沉降分离的沉降段，所述沉降段下部的一侧与催化剂再生装置连接；所述气固分离装置的固体出口连接至催化剂再生装置。

2.如权利要求1所述的连续化制备烯丙醇的装置，其特征在于，所述气固分离装置包括通过管路连接的一级旋风分离器和二级旋风分离器；所述一级旋风分离器设于流化床反应器沉降段的顶部，所述二级旋风分离器的底部与沉降段下部的另一侧连接，所述二级旋风分离器的顶部与冷却器连接。

3.如权利要求2所述的连续化制备烯丙醇的装置，其特征在于，所述精馏装置包括相连接的第一蒸馏塔和第二蒸馏塔，所述第一蒸馏塔和第二蒸馏塔分别设有两段填料，所述冷却器与第一蒸馏塔的中部连接，所述第一蒸馏塔的底部与第二蒸馏塔的中部连接。

4.如权利要求1所述的连续化制备烯丙醇的装置，其特征在于，所述流化床反应器的底部设为锥形，锥形的所述底部和反应段之间设有气体分布器。

5.如权利要求1所述的连续化制备烯丙醇的装置，其特征在于，所述反应段的长径比设为30～50:1，所述沉降段的长径比设为2～15：1，所述沉降段的直径设为反应段的直径的两倍以上。

6.如权利要求1所述的连续化制备烯丙醇的装置，其特征在于，所述反应段设有直径为300-1000μm、密度为0.7-0.8g.cm^-3的催化剂颗粒。

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