[0001] 本发明涉及一种反应装置；尤其涉及一种包括板式反应器的反应装置，其尤其适用于强放热反应和反应温度窗口窄的反应。

[0002] 工业反应过程总是伴有一定的热效应，尤其是当反应热效应较大时，传热问题往往是反应器设计和操作的关键。对于一些强放热反应，如硫化氢选择性催化氧化或草酸二甲酯催化加氢制乙二醇反应，需要及时移走反应放出的热量，保持热平衡状态，避免催化剂床层超温或飞温的发生。对于一些反应过程要求的温度窗较窄的反应，比如一氧化碳氧化偶联制草酸二甲酯/制碳酸二甲酯反应，需要实现对反应温度的精确控制。

[0003] 目前工业上广泛使用的管壳式反应器中，催化剂装填在管程或者壳程，换热介质采用水、蒸汽、熔盐或导热油等。这种反应器用在强放热反应过程中存在下列缺点：(1)管径过大会导致冷却面积减小，床层易发生超温或飞温，失去操作状态的稳定性，因此对反应器的最大管径和单塔处理能力有限制；(2)若管壳式反应器的冷却介质温度过低致使催化剂床层沿管壁处过冷，导致催化剂活性较低，从而失去了操作状态的热稳定性，所以对最大传热温差也有限制；(3)催化剂的装填和卸料较为复杂，工作量大；(4)管壳式反应器对催化剂的适应性较弱，不适用于毡形催化剂等非颗粒状催化剂。

[0004] 针对上述缺点，近年来发展起来一种采用热板式换热元件的热板式反应器。热板式反应器虽然避免了管壳式反应器的一些缺点，但仍然存在如下弊端：(1)换热介质进出换热元件的管径受限，无法满足换热介质流量大的情况；(2)催化剂适应性较窄，不适用毡形等非颗粒状催化剂；(3)催化剂装卸复杂，卸载时必须拆卸格栅将催化剂全部卸出，不能局部更换催化剂。

[0005] 综上所述，由于现有的反应器型式难以解决强放热反应过程的移热问题和反应温度的精确控制问题，亟待开发新的反应器型式解决上述问题。

[0050] 在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

[0051] 图1示意性示出了根据本发明的一个实施方式。如图1所示的一种反应装置1，包括：

[0052] 反应物料入口8，反应产物出口6；

[0053] 两个或更多个板式反应器3，所述板式反应器3具有中空腔体(未示出)；

[0054] 反应物料分配器2，所述反应物料分配器2与板式反应器3以及反应物料入口8流体连通，并且用于接收反应物料并将其分配至所述板式反应器3；

[0055] 反应产物收集器5，所述反应产物收集器5与板式反应器3以及反应产物出口6流体连通，并且用于接收反应产物并将其输送至反应产物出口6。

[0056] 反应物料通过反应物料入口8输送至反应物料分配器2，反应物料分配器2接收反应物料，并将反应物料分配至与反应物料分配器2流体连通的板式反应器3。

[0057] 板式反应器3具有中空腔体，其可以容纳反应物料使其在板式反应器中发生反应；中空腔体内还可以容纳催化剂。

[0058] 反应后所得的反应产物从板式反应器3中排出，排出的反应产物通过反应产物收集器5收集，随后通过反应产物出口6离开反应装置1。

[0059] 换热介质入口4，换热介质出口7，换热介质经换热介质入口4流入后流经壳程并经换热介质出口7流出，带走板式反应器3中反应产生的热量。

[0060] 在一个优选的实施方式中，该反应装置为连续换热式反应装置。

[0061] 在一个优选的实施方式中，板式反应器的中空腔体由至少四块侧板、顶板和底板限定。

[0062] 在一个优选的实施方式中，板式反应器的中空腔体为长方体。

[0063] 在一个优选的实施方式中，板式反应器尺寸相同或不同。

[0064] 在一个优选的实施方式中，板式反应器的侧板10、顶板20和底板30中的至少一个是可打开的。图2a示意性示出了板式反应器的一个侧板10是可打开的，图2b示意性示出了板式反应器的顶板20或底板30是可打开的。可打开的板式反应器能够便于催化剂的装填。

[0065] 在一个优选的实施方式中，中空腔体内具有支撑结构40。图3示意性示出了板式反应器3内设置的支撑结构40，支撑结构40可以在板式反应器3内均匀分布。该支撑结构40能够防止板式反应器3受压变形。

[0066] 在一个优选的实施方式中，板式反应器3以放射状排列或平行排列。图4a示意性示出了板式反应器3的一种放射状排列方式，采用同一尺寸的板式反应器3进行放射状排列。该排列方式简单、安装方便。图4b示意性示出了板式反应器的另一种放射状排列，两种不同尺寸的板式反应器(31、32)相互穿插地从反应装置1的中心向四周沿径向排列放置，该排列方式的催化剂装填量大、空间利用率较高。图5示意性示出了板式反应器3的一种平行排列，板式反应器3的侧板彼此平行地排列，该排列方式空间利用率高、催化剂装填量大。

[0067] 在一个优选的实施方式中，板式反应器的高宽比使得反应物料呈平推流状态，有利于反应物料平稳地在板式反应器中发生反应；板式反应器的厚度则要使板中心和板壁的温度差控制在一定范围内。

[0068] 在一个优选的实施方式中，板式反应器能够装填非颗粒状或颗粒状催化剂。

[0069] 在一个优选的实施方式中，板式反应器能够装填毡形催化剂。优选地，毡形催化剂以整装式装填入板式反应器，该形式的催化剂在性能上具有结构稳定、导热性好、渗透率高等优点，在使用中具有易于装填、易于存放等优点。

[0070] 在一个优选的实施方式中，板式反应器与反应物料分配器以及反应产物收集器均采用可拆卸的连接方式进行连接。可拆卸的连接方式可以实现催化剂的局部更换，提高反应装置的灵活性。

[0071] 在一个优选的实施方式中，反应物料入口位于反应装置顶部，反应产物出口位于反应装置底部。

[0072] 在一个优选的实施方式中，反应物料分配器和反应产物收集器采用同心圆环管结构。

[0073] 在一个优选的实施方式中，反应物料分配器和反应产物收集器采用两层或多层同心圆环管结构，每一层的同心圆环管个数大于或等于一个，同心圆环管之间通过支管彼此流体连通。图6示意性示出了一种同心圆环管结构的立体图。两层同心圆环管结构的顶层与反应物料入口流体连通，反应物料首先进入顶层同心圆环管结构100，然后通过底层同心圆环管结构200再进入与底层同心圆环管结构200相连的板式反应器，这样可以使反应物料分配均匀。

[0074] 在一个优选的实施方式中，反应物料分配器和反应产物收集器为固定管板，所述固定管板300上设置有孔400。图7示意性示出了一种固定管板结构。优选地，当反应装置直径较小时，反应物料分配器和反应产物收集器可采用固定管板。此外，反应物料分配器和反应产物收集器为固定管板特别适用于反应物料为气体的反应。

[0075] 在一个优选的实施方式中，换热介质为水，而且所述反应装置还包括汽包9，所述汽包9与所述换热介质入口4以及所述换热介质出口7流体连通。图8示意性示出了包括汽包9的反应装置1。采用汽包可以提高能量利用的品级，符合节能降耗的需求。

[0076] 在一个优选的实施方式中，反应装置包括壳体，所述入口及出口设置于壳体上，所述板式反应器位于壳体内部。

[0077] 在一个优选的实施方式中，板式反应器底部和/或板式反应器之间设置有支撑结构(例如，格栅或其他支撑结构)。该支撑结构能够独立安装和拆卸，方便操作人员进行反应板装卸、检测、维修等操作。

[0078] 在一个优选的实施方式中，板式反应器通过一根或多根连接管与反应物料分配器以及反应产物收集器流体连通。当板式反应器较宽时，优选使用多根连接管，使反应物料能够快速均匀地进入板式反应器并且生成的产物能够较快流出。

[0079] 特别地，本发明的反应装置可以用于硫化氢选择性催化氧化反应、合成气羰基化制碳酸二甲酯反应、或者合成气羰基化制草酸二甲酯反应。

[0080] 实施例

[0081] 实施例1

[0082] 将本发明的反应装置应用于合成气羰基化制草酸二甲酯反应，其中：板式反应器高8m，厚度为32mm，宽为2.3m，布板形式采用同一尺寸板式反应器放射状排列。反应物料入口和反应产物出口的数据经计算如表1所示。

[0083] 表1

[0084]

[0085]

[0086] 从表1的结果可以看出，本发明的反应装置可以较好地控制反应温度，使一氧化碳氧化偶联制草酸二甲酯能够在几乎等温的条件下进行。

[0087] 另外，本发明的反应装置也可用于一氧化碳与亚硝酸甲酯反应合成碳酸二甲酯及草酸二甲酯催化加氢制乙二醇反应。

[0088] 实施例2

[0089] 将本发明的反应装置应用于硫化氢选择性催化氧化反应，其中板式反应器内装填颗粒状硫化氢选择性催化氧化催化剂，该催化剂具有选择性高、抗水、硫回收率高等优点。板式反应器高5m，厚度为400mm，宽为670mm，反应板进口流量为100mol/s，布板形式采用同一尺寸板式反应器放射状排列。反应物料入口和反应产物出口的数据经计算如表2所示。

[0090] 表2

[0091]

[0092]

[0093] 从表2的结果可以看出，本发明的反应装置用于硫化氢选择性催化氧化反应，可以较好地移走反应放出的热量，将反应区温度控制在180～185℃，从而保证了催化剂的高转化率和高选择性。

[0094] 实施例3和比较例1

[0095] 以硫化氢选择性催化氧化反应 为例，将传统列管式反应器与本发明反应装置进行对比。装置规格及反应数据经计算如表3所示，换热介质170℃。

[0096] 表3

[0097]

[0098] 从表3的结果可以看出，同等条件下，对于硫化氢选择性催化氧化反应，具有板式反应器的反应装置的转化率明显高于传统列管式反应器。在实施例3中，连续换热式反应装置中板式反应器的数量仅为3，与比较例1相比，极大地简化了反应装置内部的结构，便于安装、拆卸、维修，同时又能够达到更好的反应效果。

[0099] 本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。