技术领域
[0001] 本
发明涉及一种环己烷氧化制备环己
酮生产装置，更具体地说，涉及一种提高环己烷氧化反应产物收率的新型组合式气体分布器。
背景技术
[0002] 环己酮是重要的化工原料，广泛应用于
纤维、合成
橡胶、工业涂料、医药、
农药、
有机溶剂等工业。目前，由于聚酰胺行业迅速发展，环己酮作为生产己内酰胺的原料也得到了快速发展。传统生产环己酮的方法是将苯加氢生成环己烷，再将环己烷氧化制得环己醇、环己酮，或将
苯酚加氢生成环己醇，环己醇经过催化脱氢得到环己酮。
[0003] 目前，国外生产环己酮的主要方法是环己烷氧化法，环己烷氧化生产环己酮的工业路线有两条：一是环己烷的催化氧化，另一是环己烷的无催化氧化。催化氧化法采用钴盐、
硼酸或偏硼酸为催化剂。采用钴盐催化剂的工艺包括荷兰Stamicarbon公司工艺、荷兰DSM、波兰POLIMEX等；采用硼酸或偏硼酸催化剂的工艺包括日本的三菱
化成，美国Scientific Design等公司的工艺。钴盐催化法反应条件温和，反应
温度、压
力低，
停留时间短，对设备要求不严格。但是反应过程中设备及管道壁上出现结渣的问题。硼酸催化法环己烷利用率高，环己酮收率高，耗
碱少，但是此法必须有
水解过程和硼酸的回收系统，使设备投资比钴盐催化法高。
[0004] 我国的环己酮生产厂家不多，其中3万吨/年规模以上的有13大生产厂家，环己酮的生产主要是为了满足己内酰胺生产的需要。我国环己酮生产采用的催化合成路线主要是钴盐催化氧化，与国外的相比，原料消耗大，操作
稳定性差。
[0005] 环己烷氧化反应为复杂的多重反应，如
串联副反应存在导致环己酮、环己醇继续氧化生成酯和酸，甚至氧化生成一氧化
碳和二氧化碳。为了减少副反应的产生，提高目的产物环己醇、环己酮的选择性和收率，必须控制环己烷的转化率，以及环己醇、环己酮的停留时间，但是如果环己烷的转化率过低，大量的环己烷未反应，则后续的分离过程负荷大，经济效益差。氧化反应器中气体分布器的设计是影响反应产物环己酮选择性的重要因素。氧化反应器中气体分布器的改进，可以实现既能满足环己烷较好的吸氧率，保证尾氧含量处于安全条件，又能控制较好的转化率，减少副产物的生成。
[0006] 环己酮工业生产中存在混合效果不好、收率低、经济效益差等问题。迄今为止，
现有技术中还没有提到解决上述问题的办法。
[0007] 因此，本领域迫切需要开发出一种新型气体分布器能够好地完成环己烷的氧化，提高其转化率，减小后续分离的负荷。
发明内容
[0008] 本发明所要解决的技术问题是：针对现有环己酮工业生产中的不足之处，提供一种用于环己烷氧化反应器的新型组合式气体分布器，提高反应器内气液两相的混合效果和耗氧能力，从而提高环己烷氧化的转化率。
[0009] 本发明的技术方案如下：
[0010] 一种用于环己烷氧化反应器的新型组合式气体分布器，它包括环管式气体分布器和气体定向再分布器。
[0011] 所述环管式气体分布器由至少一个进气分配总管和多个管径相同的环形管组成，环形管在同一水平高度上沿径向同轴排布，且在每个环形管的顶部和两侧都按一定规律开孔，所述的规律是：所述环形管在内外两侧依次间隔开孔，环形管顶部均布开孔；顶部开孔数为内外两侧开孔总数的1-10％。
[0012] 所述气体定向再分布器，它由两个紧密结合的环柱状填料组成，外层为高孔隙率纤维填料和内层为低孔隙率纤维填料。
[0013] 进一步地，所述环管式气体分布器为盘管式，沿径向同轴排布，环形管实质为圆环形的管线，各个环形管分别与进气分配总管连通。
[0014] 进一步地，所述进气分配总管可设置为1～4个，均匀周向排布，且通过管线与进气口相连。
[0015] 进一步地，所述环形管可设置为1～6个，环形管管径D管/D为0.025～0.035，且每个环形管同轴布置在同一水平高度，环形管之间的径向间距L均相等，L/D为0.1～0.15，其中D为反应器直径。
[0016] 进一步地，所述环管式气体分布器距离反应器内导流筒底部直边段为0～0.1D，其中D为反应器直径。
[0017] 进一步地，所述环形管两侧和顶部的开孔孔径D1为2～5mm，所述两侧或顶部开孔的孔径相同或不相同；两侧开孔方位与轴线方向的
角度θ为45～90°。
[0018] 进一步地，所述环柱状填料为网状结构，填料厚度为10～100mm，填料内部为纤维组成的杂乱无序的交叉通道。
[0019] 进一步地，所述外层纤维填料的孔隙率为80～95％，内层纤维填料的孔隙率为65～80％，且内外层纤维填料的宽度比可为0.2～2。
[0020] 进一步地，所述纤维材料可选用直径为0.1～0.3mm的金属丝。
[0021] 进一步地，所述气体定向再分布器在氧化反应器中的安装个数可为1～3个，安装
位置位于导流筒1/10至9/10之间。
[0022] 有益效果
[0023] 本发明的一种用于环己烷氧化反应器的新型组合式气体分布器与现有技术相比具有以下优点和效果：
[0024] 环管式气体分布器，采用多个径向同轴排布的环形管，可改善气泡在反应器中的分布状况，同时在环形管上两侧对称开孔和顶部开孔，有助于提供足量的通气量，并鼓出的一个个分散的不规则微气泡，使气液两相能够得到充分的
接触。另外，气体定向再分布器，采用纤维填料，其内部不规则的交叉通道可将来自下方的气泡进行整合
破碎，而内层设置为较低孔隙率的纤维填料能够加强对导流筒附近大量积聚的大气泡进行破碎，减少反应器内的大气泡的密集区，，并实现气泡定向向外分布的更均匀。
[0025] 因此就结构本身而言，可充分利用环管式气体分布器的均布气泡作用和气体定向再分布器的破碎定向再分散作用，在不提高通气量的情况下，使气液两相有效的混合，提高了环己烷氧化的转化率。
附图说明
[0026] 图1为加入新型组合式气体分布器的环己烷氧化反应器结构示意图。
[0027] 图2为环管式气体分布器结构示意图。
[0028] 图3为气体定向再分布器结构示意图。
[0029] 图4为环管式气体分布器开孔分布和开孔方位图。
[0030] 图5为加入新型组合式气体分布器后环己烷氧化反应器的内部流动与气泡分布示意图。
[0031] 图中标号：1—物料入口，2—空气入口，3—物料出口，4—尾气出口，0-1—环管式气体分布器，0-2—气体定向再分布器。
[0032] 其中，1-1、1-2、1-3分别为环形管1、环形管2和环形管3；1-4、1-5分别为进气分配总管1、进气分配总管2；1-6为U型
螺栓，1-7为
支撑板；2-1为支撑格栅，2-2为支撑环。
具体实施方式
[0034] 参照图1和图5，环己烷氧化反应器下封头正底部设有物料入口1，筒体下部设有空气入口2，筒体中上部设有物料出口3，上封头处设有尾气出口4，反应器壳体内设有
单层导流筒，导流筒的底部与反应器壳体底部留有缝隙，同时在反应器壳体内导流筒的底部设有环管式气体分布器0-1，导流筒中上部设有气体定向再分布器0-2。其中，导流筒直径为800mm，导流筒将反应器内的液体分为上升区和下降区，其结构形式为下端圆筒形，最上端喇叭口形状，其作用是引导反应器内液相的循环流动，控制反应器内液体回流的速度和方向，获得一个特定的平推流；环管式气体分布器将通入分布器的气体在反应器流场中均布鼓出来一个个分散的不规则的气泡，使气液两相能够得到充分接触；气体定向再分布器将来自下方聚集的大气泡进行整合破碎，使气泡直径变得更小，气泡定向分布更均匀。
[0035] 在本实施例中，反应器壳体的内径2800mm，反应器高6000mm，环管式气体分布器中环形管个数为3，均采用外径为89mm的管线，其中环形管1直径为2460mm，环形管2直径为1800mm，环形管3直径为1140mm，且每个环形管都同轴水平布置，环形管之间的径向间隔距离均为330mm。用U型螺栓将环管式气体分布器固定在支撑板上，再通过支撑板在距反应器内导流筒底部直边段100mm处与壳体
焊接固定。环形管内外两侧和顶部的开孔孔径D1为
2mm，两侧开孔方位与轴线方向的角度θ为75°，环形管1内外两侧开孔数均为445，顶部开孔数为45，环形管2内外两侧开孔数均为320，顶部开孔数为32，环形管3内外两侧开孔数均为
200，顶部开孔数为20。
[0036] 气体定向再分布器采用316L金属丝填料，金属丝直径为0.22mm，内外层填料厚度均为60mm，其中，外层纤维填料的孔隙率为85％，内层纤维填料的孔隙率为70％。气体定向再分布器通过支撑格栅进行固定，并在导流筒上1/3处格栅与反应器壳体和导流筒外壁通过支撑环进行焊接。
[0037] 在实际生产中，将3个反应器通过串联形成一个串联系统，每前一级反应器物料出口与后一级的反应器物料入口连接。在氧化过程中，在三个串联的加入新型组合式气体分布器的环己烷氧化反应器中通入含氧气体，调节各反应器的反应温度和通气量，使各反应器尾气出口含氧量低于2％，控制环己烷停留时间为40min。系统在稳定运行后反应温度为160～175℃，反应压力1～1.2MPa下，计算得出环己烷转化率为3.6-3.8％，测得环己烷氧化反应器的气含率可提高到1.3％，有用产物的选择性为96.9％。
[0038] 实施例2
[0039] 结合参照图2、图3和图4，本实施例中的反应器结构与实施例1不同的是，本实施例中环管式气体分布器的进气分配总管设置为2个，均匀周向排布，且通过管线与进气口相连，即有2个进气口。同时，反应器中设有2个相同的气体定向再分布器，这有助于减少反应器内环内的大气泡的密集区，使得大气泡进行整合逐层破碎，并向外层均匀再分布，提高反应器内气液两相的混合效果。
[0040] 在本实施例中，反应器壳体的内径3500mm，反应器高7000mm，环管式气体分布器中环形管个数为4，均采用外径为108mm的管线，环形管1直径为3200mm，环形管2直径为2500mm，环形管3直径为1800mm，环形管4直径为1100mm，且每个环形管都同轴水平布置，环形管之间的径向间隔距离均为350mm。用U型螺栓将环管式气体分布器固定在支撑板上，再通过支撑板在距反应器内导流筒底部直边段150mm处与壳体焊接固定。环形管内外两侧和顶部的开孔孔径D1为4mm，两侧开孔方位与轴线方向的角度θ为50°，环形管1内外两侧开孔数均为558，顶部开孔数为45，环形管2内外两侧开孔数均为436，顶部开孔数为35，环形管3内外两侧开孔数均为314，顶部开孔数为25，环形管4内外两侧开孔数均为192，顶部开孔数为16。
[0041] 两个相同的气体定向再分布器采用316L金属丝填料，金属丝直径为0.28mm，内外层填料厚度均为20mm，外层纤维填料的孔隙率为90％，内层纤维填料的孔隙率为75％。气体定向再分布器通过支撑格栅进行固定，并分别在在导流筒1/3和2/3处格栅与反应器壳体和导流筒外壁通过支撑环进行焊接。
[0042] 在实际生产中，将4个反应器通过串联形成一个串联系统，每前一级反应器物料出口与后一级的反应器物料入口连接。在氧化过程中，在四个串联的加入新型组合式气体分布器的环己烷氧化反应器中通入含氧气体，调节各反应器的反应温度和通气量，使各反应器尾气出口含氧量低于1.8％，提高了其安全性能，控制环己烷停留时间为30min。系统在稳定运行后反应温度为165～175℃，反应压力1.1～1.3MPa下，计算得出环己烷转化率为3.7-4.0％，测得环己烷氧化反应器的气含率提高到1.4％，有用产物的选择性提升到98％。
