一种新型水合反应器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种新型水合反应器，包括反应器壳体和塔板，所述反应器壳体的顶部和下部分别设置烃进料口和烃出料口，所述塔板安装在反应器壳体内，塔板至少为一层，塔板中部设有升气管，升气管外固定有帽罩，升气管与帽罩同心设置，帽罩中下部设有支气管，各支气管间用环形管相连，支气管和环形管下部设有分布孔，催化剂散装在塔板上。该水合反应器能够降低催化剂床层之间的压差，具有操作简单，成本低，适于工业应用等优点。
【专利说明】一种新型水合反应器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种新型水合反应器，具体地说涉及一种低碳烯烃水合反应制低碳醇的反应器。
【背景技术】
[0002]低碳烯烃水合反应制醇是一种重要的催化过程。在水合反应中，最有代表意义和实用价值的是水合反应制乙醇、异丙醇、仲丁醇等低碳醇。乙醇可用于制染料、涂料、药物、合成橡胶、洗涤剂。异丙醇除可用作合成甘油、丙酮外，亦可用于农药、香料等精细品的合成。仲丁醇大量用于制备甲基乙基酮，或可作为增塑剂、除草剂、选矿剂的原料。
[0003]仲丁醇脱氢可以生产甲乙酮，其是一种重要的低沸点溶剂，具有优异的溶解性和干燥特性，能与众多溶剂形成共沸物，对许多物质，如树脂、纤维衍生物、合成橡胶、油脂、高级脂肪酸有很强的溶解能力，是高分子化合物如硝化纤维素、聚氨酯、乙烯基树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、酚醛树脂、胶粘剂、油墨、磁带、医药生产和润滑油脱蜡的良好溶剂，广泛应用于润滑油脱蜡、涂料、胶粘剂、油墨、磁带、医药及电子元件等领域。另外，作为一种重要的有机化工原料和中间体，可生产高分子酮、环状化合物等，也可直接合成甲乙酮过氧化物和甲乙酮B，制备抗氧剂、催化剂、染料、涂料的抗结皮剂、电子元件清洗液等。
[0004]甲乙酮的生产的主要工艺路线有:丁烯水合、脱氢两步法，丁烷液相氧化，丁二烯催化水解法，混合C 4氧化法，丁烯直接氧化法，丁烯电解氧化法，异丁苯法，环氧丁烷异构法，异丁醛异构法，正丁烯一步氧化法等。其中已工业化的主要有:丁烷液相氧化，丁烯水合、脱氢两步法及仲丁醇氧化法。
[0005]丁烯水合、脱氢两步法，是目前国内外生产仲丁醇最主要的方法。以树脂为催化剂，正丁烯通过质子催化作用生成仲丁醇(SBA)，反应在三相条件下进行，反应温度为150?170°C，反应压力为5.0?7.0MPa,水与正丁烯配比约为1:1 (w)，树脂多选用耐热性好的强酸性阳离子交换树脂。该法工艺流程简单，产品回收精制容易，三废少，对设备腐蚀性小，仲丁醇选择性高。
[0006]在丁烯水合、脱氢两步法制备甲乙酮的工艺过程中，水合反应器是正丁烯直接水合法生产中间产品的关键设备，树脂催化剂一般分四段床层填充，正丁烯原料从下而上穿越四段催化剂床层，在催化剂的作用下与床层下部进入的工艺水反应生成仲丁醇，每个床层中设有上下两层塔盘，塔盘上均匀分布多个水帽，水帽作用主要是为防止催化剂穿滤和使流体分布均匀，反应生成物从反应器顶部流出，反应后的工艺水从各床层上部溢流堰底部流出，再循环利用，水帽是圆柱形过滤喷嘴，其均匀分布的0.12毫米缝隙可以阻止催化剂穿过，而使水相及烃相均匀通过，保证生成SBA反应的转化率。
[0007]在生产过程中，由于水相及烃相通过水帽时具有较大的线速度，对树脂催化剂产生巨大的冲力，使得水帽附近的树脂催化剂颗粒易于破损。破损的催化剂碎末极少部分穿过水帽同工艺水一起至工艺水处理工段除掉，而大部分卡在水帽缝隙中，无法穿过，又由于水帽两侧的压差作用而无法落下，使得整个床层的压差升高。如果压差过大，会造成动力消耗过大，严重时会使反应器内部结构损坏。
[0008]中国专利CN101347749A提出了一种水合树脂催化剂装填方法，在固定床水合反应器每个催化剂床层的底部装填惰性填料，然后再装入树脂催化剂。在树脂催化剂床层底部装置填部分堆密度比树脂催化剂大的耐磨惰性填料，可以避免高速物料直接与树脂催化剂接触，大大减少了树脂催化剂的破损，有效控制了反应器的压力降升高，同时降低了催化剂碎末对后续工艺过程的影响。本发明方法可以延长催化剂的使用寿命，降低生产成本，提高生产装置的产能。
[0009]中国专利CN102229682A提出了一种高比重的树脂，它是将含有苯环的聚合物或共聚树脂用溶剂充分溶胀后，加入卤族元素进行卤化反应生成的，湿真密度大于1.4克/毫升。本发明还提供了所述高比重树脂的制备方法和在减少丁烯水合反应器水帽腐蚀中的应用。本发明的高比重树脂在丁烯水合反应器中能够避免高速物料直接与树脂催化剂接触，具有较高的挤压强度，不易破碎，降低了反应器的压力降，装填及卸料方便快捷，提高了生产效率。
[0010]吴跃群在《科技资讯》2005年第27期第2?3页“浅析甲乙酮装置水合反应器床层压差升高的原因”中提出了解决床层压差升高的方法，将高压烃泵为往复泵，在高压烃泵入口增加三个气囊，出口加两个气囊，来缓冲烃泵的出口压力，使其压力平稳，从而减少了泵压力波动，因而大大地减少了催化剂的破损。
[0011]郭良平在《当代化工》2009年第38卷第4期第405?407页“丁烯水合反应器床层压降分析及解决方案”中提出采用在反应器床层底部加入惰性填料的方法，有效的解决了水合反应器床层压降升高的问题。添加惰性填料后，能有效的控制水合反应器催化剂床层压降保持在一个较低的水平上，在提高装置负荷的情况下，不但可以维持装置长期稳定运转，而且还可以较大幅度的提高正丁烯单程转化率。
[0012]郭良平在《辽宁化工》2008年第37卷第3期第181?183页“丁烯水合反应器床层压降升高的因素分析”提出脱除反应水中的有机产物，是解决水合反应器在长期运转过程中反应器床层压降过高的有效途径之一。控制循环水中仲丁醇含量0.5 %，就能有效的控制水合反应器催化剂床层压降保持在一个较低的水平上，维持装置长期稳定运转；控制循环水中有机物含量0.1 %，不但能有效的解决水合反应器床层压差升高的问题，并能较大幅度的提高正丁烯单程转化率。
[0013]李彬在《甘肃科技》2008年第11卷第22期第48?51页“丁烯水合反应装置床层压降升高的原因分析”提出破碎催化剂和循环反应水中重质物杂质的存在是造成丁烯水合反应器床层压降震荡的主要原因；循环反应水中重质物杂质的存在可使丁烯水合反应速率降低，导致丁烯水合反应单程转化率下降，影响装置效率；重质物对反应器床层压降和丁烯转化率带来的不利影响与其较大的分子量和较高的粘度有，减少催化剂破碎和控制循环反应水中的重质物含量在较低水平，可有效降低床层压降和稳定丁烯转化率，从而保证装置的稳定运转和装置效率。
[0014]如在实际运转中还采用，当催化剂床层上部水帽压差升高到一定值时，停该段床层的进、出水，以减少搅动，同时由于反应用水使床层界位下降，而烃的浮力小，最终使卡在水帽缝隙的催化剂落下，如果压差仍不下降，可减少烃进料，短时间压差即会下降，然后重新恢复烃、水进料，从而改变催化剂的搅动状态，使床层压差能够维持一段时间，这样并不会使反应转化率大幅下降，而烃进料减少后，带来的产量下降，可通过小幅提高进料量弥补。
[0015]以上通过水合反应工艺条件的调变只能缓解现有装置床层压差的升高，只有开发出一种新型的水合反应器才能从根本上解决反应器的压差问题。
【发明内容】
[0016]针对现有技术的不足，本实用新型提供一种新型的水合反应器，该水合反应器能够降低催化剂床层之间的压差，具有操作简单，成本低，适于工业应用等优点。
[0017]一种水合反应器，包括反应器壳体和塔板，所述反应器壳体的顶部和下部分别设置烃进料口和烃出料口，所述塔板安装在反应器壳体内，塔板至少为一层，塔板中部设有升气管，升气管外固定有帽罩，升气管与帽罩同心设置，帽罩中下部设有支气管，各支气管间用环形管相连，支气管和环形管下部设有分布孔，催化剂散装在塔板上。
[0018]本实用新型中，所述的升气管为圆形直管，管内径一般为反应器内径的1/20?1/2,优选1/15?1/5,最优选1/15?1/10。升气管高度在150mm?600mm之间，优选1 50mm?500_之间，最优选250_?500_之间。
[0019]本实用新型中，所述的帽罩为上方椭圆形封头的直管，管内径一般为升气管内径的1.5?3倍，优选1.5?2.5，最优选1.5?2.0。帽罩高度为升气管高度的1.1?2倍，优选1.2?1.5倍，最优选1.1?1.2倍。
[0020]本实用新型中，所述的支气管为直管，可以均匀设置多个。支气管中心轴线距离塔板的距离为IOOmm?300mm。支气管内径一般为升气管内径的1/15?1/2,优选1/10?1/5，最优选1/4?1/6。支气管长度一般为升气管高度的1/2?4/5，优选1/2?3/4，最优选 1/2 ?3/5。
[0021]本实用新型中，所述的环形管内径同支气管内径相同，一般为升气管内径的1/15?1/2，优选1/10?1/5，最优选1/6?1/4。
[0022]本实用新型中，所述的支气管和环形管下部分布孔孔径为Φ0.5mm?Φ 10mm，优选Φ0.5mm?Φ 8mm,最优选Φ0.5mm?Φ5_。分布孔的孔开孔率为5%?15%,优选5%?10%,最优选7%?10%。
[0023]本实用新型水合反应器使液体分布均匀，避免高速物料对树脂催化剂冲刷，大大减少了树脂催化剂的破损，提高了反应效率，从根本上解决了床层压差的升高和催化剂破损的问题，同时降低了催化剂碎末对后续工艺过程的影响。本发明方法可以延长催化剂的使用寿命，降低生产成本，提高生产装置的产能。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1水合反应器的结构简图。
[0025]图2水合反应器中塔板的剖视图。
[0026]其中，1-反应器壳体，2-催化剂，3-塔板，4-支气管，5-环形管，6_升气管，7_帽罩。
【具体实施方式】[0027]下面结合附图进一步说明本实用新型的结构及作用方式。
[0028]如图1所示，一种水合反应器，包括反应器壳体I和塔板3，所述塔板3安装在反应器壳体I内，塔板3设置为4层，催化剂2散装在塔板上。如图2所示塔板中部设有升气管6，升气管6外固定有帽罩7，升气管6与帽罩7同心设置，帽罩7中下部设有支气管4，各支气管4间用环形管5相连，支气管下部设有支气管分布孔，环形管下部设有环形管分布孔，塔板安装在反应器壳体I内，催化剂2散装在塔板上。所述的升气管为圆形直管，管内径一般为反应器内径的1/20~1/2，优选1/15~1/5，最优选1/15~1/10。升气管高度在1 50mm~600mm之间，优选1 50mm~500mm之间，最优选250mm~500mm之间。所述的帽罩为上方椭圆形封头的直管，管内径一般为升气管内径的1.5~3倍，优选1.5~2.5，最优选
1.5~2.0。帽罩高度为升气管高度的1.1~2倍，优选1.2~1.5倍，最优选1.1~1.2倍。所述的支气管为直管，可以均匀设置多个。支气管中心轴线距离塔板的距离为IOOmm~300mm。支气管内径一般为升气管内径的1/15~1/2,优选1/10~1/5,最优选1/6~1/4。支气管长度一般为升气管高度的1/2~4/5，优选1/2~3/4，最优选1/2~3/5。所述的环形管内径同支气管内径相同，一般为升气管内径的1/15~1/2，优选1/10~1/5，最优选1/6~1/4。所述的支气管和环形管下部设有支气管分布孔和环形管分布孔，分布孔孔径均为Φ0.5mm~Φ IOmm,优选Φ0.5mm~Φ 8mm,最优选Φ0.5mm~Φ5_。分布孔的孔开孔率均为为5%~15%，优选5%~10%，最优选7%~10%。
[0029]上述水合反应器的应用，烯烃以下进料方式从烃进料口进入反应器壳体1，首先通过塔板3中心处的升气管6，然后在帽罩7的阻挡下，由升气管6外部反向流入支气管4和环形管5，通过支气管4和环形管5的分布口进入催化剂2床层发生水合反应，未反应的烯烃继续向上通过下一个塔板进入下一床层，继续进行水合反应，以此类推最后未反应的烯烃和低碳醇产品从烃出口处流出。
[0030]在5L本实用新型水合反应器上，采用丹东明珠特种树脂有限公司生产的DNW-1I型耐温树脂催化剂进行的评价试验。催化剂装入量为1.08L，每段催化剂床层的催化剂装入量为270ml，水合反应器用氮气气密试验合格，将反应装置压力调整到6.0MPa,当反应温度升到130°C时，开丁烯泵，进丁烯继续升温，当反应温度升到150°C时，调整丁烯的体积空速为1.5h_1，水烯摩尔比为1.0，稳定8小时后，每隔50小时取样分析水中仲丁醇含量，计算出丁烯的单程转化率，同时记录各段催化剂床层压差，连续运转200小时评价结果表明，本实用新型水合反应器各床层压差可以控制在0.01Mpa以内，比现有技术降低了 10倍左右，催化剂破损率从8%较低到2% ，单程转化率由10%提高到40%。
【权利要求】
1.一种水合反应器，包括反应器壳体和塔板，所述反应器壳体的顶部和下部分别设置烃进料口和烃出料口，所述塔板安装在反应器壳体内，塔板至少为一层，其特征在于:塔板中部设有升气管，升气管外固定有帽罩，升气管与帽罩同心设置，帽罩中下部设有支气管，各支气管间用环形管相连，支气管和环形管下部设有分布孔，催化剂散装在塔板上。
2.根据权利要求1所述的水合反应器，其特征在于:所述的升气管为圆形直管，管内径一般为反应器内径的1/20?1/2。
3.根据权利要求1或2所述的水合反应器，其特征在于:升气管高度在150mm?600mm之间。
4.根据权利要求1所述的水合反应器，其特征在于:所述的帽罩为上方椭圆形封头的直管，管内径为升气管内径的1.5?3倍。
5.根据权利要求1或4所述的水合反应器，其特征在于:帽罩高度为升气管高度的1.1?2倍。
6.根据权利要求1所述的水合反应器，其特征在于:所述的支气管为直管，支气管中心轴线距离塔板的距离为IOOmm?300臟。
7.根据权利要求1或6所述的水合反应器，其特征在于:支气管内径为升气管内径的1/15 ?1/2。
8.根据权利要求7所述的水合反应器，其特征在于:支气管长度为升气管高度的1/2 ?4/5。
9.根据权利要求1所述的水合反应器，其特征在于:所述的支气管和环形管下部分布孔孔径为Φ0.5mm?Φ 10_。
10.根据权利要求1或9所述的水合反应器，其特征在于:分布孔的孔开孔率为5%?15%。
【文档编号】C07C29/04GK203540502SQ201320652853
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】马迎顺, 霍稳周, 魏晓霞, 田丹, 刘野, 李花伊 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院