一種分段急冷固定床反應器的製造方法
2023-10-19 22:05:02 2
一種分段急冷固定床反應器的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種分段急冷固定床反應器。所述反應器包括：反應器筒體，在所述反應器筒體之內沿著反應物流流動的方向以分段的形式設置的兩段以上的催化劑床層；分別設置在所述每段催化劑床層之內的兩組以上換熱管，每組換熱管分別包括冷卻介質進口和出口；以及反應原料進口和反應產物出口。本實用新型的反應器可以實現極佳的換熱效果，而且便於催化劑的裝填和更換操作。
【專利說明】一種分段急冷固定床反應器
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於石油化工以及煤化工領域，具體涉及一種分段式急冷固定床反應器。本實用新型的反應器將催化劑以分段的床層的形式設置在反應器外殼與換熱管之間，提高了反應器的空間利用效率，增加催化劑裝填量，從而提高反應器產能。同時，本實用新型在每個床層中設置了換熱裝置，並且在各段催化劑床層之間進行急冷，顯著提高了整體換熱效果 。
【背景技術】
[0002]乙二醇是聚酯行業的重要原料，近年來我國聚酯的生產快速發展，乙二醇的需求也隨之快速膨脹。工業合成乙二醇的主要方法是先經石油路線生產乙烯，再對乙烯進行氧化生產環氧乙烷，最後對環氧乙烷進行非催化的水合反應得到乙二醇。然而，隨著世界範圍內石油資源的日益減少，以乙烯為原料合成乙二醇的工藝在原料成本和來源可靠性方面的前景日趨嚴峻。為此，人們開始關注其他生產乙二醇的技術路線，以期緩解上述問題。其中以一氧化碳為原料經草酸酯中間產物加氫合成乙二醇的工藝具有步驟簡單、生產效率高的優點，而且其原料一氧化碳可以來源於煤、天然氣、生物質等含有碳、氫資源的原料，可較大程度緩解乙二醇工業對石油的依賴。
[0003]以一氧化碳為原料製備乙二醇的工藝包括兩步反應。
[0004]第一步反應是由一氧化碳製備草酸酯，例如草酸二甲酯。例如，一氧化碳在催化劑的作用下，與亞硝酸甲酯反應生成草酸二甲酯和NO，該反應被稱為偶聯反應，具體如下式
(I)所示:
[0005]2C0+2CH30N0= (COOCH3) 2 + 2N0 (I)
[0006]隨後偶聯反應生成的NO與甲醇和O2反應生成亞硝酸甲酯，稱為再生反應，具體如下式(II)所示:
[0007]2N0+2CH30H+1/202=2CH30N0+H20 (II)
[0008]生成的亞硝酸甲酯返回偶聯過程循環使用。因此，第一步反應的總反應式如式(III)所示:
[0009]2C0+l/202+2CH30H= (COOCH3) 2+H20 (III)
[0010]在第二步反應中對草酸二甲酯(DMO)進行加氫以製備乙二醇。具體來說，草酸二甲酯加氫是一個串聯反應，首先DMO加氫生成中間產物乙醇酸甲酯(MG)，MG再加氫生成乙二醇，總體來說，其反應如下式(IV)所示:
[0011](COOCH3) 2 + 4?= (CH2OH) 2+2CH30H (IV)
[0012]以上所述的兩步反應分別在CO合成草酸酯反應器和草酸酯加氫反應器中進行。這兩個反應均為強放熱反應，需要在反應過程中及時移出反應熱，防止催化劑失活及副反應發生。
[0013]對於該工藝，現有技術通常採用列管式固定床反應器，在列管內裝填催化劑，列管外通入冷卻介質，通過列管壁移出反應熱。但是此類反應器的缺陷在於，列管內催化劑裝填效率低，反應器造價高，同時受制於列管反應器加工製造及運輸條件限制，反應器難以放大，單個反應器的直徑通常小於5米。這樣單個反應器的產能無法進一步提高。在本領域中，由煤炭等原料製備一氧化碳，然後再由一氧化碳經過上述的工藝合成乙二醇的生產規模通常最少要達到年產20萬噸乙二醇才能夠實現一定經濟效益，對於這樣規模的乙二醇生產量，需要多個列管式固定床反應器並聯，顯著提高了設備投資成本，而且佔地面積很大，操作也不方便。
[0014]同時，每臺列管反應器通常包括萬根以上的列管，向這些列管中一一裝填催化劑是一項非常耗時費力的艱巨工作，而且對於催化劑裝填質量要求很高。如果無法保證所有列管催化劑裝填均一，則必然使得反應原料更多地通過某一部分列管，而另外一些列管處於非有效反應狀態，由此會降低反應器催化劑總體利用效率。
[0015]因此，本領域技術人員仍然希望能夠開發出一種反應器，既可以提高反應器直徑，增加單臺反應器產能，而且催化劑裝填又比較方便，同時又可以及時移出反應熱，實現反應器內溫度控制。
實用新型內容
[0016]針對現有技術中存在的上述問題，本發明人進行了深入廣泛的研究，開發出了一種高效的分段急冷固定床反應器。
[0017]本實用新型涉及一種分段急冷固定床反應器，所述反應器包括:反應器筒體，在所述反應器筒體之內沿著反應物流流動的方向以分段的形式設置的兩段以上的催化劑床層；在各個催化劑床層之間，在所述反應器筒體上設置有至少一個急冷劑入口。
[0018]在本實用新型的一個實施方式中，所述反應器包括2-10段催化劑床層，優選包括2-6段催化劑床層，更優選包括2-3段催化劑床層。
[0019]在本實用新型的另一個實施方式中，該反應器還包括分別設置在所述每段催化劑床層之內的換熱管，每組換熱管分別包括冷卻介質進口和冷卻介質出口。
[0020]在本實用新型的另一個實施方式中，所述換熱管按照以下的方式設置在每段催化劑床層之內:換熱管以三角形彎折方式設置，換熱管以U形彎折方式設置，或者換熱管以螺旋形式彎曲設置，以及上述設置形式的組合。
[0021]在本實用新型的另一個實施方式中，該反應器的各個催化劑床層底部設置有篩板，篩板上設置有篩孔，篩孔直徑小於裝填的催化劑微球的直徑。
[0022]在本實用新型的另一個實施方式中，在相鄰的催化劑床層之間，設置有預混空間，通過所述急冷劑入口將急冷劑引入該預混空間內。
[0023]在本實用新型的另一個實施方式中，所述預混空間的高度為反應器直徑的
0.05?3.0倍，優選0.1?1.0倍。
[0024]在本實用新型的另一個實施方式中，急冷劑入口與外部急冷劑加料裝置相連接。
[0025]在本實用新型的另一個實施方式中，該反應器還包括反應原料進口、反應產物出口、與反應產物出口相連接的冷凝器、與冷凝器相連接的氣液分離器，所述急冷劑入口與氣液分離器相連接。
【專利附圖】
【附圖說明】[0026]圖1是包括三段催化劑床層的本實用新型反應器的示意圖。
[0027]圖2是本實用新型一個優選的實施方式的示意圖，其中急冷劑來自反應體系本身。[0028]附圖編號
[0029]10反應器筒體20反應原料進口
[0030]30反應產物出口40第一段催化劑床層[0031 ]50第二段催化劑床層60第三段催化劑床層
[0032]70篩板72催化劑裝填最高界面
[0033]80換熱管82冷卻介質進口
[0034]84冷卻介質出口100急冷劑入口
[0035]120預混空間200冷凝器
[0036]201氣液分離器202氣相產品
[0037]203回收的液相產品204返回至體系的液相產品。
【具體實施方式】
[0038]本文所公開的「範圍」以下限和上限的形式。可以分別為一個或多個下限，和一個或多個上限。給定範圍是通過選定一個下限和一個上限進行限定的。選定的下限和上限限定了特別範圍的邊界。所有可以這種方式進行限定的範圍是包含和可組合的，即任何下限可以與任何上限組合形成一個範圍。例如，針對特定參數列出了 60-120和80-110的範圍，理解為60-110和80-120的範圍也是預料到的。此外，如果列出的最小範圍值I和2，和如果列出了最大範圍值3，4和5，則下面的範圍可全部預料到:1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。
[0039]在本實用新型中，除非有其他說明，數值範圍「a_b」表示a到b之間的任意實數組合的縮略表示，其中a和b都是實數。例如數值範圍「0-5」表示本文中已經全部列出了「0-5」之間的全部實數，「0-5」只是這些數值組合的縮略表示。
[0040]如果沒有特別指出，本說明書所用的術語「兩種」指「至少兩種」。
[0041]在本實用新型中，如果沒有特別的說明，本文所提到的所有實施方式以及優選實施方式可以相互組合形成新的技術方案。
[0042]在本實用新型中，如果沒有特別的說明，本文所提到的所有技術特徵以及優選特徵可以相互組合形成新的技術方案。
[0043]在本實用新型中，如果沒有特別的說明，本文所提到的所有步驟可以順序進行，也可以隨機進行，但是優選是順序進行的。例如，所述方法包括步驟(a)和(b)，表示所述方法可包括順序進行的步驟(a)和(b)，也可以包括順序進行的步驟(b)和(a)。例如，所述提到所述方法還可包括步驟(C)，表示步驟(C)可以任意順序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步驟(a)、(b)和(C)，也可包括步驟(a)、(c)和(b)，也可以包括步驟(C)、(a)和(b)等。
[0044]在本實用新型中，如果沒有特別的說明，本文所提到的「包括」表示開放式，也可以是封閉式。例如，所述「包括」可以表示還可以包含沒有列出的其他元件，也可以僅包括列出的元件。
[0045]現有技術中將催化劑裝填在多根並列設置的列管中，而在列管外使得製冷劑循環流動以移走反應熱量。如上文所述，此種設置形式會導致反應設備不易放大，生產能力低下，催化劑填充耗時費力而且容易填充不均勻等問題。
[0046]針對以上問題，本實用新型採用了以下做法:將多個催化劑床層以分段的方式沿著反應物流流動方向依次直接設置在反應器筒體之內，而將換熱管設置在各個催化劑床層之內，使得冷卻介質在所述換熱管內流過。通過以上做法，本實用新型省去了耗時費力且工藝要求嚴苛的向列管內填充催化劑的操作，並且本實用新型的反應器可以根據需要很方便地進行規模放大，適應不同生產規模的需求。
[0047]如圖1所示，該固定床反應器包括反應器筒體10、反應原料進口 20、反應產物出口30。在反應器筒體10內設置有多個催化劑床層:第一段催化劑床層40、第二段催化劑床層50和第三段催化劑床層60，各個催化劑床層40、50、60底部分別設置有篩板70，催化劑床層內部分別設置有換熱管80，以及冷卻介質入口 82和冷卻介質出口 84。其中篩板70具有直徑小於5毫米的篩孔，例如篩孔直徑I毫米，篩板70的作用是支撐催化劑床層，同時通過篩孔使反應器內的氣態和液態物料能夠在各個催化劑床層之間順著物流方向流動。
[0048]所述催化劑床層內裝填的催化劑微球的直徑最好大於篩孔的直徑，例如為5毫米或者以上。優選地，在裝填催化劑時，在篩板上鋪設一層直徑大於催化劑微球的球形粒子，例如磁球，其直徑可以為15毫米或者以上。這樣設置的目的是防止催化劑從篩板上掉出，影響催化劑的整體性能，或者造成空間內的汙染。優選地，在催化劑床層內部，在篩板70與換熱管80之間的空隙內，將磁球與催化劑以逐層分隔的方式鋪設,即一層磁球與一層催化劑交替設置。鋪設完成後，催化劑床層40、50、60的裝填高度(即篩板70到相對應的催化劑裝填最高界面72的距離)為換熱管高度的I倍到1.5倍，優選為換熱管高度的1.05倍到
1.3倍，最優選為換熱管高度的1.1倍到1.2倍。
[0049]優選地，在相鄰的兩個催化劑床層之間，例如第一段催化劑床層40的篩板70和第二段催化劑床層50的催化劑裝填最高界面72之間，設置有預混空間120。預混空間120內設置有至少一個急冷劑入口 100，用來向反應物流中噴入急冷劑。在預混空間120內，通過急冷劑入口 100噴入的溫度較低的急冷劑與通過第一段催化劑床層40向下穿過篩板70流出的溫度較高的物料進行充分混合，從而使物料有充分的空間來降低溫度，促進反應器內溫度的均勻性，再使溫度均勻的反應物料進入下一段催化劑床層進行反應。預混空間120的高度與反應器直徑有關，為反應器直徑的0.05-3.0倍，優選地，預混空間120的高度為反應器直徑的0.1-1.0倍。例如對於直徑10米的塔，預混空間的高度為可以為1-10米，對於直徑0.1米的塔，預混空間的高度可以為10-300毫米。在一個優選的實施方式中，所述急冷劑入口設置有噴頭，所述噴頭可以具有本領域公知的任意結構，將急冷劑霧化，然後噴入所述反應器內。
[0050]在圖1所示的實施方式中，急冷劑是來自外部的，其成分對應於反應中參加反應的反應物、或者反應生成的產物和副產物、或者反應所需的溶劑等組分，例如對於由一氧化碳和亞硝酸二甲酯合成草酸二甲酯的第(i)步反應，所述急冷劑可以是從外部供應裝置額外提供的甲醇或草酸二甲酯等。
[0051]在圖2所示的實施方式中，急冷劑來自反應體系中，具體如圖2所示，反應產物出口 30流出的反應產物經過冷凝器200後進入氣液分離器201，其中的氣相產品202被收集或者排空，一部分液相產品203被作為液相產物回收，另一部分液相產品204被引入急冷劑入口 100,作為急冷劑,重新進入反應體系中。
[0052]所述換熱管可以以任意合適的形式在所述催化劑床層中蜿蜒延伸，例如三角形彎折方式、U形彎折方式、螺旋形彎折方式等等，以及這些形狀的組合。根據反應器的尺寸、具體催化劑種類、反應工藝條件、反應規模等因素，單個反應器內可以包括至少兩段催化劑床層，例如可以包括2-20段，或者2-10段，或者2-8段，或者2-6段，或者2_3段催化劑床層。在本實用新型的一個實施方式中，所述反應器筒體沿著反應物流的流動方向具有基本恆定的形狀和尺寸，各段催化劑床層的尺寸也是基本相同的，其中填充有等量的催化劑。在本實用新型的另一個實施方式中，沿著反應器物流的流動方向，所述反應器筒體的尺寸逐漸減小或者逐漸增大，各段催化劑床層的高度也可以逐漸減小或者逐漸增大。
[0053]本實用新型的反應器可以用於任意本領域已知的或者將來開發的可以通過固定床進行的反應，當所述反應是放熱反應的時候，冷卻基質從所述換熱管內流過，同時通過急冷劑入口噴入急冷劑；當所進行的反應是吸熱反應的時候，加熱介質從所述換熱管內流過，同時通過急冷劑入口噴入加熱的液體或者氣體物流，還可以沿著所述反應器筒體另外設置各種加熱裝置，例如電阻加熱絲、輻射加熱器或者電感線圈等。
[0054]在本實用新型的一個優選的實施方式中，使用本實用新型的反應器來進行由一氧化碳合成乙二醇的反應。如上文所述，該反應包括兩個強放熱步驟，這兩個反應步驟分別獨立地在本實用新型的反應器內進行。為了簡便起見，用來由一氧化碳合成草酸酯的反應器記作第一反應器，用來由草酸酯合成乙二醇的反應器記作第二反應器，針對所進行的反應，這些反應器內分別採用相應的催化劑和工藝條件設置。根據具體的工藝需要，所述第一反應器和第二反應器實際上可以分別是多個本實用新型所述的反應器並聯設置形成的反應器組，或者也可以在所述第一反應器和第二反應器之間設置其他的反應裝置。作為示例，本實用新型使用的原料亞硝酸酯為亞硝酸甲酯，合成的中間產物草酸酯為草酸二甲酯，但是所述亞硝酸酯也可以是亞硝酸乙酯、亞硝酸丙酯、亞硝酸丁酯、或其混合物，所述草酸酯也可以是草酸二乙酯、草酸二丙酯、草酸二丁酯、或其混合物。也就是說，適用於本實用新型的亞硝酸酯是亞硝酸甲酯、亞硝酸乙酯、亞硝酸丙酯、亞硝酸丁酯、或其混合物，本實用新型所述的草酸酯包括草酸二甲酯、草酸二乙酯、草酸二丙酯、草酸二丁酯、或其混合物。
[0055]本實用新型的附圖和以下的實施例顯示了包括三段催化劑床層的反應器，但是在實際的操作中，可以根據情況任意增加或者減少催化劑床層的數量，或者將多臺裝填有相同催化劑床層的反應器串聯起來進行操作。
[0056]作為原料使用的一氧化碳可以源自各種來源，例如由煤炭製備的合成氣，煤炭液化或者石油裂解精煉過程中作為副產物產生的一氧化碳，來自天然氣和生物物質發酵或者氧化產生的一氧化碳、以及其他工業合成工藝中作為副產物產生的一氧化碳等等。根據一氧化碳的具體來源不同，其中還可以包含不會對本實用新型的反應造成負面影響的其他氣體組分，例如氮氣、二氧化碳、甲烷、稀有氣體(如氬氣)、氮的氧化物、以及其他微量的氣態雜質等等，在本實用新型所述的反應過程中，這些所謂的其他氣體組分僅僅是從反應體系內通過，而不會發生顯著的反應。在本實用新型的一個優選的實施方式中，所述一氧化碳是由煤炭、天然氣或者生物物質製備的合成氣經過除氫氣、除氧氣、和脫水操作得到的。
[0057]本實用新型的方法包括三個步驟:(i) 一氧化碳和亞硝酸甲酯反應製備包含草酸二甲酯的中間產物流；(ii)從所述中間產物流分離草酸二甲酯；(iii)對所述草酸二甲酯進行氫化，從而製得乙二醇產物。
[0058]對於所述步驟(i)，將包含一氧化碳和亞硝酸甲酯的氣體混合物引入如圖1所示的第一反應器中，使其與催化劑床層中的固體催化劑接觸，形成包含草酸二甲酯的中間產物流。在進行上述反應的同時，使得冷卻基質從所述換熱管中流過，通過控制冷卻介質的溫度和流速，使得第一反應器中保持所需的溫度。所述冷卻基質可以是本領域已知的任意冷卻流體，例如水、氟利昂、液氨、各種超臨界流體等。在本實用新型的一個優選的實施方式中，以所述包含一氧化碳和亞硝酸酯的氣態混合物的總體積為基準計，所述包含一氧化碳和亞硝酸酯的氣態混合物中一氧化碳和亞硝酸酯的總含量可以為40-100體積％，其中一氧化碳和亞硝酸酯的體積比為20:1至1:20，優選為10:1至1:10，更優選為5:1至1:5。所述氣態混合物中除了一氧化碳和亞硝酸酯以外，還可以包含不會對反應造成負面影響的其他氣體組分，例如氮氣、二氧化碳、甲烷、氬氣、氮的氧化物、以及它們的混合物。所述第一反應器內的反應溫度為100-155°C，壓力為0.2-5MPa，優選0.3-0.6MPa。所述第一反應器的三個催化劑床層中使用相同的負載在惰性載體上的鉬族金屬的單質或者化合物，所述惰性載體選自氧化鋁、高嶺土、沸石、二氧化矽、硅藻土、活性碳、玻璃珠、及其混合物，所述鉬族金屬選自釕、銠、鈀、鉬、銥、鋨；更優選地，所述鉬族金屬是鈀；以所述第一催化劑的重量計，其中鉬族金屬的單質或者化合物的含量為0.1-5重量％。
[0059]在反應的同時，還通過所述急冷劑入口 100將急冷劑噴入所述第一反應器內，使其與反應物流混和，以更好地控制所述反應體系的溫度。在一個優選的實施方式中，所述第一反應器中使用的急冷劑取決於第一反應器中生成的產物、副產物或者溶劑等，例如，可以是草酸二甲酯、草酸二乙酯、草酸二丙酯、草酸二丁酯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、或其混合物，前提是不會對反應造成負面影響。所述急冷劑可以處於常溫狀態，也可以處於低於零度的冷凍狀態，只要其冷凍溫度高於該急冷劑的凝固點，使得所述急冷劑保持呈液態即可。在一個優選的實施方式中，使用液態的草酸二甲酯作為急冷劑。
[0060]在合成草酸二甲酯之後進行步驟(ii)，將包含草酸二甲酯的中間產物流從所述第一反應器引出，通過冷凝分離得到草酸二甲酯。分離了草酸二甲酯之後的反應尾氣可以進一步進行再生和回收操作，從而回收亞硝酸甲酯，將其導入所述第一反應器內循環使用，而剩餘的氣體如氮氣、甲烷、氬氣、一氧化碳、一氧化氮等組分則作為廢氣直接排放或者進行進一步的處理後排放入大氣中。
[0061]在步驟(iii)中，將以上步驟(ii)分離得到的草酸二甲酯與氫氣一起送入第二反應器中，所述第二反應器同樣如圖1所示，包括三段催化劑床層，在所述催化劑的作用下，通過草酸二甲酯的氫化製備乙二醇產物。在反應的同時使得冷卻基質從換熱管中流過，將第二反應器保持在所需的反應溫度。所述冷卻介質可以與以上第一反應器使用的冷卻介質相同，也可以使用不同的冷卻基質，並且根據具體的工藝需要對冷卻介質的溫度和流速進行具體的選擇。所述催化劑床層中填充的催化劑是負載在惰性載體上的金屬組分，所述惰性載體選自氧化鋁、高嶺土、沸石、二氧化矽、硅藻土、活性碳、玻璃珠、及其混合物，所述金屬組分選自金屬銅、氧化亞銅、銅鹽、銀鹽、釕鹽、鉻鹽、以及它們的混合物；所述草酸酯的液時空速為0.2-0.7g/ml.h，所述第二反應器內的壓力為0.8-3.0兆帕，溫度為200_250°C，氫氣空速為4000-8000小時'
[0062]在反應的同時，還通過所述急冷劑入口 100將急冷劑噴入所述第二反應器內，使其與反應物流混和，以更好地控制所述反應體系的溫度。在一個優選的實施方式中，所述第二反應器中使用的急冷劑取決於第二反應器中生成的產物、副產物或者溶劑等，例如，可以是乙二醇、草酸酯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、及其混合物，前提是不會對反應造成負面影響。所述急冷劑可以處於常溫狀態，也可以處於低於零度的冷凍狀態，只要其冷凍溫度高於該急冷劑的凝固點，使得所述急冷劑保持呈液態即可。在一個優選的實施方式中，使用常溫的甲醇作為急冷劑。[0063]在下面的實施例中以示例的方式描述本實用新型的一些優選的實施方式。但是本領域技術人員可以對其進行適當的改變或者組合，從而實施本實用新型。
[0064]實施例
[0065]在以下的實施例中，除非另外說明，所使用的各種試劑為分析醇。所使用的CO原料氣是對工業生產的合成氣進行常規除氫氣、除氧氣和脫水之後獲得的，其中CO的體積含量為98%，餘量為氮氣、二氧化碳、甲烷和氬氣等不會影響反應的組分，所述CO原料氣中有害雜質的含量如下:硫化物≤1.15ppm, NH3≤ 200ppm, H2 ≤IOOppm, O2≤1000ppm,H2O ≤ IOOppm0
[0066]實施例1草酸二甲酯的合成
[0067]在該實施例中使用如圖1所示的反應器，該反應器直徑0.lm，高2.5m，其中設置三段催化劑床層，按照從上至下的順序，各段床層高度分別為0.5m, 0.5m, lm，其中填充9.38公斤氧化鋁負載的鈀催化劑，所述催化劑中鈀的含量為1%，粒度為5mm。各段催化劑床層之間間隔(即預混空間的高度)300mm。將CO原料氣和亞硝酸酯以2:1的體積比混和，以SOOOhf1的空速從反應器頂部的反應物入口引入，依次通過所述三段催化劑床層。所述反應器內的壓力為0.4MPag。在所述三段催化劑床層之間設置有兩個急冷劑入口，在反應過程中分別以0.041/min的流量向反應器內噴入常溫的草酸二甲酯，所述作為急冷劑使用的草酸二甲酯是由反應體系以外的草酸二甲酯供應裝置提供的。三組換熱管以U形結構設置，常規的冷凝水在其中流過，用來移走反應產生的熱量，將反應體系保持在反應溫度為150°C。反應之後的氣體物流從反應器底部的反應產品出口導出。在此處取樣用GC-MS進行表徵，計算得到亞硝酸甲酯(的轉化率為60%，草酸二甲酯的濃度為6.3%，選擇性為99.5%。
[0068]實施例2草酸二甲酯的分離
[0069]在此實施例中，將實施例1製得的氣體物流導入冷凝分離塔，在溫度為75°C、壓力為0.4Mpag的條件下分離出液態的草酸二甲酯。
[0070]實施例3草酸二甲酯的氫化反應
[0071]在此實施例中，使用如圖1所示的反應器，該反應器直徑0.lm，高2.5m，其中設置三段催化劑床層，按照從上至下的順序，各段床層高度分別為0.5m, 0.5m, lm，其中填充
5.966公斤氧化鋁負載的氧化亞銅催化劑，所述催化劑粒度為5mm。各段催化劑床層之間間隔(即預混空間的高度)300mm。將實施例2得到的草酸二甲酯溶於甲醇溶液，得到濃度為50重量％的甲醇溶液。使用高壓計量泵將該甲醇溶液注入氣化器，然後將所得的氣體物質從反應器頂部的反應物入口輸入所述反應器中。其中所述草酸二甲酯的液時空速為0.5g/ml 4。與此同時，將氫氣以SOOOhr-1的空速從反應器頂部的反應物入口輸入所述反應器中。使得所述反應物草酸二甲酯和氫氣依次通過所述三段催化劑床層。所述反應器內的壓力為
2.5MPag。在所述三段催化劑床層之間設置有兩個急冷劑入口，在反應過程中分別以0.051/min的流量向反應器內噴入常溫的甲醇，所述作為急冷劑的甲醇是由反應體系外部的甲醇供應裝置提供的。三組換熱管以U形結構設置，常規的冷凝水在其中流過，用來移走反應產生的熱量，將反應體系保持在反應溫度為210°C。反應之後的氣體物流從反應器底部的反應產品出口導出。在此處取樣用GC-MS進行表徵，計算得到草酸二甲酯的轉化率為99.5%，乙二醇的濃度為1.7%，選擇性為92%。
【權利要求】
1.一種分段急冷固定床反應器，所述反應器包括:反應器筒體(10)，其特徵在於，在所述反應器筒體(10)之內沿著反應物流流動的方向以分段的形式設置的兩段以上的催化劑床層(40，50，60);在各個催化劑床層之間，在所述反應器筒體(10)上設置有至少一個急冷劑入口(100)。
2.如權利要求1所述的分段急冷固定床反應器，其特徵在於，所述反應器包括2-10段催化劑床層。
3.如權利要求1所述的分段急冷固定床反應器，其特徵在於，所述反應器包括2-6段催化劑床層。
4.如權利要求1所述的分段急冷固定床反應器，其特徵在於，所述反應器包括2-3段催化劑床層。
5.如權利要求1所述的分段急冷固定床反應器，其特徵在於，該反應器還包括分別設置在所述每段催化劑床層(40，50，60)之內的換熱管(80)，每組換熱管分別包括冷卻介質進口 (82)和冷卻介質出口(84)。
6.如權利要求5所述的分段急冷固定床反應器，其特徵在於，所述換熱管(80)按照以下的方式設置在每段催化劑床層之內:換熱管以三角形彎折方式設置，換熱管以U形彎折方式設置，或者換熱管以螺旋形式彎曲設置，以及上述設置形式的組合。
7.如權利要求1所述的分段急冷固定床反應器，其特徵在於，該反應器的各個催化劑床層底部設置有篩板(70)，篩板上設置有篩孔，篩孔直徑小於裝填的催化劑微球的直徑。
8.如權利要求1所述的分段急冷固定床反應器，其特徵在於，在相鄰的催化劑床層之間，設置有預混空間(120)，通過所述急冷劑入口(100)將急冷劑引入該預混空間(120)內。
9.如權利要求8所述的分段急冷固定床反應器，其特徵在於，所述預混空間(120)的高度為反應器直徑的0.05?3.0倍。
10.如權利要求8所述的分段急冷固定床反應器，其特徵在於，所述預混空間(120)的高度為反應器直徑的0.1?1.0倍。
11.如權利要求1所述的分段急冷固定床反應器，其特徵在於，急冷劑入口(100)與外部急冷劑加料裝置相連接。
12.如權利要求1所述的分段急冷固定床反應器，其特徵在於，該反應器還包括反應原料進口(20)、反應產物出口(30)、與反應產物出口相連接的冷凝器(200)、與冷凝器相連接的氣液分離器(201)，所述急冷劑入口(100)與氣液分離器(201)相連接。
【文檔編號】B01J8/04GK203389621SQ201320273914
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年5月17日 優先權日:2013年5月17日
【發明者】王江峰, 羅豔寧, 張小莽 申請人:上海碧科清潔能源技術有限公司