CN112023838A - 煤制乙二醇生产用合成反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了煤制乙二醇生产用合成反应器，包括裙座和反应器本体，反应器本体上设有物料气进口、合成气出口、冷却水出口和冷却水进口，冷却水进口和冷却水出口分别通过分水器、集水器与外筒体内部设置的管排的内腔相连通；外筒体内设有与其同圆心的进气筒体和集气筒体，集气筒体设于进气筒体的中心，进气筒体内设有管排，集气筒体与合成气出口连通；管排包括管排总管和管排支管，管排总管设于数个纵向设置的管排支管的顶部和底部，若干个管排排列成若干层同心的管排圈，同一层的管排与管排之间设有缺口，相邻层管排圈的管排间的缺口相互错开。本发明的优点在于：耐温耐压性能提高，反应器的效率提高，反应更均匀。

Description

煤制乙二醇生产用合成反应器
技术领域
本发明涉及煤制乙二醇生产技术领域，具体涉及煤制乙二醇生产用合成反应器。
背景技术
在两步法生产煤制乙二醇工艺中，第一步用一氧化碳、甲醇、一氧化氮、亚硝酸甲酯等混合组成的物料气合成草酸二甲酯，第二步草酸二甲酯加氢生成乙二醇。合成反应器就是用于第一步的核心设备。现行的合成反应器以两种型式为主，一种是固定管板列管反应器，另一种是板式反应器。列管反应器，催化剂装填在钢管内部，钢管外部走冷却水，物料气流过催化剂被催化合成草酸二甲酯；板式反应器，催化剂装在换热板之间的空间里，换热板内部的腔室走冷却水。列管反应器耐温耐压性能好，但合成效率偏低，因而设备体积偏大；板式反应器效率较高，但换热板的耐压耐温性能较差，常常因压力波动导致换热板过度变形而产生故障。需要提供一种煤制乙二醇生产用合成反应器，其具有全新结构，拥有这两种反应器的优点，克服他们的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供煤制乙二醇生产用合成反应器，能够解决列管反应器合成效率低且设备体积偏大、板式反应器耐温耐压性能差、容易因压力波动导致换热板过度变形而产生故障的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：包括裙座和反应器本体，裙座位于反应器本体的底部，反应器本体由下封头、外筒体和上封头构成，所述反应器本体的外筒体的侧面设有物料气进口，下封头底部设有合成气出口，所述外筒体的上部和下部分别设有冷却水出口和冷却水进口，所述冷却水进口和冷却水出口分别通过分水器、集水器与外筒体内部设置的管排的内腔相连通；
所述外筒体内设有与其同圆心的进气筒体和集气筒体，所述集气筒体设于进气筒体的中心，所述进气筒体内设有管排，进气筒体内的管排外部空间为催化反应区，所述进气筒体和集气筒体上均设有条形窗口，所述条形窗口上安装有丝网，集气筒体与合成气出口连通；
所述管排包括管排总管和管排支管，所述管排总管设于数个纵向设置的管排支管的顶部和底部，管排总管与数个管排支管均连通，数个管排支管依次连接而形成圆弧形，若干个管排以集气筒体为中心排列成若干层同心的管排圈，且每层管排圈的管排数量相等，同一层的管排与管排之间设有缺口，相邻层管排圈的管排间的缺口相互错开。
进一步地，所述分水器包括分水器环管、分水器垂直支管、分水器水平支管和分水器出口管，所述分水器环管与冷却水进口连通，分水器环管顶部分出若干个分水器垂直支管，每个分水器垂直支管连通有一个分水器水平支管，分水器水平支管通过数个分水器出口管分别与数个管排的底部管排总管连通；
所述集水器包括集水器环管、集水器垂直支管、集水器水平支管和集水器入口管，所述集水器环管与冷却水出口相连通，集水器环管底部分出若干个集水器垂直支管，每个集水器垂直支管连通有一个集水器水平支管，集水器水平支管通过数个集水器入口管分别与数个管排的顶部管排总管连通。
进一步地，所述集气筒体包括顶部设置的端板、与管排相对应的被管排包围的集气筒透气筒体以及设于集气筒透气筒体下方的集气筒不透气筒体，所述条形窗口设于集气筒体的集气筒透气筒体上，所述进气筒体上的条形窗口的位置正对着相邻管排之间的缺口。
进一步地，所述集气筒体的端板与上封头之间焊接有倾斜设置的承重拉筋，所述反应器本体的底部装填有瓷球层，所述催化反应区的顶部放置催化剂压板。
进一步地，所述上封头上设有上人孔，所述外筒体的下方设有下人孔，所述下封头上设有出料口，所述裙座侧面开有检查孔。
采用上述结构后，本发明的优点在于：采用管排作为反应器的换热元件，耐温耐压性能提高，同时，实现管内走水、管外装填催化剂的形式，提高反应器的效率，管排可以方便地制成圆弧形，其弧长可根据物料气完成反应所需走过的路径长度进行调整，制作方便；
管排围绕集气筒体呈若干个同心圆排列，且每一层管排圈的管排数量相等，相邻层的管排之间的缺口是错开的，迫使物料气在催化剂中走出蛇形路径，解决了列管式径向反应器存在的物料气的催化路径较短的难题，有效地提高转化率；
与管排换热元件相适应，采用结构独特的集水器和分水器，保证冷却水得到合理分配，从而使管排中的冷却水流速均匀，反应更均匀。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的部分结构放大示意图；
图3为图1的A-A剖视图；
图4为图3的I区结构放大示意图；
图5为图1的B向结构示意图；
图6为图1的C-C剖视图；
图7为本发明的管排的结构示意图；
图8为本发明的进气筒体的部分结构示意图；
图9为本发明的集气筒体的部分结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1-图9所示，本具体实施方式采用如下技术方案：包括裙座1和反应器本体，裙座1位于反应器本体的底部，裙座1是承重构件，用于支承整个设备的重量，反应器本体由下封头17、外筒体12和上封头10构成，反应器本体的外筒体12的侧面设有物料气进口13，物料气从物料气进口13进入外筒体12内，下封头17底部设有合成气出口18，反应完成后合成气从合成气出口18排出，外筒体12的上部和下部分别设有冷却水出口7和冷却水进口3，冷却水从冷却水进口3进入管排5内，经冷却水出口7排出，将反应所放出的热量带走，冷却水进口3和冷却水出口7分别通过分水器4、集水器6与外筒体12内部设置的管排5的内腔相连通。
如图3、图4和图7所示，管排5包括管排总管5-1和管排支管5-2，管排总管5-1设于数个纵向设置的管排支管5-2的顶部和底部，管排总管5-1与数个管排支管5-2均连通，数个管排支管5-2依次连接而形成圆弧形，若干个管排5以集气筒体20为中心排列成若干层同心的管排圈，且每层管排圈的管排5数量相等，同一层的管排5与管排5之间设有缺口，相邻层管排圈的管排间的缺口相互错开，不同层的管排圈的管排间的缺口使得物料气路径为蛇形路线，经蛇形路线流至集气筒体20，解决了列管式径向反应器存在的物料气的催化路径较短的难题，有效地提高转化率。
分水器4包括分水器环管4-1、分水器垂直支管4-2、分水器水平支管4-3和分水器出口管4-4，分水器环管4-1与冷却水进口3连通，分水器环管4-1顶部分出若干个分水器垂直支管4-2，每个分水器垂直支管4-2连通有一个分水器水平支管4-3，分水器水平支管4-3通过数个分水器出口管4-4分别与数个管排5的底部管排总管5-1连通，如图2所示，冷却水从冷却水进口3进入分水器4的分水器环管4-1中，再经若干个分水器垂直支管4-2进入分水器水平支管4-3内，再经分水器出口管4-4进入若干个管排5的底部管排总管5-1内，从而进入各管排5的管排支管5-2内，而后进入管排5的顶部管排总管5-1内，进入集水器6中。
如图5和图6所示，集水器6包括集水器环管6-1、集水器垂直支管6-2、集水器水平支管6-3和集水器入口管6-4，集水器环管6-1与冷却水出口7相连通，集水器环管6-1底部分出若干个集水器垂直支管6-2，每个集水器垂直支管6-2连通有一个集水器水平支管6-3，集水器水平支管6-3通过数个集水器入口管6-4分别与数个管排5的顶部管排总管5-1连通，冷却水经顶部管排总管5-1进入集水器入口管6-4，再进入集水器水平支管6-3和集水器垂直支管6-2中，最后经集水器环管6-1到达冷却水出口7排出。分水器4和集水器6的设置，保证冷却水得到合理分配，从而使管排5中的冷却水流速均匀，反应更均匀。
外筒体12内设有与其同圆心的进气筒体19和集气筒体20，集气筒体20设于进气筒体19的中心，进气筒体19内设有管排5，进气筒体19内的管排5外部空间为催化反应区14，催化反应区14内装填有催化剂，集气筒体20与进气筒体19之间的区域就是反应区，物料气通过催化剂催化反应，进气筒体19和集气筒体20上均设有条形窗口，条形窗口上安装有丝网，结构如图8和图9所示，集气筒体20与合成气出口18连通，采用管排5作为反应器的换热元件，耐温耐压性能提高，同时，实现管内走水、管外装填催化剂的形式，提高反应器的效率，管排5可以方便地制成圆弧形，其弧长可根据物料气完成反应所需走过的路径长度进行调整，制作方便。
集气筒体20包括顶部设置的端板20-3、与管排5相对应的被管排5包围的集气筒透气筒体20-1以及设于集气筒透气筒体20-1下方的集气筒不透气筒体20-2，集气筒不透气筒体20-2为钢管，条形窗口设于集气筒体20的集气筒透气筒体20-1上，进气筒体19上的条形窗口的位置正对着相邻管排5之间的缺口，反应后的合成气经条形窗口进入集气筒体20的集气筒透气筒体20-1内，经集气筒透气筒体20-1进入集气筒不透气筒体20-2，再经合成气出口18排出。
集气筒体20的端板20-3与上封头10之间焊接有倾斜设置的承重拉筋8，承重拉筋8承担一部分内件的重量，反应器本体的底部装填有瓷球层16，催化反应区14的顶部放置催化剂压板11，瓷球层16和催化剂压板11防止装填的催化剂流失。
上封头10上设有上人孔9，外筒体12的下方设有下人孔15，下封头17上设有出料口2，裙座1侧面开有检查孔21。
工作原理：物料气从物料气进口13加入到反应器本体内，迅速扩散充满进气筒体19与外筒体12之间的夹套空间，并透过条形窗口进入进气筒体19内部，从相邻管排5之间的间隙进入催化反应区14中，在催化剂中经过错开设置的管排5间的缺口形成的蛇形路线流至集气筒体20处，透过集气筒透气筒体20-1的条形窗口进入集气筒体20中，此时物料气已经在催化剂的作用下转变成为合成气，然后流入合成气出口18排出。
该合成反应是一个放热反应，为了保持热平衡，需要将反应所放出的热量带走，通过一套以管排5为核心的换热装置来实现，其工作过程是：冷却水从冷却水进口3进入分水器环管4-1，然后流入分水器垂直支管4-2，然后进入分水器水平支管4-3，每个分水器水平支管4-3有若干个分水器出口管4-4与管排5的内腔相通，冷却水通过这些分水器出口管4-4经管排总管5-1流入管排5内腔中，冷却水与管排5外面的催化反应区14进行热交换，将反应过程所产生的热量吸入冷却水中，从而使催化反应区的温度始终维持在设定的温度附近，冷却水吸热后流入集水器入口管6-4，然后进入集水器水平支管6-3，再进入集水器垂直支管6-2，最后集中到集水器环管6-1中，从冷却水出口7流走。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.煤制乙二醇生产用合成反应器，包括裙座和反应器本体，裙座位于反应器本体的底部，反应器本体由下封头、外筒体和上封头构成，其特征在于：所述反应器本体的外筒体的侧面设有物料气进口，下封头底部设有合成气出口，所述外筒体的上部和下部分别设有冷却水出口和冷却水进口，所述冷却水进口和冷却水出口分别通过分水器、集水器与外筒体内部设置的管排的内腔相连通；
所述外筒体内设有与其同圆心的进气筒体和集气筒体，所述集气筒体设于进气筒体的中心，所述进气筒体内设有管排，进气筒体内的管排外部空间为催化反应区，所述进气筒体和集气筒体上均设有条形窗口，所述条形窗口上安装有丝网，集气筒体与合成气出口连通；
所述管排包括管排总管和管排支管，所述管排总管设于数个纵向设置的管排支管的顶部和底部，管排总管与数个管排支管均连通，数个管排支管依次连接而形成圆弧形，若干个管排以集气筒体为中心排列成若干层同心的管排圈，且每层管排圈的管排数量相等，同一层的管排与管排之间设有缺口，相邻层管排圈的管排间的缺口相互错开。
2.根据权利要求1所述的煤制乙二醇生产用合成反应器，其特征在于：所述分水器包括分水器环管、分水器垂直支管、分水器水平支管和分水器出口管，所述分水器环管与冷却水进口连通，分水器环管顶部分出若干个分水器垂直支管，每个分水器垂直支管连通有一个分水器水平支管，分水器水平支管通过数个分水器出口管分别与数个管排的底部管排总管连通；
所述集水器包括集水器环管、集水器垂直支管、集水器水平支管和集水器入口管，所述集水器环管与冷却水出口相连通，集水器环管底部分出若干个集水器垂直支管，每个集水器垂直支管连通有一个集水器水平支管，集水器水平支管通过数个集水器入口管分别与数个管排的顶部管排总管连通。
3.根据权利要求1所述的煤制乙二醇生产用合成反应器，其特征在于：所述集气筒体包括顶部设置的端板、与管排相对应的被管排包围的集气筒透气筒体以及设于集气筒透气筒体下方的集气筒不透气筒体，所述条形窗口设于集气筒体的集气筒透气筒体上，所述进气筒体上的条形窗口的位置正对着相邻管排之间的缺口。
4.根据权利要求1所述的煤制乙二醇生产用合成反应器，其特征在于：所述集气筒体的端板与上封头之间焊接有倾斜设置的承重拉筋，所述反应器本体的底部装填有瓷球层，所述催化反应区的顶部放置催化剂压板。
5.根据权利要求1所述的煤制乙二醇生产用合成反应器，其特征在于：所述上封头上设有上人孔，所述外筒体的下方设有下人孔，所述下封头上设有出料口，所述裙座侧面开有检查孔。
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