一種氣液固三相反應(yīng)器及其應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石油化工領(lǐng)域，涉及一種固定床反應(yīng)器，更具體地說(shuō)，涉及一種采用分段氣液分布和折流板消除壁流、偏流的滴流床反應(yīng)器及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]滴流床反應(yīng)器是主要的幾種反應(yīng)器之一。由于其既具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備投資低的優(yōu)點(diǎn)，又具有操作方便、操作彈性大的特點(diǎn)；因此，滴流床反應(yīng)器在煉油、化工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，特別是在油品加氫裂化、烴類(lèi)加氫精制等領(lǐng)域，滴流床是最基本的反應(yīng)器之一。
[0003]滴流床反應(yīng)器的特征之一是反應(yīng)器內(nèi)氣體和液體并流通過(guò)催化劑床層，其中液體是以滴流方式流經(jīng)催化劑床層，而氣體則是以連續(xù)流動(dòng)的方式通過(guò)催化劑床層；因此，液體能否在反應(yīng)器內(nèi)形成滴流、氣體分布是否均勻稱(chēng)為滴流床反應(yīng)器設(shè)計(jì)的主要影響因素。隨著裝置規(guī)模的擴(kuò)大，反應(yīng)器的直徑在不斷加大，氣液分布越來(lái)越重要；氣液分布不均勻會(huì)嚴(yán)重影響反應(yīng)器操作性能，直接影響滴流床反應(yīng)器的效率，同時(shí)還會(huì)造成床層中溫度分布不均勻，破壞催化劑穩(wěn)定性。
[0004]在固定床催化劑上液相和氣相的三相反應(yīng)經(jīng)過(guò)用于化工生產(chǎn)過(guò)程；化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性不僅取決于反應(yīng)動(dòng)力學(xué)而且尤其取決于反應(yīng)器的流體動(dòng)力學(xué)；均勻的反應(yīng)進(jìn)程是必要的，這就要求氣體和液體，即兩種反應(yīng)物，在反應(yīng)器的徑向和軸向上都能均勻分布；分布不均的問(wèn)題在大型工業(yè)反應(yīng)器中尤為突出。
[0005]專(zhuān)利US4708852介紹了一種滴流床反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括進(jìn)口預(yù)分布器，氣液分布器，瓷球床層，催化劑床層；其氣液分布器采用開(kāi)孔波紋板結(jié)構(gòu)，在波谷內(nèi)保持一定的液位，谷底、谷坡、峰頂都設(shè)有開(kāi)孔，液體從谷底的孔以及處于液面下的谷坡上的孔穿出，形成橫向流，氣體從峰頂和處于液面之上的谷坡上的孔穿過(guò)；氣體與液體在波紋板下方接觸，提高了氣液分布均勾性。該氣液分布器能夠提高氣液在不同角度的分布均勾性，但谷中的液位難以控制，如果初始?xì)怏w或液體分布不均勻，則此氣液分布器難于形成均勻的谷內(nèi)液位，達(dá)不到均勻分布的目的，反應(yīng)器內(nèi)部滴流效果不佳，影響滴流床反應(yīng)器的反應(yīng)效率。
[0006]目前采用較多的滴流床反應(yīng)器主要采用如下結(jié)構(gòu):進(jìn)料口、氣液分配盤(pán)、瓷球床層、催化劑床層；但由于液體與氣體僅具有軸向流動(dòng)分布，難于形成均勻的氣液分布，尤其是反應(yīng)器中下部同一平面的反應(yīng)結(jié)果不同，這說(shuō)明現(xiàn)有的反應(yīng)器的氣液分布還沒(méi)有達(dá)到滿意要求。
[0007]專(zhuān)利CN 101279229B介紹一種滴流床反應(yīng)器，該發(fā)明通過(guò)采用由進(jìn)料口、反應(yīng)器殼體、氣液分布器、瓷球床層、催化劑床層和出料口組成滴流床反應(yīng)器；其中氣液分布器是在分布板上安裝有氣體通道管和液體通道管組成，氣體通道管由圓錐頂蓋和直立短管組成；液體通道管為垂直短管，垂直短管的上端伸出分布板上方10?100毫米，下端伸出分布板下方200?1000毫米且在沿軸向不同位置的橫截面上均勻地開(kāi)有小孔，較好地解決了氣液初始分布不均、滴流效果不佳的問(wèn)題，可應(yīng)用于各種氣液固三相反應(yīng)器中。
[0008]上述文獻(xiàn)所述的滴流床反應(yīng)器雖然有較好的氣液初始分布，但是隨著反應(yīng)的進(jìn)行，當(dāng)氣液流到反應(yīng)器中下部時(shí)氣液無(wú)法達(dá)到均勻混合的效果，以及壁流的增加，造成滴流床反應(yīng)器的反應(yīng)效率難于提高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提高滴流床反應(yīng)器的反應(yīng)效果，減少壁流、偏流等氣液分布不均的情況，本發(fā)明提供了一種氣液固三相反應(yīng)器及其應(yīng)用方法。
[0010]本發(fā)明的一種氣液固三相反應(yīng)器是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0011]一種氣液固三相反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括筒體1，沿所述筒體I的軸向從上至下依次設(shè)置有預(yù)分配器2，至少2層氣液分配盤(pán)3以及設(shè)置在所述氣液分配盤(pán)3下方的催化劑床層4，和設(shè)置在所述筒體I底部的出口集液器9。
[0012]在具體實(shí)施時(shí)，在所述催化劑床層4對(duì)應(yīng)的所述筒體I的內(nèi)壁上設(shè)有環(huán)形折流板5，環(huán)形折流板5與所述筒體I內(nèi)壁之間沒(méi)有空隙，其在垂直方向的截面呈底邊垂直的等腰三角形。所述等腰三角形頂點(diǎn)的夾角為45-75度，優(yōu)選60度；所述環(huán)形折流板5內(nèi)外半徑之差為所述筒體I內(nèi)半徑的3% -20% ;在所述催化劑床層4對(duì)應(yīng)的所述筒體I內(nèi)壁，均勻分布設(shè)置1-10層所述環(huán)形折流板5，優(yōu)選1-5層，更優(yōu)選1-2層。所述反應(yīng)器內(nèi)徑為0.5-3米，反應(yīng)器高徑比為2-9，環(huán)形折流板[5]在所述筒體[I]的內(nèi)壁上均勻分布，間距為0.5米-3米之間，優(yōu)選間距為1-2米。
[0013]在具體實(shí)施時(shí)，所述反應(yīng)器設(shè)置2?4層所述氣液分配盤(pán)3以及所述催化劑床層4，優(yōu)選2層；首層氣液分配盤(pán)3位于所述反應(yīng)器的上部。
[0014]本發(fā)明的一種氣液固三相反應(yīng)器的應(yīng)用方法是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0015]采用本發(fā)明的氣液固三相反應(yīng)器，液相物料與氣相物料混合后，由所述筒體I上部的入口進(jìn)入，經(jīng)所述預(yù)分配器2、至少2層所述氣液分配盤(pán)3，均勻分布所述液相物料和氣相物料，并通過(guò)所述催化劑床層4進(jìn)行氣液固三相反應(yīng)；反應(yīng)產(chǎn)物由所述出口集液器9排出反應(yīng)器。
[0016]在具體實(shí)施時(shí)，所述氣液固三相反應(yīng)器用于碳三餾分液相選擇加氫脫除甲基乙炔和丙二烯；所述加氫反應(yīng)的溫度O?500°C，壓力0.1?3.0MPa0
[0017]本發(fā)明在氣液固三相反應(yīng)器中設(shè)置多層氣液分配器和折流板；促使氣液充分接觸，改善反應(yīng)器內(nèi)部的氣液分布狀況，具有氣液在徑向、軸向上充分接觸，氣液在反應(yīng)器內(nèi)分布均勻，反應(yīng)器內(nèi)滴流效果好的特點(diǎn)，并且減少了壁流產(chǎn)生的不良效應(yīng)，提高了滴流床的反應(yīng)效率，適用于碳三液相加氫等氣液固三相反應(yīng)。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明滴流床反應(yīng)器示意圖；
[0019]圖2為目前常用的滴流床反應(yīng)器示意圖；
[0020]其中:1-反應(yīng)器筒體，2-預(yù)分配器，3,6-氣液分配盤(pán)，4,7-催化劑床層，5、8_折流板，9-出口聚集器。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖進(jìn)一步詳述本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于下述的【具體實(shí)施方式】。
[0022]實(shí)施例1
[0023]反應(yīng)器如圖1所示。氣液固三相反應(yīng)器沿筒體I的軸向從上至下依次設(shè)置有預(yù)分配器2、氣液分配盤(pán)3/6、催化劑床層4/7、出口聚集器9，并且在催化劑床層4/7對(duì)應(yīng)的筒體I的內(nèi)壁上設(shè)有環(huán)形折流板5/8。
[0024]反應(yīng)器筒體內(nèi)徑為0.8米，催化劑裝填總高度為3米，其中催化劑床層4/7的高度分別為1.5米。催化劑床層4/7分別設(shè)有環(huán)形折流板5/8，環(huán)形折流板在垂直方向的截面呈底邊垂直的等腰三角形，其頂點(diǎn)的夾角為60度，環(huán)形折流板內(nèi)外半徑之差為所述筒體內(nèi)半徑的10%。
[0025]該滴流床反應(yīng)器用于碳三餾分液相選擇加氫脫除甲基乙炔和丙二烯；反應(yīng)器入口的碳三物料中MAPD含量為2.5mol %，加氫反應(yīng)的空速在50_60hr_l、壓力2.4MPa，氫氣配入的摩爾量是MAPD的1.3倍，反應(yīng)器入口溫度38°C，催化劑采用通用的鈀系加氫催化劑;碳三原料通過(guò)加氫反應(yīng)器后的物料中的MAPD含量小于50ppm。
[0026]對(duì)比例I
[0027]反應(yīng)器如圖2所示。氣液固三相反應(yīng)器沿筒體I的軸向從上至下依次設(shè)置有預(yù)分配器2、氣液分配盤(pán)3、催化劑床層4、出口聚集器9。
[0028]反應(yīng)器內(nèi)徑為0.8米，催化劑裝填高度為3米。該滴流床反應(yīng)器用于碳三餾分液相選擇加氫脫除甲基乙炔和丙二烯；反應(yīng)器入口的碳三物料中MAPD含量為2.5mol%，加氫反應(yīng)的空速在50-60hr-l、壓力2.4MPa，氫氣配入的摩爾量是MAPD的1.3倍，反應(yīng)器入口溫度38°C，催化劑采用通用的鈀系加氫催化劑；碳三原料通過(guò)加氫反應(yīng)器后的物料中的MAPD含量為lOOOppm。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明分層設(shè)置氣液分配盤(pán)和催化劑床層，并且在催化劑床層設(shè)置環(huán)形折流板，明顯改善了反應(yīng)器內(nèi)部的氣液分布狀況，使氣液在徑向、軸向上充分接觸，氣液在反應(yīng)器內(nèi)分布均勻，減少了壁流產(chǎn)生的不良效應(yīng)，提高了滴流床的反應(yīng)效果；應(yīng)用于碳三液相加氫等氣液固三相反應(yīng)，在維持原催化劑的裝填量和反應(yīng)操作條件不變的情況下，能夠滿足加氫反應(yīng)產(chǎn)物中MAPD小于50ppm的要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氣液固三相反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括筒體[I]，沿所述筒體[I]的軸向從上至下依次設(shè)置有預(yù)分配器[2]，至少2層氣液分配盤(pán)[3]以及設(shè)置在所述氣液分配盤(pán)[3]下方的催化劑床層[4]，和設(shè)置在所述筒體[I]底部的出口集液器[9]。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于: 在所述催化劑床層[4]對(duì)應(yīng)的所述筒體[I]的內(nèi)壁上設(shè)有環(huán)形折流板[5]，環(huán)形折流板[5]與所述筒體[I]內(nèi)壁之間沒(méi)有空隙，其在垂直方向的截面呈底邊垂直的等腰三角形。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反應(yīng)器，其特征在于: 所述等腰三角形頂點(diǎn)的夾角為45-75度；所述環(huán)形折流板[5]內(nèi)外半徑之差為所述筒體[I]內(nèi)半徑的3% -20% ； 在所述催化劑床層[4]對(duì)應(yīng)的所述筒體[I]內(nèi)壁，均勻分布設(shè)置1-10層所述環(huán)形折流板[5]。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的反應(yīng)器，其特征在于: 所述等腰三角形頂點(diǎn)的夾角為60度； 在所述催化劑床層[4]對(duì)應(yīng)的所述筒體[I]內(nèi)壁，均勻分布設(shè)置1-5層所述環(huán)形折流板[5];所述環(huán)形折流板[5]之間的距離為0.5米?3.0米。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的反應(yīng)器，其特征在于: 所述環(huán)形折流板[5]之間的距離為1.0米?2.0米。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于: 所述反應(yīng)器內(nèi)徑為0.5米-3米，高徑比為2-9 ;所述反應(yīng)器設(shè)置2?4層所述氣液分配盤(pán)[3] ο7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述反應(yīng)器的應(yīng)用方法； 采用所述氣液固三相反應(yīng)器，液相物料與氣相物料混合后，由所述筒體[I]上部的入口進(jìn)入，經(jīng)所述預(yù)分配器[2]、至少2層所述氣液分配盤(pán)[3]，均勻分布所述液相物料和氣相物料，并通過(guò)所述催化劑床層[4]進(jìn)行氣液固三相反應(yīng)；反應(yīng)產(chǎn)物由所述出口集液器[9]排出反應(yīng)器。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用方法，其特征在于: 所述加氫反應(yīng)器用于碳三餾分液相選擇加氫脫除甲基乙炔和丙二烯；所述加氫反應(yīng)的溫度O?500 0C，壓力0.1?3.0MPa0
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種氣液固三相反應(yīng)器及其應(yīng)用方法。該反應(yīng)器包括頂部進(jìn)料口、底部出料口、預(yù)分配器、氣液分配盤(pán)，以及反應(yīng)器內(nèi)壁上的環(huán)形折流板，和多層氣液分配盤(pán)與催化劑床層。該反應(yīng)器促使氣液在徑向、軸向上充分接觸，明顯改善了反應(yīng)器內(nèi)部的氣液分布狀況，氣液在反應(yīng)器內(nèi)分布均勻，減少了壁流產(chǎn)生的不良效應(yīng)，提高了滴流床的反應(yīng)效率，適用于碳三液相加氫等氣液固三相反應(yīng)。
【IPC分類(lèi)】C07C11/06, C07C5/05, C07C5/09, B01J8/04
【公開(kāi)號(hào)】CN105582857
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410563140
【發(fā)明人】房艷, 衛(wèi)國(guó)賓, 彭暉, 李前, 易水生, 戴偉
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司北京化工研究院
【公開(kāi)日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2014年10月21日