[发明专利]一体化反应分离设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种化工设备，更具体地说涉及一种催化反应、产物与催化剂分离和物料换热构成的一体化设备。

背景技术

在石油化工生产领域，有许多化学反应过程不仅使用固体催化剂，而且反应的同时伴有强的放热。为了使反应系统避免热点产生而保持温度均匀，采用催化剂悬浮在液体中的操作方式能够获得较为满意的效果。由于液体的传热系数较大，催化剂在液体中的悬浮操作方式易于回收热量；这种方式使用的催化剂粒度较小，因此不必对催化剂造粒加工，也不会存在显著的催化剂内表面利用率问题，有利于高活性催化剂的应用，特别是对于催化剂需频繁更换和再生的场合，操作起来较为方便。反应器中的浆液可通过流体的循环流动进行混合和搅拌，使固体催化剂微粒充分悬浮，强化了传热和传质。这种操作方式已广泛地应用于加氢、氧化、氯化和聚合等反应过程。但这种操作方式所面临的最大困难之一是固体催化剂和液体的分离问题，特别是催化剂颗粒非常小时困难更为严重。实际上，对于大多催化反应过程，一方面催化剂颗粒需要循环使用，另一方面要使催化剂颗粒与反应液完全分离以确保后续操作步骤的安全和所获产品的质量。

传统的浆态床反应器多采用搅拌方式使催化剂悬浮，工业装置由于受到搅拌功率的限制，对于微细颗粒，因浆液的湍动程度不够高会使催化剂在反应器壁上黏附，影响了换热效果；此外，这类反应器内物料存在着较大返混，对要求原料多点进料的反应系统或要求很高转化率的一些场合，单个浆态床反应器难以满足要求。一般工业操作过程是将催化反应和催化剂分离单独设置，但这造成装置系统较为庞大。

在烯烃聚合领域，环管反应器已得到了广泛的应用。这类反应器具有单位体积传热面积大、物料流动和混合状况好、设备效率高等优点。专利US6239235、US4121029、EP0891990和WO2004024782对环管反应器在烯烃聚合中的应用进行了较为详细的描述。

尽管将细微的催化剂颗粒直接用于反应过程有许多优点，但将其从反应液中充分分离出来，一直是一项较为困难的工作。

US5534149提出了蒽醌法制造过氧化氢的加氢过程中，含贵金属钯的钯/炭催化剂与反应液的分离方法。该方法采用的是膜分离元件，膜的支撑体是由炭、陶瓷或金属材料制成，孔径为5-100μm；膜是由α-氧化铝、氧化锆、氧化硅的混合物制成，孔径为1-10μm；并用不含催化剂的工作液或溶剂对膜进行周期性反冲洗。该方法采用一端封闭的过滤方式，这种操作方式极易造成膜表面的浓差极化，而且膜污染也易发生。

EP0571762与US5534149的反应体系相同，采用的是陶瓷或聚烯烃微滤膜，并以错流的方式将钯/炭催化剂与反应液进行分离，膜材料是α-氧化铝，孔径为0.1-3μm，这种操作方式表现出过滤元件的过滤性能逐渐下降，这是因为金属烧结管和膜的污染不可避免，仅靠反冲是不够的，还需定期对过滤元件进行再生。

可以看出，上述的现有技术都是仅仅考虑了催化剂的过滤问题，没有将反应设备、过滤设备和移热设备作一体化考虑。

CN1394672A涉及一种非均相悬浮态纳米催化反应的催化剂膜分离方法，催化剂分离过程与催化反应过程组合在一起，用泵连续抽取反应釜内的物料送入平均孔径为2～200纳米的无机膜管中且不断循环于反应釜与无机膜管之间，利用无机膜的筛分原理，液相产品不断地透过膜管被分离，悬浮态催化剂截留在膜管内并随循环物料重新返回反应釜中循环使用。该方法中反应设备和分离没有耦合成一体化设备，流程较长。

CN2576324Y涉及一体式悬浮床无机膜反应器。该反应器是将若干个无机膜管和膜管支撑架组成的无机膜分离组件以一定的排列方式设置在反应釜内，膜管的一端通过封板封闭，另一端与滤液出口管相通。膜管选取陶瓷、金属材料或它们的复合材料膜。膜管在釜内依支架的结构有竖直固定，竖直旋转或水平旋转等多种排列方式。这种一体化方式在膜管和支架出现问题时，整个装置需要停下来进行维修，另外膜管破裂时难以及时发现。

发明内容

针对现有流程和装置存在的一些不足，本发明的目的是提供一种集催化反应、催化剂分离和物料换热为一体的，特别适合细颗粒催化剂的一体化反应分离设备。