專(zhuān)利名稱(chēng)：用于以煤和天然氣制備乙二醇的管殼型固定床反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于以煤和天然氣制備乙二醇的管殼型固定床反應(yīng)裝置，尤 其涉及一種強(qiáng)制循環(huán)高效傳熱的管殼型固定床反應(yīng)裝置。
技術(shù)背景 工業(yè)生產(chǎn)中的氣、固相催化放熱反應(yīng)過(guò)程，常見(jiàn)的是在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行。常 規(guī)的管殼式固定床反應(yīng)器，分為催化劑置于管內(nèi)和置于管外的兩種。管壁的另一側(cè)則為用 來(lái)移走催化劑床層中放熱反應(yīng)所產(chǎn)生熱量的冷卻介質(zhì)。而以冷卻介質(zhì)的不同，又分為兩大 類(lèi)，一類(lèi)是以原料氣或非原料氣氣體作為冷卻介質(zhì)，移走反應(yīng)熱，同時(shí)自身升溫的連續(xù)反 應(yīng)-換熱過(guò)程；另一類(lèi)是以液態(tài)水作為冷卻介質(zhì)，移走反應(yīng)熱，同時(shí)副產(chǎn)蒸汽的過(guò)程。但是， 這兩類(lèi)常規(guī)的管殼型氣固相固定床反應(yīng)器，較適合于單程轉(zhuǎn)化率不太高、反應(yīng)放熱量不太 強(qiáng)、催化劑的活性溫區(qū)比較寬的化學(xué)反應(yīng)工業(yè)過(guò)程。對(duì)于單程轉(zhuǎn)化率很高的強(qiáng)放熱反應(yīng)，且 催化劑的活性溫區(qū)又較窄的情況，上述反應(yīng)器則可能存在傳熱不佳、床層超溫甚至飛溫、損 壞反應(yīng)器、操作中斷、生產(chǎn)停止等事故隱患。例如，適用于以煤和天然氣制備乙二醇過(guò)程中 的原料一氧化碳?xì)饷摎?、亞硝酸酯與一氧化碳羰基合成草酸酯、草酸酯加氫合成乙二醇這 三個(gè)高轉(zhuǎn)化率、強(qiáng)防熱、窄溫區(qū)的特殊反應(yīng)過(guò)程，恰恰存在這樣的特性與潛在的隱患。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型需要解決的技術(shù)問(wèn)題是，設(shè)計(jì)一種采用強(qiáng)制循環(huán)波紋旋流導(dǎo)向擋板高 效傳熱并且采用特殊催化劑裝填方式的管殼型固定床反應(yīng)器裝置，能夠適用于以煤和天然 氣制備乙二醇的生產(chǎn)過(guò)程，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷。本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種用于以煤和天然氣制備乙二醇的管殼型固定床反應(yīng)裝置，所述裝置包括位于 管殼式反應(yīng)器2前的原料氣預(yù)熱器1、具有殼程3和管束22的管殼式反應(yīng)器2、汽包3、強(qiáng) 制循環(huán)泵6和脫鹽水補(bǔ)給泵7，其特征在于，所述的原料氣預(yù)熱器1上部連接蒸汽進(jìn)汽管線(xiàn) 12，下部連接冷凝水出口管線(xiàn)13和原料氣進(jìn)氣管線(xiàn)11，通過(guò)管線(xiàn)14與管殼式反應(yīng)器2的 管束22的頂部相連接；反應(yīng)器的管束22內(nèi)的裝填物為催化劑，殼程3內(nèi)自上而下等間距設(shè) 有多塊波紋旋流導(dǎo)向擋板4，反應(yīng)器2底部連接出口管線(xiàn)15，反應(yīng)器殼程3的下部通過(guò)管線(xiàn) 17與強(qiáng)制循環(huán)泵6相連接，殼程3的上部經(jīng)脫鹽水輸出管線(xiàn)18與汽包5相連；所述的汽包 5通過(guò)管線(xiàn)20與脫鹽水補(bǔ)給泵7相連，汽包5的頂部具有蒸汽輸出管線(xiàn)19，底部通過(guò)管線(xiàn) 16連接于強(qiáng)制循環(huán)泵6。上述技術(shù)方案中，所說(shuō)的波紋旋流導(dǎo)向擋板4的形狀為選自圓環(huán)形、圓盤(pán)形或者 對(duì)邊圓缺形中一種。上述技術(shù)方案中，所述的管束22內(nèi)的裝填物為催化劑和與催化劑等粒度的惰性 物顆粒，裝填方式為自上而下不等量裝填，其中催化劑惰性物顆粒=1 0 1 5。上述技術(shù)方案中，所述的原料氣預(yù)熱器1為列管式換熱器。[0009]本實(shí)用新型裝置是這樣操作的將原料氣由管線(xiàn)11送入原料氣預(yù)熱器1的底部，在換熱器內(nèi)上升的過(guò)程中，被器 壁另一側(cè)的加熱蒸氣所加熱，達(dá)到反應(yīng)溫度后，從預(yù)熱器頂部流出。加熱蒸氣從預(yù)熱器的上 部被引入，釋放熱量后，成為冷凝水，從預(yù)熱器的下部排放。被預(yù)熱后達(dá)到反應(yīng)溫度的原料 氣，從反應(yīng)器管束22的頂部進(jìn)入，在管殼式反應(yīng)器的不等量裝填(即管束22內(nèi)的裝填物為 催化劑和與催化劑等粒度的惰性物顆粒，裝填方式為自上而下不等量裝填，其中催化劑 惰性物顆粒=1 0 1 5)催化劑的管子內(nèi)自上而下流動(dòng)，邊發(fā)生受控制的強(qiáng)放熱反應(yīng)， 邊將反應(yīng)熱傳給管外反應(yīng)器殼程3內(nèi)處于強(qiáng)制高速流動(dòng)、且由于波紋旋流導(dǎo)向折流板4的 強(qiáng)化湍動(dòng)而實(shí)現(xiàn)高效傳熱的脫鹽水的水汽混合物。脫鹽水則由強(qiáng)制循環(huán)泵6從汽包5的底 部引入，經(jīng)過(guò)此泵升壓后進(jìn)入反應(yīng)器殼程3的下部，在高速流動(dòng)劇烈湍動(dòng)上升過(guò)程中，吸收 大量的反應(yīng)熱，部分汽化，成為汽水混合物，從反應(yīng)器殼程3的上部引出，進(jìn)入汽包5。在汽 包5中實(shí)現(xiàn)汽、水分離后的副產(chǎn)蒸汽，從汽包5頂部引出，剩余的水再通過(guò)強(qiáng)制循環(huán)泵6返 回反應(yīng)器，形成強(qiáng)制循環(huán)回路。所消耗的脫鹽水，由脫鹽水補(bǔ)給泵7從外系統(tǒng)引入脫鹽水， 從汽包5的中部送入而得到補(bǔ)充。本實(shí)用新型中使用的強(qiáng)制流動(dòng)的傳熱介質(zhì)，可為脫鹽水、導(dǎo)熱油或者熔鹽，在改變 傳熱介質(zhì)時(shí)，只要對(duì)裝置系列中的個(gè)別設(shè)備作些改動(dòng)或替換即可。有益效果本實(shí)用新型裝置，流程與設(shè)備簡(jiǎn)單，反應(yīng)器內(nèi)的幾項(xiàng)改造措施容易實(shí)施，投資小；本實(shí)用新型構(gòu)成了強(qiáng)制循環(huán)、高效反應(yīng)與高效傳熱的體系，強(qiáng)制循環(huán)流動(dòng)的傳熱 介質(zhì)自下而上通過(guò)反應(yīng)器的殼程時(shí)，被設(shè)置在殼程中的多塊波紋旋流導(dǎo)向擋板改變流動(dòng)方 向，從而形成旋轉(zhuǎn)、渦流，更加強(qiáng)化了傳熱，同時(shí)提高了管束和反應(yīng)器設(shè)備的強(qiáng)度；特別是反 應(yīng)器內(nèi)催化劑不等量裝填、殼程內(nèi)傳熱介質(zhì)的強(qiáng)制高速流動(dòng)等改造，使得這種反應(yīng)器及其 配套的系統(tǒng)，能夠適用于以煤和天然氣制備乙二醇過(guò)程中的原料一氧化碳?xì)饷摎?、亞硝?酯與一氧化碳羰基合成草酸酯、草酸酯加氫合成乙二醇這三個(gè)高轉(zhuǎn)化率、強(qiáng)放熱、窄溫區(qū)的 特殊反應(yīng)過(guò)程的反應(yīng)器設(shè)計(jì)和系統(tǒng)操作。

圖1為本實(shí)用新型的管殼型固定床反應(yīng)器的裝置組合示意圖。其中，1 原料氣預(yù)熱器，2 反應(yīng)器，3 殼程，4 波紋旋流導(dǎo)向折流板，5 汽包，6 強(qiáng)制循環(huán)泵，7 脫鹽水補(bǔ)給泵，22 管束，11 原料氣進(jìn)氣管線(xiàn)，12 蒸汽進(jìn)汽管線(xiàn)，13 冷凝 水出口管線(xiàn)，14，16，17，20 管線(xiàn)，18 脫鹽水輸出管線(xiàn)，19 蒸汽輸出管線(xiàn)。圖2為反應(yīng)器2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。其中22 管束，3 管程，4 波紋旋流導(dǎo)向折流板。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步闡述參見(jiàn)圖1 :原料氣由管線(xiàn)11從預(yù)熱器1的底部引入，經(jīng)過(guò)加熱后再?gòu)念A(yù)熱器1的 頂部由管線(xiàn)14送往反應(yīng)器管束22的頂部。加熱蒸汽由管線(xiàn)12從預(yù)熱器1的上部引入，提 供熱量后成為冷凝水從預(yù)熱器1的下部排出。[0021]反應(yīng)器管束22的頂部進(jìn)入的原料氣，自上而下流經(jīng)管內(nèi)不等量裝填的催化劑床 層時(shí)，進(jìn)行極強(qiáng)的放熱反應(yīng)，瞬時(shí)釋放出極大的熱量，高效的傳給管外殼程3中受強(qiáng)制流動(dòng) 的脫鹽水，使脫鹽水部分汽化；汽包5內(nèi)底部的脫鹽水則由強(qiáng)制循環(huán)泵6經(jīng)管線(xiàn)17送入反應(yīng)器殼程3的下部，在 器殼3內(nèi)強(qiáng)制折流流動(dòng)，在改進(jìn)的波紋旋流導(dǎo)向折流板4的協(xié)同強(qiáng)化作用下，高效吸收大量 的熱量，然后從反應(yīng)器殼程3的上部引出，經(jīng)管線(xiàn)18進(jìn)入汽包5 ；進(jìn)入汽包5內(nèi)的脫鹽水的汽、水混合物，在汽包5內(nèi)實(shí)現(xiàn)汽、水分離后，從汽包5的 頂部由管線(xiàn)19引出副產(chǎn)蒸汽。剩余的脫鹽水，儲(chǔ)留在汽包5內(nèi)，并與由脫鹽水補(bǔ)給泵7經(jīng) 管線(xiàn)20送入的補(bǔ)充脫鹽水一起，再經(jīng)汽包5底部的管線(xiàn)16，進(jìn)入強(qiáng)制循環(huán)泵6，升壓后送入 反應(yīng)器殼程3的下部，以構(gòu)成強(qiáng)制流動(dòng)高效傳熱循環(huán)回路。外供的脫鹽水由管線(xiàn)21引入脫 鹽水補(bǔ)給泵7。實(shí)施例草酸二甲酯加氫合成乙二醇反應(yīng)器，反應(yīng)器直徑1. 4m,總高10m。催化劑為片狀， ①3謹(jǐn)X3謹(jǐn)；堆比重0.8士0. lkg/L，催化劑裝填量8. lm3，反應(yīng)管①28X1. 5mm，前部1/3高 度區(qū)間催化劑惰性物=1 2混裝，中部1/3高度區(qū)間催化劑惰性物=1 1混裝，后 部1/3高度區(qū)間催化劑惰性物=1 0裝填，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置圓環(huán)、圓盤(pán)形波紋旋流導(dǎo)向折 流板12塊。以煤或天然氣制備的原料氣，反應(yīng)物進(jìn)口組成(％ )為DM0 1.482 H2 96. 063 MG 0. 119 M 2. 336反應(yīng)器操作工藝條件為氫酯摩爾比60，反應(yīng)器進(jìn)口溫度190°C，反應(yīng)區(qū)溫度 190-225°C，反應(yīng)壓力 2. 5士0. 5MPa，空速 30001T1。在上述條件下，催化劑活性數(shù)據(jù)為DM0轉(zhuǎn)化率彡99%，EG選擇性彡90%，MG選擇
性彡8%。反應(yīng)器出口組成(％)為DM0 0.015 H2 93. 112 MG 0. 243 M 5. 272 EG 1. 358在此條件下，乙二醇EG的產(chǎn)量為1. 389T/h，同時(shí)副產(chǎn)溫度180°C、壓力1. 023Mpa 的蒸汽0. 523T/h。
權(quán)利要求一種用于以煤和天然氣制備乙二醇的管殼型固定床反應(yīng)裝置，所述裝置包括位于管殼式反應(yīng)器(2)前的原料氣預(yù)熱器(1)、具有殼程(3)和管束(22)的管殼式反應(yīng)器(2)、汽包(3)、強(qiáng)制循環(huán)泵(6)和脫鹽水補(bǔ)給泵(7)，其特征在于，所述的原料氣預(yù)熱器(1)上部連接蒸汽進(jìn)汽管線(xiàn)(12)，下部連接冷凝水出口管線(xiàn)(13)和原料氣進(jìn)氣管線(xiàn)(11)，通過(guò)管線(xiàn)(14)與管殼式反應(yīng)器(2)的管束(22)的頂部相連接；反應(yīng)器的管束(22)內(nèi)的裝填物為催化劑，殼程(3)內(nèi)自上而下等間距設(shè)有多塊波紋旋流導(dǎo)向擋板(4)，反應(yīng)器(2)底部連接出口管線(xiàn)(15)，反應(yīng)器殼程(3)的下部通過(guò)管線(xiàn)(17)與強(qiáng)制循環(huán)泵(6)相連接，殼程(3)的上部經(jīng)脫鹽水輸出管線(xiàn)(18)與汽包(5)相連；所述的汽包(5)通過(guò)管線(xiàn)(20)與脫鹽水補(bǔ)給泵(7)相連，汽包(5)的頂部具有蒸汽輸出管線(xiàn)(19)，底部通過(guò)管線(xiàn)(16)連接于強(qiáng)制循環(huán)泵(6)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于以煤和天然氣制備乙二醇的管殼型固定床反應(yīng)裝置，其特 征在于，所說(shuō)的波紋旋流導(dǎo)向擋板(4)的形狀為選自圓環(huán)形、圓盤(pán)形或、者對(duì)邊圓缺形中一 種。
3.如權(quán)利要求1所述的用于以煤和天然氣制備乙二醇的管殼型固定床反應(yīng)裝置，其特 征在于，所述的管束(22)內(nèi)的裝填物為催化劑和與催化劑等粒度的惰性物顆粒，裝填方式 為自上而下不等量裝填。
4.如權(quán)利要求1所述的用于以煤和天然氣制備乙二醇的管殼型固定床反應(yīng)裝置，其特 征在于，所述的原料氣預(yù)熱器(1)為列管式換熱器。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于以煤和天然氣制備乙二醇的管殼型固定床反應(yīng)裝置，其特征在于，原料氣預(yù)熱器上部連接蒸汽進(jìn)汽管線(xiàn)，下部連接冷凝水出口管線(xiàn)和原料氣進(jìn)氣管線(xiàn)，通過(guò)管線(xiàn)與管殼式反應(yīng)器的管束的頂部相連接；反應(yīng)器的管束內(nèi)的裝填物為催化劑與同直徑顆粒惰性物的不等比例混合裝填，殼程內(nèi)自上而下等間距設(shè)有多塊波紋旋流導(dǎo)向擋板，反應(yīng)器底部連接出口管線(xiàn)，反應(yīng)器殼程的下部與強(qiáng)制循環(huán)泵相連接，殼程的上部經(jīng)脫鹽水輸出管線(xiàn)與汽包相連；所述的汽包與脫鹽水補(bǔ)給泵相連，汽包的頂部具有蒸汽輸出管線(xiàn)，底部與強(qiáng)制循環(huán)泵相連。本實(shí)用新型構(gòu)成了強(qiáng)制循環(huán)、高效反應(yīng)與高效傳熱的體系，能夠適用于以煤和天然氣制備乙二醇的生產(chǎn)過(guò)程。
文檔編號(hào)C07C31/20GK201598244SQ20092021396
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者丁百全, 應(yīng)衛(wèi)勇, 房鼎業(yè) 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)