[实用新型]一种分段急冷固定床反应器

说明书

技术领域

本实用新型属于石油化工以及煤化工领域，具体涉及一种分段式急冷固定床反应器。本实用新型的反应器将催化剂以分段的床层的形式设置在反应器外壳与换热管之间，提高了反应器的空间利用效率，增加催化剂装填量，从而提高反应器产能。同时，本实用新型在每个床层中设置了换热装置，并且在各段催化剂床层之间进行急冷，显著提高了整体换热效果。 

背景技术

乙二醇是聚酯行业的重要原料，近年来我国聚酯的生产快速发展，乙二醇的需求也随之快速膨胀。工业合成乙二醇的主要方法是先经石油路线生产乙烯，再对乙烯进行氧化生产环氧乙烷，最后对环氧乙烷进行非催化的水合反应得到乙二醇。然而，随着世界范围内石油资源的日益减少，以乙烯为原料合成乙二醇的工艺在原料成本和来源可靠性方面的前景日趋严峻。为此，人们开始关注其他生产乙二醇的技术路线，以期缓解上述问题。其中以一氧化碳为原料经草酸酯中间产物加氢合成乙二醇的工艺具有步骤简单、生产效率高的优点，而且其原料一氧化碳可以来源于煤、天然气、生物质等含有碳、氢资源的原料，可较大程度缓解乙二醇工业对石油的依赖。 

以一氧化碳为原料制备乙二醇的工艺包括两步反应。 

第一步反应是由一氧化碳制备草酸酯，例如草酸二甲酯。例如，一氧化碳在催化剂的作用下，与亚硝酸甲酯反应生成草酸二甲酯和NO，该反应被称为偶联反应，具体如下式(I)所示： 

2CO+2CH₃ONO=(COOCH₃)₂＋2NO    (I) 

随后偶联反应生成的NO与甲醇和O₂反应生成亚硝酸甲酯，称为再生反应，具体如下式(II)所示： 

2NO+2CH₃OH+1/2O₂=2CH₃ONO+H₂O    (II) 

生成的亚硝酸甲酯返回偶联过程循环使用。因此，第一步反应的总反应式如式(III)所示: 

2CO+1/2O₂+2CH₃OH=(COOCH₃)₂+H₂O    (III) 

在第二步反应中对草酸二甲酯(DMO)进行加氢以制备乙二醇。具体来说，草酸二甲酯加氢是一个串联反应，首先DMO加氢生成中间产物乙醇酸甲酯(MG)，MG再加氢生成乙二醇，总体来说，其反应如下式(IV)所示： 

(COOCH₃)₂＋4H₂=(CH₂OH)₂+2CH₃OH    (IV) 

以上所述的两步反应分别在CO合成草酸酯反应器和草酸酯加氢反应器中进行。这两个反应均为强放热反应，需要在反应过程中及时移出反应热，防止催化剂失活及副反应发生。 

对于该工艺，现有技术通常采用列管式固定床反应器，在列管内装填催化剂，列管外通入冷却介质，通过列管壁移出反应热。但是此类反应器的缺陷在于，列管内催化剂装填效率低，反应器造价高，同时受制于列管反应器加工制造及运输条件限制，反应器难以放大，单个反应器的直径通常小于5米。这样单个反应器的产能无法进一步提高。在本领域中，由煤炭等原料制备一氧化碳，然后再由一氧化碳经过上述的工艺合成乙二醇的生产规模通常最少要达到年产20万吨乙二醇才能够实现一定经济效益，对于这样规模的乙二醇生产量，需要多个列管式固定床反应器并联，显著提高了设备投资成本，而且占地面积很大，操作也不方便。 

同时，每台列管反应器通常包括万根以上的列管，向这些列管中一一装填催化剂是一项非常耗时费力的艰巨工作，而且对于催化剂装填质量要求很高。如果无法保证所有列管催化剂装填均一，则必然使得反应原料更多地通过某一部分列管，而另外一些列管处于非有效反应状态，由此会降低反应器催化剂总体利用效率。 

因此，本领域技术人员仍然希望能够开发出一种反应器，既可以提高反应器直径，增加单台反应器产能，而且催化剂装填又比较方便，同时又可以及时移出反应热，实现反应器内温度控制。 

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明人进行了深入广泛的研究，开发出了一种高效的分段急冷固定床反应器。