增加丙烯腈或甲基丙烯腈生产能力的方法
技术领域
本发明涉及一种增加丙烯腈或甲基丙烯腈生产能力的方法,尤其是关于一种不改变原反应器壳体和原冷却水管进出口位置,增加丙烯腈或甲基丙烯腈生产能力的方法。
背景技术
由于丙烯氨氧化法合成丙烯腈或甲基丙烯腈是强放热反应,反应过程中会伴随着产生大量的热量,以丙烯腈反应为例,其反应式为:
为此,反应通常在流化床反应器中进行。该反应器内设有多组冷却水管,有利于除去产生的热量。
近年来随着国内外市场对丙烯腈和甲基丙烯腈的大量需求,所有的丙烯腈或甲基丙烯腈装置均欲进行扩能改造。反应器作为丙烯腈或甲基丙烯腈装置的核心设备,若要对或甲基丙烯腈装置进行扩能,就首先要从改造反应器入手。冷却水管作为反应器的内构件,其作用是将反应过程中产生的热量带走。装置扩能后会产生更多的热量,原有冷却水管不能满足反应热撤出的要求,因此,增加冷却水管的长度是装置扩能改造的关键。现有的或甲基丙烯腈装置中,若要提高产能,方案一是重新设计和制造一台新的反应器,该方案没有利旧原有反应器,投资巨大。方案二,在反应器直径一定的情况下,沿壳体上的切开点将筒体割开,增加一段筒体,使反应器筒体的高度增加,从而使筒体内每根冷却水管束长度增加变成可能。但这种改造在材料及施工方面存在以下缺点:(1)增加了材料的用量;(2)现场施工难度较高。因为该方案需要现场割开筒体,现场进行筒体的组对,同时增加了两条环焊缝,施工强度及难度均较大;(3)处理反应器壳体上的切开点以上的管线有很大困难。装置中改造的反应器,其工艺管口均与管线连接,上述方案将筒体割开后增高了筒体高度,施工过程中需将上部接管与工艺管线拆开,将上段筒体吊起进行焊接。焊接完成后管口的标高也相应增加了,如何与原有管线连接是一个很难解决的问题;(4)现场热处理问题。反应器壳体材料为Cr-Mo钢,焊接后要求热处理。新增的两条环焊缝,现场要求做热处理。
作为公知技术的专利ZL97120847.6《生产丙烯腈的方法》讲述了一种改进的丙烯氨氧化法生产丙烯腈的方法。该方法中并未提及如何增加反应器中冷却水管的高度以达到增加生产能力的方案。
曾有关于反应器内冷水管改造的报道:《中国锅炉压力容器安全》第20卷第2期,36页,报道了丙烯腈反应器冷却管束的焊接;《石油化工设备技术》2006,27(2),6,报道了丙烯腈反应器的内构件国产化;《压力容器》第22卷第12期,36页,报道了丙烯腈反应器的国产化,但都没有涉及到如何通过一种结构设计,增加反应器中冷却水管的高度以达到增加生产能力的方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中为增加丙烯腈或甲基丙烯腈生产能力新建增加的生产能力装置或改造或甲基丙烯腈原反应器过程中存在的投资大,现场施工难度较高的问题,提供一种新的增加丙烯腈或甲基丙烯腈生产能力的方法。该方法具有在不改变原反应器壳体和冷却水管进出口位置,能够达到增加生产能力,其投资费用节省,施工难度低的优点。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案如下:一种增加丙烯腈或甲基丙烯腈生产能力的方法,以丙烯或异丁烯、氨和氧气为原料,原料与流化床反应器中的催化剂在有效反应条件下接触,反应生成丙烯腈或甲基丙烯腈,其中在丙烯腈或甲基丙烯腈的生产能力增加15~50%的条件下,在原反应器壳体以及原冷却水管进出口位置不变的情况下,增加为撤出增加原料反应产生的热量所需的撤热面积。
上述技术方案中,反应原料气体以摩尔比计优选范围为丙烯或异丁烯∶氨∶氧气=1∶1~1.2∶9.3~11.0,原料从底部进入流化床反应器,反应温度优选范围为430~450℃,以绝对压力计,反应压力优选范围为0.15~0.18MPa,催化剂有选方案为磷-钼-铋系催化剂、磷-钼-铋-铁系多元金属氧化物催化剂或锑-铁系催化剂,反应热用软水循环回收,发生高压蒸汽;反应后气体经洗涤、吸收、精馏得到高纯度丙烯腈或甲基丙烯腈;在原反应器壳体以及原冷却水管进出口位置不变的情况下增加冷却水管的高度,以利于撤出增加原料产生的热量;在丙烯腈或甲基丙烯腈的生产能力增加15~50%的条件下,冷却水管高度增加0.5~1.5米;较好的,在丙烯腈或甲基丙烯腈的生产能力增加20~40%的条件下,冷却水管高度增加0.8~1.2米。
由于丙烯氨氧化法合成或甲基丙烯腈是强放热反应,反应过程中会伴随着产生大量的热量如果反应器壳体以及原冷却水管进出口位置不变,冷却水管的高度不变,为增加产量而增加的反应原料所产生的反应热无法全部撤出,过多的热量会将催化剂烧毁,致使反应和生产无法正常进行。
国内外丙烯腈或甲基丙烯腈装置原有装置的规模为5~8万吨/年,如果要对装置扩能,一般来说有两种途径,一是将原有装置进行挖潜扩能,二是新上一套小的丙烯腈或甲基丙烯腈装置。从经济效益及装置规模来说,毫无疑问,都采用的是前者。因为从新上一套小的丙烯腈或甲基丙烯腈装置,显然目前小于5万吨/年的丙烯腈或甲基丙烯腈装置都已经不是经济规模了。并且即使仅仅上一台2.5万吨/年的丙烯腈或甲基丙烯腈反应器,反应器直径也要4.8米左右,除了场地因素限制外,还要制作设备基础,单台2.5万吨/年的丙烯腈或甲基丙烯腈反应器造价也要超过1000万。因此,目前国内外所有的丙烯腈或甲基丙烯腈装置的改造均是将原有装置进行挖潜扩能,主要都是在反应器上进行改造。
如果在装置改造中为了增加生产能力,利用原有的反应器,将原来7万吨/年的生产能力增加到9.2万吨/年,那么在反应器直径不变的情况下,沿壳体上的切开点,例如图1中的8处,将反应器筒体割开,增加一段筒体,使反应器筒体的高度增加,从而增加每根冷却水管束长度,这种改造方案不但现场施工要求难度较高,施工强度增加,焊接完成后管口的标高的增加使得如何与原有管线连接变成一个很难解决的问题,而且大大增加了改造的投资,改造费用约为1000万元。
本发明的技术方案中,为了增加丙烯腈或甲基丙烯腈的生产能力,利用原有的反应器,将原有7万吨/年的生产能力增加到9.2万吨/年,在原反应器壳体以及原冷却水管进出口位置不变的情况下增加冷却水管的高度,以撤出增加的反应原料产生的热量,施工简单,由于不用割开反应器壳体,没有焊接和配管的问题,施工强度大大减小;又由于改造中没有新建装置,也无需割开原反应器壳体以增加一圈壳体,所以无需增加太多的改造成本,改造费用共计约350万,取得了较好的技术效果和经济效益。
本发明中反应器的改造过程包括以下步骤:
a)沿反应器原冷却水管法兰与管束的连接焊缝处切开,将冷却水管束拆除;
b)在原支撑梁上方0.5~1.5米高度处焊接新的梁支座;
c)取下反应器中的支撑梁;
d)将取下的支撑梁固定到新做的梁支座上;
e)将旧的梁支座切除掉;
f)预制新的冷却水管束,使新的冷却水管束的高度比原冷却水管高出0.5~1.5米,将新的冷却水管束固定到增高的支撑梁上;
g)将新做的冷却水管束焊接到原冷却水管入口法兰及出口法兰上。
附图说明
图1是丙烯腈或甲基丙烯腈反应器的结构图。
图2是改造前的反应器结构图。
图3是比较例中改造后的反应器结构图。
图4是本发明中改造后的反应器结构图。
图1、图2、图3或图4中,1为冷却水管,2为水管支撑梁,3为旋风分离器,4为支撑梁支座,5为水管入口法兰,6为水管出口法兰,7为新增的一圈壳体,8为壳体上的切开点,9为法兰与冷却水管的焊缝。
反应流程简述如下:
在丙烯腈或甲基丙烯腈装置中,反应器属于流化床反应器,是丙烯腈或甲基丙烯腈装置的关键设备之一。以丙烯、氨、空气为原料,借助催化剂,在一定的温度下,产生放热反应,生成粗丙烯腈或甲基丙烯腈气体,并产生大量的热量,这些热量一方面用于维持反应器的继续反应,另一方面通过撤热水管将热量带走,生成高压蒸汽用于驱动透平。反应生成气体在反应器顶部,经过若干组旋风分离器,将夹带的催化剂颗粒扑集下来,通过料腿导回流化床;其中丙烯和氨从底部丙烯氨分布器进入反应器内,空气中的氧气从下面的锥形封头上的空气入口管进入,催化剂预置于反应器内。
下面通过实施例对本实用新型做进一步阐述。
具体实施方式
【实施例1】
一套丙烯腈(或甲基丙烯腈)生产装置,采用丙烯氨氧化法,原料气体以丙烯(或异丁烯)∶氨∶空气=1∶1∶9.8(mol)的比例从底部进入流化床反应器,反应温度430℃,压力0.15MPa(绝对压力),催化剂选用钼-铋系催化剂,反应热用软水循环回收,发生高压蒸汽。反应后气体经洗涤、吸收、精馏等可得到高纯度丙烯腈或甲基丙烯腈。
原年产7万吨的丙烯腈或甲基丙烯腈生产装置,在原反应器壳体以及原冷却水管进出口位置不变的情况下,将生产能力提高到年产8万吨。在改造过程中,反应器壳体直径不变,为7470mm,壳体高度也不变,为17500mm,为了增加产量,将支撑梁2提高0.5米,使冷却水管的高度也提高0.5米,直管段由原来的5790mm增加到6290m,以撤出增加反应原料产生的热量。冷却水管出入口法兰5、6及支撑梁2均利旧,筒体内冷却水管束新做。改造后的反应器结构图见图4。改造的投资费用约为200万元。
【实施例2】
生产丙烯腈或甲基丙烯腈的原料气体的配比、反应条件、反应流程同【实施例1】。
原年产7万吨的丙烯腈或甲基丙烯腈生产装置,在原反应器壳体以及原冷却水管进出口位置不变的情况下,将生产能力提高到年产9.2万吨。反应器壳体直径不变,为7470mm,壳体高度也不变,为17500mm,为了增加产量,将支撑梁2提高1米,使冷却水管的高度也提高1米,直管段由原来的5790mm增加到6790mm,以撤出增加反应原料产生的热量。冷却水管出入口法兰5、6及支撑梁2均利旧,筒体内冷却水管束新做。改造后的反应器结构图见图4。改造的投资费用为350万元。
【实施例3】
生产丙烯腈或甲基丙烯腈的原料气体的配比、反应条件、反应流程同【实施例1】。
原年产7万吨的丙烯腈或甲基丙烯腈生产装置,在原反应器壳体以及原冷却水管进出口位置不变的情况下,将生产能力提高到年产10.5万吨。反应器壳体直径不变,为7470mm,壳体高度也不变,为17500mm,为了增加产量,将支撑梁2提高1.5米,使冷却水管的高度也提高1.5米,直管段由原来的5790mm增加到7200mm,以撤出增加反应原料产生的热量。冷却水管出入口法兰5、6及支撑梁2均利旧,筒体内冷却水管束新做。改造后的反应器结构图见图4。改造的投资费用为500万元。
【比较例1】
生产丙烯腈或甲基丙烯腈的原料气体的配比、反应条件、反应流程分别同【实施例1】。
原丙烯腈或甲基丙烯腈装置生产能力为7万吨/年,为了扩能,新增一台2.5万吨/年的丙烯腈或甲基丙烯腈反应器,单台2.5万吨/年的丙烯腈或甲基丙烯腈反应器造价超过1000万。
丙烯腈或甲基丙烯腈反应器的结构图见图1。
【比较例2】
生产丙烯腈或甲基丙烯腈的原料气体的配比、反应条件、反应流程同【实施例1】。
原丙烯腈或甲基丙烯腈装置生产能力为7万吨/年,为了将生产能力提高到8万吨/年,在改造过程中,沿壳体上的切开点8将筒体割开,增加一段长度为0.5m的筒体7,现场进行筒体的组对,新增的两条环焊缝焊接后现场做热处理。用上述方法将反应器筒体高度由17500mm变为18000mm,内冷却水管束新做,每根长度增加0.5米,冷却水管出入口法兰5、6及支撑梁2均利旧。施工过程中需将上部接管与工艺管线拆开,将上段筒体吊起进行焊接,焊接完成后管口的标高增加了0.5米,再重新与原有管线连接。
上述改造的投资费用为800万元。
改造后的反应器结构图见图3。
【比较例3】
同【比较例2】,只是沿壳体上的切开点8将筒体隔开,增加一段长度为1m的筒体7,反应器筒体高度由17500mm变为18000mm,内冷却水管束新做,每根长度增加1米,反应器上管口的标高增加了1米。
上述改造的投资费用为1000万元。
改造后的反应器结构图见图3。
【比较例4】
同【比较例2】,只是沿壳体上的切开点8将筒体隔开,增加一段长度为1.5m的筒体7,反应器筒体高度由17500mm变为19000mm,内冷却水管束新做,每根长度增加1.5米,反应器上管口的标高增加了1.5米。
上述改造的投资费用为1200万元。
改造后的反应器结构图见图3。