一种乙炔加氢制乙烯浆态床的气体分布器及其应用

摘要

本发明属于化工设备领域，提出一种乙炔加氢制乙烯浆态床的气体分布器，包括隔板、气体上升管、两组斜向交叉的气体分布管组；所述隔板水平放置在浆态床内，隔板上开有管口，管口上安装气体上升管，所述气体上升管与所述气体分布管组连通；所述气体分布管组所在平面与水平面间的夹角为锐角。本发明提出的气体分布器是两组斜向交叉、中央连通的气体分布管组。通过浆态床底部设置的气体挡板，改变气体进口方向，使得气体均匀进入气体空间，避免进气直接进入气体上升管，造成气体偏流情况。斜向布置的气体分布器可获得更大的气体分布面积，分布器上开孔更多，浆态流动形式更好，气泡破碎率好。

说明书

技术领域

本发明属于化工设备领域，具体涉及一种有催化剂参与的化学反应的设备。

背景技术

随着石油资源日益枯竭，发展煤化工为原料的化工过程成为替代石油化工路线的重要过程，得到广泛关注，并取得快速发展。在煤化工技术中，以煤为原料通过电石工艺制取乙炔，已广泛应用，以乙炔为原料，在选择性加氢催化剂作用下，通过加氢制备乙烯产品，可进一步拓展煤化工路线。且近些年来乙炔主要的下游产品聚氯乙烯(PVC)已经供大于求，PVC产业利润不高，急需拓展乙炔下游产品产业链。

乙烯是石油化工中最重要的基础原料，被称为“石化工业之母”。广泛用于塑料、润滑油、聚合物以及一些中间体，目前主要由石油或低碳烷烃通过裂解制取。乙烯下游产品如乙二醇，丁二醇、丙烯酸、聚乙烯醇等也有很好的经济价值。因此，开发乙炔加氢制乙烯的新工艺技术可以为乙烯工业提供一种新原料来源，并降低乙烯对石油资源的依赖程度及乙烯生产成本，具有广阔的应用前景。乙炔选择加氢工艺最核心设备是浆态床加氢反应器，因为乙炔加氢是反应放热量很大的催化反应过程，只有实现反应器的等温操作，才能保证加氢反应器的正常运行。在三相浆态床加氢反应器中，气体分布器是保证气体在浆态床层中均匀分布的核心部件，能将催化剂与溶剂呈现均匀浆态分布，可大大提高催化剂的效能，在催化反应强放热的情况下获得较高的传热速率，防止催化剂局部过热而引起催化剂烧结、失活等现象，从而实现反应器的等温操作。气体分布器设计的好坏会影响催化反应的进行，目的产物乙烯选择性的高低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种乙炔加氢制乙烯浆态床反应器气体进料分布器，具有鼓泡效果好，形成的浆液不分相，催化剂沿反应器轴线分布基本均匀，催化剂能充分到达浆态床的各个床层，能极大地发挥催化剂的活性，进而延长催化剂寿命和装置开车时间，提高乙炔的转化率及乙烯收率。也能有效缓解气流压力不稳或供气中断时的阻塞、逆流和固体沉淀问题。

本发明的另一目的是提出设置有所述气体分布器的浆态床。

本发明的第三个目的是提出所述浆态床的应用。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种用于乙炔加氢制乙烯浆态床的气体分布器，包括隔板、多根气体上升管、两组斜向交叉的气体分布管组；

所述隔板水平放置在浆态床内，隔板上开有多个管口，管口上安装气体上升管，所述气体上升管与所述气体分布管组连通；所述气体分布管组由位于同一平面的多根气管组成，气管上设置有喷嘴；气体分布管组所在平面与水平面的夹角为锐角。

其中，所述的隔板形状和浆态床横截面形状相同，所述隔板表面光滑。隔板上开有四个管口，管口上安装垂直于隔板的气体上升管。

反应器底部设置的隔板底面进行抛光处理，表面呈现光滑状，以确保沉积在其上的催化剂易于被吹起，设置的朝下的喷嘴与隔板之间的距离最近端为单个喷嘴总长度的2倍，这种设置使得催化剂不易在底部沉积，保持了浆态床中催化剂的悬浮状态，从而避免了对乙炔制乙烯的强放热反应过程由于催化剂的沉积出现局部过热的情况。

气体分布管组通过支撑板固定于隔板和浆态床内壁上。

隔板设置于反应器的封头与筒体连接处，直径与反应器内径相同，气体通过设置在底部的气体进气总管进入隔板与封头形成的气体空间，通过设置的挡板，改变气体进口方向，使得气体均匀进入气体空间，避免进气直接进入气体上升管。由于入口气体总管不是与上升管直接相连，在气量减少或者短暂气体中断时倒吸的浆液会先进入封头内缓冲，不会立即倒流进入气体进气总管。

其中，所述气体分布管组所在平面与水平面间有10～55度夹角；每个气体分布管组包括处于同一平面、互相连通的气体分布总管、气体分布支管和气体分布环管，所述气体分布总管与气体分布支管直角交叉设置，气体分布环管环绕在气体分布总管和气体分布支管外；所述气体上升管与所述气体分布管组的气体分布支管连通。

优选地，所述气体分布支管和气体分布环管上分布有不同开口方向的喷嘴；喷嘴与隔板之间的距离为喷嘴长度的二倍以上。

更优选地，两组气体分布管组的气体分布总管在中间连通。位于中间连通位置之上的喷嘴向斜下方开口且偏向浆态床的内壁，位于中间连通位置之下的喷嘴向下开口。位于中间连通位置之上的喷嘴与水平面夹角可设置为30～70°。

分布器底部的气体沿喷头均向下流动，气体碰到溶剂隔板后气流反向向上，形成湍流流动并卷吸附近的液流及催化剂向上流动。这时由于流动截面逐渐扩大，气流中心速度快，在射流周围会形成漩涡，导致夹带的催化剂颗粒(10～100μm)会随着气泡的增大而快速上升到上层液面，在到达分布器中部时会受到本发明特别设置的侧向气流冲击，破碎了催化剂颗粒气泡，破坏了射流周围的漩涡，催化剂受重力的作用，有部分折流向下，减少了气体对催化剂的液沫夹带现象，这样催化剂颗粒可以更均匀的流动，气体分布可以更均匀，从而实现了气体分布器均布的首要性能。

其中，所述喷嘴由固定接管和喷气缩口管组成，固定接管一端固定在所述气体分布支管或气体分布环管上，固定接管另一端连接直径逐渐缩小的喷气缩口管。

喷嘴开口相对于隔板垂直朝下或斜向，分布器上部的喷嘴开口朝向反应器的内壁，其角度视溶剂粘度及催化剂流化分布形式可做调整，分布器下部的喷嘴开口垂直朝下，由固定接管与喷气缩孔管组成。其中固定接管的作用是将整个喷嘴固定在气体分布支管上，喷气缩孔管作用主要是导引气体向下均匀喷出，在低流速时阻止催化剂颗粒返流到气体分布管而形成阻塞、固定沉淀。喷气缩孔管则是整个喷嘴的核心部分，在一定的操作条件下，其直径大小决定了通过整个喷嘴的压降大小。喷嘴直径大小的范围在1～5毫米。

其中，所述的喷嘴布置的数量为30～200个。

喷嘴布置的数量和开口方向，由气体分布管组型式、浆态床的床层高度、反应器的直径而定；对应于乙炔加氢制乙烯浆态床反应器，其操作线速范围为0.01m/s～0.5m/s。按照以上条件确定喷嘴个数，喷嘴数量的范围在为30～200个。可保证气体通过缩孔管的压降不低于0.02MPa，确保气流均匀分布。

一种用于乙炔加氢制乙烯的浆态床，浆态床内设置有本发明所述的气体分布器，浆态床底部设置有气体入口总管，气体入口总管上方设置有挡板。

应用本发明提出的浆态床进行乙炔加氢制乙烯的方法，具体为：乙炔加氢制乙烯反应的催化剂浆液液面位于气体分布管组上方，所述浆态床的操作线速为0.01m/s～0.5m/s，气体通过喷嘴的压降不低于0.02MPa。

本发明的有益效果在于：

本发明提出的气体分布器是两组斜向交叉、中央连通的气体分布管组。通过浆态床底部设置的气体挡板，改变气体进口方向，使得气体均匀进入气体空间，避免进气直接进入气体上升管，造成气体偏流情况。

斜向布置的气体分布器可获得更大的气体分布面积，分布器上开孔更多，浆态流动形式更好，气泡破碎率好。气体分布喷嘴设置了喷气缩口孔，在分布管的下部各个喷嘴是向下开口，在分布管的上部各个喷嘴是斜向下开口，其缩口的形式可以有效防止了在气量减少或气压降低时固体的堵塞问题。本发明气体分布器能将催化剂与溶剂呈现均匀浆态分布，可大大提高催化剂的效能，在催化反应强放热的情况下获得较高的传热速率，防止催化剂局部过热而引起催化剂烧结、失活等现象，从而实现反应器的等温操作。气体分布喷嘴设置了喷气缩口孔，减少了催化剂在气体喷口处集聚而导致的吸附乙炔自聚合，提高了乙炔加氢制乙烯的选择性。

附图说明

图1为布置了实施例1气体分布器的浆态床的局部结构图。

图2为实施例1气体分布器结构图。

图3为喷嘴的结构示意图。

图中，1.气体入口总管，2.进气分配挡板，3.气体分布支管，4.气体分布总管，5.喷嘴，6.溶剂液面，7.支撑板，8.隔板，9.气体上升管，10.气体分布环管，11.固定接管，12.喷气缩口管。

具体实施方式

现以以下实施例来说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中使用的手段，如无特别说明，均使用本领域常规的手段。

实施例1：

见图1、一种用于乙炔加氢制乙烯浆态床的气体分布器，包括隔板8、气体上升管9、两组斜向交叉的气体分布管组；

隔板8水平放置在浆态床内，位于反应器的封头与筒体连接处，隔板形状和浆态床横截面形状相同，隔板底面进行过抛光处理，表面光滑。隔板8上开有四个管口，管口上安装垂直于隔板8的气体上升管9，气体上升管9与气体分布管组连通，气体分布管组所在平面与水平面间有45度夹角。

见图2，每个气体分布管组包括处于同一平面、互相连通的气体分布总管4、气体分布支管3和气体分布环管10，气体分布总管4与气体分布支管3直角交叉设置，气体分布环管10环绕在气体分布总管4和气体分布支管3外，气体上升管9与气体分布支管3连通。气体分布支管3和气体分布环管10上分布有不同开口方向的喷嘴5；喷嘴与隔板之间的距离为喷嘴长度的二倍以上，其中位于气体分布管组最下方的喷嘴与隔板的间距为喷嘴长度的二倍。两组气体分布管组的气体分布总管在中间连通，位于中间连通位置之上的喷嘴向斜下方开口并偏向反应器壁，与水平面夹角为60°，位于中间连通位置之下的喷嘴向下开口。喷嘴的直径为3mm。

见图3，喷嘴由固定接管11和喷气缩口管12组成，固定接管11一端固定在所述气体分布支管或气体分布环管上，固定接管另一端连接直径逐渐缩小的喷气缩口管12。由于气体分布喷嘴设置了喷气缩口管12，在分布管的下部各个喷嘴是向下开口，在分布管的上部各个喷嘴是斜向下开口。其缩口的形式可以有效防止了在气量减少或气压降低时固体的堵塞问题。

包含本实施例气体分布器的乙炔加氢制乙烯浆态床反应器，浆态床底部设置有气体入口总管，气体入口总管上方设置有挡板。反应气体从反应器的底部进入反应器底部封头，通过设置的挡板，使得气体均匀进入底部封头气体空间，该气体空间由反应器筒体底部设置的隔板与反应器封头所形成。在隔板上设置四根气体上升管，气体由四根气体上升管进入反应分布器的分布器总管与气体分布总管相连，进入气体分布管组。

乙炔加氢制乙烯反应的催化剂浆液液面位于气体分布管组上方，采用操作线速为0.05m/s。反应器的直径为1000mm，使用两组斜向交叉、中央连通的气体分布管组,浆态床的床层高度为6000mm,从而确定喷嘴个数为160个，喷嘴的直径为2mm，通过气体分布模拟计算得到气体通过喷气缩孔管的压降为0.03MPa。

实施例2

用于乙炔加氢制乙烯浆态床的气体分布器，包括隔板、气体上升管、两组斜向交叉的气体分布管组；

隔板水平放置在浆态床内，位于反应器的封头与筒体连接处，隔板形状和浆态床横截面形状相同，隔板底面进行过抛光处理，表面光滑。隔板上开有四个管口，管口上安装垂直于隔板的气体上升管，气体上升管9与气体分布管组连通，气体分布管组所在平面与水平面之间夹角为50度。

气体分布器的其他设置同实施例1。

设置有本实施例气体分布器的乙炔加氢制乙烯浆态床反应器，浆态床底部设置有气体入口总管，气体入口总管上方设置有挡板。乙炔加氢制乙烯反应的催化剂浆液液面位于气体分布管组上方，采用操作线速为0.03m/s。反应器的直径为1000mm，使用两组斜向交叉、中央连通的气体分布管组,浆态床的床层高度为5000mm,喷嘴个数为140个，喷嘴的直径为2mm。通过气体分布模拟计算得到气体通过喷气缩孔管的压降为0.028MPa。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。