[发明专利]一种用于碳酸乙烯酯加氢的气化-反应一体化多段反应器

说明书

本发明涉及一种用于碳酸乙烯酯加氢的气化‑反应一体化多段反应器，包括反应器壳体、上下封头、气相进料管、液相进料管、雾化喷嘴、出料管、填料层、绝热反应层、进料管气体分布器、出料管气体分布器。与现有技术相比，本发明通过段间补充碳酸乙烯酯液相冷料，利用碳酸乙烯酯相变潜热进行冷激，充分利用了各段出口氢气及余热，保证了各段高氢酯比，显著地降低了总氢酯比，减少氢气的循环量，降低运行成本；碳酸乙烯酯采用液相雾化进料，将熔融态的碳酸乙烯酯直接雾化喷入高温氢气中，配合高导热传质的填料层，实现碳酸乙烯酯气化、与氢气均匀混合及分散，避免碳酸乙烯酯液滴接触催化剂颗粒，导致催化效率下降或失活，保护了催化性能。

技术领域

本发明涉及一种多段绝热式固定床反应器，尤其是涉及一种用于碳酸乙烯酯加氢的气化-反应一体化多段反应器。

背景技术

二氧化碳转化近年来广受关注。以二氧化碳为碳源进行化学品生产，不仅可以减缓大气二氧化碳浓度的增加，缓解温室效应和海水酸化，还能降低化石燃料的消耗，对人类社会可持续发展意义重大。其中将二氧化碳与环氧乙烷反应制得碳酸乙烯酯、碳酸乙烯酯加氢联产乙二醇与甲醇，是一条原子利用率100％的绿色化工工艺路线，通过将二氧化碳转化为高附加值化学产品——乙二醇、甲醇，间接实现其高效利用。目前二氧化碳与环氧乙烷生产碳酸乙烯酯已有工业示范，而碳酸乙烯酯加氢尚未工业化。碳酸乙烯酯加氢过程涉及的主要反应如下：(碳酸乙烯酯简称EC，乙二醇简称EG，甲醇简称MeOH)

(1)EC+3H₂→EG+MeOH

(2)EC+H₂→EG+CO

(3)EG+H₂→CH₃CH₂OH+H₂O

反应1,2是碳酸乙烯酯加氢的主反应，反应3是副反应。反应特征在于：反应中等放热；高氢酯比，高压有利于碳酸乙烯酯的高转化率；过高温度有利加快副反应3反应速率，产物选择性下降；过低温度减缓主反应1，2反应速率，碳酸乙烯酯转化率下降。

目前，碳酸乙烯酯加氢反应主要有基于钌络合物催化剂的均相加氢和基于铜基催化剂非均相加氢两种工艺路线。其中，非均相加氢工艺是将碳酸乙烯酯气化后与氢气混合，通过铜基催化剂床层进行反应；相较于均相加氢工艺，具有催化剂价格低廉、产物分离简单等优点。然而，碳酸乙烯酯的非均相加氢反应需要在200:1以上的高氢酯比，应用于工业生产导致氢气循环量加大，大大增加了压缩机等设备的投资与运行成本。另一方面，由于碳酸乙烯酯沸点较高(1atm下248℃)，若反应温度不足，不仅转化率低，且反应物易冷凝析出覆盖于催化剂表面，阻碍反应进行，并导致催化剂积碳失活；而反应温度过高，又易发生副反应，降低甲醇、乙二醇收率。现有的等温列管固定床加氢反应器虽可有效移热，但设计与装配复杂，不仅造价较贵，并且催化剂拆装、维护十分困难。而多段绝热式固定床反应器受制于碳酸乙烯酯加氢反应较窄的温度窗口，难以进行有效的级间冷激操作。此外，上述反应器采用气相进料，需配套碳酸乙烯酯汽化塔使用，增加了设备投资。

因此，如何合理地设计绝热式固定床反应器，使得既可以降低氢气循环量，同时又能避免碳酸乙烯酯冷凝，这对于提高碳酸乙烯酯非均相加氢绿色工艺的过程经济性是亟需解决的问题。

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可在低氢酯比下运行、结构简单、可操作性高的用于碳酸乙烯酯非均相加氢的多段绝热式固定床反应器，解决现有反应器及工艺循环气量大、催化剂装填困难、反应器操作难、设备投资大等问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明中用于碳酸乙烯酯加氢的气化-反应一体化反应器，所述一体化反应器为多段绝热式固定床反应器，所述一体化反应器包括反应器壳体、反应器上封头、反应器下封头、气相进料管、顶部气体分布器、出料管、多段液相进料管、雾化喷嘴，其中具体地：