CN102626555B - 醋酸蒸发与气体混合一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及醋酸蒸发与气体混合一体化装置，解决醋酸反应设备投资大、相关设备多、工艺控制复杂的问题。包括壳体、由上、下管板分隔形成的上管箱、蒸汽换热区和下管箱，下管箱被分隔板分隔为上段混合区及下段进气区，所述混合区内设有多根管壁上开有进液孔的气液混合管，所述气液混合管的下端固定在分隔板上并与进气区连通；所述蒸气换热区内的换热管的上端固定在上管板上并与上管箱连通，下端固定在下管板上并与气液混合管的上端连通，所述壳体上设有与蒸气换热区连通的蒸汽入口、蒸汽出口，原料气入口与进气区连通，醋酸进口与混合区连通，混合气出口与上管箱连通。本发明结构简单、体积小、投资及制造成本低、控制简便、设备使用寿命长。

Description

醋酸蒸发与气体混合一体化装置

技术技术

本发明涉及一种醋酸反应设备，具体的说是一种醋酸蒸发与气体混合一体化装置。

背景技术

近年来，石油价格的飞涨，使用煤，生物质、石油焦等燃料作为原料进行气化后作为原料气来生产液体燃料的工业过程中需要将醋酸蒸发加氢反应生成乙醇，或醋酸蒸发加乙炔气合成醋酸乙烯。目前有记载的工艺方法至少需要两台主要设备：一台蒸发器(中央循环管式蒸发器)以及混合器(旋风分离式混合器)；中央循环管式蒸发器在140℃下将醋酸蒸发，蒸出的醋酸蒸汽进入旋风分离式混合器中与氢气或乙炔气混合反应生成相应的混合气体。这种工艺方法存在下述问题：(1)采用先蒸发后气体混合的方式，需要蒸发器及混合器至少两台设备及相应的输送管道，并且由于气体体积大于液体体积，因此将醋酸溶液蒸发成醋酸蒸汽不仅需要较高的蒸发温度，还需要体积庞大的蒸发器，同时为了使醋酸蒸汽与原料气体充分混合均匀，同样也需要体积庞大的混合器，使得整个工艺控制较为困难、占地多、设备投资大；(2)由于醋酸溶液完全依靠蒸发汽化，蒸发温度高，会使蒸发器及混合器内管束的腐蚀严重，一旦腐蚀严重，易造成系统停车，必需更换设备，影响正常生产。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构简单、体积小、投资及制造成本低、控制简便、设备使用寿命长的蒸发及气体混合一体化装置。

包括壳体、由上、下管板分隔形成的上管箱、蒸汽换热区和下管箱，下管箱被分隔板分隔为上段混合区及下段进气区，所述混合区内设有多根管壁上开有进液孔的气液混合管，所述气液混合管的下端固定在分隔板上并与进气区连通；所述蒸气换热区内的换热管的上端固定在上管板上并与上管箱连通，下端固定在下管板上并与气液混合管的上端连通，所述壳体上设有与蒸气换热区连通的蒸汽入口、蒸汽出口，原料气入口与进气区连通，醋酸进口与混合区连通，混合气出口与上管箱连通。

所述气液混合管管壁上的进液孔为切向进液孔。

所述多根气液混合管管壁上的进液孔数量相等、高度相同。

所述气液混合管的内径小于换热管的内径。

所述下管箱的分隔板为可拆式，所述气液混合管的上端套插在换热管下端内。

所述原料气入口经气体分布器与进气区连通。

所述分隔板经定距导向杆与下管板上焊接的定距导向杆底座螺纹连接。

所述气液混合管长度为380～1000mm。

所述换热管长度为3000～8000mm。

所述气液混合管为锆合金或哈氏合金或镍基合金材料。

本发明将混合及蒸发集中在一台设备中进行，并且将先蒸发后混合的工艺改为先将醋酸溶液与原料气体(氢气或乙炔气)进行混合，然后再蒸发。在第一步混合过程中，大部分醋酸溶液被气化，醋酸的蒸发和饱和过程是通过加热介质(蒸汽)加热换热管内剩余醋酸溶液和气体混合物(气化后的醋酸及气体的混合物)而完成的，气液混合物在换热管内温度不断上升，液体不断气化蒸发，由于液体体积小于气体体积，因此混合区设计的换热管的面积可大大缩小，并且由于大部分醋酸在混合管内已被气化，因此进入加热区后无需过高的蒸气区的温度即可使剩余醋酸全部蒸发，达到节能降耗、明显降低换热管腐蚀的作用。所述气体经下管箱进入气液混合管，醋酸溶液由混合区经多个进液孔与多个气液混合管内的气体混合，气体和液体不同的导入方式可使其初步混合更为均匀，进液孔最好为切向进液孔，该种混合方式在相同压力降下气体卷吸量最大，能量损失最小，不产生射流涡，从而大大改善传质和传热及混合性能。多根气液混合管管壁上的进液孔数量相同及高度相等是为了使液态醋酸在同一压力下能以相同流量进入每根气液混合管中，满足均匀混合及蒸发的要求。

由于气体进气及醋酸溶液进液均为较高的压力(液体压力通常高于10MPa，气体压力应高于液体压力)，因此醋酸溶液在卷吸作用下由进液孔进入气液混合管时，会产生喷射气化效果，从而实现与气体的初步混合。设计时，气液混合管的内径小于换热管内径，这样当初混合气气化后的气液混合物由气液混合管进入换热管时，由于管径变化(即气液混合管的内径小于换热管的内径)，也会产生喷射气化效果，使气液混合物进一步充分均匀混合，经过两次混合后液体和气体的混合更为充分，大大提高了蒸气换热效果，保证醋酸溶液全部气化并与气体充分混合，进而减少了气液混合及换热所需面积。

作为本发明的又一创新，由于工艺方法的改进带来装置结构变化，使得腐蚀问题主要集中在气液混合管，而换热管的腐蚀性则大大降低，因此只需对气液混合管采用高等级的抗腐蚀材料，如锆合金或哈氏合金或镍基合金材料。下管箱中用于分隔进气区及混合区的分隔板为可拆式，同时气液混合管与换热管的连接也为套插式，这样当气液混合管长时间使用被严重腐蚀需要更换或检修时，可轻松的拆下分隔板，并抽出气液混合管，更换新的气液混合管，而不会使整个装置报废，或者花去更多的维修时间，大大延长了设备的使用寿命。所述定距导向杆除为气液混合管定距外还可起到支撑并连接可拆式分隔板的目的。所述定距导向杆也为可拆式。

基于上述改进，优选可将气液混合管的长度控制在380～1000mm，热换管的长度控制在3000～8000mm，在满足气液充分混合并完全加热气化的要求上，减少了设备的体积，降低了一次性投资和运行成本。

有益效果：

本发明将原有的两台设备集于一体，设备体积小(总体积可减少约20％)、一次性投资低(可节省投资约150万元)，具有结构简单、控制简便、气液混合均匀、气化效果好的优点；同时解决了热换管的易腐蚀问题，并使仍存在腐蚀问题的气液混合管实现可拆卸更换，从而延长了设备的使用寿命，降低了维修成本，具有广阔的市场应用前景。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明气液混合管结构示意图。

图3为图2中A-A示意图。

图4为气液混合管与换热管插接示意图。

其中，1-原料气入口、2-气体分布器、3-下管箱、4-分隔板、5-螺帽、6-定距导向杆、7-气液混合管、8-醋酸进口、9-定距导向杆底座、10-下管板、11-换热管、12-壳体、13-蒸汽入口、14-上管板、15-上管箱、16-混合气出口、17-蒸气换热区、18-蒸汽出口、19-混合区、20-进气区、21-进液孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步解释说明。

参照图1-4，壳体12内设有由上管板14和下管板10分隔形成的上管箱15、蒸气换热区17(蒸气换热区内设有换热管11)和下管箱3，所述下管箱3被分隔板4分隔为上段混合区19及下段进气区20，所述下管箱3内设有多根管壁上开有进液孔21的气液混合管7，所述气液混合管7管壁上的进液孔21为切向孔(如图3所示)。所述多根气液混合管7管壁上的进液孔21数量相等及高度相同，这样可保证醋酸溶液能以相同的压力进入每根气液混合管7中，保证气液混合均匀。所述气液混合管7的内径小于换热管11的内径，如图3所示，可将气液混合管7的上端插入换热管11下端中，两者形成插接结构不仅方便拆卸，并且气液混合管与换热管内径不同可使气液混合物由气液混合管7进入换热管11时，可产生喷射效果。所述气液混合管7的下端固定在分隔板4上并与进气区20连通，所述换热管11的上端固定在上管板14上并与上管箱15连通，下端固定在下管板10上并与蒸气换热区17内的气液混合管11的上端连通；所述壳体12上还设有与蒸气换热区17连通的蒸汽入口13、蒸汽出口18，所述原料气入口1经气体分布器2与进气区20连通，醋酸进口8与混合区19连通，蒸汽入口13经蒸气换热区17与蒸汽出口18连通，混合气出口16与上管箱15连通。所述分隔板4为可拆式，通过定距导向杆6与下管板10相连。形成可拆式的结构有多种，本领域技术人员可根据需要进行合理设计，如图2所示，定距导向杆6的上端通过螺纹连接插入定距导向杆底座9中，所述定距导向杆底座9焊接固定在下管板10上，所述定距导向杆6的下端穿过分隔板4与螺帽5螺纹连接，所述气液混合管7长度为380～1000mm。所述换热管11长度为3000～8000mm。所述气液混合管为锆合金或哈氏合金或镍基合金材料，所述换热管材料可选择较为便宜的Al loy31材料。

工作原理：

原料气(可为氢气或乙炔气，压力大于10Mpa)由原料气入口1经气体分布器2进入下管箱3的进气区20，分布均匀后再进入下管箱3中的多根气液混合管7中，同时醋酸溶液(压力不小于10Mpa且小于气体压力)由醋酸进口8进入混合区19，然后通过气液混合管7管壁上开有的多个进液孔21进入气液混合管7中，在卷吸作用下进入气液混合管7的瞬间形成喷射效果与气液混合管7中的原料气进行初步混合。在第一步混合(即初步混合)过程中，大部分醋酸溶液在气液混合管内被气化，余下小部分醋酸溶液与气体混合物一起在压力下进入换热管11，由于气液混合管7内径小于换热管11的内径，会进一步产生喷射气化效果，使醋酸溶液与气体混合物进一步均匀混合，并通过换热管11的过程中被蒸气加热(蒸气温度为224℃)使剩余醋酸(液滴状)全部蒸发气化，气化后进入上管箱15，并由混合气出口16排出进入下一工序。加热蒸气由蒸汽入口13进入，在蒸气换热区17内对换热管11加热后由蒸气出口18排出。

Claims (5)

1.一种醋酸蒸发与气体混合一体化装置，包括壳体、由上、下管板分隔形成的上管箱、蒸汽换热区和下管箱，其特征在于，下管箱被分隔板分隔为上段混合区及下段进气区，所述混合区内设有多根管壁上开有进液孔的气液混合管，所述气液混合管的下端固定在分隔板上并与进气区连通，所述多根气液混合管管壁上的进液孔数量相等、高度相同；所述蒸汽换热区内的换热管的上端固定在上管板上并与上管箱连通，下端固定在下管板上并与气液混合管的上端连通，所述壳体上设有与蒸汽换热区连通的蒸汽入口、蒸汽出口，原料气入口与进气区连通，醋酸进口与混合区连通，混合气出口与上管箱连通，所述气液混合管长度为380～1000mm，热换管的长度为3000～8000mm，所述气液混合管的内径小于换热管的内径，所述分隔板为可拆式，所述气液混合管的上端套插在换热管下端内。

2.如权利要求1所述的醋酸蒸发与气体混合一体化装置，其特征在于，所述气液混合管管壁上的进液孔为切向进液孔。

3.如权利要求1所述的醋酸蒸发与气体混合一体化装置，其特征在于，所述原料气入口经气体分布器与进气区连通。

4.如权利要求1所述的醋酸蒸发与气体混合一体化装置，其特征在于，所述分隔板经定距导向杆与焊接在下管板上的定距导向杆底座螺纹连接。

5.如权利要求1或2所述的醋酸蒸发与气体混合一体化装置，其特征在于，所述气液混合管为锆合金或镍基合金材料。