[發(fā)明專利]一種用于草酸酯加氫制乙二醇或酯加氫制醇的工業(yè)化板式反應(yīng)器

有效

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• 申請日: 2012-10-23
• 公開（公告）號: CN102895922A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王保明;王東輝;李玉江;徐長青
• 申請（專利權(quán)）人: 上海戊正工程技術(shù)有限公司
• 主分類號: B01J8/02
• 分類號: B01J8/02;C07C29/149;C07C31/20
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 許亦琳;余明偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適用于酯加氫制醇的工業(yè)化板式反應(yīng)器，尤其涉及一種適用于草酸酯加氫制乙二醇的工業(yè)化板式反應(yīng)器。

背景技術(shù)

乙二醇（MEG）是一種重要的有機化工原料，主要用于生產(chǎn)聚酯纖維、防凍劑、不飽和聚酯樹脂、潤滑劑、增塑劑、非離子表面活性劑以及炸藥等，此外還用于涂料、照相顯影液、剎車液以及油墨等行業(yè)，用作過硼酸銨的溶劑和介質(zhì)，用于生產(chǎn)特種溶劑乙二醇醚等，用途十分廣泛。

目前，草酸酯加氫制乙二醇的固定床反應(yīng)器基本采用列管式反應(yīng)器。列管式反應(yīng)器制作簡單，但在提高反應(yīng)能力方面有一定的局限性。一般，提高反應(yīng)能力主要通過提高換熱面積和催化劑裝填量來解決，也就是要加大列管的直徑或增加列管的數(shù)量。這樣會產(chǎn)生床層徑向溫度分布不均勻，導(dǎo)致反應(yīng)不易控制，而且增加副反應(yīng)的發(fā)生。此外，當(dāng)功率要求高到一定程度時，列管式反應(yīng)器體積較大，軸向和徑向較大的溫度差將導(dǎo)致系統(tǒng)能量效率降低，甚至使得反應(yīng)器中的加氫反應(yīng)無法正常運行。

草酸酯加氫制乙二醇的反應(yīng)為氣固相可逆催化放熱反應(yīng)，為保證放熱化學(xué)反應(yīng)的連續(xù)進行，需不斷移出反應(yīng)熱，以使反應(yīng)過程沿最佳溫度曲線進行。而目前工業(yè)上采用列管式反應(yīng)器為避免催化劑容易老化、使用壽命短等缺點，通常在實際中采用大量填裝催化劑，以加大備用系數(shù)，延長催化劑更換周期的方式，但太大的備用系數(shù)，增加了催化劑床層高度，因而大大增加了設(shè)備運行阻力和動力消耗。

草酸酯加氫制乙二醇反應(yīng)由于采用的是列管式固定床反應(yīng)器，一般在反應(yīng)器內(nèi)部存在熱點。對于該反應(yīng)，熱點溫度過高不僅會引起乙二醇過度加氫生成乙醇，而且會引起催化劑中銅的燒結(jié)，降低催化劑的使用壽命。

綜上所述，目前草酸酯加氫制乙二醇反應(yīng)存在如下缺點：一是采用管式換熱結(jié)構(gòu)，傳熱系數(shù)低，難以實現(xiàn)有效的傳熱強化；二是冷熱流是以非全逆流形式換熱，有效傳熱溫差小。由于以上兩方面的缺點，導(dǎo)致現(xiàn)有的草酸酯加氫制乙二醇反應(yīng)器內(nèi)部有效換熱面積較小，耗材多，設(shè)備造價高，而且體積龐大，安裝與維修都不方便。此外，由于以上設(shè)備結(jié)構(gòu)的缺點，使得反應(yīng)過程中的平均反應(yīng)溫度較低，導(dǎo)致草酸酯加氫反應(yīng)速率低，所需催化劑用量多，設(shè)備投資高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種氣體流動時阻力小、動力消耗低、可回收的熱量多、產(chǎn)量高、生產(chǎn)成本低的板式反應(yīng)器。解決和克服現(xiàn)有加氫反應(yīng)器內(nèi)部換熱結(jié)構(gòu)存在的管式換熱傳熱系數(shù)低，難于實現(xiàn)傳熱強化，冷熱流非全逆流換熱，即有效傳熱溫差小、體積大、安裝維修不方便、耗材多、造價高、以及平均反應(yīng)溫度較低，導(dǎo)致加氫反應(yīng)速率低、催化劑耗量大、投資大等的問題和缺點。本發(fā)明提供的板式氣固相催化反應(yīng)裝置，增大了腔內(nèi)傳熱系數(shù)，強化了傳熱，因此大大降低了熱點溫度，同時大大增加了催化劑利用系數(shù)、大幅降低了設(shè)備運行阻力并提高了裝置的生產(chǎn)能力。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種用于草酸酯加氫制乙二醇的工業(yè)化板式反應(yīng)器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)從上到下依次包括位于進口端的反應(yīng)器進口管、進口氣體分布器、換熱室、上端惰性填料層、中間徑向反應(yīng)床層、下端惰性填料層、出口氣體分布器和反應(yīng)器出口管；所述中間徑向反應(yīng)床層，由外到內(nèi)依次包括與上端惰性填料層連接的反應(yīng)器殼體內(nèi)壁與外分布筒間環(huán)隙、外分布筒、催化劑床層、內(nèi)分布筒和中心集氣管。

所述催化劑床層內(nèi)設(shè)換熱器，換熱器的換熱元件為板式換熱元件；所述板式換熱元件為預(yù)制成組的換熱板，所述換熱板為四邊形結(jié)構(gòu)，由兩塊金屬板焊接而成，同一反應(yīng)器內(nèi)的所有換熱板完全相同；由換熱板組成的換熱板組由頂部人孔裝入塔內(nèi)，埋于催化劑床層內(nèi)，換熱板組整體通過固定在反應(yīng)器殼體內(nèi)壁和中心集氣管外壁的環(huán)形筋板共同支撐。

所述換熱板組在催化劑床層內(nèi)的排列方式為：平行于催化劑床層徑向放置并且沿著同心的扇形排開，或者垂直于催化劑床層徑向近似于同心圓排列；流通在不同換熱板之間的反應(yīng)介質(zhì)，根據(jù)催化劑的性質(zhì)不同具有不同的錯流方式，目的是延長反應(yīng)介質(zhì)在板間的流通距離，并盡可能保證各反應(yīng)介質(zhì)流通路徑壓降接近相同；利用板式換熱器在反應(yīng)床層中的扇形排布位置，可以合理利用反應(yīng)器內(nèi)部熱量，汽化與反應(yīng)之間實現(xiàn)了較好的熱量耦合，從而達到增加傳熱效果、提高轉(zhuǎn)化率和選擇性的目的。

當(dāng)換熱板組平行于催化劑床層徑向放置并且沿著同心的扇形排開時，根據(jù)反應(yīng)器內(nèi)部空間的大小及換熱板本身的尺寸，沿同一徑向設(shè)一塊換熱板或依次設(shè)多塊換熱板；距離反應(yīng)器軸心相同距離的換熱板之間通過環(huán)形或圓形緊固箍固定。