用于乙炔选择性加氢制乙烯的浆态床反应器及反应系统

摘要

本发明属于化工领域，提出一种用于乙炔选择性加氢制乙烯的浆态床反应器，浆态床反应器下方设置有气体分布器与气体入口连接；气体分布器上方设置多组指形管，垂直于水平面布置，每组指形管包括多根顶部相连的换热管，换热管间距相等；所述浆态床反应器气体出口下方设置有气液分离器，所述气液分离器下方设置有冷凝器。本发明还提出应用所述浆态床反应器的系统。本发明提出的设备很好地解决了在乙炔选择性加氢制乙烯反应中固定床反应器中的绿油生成量大、催化剂循环周期短、反应器易“飞温”的问题，流化床中由于催化剂颗粒间相互剧烈碰撞，造成催化剂的损失、除尘的困难和由于固体颗粒的磨蚀作用，换热构件和反应器的磨损严重的问题。

说明书

技术领域

本发明属于化工领域，具体涉及一种浆态床反应器及应用所述浆态床反应器的系统。

背景技术

低浓度乙炔气固相催化加氢技术在石油工业中已非常成熟，主要用于乙烯中去除乙炔杂质但由于乙炔活性高，加氢反应放热量大，即使是裂解气中存在少量乙炔，传统的气固相固定床加氢反应器仍存在着绿油生成量大、催化剂循环周期短、反应器易“飞温”等严重问题。因此传统的气固相固定床催化加氢工艺并不适合高浓度的乙炔选择性加氢制乙烯；浆态床反应器结构简单，易于移热，反应床层温度均匀，生成的乙烯产品用途广泛，因此利用浆态床反应器进行高浓度乙炔选择性加氢成为一条重要的制烯烃生产路线。

催化剂容易失活、反应床层局部飞温是现有技术中常出现的问题。基于反应器的设计提高反应效率和稳定性，是合理而有效的解决方案。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明的目的是针对高含量乙炔选择性加氢制乙烯过程中放热快速且放热量大难移走热量，易产生绿油，催化剂失活，乙炔的转化率低等方面的缺点，提供了一种用于乙炔选择性加氢制乙烯的浆态床反应器。

本发明还提出应用所述浆态床反应器的带溶剂再生的乙炔选择性加氢制乙烯的系统。

实现本发明目的技术方案为：

一种用于乙炔选择性加氢制乙烯的浆态床反应器，所述浆态床反应器包括反应器壳体，壳体外包围有加热夹套，浆态床反应器底部设置有气体入口、顶部有气体出口；

所述浆态床反应器下方设置有气体分布器，气体分布器与所述气体入口连接；

气体分布器上方设置多组指形管，指形管垂直于水平面布置，每组指形管包括多根顶部相连、底部封闭且互不相连的换热管，各根换热管间距相等；所述浆态床反应器气体出口下方设置有气液分离器，所述气液分离器下方设置有冷凝器。

其中，所述气体分布器包括处于同一水平面的多个同心的环形气体分布管，所述环形气体分布管底部开孔，所述多个同心的环形气体分布管与环形气体分布管下方的气体分布器连接管连通，所述气体分布器连接管与垂直于环形气体分布管所在平面的中心导气管连接；中心导气管与气体入口相连。

本发明提出的设计，将中心导气管进入的气体通过气体分布器连接管分散到各环形气体分布管周围，实现将气体分布到气体分布器的周围的各个部位，从而进入浆态床。

其中，在每个环形气体分布管底部上开有2～6mm的孔(优选3mm)，所有环形气体分布管的总开孔率为10％～15％。

优选地，在每个环形气体分布管底部上开有3mm的孔，所有环形气体分布管的总开孔率为12％。

其中，所述多个同心的环形气体分布管形成多个同心圆，从圆心向外，同心圆直径逐步增大，相邻同心圆的管中心间距为60～90mm，环形气体分布管直径为40～70mm,优选为50mm。

优选地，相邻同心圆的管中心间距为70mm，环形气体分布管直径为50mm。

其中，所述换热管直径为50～70mm，换热管间距为换热管直径的1～5倍。所述换热管间距优选为换热管直径的1.5倍。

换热的指形管均匀地分布在反应器截面上构成垂直内部构件，将大直径反应器均匀地分成许多小直径反应器，相应地减小了反应器的直径，缩小了床径的影响，抑制了气泡的长大并促进气泡的破裂，限制了气体和颗粒的径向运动，颗粒轴向运动比较自由，降低了高径比的变化，解决了浆液中气体线速的均匀分布问题，改进了反应器内流化的质量。

进一步地，所述指形管的数量为12～30组，每组指形管包括3～20根换热管

所述的浆态床反应器，还包括液位自动控制装置，液位自动控制装置位于所述冷凝器和所述指形管之间。

一种用于乙炔选择性加氢制乙烯的系统，应用本发明提出的浆态床反应器，所述系统还包括再生塔、浆液储槽；

所述的浆态床反应器壳体下部设置有浆液出口，所述浆液出口连接有催化剂过滤器，所述催化剂过滤器连接所述再生塔；

所述再生塔设置有塔顶冷凝器，所述塔顶冷凝器的冷凝液出口连接浆液储槽，所述浆液储槽还与催化剂储罐连接；所述浆液储槽通过泵和管道连接所述浆态床反应器。

其中，所述再生塔内设置有加热器；再生塔塔顶设置有冷凝器。

其中，所述浆液储槽带有搅拌装置；所述的催化剂储罐带有自动出料装置。

优选地，所述催化剂过滤器为并联的两个集束式全自动过滤器，过滤精度达到0.5μm，两个集束式全自动过滤器交替使用和再生。

再生塔内设置有加热器。加热器将浆态床中的液相溶剂气化，液相中的绿油沉积在再生塔底部排出；再生塔塔顶冷凝器将再生塔内气化的液相溶剂冷却下来进入浆液储槽。

优选地，所述浆液储槽带有搅拌装置，使液相溶剂和催化剂充分混合。所述浆液储槽具有催化剂进料口、液相溶剂入口以及浆液出口。

所述催化剂储罐带有自动出料装置，通过控制出料量维持浆液的固含率在5％左右。

本发明的有益效果在于：

1.与目前乙烯中少量乙炔加氢的技术相比，本技术可以实现由高浓度乙炔选择性加氢制乙烯，进一步拓展煤化工的技术路线；

2.换热的指形管减小了反应器的直径，缩小了床径的影响，不仅可以抑制过高的局部流速，改善流场分布，避免短路，而且还可以强化湍动与气液传质，解决了浆液中气体线速的均匀分布问题，改进了反应器内流化的质量；

3.浆液从浆态床反应器下部抽出，催化剂过滤后分离再生，液相溶剂经再生后与新鲜催化剂混合返回浆态床反应器，建立了催化剂和反应气的逆流流动，增强了催化剂的返混；

4.利用液相溶剂的显热，撤热能力显著提高，可以快速移出乙炔选择性加氢生成乙烯产生的热，降低反应床层的温度，提高乙炔的转化率和乙烯的选择性；

5.本发明的浆态床反应设备可实现催化剂更换或再生，从而实现浆态床反应器的长周期操作，大大提高过程效率和降低操作费用。

本发明提供的带溶剂再生的浆态床反应设备，进行乙炔选择性加氢反应，更好地抑制乙炔选择加氢制乙烯过程中放热反应引起的催化剂床层中热点的出现，避免催化剂失活，提高催化剂的稳定性。本发明提出的设备很好地解决了在乙炔选择性加氢制乙烯反应中固定床反应器中的绿油生成量大、催化剂循环周期短、反应器易“飞温”的问题，流化床中由于催化剂颗粒间相互剧烈碰撞，造成催化剂的损失、除尘的困难和由于固体颗粒的磨蚀作用，换热构件和反应器的磨损严重的问题。

附图说明

图1：用于乙炔选择性加氢制乙烯的系统图。

图2：气体分布器布置示意图。

图3：指形管结构图。

图中部件名称及其编号为：夹套1，浆液出口2，气体入口3，气体分布器4，指形管5，浆液入口6，液位自动控制装置7，冷凝器8，气液分离器9，气体出口10，催化剂过滤器11，再生塔12，塔顶冷凝器16，浆液储槽17，循环泵18，催化剂储罐19，催化剂进料口20，液相溶剂入口21，浆液出口22，浆态床反应器筒体23，环形气体分布管24，中心导气管25，气体分布器连接管26。

具体实施方式

现以以下最佳实施例来说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1：

见图1，一种用于乙炔选择性加氢制乙烯的浆态床反应器，包括浆态床反应器筒体23，筒体外包围有夹套1，夹套为环形，夹套内通入加热介质，对浆态床反应器进行加热。浆态床反应器底部设置有气体入口3、顶部有气体出口10；

所述浆态床反应器下方设置有气体分布器(图2)，与气体入口3连接；气体分布器包括处于同一水平面的三个同心的环形气体分布管24，相邻同心圆的管中心间距为70mm，环形气体分布管直径为50mm。环形气体分布管24底部开有孔径为3mm的孔，环形气体分布管上的总开孔率为12％；环形气体分布管与其下方的气体分布器连接管26联通，气体分布器连接管26与垂直于环形气体分布管所在平面的中心导气管25连接，中心导气管25与气体入口3相连，中心导气管进入的气体通过气体分布器连接管分散到各环形气体分布管24周围，实现将气体分布到气体分布器的周围的各个部位，从而进入浆态床。

气体分布器上方设置有15组指形管，每组指形管包括12根换热管，气体分布器上方的各根换热管间距相等，各根换热管顶部相连、底部封闭且互不相连(图3)；换热管直径为57mm，换热管间距为换热管直径的1.5倍。指形管垂直于水平面布置，分上下两段独立安装，两段分别与浆态床反应器筒体相连。

浆态床反应器气体出口10下方设置有气液分离器9，气液分离器下方设置有冷凝器8。气液分离器为丝网除沫器。其中，所述冷凝器是以水为冷却介质的冷凝器。

实施例2

一种用于乙炔选择性加氢制乙烯的浆态床反应器，包括反应器壳体，壳体外包围有夹套，夹套为环形，夹套内通入加热介质，对浆态床反应器进行加热。浆态床反应器底部设置有气体入口、顶部有气体出口；

浆态床反应器下方设置有气体分布器，与气体入口连接；气体分布器包括处于同一水平面的5个同心的环形气体分布管，环形气体分布管底部开孔，孔径5mm，环形气体分布管的总开孔率为10％，相邻环形气体分布管的管中心间距为60mm，环形气体分布管直径为50mm。环形气体分布管与其下方的气体分布器连接管联通，气体分布器连接管与垂直于环形气体分布管所在平面的中心导气管连接，中心导气管与气体入口相连。

气体分布器上方设置有15组指形管，每组指形管包括12根换热管，气体分布器上方的各根换热管间距相等；换热管直径为57mm，换热管间距为换热管直径的2.0倍。

浆态床反应器气体出口下方设置有气液分离器，气液分离器下方设置有冷凝器。气液分离器为多孔烧结金属，烧结金属的材质316ss。冷凝器为空气冷却式冷凝器。

浆态床反应器其他部分的设置同实施例1。

实施例3

采用实施例1浆态床反应器的用于乙炔选择性加氢制乙烯系统(图1)：包括浆态床反应器、再生塔12、浆液储槽17；

浆态床反应器筒体下部的浆液出口2连接催化剂过滤器11，该催化剂过滤器为并联的两个集束式全自动过滤器，过滤精度达到0.5μm，两个集束式全自动过滤器交替使用和再生。

催化剂过滤器11连接再生塔12；再生塔内设置有加热器。加热器将浆态床中的液相溶剂气化，液相中的绿油沉积在再生塔底部排出。

再生塔塔顶设置有塔顶冷凝器16，塔顶冷凝器16的冷凝液出口连接浆液储槽17的液相溶剂入口21，再生塔塔顶冷凝器将再生塔内气化的液相溶剂冷却下来进入浆液储槽。浆液储槽17的催化剂进料口20与催化剂储罐19连接。浆液储槽的浆液出口22通过循环泵18和管道连接浆态床反应器。该浆液储槽17内有搅拌装置，使液相溶剂和催化剂充分混合。催化剂储罐19带有自动出料装置，通过控制出料量维持浆液的固含率在5％左右。

本实施例乙炔选择性加氢制乙烯系统的操作如下：

浆态床反应器的夹套内通入加热介质，是温度为200℃的导热油，将浆态床内的浆液加热到160℃，再用惰性气氮气将浆态床反应器内的空气置换完后，氢气和乙炔从气体入口3进入气体分布器4，对进入的气体进行分配，气体入口分布器4压降不高于0.02MPa，从而使气体能够均匀进入浆态床反应器内，之后通过控制夹套1内导热油的循环流量和指形管5的冷却介质水的流量，使反应的温度控制在160℃左右。

乙炔选择性加氢制乙烯反应为放热反应，浆液从浆态床反应器顶部进入与乙炔和氢气的混合气逆流接触，反应过程局部的热点通过液相溶剂的显热撤走，反应产生的热通过指形管5换热装置移走，使反应温度控制在160℃左右。

浆态床反应器的液位自动控制装置9，通过控制循环泵18的出口液体的流速，来维持浆态床内液位恒定。

在浆态床上部的冷凝器8，将蒸发的液相溶剂冷凝，冷凝的液相溶剂回流到浆态床内；浆态床反应器的顶部离气液分离器9的气体入口有一定的气液分离空间，在气体进入气液分离器9后，气体中夹带的99％的液相溶剂，落回填料塔内，气体从反应器顶部气体出口10出浆态床反应器。

浆态床底部的浆液经过催化剂过滤器11将催化剂过滤后，液相溶剂进入再生塔12，经过再生后进入再生塔塔顶冷凝器16，液相溶剂经冷凝后进入浆液储槽17与新鲜催化剂混合后经过循环泵18进入浆态床反应器；过滤后的催化剂经过再生后送入催化剂储罐19。

再生装置的再生塔底部定期分离出溶解在液相溶剂中的绿油。

浆态床反应器中，催化剂的粒度为20～100μm，催化剂的磨耗率≤2.5％，催化剂堆密度≤1g/ml，操作的温度为160℃，操作压力为0.5MPa。再生装置的操作温度为250℃，操作压力为50KPa。

本实施例反应设备的技术效果如下：

连续运行三个月，反应床层的温度控制稳定在160℃±5℃；

液位自动控制装置操作稳定；

指形管换热系统设计合理，反应的温度出现波动时调节方便；

内置气液分离装置效果好，分离液相溶剂后的气体液含量小，分离效率达到99％以上，减少后续分离的负荷；

乙炔选择性加氢制乙烯在浆态床反应器内反应效果好，乙炔的转化率保持在100％，乙烯的选择性不低于80％。

实施例4

采用实施例2浆态床反应器的用于乙炔选择性加氢制乙烯系统，反应器操作压力为0.2MPa，反应温度150℃，浆态床的其他操作条件以及结构方面与实施例3相同。

本实施例效果如下：

连续运行两个月，反应器操作自如，没有出现气体通过多孔烧结金属压差过大的情况；

采用空气冷却式冷凝器先冷凝和内置的多孔烧结金属后分离的结合，气液分离效果达到要求，分离液相溶剂后，气体中液含量小于1％；

反应器的其它性能与实施例1一致。

本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变型都将落在本发明权利要求的范围内。