一种带旋流分离的固体催化剂催化气液反应装置的制作方法

本技术涉及气液反应装置，尤其涉及一种带旋流分离的固体催化剂催化气液反应装置。

背景技术：

1、气液催化反应在化工领域较为普遍，是在催化剂催化作用下，气液接触所进行的化学反应。常见的反应有：（1）废气处理，例如：含s、n 、f等有害元素的废气经液体在固体催化剂作用下吸收净化处理。（2）有机液体加氢反应，例如：环己烯加氢反应，将环己烯配制成有机溶液后，控制氢气泵入压力，在钯碳催化剂催化80℃下反应。然而，这些反应均需要借助催化反应装置，而且催化反应装置结构与催化剂利用效率、产物品质存在着密切的关系。

2、目前，现有技术中气液催化反应装置主要集中在两大类：釜式反应装置和塔式反应装置，其中釜式反应装置需要借助搅拌桨搅动力来使得固体催化剂和气液混合体悬浮起来，而根据试验验证：10m³的釜式反应装置悬浮能耗达8kw·h/吨产物，其能耗较高；并且，搅拌式反应釜中催化剂沉降速率较大，导致大量催化剂无法参与循环反应，使得催化剂利用率低。塔式反应装置主要是喷淋处理的塔式结构，因气液在喷淋塔中接触时间短，产物残留率较高，致使反应效率低。因此，如何提高催化剂利用率，改善反应产物品质成为了气液催化反应装置研究领域重点关注的方向，并得到了研究。

3、例如：专利申请号为201910342691.6的沸腾床加氢反应器中催化剂原位在线旋流活性恢复方法和装置，公开了沸腾床加氢反应器壳体和内置于沸腾床加氢反应器顶部的催化剂旋流活性恢复器，其中，所述催化剂旋流活性恢复器由柱段、与柱段连接的锥段、置于柱段内的旋流导流环、与锥段连接的催化剂返回管、与催化剂返回管连接的止逆导向锥、置于柱段内并伸出柱段的液相溢流管、和与柱段连接的液相引出管组成；其中，所述液相溢流管的上端面高于所述沸腾床加氢反应器中的液面高度。可见，该现有技术文献中公开了在加氢反应器内增加旋流分离器来实现固体催化剂返回反应而提高催化剂利用率，改善反应效率而改善反应产物品质。

4、然而，现有技术中气液反应装置依然存在如下缺陷：液体产物直接经过旋流分离器顶部排出，导致原料液体反应彻底性不足，致使产物得率较低，且产物品质不理想；同时，直接从旋流分离器顶部排出作为产物，导致参与气液反应的气体未经自由逃逸而被夹带出来，造成气体需求量较大，成本较高。

5、鉴于上述技术缺陷，本研究团队经过立项研究连续流反应体系下固体催化剂催化气液反应而提高催化剂利用效率的项目研究基础上，对气液反应装置进行研究，构建卧式s形流道、卧式回旋流道、塔式旋流分离、立式搅动悬浮过滤的研发构思体系，结合气液反应原理及连续化生产进行考虑，为气液反应过程提供了新的装置。

技术实现思路

1、基于上述技术问题，本发明创造提供了一种带旋流分离的固体催化剂催化气液反应装置，能够旋流分离出反应体内悬浮在液体内的颗粒物（催化剂颗粒）返回到反应体底部接触待反应原料液和待反应气体，促使气液反应更为彻底，提高催化剂利用率；且还能够将反应体底部抬升起来的液体经过旋流分离后循环进入到反应体底部继续参加反应，提高待反应原料液反应的彻底性，有助于提高反应产物的品质和质量。

2、具体技术方案为：

3、带旋流分离的固体催化剂催化气液反应装置，反应体，反应体内设有旋流分离器，且经旋流分离器形成由下至上的反应区、沉降分离区和逸气缓冲区；旋流分离器上设有旋流浆口、旋流液口和固体出口；反应体底部设原料入口、气体入口和旋流液入口；反应体侧壁从下至上依次设有浆出口、浆入口、旋流液出口和产物出口，且所述浆出口位于沉降分离区，所述产物出口位于逸气缓冲区；旋流液出口与旋流液入口连通，且在旋流液出口与旋流液入口间设第二泵；浆出口与浆入口连通，且在浆出口与浆入口间设第一泵；浆入口连接在旋流浆口上，且旋流液出口连接在旋流液口上；所述逸气缓冲区顶部设有排气口。

4、经在反应体内设旋流分离器，使得反应体由下至上被划分为反应区、沉降分离区和逸气缓冲区，并结合在反应体的底部设置原料入口和气体入口、旋流液入口，使得在物料流入后促使反应区物料及固体催化剂向上悬浮，随着物料进料量逐渐增加，使得反应形成的产物及固体催化剂进入到沉降分离区，并结合浆液内的颗粒自由沉降以及旋流分离器的旋流分离促使固体出口排出固体、颗粒等分离出来下沉，返回到反应区参与反应，而且从旋流分离器内出来的旋流液循环进入到反应区进行反应，同时，结合产物出口设置，逐步排出产物，有助于提高原料液反应彻底，改善反应产物品质。

5、为了能够提高逃逸出来的气体循环进入到反应区内进行反应，提高气体利用率，优选，所述反应体底部设有循环气入口，所述排气口与所述循环气入口连通，且所述排气口与所述循环气入口间设第三泵。；

6、为了能够使得气体进入到反应体底部后，在反应液体内形成大量的微小气泡，优选，所述气体入口位于所述反应体内端部上设有分布头，且所述分布头上设有若干微孔。所述分布头参照浴霸结构设计。

7、为了简化反应体底部结构，利用三通管代替，继而降低装置改装成本，优选，所述循环气入口与所述气体入口连通。更优选，所述旋流液入口与所述原料入口连通。

8、为了便于停机清洗反应体，优选，所述反应体底部设清洗口。

9、为了增强反应体内旋流分离器安装稳定性，且能够经过旋流分离器将反应体划分为由下至上的反应区、沉降分离区和逸气缓冲区，优选，所述反应体内设有若干根固定杆，且所述固定杆将所述旋流分离器支撑固定在所述反应体中部。

10、为了能够对反应体内温度进行调节，优选，所述反应体内沿径向设有若干换热板，换热板呈内中空，且相邻换热板在所述反应体外经过连通管连通。优选，所述连通管上设有介质入口和介质出口。以便于向换热板内输送换热介质，实现对反应体内温度调节目的。

11、为了能够改善换热调节效果，优选，所述反应体由外壁和内壁组成双层结构，且在所述内壁和所述外壁间形成介质腔；所述内壁内沿径向设有若干换热板，换热板呈内中空且与所述介质腔连通；所述外壁上设有介质入口和介质出口，且介质入口和介质出口经过所述介质腔连通。

12、为了能够改善换热调节效果，优选，所述换热板内设有分隔片，分隔片将所述换热板分隔成左流动腔和右流动腔；所述外壁上设有介质出入安装位；在所述介质出入安装位对应到所述内壁的位置上安装有左流动腔和右流动腔被分隔片隔断的换热板；所述分隔片延伸并固定安装在外壁内侧，在介质出入安装位上设有介质入口和介质出口，且介质入口位于分隔片左侧，介质出口位于分隔片右侧；在所述内壁远离所述介质出入安装位对应的位置上安装有左流动腔和右流动腔连通的换热板。

13、为了能够改善换热调节效果，优选，所述换热板内设有分隔片，分隔片将所述换热板分隔成左流动腔和右流动腔，且所述左流动腔和所述右流动腔在远离所述内壁端连通；所述分隔片延伸并固定安装在外壁内侧，且所述介质腔内设有一块密封块；所述密封块左侧设有介质入口，且所述密封块右侧设有介质出口。

14、与现有技术相比，本发明创造的技术效果体现在：

15、本发明创造结构简单，产业化推广时能够在现有塔式气液反应装置上改进难度较低，成本较低，易于产业化推广实施。同时，经过在反应体内设置旋流分离器，使得反应体由下至上被依次划分为反应区、沉降分离区和逸气缓冲区，物料经过反应体底部送入并与气体接触在反应区内反应之后，随着液体不断向上输送而促使其进入到沉降分离区，使得液体内部的固体在沉降分离区发生自由沉降且结合浆出口、浆入口而进入到旋流分离器内旋流分离，使得进入沉降分离区的浆液被分离而循环进入到反应区再次接触气体反应，提高液体反应的彻底性，并且固体在反应体内重新掉入到反应区参与反应，改善反应效果，有助于提高产物品质。

16、本发明创造适用于催化加氢反应体系，有助于催化剂在沉降分离区与液体沉降分离返回反应区被重复利用，提高催化剂（钯碳催化剂等，颗粒粒径1mm左右）利用效率，而且利用旋流分离器将反应彻底性较差的液体循环进入到反应区与氢气再次接触反应，提高产物品质；同时，利用逸气缓冲区作用而促使气体逃逸出来之后从顶部排出，并将产物从靠近反应体顶部的侧壁排出，有助于将氢气返回至反应区重复利用，降低氢气消耗成本。

17、除此之外，本发明创造的装置还能够适用于其他催化气液反应体系，例如：利用铁碳催化剂催化处理尾气，以降低尾气中有机物成分，同时利用液体吸收尾气中有害成分等反应体系中。

18、本发明创造经在反应体内设换热板等结构，能够有助于调节反应体内的温度，满足反应体内温度的需求。

19、本发明创造利用特定结构的送气和送液的气体入口、原料液入口设置，使得反应物进入到反应体内后形成气液混合的微纳米气泡，在微纳米气泡作用下，将有助于增强反应区的悬浮反应效果，并在结合沉降分离区结构设计，将有助于改善反应产物品质和质量。