用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器.pdf

《用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器.pdf（17页完成版）》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010499504.8 (22)申请日 2020.06.04 (71)申请人 华东理工大学 地址 200237 上海市徐汇区梅陇路130号 (72)发明人 李瑞江朱学栋张琪刘玉兰 吴勇强朱子彬黄震尧安嘉元 (74)专利代理机构 上海顺华专利代理有限责任 公司 31203 代理人 李鸿儒 (51)Int.Cl. B01J 8/02(2006.01) C07C 67/36(2006.01) C07C 69/36(2006.01) (54)发明名称 用于CO羰化偶联生成草酸酯的径。

2、向流固定 床催化反应器 (57)摘要 本发明公开了一种用于CO羰化偶联生成草 酸酯的径向流固定床催化反应器， 包括从上至下 依次由上封头、 圆柱形筒体、 下封头组成的圆筒 形容器， 圆筒形容器外部设有反应气体进料口、 反应气体出料口、 换热介质入口、 换热介质出口、 催化剂进料口和催化剂卸料口； 催化床层由内向 外分为绝热区和换热区， 换热区设有两排为一组 的多组同心圆排列的换热管。 本发明的用于CO羰 化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器， 具有反应气体沿轴向分配均匀， 床层温度分布合 理， 催化剂利用率高， 反应器压降小等特点， 适用 于羰化偶联生成酯的反应， 同样适用于其它放热 的气。

3、固相催化反应。 权利要求书2页 说明书8页 附图6页 CN 111589378 A 2020.08.28 CN 111589378 A 1.一种用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器， 其特征在于， 包括从 上至下依次由上封头、 圆柱形筒体、 下封头组成的圆筒形容器， 圆筒形容器外部设有反应气 体进料口、 反应气体出料口、 换热介质入口、 换热介质出口、 催化剂进料口和催化剂卸料口； 圆筒形容器内部设有： 与圆柱形筒体同轴设置的、 由内向外依次排列的多孔壁圆筒形 内分布筒和多孔壁圆筒形外分布筒； 所述内分布筒与外分布筒之间装填催化剂， 构成催化 床层， 所述催化床层上方设有催化剂封。

4、； 所述催化床层由内向外分为绝热区和换热区， 所述 换热区设有与所述圆柱形筒体同轴设置的多排同心圆排列的换热管； 所述换热管在底部通 过分流环管与换热介质入口连接， 在顶部通过集流环管和换热介质出口连接； 催化剂进料 口和换热介质出口位于上封头的两侧， 催化剂卸料口和换热介质入口位于下封头的两侧； 反应器形式分为以下两种： (a)所述反应气体进料口设在上封头上， 通过膨胀节与多孔壁圆筒形内分布筒相连通， 所述多孔壁圆筒形内分布筒内部空间构成反应气体的分流流道； 所述多孔壁圆筒形外分布 筒上部与圆柱形筒体上部通过环形密封板相连接， 所述多孔壁圆筒形外分布筒与圆柱形筒 体侧壁之间的环隙空间构成集流。

5、流道， 与反应气体出料口相连通； 所述反应气体出料口位 于所述圆柱形筒体的外部一侧， 与所述催化剂进料口同侧； 所述反应器为型径向反应器； 反应气体从反应器上部进入， 在分流流道内由上向下流动， 通过多孔壁圆筒形内分布筒后 依次进入催化床层的绝热区和换热区， 通过多孔壁圆筒形外分布筒进入集流流道， 在集流 流道内由下向上流动， 最后通过反应气体出料口离开反应器； (b)所述反应气体进料口设在下封头上， 与多孔壁圆筒形内分布筒相连通， 所述多孔壁 圆筒形内分布筒内设有倒置的圆锥形导流体， 所述多孔壁圆筒形内分布筒与所述圆锥形导 流体的环隙空间构成反应气体的分流流道； 所述多孔壁圆筒形内分布筒与圆。

6、柱形筒体侧壁 之间的环隙空间构成集流流道， 与上封头上设有的反应气体出料口相连通； 所述反应器为Z 型径向反应器； 反应气体从反应器下部进入， 在分流流道内由下向上流动， 通过多孔壁圆筒 形内分布筒后依次进入催化床层的绝热区和换热区， 通过多孔壁圆筒形外分布筒进入集流 流道， 反应气体在集流流道内由下向上流动， 最后通过反应气体出料口离开反应器； 所述换热管每两排为一组， 两排换热管管数相同， 间隔交叉排列； 换热介质通过下封头的换热介质入口进入反应器， 并经过分流环管进入换热管， 在催 化床层内换热后， 再经集流环管， 通过位于上封头的换热介质出口流出反应器。 2.根据权利要求1所述的用于C。

7、O羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器， 其 特征在于， 所述绝热区的厚度为50mm-300mm。 3.根据权利要求1所述的用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器， 其 特征在于， 所述换热管的管径为20mm-100mm， 每排换热管的管心距为1.22.5倍换热管管 径， 同组两排换热管的管心距为1.23.5倍换热管管径， 不同组之间后组内排换热管布置 半径与前组外排换热管布置半径的差距为2.510倍换热管管径。 4.根据权利要求1所述的用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器， 其 特征在于， 所述换热管每两排为一组， 在所述换热区径向上设置26组。 5.根据权利。

8、要求1所述的用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器， 其 特征在于， 所述催化剂封的两侧挡板不开孔； 所述催化剂封的高度为所述催化床层厚度的 1.22倍。 权利要求书 1/2 页 2 CN 111589378 A 2 6.根据权利要求1所述的用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器， 其 特征在于， 所述内分布筒与外分布筒在催化床层相应部分开有小孔， 所述内分布筒的开孔 高度和外分布筒的开孔高度与所述催化床层上端高度一致。 7.根据权利要求1所述的用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器， 其 特征在于， 所述换热管的有效高度与催化剂装填高度一致。 8.根据权利。

9、要求1所述的用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器， 其 特征在于， 所述分流流道的横截面积与所述集流流道的横截面积之比值为0.51.0。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111589378 A 3 用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器 技术领域 0001 本发明属于化学反应工程技术领域， 具体的说， 涉及一种用于放热催化反应的反 应器， 特别涉及一种用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器。 背景技术 0002 乙二醇是合成聚酯的重要原材料， 乙二醇行业主要存在乙烯路线及煤基合成气路 线， 其中煤基合成气路线符合我国资源发展战略， 发展尤为迅速。 投产的。

10、煤基合成气路线多 采用草酸酯法， 第一步为亚硝酸酯与一氧化碳反应生成草酸酯与一氧化氮， 第二步为草酸 酯部分加氢生成产物乙二醇。 0003 CO羰化偶联生成草酸二甲酯反应的反应温度为110-140， 反应压力为0.1- 0.5MPa， 反应为不可逆放热反应， 放热量较大， 反应温度区间较小， 因此对反应器的换热效 率要求较高。 0004 目前对于合成草酸二甲酯等的催化反应过程一般采用固定床催化反应器， 具体来 说一般是轴向列管式反应器或径向反应器。 0005 列管式反应器床层内连续换热， 反应温度均匀， 转化率较高， 但羰化反应所用催化 剂导热能力较差导致列管直径存在限制， 目前羰化反应器的列。

11、管大多为25232 2， 其反应器容积利用率较低， 由于受设备加工限制， 反应器直径不能过大， 致使反应器床层 高度很高， 造成床层阻力大、 能耗高， 而且化工生产装置的单系列大型化趋势出现后， 大直 径反应器在加工、 制造、 运输中均存在目前难以克服的困难， 限制了大型列管式反应器的工 业化应用。 0006 为了降低反应器床层阻力， 提高空速和增加生产能力而采用径向流固定床催化反 应器。 相对于合成甲醇等气固相催化放热反应， 合成草酸二甲酯的羰化反应催化剂对于温 度更为敏感， 需要及时把反应热移出以降低反应温度。 在工业反应器中广为使用的段间换 热的多段绝热反应器对温度的控制无法满足反应需求。

12、。 0007 为了提高反应效率， 减少反应器内的压降损失， 尽可能的回收高温位热量， 充分延 长催化剂的使用寿命， 更能满足反应器大型化的需求， 不少工程技术人员开发了床层内换 热的径向固定床催化反应器。 美国专利US4321234公开了一种径向流动固定床催化反应器， 给出了流体的流动方式和换热管的排列方式， 克服了列管式固定床反应器床层阻力大的缺 点， 又能有效的利用反应热， 但是反应器内存在较严重的流体分布不均匀问题， 且换热管逐 排布置， 在合成草酸二甲酯的催化反应过程中催化剂不能得到充分利用。 0008 公开号为CN206500146U的专利申请公开了一种适用于合成草酸二甲酯的水路自 。

13、然循环蛇管式反应器， 其换热效果有所改善， 但结构较为复杂， 不利于大型化。 公开号为 CN109395667A的专利申请公开了一种适用于合成草酸二甲酯的绕管等温径向反应器， 该反 应器通过大量的绕管达到控制温度的目的， 但反应器内构件多， 气体流动方式复杂， 反应器 内气体均布效果不佳。 0009 公开号为CN102872767A、 CN104841340A的专利申请公开了两种适用于合成草酸二 说明书 1/8 页 4 CN 111589378 A 4 甲酯的径向流动等温固定床催化反应器， 采用板式换热器， 换热单元一体化设计， 但结构复 杂， 检修工作困难， 催化剂装卸不方便， 板式换热器存。

14、在泄露风险， 同时板式结构造成催化 剂厚薄不均匀， 容易发生局部过热， 而局部过热在本反应中极易引起亚硝酸甲酯热分解， 有 爆炸风险。 0010 现有反应器结构、 换热方式和反应气体的流动方式归纳存在如下问题： 0011 1、 采用向心式流动的径向反应器由于流体流动速度沿半径方向逐渐加快， 进口线 速度较小， 温升较快， 绝热层较短， 反应器加工难度大； 同时对严重受平衡制约的化学反应， 在床层内侧反应速度显著变慢， 而线速度较大， 二者不相匹配， 将会影响径向反应器效率。 0012 2、 径向反应器采用由外向内的向心式流动， 反应气体在筒体与外分布筒之间的分 流流道内流动， 由于热量损失产生。

15、温差变化， 会导致床层轴向产生颇大的温度差异。 0013 3、 反应器内换热构件难以满足换热需求； 板式换热单元结构复杂、 加工难度高、 存 在泄露风险、 催化剂厚度不均匀， 容易发生危险； 蛇管、 绕管换热单元结构复杂， 催化剂装卸 难度较大， 同时也无法完全避免换热不均匀的问题。 0014 4、 对于换热管逐排布置的方式， 每排换热管后的温度分布为波浪形， 热点在两个 换热管的中间位置的径向方向上， 后排换热管也布置在热点处， 但由于径向床层的特殊性， 每排换热管的管心距会随半径位置不同而差距较大； 对于相同管数的换热管布置来说， 床 层外侧布管较疏， 而床层内侧布管较密， 无法保证整体换。

16、热的要求， 易出现热点或低温区， 影响催化反应整体效率。 发明内容 0015 本发明的目的是提供一种用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应 器， 该反应器是一种换热管特殊排列的离心流动径向反应器， 使床层流体分布均匀的同时 提高了换热效果， 改善了床层温度分布不均匀的问题， 同时结构较为简单， 适合反应装置大 型化加工、 制造和运输。 0016 为了实现上述目的， 本发明采用的技术方案如下： 0017 本发明的构思是这样的： 0018 本发明采用一种低压降的离心式径向反应器形式， 反应气体在催化床层中由内向 外流动， 满足反应气体流速与反应速率的匹配， 充分发挥径向反应器催化反应效率。

17、， 同时从 根本上完全消除由于热量损失而导致床层轴向产生较大温度差异的发生。 0019 本发明将催化床层由内向外分为绝热区与换热区， 绝热区保证了初期反应升温的 需要， 换热区内设置换热管移去反应热， 防止催化床层超温； 换热区内设置与径向反应器同 轴的多排同心圆排列的换热管， 换热管每两排为一组， 两排换热管管数相同， 间隔交叉排 列， 有效降低了换热管后方温度波动的幅度， 提高催化床层温度的均匀性， 充分发挥催化床 层的整体性能。 以每组换热管为单元在催化床层逐组布置， 根据换热区深度设置适当的组 数。 0020 本发明采用型径向反应器形式， 使气体在分流流道和集流流道内作逆向的相对 流动。

18、， 采用恰当的分流流道和集流流道截面控制技术， 两流道间静压差的差别沿轴向可以 消除， 分布器采用实施均匀开孔的高开孔率的分布筒， 在无控制压降的条件下， 也可保证气 体的均匀分布； 或者采用Z型径向反应器形式， 使气体在分流流道和集流流道内作同向的相 说明书 2/8 页 5 CN 111589378 A 5 对流动， 采用恰当的导流锥分布控制技术， 两流道间静压差的差别沿轴向可以消除， 分布器 采用实施均匀开孔的高开孔率的分布筒， 在无控制压降的条件下， 也可保证气体的均匀分 布。 0021 本发明使用直管换热管， 结构简单易于催化剂装卸， 通过特别的排列方式在避免 了传统排列时换热管间催化。

19、剂床层温度过高的问题的同时又增加了催化剂填充体积。 0022 本发明采用径向反应器形式， 在保证催化剂径向薄床层的前提下， 随着规模的增 加， 逐步增高床层的轴向高度， 装置易于大型化。 0023 根据上述构思， 本发明采用的技术方案如下： 0024 本发明提供了一种用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器， 包括 从上至下依次由上封头、 圆柱形筒体、 下封头组成的圆筒形容器， 圆筒形容器外部设有反应 气体进料口、 反应气体出料口、 换热介质入口、 换热介质出口、 催化剂进料口和催化剂卸料 口； 0025 圆筒形容器内部设有： 与圆柱形筒体同轴设置的、 由内向外依次排列的多孔壁圆 筒。

20、形内分布筒和多孔壁圆筒形外分布筒； 所述内分布筒与外分布筒之间装填催化剂， 构成 催化床层， 所述催化床层上方设有催化剂封； 所述催化床层由内向外分为绝热区和换热区， 所述换热区设有与所述圆柱形筒体同轴设置的多排同心圆排列的换热管； 所述换热管在底 部通过分流环管与换热介质入口连接， 在顶部通过集流环管和换热介质出口连接； 催化剂 进料口和换热介质出口位于上封头的两侧， 催化剂卸料口和换热介质入口位于下封头的两 侧； 0026 反应器形式分为以下两种： 0027 (a)所述反应气体进料口设在上封头上， 通过膨胀节与多孔壁圆筒形内分布筒相 连通， 所述多孔壁圆筒形内分布筒内部空间构成反应气体的分。

21、流流道； 所述多孔壁圆筒形 外分布筒上部与圆柱形筒体上部通过环形密封板相连接， 所述多孔壁圆筒形外分布筒与圆 柱形筒体侧壁之间的环隙空间构成集流流道， 与反应气体出料口相连通； 所述反应气体出 料口位于所述圆柱形筒体的外部一侧， 与所述催化剂进料口同侧； 所述反应器为型径向 反应器； 反应气体从反应器上部进入， 在分流流道内由上向下流动， 通过多孔壁圆筒形内分 布筒后依次进入催化床层的绝热区和换热区， 通过多孔壁圆筒形外分布筒进入集流流道， 在集流流道内由下向上流动， 最后通过反应气体出料口离开反应器； 0028 (b)所述反应气体进料口设在下封头上， 与多孔壁圆筒形内分布筒相连通， 所述多 。

22、孔壁圆筒形内分布筒内设有倒置的圆锥形导流体， 所述多孔壁圆筒形内分布筒与所述圆锥 形导流体的环隙空间构成反应气体的分流流道； 所述多孔壁圆筒形内分布筒与圆柱形筒体 侧壁之间的环隙空间构成集流流道， 与上封头上设有的反应气体出料口相连通； 所述反应 器为Z型径向反应器； 反应气体从反应器下部进入， 在分流流道内由下向上流动， 通过多孔 壁圆筒形内分布筒后依次进入催化床层的绝热区和换热区， 通过多孔壁圆筒形外分布筒进 入集流流道， 反应气体在集流流道内由下向上流动， 最后通过反应气体出料口离开反应器； 0029 所述换热管每两排为一组， 两排换热管管数相同， 间隔交叉排列； 0030 换热介质通过。

23、下封头的换热介质入口进入反应器， 并经过分流环管进入换热管， 在催化床层内换热后， 再经集流环管， 通过位于上封头的换热介质出口流出反应器。 0031 所述绝热区的厚度为50mm-300mm。 说明书 3/8 页 6 CN 111589378 A 6 0032 所述换热管的管径为20mm-100mm， 每排换热管的管心距为1.22.5倍换热管管 径， 同组两排换热管的管心距为1.23.5倍换热管管径， 不同组之间后组内排换热管布置 半径与前组外排换热管布置半径的差距为2.510倍换热管管径。 0033 所述换热管每两排为一组， 在所述换热区径向上设置26组。 0034 所述催化剂封的两侧挡板不。

24、开孔； 所述催化剂封的高度为所述催化床层厚度的 1.22倍。 0035 所述内分布筒与外分布筒在催化床层相应部分开有小孔， 所述内分布筒的开孔高 度和外分布筒的开孔高度与所述催化床层上端高度一致。 0036 所述换热管的有效高度与催化剂装填高度一致。 0037 所述分流流道的横截面积与所述集流流道的横截面积之比值为0.51.0。 0038 由于采用上述技术方案， 本发明具有以下优点和有益效果： 0039 本发明的用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器， 该反应器是一 种换热管特殊排列的离心流动径向反应器， 使床层流体分布均匀的同时提高了换热效果， 改善了床层温度分布不均匀的问题， 。

25、同时结构较为简单， 适合反应装置大型化加工、 制造和 运输。 0040 本发明的用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器， 具有反应气体 沿轴向分配均匀， 床层温度分布合理， 催化剂利用率高， 反应器压降小等特点， 适用于羰化 偶联生成酯的反应， 同样适用于其它放热的气固相催化反应。 附图说明 0041 图1是用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器中型结构的示意 图。 0042 图2是用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器中Z型结构的示意 图。 0043 图3是用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器中换热管排列的横 截面示意图。 0044 图4为换。

26、热管设置为单排管的示意图。 0045 图5为换热管设置为双排管， 两排管数相同的示意图。 0046 图6为换热管设置为双排管， 两排管数不相同的示意图。 0047 图7为是单排管与双排管(两排管数相同)后径向床层温度变化对比示意图。 0048 图8是管数相同和不同的双排管后径向床层温度变化对比示意图。 0049 其中， 1为进料口； 2为换热介质出口； 3为上封头； 4为集流环管； 5为换热管； 6为集 流流道； 7为分流流道； 8为外分布筒； 9为分流环管； 10为换热介质入口； 11为催化剂卸料口； 12为下封头； 13为内分布筒； 14为催化床层； 15为圆柱形筒体； 16为出料口； 1。

27、7为催化剂封； 18为环形密封板； 19为催化剂进料口； 20为膨胀节； 21为圆锥形导流体； 22为绝热区； 23为换 热区。 具体实施方式 0050 为了更清楚地说明本发明， 下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。 本领 说明书 4/8 页 7 CN 111589378 A 7 域技术人员应当理解， 下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的， 不应以此限制本 发明的保护范围。 0051 一种用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器， 该反应器采用一带 有催化床层14的圆形压力容器， 反应气体进料口1与内分布筒13相连接， 形成反应气体的分 流流道7， 圆柱形筒体15和外分布。

28、筒8间的空间形成反应气体的集流流道6， 集流流道6与出 料口16相连通， 外分布筒8和内分布筒13之间构成催化床层14； 催化床层14由内向外分为绝 热区22与换热区23， 换热区23中以两排一组的同心圆状布置换热管5； 反应气体在催化床层 14的径向流动呈离心式。 换热介质通过下封头12的换热介质入口10进入反应器， 并经过分 流环管9进入换热管5， 在催化床层14内换热后， 再经集流环管4， 通过位于上封头3的换热介 质出口2流出反应器。 0052 具体的有以下两种形式： 0053 如图1所示， 图1是用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器中型 结构的示意图。 本发明的离心式型。

29、流动固定床床层内换热式径向催化反应器包括： 0054 一种用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器， 包括从上至下依次 由上封头3、 圆柱形筒体15、 下封头12组成的圆筒形容器， 圆筒形容器外部设有反应气体进 料口1、 反应气体出料口16、 换热介质入口10、 换热介质出口2、 催化剂进料口19和催化剂卸 料口11； 0055 圆筒形容器内部设有： 与圆柱形筒体15同轴设置的、 由内向外依次排列的多孔壁 圆筒形内分布筒13和多孔壁圆筒形外分布筒8； 所述内分布筒13与外分布筒8之间装填催化 剂， 构成催化床层14， 催化床层14中换热管5的布置方式如图3所示， 图3是用于CO羰化偶。

30、联 生成草酸酯的径向流固定床催化反应器中换热管排列的横截面示意图。 所述催化床层14上 方设有催化剂封17； 所述催化床层14由内向外分为绝热区22和换热区23， 所述换热区23设 有与所述圆柱形筒体15同轴设置的多排同心圆排列的换热管5； 所述换热管5在底部通过分 流环管9与换热介质入口10连接， 在顶部通过集流环管4和换热介质出口2连接； 催化剂进料 口19和换热介质出口2位于上封头3的两侧， 催化剂卸料口11和换热介质入口10位于下封头 12的两侧； 0056 催化床层14紧贴内分布筒13的区域为绝热区22， 绝热区22内的温度不应超过反应 允许最高温度。 0057 (a)所述反应气体进。

31、料口1设在上封头3上， 通过膨胀节20与多孔壁圆筒形内分布 筒13相连通， 所述多孔壁圆筒形内分布筒13内部空间构成反应气体的分流流道7； 所述多孔 壁圆筒形外分布筒8上部与圆柱形筒体15上部通过环形密封板18相连接， 所述多孔壁圆筒 形外分布筒8与圆柱形筒体15侧壁之间的环隙空间构成集流流道6， 与反应气体出料口16相 连通； 所述反应气体出料口16位于所述圆柱形筒体15的外部一侧， 与所述催化剂进料口19 同侧； 所述反应器为型径向反应器； 0058 反应气体从反应器上部进入， 在分流流道7内由上向下流动， 通过多孔壁圆筒形内 分布筒13后依次进入催化床层14的绝热区22和换热区23， 反。

32、应气体经过绝热区22反应， 反 应气体温度升高， 随后进入换热区23， 通过多组换热管5移走热量， 保证反应的正常进行， 反 应气体在催化床层14内由内向外离心流动， 通过多孔壁圆筒形外分布筒8进入集流流道6， 在集流流道6内由下向上流动， 最后通过反应气体出料口16离开反应器； 说明书 5/8 页 8 CN 111589378 A 8 0059 所述换热管5每两排为一组， 两排换热管管数相同， 间隔交叉排列； 0060 换热介质通过下封头12的换热介质入口10进入反应器， 并经过分流环管9进入换 热管5， 在催化床层14内换热后， 再经集流环管4， 通过位于上封头3的换热介质出口2流出反 应。

33、器。 0061 所述绝热区22的厚度为50mm-300mm。 0062 所述换热管5的管径为20mm-100mm， 每排换热管的管心距为1.22.5倍换热管管 径， 同组两排换热管的管心距为1.23.5倍换热管管径， 不同组之间后组内排换热管布置 半径与前组外排换热管布置半径的差距为2.510倍换热管管径。 以两排换热管5为一组， 每组在换热区23逐组布置， 保证换热区23内的温度不应超过反应允许最高温度， 根据催化 床层14厚度在换热区23径向上设置适当的组数。 0063 所述换热管5每两排为一组， 在所述换热区23径向上设置26组。 0064 所述催化剂封17的两侧挡板不开孔； 所述催化剂。

34、封17的高度为所述催化床层14厚 度的1.22倍。 0065 所述内分布筒13与外分布筒8在催化床层14相应部分开有小孔， 所述内分布筒13 的开孔高度和外分布筒8的开孔高度与所述催化床层14上端高度一致。 0066 所述内分布筒13与外分布筒8置于下封头12上， 形成一个环形填充催化剂的催化 床层14。 0067 所述换热管5的有效高度与催化剂装填高度一致。 0068 所述分流流道7的横截面积与所述集流流道6的横截面积之比值为0.51.0。 0069 所述集流流道6的顶部通过环形密封板18将集流流道6与上封头3内部的空间隔 开。 0070 如图2所示， 图2是用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向。

35、流固定床催化反应器中Z型 结构的示意图。 图2所示为离心式Z型流动换热式径向催化反应器。 0071 一种用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器， 包括从上至下依次 由上封头3、 圆柱形筒体15、 下封头12组成的圆筒形容器， 圆筒形容器外部设有反应气体进 料口1、 反应气体出料口16、 换热介质入口10、 换热介质出口2、 催化剂进料口19和催化剂卸 料口11； 0072 圆筒形容器内部设有： 与圆柱形筒体15同轴设置的、 由内向外依次排列的多孔壁 圆筒形内分布筒13和多孔壁圆筒形外分布筒8； 所述内分布筒13与外分布筒8之间装填催化 剂， 构成催化床层14， 所述催化床层14上方。

36、设有催化剂封17； 所述催化床层14由内向外分为 绝热区22和换热区23， 所述换热区23设有与所述圆柱形筒体15同轴设置的多排同心圆排列 的换热管5； 所述换热管5在底部通过分流环管9与换热介质入口10连接， 在顶部通过集流环 管4和换热介质出口2连接； 催化剂进料口19和换热介质出口2位于上封头3的两侧， 催化剂 卸料口11和换热介质入口10位于下封头12的两侧； 0073 (b)所述反应气体进料口1设在下封头12上， 与多孔壁圆筒形内分布筒13相连通， 所述多孔壁圆筒形内分布筒13内设有倒置的圆锥形导流体21， 所述多孔壁圆筒形内分布筒 13与所述圆锥形导流体21的环隙空间构成反应气体的。

37、分流流道7； 所述多孔壁圆筒形内分 布筒13与圆柱形筒体15侧壁之间的环隙空间构成集流流道6， 与上封头3上设有的反应气体 出料口16相连通； 所述反应器为Z型径向反应器； 说明书 6/8 页 9 CN 111589378 A 9 0074 反应气体从下封头12的反应气体进料口l进入反应器， 反应气体进入分流流道7内 由下向上流动， 通过多孔壁圆筒形内分布筒13后依次进入催化床层14的绝热区22和换热区 23， 先经过绝热区22反应， 反应气体温度升高， 随后进入换热区23， 通过多组换热管5移走热 量， 保证反应的正常进行， 反应气体在催化床层14内由内向外离心流动， 通过多孔壁圆筒形 外分。

38、布筒8进入集流流道6， 反应气体在集流流道6内由下向上流动， 通过上封头3内部空间， 最后通过反应气体出料口16离开反应器； 0075 所述换热管5每两排为一组， 两排换热管管数相同， 间隔交叉排列； 0076 换热介质通过下封头12的换热介质入口10进入反应器， 并经过分流环管9进入换 热管5， 在催化床层14内换热后， 再经集流环管4， 通过位于上封头3的换热介质出口2流出反 应器。 0077 所述绝热区22的厚度为50mm-300mm。 0078 所述换热管5的管径为20mm-100mm， 每排换热管的管心距为1.22.5倍换热管管 径， 同组两排换热管的管心距为1.23.5倍换热管管径。

39、， 不同组之间后组内排换热管布置 半径与前组外排换热管布置半径的差距为2.510倍换热管管径。 0079 所述换热管5每两排为一组， 在所述换热区23径向上设置26组。 0080 所述催化剂封17的两侧挡板不开孔； 所述催化剂封17的高度为所述催化床层14厚 度的1.22倍。 0081 所述内分布筒13与外分布筒8在催化床层14相应部分开有小孔， 所述内分布筒13 的开孔高度和外分布筒8的开孔高度与所述催化床层14上端高度一致。 0082 所述换热管5的有效高度与催化剂装填高度一致。 0083 所述分流流道7的横截面积与所述集流流道6的横截面积之比值为0.51.0。 0084 实施例1 008。

40、5 10万吨/年亚硝酸甲酯羰化制草酸二甲酯装置， 反应器采用如图1所示型亚硝酸 甲酯羰化固定床径向反应器结构形式， 进料原料气11640Nm3/(m3h)， 原料气的组成为： CO 20、 CH3ONO 10、 NO 1、 N2 69， 反应进料温度125， 换热介质温度118， 反应温度小 于140， 压力0.3MPa， 反应器直径4000mm， 催化剂床层轴向高度6000mm， 床层径向厚度 700mm， 其中绝热区厚度160mm， 换热区厚度540mm。 床层内换热管排列布置如图3所示， 共3组 6排， 第一组第一排108根换热管， 管心半径为1.06m， 第二排108根换热管， 管心半。

41、径为 1.11m； 第二组第一排132根换热管， 管心半径为1.235m， 第二排132根换热管， 管心半径为 1.285m； 第三组第一排148根换热管， 管心半径为1.415m， 第二排148根换热管， 管心半径为 1.465m； 共计776根外径38mm换热管。 床层内填充5x5mm圆柱形Pd/ -Al2O3催化剂， 该反应器 压降为11kPa， 草酸二甲酯时空收率可达0.608g/(g cath)， 产量可达10.78万吨/年(以 8000h计)。 0086 实施例2 0087 10万吨/年亚硝酸甲酯羰化制草酸二甲酯装置， 反应器采用如图2所示Z型亚硝酸 甲酯羰化固定床径向反应器结构形。

42、式， 进料原料气11640Nm3/(m3h)， 原料气的组成为： CO 20、 CH3ONO 10、 NO 1、 N2 69， 反应进料温度125， 换热介质温度118， 反应温度小 于140， 压力0.3MPa， 反应器直径4000mm， 催化剂床层轴向高度6000mm， 床层径向厚度 700mm， 其中绝热区厚度160mm， 换热区厚度540mm。 床层内换热管排列布置如图3所示， 共3组 说明书 7/8 页 10 CN 111589378 A 10 6排， 第一组第一排108根换热管， 管心半径为1.06m， 第二排108根换热管， 管心半径为 1.11m； 第二组第一排132根换热管，。

43、 管心半径为1.235m， 第二排132根换热管， 管心半径为 1.285m； 第三组第一排148根换热管， 管心半径为1.415m， 第二排148根换热管， 管心半径为 1.465m； 共计776根外径38mm换热管。 床层内填充5x5mm圆柱形Pd/ -Al2O3催化剂， 该反应器 压降为11kPa， 草酸二甲酯时空收率可达0.608g/(g cath)， 产量可达10.78万吨/年(以 8000h计)。 0088 本发明中换热管5每两排为一组， 两排换热管管数相同， 间隔交叉排列。 图4为换热 管设置为单排管的示意图， 图5为换热管设置为双排管， 两排管数相同的示意图， 图6为换热 管设。

44、置为双排管， 两排管数不相同的示意图。 图4、 图5和图6中， 1/4模型中的换热管5布置方 式及特征位置选取， 反应物沿半径方向由内而外经过催化床层14， 催化床层14的内半径 0.3m， 外半径0.65m， 第一排换热管管心半径为0.47m， 布置12根外径38mm换热管； 第二排换 热管管心半径0.52m， 图5中布置12根外径38mm换热管， 图6中布置13根外径38mm换热管； 取 径向位置R0.57m处(图中虚线)为特征位置。 单排管与双排管后径向床层温度变化对比示 意图如图7所示， 图中展示了二者特征位置处温度随角度变化的对比， 从图7中可以看出， 单 排管布置时温度波动大、 分。

45、布非常不均匀， 双排管布置时两排换热管前后对应， 前排高温区 被后排换热管移热， 使得温度波动小、 分布较均匀。 两排管数相同与不同的双排管后径向床 层温度变化对比示意图如图8所示， 图中展示了二者特征位置处温度随角度变化的对比， 从 图8中可以看出， 与换热管数相同的双排布置相比， 换热管数不同的双排布置时两排换热管 无法前后对应， 造成高温漏流和低温换热重叠， 床层温度分布不均匀。 0089 采用本发明用于CO羰化偶联生成草酸酯的径向流固定床催化反应器， 具有以下优 点： 0090 1.采用离心式径向反应器形式， 反应气体在催化床层中由内向外流动， 满足反应 气体流速与反应速率的匹配， 充。

46、分发挥径向反应器催化反应效率， 同时从根本上完全消除 由于热量损失而导致床层轴向产生较大温度差异的发生。 0091 2.采用换热区内换热管每两排为一组间隔交叉排列方法， 有效降低了换热管后方 温度波动的幅度， 提高催化床层温度的均匀性， 充分发挥催化床层的整体性能。 0092 3.采用恰当的分流流道和集流流道截面控制技术， 两流道间静压差的差别沿轴向 可以消除， 分布器采用实施均匀开孔的高开孔率的分布筒， 在无控制压降的条件下， 也可保 证气体的均匀分布。 0093 4.使用直管换热管， 结构简单易于催化剂装卸， 通过特别的排列方式在避免了传 统排列时换热管间催化剂床层温度过高的问题的同时又增。

47、加了催化剂填充体积。 0094 5.本发明的径向反应器拥有轴向反应器无法具有的可以不增大直径而成倍增加 高度的优势， 易于加工和制造， 便于运输， 更适宜于单体设备大型化的要求。 0095 以上所述仅是本发明的较佳实施例而已， 并非对本发明作任何形式上的限制， 虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上， 然而并非用以限定本发明， 任何熟悉本专利的技术人 员在不脱离本发明技术方案范围内， 当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为 等同变化的等效实施例， 但凡是未脱离本发明技术方案的内容， 依据本发明的技术实质对 以上实施例所作的任何简单修改、 等同变化与修饰， 均仍属于本发明方案的范围内。 说明书 8/8 页 11 CN 111589378 A 11 图1 说明书附图 1/6 页 12 CN 111589378 A 12 图2 说明书附图 2/6 页 13 CN 111589378 A 13 图3 图4 说明书附图 3/6 页 14 CN 111589378 A 14 图5 说明书附图 4/6 页 15 CN 111589378 A 15 图6 图7 说明书附图 5/6 页 16 CN 111589378 A 16 图8 说明书附图 6/6 页 17 CN 111589378 A 17 。