[发明专利]用于放热反应的反应器及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种反应器及其应用，更具体地说，本发明涉及一种用于放热反应的反应器及其应用。

背景技术

在工业生产装置中，放热反应的放热量较大时采用列管式反应器，管程中装填催化剂，壳程中流动用于移热的移热介质，例如水。

固定床反应器分为绝热式固定床反应器、换热式固定床反应器和自热式固定床反应器。绝热式固定床反应器适用于反应放热或吸热对物料温升不大的反应，反应器加工简单，成本低。换热式固定床反应器用于反应放热或吸热较大的情况，需要通过移热介质进行加热或移出热量，例如顺酐反应。自热式固定床反应器是利用反应热加热物料自身温度，在反应器内反应产物与反应物通过换热管进行换热，省略了移热介质，不需要一些移热介质流动用的辅助设备，这种反应器适合反应热基本可以将反应物加热至反应温度的情况。

一些反应过程就需要采用换热式列管反应器，但列管式反应器加工难度较大，并且需要的材料较多，成本较高，并且催化剂装填时要求严格，要求每根管子的差压基本相同，以保证物料在每根管子中的流量和空速相同，获得较好的反应效果，催化剂的使用寿命也最佳。但实际上，对于大多数反应而言，随着反应的进行，反应物在物料中的浓度逐渐降低，从动力学角度看反应速度逐渐减慢，因而反应放出的热量也大幅减少，不需要继续移出反应热。例如丙酮加氢制异丙醇、丙酮氨化制异丙胺和苯加氢制环己烷等反应都采用换热式列管式反应器，在每根列管的前部中反应进行的程度很大，放出大量热，而在每根列管的后部，反应程度较低，放热量很低，需要移出的热量也很少。也就是说，在列管中反应程度沿轴向的分布是不均匀的，反应热沿轴向的分布也是不均匀的，在轴向上移出热量的需求也是不同的。

另外，在列管式反应器中，壳程体积都比管程体积大出很多，因此对于装填相同体积的催化剂，列管式反应器的体积远大于绝热式反应器。每根管子的自身体积和壳程体积是不能装填催化剂的，对于相同长度和反应器外径来说，列管式反应器的催化剂装填体积一般是绝热式固定床反应器的催化剂装填体积的30％左右。

发明内容

为了解决现有列管式反应器体积大以及列管式反应器中反应程度分布不均和移热需求不同的问题，发明人经过试验和计算，提出了一种新型反应器。反应器中组合了列管式固定床段和绝热式固定床段。

具体技术方案如下：

本发明提供了一种用于放热反应的反应器，所述反应器包含换热式列管固定床段和绝热式固定床段，所述绝热式固定床段位于所述换热式列管固定床段下游。

为了便于加工和实际应用，优选地，所述绝热式固定床段和所述换热式列管固定床段直接相连。

优选地，所述反应器还包含位于两端的封头，所述封头上分别设置进料口或出料口。

优选地，所述换热式列管固定床段的壳程两端设置流动性移热介质的进出口。

根据不同反应的反应速率和反应物对反应速率的影响程度以及反应热引起床层温升程度，可以根据动力学计算出较佳的换热式列管固定床段的体积和绝热式固定床段的体积。优选地，所述绝热式固定床段和换热式列管固定床段的催化剂装填体积比为1∶1～5。

本发明的再一个目的是提供了本发明的反应器的应用。例如，本发明的反应器应用于丙酮或异丙醇氨化制异丙胺中，在所述反应器的绝热式固定床段和换热式列管固定床段中装填催化剂，两段催化剂的装填体积比为1∶2～4。在换热式列管固定床段中反应温度控制在110～150℃，反应压力控制在0.6～1.3MPa，丙酮的液相体积空速为0.2～0.8h^-1，反应器入口处丙酮、氢气与氨的摩尔比为1∶2～4∶2～6。在绝热式固定床段中，反应条件不特意控制。在本发明中，不特别指出时，空速是指物料相对于反应器中催化剂总体积的空速。

本发明的反应器应用于丙酮加氢制异丙醇中，在所述反应器的绝热式固定床段和换热式列管固定床段中装填催化剂，两段催化剂的装填体积比为1∶2～4。在换热式列管固定床段中反应温度控制在110～150℃，反应压力控制在0.6～1.5MPa，丙酮的液相体积空速为0.2～0.8h^-1，反应器入口处丙酮与氢气的摩尔比为1∶2～6。在绝热式固定床段中，反应条件不特意控制。