固定床加氢反应器及蜡酯加氢生产脂肪醇系统的制作方法

本实用新型属于石油化工技术领域，涉及加氢反应器，具体涉及固定床加氢反应器及蜡酯加氢生产脂肪醇系统。

背景技术：

天然高级脂肪醇，是洗涤剂、表面活性剂、塑料增塑剂等精细化工品的基础原料，在工业生产中发挥着巨大作用。按原料来源分为化学合成法脂肪醇和天然油脂氢化法脂肪醇两类。化学合成法流程复杂、产品有异味、质量较差，且石油价格高，装置能耗较高。天然油脂氢化法脂肪醇原料低廉、产品质量好，是目前脂肪醇主流。目前全球脂肪醇消耗量310万吨/年，天然油脂氢化法占比65％，中国产能40万吨/年，进口量26万吨/年，产品价格高达15000～20000元/吨，市场潜力巨大。

天然油脂氢化法主要包括三种工艺流程：油脂直接加氢、油脂水解后加氢以及油脂醇解后加氢。其中油脂水解后加氢，是采用油脂先水解成脂肪酸，酸醇反应生成蜡脂，然后蜡脂加氢生成脂肪醇的方式，操作条件为250～300℃，25～27.5MPa。蜡脂加氢生成脂肪醇一般采用固定床加氢工艺，反应中气液固三相共存，氢气在液相中的溶解度低和传质阻力大，氢扩散到固体催化剂表面很难，氢气在催化剂表面的传质效率是反应的速控关键，为了提高氢气在液相中的溶解度，一般都要增加氢气分压。为了提高产率，在实际生产中都采用很高的氢脂比，氢气也需要不断循环，成本较高，催化剂也需要过量使用，且反应过程较长，因此，如何开发出高效混合的加氢反应器是提高反应效率的关键。

目前天然油脂制脂肪醇主流工艺均由国外公司掌握，国内也有部分的工艺和催化剂专利，但是涉及加氢反应器和内构件的极少。公告号为CN201283284Y、名称为生产脂肪醇的高压加氢装置的中国实用新型专利简单介绍了外围配套设备的一种改进方法，但有关加氢反应器内部的详细描述都没有提到。广东化工期刊上发表的一篇文章《脂肪醇高压加氢反应器系统的设计思路》介绍了加氢反应器所在系统的反应机理，工艺仪表控制，设备设计，催化剂的选择及固定床和悬浮床工艺比较等方面阐述其设计思路，使人们笼统的了解了设计过程中需要注意到的相关问题。在该文章中有一个反应器的结构简图，还介绍了在固定床反应器内每层催化剂上方增加分布器，在出料口增加惰性瓷球，使气液物料尽可能的分布均匀。在每层催化剂上中下三个点各设置一个温度指示报警仪表，同时在反应温度超过280℃时，DCS进行声光报警。主要内构件包括气液分配器、催化剂床层、单点热电偶和出口收集器，基本能够满足蜡脂加氢生成脂肪醇的工艺，但是针对整个过程的过程强化，以及内构件的形式和组合方式都没有详细的介绍。

此外，采用常规的油品加氢气液分配器能够提高气液两相在反应器内催化剂床层上部初始分布均匀程度，但是蜡脂加氢生成脂肪醇工艺物流的粘度较大，同时在没有催化剂存在情况下极易发生副反应，因此蜡脂加氢生成脂肪醇反应器中气液分配器一方面需要保证物料均布，另一方面应避免分配盘液层厚度过大，停留时间过长。

鉴于此，特提出本实用新型。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的在于提供一种固定床加氢反应器，能够提高蜡酯加氢生成脂肪醇固定床加氢反应器的反应效果，减小气液单独接触的时间，并监测催化剂床层轴向和径向的温度分布。

本实用新型的另一个目的在于提供一种包含所述的固定床加氢反应器的蜡酯加氢生产脂肪醇系统，提高了加氢系统的稳定性，降低了气液两相在没有催化剂环境下的停留时间，降低了床层的径向和轴向温差，提高了蜡脂加氢反应效率。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种固定床加氢反应器，包括筒体，沿所述筒体的轴向自上而下依次设置有入口扩散器、气液分配器、催化剂床层和出口收集器；

所述筒体的侧壁上开设有测温孔，所述催化剂床层上设置有多个用于监测反应器轴向和径向温度的测温点，所述测温孔与所述测温点连通，通过所述测温孔对该层催化剂床层上的所有测温点进行监控。

作为进一步优选技术方案，所述催化剂床层的数量为多个，所述气液分配器的数量与所述催化剂床层的数量相对应；

每层所述催化剂床层的侧壁中部位置处设置有一个所述测温孔；

每层所述催化剂床层的上、中、下三个高度位置处分别设置有上测温管、中测温管和下测温管，所述上测温管、中测温管和下测温管均通过该层催化剂床层的测温孔进入到反应器内部。

作为进一步优选技术方案，每个所述上测温管、中测温管和下测温管上分别至少设置有三个测温点。

作为进一步优选技术方案，所述催化剂床层的数量为2～5个；

和/或，每个所述上测温管、中测温管和下测温管上分别设置有3～12个测温点。

作为进一步优选技术方案，所述催化剂床层的数量为3～4个；

和/或，每个所述上测温管、中测温管和下测温管上分别设置有4～11个测温点。

作为进一步优选技术方案，所述催化剂床层上设有多点柔性热电偶，所述多点柔性热电偶包括单管单点式或单管多点式。

作为进一步优选技术方案，所述气液分配器包括抽吸型气液分配器、溢流型气液分配器和抽吸溢流组合型气液分配器中的至少一种；

和/或，所述气液分配器的数量为多个，最上一层的气液分配器与其余的气液分配器的类型相同或不同。

作为进一步优选技术方案，最上一层的气液分配器与其余的气液分配器的类型不同；

和/或，最上一层的气液分配器为管式溢流型气液分配器或泡罩抽吸型气液分配器。

作为进一步优选技术方案，所述气液分配器的下表面与相邻所述催化剂床层的上表面之间的距离为100～200mm；

和/或，所述固定床加氢反应器还包括催化剂支撑格栅、催化剂卸料管和卸料口。

根据本实用新型的另一个方面，本实用新型提供一种包含所述的固定床加氢反应器的蜡酯加氢生产脂肪醇系统。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型的固定床加氢反应器主要用于蜡酯加氢生成脂肪醇，在国内首次提出了蜡酯加氢生成脂肪醇反应器的内构件组合方式，包括沿筒体的轴向自上而下设置的入口扩散器、气液分配器、催化剂床层和出口收集器，为满足该反应工艺条件的设备及内构件提供了设计方向。

2、本实用新型在筒体的侧壁上设置了测温孔，该测温孔连通催化剂床层，并在催化剂床层上设置有多个用于监测反应器轴向和径向温度的测温点，通过一个测温孔对单个催化剂床层上的所有测温点进行整体监控，既避免了在反应器侧壁开孔过多，又尽可能的控制各层催化剂床层的温度分布均匀，降低床层的径向和轴向温差。

3、本实用新型能够提高加氢系统的稳定性，大大降低气液两相在没有催化剂环境下的停留时间，有效地改善反应器的气液分布状态，降低床层的径向和轴向温差，提高蜡脂加氢反应效率。该反应器不但可以稳定操作系统，节省设备投资，还能改善加氢反应环境，提高蜡脂加氢生成脂肪醇的反应效率，易于推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1提供的固定床加氢反应器结构示意图；

图2为本实用新型实施例2提供的固定床加氢反应器结构示意图。

图标：1－筒体；2－入口扩散器；3－气液分配器；4－催化剂床层；5－测温孔；6－上测温管；7－中测温管；8－下测温管；9－出口收集器。

具体实施方式

下面对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

第一方面，在至少一个实施例中提供一种固定床加氢反应器，包括筒体，沿所述筒体的轴向自上而下依次设置有入口扩散器、气液分配器、催化剂床层和出口收集器；

所述筒体的侧壁上开设有测温孔，所述催化剂床层上设置有多个用于监测反应器轴向和径向温度的测温点，所述测温孔与所述测温点连通，通过所述测温孔对该层催化剂床层上的所有测温点进行监控。

上述固定床加氢反应器主要用于蜡酯加氢生成脂肪醇，本实用新型在国内首次提出了蜡酯加氢生成脂肪醇反应器的内构件组合方式，包括沿筒体的轴向自上而下设置的入口扩散器、气液分配器、催化剂床层和设置在筒体底部的液相出口收集器，为满足该反应工艺条件的设备及内构件提供了设计方向。

进一步地，本实用新型在筒体的侧壁上设置了测温孔，该测温孔连通催化剂床层，并在催化剂床层上设置有多个用于监测反应器轴向和径向温度的测温点，通过一个测温孔对单个催化剂床层上的所有测温点进行整体监控，既避免了在反应器侧壁开孔过多，又尽可能的控制各层催化剂床层的温度分布均匀，降低床层的径向和轴向温差。

上述固定床加氢反应器，即蜡脂加氢生成脂肪醇反应器与传统油品加氢反应器工艺过程上存在较大差异，温度控制尤其重要，温度要控制在一个很小的范围内，同时温度不能过高。温度变化过大，会直接影响催化剂的使用寿命，温度过高，会加剧催化剂表而积碳结焦，增大反应阻力，影响转化率。

同时蜡脂加氢生成脂肪醇，应尽量减少进入催化剂层前的气液接触时间，从而减少蜡脂受热分解产生结焦现象。

因此，蜡脂加氢生成脂肪醇反应器一方面需要采用与传统油品加氢反应器不同的内构件组合，另一方面需要采用特殊的气液分配器和温度点监控布局。

根据本实用新型，a)关于温度点监控布局：

优选地，在所述催化剂床层上设置多点柔性热电偶；即多个测温点与多点柔性热电偶的布置位置相对应。

优选地，所述测温孔为热电偶入口。

在一种优选的实施方式中，所述催化剂床层的数量为多个，所述气液分配器的数量与所述催化剂床层的数量相对应；

每层所述催化剂床层的侧壁中部位置处设置有一个所述测温孔；

每层所述催化剂床层的上、中、下三个高度位置处分别设置有上测温管、中测温管和下测温管，所述上测温管、中测温管和下测温管均通过该层催化剂床层的测温孔进入到反应器内部。

在一种优选的实施方式中，每个所述上测温管、中测温管和下测温管上分别至少设置有三个测温点。

本实用新型中，蜡脂加氢生成脂肪醇反应器在每层催化剂床层的上中下三个高度都设置有测温管，且每个高度的测温管上至少设置三个测温点，用于监控反应器轴向和径向温度，同时对局部温度超过280℃时，DCS进行报警。这样设置的目的就是防止催化剂层局部聚集过高的温度，尽可能的控制催化剂层各层温度分布均匀。

并且为了避免在反应器侧壁开孔过多，减少反应器侧壁的开孔数量，一般建议每个催化剂床层侧壁中间位置开一个测温孔，上测温管、中测温管和下测温管都通过同一测温孔进入到反应器内部；通过每一层的一个测温孔设置一个多点柔性热电偶来监测本床层轴向和径向温度。

当反应器的直径很大时，且通过一个测温孔实现多个高度和多个径向的测温，传统的套管方式很难实现理想的测量需要。而多点铠装热电偶可以弯曲敷设，灵活分布，测量的点数也比较多，每个测温层可以达到10～32个温度点，可以更全面地反映反应器内部温度，可以检测反应器底部靠近出口或顶部靠近入口的温度，给温度测量带来方便。

多点柔性热电偶有两种形式，单管单点方式和单管多点方式。单管多点方式每支铠管中有4～11个热电偶点，每套法兰可装配多支铠管，温度测量点更多，泄漏点更少，配置更灵活。通过特殊加工，铠管中间填充压缩的氧化镁，保证热电偶的稳固和提高铠管的耐压和密封性能。这种结构安装简单，支架和紧固件用量少，因此节省安装时间和成本，对反应器内的空间影响小。

在一种优选的实施方式中，所述催化剂床层的数量为2～5个，优选为3～4个；例如可以为2个、3个、4个或5个。催化剂床层的数量与气液分配器的数量是相对应的，一般设置1～5个或2～5个，根据工艺条件通常会设置3～4个。

在一种优选的实施方式中，每个所述上测温管、中测温管和下测温管上分别设置有3～12个测温点，优选分别设置有4～11个测温点；例如可以为3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个或12个。一般在上测温管上设置3～11个测温点，在中测温管上设置3～11个测温点，在下测温管上设置3～11个测温点，即单个催化剂床层一般设置9～33个测温点，这样可以更全面反映反应器内部温度。

可以理解的是，本实用新型对于催化剂床层的数量，测温管上测温点的数量以及催化剂床层上的测温点的数量不作特殊限制，本领域技术人员可以根据实际工艺需求在上述范围内进行适当的调控。

在一种优选的实施方式中，所述催化剂床层上设有多点柔性热电偶，所述多点柔性热电偶包括单管单点式或单管多点式；上测温管、中测温管和下测温管可采用单管单点方式和单管多点方式这两种形式，一般优选单管多点方式。

根据本实用新型，b)关于气液分配器：

在气液分布盘或气液分布板上布满满足蜡酯加氢制备脂肪醇工艺的气液分配器，该气液分配器与传统的油品加氢气液分配器存在区别，一方面满足气液物料的均布，另一方面满足蜡酯和氢气在分配盘上的停留时间较短的要求，尤其最上一层即靠近筒体顶端的气液分配器。

在一种优选的实施方式中，所述气液分配器包括抽吸型气液分配器、溢流型气液分配器和抽吸溢流组合型气液分配器中的至少一种；

和/或，所述气液分配器的数量为多个，最上一层的气液分配器与其余的气液分配器的类型相同或不同。

在一种优选的实施方式中，最上一层的气液分配器与其余的气液分配器的类型不同；

和/或，最上一层的气液分配器为管式溢流型气液分配器或泡罩抽吸型气液分配器。

蜡脂加氢生成脂肪醇反应器可以采用泡罩抽吸型气液分配器或溢流型气液分配器，但是都需要对传统油品加氢的气液分配器进行改进，基本原则是尽量减小气液物料在分配盘上的停留时间，避免氢气和蜡脂在没有催化剂的情况下长时间受热分解。尤其是最上一层的气液分配器更要满足上述要求，因而，最上一层的气液分配器可以与其余的气液分配器采用相同的形式，也可以采用不同的形式。

在一种优选的实施方式中，所述气液分配器的下表面与相邻所述催化剂床层的上表面之间的距离为100～200mm。

在一种优选的实施方式中，所述固定床加氢反应器还包括催化剂支撑格栅、催化剂卸料管和卸料口。

可以理解的是，上述固定床加氢反应器还包括常规加氢反应器所必需的催化剂支撑格栅、催化剂卸料管和卸料口等，对于这些部件的具体结构形式以及安装连接方式等本实用新型不做过多限定，本领域技术人员可以参照常规加氢反应器进行设计。

本实用新型的固定床加氢反应器的应用方法是这样实现的：

采用所述加氢反应器，所述液相馏分物料与氢气混合后，由所述筒体上部的入口进入，经入口扩散器、气液分配器均匀分配所述物料和氢气中的气液两相，通过所述催化剂床层进行加氢反应；经过一个床层之后，气液极易发生偏流或者沟流，一般需要再增加一个气液分配器对气液物流进行再一次的分布，根据工艺的需要一般会设计2～5个催化剂床层；然后反应后产物由所述出口收集器排出反应器。

在具体实施时，所述固定床加氢反应器用于蜡脂加氢生成脂肪醇；所述加氢反应的温度200～300℃，压力20～30MPa，催化剂一般为铜基催化剂。蜡脂原料中不饱和的碳链(比如双键)会加氢成饱和碳链，反应属于放热反应，反应热的大小取决于原料蜡脂中的不饱和成分的含量。

此外，循环氢气中含有少量的副产物CH4，它的来源主要是粗醇脱甲基而来，温度越高，越容易生成CH4和水。如果物料在催化剂层停留时间过长或者气液比过大，则以脱羧基为主，生成水与甲烷。

固定床加氢制醇工艺是气液相加氢。这种混合相分布极难均匀，易产生沟流。所以尽量使气相组分增加，液相组分减少。液相过多时，会使催化剂浸泡在蜡酷中，长期受热，引起催化剂表而结焦和使用寿命。一般固定床加氢工艺中多采用大的气液比，氢气和蜡脂体积比大概为1200～1500：1之间，这样既能减少沟流，又能防止气液比过大的时候，粗醇产品向烷烃转化的危险。

同时在固定床反应器内每层催化剂床层上方增加气液分配器和惰性瓷球，使气液物料尽可能的分布均匀。

本实用新型在国内首次提出了蜡脂加氢生成脂肪醇反应器的内构件组合方式，主要包括入口扩散器、气液分配器、柔性多点热电偶和出口收集器等，明确了满足工艺条件的反应器的内构件的计方向；本实用新型结合蜡脂加氢生成脂肪醇工艺，提出了热电偶的选用型式和布局方式，通过一个测温孔对单个床层进行整体监控。

本实用新型的反应器主要用于蜡脂加氢生成脂肪醇，采用满足工艺要求的气液分配器，借助柔性热电偶减少反应器测温孔的开孔数量，提高了加氢系统的稳定性，大大降低了气液两相在没有催化剂环境下的停留时间，有效地改善了反应器的气液分布状态，降低了床层的径向和轴向温差，提高了蜡脂加氢反应效率。本实用新型的反应器不但可以稳定操作系统，节省设备投资，还能改善加氢反应环境，提高蜡脂加氢生成脂肪醇的反应效率。

第二方面，在至少一个实施例中提供一种蜡酯加氢生产脂肪醇系统，该系统包含上述的固定床加氢反应器。

可以理解的是，本实用新型对于蜡酯加氢生产脂肪醇系统包含的其他装置和设备不做特殊限制，例如可采用的现有的前处理装置、后处理装置等，该蜡酯加氢生产脂肪醇系统的核心在于包含了本实用新型的固定床加氢反应器。

下面结合具体实施例和附图，对本实用新型作进一步说明。

实施例1

如图1所示，一种固定床加氢反应器，包括筒体1，沿所述筒体1的轴向自上而下依次设置有入口扩散器2、气液分配器3、催化剂床层4和设置在筒体1底部的出口收集器9；

所述筒体1的侧壁上开设有测温孔5，所述催化剂床层4上设置有多个用于监测反应器轴向和径向温度的测温点，所述测温孔5与所述测温点连通，通过所述测温孔5对该层催化剂床层4上的所有测温点进行监控。

在每个催化剂床层4的上、中、下三个高度位置处分别设置有上测温管6、中测温管7和下测温管8，所述上测温管6、中测温管7和下测温管8均通过该层催化剂床层4的测温孔5进入到反应器内部。在催化剂床层4上设有多点柔性热电偶，多点柔性热电偶采用单管多点方式。

本实施例中，从上至下三层气液分配器3都采用了管式气液分配器；但是最上一层的气液分配器与传统的油品加氢的管式气液分配器有差别，其是通过调整管式气液分配器的溢流孔形式和位置，尽量减少气液的停留时间的管式气液分配器。余下两层气液分配器可以采用普通的加氢管式气液分配器，也可以采用与最上一层相同的经过调整的管式气液分配器。

实施例2

如图2所示，一种固定床加氢反应器，包括筒体1，沿所述筒体1的轴向自上而下依次设置有入口扩散器2、气液分配器3、催化剂床层4和设置在筒体1底部的出口收集器9；在每个催化剂床层4的侧壁中部位置处设置的测温孔5；以及在每个催化剂床层4的上、中、下三个高度位置处分别设置有上测温管6、中测温管7和下测温管8。

与实施例1不同的是，本实施例中，最上一层气液分配器3采用了专用的泡帽式气液分配器，其与传统的油品加氢的泡帽式气液分配器有差别，其是通过调整泡帽式气液分配器的泡罩尺寸和条缝尺寸，尽量减少气液的停留时间的泡帽式气液分配器，同时为了避免高温氢脆开裂，需要对泡罩形式作适当的调整。余下两层气液分配器可以采用普通的加氢气液分配器，也可以采用经过调整的管式气液分配器。

本实用新型的反应器的工作原理如下：

气液两相物料混合从反应器顶部，经入口扩散器2整形并均布到顶分配盘上，气液物料通过分配盘上的气液分配器3均布到下方床层上，物料通过催化剂床层4，在催化剂床层4内部发生加氢反应生成脂肪醇，催化剂床层4上中下都有测温点；经过一个床层后，物流容易出现沟流和偏流，需要重新设置一个气液分配器3，再一次对气液物料进行分配；最后，所有物料通过出口收集器9排出反应器。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。