CN201598244U - 用于以煤和天然气制备乙二醇的管壳型固定床反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于以煤和天然气制备乙二醇的管壳型固定床反应装置，其特征在于，原料气预热器上部连接蒸汽进汽管线，下部连接冷凝水出口管线和原料气进气管线，通过管线与管壳式反应器的管束的顶部相连接；反应器的管束内的装填物为催化剂与同直径颗粒惰性物的不等比例混合装填，壳程内自上而下等间距设有多块波纹旋流导向挡板，反应器底部连接出口管线，反应器壳程的下部与强制循环泵相连接，壳程的上部经脱盐水输出管线与汽包相连；所述的汽包与脱盐水补给泵相连，汽包的顶部具有蒸汽输出管线，底部与强制循环泵相连。本实用新型构成了强制循环、高效反应与高效传热的体系，能够适用于以煤和天然气制备乙二醇的生产过程。

Description

用于以煤和天然气制备乙二醇的管壳型固定床反应装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于以煤和天然气制备乙二醇的管壳型固定床反应装置，尤其涉及一种强制循环高效传热的管壳型固定床反应装置。

背景技术

工业生产中的气、固相催化放热反应过程，常见的是在固定床反应器中进行。常规的管壳式固定床反应器，分为催化剂置于管内和置于管外的两种。管壁的另一侧则为用来移走催化剂床层中放热反应所产生热量的冷却介质。而以冷却介质的不同，又分为两大类，一类是以原料气或非原料气气体作为冷却介质，移走反应热，同时自身升温的连续反应-换热过程；另一类是以液态水作为冷却介质，移走反应热，同时副产蒸汽的过程。但是，这两类常规的管壳型气固相固定床反应器，较适合于单程转化率不太高、反应放热量不太强、催化剂的活性温区比较宽的化学反应工业过程。对于单程转化率很高的强放热反应，且催化剂的活性温区又较窄的情况，上述反应器则可能存在传热不佳、床层超温甚至飞温、损坏反应器、操作中断、生产停止等事故隐患。例如，适用于以煤和天然气制备乙二醇过程中的原料一氧化碳气脱氢、亚硝酸酯与一氧化碳羰基合成草酸酯、草酸酯加氢合成乙二醇这三个高转化率、强防热、窄温区的特殊反应过程，恰恰存在这样的特性与潜在的隐患。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是，设计一种采用强制循环波纹旋流导向挡板高效传热并且采用特殊催化剂装填方式的管壳型固定床反应器装置，能够适用于以煤和天然气制备乙二醇的生产过程，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种用于以煤和天然气制备乙二醇的管壳型固定床反应装置，所述装置包括位于管壳式反应器2前的原料气预热器1、具有壳程3和管束22的管壳式反应器2、汽包3、强制循环泵6和脱盐水补给泵7，其特征在于，所述的原料气预热器1上部连接蒸汽进汽管线12，下部连接冷凝水出口管线13和原料气进气管线11，通过管线14与管壳式反应器2的管束22的顶部相连接；反应器的管束22内的装填物为催化剂，壳程3内自上而下等间距设有多块波纹旋流导向挡板4，反应器2底部连接出口管线15，反应器壳程3的下部通过管线17与强制循环泵6相连接，壳程3的上部经脱盐水输出管线18与汽包5相连；所述的汽包5通过管线20与脱盐水补给泵7相连，汽包5的顶部具有蒸汽输出管线19，底部通过管线16连接于强制循环泵6。

上述技术方案中，所说的波纹旋流导向挡板4的形状为选自圆环形、圆盘形或者对边圆缺形中一种。

上述技术方案中，所述的管束22内的装填物为催化剂和与催化剂等粒度的惰性物颗粒，装填方式为自上而下不等量装填，其中催化剂∶惰性物颗粒＝1∶0～1∶5。

上述技术方案中，所述的原料气预热器1为列管式换热器。

本实用新型装置是这样操作的：

将原料气由管线11送入原料气预热器1的底部，在换热器内上升的过程中，被器壁另一侧的加热蒸气所加热，达到反应温度后，从预热器顶部流出。加热蒸气从预热器的上部被引入，释放热量后，成为冷凝水，从预热器的下部排放。被预热后达到反应温度的原料气，从反应器管束22的顶部进入，在管壳式反应器的不等量装填(即管束22内的装填物为催化剂和与催化剂等粒度的惰性物颗粒，装填方式为自上而下不等量装填，其中催化剂∶惰性物颗粒＝1∶0～1∶5)催化剂的管子内自上而下流动，边发生受控制的强放热反应，边将反应热传给管外反应器壳程3内处于强制高速流动、且由于波纹旋流导向折流板4的强化湍动而实现高效传热的脱盐水的水汽混合物。脱盐水则由强制循环泵6从汽包5的底部引入，经过此泵升压后进入反应器壳程3的下部，在高速流动剧烈湍动上升过程中，吸收大量的反应热，部分汽化，成为汽水混合物，从反应器壳程3的上部引出，进入汽包5。在汽包5中实现汽、水分离后的副产蒸汽，从汽包5顶部引出，剩余的水再通过强制循环泵6返回反应器，形成强制循环回路。所消耗的脱盐水，由脱盐水补给泵7从外系统引入脱盐水，从汽包5的中部送入而得到补充。

本实用新型中使用的强制流动的传热介质，可为脱盐水、导热油或者熔盐，在改变传热介质时，只要对装置系列中的个别设备作些改动或替换即可。

有益效果

本实用新型装置，流程与设备简单，反应器内的几项改造措施容易实施，投资小；

本实用新型构成了强制循环、高效反应与高效传热的体系，强制循环流动的传热介质自下而上通过反应器的壳程时，被设置在壳程中的多块波纹旋流导向挡板改变流动方向，从而形成旋转、涡流，更加强化了传热，同时提高了管束和反应器设备的强度；特别是反应器内催化剂不等量装填、壳程内传热介质的强制高速流动等改造，使得这种反应器及其配套的系统，能够适用于以煤和天然气制备乙二醇过程中的原料一氧化碳气脱氢、亚硝酸酯与一氧化碳羰基合成草酸酯、草酸酯加氢合成乙二醇这三个高转化率、强放热、窄温区的特殊反应过程的反应器设计和系统操作。

附图说明

图1为本实用新型的管壳型固定床反应器的装置组合示意图。

其中，1：原料气预热器，2：反应器，3：壳程，4：波纹旋流导向折流板，5：汽包，6：强制循环泵，7：脱盐水补给泵，22：管束，11：原料气进气管线，12：蒸汽进汽管线，13：冷凝水出口管线，14，16，17，20：管线，18：脱盐水输出管线，19：蒸汽输出管线。

图2为反应器2的内部结构示意图。

其中：22：管束，3：管程，4：波纹旋流导向折流板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型作进一步阐述：

参见图1：原料气由管线11从预热器1的底部引入，经过加热后再从预热器1的顶部由管线14送往反应器管束22的顶部。加热蒸汽由管线12从预热器1的上部引入，提供热量后成为冷凝水从预热器1的下部排出。

反应器管束22的顶部进入的原料气，自上而下流经管内不等量装填的催化剂床层时，进行极强的放热反应，瞬时释放出极大的热量，高效的传给管外壳程3中受强制流动的脱盐水，使脱盐水部分汽化；

汽包5内底部的脱盐水则由强制循环泵6经管线17送入反应器壳程3的下部，在器壳3内强制折流流动，在改进的波纹旋流导向折流板4的协同强化作用下，高效吸收大量的热量，然后从反应器壳程3的上部引出，经管线18进入汽包5；

进入汽包5内的脱盐水的汽、水混合物，在汽包5内实现汽、水分离后，从汽包5的顶部由管线19引出副产蒸汽。剩余的脱盐水，储留在汽包5内，并与由脱盐水补给泵7经管线20送入的补充脱盐水一起，再经汽包5底部的管线16，进入强制循环泵6，升压后送入反应器壳程3的下部，以构成强制流动高效传热循环回路。外供的脱盐水由管线21引入脱盐水补给泵7。

实施例

草酸二甲酯加氢合成乙二醇反应器，反应器直径1.4m，总高10m。催化剂为片状，Φ3mm×3mm；堆比重0.8±0.1kg/L，催化剂装填量8.1m³，反应管Φ28×1.5mm，前部1/3高度区间催化剂∶惰性物＝1∶2混装，中部1/3高度区间催化剂∶惰性物＝1∶1混装，后部1/3高度区间催化剂∶惰性物＝1∶0装填，反应器内设置圆环、圆盘形波纹旋流导向折流板12块。

以煤或天然气制备的原料气，反应物进口组成(％)为

DMO 1.482    H₂ 96.063    MG 0.119    M 2.336

反应器操作工艺条件为：氢酯摩尔比60，反应器进口温度190℃，反应区温度190-225℃，反应压力2.5±0.5MPa，空速3000h^-1。

在上述条件下，催化剂活性数据为：DMO转化率≥99％，EG选择性≥90％，MG选择性≤8％。

反应器出口组成(％)为

DMO 0.015    H₂ 93.112    MG 0.243    M 5.272    EG 1.358

在此条件下，乙二醇EG的产量为1.389T/h，同时副产温度180℃、压力1.023Mpa的蒸汽0.523T/h。

Claims (4)

1.一种用于以煤和天然气制备乙二醇的管壳型固定床反应装置，所述装置包括位于管壳式反应器(2)前的原料气预热器(1)、具有壳程(3)和管束(22)的管壳式反应器(2)、汽包(3)、强制循环泵(6)和脱盐水补给泵(7)，其特征在于，所述的原料气预热器(1)上部连接蒸汽进汽管线(12)，下部连接冷凝水出口管线(13)和原料气进气管线(11)，通过管线(14)与管壳式反应器(2)的管束(22)的顶部相连接；反应器的管束(22)内的装填物为催化剂，壳程(3)内自上而下等间距设有多块波纹旋流导向挡板(4)，反应器(2)底部连接出口管线(15)，反应器壳程(3)的下部通过管线(17)与强制循环泵(6)相连接，壳程(3)的上部经脱盐水输出管线(18)与汽包(5)相连；所述的汽包(5)通过管线(20)与脱盐水补给泵(7)相连，汽包(5)的顶部具有蒸汽输出管线(19)，底部通过管线(16)连接于强制循环泵(6)。

2.如权利要求1所述的用于以煤和天然气制备乙二醇的管壳型固定床反应装置，其特征在于，所说的波纹旋流导向挡板(4)的形状为选自圆环形、圆盘形或、者对边圆缺形中一种。

3.如权利要求1所述的用于以煤和天然气制备乙二醇的管壳型固定床反应装置，其特征在于，所述的管束(22)内的装填物为催化剂和与催化剂等粒度的惰性物颗粒，装填方式为自上而下不等量装填。

4.如权利要求1所述的用于以煤和天然气制备乙二醇的管壳型固定床反应装置，其特征在于，所述的原料气预热器(1)为列管式换热器。

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