CN101898103B - 年产2万吨顺酐的熔盐内循环式反应装置和反应工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种年产2万吨顺酐的熔盐内循环式反应装置和反应工艺，反应器包括上封头管箱、下封头管箱、反应列管区和非布管区，其中所述上封头管箱与反应列管区通过上管板隔开，所述反应列管区与下封头管箱通过下管板隔开，所述非布管区位于反应器中央，在所述反应列管区内设有两块分别与上管板和下管板平行的熔盐分布板，在所述熔盐分布板上设有管孔。反应工艺包括原料加压预热，混合气化，氧化反应等工序。本发明具有结构紧凑、占地小，制造成本低；传热效果好，床层温差小，移热更加均匀，生产负荷高；换热效率高，热损失小，产汽量多，节约能耗，安全性高，运行稳定等优点。

Description

年产2万吨顺酐的熔盐内循环式反应装置和反应工艺

技术领域

本发明涉及顺酐生产中反应装置和反应工艺，具体涉及一种年产2万吨顺酐的熔盐内循环式反应装置和反应工艺。

背景技术

顺酐是一种重要的基础有机化工原料，广泛应用于合成树脂、涂料、农药、润滑油添加剂、医药、纸张处理剂、食品添加剂、稳定剂、增塑剂等行业。顺酐生产装置的关键部分是反应器，而熔盐通道、分布板以及主要附件的设计是反应器的设计关键，一旦反应生成的热量不能及时、均匀地移出，就会发生事故，造成重大损失。目前国内工业化熔盐内循环式顺酐氧化反应器的单台生产能力在1万吨/年，熔盐内循环式氧化反应器的优点主要是结构十分紧凑、占地小；总重轻、造价低，具有显著的经济效益，但是单台1万吨/年的产能相对来说规模较小，无法满足市场发展的需求，降低了企业的竞争力，因此自主设计一种年产顺酐2万吨级的熔盐内循环式反应器是目前国内企业面临的重大课题，年产1万吨的顺酐反应器其内部管束只有10000根，管长3600mm，设备外径4100mm，熔盐由内向外、由下向上循环，管束之间空间相对较大，熔盐分布较易均匀，可以实现反应器的稳定运行，然而，对于年产2万吨的熔盐内循环式反应器，管束数量大大增加，反应器直径加大，再采用1万吨反应器的设置熔盐将不能均匀的分布在反应器内，使热量集中，轴向和径向温差大，局部飞温，发生事故，造成重大损失。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种移热均匀，运行稳定、安全，能耗低的年产2万吨的苯氧化法生产顺酐的熔盐内循环式固定床反应器。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述反应器生产顺酐的一整套反应装置。

本发明还有一目的在于提供一种利用上述反应器及装置年产2万吨顺酐的熔盐内循环式反应工艺。

本发明的目的具体可以通过以下措施达到：

一种年产2万吨顺酐的熔盐内循环式反应器，该反应器包括上封头管箱、下封头管箱、反应列管区和非布管区，其中所述上封头管箱与反应列管区通过上管板隔开，所述反应列管区与下封头管箱通过下管板隔开，所述非布管区位于反应器中央，在所述反应列管区内设有两块分别与上管板和下管板平行的熔盐分布板，在所述熔盐分布板上设有管孔。

非布管区与上封头管箱之间通过非布管区壁隔开，非布管区与反应列管区之间仅在上部的熔盐通道及下部的熔盐进口处相通。在非布管区内的中央设有悬挂式轴流泵，提供熔盐循环驱动力。在悬挂式轴流泵之下、下管板之上设有导流筒，该导流筒的形状可以近似为锥形，用以分流熔盐。在非布管区内、悬挂式轴流泵之外(也可为四周)设有将熔盐热量导出的熔盐换热器。

本发明的熔盐分布板为外径与上管板相同、内径与非布管区直径相同的环形。两块熔盐分布板在反应列管区内一上一下分布，下部的熔盐分布板与下管板之间在非布管区壁上形成一环状熔盐进口，该进口与反应列管区相通。上部的熔盐分布板与上管板之间在非布管区的壁上形成一环状熔盐出口，在该熔盐出口上设有贯通反应列管区与非布管区的熔盐通道，单个熔盐通道为长方形或椭圆形，各熔盐通道在熔盐出口上按一列或多列规整排布；熔盐通过该熔盐通道从反应列管区流入非布管区，再在轴流泵的驱动下，经过锥形导流筒的分流，从熔盐进口进入反应列管区，从而构成环状循环；在该循环过程中，熔盐换热器及时将反应产生的热量带出反应体系。其中熔盐出口的面积与各熔盐通道的总面积之比为1.5～2.5∶1。

熔盐分布板上的管孔有多个，无规或规整排列。管孔有反应列管通过，管孔的直径为反应列管外直径的1.1～1.4倍，各管孔的直径从中心向外依次扩大。

上封头管箱的上部设有原料气体入口，下封头管箱上设有反应生成气出口。原料气体在气体入口处沿环形上封头管箱的切线方向进入上封头管箱，然后进入反应列管中反应，反应后再从反应生成气出口排出。在上封头管箱的下半部内设有多块气体旋流板(优选为长方形)，所述气体旋流板沿反应器径向方向横向安装，与沿环形上封头管箱的切线方向进入上封头管箱上部的气体的流向呈25～75度倾角竖向安装。气体旋流板可以将进入上封头管箱内的原料气的压力平衡，使原料气在均匀压力下进入反应列管。

反应列管区内分别与上、下封头管箱相通的反应列管的数量为20000～27000根，规格为Φ25×2.5mm，长度为3500mm～4000mm；所述反应器的直径为5900～7000mm。

本发明反应器中，原料气先进入上封头管箱，经过气体旋流板后在均匀压力下进入反应列管进行反应，反应后通入下封头管箱内，最后从反应生成气出口排出。用以传递反应生成热(即传递反应列管热量)的熔盐仅在反应列管区的反应列管之间以及非布管区内流动；在反应列管周围吸收热量后通过熔盐通道进入非布管区，在悬挂式轴流泵的驱动下向下流动，经过导流泵的分流，通过熔盐进口进入反应列管区，在下熔盐分布板处进行熔盐分布，然后沿反应列管向上流动，在上熔盐分布板处进一步进行熔盐分布，经过分布后的熔盐从熔盐出口的熔盐通道再次进入非布管区，如此往复循环。在熔盐循环过程中，熔盐换热器将熔盐导出的反应热不断排出反应器。熔盐换热器内通入水进行导热时，还可以副产中压过热蒸汽。该反应器通过各个部件的相互配合，特别是采用特殊管孔分布的双熔盐分布板进行熔盐分布流动，以及气体旋流板均匀压力下，可以将反应器中各反应列管均维持适宜、一致的反应条件，使反应更顺利进行。该反应器的传热效果以及换热效率均达到较高程度，床层温差及热损失极小，完善地保证了顺酐的单装置年产量达到2万吨或2万吨以上。

本发明的年产2万吨顺酐的熔盐内循环式反应装置，该装置至少包括：

苯输送泵、空气鼓风机、空气预热器、喷嘴、苯气化器、多级给水泵以及上述的反应器；其中

空气鼓风机和空气预热器通过管线相连接，空气预热器通过管线与苯气化器相连接；

苯输送泵与设于苯气化器内的所述喷嘴通过管线相连接；

所述苯气化器和所述反应器通过管线相连接；

多级给水泵和熔盐换热器通过管线相连接。

上述装置中还可以含有其他配套备、前处理设备或后处理设备等。

一种年产2万吨顺酐的熔盐内循环式反应工艺，包括如下步骤：

(1)将苯加压至表压0.3～0.4MPa，加热至35～50℃；将反应用空气加压至表压0.06～0.09MPa，加热至150～180℃；在苯气化器中，将苯与氮气一起通过喷嘴雾化后喷入热的反应用空气中吸热完全气化，充分混合均匀后混合气体进入反应器进行反应；其中通入的氮气的表压为0.4～0.6MPa，流量为140～200Nm³/h，混合气体中苯和反应用空气的比例为40～55g苯/Nm³空气，混合气体流量为50000～59000kg/h；

增加苯和反应空气的温度、压力是充分考虑了苯在加热温度下的安全性，以及空气可以提供足够的供苯气化的热量、混合气体进入反应器所必需的温度以及空气克服生产系统阻力所需要的压头。

(2)混合气体进入反应器，在环形催化剂(钒、钼氧化物)的催化作用下，在反应列管中于330～450℃进行氧化催化反应，生成顺酐和少量副产物，进入下一步工序；其中反应生成热通过熔盐换热器换热后排出，熔盐换热器采用1.5MPa～3.0MPa、温度为100℃～130℃的水冷却，副产1.5MPa～3.0MPa、温度为260℃～360℃的中压过热蒸汽；

其中空气和苯的混合气体沿环形上封头管箱的切线方向进入上封头管箱，再经气体旋流板旋流后在均匀的压力下进入反应列管进行反应。

本发明的反应装置和反应工艺具有以下优点：

1、结构紧凑、占地小，制造成本低。

2、传热效果好，床层温差小，移热更加均匀，生产负荷高。

3、轴流泵采用悬臂结构，勿须经常检修，低转速大流量有利于长期运转，配有变频器调速，节电高效。

4、由于熔盐换热器安装在反应器中心，换热效率高，热损失小，产汽量多，可直接产生过热中压蒸汽用于汽轮机推动空气鼓风机以及顺酐生产装置需要的用热，从而大大节约能耗，富余的蒸汽还可送往其他装置使用，具有较大的社会和经济效益。

5、安全性高，运行稳定，年产量2万吨，提高了装置生产能力，降低生产成本。

附图说明

图1为反应工艺流程图；

图2为反应器和熔盐流向示意图；

图3为反应器内上封头管箱中的气体旋流板俯视图；

图4为反应器内熔盐分布板俯视图。

各图中，1为苯输送泵，2为空气鼓风机，3为空气预热器，4为喷嘴，5为苯气化器，6为多级给水泵，7为反应器，8为熔盐换热器、9为轴流泵，10为原料气进口，11为反应生成气出口，12为气体旋流板，13为熔盐分布板，14为上管板，15为下管板，16为熔盐导流筒，17为反应列管，18为熔盐流向，19为上封头管箱，20为下封头管箱，21熔盐进口，22熔盐出口，23为熔盐通道，24为非布管区，25为管孔，26为反应列管区；a为苯，b为空气，c为氮气，d为反应生成气，e为无离子水，f为蒸汽。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4所示，本发明装置包括：

苯输送泵1、空气鼓风机2、空气预热器3、喷嘴4、苯气化器5、多级给水泵6、反应器7、熔盐换热器8、轴流泵9；

空气鼓风机2和空气预热器3通过管线相连接；

苯输送泵1和空气预热器3分别通过管线和苯气化器5相连接，其中苯输送泵1先通入苯气化器5内的喷嘴4中；

苯气化器5和反应器7通过管线相连接；

多级给水泵6和熔盐换热器8通过管线相连接；

熔盐换热器8和轴流泵9放置在反应器7中间的非列管区24内。

圆筒形的反应器7壳体的上下两端设有原料气进口10和反应生成气出口11，原料气进口10从上部通入上封头管箱19内，应生成气出口11从下封头管箱20通出。在气体进口10偏下处的上封头管箱19内设有多块长方形的气体旋流板12，气体旋流板12一端装于上封头管箱19内壁，另一端装于上封头管箱19外壁上，其横向为反应器径向方向，竖向为与沿环形上封头管箱19的切线方向进入上封头管箱19上部的气体的流向呈25～75度倾角。气体旋流板12之下为分隔上封头管箱19和反应列管区26的上管板14。反应列管区26内可以纵向安装反应列管17，该反应列管17的数目可以在20000～27000根范围内，规格为Φ25×2.5mm，长度为3500mm～4000mm范围内。反应列管17主体位于反应列管区26内，上下两端分别通入上封头管箱19和下封头管箱20中。

在上管板14与下管板15之间的反应反应列管区26内，设有上下两块分别与上管板14和下管板15平行的熔盐分布板13，环形熔盐分布板13外径与上管板14相同、内径与非布管区21直径相同。下部的熔盐分布板与下管板15之间在非布管区壁上形成一环状熔盐进口21，该进口与反应列管区26相通。上部的熔盐分布板与上管板14之间在非布管区的壁上形成一环状熔盐出口22，在该熔盐出口22上设有贯通反应列管区26与非布管区24的熔盐通道23。熔盐出口22的面积和熔盐通道23面积之比为1.8∶1，该熔盐通道23是由长方形的孔排列而成的。在上下熔盐分布板13上开有尺寸大小不等的通过反应列管管孔25，分布板上管孔25的直径与反应列管17的外径之比为1.1∶1～1.4∶1，分布板上管孔直径的变化规律是从反应器中心向外依次从小到大。

反应器内中央(即环形上封头管箱19和反应列管区26的内环内)为非布管区24。非布管区24与上封头管箱19和反应列管区26之间通过非布管区壁隔开，仅在熔盐通道23和熔盐进口21处与反应列管区26相通。在非布管区24内的中央设有悬挂式轴流泵9，熔盐换热器8纵向分布于非布管区24内悬挂式轴流泵9的周围。在非布管区24的底部设有圆锥形的熔盐导流筒16。

反应器的列管规格为Φ25×2.5mm，列管长度为3600mm，反应器的列管数量为25000根，反应器直径为6600mm。

采用上述装置及反应器实现顺酐反应工艺，包括如下步骤：

(1)将原料苯a通过苯输送泵1和伴热管加压和加热，表压为0.3MPa，温度为40℃；空气通过空气鼓风机2和空气预热器3加压和加热，表压为0.07MPa，温度为160℃；苯a和氮气c一起喷入苯气化器5，在热空气b中吸热气化，充分混合均匀后进入反应器7；苯和空气的混合物的比例为50g苯/Nm³空气，混合气体流量为58000kg/h。

(2)混合原料气体进入反应器7，在环形催化剂(钒、钼氧化物)作用下，390℃进行氧化催化反应，生成顺酐d和少量副产物，进入下一步工序；反应生成热通过熔盐换热器8换热副产1.6MPa、温度为280℃的中压过热蒸汽f。

上述装置及工艺可以年产2万吨顺酐，且运行稳定，安全性高；反应器内各床层的温差小，完全满足平稳生产需求。

本发明不局限于以上实施例，反应器的列管长度可以在3500mm～4000mm之间，列管数量在20000～27000根之间，反应器直径在5900～7000mm之间。

参考文献

1、孙晋坡.浅谈大型苯酐顺酐装置反应器包国产化[J].化工设计，1997，(5)：18～24

2、钟华.苯氧化制顺酐的内置式固定床反应器.[P].CN：200720033158.4，2007-12-9

Claims (10)

1.一种年产2万吨顺酐的熔盐内循环式反应器，该反应器包括上封头管箱(19)、下封头管箱(20)、反应列管区(26)和非布管区(24)，其中所述上封头管箱(19)与反应列管区(26)通过上管板(14)隔开，所述反应列管区(26)与下封头管箱(20)通过下管板(15)隔开，所述非布管区(24)位于反应器中央，其特征在于在所述反应列管区(26)内设有两块分别与上管板(14)和下管板(15)平行的熔盐分布板(13)，在所述熔盐分布板(13)上设有管孔(25)。

2.根据权利要求1所述的年产2万吨顺酐的熔盐内循环式反应器，其特征在于所述熔盐分布板(13)为外径与所述上管板(14)相同、内径与所述非布管区(24)直径相同的环形。

3.根据权利要求1所述的年产2万吨顺酐的熔盐内循环式反应器，其特征在于所述管孔(25)的直径为反应列管(17)外径的1.1～1.4倍。

4.根据权利要求1或3所述的年产2万吨顺酐的熔盐内循环式反应器，其特征在于所述熔盐分布板(13)上各管孔(25)的直径从中心向外依次扩大。

5.根据权利要求1所述的年产2万吨顺酐的熔盐内循环式反应器，其特征在于所述非布管区(24)内设有悬挂式轴流泵(9)、位于悬挂式轴流泵(9)之外的熔盐换热器(8)以及位于悬挂式轴流泵(9)之下的导流筒(16)。

6.根据权利要求1所述的年产2万吨顺酐的熔盐内循环式反应器，其特征在于所述上封头管箱(19)下半部内设有多块气体旋流板(12)，所述气体旋流板(12)沿反应器径向方向横向安装，与沿环形上封头管箱的切线方向进入上封头管箱上部的气体的流向呈25～75度倾角竖向安装。

7.根据权利要求1所述的年产2万吨顺酐的熔盐内循环式反应器，其特征在于所述反应列管区(26)内位于上部的熔盐分布板(13)与上管板(14)之间在所述非布管区(24)上形成一环状熔融盐出口(22)，在所述熔融盐出口(22)上设有贯通反应列管区(26)与非布管区(24)的熔盐通道(23)，所述熔融盐出口(22)的面积与所述熔盐通道(23)总面积之比为1.5～2.5∶1。

8.根据权利要求1所述的年产2万吨顺酐的熔盐内循环式反应器，其特征在于所述反应列管区(26)内的反应列管(17)的数量为20000～27000根，规格为Φ25×2.5mm，长度为3500mm～4000mm；所述反应器的直径为5900～7000mm。

9.一种年产2万吨顺酐的熔盐内循环式反应装置，其特征在于该装置至少包括：

苯输送泵(1)、空气鼓风机(2)、空气预热器(3)、喷嘴(4)、苯气化器(5)、多级给水泵(6)以及权利要求5所述的反应器(7)；

所述空气鼓风机(2)和空气预热器(3)通过管线相连接，空气预热器(3)通过管线与苯气化器(5)相连接；

所述苯输送泵(1)与设于苯气化器(5)内的所述喷嘴(4)通过管线相连接；

所述苯气化器(5)和所述反应器(7)通过管线相连接；

所述多级给水泵(6)和熔盐换热器(8)通过管线相连接。

10.一种使用权利要求9的反应装置年产2万吨顺酐的熔盐内循环式反应工艺，其特征在于包括如下步骤：

(1)将苯加压至表压0.3～0.4MPa，加热至35～50℃；将反应用空气加压至表压0.06～0.09MPa，加热至150～180℃；在苯气化器中，将苯与氮气一起通过喷嘴雾化后喷入热的反应用空气中吸热完全气化，充分混合均匀后混合气体进入反应器进行反应；其中通入的氮气的表压为0.4～0.6MPa，流量为140～200Nm³/h，混合气体中苯和反应用空气的比例为40～55g苯/Nm³空气，混合气体流量为50000～59000kg/h；

(2)混合气体进入反应器，在环形催化剂的催化作用下，在反应列管中于330～450℃进行氧化催化反应，生成顺酐；其中反应生成热通过熔盐换热器换热后排出，熔盐换热器采用1.5MPa～3.0MPa、温度为100℃～130℃的无离子水冷却，副产1.5MPa～3.0MPa、温度为260℃～360℃的中压过热蒸汽；

其中所述混合气体沿环形上封头管箱的切线方向进入上封头管箱，再经气体旋流板旋流后在均匀的压力下进入反应列管进行反应。

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