[发明专利]进行连续多相催化反应和分离的反应器

说明书

发明领域

本发明涉及适用于在气-液相或液-液相中采用固体催化剂的连续多相催化反应和分离的反应器。

发明背景

喷射环流反应器是一种高效气-液、气-液-固、液-液-固多相反应器。其结构简单，利用流体的喷射作用和静压差作用形成环流，使各相充分混合，传质、传热效果好，能耗低。这些优异性能使喷射环流反应器在生化、化工和污水处理以及煤的液化加氢等领域占有越来越重要的地位。这种传统的喷射环流反应器需在反应器外进行液固分离。在反应器外进行液固分离，需要将浆液输送到过滤设备，输送过程中含有固相的浆液可能造成催化剂失活、发生副反应、管道堵塞或产品结晶影响催化剂的分离等问题。在反应器内过滤可以避免这些问题，国内外很多学者致力于内过滤方式的研究，并取得到了一定成果。

1995年美国专利5407644公开了一种连续多相催化反应器，这种反应器由一个容纳浆液的反应器和沉浸在浆液中的过滤器，过滤器内浆液上方气体空间和滤液区上方连通，依靠浆液的湍动、气泡破碎和过滤器的静压力提供过滤压差。这种反应器适用于Fisher-Tropsch型反应。

美国专利2010084350公开了在浆态反应器中进行多相催化反应和分离的系统和方法，该装置利用反应器内的浆液产生的轴向和径向湍动，使粘在过滤器表面的滤饼维持某一厚度，从而使渗入分离区的滤液量维持恒定的水平，这种装置需加搅拌装置，而且随着反应时间的推移，催化剂颗粒可能被磨碎，细小颗粒可能堵塞过滤装置，使过滤阻力增大，固液分离产率降低。

2003年美国专利US7279145揭示了一种具有固定床催化剂的过滤器的反应器。该反应器类似于美国专利号5972661中所披露的“导管反应器”，由中央通风管反应器和中央通风管与反应器壁间环形区的固定床催化剂组成，过滤板覆盖在催化剂的上部和下部。浆液在中央通风管内混合并在叶轮作用下到达通风管顶部后，透过环形区的固定床流出。国内贾立敏在专利CN1721342A中公开了一种用于污水处理的过滤式高效内循环三相流化床反应器。该发明是充分利用内循环三相流化床反应区高去除污染物的基础上，在反应器上部耦合填料层过滤的工艺实现高效固液分离。但固相截留物需定期反洗排出设备，不适合用于多相催化反应。

发明内容

本发明要克服现有系统和方法的缺点，在传统喷射环流反应器内设置过滤装置来设计一种新型的喷射环流反应器。

进行连续多相催化反应和分离的反应器，包括反应器外壳、喷嘴和过滤式导流装置，喷嘴连接液体反应物和气体反应物，其特征在于：所述的过滤式导流装置设置在反应器外壳内，并浸入反应器内的浆液中；

所述的过滤式导流装置由内外两个同心圆筒组成，所述的两个圆筒至少有一个为过滤式圆筒，两个圆筒上下端连接封闭，两个圆筒之间的环形空间为滤液区；

过滤式导流装置上设有排气口和滤液排出口；

所述的喷嘴对准所述的过滤式导流装置的圆筒的内部，形成从过滤式导流装置的圆筒的内部到圆筒的底部折返，再经过滤式导流装置与反应器外壳之间的空间到过滤式导流装置顶部的浆液环流；浆液环流所在区域是反应区；

液相从反应区进入滤液区，在所述的过滤式导流装置的过滤式圆筒表面形成滤饼。

优选地，所述的反应器外壳的底部连通循环泵，循环泵连通所述的喷嘴。

本发明装置中的过滤式导流装置垂直放置，使从喷嘴喷出的浆液在反应器内形成定向流动，具有导流作用；同时液相可通过该过滤式导流装置的过滤圆筒进入滤液区，固相被截留，兼具过滤作用。

浆液流经过滤式导流装置时，液相透过过滤圆筒进入滤液区，固相被截留，由于流体的冲刷以及气泡的碰撞、破碎在过滤器表面产生的湍动，使过滤筒表面的滤饼的生成和剥离平衡，滤饼厚度基本不变，过滤通量长时间基本稳定。

在具体实施过程中，可通过调节反应器内与滤液排出口之间的压差、进气速率或浆液喷射速度调节滤液流出速率。

在具体实施过程中，若反应进行较长时间后，催化剂颗粒可能会磨碎，细小的催化剂颗粒会流入过滤圆筒孔隙造成孔道堵塞，滤饼增厚，过滤阻力增加。为了减少过滤阻力，可通过过滤式导流装置上部的排气口对过滤式导流装置进行反吹清洗。

本发明所述喷射环流反应器可为上喷式，也可为下喷式。上喷式环流反应器喷嘴设置在过滤式导流装置下端面附近，而下喷式环流反应器喷嘴设置在过滤式导流装置上端面附近。

在具体实施过程中可为内筒或外筒单层过滤，也可为内外筒双层过滤。单层过滤时，优选内筒过滤。