本发明专利技术涉及一种用于羰化耦联合成酯的工业板式反应器,所述反应器的催化剂床层内设气体再分布器，将催化反应床层分为外反应区和内反应区；所述反应器的换热装置为预制成组的换热板和冷管；换热板组在催化剂床层内的排列方式为：沿催化剂床层径向放置并且沿着同心的扇形排开，或者垂直于催化剂床层径向近似于同心圆排列；本发明专利技术解决了目前羰化耦联生产草酸酯反应器为列管反应器的不足，可以克服其单台反应器催化剂装填量小，压降大、大规模生产需要台数多等缺点。且可以提高催化剂利用系数和反应器容积利用率、增大了催化剂装填量、提高反应器生产能力、节省装置设备投资，降低运行费用。在羰化耦联生产草酸酯工艺中起到良好工业化应用效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于羰化耦联合成酯的工业化板式反应器，尤其涉及一种适用于羰化耦联合成草酸酯的工业化板式反应器。
技术介绍
草酸酯是一种重要的化工原料 ，可用于草酸、乙二醇、草酰胺、药物和燃料的中间体。特别是随着石油资源的日益减少，由天然气经合成气制备草酸酯是一项开拓性的Cl化工新工艺、新技术，实现用煤和天然气替代石油乙烯，二步间接合成乙二醇的战略目标，具有很大的市场前景，特别是对于我国石油资源缺乏，而煤炭资源丰富的状况，这一煤化工合成草酸酯路线具有战略意义。目前，羰化耦联合成草酸酯的固定床反应器基本采用列管式反应器。列管式反应器制作简单，但在提高反应能力方面有一定的局限性。一般，提高反应能力主要通过提高换热面积和催化剂装填量来解决，也就是要加大列管的直径或增加列管的数量。这样会产生床层径向温度分布不均匀，导致反应不易控制，而且增加副反应的发生。此外，当功率要求高到一定程度时，列管式反应器体积较大，轴向和径向较大的温度差将导致系统能量效率降低，甚至使得反应器中的加氢反应无法正常运行。羰化耦联合成草酸酯的反应为气固相可逆催化放热反应，为保证放热化学反应的连续进行，需不断移出反应热，以使反应过程沿最佳温度曲线进行。而目前工业上采用列管式反应器为避免催化剂容易老化、使用寿命短等缺点，通常在实际中采用大量填装催化剂，以加大备用系数，延长催化剂更换周期的方式，但太大的备用系数，增加了催化剂床层高度，因而大大增加了设备运行阻力和动力消耗。综上所述，目前羰化耦联合成草酸酯反应存在如下缺点一是采用管式换热结构，传热系数低，难以实现有效的传热强化；二是冷热流是以非全逆流形式换热，有效传热温差小。由于以上两方面的缺点，导致现有的羰化耦联合成草酸酯反应器内部有效换热面积较小，耗材多，设备造价高，而且体积庞大，安装与维修都不方便。此外，由于以上设备结构的缺点，使得反应过程中的平均反应温度较低，导致羰化耦联合成草酸酯反应速率低，所需催化剂用量多，设备投资高。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的不足，提供一种气体流动时阻力小、动力消耗低、可回收的热量多、产量高、生产成本低的板式反应器。解决和克服现有加氢反应器内部换热结构存在的管式换热传热系数低，难于实现传热强化，冷热流非全逆流换热，即有效传热温差小、体积大、安装维修不方便、耗材多、造价高、以及平均反应温度较低，导致加氢反应速率低、催化剂耗量大、投资大等的问题和缺点。本专利技术提供的板式气固相催化反应装置，增大了腔内传热系数，强化了传热，因此大大降低了热点温度，同时大大增加了催化剂利用系数、大幅降低了设备运行阻力并提高了装置的生产能力。本专利技术采用以下技术方案实现的一种用于羰化耦联合成草酸酯的工业化板式反应器，其内部结构从上到下依次包括位于进口端的反应器进口管、进口气体分布器、换热室、上端惰性填料层、中间径向反应床层、下端惰性填料层、出口气体分布器和反应器出口管；所述中间径向反应床层，由外到内依次包括与上端惰性填料层连接的反应器壳体内壁与外分布筒间环隙、外分布筒、催化剂床层、内分布筒和中心集气管；所述催化剂床层内设气体再分布器，将催化剂床层分为外反应区和内反应区。所述催化剂床层内设换热器，换热器的换热元件为板式换热元件；所述板式换热元件为预制成组的换热板，由换热板组成的换热板组由顶部人孔装入塔内，埋于催化剂床层内，换热板组整体通过固定在反应器壳体内壁和中心集气管外壁的环形筋板共同支撑。所述换热板组在催化剂床层内的排列方式为平行于催化剂床层径向放置并且沿着同心的扇形排开，或者垂直于催化剂床层径向近似于同心圆排列。流通在不同换热板之 间的反应介质，根据催化剂的性质不同具有不同的错流方式，目的是延长反应介质在板间的流通距离，并尽可能保证各反应介质流通路径压降接近相同；利用板式换热器在反应床层中的扇形排布位置或者垂直于催化剂床层径向近似于同心圆排列位置，可以合理利用反应器内部热量，汽化与反应之间实现了较好的热量耦合，从而达到增加传热效果、提高转化率和选择性的目的。当换热板组沿催化剂床层径向放置并且沿着同心的扇形排开时，根据反应器内部空间的大小及换热板本身的尺寸，沿同一径向可以设一块换热板或依次设多块换热板；距离反应器轴心相同距离的换热板之间通过环形或圆形紧固箍固定。当换热板组垂直于催化剂床层径向近似于同心圆排列时，同一径向换热板平行排列，位于催化剂床层的换热板组整体通过位于靠近外分布筒内壁和换热板组外边缘的圆形紧固箍包围固定；同一径向平行排列的相邻换热板之间的有效板间距相等。换热板的换热面积比换热管要大，所以可以带走更多的反应热。而且气体所流经所接触催化剂的面积比较大而且均匀，反应合成效率比较高。全部结构都是模块式的标准件，一旦损坏，可以很容易替换。所述换热板的厚度为O. I I. 0mm。所述换热板为四边形结构，由两块金属板焊接而成，同一反应器内的所有换热板完全相同；所述换热板的两块金属板有相同压痕，换热板中空，两块金属板沿着周边焊接，同时表面点焊，然后冲压制成，两金属板间的缝隙形成流体通道。流体以曲折行进方式流过上述压痕的板片时，一方面加快了流体流速，极大提高总传热系数，并延长了流体通过的时间，不仅使催化剂床层聚集的反应及时由该换热器的流体带走，同时使板内流体得到预热。所述压痕为波纹状、线条状、折线状或鼓泡状。所述金属板与催化剂接触的一侧为平行板翅结构，板翅间距为O. I O. 5mm ;采用所述的平行板翅结构，可使流体在反应区内充分混合提高传热效率，克服列管式反应器在这方面的局限性，同时使反应器结构更加紧凑，床层体积较小，因此避免了反应器径向温差和轴向温差。所述金属板的材质为SS304金属板(气体换热板)或者DUPLEX金属板(蒸汽换热板)，机械上非常坚固，刚性好；优选的为SS304。所述板式换热元件的流体通道设计，沿冷却介质的流动方向依次包括冷却介质进口、主分配管、换热板组分配管、换热板组、换热板出汽管、换热板组水汽收集管、主收集管和出汽管口。冷却介质在所述板式换热元件内的流通过程为从冷却介质进口进入反应器，经主分配管和换热板组分配管进入各换热板组的换热板中，通过换热板与催化剂床层换热后，产生低压饱和水蒸气在换热板出汽管中汇集后进入换热板组水汽收集管，最后，来自换热板组的低压水汽经主收集管从出汽管口排出反应器送至外界，进行后续低压蒸汽回收处理再利用。所述冷却介质为锅炉给水或其它冷却流体，将反应热及时移出催化剂床层，同时产生低压饱和蒸汽；也可以气气换热。所述换热板内冷却介质和板外反应物的流动方式为错流。所述催化剂床层的外反应区内设冷管。··所述冷管横截面形状为三角形、正方形、菱形或平行四边形；优选为三角形。当换热板组平行于催化剂床层径向放置并且沿着同心的扇形排列时，所述冷管位于距离反应器轴心相同距离的相邻两个换热板之间，呈楔形嵌入催化剂床层内；以保持所述相邻两个换热板的有效板间距相等，所述相邻两个换热板的有效板间距是所述相邻两个换热板之间的距离减去冷管所占的空间后剩余的距离。当换热板组垂直于催化剂床层径向近似于同心圆排列时，所述冷管位于距离反应器轴心相同距离的相邻换热板组之间，呈楔形嵌入催化剂床层内，以保持所述相邻两个换热板组的有效板间距相等，所述相邻的换热板组间的有效板间本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于羰化耦联合成酯的工业化板式反应器，其特征在于，从上到下依次包括位于进口端的反应器进口管（1）、进口气体分布器（2）、换热室（15）、上端惰性填料层（3）、中间径向反应床层（4）、下端惰性填料层（6）、出口气体分布器（13）和反应器出口管（14）；所述中间径向反应床层（4），由外到内依次包括与上端惰性填料层（3）连接的反应器壳体（32）内壁与外分布筒(20)间环隙（11）、外分布筒（20）、催化剂床层（12）、内分布筒（16）和中心集气管（5）；所述催化剂床层（12）内设气体再分布器（35），将催化剂床层（12）分为外反应区和内反应区。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王保明，王东辉，李玉江，徐长青，
申请(专利权)人：上海戊正工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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