[實(shí)用新型]列管式固定床反應(yīng)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220505531.2
• 申請(qǐng)日: 2012-09-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN202823318U
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王克敬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 神華集團(tuán)有限責(zé)任公司;中國(guó)神華煤制油化工有限公司;中國(guó)神華煤制油化工有限公司北京工程分公司
• 主分類號(hào): B01J8/06
• 分類號(hào): B01J8/06
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 李丙林;余剛

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及化學(xué)合成反應(yīng)器領(lǐng)域，尤其是涉及一種列管式固定床反應(yīng)器。

背景技術(shù)

乙二醇作為基本有機(jī)化工原料必不可少，傳統(tǒng)制備乙二醇的方法為將石油通過(guò)乙烯氧化、環(huán)氧乙烷水解制備乙二醇。在世界石油資源日益減少、特別是我國(guó)富煤少油的能源狀況下，采用煤制合成氣生產(chǎn)乙二醇方法補(bǔ)充或替代傳統(tǒng)方法顯得尤為具有現(xiàn)實(shí)意義。現(xiàn)有煤制合成氣生產(chǎn)乙二醇方法如下：

首先，通過(guò)煤氣化等技術(shù)制得的含有一氧化碳和氫氣為主要成分的粗合成氣，經(jīng)過(guò)一氧化碳變換、二氧化碳和硫化氫等酸性氣體的脫除等步驟，得到一氧化碳和氫氣等有效混合合成氣，再通過(guò)適當(dāng)?shù)姆蛛x工藝分別得到高純度的一氧化碳（CO）和氫氣（H₂）兩種原料氣體。

其次，利用CO和H₂生產(chǎn)乙二醇，其生產(chǎn)工藝主要有以下兩個(gè)反應(yīng)步驟：

（1）氣相CO與亞硝酸甲酯在鈀催化劑的作用下,經(jīng)過(guò)催化羰化、偶聯(lián)生成草酸二甲酯,反應(yīng)式如下：

2CO+2CH₃ONO→(COOCH₃)₂+2NO??????????????(1)

此反應(yīng)是在管內(nèi)裝有以氧化鋁作載體的鈀催化劑（由催化劑供應(yīng)商提供）的列管式固定床反應(yīng)器中進(jìn)行，進(jìn)入反應(yīng)器管內(nèi)的原料氣中一氧化碳量為25～90%、亞硝酸酯量為5～40%，反應(yīng)器出口物料有產(chǎn)物草酸二甲酯、一氧化氮以及少量未反應(yīng)的原料氣等，反應(yīng)條件為溫度110～200℃、壓力0.1～0.6MPa、反應(yīng)接觸時(shí)間0.1～20秒。此反應(yīng)屬?gòu)?qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱通過(guò)加熱管外鍋爐給水產(chǎn)生低壓蒸汽移除，補(bǔ)充的鍋爐給水在氣液分離器與列管式固定床反應(yīng)器的管外建立循環(huán)，通過(guò)氣液分離器引出低壓蒸汽用作工藝蒸汽和加熱蒸汽。

（2）由步驟（1）所生成的氣相的草酸二甲酯（(COOCH₃)₂）和氫氣在催化劑的作用下進(jìn)行草酸二甲酯加氫反應(yīng)，生成乙二醇，反應(yīng)式如下：

(COOCH₃)₂+4H₂→(CH₂OH)₂+2CH₃OH????????(2)

此反應(yīng)是在管內(nèi)裝有Cu/SiO₂催化劑的列管式固定床反應(yīng)器中進(jìn)行，進(jìn)料氣中的氫氣與氣相的草酸二甲酯的摩爾比為40～120，出反應(yīng)器的物料為產(chǎn)物乙二醇、甲醇、少量未反應(yīng)的草酸二甲酯、過(guò)量的氫氣以及副產(chǎn)物，反應(yīng)條件為溫度150～250℃、壓力1～3MPa。此反應(yīng)也屬?gòu)?qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱通過(guò)加熱管外鍋爐給水產(chǎn)生低壓蒸汽移除，補(bǔ)充的鍋爐給水在氣液分離器與列管式固定床反應(yīng)器的管外建立循環(huán)，通過(guò)氣液分離器引出低壓蒸汽用作工藝蒸汽和加熱蒸汽。

在上述煤制合成氣生產(chǎn)乙二醇方法的步驟（1）中CO催化生成草酸二甲酯的“合成反應(yīng)”和步驟（2）中草酸二甲酯催化加氫生成乙二醇的“加氫反應(yīng)”都是強(qiáng)放熱反應(yīng)，進(jìn)行這兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備都采用列管式固定床反應(yīng)器。一種常見(jiàn)的列管式固定床反應(yīng)器包括依次連接的上封頭、筒體、以及下封頭，上封頭與筒體之間通過(guò)第一管板隔離，所述下封頭與所述筒體之間通過(guò)第二管板隔離。所述上封頭內(nèi)部具有通過(guò)第一管板密封的進(jìn)料腔，所述筒體內(nèi)部具有通過(guò)第一管板和第二管板密封的降溫腔，所述下封頭內(nèi)部具有通過(guò)第二管板密封的反應(yīng)產(chǎn)物收集腔。其中降溫腔內(nèi)設(shè)置有多個(gè)連通進(jìn)料腔與反應(yīng)產(chǎn)物收集腔的反應(yīng)器列管。通過(guò)將反應(yīng)氣通入至進(jìn)料腔中，并匯合催化劑一起通入到反應(yīng)器列管中，在反應(yīng)器列管中進(jìn)行“合成反應(yīng)”或“加氫反應(yīng)”，生成的產(chǎn)物流至反應(yīng)產(chǎn)物收集腔。

現(xiàn)有的這種列管式固定床反應(yīng)器在使用中，原料氣體被輸送至列管式固定床反應(yīng)器的進(jìn)料腔中后，向反應(yīng)器列管分配時(shí)，由于進(jìn)料腔中流場(chǎng)紊亂而造成進(jìn)入各反應(yīng)器列管中的氣量分配不均，氣體在列管中向下流動(dòng)并發(fā)生反應(yīng)的狀況將會(huì)有較大差異，一部分氣量較大的反應(yīng)管內(nèi)氣流速度較快，到達(dá)反應(yīng)產(chǎn)物收集腔后有部分原料氣沒(méi)有發(fā)生反應(yīng)，這部分未發(fā)生反應(yīng)的原料氣的回流利用會(huì)造成更大氣量的循環(huán)，將消耗更多的壓縮功；而一部分進(jìn)入氣量較小的反應(yīng)管內(nèi)，氣流速度較慢，會(huì)造成上部某段發(fā)生劇烈反應(yīng)而大量放熱，嚴(yán)重時(shí)將催化劑燒結(jié)，使催化劑失去活性，即俗稱的“飛溫”現(xiàn)象。

為了克服這個(gè)問(wèn)題，有時(shí)在這種列管式固定床反應(yīng)器的設(shè)計(jì)制造中會(huì)增加進(jìn)料腔的高度，使進(jìn)料腔中有足夠的空間來(lái)均化氣流發(fā)布，避免各反應(yīng)器列管中氣量分配不均而造成麻煩，但是這樣做的結(jié)果會(huì)增大反應(yīng)器的投資、更高的設(shè)備引起操作不便。