2,4-二氟硝基苯加氢装置的制作方法

1.本实用新型涉及硝基苯加氢技术领域，尤其涉及一种2,4-二氟硝基苯加氢装置。


背景技术：

2.2,4-二氟苯胺是有机合成的中间体，在医药上常用于二氟苯水杨酸和多氟啶酸的合成，也是农药的重要中间体，广泛用于有机合成、医药化学品、染料和农用化学品的制备中。2,4-二氟苯胺在我国的年产量稳定在2k吨左右，并呈逐年递增趋势。2,4-二氟苯胺的生产方法大体可以分为：以2,4-二氟硝基苯为原料的铁粉还原法，及2,4-二氟硝基苯的催化加氢法。其中，催化加氢法又分为液相加氢法和气相加氢法两种。铁粉还原法由于生成的2,4-二氟苯胺质量较差，生产效率不佳，被逐渐淘汰已是大势所趋。液相加氢法生产的优点是收率高、副反应少，但存在溶剂及催化剂回收困难、催化剂及设备投入费用高、操作复杂等问题，故推广较困难。
3.常用的气相加氢法的反应原理为：将2,4-二氟硝基苯预热、汽化后，进入装有催化剂(如铜-二氧化硅催化剂，铜-三氧化二铝催化剂)的反应器中，与氢气进行加氢还原反应，制得2,4-二氟苯胺。反应中硝化反应速率快，反应过程剧烈，反应热量释放较多。现有技术中，气相加氢法常采用流化床反应器，反应气体原料由底部的分布器进入流化床中，而反应器中装填的催化剂属于geldart b类颗粒，这种粗颗粒在流化床反应器内的流化质量较差，因此反应器底部附近的区域大量反应热不易移走，容易形成局部的高温区域，若反应器的温度控制不当，很容易造成催化剂积碳、结焦和失活，而且过热还容易产生副产品，影响2,4-二氟苯胺的产品纯度。且用于2,4-二氟硝基苯生产的催化剂的强度较低，非常容易破碎，催化剂颗粒会随着反应的进行及反应器负荷的变化而破损，细粉很容易被气相产物带出反应器并逃逸，从而使得催化剂跑损较为严重，随之带来的影响就是反应无法长周期运行、需要停车补剂等各种问题。催化剂的跑损也容易在后续生产中阻塞换热器及冷凝器列管，同时大量催化剂流入废水和精馏系统，也容易造成系统管道堵塞，缩短机泵运行寿命。因此，在工业生产中，如何设计、选择合适的加氢装置，使其能优化反应器内的气固流化质量，及时移出反应热以避免加氢副反应和催化剂积碳结焦，保持催化剂活性，减缓催化剂跑损情况，同时充分利用反应热，降低能耗，延长装置运行周期成为硝化反应的关键。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种2,4-二氟硝基苯加氢装置，用以解决现有加氢装置中，反应热不易移出，催化剂易积碳结焦，催化剂破碎和跑损严重，副反应产物过多，反应热利用不充分，以及装置运行周期较短，需定时停车补剂等问题。
5.本实用新型提供一种2,4-二氟硝基苯加氢装置，包括：沿气相进料流动方向依次连接的原料混合器、预热器、汽化器、反应器、气固分离器、冷却器、冷凝器、三相分离器和产物储罐；原料混合器还与2,4-二氟硝基苯储罐连接；冷却器的壳程与氢气储罐连接，用于回收气相产物的余热来预热氢气进料。
6.进一步地，预热器的管程连通原料混合器和汽化器，预热器的壳程入口与气固分离器的气相出口连接，预热器的壳程出口与冷却器的管程入口连接。
7.进一步地，气固分离器的固相出口与再生器的顶部入口连接，再生器的底部出口与设置在反应器的上部的催化剂回流口通过催化循环泵连接。
8.进一步地，反应器的中部设置有中段采出口，中段采出口与热回收器的管程入口连接，热回收器的管程出口通过高压泵与反应器的中部设置的中段回流口连接；中段采出口设置于中段回流口的下方；热回收器的壳程入口与三相分离器的气相出口通过循环氢压机连接，热回收器的壳程出口与反应器的中部设置的循环氢气入口连接。
9.进一步地，反应器的下部和上部分别设置有下反应区和上反应区，下反应区和上反应区的底部分别设置有气体原料进气口，两个气体原料进气口与汽化器的出口连接；上反应区的气体原料进气口设置在循环氢气入口和中段回流口的上方。
10.进一步地，下反应区和上反应区的气体原料进气口的上方分别设置有气体混合区，两个气体混合区内对称设置有折流板。
11.进一步地，两个气体混合区分别通过气体分布板与上反应区和下反应区连通；催化剂回流口设置在上反应区的气体分布板的上方。
12.进一步地，上反应区和下反应区的内部结构相同，上反应区内部设置有环形挡板，环形挡板将上反应区由中心向四周分隔为中心区和环形返料区；中心区的气流方向为自下而上，环形返料区的气流方向为自上而下，且环形返料区的顶部和底部与中心区连通。
13.进一步地，中心区的截面积与环形返料区的截面积之比不小于2。
14.进一步地，上反应区和下反应区的上方分别设置有溅射分离部件，两个溅射分离部件包括疏通道区和密通道区；疏通道区的通道的当量直径为密通道区的通道的当量直径的2-5倍。
15.进一步地，疏通道区和密通道区由具有均匀分布的孔的圆板和多个同心环形板构成，疏通道区和密通道区间隔分布。
16.进一步地，疏通道区和密通道区由间隔式平行设置的多个防溅板构成，多个防溅板之间形成直行通道或斜行通道或弯曲通道。
17.进一步地，气固分离器为一级或二级内旋风分离器。
18.本实用新型提供的2,4-二氟硝基苯加氢装置，通过反应器中段的热回收循环管道，及时移除了反应热，使得反应器的温度可控性进一步提升，避免了局部过热，有效地降低了副产物的生成，以提高2,4-二氟硝基苯的转化率和产物的产率。通过再生器的设置，将部分催化剂进行了在线再生，能降低催化剂的跑损程度和剂耗，降低后续管道堵塞的风险，有利于延长催化剂的使用周期，降低生产成本，更有利于延长加氢装置的运行周期。还对装置内的反应预热进行了多重回收，并对氢气进行了回收利用，提升了原料的综合利用效率，降低了装置能耗，经济效益提升。本实用新型的加氢装置能应用于类似的硝基苯气相催化加氢的工业生产中。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是
本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本实用新型一实施例提供的2,4-二氟硝基苯加氢装置的结构示意图；
21.图2为本实用新型一实施例提供的反应器的结构示意图；
22.图3为本实用新型一实施例提供的溅射分离部件的结构示意图；
23.图4为本实用新型另一实施例提供的溅射分离部件的结构示意图。
24.附图标记说明：
25.1-原料混合器、2-预热器、3-汽化器、4-反应器、5-气固分离器、6-冷却器、7-冷凝器、8-三相分离器、9-产物储罐、10-2,4-二氟硝基苯储罐、11-氢气储罐、12-再生器、13-催化循环泵、14-循环氢压机；
26.41-下反应区、42-上反应区、43-气体混合区、45-溅射分离部件；
27.131-催化剂回流口、141-循环氢气入口、421-环形挡板、422-中心区、423-环形返料区、431-气体原料进气口、432-折流板、433-气体分布板、441-中段采出口、442-热回收器、443-高压泵、444-中段回流口、451-疏通道区、452-密通道区。
具体实施方式
28.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，也属于本实用新型保护的范围。
29.参见图1和图2，本实用新型提供一种2,4-二氟硝基苯加氢装置，包括：沿气相进料流动方向依次连接的原料混合器1、预热器2、汽化器3、反应器4、气固分离器5、冷却器6、冷凝器7、三相分离器8和产物储罐9；原料混合器1还与2,4-二氟硝基苯储罐10连接；冷却器6的壳程与氢气储罐11连接，用于回收气相产物的余热来预热氢气进料。
30.本实用新型的加氢装置中，2,4-二氟硝基苯从2,4-二氟硝基苯储罐10与氢气储罐11来的氢气于原料混合器1混合，经过预热器2和汽化器3后，以气体原料的方式进入反应器4中进行加氢还原反应，反应产物从反应器4排出至气固分离器5中去除其中夹杂的催化剂后，经过冷却器6和冷凝器7将产物冷凝成液相，于三相分离器8中将气、产物、水三相进行分离后，将所得粗产物2,4-二氟苯胺暂存于产物储罐9中以备后续精制。
31.于一实施方式中，预热器2的管程连通原料混合器1和汽化器3，预热器2的壳程入口与气固分离器5的气相出口连接，预热器2的壳程出口与冷却器6的管程入口连接。
32.反应器4的气体出口排出的是氢气、气态苯胺、水蒸气、副反应产物以及夹杂的催化剂，这其中又含有大量的反应热，经过预热器2和冷却器6分别与气体原料进料和氢气进料换热，一方面能使2,4-二氟苯胺冷却成液态，其中过量的氢气能被分离出来进行循环利用，以提高氢气的综合利用效率，另一方面能回收大量的热能，降低加氢装置用于气体原料进料的气化阶段的能耗。
33.于一实施方式中，气固分离器5的固相出口与再生器12的顶部入口连接，再生器12的底部出口与设置在反应器4的上部的催化剂回流口131通过催化循环泵13连接。
34.气固分离器5能将产物中夹杂的催化剂分离出来，将这部分催化剂送入再生器12
中再生，然后再送回至反应器4中。再生器12中可以通入高温的惰性气体如氮气、二氧化碳等，将催化剂上的积碳消除后，催化剂以较高的活性重新进入反应器4中参与反应，能够利用这种循环对反应器4中的催化剂进行置换，还能降低催化剂的跑损程度和剂耗，有利于延长催化剂的使用周期，降低生产成本，更有利于延长加氢装置的运行周期。
35.参见图1和图2，于一实施方式中，反应器4的中部设置有中段采出口441，中段采出口441与热回收器442的管程入口连接，热回收器442的管程出口通过高压泵443与反应器4的中部设置的中段回流口444连接；中段采出口441设置于中段回流口444的下方；热回收器442的壳程入口与三相分离器8的气相出口通过循环氢压机14连接，热回收器442的壳程出口与反应器4的中部设置的循环氢气入口141连接。
36.通过在反应器4的中段设置热回收的循环管道，能及时转移反应器4内产生的大量热量，从而保证反应器4内部的反应温度可控，避免由于底部进料中2,4-二氟硝基苯浓度较高、反应剧烈而导致局部过热，进而导致副反应(如苯环加氢)的发生；又能通过热回收的循环管道将反应器4中的混合气体再进行混合，有利于提高2,4-二氟硝基苯的转化率；还能对返回反应器4的循环氢气进行加热，充分回收了装置的余热，节约了能耗。
37.参见图2，于一实施方式中，反应器4的下部和上部分别设置有下反应区41和上反应区42，下反应区41和上反应区42的底部分别设置有气体原料进气口431，两个气体原料进气口431与汽化器3的出口连接；上反应区42的气体原料进气口431设置在循环氢气入口141和中段回流口444的上方。
38.反应器4内部分别设置反应区，有利于改变内部流场，有利于强化传热效率，提高反应效率，还能优化气体原料进料在反应器4径向上的浓度分布，消除反应区底部由于进料中2,4-二氟硝基苯浓度较高、反应剧烈而导致的局部过热与催化剂结焦的问题，有利于提高反应器4内部整体温度的均匀度，提高反应器4的处理量，也有利于避免单一催化剂层造成的传热效率较低、结焦而造成频繁停车的问题，使得加氢装置能连续长周期的生产2,4-二氟苯胺。
39.于一实施方式中，下反应区41和上反应区42的气体原料进气口431的上方分别设置有气体混合区43，两个气体混合区43内对称设置有折流板432。
40.于一实施方式中，两个气体混合区43分别通过气体分布板433与上反应区42和下反应区41连通；催化剂回流口131设置在上反应区42的气体分布板433的上方。
41.设置带有折流板432的气体混合区43，能使得汽化器3排出的气体进行进一步的充分混合，防止汽化器3排出的气体原料中氢气和2,4-二氟硝基苯因传热效率不同而产生两种不均匀的气流，进而导致局部过热而引起的飞温现象，折流板432还能调整气体流速，并将未被汽化的原料阻隔下来，提高了反应器4内反应的可控性。
42.于一实施方式中，上反应区42和下反应区41的内部结构相同，上反应区42内部设置有环形挡板421，环形挡板421将上反应区42由中心向四周分隔为中心区422和环形返料区423；中心区422的气流方向为自下而上，环形返料区423的气流方向为自上而下，且环形返料区423的顶部和底部与中心区422连通。
43.于一实施方式中，中心区422的截面积与环形返料区423的截面积之比不小于2。
44.通过设置中心区422与环形返料区423相配合的内部结构，当气体原料从气体分布板433进入反应区后，由于中心区422的气流是自下而上的，中心区422的气流压力较小，气
体原料先进入中心区422反应，然后从中心区422的顶部向环形返料区423流动，在环形返料区423中气流自上而下，最后从底部的连通处被卷吸进入中心区422反应。这样的设计有利于改善反应器4内部的流体分布，催化剂颗粒能径向循环传递，在反应器4负荷较大时，能提高反应器4内的高效剪切混合效果，一方面能防止局部催化剂在反应器4内局部活性过高而造成不必要的过反应，另一方面能将不同温度的催化剂进行混合，有利于促进反应器4内温度分布均匀。
45.参见图2、图3和图4，于一实施方式中，上反应区42和下反应区41的上方分别设置有溅射分离部件45，两个溅射分离部件45包括疏通道区451和密通道区452；疏通道区451的通道的当量直径为密通道区452的通道的当量直径的2-5倍。
46.参见图3，于一实施方式中，疏通道区451和密通道区452由具有均匀分布的孔的圆板和多个同心环形板构成，疏通道区451和密通道区452间隔分布。
47.参见图4，于一实施方式中，疏通道区451和密通道区452由间隔式平行设置的多个防溅板构成，多个防溅板之间形成直行通道或斜行通道或弯曲通道。
48.溅射分离部件45的设置，能通过不同当量直径的通道来调整反应器4内部的气固流动质量，同时有利于上下两处反应区的分隔，还能破碎了气泡及夹杂的催化剂颗粒团，能防止催化剂被气相产物过多的夹带出反应器4，降低了后续气固分离器5的负荷，也能避免冷却器6和冷凝器7等的管道堵塞，增强换热及冷凝效果，还能降低催化剂的跑损量和剂耗，节约了催化剂成本。
49.于一实施方式中，气固分离器5为一级或二级内旋风分离器。
50.本实用新型的2,4-二氟硝基苯加氢装置，具体工作时，将氢气储罐11来的氢气经过冷却器6进行预热后，送入原料混合器1。2,4-二氟硝基苯从2,4-二氟硝基苯储罐10进入原料混合器1，与其中的氢气混合，形成混合气。混合气经过预热器2与气相产物进行换热回收了装置余热，然后经汽化器3后形成气体原料，然后经过反应器4的气体原料进气口431进入反应器4中进行反应。
51.气体原料从气体原料进气口431分别进入反应器4的上部和下部设置的气体混合区43中，经过折流板432的进一步混合后，通过气体分布板433进入上反应区42和下反应区41。由于反应区的中心区422的气流是自下而上的，中心区422的气流压力较小，气体原料先进入中心区422反应，然后从中心区422的顶部向环形返料区423流动，在环形返料区423中气流自上而下，最后从底部的连通处被卷吸进入中心区422反应。
52.气相在反应器4中向上流动，在反应区的上方通过不同当量直径的疏通道区451和密通道区452的通道，破碎了气泡及夹杂的催化剂颗粒团，防止催化剂被气相产物过多的夹带出反应器4，部分催化剂被拦截后返回反应区继续进行催化反应，小部分未被拦截的颗粒穿过溅射分离部件45的通道排出反应器4。最终，反应产物从反应器4排出至气固分离器5中去除其中夹杂的催化剂后，气相产物经过冷却器6和冷凝器7(冷凝介质为循环水或冷冻水)将气相产物冷凝成液相，于三相分离器8中将气、产物、水三相进行分离后，将所得粗产物2,4-二氟苯胺暂存于产物储罐9中以备后续精制。
53.气固分离器5中分离出的固相送入再生器12中，经再生器12在线再生以后，利用催化循环泵13和反应器4的上部的催化剂回流口131送回反应器4中，能够利用这种循环对反应器4中的催化剂进行置换，还能降低催化剂的跑损程度和剂耗，有利于延长催化剂的使用
周期，降低生产成本，更有利于延长加氢装置的运行周期。
54.三相分离器8中的水相送入废水处理工段，三相分离器8中的气相出口通过循环氢压机14与反应器4的中部设置的热回收器442的壳程入口连接，将三相分离器8中不能被冷凝的气相(循环氢气)通过反应器4的中部设置的循环氢气入口141送回反应器4中参与反应，提高了氢气综合利用效率。
55.需要说明的是，在本实用新型中，部分设备的详细结构并未详述，但属于本领域技术人员已知的现有技术，故在此不再赘述。
56.需要说明的是，本领域技术人员在本实用新型的指导下，还能对上述系统做出部分修改设计。例如，系统内的设备上还设置有液位计、溢流/氮气管道等；系统内部的输送管道上在不同单元或装置、设备间设置有泵、压力传感器、流量计或温度传感器等，同时也设置有不同阀门，如泄压阀、调压阀、安全阀、气动阀等用于调节和稳定整个系统压力的阀门，也可调节阀门的开度以调节管道内物料流量等。
57.最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。