[发明专利]一种超重力场中高空速选择性催化装置与方法

说明书

技术领域

本发明属于催化反应技术领域，具体涉及一种超重力场中高空速选择性催化装置与方法，可以广泛的应用于石油化工、煤化工、制药、环保等领域的催化过程。

背景技术

催化在石油化工，煤化工，制药，环保等领域的具有重要地位。几乎所有的催化过程都存在内扩散的问题，如反应物料之间的扩散、反应物料与催化剂之间的扩散、产物与催化剂之间的扩散。由于传质效果差，在重力场中催化反应普遍存在以下缺点：1、催化剂用量大，催化剂利用效率低；2、传质慢；3、物料的停留时间长，副产物多；4、能耗大；5、催化剂反应设备体积大。为了解决这些问题，专利（CN:1507940A，CN: 1895766A）把超重力技术应用到催化反应过程，取得了较好的效果。

众所周知，在工业上高空速的气-液两相催化反应占很大比例，如果在反应过程中达不到催化剂要求空速，反应副产物增多，并且往往产生的积热造成催化剂失活。这是因为此类反应气-液接触后在催化剂活性中心发生催化反应，同时放出一定的热量，若不及时移走热量则副反应增加，选择性降低，并且气体也必须速率离开，否者反应深度加深，副产物也会增多。另外，为了便于工厂布置，常常通过减小反应器体积和增大气速来达到空速要求，造成气体在反应器中停留时间变短，影响了气-液间的传质过程，单位时间的目标产物也会减少，并且更重要的是可能发生液泛，反应无法进行。但是，目前公开的方法专利（CN:1507940A，CN: 1895766A）气-液以逆流或并流的形式接触完成催化反应，适用于低空速下的气-液两相催化反应，不适用于高空速下的气-液两相催化反应。

这主要是：当气-液以逆流形式接触时，气体空速较高时则操作过程发生液泛，反应热不能及时移除，并且反应深度加深，副反应增加，选择性变差。在工程实践中，为了避免液泛，往往需要增大反应器体积来减小气速，但是这又造成很难达到催化使用要求空速，同样引起副产物增多。另外，逆流形式的接触压降过大，为了保证反应对气体空速的要求，一般需要添加大功率空压机，造成运行费用不经济以及工厂运行成本增加。而并流形式压降与错流形式压降差异不大，但是并流的传质推动力略低。在空速较大时，气体利用率低导致单位时间内的目标产物转化率降低。

发明内容

本发明为了解决目前工业上难以实现超重力场中的高空速气-液催化反应，存在技术难题，提出了一种超重力场中高空速选择性催化装置与方法。解决了现有超重力催化技术不适用于高空速气-液催化反应的技术难题。

本发明由如下技术方案实现：一种超重力场中高空速选择性催化装置，结构包括设有气体流通口和液体进出口的壳体，壳体内设催化剂装填装置，催化剂装填装置上端与电机的转轴相连，壳体底部中心设液体进口，底部一侧设液体出口，壳体上下端并且位于液体进口两侧分别开设气体流通口；催化剂装填装置为由多孔平板组成的同心圆环体，装填装置内部填充负载有催化剂的多孔介质。

所述同心圆环体由四个多孔平板组成，孔大小为10-800目，所述多孔介质颗粒大小20-150目，多孔介质装填孔隙率为0.60-0.95，同心圆环体上下平面的外径d₂比内径d₁的比值范围2-6，高度h与外径d₂的比值范围3-10。

所述多孔平板的材质为不锈钢或工程塑料；多孔平面介质为活性炭、三氧化二铝或高岭土。优选为活性炭。

利用上述超重力场中高空速选择性催化装置的催化方法，包括如下步骤：反应气体从气体流通口进入，再从催化剂装填装置的上多孔平面或下多孔平面进入催化剂层，然后从催化剂装填装置的下多孔平面或上多孔平面流出，反应后的气体从气体出口流出；液体从液体进口进入，喷射入催化剂装填装置的内环多孔平面，流入催化剂层，然后从催化剂装填装置的外环多孔平面流出；气-液两相在高速旋转的催化剂层中强烈的混合，湍动进行传质与反应；反应后的液体从液体出口流出。

所述催化反应的气体空速范围为10000-20000h^-1，液体空速范围为200-300 h^-1，催化反应温度0-1000℃，压力为0-10 MPa，催化剂装填装置转速为100-2000r/min。