專利名稱：多段絕熱固定床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多段絕熱固定床反應(yīng)器。具體地說，涉及一種用于苯和乙烯分子篩氣相烷基化制乙苯的多段絕熱固定床反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
多段絕熱式固定床反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，能適應(yīng)大系統(tǒng)生產(chǎn)的特點，因此在石油化工中獲得廣泛的應(yīng)用。對于多段絕熱式固定床反應(yīng)器一部分反應(yīng)物料由反應(yīng)器催化劑兩段之間加入，這時就產(chǎn)生與上一段物料的均勻混和和混和后物料均勻分布的問題。段間混和的要求是在有限的時間和空間內(nèi)實現(xiàn)兩股反應(yīng)物料的快速混和和均勻分布，使進入下一段催化劑床層的物料沿徑向做到濃度均勻、溫度均勻、速度均勻。
乙苯是重要的化工原料，主要用于脫氫生產(chǎn)苯乙烯。在苯和乙烯烷基化制乙苯的反應(yīng)過程中，烷基化的反應(yīng)速率主要由乙烯濃度控制，乙烯濃度較高反應(yīng)速度較快，催化劑床層的絕熱溫升增大，結(jié)焦速度加快，催化劑壽命縮短，并增加副產(chǎn)物。為了降低進入催化劑床層的乙烯濃度，選擇了從側(cè)線進料的多段絕熱式固定床反應(yīng)器。但若從側(cè)線進入反應(yīng)器的物料(第二氣體)與反應(yīng)器內(nèi)主物料(第一氣體)混和不均勻，濃度過高處，反應(yīng)速度快放出熱量過多，對催化劑不利；而濃度過低處，反應(yīng)速度低，催化劑沒有充分利用，降低了催化劑的效率。因此多段絕熱式固定床反應(yīng)器的段間混和效果決定了反應(yīng)器設(shè)計的優(yōu)劣。
中國專利CN2218599Y中公開了一種氣固相多段冷激式固定床反應(yīng)器內(nèi)的進料分布器，是目前工業(yè)多段絕熱式固定床反應(yīng)器中常采用的一種段間進料管式分布器。該分布器包括圓形總管與支管，各支管在反應(yīng)器內(nèi)同一截面等角度或等間距排列，在各支管上開有1到2排向上獲向下的小孔，小孔沿管長均勻分布。但該分布器要求上層主物料必須均勻分布，才能保證兩股物料混和均勻。這樣的條件在工業(yè)裝置中并非都能滿足。中國專利CN1030284C中公開一種氣氣混和裝置，其特點是利用射流與多孔板的撞擊產(chǎn)生強烈的主體擴散及湍流擴散，從而實現(xiàn)氣氣物料的快速混和。該裝置雖然能有效的進行兩股物料的均勻混和，但確不能保證混和后物料的均勻分布。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中存在于多段絕熱式固定床反應(yīng)器段間兩股物料混和不均勻或分布不均勻，影響催化劑利用率及選擇性和轉(zhuǎn)化率的問題，提供一種新的用于多段絕熱固定床反應(yīng)器。該多段絕熱固定床反應(yīng)器具有使反應(yīng)器內(nèi)主物料(第一氣體)與側(cè)線進入反應(yīng)器的物料(第二氣體)混和均勻和混合后物料均勻分布進入下一段催化劑床層的優(yōu)點。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種多段絕熱固定床反應(yīng)器，包括反應(yīng)器入口3、反應(yīng)器筒體4、反應(yīng)器出口8，反應(yīng)器筒體內(nèi)設(shè)置了2～10個催化劑床層5，催化劑床層5間設(shè)置段間氣體混和裝置7，其中每個段間氣體混和裝置7包括第一種物料入口9、第二種物料入口6、反應(yīng)器筒體4、反應(yīng)器內(nèi)置倒錐形體10、直管11、側(cè)向環(huán)隙12和篩板13，第一種物料入口9和第二種物料入口6分別位于倒錐形體10的上方，直管11的上端與倒錐形體10的下端相連，直管11的下端與篩板13中間形成側(cè)向環(huán)隙12，且通過垂直拉筋固定，直管11直徑d1與反應(yīng)器直徑D的比值為10～40％，倒錐形體10與水平位置的夾角α為15～75°，篩板13的直徑d2與反應(yīng)器直徑D的比值為10～45％，篩板13的開孔率為0～75％，篩板13的開孔面積與側(cè)向環(huán)隙12的面積比值為0～35％，反應(yīng)器筒體4、直管11和篩板13具有同心軸。
上述技術(shù)方案中，第二種物料入口2有2～10個，優(yōu)選方案為兩個，沿著圓的切線方向，且中心對稱，兩個第二種物料入口6間的垂直或水平距離與反應(yīng)器直徑D的50～95％，優(yōu)選范圍為70～90％；直管11直徑d1與反應(yīng)器直徑D的比值優(yōu)選范圍為15～30％；倒錐形體10與水平位置的夾角α優(yōu)選范圍為30～60°；篩板13的直徑d2與反應(yīng)器直徑D的比值優(yōu)選范圍為15～35％；篩板13的開孔率優(yōu)選范圍為15～50％；篩板13的開孔面積與側(cè)向環(huán)隙12的面積比值優(yōu)選范圍為10～30％。
本發(fā)明以催化劑床層為六段的絕熱固定床反應(yīng)器為例，六段絕熱固定床反應(yīng)器是苯和乙烯分子篩氣相烷基化制乙苯的主要設(shè)備，它由第一種氣體進口管3、反應(yīng)器筒體4、催化劑5、第二種氣體進口管6、段間氣體混和裝置7、氣體出口管8等構(gòu)成，見附圖1。
針對苯和乙烯分子篩氣相烷基化制乙苯的六段絕熱固定床反應(yīng)器，提出了段間氣體混和裝置，見附圖2和附圖3。此類新型氣體混和裝置由第一種物料的入口9，反應(yīng)器筒體4，第二種物料的入口6，倒錐形體10，直管11，側(cè)向環(huán)隙12和篩板13組成。為了保證氣體混和裝置具有比較理想的氣體混和效果，需要控制兩個物料入口的距離和錐形體與水平位置的角度α，兩個側(cè)線物料入口6的垂直或水平距離，下部中心處直管11的直徑，篩板13的開孔率，篩板13的開孔面積與側(cè)向環(huán)隙12面積的比例。從而使兩股氣體能夠在筒體4和倒錐形體10內(nèi)混和均勻，并按合適的比例從篩板13和側(cè)向環(huán)隙12中流入下段催化劑床層，在下段催化劑床層內(nèi)形成比較均勻的氣體分布。
在六段絕熱固定床反應(yīng)器中，苯和乙烯在催化劑床層中發(fā)生烷基化反應(yīng)生成乙苯。該反應(yīng)器由六段催化劑床層串聯(lián)而成，苯和乙烯依次進入每段催化劑床層。從外界引入的乙烯被分成6股，其中一股與主物流苯匯合，匯合后的物流1從反應(yīng)器頂部入口3進入反應(yīng)器。其余5股乙烯分別與對應(yīng)急冷苯物流匯合，然后5股(乙烯+急冷苯)物流2分別進入各自的段間空間，并同來自上游的反應(yīng)器物料匯合，一起進入下一段催化劑床層，最后產(chǎn)物通過底部氣體出口離開反應(yīng)器。
本發(fā)明所說的段間氣體混和裝置經(jīng)大型固定床冷模試驗考察，結(jié)果表明具有如下優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便；均流效果較好，能使多段固定床反應(yīng)器段間氣體混和均勻并達(dá)到理想的氣體分布效果，取得了較好的技術(shù)效果。


圖1是本發(fā)明多段絕熱固定床反應(yīng)器示意圖；圖2是本發(fā)明多段絕熱固定床反應(yīng)器的段間氣體混和裝置結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明多段絕熱固定床反應(yīng)器的段間氣體混和裝置俯視結(jié)構(gòu)圖；在圖1中，1為第一種物料；2為第二種物料；3為第一種物料進口管道；4為反應(yīng)器筒體；5為催化劑床層；6為第二種物料進口管道；7為段間氣體混和裝置；8為氣體出口管道。
在圖2中，9為第一種物料入口；4為反應(yīng)器筒體；6為第二種物料的入口；10為倒錐形體；11為直管；12為側(cè)向環(huán)隙；13為篩板。D是反應(yīng)器的直徑，d1為直管的直徑，d2為篩板的直徑，Φ為篩板上篩孔的直徑，h1為直管的高度，h2為側(cè)向環(huán)隙通道的高度，α為錐形體與水平位置的角度。篩板的開孔率為篩板的開孔面積與篩板面積的比值。
在圖3中，4為反應(yīng)器筒體；6為第二種物料的入口；7為篩板1為兩個第二種物料入口管的垂直或水平距離。
下面通過實施例對本發(fā)明作進一步的闡述。
具體實施例方式
實施例1采用如圖1所示段間氣體混和裝置，反應(yīng)器直徑D＝600毫米，直管的直徑d1＝140毫米，篩板的直徑d2＝160毫米，篩板上篩孔的直徑Φ＝6毫米，直管的高度h1＝100毫米，側(cè)向環(huán)隙通道的高度h2＝65毫米，兩個第二種物料入口管的垂直或水平距離1＝450毫米，錐形體與水平位置的角度α＝45°，兩個第二種物料入口的垂直或水平距離與反應(yīng)器直徑的比為75％，直管直徑與反應(yīng)器直徑的比為23.3％，篩板的直徑與反應(yīng)器直徑的比為26.7％，篩板的開孔面積與側(cè)向環(huán)隙面積的比為18.5％，篩板的開孔率為26.3％。
在以上條件和結(jié)構(gòu)參數(shù)下，按本實用新型所述方法進行段間氣體混和裝置設(shè)計，就可得到比較理想的氣體流動效果。
實施例2采用如圖1所示段間氣體混和裝置，反應(yīng)器直徑D＝1000毫米，直管的直徑d1＝168毫米，篩板的直徑d2＝168毫米，篩板上篩孔的直徑Φ＝8毫米，直管的高度h1＝160毫米，側(cè)向環(huán)隙通道的高度h2＝75毫米，兩個第二種物料入口管的垂直或水平距離1＝850毫米，錐形體與水平位置的角度α＝60°，兩個第二種物料入口的垂直或水平距離與反應(yīng)器直徑的比為85％，直管直徑與反應(yīng)器直徑的比為16.8％，篩板的直徑與反應(yīng)器直徑的比為16.8％，篩板的開孔面積與側(cè)向環(huán)隙面積的比為25.3％，篩板的開孔率為45.1％。
在以上條件和結(jié)構(gòu)參數(shù)下，按本實用新型所述方法進行段間氣體混和裝置設(shè)計，就可得到比較理想的氣體流動效果。
實施例3采用如圖1所示段間氣體混和裝置，反應(yīng)器直徑D＝600毫米，直管的直徑d1＝165毫米，篩板的直徑d2＝165毫米，篩板上篩孔的直徑Φ＝6毫米，直管的高度h1＝120毫米，側(cè)向環(huán)隙通道的高度h2＝60毫米，兩個第二種物料入口管的垂直或水平距離1＝420毫米，錐形體與水平位置的角度α＝30°，兩個第二種物料入口的垂直或水平距離與反應(yīng)器直徑的比為70％，直管直徑與反應(yīng)器直徑的比為27.5％，篩板的直徑與反應(yīng)器直徑的比為27.5％，篩板的開孔面積與側(cè)向環(huán)隙面積的比為12.6％，篩板的開孔率為18.4％。
在以上條件和結(jié)構(gòu)參數(shù)下，按本實用新型所述方法進行段間氣體混和裝置設(shè)計，就可得到比較理想的氣體流動效果。
比較例1某苯和乙烯分子篩氣相烷基化制乙苯的六段絕熱固定床反應(yīng)器的條件和結(jié)構(gòu)參數(shù)均與實施例1相同，唯一不同之處是段間采用管式氣體分布器。通過模擬計算，按本實用新型所述方法進行兩股物料混和，其下段催化劑床層內(nèi)同一截面均勻度最大偏差小于4.0％，采用簡單管式氣體分布器，其下段催化劑床層內(nèi)同一截面均勻度最大偏差為7.2％。
比較例2實施例2的苯和乙烯分子篩氣相烷基化制乙苯的六段絕熱固定床反應(yīng)器的段間氣體混和裝置改成簡單的管式氣體分布器，所有條件均與實施例2的條件相同。實施例2的下段催化劑床層內(nèi)同一截面均勻度最大偏差小于4.6％，本比較例同一截面均勻度最大偏差為8.8％。
比較例3實施例3的苯和乙烯分子篩氣相烷基化制乙苯的六段絕熱固定床反應(yīng)器的段間氣體混和裝置改成簡單的管式氣體分布器，所有條件均與實施例2的條件相同。實施例3的下段催化劑床層內(nèi)同一截面均勻度最大偏差小于4.3％，本比較例同一截面均勻度最大偏差為8.0％。
權(quán)利要求
1.一種多段絕熱固定床反應(yīng)器，包括反應(yīng)器入口(3)、反應(yīng)器筒體(4)、反應(yīng)器出口(8)，反應(yīng)器筒體內(nèi)設(shè)置了2～10個催化劑床層(5)，催化劑床層(5)間設(shè)置段間氣體混和裝置(7)，其中每個段間氣體混和裝置(7)包括第一種物料入口(9)、反應(yīng)器筒體(4)、第二種物料入口(6)、反應(yīng)器內(nèi)置倒錐形體(10)、直管(11)、側(cè)向環(huán)隙(12)和篩板(13)，第一種物料入口(9)和第二種物料入口(6)分別位于倒錐形體(10)的上方，直管(11)的上端與倒錐形體(10)的下端相連，直管(11)的下端與篩板(13)中間形成側(cè)向環(huán)隙(12)，且通過垂直拉筋固定，直管(11)直徑d1與反應(yīng)器直徑D的比值為10～40％，倒錐形體(10)與水平位置的夾角α為15～75°，篩板(13)的直徑d2與反應(yīng)器直徑D的比值為10～45％，篩板(13)的開孔率為0～75％，篩板(13)的開孔面積與側(cè)向環(huán)隙(12)的面積比值為0～35％，反應(yīng)器筒體(4)、直管(11)和篩板(13)具有同心軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述多段絕熱固定床反應(yīng)器，其特征在于第二種物料入口(6)有2～10個。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述多段絕熱固定床反應(yīng)器，其特征在于第二種物料入口(6)有兩個，沿著圓的切線方向，且中心對稱，兩個第二種物料入口(6)間的垂直或水平距離為反應(yīng)器直徑D的50～95％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述多段絕熱固定床反應(yīng)器，其特征在于兩個第二種物料入口(6)間的垂直或水平距離為反應(yīng)器直徑D的70～90％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述多段絕熱固定床反應(yīng)器，其特征在于直管(11)直徑d1與反應(yīng)器直徑D的比值為15～30％。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述多段絕熱固定床反應(yīng)器，其特征在于倒錐形體(10)與水平位置的夾角α為30～60°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述多段絕熱固定床反應(yīng)器，其特征在于倒錐形體(10)與水平位置的夾角α為30～60°。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述多段絕熱固定床反應(yīng)器，其特征在于篩板(13)的開孔率為15～50％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述多段絕熱固定床反應(yīng)器，其特征在于篩板(13)的開孔面積與側(cè)向環(huán)隙(12)的面積比值為10～30％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多段絕熱固定床反應(yīng)器，主要解決目前工業(yè)多段絕熱固定床反應(yīng)器內(nèi)段間管式進料分布器氣體混和功能較差的缺陷。本發(fā)明采用反應(yīng)器內(nèi)置催化劑床和段間氣體混和裝置，其中段間氣體混和裝置主要由第一種物料的入口9，反應(yīng)器筒體4，第二種物料的入口6，錐形體10，直管11，側(cè)向環(huán)隙12和篩板13組成，較好地解決了該問題。該反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡單，壓降小，能完成兩股物料快速均勻混和和物料均勻分布的優(yōu)點，可用于苯和乙烯分子篩氣相烷基化制乙苯的工業(yè)生產(chǎn)中。
文檔編號B01J8/04GK1765481SQ200410067629
公開日2006年5月3日 申請日期2004年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月29日
發(fā)明者鐘思青, 楊為民, 童海穎, 陳曉峰 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院