CN111992146A - 一种乙烯基甲苯轴径向脱氢反应器 - Google Patents

一种乙烯基甲苯轴径向脱氢反应器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及化工设备领域内的一种乙烯基甲苯轴径向脱氢反应器，其反应器壳体上下端设有封头，上封头顶部设有原料进口，下封头底部设有物料出口，反应器壳体内设有换热器；换热器上设有若干可容原料向下穿过换热器的换热通道；换热器的下方设置有包括内筒和外筒的筒体，内筒和外筒的顶部和底部之间分别经顶板和底板相连，外筒与反应器壳体内壁之间留有间隙，底板径向延伸并封闭间隙；内筒内腔上下贯穿顶板和底板，内筒和外筒围合成催化剂存放空腔，底板上与外筒内侧对应的局部、外筒的上部、内筒以及顶板上设有若干通流孔，外筒的下部为无孔的封闭筒体。其满足提高催化剂活性与产品收率，降低能耗，进一步扩大产能的需要。

Description

一种乙烯基甲苯轴径向脱氢反应器
技术领域
本发明涉及脱氢反应器，具体涉及一种乙烯基甲苯的脱氢反应器，属于化工设备技术领域。
背景技术
乙烯基甲苯（Vinyl toluene，VT）是重要的化工中间体，一般通过甲乙苯（Ethyltoluene，ET）催化脱氢来生产。乙烯基甲苯是间、对位异构体的混合物，与苯乙烯（SM）相比毒性小，具有挥发性低、稳定性好、闪点高和气味小等优点，可以替代苯乙烯（Styrene monomer，SM）单体，主要用于生产高等级的不饱和聚酯树脂、改性型醇酸树脂、乙烯基树脂等，用其生产的树脂广泛应用于浸渍型绝缘漆、涂料及复合材料工业中。
目前，国内外报道的甲乙苯生产乙烯基甲苯主要通过催化脱氢法合成。在Fe-K-Ce体系催化剂存在下，催化反应温度高达580-640℃，采用甲乙苯作为原料，通过进料汽化器和换热器、脱氢反应器、废热锅炉、脱氢液冷却器、油水分离器，制得乙烯基甲苯。其中脱氢反应在此过程中起着关键的作用，因此对脱氢反应器的材质、构造及工作原理方面的要求更高。
乙烯基甲苯生产装置的关键技术是甲乙苯脱氢制乙烯基甲苯，其中核心设备是乙烯基甲苯装置中的第一、第二脱氢反应器，采用的是双蒸汽两段绝热反应器。此传统工艺存在能耗较高，脱氢反应单程收率低，脱氢反应因受反应器容积限制而难以扩大产能，且催化剂易结焦而寿命减少等问题。此类甲乙苯脱氢反应器的设计不能满足扩产的要求、同时还有降低能耗和提高催化剂活性的问题。
现有的甲乙苯脱氢反应器为轴向绝热反应器，反应气体通过其催化剂床层时由上而下进行，高温的甲乙苯及伴随的高温水蒸气通过管道及混合器后进入脱氢反应器，脱氢反应器内有一定厚度的脱氢催化剂床层，此反应为大量吸热反应，在反应气体进入催化剂床层后，催化剂床层温度急剧下降，因催化剂的活性受反应温度影响较大，在催化剂床层温度下降到一定程度时，反应活性不好，因此，催化剂的床层高度是固定的，不能增加，也就是说，增加床层高度，对单程反应收率无太大帮助。
发明内容
本发明的目的是提供一种乙烯基甲苯轴径向脱氢反应器，使其满足提高催化剂活性与产品收率，降低能耗，进一步扩大产能的需要。
本发明的目的是这样实现的：一种乙烯基甲苯轴径向脱氢反应器，包括反应器壳体，反应器壳体上端设有上封头，下端设有下封头，上封头顶部设有原料进口，下封头底部设有物料出口，所述反应器壳体内位于原料进口下方设有换热器，换热器的介质进口和介质出口分别连接到反应器壳体外；换热器上设有若干可容原料向下穿过换热器的换热通道；换热器的下方立式设置有筒体，所述筒体包括内筒和外筒，内筒和外筒的顶部和底部之间分别经顶板和底板相连，外筒与反应器壳体内壁之间留有间隙，所述底板径向延伸并封闭所述间隙；内筒内腔上下贯穿所述顶板和底板，内筒和外筒围合成催化剂存放空腔，底板上与外筒内侧对应的局部、外筒的上部、内筒以及顶板上设有若干通流孔，外筒的下部为无孔的封闭筒体。
该装置工作时，催化剂存放空腔内装填有催化剂颗粒，甲乙苯及高温水蒸气物料从原料进口进入反应器壳体内，经换热器换热后，高温汽态料流分成三部分，第一部分料流沿反应器壳体与外筒之间的间隙进入，然后径向进入内筒与外筒之间，与催化剂接触并进行脱氢反应后，穿过内筒与内筒的料流汇集；第二部分料流从顶板沿轴向进入内筒与外筒之间，经反应后，进入内筒内；第三部分料流直接进入内筒内，沿轴向向下运动；上述三部分料流中，径向流动的料流和轴向流动的料流之间有汇集、互换，使得料流方向呈现轴向料流和径向料流的两个方面的运动趋势，料流与催化剂的接触机会多，因此可以获得更多的反应机会，提高收率。由于外筒的下部为无孔的封闭筒体，随着料流向下运动，轴向穿过催化剂该区域的料流相对较少，该部分催化剂的热量不易被迅速带走，从而保证催化剂在此局部仍具有高活性，从而可以保证脱氢反应仍可较为平稳地进行。第三部分料流直接进入内筒内，沿轴向向下运动，这一部分料流实际上未直接参与反应，其本身具有较高热量，相当于一个热源，使得周边的催化剂温度不至于因脱氢吸热而过度降温，从而保证了催化剂活性高。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：该装置可以保证催化剂活性高，能提高产品收率，降低能耗，从而可以进一步扩大产能。该装置专用于乙烯基甲苯脱氢反应中。
作为本发明的进一步改进在于，所述内筒和外筒为同心设置的圆筒。内筒与外筒同心设置，催化剂的厚度一致，使得料流穿过催化剂层获得反应的机会相对均等。
进一步地，所述外筒与反应器壳体内壁之间经可伸缩支撑件相连。其可保证外筒与反应器壳体内壁的径向相对位置稳定，又允许在受热后可以适应性移动，消除热膨胀差异产生的温差应力，避免支撑件拉脱以及外筒损坏。
作为本发明的进一步改进在于，在原料进口下侧且位于换热器上方设有喷射流控制器。喷射流控制器将原料已喷射的方式进入釜内，料流分布更均匀，扩大了有效反应区域。
进一步地，所述换热通道为若干呈阵列分布的圆孔通道。该结构保证料流的压降小，物料换热均匀，产生的振动小。
作为本发明的进一步改进在于，所述下封头上还设有催化剂卸载口，催化剂卸载口连接带到所述催化剂存放空腔的底部。通过催化剂卸载口可以卸载催化剂，方便了管理。
此外，所述的乙烯基甲苯脱氢反应器上的开孔接管连接形式可以采用挠性结构，避免采用刚性结构，由此可以减少焊缝处的应力集中。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中的A-A向视图。
图3为本发明的工作原理图。
图中，1原料进口，2介质进口，3介质出口，4喷射流控制器，5上封头，6换热器，7反应器壳体，8顶板，9内筒，10外筒，11可伸缩支撑件，12催化剂存放空腔，13催化剂卸载口，14下封头，15物料出口，16底板，17换热通道。
具体实施方式
如图1-3所示，为一种乙烯基甲苯轴径向脱氢反应器，其反应器壳体7上端设有上封头5，下端设有下封头14，上封头5顶部设有原料进口1，下封头14底部设有物料出口15，反应器壳体7内位于原料进口1下方设有换热器6，换热器6的介质进口2和介质出口3分别连接到反应器壳体7外；换热器6上设有若干可容原料向下穿过换热器的换热通道17，换热通道17为若干呈阵列分布的圆孔通道；在原料进口1下侧且位于换热器6上方设有喷射流控制器4；换热器6的下方立式设置有筒体，筒体包括内筒9和外筒10，内筒9和外筒10为同心设置的圆筒，内筒9和外筒10的顶部和底部之间分别经顶板8和底板16相连，外筒10与反应器壳体7内壁之间留有间隙，底板16径向延伸并封闭该间隙，使得料流在此可被阻断而只能绕行；内筒9内腔上下贯穿顶板8和底板16，内筒9和外筒10围合成催化剂存放空腔12，底板16上与外筒10内侧对应的局部、外筒10的上部、内筒9以及顶板8上设有若干通流孔，外筒10的下部为无孔的封闭筒体，如图1中，在底板16、外筒10、内筒9以及顶板8上虚线所示为带通流孔的部分。
外筒10与反应器壳体7内壁之间经可伸缩支撑件11相连。下封头14上还设有催化剂卸载口13，催化剂卸载口13连接带到催化剂存放空腔12的底部。
此外，乙烯基甲苯脱氢反应器上的开孔接管连接形式采用挠性结构，避免采用刚性结构，由此可以减少焊缝处的应力集中。
工作时，催化剂存放空腔12内装填有催化剂颗粒，整体上形成催化剂层，甲乙苯及高温水蒸气物料从原料进口1进入反应器壳体7内，经换热器6换热后，高温汽态料流分成三部分，第一部分料流沿反应器壳体7与外筒10之间的间隙进入，然后径向进入内筒9与外筒10之间，与催化剂接触并进行脱氢反应后，穿过内筒9与内筒9的料流汇集；第二部分料流从顶板8沿轴向进入内筒9与外筒10之间，经脱氢反应后，进入内筒9内；第三部分料流直接进入内筒9内，沿轴向向下运动；上述三部分料流中，径向流动的料流和轴向流动的料流之间有汇集、互换，使得料流方向呈现轴向料流和径向料流的两个方面的运动趋势，料流与催化剂的接触机会更多，因此可以获得更多的反应机会，提高收率。由于外筒10的下部为无孔的封闭筒体，随着料流向下运动，轴向穿过催化剂该区域的料流相对较少，该部分催化剂的热量不易被迅速带走，从而保证催化剂在此局部仍具有高活性，从而可以保证脱氢反应仍可较为平稳地进行。第三部分料流直接进入内筒9内，沿轴向向下运动，这一部分料流实际上未直接参与反应，其本身具有较高热量，相当于一个热源，使得周边的催化剂温度不至于因脱氢吸热而过度降温，从而保证了催化剂活性高。该装置可以保证催化剂高活性，能提高产品收率，降低能耗，从而可以进一步扩大产能。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种乙烯基甲苯轴径向脱氢反应器，包括反应器壳体，反应器壳体上端设有上封头，下端设有下封头，上封头顶部设有原料进口，下封头底部设有物料出口，其特征在于：所述反应器壳体内位于原料进口下方设有换热器，换热器的介质进口和介质出口分别连接到反应器壳体外；换热器上设有若干可容原料向下穿过换热器的换热通道；换热器的下方立式设置有筒体，所述筒体包括内筒和外筒，内筒和外筒的顶部和底部之间分别经顶板和底板相连，外筒与反应器壳体内壁之间留有间隙，所述底板径向延伸并封闭所述间隙；内筒内腔上下贯穿所述顶板和底板，内筒和外筒围合成催化剂存放空腔，底板上与外筒内侧对应的局部、外筒的上部、内筒以及顶板上设有若干通流孔，外筒的下部为无孔的封闭筒体。
2.根据权利要求1所述的一种乙烯基甲苯轴径向脱氢反应器，其特征在于：所述内筒和外筒为同心设置的圆筒。
3.根据权利要求1所述的一种乙烯基甲苯轴径向脱氢反应器，其特征在于：所述外筒与反应器壳体内壁之间经可伸缩支撑件相连。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种乙烯基甲苯轴径向脱氢反应器，其特征在于：在原料进口下侧且位于换热器上方设有喷射流控制器。
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种乙烯基甲苯轴径向脱氢反应器，其特征在于：所述换热通道为若干呈阵列分布的圆孔通道。
6.根据权利要求1-3任一项所述的一种乙烯基甲苯轴径向脱氢反应器，其特征在于：所述下封头上还设有催化剂卸载口，催化剂卸载口连接带到所述催化剂存放空腔的底部。
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