一种用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的耦合反应器的制作方法

本发明属于化学工艺技术领域，涉及一种耦合反应器，尤其是涉及一种用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的耦合反应器。

背景技术：

乙二醇是一种重要的有机化工原料，它可以与对苯二甲酸(pta)反应生成聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)，即聚酯树脂，可作为聚酯纤维和聚酯塑料的原料，这是目前乙二醇的最主要用途。乙二醇还可以与邻苯二甲酸、顺丁烯二酸和反丁烯二酸等多元酸反应生成相应的聚合物，统称醇酸树脂。其次，乙二醇还可直接用作防冻剂和配制发动机的冷却剂，乙二醇的二硝酸酯可用作炸药，同时也是生产增塑剂、油漆、胶粘剂、表面活性剂、炸药及电容器电解液等产品不可缺少的物质。

煤基合成气制乙二醇，是从合成气出发由co气相催化偶联合成草酸烷基酯，再加氢制备乙二醇，从原料上摆脱对石油资源的依赖，积极顺应乙二醇生产技术发展潮流，符合我国能源开发的发展战略。

煤基合成气制乙二醇的关键技术之一是草酸烷基酯加氢合成乙二醇反应器的开发。目前，工业装置中草酸烷基酯加氢合成乙二醇采用列管式反应器，该反应器属于轴向型，催化剂装于列管内，壳层走冷媒，单台反应器列管数达4000-5000根，反应器外径约4米，单台反应器乙二醇产能约7.5万吨/年。由于受到运输方面的限制，反应器直径不能过大，一般控制在4米左右，因而采用列管式反应器无法实现单台草酸烷基酯加氢反应器的大型化。另，现有列管式反应器换热能力有限，热点温度较高，导致过加氢产物生成量较多，乙二醇选择性无法进一步提高。

与轴向流反应器相比，径向反应器中具有流体流通面积大，催化剂床层薄，床层压降小的优点，近年来径向反应器在国内外多种化工领域中得到应用。专利cn202876771u公开了一种应用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的径向反应器，从上到下依次包括位于进口端的反应器进口管、进口气体分布器、换热室、上端惰性填料层、中间径向反应床层、下端惰性填料层、出口气体分布器和反应器出口管；所述中间径向反应床层，由外到内依次包括与上端惰性填料层连接的反应器壳体内壁与外分布筒间环隙、外分布筒、催化剂床层、内分布筒和中心集气管。该专利中反应器催化剂装填系数高，压降小，生产能力大，但是该径向反应器由于流体流通面积很大，催化剂床层较薄，存在流体沿轴向分布不均匀的可能性。另，由于上游dmo来料中含有对催化剂有破坏作用的杂质，缺乏保护床，较薄的径向床层无法保证催化剂的使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种气体分布均匀、床层温度分布合理、乙二醇选择性高、适应单系列大型化生产的用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的耦合反应器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的耦合反应器，包括上封头、下封头以及设置在上封头与下封头之间的反应器壳体，所述的上封头设有反应气体进口、冷媒出口以及人孔，所述的下封头设有反应气体出口、冷媒进口以及催化剂卸料口，所述的反应器壳体内部由上而下依次设有第一气体分布器、绝热反应段、第二气体分布器以及轴径向反应段。

所述的第一气体分布器、第二气体分布器为扩散式混合分布器或喷射式混合分布器。

所述的绝热反应段采用可拆卸的整体框式结构，包括一上一下平行设置的耐火瓷球层以及设置在两耐火瓷球层之间的绝热段催化剂层。

所述的轴径向反应段包括沿轴向设置在反应器壳体中的分流管、由内向外布设在分流管外侧的内多孔分布筒及外多孔分布筒，所述的内多孔分布筒与外多孔分布筒之间设有换热板对以及换热系统，所述的换热板对间装填有催化剂层。

所述的外多孔分布筒与反应器壳体之间设有集流管，所述的分流管位于内多孔分布筒的内侧，并位于反应器壳体的中心处。

所述的外多孔分布筒的开孔位置低于内多孔分布筒的开孔位置。

在实际设计时，外多孔分布筒的开孔位置与内多孔分布筒的开孔位置的高度差要能确保反应气体在此高度催化剂层中的最短停留时间不小于反应气体在轴径向反应段的平均停留时间。

在实际应用过程中，反应气体通过分流管进入催化剂层时，外多孔分布筒开孔位置上方的气流轴径向穿过催化剂层，外多孔分布筒开孔位置下方的气流径向穿过催化剂层，两部分气流在集流管汇合，沿集流管向下流动进入反应气体出口而流出。

所述的换热系统包括与冷媒进口相连通的冷媒进口管道、依次与冷媒进口管道相连通的冷媒分布器、冷媒集合器以及冷媒出口管道，该冷媒出口管道与冷媒出口相连通。

所述的冷媒分布器位于换热板对的底部，所述的冷媒集合器位于换热板对的顶部，所述的冷媒分布器通过换热板对与冷媒集合器相连通。

所述的换热板对以分流管为中心轴呈扇形排布，并且相邻两换热板对之间的间距为20-180mm。

所述的换热板对由两块换热板焊接而成，换热板对内侧面设有扰流翅片条，该扰流翅片条与换热板对之间呈30°角交叉，该交叉的开口方向与反应器中冷媒的流动方向相反，用于确保换热板对内冷媒处于湍流状态，增强移热效果，有效降低热点温度，以达到减少过加氢产物，提高乙二醇选择性的目的。

所述的草酸烷基酯为草酸二甲酯、草酸二乙酯或草酸二丁酯中的一种。

本发明耦合反应器内的催化剂为cu/sio2或以cu/sio2为基础的改性催化剂，并且所述的绝热反应段的高度为轴径向反应段高度的5％-20％。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)反应器入口处，设置均匀分布的扩散式(或喷射式)混合分布器，同时在催化剂床层的最上端装填惰性耐火瓷球，使反应气体均匀分布，防止气体偏流，保证反应器内轴向各处催化剂床层的负荷一致；

2)为了使催化剂床层温度升高，达到反应所需要的温度，提高催化剂床层利用率，在轴径向反应段的上面设置绝热反应段，由此还带来一个好处，该绝热反应段能有效地避免硫、磷、砷、氯、水等毒物对主体的轴径向反应段内催化剂的影响，进而显著提高了催化剂的整体使用寿命；

3)在换热板对内侧面设置扰流翅片条，确保换热板对内冷媒处于湍流状态，增强了移热效果，有效的降低了热点温度，以达到减少过加氢产物，提高乙二醇选择性的目的；

4)整体结构简单、紧凑，经济实用性好，安全稳定，具有反应气体分布均匀、床层温度分布合理、乙二醇选择性高，且能在不增加反应器直径的前提下大幅度提高反应器的生产能力等优点，工业应用前景好。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图中标记说明：

1、上封头，2、冷媒出口，3、反应器气体进口，4、人孔，5、绝热反应段，61、第一气体分布器，62、第二气体分布器，7、耐火瓷球层，8、绝热段催化剂层，9、冷媒出口管道，10、冷媒集合器，11、换热板对，12、壳体，13、轴径向反应段，14、外多孔分布器筒，15、内多孔分布器筒，16、集流管，17、分流管，18、催化剂层，19、冷媒分布器，20、冷媒进口管道，21、催化剂卸料口，22、反应气体出口，23、冷媒进口，24、下封头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

如图1所示，一种用于草酸烷基酯加氢合成乙二醇的耦合反应器，包括上封头1、下封头24以及设置在上封头1与下封头24之间的反应器壳体12，上封头1设有反应气体进口3、冷媒出口2以及人孔4，下封头24设有反应气体出口22、冷媒进口23以及催化剂卸料口21，反应器壳体12内部由上而下依次设有第一气体分布器61、绝热反应段5、第二气体分布器62以及轴径向反应段13。

其中，绝热反应段5采用可拆卸的整体框式结构，包括一上一下平行设置的耐火瓷球层7以及设置在两耐火瓷球层7之间的绝热段催化剂层8。

轴径向反应段13包括沿轴向设置在反应器壳体12中的分流管17、由内向外布设在分流管17外侧的内多孔分布筒15及外多孔分布筒14，内多孔分布筒15与外多孔分布筒14之间设有换热板对11以及换热系统，换热板对11间装填有催化剂层。外多孔分布筒14与反应器壳体12之间设有集流管16，分流管17位于内多孔分布筒15的内侧，并位于反应器壳体12的中心处。外多孔分布筒14的开孔位置低于内多孔分布筒15的开孔位置。换热系统包括与冷媒进口23相连通的冷媒进口管道20、依次与冷媒进口管道20相连通的冷媒分布器19、冷媒集合器10以及冷媒出口管道9，该冷媒出口管道9与冷媒出口2相连通。冷媒分布器19位于换热板对11的底部，冷媒集合器10位于换热板对11的顶部，冷媒分布器19通过换热板对11与冷媒集合器10相连通。

换热板对11以分流管17为中心轴呈扇形排布，并且相邻两换热板对11之间的间距为20-180mm。换热板对11内侧面设有扰流翅片条，该扰流翅片条与换热板对11之间呈30°角交叉，该交叉的开口方向与反应器中冷媒的流动方向相反，用于确保换热板对内冷媒处于湍流状态，增强移热效果，有效降低热点温度，以达到减少过加氢产物，提高乙二醇选择性的目的。

本实施例中，第一气体分布器61、第二气体分布器62为扩散式混合分布器或喷射式混合分布器。在实际设计时，外多孔分布筒14的开孔位置与内多孔分布筒15的开孔位置的高度差要能确保反应气体在此高度催化剂层中的最短停留时间不小于反应气体在轴径向反应段的平均停留时间。本实施例耦合反应器内的催化剂为cu/sio2或以cu/sio2为基础的改性催化剂，并且绝热反应段5的高度为轴径向反应段13高度的5％-20％。

在实际应用过程中，反应气体通过分流管17进入催化剂层时，外多孔分布筒14开孔位置上方的气流轴径向穿过催化剂层，外多孔分布筒14开孔位置下方的气流径向穿过催化剂层，两部分气流在集流管16汇合，沿集流管16向下流动进入反应气体出口而流出。

本实施例用于草酸二甲酯加氢合成乙二醇的绝热-轴径向耦合反应器，单台直径为4.0米，装填以cu/sio2为基础的改性催化剂90m³，乙二醇产能为15万吨/年，在热点温度195度，压力3.0mpa，草酸烷基酯转化率为100％，乙二醇选择性为98％。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。