一種漿態(tài)床反應裝置制造方法
一種漿態(tài)床反應裝置制造方法
【專利摘要】一種漿態(tài)床反應裝置，包括反應筒（1）、分離器（2）和過濾器（3），所述的反應筒（1）頂部開口伸入分離器（2）內部，反應筒（1）的外壁與分離器（2）底部相連，所述的分離器（2）經液相出口（14）與過濾器（3）連通，所述的過濾器（3）經漿液出口（22）與反應筒（1）的底部連通；所述的分離器（2）上部設有氣體出口（13），所述的反應筒（1）的下部設有氣體入口（12）、液相物料入口（11）和卸料口（15）。本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置集反應、氣液分離、液固分離、換熱和洗滌為一體，結構簡單實用、操作方便、占地面積少、易于大型化，可適用于多種氣液固三相反應體系和較寬的催化劑顆粒粒徑范圍，實現連續(xù)平穩(wěn)操作。
【專利說明】CN 203389625 U
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一種楽態(tài)床反應裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種漿態(tài)床反應裝置，用于液固或氣液固反應領域。
【背景技術】
[0002]漿態(tài)床反應器是一種常用的氣液固三相接觸的反應設備。液體為連續(xù)相，氣體和 固體為分散相。氣體作為混合及提升的動力，將催化劑懸浮在液相中進行反應。由于沒有 機械攪拌，因而可以在高壓下無泄漏運行。漿態(tài)床反應器通常都采用細顆粒催化劑，其粒度 一般在10-150微米之間，可有效消除內擴散對反應的影響，具有很高的催化效率，同時漿 態(tài)床反應器容易實現等溫操作、避免出現床層熱點，利于提高反應選擇性等特點。
[0003]盡管漿態(tài)床反應器具有很多優(yōu)點，但在石油化工過程中的應用并不廣泛，制約其 應用的最主要的原因是采用細顆粒催化劑所帶來的反應產物與催化劑顆粒的分離問題、漿 液輸送問題、產物中夾帶微細固體顆粒以及為解決這些問題而帶來的一系列工程問題。為 此國內外學者提出了許多改進方案。
[0004]GB2403728A公開了一種采用器外過濾的方法分離產品和催化劑，但該工藝路線較 長。而且，從漿態(tài)床反應器抽出懸浮液的輸送及返回漿態(tài)床反應器的輸送，以及被過濾下來 的催化劑漿液輸送的動力都是由泵來提供的，不僅能耗較高，過程中極易造成催化劑顆粒 的破損，增加了液固分離的難度，對反應器長周期的運行造成不便。
[0005]CN102049222A提出了一種在上升管內部設置過濾組件的漿態(tài)床反應器，但該過濾 器的拆卸困難，同時也增加了反應器內部結構的復雜程度，過濾器的檢修更換對漿態(tài)床的 操作影響很大，難以大型化。另外，未考慮漿液脫氣，漿液中含氣泡，增加了漿液循環(huán)管道氣 阻，同時氣體侵占過濾介質表面，過濾效率低。
[0006]CN1233451C公開了一種含有氣體分布部件、換熱部件、液固分離部件和除沫部件 的漿態(tài)床反應器，但反應器結構復雜，操作繁復，多種內構件不僅占用了反應器內的反應空 間，使得反應器高度較高，而且還影響漿態(tài)床內流體流型的控制。
[0007]CN101314120A公開了一種包括上升管和下降管的漿態(tài)床環(huán)流反應器。其中，上升 管由反應區(qū)和管徑擴大的沉降區(qū)組成。沉降區(qū)與反應區(qū)之間開有小孔連通。雖然該反應器 采用氣體代替機泵提供輸送動力、外設過濾器、設有脫氣區(qū)，但是由于漿態(tài)床通常采用微米 級細顆粒催化劑，所以沉降區(qū)的直徑需要很大。因此，該反應器只適用于催化劑顆粒較大的 情況。而且，沉降區(qū)內催化劑顆粒濃度較高，會導致過度反應的發(fā)生，進一步造成結焦、催化 劑失活等不良后果。
[0008]由以上分析可知，漿態(tài)床反應器的液相輸送、液固分離、氣液分離、反應取熱是幾 個必須解決的關鍵問題。
實用新型內容
[0009]本實用新型解決的技術問題是提供一種結構簡單實用、操作方便、占地面積少、易 于大型化的漿態(tài)床反應裝置。
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[0010]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置，包括反應筒I、分離器2和過濾器3，所述的反 應筒I的頂部開口伸入分離器2內部，反應筒I的外壁與分離器2底部相連，所述的分離器 2經液相出口 14與過濾器3連通，所述的過濾器3經漿液出口 22與反應筒I的底部連通； 所述的分離器2上部設有氣體出口 13，所述的反應筒I下部設有氣體入口 12、液相入口 11 和卸料口 15。
[0011]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置的應用方法，原料由液相入口 11和/或氣體入 口 12進入反應筒I底部，和反應筒I中的漿液混合，與催化劑接觸并發(fā)生反應，同時向上流 動；在氣體推動下，反應物流從反應筒I頂部開口流入分離器2中，進行氣液分離后，漿液從 液相出口 14進入過濾器3，氣體從分離器2頂部的氣體出口 13排出裝置；漿液在過濾器3 中過濾后，清液作為產品由清液出口 19引出反應裝置；由漿液出口 22流出的漿液返回反應 筒I中繼續(xù)參與反應。
[0012]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置及其應用方法的有益效果為：
[0013]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置在反應筒上部設置分離器，反應物流在分離器 內流速降低，氣體和漿液充分分離，可避免輸送管線內的氣阻，也避免了氣體進入過濾器侵 占過濾濾芯表面，保證了過濾器高效穩(wěn)定運行。分離器底部含固體催化劑顆粒的漿液經液 相出口流入過濾器，再經過濾器的漿液出口循環(huán)回反應筒底部，漿液依靠位差流動，節(jié)省了 循環(huán)能耗。本實用新型的漿態(tài)床反應裝置集成度高、結構簡單、占地面積少、通用性強且易 于工業(yè)化放大。本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置的應用方法適用于多種反應體系，操作 穩(wěn)定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]附圖I為本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置的結構示意圖；
[0015]附圖2為實施例中采用的漿態(tài)床反應裝置的結構示意圖。
[0016]其中：
[0017]I-反應筒，2-分離器，3-過濾器，4-換熱器，5-洗滌段，6-壓縮機，7、8_管線， 11-液相入口，12-氣體入口，13-氣體出口，14-液相出口，15-卸料口，16-催化劑加料口， 17-反沖液注入口，18-洗滌液入口，19-清液出口，20-液位控制器，21-壓差控制器，22-漿 液出口。
【具體實施方式】
[0018]以下詳細說明本實用新型的【具體實施方式】，其中，說明書中提到的容器的“上部” 是指由上至下容器的0-30%的位置，容器的“下部”是指由上至下容器的50%-100%的位置， 容器的“底部”是指由上至下容器的90%-100%的位置。
[0019]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置，包括反應筒I、分離器2和過濾器3，所述的反 應筒I的頂部開口伸入分離器2內部，反應筒I的外壁與分離器2底部相連，所述的分離器 2經液相出口 14與過濾器3連通，所述的過濾器3經漿液出口 22與反應筒I的底部連通； 所述的分離器2上部設有氣體出口 13，所述的反應筒I的下部設有氣體入口 12、液相入口 11和卸料口 15。
[0020]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置中，所述的反應筒I與分離器2的內徑比為
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1:1. I ?10。
[0021]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置中，所述的反應筒I頂部開口伸入分離器2中 的高度為分離器2總高度的10%?90%，優(yōu)選50%?80%。
[0022]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置中，優(yōu)選在所述的反應筒I中設置換熱器4?？?在液相進口之下或者之上設置，也可根據需要設置單層或多層換熱器。
[0023]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置中，所述的反應筒I上還設有催化劑加料口 16。所述的催化劑加料口 16設置在反應筒的側壁，可以是一個或多個對稱分布于側壁圓周 上。
[0024]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置中，所述的反應筒下部設有氣體入口 12、液相 入口 11和卸料口 15。其中，所述的液相入口 11和氣體入口優(yōu)選位于反應筒下部側壁，可 以是一個或多個對稱分布于側壁圓周上，液相入口 11可以位于氣體入口 12的上方或下方。 所述的卸料口 15優(yōu)選位于反應筒的底部或底面。
[0025]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置中，所述液相出口 14優(yōu)選位于分離器2的底 部，更優(yōu)選位于分離器2的最底部。
[0026]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置中，優(yōu)選在所述的分離器2內設置換熱器4。
[0027]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置中，所述的氣體出口 13之前設有洗滌段5。洗 滌段5可以設置在所述的分離器的內部或者外部，用清凈的液體脫除氣體中夾帶的固體催 化劑顆粒。所述的清凈液體指反應原料或反應產物或其他不含固體顆粒的液相介質。
[0028]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置中，所述的分離器2設有液位控制器20，通過 調節(jié)清液出口 19的濾出量，控制分離器2內液位平衡。
[0029]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置中，所述的過濾器優(yōu)選采用多路組成，每路過 濾器設有獨立的壓差檢測和自動切換閥，利用過濾器壓差實現多路過濾器之間的輪流在線 自動反沖洗。設置多路過濾器使得操作方便，安裝檢修容易，使?jié){態(tài)床反應裝置長期穩(wěn)定運 行。過濾器中的過濾介質可以是由任何已知的過濾材料如陶瓷、多孔金屬如燒結的不銹鋼 或其他來制成的。過濾介質孔徑應滿足不允許催化劑顆粒通過，包括顆粒磨損后。因此，其 大小取決于顆粒平均粒度及粒度分布。過濾介質孔徑范圍為0. I?100微米，優(yōu)選0. I? 50微米，更優(yōu)選0. I?20微米。過濾器所用反沖液可以是液體或氣體，優(yōu)選液體。液體可 以是新鮮原料液或濾后反應清液，優(yōu)選濾后反應清液。
[0030]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置中，所述的氣體入口處優(yōu)選設置氣體分布器， 所述的液相入口處優(yōu)選設置液體分布器，均勻分布進入漿態(tài)床反應器氣體和液體原料。
[0031]本實用新型提供的上述漿態(tài)床反應裝置的應用方法，原料由液相物料入口 11和 氣體入口 12進入漿態(tài)床反應裝置，和反應筒I中的漿液混合，與催化劑接觸并發(fā)生反應，同 時向上流動；在氣體推動下，反應漿液從反應筒I頂部開口流入分離器2中，進行氣液分離 后，液相從液相出口 14進入過濾器3，氣體從分離器2頂部的氣體出口 13排出裝置；液相 在過濾器3中過濾后，清液作為產品由清液出口 19引出反應裝置；由漿液出口 22流出的反 應衆(zhòng)液返回反應筒I中繼續(xù)參與反應。
[0032]本實用新型提供的漿態(tài)床反應器在應用過程中，優(yōu)選在所述的反應筒I中設置換 熱器4，根據需要由取熱介質換熱取出反應過程中的多余熱量。
[0033]本實用新型提供的漿態(tài)床反應器在應用過程中，氣體在反應筒I內的表觀氣速為
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0.01 ?I. Om/s、優(yōu)選 0. I ?0. 3m/s。
[0034]本實用新型提供的漿態(tài)床反應器在應用過程中，所述的反應筒內采用的固體催化 劑顆粒直徑為0. I?5000微米、優(yōu)選0. I?100微米。
[0035]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置，優(yōu)選的實施方式中在氣相出口之前設置氣體 洗滌段，可有效防止固體催化劑顆粒被外排的氣體帶出。優(yōu)選在反應筒內設置取熱換熱器， 根據反應熱的大小，可用于取出反應熱，控制反應溫度，以保證反應效率。優(yōu)選的實施方式 中液相出口位于分離器最底部，使含固體催化劑顆粒的漿液全部流入過濾器，在反應器內 部不發(fā)生沉降，避免局部催化劑顆粒濃度過高導致過度反應的情況。
[0036]下面參照【專利附圖】
【附圖說明】本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置及其應用方法，但本實用新 型并不因此而受到任何限制。
[0037]如附圖I所示，本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置，包括反應筒I、反應筒I上部 的分離器2和過濾器3，所述的反應筒I與分離器2的內徑比為1:1. I?10。所述的反應 筒I的頂部開口伸入分離器2內部，反應筒I頂部開口伸入分離器2的高度占分離器2總 高度的1/10?9/10。反應筒I的外壁與分離器2底部相連，所述的分離器2經液相出口 14與過濾器3連通，所述的過濾器3經漿液出口 22與反應筒I的底部連通；所述的分離器 2上部設有氣體出口 13，所述的反應筒I的下部設有氣體入口 12、液相物料入口 11和卸料 口 15。反應筒底部設置換熱器4。
[0038]應用本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置的方法，液體原料通過液體入口 11、氣體 原料經氣體入口 12并通過氣體分布器進入反應筒I中，其中液體原料可根據需要從氣體入 口 12上部的液體入口進入，也可從氣體入口 12的下部的液體入口進入反應筒I。在反應筒 I內氣液與固體催化劑顆粒接觸并發(fā)生反應，反應物流向上流動，經過反應筒I頂部開口進 入分離器2中，在分離器2中物流流速降低，氣液充分分離，氣體經過洗滌段5洗滌脫除攜 帶的固體催化劑顆粒后，從分離器2頂部的氣相出口 13排出，含固體催化劑顆粒的漿液由 漿液出口 14、經管線7靠位差自流至過濾器3中，經濾芯過濾的反應清液從清液出口 19排 出，富含固體催化劑顆粒的漿液依靠位差經管線8由底部流回反應筒I循環(huán)利用，通過調節(jié) 過濾清液的出料量控制分離器2的液位，當過濾器兩側壓力過大時可從反沖液注入口 17注 入反沖液對過濾器3進行在線反沖洗，反沖液可以使用原料液體，也可以使用濾后的清液。
[0039]反應筒I底部設有換熱器4，將循環(huán)水等冷介質通入換熱器，取走反應熱調節(jié)反應 溫度。新鮮催化劑通過催化劑加料口 16加入反應筒I內，廢催化劑通過反應筒底部的卸料 口 15排出反應筒1，催化劑加入或取出可間歇操作，也可以在線連續(xù)進行。
[0040]以下通過實施例進一步說明本實用新型，但本實用新型并不因此而受到任何限 制。
[0041]實施例I
[0042]實施例I說明利用本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置進行費托合成的效果。
[0043]實驗裝置如附圖2所示。其中，反應筒尺寸為0150X15000mm，分離器尺 寸為0400X1600mm，反應筒伸入分離器的高度為1000mm。分離器上部設有洗滌段 O 150 X 500mm,內裝高300mm的BX500填料，使用兩組過濾器，內裝金屬濾芯，設定每個過濾 器壓差達到0. 06MPa時進行自動反沖，反沖液為過濾后反應清液。
[0044]反應所采用的催化劑的制備方法：將含有Co (NO3) 3和Mg (NO3) 2的溶液浸潰SiO2微
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球載體，靜置24小時，然后120°C干燥，并于400°C焙燒6小時得到粒徑范圍為I?100 y m 的催化劑。其中，催化劑的組成為，以催化劑總重量為基準，以氧化物計，含有20. 3重量％ 的CoO3, 76. I重量%的SiO2和3. 6重量%的MgO0
[0045]合成氣原料(含有氫氣和一氧化碳)從氣體入口 12進入反應筒底部,通過底部換熱 器4調節(jié)反應溫度。反應溫度為220°C，操作壓力為3.0MPa。原料在催化劑存在下發(fā)生F-T 合成反應，生成一系列的烴類化合物。反應產物在分離器中進行氣液分離。氣體在反應筒 內表觀速度為0. 3m/s。在洗滌段經過濾后的烴類產物洗滌后的氣體由氣體出口 13排出裝 置，并經壓縮循環(huán)回氣體入口 12。含催化劑顆粒的烴類液體進入過濾器，將催化劑與反應產 物分離。經過濾后，富含催化劑顆粒的漿液由底部返回反應筒中，過濾后的反應清液在分離 器液位控制下經清液出口 19排出進入后續(xù)分餾系統(tǒng)。操作中，根據反應活性，每次間歇取 出適量催化劑，并補充等量的新鮮催化劑，維持穩(wěn)定運行700小時后的反應條件及結果見 表I。
[0046]實施例2
[0047]實施例2說明利用本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置合成過氧化氫的效果。
[0048]如附圖2所示采用與實施例I相同的實驗裝置，氫氣與工作液分別從液相入口 12 和氣體入口 11進入反應器，通過底部換熱器4調節(jié)反應溫度。反應溫度為60 V，所用催化劑 為含鈀的細粉催化劑，其平均直徑為80微米。在催化劑作用下，工作液中的乙基蒽醌被加 氫生成含乙基蒽氫醌的氫化液。氣體在反應筒內表觀速度為0. 15m/s。反應產物在分離器 內進行氣液分離，氣體經過濾后的氫化液洗滌后經氣體出口 13排出裝置，并經壓縮循環(huán)回 氫氣入口，含有催化劑的氫化液進入過濾器，過濾器中的濾芯將催化劑顆粒與氫化液分離， 富含催化劑顆粒的漿液返回反應筒I的底部，過濾后的氫化液在分離器液位控制下經清液 出口 19排出裝置，進入后續(xù)的氧化萃取系統(tǒng)。穩(wěn)定運行1500小時后的反應條件及結果見 表2。
[0049]所采用催化劑制備方法為：將擬薄水鋁石、硅溶膠以及去離子水混合得到漿液。其 中，硅鋁質量比為SiO2 = Al2O3=I :4。將混合漿液用噴霧干燥設備干燥成型，在600°C焙燒8h 后制得催化劑載體。將催化劑載體分散到含有氯化鈀的去離子水溶液中，在25°C充分浸潰， 然后在120°C條件下干燥2h，再在600°C焙燒5h，得到氧化態(tài)催化劑。在150°C條件下用純 氫將此氧化態(tài)催化劑還原4h，即制得所需催化劑。以催化劑總重量為基準，以金屬計，該催 化劑含有I. 2重量％的Pd。
[0050]所述工作液為乙基蒽醌、四氫乙基蒽醌、磷酸三辛酯和重芳烴的混合物?？傒祯?濃度為130?140g/l，重芳烴和磷酸三辛酯的體積比為75:25。其中，總蒽醌指乙基蒽醌和 四氫乙基蒽醌的總和。
[0051]所述氫化液為乙基蒽醌、四氫乙基蒽醌、乙基蒽氫醌、四氫乙基蒽氫醌、磷酸三辛 酯和重芳烴的混合物。總蒽醌的濃度為130?140g/l，重芳烴和磷酸三辛酯的體積比為 75:25。其中，總蒽醌指乙基蒽醌、四氫乙基蒽醌、乙基蒽氫醌和四氫乙基蒽氫醌的總和，乙 基蒽氫醌和四氫乙基蒽氫醌占總蒽醌的45重量％。
[0052]實施例3
[0053]實施例3說明利用本實用新型提供的漿態(tài)床實驗裝置合成環(huán)己酮肟的效果。
[0054]實驗裝置與實施例I相同，不同之處是過濾器內裝陶瓷膜濾芯。27. 5%濃度的
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雙氧水從上部的液體入口 11進入反應器，氨氣從氣體入口 12進入反應器，環(huán)己酮與叔丁 醇溶液從最底部的液體入口 11進入反應器。操作條件為：反應溫度為83°C、反應壓力為
0.32MPa。原粉鈦硅分子篩TS-I，由湖南建長石化股份公司生產，催化劑平均粒徑為0. 2微 米。氨氣在反應筒內表觀速度為0.2m/s。原料在催化劑的作用下發(fā)生氨肟化反應，生成含 環(huán)己酮肟的叔丁醇溶液，經過濾器分離，反應清液送至后分餾系統(tǒng)處理。操作中為保持催化 劑的活性穩(wěn)定，從催化劑進料口 16連續(xù)補入一定量的新鮮催化劑，同時從卸料口 15連續(xù)取 出等量的失活催化劑，運行1000小時的工藝條件和結果見表3。
[0055]表I實施例I中F-T合成反應條件及結果
[0056]
反應溫度，V220反應壓力，MPa3.0新鮮合成氣，H2/co2:1新鮮合成氣進料量，NmVh178氣體表觀氣速，m/s0. 3⑶轉化率，％94. 5C1-C4選擇性，％14. IC5+選擇性，%85. 9
[0057]表2實施例2合成過氧化氫反應條件及結果
[0058]
反應溫度，V60反應壓力，MPa0. 3工作液進料量，m3/hI. 2H2進料量，NmVh40氣體表觀氣速，m/s0. 15氫效，gH202/l12
[0059]表3實施例3合成環(huán)己酮肟反應條件及結果
[0060]
反應溫度，V83-84反應壓力，MPa0. 32
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環(huán)己酮進料量，kg/h40氨/酮，mol比2. I叔丁醇/酮，mol比3. 0H2O2/ 酮，mol 比I. 10氣體表觀氣速，m/s0. 2環(huán)己酮轉化率，%99. 95環(huán)己酮肟選擇性，％99. 8
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【權利要求】
1.一種漿態(tài)床反應裝置，其特征在于，包括反應筒（I)、分離器（2)和過濾器（3)，所述 的反應筒（I)的頂部開口伸入分離器（2)內部，反應筒（I)的外壁與分離器（2)底部相連， 所述的分離器（2)經液相出口（14)與過濾器（3)連通，所述的過濾器（3)經漿液出口（22) 與反應筒（I)的底部連通；所述的分離器（2)上部設有氣體出口（13)，所述的反應筒（I)的 下部設有氣體入口（12)、液相入口（11)和卸料口（15)。
2.根據權利要求I的漿態(tài)床反應裝置，其特征在于，所述的反應筒（I)與分離器（2)的 內徑比為1:1. I?10。
3.根據權利要求I的漿態(tài)床反應裝置，其特征在于，所述的反應筒（I)頂部開口伸入分 離器（2)的高度為分離器（2)總高度的10%?90%。
4.根據權利要求3的漿態(tài)床反應裝置，其特征在于，所述的反應筒（I)頂部開口伸入分 離器（2)的高度為分離器（2)總高度的50%?80%。
5.根據權利要求I的漿態(tài)床反應裝置，其特征在于，所述的反應筒（I)中設置換熱器(4)。
6.根據權利要求1-5中任一種的漿態(tài)床反應裝置，其特征在于，所述的反應筒（I)上還 設有催化劑加料口（16)。
7.根據權利要求1-5中任一種的漿態(tài)床反應裝置，其特征在于，所述液相出口（14)位 于分離器（2)的底部。
8.根據權利要求1-5中任一種的漿態(tài)床反應裝置，其特征在于，所述的分離器（2)內設 置換熱器（4)。
9.根據權利要求1-5中任一種的漿態(tài)床反應裝置，其特征在于，所述的氣體出口（13) 之前設有洗滌段（5)。
10.根據權利要求1-5中任一種的漿態(tài)床反應裝置，其特征在于，所述分離器（2)設有 液位控制器（20)，通過調節(jié)清液出口（19)的濾出量，控制分離器（2)內液位平衡。.2
【文檔編號】B01J8/22GK203389625SQ201320492007
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年8月13日 優(yōu)先權日:2013年8月13日
【發(fā)明者】高國華, 楊克勇, 李紅波, 潘智勇, 鄭博, 宗保寧 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院
【專利摘要】一種漿態(tài)床反應裝置，包括反應筒（1）、分離器（2）和過濾器（3），所述的反應筒（1）頂部開口伸入分離器（2）內部，反應筒（1）的外壁與分離器（2）底部相連，所述的分離器（2）經液相出口（14）與過濾器（3）連通，所述的過濾器（3）經漿液出口（22）與反應筒（1）的底部連通；所述的分離器（2）上部設有氣體出口（13），所述的反應筒（1）的下部設有氣體入口（12）、液相物料入口（11）和卸料口（15）。本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置集反應、氣液分離、液固分離、換熱和洗滌為一體，結構簡單實用、操作方便、占地面積少、易于大型化，可適用于多種氣液固三相反應體系和較寬的催化劑顆粒粒徑范圍，實現連續(xù)平穩(wěn)操作。
【專利說明】CN 203389625 U
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明
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一種楽態(tài)床反應裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種漿態(tài)床反應裝置，用于液固或氣液固反應領域。
【背景技術】
[0002]漿態(tài)床反應器是一種常用的氣液固三相接觸的反應設備。液體為連續(xù)相，氣體和 固體為分散相。氣體作為混合及提升的動力，將催化劑懸浮在液相中進行反應。由于沒有 機械攪拌，因而可以在高壓下無泄漏運行。漿態(tài)床反應器通常都采用細顆粒催化劑，其粒度 一般在10-150微米之間，可有效消除內擴散對反應的影響，具有很高的催化效率，同時漿 態(tài)床反應器容易實現等溫操作、避免出現床層熱點，利于提高反應選擇性等特點。
[0003]盡管漿態(tài)床反應器具有很多優(yōu)點，但在石油化工過程中的應用并不廣泛，制約其 應用的最主要的原因是采用細顆粒催化劑所帶來的反應產物與催化劑顆粒的分離問題、漿 液輸送問題、產物中夾帶微細固體顆粒以及為解決這些問題而帶來的一系列工程問題。為 此國內外學者提出了許多改進方案。
[0004]GB2403728A公開了一種采用器外過濾的方法分離產品和催化劑，但該工藝路線較 長。而且，從漿態(tài)床反應器抽出懸浮液的輸送及返回漿態(tài)床反應器的輸送，以及被過濾下來 的催化劑漿液輸送的動力都是由泵來提供的，不僅能耗較高，過程中極易造成催化劑顆粒 的破損，增加了液固分離的難度，對反應器長周期的運行造成不便。
[0005]CN102049222A提出了一種在上升管內部設置過濾組件的漿態(tài)床反應器，但該過濾 器的拆卸困難，同時也增加了反應器內部結構的復雜程度，過濾器的檢修更換對漿態(tài)床的 操作影響很大，難以大型化。另外，未考慮漿液脫氣，漿液中含氣泡，增加了漿液循環(huán)管道氣 阻，同時氣體侵占過濾介質表面，過濾效率低。
[0006]CN1233451C公開了一種含有氣體分布部件、換熱部件、液固分離部件和除沫部件 的漿態(tài)床反應器，但反應器結構復雜，操作繁復，多種內構件不僅占用了反應器內的反應空 間，使得反應器高度較高，而且還影響漿態(tài)床內流體流型的控制。
[0007]CN101314120A公開了一種包括上升管和下降管的漿態(tài)床環(huán)流反應器。其中，上升 管由反應區(qū)和管徑擴大的沉降區(qū)組成。沉降區(qū)與反應區(qū)之間開有小孔連通。雖然該反應器 采用氣體代替機泵提供輸送動力、外設過濾器、設有脫氣區(qū)，但是由于漿態(tài)床通常采用微米 級細顆粒催化劑，所以沉降區(qū)的直徑需要很大。因此，該反應器只適用于催化劑顆粒較大的 情況。而且，沉降區(qū)內催化劑顆粒濃度較高，會導致過度反應的發(fā)生，進一步造成結焦、催化 劑失活等不良后果。
[0008]由以上分析可知，漿態(tài)床反應器的液相輸送、液固分離、氣液分離、反應取熱是幾 個必須解決的關鍵問題。
實用新型內容
[0009]本實用新型解決的技術問題是提供一種結構簡單實用、操作方便、占地面積少、易 于大型化的漿態(tài)床反應裝置。
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[0010]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置，包括反應筒I、分離器2和過濾器3，所述的反 應筒I的頂部開口伸入分離器2內部，反應筒I的外壁與分離器2底部相連，所述的分離器 2經液相出口 14與過濾器3連通，所述的過濾器3經漿液出口 22與反應筒I的底部連通； 所述的分離器2上部設有氣體出口 13，所述的反應筒I下部設有氣體入口 12、液相入口 11 和卸料口 15。
[0011]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置的應用方法，原料由液相入口 11和/或氣體入 口 12進入反應筒I底部，和反應筒I中的漿液混合，與催化劑接觸并發(fā)生反應，同時向上流 動；在氣體推動下，反應物流從反應筒I頂部開口流入分離器2中，進行氣液分離后，漿液從 液相出口 14進入過濾器3，氣體從分離器2頂部的氣體出口 13排出裝置；漿液在過濾器3 中過濾后，清液作為產品由清液出口 19引出反應裝置；由漿液出口 22流出的漿液返回反應 筒I中繼續(xù)參與反應。
[0012]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置及其應用方法的有益效果為：
[0013]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置在反應筒上部設置分離器，反應物流在分離器 內流速降低，氣體和漿液充分分離，可避免輸送管線內的氣阻，也避免了氣體進入過濾器侵 占過濾濾芯表面，保證了過濾器高效穩(wěn)定運行。分離器底部含固體催化劑顆粒的漿液經液 相出口流入過濾器，再經過濾器的漿液出口循環(huán)回反應筒底部，漿液依靠位差流動，節(jié)省了 循環(huán)能耗。本實用新型的漿態(tài)床反應裝置集成度高、結構簡單、占地面積少、通用性強且易 于工業(yè)化放大。本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置的應用方法適用于多種反應體系，操作 穩(wěn)定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]附圖I為本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置的結構示意圖；
[0015]附圖2為實施例中采用的漿態(tài)床反應裝置的結構示意圖。
[0016]其中：
[0017]I-反應筒，2-分離器，3-過濾器，4-換熱器，5-洗滌段，6-壓縮機，7、8_管線， 11-液相入口，12-氣體入口，13-氣體出口，14-液相出口，15-卸料口，16-催化劑加料口， 17-反沖液注入口，18-洗滌液入口，19-清液出口，20-液位控制器，21-壓差控制器，22-漿 液出口。
【具體實施方式】
[0018]以下詳細說明本實用新型的【具體實施方式】，其中，說明書中提到的容器的“上部” 是指由上至下容器的0-30%的位置，容器的“下部”是指由上至下容器的50%-100%的位置， 容器的“底部”是指由上至下容器的90%-100%的位置。
[0019]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置，包括反應筒I、分離器2和過濾器3，所述的反 應筒I的頂部開口伸入分離器2內部，反應筒I的外壁與分離器2底部相連，所述的分離器 2經液相出口 14與過濾器3連通，所述的過濾器3經漿液出口 22與反應筒I的底部連通； 所述的分離器2上部設有氣體出口 13，所述的反應筒I的下部設有氣體入口 12、液相入口 11和卸料口 15。
[0020]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置中，所述的反應筒I與分離器2的內徑比為
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1:1. I ?10。
[0021]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置中，所述的反應筒I頂部開口伸入分離器2中 的高度為分離器2總高度的10%?90%，優(yōu)選50%?80%。
[0022]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置中，優(yōu)選在所述的反應筒I中設置換熱器4?？?在液相進口之下或者之上設置，也可根據需要設置單層或多層換熱器。
[0023]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置中，所述的反應筒I上還設有催化劑加料口 16。所述的催化劑加料口 16設置在反應筒的側壁，可以是一個或多個對稱分布于側壁圓周 上。
[0024]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置中，所述的反應筒下部設有氣體入口 12、液相 入口 11和卸料口 15。其中，所述的液相入口 11和氣體入口優(yōu)選位于反應筒下部側壁，可 以是一個或多個對稱分布于側壁圓周上，液相入口 11可以位于氣體入口 12的上方或下方。 所述的卸料口 15優(yōu)選位于反應筒的底部或底面。
[0025]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置中，所述液相出口 14優(yōu)選位于分離器2的底 部，更優(yōu)選位于分離器2的最底部。
[0026]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置中，優(yōu)選在所述的分離器2內設置換熱器4。
[0027]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置中，所述的氣體出口 13之前設有洗滌段5。洗 滌段5可以設置在所述的分離器的內部或者外部，用清凈的液體脫除氣體中夾帶的固體催 化劑顆粒。所述的清凈液體指反應原料或反應產物或其他不含固體顆粒的液相介質。
[0028]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置中，所述的分離器2設有液位控制器20，通過 調節(jié)清液出口 19的濾出量，控制分離器2內液位平衡。
[0029]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置中，所述的過濾器優(yōu)選采用多路組成，每路過 濾器設有獨立的壓差檢測和自動切換閥，利用過濾器壓差實現多路過濾器之間的輪流在線 自動反沖洗。設置多路過濾器使得操作方便，安裝檢修容易，使?jié){態(tài)床反應裝置長期穩(wěn)定運 行。過濾器中的過濾介質可以是由任何已知的過濾材料如陶瓷、多孔金屬如燒結的不銹鋼 或其他來制成的。過濾介質孔徑應滿足不允許催化劑顆粒通過，包括顆粒磨損后。因此，其 大小取決于顆粒平均粒度及粒度分布。過濾介質孔徑范圍為0. I?100微米，優(yōu)選0. I? 50微米，更優(yōu)選0. I?20微米。過濾器所用反沖液可以是液體或氣體，優(yōu)選液體。液體可 以是新鮮原料液或濾后反應清液，優(yōu)選濾后反應清液。
[0030]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置中，所述的氣體入口處優(yōu)選設置氣體分布器， 所述的液相入口處優(yōu)選設置液體分布器，均勻分布進入漿態(tài)床反應器氣體和液體原料。
[0031]本實用新型提供的上述漿態(tài)床反應裝置的應用方法，原料由液相物料入口 11和 氣體入口 12進入漿態(tài)床反應裝置，和反應筒I中的漿液混合，與催化劑接觸并發(fā)生反應，同 時向上流動；在氣體推動下，反應漿液從反應筒I頂部開口流入分離器2中，進行氣液分離 后，液相從液相出口 14進入過濾器3，氣體從分離器2頂部的氣體出口 13排出裝置；液相 在過濾器3中過濾后，清液作為產品由清液出口 19引出反應裝置；由漿液出口 22流出的反 應衆(zhòng)液返回反應筒I中繼續(xù)參與反應。
[0032]本實用新型提供的漿態(tài)床反應器在應用過程中，優(yōu)選在所述的反應筒I中設置換 熱器4，根據需要由取熱介質換熱取出反應過程中的多余熱量。
[0033]本實用新型提供的漿態(tài)床反應器在應用過程中，氣體在反應筒I內的表觀氣速為
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0.01 ?I. Om/s、優(yōu)選 0. I ?0. 3m/s。
[0034]本實用新型提供的漿態(tài)床反應器在應用過程中，所述的反應筒內采用的固體催化 劑顆粒直徑為0. I?5000微米、優(yōu)選0. I?100微米。
[0035]本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置，優(yōu)選的實施方式中在氣相出口之前設置氣體 洗滌段，可有效防止固體催化劑顆粒被外排的氣體帶出。優(yōu)選在反應筒內設置取熱換熱器， 根據反應熱的大小，可用于取出反應熱，控制反應溫度，以保證反應效率。優(yōu)選的實施方式 中液相出口位于分離器最底部，使含固體催化劑顆粒的漿液全部流入過濾器，在反應器內 部不發(fā)生沉降，避免局部催化劑顆粒濃度過高導致過度反應的情況。
[0036]下面參照【專利附圖】
【附圖說明】本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置及其應用方法，但本實用新 型并不因此而受到任何限制。
[0037]如附圖I所示，本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置，包括反應筒I、反應筒I上部 的分離器2和過濾器3，所述的反應筒I與分離器2的內徑比為1:1. I?10。所述的反應 筒I的頂部開口伸入分離器2內部，反應筒I頂部開口伸入分離器2的高度占分離器2總 高度的1/10?9/10。反應筒I的外壁與分離器2底部相連，所述的分離器2經液相出口 14與過濾器3連通，所述的過濾器3經漿液出口 22與反應筒I的底部連通；所述的分離器 2上部設有氣體出口 13，所述的反應筒I的下部設有氣體入口 12、液相物料入口 11和卸料 口 15。反應筒底部設置換熱器4。
[0038]應用本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置的方法，液體原料通過液體入口 11、氣體 原料經氣體入口 12并通過氣體分布器進入反應筒I中，其中液體原料可根據需要從氣體入 口 12上部的液體入口進入，也可從氣體入口 12的下部的液體入口進入反應筒I。在反應筒 I內氣液與固體催化劑顆粒接觸并發(fā)生反應，反應物流向上流動，經過反應筒I頂部開口進 入分離器2中，在分離器2中物流流速降低，氣液充分分離，氣體經過洗滌段5洗滌脫除攜 帶的固體催化劑顆粒后，從分離器2頂部的氣相出口 13排出，含固體催化劑顆粒的漿液由 漿液出口 14、經管線7靠位差自流至過濾器3中，經濾芯過濾的反應清液從清液出口 19排 出，富含固體催化劑顆粒的漿液依靠位差經管線8由底部流回反應筒I循環(huán)利用，通過調節(jié) 過濾清液的出料量控制分離器2的液位，當過濾器兩側壓力過大時可從反沖液注入口 17注 入反沖液對過濾器3進行在線反沖洗，反沖液可以使用原料液體，也可以使用濾后的清液。
[0039]反應筒I底部設有換熱器4，將循環(huán)水等冷介質通入換熱器，取走反應熱調節(jié)反應 溫度。新鮮催化劑通過催化劑加料口 16加入反應筒I內，廢催化劑通過反應筒底部的卸料 口 15排出反應筒1，催化劑加入或取出可間歇操作，也可以在線連續(xù)進行。
[0040]以下通過實施例進一步說明本實用新型，但本實用新型并不因此而受到任何限 制。
[0041]實施例I
[0042]實施例I說明利用本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置進行費托合成的效果。
[0043]實驗裝置如附圖2所示。其中，反應筒尺寸為0150X15000mm，分離器尺 寸為0400X1600mm，反應筒伸入分離器的高度為1000mm。分離器上部設有洗滌段 O 150 X 500mm,內裝高300mm的BX500填料，使用兩組過濾器，內裝金屬濾芯，設定每個過濾 器壓差達到0. 06MPa時進行自動反沖，反沖液為過濾后反應清液。
[0044]反應所采用的催化劑的制備方法：將含有Co (NO3) 3和Mg (NO3) 2的溶液浸潰SiO2微
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球載體，靜置24小時，然后120°C干燥，并于400°C焙燒6小時得到粒徑范圍為I?100 y m 的催化劑。其中，催化劑的組成為，以催化劑總重量為基準，以氧化物計，含有20. 3重量％ 的CoO3, 76. I重量%的SiO2和3. 6重量%的MgO0
[0045]合成氣原料(含有氫氣和一氧化碳)從氣體入口 12進入反應筒底部,通過底部換熱 器4調節(jié)反應溫度。反應溫度為220°C，操作壓力為3.0MPa。原料在催化劑存在下發(fā)生F-T 合成反應，生成一系列的烴類化合物。反應產物在分離器中進行氣液分離。氣體在反應筒 內表觀速度為0. 3m/s。在洗滌段經過濾后的烴類產物洗滌后的氣體由氣體出口 13排出裝 置，并經壓縮循環(huán)回氣體入口 12。含催化劑顆粒的烴類液體進入過濾器，將催化劑與反應產 物分離。經過濾后，富含催化劑顆粒的漿液由底部返回反應筒中，過濾后的反應清液在分離 器液位控制下經清液出口 19排出進入后續(xù)分餾系統(tǒng)。操作中，根據反應活性，每次間歇取 出適量催化劑，并補充等量的新鮮催化劑，維持穩(wěn)定運行700小時后的反應條件及結果見 表I。
[0046]實施例2
[0047]實施例2說明利用本實用新型提供的漿態(tài)床反應裝置合成過氧化氫的效果。
[0048]如附圖2所示采用與實施例I相同的實驗裝置，氫氣與工作液分別從液相入口 12 和氣體入口 11進入反應器，通過底部換熱器4調節(jié)反應溫度。反應溫度為60 V，所用催化劑 為含鈀的細粉催化劑，其平均直徑為80微米。在催化劑作用下，工作液中的乙基蒽醌被加 氫生成含乙基蒽氫醌的氫化液。氣體在反應筒內表觀速度為0. 15m/s。反應產物在分離器 內進行氣液分離，氣體經過濾后的氫化液洗滌后經氣體出口 13排出裝置，并經壓縮循環(huán)回 氫氣入口，含有催化劑的氫化液進入過濾器，過濾器中的濾芯將催化劑顆粒與氫化液分離， 富含催化劑顆粒的漿液返回反應筒I的底部，過濾后的氫化液在分離器液位控制下經清液 出口 19排出裝置，進入后續(xù)的氧化萃取系統(tǒng)。穩(wěn)定運行1500小時后的反應條件及結果見 表2。
[0049]所采用催化劑制備方法為：將擬薄水鋁石、硅溶膠以及去離子水混合得到漿液。其 中，硅鋁質量比為SiO2 = Al2O3=I :4。將混合漿液用噴霧干燥設備干燥成型，在600°C焙燒8h 后制得催化劑載體。將催化劑載體分散到含有氯化鈀的去離子水溶液中，在25°C充分浸潰， 然后在120°C條件下干燥2h，再在600°C焙燒5h，得到氧化態(tài)催化劑。在150°C條件下用純 氫將此氧化態(tài)催化劑還原4h，即制得所需催化劑。以催化劑總重量為基準，以金屬計，該催 化劑含有I. 2重量％的Pd。
[0050]所述工作液為乙基蒽醌、四氫乙基蒽醌、磷酸三辛酯和重芳烴的混合物?？傒祯?濃度為130?140g/l，重芳烴和磷酸三辛酯的體積比為75:25。其中，總蒽醌指乙基蒽醌和 四氫乙基蒽醌的總和。
[0051]所述氫化液為乙基蒽醌、四氫乙基蒽醌、乙基蒽氫醌、四氫乙基蒽氫醌、磷酸三辛 酯和重芳烴的混合物。總蒽醌的濃度為130?140g/l，重芳烴和磷酸三辛酯的體積比為 75:25。其中，總蒽醌指乙基蒽醌、四氫乙基蒽醌、乙基蒽氫醌和四氫乙基蒽氫醌的總和，乙 基蒽氫醌和四氫乙基蒽氫醌占總蒽醌的45重量％。
[0052]實施例3
[0053]實施例3說明利用本實用新型提供的漿態(tài)床實驗裝置合成環(huán)己酮肟的效果。
[0054]實驗裝置與實施例I相同，不同之處是過濾器內裝陶瓷膜濾芯。27. 5%濃度的
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雙氧水從上部的液體入口 11進入反應器，氨氣從氣體入口 12進入反應器，環(huán)己酮與叔丁 醇溶液從最底部的液體入口 11進入反應器。操作條件為：反應溫度為83°C、反應壓力為
0.32MPa。原粉鈦硅分子篩TS-I，由湖南建長石化股份公司生產，催化劑平均粒徑為0. 2微 米。氨氣在反應筒內表觀速度為0.2m/s。原料在催化劑的作用下發(fā)生氨肟化反應，生成含 環(huán)己酮肟的叔丁醇溶液，經過濾器分離，反應清液送至后分餾系統(tǒng)處理。操作中為保持催化 劑的活性穩(wěn)定，從催化劑進料口 16連續(xù)補入一定量的新鮮催化劑，同時從卸料口 15連續(xù)取 出等量的失活催化劑，運行1000小時的工藝條件和結果見表3。
[0055]表I實施例I中F-T合成反應條件及結果
[0056]
反應溫度，V220反應壓力，MPa3.0新鮮合成氣，H2/co2:1新鮮合成氣進料量，NmVh178氣體表觀氣速，m/s0. 3⑶轉化率，％94. 5C1-C4選擇性，％14. IC5+選擇性，%85. 9
[0057]表2實施例2合成過氧化氫反應條件及結果
[0058]
反應溫度，V60反應壓力，MPa0. 3工作液進料量，m3/hI. 2H2進料量，NmVh40氣體表觀氣速，m/s0. 15氫效，gH202/l12
[0059]表3實施例3合成環(huán)己酮肟反應條件及結果
[0060]
反應溫度，V83-84反應壓力，MPa0. 32
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環(huán)己酮進料量，kg/h40氨/酮，mol比2. I叔丁醇/酮，mol比3. 0H2O2/ 酮，mol 比I. 10氣體表觀氣速，m/s0. 2環(huán)己酮轉化率，%99. 95環(huán)己酮肟選擇性，％99. 8
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【權利要求】
1.一種漿態(tài)床反應裝置，其特征在于，包括反應筒（I)、分離器（2)和過濾器（3)，所述 的反應筒（I)的頂部開口伸入分離器（2)內部，反應筒（I)的外壁與分離器（2)底部相連， 所述的分離器（2)經液相出口（14)與過濾器（3)連通，所述的過濾器（3)經漿液出口（22) 與反應筒（I)的底部連通；所述的分離器（2)上部設有氣體出口（13)，所述的反應筒（I)的 下部設有氣體入口（12)、液相入口（11)和卸料口（15)。
2.根據權利要求I的漿態(tài)床反應裝置，其特征在于，所述的反應筒（I)與分離器（2)的 內徑比為1:1. I?10。
3.根據權利要求I的漿態(tài)床反應裝置，其特征在于，所述的反應筒（I)頂部開口伸入分 離器（2)的高度為分離器（2)總高度的10%?90%。
4.根據權利要求3的漿態(tài)床反應裝置，其特征在于，所述的反應筒（I)頂部開口伸入分 離器（2)的高度為分離器（2)總高度的50%?80%。
5.根據權利要求I的漿態(tài)床反應裝置，其特征在于，所述的反應筒（I)中設置換熱器(4)。
6.根據權利要求1-5中任一種的漿態(tài)床反應裝置，其特征在于，所述的反應筒（I)上還 設有催化劑加料口（16)。
7.根據權利要求1-5中任一種的漿態(tài)床反應裝置，其特征在于，所述液相出口（14)位 于分離器（2)的底部。
8.根據權利要求1-5中任一種的漿態(tài)床反應裝置，其特征在于，所述的分離器（2)內設 置換熱器（4)。
9.根據權利要求1-5中任一種的漿態(tài)床反應裝置，其特征在于，所述的氣體出口（13) 之前設有洗滌段（5)。
10.根據權利要求1-5中任一種的漿態(tài)床反應裝置，其特征在于，所述分離器（2)設有 液位控制器（20)，通過調節(jié)清液出口（19)的濾出量，控制分離器（2)內液位平衡。.2
【文檔編號】B01J8/22GK203389625SQ201320492007
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年8月13日 優(yōu)先權日:2013年8月13日
【發(fā)明者】高國華, 楊克勇, 李紅波, 潘智勇, 鄭博, 宗保寧 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院
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