列管式浆态床反应器及反应系统的制作方法

本实用新型涉及化工领域，尤其是利用高浓度乙炔制备乙烯领域，具体涉及一种列管式浆态床反应器及应用所述浆态床反应器的反应系统。

背景技术：

乙烯是现代工业中一种重要的基础原料，也是世界产量最大的化学品之一，其产品广泛应用于国民经济、人民生活、国防等领域，是“有机合成之母”。面对石油资源的短缺和国际油价的攀升，原料来源成为发展乙烯工业的瓶颈，也是摆在人们面前必须解决的问题。因此，研究开发一种新的来源和工艺方法制备乙烯替代石油为原料的新工艺新技术，能够缓解对石油的依赖性。

在煤化工技术中，以煤为原料通过电石工艺或以天然气为原料通过非催化部分氧化工艺制取乙炔，已成为成熟工艺。以乙炔为原料，在选择性加氢催化剂的作用下，通过加氢过程得到乙烯产品，可进一步拓展煤化工路线。因此，开发乙炔加氢制乙烯的新工艺及技术，具有广阔的应用前景。

低浓度乙炔气固相催化加氢技术在石油工业中已非常成熟，主要用于乙烯中去除乙炔杂质,使用的反应器为固定床反应器，在反应器中装填固相催化剂进行气固相反应。但由于乙炔活性高，加氢反应放热量大，即使是裂解气中存在少量乙炔，传统的气固相固定床加氢反应器仍存在着绿油生成量大、催化剂循环周期短、反应器易“飞温”等严重问题。

传统的浆态床反应器的出现在一定程度上解决了上述问题，因其结构简单，易于移热，生成的乙烯产品用途广泛，因此，利用浆态床反应器进行高浓度乙炔选择性加氢成为一条重要的制烯烃生产路线。但是传统的浆态床反应器在乙炔制备乙烯时，气液固三相混合不均匀，反应原料接触时间短，并且反应器内床层温度均匀，温度不易控制。

技术实现要素：

为克服上述问题，本实用新型提供一种列管式浆态床反应器以及反应系统，使得反应器内部温度均匀，增加反应原料接触时间，降低反应产物中的杂质成分，便于更换溶剂，提高生产效率。本实用新型所述的系统具有绿油脱除单元，极大的降低了绿油对催化剂活性的影响实现了装置的长期平稳运行。

本实用新型所述的列管式浆态床反应器，用于高浓度乙炔制备乙烯的反应器。所述列管式浆态床反应器包括顺序排列的进气段、列管分布段和扩大段，还包括连通所述列管分布段的上段和下段列管联通区，其中，

所述进气段的底部设置有气体入口，用于将反应气体通入所述列管式浆态床反应器；

所述列管分布段设置有多个列管，用于所述反应气体在所述列管分布段内发生反应，制备乙烯，所述多个列管中部靠下位置设置有上段列管联通区，所述上段列管联通区的两端设置有过滤器；所述多个列管下部设置有下段列管联通区，所述下段列管联通区的一端设置有卸料口；

所述扩大段的顶部设置有气体出口。

进一步地，所述列管式浆态床反应器的多个列管与列管之间的区域构成壳程，所述壳程内设置有换热介质。

进一步地，所述列管分布段的下部侧面设置有换热介质入口，上部侧面设置有换热介质出口，用于将换热介质从所述换热介质入口进入所述壳程，再从所述换热介质出口排出。

进一步地，所述多个列管底部设置有气体分布器，其上分布有气孔。

进一步地，所述扩大段的下部侧面设置有溶剂入口，所述下段列管联通区侧面设置有卸料口，用于将溶剂从所述溶剂入口进入所述多个列管，再从所述卸料口排出。

具体地，所述扩大段的上端设置有金属除沫器。

本实用新型所述的反应系统，用于利用乙炔制备乙烯。所述反应系统包括上述的列管式浆态床反应器、冷凝器、气液分离器、催化剂配制罐以及绿油脱除单元，其中，

所述列管式浆态床反应器具有气体入口、气体出口、溶剂入口、卸料口、换热介质入口、换热介质出口以及

设置于上段列管联通区两端的过滤器；

所述冷凝器具有高温产品气入口与混合气出口，所述高温产品气入口与所述列管式浆态床反应器的气体出口相连；

所述气液分离器具有混合气入口、乙烯出口与溶剂导出口，所述混合气入口与所述冷凝器的混合气出口相连；

所述催化剂配制罐与所述列管式浆态床反应器的溶剂入口相连；

所述绿油脱除单元与所述列管式浆态床反应器的过滤器连通，用于接收所述过滤器过滤的溶剂。

进一步地，所述绿油脱除单元包括溶剂储罐与溶剂再生装置，其中，所述溶剂储罐具有绿油入口与绿油出口，所述绿油入口与所述列管式浆态床反应器的滤器相连；

所述溶剂再生装置具有脱油入口与脱油出口，所述脱油入口与所述溶剂储罐的绿油出口相连，所述脱油出口与所述列管式浆态床反应器的溶剂入口相连。

更进一步地，所述系统还包括热介质储罐和泵，其中，

所述热介质储罐的一端与所述列管式浆态床反应器的换热介质出口连通；

所述泵的一端与所述热介质储罐的另一端相连，所述泵的另一端与所述列管式浆态床反应器的换热介质入口连通。

更进一步地，所述系统还包括温控单元，其设置在所述列管式浆态床反应器与所述泵之间，用于控制进入所述列管式浆态床反应器的换热介质温度，所述温控单元包括并列设置的加热器、冷却器与换热介质旁路。

本实用新型的有益效果：

本实用新型所述的列管式浆态床反应器中列管联通区的设计，能够保证每个列管中的液面均一，避免气体短路，其中的过滤器的设备可降低反应产物中的杂质成分。此外，列管式浆态床反应器中每一个列管都是一个小的浆态床，因每个列管的直径都比较小，高度相对较高，气液固三相可以混合的更加均匀，增加了接触时间，改善了气液流场分布，降低了放大效应，使得反应能够进行的更加充分。

另外，本实用新型所述的系统，具有绿油脱除单元，极大的降低了绿油对催化剂活性的影响实现了装置的长期平稳运行。本实用新型所述的系统能够实现对系统溶剂温度的准确控制，保持溶剂的温度相对稳定，从而保证了整个系统的平稳运行；再者，利用液相溶剂的显热，散热能力显著提高，可以快速移出乙炔选择性加氢生成乙烯产生的热，降低反应床层的温度，提高乙炔的转化率和乙烯的选择性。

本实用新型所述的系统很好地解决了在乙炔选择性加氢制乙烯反应中固定床反应器中的绿油生成量大、催化剂循环周期短、反应器易“飞温”的问题，流化床中由于催化剂颗粒间相互剧烈碰撞，造成催化剂的损失、除尘的困难和由于固体颗粒的磨蚀作用，换热构件和反应器的磨损严重的问题。

附图说明

图1是本实用新型所述的列管式浆态床反应器的结构示意图。

图2是本实用新型所述的反应系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型所述的列管式浆态床反应器1，用于高浓度乙炔制备乙烯的反应器。所述列管式浆态床反应器1包括顺序排列的由进气段、列管分布段和扩大段，还包括连通所述列管分布段的上段和下段列管联通区111、108。

如图1所示，所述进气段设置在所述列管式浆态床反应器1的底部，所述进气段上设置有气体入口101，用于将反应气体通入所述列管式浆态床反应器1。

如图1所示，所述列管分布段设置在所述进气段的上方，所述列管分布段设置有多个列管106，用于所述反应气体在所述列管分布段内发生反应，制备乙烯，所述多个列管106中部设置有上段列管联通区111，所述上段列管联通区111的两端设置有过滤器；多个列管106下部设置有下段列管联通区108，所述下段列管联通108区的一端是卸料口。通常在上段列管联通区的两端设置有两个精密过滤器，主要目的是用来过滤出溶剂，在不停车的情况下，更换和再生反应溶剂。

其中，可选地，列管106的直径为30～100mm，中心距为管径的1～5 倍，优选地，孔间的中心距为1.5倍。可选地，气孔的直径为3～8mm，中心距为管径的1～5倍，优选地，孔间的中心距为1.5～3倍。

如图1所示，所述扩大段设置在所述列管分布段的上方，所述扩大段的顶部设置有气体出口105，用于导出反应的产物，其中可能会含有溶剂、催化剂等杂质。

如图1所示，所述多个列管106与列管106之间的区域构成壳程，所述壳程内设置有换热介质。列管分布段的列管106管程是浆态床反应器1反应的主要场所，其壳程是换热介质，为列管106提供热量。

如图1所示，所述列管分布段的下部侧面设置有换热介质入口102，上部侧面设置有换热介质出口103，换热介质从所述换热介质入口102 进入所述壳程，再从所述换热介质出口103排出。

如图1所示，所述多个列管106底部设置有气体分布器107，其上分布有气孔，保证了反应气体能够从各个方向进入列管内，使得气体分布均匀。

如图1所示，所述扩大段的下部侧面设置有溶剂入口104，所述下段列管联通区108侧面设置有卸料口109，溶剂从所述溶剂入口104进入所述多个列管106，再从所述卸料口109排出。

如图1所示，反应器的上端是扩大段，其主要作用是降低反应后的乙烯气体的气速；在扩大段的上端设置有金属除沫器110，其主要作用是将气体中夹带的一部分溶剂析出，重新返回反应器中。如图2所示，本实用新型所述的反应系统，用于利用乙炔制备乙烯。所述反应系统包括上述的列管式浆态床反应器1、冷凝器2、气液分离器3、催化剂配制罐4以及绿油脱除单元，所述绿油脱除单元包括溶剂储罐9与溶剂再生装置10。

如图2所示，所述列管式浆态床反应器1具有气体入口101、气体出口105、溶剂入口104、卸料口109、换热介质入口102、换热介质出口103以及上端联通区过滤器。

如图2所示，所述冷凝器2具有高温产品气入口与混合气出口，所述高温产品气入口与所述列管式浆态床反应器1的气体出口相连。

如图2所示，所述气液分离器3具有混合气入口、乙烯出口与溶剂导出口，所述混合气入口与所述冷凝器2的混合气出口相连。

从反应器1顶端出来的反应产物，通过冷却器的冷却，随后通入气液分离器3，再经过气液分离，得到产品乙烯，将气体中的溶剂冷凝下来；冷凝下来的溶剂可通过反应器1顶部的溶剂入口104重新进入到反应器1内。

如图2所示，所述催化剂配制罐4与所述列管式浆态床反应器1的溶剂入口104相连。

如图2所示，所述绿油脱除单元与所述列管式浆态床反应器的过滤器连通，用于接收所述过滤器过滤的溶剂。具体地，如图2所示，所述溶剂储罐9具有绿油入口与绿油出口，所述绿油入口与所述列管式浆态床反应器1的上段联通区过滤器相连。如图2所示，所述溶剂再生装置 10具有脱油入口与脱油出口，所述脱油入口与所述溶剂储罐9的绿油出口相连，所述脱油出口与所述列管式浆态床反应器1的溶剂入口104 相连。

当发现反应效率有所降低或者溶剂中出现黄绿色颜色时，应该是由于副反应生成了绿油造成的。此时，可以将反应器1中的一部分溶剂从反应器1中的精密过滤器过滤出来。过滤后的溶剂进入到溶剂储罐9中，随后在通入到溶剂再生装置10内，通过溶剂再生装置10将绿油与溶剂分离，溶剂再通过反应器1顶部的溶剂入口104重新进入到反应器1内，绿油则可进入绿油储罐进行保存。

如图2所示，所述系统还包括热介质储罐4和泵5，其中，所述热介质储罐4的一端与所述列管式浆态床反应器1的换热介质出口103连通；所述泵5的一端与所述热介质储罐4的另一端相连，所述泵5的另一端与所述列管式浆态床反应器1的换热介质入口102连通。

如图2所示，所述系统还包括温控单元，其设置在所述列管式浆态床反应器1与所述泵5之间，所述温控单元包括加热器6、冷却器7与换热介质旁路。

通过上述系统实现乙炔制备乙烯，通常先用氮气作为气源，将整个系统进行置换；随后，将催化剂配制罐8中配置好的催化剂和溶剂压送到列管式浆态床反应器1中，再逐渐开启温控单元的加热器6逐渐对换热介质进行升温；当反应器1中的溶剂温度达到目标温度并且系统平稳运行后，将作为反应气体的乙炔和氢气的混合气通过列管式浆态床反应器1底部的气体入口101进入到反应器1中，反应器1的操作压力为 0.15～0.45MPa，温度为90～180℃。

反应气体进入到进气段内，通过各个列管106底部的气体分布器 107进入到列管106反应器1中。因气体分布器107上的孔是均匀分布的，所以反应气体也随之均匀分散到列管106内溶剂当中。在列管分布段，每一个列管106都是一个小的浆态床反应器1，由于每个列管106 的直径都比较小，高度相对较高，气液固三相可以混合的更加均匀，增加了停留时间，改善了气液流场分布，降低了放大效应，使得反应能够进行的更加充分。产品气从列管106中出来后，再通过反应器1扩大段，从反应器1顶端气体出口105离开反应器1。

所述多个列管106中部设置有上段列管联通区111，所述上段列管联通区111的两端设置有精密过滤器；多个列管106下部设置有下段列管联通区108，所述下段列管联通108区的一端是卸料口109。通常该过滤器是精密过滤器，在上段列管联通区的两端各有一个精密过滤器，主要目的是用来过滤出溶剂，在不停车的情况下，更换反应溶剂。

当发现反应效率有所降低或者溶剂中出现黄绿色颜色时，应该是由于副反应生成了绿油造成的。此时，可以将反应器1中的一部分溶剂从反应器1中的精密过滤器过滤出来。过滤后的溶剂进入到溶剂储罐9中，随后在通入到溶剂再生装置10内，通过溶剂再生装置10将绿油与溶剂分离，溶剂再通过反应器1顶部的溶剂入口104重新进入到反应器1内，绿油则可进入绿油储罐进行保存。

从反应器1顶端出来的产品气，先通过冷凝器2将气体进行冷却；随后，再通过气液分离器3将气体和溶剂等液体进行分离，分离出来的溶剂和催化剂通过反应器1顶部的溶剂入口104重新送到反应器1内，分离得到的气体即为产品乙烯。

列管式浆态床反应器1利用换热介质为反应提供热量，即间接换热，使用泵5将换热介质从热介质储罐4转移到温控单元中；温控单元由并列设置的加热器6、换热介质旁路和冷却器7三条线路组成，其可以根据反应器1所需的不同工况进行调控；当反应系统需要升温的时候，就开启加热器6和换热介质旁路，通过调节换热功率和换热介质旁路中的换热介质的流量来控制升温速率；当反应器1需要移热时，就可以同时控制加热功率、换热介质旁路的流量和冷却功率来控制热介质温度保持稳定；当反应系统需要降温时，就开启冷却器7和换热介质旁路，通过调节换热功率和换热介质旁路中的换热介质的流量来控制降温速率；温控单元能够满足列管式浆态床反应器1各工况对于反应系统温度的要求。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本实用新型而非限制本实用新型的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下对本实用新型进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。