CN109395669A - 一种用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的轴径向反应器 - Google Patents

一种用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的轴径向反应器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的轴径向反应器，包括反应器本体，反应器本体内部设有从内至外依次套设有内多孔分布筒和外多孔分布筒的轴径相反应区，内多孔分布筒的筒壁沿反应器本体轴向方向布满孔洞，外多孔分布筒从与反应气体进口相对的一端沿反应器本体轴向方向布设孔洞，并且外多孔分布筒布设有孔洞的筒壁长度小于内多孔分布筒的筒壁长度，使得反应物流在位于内多孔分布筒和外多孔分布筒之间的催化剂中实现轴径向流动和径向流动。与现有技术相比，本发明具有气体分布均匀、床层压降小、床层温度分布合理、乙二醇选择性高，且能在不增加反应器直径的前提下大幅度提高反应器的生产能力等优点。

Description

一种用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的轴径向反应器
技术领域
本发明涉及一种反应器，尤其是涉及一种用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的轴径向反应器。
背景技术
乙二醇是一种重要的有机化工原料，它可以与对苯二甲酸(PTA)反应生成聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，即聚酯树脂，可作为聚酯纤维和聚酯塑料的原料，这是目前乙二醇的最主要用途。乙二醇还可以与邻苯二甲酸、顺丁烯二酸和反丁烯二酸等多元酸反应生成相应的聚合物，统称醇酸树脂，其次乙二醇还可直接用作防冻剂和配制发动机的冷却剂，乙二醇的二硝酸酯可用作炸药，同时也是生产增塑剂、油漆、胶粘剂、表面活性剂、炸药及电容器电解液等产品不可缺少的物质。
煤基合成气制乙二醇，是从合成气出发由CO气相催化偶联合成草酸烷基酯，再加氢制备乙二醇，从原料上摆脱对石油资源的依赖，积极顺应乙二醇生产技术发展潮流，符合我国能源开发的发展战略。
煤基合成气制乙二醇的关键技术之一是草酸烷基酯加氢合成乙二醇反应器的开发。目前工业装置中草酸烷基酯加氢合成乙二醇采用列管式反应器，该反应器属于轴向型，催化剂装于列管内，壳层走冷媒，单台反应器列管数达4000-5000根，反应器外径约4米，单台反应器乙二醇产能约7.5万吨/年。由于受到运输方面的限制，反应器直径不能过大，一般控制在4米左右，因而采用列管式反应器无法实现单台草酸烷基酯加氢反应器的大型化。另，现有列管式反应器换热能力有限，热点温度较高，导致过加氢产物生成量较多，乙二醇选择性无法进一步提高。
与轴向流反应器相比，径向反应器中具有流体流通面积大，催化剂床层薄，床层压降小的优点，近年来径向反应器在国内外多种化工领域中得到应用。专利CN 202876771 U公开了一种应用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的径向反应器，该反应器催化剂装填系数高，压降小，生产能力大，但是该径向反应器由于流体流通面积很大，催化剂床层较薄，存在流体沿轴向分布不均匀的可能性。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种气体分布均匀、床层压降小、床层温度分布合理、乙二醇选择性高、适应单系列大型化生产的用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的轴径向反应器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的轴径向反应器，包括反应器本体，所述的反应器本体内部设有轴径相反应区，所述的轴径向反应区从内至外依次套设有内多孔分布筒和外多孔分布筒，所述的内多孔分布筒用于形成分流管，一端连接有反应气体进口，内多孔分布筒和外多孔分布筒之间设有用于放置催化剂的第一环隙，第一环隙内设有用于与催化剂换热的换热器，所述的外多孔分布筒与反应器本体侧壁之间设有用于形成集流管的第二环隙，所述的第二环隙连接有反应器出口，所述的内多孔分布筒的筒壁沿反应器本体轴向方向布满孔洞，所述的外多孔分布筒从与反应气体进口相对的一端沿反应器本体轴向方向布设孔洞，并且外多孔分布筒布设有孔洞的筒壁长度小于内多孔分布筒的筒壁长度。
反应气体通过分流管进入第一环隙，与催化剂接触，进行反应，外多孔分布筒没有开孔的一段筒体对应的催化剂床层中的气流轴径向穿过催化剂，外多孔分布筒开孔部分的筒体对应的催化剂床层中的气流径向穿过催化剂，两部分气流在集流管汇合，沿集流管流动进入反应器出口流出。
作为优选的技术方案，反应气体进口设置在反应器本体的顶部，反应器出口设置在反应器本体的底部，这样的话，气体从上方进入分流管中，然后通过孔洞进入催化剂床层中，由于顶部有一段外多孔分布筒没有设置孔洞，故而，该段对应的催化剂中的气流轴径向流动，，外多孔分布筒开孔部分的筒体对应的催化剂床层中的气流径向穿过催化剂，两部分气流在集流管汇合，沿集流管向下流动进入反应器出口流出。
作为优选的技术方案，外多孔分布筒开孔位置低于内多孔分布筒的开孔位置，开孔位置长度的差值满足反应气体在此长度范围内的催化剂中的最短停留时间不小于反应气体在轴径向反应区的平均停留时间，这样能保证气体在催化剂层分布均匀。
作为优选的技术方案，所述的换热器包括冷媒分布器、冷媒集合器及多个换热板对，所述的换热板对的两端分别与冷媒分布器和冷媒集合器连接，冷媒分布器连接有冷媒进口，冷媒集合器连接有冷媒出口。
作为优选的技术方案，所述的反应器本体侧壁、外多孔分布筒和内多孔分布筒同轴设置，所述的多个换热板对以内多孔分布筒的轴为中心呈扇形排布，所述的催化剂装填于换热板对的之间。
作为优选的技术方案，所述的换热板对由两个换热板焊接成型，所述的换热板的内侧面设置有扰流翅片条。
作为优选的技术方案，所述的扰流翅片条与换热板对的换热板之间呈锐角交叉状设置，并且锐角交叉开口方向与冷媒流向相反。
作为优选的技术方案，所述的扰流翅片条与换热板对的换热板之间呈20～45°锐角交叉状设置，组成每个换热板对的两个换热板之间的距离为20～180mm。
作为优选的技术方案，所述的反应器本体包括依次连接的上封头、筒体和下封头，所述的轴径相反应区设置在筒体内，所述的反应气体进口设置在上封头上，所述的反应器出口设置在下封头上。
作为优选的技术方案，所述的催化剂采用Cu/SiO2催化剂或以Cu/SiO2为基础的改性催化剂。
作为优选的技术方案，所述的草酸烷基酯为草酸二甲酯、草酸二乙酯或草酸二丁酯中的一种。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用内多孔分布筒的筒壁沿反应器本体轴向方向布满孔洞，外多孔分布筒从与反应气体进口相对的一端沿反应器本体轴向方向布设孔洞，并且外多孔分布筒布设有孔洞的筒壁长度小于内多孔分布筒的筒壁长度，使得靠近反应气体进口处的一段外多孔分布筒的筒壁上不设置孔洞，从而使得该段范围内的催化剂形成自封式结构，以使该段中催化剂床层中的物流的形成轴径向流动，采用这种催化剂封顶形式，既简化了结构，又充分利用了反应器内部空间，可提高转化率，同时有利于减少催化剂封死区所引起的副反应。为克服传统换热板对传热系数低，移热能力差的缺点，本发明所采用的换热板对内侧面设置扰流翅片条，确保换热板对内冷媒处于湍流状态，增强了移热效果，有效的降低了热点温度，以达到减少过加氢副产物，提高乙二醇选择性的目的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中，1为上封头，2为冷媒出口，3为反应气体进口，4为人孔，5为轴径向反应区，6为冷媒出口管道，7为冷媒集合器，8为换热板对，9为筒体，10为外多孔分布筒，11为内多孔分布筒，12为集流管，13为分流管，14为催化剂，15为冷媒分布器，16为冷媒进口管道，17为催化剂卸料口，18为反应器出口，19为冷媒进口，20为下封头。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的轴径向反应器(本实施例中的草酸烷基酯可以选择草酸二甲酯、草酸二乙酯或草酸二丁酯中的一种)，如图1所示，包括反应器本体，反应器本体内部设有轴径相反应区5，轴径向反应区5从内至外依次套设有内多孔分布筒11和外多孔分布筒10，内多孔分布筒11用于形成分流管13，一端连接有反应气体进口3，内多孔分布筒11和外多孔分布筒10之间设有用于放置催化剂14的第一环隙，第一环隙内设有用于与催化剂换热的换热器，外多孔分布筒10与反应器本体侧壁之间设有用于形成集流管12的第二环隙，第二环隙连接有反应器出口18，内多孔分布筒11的筒壁沿反应器本体轴向方向布满孔洞，外多孔分布筒10从与反应气体进口3相对的一端沿反应器本体轴向方向布设孔洞，并且外多孔分布筒10布设有孔洞的筒壁长度小于内多孔分布筒11的筒壁长度。
换热器包括冷媒分布器15、冷媒集合器7及多个换热板对8，换热板对8的两端分别与冷媒分布器15和冷媒集合器7连接，冷媒分布器15连接有冷媒进口19，冷媒集合器7连接有冷媒出口2。反应器本体侧壁、外多孔分布筒10和内多孔分布筒11同轴设置，多个换热板对8以内多孔分布筒11的轴为中心呈扇形排布，催化剂14装填于换热板对8的之间，通过换热板对8中的冷媒对反应物流进行充分冷却，使得反应更加顺利的进行，催化剂14采用Cu/SiO2催化剂或以Cu/SiO2为基础的改性催化剂。换热板对8由两个换热板焊接成型，换热板的内侧面设置有扰流翅片条。扰流翅片条与换热板对8的换热板之间呈锐角交叉状设置，并且锐角交叉开口方向与冷媒流向相反。该锐角可以为20～45°，本实施例选择30°，并且组成每个换热板对8的两个换热板之间的距离为20～180mm。
本实施例选择反应器本体竖直放置，包括依次连接的上封头1、筒体9和下封头20，轴径相反应区5设置在筒体9内，反应气体进口3和冷媒出口设置在上封头1上，同时，上封头上还设有人孔，反应器出口18和冷媒进口设置在下封头20上，同时下封头上还设有催化剂卸料口17，这样布置，使得冷媒和反应物流总体上呈现逆流。此时，外多孔分布筒10顶部附近的一段长度范围内没有开设孔洞，也就是，外多孔分布筒10开孔位置低于内多孔分布筒11的开孔位置，开孔位置长度的差值满足反应气体在此长度范围内的催化剂中的最短停留时间不小于反应气体在轴径向反应区5的平均停留时间。

Claims (10)

1.一种用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的轴径向反应器，包括反应器本体，其特征在于，所述的反应器本体内部设有轴径相反应区(5)，所述的轴径向反应区(5)从内至外依次套设有内多孔分布筒(11)和外多孔分布筒(10)，所述的内多孔分布筒(11)用于形成分流管(13)，一端连接有反应气体进口(3)，内多孔分布筒(11)和外多孔分布筒(10)之间设有用于放置催化剂(14)的第一环隙，第一环隙内设有用于与催化剂换热的换热器，所述的外多孔分布筒(10)与反应器本体侧壁之间设有用于形成集流管(12)的第二环隙，所述的第二环隙连接有反应器出口(18)，所述的内多孔分布筒(11)的筒壁沿反应器本体轴向方向布满孔洞，所述的外多孔分布筒(10)从与反应气体进口(3)相对的一端沿反应器本体轴向方向布设孔洞，并且外多孔分布筒(10)布设有孔洞的筒壁长度小于内多孔分布筒(11)的筒壁长度。
2.根据权利要求1所述的一种用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的轴径向反应器，其特征在于，外多孔分布筒(10)开孔位置低于内多孔分布筒(11)的开孔位置，开孔位置长度的差值满足反应气体在此长度范围内的催化剂(14)中的最短停留时间不小于反应气体在轴径向反应区(5)的平均停留时间。
3.根据权利要求1所述的一种用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的轴径向反应器，其特征在于，所述的换热器包括冷媒分布器(15)、冷媒集合器(7)及多个换热板对(8)，所述的换热板对(8)的两端分别与冷媒分布器(15)和冷媒集合器(7)连接，冷媒分布器(15)连接有冷媒进口(19)，冷媒集合器(7)连接有冷媒出口(2)。
4.根据权利要求3所述的一种用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的轴径向反应器，其特征在于，所述的反应器本体侧壁、外多孔分布筒(10)和内多孔分布筒(11)同轴设置，所述的多个换热板对(8)以内多孔分布筒(11)的轴为中心呈扇形排布，所述的催化剂(14)装填于换热板对(8)的之间。
5.根据权利要求3所述的一种用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的轴径向反应器，其特征在于，所述的换热板对(8)由两个换热板焊接成型，所述的换热板的内侧面设置有扰流翅片条。
6.根据权利要求5所述的一种用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的轴径向反应器，其特征在于，所述的扰流翅片条与换热板对(8)的换热板之间呈锐角交叉状设置，并且锐角交叉开口方向与冷媒流向相反。
7.根据权利要求6所述的一种用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的轴径向反应器，其特征在于，所述的扰流翅片条与换热板对(8)的换热板之间呈20～45°锐角交叉状设置，组成每个换热板对(8)的两个换热板之间的距离为20～180mm。
8.根据权利要求1所述的一种用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的轴径向反应器，其特征在于，所述的反应器本体包括依次连接的上封头(1)、筒体(9)和下封头(20)，所述的轴径相反应区(5)设置在筒体(9)内，所述的反应气体进口(3)设置在上封头(1)上，所述的反应器出口(18)设置在下封头(20)上。
9.根据权利要求1所述的一种用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的轴径向反应器，其特征在于，所述的催化剂(14)采用Cu/SiO2催化剂或以Cu/SiO2为基础的改性催化剂。
10.根据权利要求1所述的一种用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的轴径向反应器，其特征在于，所述的草酸烷基酯为草酸二甲酯、草酸二乙酯或草酸二丁酯中的一种。
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