專利名稱：一種固定床和噴射浮動床與分離單元耦合的集成系統(tǒng)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固定床和噴射浮動床與分離單元耦合而成的集成系統(tǒng)工藝。
背景技術(shù)：
固定床反應器又稱填充床反應器，裝填有固體催化劑或固體反應物用以實現(xiàn)多相反應過程的一種反應器。固體物通常呈顆粒狀，堆積成一定高度(或厚度)的床層。床層靜止不動，流體通過床層進行反應。它與流化床反應器及移動床反應器的區(qū)別在于固體顆粒處于靜止狀態(tài)。目前工業(yè)上對固體為催化劑，液體為反應原料的液固催化反應主要利用固定床反應器來實現(xiàn)，如酯化反應、水合反應等。固定床反應器的優(yōu)點是①返混小，流體同催化劑可進行有效接觸，當反應伴有串聯(lián)副反應時可得較高選擇性。②催化劑機械損耗小。③結(jié)構(gòu)簡單。③反應穩(wěn)定。固定床反應器的缺點是①傳熱差。②操作過程中催化劑不能更換，催化劑需要頻繁再生的反應一般不宜使用，常代之以流化床反應器或移動床反應器。③反應時間較長。④涉及油水兩相物料時，混合困難，反應速度受限。噴射浮動床反應器是一種新型的強化反應器，它的工作原理是利用高速流動相去卷吸其它相，產(chǎn)生劇烈攪拌效果，促使各相密切接觸，并快速完成反應過程。在以固體為催化劑，液體為反應原料的液固催化反應中，噴射浮動床反應器可使反應物之間及反應物與催化劑之間充分混合，大幅強化質(zhì)量與熱量傳遞速率，改善反應器內(nèi)的濃度和溫度分布， 加快反應進程，有效抑制副反應和提高反應選擇性。噴射浮動床反應器有許多獨特優(yōu)異的性能①傳質(zhì)傳熱效率高；②操作彈性高； ③單位體積輸入功率大，并可大幅降低能耗；④反應器結(jié)構(gòu)簡單，無剛性攪拌，適合于氧化加氫等危險性反應操作；⑤密封性能好，尤其適用于高壓反應；⑥混合效果和傳質(zhì)速率受反應器規(guī)模的影響程度小，易于工程放大。目前，工業(yè)上的反應分離集成系統(tǒng)是由反應設(shè)備與分離設(shè)備有機組成的集成系統(tǒng)，存在著一定的缺陷。如固定床反應-分離集成系統(tǒng)，即所謂的反應精餾塔，如酯化反應精餾塔。由于利用固定床反應器反應要達到一較高轉(zhuǎn)化率需要較長的反應時間，所以停留時間較長，設(shè)備體積較大。而對于其它反應-分離集成系統(tǒng)，如氧化反應和加氫反應與分離單元組成的集成系統(tǒng)，則存在反應與分離難以相互耦合的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種固定床和噴射浮動床與分離單元耦合而成的集成系統(tǒng)。 如附圖一所示。在反應階段，將固定床反應器與噴射浮動床反應器相耦合，利用固定床反應器進行預反應，然后進入噴射浮動床反應器進行強化反應。在固定床反應器中進行的預反應縮短了強化噴射反應器內(nèi)的反應時間，降低了固體催化劑的破損率，延長了固體催化劑的使用壽命；而噴射浮動床反應器可在相對較短的時間內(nèi)提高后續(xù)反應的轉(zhuǎn)化率，且能耗低，這又彌補了單純使用固定床反應器的反應時間長轉(zhuǎn)化率低的不足。若反應器流出的物料會分層，則可利用分相器分出油水兩相，含產(chǎn)物的一相進入精餾系統(tǒng)進行分離，否則物料直接進入精餾系統(tǒng)，及時移走產(chǎn)物并將未完全反應的反應物返回反應單元以提高轉(zhuǎn)化率。 固定床和噴射浮動床與分離單元全系統(tǒng)的耦合可大幅降低能耗，節(jié)約成本。本發(fā)明的目的可通過以下技術(shù)解決方案來實現(xiàn)
一種固定床和噴射浮動床與分離單元耦合的集成系統(tǒng)工藝，它包括下列步驟 步驟1.將反應所需的新鮮反應料液由管道1輸入中間物料儲罐V-I (這里的反應包括適合固定床反應器的所有反應)，用原料輸送泵P-I將物料經(jīng)過閥門F-1，流量計FM-I和換熱器E-I加熱后，由管道3定量地輸送到固定床反應器R-I中進行預反應。反應物料一次通過固定床反應器R-1，并由中間緩沖罐V-2收集，固定床反應器中由反應所需的固體催化劑填充，其高度與粗細程度由具體的處理量及所需的停留時間決定；
步驟2.將中間緩沖罐V-2中經(jīng)過固定床反應器預反應的物料用物料輸送泵P-2經(jīng)過閥門F-3、流量計FM-2和換熱器E-2由管道5輸入噴射浮動床反應器R-2中進行強化反應， 噴射浮動床反應器系統(tǒng)由反應器主體R-2、流體輸送泵P-3、流量計FM-3、換熱器E-3、噴射器J-I及相應的管道和閥門組成，由流體輸送泵P-3將反應器R-2中的流體抽出，經(jīng)過閥門 F-4、流量計FM-3及換熱器E-3加熱到所需反應溫度后由管道7輸入噴射器J-I后，射入反應器R-2中進行循環(huán)強化反應，噴射浮動床反應器R-2的具體尺寸由物料處理量及停留時間決定；
步驟3.反應進行一段時間后，由取樣口 16進行取樣分析，當產(chǎn)物達到所需的濃度要求時，由管道9或者管道10出料，當出料的液相分層時，將物料經(jīng)過液體流量計FM-4、換熱器E-4及閥門F-5由管道9進入分相器V-4進行分相，上層油相液體由管道11進入緩沖罐 V-5 ；當出料的液體不分層時則物料經(jīng)過閥門F-6由管道10直接進入緩沖罐V-5 ；
步驟4.當出料的液相分層時，則在分相器V-4中分為油水兩相，不含產(chǎn)物的液相層由管道13經(jīng)過液體輸送泵P-4由管道14輸送到原料儲罐V-I中，中間緩沖罐V-5中含有產(chǎn)品的液相由液體輸送泵P-5抽出，經(jīng)過閥門F-9、液體流量計FM-5及換熱器E-5加熱到一定溫度后，由管道12進入后續(xù)分離系統(tǒng)進行分離；當出料的液相不分層時，則含產(chǎn)物的物料經(jīng)過液體流量計FM-4、換熱器E-4及閥門F-6進入中間緩沖罐V-5中，由液體輸送泵P_5 抽出經(jīng)過閥門F-9、流量計FM-5及換熱器E-5加熱到一定溫度后，由管道12進入分離系統(tǒng) T-I中進行后續(xù)分離；
步驟5.進入分離系統(tǒng)T-I的物料經(jīng)過分離后，產(chǎn)物和未反應的物料分開，將產(chǎn)物收集，而未反應的物料則被輸送返回到原料中間儲罐V-I中準備進行下一輪循環(huán)。上述的集成系統(tǒng)工藝，步驟4所述的分離系統(tǒng)可以是填料蒸餾塔或板式蒸餾塔。本發(fā)明對傳統(tǒng)的單一類型反應器和分離單元耦合組成的集成系統(tǒng)的工藝進行了補充和優(yōu)化，這里的反應體系包含所有可用固定床反應器進行反應的體系。將反應物料經(jīng)過固定床反應器進行預反應，然后進入噴射浮動床反應器中進行強化反應后，根據(jù)反應后物料的分層情況，將反應后的物料輸送到分離系統(tǒng)中進行后續(xù)分離，過程中未被反應的物料被返回到原料中間罐后，作為原料繼續(xù)參加反應。整個過程中，將固定床和噴射浮動床與分離單元相耦合，形成了更加高效的多類型反應器-分離集成系統(tǒng)，有效縮短了反應時間， 降低了過程能耗，同時降低了固體催化劑的破損率，延長了催化劑的使用壽命。本發(fā)明的集成系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(1)先用固定床反應器將物料進行預反應，由于是一次通過，不需要進行多次循環(huán)，所以時間較短，能耗較低；(2)將經(jīng)過了預反應的物料再次進入噴射浮動床反應器中進行強化反應，可有效縮短反應時間，降低了固體催化劑的破損率，延長了催化劑的使用壽命；(3)整個過程中，將固定床反應器和噴射浮動床反應器耦合而成的反應系統(tǒng)與后續(xù)分離系統(tǒng)進一步耦合，使流程更集約，反應時間大為縮短，過程能耗得到進一步降低。


圖1為本發(fā)明工藝的流程示意圖。其中
R-I為固定床反應器，R-2為噴射浮動床反應器，Ρ-1、Ρ-2、Ρ-3、Ρ-4、Ρ-5為流體輸送泵， V-I為原料中間儲罐，V-2、V-5為產(chǎn)物中間儲罐，V-3為液固分離罐，V-4為分相器，F(xiàn)-l、F-2、 F-3、F-4、F-5、F-6、F_7、F_8、F-9 為閥門，E-1，E_2、E_3、E_4、E-5 為換熱器，F(xiàn)M-1、FM-2、 FM-3、FM-4、FM-5 為液體流量計，T-I 為后續(xù)分離系統(tǒng)，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、 14為管道，15為排液口，16為取樣口。
具體實施例方式以下通過實施例進一步說明本發(fā)明。實施例1 本發(fā)明的耦合系統(tǒng)工藝生產(chǎn)3000噸/年二氫月桂烯醇
固定床-噴射浮動床-分離系統(tǒng)耦合系統(tǒng)工藝及操作步驟如附圖1所示。該系統(tǒng)主要由固定床反應器和噴射浮動床反應器耦合而成的反應系統(tǒng)與后續(xù)精餾系統(tǒng)、分相器和中間儲罐等裝置組成。在各設(shè)備間設(shè)有計量和控制儀表以及管道。將一定配比(質(zhì)量比二氫月桂烯水溶劑=1:1:2，溶劑為二氧六環(huán))的二氫月桂烯水合反應原料從原料中間儲罐V-I 由液體輸送泵P-I經(jīng)過閥門F-I和流量計FM-I和換熱器E-I加熱后由管道3進入固定床反應器R-I進行反應，固定床反應器R-I裝填催化劑D72(催化劑D72由南開大學催化劑廠生產(chǎn)，下同)，裝填容積為5m3，高徑比為2 1，反應溫度為110°C，新鮮原料一次經(jīng)過固定床反應器R-I后(停留時間30min)，二氫月桂烯醇(wt%)的收率為5%，將此物料收集于中間緩沖罐V-2后，由液體輸送泵P-2抽出，經(jīng)過閥門F-3、流量計FM-2和換熱器E-2由管道5進入噴射浮動床反應器R-2中進行強化反應，噴射浮動床反應器的體積為4m3，高徑比為1. 3:1， 噴射浮動床反應器中懸浮有Ag催化劑D72，由取樣口 16進行取樣分析，當二氫月桂烯醇達到所需濃度18%時，由管道8經(jīng)過閥門F-5流量計FM-4和換熱器E-4由管道9進入分相器 V-4中進行分相，油相進入緩沖罐V-5由液體輸送泵P-5經(jīng)過閥門F-9、流量計FM-5和換熱器E-5后由管道12進入分離系統(tǒng)T-I進行后續(xù)分離，分離系統(tǒng)T-I為填料塔，分離后得到純度為98%的二氫月桂烯醇，而未反應的原料則返回到原料中間儲罐V-I與新鮮物料一同作為原料再次進行反應。采用本發(fā)明的耦合系統(tǒng)工藝，能耗較傳統(tǒng)耦合工藝降低了 28%。實施例2 本發(fā)明的耦合系統(tǒng)工藝生產(chǎn)5000噸/年松油醇
操作方法如實施例1。將一定配比的松節(jié)油水合反應原料(質(zhì)量比松節(jié)油水溶劑 =1 1 2，溶劑為異丙醇)從原料中間儲罐V-I由液體輸送泵P-I經(jīng)過閥門F-I和流量計FM-I 和換熱器E-I加熱后由管道3進入固定床反應器R-I進行反應，固定床反應器R-I裝填濕型催化劑Amberlyst 15 (濕型催化劑Amberlyst 15由美國羅門哈斯公司提供，下同)，裝填容積為7m3，高徑比為2:1，反應溫度為75°C，新鮮原料一次經(jīng)過固定床反應器R-I后(停留時間30min)，松油醇的收率為7%，將此物料收集于中間緩沖罐V-2后，由液體輸送泵P_2抽出，經(jīng)過閥門F-3、流量計FM-2和換熱器E-2由管道5進入噴射浮動床反應器R-2中進行強化反應，噴射浮動床反應器的體積為4. 5m3，高徑比為1. 3:1，噴射浮動床反應器中懸浮有 8kg濕型催化劑Amberlyst 15，由取樣口 16進行取樣分析，當松油醇達到所需濃度22. 8% 時，由管道8經(jīng)過閥門F-5流量計FM-4和換熱器E-4由管道9進入分相器V-4中進行分相， 油相進入緩沖罐V-5由液體輸送泵P-5經(jīng)過閥門F-9、流量計FM-5和換熱器E-5后由管道 12進入分離系統(tǒng)T-I進行后續(xù)分離，分離系統(tǒng)T-I為篩板塔，分離后得到純度為98. 5%的松油醇，而未被反應的原料則返回到原料中間儲罐V-I與新鮮物料一同作為原料再次進行反應。采用本發(fā)明的耦合系統(tǒng)工藝，能耗較傳統(tǒng)耦合工藝降低了 30%。實施例3 本發(fā)明的耦合系統(tǒng)工藝生產(chǎn)6000噸/年醋酸正丁酯
固定床和噴射浮動床耦合而成的反應系統(tǒng)與精餾系統(tǒng)耦合的工藝及操作步驟如附圖一所示。該系統(tǒng)主要由固定床反應器、噴射浮動床反應器、后續(xù)分離系統(tǒng)和中間儲罐等裝置組成。在各設(shè)備間設(shè)有計量和控制儀表以及管道。將一定配比醋酸和正丁醇(物質(zhì)的量之比為醋酸正丁醇=1 1)從原料中間儲罐V-I由液體輸送泵P-I經(jīng)過閥門F-I和流量計 FM-I和換熱器E-I加熱后由管道3進入固定床反應器R-I進行反應，固定床反應器R-I裝填干型催化劑Amberlyst 15 (干型催化劑Amberlyst 15由美國羅門哈斯公司提供)，固定床反應器R-I的裝填容積為5m3，高徑比為2:1，裝有分水裝置，反應溫度為100°C。新鮮原料一次經(jīng)過固定床反應器R-I后(停留時間為40min)，醋酸正丁醇的理論收率為12%，將此物料收集于中間緩沖罐V-2后，由液體輸送泵P-2抽出，經(jīng)過閥門F-3、流量計FM-2和換熱器E-2由管道5進入噴射浮動床反應器R-2中進行強化反應，噴射浮動床反應器的體積為 4m3，高徑比為1. 3:1，噴射浮動床反應器中懸浮有IOkg干型催化劑Amberlyst 15。由取樣口 16進行取樣分析，當醋酸正丁酯收率達到為78%時，由管道8經(jīng)過流量計FM-4、換熱器 E-4和閥門F-6由管道11進入緩沖罐V-5，由液體輸送泵P-5經(jīng)過閥門F-9、流量計FM-5和換熱器E-5后由管道12進入分離系統(tǒng)T-I進行后續(xù)分離，分離系統(tǒng)T-I為浮閥塔板塔，分離后得到純度為99%的醋酸正丁酯，而未被反應的原料則返回到原料中間儲罐V-I與新鮮物料一同作為原料再次進行反應。采用本發(fā)明的耦合系統(tǒng)工藝，能耗較傳統(tǒng)耦合工藝降低了 ；34%。實施例4 耦合強化系統(tǒng)生產(chǎn)8000噸/年醋酸乙酯
操作方法如實施例3。將一定配比醋酸和乙醇(醋酸乙醇=1:2)從原料中間儲罐V-I 由液體輸送泵P-I經(jīng)過閥門F-I和流量計FM-I和換熱器E-I加熱后由管道3進入固定床反應器R-I進行反應，固定床反應器R-I裝填干型催化劑D72，固定床反應器R-I的裝填容積為6m3，高徑比為2:1，裝有分水裝置進行分水，反應溫度為85°C。新鮮原料一次經(jīng)過固定床反應器R-I后(停留時間為45min)，醋酸乙醇的收率為14%，將此物料收集于中間緩沖罐 V-2后，由液體輸送泵P-2抽出，經(jīng)過閥門F-3、流量計FM-2和換熱器E-2由管道5進入噴射浮動床反應器R-2中進行強化反應，噴射浮動床反應器的體積為4. 5m3，高徑比為1. 25:1， 噴射浮動床反應器中懸浮有12kg干型催化劑D72。由取樣口 16進行取樣分析，當醋酸乙酯達到濃度為81%時，由管道8經(jīng)過流量計FM-4、換熱器E-4和閥門F-6由管道11進入緩沖罐V-5，由液體輸送泵P-5經(jīng)過閥門F-9、流量計FM-5和換熱器E-5后由管道12進入分離系統(tǒng)T-I進行后續(xù)分離，分離系統(tǒng)T-I為填料塔，分離后得到純度為99. 4%的醋酸乙酯，而未被反應的原料則返回到原料中間儲罐V-I與新鮮物料一同作為原料再次進行反應。采用本發(fā)明的耦合系統(tǒng)工藝，能耗較傳統(tǒng)耦合工藝降低了 41%。
權(quán)利要求
1.一種固定床和噴射浮動床與分離單元耦合的集成系統(tǒng)工藝，其特征是它包括下列步驟步驟1.將反應所需的新鮮反應料液由管道(1)輸入中間物料儲罐(V-1)，用原料輸送泵(P-I)將物料經(jīng)過閥門(F-1)，流量計(FM-I)和換熱器(E-I)加熱后，由管道(3)定量地輸送到固定床反應器(R-I)中進行預反應，反應物料一次通過固定床反應器(R-1)，并由中間緩沖罐(V-2)收集，固定床反應器中由反應所需的固體催化劑填充，其高度與粗細程度由具體的處理量及所需的停留時間決定；步驟2.將中間緩沖罐(V-2)中經(jīng)過固定床反應器預反應的物料用物料輸送泵(P-2) 經(jīng)過閥門(F-3)、流量計(FM-2)和換熱器(E-2)由管道( 輸入噴射浮動床反應器(R-2) 中進行強化反應，噴射浮動床反應器系統(tǒng)由反應器主體(R-2)、流體輸送泵(P-3)、流量計 (FM-3)、換熱器(E-3)、噴射器(J-I)及相應的管道和閥門組成，由流體輸送泵(P-3)將反應器(R-2)中的流體抽出，經(jīng)過閥門(F-4)、流量計(FM-3)及換熱器(E-3)加熱到所需反應溫度后由管道(7)輸入噴射器(J-I)后，射入反應器(R-幻中進行循環(huán)強化反應，噴射浮動床反應器(R-2)的具體尺寸由物料處理量及停留時間決定；步驟3.反應進行一段時間后，由取樣口(16)進行取樣分析，當產(chǎn)物達到所需的濃度要求時，由管道(9)或者管道(10)出料，當出料的液相分層時，將物料經(jīng)過液體流量計 (FM-4)、換熱器(E-4)及閥門(F-)5由管道(9)進入分相器(V-4)進行分相，上層油相液體由管道(11)進入緩沖罐(V-5)；當出料的液體不分層時則物料經(jīng)過閥門(F-6)由管道(10) 直接進入緩沖罐(V-5)；步驟4.當出料的液相分層時，則在分相器(V-4)中分為油水兩相，不含產(chǎn)物的液相層由管道(1 經(jīng)過液體輸送泵(P-4)由管道(14)輸送到原料儲罐(V-I)中，中間緩沖罐 (V-5)中含有產(chǎn)品的液相由液體輸送泵(P-5)抽出，經(jīng)過閥門F-9、液體流量計(FM-5)及換熱器(E-5)加熱到一定溫度后，由管道(12)進入后續(xù)分離系統(tǒng)進行分離；當出料的液相不分層時，則含產(chǎn)物的物料經(jīng)過液體流量計(FM-4)、換熱器(E-4)及閥門(F-6)進入中間緩沖罐(V-5)中，由液體輸送泵(P-5)抽出經(jīng)過閥門(F-9)、流量計(FM-5)及換熱器(E-5)加熱到一定溫度后，由管道(12)進入分離系統(tǒng)(T-I)中進行后續(xù)分離；步驟5.進入分離系統(tǒng)(T-I)的物料經(jīng)過分離后，產(chǎn)物和未反應的物料分開，將產(chǎn)物收集，而未反應的物料則被輸送返回到原料中間儲罐(V-I)中準備進行下一輪循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的集成系統(tǒng)工藝，其特征是步驟4所述的分離系統(tǒng)是填料蒸餾塔或板式蒸餾塔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種固定床和噴射浮動床與分離單元耦合的集成系統(tǒng)工藝，目的是提供一種更為高效的多類型反應器-分離集成新工藝及裝置。本發(fā)明采用將所需反應的物料分別經(jīng)過固定床反應器預反應和噴射浮動床反應器強化反應后進入后續(xù)分離系統(tǒng)分離，未被反應的物料將返回原料中間儲罐與新鮮物料混合后作為原料繼續(xù)反應。在此過程中，首先將物料一次經(jīng)過固定床反應器，經(jīng)過預反應后的物料達到一定的轉(zhuǎn)化率，之后再次進入噴射浮動床反應器中進行強化反應，當產(chǎn)物達到所需的濃度時，進入后續(xù)分離裝置進行分離。整個過程中，將固定床反應器、噴射浮動床反應器及后續(xù)分離系統(tǒng)相耦合，流程更集約，反應時間大大縮短，過程能耗進一步降低。
文檔編號B01J8/00GK102294204SQ20111018927
公開日2011年12月28日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者吳平鏗, 周政, 張志炳, 楊高東, 龔雄輝 申請人:南京大學