[发明专利]一种加氢反应器及其制备乙烯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种加氢反应器及其制备乙烯的方法，属于乙炔加氢制乙烯技术领域。

背景技术

在煤化工技术中，以煤为原料通过电石工艺制取乙炔，已广泛应用；再以乙炔为原料，在选择性加氢催化剂作用下，通过加氢制备乙烯产品。但由于乙炔加氢为强放热反应，传统固定床装置及催化剂移热困难，造成飞温现象，无法控制乙炔加氢反应深度造成乙炔的深度加氢生成乙烷，且大量的反应热会使催化剂积碳失活；此外，乙炔聚合生成的绿油覆盖在催化剂表面导致催化剂迅速失活。

为了克服飞温问题，现有研究提出在反应器中加入液相溶剂转移热量。现有技术公开了向反应器中加入水作为液相溶剂；或向在反应器中加入对乙炔具有高选择溶解性，对乙烯具有低选择溶解性的液相溶剂。但以水为液相溶剂，不利于乙炔的溶解及催化剂的均匀分布，水饱和蒸汽压较低，易发生相变造成乙烯中水含量较高；而且在催化剂表面生成的绿油不溶于水中。而采用选择溶解乙炔溶剂，液相中溶解更多乙炔，促使催化剂活性中心吸附更多乙炔，当反应温度过高或氢气不足时，活性中心吸附的乙炔易生成大量绿油造成催化剂失活，乙烯收率下降。而且，由于固体催化剂分散在液相中，在气体扰动及流动状态下容易破碎，磨损被液相产物携带造成催化剂的损失；当催化剂再生时，又因为催化剂粒度小而存在难过滤、难回收和易堵塞设备等问题。

发明内容

本发明目的是提供一种加氢反应器，其可有效减少反应过程中催化剂的破碎和损耗程度，具有占地面积小，处理量大的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于乙炔加氢制乙烯的反应器，其前视图如图1所示，包括上、下段两种直径的主体，位于下段主体的产物出口，以及位于下段主体内的催化剂床层；

其中，所述催化剂床层为格栅结构，其中心处设一贯穿主体的传动轴，传动轴底部连有转动电机；所述传动轴与催化剂床层连接，可带动催化剂床层旋转；

其中，所述传动轴中心处设一反应物进料管，其底端位于催化剂床层间，且位于催化剂床层间的反应物进料管部分的表面设有多个雾化喷嘴。

本发明所述的乙炔加氢反应器通过转动电机带动传动轴及催化剂床层旋转，使雾化后的溶液迅速润湿催化剂表面，并且在快速旋转状态下形成液膜，当反应原料在催化剂和液膜提供的反应场所上发生加氢反应时，产物能够迅速的脱附反应场所，从而有效避免乙炔深度加氢和乙烯再次加氢副反应的发生。此外，由于格栅的设计可将催化剂固定于催化剂床层中，有效减少催化剂的破碎和损耗。同时反应物经过雾化喷嘴以液膜形式附着于催化剂表面进行反应，进一步减少副反应的发生，并最大限度的以汽化潜热方式带走反应释放的大量热量，避免了飞温现象，提高催化剂利用率及乙烯产率。

在本发明所述反应器中，所述催化剂床层内装有固体催化剂，并通过格栅对其进行固定。

在本发明所述反应器中，所述格栅间距为3-100mm；优选5-10mm。

在本发明所述反应器中，所述雾化喷嘴的开孔位置距催化剂床层上方10-100mm，优选10-15mm，距催化剂床层下方3-100mm，优选5-10mm。

在本发明所述反应器中，所述雾化喷嘴的布设长度与催化剂床层高度比为0.5-1:1，优选0.8：1。

在本发明所述反应器中，所述雾化喷嘴的孔径为0.1～1mm，优选0.2-0.8mm；孔间距为1～5mm。

在本发明所述反应器中，所述产物出口位于催化剂床层的上端，且与催化剂床层最顶层平齐。

本发明还提供一种利用上述反应器制备乙烯的方法，包括如下步骤：

(1)将由乙炔、氢气、溶剂混合得到的反应物输入反应物进料口；

(2)反应物经雾化喷嘴以液膜形式覆于固定在床层格栅中，且保持旋转状态的催化剂表面进行反应；

(3)反应结束后，所得气液混合物由产物出口流出。

其中，步骤(1)中，所述溶剂、乙炔、氢气的体积比为1:4～200:8～900；由于雾化喷嘴孔径较小，并且催化剂床层处于旋转状态，反应物在上述比例范围内混合能够在催化剂表面迅速地形成液膜，从而实现本发明所述的技术效果。本发明中，进料方式可以采用氢气、乙炔和液体分别进料混合形成反应物，或者先将乙炔气体溶解在溶液中再与氢气混合形成反应物。

其中，步骤(1)中，所述溶剂为对乙炔溶解度高，对乙烯溶解度低的有机溶剂；优选N-甲基吡咯烷酮(NMP)。