【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种加氢反应器及其应用，具体地说涉及一种加氢反应器及其在顺酐加氢生产丁二酸酐中的应用。
技术介绍
1、丁二酸，又称琥珀酸，是一种广泛存在于人体、动物、植物和微生物中的天然有机酸。天然来源是松属植物的树脂久埋于地下而成的琥珀等。丁二酸的生产方法主要为生物发酵法，顺酐电还原法和化学方法。化学法主要有顺酐加氢水解法；石蜡氧化法；轻油氧化法；丁二腈水解法；丁二烯氧化、氢化、水解法；烃类氧化法；马来酸催化加氢法以及以乙烯和－氧化碳为原料的电解氧化法。
2、目前合适进行规模化生产丁二酸的技术为顺酐加氢水解法，技术难点为顺酐加氢放热量为128kj/mol，温升大，反应温度对产品选择性影响明显，易于发生深度加氢，会导致催化剂稳定性差，产品收率低等问题。
3、cn200910147718.2 公开了一种顺酐加氢制丁二酐的连续生产工艺，具有下述步骤：（1）顺酐和溶剂在溶解槽中溶解后，经顺酐加热器预热；（2）预热后的顺酐与经氢气预热器预热的氢气混合，进入装有加氢催化剂的滴流床反应器，进行顺酐加氢反应；（3）反应产物和剩余氢气经气液分离器，分离出的液相产物去蒸馏塔，经蒸馏得到成品丁二酐；（4）回收蒸馏塔分离出的溶剂；（5）气液分离器出来的剩余氢气，重新返回氢气预热器。结果表明，顺酐转化率为100％，产品丁二酐的选择性大于98％。该工艺虽然实现了顺酐连续加氢生产丁二酸酐，但是采用滴流床反应器，反应过程易于形成偏流，产生热点，导致产品收率低。
4、cn200910175335.6 公开了一种顺酐加氢连续生产
5、cn201310562849.3 公开了一种顺酐催化加氢连续生产丁二酸酐联产丁二酸的工艺流程。全流程分为三个工序，包括反应、精馏和水解工序。采用两级加氢反应器进行反应，反应压力为4.0~8.0mpa，反应温度60℃~140℃，预加氢反应器为氢气和反应液下进上出的固定床反应器，主加氢反应器是氢气和反应液均上进下出的滴流床反应器，采用外循环撤热方式，将反应热均匀移出，控制了整个反应器的平均操作温度，使整个主反应器内反应温度均衡。预加氢反应器采用顺酐溶液与氢气并流向上流动方式，同时实现均衡控制反应器反应温度，并降低局部热点温度，避免反应物聚合积碳或结焦的发生。该工艺充分考虑了反应热点问题，采用下进料方式使床层径向温度分布均匀，并用加氢产物低温回流的方式移出反应热，可降低回流至加氢反应器的物料比例，但同样有产品选择性降低的问题；有部分副产物累计，影响催化剂活性；同时过量氢气与反应液一同进入反应器时不规则气泡的聚并会使催化剂床层更易产生偏流，影响产品选择性，并加速催化剂磨损，降低催化剂稳定性。
6、cn201710706728.x 公开了一种顺酐直接加氢制备高纯度丁二酸酐的生产工艺，顺酐直接加氢采用固定床加氢，氢气循环使用，氢气通过四段冷氢加入，反应压力5~7mpa，氢酐比800~1000，使顺酐从顶部下降的过程中能够充分反应，减少生成丁内酯等其他重组分，使顺酐能够完全参与反应，反应产物主要组分为丁二酸酐、顺酐、丁内酯，精馏段再沸器全部采用降膜式蒸发，第一个塔为脱轻塔，第二个塔为丁内酯脱除塔，第三个塔为脱重塔，均采用低真空精馏，真空度可以达到1kpa-6kpa，这样避免了丁二酸酐发生聚合，生成重组分，产品纯度得到很大提高，能够达到99.9%以上。该工艺在反应段采用冷氢取热，降低顺酐加氢反应产生的温升。由于顺酐加氢放热量大，工艺需要大量冷氢取热，要求氢气与顺酐的摩尔比为800-1000，大量氢气循环增加了设备投资与能耗。
7、综上所述，现有技术中顺酐液相加氢生产丁二酸酐普遍存在反应放热量大、反应迅速、容易存在热点、反应温度不宜控制等问题，需要大量氢气或者高循环比进行取热。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种加氢反应器及其在顺酐加氢生产丁二酸酐中的应用。所述加氢反应器用于顺酐加氢生产丁二酸酐的应用中无需大量氢气或者高循环比进行取热，反应条件温和，操作灵活简便。
2、一种加氢反应器，所述加氢反应器（优选下部）设置加氢反应器入口和加氢反应器出口，加氢反应器内分为下部的反应区和上部的换热区，下部反应区内设置有若干列管，加氢反应器入口同加氢反应区若干列管的管层相连通，加氢反应器的出口同加氢反应器若干列管间的壳层相连通，加氢反应器反应区列管管层内的物料在加氢反应器上部换热区进行热交换后进入加氢反应器下部的反应区列管的壳层。
3、本专利技术加氢反应器中，加氢反应器下部反应区的总横截面积为s，加氢反应区若干列管管层对应的横截面积之和为s1，所述s/s1为 1~10/1 ，优选 2~7/1 ，进一步优选 3~5/1。
4、本专利技术加氢反应器中，反应器为列管式复合反应器，反应器内安装多个列管，列管呈等边三角形排列，本专利技术加氢反应器中，所述列管列管呈等边三角形排列，列管以3~13根为一组，每组的个数至少为3，优选5-7，反应器内可以装填3~1000组列管，具体可以根据加氢反应器的横截面积及反应实际情况而定。所述单个列管的横截面可以相同也可以不同，优选采用相同横截面积的列管，进一步优选列管竖直均匀分布在加氢反应区。
5、本专利技术加氢反应器中，所述加氢反应器下部的反应区和上部的换热区的体积比为10~200/1 ，优选 50~100/1。
6、本专利技术加氢反应器中，所述加氢反应器下部的反应区单个列管的高径比为 60~600：1 ，优选 120~360：1 ，进一步优选 180~240：1。
7、本专利技术加氢反应器中，加氢反应器上部的换热区可以通过管式换热的方式，比如一个或者多个冷凝管穿过加氢反应器上部的换热区，反应区设置的列管延伸至换热区同冷凝管接触进行换热，具体如可以缠绕在冷凝管上，冷凝管内通过冷凝介质。
8、本专利技术加氢反应器中，加氢反应器下部的反应区，包括列管的管层和壳层均装填加氢催化剂，所述加氢催化剂可以相同也可以不同，优选不同。
9、一种顺酐加氢制备丁二酸酐的方法，所述方法采用上述的加氢反应器，包括如下内容：顺酐原料和氢气混合后从加氢反应器入口进入加氢反应器下部的反应区设置的列管的管层内同装填在列管管层内的加氢催化剂接触进行反应，反应后的物料进入加氢反应器上部的换热区经换热后进入加氢反应器下部的反应区列管的壳层同装填在列管壳层内的加氢催化剂接触进行反应，加氢反应后的物本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种加氢反应器，其特征在于：所述加氢反应器（优选下部）设置加氢反应器入口和加氢反应器出口，加氢反应器内分为下部的反应区和上部的换热区，下部反应区内设置有若干列管，加氢反应器入口同加氢反应区若干列管的管层相连通，加氢反应器的出口同加氢反应器若干列管间的壳层相连通，加氢反应器反应区列管管层内的物料在加氢反应器上部换热区进行热交换后进入加氢反应器下部的反应区列管的壳层。
2.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于：加氢反应器反应区的总横截面积为S，加氢反应区若干列管管层对应的横截面积之和为S1，所述S/S1为 1~10/1 ，优选 2~7/1，进一步优选 3~5/1。
3.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于：加氢反应器为列管式反应器，反应器内安装3-1000组列管，列管以3~13根为一组，优选5-7根为一组。
4.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于：所述加氢反应器下部的反应区和上部的换热区的体积比为 10~200/1 ，优选 50~100/1。
5.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于：所述加氢反应器下部的反
6.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于：加氢反应器上部的换热区通过管式换热的方式，反应区设置的列管延伸至换热区同冷凝管接触进行换热。
7.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于：加氢反应器下部的反应区，包括列管的管层和壳层均装填加氢催化剂，所述加氢催化剂相同或者不同。
8.一种顺酐加氢制备丁二酸酐的方法，其特征在于：所述方法采用权利要求1-8任一加氢反应器，包括如下内容：顺酐原料和氢气混合后从加氢反应器入口进入加氢反应器下部的反应区设置的列管的管层内同装填在列管管层内的加氢催化剂接触进行反应，反应后的物料进入加氢反应器上部的换热区经换热后进入加氢反应器下部的反应区列管的壳层同装填在列管壳层内的加氢催化剂接触进行反应，加氢反应后的物料经分离获得丁二酸酐。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述顺酐原料为顺酐同溶剂混合后形成的物料，所述物料中顺酐的重量含量为5%~20%，所述溶剂为γ-丁内酯、四氢呋喃、丙酮、丙醚，2-甲基四氢呋喃、环己烷、环己酮、1,4-二氧六环、异丁醚丁二酸二甲酯、丁二酸二乙酯、丙交酯中的一种或几种，优选为γ-丁内酯。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：氢气与顺酐的mol比为1:1~100:1，优选2:1~10:1；相对反应区列管管层装填的催化剂液体进料液时空速为2 h-1~5h-1，优选 3 h-1~4h-1；相对反应区列管壳层装填的催化剂液时体积空速为 0.6 h-1~1.6h-1，优选1.0 h-1~1.3h-1 。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述加氢反应器反应区的平均反应温度为75℃~130℃，优选为 80℃~120℃，反应压力1MPa~6MPa，优选 2MPa~5MPa。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述加氢反应器反应区列管管层物料的温度降低至50℃~100℃、优选 60℃~80℃ 后进入加氢反应器反应区列管壳层。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：列管管层催化剂床层顺酐转化率控制为50%~60%，优选50%~70%；列管壳层催化剂床层的顺酐转化率＞99.9%。
14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：列管管层和列管壳层催化剂床层装填的催化剂为负载型镍催化剂；优选列管管层装填的催化剂的组成如下，以催化剂的总量为基准：5wt%~25wt%Ni，75~95wt%SiO2-Al2O3，列管壳装填的催化剂的组成如下：30%~65%wtNi，35~70wt%SiO2-Al2O3。
15.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：列管管层和列管壳层催化剂床层体积比为1:2~1:5，优选1:3~1:4 。
16.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：顺酐同溶剂在配料罐中混合，优选配料罐为带有内构件的静态混合器。
17.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：液态顺酐通过顺酐进料泵加入到配料罐中，溶剂可以为加氢反应后经闪蒸塔分离出的带温溶剂，所述带温溶剂的温度为40℃~70℃ 。
...【技术特征摘要】
1.一种加氢反应器，其特征在于：所述加氢反应器（优选下部）设置加氢反应器入口和加氢反应器出口，加氢反应器内分为下部的反应区和上部的换热区，下部反应区内设置有若干列管，加氢反应器入口同加氢反应区若干列管的管层相连通，加氢反应器的出口同加氢反应器若干列管间的壳层相连通，加氢反应器反应区列管管层内的物料在加氢反应器上部换热区进行热交换后进入加氢反应器下部的反应区列管的壳层。
2.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于：加氢反应器反应区的总横截面积为s，加氢反应区若干列管管层对应的横截面积之和为s1，所述s/s1为 1~10/1 ，优选 2~7/1，进一步优选 3~5/1。
3.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于：加氢反应器为列管式反应器，反应器内安装3-1000组列管，列管以3~13根为一组，优选5-7根为一组。
4.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于：所述加氢反应器下部的反应区和上部的换热区的体积比为 10~200/1 ，优选 50~100/1。
5.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于：所述加氢反应器下部的反应区单个列管的高径比为 60~600：1，优选 120~360：1，进一步优选 180~240：1。
6.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于：加氢反应器上部的换热区通过管式换热的方式，反应区设置的列管延伸至换热区同冷凝管接触进行换热。
7.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于：加氢反应器下部的反应区，包括列管的管层和壳层均装填加氢催化剂，所述加氢催化剂相同或者不同。
8.一种顺酐加氢制备丁二酸酐的方法，其特征在于：所述方法采用权利要求1-8任一加氢反应器，包括如下内容：顺酐原料和氢气混合后从加氢反应器入口进入加氢反应器下部的反应区设置的列管的管层内同装填在列管管层内的加氢催化剂接触进行反应，反应后的物料进入加氢反应器上部的换热区经换热后进入加氢反应器下部的反应区列管的壳层同装填在列管壳层内的加氢催化剂接触进行反应，加氢反应后的物料经分离获得丁二酸酐。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述顺酐原料...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕清林，包洪洲，李澜鹏，朱化雷，韩冰，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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