本实用新型涉及乙二醇制备技术领域，尤其指一种草酸二甲酯加氢合成乙二醇的装置。
背景技术：
乙二醇(Ethylene Glycol，简称EG)又名甘醇，是最简单和最重要的脂肪族二元醇，也是一种重要的有机化工原料，可用于生产多种化工产品，如聚酯纤维、防冻剂、不饱和聚酯树脂、润滑剂、增塑剂、非离子表面活性剂、炸药、涂料和油墨等，应用领域非常广泛。乙二醇在催化剂(二氧化锰、氧化铝、氧化锌或硫酸)作用下加热，可发生分子内或分子间失水。乙二醇能与碱金属或碱土金属作用形成醇盐。在制革和制药工业中，分别用作水合剂和溶剂。乙二醇的传统工业生产方法为环氧乙烷水合法。该路线工艺流程长、能耗高、乙二醇选择性低，该方法属于石油化工路线，对石油资源依赖性大，乙二醇价格随原油价格波动幅度大。因此，由以天然气或煤基原料为主的非石油路线制备乙二醇对于多煤少油的中国具有极其重要的意义。
合成气间接法合成乙二醇，即从一氧化碳出发，偶联得到草酸二酯，然后经草酸二酯催化加氢制乙二醇的碳一路线，是近来被公认为技术性和经济性较好的一种工艺路线。
1966年，美国联合石油公司公布了CO、醇和氧气在以PdCl2-CuCl2为催化剂的条件下，在125℃、7.0MPa下反应合成草酸二烷基酯的专利。反应方程式如下：
2ROH+2CO+1/2O2→(COOR)2+H2O
该方法由于使用含氯催化剂，设备腐蚀严重。另外，由于水是催化剂的强中毒物质，为保持反应体系无水状态，需要使用大量脱水剂，致使该反应过程经济性差，很难实现工业化。此后，美国ARCO公司和日本宇部兴产公司对催化剂体系进行了改进，但仍未能解决设备腐蚀问题。之后，宇部兴产公司和美国UCC公司联合开发了合成草酸二酯的新工艺路线，该工艺采用2％的以活性炭为载体的钯催化剂，在反应条件为90℃、9.8MPa下，引入亚硝酸酯，使CO与丁醇发生偶合，解决了原方法的腐蚀等问题，并建成一套6000吨/年草酸二丁酯的工业装置，但该方法草酸酯生成速率慢，副产物多，且加氢要在20MPa以上进行。1977年日本宇部兴产提出常压气相合成草酸酯技术，该技术以Pd/Al2O3为催化剂，在温度80～150℃、压力0.5MPa条件下，CO和亚硝酸甲酯或亚硝酸丁酯进行气相反应生成草酸酯，其收率达到98％。草酸二酯经净化后，在铜铬催化剂、3MPa、225℃条件下进行气相加氢反应生成乙二醇，乙二醇选择性为95％。20世纪80年代初，国内也开始了CO催化合成草酸酯及其衍生物产品草酸、乙二醇的研究。中国科学院福建物构所与南靖合成氨厂合作，利用合成氨装置回收的CO，在常压、150℃下催化偶联合成草酸二甲酯，然后以Cu/Cr为催化剂，进行草酸二甲酯的低压加氢，转化率达95％～100％，乙二醇选择性为80％～90％。“国家发展改革委关于规范煤化工产业有序发展的通知”《发改产业[2011]635号》中规定，为加强对煤化工产业发展的宏观调控和引导，禁止建设规模为20万吨/年以下的煤制乙二醇装置。《产业结构调整指导目录(2011年本)(2013修正)》第一类鼓励类第十一项第4条：20万吨/年及以上合成气制乙二醇。因此，合成乙二醇大型化为大势所趋。
现有一种专利号为CN201611070201.4名称为《一种电石联产乙二醇装置及方法》的中国发明专利公开了一种电石联产乙二醇装置及方法，涉及电石生产工艺尾气循环利用技术领域，为解决生产电石过程中产生的尾气污染环境的问题。所述电石联产乙二醇装置中，蓄热式电石生产单元的尾气出口与变压吸附提取一氧化碳单元连接；变压吸附提取氢气单元的氢气出口与乙二醇生产单元连接，变压吸附提取氢气单元的尾气出口与变压吸附提取一氧化碳单元连接；变压吸附提取一氧化碳单元的解析气出口与蓄热式电石生产单元连接，变压吸附提取一氧化碳单元的一氧化碳出口与乙二醇生产单元相连。所述电石联产乙二醇装置中，将生产电石时产生的尾气中提取出氢气和一氧化碳用于生产乙二醇，提高了生产电石过程中产生的尾气利用率，降低尾气排放量。然而，由于草酸二甲酯与氢气在装置中反应剧烈，该装置中的催化剂容易产生结焦现象，粘结在反应容器上，影响催化效果，清洗更换也十分不方便，因此该装置的结构还需进一步改进。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种草酸二甲酯加氢合成乙二醇的装置，具有占用空间小，反应时催化剂不易结焦，清洗方便的优点。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：本草酸二甲酯加氢合成乙二醇的装置，其特征在于：包括并联设置的第一加氢反应器和第二加氢反应器，气压平衡器，第三加氢反应器，所述第一加氢反应器与第二加氢反应器的进气口分别与能通入草酸二甲酯和氢气混合气的管道相连通，所述管道上设置有选择将混合气通入第一加氢反应器或第二加氢反应器的换向阀，所述第一加氢反应器和第二加氢反应器的出口与第三加氢反应器的进口相连通，所述第三加氢反应器的出口与乙二醇收集部相连通，所述第一加氢反应器，第二加氢反应器，第三加氢反应器分别与气压平衡器相连接。
作为改进，所述第一加氢反应器、第二加氢反应器为列管式反应器或板式反应器再或设置有列管与隔板的复合型反应器。
进一步改进，当第一加氢反应器、第二加氢反应器为列管式反应器或复合型反应器时，所述第一加氢反应器、第二加氢反应器中的列管长度为1～3m。
作为改进，所述第三加氢反应器为设置有列管与隔板的复合型反应器。
进一步改进，所述第三加氢反应器的体积大于第一加氢反应器或第二加氢反应器的体积。
作为改进，所述第一加氢反应器、第二加氢反应器、第三加氢反应器上均设置有压力传感器，温度传感器，所述第一加氢反应器、第二加氢反应器、第三加氢反应器和能通入草酸二甲酯和氢气混合气的管道上均设置有流量检测器。
与现有技术相比，本发明采用包括并联设置的第一加氢反应器和第二加氢反应器，气压平衡器，第三加氢反应器，所述第一加氢反应器与第二加氢反应器的进气口分别与能通入草酸二甲酯和氢气混合气的管道相连通，所述管道上设置有选择将混合气通入第一加氢反应器或第二加氢反应器的换向阀，所述第一加氢反应器和第二加氢反应器的出口与第三加氢反应器的进口相连通，所述第三加氢反应器的出口与乙二醇收集部相连通，所述第一加氢反应器，第二加氢反应器，第三加氢反应器分别与气压平衡器相连接。这种结构的优点在于：引入预加氢反应器模式，草酸二甲酯与氢气的混合气在第一加氢反应器和第二加氢反应器之间不停切换，反应器上部装填的催化剂升温不明显，不易出现结焦现象，能长时间保持催化剂的活性，从而降低催化剂的更换频率，提高生产乙二醇的效率，装置清洗也更为方便；加氢反应放热剧烈，气压变化快，气压平衡器能调节加氢反应器的压力，避免加氢反应器内部压力过大造成危险，同时能收集蒸汽再利用，降低了生产成本和能耗，提高了经济效益。
附图说明
图1为本实用新型实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
如图1所示，本实施例草酸二甲酯加氢合成乙二醇的装置，包括并联设置的第一加氢反应器1和第二加氢反应器2，气压平衡器4，第三加氢反应器3，所述第一加氢反应器1与第二加氢反应器2的进气口分别与能通入草酸二甲酯和氢气混合气的管道5相连通，所述管道5上设置有选择将混合气通入第一加氢反应器1或第二加氢反应器2的换向阀，所述第一加氢反应器1和第二加氢反应器2的出口与第三加氢反应器3的进口相连通，所述第三加氢反应器3的出口与乙二醇收集部相连通，所述第一加氢反应器1，第二加氢反应器2，第三加氢反应器3分别与气压平衡器4相连接。所述第一加氢反应器1、第二加氢反应器2为列管式反应器或板式反应器再或设置有列管与隔板的复合型反应器。当第一加氢反应器1、第二加氢反应器2为列管式反应器或复合型反应器时，所述第一加氢反应器1、第二加氢反应器2中的列管长度为1～3m。所述第三加氢反应器3为设置有列管与隔板的复合型反应器。所述第三加氢反应器3的体积大于第一加氢反应器1或第二加氢反应器2的体积。所述第一加氢反应器1、第二加氢反应器2、第三加氢反应器3上均设置有压力传感器，温度传感器，所述第一加氢反应器1、第二加氢反应器2、第三加氢反应器3和能通入革酸二甲酯和氢气混合气的管道上均设置有流量检测器。第一加氢反应器1与第二加氢反应器2共用一个气压平衡器4。
本草酸二甲酯加氢合成乙二醇的装置的使用方法，包括以下步骤：向管道中通入草酸二甲酯与氢气形成混合气，所述混合气中氢气与草酸二甲酯的比例为20～150；控制换向阀选择将混合气通入第一加氢反应器1或第二加氢反应器2中，进行加氢反应，反应压力1.5～4.0MPaG，反应温度145～285℃，催化剂体系为Cu/SiO2，反应为气相快速反应，反应时间1～10s；上述反应后的产物进入第三加氢反应器3中进行加氢反应，反应压力1.5～4.0MPaG，反应温度145～285℃，催化剂体系为Cu/SiO2，反应为气相快速反应，反应时间1～10s。第三加氢反应器3中的乙二醇从出口管离开第三加氢反应器3，出口管上的流量检测器进行检测，氢气补充装置向通入草酸二甲酯和氢气混合气的管道中补充氢气。第三加氢反应器3每年至少能生产10万吨乙二醇。
步骤二中，第一加氢反应器1或第二加氢反应器2中产生的蒸汽进入气压平衡器4中，压力降低的乙二醇回流至第一加氢反应器1或第二加氢反应器2中，部分蒸汽排出至外部，未反应的氢气通入至氢气循环管中。步骤三中，第一加氢反应器1或第二加氢反应器2中产生的蒸汽进入气压平衡器4中，压力降低的乙二醇回流至第一加氢反应器1或第二加氢反应器2中，部分蒸汽排出至外部，未反应的氢气通入至氢气循环管中。排出的蒸汽可通入至蒸汽收集部中，排出的蒸汽的压力为0.5MPa(G)，步骤四中，氢气的补入量为每吨乙二醇补充1500～1800Nm3氢气。MPa(G)代表表压力，Nm3是指在0摄氏度1个标准大气压下的气体体积，为公知技术。
工作原理：氢气与草酸二甲酯混合在第一加氢反应器或第二加氢反应器中发生加氢反应，反应后的产物进入第三加氢反应器中进行加氢反应，由于第三加氢反应器体积较大，能满足大规模生产要求，而第一加氢反应器和第二加氢反应器不停切换使用，因此催化剂升温不明显，不易结焦在反应器的内壁上，保持催化剂活性，清洗也更方便。