一種用于合成氣制乙二醇工藝的新型加氫反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及合成氣制乙二醇工藝，尤其是涉及一種新型高效用于合成氣制乙二醇工藝的新型加氫反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在生產(chǎn)乙二醇工藝中，合成氣經(jīng)草酸二甲酯(DMO)生產(chǎn)乙二醇(EG)的工藝具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。DMO加氫是一個(gè)串聯(lián)反應(yīng)，首先DMO加氫生成中間產(chǎn)物乙醇酸甲酯(MG)，MG再加氫生成EG，EG過度加氫則生成副產(chǎn)物乙醇和1，2_ 丁二醇等，同時(shí)還有較多其他副反應(yīng)發(fā)生。因此，DMO加氫反應(yīng)對(duì)溫度極其敏感，即使很小的溫度偏差都會(huì)對(duì)原料轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)物組成產(chǎn)生巨大的影響。DMO加氫反應(yīng)過程迅速，放熱大而且快。由于反應(yīng)對(duì)溫度敏感，生產(chǎn)過程一般使用接近反應(yīng)溫度的飽和水作為冷卻介質(zhì)，因此冷卻介質(zhì)與反應(yīng)物溫差小，同時(shí)要求同一水平截面的溫差以及熱點(diǎn)溫度與飽和水之間的溫差控制在較小的范圍內(nèi)；反應(yīng)介質(zhì)的熱導(dǎo)率低，催化劑床層總體的導(dǎo)熱系數(shù)小；反應(yīng)介質(zhì)的熱容較小，溫度易波動(dòng)。綜上所述，DMO加氫反應(yīng)對(duì)移熱過程要求苛刻，反應(yīng)器內(nèi)需要采用換熱效率高的取熱元件。目前DMO加氫反應(yīng)過程中草酸二甲酯的轉(zhuǎn)化率已達(dá)約99%，乙二醇選擇性已達(dá)94-97%，若能夠精確控制溫度，使乙二醇選擇性提高0.5%或更多，效益會(huì)得到進(jìn)一步提尚O
[0003]現(xiàn)有的管殼式DMO加氫反應(yīng)器具有以下問題:列管的傳熱系數(shù)不高，需要較多的換熱面積，反應(yīng)器體積較大；催化劑裝填在列管內(nèi)，通常一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)列管數(shù)量有成千或上萬根，催化劑裝卸工作量大，檢漏維修等較為復(fù)雜；在提高單臺(tái)設(shè)備產(chǎn)量時(shí)，列管式反應(yīng)器往往面臨壓降大、熱點(diǎn)溫度高以及體積過大等問題。
[0004]中國專利ZL 201210407137.X公開了一種用于草酸酯加氫制乙二醇的工業(yè)板式反應(yīng)器，所述反應(yīng)器為徑向反應(yīng)器，所述反應(yīng)器的換熱裝置為預(yù)制成組的換熱板和冷管，可以克服管式反應(yīng)器催化劑裝填量小、壓降大、大規(guī)模生產(chǎn)需要臺(tái)數(shù)多等缺點(diǎn)。但是該反應(yīng)器存在以下不足:反應(yīng)器為徑向，內(nèi)部設(shè)置分流管和集流管，且換熱組件為換熱板和冷管，這些結(jié)構(gòu)都將導(dǎo)致裝填同樣體積催化劑時(shí)，與普通列管式反應(yīng)器相比，該反應(yīng)器體積較大；該反應(yīng)器內(nèi)的換熱板與催化劑接觸的一側(cè)為平行板翅結(jié)構(gòu)，板翅間距為0.1?0.5mm,且該文獻(xiàn)中描述道催化劑顆粒尺寸為3.2?5.5X3.2?5.5mm,顯然催化劑不能裝填在板翅之間，而反應(yīng)氣體易從板翅之間通過，造成反應(yīng)氣體短路，板及板翅的總體熱阻提高，傳熱效果下降，催化劑床層的熱量積累，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率下降，催化劑壽命縮短；該反應(yīng)器冷管橫截面形狀為三角形、梯形、正方形、菱形或平行四邊形，冷管內(nèi)沒有其他構(gòu)件，如若在草酸酯加氫反應(yīng)中要承受約40公斤的設(shè)計(jì)壓力下，該冷管的壁會(huì)非常厚，設(shè)備制造成本上升；設(shè)備構(gòu)造較多，檢漏維修工作復(fù)雜，且催化劑裝卸不方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)調(diào)整靈活、換熱效率高、選擇性高、催化劑裝填方便的用于合成氣制乙二醇工藝的新型加氫反應(yīng)器。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種用于合成氣制乙二醇工藝的新型加氫反應(yīng)器，其特征在于，該反應(yīng)器包括反應(yīng)器外殼、換熱板對(duì)束、冷卻介質(zhì)分配總管和支管、冷卻介質(zhì)收集總管和支管；所述的反應(yīng)器外殼底部設(shè)有冷卻介質(zhì)入口，頂部設(shè)有冷卻介質(zhì)出口，所述的換熱板對(duì)束一端通過冷卻介質(zhì)分配總管和支管連接反應(yīng)器外殼的冷卻介質(zhì)入口，另一端通過冷卻介質(zhì)收集總管和支管連接反應(yīng)器外殼的冷卻介質(zhì)出口。所述的換熱板對(duì)束由多個(gè)換熱板對(duì)組成，各換熱板對(duì)內(nèi)為板程，相鄰換熱板對(duì)之間裝填催化劑，為殼程，草酸二甲酯和氫氣原料氣進(jìn)入反應(yīng)器后走殼程，并經(jīng)催化劑催化反應(yīng)生成乙二醇，冷卻流體走板程，帶走反應(yīng)放出的熱量。
[0007]所述的換熱板對(duì)束由多個(gè)換熱板對(duì)組成，相鄰換熱板對(duì)之間裝填催化劑，根據(jù)反應(yīng)放熱量、傳熱系數(shù)、反應(yīng)物料和催化劑的熱容以及對(duì)溫度波動(dòng)的要求等參數(shù)調(diào)節(jié)板對(duì)之間的間距。
[0008]所述的換熱板對(duì)由兩張金屬板片通過焊接形成一個(gè)密閉的板程腔體，僅在兩端各留一通口，各換熱板對(duì)底部通口通過冷卻介質(zhì)分配支管連接至冷卻介質(zhì)分配總管，頂部通口通過冷卻介質(zhì)收集支管連接至冷卻介質(zhì)收集總管；相鄰換熱板對(duì)之間為殼程，反應(yīng)氣體從上而下流經(jīng)殼程，并通過催化劑催化反應(yīng)，冷卻介質(zhì)自下向上經(jīng)板程腔體流動(dòng)，進(jìn)行換熱。
[0009]組成換熱板對(duì)的兩張金屬板片中間上均勻設(shè)置了多個(gè)觸點(diǎn)，多個(gè)觸點(diǎn)交錯(cuò)設(shè)置，觸點(diǎn)密度為200?5000個(gè)/ m2，觸點(diǎn)間距為20?100mm。優(yōu)選觸點(diǎn)密度為1700?2200個(gè)/ m2，觸點(diǎn)間距為20?25_
[0010]多對(duì)換熱板對(duì)平行設(shè)置，其底部設(shè)置支撐件，頂部設(shè)有控制各換熱板對(duì)間間距的換熱板定距件，板對(duì)間距為10?200mm。優(yōu)選板對(duì)間距為20?80mm。
[0011]所述的支撐件為設(shè)置在多對(duì)換熱板對(duì)底部的長條形卡槽a，該卡槽上設(shè)有多個(gè)卡P ;
[0012]所述的換熱板定距件為設(shè)置在多對(duì)換熱板對(duì)頂部的長條形卡槽b，該卡槽上設(shè)有多個(gè)卡口 ；
[0013]各換熱板對(duì)底部插入支撐件卡口中，頂部插入對(duì)應(yīng)的定距件卡口中，通過調(diào)整換熱板對(duì)在卡口的位置，調(diào)節(jié)換熱板對(duì)的間距。
[0014]所述的催化劑為草酸二甲酯加氫反應(yīng)使用的催化劑，包括Cu0-Si02€，裝填方式為均勻密實(shí)裝填。由于本發(fā)明反應(yīng)器中相鄰換熱板對(duì)間的間距可調(diào)，因此，DMO加氫采用的催化劑，無論顆粒粒徑的大小是多少，都能均勻地進(jìn)行裝填。
[0015]所述的冷卻介質(zhì)收集總管與反應(yīng)器外殼的冷卻介質(zhì)出口之間的連接管道上設(shè)有膨脹節(jié)，用以吸收換熱板對(duì)束的熱應(yīng)力。
[0016]所述的反應(yīng)器外殼包括筒體、上封頭、人孔、下封頭、反應(yīng)氣體進(jìn)口、產(chǎn)物氣體出口、冷卻介質(zhì)入口、冷卻介質(zhì)出口以及催化劑卸料口。
[0017]所述的換熱板對(duì)束從上封頭吊裝進(jìn)反應(yīng)器筒體，由支撐件支撐固定，反應(yīng)器可以現(xiàn)場(chǎng)組裝；催化劑直接從反應(yīng)器上封頭或者人孔逐個(gè)換熱板對(duì)間進(jìn)行裝填，從下封頭卸料口卸出；冷卻介質(zhì)為接近反應(yīng)溫度的飽和水，出反應(yīng)器時(shí)為汽水混合物。
[0018]本發(fā)明新型加氫反應(yīng)器中，催化劑裝填在換熱板對(duì)與換熱板對(duì)之間，即反應(yīng)器殼程，原料氣從反應(yīng)氣體進(jìn)口進(jìn)入反應(yīng)器殼程，沿軸向平推流通過催化劑床層，產(chǎn)物氣體從反應(yīng)器另一端產(chǎn)物氣體出口流出；冷卻介質(zhì)從反應(yīng)器底部由分配總管和分配支管進(jìn)入板內(nèi)，由收集支管和總管集合后排出反應(yīng)器，兩種流體逆流換熱。
[0019]換熱板對(duì)上的若干觸點(diǎn)交錯(cuò)排列，使冷卻介質(zhì)流體內(nèi)部劇烈湍動(dòng)，加快流體內(nèi)部的熱量傳遞，使冷卻介質(zhì)內(nèi)部溫度梯度幾乎為零；由于觸點(diǎn)的多次連續(xù)擾動(dòng)，冷卻介質(zhì)流體一直處于湍流狀態(tài)，流體沒有邊界層，流體與板的熱量交換一直處于強(qiáng)制對(duì)流換熱狀態(tài)；由于板對(duì)的凹凸不平的表面，當(dāng)冷卻介質(zhì)發(fā)生相變時(shí)，產(chǎn)生的小汽泡不易匯聚成大氣泡，更不會(huì)在板表面聚成大的氣膜，傳熱形式能夠確保為沸騰傳熱，傳熱系數(shù)高。
[0020]由于冷卻介質(zhì)側(cè)高效的傳熱效率，而催化劑側(cè)的傳熱系數(shù)小的多，使得板壁面的溫度非常接近冷卻介質(zhì)的溫度，可以提供反應(yīng)側(cè)與冷卻側(cè)的最大溫差，使得反應(yīng)熱量最大程度地被冷卻介質(zhì)帶走。
[0021]反應(yīng)側(cè)氣體在靠近換熱元件壁面處，往往會(huì)形成氣膜，該氣膜產(chǎn)生的熱阻在反應(yīng)側(cè)總熱阻中占比重非常大。而在該新型板對(duì)表面，由于其形狀凹凸不平，對(duì)氣膜形成了積極的擾動(dòng)作用，得以使氣膜更新速度加快，從而減小其熱阻，提高反應(yīng)側(cè)整體的傳熱系數(shù)。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0023]一、換熱效率高，DMO加氫的轉(zhuǎn)化率高及選擇性好。新型板對(duì)的觸點(diǎn)和凹凸不平的表面強(qiáng)化了兩側(cè)流體的擾動(dòng)，增強(qiáng)了換熱效率，反應(yīng)熱及時(shí)移走，可降低熱點(diǎn)溫度，同時(shí)反應(yīng)溫度平緩分布，更接近等溫反應(yīng)，從而減少副反應(yīng)的發(fā)生，提高選擇性，降低單位產(chǎn)品的原料消耗，提高效益，也使產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定可靠。同時(shí)板對(duì)之間間距可調(diào)性強(qiáng)，可以根據(jù)放熱量及溫度變化的要求，調(diào)節(jié)板對(duì)的間距，滿足反應(yīng)要求。
[0024]二、同樣催化劑裝填量，該新型加氫反應(yīng)器的體積相對(duì)較小。在同樣催化劑裝填量，反應(yīng)器高度相同，板對(duì)間距與管徑相當(dāng)即催化劑厚度相同的情況下，保證足夠的換熱面積，該新型反應(yīng)器的直徑大約是管殼式反應(yīng)器直徑的70%左右，體積約是管殼式反應(yīng)器的40 %左右，反應(yīng)器體積大大減小，反應(yīng)器有擴(kuò)大空間，能夠裝載更多催化劑，有利于提尚單臺(tái)反應(yīng)器產(chǎn)量，有利于設(shè)備大型化。
[0025]三、催化劑裝填簡(jiǎn)便。催化劑裝填在該新型反應(yīng)器殼程，板對(duì)與板對(duì)之間，板對(duì)之間無觸點(diǎn)，板對(duì)數(shù)量通常在幾十或幾百，遠(yuǎn)少于列管數(shù)量，裝填工作量小。
[0026]四、易于安裝、運(yùn)輸和維修。板式換熱組件作為整體，可以直接吊裝進(jìn)反應(yīng)器，板對(duì)兩側(cè)沒有管板，反應(yīng)器可以現(xiàn)場(chǎng)組裝，減少運(yùn)輸成本，板對(duì)數(shù)量少，檢查和維修工作簡(jiǎn)單。
【附圖說明】
[0027]圖1