CN108636298A - 合成气制乙二醇装置的羰化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种合成气制乙二醇装置的羰化反应器，其具有壳体及安装在壳体上的进气口、冷媒出口、排气口和冷媒进口；在进气口有布气器；在壳体内安装有集气筒和分布筒，分布筒与壳体之间具有环隙；在集气筒与分布筒之间形成反应腔，在反应腔内布置有连通冷媒出口和冷媒进口的换热管；集气筒包括筒体部，该筒体部包括从上至下顺序连接并相互连通的上筒部、中筒部和下筒部；在上下方向上，中筒部位于反应腔的中间部，仅在集气筒的中筒部的筒壁上开设有连通集气筒内外的集气孔。本发明可以保证在低压降的情况下有效地提高羰化反应器中催化剂的装填量，并由此降低反应器的制造成本以及提高反应器的单台生产能力。

Description

合成气制乙二醇装置的羰化反应器

技术领域

本发明涉及化工设备领域，具体涉及一种合成气制乙二醇装置中的羰化反应器。

背景技术

乙二醇反应器装置中各反应器的大型化是乙二醇行业竞争的大势所趋，有利于装置大型化降低装置投资费用，有利于生产企业降本、节能降耗。在目前，乙二醇普遍采用羰化、加氢两步法来合成乙二醇，第一步是一氧化碳与亚硝酸甲酯进行羰化反应生成草酸二甲酯，第二步是草酸二甲酯加氢合成乙二醇。

目前的乙二醇反应器装置中的羰化反应器仍基本上以轴向流反应器为主，由于轴向流反应器受气体压降限制较大，一般床层不宜超过6米，另外由于受加工工艺、加工费用以及运输高度的现在，羰化反应器的催化剂装填量一般控制在30～50m³，其单台羰化反应器的年产能在5～10万吨，年产40万吨的乙二醇装置，则需要4～8台羰化反应器并联使用，多台反应器的并联使用使得控制点的数量加大，同时也是控制的难度加大。

另外，羰化反应器采用轴向流时，单台产能10万吨/年的羰化反应器，其直径已达到6米，反应器中管板的厚度需要达到500mm，使管板的制造成本及加工难度大大提高，同时由于反应器直径的加大，反应器壳体的厚度也需要加厚，这进一步加大了反应器的制造成本。

目前，乙二醇加氢反应器中已较为成功地采用了径向流反应器，径向流反应器具有较低的压降，在小直径的情况下，可以加大床层的高度以增加催化剂的装填量，提高单台反应器的产能。但是由于反应机理的不同，并不能将现有的乙二醇加氢径向反应器作为羰化反应器来使用，仍需要针对羰化反应的特点来进行针对的研究。本申请旨在将径向流反应器作为羰化反应器。

发明内容

为实现将径向流反应器作为羰化反应器，本申请提出了一种羰化反应器，该反应器能够很好地适应羰化反应，采用本发明可以保证在低压降的情况下有效地提高羰化反应器中催化剂的装填量，并由此降低反应器的制造成本以及提高反应器的单台生产能力。具体的技术方案为：

合成气制乙二醇装置的羰化反应器，其具有壳体，在壳体的顶部设置有进气口和冷媒出口，在壳体的底部设置有排气口和冷媒进口；在进气口位于壳体内的一侧安装有布气器；

在壳体内安装有集气筒和分布筒，集气筒位于分布筒的内腔中，分布筒与壳体之间具有环隙；在分布筒的上端部安装有触媒盖板，在分布筒的下端部安装有触媒支撑板；触媒盖板与壳体的顶部之间形成一布气腔，所述布气器位于该布气腔内，环隙连通该布气腔；

在集气筒与分布筒之间形成有反应腔，在反应腔内布置有换热管，换热管的上端连通冷媒出口，换热管的下端连通冷媒进口；在换热管周围装填有催化剂；在分布筒上开设有连通反应腔和上述环隙的布气孔；

集气筒包括上下开口的筒体部和密封地安装在筒体部的上端开口的安装盖；该筒体部包括从上至下顺序连接并相互连通的上筒部、中筒部和下筒部；在上下方向上，中筒部位于反应腔的中间部，中筒部的顶端与触媒盖板之间具有第一距离，中筒部的底端与触媒支撑板之间具有第二距离；触媒盖板与触媒支撑板之间具有第三距离；上筒部的上端连接到触媒盖板上，下筒部的下端连通排气口；仅在集气筒的中筒部的筒壁上开设有连通集气筒内外的集气孔，上筒部的筒壁和下筒部的筒壁上均无集气孔。

本申请中的羰化反应器采用径向流，原料气的压力降主要与反应器的直径有关，由此可以将反应器的床层的高度延长，采用本申请，当反应器的内径设计为4.2米时，床层的高度达到15米时，可以装填130立方米的催化剂，单台年产能已可达到20-23万吨，压降最高只有12.8KPa，原料气在反应器内的分布不均匀性只有约3％。由于床层高度的限制被取消，在相同催化剂装填量的情况下，可以较大幅度地降低反应器的直径，并由此可采用小型的零部件以及降低外壳的壁厚，由此降低设备的制造难度和费用。采用大容量的羰化反应器，可以减少乙二醇反应器装置中，羰化反应器的数量，并由此减少控制点，可以有效地提高装置的可操控性。

采用径向流的羰化反应器，在床层的上层区域内，会进入相对多的原料气，所产生的反应热也相对较多，而在床层的下层区域，进入的原料气相对较少，所产生的反应热也相对较少。换热管中的冷媒是从下向上流动，因此在床层的下层区域内，冷媒会吸收更多的反应热，随着冷媒沿换热管向上流动，冷媒的温度提高，对床层的上层区域的反应热的吸收量会相对降低。因此在床层的上层区域内，会存在温度较高的反应区域，并由此存在结焦的可能性，在床层的下层区域内，会存在温度较低的反应区域，并由此而形成反应效率较低的区域。并且由于一氧化碳与亚硝酸甲酯进行羰化反应时，其反应温度区间较窄，最佳的反应温度在110-160℃之间，为了避免超过反应温度的上下限，在实际生产时，还需要设置一个温度缓冲区域，这样实际的生产温度一般控制在120-150℃之间，有时温度范围还会更窄。

提供平稳的反应温度，不但是成品质量稳定性的保证，还是生产稳定进行的保证，因此，为反应提供较佳的反应条件，也是反应器所必须具有的功能，在本申请中，除将羰化反应器设计为径向流反应器外，还将集气筒设计为三段式的结构，即集气筒的筒体部包括上中下三个筒部，在反应过程中，在反应腔上部进行反应的原料气会沿向下倾斜的路径进入到集气筒内，以减少在反应腔上部的反应量，减少反应热的产生，由此可最大程度地降低反应腔的上部区域产生飞温的现象，并在此基础上降低结焦的可能性。

而在反应腔下部进行反应的原料气会沿向上倾斜的路径进入到集气筒内，以减少反应腔下部的反应量，虽然在减少反应腔下部反应量的同时也会减少反应热的产生，从而使该反应腔下部的反应温度更低，并由此而降低反应效率，但是由于部分原料气向反应腔的中心区域集中而提高反应效率，并由此可以弥补下部区域反应效率降低的问题。由于使反应向反应腔的中间区域集中，使反应腔的中间区域成为整个反应的主要区域，保证了原料气最大限度地处于较佳反应温度内，使整个反应器具有高效的反应效率。

为保证羰化反应器具有合理的主要反应区域，所述中筒部的高度为第三距离的50-70％，在确定距离中筒部相对于第三距离的具体比例时，根据羰化反应器的床层的高度进行选择，床层的高度越大，所选的比例越大，床层的高度越小，所选比例越小，即中筒部的高度与第三距离的比例随羰化反应器的床层的高度增加而增大。

进一步，第一距离为第二距离90-110％。使第一距离与第二距离大致相同，以简化设计，同时可便于对反应温度的调整，由于第一距离与第二距离大致相同，对反应腔中的原料气进行调整时，从反应腔上部以及从反应腔下部向中心区域转移的原料气大致相同，可便于对反应温度进行调整。

进一步，所述布气器包括沿壳体的轴线方向延伸的圆筒形气筒，在气筒内安装有中心板和气体导向板，中心板呈圆形，中心板布置在气筒的内腔的底端的中心部且沿垂直于气筒的轴线方向布置，在中心板的外周面与气筒的内周面之间形成有气体通道；气体导向板环绕中心板均匀布置、并沿同一旋转方向相对于中心板所在平面倾斜地布置在气筒内，气体导向板的一端连接在中心板上，气体导向板的与上述一端相对的另一端连接在气筒上，气体导向板将上述气体通道分割为若干气体分通道。优选地，气体导向板与中心板所在平面之间的夹角为12-20°。气体导向板的上端面与中心板所在平面之间的夹角为15-25°。

在目前，在其它径向流的反应器中，一般都设置布气器，但该布气器一般采用隔栅或孔板制作，该类布气器仅仅是将原料气简单地进行分布，均匀性较差。在本申请中，设置了一个专门的布气器，该布气器中的气流导向板环绕中心板倾斜设置，当原料气从布气器的气体分通道喷出时，在压力的推动下，原料气会在气体导向板的作用下在布气腔内形成一个漩涡流，并向壳体的内壁方向流动，在壳体的限制下，原料气进入到由分布筒与壳体所形成的环隙中，然后经分布筒上的布气孔进入到反应腔内，提高了原料气在反应腔内的分布均匀性。由于漩涡流的存在，使原料气能够均匀地进入到环隙中，并沿环隙向下流动，由此避免了现有技术中原料气分布不均匀的问题。

进一步，气体导向板的下端面垂直于气筒的轴线，气体导向板的上端面相对于中心板倾斜设置，气体导向板的上端面由外向内朝气筒的中心方向逐渐降低。该设计能够使从布气器排出的原料气具有更大的沿垂直于壳体的轴线方向的分力，减少原料气沿壳体的轴线方向的分力，使原料气能够沿与壳体的轴线倾斜的方向向下进入到环隙中，以减少原料气的压降，从而减少设备运行时的动力费用。在环隙中，由于受到壳体与分布筒的限制，使原料气具有较大的向下的动力，且具有一定的沿环隙旋转的动力，使原料气在环隙中仍能够沿环隙的周向进行一定距离的移动，进一步保证了原料气分布的均匀性。

为进一步提高原料气在羰化反应器中的分布均匀性，在气筒的筒壁上开设有连通气筒内外的气窗，在气窗内沿气筒的轴线方向设置有导流板，导流板与其在气筒的筒壁上的连接处的切线之间具有一锐角，且导流板沿同一旋转方向倾斜，使从气窗内流出的气体与从气体分通道流出的气体的旋转方向相同。设置气窗、并在气窗内倾斜地设置导流板，使部分原料气从气窗直接进入到布气腔中，由于从气窗中所流出的气体与从气体分通道流出的气体的旋转方向相同，由此两股气体能够顺利地融合在一起，由于从气窗中排出的气体基本上呈垂直于壳体的轴线方向，由此进一步提高原料气朝环隙方向移动的动力。

为减少原料气在气筒中的紊乱度，在气筒的轴线方向上，气窗位于气体导向板的上方。使原料气在流入气窗和气体分通道过程中不会产生干涉现象，保证原料气能够顺利地分为两股气流，从不同的出口排出，减少原料气在气筒由于紊流而导致的不必要的压降。

附图说明

图1是本发明一种实施例的结构示意图。

图2是布气器的轴向截面图。

图3是图2的俯视图。

图4是布气的立体简图，为清楚显示，该图中仅显示了气筒、中心板和两块气体导向板。

图5是图2中E部分的放大简图。

图6是图5中D-D向的视图。

具体实施方式

下面的结合附图和实施例对本发明进一步的说明。

请参阅图1，合成气制乙二醇装置的羰化反应器，其具有壳体30，壳体30包括呈圆筒状的筒体31、安装在筒体31的顶部的上封头32和安装在筒体底部的下封头33。在上封头32的顶部安装有一进气口11和环绕进气口11布置的四个冷媒出口361，在下封头33的底部安装有一排气口12，环绕该排气口布置有四个与冷媒出口相对应的冷媒进口管41。

在进气口11位于壳体30内的一侧安装有一布气器60，该布气器60经连接件13固定到上封头的内壁上。

在壳体30内安装有集气筒20和分布筒50，集气筒20位于分布筒50的内腔中，分布筒50与壳体30之间具有环隙39。在分布筒50的上端部安装有触媒盖板26，在分布筒50的下端部安装有触媒支撑板27。触媒盖板26与上封头32之间的空腔形成布气腔52，布气器60位于该布气腔52内，该布气腔52连通环隙39和进气口11。原料气从进气口11进入到布气器60，然后再经布气腔52进入到环隙39中，环隙39中的原料气经分布筒50后进入到下述的反应腔中，在催化剂的作用下进行羰化反应，反应后的混合气进入集气筒20中，然后将排气口12排出羰化反应器后进入到下道工序。

在集气筒20与分布筒50之间形成有反应腔，在反应腔内布置有换热管451，换热管451环绕集气筒20均匀布置，并形成四个换热管束45，对应于每个换热管束45均设置有一上换热管板34、安装在上换热管板34上侧的上换热封头35、下换热管板37以及安装在下换热管板37下侧的下换热封头38，每个换热管束45中的换热管451的两端焊接到所对应的上换热管板34和下换热管板37上。冷媒进口管41连接到下换热封头38上并向下延伸穿出下封头33。

在冷媒进口管41的伸出下封头的一端的侧壁上开设有用于冷媒进入的冷媒进口42，在冷媒进口管41的最底端安装有排空管43，开工蒸汽管44从下向上伸入到冷媒进口管41的内腔中。冷媒出口管36连接在上换热封头35上，并向上穿出上封头32，冷媒出口管36穿出上封头的一端形成冷媒出口361。

由此，换热管451的上端连通冷媒出口361，换热管451的下端连通冷媒进口42。在换热管451周围装填有催化剂；在分布筒50上开设有连通反应腔和上述环隙39的布气孔，该布气孔在图中未显示。

集气筒20包括上下开口的筒体部24和密封地安装在筒体部24的上端开口的安装盖25，在将集气筒的筒体部安装完成后，将安装盖密封地盖合在筒体部的上端开口上。该筒体部24包括从上至下顺序连接并相互连通的上筒部21、中筒部22和下筒部23；在上下方向上，中筒部22位于反应腔的中间部。中筒部22的顶端与触媒盖板26之间具有第一距离A，中筒部22的底端与触媒支撑板27之间具有第二距离C；触媒盖板与触媒支撑板之间具有第三距离H；为方便描述，将中筒部22沿壳体的轴线301方向的高度称为第四距离B。

上筒部21的上端连接到触媒盖板26上，下筒部23的下端连通排气口12；仅在集气筒20的中筒部22的筒壁上开设有连通集气筒20内外的集气孔，上筒部21的筒壁和下筒部23的筒壁上均无集气孔。

在本实施例中，中筒部22的高度、即第四距离B为第三距离H的60％，第一距离A和第二距离C相等。根据不同的要求和设计，第一距离A可以为第二距离C的90-110％，即使第一距离A和第二距离C大致相等。可以理解，在其它实施例中，第四距离B可以在第三距离H的50-70％之间进行具体的选择，例如可以为50％、55％、65％或70％。

请参阅图2-图4，在本实施例中，为使进入反应器内的原料气能够均匀地分布到环隙39内，布气器60包括沿壳体30的轴线301方向延伸的圆筒形气筒61，在气筒61内安装有中心板63和气体导向板64。中心板63呈圆形，布置在气筒61的内腔的底端的中心部且沿垂直于气筒61的轴线601方向布置，在中心板63的外周面与气筒的内周面之间形成有气体通道602；气体导向板64环绕中心板63均匀布置。在气筒的外周面上均匀布置有四个吊耳65，用螺栓通过吊耳65上的螺栓孔66将布气器60安装在连接件13上。

请继续参阅图4，为显示清楚，在图4中示例性的显示了两块气体导向板64，所有的气体导向板沿同一旋转方向相对于中心板所在平面倾斜地布置在气筒61内，气体导向板64的一端连接在中心板63上，气体导向板64的与上述一端相对的另一端连接在气筒61的内壁上，气体导向板64将上述气体通道602分割为若干气体分通道603。即相邻的两块气体导向板64之间形成一气体分通道603。

本实施例中，气体导向板64的下端面642垂直于气筒的轴线601，气体导向板64的上端面641相对于中心板63倾斜设置，气体导向板63的上端面641由外向内朝气筒的中心方向逐渐降低。

具体在本实施例中，气体导向板64与中心板所在平面之间的夹角β为18°。可以理解，在其它实施例中，该夹角β可以在15-25°之间进行具体的选择，例如可以为12°、15°或20°。

气体导向板64的上端面641与中心板所在平面之间的夹角为20°。在本申请中，气体导向板64的上端面641与中心板所在平面之间的夹角即为气体导向板64的上端面641与其在中心板所在平面上的沿气筒的轴线方向的投影之间的夹角。

可以理解，在其它实施例中，气体导向板64的上端面641与中心板所在平面之间的夹角可以在15-25°之间进行具体的选择，例如可以为15°、18°或25°。

为进一步提高原料气的分布均匀性，请参阅图5、图6，本实施例中，在气筒61的筒壁上开设有连通气筒61内外的气窗62，在气窗62的顶部安装有顶板621，在气窗62的底部安装有底板622，在顶板621与底板622之间安装有若干导流板623，导流板623沿气筒61的轴线方向延伸，导流板623与其在气筒的筒壁上的连接处的切线之间具有一锐角，且导流板沿同一旋转方向倾斜，导流板623将气窗62所形成的气体通道620分割为若干个小的分气体通道626。在气筒61的轴线方向上，气窗62位于气体导向板64的上方。

以下通过导流板6231来说明导流板的具体布置，导流板6231与气筒61的筒壁具有连接点625，气筒61的筒壁的中心面在连接点625处具有切线624，导流板6231与切线624之间具有一夹角α，该夹角α为一锐角，在本实施例中，该夹角α为40°。在其它实施例中，该夹角α可以在35°-55°之间进行具体的选择，例如可以为35°、45°、50°或55°。

Claims (9)

1.合成气制乙二醇装置的羰化反应器，其具有壳体，在壳体的顶部设置有进气口和冷媒出口，在壳体的底部设置有排气口和冷媒进口；在进气口位于壳体内的一侧安装有布气器；该羰化反应器的特征在于，

在壳体内安装有集气筒和分布筒，集气筒位于分布筒的内腔中，分布筒与壳体之间具有环隙；在分布筒的上端部安装有触媒盖板，在分布筒的下端部安装有触媒支撑板；触媒盖板与壳体的顶部之间形成一布气腔，所述布气器位于该布气腔内，环隙连通该布气腔；

在集气筒与分布筒之间形成有反应腔，在反应腔内布置有换热管，换热管的上端连通冷媒出口，换热管的下端连通冷媒进口；在换热管周围装填有催化剂；在分布筒上开设有连通反应腔和上述环隙的布气孔；

集气筒包括上下开口的筒体部和密封地安装在筒体部的上端开口的安装盖；该筒体部包括从上至下顺序连接并相互连通的上筒部、中筒部和下筒部；在上下方向上，中筒部位于反应腔的中间部，中筒部的顶端与触媒盖板之间具有第一距离，中筒部的底端与触媒支撑板之间具有第二距离；触媒盖板与触媒支撑板之间具有第三距离；上筒部的上端连接到触媒盖板上，下筒部的下端连通排气口；仅在集气筒的中筒部的筒壁上开设有连通集气筒内外的集气孔，上筒部的筒壁和下筒部的筒壁上均无集气孔。

2.根据权利要求1所述的羰化反应器，其特征在于，所述中筒部的高度为第三距离的50-70％。

3.根据权利要求1或2所述的羰化反应器，其特征在于，第一距离为第二距离90-110％。

4.根据权利要求1所述的羰化反应器，其特征在于，所述布气器包括沿壳体的轴线方向延伸的圆筒形气筒，在气筒内安装有中心板和气体导向板，中心板呈圆形，中心板布置在气筒的内腔的底端的中心部且沿垂直于气筒的轴线方向布置，在中心板的外周面与气筒的内周面之间形成有气体通道；气体导向板环绕中心板均匀布置、并沿同一旋转方向相对于中心板所在平面倾斜地布置在气筒内，气体导向板的一端连接在中心板上，气体导向板的与上述一端相对的另一端连接在气筒上，气体导向板将上述气体通道分割为若干气体分通道。

5.根据权利要求4所述的羰化反应器，其特征在于，气体导向板的下端面垂直于气筒的轴线，气体导向板的上端面相对于中心板倾斜设置，气体导向板的上端面由外向内朝气筒的中心方向逐渐降低。

6.根据权利要求4所述的羰化反应器，其特征在于，气体导向板与中心板所在平面之间的夹角为12-20°。

7.根据权利要求4所述的羰化反应器，其特征在于，气体导向板的上端面与中心板所在平面之间的夹角为15-25°。

8.根据权利要求4所述的羰化反应器，其特征在于，在气筒的筒壁上开设有连通气筒内外的气窗，在气窗内沿气筒的轴线方向设置有导流板，导流板与其在气筒的筒壁上的连接处的切线之间具有一锐角，且导流板沿同一旋转方向倾斜，使从气窗内流出的气体与从气体分通道流出的气体的旋转方向相同。

9.根据权利要求8所述的羰化反应器，其特征在于，在气筒的轴线方向上，气窗位于气体导向板的上方。