本发明专利技术涉及一种乙二酸酯加氢制乙二醇的反应装置及工艺，包括流化床反应器(100)、固定床反应器(200)、过滤器(300)和水蒸气包(400)，所述的流化床反应器(100)底部连接原料气进气管(1)，顶部连接过滤器(300)，过滤器(300)连接固定床反应器(200)，所述的水蒸气包(400)通过循环管路连接流化床反应器(100)。将乙二酸酯和氢气先后在流化床反应器和固定床反应器中进行两次反应，利用流化床实现良好的移热和温度控制，得到中等的转化效率，再串联结合一个固定床反应器，可以实现单套反应器系统的高产能，降低单位产量的投资、能耗和总成本，提高其与石油化工路线的竞争力。
【技术实现步骤摘要】
一种乙二酸酯加氢制乙二醇的反应装置及工艺
本专利技术涉及一种煤化工路线生产乙二醇的装置和工艺，特别是关于乙二酸二甲酯或二乙酯加氢生产乙二醇，采用流化床和固定床反应器联合的适合大规模生产乙二醇的方法。
技术介绍
乙二醇是重要的基本有机化工原料，主要作为聚酯的缩聚单体。由于聚酯产业的迅速增长，乙二醇的全球产能接近4000万吨/年。传统的生产路线是基于乙烯-环氧乙烷的石油路线，我国的生产远不能满足需求，进口量很大，近十年的进口依赖度一直在70％以上，严重制约了我国聚酯产业的发展。我国资源特点是煤多油少气贫，开发乙二醇生产的煤化工路线具有战略和现实意义。煤化工路线生产乙二醇包括三个反应步骤：(1)耦联：CO和亚硝酸酯(甲酯或乙酯)耦联生成乙二酸酯并联产NO，(2)加氢：乙二酸酯加氢制乙二醇并联产甲(乙)醇，(3)酯化：NO和甲(乙)醇氧化酯化生产亚硝酸甲(乙)酯并联产水。三个反应构成NO和甲(乙)醇的循环，总反应是：2CO+4H2+0.5O2＝(CH2OH)2+H2O显然，该反应与甲醇的反应很接近，因此，与传统的乙烯-环氧乙烷路线相比，煤化工路线具有显著的资源优势。乙二醇的煤化工路线最早在上世纪80年代分别有美国联碳化学和日本宇部化工公司专利技术，我国科学家在90年代开始了基础研究，尤其进入本世纪，国内有多个单位进行了技术开发，并在近十年工业化，迅速发展，已建+在建+拟建产能将达到1500万吨/年。但是，近年来由于石油价格低迷，煤化工乙二醇路线由于单套产能小，投资大，能耗高，难以同石油路线竞争，出现了大面积亏损。因此，煤化工乙二醇的技术发展方向就是如何降低投资，提高单套(即单台反应器的生产能力)，将低投资，降低能耗，提高与石油路线的竞争能力。目前的技术中，加氢反应的问题是反应温度窗口较狭窄。一般反应温度越高越好，但是该反应的温度不能高，高了以后会产生很难分离的副产物1,2丁二醇，且高温也会导致铜基催化剂的烧结失活，所以可行的操作温度范围较窄。另一方面，反应器采用的是换热式列管固定床反应器，受传热能力的限制，管径较小，限制了生产能力，一般单套反应器的产能在5万吨/年左右。根据化学反应工程的原理，不同的反应器都有各自的有缺点。在气固反应体系中，能较好解决移热问题的方案是采用流化床反应器，但是，流化床反应的反应效率不如固定床高，而且，对于不同的反应，结合反应的特点，又有不同的具体实施方案。对于乙二酸酯加氢反应，专利文献201110045352(草酸酯催化反应为乙二醇的流化床催化剂)公开了一种用助剂铈、铌做助剂改性的铜催化剂，用于流化床反应器；201110045364(草酸酯通过流化床催化反应生成乙二醇的方法)采用流化床反应器,且催化剂采用铋和钨改性。虽然文献中说可以得到100％的乙二酸酯转化率，但是实际上却很难达到，因为流化床反应器的特点就是由于气-固流动的非均匀性，尤其大气泡造成的返混的存在，转化效率很难达到很高的水平，更不可能达到100％(即使理论上也无法达到，除非催化剂装填量为无穷大)，显然是不具备适用性的，因此，迄今未见有进一步的开发和工业化应用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的生产能力低，限制了大型化生产，以及转化效率难以提高的问题，提供了一种乙二酸酯加氢制乙二醇的反应装置及工艺技术，该技术具有结构简单，产能高，转化效率高，特别适合大规模生产的需要。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种乙二酸酯加氢制乙二醇的反应装置，包括流化床反应器(100)、固定床反应器(200)、过滤器(300)和水蒸气包(400)，所述的流化床反应器(100)底部连接原料气进气管(1)，顶部连接过滤器(300)，过滤器(300)连接固定床反应器(200)，所述的水蒸气包(400)通过循环管路连接流化床反应器(100)，结合了流化床反应器移热能力高和固定床反应器转化率高的优点，可以同时实现良好的温度控制和反应器稳定运行。所述的流化床反应器和固定床反应器之间通过含尘气体管线和干净气体管线还连接有过滤器，用以实现细颗粒催化剂的气-固分离，既彻底回收催化剂，减少浪费，由消除了后续固定床反应的堵塞，确保稳定安全运行。所述的流化床反应器包括底部气体分布区、中间反应区、和顶部气固分离区，其中气体分布区内设有气体分布器a、中间反应区内装填有催化剂a和换热管，气固分离区内设有气固分离器，确保反应的同时，实现移热控制反应器温度，并且确保反应气体的均匀分布，稳定反应的操作。所述的换热管通过进水管线和出水管线与水蒸汽包构成循环回路；多根并联的换热管均匀设置在反应区，催化剂装填在换热管之间，确保在反应的同时，反应释放出的多余热量生产蒸汽。所述的催化剂a的颗粒大小在20-1000微米之间，优选在50-500微米之间。所述的固定床反应器中装有催化剂b和气体分布器b，且所述催化剂b的颗粒大小在2-10毫米之间，优选在4-8毫米之间，降低了阻力，确保了高的反应效率。所述的固定床反应器为绝热式反应器，结构简单，效率高，降低投资，且所述催化剂b为球形、圆柱形、环形或多孔圆柱形，优选环形，气体阻力低，降低能耗。所述的过滤器内装有过滤管，该过滤管为微孔金属烧结管、陶瓷管、玻璃纤维布袋或有机高分子纤维布袋，且开有三个接口，分别通过含尘气体管线与上游的流化床反应器的顶部相连，通过干净气体管线与下游的固定床反应器相连，再通过催化剂颗粒回流管线与流化床反应器的下部相连，确保了快速连续回收催化剂，净化反应气体，减少下游固定床反应器的堵塞。采用所述装置进行乙二酸酯加氢制乙二醇的反应工艺，包括以下步骤：1.一级反应：原料气通过原料气进气管(1)进入所述流化床反应器(100)的下部空腔，并通过气体分布器a(102)分布均匀后，进入含有催化剂a(101)的流化段，与催化剂a(101)接触发生乙二酸酯加氢制乙二醇的催化反应，生成乙二醇并联产甲醇或乙醇；2.移热：流化床反应器内发生加氢反应放出的热量一方面使反应气体的温度升高到设定温度即所述流化床反应器的温度，另一方面通过反应气体与换热管的热交换，将多余的反应热移除，并通过进口水管线和出口水管线与水蒸汽包构成水循环，在汽包中生产蒸汽；3.气-固分离：流化床反应器内发生加氢反应得到的反应气体进入上部气固分离区，进行气固分离，被反应气体夹带的较大粒度的催化剂颗粒通过重力沉降分离，较小粒度的催化剂颗粒通过气固分离器进行旋风分离，细粒度的催化剂则由含尘气体管线输送到反应器外的过滤器进行彻底过滤分离，过滤得到的细颗粒催化剂通过催化剂回流管线回到流化床反应器的流化段循环利用，得到的干净的反应气体通过干净管线进入下游的固定床反应器，4.二级反应：干净反应气体在固定床反应器进行第二次反应，实现高的转化效率。步骤1进入流化床反应器(100)的原料气的体积组成为乙二酸酯1-5％，其余为氢气等；其中乙二酸酯为乙二酸二甲酯或乙二酸二乙酯；该原料气是配置的混合气。所述流化床反应器的顶部压力为1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种乙二酸酯加氢制乙二醇的反应装置，其特征在于，包括流化床反应器(100)、固定床反应器(200)、过滤器(300)和水蒸气包(400)，所述的流化床反应器(100)底部连接原料气进气管(1)，顶部连接过滤器(300)，过滤器(300)连接固定床反应器(200)，所述的水蒸气包(400)通过循环管路连接流化床反应器(100)。/n
【技术特征摘要】
1.一种乙二酸酯加氢制乙二醇的反应装置，其特征在于，包括流化床反应器(100)、固定床反应器(200)、过滤器(300)和水蒸气包(400)，所述的流化床反应器(100)底部连接原料气进气管(1)，顶部连接过滤器(300)，过滤器(300)连接固定床反应器(200)，所述的水蒸气包(400)通过循环管路连接流化床反应器(100)。
2.根据权利要求1所述的一种乙二酸酯加氢制乙二醇的反应装置，其特征在于，所述的流化床反应器(100)包括底部气体分布区、中间反应区、和顶部气固分离区，其中气体分布区内设有气体分布器a(102)、中间反应区内装填有催化剂a(101)和换热管(103)，气固分离区内设有气固分离器(104)。
3.根据权利要求2所述的一种乙二酸酯加氢制乙二醇的反应装置，其特征在于，所述的换热管(103)通过进水管线(8)和出水管线(9)与水蒸汽包(400)构成循环回路；多根并联的换热管(103)均匀设置在反应区，催化剂a(101)装填在换热管之间。
4.根据权利要求3所述的一种乙二酸酯加氢制乙二醇的反应装置，其特征在于，所述的催化剂a(101)的颗粒大小在20-1000微米之间，优选在50-500微米之间。
5.根据权利要求1所述的一种乙二酸酯加氢制乙二醇的反应装置，其特征在于，所述的固定床反应器(200)中装有催化剂b(201)和气体分布器b(202)，且所述催化剂b(201)的颗粒大小在2-10毫米之间，优选在4-8毫米之间。
6.根据权利要求5所述的一种乙二酸酯加氢制乙二醇的反应装置，其特征在于，所述的固定床反应器(200)为绝热式反应器，且所述催化剂b(201)为球形、圆柱形、环形或多孔圆柱形，优选环形。
7.根据权利要求2所述的一种乙二酸酯加氢制乙二醇的反应装置，其特征在于，所述的过滤器(300)内装有过滤管，该过滤管为微孔金属烧结管、陶瓷管、玻璃纤维布袋或有机高分子纤维布袋，且开有三个接口，分别通过含尘气体管线(2)与上游的流化床反应器(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖文德，阎建民，李学刚，罗漫，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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