[发明专利]列管式固定床反应器

说明书

技术领域

本发明涉及化学合成反应器领域，尤其是涉及一种列管式固定床反应器。

背景技术

乙二醇作为基本有机化工原料必不可少，传统制备乙二醇的方法为将石油通过乙烯氧化、环氧乙烷水解制备乙二醇。在世界石油资源日益减少、特别是我国富煤少油的能源状况下，采用煤制合成气生产乙二醇方法补充或替代传统方法显得尤为具有现实意义。现有煤制合成气生产乙二醇方法如下：

首先，通过煤气化等技术制得的含有一氧化碳和氢气为主要成分的粗合成气，经过一氧化碳变换、二氧化碳和硫化氢等酸性气体的脱除等步骤，得到一氧化碳和氢气等有效混合合成气，再通过适当的分离工艺分别得到高纯度的一氧化碳（CO）和氢气（H₂）两种原料气体。

其次，利用CO和H₂生产乙二醇，其生产工艺主要有以下两个反应步骤：

（1）气相CO与亚硝酸甲酯在钯催化剂的作用下,经过催化羰化、偶联生成草酸二甲酯,反应式如下：

2CO+2CH₃ONO→(COOCH₃)₂+2NO                    (1)

此反应是在管内装有以氧化铝作载体的钯催化剂（由催化剂供应商提供）的列管式固定床反应器中进行，进入反应器管内的原料气中一氧化碳量为25～90%、亚硝酸酯量为5～40%，反应器出口物料有产物草酸二甲酯、一氧化氮以及少量未反应的原料气等，反应条件为温度110～200℃、压力0.1～0.6MPa、反应接触时间0.1～20秒。此反应属强放热反应，反应热通过加热管外锅炉给水产生低压蒸汽移除，补充的锅炉给水在气液分离器与列管式固定床反应器的管外建立循环，通过气液分离器引出低压蒸汽用作工艺蒸汽和加热蒸汽。

（2）由步骤（1）所生成的气相的草酸二甲酯（(COOCH₃)₂）和氢气在催化剂的作用下进行草酸二甲酯加氢反应，生成乙二醇，反应式如下：

(COOCH₃)₂+4H₂→(CH₂OH)₂+2CH₃OH                    (2)

此反应是在管内装有Cu/SiO₂催化剂的列管式固定床反应器中进行，进料气中的氢气与气相的草酸二甲酯的摩尔比为40～120，出反应器的物料为产物乙二醇、甲醇、少量未反应的草酸二甲酯、过量的氢气以及副产物，反应条件为温度150～250℃、压力1～3MPa。此反应也属强放热反应，反应热通过加热管外锅炉给水产生低压蒸汽移除，补充的锅炉给水在气液分离器与列管式固定床反应器的管外建立循环，通过气液分离器引出低压蒸汽用作工艺蒸汽和加热蒸汽。

在上述煤制合成气生产乙二醇方法的步骤（1）中CO催化生成草酸二甲酯的“合成反应”和步骤（2）中草酸二甲酯催化加氢生成乙二醇的“加氢反应”都是强放热反应，进行这两个化学反应的设备都采用列管式固定床反应器。一种常见的列管式固定床反应器包括依次连接的上封头、筒体、以及下封头，上封头与筒体之间通过第一管板隔离，所述下封头与所述筒体之间通过第二管板隔离。所述上封头内部具有通过第一管板密封的进料腔，所述筒体内部具有通过第一管板和第二管板密封的降温腔，所述下封头内部具有通过第二管板密封的反应产物收集腔。其中降温腔内设置有多个连通进料腔与反应产物收集腔的反应器列管。通过将反应气通入至进料腔中，并汇合催化剂一起通入到反应器列管中，在反应器列管中进行“合成反应”或“加氢反应”，生成的产物流至反应产物收集腔。

现有的这种列管式固定床反应器在使用中，原料气体被输送至列管式固定床反应器的进料腔中后，向反应器列管分配时，由于进料腔中流场紊乱而造成进入各反应器列管中的气量分配不均，气体在列管中向下流动并发生反应的状况将会有较大差异，一部分气量较大的反应管内气流速度较快，到达反应产物收集腔后有部分原料气没有发生反应，这部分未发生反应的原料气的回流利用会造成更大气量的循环，将消耗更多的压缩功；而一部分进入气量较小的反应管内，气流速度较慢，会造成上部某段发生剧烈反应而大量放热，严重时将催化剂烧结，使催化剂失去活性，即俗称的“飞温”现象。

为了克服这个问题，有时在这种列管式固定床反应器的设计制造中会增加进料腔的高度，使进料腔中有足够的空间来均化气流发布，避免各反应器列管中气量分配不均而造成麻烦，但是这样做的结果会增大反应器的投资、更高的设备引起操作不便。