由合成气制备乙二醇的高效管壳型固定床反应装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及由合成气制备乙二醇的装置，提供了一种由合成气制备乙二醇的高效管壳型固定床反应装置，包括管壳式反应器；管壳式反应器包括密闭的壳体、反应管、上花板和下花板，上花板和下花板分别固定在壳体内的上部和下部，反应管的两端穿过上花板和下花板，固定在上花板和下花板上，反应产物出口设置在壳体的底部，其特征在于，还包括气体分布器和水分布器，气体分布器设置在上花板的上部的壳体内，并与壳体顶部的反应气入口相连通，水分布器的一端插入下花板上方的壳体内。本实用新型的流程与设备简单，容易实施，投资小，传热过程高度强化，主反应物转化率极高，得以在工业上实施，并能稳定操作。
【专利说明】由合成气制备乙二醇的高效管壳型固定床反应装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及由合成气制备乙二醇的装置，特别是一种由合成气制备乙二醇的高效管壳型固定床反应装置。
【背景技术】
[0002]工业生产中的气、固相催化放热反应过程，常见的是在固定床反应器中进行。常规的管壳式固定床反应器，分为催化剂置于管内和置于管外的两种。管壁的另一侧则为用来移走催化剂床层中放热反应所产生热量的冷却介质。而以冷却介质的不同，又分为两大类，一类是以原料气或非原料气气体作为冷却介质，移走反应热，同时自身升温的连续反应一换热过程；另一类是以液态水作为冷却介质，移走反应热，同时副产蒸汽的过程。但是，这两类常规的管壳型气固相固定床反应器，较适合于单程转化率不太高、反应放热量不太强、催化剂的活性温区比较宽的化学反应工业过程。对于单程转化率很高的强放热反应，且催化剂的活性温区又较窄的情况，上述反应器则可能存在局部传热不佳、床层超温甚至飞温、损坏反应器、操作中断、生产停止等事故隐患。例如，对于以煤、天然气、页岩气和含CO、H2的工业废气等多种原料资源生产乙二醇过程中的原料一氧化碳气脱氢、亚硝酸酯与一氧化碳羰基合成草酸酯、草酸酯加氢合成乙二醇这三个高转化率、强放热、窄温区的特殊反应过程，恰恰存在这样的特性与潜在的隐患，而采用本专利的装置和技术，就能得到有效的应对与控制。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的是提供一种由合成气制备乙二醇的高效管壳型固定床反应装置，以克服现有技术存在的上述缺陷。
[0004]本实用新型的由合成气制备乙二醇的高效管壳型固定床反应装置，包括管壳式反应器；
[0005]所述管壳式反应器包括密闭的壳体、反应管、上花板和下花板；
[0006]所述上花板和下花板分别固定在所述壳体内的上部和下部，所述反应管的两端分别穿过上花板和下花板，并固定在上花板和下花板上；
[0007]反应产物出口设置在壳体的底部；
[0008]其特征在于，还包括气体分布器和水分布器；
[0009]所述气体分布器设置在上花板的上部的壳体内，并与壳体顶部的反应气入口相连通；
[0010]所述水分布器的一端插入下花板上方的壳体内。
[0011]本实用新型的装置，流程与设备简单，设计巧妙与合理，反应器内的几项改造措施容易实施，投资小。由于传热过程得到了高度强化，反应受控，使得类似以煤、天然气、页岩气和含CO、H2的工业废气等多种原料资源生产乙二醇中原料一氧化碳气脱氢、亚硝酸甲酯羰基合成草酸酯、草酸酯加氢合成乙二醇这样的主反应物转化率极高、反应放热量极大、催化剂的活性和操作温区极窄类型的催化放热反应过程，得以在工业上实施，并能稳定操作。【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为由合成气制备乙二醇的高效管壳型固定床反应装置结构示意图。
[0013]图2为反应器结构示意图。
[0014]图3为水分布器结构示意图。
[0015]【具体实施方式】
[0016]参见图1和图2，本实用新型的由合成气制备乙二醇的高效管壳型固定床反应装置，包括管壳式反应器2;
[0017]所述管壳式反应器2包括密闭的壳体201、反应管202、上花板203和下花板204 ；
[0018]所述上花板203和下花板204分别固定在所述壳体201内的上部和下部，所述反应管202的两端分别穿过上花板203和下花板204，并固定在上花板203和下花板204上；
[0019]反应产物出口设置在壳体201的底部；
[0020]其特征在于，还包括气体分布器6和水分布器7 ；
[0021]所述气体分布器6设置在上花板203的上部的壳体201内，并与壳体201顶部的反应气入口 201相连通；
[0022]所述水分布器7的一端插入下花板204上方的壳体201内；
[0023]进一步参见图1，所述的气体分布器6包括进气管601和设置在进气管601上的矩形或圆形气体分布口 602 ；
[0024]进一步，参见图3，所述水分布器7包括总环管701和与其相连通的设有分布小孔的分布管702，所述总环管701环绕在壳体201的下部外，且位于下花板204的上方，所述分布管702穿过壳体201并水平延伸至壳体201内，所述分布小孔设置在分布管702的下部;
[0025]优选的分布管702的数量为2?10个，沿壳体均匀分布；
[0026]进一步，参见图2，所述的管壳式反应器2，还包括环状和盘状交叉的导向构件8，所述导向构件8为波纹板或平板，所述导向构件8设置在上花板203和下花板204之间的壳体内；
[0027]进一步，参见图1，所述的由合成气制备乙二醇的高效管壳型固定床反应装置，还包括原料气预热器1、汽包3、循环泵4和补给泵5 ；
[0028]所述的原料气预热器I的预热气出口 101通过管线与所述的壳体顶部的反应气入口 206相连接；所述的原料气预热器I的加热热源，可为蒸汽，也可用反应器2出口的高温气体。
[0029]壳体201上部的水汽混合物出口 205通过管线与汽包3的水汽入口 301相连接，副产蒸汽出口 303设置在汽包3的顶部；
[0030]所述补给泵5通过管线与汽包3的补液口 304相连接；
[0031]所述水分布器7的另一端，即总环管701通过循环泵4与汽包3下部的冷凝出口302相连接。
[0032]本实用新型装置是这样操作的:
[0033]将原料气送入原料气预热器预热至反应温度后，从预热器的预热气出口 101流出，通过气体分布器6进入反应器的管程，在分成若干层、每层装填了催化剂:惰性物=1:5~1:0的反应管202内，自上而下流动，边发生受控制的强放热反应，边将反应热传给反应管202外，反应器壳程内处于强制高速流动、且由于波纹旋流导向折流板的强化湍动而实现高效传热的脱盐水的水汽混合物。脱盐水则由循环泵从汽包的底部通过管线引入，经过此泵升压后通过管线进入反应器壳程的下部，经过水分布器分布后，在高速流动剧烈湍动上升过程中，吸收大量的反应热，部分汽化，成为汽水混合物，从反应器壳程的上部引出，通过管线进入汽包。在汽包中实现汽、水分离后的副产蒸汽，从汽包顶部通过管线引出，剩余的水再通过循环泵返回反应器，形成强制循环回路。所消耗的脱盐水，由脱盐水补给泵从外系统通过管线引入而得到补充。
[0034]实施例1
[0035]亚硝酸甲酯羰基化合成草酸二甲酯反应器。反应器直径4.4m，总高12m。催化剂为球状，Φ4πmm;堆比重0.95 ± 0.05kg/L，催化剂装填量28m3，反应管Φ38Χ2.0mm，前部1/3高度区间催化剂:惰性物=1:1混装，后部2/3高度区间催化剂:惰性物=1:0装填，反应器内设置圆环、圆盘 形波纹旋流导向折流板、上部气体分布器与下部水分布支管等部件。
[0036]以煤、天然气、页岩气和含CO、H2的工业废气等制备的原料气，反应物进口组成(%)为
[0037]Mn 10 CO 20 NO 3 CH3OH 8 N2 59
[0038]反应器操作工艺条件为:反应器进口温度120°C，反应区温度120—145°C，反应压力 0.35 土 0.05MPa,空速 3000 ± 1000tr1。
[0039]在上述条件下，催化剂活性数据为:Mn转化率≥78%，DMO选择性≥98%。
[0040]反应器出口物料组成(％)为:
[0041]Mn 2.2 CO 12.6 NO 11.3 CH3OH 8.4 N2 61.4 DMO 4.1
[0042]在此条件下，草酸酯DMO的产量为18.36T/h，同时副产温度120°C、压力约0.1Mpa的蒸汽11.86T/h。
【权利要求】
1.由合成气制备乙二醇的高效管壳型固定床反应装置，包括管壳式反应器(2)，所述管壳式反应器(2 )包括密闭的壳体(201)、反应管(202 )、上花板(203 )和下花板(204 ); 所述上花板(203)和下花板(204)分别固定在所述壳体(201)内的上部和下部，所述反应管(202)的两端分别穿过上花板(203)和下花板(204)，并固定在上花板(203)和下花板(204)上，反应产物出口设置在壳体(201)的底部，其特征在于，还包括气体分布器(6)和水分布器(7)； 所述气体分布器(6)设置在上花板(203)的上部的壳体(201)内，并与壳体(201)顶部的反应气入口(201)相连通； 所述水分布器(7)的一端插入下花板(204)上方的壳体(201)内。
2.根据权利要求1所述的由合成气制备乙二醇的高效管壳型固定床反应装置，其特征在于，所述的气体分布器(6)包括进气管(601)和设置在进气管(601)上的矩形或圆形气体分布口(602)。
3.根据权利要求1所述的由合成气制备乙二醇的高效管壳型固定床反应装置，其特征在于，所述水分布器(7)包括总环管(701)和与其相连通的设有分布小孔的分布管(702)，所述总环管(701)环绕在壳体(201)的下部外，且位于下花板(204)的上方，所述分布管(702 )穿过壳体(201)并水平延伸至壳体(201)内，所述分布小孔设置在分布管(702 )的下部。
4.根据权利要求2所述的由合成气制备乙二醇的高效管壳型固定床反应装置，其特征在于，所述水分布器(7)包括总环管(701)和与其相连通的设有分布小孔的分布管(702)，所述总环管(701)环绕在壳体(201)的下部外，且位于下花板(204)的上方，所述分布管(702)穿过壳体(201)并水平延伸至壳体(201)内，所述分布小孔设置在分布管(702)的下部。
5.根据权利要求3所述的由合成气制备乙二醇的高效管壳型固定床反应装置，其特征在于，分布管(702)的数量为2?10个，沿壳体均匀分布。
6.根据权利要求1所述的由合成气制备乙二醇的高效管壳型固定床反应装置，其特征在于，所述的管壳式反应器(2)，还包括环状和盘状交叉的导向构件(8)，所述导向构件(8)为波纹板或平板，所述导向构件(8)设置在上花板(203)和下花板(204)之间的壳体内。
7.根据权利要求1?6任一项所述的由合成气制备乙二醇的高效管壳型固定床反应装置，其特征在于，还包括原料气预热器(I)、汽包(3)、循环泵(4)和补给泵(5); 所述的原料气预热器(I)的预热气出口(101)通过管线与所述的壳体顶部的反应气入口(206)相连接； 壳体(201)上部的水汽混合物出口(205)通过管线与汽包(3)的水汽入口(301)相连接，副产蒸汽出口(303)设置在汽包(3)的顶部； 所述补给泵(5)通过管线与汽包(3)的补液口(304)相连接； 所述水分布器(7)的另一端通过循环泵(4)与汽包(3)下部的冷凝出口(302)相连接。
【文档编号】C07C31/20GK203484135SQ201320566908
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】丁百全, 房鼎业 申请人:丁百全, 房鼎业