CN209378963U - 一种用于大型化酯加氢催化反应的板式反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于大型化酯加氢催化反应的板式反应器，该反应器包括筒体外壳、上封头及下封头，筒体外壳的内部由上而下依次设有上瓷球层、上绝热催化剂层、主反应层、下绝热催化剂层及下瓷球层，主反应层内设有多个板片组，每个板片组内部均设有介质空腔，板片组之间填充有等温催化剂层，上封头上设有工艺气进气机构，下封头上设有工艺气出气机构，反应器还包括分别与介质空腔相连通的冷却介质出口机构、冷却介质进口机构。与现有技术相比，本实用新型能够降低乙二醇合成装置的造价，提高了单台乙二醇合成装置的产能、收率和催化剂装填量，降低乙二醇合成装置的阻力降，在实际运行中达到了优异的运行效果，应用广泛。

Description

一种用于大型化酯加氢催化反应的板式反应器

技术领域

本实用新型属于大型化加氢反应器技术领域，涉及一种用于大型化酯加氢催化反应的板式反应器。

背景技术

草酸酯加氢制乙二醇是常规煤制乙二醇路线的核心反应之一，目前国内乙二醇加氢反应器大都采用固定管板式反应器，催化剂装填在换热管中，氢气和草酸二甲酯的混合气从上部进到反应器内，在催化剂的作用下进行合成反应，反应热通过壳程的锅炉给水带走。从目前的工业应用来看，传统管壳式反应器最大单台产能在10万吨/年，反应器内径超过4.5m，存在着运输难、现场加工成本高、加工周期长等缺陷。从反应动力学角度来看，在同一催化剂床层高度，传统列管式反应器热点温差大，副产物杂质多，后续分离成本高。传统反应器的种种缺陷是乙二醇合成装置规模性放大的主要瓶颈所在，尤其对于30万吨及以上乙二醇合成装置来说，存在着反应器数量多、副产物分离能耗大、总投资高等问题。

实用新型内容

本实用新型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用于大型化酯加氢催化反应的板式反应器。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于大型化酯加氢催化反应的板式反应器，该反应器包括竖直设置的筒体外壳、设置在筒体外壳顶部的上封头以及设置在筒体外壳底部的下封头，所述的筒体外壳的内部由上而下依次设有上瓷球层、上绝热催化剂层、主反应层、下绝热催化剂层及下瓷球层，所述的主反应层内设有多个板片组，每个板片组内部均设有介质空腔，所述的板片组之间填充有等温催化剂层，所述的上封头上设有与等温催化剂层相连通的工艺气进气机构，所述的下封头上设有与等温催化剂层相连通的工艺气出气机构，所述的反应器还包括分别与介质空腔相连通的冷却介质出口机构、冷却介质进口机构。筒体外壳的中心轴沿竖直方向设置。介质空腔内部通入冷却介质，板片组之间的等温催化剂层中通入工艺气(氢气和草酸二甲酯的混合气)。

作为优选的技术方案，多个板片组之间可根据需要设置镂空板片或阻隔工艺气的实心厚板，以将板片组之间的空间分成多个上下连通或者上下隔绝的模块空间，可以灵活改变主反应层内催化剂的装填容量，同时便于安装运输及检修。

进一步地，所述的主反应层与上绝热催化剂层之间、主反应层与下绝热催化剂层之间均设有格栅或分隔板。格栅(或分隔板)、板片组均为可拆卸式，可拆卸的格栅(或分隔板)分别安装于板片组的顶端、底端，用于承托催化剂、阻隔各催化剂层。

进一步地，所述的板片组包括一对并列设置在主反应层内的板片，两板片之间形成封闭的介质空腔，所述的介质空腔的顶部与冷却介质出口机构相连通，底部与冷却介质进口机构相连通。板片组设计成模块化组件，可根据需要，在筒体外壳内部安装所需数量、所需形式的板片组，并进行优化排列，以更好地利用主反应层内的反应空间，提高催化剂的装填率。

作为优选的技术方案，所述的主反应层内设有1-40个板片组，每个板片组的参数可以一致或宽度不等，呈矩形、扇形、梯形或其他多边形形式，以提高催化剂的装填系数。

作为进一步优选的技术方案，所述主反应层内共设有4个、8个、12个或16个呈矩形或扇形的板片组。

进一步地，所述的板片呈竖直方向设置，所述的板片的宽度为300-1000mm，高度为1-10m。

进一步地，相邻两板片组之间的间距为10-200mm；所述的板片组中，两板片之间的间距为5-100mm。根据酯加氢催化剂的特性及反应特性，设计板片组的各个参数，使草酸酯加氢反应工艺操作弹性大，产品收率高。在不同液时空速(0.4-0.8g/mlcata.h)和较大的氢酯比(55-100)操作条件下，能够使催化剂表现出极高的乙二醇选择性和稳定性，产品收率始终超过97.5％。

作为优选的技术方案，所述的上绝热催化剂层的高度为0-3000mm，所述的下绝热催化剂层的高度为0-8000mm。为了优化主反应层各段的平均温度，在主反应层的上部和下部均增加绝热催化剂层，并通过设计绝热催化剂层的参数，以使催化剂床层的温度局限趋于平缓，有利于乙二醇合成塔大型化、提高乙二醇的收率、减少草酸二甲酯加氢反应器的阻力降。

进一步地，所述的上绝热催化剂层、主反应层及下绝热催化剂层中，催化剂呈圆柱状或中空圆柱状，并且催化剂的底面直径为3-10mm。优选地，若为圆柱状，则底面直径为3-5mm，高为3-5mm；若为中空圆柱状，则底面外径为8-10mm，底面内径为4-5mm，高为5mm。催化剂可选用以铜硅为主要组分的铜基加氢催化剂，催化剂成型方式可以为压片成型、滚球成型或挤条成型，优选为压片成型。

进一步地，所述的工艺气进气机构包括设置在上封头上的工艺气进气管以及设置在上封头内部的气体分布器，所述的工艺气进气管通过气体分布器与等温催化剂层相连通。气体分布器罩住工艺气进气管的底部管口。

进一步地，所述的工艺气出气机构包括设置在下封头上的工艺气出气管以及设置在下封头内部的气体收集器，所述的工艺气出气管通过气体收集器与等温催化剂层相连通。气体收集器罩住工艺气出气管的顶部管口。

进一步地，所述的冷却介质出口机构包括冷却介质出口总管以及设置在冷却介质出口总管与介质空腔顶部之间的冷却介质出口支管，所述的冷却介质进口机构包括冷却介质进口总管以及设置在冷却介质进口总管与介质空腔底部之间的冷却介质进口支管。介质空腔的顶部及底部分别引出冷却介质出口支管、冷却介质进口支管。锅炉给水依次经冷却介质进口总管及各个冷却介质进口支管分别进入相应的介质空腔内，与板片组之间的等温催化剂层中通过的工艺气进行换热，之后分别经各个冷却介质出口支管、冷却介质出口总管排出。

进一步地，所述的下封头内填充有瓷球。

草酸酯加氢制备乙二醇反应过程中容易产生1,2-丁二醇等多碳醇副产物，该类副产物对温度敏感，即使含量很低也会严重影响产品质量。此外，这类副产物沸点与乙二醇接近，会导致现有精馏装置设备尺寸偏大且能耗较高。传统列管式反应器存在移热端流速不均、滞留区移热差的固有缺陷，目前在该领域的工业化运用中，同一床层高度下催化剂热点温差大(ΔT≥±5℃)，副产物组分高。本实用新型针对不同的催化剂特性及反应特性，通过对各板片组参数进行调整设计，以确保移热端无滞留区且移热均匀，最大程度保证同一床层高度的移热均匀性，催化剂热点温差可以控制在ΔT＝±1℃，产品总副产物减少20-50％，使得后续大型化装置设计过程中精馏工段投资可呈规模性下降。

与现有技术相比，本实用新型具有以下特点：

1)与传统的列管式反应器相比，本实用新型在主反应层内设置多个板片组，不仅提高了传热系数，且在相同直径下催化剂装填系数大，可实现产能放大1.3-1.8倍，有利于提高乙二醇收率，同时可大幅降低设备投资和现场加工成本；

2)板片组呈独立模块化设计，提高了催化剂的装填系数和装填量，且多个板片组相互并联，并与板片组之间设置的等温催化剂层共同形成主反应层，各模块移热性能均匀无偏差，大幅降低了工业放大风险；

3)板片组的多模块化设计可以在保证催化剂装填量的同时，减小反应器内径尺寸，便于实现乙二醇合成装置的大型化，尤其适用于30万吨/年及以上的产能，且各模块可分开运输及现场组装；

4)本实用新型能够降低乙二醇合成装置的造价，提高了单台乙二醇合成装置的产能、收率和催化剂装填量，降低乙二醇合成装置的阻力降，在实际运行中达到了优异的运行效果，应用广泛。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图中标记说明：

1-筒体外壳、2-上封头、3-下封头、4-上瓷球层、5-上绝热催化剂层、6-主反应层、7-下绝热催化剂层、8-下瓷球层、9-介质空腔、10-等温催化剂层、11-板片、12-工艺气进气管、13-气体分布器、14-工艺气出气管、15-气体收集器、16-冷却介质出口总管、17-冷却介质出口支管、18-冷却介质进口总管、19-冷却介质进口支管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

如图1所示的一种用于大型化酯加氢催化反应的板式反应器，包括竖直设置的筒体外壳1、设置在筒体外壳1顶部的上封头2以及设置在筒体外壳1底部的下封头3，下封头3内填充有瓷球。筒体外壳1的内部由上而下依次设有上瓷球层4、上绝热催化剂层5、主反应层6、下绝热催化剂层7及下瓷球层8，主反应层6内设有多个板片组，每个板片组内部均设有介质空腔9，板片组之间填充有等温催化剂层10，上封头2上设有与等温催化剂层10相连通的工艺气进气机构，下封头3上设有与等温催化剂层10相连通的工艺气出气机构，反应器还包括分别与介质空腔9相连通的冷却介质出口机构、冷却介质进口机构。

其中，主反应层6与上绝热催化剂层5之间、主反应层6与下绝热催化剂层7之间均设有格栅或分隔板。

板片组包括一对并列设置在主反应层6内的板片11，两板片11之间形成封闭的介质空腔9，介质空腔9的顶部与冷却介质出口机构相连通，底部与冷却介质进口机构相连通。

板片11呈竖直方向设置，板片11的宽度为500mm，高度为5m。上绝热催化剂层5、主反应层6及下绝热催化剂层7中，催化剂呈圆柱状，并且催化剂的底面直径为5mm，高为5mm。工艺气进气机构包括设置在上封头2上的工艺气进气管12以及设置在上封头2内部的气体分布器13，工艺气进气管12通过气体分布器13与等温催化剂层10相连通。工艺气出气机构包括设置在下封头3上的工艺气出气管14以及设置在下封头3内部的气体收集器15，工艺气出气管14通过气体收集器15与等温催化剂层10相连通。

冷却介质出口机构包括冷却介质出口总管16以及设置在冷却介质出口总管16与介质空腔9顶部之间的冷却介质出口支管17，冷却介质进口机构包括冷却介质进口总管18以及设置在冷却介质进口总管18与介质空腔9底部之间的冷却介质进口支管19。

将本实施例中的反应器用于某大型煤制乙二醇项目(>10万吨/年)中，工艺气由上封头2上的工艺气进气管12经气体分布器13进入上封头2内，之后依次通过上瓷球层4、上绝热催化剂层5进入板片组之间的等温催化剂层10中，再经下绝热催化剂层7及下瓷球层8进入下封头3内，并通过气体收集器15收集后由工艺气出气管14排出。其中，在催化剂的作用下，工艺气中的草酸二甲酯和氢气反应生成乙二醇；通过冷却介质进口总管18向板片组内部的介质空腔9内通入锅炉给水，带走反应所产生的热量，锅炉给水从板片组底部进入介质空腔9中，利用反应热由液态向气态转变，从而实现副产蒸汽的目的。最终实现草酸二甲酯转化率100％，主产物乙二醇选择性98.84％，乙二醇时空产率250g/Lcata.h。

实施例2：

本实施例中，板片11呈竖直方向设置，上绝热催化剂层5、主反应层6及下绝热催化剂层7中，催化剂呈圆柱状，并且催化剂的底面直径为3mm，高为3mm，其余同实施例1。

实施例3：

本实施例中，板片11呈竖直方向设置，上绝热催化剂层5、主反应层6及下绝热催化剂层7中，催化剂呈中空圆柱状，并且催化剂的底面外径为10mm，内径为5mm，高为5mm，其余同实施例1。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于大型化酯加氢催化反应的板式反应器，其特征在于，该反应器包括竖直设置的筒体外壳(1)、设置在筒体外壳(1)顶部的上封头(2)以及设置在筒体外壳(1)底部的下封头(3)，所述的筒体外壳(1)的内部由上而下依次设有上瓷球层(4)、上绝热催化剂层(5)、主反应层(6)、下绝热催化剂层(7)及下瓷球层(8)，所述的主反应层(6)内设有多个板片组，每个板片组内部均设有介质空腔(9)，所述的板片组之间填充有等温催化剂层(10)，所述的上封头(2)上设有与等温催化剂层(10)相连通的工艺气进气机构，所述的下封头(3)上设有与等温催化剂层(10)相连通的工艺气出气机构，所述的反应器还包括分别与介质空腔(9)相连通的冷却介质出口机构、冷却介质进口机构；

所述的板片组为可拆卸式模块化组件，所述的板片组包括一对并列设置在主反应层(6)内的板片(11)，两板片(11)之间形成封闭的介质空腔(9)，所述的介质空腔(9)的顶部与冷却介质出口机构相连通，底部与冷却介质进口机构相连通。

2.根据权利要求1所述的一种用于大型化酯加氢催化反应的板式反应器，其特征在于，所述的主反应层(6)与上绝热催化剂层(5)之间、主反应层(6)与下绝热催化剂层(7)之间均设有格栅或分隔板。

3.根据权利要求1所述的一种用于大型化酯加氢催化反应的板式反应器，其特征在于，所述的板片(11)呈竖直方向设置，所述的板片(11)的宽度为300-1000mm，高度为1-10m。

4.根据权利要求1所述的一种用于大型化酯加氢催化反应的板式反应器，其特征在于，相邻两板片组之间的间距为10-200mm；所述的板片组中，两板片(11)之间的间距为5-100mm。

5.根据权利要求1所述的一种用于大型化酯加氢催化反应的板式反应器，其特征在于，所述的上绝热催化剂层(5)、主反应层(6)及下绝热催化剂层(7)中，催化剂呈圆柱状或中空圆柱状，并且催化剂的底面直径为3-10mm。

6.根据权利要求1所述的一种用于大型化酯加氢催化反应的板式反应器，其特征在于，所述的工艺气进气机构包括设置在上封头(2)上的工艺气进气管(12) 以及设置在上封头(2)内部的气体分布器(13)，所述的工艺气进气管(12)通过气体分布器(13)与等温催化剂层(10)相连通。

7.根据权利要求1所述的一种用于大型化酯加氢催化反应的板式反应器，其特征在于，所述的工艺气出气机构包括设置在下封头(3)上的工艺气出气管(14)以及设置在下封头(3)内部的气体收集器(15)，所述的工艺气出气管(14)通过气体收集器(15)与等温催化剂层(10)相连通。

8.根据权利要求1所述的一种用于大型化酯加氢催化反应的板式反应器，其特征在于，所述的冷却介质出口机构包括冷却介质出口总管(16)以及设置在冷却介质出口总管(16)与介质空腔(9)顶部之间的冷却介质出口支管(17)，所述的冷却介质进口机构包括冷却介质进口总管(18)以及设置在冷却介质进口总管(18)与介质空腔(9)底部之间的冷却介质进口支管(19)。

9.根据权利要求1所述的一种用于大型化酯加氢催化反应的板式反应器，其特征在于，所述的下封头(3)内填充有瓷球。