专利名称：用于催化反应体系的气固固内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内循环流化反应器，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。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，用吸附剂选择性地吸附目的产物，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内循环流化反应器，反应器内同时设置固定床和流化床，使固定床上的大颗粒作为催化剂，小颗粒作为吸附剂，反应气流携带细颗粒穿过催化剂填料层，反应气在催化剂上反应，细颗粒可用作吸附剂或热载体，进而使设备重量减轻，操作简化，并提高反应器单程收率。
本实用新型设计的一种用于催化反应体系的气固固内循环流化反应器，包括固定床、流化床、气体分布器、列管换热器和旋风分离器。
本实用新型设计的气固固内循环流化反应器，适用于强放热催化反应体系或可逆催化反应体系，反应器内有两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，本实用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。该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是冷却水入口环管，9是松动风入口，10是松动风分布器，11是列管换热器，12是固定床(固1)，13是流化床(固2)，14是冷却水出口环管，15是旋风分离器料腿，16是旋风分离器。
固定床12为圆环形，置于反应器的中部，固定床的中心和四周为流化床13。列管换热器11置于流化床中。旋风分离器16置于固定床上部，旋风分离器的料腿15伸进固定床中心的流化床中，旋风分离器上部为生成气出口7。气体分布器2置于固定床的下部。反应器的底部设有反应气入口1，侧面设有列管换热器的冷却水进出口8和14。
本反应器的工作过程如下所述参考图2，反应物流沿反应器底部的入口1进入反应器，如图中空心箭头所示，沿气体分布器2上的导流管进入环状固定床7的底部，然后携带被松动的细颗粒一起并流穿过固定床7。反应气在固定床的催化剂上发生反应。如果反应是放热反应，那么，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，细颗粒流作为吸附剂选择性地吸附目的产物，与反应物分离，细颗粒经旋风料腿10沉降到流化床8的顶部，气体进入旋风分离器11，并从生成气出口12引出反应器外。如果细颗粒用于移热，则在流化床内细颗粒被列管换热器6冷却。流化床处于最小流化状态，流化的细颗粒从流化床的底部进入固定床的底部，如图中实心箭头所示，并被反应气携带继续参与循环。冷却介质则由底部进入入口环管3，从顶部出口环管9引出，并再次参与循环移热。如果细颗粒用于分离目的产物，则在流化床内脱附目的产物。为了使细颗粒在流化床内处于高密度流化状态，流化松动风从松动风分布器4、5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内循环流化反应器，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；所述的固定床为圆环形，置于反应器的中部，固定床的中心和四周为流化床；列管换热器置于流化床中；旋风分离器置于固定床上部，旋风分离器的料腿伸进固定床中心的流化床中，旋风分离器上部为生成器出口；气体分布器置于固定床的下部；反应器的底部设有反应器入口，侧面设有列管换热器的冷却水进出口。
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内循环流化反应器,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。固定床为圆环形,置于反应器中部,固定床的中心和四周为流化床,列管换热器置于流化床中,旋风分离器置于固定床上部。固定床上的大颗粒作为催化剂,小颗粒作为吸附剂时,将目的产物同反应物流分离,小颗粒作为热载体时,可有效地移出反应热。本反应器具有重量轻、操作简单、单程收率高等优点。
文档编号B01J8/24GK2287519SQ9720011
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