一种浆态床反应装置及其应用的制作方法
一种浆态床反应装置及其应用的制作方法
【专利摘要】一种浆态床反应装置及其应用，所述浆态床反应装置包括反应筒（1）、分离器（2）和过滤器（3），所述的反应筒（1）顶部开口伸入分离器（2）内部，反应筒（1）的外壁与分离器（2）底部相连，所述的分离器（2）经液相出口（14）与过滤器（3）连通，所述的过滤器（3）经浆液出口（22）与反应筒（1）的底部连通；所述的分离器（2）上部设有气体出口（13），所述的反应筒（1）的下部设有气体入口（12）、液相入口（11）和卸料口（15）。本发明提供的浆态床反应装置集反应、气液分离、液固分离、换热和洗涤为一体，结构简单实用、操作方便、占地面积少、易于大型化，可适用于多种气液固三相反应体系和较宽的催化剂颗粒粒径范围，实现连续平稳操作。
【专利说明】一种浆态床反应装置及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种浆态床反应装置，用于液固或气液固反应领域。
【背景技术】
[0002] 浆态床反应器是一种常用的气液固三相接触的反应设备。液体为连续相，气体和 固体为分散相。气体作为混合及提升的动力，将催化剂悬浮在液相中进行反应。由于没有 机械搅拌，因而可以在高压下无泄漏运行。浆态床反应器通常都采用细颗粒催化剂，其粒度 一般在10-150微米之间，可有效消除内扩散对反应的影响，具有很高的催化效率，同时浆 态床反应器容易实现等温操作、避免出现床层热点，利于提高反应选择性等特点。
[0003] 尽管浆态床反应器具有很多优点，但在石油化工过程中的应用并不广泛，制约其 应用的最主要的原因是采用细颗粒催化剂所带来的反应产物与催化剂颗粒的分离问题、浆 液输送问题、产物中夹带微细固体颗粒以及为解决这些问题而带来的一系列工程问题。为 此国内外学者提出了许多改进方案。
[0004]GB2403728A公开了一种采用器外过滤的方法分离产品和催化剂，但该工艺路线较 长。而且，从浆态床反应器抽出悬浮液的输送及返回浆态床反应器的输送，以及被过滤下来 的催化剂浆液输送的动力都是由泵来提供的，不仅能耗较高，过程中极易造成催化剂颗粒 的破损，增加了液固分离的难度，对反应器长周期的运行造成不便。
[0005]CN102049222A提出了一种在上升管内部设置过滤组件的浆态床反应器，但该过滤 器的拆卸困难，同时也增加了反应器内部结构的复杂程度，过滤器的检修更换对浆态床的 操作影响很大，难以大型化。另外，未考虑浆液脱气，浆液中含气泡，增加了浆液循环管道气 阻，同时气体侵占过滤介质表面，过滤效率低。
[0006]CN1233451C公开了一种含有气体分布部件、换热部件、液固分离部件和除沫部件 的浆态床反应器，但反应器结构复杂，操作繁复，多种内构件不仅占用了反应器内的反应空 间，使得反应器高度较高，而且还影响浆态床内流体流型的控制。
[0007]CN101314120A公开了一种包括上升管和下降管的浆态床环流反应器。其中，上升 管由反应区和管径扩大的沉降区组成。沉降区与反应区之间开有小孔连通。虽然该反应器 采用气体代替机泵提供输送动力、外设过滤器、设有脱气区，但是由于浆态床通常采用微米 级细颗粒催化剂，所以沉降区的直径需要很大。因此，该反应器只适用于催化剂颗粒较大的 情况。而且，沉降区内催化剂颗粒浓度较高，会导致过度反应的发生，进一步造成结焦、催化 剂失活等不良后果。
[0008] 由以上分析可知，浆态床反应器的液相输送、液固分离、气液分离、反应取热是几 个必须解决的关键问题。
【发明内容】
[0009] 本发明解决的技术问题是提供一种结构简单实用、操作方便、占地面积少、易于大 型化的浆态床反应装置和一种可实现连续平稳操作的浆态床气液固三相连续反应、分离的 方法。
[0010] 本发明提供的浆态床反应装置，包括反应筒1、分离器2和过滤器3,所述的反应筒 1的顶部开口伸入分离器2内部，反应筒1的外壁与分离器2底部相连，所述的分离器2经 液相出口 14与过滤器3连通，所述的过滤器3经浆液出口 22与反应筒1的底部连通；所述 的分离器2上部设有气体出口 13,所述的反应筒1下部设有气体入口 12、液相入口 11和卸 料口 15。
[0011] 本发明提供的浆态床反应装置的应用方法，原料由液相入口 11和/或气体入口 12 进入反应筒1底部，和反应筒1中的浆液混合，与催化剂接触并发生反应，同时向上流动；在 气体推动下，反应物流从反应筒1顶部开口流入分离器2中，进行气液分离后，浆液从液相 出口 14进入过滤器3,气体从分离器2顶部的气体出口 13排出装置；浆液在过滤器3中过 滤后，清液作为产品由清液出口 19引出反应装置；由浆液出口 22流出的浆液返回反应筒1 中继续参与反应。
[0012] 本发明提供的浆态床反应装置及其应用方法的有益效果为：
[0013] 本发明提供的浆态床反应装置在反应筒上部设置分离器，反应物流在分离器内流 速降低，气体和浆液充分分离，可避免输送管线内的气阻，也避免了气体进入过滤器侵占过 滤滤芯表面，保证了过滤器高效稳定运行。分离器底部含固体催化剂颗粒的浆液经液相出 口流入过滤器，再经过滤器的浆液出口循环回反应筒底部，浆液依靠位差流动，节省了循环 能耗。本发明的浆态床反应装置集成度高、结构简单、占地面积少、通用性强且易于工业化 放大。本发明提供的浆态床反应装置的应用方法适用于多种反应体系，操作稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 附图1为本发明提供的浆态床反应装置的结构示意图；
[0015] 附图2为实施例中采用的浆态床反应装置的结构示意图。
[0016]其中：
[0017] 1-反应筒，2-分离器，3-过滤器，4-换热器，5-洗涤段，6-压缩机，7、8_管线， 11-液相入口，12-气体入口，13-气体出口，14-液相出口，15-卸料口，16-催化剂加料口， 17-反冲液注入口，18-洗涤液入口，19-清液出口，20-液位控制器，21-压差控制器，22-浆 液出口。
【具体实施方式】
[0018] 以下详细说明本发明的【具体实施方式】，其中，说明书中提到的容器的"上部"是指 由上至下容器的0-30%的位置，容器的"下部"是指由上至下容器的50%-100%的位置，容器 的"底部"是指由上至下容器的90%-100%的位置。
[0019] 本发明提供的浆态床反应装置，包括反应筒1、分离器2和过滤器3,所述的反应筒 1的顶部开口伸入分离器2内部，反应筒1的外壁与分离器2底部相连，所述的分离器2经 液相出口 14与过滤器3连通，所述的过滤器3经浆液出口 22与反应筒1的底部连通；所述 的分离器2上部设有气体出口 13,所述的反应筒1的下部设有气体入口 12、液相入口 11和 卸料口 15。
[0020] 本发明提供的浆态床反应装置中，所述的反应筒1与分离器2的内径比为 1:1. 1 ?10。
[0021] 本发明提供的浆态床反应装置中，所述的反应筒1顶部开口伸入分离器2中的高 度为分离器2总高度的10%?90%。
[0022] 本发明提供的浆态床反应装置中，优选在所述的反应筒1中设置换热器4。由换热 介质与反应筒内物流交换热量，根据反应热的大小，可用于取出反应热，控制反应温度，以 保证反应效率。可在液相进口之下或者之上设置，也可根据需要设置单层或多层换热器。
[0023] 本发明提供的浆态床反应装置中，所述的反应筒1上还设有催化剂加料口 16。所 述的催化剂加料口 16设置在反应筒的侧壁，可以是一个或多个对称分布于侧壁圆周上。
[0024] 本发明提供的浆态床反应装置中，所述的反应筒下部设有气体入口 12、液相入口 11和卸料口 15。其中，所述的液相入口 11和气体入口优选位于反应筒下部侧壁，可以是一 个或多个对称分布于侧壁圆周上，液相入口 11可以位于气体入口 12的上方或下方。所述 的卸料口 15优选位于反应筒的底部或底面。
[0025] 本发明提供的浆态床反应装置中，所述液相出口 14优选位于分离器2的底部，更 优选位于分离器2的最底部。
[0026]本发明提供的浆态床反应装置中，优选在所述的分离器2内设置换热器4。
[0027] 本发明提供的浆态床反应装置中，所述的气体出口 13之前设有洗涤段5。洗涤段 5可以设置在所述的分离器的内部或者外部，用清净的液体脱除气体中夹带的固体催化剂 颗粒。所述的清净液体指反应原料或反应产物或其他不含固体颗粒的液相介质。
[0028] 本发明提供的浆态床反应装置中，所述的分离器2设有液位控制器20,通过调节 清液出口 19的滤出量，控制分离器2内液位平衡。
[0029] 本发明提供的浆态床反应装置中，所述的过滤器优选采用多路组成，每路过滤器 设有独立的压差检测和自动切换阀，利用过滤器压差实现多路过滤器之间的轮流在线自动 反冲洗。设置多路过滤器使得操作方便，安装检修容易，使浆态床反应装置长期稳定运行。 过滤器中的过滤介质可以是由任何已知的过滤材料如陶瓷、多孔金属如烧结的不锈钢或其 他来制成的。过滤介质孔径应满足不允许催化剂颗粒通过，包括颗粒磨损后。因此，其大小 取决于颗粒平均粒度及粒度分布。过滤介质孔径范围为〇. 1?1〇〇微米，优选〇. 1?50微 米，更优选0.1?20微米。过滤器所用反冲液可以是液体或气体，优选液体。液体可以是 新鲜原料液或滤后反应清液，优选滤后反应清液。
[0030] 本发明提供的浆态床反应装置中，所述的气体入口处优选设置气体分布器，所述 的液相入口处优选设置液体分布器，均勻分布进入楽态床反应器气体和液体原料。
[0031] 本发明提供的上述浆态床反应装置的应用方法，原料由液相物料入口 11和气体 入口 12进入浆态床反应装置，和反应筒1中的浆液混合，与催化剂接触并发生反应，同时向 上流动；在气体推动下，反应浆液从反应筒1顶部开口流入分离器2中，进行气液分离后，液 相从液相出口 14进入过滤器3,气体从分离器2顶部的气体出口 13排出装置；液相在过滤 器3中过滤后，清液作为产品由清液出口 19引出反应装置；由浆液出口 22流出的反应浆液 返回反应筒1中继续参与反应。
[0032]本发明提供的方法中，优选在所述的反应筒1中设置换热器4,由换热介质与反应 筒内物流进行换热，例如，根据需要由换热器4换热取出反应过程中的多余热量。
[0033] 本发明提供的方法中，气体在反应筒1内的表观气速为0. 01?1.Om/s、优选 0? 1 ?0? 3m/s。
[0034] 本发明提供的方法中，所述的反应筒内采用的固体催化剂颗粒直径为0. 1?5000 微米、优选〇. 1?100微米。
[0035] 本发明提供的浆态床反应装置和应用方法优选方式的有益效果为：
[0036] 优选的实施方式中在气相出口之前设置气体洗涤段，可有效防止固体催化剂颗粒 被外排的气体带出。优选在反应筒内设置取热换热器，根据反应热的大小，可用于取出反应 热，控制反应温度，以保证反应效率。优选的实施方式中液相出口位于分离器最底部，使含 固体催化剂颗粒的浆液全部流入过滤器，在反应器内部不发生沉降，避免局部催化剂颗粒 浓度过高导致过度反应的情况。
[0037] 下面参照【专利附图】
【附图说明】本发明提供的浆态床反应装置及其应用方法，但本发明并不因 此而受到任何限制。
[0038] 如附图1所示，本发明提供的浆态床反应装置，包括反应筒1、反应筒1上部的分离 器2和过滤器3,所述的反应筒1与分离器2的内径比为1:1. 1?10。所述的反应筒1的 顶部开口伸入分离器2内部，反应筒1顶部开口伸入分离器2的高度占分离器2总高度的 1/10?9/10。反应筒1的外壁与分离器2底部相连，所述的分离器2经液相出口 14与过 滤器3连通，所述的过滤器3经浆液出口 22与反应筒1的底部连通；所述的分离器2上部 设有气体出口 13,所述的反应筒1的下部设有气体入口 12、液相物料入口 11和卸料口 15。 反应筒底部设置换热器4。
[0039] 应用本发明提供的浆态床反应装置的方法，液体原料通过液体入口 11、气体原料 经气体入口 12并通过气体分布器进入反应筒1中，其中液体原料可根据需要从气体入口 12 上部的液体入口进入，也可从气体入口 12的下部的液体入口进入反应筒1。在反应筒1内 气液与固体催化剂颗粒接触并发生反应，反应物流向上流动，经过反应筒1顶部开口进入 分离器2中，在分离器2中物流流速降低，气液充分分离，气体经过洗涤段5洗涤脱除携带 的固体催化剂颗粒后，从分离器2顶部的气相出口 13排出，含固体催化剂颗粒的浆液由浆 液出口 14、经管线7靠位差自流至过滤器3中，经滤芯过滤的反应清液从清液出口 19排出， 富含固体催化剂颗粒的浆液依靠位差经管线8由底部流回反应筒1循环利用，通过调节过 滤清液的出料量控制分离器2的液位，当过滤器两侧压力过大时可从反冲液注入口 17注入 反冲液对过滤器3进行在线反冲洗，反冲液可以使用原料液体，也可以使用滤后的清液。
[0040] 反应筒1底部设有换热器4,将循环水等冷介质通入换热器，取走反应热调节反应 温度。新鲜催化剂通过催化剂加料口 16加入反应筒1内，废催化剂通过反应筒底部的卸料 口 15排出反应筒1，催化剂加入或取出可间歇操作，也可以在线连续进行。
[0041] 以下通过实施例进一步说明本发明，但本发明并不因此而受到任何限制。
[0042] 实施例1
[0043] 实施例1说明利用本发明提供的浆态床反应装置进行费托合成的效果。
[0044] 实验装置如附图2所示。其中，反应筒尺寸为〇150X15000mm，分离器尺 寸为〇400X1600mm，反应筒伸入分离器的高度为1000mm。分离器上部设有洗涤段 0150X500mm，内装高300mm的BX500填料，使用两组过滤器，内装金属滤芯，设定每个过滤 器压差达到0. 〇6MPa时进行自动反冲，反冲液为过滤后反应清液。
[0045] 反应所采用的催化剂的制备方法：将含有Co(N03) 3和Mg(N03) 2的溶液浸渍Si02微 球载体，静置24小时，然后120°C干燥，并于400°C焙烧6小时得到粒径范围为1?lOOiim的催化剂。其中，催化剂的组成为，以催化剂总重量为基准，以氧化物计，含有20. 3重量％ 的C〇03, 76. 1重量％的Si02和3. 6重量％的MgO。
[0046] 合成气原料(含有氢气和一氧化碳)从气体入口 12进入反应筒底部，通过底部换热 器4调节反应温度。反应温度为220°C，操作压力为3.0MPa。原料在催化剂存在下发生F-T 合成反应，生成一系列的烃类化合物。反应产物在分离器中进行气液分离。气体在反应筒 内表观速度为〇.3m/s。在洗涤段经过滤后的烃类产物洗涤后的气体由气体出口 13排出装 置，并经压缩循环回气体入口 12。含催化剂颗粒的烃类液体进入过滤器，将催化剂与反应产 物分离。经过滤后，富含催化剂颗粒的浆液由底部返回反应筒中，过滤后的反应清液在分离 器液位控制下经清液出口 19排出进入后续分馏系统。操作中，根据反应活性，每次间歇取 出适量催化剂，并补充等量的新鲜催化剂，维持稳定运行700小时后的反应条件及结果见 表1。
[0047] 实施例2
[0048] 实施例2说明利用本发明提供的浆态床反应装置合成过氧化氢的效果。
[0049] 如附图2所示采用与实施例1相同的实验装置，氢气与工作液分别从液相入口 12 和气体入口 11进入反应器，通过底部换热器4调节反应温度。反应温度为60°C，所用催化剂 为含钯的细粉催化剂，其平均直径为80微米。在催化剂作用下，工作液中的乙基蒽醌被加 氢生成含乙基蒽氢醌的氢化液。气体在反应筒内表观速度为〇.15m/s。反应产物在分离器 内进行气液分离，气体经过滤后的氢化液洗涤后经气体出口 13排出装置，并经压缩循环回 氢气入口，含有催化剂的氢化液进入过滤器，过滤器中的滤芯将催化剂颗粒与氢化液分离， 富含催化剂颗粒的浆液返回反应筒1的底部，过滤后的氢化液在分离器液位控制下经清液 出口 19排出装置，进入后续的氧化萃取系统。稳定运行1500小时后的反应条件及结果见 表2。
[0050] 所采用催化剂制备方法为：将拟薄水铝石、硅溶胶、硼酸粉末以及去离子水混合得 到浆液，然后干燥、焙烧后制得催化剂载体。将催化剂载体分散到含有氯化钯、去离子水的 溶液中，浸渍、干燥、焙烧，得到氧化态催化剂。在150°C条件下用纯氢将此氧化态催化剂还 原，即制得所需催化剂。
[0051] 所述工作液为乙基蒽醌、四氢乙基蒽醌、磷酸三辛酯和重芳烃的混合物。总蒽醌的 浓度为130?140g/l，重芳烃和磷酸三辛酯的体积比为75:25。其中，总蒽醌指乙基蒽醌和 四氢乙基蒽醌的总和。
[0052] 所述氢化液为乙基蒽醌、四氢乙基蒽醌、乙基蒽氢醌、四氢乙基蒽氢醌、磷酸三辛 酯和重芳烃的混合物。总蒽醌的浓度为130?140g/l，重芳烃和磷酸三辛酯的体积比为 75:25。其中，总蒽醌指乙基蒽醌、四氢乙基蒽醌、乙基蒽氢醌和四氢乙基蒽氢醌的总和，乙 基蒽氢醌和四氢乙基蒽氢醌占总蒽醌的45重量％。
[0053] 实施例3
[0054] 实施例3说明利用本发明提供的浆态床实验装置合成环己酮肟的效果。
[0055] 实验装置与实施例1相同，不同之处是过滤器内装陶瓷膜滤芯。27. 5%浓度的 双氧水从上部的液体入口 11进入反应器，氨气从气体入口 12进入反应器，环己酮与叔丁 醇溶液从最底部的液体入口 11进入反应器。操作条件为：反应温度为83°C、反应压力为 0. 32MPa。原粉钛硅分子筛TS-1，由湖南建长石化股份公司生产，催化剂平均粒径为0. 2微 米。氨气在反应筒内表观速度为〇.2m/s。原料在催化剂的作用下发生氨肟化反应，生成含 环己酮肟的叔丁醇溶液，经过滤器分离，反应清液送至后分馏系统处理。操作中为保持催化 剂的活性稳定，从催化剂进料口 16连续补入一定量的新鲜催化剂，同时从卸料口 15连续取 出等量的失活催化剂，运行1000小时的工艺条件和结果见表3。
[0056] 表1实施例1中F-T合成反应条件及结果
【权利要求】
1. 一种浆态床反应装置，其特征在于，包括反应筒（1)、分离器（2)和过滤器（3)，所述 的反应筒（1)的顶部开口伸入分离器（2)内部，反应筒（1)的外壁与分离器（2)底部相连， 所述的分离器（2)经液相出口（14)与过滤器（3)连通，所述的过滤器（3)经浆液出口（22) 与反应筒（1)的底部连通；所述的分离器（2)上部设有气体出口（13)，所述的反应筒（1)的 下部设有气体入口（12)、液相入口（11)和卸料口（15)。
2. 根据权利要求1的浆态床反应装置，其特征在于，所述的反应筒（1)与分离器（2)的 内径比为1:1. 1?10。
3. 根据权利要求1的浆态床反应装置，其特征在于，所述的反应筒（1)顶部开口伸入分 离器（2)的高度为分离器（2)总高度的10%?90%。
4. 根据权利要求1的浆态床反应装置，其特征在于，所述的反应筒（1)中设置换热器 (4)。
5. 根据权利要求1-4中任一种的浆态床反应装置，其特征在于，所述的反应筒（1)上还 设有催化剂加料口（16)。
6. 根据权利要求1-4中任一种的浆态床反应装置，其特征在于，所述液相出口（ 14)位 于分离器（2)的底部。
7. 根据权利要求1-4中任一种的浆态床反应装置，其特征在于，所述的分离器（2)内设 置换热器（4)。
8. 根据权利要求1-4中任一种的浆态床反应装置，其特征在于，所述的气体出口（13) 之前设有洗涤段（5)。
9. 根据权利要求1-4中任一种的浆态床反应装置，其特征在于，所述分离器（2)设有液 位控制器（20)，通过调节清液出口（19)的滤出量，控制分离器（2)内液位平衡。
10. 权利要求1?9中任一种浆态床反应装置的应用方法，其特征在于，原料由液相入 口（ 11)和/或气体入口（ 12)进入浆态床反应装置，和反应筒（1)中的浆液混合，与催化剂 颗粒接触并发生反应，同时向上流动；在气体推动下，反应物流从反应筒（1)顶部开口流入 分离器（2)中，进行气液分离后，浆液从液相出口（14)进入过滤器（3)，气体从分离器（2)顶 部的气体出口（13)排出装置；浆液在过滤器（3)中过滤后，清液作为产品由清液出口（19) 引出反应装置；由过滤器（3)的浆液出口（22)流出的浆液返回反应筒（1)中继续参与反应。
11. 根据权利要求10的方法，其特征在于，所述的反应筒（1)中设置换热器（4)，由换热 热介质与反应筒内流体换热。
12. 根据权利要求10或11的方法，其特征在于，气体在反应筒（1)内的表观气速为 0. 01 ?1. Om/s。
13. 根据权利要求12的方法，其特征在于，气体在反应筒1内的表观气速为0. 1? 0.3m/s〇
14. 根据权利要求10或11的方法，其特征在于，所述的催化剂颗粒的粒径为0. 1? 5000微米。
15. 根据权利要求14的方法，其特征在于，所述的催化剂颗粒的粒径为0. 1?100微 米。
【文档编号】B01J8/22GK104368283SQ201310351148
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年8月13日 优先权日:2013年8月13日
【发明者】高国华, 杨克勇, 李红波, 潘智勇, 唐晓津, 宗保宁 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院
【专利摘要】一种浆态床反应装置及其应用，所述浆态床反应装置包括反应筒（1）、分离器（2）和过滤器（3），所述的反应筒（1）顶部开口伸入分离器（2）内部，反应筒（1）的外壁与分离器（2）底部相连，所述的分离器（2）经液相出口（14）与过滤器（3）连通，所述的过滤器（3）经浆液出口（22）与反应筒（1）的底部连通；所述的分离器（2）上部设有气体出口（13），所述的反应筒（1）的下部设有气体入口（12）、液相入口（11）和卸料口（15）。本发明提供的浆态床反应装置集反应、气液分离、液固分离、换热和洗涤为一体，结构简单实用、操作方便、占地面积少、易于大型化，可适用于多种气液固三相反应体系和较宽的催化剂颗粒粒径范围，实现连续平稳操作。
【专利说明】一种浆态床反应装置及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种浆态床反应装置，用于液固或气液固反应领域。
【背景技术】
[0002] 浆态床反应器是一种常用的气液固三相接触的反应设备。液体为连续相，气体和 固体为分散相。气体作为混合及提升的动力，将催化剂悬浮在液相中进行反应。由于没有 机械搅拌，因而可以在高压下无泄漏运行。浆态床反应器通常都采用细颗粒催化剂，其粒度 一般在10-150微米之间，可有效消除内扩散对反应的影响，具有很高的催化效率，同时浆 态床反应器容易实现等温操作、避免出现床层热点，利于提高反应选择性等特点。
[0003] 尽管浆态床反应器具有很多优点，但在石油化工过程中的应用并不广泛，制约其 应用的最主要的原因是采用细颗粒催化剂所带来的反应产物与催化剂颗粒的分离问题、浆 液输送问题、产物中夹带微细固体颗粒以及为解决这些问题而带来的一系列工程问题。为 此国内外学者提出了许多改进方案。
[0004]GB2403728A公开了一种采用器外过滤的方法分离产品和催化剂，但该工艺路线较 长。而且，从浆态床反应器抽出悬浮液的输送及返回浆态床反应器的输送，以及被过滤下来 的催化剂浆液输送的动力都是由泵来提供的，不仅能耗较高，过程中极易造成催化剂颗粒 的破损，增加了液固分离的难度，对反应器长周期的运行造成不便。
[0005]CN102049222A提出了一种在上升管内部设置过滤组件的浆态床反应器，但该过滤 器的拆卸困难，同时也增加了反应器内部结构的复杂程度，过滤器的检修更换对浆态床的 操作影响很大，难以大型化。另外，未考虑浆液脱气，浆液中含气泡，增加了浆液循环管道气 阻，同时气体侵占过滤介质表面，过滤效率低。
[0006]CN1233451C公开了一种含有气体分布部件、换热部件、液固分离部件和除沫部件 的浆态床反应器，但反应器结构复杂，操作繁复，多种内构件不仅占用了反应器内的反应空 间，使得反应器高度较高，而且还影响浆态床内流体流型的控制。
[0007]CN101314120A公开了一种包括上升管和下降管的浆态床环流反应器。其中，上升 管由反应区和管径扩大的沉降区组成。沉降区与反应区之间开有小孔连通。虽然该反应器 采用气体代替机泵提供输送动力、外设过滤器、设有脱气区，但是由于浆态床通常采用微米 级细颗粒催化剂，所以沉降区的直径需要很大。因此，该反应器只适用于催化剂颗粒较大的 情况。而且，沉降区内催化剂颗粒浓度较高，会导致过度反应的发生，进一步造成结焦、催化 剂失活等不良后果。
[0008] 由以上分析可知，浆态床反应器的液相输送、液固分离、气液分离、反应取热是几 个必须解决的关键问题。
【发明内容】
[0009] 本发明解决的技术问题是提供一种结构简单实用、操作方便、占地面积少、易于大 型化的浆态床反应装置和一种可实现连续平稳操作的浆态床气液固三相连续反应、分离的 方法。
[0010] 本发明提供的浆态床反应装置，包括反应筒1、分离器2和过滤器3,所述的反应筒 1的顶部开口伸入分离器2内部，反应筒1的外壁与分离器2底部相连，所述的分离器2经 液相出口 14与过滤器3连通，所述的过滤器3经浆液出口 22与反应筒1的底部连通；所述 的分离器2上部设有气体出口 13,所述的反应筒1下部设有气体入口 12、液相入口 11和卸 料口 15。
[0011] 本发明提供的浆态床反应装置的应用方法，原料由液相入口 11和/或气体入口 12 进入反应筒1底部，和反应筒1中的浆液混合，与催化剂接触并发生反应，同时向上流动；在 气体推动下，反应物流从反应筒1顶部开口流入分离器2中，进行气液分离后，浆液从液相 出口 14进入过滤器3,气体从分离器2顶部的气体出口 13排出装置；浆液在过滤器3中过 滤后，清液作为产品由清液出口 19引出反应装置；由浆液出口 22流出的浆液返回反应筒1 中继续参与反应。
[0012] 本发明提供的浆态床反应装置及其应用方法的有益效果为：
[0013] 本发明提供的浆态床反应装置在反应筒上部设置分离器，反应物流在分离器内流 速降低，气体和浆液充分分离，可避免输送管线内的气阻，也避免了气体进入过滤器侵占过 滤滤芯表面，保证了过滤器高效稳定运行。分离器底部含固体催化剂颗粒的浆液经液相出 口流入过滤器，再经过滤器的浆液出口循环回反应筒底部，浆液依靠位差流动，节省了循环 能耗。本发明的浆态床反应装置集成度高、结构简单、占地面积少、通用性强且易于工业化 放大。本发明提供的浆态床反应装置的应用方法适用于多种反应体系，操作稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 附图1为本发明提供的浆态床反应装置的结构示意图；
[0015] 附图2为实施例中采用的浆态床反应装置的结构示意图。
[0016]其中：
[0017] 1-反应筒，2-分离器，3-过滤器，4-换热器，5-洗涤段，6-压缩机，7、8_管线， 11-液相入口，12-气体入口，13-气体出口，14-液相出口，15-卸料口，16-催化剂加料口， 17-反冲液注入口，18-洗涤液入口，19-清液出口，20-液位控制器，21-压差控制器，22-浆 液出口。
【具体实施方式】
[0018] 以下详细说明本发明的【具体实施方式】，其中，说明书中提到的容器的"上部"是指 由上至下容器的0-30%的位置，容器的"下部"是指由上至下容器的50%-100%的位置，容器 的"底部"是指由上至下容器的90%-100%的位置。
[0019] 本发明提供的浆态床反应装置，包括反应筒1、分离器2和过滤器3,所述的反应筒 1的顶部开口伸入分离器2内部，反应筒1的外壁与分离器2底部相连，所述的分离器2经 液相出口 14与过滤器3连通，所述的过滤器3经浆液出口 22与反应筒1的底部连通；所述 的分离器2上部设有气体出口 13,所述的反应筒1的下部设有气体入口 12、液相入口 11和 卸料口 15。
[0020] 本发明提供的浆态床反应装置中，所述的反应筒1与分离器2的内径比为 1:1. 1 ?10。
[0021] 本发明提供的浆态床反应装置中，所述的反应筒1顶部开口伸入分离器2中的高 度为分离器2总高度的10%?90%。
[0022] 本发明提供的浆态床反应装置中，优选在所述的反应筒1中设置换热器4。由换热 介质与反应筒内物流交换热量，根据反应热的大小，可用于取出反应热，控制反应温度，以 保证反应效率。可在液相进口之下或者之上设置，也可根据需要设置单层或多层换热器。
[0023] 本发明提供的浆态床反应装置中，所述的反应筒1上还设有催化剂加料口 16。所 述的催化剂加料口 16设置在反应筒的侧壁，可以是一个或多个对称分布于侧壁圆周上。
[0024] 本发明提供的浆态床反应装置中，所述的反应筒下部设有气体入口 12、液相入口 11和卸料口 15。其中，所述的液相入口 11和气体入口优选位于反应筒下部侧壁，可以是一 个或多个对称分布于侧壁圆周上，液相入口 11可以位于气体入口 12的上方或下方。所述 的卸料口 15优选位于反应筒的底部或底面。
[0025] 本发明提供的浆态床反应装置中，所述液相出口 14优选位于分离器2的底部，更 优选位于分离器2的最底部。
[0026]本发明提供的浆态床反应装置中，优选在所述的分离器2内设置换热器4。
[0027] 本发明提供的浆态床反应装置中，所述的气体出口 13之前设有洗涤段5。洗涤段 5可以设置在所述的分离器的内部或者外部，用清净的液体脱除气体中夹带的固体催化剂 颗粒。所述的清净液体指反应原料或反应产物或其他不含固体颗粒的液相介质。
[0028] 本发明提供的浆态床反应装置中，所述的分离器2设有液位控制器20,通过调节 清液出口 19的滤出量，控制分离器2内液位平衡。
[0029] 本发明提供的浆态床反应装置中，所述的过滤器优选采用多路组成，每路过滤器 设有独立的压差检测和自动切换阀，利用过滤器压差实现多路过滤器之间的轮流在线自动 反冲洗。设置多路过滤器使得操作方便，安装检修容易，使浆态床反应装置长期稳定运行。 过滤器中的过滤介质可以是由任何已知的过滤材料如陶瓷、多孔金属如烧结的不锈钢或其 他来制成的。过滤介质孔径应满足不允许催化剂颗粒通过，包括颗粒磨损后。因此，其大小 取决于颗粒平均粒度及粒度分布。过滤介质孔径范围为〇. 1?1〇〇微米，优选〇. 1?50微 米，更优选0.1?20微米。过滤器所用反冲液可以是液体或气体，优选液体。液体可以是 新鲜原料液或滤后反应清液，优选滤后反应清液。
[0030] 本发明提供的浆态床反应装置中，所述的气体入口处优选设置气体分布器，所述 的液相入口处优选设置液体分布器，均勻分布进入楽态床反应器气体和液体原料。
[0031] 本发明提供的上述浆态床反应装置的应用方法，原料由液相物料入口 11和气体 入口 12进入浆态床反应装置，和反应筒1中的浆液混合，与催化剂接触并发生反应，同时向 上流动；在气体推动下，反应浆液从反应筒1顶部开口流入分离器2中，进行气液分离后，液 相从液相出口 14进入过滤器3,气体从分离器2顶部的气体出口 13排出装置；液相在过滤 器3中过滤后，清液作为产品由清液出口 19引出反应装置；由浆液出口 22流出的反应浆液 返回反应筒1中继续参与反应。
[0032]本发明提供的方法中，优选在所述的反应筒1中设置换热器4,由换热介质与反应 筒内物流进行换热，例如，根据需要由换热器4换热取出反应过程中的多余热量。
[0033] 本发明提供的方法中，气体在反应筒1内的表观气速为0. 01?1.Om/s、优选 0? 1 ?0? 3m/s。
[0034] 本发明提供的方法中，所述的反应筒内采用的固体催化剂颗粒直径为0. 1?5000 微米、优选〇. 1?100微米。
[0035] 本发明提供的浆态床反应装置和应用方法优选方式的有益效果为：
[0036] 优选的实施方式中在气相出口之前设置气体洗涤段，可有效防止固体催化剂颗粒 被外排的气体带出。优选在反应筒内设置取热换热器，根据反应热的大小，可用于取出反应 热，控制反应温度，以保证反应效率。优选的实施方式中液相出口位于分离器最底部，使含 固体催化剂颗粒的浆液全部流入过滤器，在反应器内部不发生沉降，避免局部催化剂颗粒 浓度过高导致过度反应的情况。
[0037] 下面参照【专利附图】
【附图说明】本发明提供的浆态床反应装置及其应用方法，但本发明并不因 此而受到任何限制。
[0038] 如附图1所示，本发明提供的浆态床反应装置，包括反应筒1、反应筒1上部的分离 器2和过滤器3,所述的反应筒1与分离器2的内径比为1:1. 1?10。所述的反应筒1的 顶部开口伸入分离器2内部，反应筒1顶部开口伸入分离器2的高度占分离器2总高度的 1/10?9/10。反应筒1的外壁与分离器2底部相连，所述的分离器2经液相出口 14与过 滤器3连通，所述的过滤器3经浆液出口 22与反应筒1的底部连通；所述的分离器2上部 设有气体出口 13,所述的反应筒1的下部设有气体入口 12、液相物料入口 11和卸料口 15。 反应筒底部设置换热器4。
[0039] 应用本发明提供的浆态床反应装置的方法，液体原料通过液体入口 11、气体原料 经气体入口 12并通过气体分布器进入反应筒1中，其中液体原料可根据需要从气体入口 12 上部的液体入口进入，也可从气体入口 12的下部的液体入口进入反应筒1。在反应筒1内 气液与固体催化剂颗粒接触并发生反应，反应物流向上流动，经过反应筒1顶部开口进入 分离器2中，在分离器2中物流流速降低，气液充分分离，气体经过洗涤段5洗涤脱除携带 的固体催化剂颗粒后，从分离器2顶部的气相出口 13排出，含固体催化剂颗粒的浆液由浆 液出口 14、经管线7靠位差自流至过滤器3中，经滤芯过滤的反应清液从清液出口 19排出， 富含固体催化剂颗粒的浆液依靠位差经管线8由底部流回反应筒1循环利用，通过调节过 滤清液的出料量控制分离器2的液位，当过滤器两侧压力过大时可从反冲液注入口 17注入 反冲液对过滤器3进行在线反冲洗，反冲液可以使用原料液体，也可以使用滤后的清液。
[0040] 反应筒1底部设有换热器4,将循环水等冷介质通入换热器，取走反应热调节反应 温度。新鲜催化剂通过催化剂加料口 16加入反应筒1内，废催化剂通过反应筒底部的卸料 口 15排出反应筒1，催化剂加入或取出可间歇操作，也可以在线连续进行。
[0041] 以下通过实施例进一步说明本发明，但本发明并不因此而受到任何限制。
[0042] 实施例1
[0043] 实施例1说明利用本发明提供的浆态床反应装置进行费托合成的效果。
[0044] 实验装置如附图2所示。其中，反应筒尺寸为〇150X15000mm，分离器尺 寸为〇400X1600mm，反应筒伸入分离器的高度为1000mm。分离器上部设有洗涤段 0150X500mm，内装高300mm的BX500填料，使用两组过滤器，内装金属滤芯，设定每个过滤 器压差达到0. 〇6MPa时进行自动反冲，反冲液为过滤后反应清液。
[0045] 反应所采用的催化剂的制备方法：将含有Co(N03) 3和Mg(N03) 2的溶液浸渍Si02微 球载体，静置24小时，然后120°C干燥，并于400°C焙烧6小时得到粒径范围为1?lOOiim的催化剂。其中，催化剂的组成为，以催化剂总重量为基准，以氧化物计，含有20. 3重量％ 的C〇03, 76. 1重量％的Si02和3. 6重量％的MgO。
[0046] 合成气原料(含有氢气和一氧化碳)从气体入口 12进入反应筒底部，通过底部换热 器4调节反应温度。反应温度为220°C，操作压力为3.0MPa。原料在催化剂存在下发生F-T 合成反应，生成一系列的烃类化合物。反应产物在分离器中进行气液分离。气体在反应筒 内表观速度为〇.3m/s。在洗涤段经过滤后的烃类产物洗涤后的气体由气体出口 13排出装 置，并经压缩循环回气体入口 12。含催化剂颗粒的烃类液体进入过滤器，将催化剂与反应产 物分离。经过滤后，富含催化剂颗粒的浆液由底部返回反应筒中，过滤后的反应清液在分离 器液位控制下经清液出口 19排出进入后续分馏系统。操作中，根据反应活性，每次间歇取 出适量催化剂，并补充等量的新鲜催化剂，维持稳定运行700小时后的反应条件及结果见 表1。
[0047] 实施例2
[0048] 实施例2说明利用本发明提供的浆态床反应装置合成过氧化氢的效果。
[0049] 如附图2所示采用与实施例1相同的实验装置，氢气与工作液分别从液相入口 12 和气体入口 11进入反应器，通过底部换热器4调节反应温度。反应温度为60°C，所用催化剂 为含钯的细粉催化剂，其平均直径为80微米。在催化剂作用下，工作液中的乙基蒽醌被加 氢生成含乙基蒽氢醌的氢化液。气体在反应筒内表观速度为〇.15m/s。反应产物在分离器 内进行气液分离，气体经过滤后的氢化液洗涤后经气体出口 13排出装置，并经压缩循环回 氢气入口，含有催化剂的氢化液进入过滤器，过滤器中的滤芯将催化剂颗粒与氢化液分离， 富含催化剂颗粒的浆液返回反应筒1的底部，过滤后的氢化液在分离器液位控制下经清液 出口 19排出装置，进入后续的氧化萃取系统。稳定运行1500小时后的反应条件及结果见 表2。
[0050] 所采用催化剂制备方法为：将拟薄水铝石、硅溶胶、硼酸粉末以及去离子水混合得 到浆液，然后干燥、焙烧后制得催化剂载体。将催化剂载体分散到含有氯化钯、去离子水的 溶液中，浸渍、干燥、焙烧，得到氧化态催化剂。在150°C条件下用纯氢将此氧化态催化剂还 原，即制得所需催化剂。
[0051] 所述工作液为乙基蒽醌、四氢乙基蒽醌、磷酸三辛酯和重芳烃的混合物。总蒽醌的 浓度为130?140g/l，重芳烃和磷酸三辛酯的体积比为75:25。其中，总蒽醌指乙基蒽醌和 四氢乙基蒽醌的总和。
[0052] 所述氢化液为乙基蒽醌、四氢乙基蒽醌、乙基蒽氢醌、四氢乙基蒽氢醌、磷酸三辛 酯和重芳烃的混合物。总蒽醌的浓度为130?140g/l，重芳烃和磷酸三辛酯的体积比为 75:25。其中，总蒽醌指乙基蒽醌、四氢乙基蒽醌、乙基蒽氢醌和四氢乙基蒽氢醌的总和，乙 基蒽氢醌和四氢乙基蒽氢醌占总蒽醌的45重量％。
[0053] 实施例3
[0054] 实施例3说明利用本发明提供的浆态床实验装置合成环己酮肟的效果。
[0055] 实验装置与实施例1相同，不同之处是过滤器内装陶瓷膜滤芯。27. 5%浓度的 双氧水从上部的液体入口 11进入反应器，氨气从气体入口 12进入反应器，环己酮与叔丁 醇溶液从最底部的液体入口 11进入反应器。操作条件为：反应温度为83°C、反应压力为 0. 32MPa。原粉钛硅分子筛TS-1，由湖南建长石化股份公司生产，催化剂平均粒径为0. 2微 米。氨气在反应筒内表观速度为〇.2m/s。原料在催化剂的作用下发生氨肟化反应，生成含 环己酮肟的叔丁醇溶液，经过滤器分离，反应清液送至后分馏系统处理。操作中为保持催化 剂的活性稳定，从催化剂进料口 16连续补入一定量的新鲜催化剂，同时从卸料口 15连续取 出等量的失活催化剂，运行1000小时的工艺条件和结果见表3。
[0056] 表1实施例1中F-T合成反应条件及结果
【权利要求】
1. 一种浆态床反应装置，其特征在于，包括反应筒（1)、分离器（2)和过滤器（3)，所述 的反应筒（1)的顶部开口伸入分离器（2)内部，反应筒（1)的外壁与分离器（2)底部相连， 所述的分离器（2)经液相出口（14)与过滤器（3)连通，所述的过滤器（3)经浆液出口（22) 与反应筒（1)的底部连通；所述的分离器（2)上部设有气体出口（13)，所述的反应筒（1)的 下部设有气体入口（12)、液相入口（11)和卸料口（15)。
2. 根据权利要求1的浆态床反应装置，其特征在于，所述的反应筒（1)与分离器（2)的 内径比为1:1. 1?10。
3. 根据权利要求1的浆态床反应装置，其特征在于，所述的反应筒（1)顶部开口伸入分 离器（2)的高度为分离器（2)总高度的10%?90%。
4. 根据权利要求1的浆态床反应装置，其特征在于，所述的反应筒（1)中设置换热器 (4)。
5. 根据权利要求1-4中任一种的浆态床反应装置，其特征在于，所述的反应筒（1)上还 设有催化剂加料口（16)。
6. 根据权利要求1-4中任一种的浆态床反应装置，其特征在于，所述液相出口（ 14)位 于分离器（2)的底部。
7. 根据权利要求1-4中任一种的浆态床反应装置，其特征在于，所述的分离器（2)内设 置换热器（4)。
8. 根据权利要求1-4中任一种的浆态床反应装置，其特征在于，所述的气体出口（13) 之前设有洗涤段（5)。
9. 根据权利要求1-4中任一种的浆态床反应装置，其特征在于，所述分离器（2)设有液 位控制器（20)，通过调节清液出口（19)的滤出量，控制分离器（2)内液位平衡。
10. 权利要求1?9中任一种浆态床反应装置的应用方法，其特征在于，原料由液相入 口（ 11)和/或气体入口（ 12)进入浆态床反应装置，和反应筒（1)中的浆液混合，与催化剂 颗粒接触并发生反应，同时向上流动；在气体推动下，反应物流从反应筒（1)顶部开口流入 分离器（2)中，进行气液分离后，浆液从液相出口（14)进入过滤器（3)，气体从分离器（2)顶 部的气体出口（13)排出装置；浆液在过滤器（3)中过滤后，清液作为产品由清液出口（19) 引出反应装置；由过滤器（3)的浆液出口（22)流出的浆液返回反应筒（1)中继续参与反应。
11. 根据权利要求10的方法，其特征在于，所述的反应筒（1)中设置换热器（4)，由换热 热介质与反应筒内流体换热。
12. 根据权利要求10或11的方法，其特征在于，气体在反应筒（1)内的表观气速为 0. 01 ?1. Om/s。
13. 根据权利要求12的方法，其特征在于，气体在反应筒1内的表观气速为0. 1? 0.3m/s〇
14. 根据权利要求10或11的方法，其特征在于，所述的催化剂颗粒的粒径为0. 1? 5000微米。
15. 根据权利要求14的方法，其特征在于，所述的催化剂颗粒的粒径为0. 1?100微 米。
【文档编号】B01J8/22GK104368283SQ201310351148
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年8月13日 优先权日:2013年8月13日
【发明者】高国华, 杨克勇, 李红波, 潘智勇, 唐晓津, 宗保宁 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院
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