[发明专利]一种用于CO羰化偶联合成草酸二甲酯的轴径向反应器

说明书

本发明涉及一种用于CO羰化偶联合成草酸二甲酯的轴径向反应器，包括承压壳体和换热内件，承压壳体包括依次连接的上封头、筒体和下封头，筒体内部沿径向从外到内依次设有气体再分布器和气体收集器，上封头内的空间形成气体折返腔，气体再分布器的外侧壁与筒体内侧壁之间隔有空隙，形成原料气上升通道；原料气经气体进口进入承压壳体，先经过气体分布器均匀的分散到承压壳体内部，大部分气体经过气体再分布器进入催化剂床层，少量气体经原料气上升通道进入气体折返腔，然后轴向进入催化剂床层。产物气流经过气体收集器后流出反应器。与现有技术相比，本发明具有换热效率高、压降低、反应器空间利用率高、催化剂装填方便等优点。

技术领域

本发明涉及化工设备领域，具体涉及一种用于CO羰化偶联合成草酸二甲酯的轴径向反应器。

背景技术

目前，合成气经草酸二甲酯生产乙二醇的工艺已经广泛工业化，其中CO羰化偶联合成草酸二甲酯的反应是该工艺的关键技术之一。其中关键反应是CO与亚硝酸甲酯在反应温度为110-150℃，反应压力为1-4atm的条件下发生羰化偶联反应生成草酸二甲酯。该反应为不可逆放热反应，反应速率快，反应放热量大。因此对羰化反应器的移热效率要求较高；同时由于操作压力小，对催化剂的大小和装填要求较高，一旦压降明显升高会导致压缩机轴功率增加，能耗增加。

目前，传统的合成气制乙二醇工业装置中的羰化反应器均采用换热式列管式反应器的型式，气体由顶部进入，自上而下轴向穿过催化剂床层，反应后的气体自下部出口离开反应器，同时反应器有配套的汽包控制壳层中加压水的温度来控制反应器的温度。由于平滑管壁的传热系数小，而羰化反应的反应速率快、放热量大，循环水的移热速度一旦滞后或移热能力不能匹配，会导致反应温度骤升，导致原料亚硝酸甲酯在高温下热分解或在催化剂作用下催化分解，明显降低MN的转化率及草酸二甲酯的收率，而且极大的增加了反应系统的安全性风险。同时，由于轴向存在较大温差，不同高度催化剂的工作温度显著不同，无法激活所有催化剂在最优温度区间下的最优性能，因而也浪费了反应器的有效容积。

同时，从工程上考虑，由于压降的因素，列管的长度必须在一定范围内，同时从运输角度考虑反应器的直径不能过大，因此单台列管式反应器的处理量也受到极大限制，实现列管式反应器的大型化存在诸多困难。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种移热效率好、反应器有效容积利用率高、催化剂床层压降低的用于CO羰化偶联合成草酸二甲酯的轴径向反应器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于CO羰化偶联合成草酸二甲酯的轴径向反应器，包括承压壳体和换热内件，所述的承压壳体包括依次连接的上封头、筒体和下封头，所述的上封头和下封头上分别设有气体进口和气体出口，所述的筒体内部沿径向从外到内依次设有气体再分布器和气体收集器，所述的气体再分布器由多孔网筒构成，气体再分布器的外侧壁与筒体内侧壁之间隔有空隙，形成原料气上升通道，上封头内部设有与原料气体上升通道连通的气体折返腔，气体再分布器的顶部设有罩网，底部设有底板，所述的气体收集器为一具有顶盖的圆筒，该圆筒的顶盖穿出罩网，底端开口并与气体出口相连通，底板与罩网之间的圆筒的下部侧壁设有多个开孔，所述的换热内件设置在气体再分布器和气体收集器之间的空间内，该空间内的间隙用于装填催化剂。

考虑到与后续工段的匹配问题，催化剂并不一定完全装满整个反应器，加之催化剂装入后在不同部位的压降不同，因此需要便捷的调节气体收集器的开孔率，以维持整个反应床层的压降和反应时间。

作为优选的技术方案，气体收集器上设有开孔的圆筒侧壁的长度为气体再分布器长度的30％～90％，可根据催化剂的装填量及床层压降灵活调节。

作为优选的技术方案，圆筒侧壁的开孔为规则均匀开孔，设有开孔的圆筒侧壁外套设有可旋转的金属丝网。