CN105582857B - 一种气液固三相反应器及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气液固三相反应器及其应用方法。该反应器包括顶部进料口、底部出料口、预分配器、气液分配盘，以及反应器内壁上的环形折流板，和多层气液分配盘与催化剂床层。该反应器促使气液在径向、轴向上充分接触，明显改善了反应器内部的气液分布状况，气液在反应器内分布均匀，减少了壁流产生的不良效应，提高了滴流床的反应效率，适用于碳三液相加氢等气液固三相反应。

Description

一种气液固三相反应器及其应用方法

技术领域

本发明属于石油化工领域，涉及一种固定床反应器，更具体地说，涉及一种采用分段气液分布和折流板消除壁流、偏流的滴流床反应器及应用。

背景技术

滴流床反应器是主要的几种反应器之一。由于其既具有结构简单、设备投资低的优点，又具有操作方便、操作弹性大的特点；因此，滴流床反应器在炼油、化工领域得到广泛应用，特别是在油品加氢裂化、烃类加氢精制等领域，滴流床是最基本的反应器之一。

滴流床反应器的特征之一是反应器内气体和液体并流通过催化剂床层，其中液体是以滴流方式流经催化剂床层，而气体则是以连续流动的方式通过催化剂床层；因此，液体能否在反应器内形成滴流、气体分布是否均匀称为滴流床反应器设计的主要影响因素。随着装置规模的扩大，反应器的直径在不断加大，气液分布越来越重要；气液分布不均匀会严重影响反应器操作性能，直接影响滴流床反应器的效率，同时还会造成床层中温度分布不均匀，破坏催化剂稳定性。

在固定床催化剂上液相和气相的三相反应经过用于化工生产过程；化学反应的转化率和选择性不仅取决于反应动力学而且尤其取决于反应器的流体动力学；均匀的反应进程是必要的，这就要求气体和液体，即两种反应物，在反应器的径向和轴向上都能均匀分布；分布不均的问题在大型工业反应器中尤为突出。

专利US4708852介绍了一种滴流床反应器，该反应器包括进口预分布器，气液分布器，瓷球床层，催化剂床层；其气液分布器采用开孔波纹板结构，在波谷内保持一定的液位，谷底、谷坡、峰顶都设有开孔，液体从谷底的孔以及处于液面下的谷坡上的孔穿出，形成横向流，气体从峰顶和处于液面之上的谷坡上的孔穿过；气体与液体在波纹板下方接触，提高了气液分布均匀性。该气液分布器能够提高气液在不同角度的分布均匀性，但谷中的液位难以控制，如果初始气体或液体分布不均匀，则此气液分布器难于形成均匀的谷内液位，达不到均匀分布的目的，反应器内部滴流效果不佳，影响滴流床反应器的反应效率。

目前采用较多的滴流床反应器主要采用如下结构：进料口、气液分配盘、瓷球床层、催化剂床层；但由于液体与气体仅具有轴向流动分布，难于形成均匀的气液分布，尤其是反应器中下部同一平面的反应结果不同，这说明现有的反应器的气液分布还没有达到满意要求。

专利CN 101279229B介绍一种滴流床反应器，该发明通过采用由进料口、反应器壳体、气液分布器、瓷球床层、催化剂床层和出料口组成滴流床反应器；其中气液分布器是在分布板上安装有气体通道管和液体通道管组成，气体通道管由圆锥顶盖和直立短管组成；液体通道管为垂直短管，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毫米且在沿轴向不同位置的横截面上均匀地开有小孔，较好地解决了气液初始分布不均、滴流效果不佳的问题，可应用于各种气液固三相反应器中。

上述文献所述的滴流床反应器虽然有较好的气液初始分布，但是随着反应的进行，当气液流到反应器中下部时气液无法达到均匀混合的效果，以及壁流的增加，造成滴流床反应器的反应效率难于提高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，提高滴流床反应器的反应效果，减少壁流、偏流等气液分布不均的情况，本发明提供了一种气液固三相反应器及其应用方法。

本发明的一种气液固三相反应器是这样实现的：

一种气液固三相反应器，所述反应器包括筒体1，沿所述筒体1的轴向从上至下依次设置有预分配器2，至少2层气液分配盘3以及设置在所述气液分配盘3下方的催化剂床层4，和设置在所述筒体1底部的出口集液器9。

在具体实施时，在所述催化剂床层4对应的所述筒体1的内壁上设有环形折流板5，环形折流板5与所述筒体1内壁之间没有空隙，其在垂直方向的截面呈底边垂直的等腰三角形。所述等腰三角形顶点的夹角为45-75度，优选60度；所述环形折流板5内外半径之差为所述筒体1内半径的3％-20％；在所述催化剂床层4对应的所述筒体1内壁，均匀分布设置1-10层所述环形折流板5，优选1-5层，更优选1-2层。所述反应器内径为0.5-3米，反应器高径比为2-9，环形折流板[5]在所述筒体[1]的内壁上均匀分布，间距为0.5米-3米之间，优选间距为1-2米。

在具体实施时，所述反应器设置2～4层所述气液分配盘3以及所述催化剂床层4，优选2层；首层气液分配盘3位于所述反应器的上部。

本发明的一种气液固三相反应器的应用方法是这样实现的：

采用本发明的气液固三相反应器，液相物料与气相物料混合后，由所述筒体1上部的入口进入，经所述预分配器2、至少2层所述气液分配盘3，均匀分布所述液相物料和气相物料，并通过所述催化剂床层4进行气液固三相反应；反应产物由所述出口集液器9排出反应器。

在具体实施时，所述气液固三相反应器用于碳三馏分液相选择加氢脱除甲基乙炔和丙二烯；所述加氢反应的温度0～500℃，压力0.1～3.0MPa。

本发明在气液固三相反应器中设置多层气液分配器和折流板；促使气液充分接触，改善反应器内部的气液分布状况，具有气液在径向、轴向上充分接触，气液在反应器内分布均匀，反应器内滴流效果好的特点，并且减少了壁流产生的不良效应，提高了滴流床的反应效率，适用于碳三液相加氢等气液固三相反应。

附图说明

图1为本发明滴流床反应器示意图；

图2为目前常用的滴流床反应器示意图；

其中：1-反应器筒体，2-预分配器，3、6-气液分配盘，4、7-催化剂床层，5、8-折流板，9-出口聚集器。

具体实施方式

下面结合实施例和附图进一步详述本发明的技术方案，本发明的保护范围不局限于下述的具体实施方式。

实施例1

反应器如图1所示。气液固三相反应器沿筒体1的轴向从上至下依次设置有预分配器2、气液分配盘3/6、催化剂床层4/7、出口聚集器9，并且在催化剂床层4/7对应的筒体1的内壁上设有环形折流板5/8。

反应器筒体内径为0.8米，催化剂装填总高度为3米，其中催化剂床层4/7的高度分别为1.5米。催化剂床层4/7分别设有环形折流板5/8，环形折流板在垂直方向的截面呈底边垂直的等腰三角形，其顶点的夹角为60度，环形折流板内外半径之差为所述筒体内半径的10％。

该滴流床反应器用于碳三馏分液相选择加氢脱除甲基乙炔和丙二烯；反应器入口的碳三物料中MAPD含量为2.5mol％，加氢反应的空速在50-60hr-1、压力2.4MPa，氢气配入的摩尔量是MAPD的1.3倍，反应器入口温度38℃，催化剂采用通用的钯系加氢催化剂；碳三原料通过加氢反应器后的物料中的MAPD含量小于50ppm。

对比例1

反应器如图2所示。气液固三相反应器沿筒体1的轴向从上至下依次设置有预分配器2、气液分配盘3、催化剂床层4、出口聚集器9。

反应器内径为0.8米，催化剂装填高度为3米。该滴流床反应器用于碳三馏分液相选择加氢脱除甲基乙炔和丙二烯；反应器入口的碳三物料中MAPD含量为2.5mol％，加氢反应的空速在50-60hr-1、压力2.4MPa，氢气配入的摩尔量是MAPD的1.3倍，反应器入口温度38℃，催化剂采用通用的钯系加氢催化剂；碳三原料通过加氢反应器后的物料中的MAPD含量为1000ppm。

与现有技术相比，本发明分层设置气液分配盘和催化剂床层，并且在催化剂床层设置环形折流板，明显改善了反应器内部的气液分布状况，使气液在径向、轴向上充分接触，气液在反应器内分布均匀，减少了壁流产生的不良效应，提高了滴流床的反应效果；应用于碳三液相加氢等气液固三相反应，在维持原催化剂的装填量和反应操作条件不变的情况下，能够满足加氢反应产物中MAPD小于50ppm的要求。

Claims (7)

1.一种气液固三相反应器，所述反应器包括筒体[1]，沿所述筒体[1]的轴向从上至下依次设置有预分配器[2]，至少2层气液分配盘[3]以及设置在所述气液分配盘[3]下方的催化剂床层[4]，和设置在所述筒体[1]底部的出口集液器[9]；在所述催化剂床层[4]对应的所述筒体[1]的内壁上设有环形折流板[5]，环形折流板[5]与所述筒体[1]内壁之间没有空隙，其在垂直方向的截面呈底边垂直的等腰三角形。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：

所述等腰三角形顶点的夹角为45-75度；所述环形折流板[5]内外半径之差为所述筒体[1]内半径的3％-20％；

在所述催化剂床层[4]对应的所述筒体[1]内壁，均匀分布设置1-10层所述环形折流板[5]。

3.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于：

所述等腰三角形顶点的夹角为60度；

在所述催化剂床层[4]对应的所述筒体[1]内壁，均匀分布设置1-5层所述环形折流板[5]；所述环形折流板[5]之间的距离为0.5米～3.0米。

4.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于：

所述环形折流板[5]之间的距离为1.0米～2.0米。

5.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：

所述反应器内径为0.5米-3米，高径比为2-9；所述反应器设置2～4层所述气液分配盘[3]。

6.根据权利要求1-5之一所述反应器的应用方法；

采用所述气液固三相反应器，液相物料与气相物料混合后，由所述筒体[1]上部的入口进入，经所述预分配器[2]、至少2层所述气液分配盘[3]，均匀分布所述液相物料和气相物料，并通过所述催化剂床层[4]进行气液固三相反应；反应产物由所述出口集液器[9]排出反应器。

7.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于：

所述气液固三相反应器用于碳三馏分液相选择加氢脱除甲基乙炔和丙二烯；所述加氢反应的温度0～500℃，压力0.1～3.0MPa。