【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及烷烃氧化脱氢，具体涉及一种提高烷烃催化氧化脱氢安全性反应器的反应器及工艺。
技术介绍
1、在烷烃氧化脱氢工艺中，需要对可燃性气体和氧气以及惰性气体形成的混合物进行催化转化，这里的可燃性气体指烷烃。此过程经常存在危险性，这是因为可燃气体和氧气混合后有可能会在工艺设备中发生燃烧、爆燃或者爆炸，从而对设备造成破坏，对人员造成伤害。
2、当可燃气体与氧气在一定的浓度范围内均匀混合，如果接触了点火源，例如火花、化学反应、热金属丝或者热表面，如果在只能在这个浓度范围内发生爆炸，那么将该可燃气体的浓度范围称为爆炸极限。可燃性气体能够发生爆炸的最低浓度和最高浓度，分别称为爆炸下限和爆炸上限。可燃性气体的爆炸极限并不是一个固定不变的值，它随各种因素而发生变化，例如，可燃性气体性质、混合气体的状态(如：温度、压力)、惰性气体含量、引发的点火能、氧浓度以及容器的尺度和壁面性质等。
3、随着可燃气体和氧气混合物的操作温度升高，气体内部的分子内能增加，使更多的气体分子处于激发态，爆炸极限的范围增大；随着可燃气体和氧气混合物的操作压力升高，其分子间距更为接近，碰撞几率增高，使爆炸的最初反应和反应的进一步进行更为容易，爆炸极限的范围增大。提高混合气体的温度和压力可使得原本不可爆的混合气体成为可爆气体，反之降低温度和压力可使得原本可爆的混合气体成为不可爆气体。
4、惰性气体对可燃混合物起稀释和隔离氧气(窒息)作用，随着混合气体中含有的惰性气体的百分数增加，爆炸极限的范围减小。容器尺度对爆炸极限的影响可以从器壁效
5、为了保证烷烃氧化脱氢反应的安全性和经济性，进入反应器的烷烃和氧气以及惰性气体组成的混合物操作区间须在爆炸上限之上。即在特定的反应温度、压力以及惰性组分浓度条件下，进料气体中的烷烃浓度须高于相应的爆炸上限，相应的氧气浓度须低于某一特定值。进一步地，反应混合气体的氧烷比(氧气/烷烃摩尔比例)受到限制致使反应器内烷烃转化率难以进一步提高。虽然通过提高混合气体中惰性组分的含量可以在一定程度上提高进料的氧烷比，但过多的惰性组分会造成反应器内反应物分压的降低，对反应造成不利影响。惰性组分过多还会造成反应和分离设备尺寸增加，以及惰性组分与产品分离的能耗增加的问题。
6、专利wo2019081682a1提出了一种形成和催化转化反应物混合物的工艺和反应器。两种反应气体的混合室位于反应器壳体(102)中，第一反应气体通过具有文丘里或拉瓦尔性质的喷嘴喷入混合室，第二反应气体通过延伸到混合室的管式分配器喷入混合室。使用专利wo2019081682a1提到的工艺和反应器，虽然能避开爆炸区域，但反应器内部的混合室存在直径大、结构复杂，成本高的缺点。并且在一定的反应温度、压力、惰性气体比例条件下，混合气体的氧烷比受限于爆炸极限，难以获得更高的烷烃转化率。
7、专利wo2004067164a1提出了一种用于进行催化气相反应的套管反应及其运行方法。此专利允许混合反应气体偶然发生爆炸或者爆燃，通过设有降低爆炸威力的设施以及提高相应部件的设计压力来保证设备安全，由此带来的缺点是设备投资会大大增加。专利提出反应器输入管末端通过一个喇叭状的气体入口罩罩住所有的反应管，来降低混合气体在封头内的占有体积，此设置会造成反应混合气体不能均匀的进入反应管，尤其是在喇叭状气体入口罩的边缘处会出现死区，在此区域的反应管内的反应效果难以保证。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一种而提供一种提高烷烃催化氧化脱氢安全性反应器及工艺。本专利技术使反应气体在反应器内进行混合，通过低温混合、减小反应混合气体占据空间尺度后再升温的方式，缩小混合气体爆炸极限范围，在反应器内的任何给定点或区域，反应混合物均在安全范围内，不会发生不希望的爆炸或者爆燃，确保本质安全。在特定的反应温度、压力以及惰性组分浓度条件下，使用本专利技术的工艺和反应器可以提高反应混合物的氧气/烷烃摩尔比，提高烷烃转化率和/或降低反应混合气体中惰性组分的含量，降低设备尺寸以及惰性组分与产品分离的能耗。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术目的之一在于一种提高烷烃催化氧化脱氢安全性的反应器，该反应器为设有上隔板和下隔板的列管固定床式反应器，所述反应器通过上隔板和下隔板将反应器分为设有气体混合构件的上封头、反应器壳体和设有产品气出口的下封头；
4、所述气体混合构件包括反应气体混合室，所述的反应气体混合室内设有均匀分布的细管，细管上部管壁处开有小孔或喷嘴。细管内径为10～25mm，长度为400～800mm，细管管心距为16～32mm。小孔或喷嘴的孔径为2～4mm。细管首尾设有与反应气体混合室相交的孔板，孔板上设有与细管数量相同且大小匹配的圆孔，细管固定在上下孔板上。气体混合构件上还设有位于其顶部的第一反应气体入口，反应气体混合室侧边设有第二反应气体入口；第二反应气体入口的压力高于第一反应气体入口的压力，第二反应气体通过气体混合室中的多个小孔或喷嘴后与细管内的第一反应气体接触实现两种反应气体的混合。
5、进一步地，所述的气体混合组件还设有用于耗散燃烧或爆炸火焰能量的防爆阻火组件，防爆阻火组件位于反应气体混合室下方。更具体地，经混合后的反应混合气体进入防爆阻火组件，反应器中的防爆阻火组件内部通过设有金属阻火元件，将反应混合气体分割到一系列小孔隙中，小孔隙的各个面有效的耗散可能发生的燃烧或爆炸火焰能量，使得气流温度降至维持火焰的温度以下，火焰无法继续传播。
6、进一步地，所述的气体混合组件还设有用于气体均布的气体分布组件，气体分布组件位于防爆阻火组件下方，与上封头相交。
7、进一步地，所述的上封头内设有用于减小反应混合气体爆炸极限的内部构件和/或散堆填料和/或规整填料。更具体地，内部构件和/或散堆填料和/或规整填料用于降低反应混合气体流通通道的体积，减小反应混合气体爆炸极限的范围，内部构件和/或填料同样可以从可能发生的初期爆炸中吸取能量，从而熄灭火焰。除此之外，设置内部构件和/或填料可以降低反应混合气体在上封头内部空间的停留时间，防止反应混合气体因停留时间过长而发生自燃。
8、进一步地，所述反应器壳体分为上下相连的第一反应器壳体和第二反应器壳体；所述的第一反应器壳体内设有与壳体顶部齐平的隔热介质和/或者设有位置相对的第一换热介质进口和第一换热介质出口。
9、进一步地，当第一反应器壳体内只设有位置相对的第一换热介质进口和第一换热介质出口，反应器壳体在第一反应器壳体和第二反应器壳体分隔处设有中间隔板。
10、进一步地，当第一反应器壳体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种提高烷烃催化氧化脱氢安全性的反应器，其特征在于，该反应器(1)为设有上隔板(113)和下隔板(115)的列管固定床式反应器，所述反应器(1)通过上隔板(113)和下隔板(115)将反应器分为设有气体混合构件的上封头(101)、反应器壳体(102)和设有产品气出口(112)的下封头(103)；
2.根据权利要求1所述的一种提高烷烃催化氧化脱氢安全性的反应器，其特征在于，所述的气体混合组件还设有用于耗散燃烧或爆炸火焰能量的防爆阻火组件(107)，防爆阻火组件(107)位于反应气体混合室(105)下方。
3.根据权利要求1所述的一种提高烷烃催化氧化脱氢安全性的反应器，其特征在于，所述的气体混合组件还设有用于气体均布的气体分布组件(108)，气体分布组件(108)位于防爆阻火组件(107)下方，与上封头(101)相交。
4.根据权利要求2所述的一种提高烷烃催化氧化脱氢安全性的反应器，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的一种提高烷烃催化氧化脱氢安全性的反应器，其特征在于，所述反应器壳体(102)分为上下相连的第一反应器壳体(102a
6.根据权利要求5所述的一种提高烷烃催化氧化脱氢安全性的反应器，其特征在于，
7.根据权利要求5所述的一种提高烷烃催化氧化脱氢安全性的反应器，其特征在于，所述的第一反应器壳体(102a)内设有与壳体顶部齐平的隔热介质和设有位置相对的第一换热介质进口(118)和第一换热介质出口(119)；反应器壳体(102)在第一反应器壳体(102a)和第二反应器壳体(102b)分隔处设有中间隔板(114)。
8.根据权利要求1所述的一种提高烷烃催化氧化脱氢安全性的反应器，其特征在于，所述反应器壳体(102)内设有一个或多个反应器管道(109)，反应器管道(109)从上往下设有至少一段惰性填料床层(110)和至少两段催化剂床层(111)；所述的惰性填料床层(110)长度为反应器管道(109)长度的1-30％；最下段催化剂床层的长度为催化剂床层(111)总长度的10-30％。
9.一种提高烷烃催化氧化脱氢安全性的工艺，使用到如权利要求1-8任一项所述的提高烷烃催化氧化脱氢安全性的反应器，其特征在于，该工艺包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种提高烷烃催化氧化脱氢安全性的工艺，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种提高烷烃催化氧化脱氢安全性的反应器，其特征在于，该反应器(1)为设有上隔板(113)和下隔板(115)的列管固定床式反应器，所述反应器(1)通过上隔板(113)和下隔板(115)将反应器分为设有气体混合构件的上封头(101)、反应器壳体(102)和设有产品气出口(112)的下封头(103)；
2.根据权利要求1所述的一种提高烷烃催化氧化脱氢安全性的反应器，其特征在于，所述的气体混合组件还设有用于耗散燃烧或爆炸火焰能量的防爆阻火组件(107)，防爆阻火组件(107)位于反应气体混合室(105)下方。
3.根据权利要求1所述的一种提高烷烃催化氧化脱氢安全性的反应器，其特征在于，所述的气体混合组件还设有用于气体均布的气体分布组件(108)，气体分布组件(108)位于防爆阻火组件(107)下方，与上封头(101)相交。
4.根据权利要求2所述的一种提高烷烃催化氧化脱氢安全性的反应器，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的一种提高烷烃催化氧化脱氢安全性的反应器，其特征在于，所述反应器壳体(102)分为上下相连的第一反应器壳体(102a)和第二反应器壳体(102b)；
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳涛，宫万福，闫兵海，侯宁，吕建宁，刘学线，
申请(专利权)人：惠生工程中国有限公司，
类型：发明
国别省市：
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