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)的工藝具有很強的競爭力。DMO加氫是一個串聯(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，同時還有較多其他副反應(yīng)發(fā)生。因此，DMO加氫反應(yīng)對溫度極其敏感，即使很小的溫度偏差都會對原料轉(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，同時要求同一水平截面的溫差以及熱點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)?。环磻?yīng)介質(zhì)的熱容較小，溫度易波動。綜上所述，DMO加氫反應(yīng)對移熱過程要求苛刻，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；在提高單臺設(shè)備產(chǎn)量時，列管式反應(yīng)器往往面臨壓降大、熱點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)需要臺數(shù)多等缺點。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，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)計壓力下，該冷管的壁會非常厚，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。所述的換熱板對束由多個換熱板對組成，各換熱板對內(nèi)為板程，相鄰換熱板對之間裝填催化劑，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]所述的換熱板對束由多個換熱板對組成，相鄰換熱板對之間裝填催化劑，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溫度波動的要求等參數(shù)調(diào)節(jié)板對之間的間距。
[0008]所述的換熱板對由兩張金屬板片通過焊接形成一個密閉的板程腔體，僅在兩端各留一通口，各換熱板對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，進(jìn)行換熱。
[0009]組成換熱板對的兩張金屬板片中間上均勻設(shè)置了多個觸點，多個觸點交錯設(shè)置，觸點密度為200?5000個/ m2，觸點間距為20?100mm。優(yōu)選觸點密度為1700?2200個/ m2，觸點間距為20?25_
[0010]多對換熱板對平行設(shè)置，其底部設(shè)置支撐件，頂部設(shè)有控制各換熱板對間間距的換熱板定距件，板對間距為10?200mm。優(yōu)選板對間距為20?80mm。
[0011]所述的支撐件為設(shè)置在多對換熱板對底部的長條形卡槽a，該卡槽上設(shè)有多個卡P ;
[0012]所述的換熱板定距件為設(shè)置在多對換熱板對頂部的長條形卡槽b，該卡槽上設(shè)有多個卡口 ；
[0013]各換熱板對底部插入支撐件卡口中，頂部插入對應(yīng)的定距件卡口中，通過調(diào)整換熱板對在卡口的位置，調(diào)節(jié)換熱板對的間距。
[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裝填。由于本發(fā)明反應(yīng)器中相鄰換熱板對間的間距可調(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)場組裝；催化劑直接從反應(yīng)器上封頭或者人孔逐個換熱板對間進(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與換熱板對之間，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]換熱板對上的若干觸點交錯排列，使冷卻介質(zhì)流體內(nèi)部劇烈湍動，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；由于觸點的多次連續(xù)擾動，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制對流換熱狀態(tài)；由于板對的凹凸不平的表面，當(dāng)冷卻介質(zhì)發(fā)生相變時，產(chǎn)生的小汽泡不易匯聚成大氣泡，更不會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。而在該新型板對表面，由于其形狀凹凸不平，對氣膜形成了積極的擾動作用，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:
[0023]一、換熱效率高，DMO加氫的轉(zhuǎn)化率高及選擇性好。新型板對的觸點和凹凸不平的表面強化了兩側(cè)流體的擾動，增強了換熱效率，反應(yīng)熱及時移走，可降低熱點溫度，同時反應(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。同時板對之間間距可調(diào)性強，可以根據(jù)放熱量及溫度變化的要求，調(diào)節(jié)板對的間距，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)器的體積相對較小。在同樣催化劑裝填量，反應(yīng)器高度相同，板對間距與管徑相當(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)器有擴大空間，能夠裝載更多催化劑，有利于提尚單臺反應(yīng)器產(chǎn)量，有利于設(shè)備大型化。
[0025]三、催化劑裝填簡便。催化劑裝填在該新型反應(yīng)器殼程，板對與板對之間，板對之間無觸點，板對數(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，板對兩側(cè)沒有管板，反應(yīng)器可以現(xiàn)場組裝，減少運輸成本，板對數(shù)量少，檢查和維修工作簡單。
【附圖說明】
[0027]圖1