一种烯烃水合反应器及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种烯烃水合反应器，包括反应器外壳、对称安装在反应器壳体内左右两侧中部的导流筒、导流管内穿过反应器外壳的进料管及导流筒与反应器外壳之间安装的筛板，导流筒出口之间形成流体撞击区域，导流筒、筛板、反应器外壳之间构成反应区，每个反应区的反应器外壳上至少设置一个物料出口。该反应器适于连续生产环戊醇，在缓和的反应条件下，达到了高的转化率，解决了环戊烯与水互溶性差，反应体系呈两相，水合反应只在界面进行，反应速率低的问题。
【专利说明】一种烯烃水合反应器及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种烯烃水合反应器及其应用。
【背景技术】
[0002]环戊醇是一种重要的精细化工产品中间体，主要用于制备溴代环戊烷、氯代环戊烷等，并可用于制造抗菌、抗过敏等药品。环戊醇可以由己二酸经高温脱酸制得环戊酮，再通过加氢反应后得到，但由于产生大量的污染物和受原料来源的制约，这种制备方法逐渐被淘汰。另外，以石油裂解制乙烯副产的C5馏分中，经过分离得到的环戊烯为原料，经过水合反应也可以生产环戊醇。水合方法主要有两种工艺，一是间接水合工艺，二是直接水合工艺。虽然间接水合工艺具有转化率高、选择性好的优势，但是由于工艺过程中使用硫酸，对设备材质要求高，废弃物难于处理，环境污染较为严重。而直接水合工艺不存在间接水合中的上述问题，因此是环境友好的技术路线，近年来报道的文献资料均采用这一工艺路线。如日本专利JP2003212803提出采用强酸性阳离子交换树脂进行环戊烯水合制备环戊醇的方法，该专利在环戊烯与水的投料摩尔比1.2~3.0的条件下，环戊烯单程转化率为3.50%左右，选择性98%左右。该方法的不足之处在于反应转化率相对较低，原料环戊烯循环量大。中国专利CN1676504A提出了一种由环戊烯水合制备环戊醇的方法，该方法是以环戊烯、水、溶剂苯酚以及助催化剂三烷基胺所组成的物料连续通过强酸性阳离子交换树脂为主催化剂的固定床反应器，进行水合反应，体积空速为2~151h-1，环戊烯与水的摩尔比0.8~5.0,原料中助催化剂浓度为0.01%~0.2%，反应温度130°C~180°C，反应压力1.0MPa~3.0MPa,在上述条件下，环戊烯的转化率为27%左右，环戊醇的选择性99%左右。该方法虽然提高了环戊烯的转化率，但是在反应系统中加入了 C2~C5的三烷基胺，由于三烷基胺为碱性，中和 了强酸性阳离子交换树脂中的磺酸基团，使得强酸性阳离子交换树脂的活性降低。系统中还加入了大量苯酚(苯酚与环戊烯的重量比为0.5~1)，使得非反应溶液在反应体系中占有较大比例，工艺过程变得复杂，后续的分离难度加大，能耗相对较高。CN201010220960.0公开了一种环戊烯水合制备环戊醇的方法，该方法包括:环戊烯与水连续通过静态混合器充分混合后，然后进入装有强酸性阳离子交换树脂催化剂的反应器进行水合反应，反应后的物料进入相分离器，进行气液分离，未反应的气相环戊烯返回到静态混合器进料，液相即为环戊醇和水，经过产品分离后得到环戊醇。该方法需要静态混合反应器，无疑会增加投资，此外混合后的物料在输送的过程中也会发生气液分离，影响环戊烯的转化率。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明提供一种烯烃水合反应器，该反应器适于连续生产环戊醇。在缓和的反应条件下，达到了高的转化率，解决了环戊烯与水互溶性差，反应体系呈两相，水合反应只在界面进行，反应速率低的问题。简化了工艺流程，降低了生产成本和设备投资。[0004]一种烯烃水合反应器，包括反应器外壳、对称安装在反应器壳体内左右两侧中部的导流筒、导流管内穿过反应器外壳的进料管及导流筒与反应器外壳之间安装的筛板，导流筒出口之间形成流体撞击区域，导流筒、筛板、反应器外壳之间构成反应区，每个反应区的反应器外壳上至少设置一个物料出口。本发明中所述的反应器壳体为圆筒形、管形或方形。
[0005]一种烯烃水合反应器的应用，以强酸阳离子交换树脂为催化剂，以环戊烯和水为原料，环戊烯和水在中间罐内进行混合后通过液体输送设备经导流管内穿过反应器外壳的进料管进入反应器，在撞击区域进行碰撞后进入装填有强酸阳离子交换树脂催化剂的反应区进行水合反应，当反应器内的液压高于设定的反应压力时，水合产物从反应器的物料出口流出。
[0006]本发明烯烃水合反应器的应用中，从反应器流出的部分水合产物可以经中间罐重新循环回水合反应器。循环物料量为进料量的5%~500% (质量计)，优选10%~300%，最优选50%~200%。
[0007]本发明烯烃水合反应器的应用中，环戊烯的液时体积空速为0.51h-1~151h-1，水与环戊烯的摩尔比为1:1~10:1，反应温度100°C~250°C，反应压力为1.0MPa~6.0MPa0在上述反应过程中，反应条件最好为:环戊烯的液时体积空速优选为0.51h-1~IOtT1 ;水与环戊烯的摩尔比优选为1:1~8:1，反应温度优选为100°C~200°C，反应压力优选为2.0MPa~5.0MPa0而最优先选用的反应条件为:环戊烯的液时体积空速1.0h—1~5.0h—1 ；水与环戊烯的摩尔比为2:1~5:1，反应温度120°C~160°C，反应压力2.0MPa~3.0MPa0而催化剂最好为强酸性阳离子交换树脂，可以使用市售商品，也可以按现有方法制备，具体如丹东明珠特种树脂有限公司生产的DNW-1I型耐高温阳离子交换树脂催化剂。
[0008]与现有技术相比，本发明水合反应器及其应用具有如下优点:
(1)本发明水合反应器，物料通过导流筒向中部运动，并在该处相向撞击，在撞击面及周围形成撞击区，强化原料水和烯烃的混合效果，撞击混合后的物料快速进入装有强酸性阳离子交换树脂的反应区进行水合反应，能够明显提高了水合反应效果；
(2)本发明将部分水合产物循环回水合反应器，能够在缓和的反应条件和较高的转化率下，实现连续生产环戊醇；
(3)本发明将混合区与反应区集成于同一个反应器内，有效的解决了环戊醇与水互溶性差，反应体系呈两相，水合反应只在界面进行，造成反应效率较低问题，该反应器极大的强化了微观混合和微观传质，在缓和的反应条件下，达到了高的转化率，并简化了工艺流程，降低了生产成本和设备投资，并且易于分离，分离过程能耗低，适于工业应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是一种烯烃水合反应器的结构示意图；
图2为水合反应器每个反应区均设置一个物料出口的应用工艺流程示意图。
[0010]图3为水合反应器每个 反应区均设置二个物料出口的应用工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图及实施例来具体说明本发明的作用及效果。[0012]如图1所示，本发明所采用的圆筒形烯烃水合反应器，包括反应器外壳4，对称安装在反应器壳体内左右两侧中部的导流筒3、5，导流管3、5内穿过反应器外壳的进料管1、7及导流筒3、5与反应器外壳之间安装的两个筛板8。导流筒3、5出口之间形成流体撞击区域，导流筒3、5、筛板8、反应器外壳4之间构成反应区9，每个反应区9的反应器外壳4上至少设置一个物料出口 2、6。
[0013]图2为水合反应器每个反应区均设置一个物料出口的应用工艺流程示意图。
[0014]E、F原料罐中的水和环戊烯进入中间罐C中，与循环的水合产物混合后，通过泵或其他液体输送设备，经左右两侧导流管3、5内穿过反应器外壳4的进料管1、7进入反应器，在撞击区域进行碰撞后通过筛板8进入装填有强酸阳离子交换树脂催化剂的反应区9进行水合反应，当反应器内的液压高于设定的反应压力时，水合产物从反应器物料出口 2、6流出，一部分去中间罐C中进行循环，一部分去产品罐A中，经分离得到的环戊烯循环使用。
[0015]图3为水合反应器每个反应区均设置二个物料出口的应用工艺流程示意图。与图2不同的是采用的水合反应器每个反应区均设置二个物料出口，反应区内的物料出口一个完全用来循环产物，另一个用来采出水和产物。
[0016]下面实施例和比较例中的环戊烯转化率通过下式进行计算，实施例1-3采用图2流程，其余实施例采用图3流程。
[0017]实施例1
在水合反应器内的反应区总计装入1000ml丹东明珠特种树脂有限公司生产的DNW-1I型耐温树脂催化剂，在储罐E中加入环戊烯，在储罐F中加入水，水和环戊烯的摩尔比为5，环戊烯的进料空速率0.5h-1，将环戊烯和水分别用泵打入中间罐C内，与循环物料在中间罐内预混合，然后通过泵打入水和反应器，通过撞击发生水合反应，循环物料量为进料量的95%。控制反应温度为150°C，反应压力为4.0MPa，从反应器出料口流出的反应产物通过分离，分离出未反应的环戊烯，其余物料利用安捷伦公司的6890N气相色谱仪分析，测得环戊烯的转化率为35.6%。
[0018]实施例2
按照实施例1的方法，只是环戊烯进料空速率为2.0 h—1，循环物料量为进料量的75%。从反应器出料口流出的反应产物通过分离，分离出未反应的环戊烯，其余物料利用安捷伦公司的6890N气相色谱仪分析，测得环戊烯的转化率为27.8%。
[0019]实施例3
按照实施例1的方法，环戊烯进料空速率为3.0 h—1，循环物料速率为进料量的150%。从反应器出料口流出的反应产物通过分离，分离出未反应的环戊烯，其余物料利用安捷伦公司的6890N气相色谱仪分析，测得环戊烯的转化率为25.8%。
[0020]实施例4
按照实施例1的方法，环戊烯进料空速率为4.0 h—1，循环物料速率为进料量的300%。从反应器出料口流出的反应产物通过分离，分离出未反应的环戊烯，其余物料利用安捷伦公司的6890N气相色谱仪分析，测得环戊烯的转化率为30.4%。
[0021]实施例5
按照实施例1的方法，只是水和环戊烯的摩尔比为15，从反应器出料口流出的反应产物通过分离，分离出未反应的环戊烯，其余物料利用安捷伦公司的6890N气相色谱仪分析，测得环戊烯的转化率为28.6.3%。
[0022]实施例6
按照实施例1的方法，只是水和环戊烯的摩尔比为3，反应温度为200V,反应压力为
5.0MPa,从反应器出料口流出的反应产物通过分离，分离出未反应的环戊烯，其余物料利用安捷伦公司的6890N气相色谱仪分析，测得环戊烯的转化率为30.6%。
[0023]实施例7
按照实施例1的方法，只是将反应温度为250°C，从反应器出料口流出的反应产物通过分离，分离出未反应的环戊烯，其余物料利用安捷伦公司的6890N气相色谱仪分析，测得环戊烯的转化率为32.1 %。
【权利要求】
1.一种烯烃水合反应器，其特征在于:包括反应器外壳、对称安装在反应器壳体内左右两侧中部的导流筒、导流管内穿过反应器外壳的进料管及导流筒与反应器外壳之间安装的筛板，导流筒出口之间形成流体撞击区域，导流筒、筛板、反应器外壳之间构成反应区，每个反应区的反应器外壳上至少设置一个物料出口。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于:反应器壳体为圆筒形、管形或方形。
3.权利要求1所述反应器的应用，其特征在于:以强酸阳离子交换树脂为催化剂，以环戊烯和水为原料，环戊烯和水在中间罐内进行混合后通过液体输送设备经导流筒内穿过反应器外壳的进料管进入反应器，在撞击区域进行碰撞后进入装填有强酸阳离子交换树脂催化剂的反应区进行水合反应，当反应器内的液压高于反应压力时，水合产物从反应器的物料出口流出。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于:反应器流出的部分水合产物经中间罐重新循环回水合反应器。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于:循环物料量为进料量的5%~500%。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于:循环物料量为进料量的10%~300%。
7.根据权利要求3所述的应用，其特征在于:环戊烯的液时体积空速为0.5h-1~15h-1，水与环戊烯的摩尔比为1:1~10:1，反应温度100°C~250°C，反应压力为1.0MPa~6.0MPa0
8.根据权利要求3或7所述的应用，其特征在于:环戊烯的液时体积空速为0.5h-1~IOtT1 ;水与环戊烯的摩尔比为1:1~8:1，反应温度为100°C~200°C，反应压力为2.0MPa ~5.0MPa0
9.根据权利要求3所述的应用，其特征在于:催化剂使用市售商品或按现有方法制备。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于:催化剂为丹东明珠特种树脂有限公司生产的DNW-1I型耐高温阳离子交换树脂催化剂。
【文档编号】C07C29/04GK103785330SQ201210427683
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年11月1日 优先权日:2012年11月1日
【发明者】霍稳周, 魏晓霞, 田丹, 刘野, 李花伊 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抚顺石油化工研究院