CN1593740A - 高效浆态床反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效浆态床反应器，属于化工机械领域。它主要由固液分离器，变径内套，反应器外套，带内构件的换热器，带喷嘴的升气管，具有加热和气体分布作用的内套筒，防堵喷嘴，喷嘴安装板，换热器，加热盘管出口，二次分布板，加热盘管等构成。本发明的有益效果是，反应器分布器不易堵塞，气液混合均匀，气固接触充分，反应效率高，催化剂和溶剂的携带量很小，不易出现偏流、沟流和死床，浆液流动速度快，反应器内浆液的粘度基本一致，反应热能够及时移出，尤其在催化剂还原升温阶段易实现反应器的平稳操作，另外，原料气在反应器内沿轴向的分布与催化剂浓度基本一致，使催化剂发挥最大的反应活性，反应器的空间得到充分利用。

Description

高效浆态床反应器

一、技术领域

本发明涉及一种适合于生产二甲醚和甲醇等化学品的浆态床反应器，属于化工机械领域。

二、背景技术

浆态床反应器是一种新型的化工反应设备，它利用原料气作为反应混合的动力源，以惰性溶剂为载体，将催化剂分散悬浮在溶剂中进行反应，该种型式的反应设备由于没有机械搅拌，因而可以在高温高压下无泄漏运行。由于采用惰性溶剂作为分散催化剂的载体，热容大，有利于反应温度的平稳，由于有气体在床层中的强烈扰动作用，因而反应热能够及时移出，避免出现床层热点，延长催化剂的寿命。现有浆态床反应器由于分布器的限制经常发生堵塞，造成反应床层的偏流、沟流甚至死床。另外，由于床层结构不合理，床层底部溶剂含量随反应器的运行而降低，也易导致反应器底部浆液粘度过大，形成偏流、沟流乃至死床。还有，由于设计结构不合理，大量催化剂和溶剂被气体携带到反应器的外部，大大影响反应器的操作和生产。

由于浆态床采用气体进行物料的搅拌和混合，因此气体的分布的好坏直接关系到床层的成败。在浆态床开工前需要进行催化剂的装填，由于催化剂与溶剂混合后在低温下粘度较大，经常造成底部气体分布装置的堵塞，影响床层的操作；在催化剂还原时由于不能对床层进行间接加热，加热量主要是由床层底部不断吹入的高温气体携带的热量，这样使得反应器底部的溶剂损失造成浆态的粘度增大，也容易引起反应器底部的气体分布元件堵塞，而且由于进出反应器的气体体积变化不大，造成催化剂和溶剂的大量携带；在进行生产时也会由于床层操作不稳而使得床层浆液的粘度变化导致气体分布元件的堵塞，导致浆态床床层的偏流乃至沟流，甚至死床。另外，传统的浆态床不能实现床内浆液的内循环，床内浆液浓度和粘度分布不均匀，气含率低，气-液-固接触不充分，因而反应的效率和转化率较低。

与浆态床密切相关的另一方面是，由于传统浆态床的设计没有考虑原料气在反应器轴向的分布，导致原料气浓度沿轴向逐渐降低，而催化剂的浓度沿反应器轴向降低不大，这样催化剂就没有进行充分利用，因此非常有必要对原料气的浓度在反应器内的分布进行调整，使之与催化剂的浓度匹配，充分发挥催化剂的作用。由于反应器是一体化设计，按常规到达上部的气体必须经过反应器的底部，然而经过反应器底部的气体肯定要与催化剂反应，因此新鲜原料气的浓度也会降低，这样能与催化剂反应的原料气浓度较低，因此反应器上部催化剂的利用率较低，对整个反应器而言，降低了反应器的反应效率和反应器的利用率。

三、发明内容

本发明目的在于克服现有的浆态床反应器催化剂和溶剂大量携带和易出现偏流、沟流和死床而造成反应器的非正常运转。本发明提供一种浆态床反应器，该反应器分布器不易堵塞，催化剂和溶剂的携带量很小，不易出现偏流、沟流和死床，反应器内浆液的粘度基本一致，反应热能够及时移出，尤其在催化剂还原升温阶段易实现反应器的平稳操作。

为提高反应器内催化剂的利用率和反应器的空间利用效率，本发明提供了一种增加反应器中上部原料气浓度的方案，使原料气的浓度在反应器轴向比较均匀，与催化剂浓度的关系比较匹配，实现反应器和催化剂的高效率利用。

本发明高效浆态床反应器，其特征在于是由固液分离器2、变径内套3、反应器外套4、带内构件的换热器5、带喷嘴的升气管6、具有加热和气体分布作用的内套筒7、防堵喷嘴8、封头式结构的喷嘴安装板9和二次分布板13构成，在本反应器中设置实现浆液的内循环的内构件，包括变径套筒3、具有加热和气体分布作用的内套筒7、封头式结构的喷嘴安装板9、使气体沿反应器轴向均匀分布的升气管6、实现气体的二次分布的二次气体分布板13和固液分离器2构成。

上述的高效浆态床反应器，其特征在于所述的防堵喷嘴8出口有一个防止浆液倒流的圆球形体，其直径为喷嘴喉管的1.1～1.3倍。

上述的高效浆态床反应器，其特征在于其所述封头式结构的喷嘴安装板9与反应器内壁相切，与反应器外壁形成一个光滑的浆液回流通道。

上述的高效浆态床反应器，其特征在于其所述的具有加热作用的内构件套筒7是由盘管绕制而成，盘管之间的距离由下向上从零变到盘管管径。

上述的高效浆态床反应器，其特征在于其所述的变径内套3、带内构件的换热器5和具有加热作用的内构件内套筒7的筒直径由下至上从0.4～0.6倍反应器直径变化到0.8～1倍反应器直径。

上述的高效浆态床反应器，其特征在于其所述的升气管6是安装在反应器的内部直接与原料气入口15相连，顶部开有侧孔，其侧孔孔径与防堵喷嘴8的侧孔孔径一致。

上述的高效浆态床反应器，其特征在于其所述的气体二次分布板13位于反应器的中部。

本发明的有益效果是，反应器分布器不易堵塞，气液混合均匀，气固接触充分，反应效率高，催化剂和溶剂的携带量很小，不易出现偏流、沟流和死床，浆液流动速度快，反应器内浆液的粘度基本一致，反应热能够及时移出，尤其在催化剂还原升温阶段易实现反应器的平稳操作，另外，原料气在反应器内沿轴向的分布与催化剂浓度基本一致，使催化剂发挥最大的反应活性，反应器的空间得到充分利用。

四、附图说明

图1为高效浆态床反应器的内部结构轮廓图，1-产品气出口，2-固液分离器，3-变径内套，4-反应器外套，5-带内构件的换热器，6-带喷嘴的升气管，7-具有加热和气体分布作用的内套筒，8-防堵喷嘴，9-封头式结构的喷嘴安装板，10-换热器入口，11-换热器出口，12-加热盘管出口，13-二次分布板，14-加热盘管入口，15-原料气入口。

五、具体实施方式

实施方式一：

本发明高效浆态床反应器，由固液分离器2、变径内套3、反应器外套4、带内构件的换热器5、带喷嘴的升气管6、具有加热和气体分布作用的内套筒7、防堵喷嘴8、封头式结构的喷嘴安装板9和二次分布板13构成，在本反应器中设置实现浆液的内循环的内构件，包括变径套筒3、具有加热和气体分布作用的内套筒7、封头式结构的喷嘴安装板9、使气体沿反应器轴向均匀分布的升气管6、实现气体的二次分布的二次气体分布板13和固液分离器2构成。防堵喷嘴8出口有一个防止浆液倒流的圆球形体，其直径为喷嘴喉管的1.1倍。封头式结构的喷嘴安装板9与反应器内壁相切，与反应器外壁形成一个光滑的浆液回流通道。具有加热作用的内构件套筒7是由盘管绕制而成，盘管之间的距离由下向上从零变到盘管管径。变径内套3、带内构件的换热器5和具有加热作用的内构件内套筒7的筒直径由下至上从0.4倍反应器直径变化到0.8倍反应器直径。升气管6是安装在反应器的内部直接与原料气入口15相连，上部开有侧孔，其侧孔孔径与防堵喷嘴8的侧孔孔径一致。气体二次分布板13位于反应器的中部。

当气体通过防堵喷嘴8进入床层后，一部分气体在反应器的底部与催化剂进行反应，反应后的气体在上升过程中经过设在内套筒中的二次气体分布板13进行再次分布，气泡直径变小，反应接触面积增大，经过气体再次分布后反应器中下部催化反应变得较为激烈，部分原料气被反应消耗，由于合成反应是一个分子数减少的反应，所以上升的气体体积减小，到达反应器中上部的原料气的浓度减小。由于气体流速的带动作用，床层内的浆液进行剧烈的混合，当气体继续上升时，气体流速减小，催化剂和溶剂被携带到上部后与反应器外套筒4接触后沿壁向下流动，这样底部的催化剂浆液就得到了及时的补充，床层内的浆液浓度和粘度基本保持一致。当气体流速较大时，部分催化剂和溶剂被气体带到反应器的上部，经过换热器5后到达上部的变径内套筒3，同样气体经变径后流速继续降低，催化剂和溶剂再次沿反应器壁向下流动，补充下部催化剂和溶剂，这样整个反应器内催化剂和溶剂就能实现内循环，浆液浓度和粘度就能基本保持一致。当气体流速继续增大时，部分催化剂和溶剂经过反应器上部的变径内套筒3后仍然得不到分离后，将进入反应器上部的固液分离器2，经过固液分离器2后，催化剂和溶剂会流回反应器。由反应器底部上升的另一部分气体通过升气管6到达反应器的中部，由于升气管的顶端侧面开了一系列小孔，气体在经过小孔后变成细小的气泡，使得反应的中部新鲜原料气的气含率变大，补充了由于下部反应原料气浓度的减小，使催化剂浓度与原料气浓度匹配。同时由于气体横向与催化剂浆液进行立体传质和反应，这样就提高了中部催化剂的利用率和反应器空间的利用率。

实施方式二：

本发明高效浆态床反应器，防堵喷嘴8出口有一个防止浆液倒流的圆球形体，其直径为喷嘴喉管的1.2倍。封头式结构的喷嘴安装板9与反应器内壁相切，与反应器外壁形成一个光滑的浆液回流通道。具有加热作用的内构件套筒7是由盘管绕制而成，盘管之间的距离由下向上从零变到盘管管径。变径内套3、带内构件的换热器5和具有加热作用的内构件内套筒7的筒直径由下至上从0.5倍反应器直径变化到0.9倍反应器直径。升气管6是安装在反应器的内部直接与原料气入口15相连，上部开有侧孔，其侧孔孔径与防堵喷嘴8的侧孔孔径一致。气体二次分布板13位于反应器的中部。

当进行催化剂的还原时，由于进出反应器的气体流量相差较小，反应器内气体流速变化较小，很容易形成催化剂和溶剂的携带。另外床层加热是由底部吹入的还原气提供的，大量高温还原气进入反应器底部对底部浆液进行强烈吹动，造成底部浆液粘度过大，容易形成偏流和死床。该反应器由于有内套筒变径结构和上部固液分离器，气体流速在床层轴向上有一个分布，避免催化剂和溶剂的携带，使催化剂和溶剂在反应器内部形成内循环，保持反应器内的浆液粘度一致。另外由于反应器底部的喷嘴安装板采用封头式结构，催化剂浆液向下流到反应器底部时不会形成死区，催化剂浆液回流流畅，及时补充反应器底部的溶剂和催化剂。除此之外，由于反应器底部内套筒是由盘管绕制而成，因此盘管中也可以通入高温气体对床层进行间接加热，避免利用提高气体流量来弥补由于床层加热不够而引起的催化剂和溶剂的大量携带。同时，由于从反应器底部进入的还原气首先与反应器底部的催化剂进行反应，使得还原气中的氢气浓度降低，因此有必要对上部氢气浓度进行补充，则可以由反应器底部上升的另一部分气体通过升气管到达反应器的中部来实现，由于升气管的上端侧面开了一系列小孔，气体在经过小孔后变成细小的气泡，使得反应的中部新鲜还原气的气含率变大，补充了由于下部反应氢气浓度的减小，使催化剂浓度与氢气浓度匹配。同时由于气体横向与催化剂浆液进行立体传质和反应，这样就提高了中部催化剂的利用率和反应器空间的利用率，使催化剂还原更加均匀和充分，为反应奠定良好的基础。

实施方式三：

本发明高效浆态床反应器，防堵喷嘴8出口有一个防止浆液倒流的圆球形体，其直径为喷嘴喉管的1.3倍。封头式结构的喷嘴安装板9与反应器内壁相切，与反应器外壁形成一个光滑的浆液回流通道。具有加热作用的内构件套筒7是由盘管绕制而成，盘管之间的距离由下向上从零变到盘管管径。变径内套3、带内构件的换热器5和具有加热作用的内构件内套筒7的筒直径由下至上从0.6倍反应器直径变化到1倍反应器直径。升气管6是安装在反应器的内部直接与原料气入口15相连，上部开有侧孔，其侧孔孔径与防堵喷嘴8的侧孔孔径一致。气体二次分布板13位于反应器的中部。其它结构与实施方式一相同。

Claims (7)

1.一种高效浆态床反应器，其特征在于是由固液分离器(2)、变径内套(3)、反应器外套(4)、带内构件的换热器(5)、带喷嘴的升气管(6)、具有加热和气体分布作用的内套筒(7)、防堵喷嘴(8)、封头式结构的喷嘴安装板(9)和二次分布板(13)构成，在本反应器中设置实现浆液的内循环的内构件，包括变径套筒(3)、具有加热和气体分布作用的内套筒(7)、封头式结构的喷嘴安装板(9)、使气体沿反应器轴向均匀分布的升气管(6)、实现气体的二次分布的二次气体分布板(13)和固液分离器(2)。

2.根据权利要求1所述的高效浆态床反应器，其特征在于所述的防堵喷嘴(8)出口有一个防止浆液倒流的圆球形体，其直径为喷嘴喉管的1.1～1.3倍。

3.根据权利要求1所述的高效浆态床反应器，其特征在于其所述封头式结构的喷嘴安装板(9)与反应器内壁相切，与反应器外壁形成一个光滑的浆液回流通道。

4.根据权利要求1所述的高效浆态床反应器，其特征在于其所述的具有加热作用的内构件套筒(7)是由盘管绕制而成，盘管之间的距离由下向上从零变到盘管管径。

5.根据权利要求1所述的高效浆态床反应器，其特征在于其所述的变径内套(3)、带内构件的换热器(5)和具有加热作用的内构件内套筒(7)的筒直径是从0.4～0.6倍反应器直径到0.8～1倍反应器直径变化的。

6.根据权利要求1所述的高效浆态床反应器，其特征在于其所述的升气管(6)是安装在反应器的内部直接与原料气入口(15)相连，顶部开有侧孔，其侧孔孔径与防堵喷嘴(8)的侧孔孔径一致。

7.根据权利要求1所述的高效浆态床反应器，其特征在于其所述的气体二次分布板(13)位于反应器的中部。