[实用新型]一种高效加氢反应装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种高效加氢反应装置。 

背景技术

氢化反应是TDI生产硝化、氢化、光化三大核心反应过程中的重要一步，是TDI生产的关键技术之一，加氢反应器是氢化反应的核心生产设备，其技术先进性直接影响到TDI生产成本的高低和整条生产线的工艺稳定性。 

二硝基甲苯加氢生成甲苯二胺的氢化反应方程式如下： 

氢化反应为放热量很大的反应，必须及时把反应热传出，因此反应器内有很大传热面的冷却器。此反应为气液固三相反应，必须有强烈搅拌，使氢气很好分散在液相内，促使反应快速进行。目前国际大型DNT加氢反应器形式主要有两类，一类为喷射循环吸氢反应器，一类为釜式搅拌反应器。由于DNT加氢反应具有氢气消耗量大、放热量大等特点，而喷射循环吸氢反应器吸氢效率低、功耗大，因此加氢反应器还以釜式搅拌反应器为主流。DNT氢化反应用釜式搅拌反应器在使用过程中均存在设备费用昂贵、设备尺寸大、搅拌功率高、机械故障多、时空收率低、出口可还原物高等问题，使单位产品能耗增大，产品质量降低。釜式搅拌反应器历经近百年的发展，反应釜形式多，结构各异，主要有以下类型：从换热件形式来分可分为板式和蛇管类；从传动形式方面可分为机械传动和磁力传动；从搅拌器形式来分可分为标准涡轮搅拌和变异涡轮搅拌； 从反应器组合形式上来看又可分为单釜式和双釜串联式等等。另外，由于设计人设计思路、理念、功用上的差异，在加氢反应釜上还选择性装配了辅助吸氢装置、导流装置、搅拌稳定装置(底部轴承/稳流环等)。 

传统工业上二硝基甲苯加氢生成甲苯二胺是在一个连续的三相淤浆搅拌釜式反应器中完成的。将二硝基甲苯与甲醇等溶剂一道以5-15克·摩尔/米³的浓度加进搅拌的反应器，将精细分散的粉状催化剂尤其是镍和钯基的催化剂悬浮作主催化剂使用在液相搅拌釜式反应器中并对二硝基甲苯的加氢。在搅拌的反应器中使用精细分散的粉状催化剂之外另选方案是在固定床反应器中使用粒状催化剂。虽然这种反应器技术能消除大部分的废料处理问题，但许多工程建造的问题一般不容许固定床反应器技术用于硝基芳烃化合物的加氢中，尤其是二硝基甲苯的加氢。在二硝基甲苯反应过程中控制整个温度的上升和温度梯度是问题之一。硝基芳烃化合物在加氢期间每摩尔硝基团释放500kJ以上的热。第二问题是在固定床填充反应器中由于硝基芳烃的加氢需要高流速而有显著的压力降。第三个问题是液-汽分配问题常导致低转化率和局部的浓度梯度。这些问题累积于生产过程中并对二硝基甲苯加氢存在相当多的安全问题。 

中国发明专利《用于生产苯胺和甲苯二胺的系统和方法》(申请号200880021226.2)使用外部高剪切机械装置以在混合装置中在受控环境中提供化学成分的快速接触和混合。该高剪切装置降低了对反应的传质限制，因此增加了总反应速率。涉及液体、气体和固体的化学反应依靠涉及时间、温度和压力的动力学定律以决定反应速度。如果期望将不同相固体、液体和气体的多种原材料反应，控制反应速度的限制因素之一涉及反应物的接触时间。在非均相催化反应的情况下，存在另外的速率限制因素：将反应产物从催化剂表面移除以使催化剂能够催化另外的反应物。反应物和/或催化剂的接触时间通常通过 混合得以控制，所述混合操作提供在化学反应中所牵涉的多种反应物的接触。包括所述的外部高剪切装置或混合器的反应器组件使得有可能降低传质限制，从而使得反应更密切地接近动力学极限。当反应速率被加速时，停留时间可被减少，从而增加可获得的处理量。产品收率因高剪切系统和方法而被增加。或者，如果现有方法的产品收率是可接受的话，那么通过并入合适的高剪切来减少所需的停留时间可允许使用比传统方法更低的温度和/或压力。高剪切混合器被配置用于经由管道接收进口物流，该进口物流包含液体硝基苯或二硝基甲苯以及分子氢。该系统的一些实施方案可以具有以串联流或并联流布置的两个或更多个高剪切混合装置。其利用了一个或多个发生器，所述发生器包括转子/定子组合每个组合在定子和转子之间具有固定的缝隙，使得其能够在流过混合器的反应物混合物中产生亚微米和微米级的气泡。所述高剪切混合器包括壳体或外壳，以便可以控制反应混合物的压力和温度。