CN110575793A - 乙二醇酯化预反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体反应装置，提供一种乙二醇酯化预反应器。本发明所述的乙二醇酯化预反应器包括壳体(1)，所述壳体(1)上开设有用于通入合成气的进气口(2)和用于排出反应后气体的出气口(3)，所述壳体(1)内设有与所述进气口(2)相连通的能够通入氧气的反应通道(4)，所述反应通道(4)四周设有沿所述壳体(1)的径向方向延伸且能够通过冷却介质进行降温的换热管(5)，所述换热管(5)的进口与所述反应通道(4)相连通，所述换热管(5)的出口与所述壳体(1)内部相连通。本发明的乙二醇酯化预反应器便于快反应的换热，利于提高反应器的换热效率，提高反应物的转化率，相应减小反应器的尺寸设计。

Description

乙二醇酯化预反应器

技术领域

本发明涉及气体反应装置，特别涉及一种乙二醇酯化预反应器。

背景技术

乙二醇(MEG)是一种重要的有机化工原料，主要用于生产聚酯纤维、防冻剂、不饱和聚酯树脂、润滑剂、增塑剂、非离子表面活性剂以及炸药等，此外还用于涂料、照相显影液、刹车液以及油墨等行业，用作过硼酸铵的溶剂和介质，用于生产特种溶剂乙二醇醚等，用途十分广泛。

目前，乙二醇的固定床反应器基本采用列管式反应器。列管式反应器制作简单，但在提高反应能力方面有一定的局限性。为了提高反应能力主要通过提高换热面积来解决，也就是要加大列管的直径或增加列管的数量和长度。这样会产生床层轴向温度分布不均匀，导致反应不易控制。此外，当换热功率高到一定程度时，列管式反应器体积较大，轴向和径向较大的温度差将导致系统能量效率降低，甚至使得反应器中的反应无法正常运行。

可见，传统的反应器存在以下几个缺点。(1)系统阻力大、占地面积大；(2)投资运行费用高；(3)死区较大，使用效率较低。因此，反应器结构设计将影响反应系统的效能，而通过改进结构来改善或克服上述问题已成为煤制乙二醇领域需要关注的问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种能够提高换热效率及反应物的转化率的乙二醇酯化预反应器。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种乙二醇酯化预反应器，所述乙二醇酯化预反应器包括壳体，所述壳体上开设有用于通入合成气的进气口和用于排出反应后气体的出气口，所述壳体内设有与所述进气口相连通的能够通入氧气的反应通道，所述反应通道四周设有沿所述壳体的径向方向延伸且能够通过冷却介质进行降温的换热管，所述换热管的进口与所述反应通道相连通，所述换热管的出口与所述壳体内部相连通。

可选地，所述反应通道内部设有用于通入氧气的氧气管，所述氧气管上设有与所述反应通道相连通的氧气喷嘴。

可选地，所述氧气喷嘴包括连接于所述氧气管的喷嘴入口和连通于所述反应通道的喷嘴出口，所述氧气喷嘴上设有能够吸入所述反应通道内合成气的抽吸口。

可选地，所述壳体竖直设置，所述反应通道和所述氧气管均设置为沿所述壳体的纵向方向延伸，所述氧气喷嘴的数量为多个，且多个所述氧气喷嘴沿所述氧气管的轴向方向排列设置。

可选地，多个所述氧气喷嘴设置为沿所述轴向方向由上至下直径依次增大。

可选地，所述换热管沿所述反应通道的周向均匀布置。

可选地，所述壳体内部设有中间体，所述反应通道位于所述中间体内，所述换热管从所述反应通道沿径向向外延伸以与所述壳体内部连通，所述中间体内的所述换热管之间设有用于降温的所述冷却介质。

可选地，所述乙二醇酯化预反应器包括用于向所述中间体内通入所述冷却介质的进液管以及用于从所述中间体内排出所述冷却介质的出液管。

可选地，所述进液管包括进液总管和多个一端连接于所述进液总管的进液支管，多个所述进液支管的另一端分别连接至所述中间体上不同高度处，所述出液管包括出液总管和多个一端连接于所述出液总管的出液支管，多个所述出液支管的另一端分别连接至所述中间体上不同高度处。

可选地，所述中间体通过支架固定于所述壳体内部，所述中间体与所述壳体内壁之间存在间隔。

相对于现有技术，本发明所述的乙二醇酯化预反应器具有以下优势：

本发明的乙二醇酯化预反应器中合成气和氧气在反应通道反应后经径向方向延伸的换热管进行换热冷却，由于沿径向方向流通路程短，气流阻力小，从而便于快反应的换热，利于提高反应器的换热效率，提高反应物的转化率，相应减小反应器的尺寸设计。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为本发明一种实施方式所述的乙二醇酯化预反应器的结构示意图；

图2为图1的乙二醇酯化预反应器的俯视图；

图3为氧气喷嘴结构示意图。

附图标记说明：

1—壳体、2—进气口、3—出气口、4—反应通道、5—换热管、6—氧气管、7—氧气通口、8—中间体、9—进液总管、10—出液总管、11—支架、12—进液支管、13—出液支管、14—喷嘴入口、15—抽吸口、16—喷嘴出口。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

结合图1、图2，本发明提供了一种乙二醇酯化预反应器，所述乙二醇酯化预反应器包括壳体1，所述壳体1上开设有用于通入合成气的进气口2和用于排出反应后气体的出气口3，所述壳体1内设有与所述进气口2相连通的能够通入氧气的反应通道4，所述反应通道4四周设有沿所述壳体1的径向方向延伸且能够通过冷却介质进行降温的换热管5，所述换热管5的进口与所述反应通道4相连通，所述换热管5的出口与所述壳体1内部相连通。

需要说明的是，本发明的乙二醇酯化预反应器是用于乙二醇生产过程中酯化循环气和氧气之间的反应。使用过程中，净化过的合成气通过进气口2通入壳体1中，上述合成气是已知的用于生产亚硝酸甲酯的合成气，当合成气从进气口2中通入时，与进气口2连通的反应通道4内必然也充满合成气，此时在反应通道4中通入氧气后，便能使合成气与氧气发生氧化反应，该反应通常为放热反应，反应后的气体经与反应通道4连通的换热管5从反应通道4的四周沿径向向外流通，由于换热管5外能够通过冷却介质进行降温，从而能够通过换热管5对反应后气体进行降温以达到提高换热效率、提高反应转化率的目的，使得反应更加充分。

可以说，本发明的乙二醇酯化预反应器中合成气和氧气在反应通道反应后经径向方向延伸的换热管进行换热冷却，相对于轴向反应器来说，由于沿径向方向流通路程短，气流阻力小，更加便于快反应的换热，利于提高反应器的换热效率，提高反应物的转化率，相应能够减小反应器的尺寸设计。

另外，经降温后的反应后的气体从换热管5的出口排出后又回到壳体1内部，最终从壳体1上的出气口3排出以便后续反应。

其中，反应通道4内部可以通过任意方式通入氧气，作为其中的一种实施方式，所述反应通道4内部设有用于通入氧气的氧气管6，所述氧气管6上设有与所述反应通道4相连通的氧气喷嘴。氧气从氧气管6进入后经氧气喷嘴再进入到反应通道4中，进一步来说，所述氧气喷嘴包括连接于所述氧气管6的喷嘴入口14和连通于所述反应通道4的喷嘴出口16，所述氧气喷嘴上设有能够吸入所述反应通道4内合成气的抽吸口15。

如图3所示，抽吸口15沿合成气流动方向相对设置在氧气喷嘴上，使用过程中，需控制氧气通入过程中的压力大于合成气通入过程中的压力，由此，根据文丘里原理，当氧气从喷嘴入口14进入时，反应通道4中的合成气将通过抽吸口15自动吸入氧气喷嘴中，从而方便合成气与氧气迅速发生氧化反应，并从喷嘴出口16排出。部分未反应完的氧气在反应通道4中进一步反应。将氧气管6设置在反应通道4内部的目的是为了控制反应在反应通道4中进行，以便反应后的气体能够自然流动至换热管5中。需要说明的是，氧气管6的管径与反应通道4的管径相比，尺寸较小，由此反应通道4的空间更大，也是进一步便于反应在反应通道4中的进行。

可以理解地，氧气是从壳体1外部外界氧气源引入，因此，所述壳体1上开设有用于伸出所述氧气管6的氧气通口7，进而使得氧气经氧气通口7进入到氧气管6中。

由于，本发明中换热管5沿径向方向延伸设置，且换热过程中，气体沿径向方向流通路程无需太长，因此，壳体1本身对径向方向的尺寸要求不大，基于上述问题的考虑，所述壳体1采用竖直设置。

为保证氧化反应在壳体1中充分进行，增大反应空间，所述反应通道4和所述氧气管6均设置为沿所述壳体1的纵向方向延伸，所述氧气喷嘴的数量为多个，且多个所述氧气喷嘴沿所述氧气管6的轴向方向排列设置，以使氧气管6中的氧气能够通过轴向方向排列的氧气喷嘴均匀分散进入到反应通道4中发生反应。

进一步地，由于反应通道4是沿纵向方向延伸，相应地，为了对反应通道4中不同高度反应区域中的气体进行降温，所述换热管5不仅沿反应通道4的周向排列，同时也沿反应通道4的纵向方向排列，优选采用高通量换热管，增大换热面积，从而显著提高换热效率。

可以理解地，通常来说，进气口2设置在壳体1的顶部，出气口3则相应设置在壳体1的底部，由于反应通道4沿壳体1的纵向方向延伸，因此，气体从进气口2进入到壳体1中后，从反应通道4的顶部通入到底部还需要一点时间，为了使得反应通道4沿纵向方向能够尽可能同步发生氧化反应，多个所述氧气喷嘴设置为沿所述轴向方向由上至下直径依次增大。通过喷嘴孔径大小设计上的差异，从而加快氧气管6底部的氧气通入到反应通道4中，控制氧气管6顶部的氧气缓慢进入到反应通道4，以保证反应通道4中反应能够均匀同步进行。

为了对反应后的气体进行均匀冷却，保证反应的转化率，所述换热管5沿所述反应通道4的周向均匀布置。具体来说，由于换热管5沿反应通道4的纵向方向间隔设置多层，每一层的换热管5均沿所述反应通道4的周向均匀布置。

由于换热管5外部需要冷却降温以实现对其内部气体的降温，为达到上述目的，本发明考虑在换热管5外部通入冷却介质。在本实施方式中，所述壳体1内部设有中间体8，所述反应通道4位于所述中间体8内，所述换热管5从所述反应通道4沿径向向外延伸以与所述壳体1内部连通，所述中间体8内的所述换热管5之间设有用于降温的所述冷却介质。

解释来说，反应通道4与换热管5之间是连通的，以用于气体的流通，而反应通道4与中间体8之间是不连通的，防止冷却介质进入到反应通道4中影响气体反应。进一步地，反应通道4上开设有与换热管5连通的通孔，而反应通道4上其余位置则为完全封闭的状态。中间体8外壁开设有便于换热管5与壳体1内部连通的通孔，使得换热管5中冷却后的气体能够进入到壳体1中。可选地，中间体8的形状为圆柱体，当然，在满足其功能的基础上，中间体8还可以设置为其他任意形状，此处不作特殊限制。

为提高冷却效果，进一步提高换热效率和反应转化率，可以考虑将换热管5外部形成循环的冷却介质，以便及时带走热量，保证冷却效果。具体来说，所述乙二醇酯化预反应器包括用于向所述中间体8内通入所述冷却介质的进液管以及用于从所述中间体8内排出所述冷却介质的出液管。

为配合反应通道4和换热管5的结构上的设计，中间体8同样设置为沿纵向方向延伸，而反应通道4的底部可如图1所示连接于中间体8的底部，或者延伸至中间体8底部但不与中间体8接触。

另外，为了保证中间体8中位于不同高度的换热管5的冷却效率，所述进液管包括进液总管9和多个一端连接于所述进液总管9的进液支管12，多个所述进液支管12的另一端分别连接至所述中间体8上不同高度处，所述出液管包括出液总管10和多个一端连接于所述出液总管10的出液支管13，多个所述出液支管13的另一端分别连接至所述中间体8上不同高度处。

冷却介质从进液总管9进入后经位于不同高度的进液支管12进入到中间体8中，从而对其中的换热管5进行换热，由于中间体8为圆柱体结构，除去位于中部的反应通道4外，其余部分均为连通的，因此冷却介质从位于中间体8一侧的进液支管12进入后迅速填满整个中间体8，最终从位于另一侧的不同高度处的出液支管13汇集到出液总管10中流出，从而实现冷却介质的循环冷却。

值得注意的是，所述中间体8通过支架11固定于所述壳体1内部，作为其中的一种实施方式，支架11可将中间体8与壳体1的顶部完全隔开，所述中间体8与所述壳体1内壁之间存在间隔，以使反应后从换热管5出来的气体经上述间隔向下流动，最终从出气口3排出，气体的流动方向参见图1中所示的箭头方向。

此外，本发明中冷却介质与反应气体的流动方式在空间上形成错流，以便达到更好的换热效果，提高换热效率。

本发明的乙二醇酯化预反应器中的气体流动时阻力小、动力消耗低、可回收的热量多、产量高，且由于内部换热管5的径向布局受热胀冷缩效应作用时，其内应力较小，有效解决了传统反应器气流阻力大，气流分布不均匀等问题。

本发明的乙二醇酯化预反应器中气体的反应过程为：

合成气经进气口2进入到壳体1中并充满反应通道4，同时氧气经氧气管7通入，并通过氧气管7上开设的氧气喷嘴，使得大部分氧气在氧气喷嘴内完成氧化反应后分散到反应通道4中，剩余部分氧气在反应通道4中发生氧化反应，反应后的气体从反应通道4向四周沿径向方向流出，经高通量换热管5的换热，进一步提高反应物的转化率，最终反应后气体回到壳体1中经底部的出气口3排出以备后续反应。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种乙二醇酯化预反应器，其特征在于，所述乙二醇酯化预反应器包括壳体(1)，所述壳体(1)上开设有用于通入合成气的进气口(2)和用于排出反应后气体的出气口(3)，所述壳体(1)内设有与所述进气口(2)相连通的能够通入氧气的反应通道(4)，所述反应通道(4)四周设有沿所述壳体(1)的径向方向延伸且能够通过冷却介质进行降温的换热管(5)，所述换热管(5)的进口与所述反应通道(4)相连通，所述换热管(5)的出口与所述壳体(1)内部相连通。

2.根据权利要求1所述的乙二醇酯化预反应器，其特征在于，所述反应通道(4)内部设有用于通入氧气的氧气管(6)，所述氧气管(6)上设有与所述反应通道(4)相连通的氧气喷嘴。

3.根据权利要求2所述的乙二醇酯化预反应器，其特征在于，所述氧气喷嘴包括连接于所述氧气管(6)的喷嘴入口(14)和连通于所述反应通道(4)的喷嘴出口(16)，所述氧气喷嘴上设有能够吸入所述反应通道(4)内合成气的抽吸口(15)。

4.根据权利要求2所述的乙二醇酯化预反应器，其特征在于，所述壳体(1)竖直设置，所述反应通道(4)和所述氧气管(6)均设置为沿所述壳体(1)的纵向方向延伸，所述氧气喷嘴的数量为多个，且多个所述氧气喷嘴沿所述氧气管(6)的轴向方向排列设置。

5.根据权利要求4所述的乙二醇酯化预反应器，其特征在于，多个所述氧气喷嘴设置为沿所述轴向方向由上至下直径依次增大。

6.根据权利要求1所述的乙二醇酯化预反应器，其特征在于，所述换热管(5)沿所述反应通道(4)的周向均匀布置。

7.根据权利要求1所述的乙二醇酯化预反应器，其特征在于，所述壳体(1)内部设有中间体(8)，所述反应通道(4)位于所述中间体(8)内，所述换热管(5)从所述反应通道(4)沿径向向外延伸以与所述壳体(1)内部连通，所述中间体(8)内的所述换热管(5)之间设有用于降温的所述冷却介质。

8.根据权利要求7所述的乙二醇酯化预反应器，其特征在于，所述乙二醇酯化预反应器包括用于向所述中间体(8)内通入所述冷却介质的进液管以及用于从所述中间体(8)内排出所述冷却介质的出液管。

9.根据权利要求8所述的乙二醇酯化预反应器，其特征在于，所述进液管包括进液总管(9)和多个一端连接于所述进液总管(9)的进液支管(12)，多个所述进液支管(12)的另一端分别连接至所述中间体(8)上不同高度处，所述出液管包括出液总管(10)和多个一端连接于所述出液总管(10)的出液支管(13)，多个所述出液支管(13)的另一端分别连接至所述中间体(8)上不同高度处。

10.根据权利要求7-9中任意一项所述的乙二醇酯化预反应器，其特征在于，所述中间体(8)通过支架(11)固定于所述壳体(1)内部，所述中间体(8)与所述壳体(1)内壁之间存在间隔。