CN111905657A - 一种大型化合成气制乙二醇反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大型化合成气制乙二醇反应器，包括：反应器本体，包括一体成型的上封头，筒体及下封头；集气单元(9)轴向设于筒体内部中心，为顶端封闭的中空构件，包括：集气筒，筒壁上开设有若干通孔，通孔上密下疏、上小下大，及产物出口(5)，一体设于集气筒底端并位于下封头上；换热管束(8)轴向设于集气单元(9)与筒体内壁之间；多组原料入口(1)成对设于上封头和/或筒体；换热介质出口(6)和至少一换热介质入口(4)分设于上封头和下封头，均与换热管束(8)相通；催化剂床层(2)分布于换热管束(8)之间。与现有技术相比，本发明催化层压降小运行成本低。

Description

一种大型化合成气制乙二醇反应器
技术领域
本发明涉及乙二醇制备反应器，具体涉及一种大型化合成气制乙二醇反应器。
背景技术
羰化反应器、加氢反应器是合成气制乙二醇装置的核心设备之一，合成气制草酸酯以及草酸酯加氢制乙二醇的反应都是放热反应。对于羰化反应是秒级的快反应，反应主要集中在催化剂管上部反应，下部起平衡作用，而起到移走床层热量主要依靠催化剂管上部的换热面积；在突发情况下，反应热量集聚，催化剂床层超温，亚硝酸脂发生热分解，极易造成***事故。由于加氢反催化剂易结焦、易粉化，造成反应器中每一根催化剂管阻力不同，则会出现气体偏流，催化剂床层局部超温、副反应物高、催化剂利用率低；催化剂床层压降大，压缩机电耗高。
目前已投运现在运行及设计中的羰化反应器和加氢反应器均为管式反应器，在相同的运输条件下，单台反应器的催化剂填量小、反应***运行阻力降高，对于20万吨/年乙二醇装置，通常需要设置2台羰化反应器，3～4台加氢反应器，不仅占地面积大、工程造价高，易造成气体偏流，操作难度大。单套20万吨/年草酸二甲脂生产装置反应器的规格已选到直径6m、高8m的规格，给运输、安装、运行等方面带来诸多问题，管式反应器已限制大型化发展。
为了节能降耗、节省投资，新上乙二醇装置的规模越来越大，有的已经达到百万吨，现在已实施的列管式羰化反应器及加氢反应器限制了乙二醇大型化的发展因此需要配套开发适用于大型或超大型装置的反应器。
专利CN204911449U公开了一种用于合成气制乙二醇工艺的新型羰化反应器，该反应器为径向反应器，包括反应器外壳、换热组件、分流管、集流管和催化剂，分流管位于反应器中心，换热组件设置在分流管和集流管之间，换热组件设置在催化剂床层内，反应器外壳包括筒体、上封头、下封头、反应气体入口、反应气体出口、冷却介质入口、冷却介质出口及催化剂卸料口等；反应气体入口和反应气体出口均设置在上封头上，反应气体从反应气体入口进入反应器后沿中心分流管流下，径向通过催化剂床层进行反应，反应产物气体进入集流管，并沿集流管向上流动，从反应气体出口流出。该反应器虽然是用于合成气制备乙二醇，但是仍然无法解决装置压降大的问题，且该反应器只能用于羰化反应，无法用于加氢反应。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种大型化合成气制乙二醇反应器。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种大型化合成气制乙二醇反应器，该反应器包括：
一反应器本体，包括从上到下一体成型的
一上封头，
一筒体及
一下封头；
一集气单元，轴向设于所述筒体内部中心，为顶端封闭的中空构件，包括：
一集气筒本体，所述集气筒本体的筒壁上开设有
若干通孔，所述通孔上密下疏、上小下大，及
一产物出口，一体设于所述集气筒本体的底端，并位于所述下封头上；
一换热管束，轴向设于所述集气单元与所述筒体的内壁之间；
多组原料入口，成对设于所述上封头和/或所述筒体的外壁上；
至少一换热介质入口，设于所述下封头上，并与所述换热管束相连通；
一换热介质出口，设于所述上封头上，并与所述换热管束相连通；及
一催化剂床层，分布于所述换热管束之间。
进一步地，所述通孔为圆孔或竖直条孔，起到控制压降分布的作用。
进一步地，所述换热管束选用直管、蛇形盘管或中间为蛇形盘管两端为直管的管道。
进一步地，所述换热管束的管外径为15～55mm，管心距为25～100mm。
进一步地，所述反应器在筒体和换热管束之间还设有气体分布器，气体分布器与筒壁之间设有用于气体流动的环隙，所述气体分布器包括气体分布管和设于气体分布管上的通孔。进一步优化地，所述气体分布管为1/4圆环，利于原料气体在反应器筒体内的均匀分布。
进一步地，所述气体分布器和集气筒本体靠近催化剂床层的一侧设有催化剂框，催化剂框上设有不锈钢丝网，便于催化剂的固定。
进一步地，所述筒体直径为3000～8000mm，高度为4000～12000mm。
一种大型化合成气制乙二醇反应器，采用该反应器进行反应时，原料从原料入口进入反应器，经催化剂床层径向流动并发生反应，产物到达集气单元，从产物出口流出；锅炉给水经换热介质入口进入换热管束，与反应的原料和产物进行换热变成高温沸腾水或蒸汽再从换热介质出口流出。
本发明采用集气单元，集气单元的集气筒本体筒壁上的通孔呈上密下疏、上小下大状，此是针对合成气制草酸酯以及草酸酯加氢制乙二醇这类反应原料和产物的性质而设计的；采用径向反应器，催化剂装填量大，催化床层压降小；径向反应器在径向上的温差小，有利于催化剂的充分有效利用，降低催化床层的温度，延长催化剂的使用寿命；通过多段进原料气，强化原料气分布，同时改善床层压降。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明既具有一般径向反应器的优点，如节约装置能耗，减少运行成本等；又克服了大型固定床反应器制造运输难的缺点，能降低运行成本，而且该反应器能充分适应大型合成气制乙二醇装置。
附图说明
图1为一种大型化合成气制乙二醇反应器的结构示意图；
图2为一种大型化合成气制乙二醇反应器仰视剖面图；
图3为采用本发明进行反应时物料流向的示意图。
图中：I-上封头；II-筒体；III-下封头；1-原料入口；2-催化剂床层；3-气体分布器；4-换热介质入口；5-产物出口；6-换热介质出口；7-催化剂框；8-换热管束；9-集气单元；a-原料；b-产物；c-锅炉给水；d-高温沸腾水或蒸汽。
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
一种大型化合成气制乙二醇反应器，该反应器包括：
一反应器本体，包括从上到下一体成型的
一上封头I，
一筒体II及
一下封头III；
一集气单元9，轴向设于筒体II内部中心，为顶端封闭的中空构件，包括：
一集气筒本体，集气筒本体的筒壁上开设有
若干通孔，通孔上密下疏、上小下大，及
一产物出口5，一体设于集气筒本体的底端，并位于下封头III上；
一换热管束8，轴向设于集气单元9与筒体II的内壁之间；
多组原料入口1，成对设于上封头I和/或筒体II的外壁上；
至少一换热介质入口4，设于下封头III上，并与换热管束8相连通；
一换热介质出口6，设于上封头I上，并与换热管束8相连通；及
一催化剂床层2，分布于换热管束8之间。
通孔为圆孔或竖直条孔。
换热管束8选用直管、蛇形盘管或中间为蛇形盘管两端为直管的管道。
反应器在筒体II和换热管束8之间还设有气体分布器3，所述气体分布器3包括气体分布管和设于气体分布管上的通孔。气体分布管为1/4圆环。
气体分布器3和集气筒本体靠近催化剂床层的一侧设有催化剂框7，催化剂框7上设有不锈钢丝网。
一种大型化合成气制乙二醇反应器，采用该反应器进行反应时，原料a从原料入口1进入反应器，经催化剂床层2径向流动并发生反应，产物b到达集气单元9，从产物出口5流出；锅炉给水c经换热介质入口4进入换热管束8，与反应的原料a和产物b进行换热变成高温沸腾水或蒸汽d再从换热介质出口6流出。
将该反应器用作羰化反应，筒体II高度为DN 8000mm，直径DN 4600mm，换热管束中换热管外径为30mm，换热管呈正三角型排布，管心距为48mm，催化剂填装体积大于120m3，正常负荷运行，草酸二甲酯产能大于400kt/a，催化剂床层压降小于15kPa。
实施例2
一种大型化合成气制乙二醇反应器具体如实施例1所述，将该反应器用作羰化反应，筒体II高度为DN 8000mm，直径DN 5800mm，换热管束中换热管外径为30mm，换热管呈正三角型排布，管心距为48mm，催化剂填装体积大于200m3，正常负荷运行，草酸二甲酯产能大于600kt/a，催化剂床层压降小于18kPa。
实施例3
一种大型化合成气制乙二醇反应器具体如实施例1所述，将该反应器用作羰化反应，筒体II高度为DN 12000mm，直径DN 5800mm，换热管束中换热管外径为28mm，换热管呈正三角型排布，管心距为44mm，催化剂填装体积大于270m3，正常负荷运行，草酸二甲酯产能大于900kt/a，催化剂床层压降小于18kPa。
实施例4
一种大型化合成气制乙二醇反应器具体如实施例1所述，将该反应器用作羰化反应，筒体II高度为DN 5000mm，直径DN 4000mm，换热管束中换热管外径为30mm，换热管呈正三角型排布，管心距为48mm，催化剂填装体积大于60m3，正常负荷运行，草酸二甲酯产能大于200kt/a，催化剂床层压降小于13kPa。
实施例5
一种大型化合成气制乙二醇反应器具体如实施例1所述，将该反应器用作加氢反应，筒体II高度为DN 4000mm，直径DN 4000mm，换热管束中换热管外径为25mm，换热管呈正三角型排布，管心距为44mm，催化剂填装体积大于55m3，正常负荷运行，乙二醇产能大于100kt/a，催化剂床层压降小于25kPa。
实施例6
一种大型化合成气制乙二醇反应器具体如实施例1所述，将该反应器用作加氢反应，筒体II高度为DN6000mm，直径DN 4600mm，换热管束中换热管外径为30mm，换热管为蛇形盘管，管心距为50mm，催化剂填装体积大于110m3，正常负荷运行，乙二醇产能大于200kt/a，催化剂床层压降小于30kPa。
实施例7
一种大型化合成气制乙二醇反应器具体如实施例1所述，将该反应器用作加氢反应，筒体II高度为DN 8000mm(由两段高度为DN4000mm的筒体组成)，直径DN 4200mm，换热管束中换热管外径为28mm，换热管呈正三角型排布，管心距为48mm，催化剂填装体积大于110m3，正常负荷运行，乙二醇产能大于200kt/a，催化剂床层压降小于28kPa。
实施例8
一种大型化合成气制乙二醇反应器具体如实施例1所述，将该反应器用作加氢反应，筒体II高度为DN 9000mm，直径DN 4600mm，换热管束中换热管外径为30mm，换热管呈正三角型排布，管心距为52mm，催化剂填装体积大于165m3，正常负荷运行，乙二醇产能大于300kt/a，催化剂床层压降小于30kPa。
实施例9
一种大型化合成气制乙二醇反应器具体如实施例1所述，将该反应器用作加氢反应，筒体II高度为DN 12000mm，直径DN 5800mm，换热管束中换热管外径为16mm，换热管呈正三角型排布，管心距为25mm，催化剂填装体积大于245m3，正常负荷运行，乙二醇产能大于450kt/a，催化剂床层压降小于35kPa。
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发明。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，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大型化合成气制乙二醇反应器，其特征在于，该反应器包括：
一反应器本体，包括从上到下一体成型的
一上封头(I)，
一筒体(II)及
一下封头(III)；
一集气单元(9)，轴向设于所述筒体(II)内部中心，为顶端封闭的中空构件，包括：
一集气筒本体，所述集气筒本体的筒壁上开设有
若干通孔，所述通孔上密下疏、上小下大，及
一产物出口(5)，一体设于所述集气筒本体的底端，并位于所述下封头(III)上；
一换热管束(8)，轴向设于所述集气单元(9)与所述筒体(II)的内壁之间；
多组原料入口(1)，成对设于所述上封头(I)和/或所述筒体(II)的外壁上；
至少一换热介质入口(4)，设于所述下封头(III)上，并与所述换热管束(8)相连通；
一换热介质出口(6)，设于所述上封头(I)上，并与所述换热管束(8)相连通；及
一催化剂床层(2)，分布于所述换热管束(8)之间。
2.根据权利要求1所述的一种大型化合成气制乙二醇反应器，其特征在于，所述通孔为圆孔或竖直条孔。
3.根据权利要求1所述的一种大型化合成气制乙二醇反应器，其特征在于，所述换热管束(8)选用直管、蛇形盘管或中间为蛇形盘管两端为直管的管道。
4.根据权利要求3所述的一种大型化合成气制乙二醇反应器，其特征在于，所述换热管束(8)的管外径为15～55mm，管心距为25～100mm。
5.根据权利要求1所述的一种大型化合成气制乙二醇反应器，其特征在于，所述反应器在筒体(II)和换热管束(8)之间还设有气体分布器(3)，所述气体分布器(3)包括气体分布管和设于气体分布管上的通孔。
6.根据权利要求5所述的一种大型化合成气制乙二醇反应器，其特征在于，所述气体分布管为1/4圆环。
7.根据权利要求5所述的一种大型化合成气制乙二醇反应器，其特征在于，所述气体分布器(3)和集气筒本体靠近催化剂床层的一侧设有催化剂框(7)，催化剂框(7)上设有不锈钢丝网。
8.根据权利要求1所述的一种大型化合成气制乙二醇反应器，其特征在于，所述筒体(II)直径为3000～8000mm，高度为4000～12000mm。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种大型化合成气制乙二醇反应器，其特征在于，采用该反应器进行反应时，原料(a)从原料入口(1)进入反应器，经催化剂床层(2)径向流动并发生反应，产物(b)到达集气单元(9)，从产物出口(5)流出；锅炉给水(c)经换热介质入口(4)进入换热管束(8)，与反应的原料(a)和产物(b)进行换热变成高温沸腾水或蒸汽(d)再从换热介质出口(6)流出。
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