本实用新型具体涉及一种乙二醇加氢反应器。
背景技术：
草酸加氢生成乙二醇是乙二醇制备的一个重要途径，在乙二醇加氢反应的过程中，会产生结焦现象，产生的结焦物会附着在催化剂的表面，造成催化剂的失效，结焦物会将催化剂相互粘结在一起，形成一个板状块，阻碍原料气的顺利扩散，影响原料气的反应效率。随着结焦物的增多，更多的催化剂失去活性，原料气的反应效率持续下降，当原料气的反应效率下将到一定程度时，就需要更换催化剂，以保证设备的运行效率。
加氢反应过程中的结焦现象已经成为制约加氢反应效率的一个重要因素，为了减少由于结焦而导致的催化剂失效现象，人们将催化剂由条状改为规则的片状，并将催化剂的收缩率由20％左右改为3％左右，改变催化剂的形状和收缩率，对减少结焦现象有一定的效果，但是并不能阻碍结焦现象的产生，结焦现象在目前尚无有效的解决方法。
当反应器中的结焦现象达到一定时，就需要对反应器中的催化剂进行全部更换，催化剂的更换不但需要消耗大量的人力，而且由于反应器内的操作空间有限，每次更换催化剂均需要较长的时间，另外，每次跟换催化剂时，都会损失一定量的催化剂。催化剂的更换以及催化剂更换是的损耗都会对反应器的使用效率以及产品成本造成一定的影响。
因此在无法完全解决结焦现象的情况下，如何提高催化剂的更换效率并降低更换时催化剂的损耗成为行业一个问题。
技术实现要素：
为提高催化剂的更换效率，并在此基础上降低催化剂更换时的消耗，本申请提出了一种反应器，该反应器设置了可拆卸的内径向框组件，使由于结焦原因而更换催化剂时，无需对全部催化剂进行更换，仅对部分形成有结焦物的催化剂进行更换即可，由此而减少了催化剂的更换时间，并相应地减少了更换催化剂时的损耗。具体的技术方案如下：
一种乙二醇加氢反应器，其包括呈筒状的壳体，在壳体内安装有至少三个换热部，每个换热部包括一个管束组件、连接管束组件上端的出水管组件和连接管束组件下端的进水管组件，出水管组件向上伸出壳体后形成出水管，进水管组件向下伸出壳体后形成进水管，每个管束组件包括若干根换热管；在壳体的顶端安装有合成气进口管，在壳体的底端安装有合成气出口管；
该乙二醇加氢反应器还包括触媒盖板组件、支撑组件、气体分布板和合成气进气管组件；
所述触媒盖板组件设置在壳体内部的上端，支撑组件设置在壳体内部的下端并位于触媒盖板组件的下侧，触媒盖板组件和支撑组件将壳体的内腔从上自下依次分为上腔部、中腔部和下腔部；
所述气体分布板呈上下开口的筒状，所述气体分布板内衬在壳体内并位于中腔部；气体分布板与壳体之间形成集气腔；
所述合成气进气管组件包括进气管和连接在进气管上的套管部，所述套管部包括下端封闭的中间管和外套在中间管外部的套管，套管与中间管之间形成用于装填催化剂的辅催化剂腔；所述合成气进气管组件可拆卸地安装在壳体内，且所述套管部至少部分位于气体分布板内，进气管经合成气进口管连通壳体的外部；所述合成气进气管组件能够经合成气进口管进出壳体内外；
在套管与气体分布板之间形成有用于装填催化剂的主催化剂腔；
在中间管上开设有连通辅催化剂腔与中间管的内腔的第一气孔，在套管上开设有连通辅催化剂腔与主催化剂腔的第二气孔；
在气体分布板上开设有连通集气腔与主催化剂腔的布气孔；
所述换热部的管束组件设置在主催化剂腔，管束组件环绕套管部均匀布置；
在支撑组件上开设有连通集气腔和下腔部的连通部；
出水管组件穿过触媒盖板组件，进水管组件穿过支撑组件。
在本实用新型中，专门设置了一个合成气进气管组件来替代目前的径向进气管，该设置了一个用于装填催化剂的辅催化剂腔，当本实用新型工作时，在该辅催化剂腔以及主催化剂腔中均装填有催化剂，从合成气进口管进入的原料气首先在辅催化剂腔中进行反应，然后在进入到主催化剂腔中进行，在反应过程中，结焦现象仅出现在辅催化剂腔中并慢慢将催化剂之间的孔隙堵塞，结焦现行并不出现在主催化剂腔中。当反应器运行到设定时间后，将合成气进气管组件通过合成气进口管取出，将辅催化剂腔中的催化剂进行更换，然后将完成催化剂更换的合成气进气管组件通过合成气进口管安装到外壳内，继续进行生产。采用本实用新型后，结焦现象仅出现在辅催化剂腔中的原因可能是由于：当原料气在刚进入辅催化剂腔中时，由于原料气中反应物的浓度较高，反应的推动力较大，反应过程中急剧放出大量的热，这使得在辅催化剂腔中的反应温度过高，部分原料中的有机部分出现析碳结焦现象，当原料气进入到主催化剂腔中后，原料气迅速扩散到整个主催化剂腔中，使反应物的浓度迅速降低，反应温度回到正常范围内，不再出现析碳结焦现象。当辅催化剂腔中的结焦现象达到一定程度后，即可对合成气进气管组件中辅催化剂腔中的催化剂更换，这时由于主催化剂腔中的催化剂尚处于正常情况，无需更换。当对合成气进气管组件中催化剂进行多次更换后，在主催化剂腔中的催化剂达到设定的更换时间后再进行更换。根据不同的原料气的浓度，需要对辅催化剂腔中的催化剂的结焦情况进行试验，以确定具体的更换时间。
由于减少了全部催化剂的更换次数，仅更换辅催化剂腔中的催化剂，由于辅催化剂腔中的催化剂的量仅占整个催化剂用量较少比例，因此可降低由于结焦而产生的催化剂的更换量，同时由于减少了催化剂的更换量，也减少了催化剂的消耗量。
由于主要对辅催化剂腔中的催化剂进行更换，且是在将合成气进气管组件取出壳体后进行更换，由此可以有效地降低催化剂的更换时间，尤其是在设置有合成气进气管组件的备用件时，可预先将作为备用件的合成气进气管组件完成催化剂的装填，在需要更换辅催化剂腔中的催化剂时，直接将作为备用件的合成气进气管组件安装到乙二醇加氢反应器中，可更有效地提高辅催化剂腔中催化剂的更换效率，提高乙二醇加氢反应器的使用效率。
进一步，在壳体内沿壳体的轴线方向设置有防护套，所述合成气进气管组件的套管部安装在该防护套内；在防护套上开设有连通防护套内外的连通孔。在防护套内不填充催化剂，使防护套形成一个相对的隔离空间，由于没有催化剂的干扰，使合成气进气管组件能够方便地安装到壳体内，避免在将合成气进气管组件取出后，主催化剂腔中的催化剂发生塌落，挤占合成气进气管组件的安装空间，延长合成气进气管组件的安装速度。
进一步，所述支撑组件包括支撑环、过气筒和触媒底板；所述支撑环呈环状，支撑环的外侧面固定连接在壳体的内侧面上，所述过气筒呈筒状，过气筒的下端连接在支撑环的内侧边缘；所述触媒底板密封安装在过气筒的上端；在过气筒上开设有作为连通部的通孔。
上述设计可以使从连通部出来的反应气的喷出方向朝向壳体的中央，使反应气能够较为均匀地布置到下腔部内，便于与换热部进行换热。
进一步，在触媒底板的下侧面的中间部安装有一催化剂出料管，该催化剂出料管的一端向上贯穿触媒底板后形成进催化剂出料管进口，催化剂出料管的另一端向下贯穿壳体后形成催化剂出料管出口；所述进水管组件包括开口朝上的下内封头，在下内封头的内侧安装有下内管板；所述下内封头固定安装在触媒底板上；该乙二醇加氢反应器还设置有支撑部，所述支撑部固定安装在下内封头上，或支撑部固定安装在下内管板上，或支撑部固定安装在触媒底板上；所述防护套的底部支持在支撑部上；在支撑部上设置出料通道，该出料通道连通主催化剂腔与催化剂出料管。
在该设计中，支撑部同时具有了两个作用，第一个作用是形成了连通主催化剂腔的出料通道，由于该出料通道是设置在主催化剂腔的下端，当打开催化剂出料管出口时，主催化剂腔中的催化剂会顺着催化剂出料管排出乙二醇加氢反应器，完成催化剂的卸料。同时由于催化剂出料管设置在触媒底板的下侧面的中间部，使主催化剂腔中的催化剂能够最大限度地自动排出。第二个作用是成为防护套的稳定件，由于防护套的底部支持在支撑部上，使防护套有利稳定的支撑，避免了防护套的自由晃动。
具体地，所述支撑部包括至少两块支撑板，所述支撑板沿外壳的轴线方向延伸，支撑板的下端固定连接在下内封头、下内管板或触媒底板上，在相邻的支撑板之间具有间隙，该间隙形成所述出料通道；所述防护套的底部支持在支撑板的顶部。采用支撑块作为支撑部，可是支撑部的结构简单化，降低设备的制造难度和维护难度。
进一步，在下腔部内安装有1-5层分割板，所述分割板将下腔部分割为若干分腔室，其中位于最下端的分腔室为集气室，其余分腔室中为用于装填催化剂的催化剂室，在分割板上开设有贯穿分割板的气道。在主催化剂腔、辅催化剂腔以及至少一个催化剂室装填催化剂后，可使本实用新型中的乙二醇加氢反应器具有径向和轴向反应段的反应器，其中合成气进气管组件中的辅催化剂腔成为径向绝热段，主催化剂腔成为径向均温段，催化剂室成为轴向绝热段。
具体地，在辅催化剂腔和主催化剂腔中装填有催化剂，在至少一个催化剂室中装填有催化剂；辅催化剂腔为径向绝热段，主催化剂腔为径向均温段，装填有催化剂的催化剂室为轴向绝热段；
当乙二醇加氢反应器工作时，原料气经合成气进口管进入到合成气进气管组件内，经进中间管上的第一气孔进入到辅催化剂腔，再经套管上的第二气孔后进入到主催化剂腔，然后经气体分布板上的布气孔进入到集气腔，再经连通部进入到催化剂室，最后依次经集气室和合成气出口管排出乙二醇加氢反应器。
在完成上述催化剂的装填后，本实用新型即成为具有径向和轴向的多段反应器，由于在主催化剂腔中设置有管束组件，具有较强的换热功能，能够使主催化剂腔中的反应温度稳定在设定范围内，成为主反应区，且为径向均温段。虽然换热部的进水管组件经过下腔部中的催化剂室，但是由于换热面积较少，无法将反应时所产生的热能全部置换走，使催化剂室成为轴向绝热段。
进一步，在进水管组件的外侧面上设置有换热翅片。增设换热翅片后可以有效地增大换热效果。
在具体的实施例中，所述进气管与中间管整体形成；或所述进气管与套管整体形成。部分部件成为整体形成后，可使设备的结构简单化。
进一步，合成气进口管包括设置有连接部的主进气管和可拆卸地连接在连接部上的压紧件，所述压紧件将合成气进气管组件稳定地保持在壳体内；在压紧件上设置有一通气孔，该通气孔连通合成气进气管组件的进气管。利用压紧件的可拆卸功能，可方便地将合成气进气管组件从合成气进口管装进和取出，在将合成气进气管组件装到壳体内后，将压紧件固定在主进气管上后即可将合成气进气管组件保持在壳体内，尤其是在设置防护套后，可更加方便地将合成气进气管组件保持在防护套内，当需要将合成气进气管组件取出时，将压紧件从主进气管上拆卸后，即可将合成气进气管组件取出。
附图说明
图1是本实用新型的一种实施例的结构示意图。
图2是合成气进气管组件的结构示意图。
图3是图1中A部分的放大图。
图4是图1中B部分的放大图。
具体实施方式
在本文中，所述的轴线方向，既图1中壳体10的中心轴线105的延伸方向。
请参阅图1，一种乙二醇加氢反应器，其包括呈筒状的壳体10，壳体包括圆筒状的筒体11、设置在筒体11上下端的上封头12和下封头13。在壳体10内安装有触媒盖板组件43、支撑组件3和气体分布板，触媒盖板组件43设置在壳体内部的上端，支撑组件3设置在壳体内部的下端并位于触媒盖板组件43的下侧，触媒盖板组件43和支撑组件3将壳体10的内腔从上自下依次分为上腔部101、中腔部102和下腔部103。在壳体10的顶端安装有合成气进口管14，在壳体10的底端安装有合成气出口管15，具体在本实施例中，合成气进口管14安装在上封头12的顶部，合成气出口管15安装在下封头13的底部。
气体分布板41呈上下开口的筒状，气体分布板41内衬在壳体10内并位于中腔部102内，气体分布板41的上端密封连接在触媒盖板组件43上，气体分布板41的下端密封连接在支撑组件3上，使气体分布板41与壳体10之间形成集气腔。在气体分布板41上开设有连通集气腔与下述的主催化剂腔62的布气孔，该布气孔在图中未显示。
在本实施例中安装有四个换热部，每个换热部包括一个管束组件6、连接管束组件上端的出水管组件和连接管束组件下端的进水管组件。
每个管束组件6由若干根呈折弯状的换热管61组成。
出水管组件包括上封头组件7和出水部8，上封头组件7包括上内封头72和焊接在上内封头72的开口端的上内管板71。出水部8包括连接在上内封头72上的上管道81和出水管83，上管道81和出水管83经金属软接头82连接在一起，使出水部具有一定的伸缩能力，以消除管道热胀冷缩所带来的变形，其中管道8的上端伸出上封头12。即出水管组件向上伸出壳体10后形成出水管。
本实施例中，触媒盖板组件43包括触媒盖板和连接在筒体11的内壁上的触媒盖板支承件，其中触媒盖板支承在触媒盖板支承件上。上内封头72密封穿过触媒盖板，即出水管组件密封穿过触媒盖板组件。
进水管组件包括下封头组件9和进水部2，下封头组件9包括下内封头92和焊接在下内封头92的开口端的下内管板91。进水部2包括连接在下内封头92上的下管道21和连接在下管道21上的进水管211，在进水管211的下端部安装有管帽22，进水口212设置在进水管的侧壁上。开工蒸汽管23从下向上贯穿管帽22后进入到进水管211内，排污管24连接在管帽22的下端。下内封头92密封穿过支撑组件3，即进水管组件密封穿过支撑组件。
换热管61的上下两端分别连接在上内管板71和下内管板91上。冷却水经进水口212进入后，依次经进水管211、下管道21后进入到下内封头92和下内管板91所形成的空腔内，然后进入到换热管61内进行换热，经过换热后的冷却水向上首先进入到上内封头72和上内管板71所形成的空腔内，再经上管道81、金属软接头82和出水管83后排出。
请参阅图2，合成气进气管组5包括进气管51和连接在进气管51上的套管部，套管部具体包括中间管512和外套在中间管512外部的套管52，底板53将中间管512和套管52的下端同时封闭，顶板58将中间管512与套管52的上端之间的间隙封闭，使中间管512与套管52之间形成用于装填催化剂的辅催化剂腔54。在中间管512与套管52之间设置有支撑件57，在支撑件57可有效地增强套管的整体强度。
合成气进气管组件5可拆卸地安装在壳体10内，且所述套管部至少部分位于气体分布板41内，进气管51的进口端56经合成气进口管14连通壳体10的外部；合成气进气管组件5能够经合成气进口管14进出壳体。
在套管52与气体分布板41之间形成有用于装填催化剂的主催化剂腔62。
在中间管512上开设有连通辅催化剂腔54与中间管512的内腔55的第一气孔，在套管52上开设有连通辅催化剂腔54与主催化剂腔62的第二气孔。
在本实施例中，所述支撑组件3包括支撑环31、过气筒32和触媒底板34；支撑环31呈环状，支撑环31的外侧面固定连接在壳体10的筒体11的内侧面上，过气筒32呈筒状，过气筒32的下端连接在支撑环31的内侧边缘；触媒底板34密封安装在过气筒32的上端；请同时参阅图4，在过气筒32上开设有通孔33，该通孔33作为连通集气腔和下腔部103的连通部。
在本实施例中，进水管组件的下封头组件9的下内封头92密封穿过触媒底板34。
请参阅图1，当本实施例中的乙二醇加氢反应器工作时，原料气经合成气进口管14进入到合成气进气管组件5内，再依次经进中间管512上的第一气孔、套管52上的第二气孔后进入到主催化剂腔62，然后经气体分布板41上的布气孔进入到集气腔，再经连通部即通孔33进入到下腔部103内，最后经合成气出口管15排出乙二醇加氢反应器。图1中的虚线100表示原料气从合成气进口管14到达下腔部103内的路线。
换热部的管束组件6设置在主催化剂腔62，管束组件6环绕套管部均匀布置。
为方便合成气进气管组件5的安装，并使合成气进气管组件5能够稳定地设置在壳体10内，在壳体10内还设置了一防护套，请参阅图3，防护套包括呈直管状的套筒42和将套筒42的下端封闭的套筒底板44。该防护套沿壳体10的轴线方向设置，套筒42的上端固定在触媒盖板上，套筒42的上端具有开口，该开口贯穿触媒盖板连通上腔部，合成气进气管组件5的套管部安装在该防护套内。在防护套上开设有连通防护套内外的连通孔。
为方便将主催化剂腔62中的催化剂排出，在触媒底板34的下侧面的中间部安装有一催化剂出料管，该催化剂出料管的一端向上贯穿触媒底板后形成进催化剂出料管进口，催化剂出料管的另一端向下贯穿壳体后形成催化剂出料管出口；具体在本实施例中，该催化剂出料管包括安装在在触媒底板34上出料接口35和连接在出料接口35下端的排出管36，该排出管36贯穿壳体10后形成连通壳体外部的出料管出口。
进水管组件的下内封头92的开口朝上，下内管板91的下端安装在下内封头92的内侧，下内封头92固定安装在触媒底板34上。在下内管板91的朝向筒体10的中心的一侧焊接有支撑板59，每个下内管板91上均焊接有一支撑板59，支撑板59沿外壳的轴线方向延伸，支撑板59的下端焊接在下内管板上，在相邻的支撑板之间具有间隙，该间隙形成连通主催化剂腔62与催化剂出料管的出料通道。所有的支撑板59及支撑板59之间的间隙形成支撑部，即支撑部上设置有出料通道，该出料通道连通主催化剂腔与催化剂出料管。
为保持防护套的稳定，防护套的底部支持在支撑板的顶部，具体在本实施例中，防护套的套筒底板44支持在支撑板59的顶部。即在本实施例中，支撑部同时具备了形成催化剂的出料通道以及支持防护套的双重作用。虽然在本实施例中，设置了四块支撑板，在其它实施例中，还可以仅设置2块或3块支撑板，当然也可以设置为更多块。支撑板均匀布置即可。
在其它实施例中，支撑块还可以固定在下内封头92上或固定在触媒底板44上。
为增加原料气的反应效率，在本实施例中，在下腔部103内水平安装有两块分割板，即第一分割板16和第二分割板17，两块分割板将下腔部103分割为三个分腔室，其中位于最下端的分腔室为集气室19，另外两个分腔室成为装填催化剂的催化剂室18，在两块分割板上开设有贯穿分割板的气道。可以理解，上述的分割板可以仅设置一块，即只有一个催化剂室，当然也可以设置有三块、四块或五块分割板，由此可设置有多个催化剂室。
在本实施例中，下管道21贯穿两个催化剂室18，为增强冷却水的换热效果，在下管道21的外侧面上设置有换热翅片25，且仅在位于两个催化剂室18内的下管道21的外侧面上设置换热翅片25。即在进水管组件的外侧面上设置有换热翅片。
在本实施例中，合成气进气管组件5中的包括进气管51、中间管512和套管52，其中进气管密封连接在中间管512上。可以理解，在其它实施例中，进气管与中间管可以采用一根连续直管制作，或进气管与套管采用一根连续直管制作，即进气管与中间管整体形成；或所述进气管与套管整体形成
为方便合成气进气管组件5方便进出壳体内，本实施例中的合成气进口管包括设置有连接部的主进气管141和可拆卸地连接在主进气管的连接部上的压紧件142，压紧件142将合成气进气管组件5稳定地保持在防护套内，即压紧件将合成气进气管组件稳定地保持在壳体10内。
具体在本实施例中，连接部为一法兰，压紧件142也为一法兰，且作为压紧件的法兰的中心孔的内径小于合成气进气管组件5的进气管51的外径，当将压紧件通过螺栓固定在连接部上时，就能够将合成气进气管组件5保持在防护套内。即在压紧件设置有一通气孔，该通气孔连通合成气进气管组件的进气管。
在壳体上还开设有连通主催化剂腔的第一催化剂进料口，分别连通两个催化剂室18的第二催化剂进料口和第三催化剂进料口。在壳体上还开设有连通两个催化剂室18的第二催化剂出料口和第三催化剂出料口，上述的催化剂进料口、第二催化剂进料口、第三催化剂进料口以及第二催化剂出料口和第三催化剂出料口在附图中均未示出。
在本实施例中，在辅催化剂腔和主催化剂腔中装填有催化剂，在两个催化剂室中装填有催化剂；辅催化剂腔为径向绝热段，主催化剂腔为径向均温段，装填有催化剂的催化剂室为轴向绝热段；当乙二醇加氢反应器工作时，原料气经合成气进口管进入到合成气进气管组件内，经进中间管上的第一气孔进入到辅催化剂腔，再经套管上的第二气孔后进入到主催化剂腔，然后经气体分布板上的布气孔进入到集气腔，再经连通部进入到催化剂室，最后依次经集气室和合成气出口管排出乙二醇加氢反应器。可以理解，可以仅在两个催化剂室中的任意一个装填有催化剂。