[發(fā)明專利]一體化反應(yīng)分離設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610089038.6
• 申請日: 2006-07-31
• 公開（公告）號: CN101116804A
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李永祥;吳巍;閔恩澤
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院
• 主分類號: B01J8/00
• 分類號: B01J8/00;B01J19/24;B01D61/14;C08F6/00;C01B15/023
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 徐舒;龐立志

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種化工設(shè)備，更具體地說涉及一種催化反應(yīng)、產(chǎn)物與催化劑分離和物料換熱構(gòu)成的一體化設(shè)備。

背景技術(shù)

在石油化工生產(chǎn)領(lǐng)域，有許多化學(xué)反應(yīng)過程不僅使用固體催化劑，而且反應(yīng)的同時伴有強的放熱。為了使反應(yīng)系統(tǒng)避免熱點產(chǎn)生而保持溫度均勻，采用催化劑懸浮在液體中的操作方式能夠獲得較為滿意的效果。由于液體的傳熱系數(shù)較大，催化劑在液體中的懸浮操作方式易于回收熱量；這種方式使用的催化劑粒度較小，因此不必對催化劑造粒加工，也不會存在顯著的催化劑內(nèi)表面利用率問題，有利于高活性催化劑的應(yīng)用，特別是對于催化劑需頻繁更換和再生的場合，操作起來較為方便。反應(yīng)器中的漿液可通過流體的循環(huán)流動進行混合和攪拌，使固體催化劑微粒充分懸浮，強化了傳熱和傳質(zhì)。這種操作方式已廣泛地應(yīng)用于加氫、氧化、氯化和聚合等反應(yīng)過程。但這種操作方式所面臨的最大困難之一是固體催化劑和液體的分離問題，特別是催化劑顆粒非常小時困難更為嚴重。實際上，對于大多催化反應(yīng)過程，一方面催化劑顆粒需要循環(huán)使用，另一方面要使催化劑顆粒與反應(yīng)液完全分離以確保后續(xù)操作步驟的安全和所獲產(chǎn)品的質(zhì)量。

傳統(tǒng)的漿態(tài)床反應(yīng)器多采用攪拌方式使催化劑懸浮，工業(yè)裝置由于受到攪拌功率的限制，對于微細顆粒，因漿液的湍動程度不夠高會使催化劑在反應(yīng)器壁上黏附，影響了換熱效果；此外，這類反應(yīng)器內(nèi)物料存在著較大返混，對要求原料多點進料的反應(yīng)系統(tǒng)或要求很高轉(zhuǎn)化率的一些場合，單個漿態(tài)床反應(yīng)器難以滿足要求。一般工業(yè)操作過程是將催化反應(yīng)和催化劑分離單獨設(shè)置，但這造成裝置系統(tǒng)較為龐大。

在烯烴聚合領(lǐng)域，環(huán)管反應(yīng)器已得到了廣泛的應(yīng)用。這類反應(yīng)器具有單位體積傳熱面積大、物料流動和混合狀況好、設(shè)備效率高等優(yōu)點。專利US6239235、US4121029、EP0891990和WO2004024782對環(huán)管反應(yīng)器在烯烴聚合中的應(yīng)用進行了較為詳細的描述。

盡管將細微的催化劑顆粒直接用于反應(yīng)過程有許多優(yōu)點，但將其從反應(yīng)液中充分分離出來，一直是一項較為困難的工作。

US5534149提出了蒽醌法制造過氧化氫的加氫過程中，含貴金屬鈀的鈀/炭催化劑與反應(yīng)液的分離方法。該方法采用的是膜分離元件，膜的支撐體是由炭、陶瓷或金屬材料制成，孔徑為5-100μm；膜是由α-氧化鋁、氧化鋯、氧化硅的混合物制成，孔徑為1-10μm；并用不含催化劑的工作液或溶劑對膜進行周期性反沖洗。該方法采用一端封閉的過濾方式，這種操作方式極易造成膜表面的濃差極化，而且膜污染也易發(fā)生。

EP0571762與US5534149的反應(yīng)體系相同，采用的是陶瓷或聚烯烴微濾膜，并以錯流的方式將鈀/炭催化劑與反應(yīng)液進行分離，膜材料是α-氧化鋁，孔徑為0.1-3μm，這種操作方式表現(xiàn)出過濾元件的過濾性能逐漸下降，這是因為金屬燒結(jié)管和膜的污染不可避免，僅靠反沖是不夠的，還需定期對過濾元件進行再生。

可以看出，上述的現(xiàn)有技術(shù)都是僅僅考慮了催化劑的過濾問題，沒有將反應(yīng)設(shè)備、過濾設(shè)備和移熱設(shè)備作一體化考慮。

CN1394672A涉及一種非均相懸浮態(tài)納米催化反應(yīng)的催化劑膜分離方法，催化劑分離過程與催化反應(yīng)過程組合在一起，用泵連續(xù)抽取反應(yīng)釜內(nèi)的物料送入平均孔徑為2～200納米的無機膜管中且不斷循環(huán)于反應(yīng)釜與無機膜管之間，利用無機膜的篩分原理，液相產(chǎn)品不斷地透過膜管被分離，懸浮態(tài)催化劑截留在膜管內(nèi)并隨循環(huán)物料重新返回反應(yīng)釜中循環(huán)使用。該方法中反應(yīng)設(shè)備和分離沒有耦合成一體化設(shè)備，流程較長。

CN2576324Y涉及一體式懸浮床無機膜反應(yīng)器。該反應(yīng)器是將若干個無機膜管和膜管支撐架組成的無機膜分離組件以一定的排列方式設(shè)置在反應(yīng)釜內(nèi)，膜管的一端通過封板封閉，另一端與濾液出口管相通。膜管選取陶瓷、金屬材料或它們的復(fù)合材料膜。膜管在釜內(nèi)依支架的結(jié)構(gòu)有豎直固定，豎直旋轉(zhuǎn)或水平旋轉(zhuǎn)等多種排列方式。這種一體化方式在膜管和支架出現(xiàn)問題時，整個裝置需要停下來進行維修，另外膜管破裂時難以及時發(fā)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有流程和裝置存在的一些不足，本發(fā)明的目的是提供一種集催化反應(yīng)、催化劑分離和物料換熱為一體的，特別適合細顆粒催化劑的一體化反應(yīng)分離設(shè)備。