專利名稱：二甲苯異構(gòu)化和甲苯歧化的反應(yīng)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于烴類加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于中、低壓或負(fù)壓的氣固相催化反應(yīng)方法及反應(yīng)裝置，特別涉及一種適用于二甲苯異構(gòu)化、甲苯歧化以及乙苯脫氫制苯乙烯的反應(yīng)方法及反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的二甲苯異構(gòu)化、甲苯歧化，以及乙苯脫氫制苯乙烯的反應(yīng)方法中，一般采用徑向反應(yīng)器，氣體在分流流道和集流流道呈同向流動(dòng)，由此不利于氣體沿軸向的均勻分布。而徑向反應(yīng)器通常采用控制壓降很大的氣體分配器來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體的均布，如英國(guó)專利1118750和專利CN87102931中通過(guò)多孔筒造成1倍或數(shù)倍于催化床層壓降的壓降?；虿捎萌缰袊?guó)專利96114363.0結(jié)構(gòu)復(fù)雜的錐形導(dǎo)流體或錐形流道的措施。
而現(xiàn)有改進(jìn)的反應(yīng)方法中所采用的各類軸徑向流二維流動(dòng)反應(yīng)器，如美國(guó)專利4372920、4405562，中國(guó)專利ZL96114363.0比傳統(tǒng)的徑向反應(yīng)器，如美國(guó)專利3918918、4181701，中國(guó)專利ZL86200368.7技術(shù)發(fā)展了一大步，簡(jiǎn)化了反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，提高了催化劑的利用率，但在催化劑封區(qū)仍存在流線不盡合理之處，或存在局部滯留區(qū)，或有可能出現(xiàn)溝流、短路的危險(xiǎn)性，出于對(duì)反應(yīng)器的穩(wěn)妥考慮，以致于不得不增加催化劑封區(qū)的高度，如此降低了反應(yīng)器催化劑的利用率，又可能會(huì)導(dǎo)致副反應(yīng)的增加或結(jié)焦的加劇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題之一是提供一種催化劑利用率高的二甲苯異構(gòu)化、甲苯歧化，以及乙苯脫氫制苯乙烯的反應(yīng)方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷。
本發(fā)明需要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是提供一種能實(shí)現(xiàn)上述方法，并在滿足流體均布條件下同時(shí)實(shí)現(xiàn)低控制壓降、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且裝卸催化劑便利的反應(yīng)裝置。
對(duì)于二甲苯異構(gòu)化和甲苯歧化反應(yīng)，其反應(yīng)介質(zhì)中含有大量的氫氣，其氫烴摩爾比高達(dá)4～6倍或更高，大量的氣體循環(huán)使得減少反應(yīng)器的壓降成為節(jié)能的關(guān)鍵所在；乙苯脫氫反應(yīng)是負(fù)壓下進(jìn)行的反應(yīng)，反應(yīng)介質(zhì)中含大量的水蒸汽作為熱載體，其水烴摩爾比高達(dá)7～9倍，因此，為滿足低控制壓降條件下，氣體在反應(yīng)器內(nèi)軸向均布，發(fā)明人認(rèn)為可以采用如下構(gòu)思
1.氣體進(jìn)口和出口位于反應(yīng)器的同一端，使氣體在分流流道和集流流道內(nèi)作逆向的相對(duì)流動(dòng)，由于兩流道間靜壓差的差別沿軸向很小，從而十分有利于氣體的均勻分布；2.氣體由內(nèi)向外作徑向離心式流動(dòng)，避免了由外向內(nèi)作向心式流動(dòng)所造成高溫氣體位于殼體向外的熱損失，有利于反應(yīng)器內(nèi)軸向溫度的均勻；3.具有相當(dāng)大開(kāi)孔率的內(nèi)多孔壁筒作為氣體分布器，在實(shí)現(xiàn)較低的控制壓降的同時(shí)，保證了氣體沿軸向的均勻分布；4.催化床的上部完全敞開(kāi)，不僅裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且裝卸催化劑十分方便；5.在催化劑封區(qū)與徑向床區(qū)之間設(shè)置限流控制段，由此可降低催化劑封區(qū)高度，優(yōu)化了該區(qū)床層的流線分布，從而提高了催化劑的利用率。
根據(jù)上述構(gòu)思，本發(fā)明提出如下所述的技術(shù)方案本發(fā)明的二甲苯異構(gòu)化和甲苯歧化及乙苯脫氫的反應(yīng)方法可在以下所提供的工藝參數(shù)條件，在一種逆向離心式徑向反應(yīng)器中進(jìn)行；所說(shuō)的逆向離心式徑向反應(yīng)器由帶有催化床的圓形壓力容器構(gòu)成；所說(shuō)的催化床包括一個(gè)與壓力容器的軸線同軸的、并與氣體進(jìn)口相連通的圓形內(nèi)多孔壁筒，該圓形內(nèi)多孔壁筒構(gòu)成一個(gè)氣體的分流流道，圓形內(nèi)多孔壁筒上部設(shè)有一段不開(kāi)孔的催化劑封區(qū)，催化劑封區(qū)以下即為催化劑徑向床層區(qū)；一個(gè)與壓力容器的軸線同軸的、并與氣體出口相連通的外多孔壁，外多孔壁由多個(gè)扇形的多孔中空元件沿圓形壓力容器內(nèi)近壁處作相鄰圓周排列所構(gòu)成，多個(gè)扇形的多孔中空元件構(gòu)成一個(gè)集流流道；氣體進(jìn)口和氣體出口設(shè)置于壓力容器的同一端；圓形內(nèi)多孔壁筒與外多孔壁之間的空間填裝固體催化劑，其上部是敞開(kāi)的。
氣體由氣體進(jìn)口進(jìn)入內(nèi)多孔壁筒，通過(guò)內(nèi)多孔壁筒上的內(nèi)分布孔徑向流入催化床，進(jìn)而由內(nèi)向外通過(guò)外分布孔進(jìn)入外多孔壁作離心流動(dòng)，然后由與進(jìn)口位于同一端的出口流出，由此可見(jiàn)，氣體在分流流道與集流流道是作逆向的相對(duì)流動(dòng)。
附圖及說(shuō)明

圖1本發(fā)明的氣體進(jìn)口和氣體出口設(shè)置在頂部的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2本發(fā)明的氣體進(jìn)口和氣體出口設(shè)置在底部的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3圖1中反應(yīng)裝置橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4一種內(nèi)多孔壁筒結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5另一種內(nèi)多孔壁筒結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6格柵結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7圖6中A-A向示意圖。
圖8一種扇形多孔中空元件橫截面示意圖。
圖9另一種扇形多孔中空元件橫截面示意圖。
由圖1和圖3可見(jiàn)，所說(shuō)的逆向離心式徑向反應(yīng)器由帶有催化床的圓形壓力容器8構(gòu)成；所說(shuō)的催化床包括一個(gè)與壓力容器8的軸線同軸的、并與氣體進(jìn)口1相連通的圓形內(nèi)多孔壁筒6，該圓形內(nèi)多孔壁筒6構(gòu)成一個(gè)氣體的分流流道3，圓形內(nèi)多孔壁筒6上部設(shè)有一段不開(kāi)孔的催化劑封區(qū)12，催化劑封區(qū)12以下即為徑向床層區(qū)5；一個(gè)與壓力容器8的軸線同軸的、并與氣體出口13相連通的外多孔壁7，外多孔壁7由多個(gè)扇形的多孔中空元件15沿圓形壓力容器8內(nèi)近壁處作相鄰圓周排列所構(gòu)成，多個(gè)扇形的多孔中空元件15構(gòu)成一個(gè)集流流道4；氣體進(jìn)口1和氣體出口13設(shè)置于壓力容器的上端；集流流道4的橫截面積與分流流道3的橫截面積之比為1～5；如圖4、圖5、圖6和圖7可見(jiàn)，內(nèi)多孔壁筒6可采用多種結(jié)構(gòu)的多孔板卷制而成。圖4是雙層緊貼多孔板，由厚板16和多孔薄板17組成。圖5是雙層架空多孔板，厚板16和多孔薄板17中間用橫向和縱向支撐條18架空，多孔薄板17緊貼催化劑的一側(cè)，所開(kāi)的分布孔2的孔徑小于催化劑顆粒的尺寸，可開(kāi)圓孔、條形孔等，或采用絲網(wǎng)、或采用如圖6所示的格柵，格柵的柵條19之間的間隙小于催化劑顆粒的尺寸，圖7為圖6中A-A向示意圖。薄板17的開(kāi)孔率一般保持在20～40％之間，格柵16的開(kāi)孔率保持在20～60％之間，厚板16通常開(kāi)圓孔，開(kāi)孔率一般在0.5％～20％之間。由于本發(fā)明實(shí)施了氣體在分流流道3與集流流道4內(nèi)逆向的相對(duì)流動(dòng)的結(jié)構(gòu)，作為氣體分布器的內(nèi)多孔壁筒6可保持相當(dāng)大的開(kāi)孔率，使氣體分布器的控制壓降僅為催化床層壓降的50％或更低，在實(shí)現(xiàn)較低控制壓降的同時(shí)，保證了氣體沿軸向的均勻分布。
內(nèi)多孔壁筒6與外多孔壁7的高度H是相等的，但開(kāi)孔區(qū)域的高度并不一致，內(nèi)多孔壁筒6的開(kāi)孔區(qū)域的高度Hi低于外多孔壁7的開(kāi)孔區(qū)域的高度H，即外多孔壁7內(nèi)側(cè)自上而下全部開(kāi)孔，催化劑封區(qū)12的高度為ΔHi，徑向床層區(qū)5的高度為H’i，催化劑封區(qū)12的高度ΔHi為徑向床層區(qū)5徑向厚度的0.2～5倍。在催化劑封區(qū)12內(nèi)，同時(shí)存在氣體由下向上軸向流動(dòng)和由內(nèi)向外徑向流動(dòng)的二維流動(dòng)區(qū)域，因此，簡(jiǎn)化了反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、提高了催化劑利用率。
在催化劑封區(qū)12和徑向床層區(qū)5之間還設(shè)置限流控制段11，其高度ΔH’i一般是催化劑封區(qū)12高度ΔHi的0.2～2.0倍。限流控制段11的內(nèi)多孔壁筒6上的厚板16的開(kāi)孔率是徑向床層區(qū)5的內(nèi)多孔壁筒6上的厚板16的開(kāi)孔率的20％～80％，或自下而上按逐步遞增。設(shè)置限流控制段11的目的是進(jìn)一步優(yōu)化催化劑封區(qū)12內(nèi)的流線分布，降低催化劑封的高度，更有利于提高催化劑的利用率。
圖8和圖9分別為兩種不同形狀的多孔中空元件15的橫截面示意圖，多孔中空元件15為長(zhǎng)條形，與催化床層的高度相同，緊貼催化劑的一側(cè)開(kāi)設(shè)外分布孔9，其開(kāi)孔率一般為20～40％，可開(kāi)圓孔或條形孔，而貼近壓力容器8的一側(cè)是不開(kāi)孔的。
在圖1的反應(yīng)器內(nèi)氣體是這樣流動(dòng)的，氣體由氣體進(jìn)口1進(jìn)入內(nèi)多孔壁筒6構(gòu)成的分流流道3，通過(guò)內(nèi)多孔壁筒6上的內(nèi)分布孔2徑向流入徑向床層區(qū)5，進(jìn)而由內(nèi)向外通過(guò)外多孔壁7上的外分布孔9進(jìn)入外多孔壁7構(gòu)成的集流流道4作離心流動(dòng)，氣體在分流流道3與集流流道4中是作逆向的相對(duì)流動(dòng)的。
圖2的結(jié)構(gòu)與圖1基本相同，但氣體進(jìn)口管1和出口管13同位于壓力容器8的下端。
采用本發(fā)明提出的反應(yīng)方法及反應(yīng)裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1.內(nèi)多孔壁氣體分布器的控制壓降小于催化床壓降的50％，在實(shí)現(xiàn)較低的控制壓降的同時(shí)，保證了氣體沿軸向均勻分布；2.優(yōu)化了催化劑封區(qū)內(nèi)的流線分布，有效調(diào)節(jié)軸向流與徑向流的比例，既避免了催化劑封區(qū)內(nèi)的溝流或滯留區(qū)，又可有效降低催化劑封區(qū)的高度，提高了催化劑的利用率；3.避免了高溫氣體位于殼體向外的熱損失，反應(yīng)器內(nèi)軸向溫度均勻。
4.反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝卸催化劑十分方便；
權(quán)利要求
1.一種在反應(yīng)器中進(jìn)行的二甲苯異構(gòu)化和甲苯歧化的反應(yīng)方法，其特征在于，該方法是在一種逆向離心式徑向反應(yīng)器中進(jìn)行的，該逆向離心式徑向反應(yīng)器由帶有催化床的圓形壓力容器(8)構(gòu)成；所說(shuō)的催化床包括一個(gè)與壓力容器(8)的軸線同軸的、并與氣體進(jìn)口(1)相連通的圓形內(nèi)多孔壁筒(6)，該圓形內(nèi)多孔壁筒(6)構(gòu)成一個(gè)氣體的分流流道(3)，圓形內(nèi)多孔壁筒(6)上部設(shè)有一段不開(kāi)孔的催化劑封區(qū)(12)，催化劑封區(qū)(12)以下為徑向床層區(qū)(5)；一個(gè)與壓力容器(8)的軸線同軸的、并與氣體出口(13)相連通的外多孔壁(7)，外多孔壁(7)由多個(gè)扇形的多孔中空元件(15)沿圓形壓力容器(8)內(nèi)近壁處作相鄰圓周排列所構(gòu)成，多個(gè)扇形的多孔中空元件(15)構(gòu)成一個(gè)集流流道(4)；氣體進(jìn)口(1)和氣體出口(13)同時(shí)設(shè)置于壓力容器(8)的上端或下端。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，集流流道(4)的橫截面積與分流流道(3)的橫截面積之比為1～5。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，催化劑封區(qū)(12)的高度ΔHi為徑向床層區(qū)(5)徑向厚度的0.2～5倍。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，催化劑封區(qū)(12)和徑向床層區(qū)(5)之間設(shè)置限流控制段(11)，其高度ΔH’i是催化劑封區(qū)(12)高度ΔHi的0.2～2.0倍，限流控制段(11)的內(nèi)多孔壁筒(6)上的厚板(16)的開(kāi)孔率，是徑向床層區(qū)(5)的內(nèi)多孔壁筒(6)上的厚板(16)的開(kāi)孔率的20％～80％，或自下而上按逐步遞增。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，內(nèi)多孔壁筒(6)為由厚板(16)和多孔薄板(17)組成的雙層緊貼多孔板，厚板(16)開(kāi)孔率為0.5％～20％。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，內(nèi)多孔壁筒(6)為由厚板(16)和多孔薄板(17)中間用橫向和縱向支撐條(18)架空的多孔板或采用格柵，厚板(16)開(kāi)孔率為0.5％～20％。
7.權(quán)利要求1～6任一所述方法所用的裝置，其特征在于，該裝置由帶有催化床的圓形壓力容器(8)構(gòu)成；所說(shuō)的催化床包括一個(gè)與壓力容器(8)的軸線同軸的、并與氣體進(jìn)口(1)相連通的圓形內(nèi)多孔壁筒(6)，該圓形內(nèi)多孔壁筒(6)構(gòu)成一個(gè)氣體的分流流道(3)，圓形內(nèi)多孔壁筒(6)上部設(shè)有一段不開(kāi)孔的催化劑封區(qū)(12)，催化劑封區(qū)(12)以下為徑向床層區(qū)(5)；一個(gè)與壓力容器(8)的軸線同軸的、并與氣體出口(13)相連通的外多孔壁(7)，外多孔壁(7)由多個(gè)扇形的多孔中空元件(15)沿圓形壓力容器(8)內(nèi)近壁處作相鄰圓周排列所構(gòu)成，多個(gè)扇形的多孔中空元件(15)構(gòu)成一個(gè)集流流道(4)；氣體進(jìn)口(1)和氣體出口(13)同時(shí)設(shè)置于壓力容器(8)的上端或下端。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，集流流道(4)的橫截面積與分流流道(3)的橫截面積之比為1～5。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，催化劑封區(qū)(12)的高度ΔHi為徑向床層區(qū)(5)徑向厚度的0.2～5倍。
10.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，催化劑封區(qū)(12)和徑向床層區(qū)(5)之間設(shè)置限流控制段(11)，其高度ΔH’i是催化劑封區(qū)(12)高度ΔHi的0.2～2.0倍，限流控制段(11)的內(nèi)多孔壁筒(6)上的厚板(16)的開(kāi)孔率，是徑向床層區(qū)(5)的內(nèi)多孔壁筒(6)上的厚板(16)的開(kāi)孔率的20％～80％，或自下而上按逐步遞增。
11.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，內(nèi)多孔壁筒(6)為由厚板(16)和多孔薄板(17)組成的雙層緊貼多孔板，厚板(16)開(kāi)孔率為0.5％～20％。
12.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，內(nèi)多孔壁筒(6)為由厚板(16)和多孔薄板(17)中間用橫向和縱向支撐條(18)架空的多孔板或采用格柵，厚板(16)開(kāi)孔率為0.5％～20％。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種二甲苯異構(gòu)化、甲苯歧化的反應(yīng)方法及反應(yīng)裝置,該反應(yīng)方法采用了一帶有催化床(5)的圓形壓力容器(8)為反應(yīng)裝置,氣體進(jìn)口(1)和出口(13)位于反應(yīng)裝置的同一端,催化床(5)由外多孔壁(7)和圓形內(nèi)多孔壁筒(6)構(gòu)成,其中填裝催化劑,氣體在反應(yīng)裝置內(nèi)作逆向離心式流動(dòng)。該反應(yīng)方法催化劑利用率高,該反應(yīng)裝置壓降低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且裝卸催化劑便利。該反應(yīng)方法和裝置同樣適用于其它的中、低壓或負(fù)壓的氣固相催化反應(yīng)。
文檔編號(hào)C07C6/00GK1341585SQ01126968
公開(kāi)日2002年3月27日 申請(qǐng)日期2001年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月8日
發(fā)明者朱子彬, 楊寶貴, 李瑞江, 梁龍虎, 吳勇強(qiáng), 彭世浩, 俞豐, 徐又春, 徐志剛, 張成芳, 伍玉璞 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué), 中國(guó)石化集團(tuán)洛陽(yáng)石油化工工程公司