1.本发明涉及1，4-丁二醇生产技术领域，具体涉及一种1，4-丁二醇生产系统及工艺，是将1，4-丁炔二醇溶液经进料泵加压后输送至反应器内，经分段式、多重分布与氢气在镍催化剂的条件下进行反应生成1，4-丁二醇，通过均置式收集器循环并达到出料目的的工艺技术。
背景技术：2.1，4-丁二醇（bdo）是无色油状液体，能与水混溶，并且溶于甲醇、乙醇、丙酮，微溶于乙醚。在美国和西欧一半以上的1，4-丁二醇（bdo）用于生产四氢呋喃，其次用于生产γ-丁内酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯（聚对苯二甲酸丁二醇酯是迅速发展中的工程塑料）。1，4-丁二醇作为增链剂和聚酯原料用于生产聚氨酯弹性体和软质聚氨酯泡沫塑料；1，4-丁二醇制得的酯类是纤维素、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯类和聚酯类的良好增塑剂。另外，由于1，4-丁二醇具有良好的吸湿性和增柔性，可作明胶软化剂和吸水剂，玻璃纸和其他未用纸的处理剂，还可制备n-甲基吡咯烷酮、n-乙烯基吡咯烷酮及其他吡咯烷酮衍生物等等。
3.化工生产过程中有机物的高压加氢工艺被广泛应用，其中与煤、石油相关的化工生产更加与高压加氢密不可分。高压加氢涉及的反应压力较高，固定床催化剂下的反应操作难度大、效果差、催化剂寿命短、检维修困难等因素，所以目前高压加氢的反应一直是各项工艺生产中的瓶颈，亟需解决。高压下固定床催化剂装填完成后直到催化剂寿命终结，无法进行调整，更加影响了高压加氢合成有机物的长周期运行。这在1，4-丁二醇的高压加氢制备工艺中体现的尤为突出，由此才有本发明。
技术实现要素：4.本发明的目的是提供一种新型的1，4-丁二醇生产系统及工艺，以解决上述问题。
5.本发明通过如下技术方案实现：一种用于生产1，4-丁二醇的系统，包括反应器、设置在反应器内的分布器和均置式收集器，所述反应器内沿气液相流通方向间隔设置有两个或两个以上的催化剂床层，每个催化剂床层位于气液进口侧设置气相分布器和/或液相分布器，气相入口设置在每个分布器靠气液进口侧的反应器侧壁上，液相入口设置在气液进口侧的第一个分布器下方的反应器壁面上；沿气液流通方向的最后一个催化剂床层的出口侧设置催化剂格栅层，所述均置式收集器包括两个或两个以上对称分布在催化剂格栅层上的管件，管件上部及侧壁用过滤网或高精度过滤网封口，管件出液口与反应器外循环管线相连，外部循环管线经循环后分为两路，一路循环接入液相入口，一路输出至后续蒸馏精制工段。
6.通过上述技术方案，通过上述分段式合成和均置式出料以及循环管线一体式系统，使得可以一步从1，4-丁炔二醇制得1，4-丁二醇，克服了气液相在高压系统下多种气液比例混合情况下，反应不均匀及偏流造成生产无法持续或效果差的瓶颈，解决了现有1，4-丁炔二醇加氢制备1，4-丁二醇的反应操作难度大、效果差、催化剂寿命短的问题。
7.进一步的，所述均置式收集器从下至上依次包括离心挡板、离心喇叭、管件和流体导出管；离心挡板用于固定在催化剂格栅层上，离心挡板上对应于管件处开设圆孔，管件底壁设置支撑脚，支撑脚穿过圆孔用于固定在催化剂格栅层上，离心喇叭与管件同心设置，且离心喇叭大口朝上固定在支撑脚上，圆孔直径略大于对应处离心喇叭的口径，管件底壁为密封壁面，顶壁和侧壁均为过滤网结构，流体导出管一端伸入管件内，另一端汇聚到外部管线上。离心挡板将反应后流体离心送入均置式收集器，方便收集。
8.进一步的，气相分布器、液相分布器及均置式收集器在反应器内为可拆卸式设置。可拆卸设计方便检维修。
9.进一步的，气相分布器包括两圈上下间隔布置的环管，两个环管上表面沿环开设多个出气孔，两个环管下表面从两端开设进气孔，进气孔连接进气管线。
10.进一步的，液相分布器包括多圈同心布置的折流板，折流板为瓦楞结构，最外圈折流板直径小于反应器内径，在最外圈折流板之外还设置一圈防冲板以与反应器内壁贴合。
11.进一步的，氢气、含1，4-丁炔二醇的液体进入反应器内，分别经过气相分布器和液相分布器后形成各自均匀的流体，分布均匀后的流体通过镍系催化剂床层，在通过过程中反应，反应后的流体被离心挡板离心后进入均置式收集器内的管件，经管件顶部的过滤网过滤后收集导出至外部循环管线，经外部循环后，一路进入液相入口循环反应，一路输出至后续蒸馏精制工段，取得所需产物1，4-丁二醇。
12.进一步的，所述含1，4-丁炔二醇的液体为含30~60%1，4-丁炔二醇水溶液。
13.进一步的，反应器内压力为20mpa~32mpa，进料温度为85~120℃，催化剂床层最高点温度控制在115~145℃。温度过高会导致催化剂烧结损坏。
14.进一步的，液体进料流量与循环流量的配比为1：（8~12），循环流量的范围在120~280m3/h。此流量配比能方便循环液体将反应产生的热量带出，便于反应进一步进行。
15.进一步的，催化剂体积为反应器体积的1/2~2/3倍。
16.本发明的有益效果为：1、本分段式合成结合均置式出料以及循环管线一体式系统，使得可以一步从1，4-丁炔二醇制得1，4-丁二醇，克服了气液相在高压系统下多种气液比例混合情况下，反应不均匀及偏流造成生产无法持续或效果差的瓶颈，解决了现有1，4-丁炔二醇加氢制备1，4-丁二醇的反应操作难度大、效果差、催化剂寿命短的问题。
17.2、本工艺中均置式出料技术是结合分段式合成技术实现的工艺设计，通过均置式收集器将工艺流程进行重新设计，通过分散技术的应用使气相、液相与催化剂的分离实现了更高精度和稳定，均置式出料是将液相物料与催化剂进行分离，经过两个及两个以上对称分布的过滤网或高精度过滤网，将液体在压力下排出反应器或实现循环的目的，在反应器内部将有效的空间进行规划利用，在均置式收集器中实现离心过滤和筛网双重过滤效果，更好的避免了床层压差高、反应不均匀、过滤不彻底造成的收率下降、设备损坏、生产运行不稳定现象。
附图说明
18.图1为本发明的系统流程简图；图2为均置式收集器在反应器内的布置示意图；
图3为均置式收集器的具体结构示意图；图4为多重分布器及其在反应器内分布结构示意图。
19.图中，1、液相入口；2、气相入口；3、外部循环管线；4、出液口；5、合成产物管线；6、催化剂床层；7、管件；701、支撑脚；8、气相分布器；9、催化剂格栅层；10、离心挡板；101、圆孔；11、过滤网；12、反应器；13、液相分布器；14、防冲板；15、循环泵；16、支撑圈；17、离心喇叭；18、流体导出管。
具体实施方式
20.本发明公开了一种生产1，4-丁二醇的系统，该系统包括反应器12、设置在反应器12内部的分布器和均置式收集器，以及出料相关设备。分布器是将液相或气相进行均匀分布的设备，均置式收集器用于将反应后的流体收集起来输送到外部循环管线3。分布器、均置式收集器在反应器12内都是可拆卸式设置。出料设备导出反应器12内反应后的物料。
21.反应器12内沿气液相流通方向间隔设置有两个或两个以上的催化剂床层6，每个催化剂床层6位于气液相进入侧设置分布器，气相入口2设置在分布器靠近气液进口侧的反应器12壁面上，液相入口1设置分布器靠近气液相进入侧的一面上的反应器12壁面上。均置式收集器包括两个或两个以上对称分布在催化剂格栅层9上的管件7，管件7上部及侧壁用过滤网11或高精度过滤网11封口，管件7出液口4与反应器12外部循环管线3相连。管件7在反应器12内部均布排列，过滤网11为金属钢丝网，起到过滤催化剂的作用，因为涉及多个管件，管件7出料口连接液体采出管线，收集并汇总两个及两个以上出料口液体。反应器12外部循环管线3经循环后分为两路，一路循环接入液相入口，一路由合成产物管线5输出至后续蒸馏精制工段。因后续蒸馏精制工段不是本发明的改进点，故没有给出详细说明，表明现有的蒸馏精制工段都可满足要求。
22.具体的，分布器分为气相分布器8和液相分布器13，气相分布器8和液相分布器13在催化剂床层6下方可以不同时出现，即交替间隔出现布置，也可以同时出现布置。但一个反应器12内至少有一个气相分布器8和一个液相分布器13，也就是气相入口2和液相入口1可为单点、多点或同一点进入反应器内。当然分布器在催化剂床层6下方设置的多，对气液相的分布效果越好，但是考虑到成本及综合效果的问题，不可能设置很多，根据实际情况优选配置。
23.参见图1、2、4所示，在具体的方案中，反应器12内从下至上设置两个催化剂床层6，两个催化剂床层6下方靠近气液进口侧的反应器12壁面上均设置气相入口2，液相入口1设置反应器12底部壁面上。气液相在通过催化剂床层6过程中，在催化剂表面进行氢气合成反应。从下至上的第一个催化剂床层6下方设置气相分布器8，气相入口2连通到气相分布器8的入口。从下至上的第二个催化剂床层6下方从下至上依次设置液相分布器13和气相分布器8，气相入口2连通到气相分布器8的入口。第二个催化剂床层6顶部设置催化剂格栅层9，催化剂格栅层9上方设置倾斜、喇叭口式离心挡板10和均置式收集器，均置式收集器出料口4与外部循环管线3相连。催化剂格栅层9为离心挡板10和均置式收集器提供支撑。液体被离心挡板10流出过程中形成离心力，方便从均置式收集器中流出。
24.参见图3，在具体的方案中，所述均置式收集器从下至上依次包括两组或两组以上的离心挡板10、离心喇叭17、管件7和流体导出管18；离心挡板10用于固定在催化剂格栅层9
上，离心挡板10上对应于管件7处开设圆孔101，管件7底壁设置支撑脚701，支撑脚701穿过圆孔101用于固定在催化剂格栅层9上，离心喇叭17与管件7同心设置，且离心喇叭17大口朝上固定在支撑脚701上，圆孔101直径略大于对应处离心喇叭17的口径，管件7底壁为密封壁面，顶壁和侧壁均为过滤网结构，流体导出管18一端伸入管件7内，另一端汇聚到外部管线上，离心挡板10使得在液体被流出过程中形成离心力，方便液体进入管件7。图3中示出的是两组离心挡板10、离心喇叭17、管件7和流体导出管18的情况，其中一组为了方便看出圆孔，离心喇叭17和支撑脚701未示出。
25.参见图4，在具体的方案中，气相分布器8为分布环式分布器，具体包括两圈上下间隔布置的环管（参见图3中左下部的同心环所示），下面的环管直径小于上面的环管，两个环管通过梯形的上升管（图中未示出，也即一个梯形的将上面的环与下面的环固定支撑在一起的部件）支撑，两个环管上表面沿环开设多个出气孔（图中未示出），两个环管下表面在两端开设进气孔（图中未示出），上升管顶部连通两个环管的进气孔，上升管底部也设有进气孔连接进气管线，即连接气相入口2管线。环管两端进气的方式能平衡管内压差，环管分两层扰动分布，可以避免气流鼓泡。
26.参见图4，在具体的方案中，液相分布器13包括多圈同心布置的折流板（参见图3中左上部的同心环所示），折流板为瓦楞结构（参见图3中上部的分布器内部的折痕结构），上下设置两层，最外圈折流板直径小于反应器12内径，因而在最外圈折流板之外还设置一圈防冲板14以与反应器12内壁贴合，防止有液体未经过分布器就流出去了，保证了液相分布的均匀性。折流板之间与防冲板14之间通过钢架连接固定，最终通过防冲板14固定到反应器12内壁上。采用液相分布器13的折流板式分布，可以对上升的液体进行折流，避免气液混合相的鼓泡对上部催化剂床层6形成冲击，双层折流板的设置形成二次液相分布，使得液相能均匀进入催化剂床层6参加反应。同时在液相分布器13与催化剂床层6还设置有气相分布器8，这里的气相分布器8与前面所述的气相分布器8结构相同，这样使得液相均匀分布后也与均匀分布的气相混合，一起均匀的进入催化剂床层6进行反应。
27.气液相在通过催化剂床层6的过程中受催化剂阻力的影响，形成催化剂床层压差。根据压差进行调整催化剂床层6高度和建立缓冲空间，结合本工艺设计的专用分布器和液相收集器，使得催化剂床层6进行分段平衡后实现气液相在高压系统下多种气液比例混合情况下，解决了反应不均匀及偏流造成生产无法持续或效果差的技术瓶颈。通过均置式收集器将工艺流程进行重新设计，通过分散技术的应用使气相、液相与催化剂的分离实现了更高精度和稳定，均置式出料是将液相物料与催化剂进行分离，经过两个及两个以上对称分布的过滤网11或高精度过滤网11，将液体在压力下排出反应器或实现循环的目的，在反应器内部将有效的空间进行规划利用，在均置式收集器中实现离心过滤和筛网双重过滤效果，更好的避免了床层压差高、反应不均匀、过滤不彻底造成的收率下降、设备损坏、生产运行不稳定现象。
28.下面详细说明利用上述较佳示例公开的系统进行生产1，4-丁二醇的具体工艺。
29.本技术是将1，4-丁炔二醇溶液经进料泵加压后输送至反应器12内，经分段式、多重分布后与氢气在镍催化剂的条件下进行反应生成1，4-丁二醇，通过均置式收集器循环并达到出料目的。
30.本工艺中主要加氢合成化学方程式为：
ho-ch
2-c≡c-ch
2-oh+2h2→
ho-ch
2-ch
2-ch
2-ch
2-oh+q具体的工艺流程为：气体（h2）、液体（含30~60质量%1，4-丁炔二醇水溶液）分别进入反应器12内的气相分布器8和液相分布器13，形成各自均匀的流体，在分布均匀后流体通过镍系催化剂床层6，在通过过程中反应生成1，4-丁二醇，反应后的流体被离心挡板离心后进入均置式收集器内的管件7，经管件7收集并通过顶部及侧壁的过滤网11过滤后收集导出至外部循环管线3，经外部循环泵15泵出，一路进入液相入口循环反应，一路输出至后续蒸馏精制工段，取得所需产物1，4-丁二醇。
31.气液相在通过催化剂床层6过程中因受到的阻力不同，得到不同的反应速率和反应效果，依据反应原理和试验条件进入如下模拟试验，得出压力为20mpa~32mpa下，进料温度为85~120℃，通过反应发出热量，随着液体的不断流动反应温度逐步升高，催化剂床层6中最高点温度控制在115~145℃时，物料中1，4-丁炔二醇与氢气的合成充分进行。催化剂床层6温度最高不超过150℃，否则会造成催化剂烧结损坏。
32.按流体接触时间和通过催化剂床层6的停留时间计算得到相应的催化剂床层6高度和循环流体的流量，根据不同的试验数据得出1，4-丁炔二醇与氢气的每小时流体反应器次数，即每小时流通次数c=q/v(比如170/17=10或260/22=12)q为循环流量，v为反应器体积；通过调整循环液流量控制生产负荷的调整，通过试验数据得出，q/v=8~12时，反应效果较好，产物中不饱和成分最低，产品收率高。
33.催化剂体积v1=1/2~2/3v，使得催化剂床层6高度可以根据反应器内径计算得出。而反应器的选型可以根据设计产能选定。
34.根据反应热量q及反应速率计算得出第一催化剂床层6与第二催化剂床层6中催化剂比例较佳选择为2：1。
35.在流体第二次经过分布器使得处于均匀状态后，通过第二个催化剂床层6后经均置式过滤组件收集器进行采出反应器12，通过循环泵15将采出物料根据反应器内物料停留时间的不同建立不同的循环量。发现循环进入液体入口的循环流量控制在120~280m3/h，且液体入口的进料流量与循环流量配比控制在1：（8~12）时反应效果较佳。因为本工艺中的加氢合成反应为放热反应，而均置式收集流体、循环流体的再次利用可以持续带走热量，促进反应的进行，使得通过本技术的系统可以一次性合成收集1，4-丁二醇。使得本技术的分段式合成不同于现有的分段式合成，不需要不同的反应器来实现。
36.在一个特别的示例中，进料流量为13t/h，循环流量为105~160t/h，反应进料温度为95~105℃，第一个催化剂床层6温度为120~133℃，第二个催化剂床层6温度为133~140℃，反应后产品收率为97%。
37.本处工艺流程主要是分段式合成方式和均置式出料方式的工艺，以上操作参数均做参考值，催化剂反应情况应根据催化剂所需参数进行调整。
38.本分段式合成技术是化工生产过程中气液物料在固定床催化剂下发明的合成方法，气相通过进料分布器进行气体分布，达到气体在液相中的相对均匀，与液体进行充分混合后通过催化剂床层。在通过催化剂床层6的过程中受催化剂阻力的影响，形成催化剂床层压差。根据压差进行调整催化剂床层高度和建立缓冲空间，结合本工艺设计的专用分布器
和液相收集器，解决了催化剂床层进行分段平衡后实现气液相在高压系统下多种气液比例混合情况下，反应不均匀及偏流造成生产无法持续或效果差的瓶颈问题。
39.本工艺中均置式出料技术是结合分段式合成技术实现的工艺设计，通过均置式收集器将工艺流程进行重新设计，通过分散技术的应用使气相、液相与催化剂的分离实现了更高精度和稳定，均置式出料是将液相物料与催化剂进行分离，经过两个及两个以上对称分布的过滤网或高精度过滤网，将液体在压力下排出反应器或实现循环的目的，在反应器内部将有效的空间进行规划利用，在均置式收集器中实现离心过滤和筛网双重过滤效果，更好的避免了床层压差高、反应不均匀、过滤不彻底造成的收率下降、设备损坏、生产运行不稳定现象。
技术特征：1.一种用于生产1，4-丁二醇的系统，其特征在于，包括反应器（12）、设置在反应器（12）内的分布器和均置式收集器，所述反应器内沿气液相流通方向间隔设置有两个或两个以上的催化剂床层（6），每个催化剂床层（6）位于气液进口侧设置气相分布器（8）和/或液相分布器（13），气相入口（2）设置在每个分布器靠气液进口侧的反应器（12）侧壁上，液相入口（1）设置在气液进口侧的第一个分布器下方的反应器（12）壁面上；沿气液流通方向最后一个催化剂床层（6）的出口侧设置催化剂格栅层（9），所述均置式收集器包括两个或两个以上对称分布在催化剂格栅层（9）上的管件（7），管件（7）上部及侧壁用过滤网（11）封口，管件（7）内的流体导出管（18）出液口（4）与反应器外循环管线（3）相连，外部循环管线（3）经循环后分为两路，一路循环接入液相入口（1），一路输出至后续蒸馏精制工段。2.根据权利要求1所述的生产1，4-丁二醇的系统，其特征在于，所述均置式收集器从下至上依次包括离心挡板（10）、离心喇叭（17）、管件（7）和流体导出管（18）；离心挡板（10）用于固定在催化剂格栅层（9）上，离心挡板（10）上对应于管件（7）处开设圆孔（101），管件（7）底壁设置支撑脚（701），支撑脚（701）穿过圆孔（101）用于固定在催化剂格栅层（9）上，离心喇叭（17）与管件（7）同心设置，且离心喇叭（17）大口朝上固定在支撑脚（701）上，圆孔（101）直径略大于对应处离心喇叭（17）的口径，管件（7）底壁为密封壁面，顶壁和侧壁均为过滤网结构，流体导出管（18）一端伸入管件（7）内，另一端汇聚到外部管线上。3.根据权利要求1所述的生产1，4-丁二醇的系统，其特征在于，气相分布器（8）、液相分布器（13）及均置式收集器在反应器（12）内为可拆卸式设置。4.根据权利要求1或3所述的生产1，4-丁二醇的系统，其特征在于，气相分布器（8）包括两圈上下间隔布置的环管，两个环管上表面沿环开设多个出气孔，两个环管下表面从两端开设进气孔，进气孔连接进气管线。5.根据权利要求1或3所述的生产1，4-丁二醇的系统，其特征在于，液相分布器（13）包括多圈同心布置的折流板，折流板为瓦楞结构，最外圈折流板直径小于反应器（12）内径，在最外圈折流板之外还设置一圈防冲板（14）以与反应器（12）内壁贴合。6.一种利用权利要求1至5任一项进行1，4-丁二醇生产的工艺，其特征在于，氢气、含1，4-丁炔二醇的液体进入反应器（12）内，分别经过气相分布器（8）和液相分布器（13）后形成各自均匀的流体，分布均匀后的流体通过镍系催化剂床层（6），在通过过程中反应，反应后的流体被离心挡板离心后进入均置式收集器内的管件（7），经管件（7）顶部及侧壁的过滤网过滤后收集导出至外部循环管线（3），经外部循环后，一路进入液相入口（1）循环反应，一路输出至后续蒸馏精制工段，取得所需产物1，4-丁二醇。7.根据权利要求6所述的1，4-丁二醇生产工艺，其特征在于，所述含1，4-丁炔二醇的液体为含30~60%1，4-丁炔二醇水溶液。8.根据权利要求6所述的1，4-丁二醇生产工艺，其特征在于，反应器内压力为20mpa~32mpa，进料温度为85~120℃，催化剂床层（6）最高点温度控制在115~145℃。9.根据权利要求6所述的1，4-丁二醇生产工艺，其特征在于，液体进料流量与循环流量的配比为1：（8~12），循环流量的范围在120~280m3/h。10.根据权利要求6所述的1，4-丁二醇生产工艺，其特征在于，催化剂体积为反应器体积的1/2~2/3倍。
技术总结本发明涉及1，4-丁二醇生产技术领域，具体涉及一种1，4-丁二醇生产系统及工艺，所述系统包括反应器、设置在反应器内的分布器和均置式收集器，以及循环管线，所述工艺为氢气、含1，4-丁炔二醇的液体分别进入反应器内的分布器，形成各自均匀的流体，在分布均匀后通过镍系催化剂床层，在通过过程中反应，反应后的流体被离心挡板离心后进入均置式收集器内的管件，经管件顶部及侧壁的过滤网过滤后收集导出至外部循环管线，经外部循环泵泵出，一路进入液相入口循环反应，一路输出至后续蒸馏精制工段，取得所需产物1，4-丁二醇。本发明克服了气液相在高压系统下多种气液比例混合情况下，反应不均匀及偏流造成生产无法持续或效果差的瓶颈。匀及偏流造成生产无法持续或效果差的瓶颈。匀及偏流造成生产无法持续或效果差的瓶颈。
技术研发人员：杨晓辉
受保护的技术使用者：南京菲特工业科技有限公司
技术研发日：2022.03.29
技术公布日：2022/7/5
