一种烯烃氢甲酰化连续反应器制造技术

一种烯烃氢甲酰化连续反应器，它由上部的气液分布段Ａ、中部的传质反应段Ｂ和下部的气液分离段Ｃ三个部份组成，上部的气液分布段Ａ有氢气和一氧化碳组成的混合气进气管和催化剂溶液的进液管，中部的传质反应段Ｂ是本反应器的核心部分，它为圆筒状，内部充满亲水的、直径为０．０１～０．２ｍｍ金属纤维组成的纤维膜，传质反应段Ｂ的圆筒伸入到气液分离段Ｃ内，而金属纤维组成的纤维膜则一直伸到气液分离段Ｃ的底部，气液分离段Ｃ的侧壁上有反应余气出口３，气液分离段Ｃ的侧壁上有反应产物液态醛的出口４，气液分离段Ｃ的底部有催化剂溶液出口７，它通过管道与循环泵连接，将催化剂溶液循环流动。本反应器反应效率高，不返混，生产成本低，耐用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油化工领域烯烃与一氧化碳及气氢气在催化剂作用下发生氢甲酰化反应生成相应醛的工业反应器。技术背景烯烃与一氧化碳及气氢气在催化剂作用下发生氢甲酰化反应生成的醛经加氢可制成相应的醇。世界上用这种方法合成醇的生产能力数以百万吨计。乙烯或丙烯与一氧化碳及氢气在羰基铑催化剂的作用下发生氢甲酰化反应生成丙醛或丁醛，并进一步加氢生成丙醇或丁醇就是其中的一个重要的化工过程。目前工业生产上所用的氢甲酰化反应器，无论是釜式带搅拌的反应器，还是塔式反应器，均属于返混型反应器，对于乙烯(或丙烯)与一氧化碳及氢气的氢甲酰化反应，在反应条件下，乙烯(或丙烯)、一氧化碳及氢气都是气相，催化剂溶解在水中，是液相。而乙烯(或丙烯)、一氧化碳及氢气在水中溶解度很小，在返混型反应器中只能借助于气体的鼓泡才能使物料混合。在工业反应器中，这一反应实际上受气液两相界面的传质速率控制。所以对于烯烃的氢甲酰化反应器，强化传质是提高反应器效率的关键。反应器强化传质的主要途径是增加传质界面，对于不加搅拌的鼓泡式反应器，只有通过合适的气体分布器来加强和改善传质。在这种鼓泡式返混设备(如塔类设备)中，由于没有混合能的输入，气泡不可能达到足够-->细，为了有足够的传质面积，就必须要有足够大的空间，这就使得设备比较庞大，设备的利用效率就比较低，而且投资也大。对有搅拌的釜式反应器，虽然混合能的输入可以使气泡变细，从而增大传质界面，但同时也造成反应产物的气液及液液分离困难，而且在比较高的压力下(如反应压力在2.2MPa)，搅拌设备动密封的解决也不是个容易的事，它要花费很高的成本，它的费用之高往往使得设备其它部分的费用可以忽略不计，这就大大增加了投资费用。而且高压下的动密封容易损坏，使用寿命短，这使得生产过程的维修费用非常高，而且常常会影响生产的正常进行。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要解决上述难题，使烯烃的氢甲酰化反应既有比较高的设备效率，又没有高压动密封的难题。本专利技术的技术方案如下：一种烯烃氢甲酰化连续反应器，它由上部的气液分布段A、中部的传质反应段B和下部的气液分离段C三个部份组成(见图1)，上部的气液分布段A有氢气和一氧化碳组成的混合气进气管和气体分布器1以及催化剂溶液的进液管和液体分布器2，中部的传质反应段B是本反应器的核心部分，它为圆筒状，内部充满亲水的、直径为0.01～0.2mm金属纤维组成的纤维膜，传质反应段B与气液分布段A密封连接，气液分离段C的直径大于传质反应段B的直径，传质反应段B的圆筒伸入到气液分离段C内，而金属纤维组成的纤维膜则一直伸到气液分离段C的底部，传质反应段B与气液分离段C也密封结合，气液分离段C的侧壁上有反应余气出口3，反应余气出口3高于伸入气液分离段C的传质反应段B的圆筒的底端开口，气-->液分离段C的侧壁上有反应产物液态醛的出口4，反应产物液态醛的出口4位于气液分离段C底部的催化剂溶液的液面之上，气液分离段C的底部有催化剂溶液出口7，它通过管道与循环泵连接，通过循环泵将催化剂溶液经气液分布段A的催化剂溶液的进液管和液体分布器2回入本烯烃氢甲酰化连续反应器。上述的烯烃氢甲酰化连续反应器，所述的传质反应段B的侧壁上的不同高度有数个反应物料的进口，构成温度调节系统8。上述的烯烃氢甲酰化连续反应器，所述的气液分离段C的下部可以有冷却水夹套。上述的烯烃氢甲酰化连续反应器，所述的传质反应段B可以有数个温度传感器，以控制传质反应段B的温度。上述的烯烃氢甲酰化连续反应器，所述的气液分离段C底部可以有温度传感器，以控制催化剂溶液的温度。上述的烯烃氢甲酰化连续反应器，所述的气液分离段C上部有压力传感器或压力表。上述的烯烃氢甲酰化连续反应器，所述的气液分离段C底部可以有有机醛液面探测器或液位计，用以调节反应产物液态醛的出口4的流量。本专利技术的烯烃氢甲酰化连续反应器建立传质界面的方法不同于返混式反应器。返混式反应器通过分散混合产生气泡(或液滴)来建立传质界面。本专利技术中的纤维膜传质反应器是通过液体在纤维膜表面形成液膜来建立传质界面的。水在亲水的纤维膜表面由于液体和固体间的表面张力作用，水-->相就沿着金属纤维的表面铺展，形成无返混的、大而簿的表面，如果第二种流体从水的附近平等地流过，则两种液体之间的磨擦力将使液体沿着纤维流动，而水相液体与金属纤维之间的表面强力作用又倾向于使液体附着在纤维上，在这两种力的共同作用下，水相液体会沿着金属纤维沿伸，从而产生按单位体积计算，其接触面比返混式反应器大得多的，并被约束在金属纤维表面的传质界面，其单位体积产生的传质界面与返混式反应器相比要高出百倍以上。本专利技术的烯烃氢甲酰化连续反应器的另一个特点是在产生很高传质界面的同时，做到相间不返混，由于没有混合能的输入，使得相分离就比较容易。溶有催化剂水相可以沿着金属纤维的表面流入气液分离器的底部，气相在气液分离器的上部出口出反应器，而反应产物醛作为有机相从气液分离器的中部出口出反应器。由于相间不返混，所以气相与液相的分离，有机相与水相的分离就比较容易。气相带液问题就非常小。气相及有机相夹带造成的催化剂溶液损失也非常小。本专利技术的烯烃氢甲酰化连续反应器的第三个特点是反应产物醛类在反应器的底部与溶有催化剂的水相实现自动分离，而搅拌釜式反应器中是产物醛中混有大量的水相同时出反应器，必经有专门的设备来实现产物的分离。本反应器分离出产物以后的催化剂水相只需给予很小的动力就可实现在反应器中的循环。而且束缚在金属纤维表面的催化剂液膜受气相流动和重力的作用，液膜表面不断更新，所以有很高的催化剂使用效率。本专利技术的烯烃氢甲酰化连续反应器的第四个特点是反应器内的温度可调，达到反应温度自控条件，烯烃的氢甲酰化反应是个放热反应，随着反-->应的进行，反应器内物料的湿度不断上升，当反应器内的温度升高到一定值后，温度的进一步升高，将使得烯烃的氢甲酰化反应的副产物增加，反应生成醛的选择性降低，因此，反应必须控制在一定的温度范围内进行。为了控制反应器的温度，本专利技术的烯烃氢甲酰化反应器有两个温度调节系统，一个是反应器底部的冷却水调节系统，用以调节循环的催化剂水相的温度。另一个是纤维膜传质反应器中的温度调节系统，它是通过在反应器的不同部份注入冷的反应物料把反应器由过高的温升降下来，从而实现反应器内的温度调控。这一特点使得本专利技术的反应器不仅具有很高的反应转化率，而且保持较高的反应选择性。本专利技术的烯烃氢甲酰化连续反应器的第五个特点是反应器使用寿命长，维护费用低。除了必要的定期清洗反应器外，几乎不需要维修，这就大大的降低了操作费用和生产成本。本专利技术的烯烃氢甲酰化连续反应器的上述特点使它具有非常高的反应效率。其反应效率比搅拌式反应器要高了10倍以上。附图说明图1是本专利技术的烯烃氢甲酰化连续反应器的示意图，其中：A为气液分布段；B为传质反应段；C为气液分离段；1为混合气进气管；2为催化剂溶液进液管；3为反应余气出口；4为反应产物液态醛出口；5为冷却水出口；6为冷却水进口；7为催化剂溶液出口；8为反应器温度调节系统。具体实施方式本反应器的运行过程如下：以乙烯与一氧化碳及氢气的氢甲酰化连续反应为例，先将催化剂的水-->溶液从催化剂溶液进液管2打入烯烃氢甲酰化连续反应器，待烯烃氢甲酰化反应器底部储有一定量的催本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种烯烃氢甲酰化连续反应器，其特征是：它由上部的气液分布段（Ａ）、中部的传质反应段（Ｂ）和下部的气液分离段（Ｃ）三个部份组成，上部的气液分布段（Ａ）有氢气和一氧化碳组成的混合气进气管和气体分布器（１）以及催化剂溶液的进液管和液体分布器（２），中部的传质反应段（Ｂ）是本反应器的核心部分，它为圆筒状，内部充满亲水的、直径为０．０１～０．２ｍｍ金属纤维组成的纤维膜，传质反应段（Ｂ）与气液分布段（Ａ）密封连接，气液分离段（Ｃ）的直径大于传质反应段（Ｂ）的直径，传质反应段（Ｂ）的圆筒伸入到气液分离段（Ｃ）内，而金属纤维组成的纤维膜则一直伸到气液分离段（Ｃ）的底部，传质反应段（Ｂ）与气液分离段（Ｃ）也密封结合，气液分离段（Ｃ）的侧壁上有反应余气出口（３），反应余气出口（３）高于伸入气液分离段（Ｃ）的传质反应段（Ｂ）的圆筒的底端开口，气液分离段（Ｃ）的侧壁上有反应产物液态醛的出口（４），反应产物液态醛的出口（４）位于气液分离段（Ｃ）底部的催化剂溶液的液面之上，气液分离段（Ｃ）的底部有催化剂溶液出口（７），它通过管道与循环泵连接，通过循环泵将催化剂溶液经气液分布段（Ａ）的催化剂溶液的进液管和液体分布器（２）回入本烯烃氢甲酰化反应器。...

【技术特征摘要】
1.一种烯烃氢甲酰化连续反应器，其特征是：它由上部的气液分布段(A)、中部的传质反应段(B)和下部的气液分离段(C)三个部份组成，上部的气液分布段(A)有氢气和一氧化碳组成的混合气进气管和气体分布器(1)以及催化剂溶液的进液管和液体分布器(2)，中部的传质反应段(B)是本反应器的核心部分，它为圆筒状，内部充满亲水的、直径为0.01～0.2mm金属纤维组成的纤维膜，传质反应段(B)与气液分布段(A)密封连接，气液分离段(C)的直径大于传质反应段(B)的直径，传质反应段(B)的圆筒伸入到气液分离段(C)内，而金属纤维组成的纤维膜则一直伸到气液分离段(C)的底部，传质反应段(B)与气液分离段(C)也密封结合，气液分离段(C)的侧壁上有反应余气出口(3)，反应余气出口(3)高于伸入气液分离段(C)的传质反应段(B)的圆筒的底端开口，气液分离段(C)的侧壁上有反应产物液态醛的出口(4)，反应产物液态醛的出口(4)位于气液分离段(C)底部的催化剂溶液的液面之上，气液分离段(C)的底部有催化剂溶液出口(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宽，吴沛成，
申请(专利权)人：刘宽，吴沛成，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]