一種用于合成氣制乙二醇工藝的新型羰化反應器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種羰化反應器，尤其是涉及一種用于合成氣制乙二醇工藝的新型羰化反應器。
【背景技術】
[0002]目前，合成氣經草酸二甲酯生產乙二醇的工藝在所有的乙二醇生產工藝中具有很強的優勢，而羰化反應是該工藝的關鍵技術之一。羰化反應共分兩步，首先是02、NO、與甲醇發生酯化反應合成中間產物亞硝酸甲酯，該反應的條件溫和，不需要催化劑；第二步是CO與亞硝酸甲酯發生羰化偶聯反應合成中間產物草酸二甲酯，該反應過程采用PdAi2Ojf化劑，反應溫度為110?150°C，反應壓力為I?5atm。通常所說的羰化反應器是指用于第二步羰化耦聯反應的反應器，該羰化偶聯反應的特點是:催化劑的耐溫區間小，為110?1500C，而單位體積催化劑上的平均熱負荷為240kw/m3左右，屬于劇烈放熱的反應。因此需要反應器內部換熱組件移熱效率高，移熱面積大；操作壓力小，意味著壓降不能太大，否則壓縮機壓比升高，壓縮機軸功率增加，能耗增加。
[0003]列管式軸向羰化反應器在增加單臺處理量方面存在以下瓶頸:在列管式反應器中，往往將催化劑裝填在管子內，由于催化劑耐溫區間小，平滑光管的傳熱系數小，管子直徑受限，且由于管心距等要求，導致反應器內催化劑裝填系數小，若要增加單臺處理量，必導致反應器體積大幅增加；由于羰化反應對壓降要求苛刻，因此列管的長度即反應器高度有一定限制，同時從運輸角度考慮，反應器直徑不能過大，所以要實現列管式羰化反應器設備大型化存在較大困難。
[0004]中國專利201210407063.X公開了一種用于羰化耦聯合成酯工業板式反應器，所述反應器為徑向反應器，所述反應器的換熱裝置為預制成組的換熱板和冷管，可以克服其單臺管式反應器壓降大、大規模生產需要臺數多等缺點。但是該反應器存在以下不足:該反應器內的換熱板與催化劑接觸的一側為平行板翅結構，板翅間距為0.1?0.5mm，且該文獻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，而反應氣體易從板翅之間通過，造成反應氣體短路，同時板翅結構不僅沒有增強傳熱，反而使金屬板總體熱阻提高，催化劑床層的熱量更加不容易快速傳遞到冷卻介質側；該反應器中反應氣體沿反應器殼體內壁與外分布筒間環隙流下，通過徑向反應床層的外分布筒進入催化劑床層進行反應，羰化反應為快速反應，反應初期大量放熱，縱然該專利中在扇形外圍兩張板間增加冷管，但冷管的傳熱差，熱量易積累，且冷管占據了反應器的較多空間，增加了設備體積；該反應器反應側氣體流動型式為Z型，Z型易造成分流管(19)和集流管
(21)的壓降分布不均勻，從而導致氣體在催化劑床層的分布不均勻，影響催化劑的使用效率和反應的轉化率等參數；設備構造較多，檢漏維修工作復雜，且催化劑裝卸不方便。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種換熱效率高、催化劑裝卸方便的用于合成氣制乙二醇工藝的新型羰化反應器。
[0006]本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0007]—種用于合成氣制乙二醇工藝的新型羰化反應器，該反應器為徑向反應器，包括反應器外殼、換熱組件、分流管、集流管和催化劑，所述的分流管位于反應器中心，所述的換熱組件設置在分流管和集流管之間，所述的催化劑設置在換熱組件內，所述的反應器外殼包括筒體、上封頭、下封頭、反應氣體入口、反應氣體出口、冷卻介質入口、冷卻介質出口及催化劑卸料口 ；其特征在于，所述的反應氣體入口和反應氣體出口均設置在上封頭上，反應氣體從上封頭上的反應氣體入口進入反應器后沿中心分流管流下，徑向通過催化劑床層進行反應，反應產物氣體進入集流管，并沿集流管向上流動，從上封頭上的反應氣體出口流出。
[0008]所述的換熱組件是由多對換熱板對以及與各換熱板對連接的冷卻介質分配支管、冷卻介質分配總管、冷卻介質收集支管、冷卻介質收集總管組成，其中各換熱板對內形成供冷卻介質流通的板程腔體，相鄰換熱板對之間形成供反應氣體流通的殼程腔體，所述的催化劑設置在殼程腔體內。
[0009]所述的多對換熱板對以分流管為中心呈扇形排布組成。
[0010]所述的換熱板對由兩張金屬板片中間上均勻設置多個焊接觸點形成，多個焊接觸點交錯設置，觸點密度為200?5000個/ m2，觸點間距為20?100mm。
[0011]所述的換熱板對四周滾邊焊密封，并在底部和頂部各留有通口，底部通口通過冷卻介質分配支管連接至冷卻介質分配總管，頂部通口通過冷卻介質收集支管連接至冷卻介質收集總管。
[0012]相鄰換熱板對之間的間距和板對數量根據反應放熱的大小和快慢、反應物料和催化劑的導熱系數及熱容、以及對溫度波動的要求進行調整，相鄰換熱板對之間的間距為20 ?200mm。
[0013]所述的反應氣體入口和反應氣體出口在反應器同側，反應氣體在反應器中的流型為離心II型。
[0014]所述的換熱組件通過反應器上封頭吊裝進反應器內，反應器為可拆卸結構。
[0015]所述的催化劑裝填在換熱板對與換熱板對之間，催化劑為Pd/Al203，催化劑通過上封頭或人孔進行裝填，通過下封頭催化劑卸料口卸載。
[0016]本實用新型新型換熱板對上的若干觸點交錯排列，使冷卻介質流體內部劇烈湍動，介質流體一直處于湍流狀態，強制對流換熱，當冷卻介質發生相變時，不易形成大氣膜，確保高的沸騰傳熱系數。反應側氣體在靠近換熱元件壁面處，往往會形成氣膜，該氣膜產生的熱阻在反應側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，提高反應側整體的傳熱系數。
[0017]本實用新型新型羰化反應器中，原料氣從進氣口進入分流管，由分流管均勻分配，徑向通過催化劑床層，在集流管中收集，并從出氣口流出，進氣口和出氣口在反應器同側，流體流型為離心II型流動(徑向反應器流體流型見圖4)。當流體在分流管和集流管中的流動滿足動量交換控制時，(分流管L/de ( 30，集流管L/de ( 50時)，分流管中沿流體流動方向，靜壓逐漸上升，集流管中沿流體流動方向，靜壓逐漸下降，且在開孔分布合理的情況下，分流管與集流管靜壓差分布完全均勻，反應氣體在催化劑床層中的分布均勻，催化劑的使用效率高，熱量分布均勻。
[0018]扇形排布結構使反應器床層靠近中心的位置傳熱系數最高，隨著催化劑床層半徑增大，傳熱系數呈單調遞減函數，且遞減速率先快后慢(見圖3(a))，移熱量也是呈單調遞減函數，且遞減速率先快后慢(見圖3(b))，而羰化反應的放熱趨勢也是前期大后期小，呈單調遞減函數，說明對于該II型離心式徑向羰化反應器，移熱曲線與反應放熱曲線的趨勢一致，移熱合理，整個催化劑床層的溫度平緩分布，接近等溫反應，對于延長催化劑壽命和提尚反應的選擇性均有利。
[0019]因此對于具有放熱強且反應速率快特點的合成氣制乙二醇工藝中羰化反應，在該新型羰化反應器中，反應氣體的流型宜采用離心型，從而加強反應前半部分的移熱，降低熱點溫度，使反應溫度變化平緩，更接近等溫反應器。
[0020]與現有技術相比，本實用新型具有以下優點:
[0021](I)換熱板對換熱效率高，有利于形成均勻穩定的溫度場分布。
[0022]該新型換熱板對的觸點和凹凸不平的表面強化了兩側流體的擾動，增強了換熱效率，反應熱及時移走，反應溫度平緩分布，更接近等溫反應，有利于減少副反應的發生，提高反應選擇性和收率，延長催化劑的使用壽命，適用于如羰化反應這樣的快速大量放熱的反應類型。
[0023](2)移熱更合理，反應器體積更小。
[0024]羰化反應屬于快速反應，反應放熱先大后小，熱量釋放集中在反應前半段部分，而在反應后半段，反應放熱很少。徑向反應器中，反應氣從中心分流管向外擴散，反應放熱集中在近中心分流管處，而板片在靠近中心處最密集，催化劑床層的傳熱系數也最大，可以將熱量快速移走；在靠近催化劑外周，板片排列較稀疏，傳熱系數也減小，不會過多取熱，從而得到合適的反應氣體出口溫度。板對之間無需添加冷管等其他移熱元件，節省反應器空間，減小反應器體積。
[0025](3)反應氣體和壓降分布均勻，提高催化劑效率和反應轉化率。
[0026]對于該新型羰化反應器中，進氣口和出氣口在反應器同側，流體流型為離心II型，且當流體在分流管和集流管中的流動滿足動量交換控制時，II型流體比Z型流體更容易實現在分流管和集流管中壓降均勻分布，反應氣體在催化劑中均勻分布。
[0027](4)催化劑裝填簡便。
[0028]催化劑裝填在反應器殼程，板對與板對之間，板對兩端無管板、觸點等障礙，裝填過程簡單，且板對數量通常在幾十或幾百，裝填工作量小。
[0029](5)易于安裝、運輸和維修。
[0030]板式換熱組件作為整體，可以直接吊裝進反應器；板對兩側沒有管板，反應器可以現場組裝，減少運輸成本；板對數量少，焊縫少，檢查和維修工作簡便。
【附圖說明】
[0031]圖1為本實用新型新型羰化反應器的結構示意圖；
[0032]圖2為本實用新型新型羰化反應器的縱剖示意圖；
[0033]圖3 (a)為本