[發明專利]用于正丁烷氧化制順酐的固定床反應器的氣體預分布器

有效

• 申請號: 201310018157.2
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103071433A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 黃正梁;陳楠;楊遙;廖祖維;蔣斌波;王靖岱;陽永榮;鄭海俊;婁俊毅;馮翔;陸飛鵬;楊勇;柳鶯
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J8/06
• 分類號: B01J8/06;C07D307/60
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及氣體預分布器領域，尤其涉及一種用于正丁烷氧化制順酐的固定床反應器及其方法。

背景技術

順丁烯二酸酐簡稱順酐，又名馬來酸酐，是一種重要的有機化工原料，是僅次于苯酐和醋酐的世界第三大有機酸酐，廣泛用于石油化工、食品加工、醫藥、建材等行業。由于具備原料價廉，污染相對較輕，碳原子利用率高和順酐生產成本低等優點，正丁烷氧化制順酐技術逐漸成為順酐生產的主要路線，并有逐步取代苯氧化法的趨勢。

正丁烷氧化法制順酐的工藝按反應器型式經歷了固定床、流化床和移動床三個階段，這三種反應器工藝方法各有優缺點。盡管固定床工藝存在著投資費用高、生產能力有限、催化劑難裝卸、熱點難控制和正丁烷進料濃度受爆炸極限的限制等缺點，固定床工藝仍是目前技術最成熟、應用最廣泛的工藝。究其原因，固定床工藝具有另外兩個工藝所沒有的優點，如物料流動置換理想，可以嚴格控制流體的停留時間，催化劑損耗很低以及裝置放大效應小等。另外，固定床工藝適用于能有效發揮正丁烷氧化反應的無載體催化劑。苯氧化法固定床裝置經過更換催化劑可以進行以正丁烷為原料的工業生產。而目前國內大部分的生產裝置仍是苯法固定床裝置，我國根據國情的客觀現實認為固定床法是一條改變順酐生產原料最易工業化且較為經濟的技術路線。因此，開發具有自主知識產權的有關正丁烷選擇氧化法制順酐的核心設備之一的固定床反應器仍具有相當大的經濟意義和工業應用價值。

固定床法正丁烷選擇氧化制順酐的反應器主要采用熔鹽換熱的列管式固定床反應器。但是由于以往裝置規模小，反應器直徑不大，反應器內部流體的均布問題并不突出，沒有引起重視。隨著順酐裝置的生產能力日趨大型化，反應器的直徑不斷增大，反應器內部的流體均布問題就日益突出，在實際操作過程中，往往存在反應物氣流分布不均勻，造成催化劑不能充分利用的問題。尤為重要的是，工業操作中的正丁烷濃度接近其爆炸下限，濃度不均勻的原料氣在高溫反應下很容易引發工業爆炸事故。目前在正丁烷選擇氧化制順酐工業裝置上，該種反應器通常是反應氣體直接進入反應器內催化劑床層，造成床層內氣體流動分布不均勻。而如果反應器床層內氣體分布不均，會使催化劑床層中出現死區和短路，致使一部分催化劑超負荷而過早失活，另一部分催化劑卻幾乎不起作用，實際操作中表現為催化劑床層內溫升不均勻，局部溫升大，局部卻沒有溫升，沒有溫升表明該部分催化劑床層很少有正丁烷和空氣的反應或根本就沒有反應，從而導致反應器內催化劑利用率下降，整個反應過程惡化，反應器性能下降。對于正丁烷選擇氧化制順酐而言，普遍認為該反應體系為三角反應網絡：一、正丁烷直接氧化成順酐；二、正丁烷直接氧化成CO_x；三、順酐二次氧化成CO_x。因而，作為中間產物的順酐受催化劑的擴散和選擇性影響很大。如果反應正丁烷和空氣的原料混合物進入反應器后不能均勻分布于反應器的整個截面上，勢必導致反應器的各個列管上催化劑一部分超載，而另一部分則幾乎不起作用，必然影響催化劑作用的發揮，影響正丁烷的轉化率，并易導致氧化過度生成副產物CO_x，影響目的產物的選擇性和收率。

多年來，工業固定床氣固催化反應器的流體力學行為一直受到研究者們的重視。早期，由于工廠規模較小，反應器直徑不大，流體均布問題并不突出，人們的注意力集中于牽涉到風機選型和動力消耗的固定床層壓力降的估算。近年來，隨著石油化學工業的發展和規模的擴大，工廠單線生產能力日趨大型化，大直徑列管式固定床氣固催化反應器的氣流均布問題日顯突出，并受到重視。床層入口處流體的初始分布的均勻性分布是關鍵，它直接影響到床層中部和出口處的分布效果。