专利名称：用于催化反应体系的气固固外循环流化反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于催化反应体系的气固固外循环流化反应器，属化工设备技术领域。
化学工业中常常遇到强放热催化反应，该类反应过程中放出大量的热量需用热载体(如熔盐等)通过管壁移出反应器或用惰性稀释剂(如水蒸气等)直接移热。否则，反应温升过高容易造成反应选择性大幅度下降。由于需要热载体移热，因此必须增加能耗和物耗，使生产成本大大增加。用于此类反应的列管式反应器，其结构如图1所示，该反应器的缺点是设备成本高，制造难度大。
化学工业中还常常遇到另一类反应，即可逆催化反应。这类反应进行到一定的深度，正逆反应的速度达到平衡，反应体系中的物质组成就不再发生变化，造成目的产物单程收率比较低，因而设备的操作费用比较高。比较好的解决办法是在反应的同时，用吸附剂选择生地吸附目的产物，使其同反应物分离，从而使反应平衡向生成产物的方向移动，提高反应的单程收率。
本实用新型的目的是设计一种用于催化反应体系的气固固外循环流化反应器，反应器内设置固定体，反应器外设置流化床，使固定床上的大颗粒作为催化剂，流化床中的细颗粒作为吸附剂或热载体，将固定床反应和流化床的传热或传质有机地耦合在一起，以减轻设备重量，简化操作，提高反应器单程收率。
本实用新型设计的用于催化反应体系的气固固外循环流化反应器，包括固定床、流化宋、气体分布器、列管换热器和旋风分离器。
本实用新型设计的气固固外循环流化反应器，适用于强放热催化反应体系或可逆催化反应体系，反应器内有丙种尺寸相差较大的颗粒，一种为大颗粒，用作催化剂，另一种为细颗粒，用作热载体或吸附剂。反应气流携带细颗粒穿过催化剂填料层，反应气在催化剂上进行反应，这时，用作热载体的细颗粒，可移出反应生成的热。如果细颗粒用作吸附剂，则将目的产物同反应物流分离。
本实用新型反应器用于强放热催化反应，由于固体的热容比较大，可有效地移出反应热，降低反应器内的绝热温升，大幅度降低惰性稀释剂的用量，提高反应的选择性和收率。与烃类催化氧化反应采用的列管式反应器相比，该新型反应器结构可避免用熔盐作移热介质，使操作简化、设备重量明显减轻。本实用新型反应器用于可逆催化反应，细颗粒作为吸附剂选择性地吸附目的产物，可使反应平衡向生成目的产物的方向移动，提高了反应器的单程收率，使操作成本大大降低。
图1是已有技术结构示意图。
图2是本实用新型结构示意图。
以下结合附图，详细介绍本实用新型的内容。图1和图2中，1是反应气入口，2是反应气分布器，3是装填催化剂的列管，4是热载体入口，5是列管间热载体通道，6是热载体出口，7是生成气出口，8是固定床，9是副目的产物出口，10是旋风分离器，11是主目的产物出口，12是旋风分离器料腿，13是上连通管，14是流量控制阀，15是冷却水出口环管，16是列管换热器，17是流化床，18是冷却水入口环管，19是下连通管，20是松动风分布板，21是松动风入口。
如图2所示，流化床17置于固定床8的外部，流化床17与固定床8之间的上部有上连通管13相联，下部有下连通管19相联，上联通管上置有流量控制阀14。气体分布器2置于固定床8的下部。旋风分离器10置于固定床8的上部，固定床的底部设有松动风入口21，侧面设有反应气入口1，旋风分离器的顶部为副目的产物出口9。列管换热器16置于流化床中，换热器的进出水口10和13置于流化床侧面，流化床的上部也置有旋风分离器10，该旋风分离器的顶部为主目的产物出口11。
本反应器的工作过程如下所述参考图2，反应物流沿固定床侧面的入口1进入固定床下部的气体分布器2，再进入固定床3，如图中空心箭头所示，反应气在固定床的催化剂上发生反应。从流化床12进入固定床3的细颗粒经固定床后在固定床顶部与反应物流分离后又沿上联通管8进入流化床，此时如果反应是放热反应，则细颗粒流作为热载体把反应热移出固定床，如果反应是可逆反应，那么选择具有特定吸附作用的细颗粒作为吸附剂，使副目的产物经固定床3上部的旋风分离器5，从副目的产物出口4处引出反应器外，具有吸附作用的细颗粒流进入流化床，使主目的产物经流化床12顶部的旋风分离器，从主目的产物出口6引出反应器外，如果细颗粒用于移热，则在流化床12内，细颗粒被列管换热器11冷却。为了使细颗粒在反应器内处于高密度流化状态，流化松动风从松动风分布板15、16引入。
本实用新型的一个应用实例是将该反应器用于丁烯氧化脱氢反应制丁二烯。传统的丁烯氧化脱氢反应是在绝热固定床中进行，由于属强放热反应，因此，需控制反应的进行深度，即控制反应中丁烯的转化率，一般转化率为70％。另外，反应的同时需通入大量的水蒸气来移出反应热，目前工业中用的水和丁烯的摩尔流比为16∶1。因此反应的转化率较低，能耗比较高。
如果用气固固循环流化反应器进行丁烯氧化脱氢反应，用流化的细颗粒作为热载体来参与移热。由于细颗粒的热容比较大，因此用其来代替水蒸气效果非常明显。研究结果表明，采用细颗粒来参与移热，水烯比可以从原有工艺的16～17∶1，下降到8～10∶1左右，使水蒸气消耗量下降60～100％。丁二烯的收率可以从65％提高到80％以上，可以增加丁二烯产量15％以上。同工业中现有的绝热固定化床相比，既节省了水蒸气又可提高丁二烯的收率。
权利要求1.一种用于催化反应体系的气固固外循环流化反应器，包括固定床、流化床、气体分布器，其特征在于还包括列管换热器、旋风分离器；所述的流化床置于固定床的外部，流化床与固定体之间的上部有上连通管相联，下部有下连通管相联，上联通管上置有流量控制阀；所述的气体分布器置于固定床的下部；旋风分离器置于固定床的上部，固定床的底部设有松动风入口，侧面设有反应气入口，旋风分离器的顶部为副目的产物出口；所述的列管换热器置于流化床中，换热器的进出水口置于流化床侧面，流化床的上部置有旋风分离器，旋风分离器的顶部为主目的产物出口。
专利摘要本实用新型涉及一种用于催化反应体系的气固固外循环流化反应器,该反应器包括固定床、流化床、气体分布器、列管换热器和旋风分离器。流化床置于固定床的外部,流化床与固定床之间的上、下各有上连通管相联。气体分离器置于固定床下部,旋风分离器置于流化床与固定床的上部。固定床上的大颗粒作为催化剂,小颗粒可作为热载体或吸附剂。列管换热器置于流化床中。本反应器具有重量轻、操作简化、单程收率高等优点。
文档编号B01J8/24GK2287518SQ9720011
公开日1998年8月12日 申请日期1997年1月3日 优先权日1997年1月3日
发明者金涌, 黄水源, 俞芷青, 汪展文 申请人:清华大学