一种适用于烯烃氧化的列管式反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于烯烃氧化的列管式反应器，包括壳体、设在所述壳体两端的第一封头和第二封头，以及设置于所述壳体内的多根反应管；所述的多根反应管位于第一封头的一端封闭，位于第二封头的一端与所述第二封头连通；所述反应管内设有开孔套管，所述开孔套管包括进料段和开孔段，所述进料段穿过所述反应管的封闭端与所述第一封头连通，所述开孔段沿所述反应管的长度方向套设在所述反应管内并且侧壁上设有多个孔口。物料通过开孔的物料套管送入催化剂床层，不再形成物料的浓度梯度，消除催化剂床层热点，传质方面不再有浓度梯度问题，这样不存在物料浓度高的情况引发热量积累传不出去的问题，从而解决传质及传热两方面问题。

A tubular reactor for olefin oxidation

The invention discloses a tubular reactor for olefin oxidation, including a shell, a first seal at both ends of the shell and a second seal head, and a multiple reaction tube set in the shell. The multiple reaction tube is closed at one end of the first seal, one end of the second seal head and the second seal. A hole casing is arranged in the reaction tube, which includes a feeding section and an opening section. The feeding section is connected with the first seal head through the closed end of the reaction tube. The opening section is arranged in the length direction of the reaction tube and is provided with a plurality of holes on the side wall. The material through the perforated material into the catalyst bed, no longer forms the concentration gradient of the material, eliminates the hot spot of the catalyst bed, and no longer has the problem of the concentration gradient in mass transfer. So there is no problem that the heat accumulation can not be passed out in the case of high concentration of material, thus two aspects of mass transfer and heat transfer are solved.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于烯烃氧化的列管式反应器
本专利技术涉及一种列管式反应器，特别涉及一种用于烯烃氧化的列管式反应器，以及以叔丁醇或异丁烯为原料，在固体催化剂上，由含氧气体作为氧化剂，催化反应制备甲基丙烯醛(MAL)的方法。
技术介绍
甲基丙烯酸甲酯(MMA)是重要的有机化工原料，目前制备MMA的工业方法有丙酮氰醇法、异丁烯氧化法、乙烯羰基化法等。丙酮氰醇法原料为氢氰酸和丙酮，此法原料氢氰酸剧毒，且反应过程中使用到了强腐蚀性硫酸，副产硫酸氢铵对环境污染严重，并且原子利用率只有47％。乙烯羰基化法由于国内乙烯供不应求，再加上乙烯运输储存困难较大，因此此法在国内还不具备条件。异丁烯氧化法采用叔丁醇或异丁烯为原料，催化氧化生成甲基丙烯醛(MAL)，然后MAL进一步氧化成甲基丙烯酸(MAA)后再与甲醇发生酯化反应得到MMA；或者MAL可以一步氧化酯化生成MMA。在我国，原料来源丰富的异丁烯并没有得到有效地利用，而一般仅作为低附加值的燃料使用。另一方面，异丁烯法制备MMA原子经济性高(74％)，对环境污染小，是一条绿色环保的高附加值工艺路线。因此，异丁烯法制备MMA在我国有很大的潜力。由于三步法过程长，中间产物处理难度大，专利JP238863/96提出了一种甲基丙烯酸酯的制造方法，从而产生了目前国际上公认更好的异丁烯两步法制MMA。但无论是二步法还是三步法，均需要首先从异丁烯或叔丁醇制备MAL。该反应的催化剂主要有复合氧化物和杂多化合物两大类。其中Mo-Bi系复合氧化物催化剂应用最广泛，也得到了更多的研究。大多数专利报道中，主成分几乎都为Mo、Bi、Fe三种元素，其余元素的加入目的都是为了提高催化剂稳定性和MAL选择性。例如专利CN1647853A中报道了催化剂添加了Co、Ni、Sn等元素增加转化率和选择性；专利JP11179206报道了添加Ni、W、Co、Mg等元素的催化剂，以提高异丁烯转化率以及MAL选择性；专利US5856259报道了添加Co、Mn、P、Zr等元素的催化剂后，以提高异丁烯转化率以及MAL选择性。上述催化剂虽然有利于在一定程度上提高制备MAL原料的反应转化率和选择性，然而，不论上述何种催化剂，在使用时，制备甲基丙烯醛过程都将产生大量热量，控制不当，容易引发床层热点温度差异过大，会形成“热点”，存在飞温及爆炸风险，对于催化剂寿命及反应器运行均会带来负面影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于烯烃氧化的列管式反应器，以解决现有技术中制备甲基丙烯醛过程中对热量控制不当，容易引发床层热点温度差异过大，对于催化剂寿命及反应器运行均会带来负面影响的问题。本专利技术的另一目的在于提供一种利用上述反应器制备甲基丙烯醛的方法。为实现上述专利技术目的的一个方面，本专利技术采用以下技术方案：一种适用于烯烃氧化的列管式反应器，包括：具有载热体进口(11)和载热体出口(12)的壳体(1)、设在所述壳体(1)两端的第一封头和第二封头，以及设置于所述壳体(1)内的多根反应管(3)；所述第一封头设有物料进口，所述第二封头设有物料出口；其中，所述的多根反应管(3)位于第一封头的一端封闭，位于第二封头的一端与所述第二封头连通；所述反应管内设有开孔套管(4)，所述开孔套管(4)包括进料段和开孔段，所述进料段穿过所述反应管的封闭端与所述第一封头连通，用于将物料送入所述开孔段内，所述开孔段沿所述反应管的长度方向套设在所述反应管内并且侧壁上设有多个孔口，用于将来自所述进料段的物料排入所述反应管内。根据本专利技术的列管式反应器，优选地，所述进料段内沿物料的流动方向依次设有锥形件和文丘里喷嘴，所述锥形件位于所述进料段的轴线上，所述文丘里喷嘴用于将所述进料段内的物料喷入所述开孔段。根据本专利技术的列管式反应器，优选地，所述锥形件包括上锥形件和下锥形件，所述上锥形件与下锥形件通过底面连接在一起并且关于所述底面对称。根据本专利技术的列管式反应器，优选地，所述开孔段的孔口外周覆盖有合金膜层，所述合金膜为316不锈钢膜、304不锈钢膜、Fe-Co合金膜或Fe-Ni。根据本专利技术的列管式反应器，优选地，靠近所述第一封头的壳体上还设有进料侧线，所述进料侧线穿过所述壳体与所述的多个反应管分别连通。根据本专利技术的列管式反应器，优选地，所述壳体(1)为一体式壳体，所述壳体(1)的上部设有载热体进口(11)，所述壳体(1)的下部设有载热体出口(12)。根据本专利技术的列管式反应器，优选地，所述壳体(1)包括至少两级相连的分壳体，相邻的分壳体之间互不连通；各分壳体(1)的上部设有载热体进口(11)，下部设有载热体出口(12)。根据本专利技术的列管式反应器，优选地，所述反应管(3)的外壁具有螺纹、环形纹或者滚花处理面。为实现上述专利技术目的的一个方面，本专利技术采用以下技术方案：一种制备甲基丙烯醛的方法，其中，所述方法为在催化剂的作用下，利用叔丁醇或异丁烯在上述列管式反应器中进行氧化制甲基丙烯醛的反应。根据本专利技术的方法，优选地，反应时，在反应温度为250～500℃，优选350～450℃，比如400℃；反应绝对压力0.05～0.4MPa，优选0.05～0.2MPa，比如0.1MPa的条件下，向催化剂床层投入总体积空速为300～3000h-1，优选500～2000h-1，比如1000或1500h-1的混合气体原料。与现有技术相比，本专利技术的列管式反应器主要目的是将物料通过开孔的物料套管送入催化剂床层，不再形成物料的浓度梯度，消除催化剂床层热点，传质方面不再有浓度梯度问题，这样不存在物料浓度高的情况引发热量积累传不出去的问题，从而解决传质及传热两方面问题。附图说明图1为本专利技术的列管式反应器的一种实施方式的示意图；图2为图1中内设有开孔套管的反应管示意图；图3为图2开孔套管的进料段示意图；图4为实施例1中反应器催化剂床层从上至下的温度分布示意图；图5为对比例中反应器催化剂床层从上至下的温度分布示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明，但本专利技术并不仅限于此。如图1和图2所示，本专利技术的列管式反应器包括：具有载热体进口11和载热体出口12的壳体1、设在所述壳体1两端的第一封头21和第二封头22，以及设置于所述壳体1内的多根反应管3；所述第一封头21设有物料进口23，所述第二封头22设有物料出口24。这部分设计属于列管式反应器的常用设计，这里不再赘述。所述壳体1可以为本领域常用的圆筒形，多根反应管3沿壳体1的轴线布置。所述的多根反应管3位于第一封头21的一端封闭，位于第二封头22的一端与所述第二封头22连通。所述反应管3内设有开孔套管，所述开孔套管41包括进料段和开孔段42，所述进料段41穿过所述反应管3的封闭端与所述第一封头21连通，用于将物料送入所述开孔段42内，所述开孔段42沿所述反应管3的长度方向套设在所述反应管3内，从而在所述开孔段42与反应管3之间形成环形的反应空间，并且所述开孔段42的侧壁上设有多个孔口43，优选多个在侧壁上均匀分布的孔口43，用于将来自所述进料段41的物料排入所述反应管3内。所述开孔段42的末端(即靠近第二封头22的一端)优选封闭；当然，也可以不封闭，以便部分物料经由末端进入反应管3内。运行时，以异丁烯氧化制甲基丙烯醛为例，气相的反应物料经由第一封头21的物料进口23本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于烯烃氧化的列管式反应器，包括：具有载热体进口(11)和载热体出口(12)的壳体(1)、设在所述壳体(1)两端的第一封头和第二封头，以及设置于所述壳体(1)内的多根反应管(3)；所述第一封头设有物料进口，所述第二封头设有物料出口；其特征在于，所述的多根反应管(3)位于第一封头的一端封闭，位于第二封头的一端与所述第二封头连通；所述反应管内设有开孔套管(4)，所述开孔套管(4)包括进料段和开孔段，所述进料段穿过所述反应管的封闭端与所述第一封头连通，用于将物料送入所述开孔段内，所述开孔段沿所述反应管的长度方向套设在所述反应管内并且侧壁上设有多个孔口，用于将来自所述进料段的物料排入所述反应管内。

【技术特征摘要】
1.一种适用于烯烃氧化的列管式反应器，包括：具有载热体进口(11)和载热体出口(12)的壳体(1)、设在所述壳体(1)两端的第一封头和第二封头，以及设置于所述壳体(1)内的多根反应管(3)；所述第一封头设有物料进口，所述第二封头设有物料出口；其特征在于，所述的多根反应管(3)位于第一封头的一端封闭，位于第二封头的一端与所述第二封头连通；所述反应管内设有开孔套管(4)，所述开孔套管(4)包括进料段和开孔段，所述进料段穿过所述反应管的封闭端与所述第一封头连通，用于将物料送入所述开孔段内，所述开孔段沿所述反应管的长度方向套设在所述反应管内并且侧壁上设有多个孔口，用于将来自所述进料段的物料排入所述反应管内。2.根据权利要求1所述的列管式反应器，其特征在于，所述进料段内沿物料的流动方向依次设有锥形件和文丘里喷嘴，所述锥形件位于所述进料段的轴线上，所述文丘里喷嘴用于将所述进料段内的物料喷入所述开孔段。3.根据权利要求1所述的列管式反应器，其特征在于，所述锥形件包括上锥形件和下锥形件，所述上锥形件与下锥形件通过底面连接在一起并且关于所述底面对称。4.根据权利要求1-3中任一项所述的列管式反应器，其特征在于，所述开孔段的孔口外周覆盖有合金膜层，所述合金膜为316不锈钢膜、304不锈钢膜、Fe-Co合...

【专利技术属性】
技术研发人员：万毅，崔娇英，尹育，曹传宗，孙康，胡进，易光铨，于海彬，初乃波，黎源，华卫琦，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37