[发明专利]一种绝热固定床反应器及反应方法

说明书

本发明公开了一种绝热固定床反应器及反应方法。反应器的催化剂床层设置为两部分，催化剂上部床层和催化剂下部床层，催化剂上部床层和催化剂下部床层之间设置层间空隙区；在所述层间空隙区的上部设有氢气分布管，所述氢气分布管包括一根主管和多根支管，支管垂直于主管设置，支管与主管相通；所述支管的向下或向斜下方向的管壁上均匀设置氢气出口，所述主管与反应器外配氢管线相连。本发明通过在反应器催化剂上下床层之间的层间空隙区加入氢气分布器补配氢气，氢气分布器的配氢点采用水平径向内平行排列分布，有效地将气液物料与氢气二次混合，提升反应器中下部催化剂加氢效率。

技术领域

本发明涉及反应器技术领域，具体是涉及一种采用双层催化剂和反应器中部二次配氢设计，节约氢总用量和提升选择性的固定床加氢反应器及应用。

背景技术

石脑油等液态烃原料经蒸汽裂解和分离后，碳三馏分中含有丙烯，丙烷，及少量的丙炔和丙二烯(简称MAPD)，MAPD的含量约为1％～5％(体积)。在丙烯聚合反应中，MAPD会降低聚丙烯催化剂的活性，影响聚合级丙烯产品的质量。为了将MAPD从碳三馏分中脱除，当前工业上采用催化选择加氢和溶剂吸收法脱除MAPD。由于催化加氢法工艺流程简单，没有环境污染，所以催化加氢法的应用日益普遍。

碳三馏分催化加氢技术主要采用固定床反应器，分为等温固定床反应器和绝热固定床反应器。等温固定床反应器具有良好的传热性能，单位床层具有较大的传热面积，管内温度较易控制，适用于碳三馏分气相加氢工艺，但由于设备投资大，气相物料需换热冷却进入下游，能耗较高，其局限性日益突出。绝热固定床反应器，反应器外壳包裹绝热保温层，使催化剂床层与外界没有热量交换。中空圆筒的底部放置搁板，上面堆放固体催化剂，气液相物料从上而下通过催化剂床层。其结构简单，床层横截面温度均匀，单位体积内催化剂装填量大，即生产能力大，比较适合于热效应不大的反应，非常适合碳三馏分液相加氢工艺。

传统的碳三馏分固定床液相加氢工艺中，原料与氢气混合后从反应器上部进入，从上而下通过催化剂床层，反应后的气相中含有大量氢气和少量烃类，液相产物主要以烃类为主，气相和液相产物一起由反应器底部的出料口采出，在经过换热器和/或冷却器降低温度后，经过压力平衡罐稳压后进入到下游丙烯精馏塔。

戴伟、张立岩等的专利CN101139242公布了一种碳三馏分液相选择加氢方法，取消了反应器出口的冷却器，并将压力平衡罐改为气液分离罐，并在气液分离罐上部设有冷凝器，将少量的气相碳三馏分冷凝为液相。与传统的碳三加氢技术相比，该方法减少了设备投资，降低了丙烯精馏塔的分离负荷，甚至可以省去巴氏精馏段，但受管道传输的影响，气液分离罐的温度受物料流量影响较大，冷凝器控制难度较大，很容易造成整个碳三加氢系统的压力波动，影响催化加氢反应。

在固定床加氢反应器内，形成了气-液-固三相共存的反应体系，反应效率高低取决于气-液-固三相的相间传质速度。由于气相需要溶解到液相中，才能与固相(催化剂)发生吸附反应，所以气相分布方式对反应器的传质效率和氢气使用效率有重要影响。

甘永胜和李斌等的专利CN101279229公布了一种反应器的气液分布器，气相从气液分布器的液相通道管顶部小孔横向进入反应器，液相从气液分布器的液体通道管小孔流出，形成不同直径的环形分布，改善反应器内部气液分布。

叶汀的专利CN20286053公布了一种液体分布器，在分布器底部设置滴液头，提高了液滴分布的均匀程度以及液相与气相的反应质量。

采用气液分布器能够提高气液两相在反应器内催化剂床层上部初始分布均匀程度，但随着装置规模的扩大，反应器直径和高度不断加大，气液难以在催化剂床层中部到下部也形成均匀分布，靠近中心区域物料气化率高，催化剂颗粒表面以气-固反应为主，吸脱附速率远快于周边区域，碳三反应中丙烯加氢速率大大高于MAPD，相比而言，中心区域的选择性要低于周边。考虑到碳三液相加氢为精制反应，MAPD需脱除至ppm级，为了保证周边区域MAPD加氢合格，会大大损失中心区域的丙烯选择性，因此在工业实际运行中，所得到的丙烯选择性都远低于催化剂设计的预期。