[发明专利]一种流体强化混合连续化加氢反应装置及工艺方法

说明书

本发明涉及催化加氢技术领域，具体地说是一种流体强化混合连续化加氢反应装置及工艺方法，包括原料罐、气瓶、微混合器、微填充床、延时管道和气液分离罐，微混合器设有两个入料口，且原料罐和气瓶分别与所述微混合器的不同入料口相连，微混合器、微填充床、延时管道、气液分离罐依次串联；微混合器包括壳体、分流板和汇流板，且分流板和汇流板交错叠合，汇流板输入侧设有汇流入孔、输出侧设有汇流出孔，分流板输入侧设有凸出部，且所述凸出部插入相邻汇流板的汇流出孔中，在分流板上，在凸出部周围沿着圆周方向均布有多个分流孔，微填充床内填充有瓷球和催化剂。本发明能有效解决反应热移除问题，可以大幅度缩短反应时间，提高反应质量和效率。

技术领域

本发明涉及催化加氢技术领域，具体地说是一种流体强化混合连续化加氢反应装置及工艺方法。

背景技术

目前人们研究和提出的流体强化混合微结构化工设备一般是以微孔或者膜分散为基础的，采用并联的方式对设备进行放大设计，如公开号为CN1822894A的中国专利中公开了一种具有外壳和一个由许多混合板构成的叠摞的微混合器。由于现有的微反应设备的微孔结构在各个方向上的尺寸都在亚毫米至微米量级，被处理体系中的流体粘度高或者存在浆料及固体时，压降非常大，很容易造成其部分或全部阻塞。

催化加氢反应如芳烃、硝基芳烃、烯烃、炔烃、醛等的液相催化加氢，其共同特点是反应速率受气液传质的控制，而且催化加氢反应一般是放热反应，因此反应器要保证具有优良的传质和传热特性，为了提高生产效率，连续化加氢装置及工艺是加氢工艺的趋势。传统的串联釜式连续反应器具有设备投资小，操作弹性大，操作简单，维修便捷等优点，但其在生产周期、生产能力、传热和传质性能还需继续提高，在传统固定床反应器中，其径向传热差，液体流速低，气液混合不充分，易产生沟流以及催化剂润湿不完全等问题，而环流反应器的反应条件温和，反应速率快，但环流反应器能耗大、采用的金属催化剂对循环泵有一定的损害，所以泵的选择要求十分严苛。

微通道反应器具有热质传递速率快、体积小、集成度高等特点，可实现反应过程强化、微型化和集成化等优点，利用这些优点将微反应器应用于气—液—固三相催化反应过程，通过强化气液传质可以提高反应速率。现有的微反应技术方案用于连续加氢反应装置时，往往通过微混合器强化气液混合，进而再与催化剂床层接触，目前人们研究和提出的微结构化工设备一般是以微孔或者膜分散为基础的，采用并联的方式对设备进行放大设计，如Radwan Abdallah等人(Catalysis Today,2007,125(1–2):34-39)利用配备有5μm穿孔薄膜的连续式微结构反应器来研究在高氢压(45bar)条件下，催化剂为Pt/γ-Al₂O₃的乙基丙酮酸不对称加氢反应，当使用8个手性调变器时，反应选择性达到63％。清华大学张吉松等人(AIChE Journal,2012,58:1326-1335)采用将5μm孔径的微滤膜作为气液分散体系，通过微填充床反应器的装置，催化剂为Pd/Al₂O₃，来强化乙基蒽醌的催化加氢过程，乙基蒽醌的转化率在3.5秒内高达35％，微分散反应体系中的总体积传质系数达到1-21s^-1的范围，比传统的滴流床反应器的值大两个数量级，并首次提出Sh＝2.0+54.7Sc^1/3We^1/2φ^1/10形式的数学模型，可以很好地预测总传质系数。

但现有微反应技术方案都存在如下问题：1、微混合单元之间为并联连接，气液只能在一个混合区中进行一次混合，当一次混合不均匀时，无法对一次混合后的产品进行二次混合，混合效果不够理想，在连续化加氢的应用难以实现高效混合；2、流体强化混合设备往往采用多个混合板之间通过外壳固定连接，一个外壳内只能放置固定数量的混合板，使用灵活性较差，适应范围比较窄。

发明内容

本发明的目的在于提供一种流体强化混合连续化加氢反应装置及工艺方法，能有效解决反应热移除问题，可以大幅度缩短反应时间，提高反应的选择性、转化率和原料利用率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：