板式反应器在EG合成中的研究与应用

板式反应器在EG合成中的研究与应用

张耀锋

新疆中昆新材料有限公司       新疆      841000

摘要：根据在中昆新材料有限公司实际的工作与具体应用中，介绍了一种新类型的反应器，提高了反应的效率，增加了产量，降低了消耗，为公司增加了生产产值和经济效益。

以天然气为原料生产乙二醇，采用循环流化床锅炉、天然气转化、合成气脱碳、深冷分离提纯一氧化碳、变压吸附提纯氢气、高浓度的一氧化碳偶联合生成草酸酯，草酸酯再与高浓度的氢气通过加氢工艺生成乙二醇，该反应在铜系催化剂的作用下进行，其中催化剂的装填数量，反应热的移除会影响乙二醇的产量和和催化剂的使用寿命。本文根据在新疆中昆新材料有限公司实际工作中的探索与应用中，介绍了一种新型的反应器，提高了催化剂的装填数量和换热效果，并直接增加了企业的生产产值和经济效益。

一、中昆新材料有限公司乙二醇装置简介

中昆新材料2×60万吨/年天然气制乙二醇项目位于新疆巴州库尔勒石油石化产业园生产区炼-化-纺一体化产业区。项目以天然气为原料，采用上海国际化建天然气非催化部分转化（POX）技术生产合成气，合成气经南京化工研究院NCMA法脱除CO2后，进入H2/CO深冷和PSA变压吸附，分离出其中的H2和CO，作为草酸二甲酯和乙二醇装置的原料。CO进草酸二甲酯装置生产DMO，H2与DMO装置生产的草酸二甲酯生产乙二醇，副产乙醇、重质二元醇、轻质二元醇等产品。乙二醇及草酸二甲酯为高化学技术。项目建成后将年产120万吨乙二醇及5.5万吨碳酸二甲酯，对于提高新疆油气资源就地转化率，加快巴州石油石化产业转型升级，优化地区和企业产业结构具有重要意义。

项目主要建设内容包括：主体工程包括天然气净化及转化装置（钴钼加氢反应器、氧化锌脱硫槽、转化炉、转化废锅、NCMA吸收塔、再生塔等）、H2/CO分离装置（PSA-H2装置、冷箱等）、草酸二甲酯装置（NOx发生器、DMO反应器、MN再生塔、甲醇脱水塔及MN回收塔等）、乙二醇装置（乙二醇合成塔、甲醇回收塔、乙二醇产品塔等）；公辅工程包括供电、供水、排水、供热、自动化控制、化验室、消防、办公楼、火炬、空分装置、冷冻站等；储运工程包括储存、装卸；环保工程包括废气、废水、噪声、固体废物治理工程和环境风险防范工程。中昆新材料2×60万吨/年天然气制乙二醇项目一期加氢系统共有三个系列，一个系列一台反应器，单台反应器产量20万t/年，根据乙二醇合成塔催化剂装填要求，催化剂装填分为两个区域，分别为合成塔上半部分装填量为 77 m3 的等温段催化剂和下封头附近装填量为 23 m3 的绝热段催化剂。在等温段中，每个通道的宽度为 1050 mm，高度为 4750 mm 内装填约 0.135 m3 催化剂，重约 81.3 kg。在合成塔内共有 568 个相同通道，催化剂装填量共 77 m3，重量约为 46.2 吨。在绝热段中，下封头底部先铺设高度为 1500 mm 粒径为 10 mm 的瓷球，再铺设高度为 270 mm 粒径为 5 mm 的瓷球。在粒径为 5 mm 瓷球的上方装填高度为 800 mm 的绝热段催化剂，装填量约为 23 m3，重量约为 13.8 吨。

二、影响乙二醇产量的因素

1、物质因素

（1）引起催化剂失活的最主要原因是 Cu 凝聚导致的表面积减少；

（2）过高的温度也会加快铜晶体长大，加快乙二醇合成催化剂失活；

（3）物料中的 H2O、O2、S、Cl-和羰基化合物，对催化剂活性、催化剂寿命、选择性造成不良的影响；

2、操作因素

（1）温度

在满足设计产量的前提下，应尽量维持催化剂床层在较低温度下操作，这样

有利于延长催化剂的使用寿命。操作温度的大幅波动会造成床层局部过热，长期高温操作会加速催化剂晶粒增长，表面积减少，从而加速催化剂的“老化”，超温会给加氢催化剂造成严重损害。在床层升、降温过程中，一定要控制升、降温速率，升、降温速率过快，会

对催化剂造成损害。

（2）压力

过高的压力和压力的大幅波动，都会影响催化剂的强度，甚至造成催化剂粉

化。因此在操作过程中一定要保持系统压力的稳定。在开停车过程中，系统的升压、降压速率一定要控制在要求范围内，快速的升、降压会对催化剂产生一定的冲击，影响到催化剂的强度或引起催化剂粉化。

（3）频繁开停车

频繁开停车会影响催化剂的活性和寿命，尽量维持系统正常操作，以减少开停车次数。

（4）催化剂装填、还原的好坏会直接影响催化剂性能

三、反应器温度测点分布

该板式反应器测温热电偶分等温、绝热两部分，其中等温端分布三根热电偶，绝热段分布一根热电偶。等温段一根热电偶有三个温度测点，共计九个温度测点，绝热段一根热电偶分布三个温度测点。

在等温段中，每个通道的宽度为 1050 mm，高度为 4750 mm，第一热电偶温度测点分布在1000mm、2000mm、3000mm处。第二热电偶温度测点分布在1500mm、2500mm、3500mm处。第三热电偶温度测点分布在2000mm、3000mm、4500mm处。整体位置分布比较均匀。

四、板式反应器在EG合成中的应用

4.1、催化剂的装填量多

该反应器催化剂装填分为两个区域，分别为合成塔上半部分 装填量为 77 m3 的等温段催化剂和下封头附近装填量为 23 m3 的绝热段催化剂。 在等温段中，每个通道的宽度为 1050 mm，高度为 4750 mm 内装填约 0.135 m3 催化剂， 重约 81.3 kg。在合成塔内共有 568 个相同通道，催化剂装填量共 77 m3，重量约为 46.2 吨。

4.2、催化剂的装填速度快

该反应器在每个通道中，底部先铺设高度为 100 mm 粒径为 10 mm 的瓷球，装填高度为 4500 mm 的催化剂，最后铺设高度为 100 mm 粒径为 5 mm 的瓷球，每个通道的催化剂量采用定量装填。在绝热段中，下封头底部先铺设高度为 1500 mm 粒径为 10 mm 的瓷球，再铺设高度为 270 mm 粒径为 5 mm 的瓷球。在粒径为 5 mm 瓷球的上方装填高度为 800 mm 的绝热段催化剂，装填量约为 23 m3，重量约为 13.8 吨。该反应器装填总用时5天，每天10h工作制，包含瓷球和催化剂装填验收、催化剂到场转运等。

4.3、换热效果好。

乙二醇合成采用铜系催化剂，以二氧化硅为载体，铜系催化剂反应特点就是放热量大，所以移除反应热也是反应器的必备条件，该反应器是板式反应器，与板式换热器一样，换热效果比列管式更好。

4.4、产量与效益更好

在乙二醇生产过程中，温度、压力、催化剂种类和用量等工艺条件是影响乙二醇产量和质量的关键因素。其中在温度，压力，催化剂种类相同的条件下，就是催化剂的装填量，该反应器装填量更多，换热效果更好，所带来的效益更大。

总结：该反应器在实际运用中，具有催化剂装填量多，换热效果好，装填速度快，产量高，为公司和企业能够带来更多的经济效益。