CN103816847A

CN103816847A - 组合式反应器及其用途

Info

Publication number: CN103816847A
Application number: CN201410084368.0A
Authority: CN
Inventors: 张翼; 徐曼; 许慎艳; 张艺; 贾微; 贾震
Original assignee: Sinopec Engineering Group Co Ltd; Sinopec Shanghai Engineering Co Ltd
Current assignee: Sinopec Engineering Group Co Ltd; Sinopec Shanghai Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2014-05-28

Abstract

本发明涉及一种组合式反应器及其用途，主要解决现有技术存在系统庞大，热量移除方式不合理，设备成本高的问题。本发明通过采用包括带导流筒的反应器和换热元件；所述带导流筒的反应器包括出气口1、至少一个液体喷射装置2、至少一个气体分布器3、进液口4、出液口5和进气口6；所述换热元件置于反应器器壁与导流筒之间，包括换热管和上下封头的技术方案较好地解决了该问题，可用于甲醇低压液相合成醋酸的工业生产中。

Description

组合式反应器及其用途

技术领域

本发明涉及一种组合式反应器及其用途。

背景技术

甲醇低压液相羰基合成反应是醋酸生产过程中的核心工艺，在反应过程中，原料甲醇、一氧化碳、闪蒸塔底回流和循环物流以连续的方式加入到反应器中，在主催化剂和助催化剂的作用下经过复杂的中间反应生成醋酸。

由于甲醇羰基合成醋酸是强放热反应，需要将反应产生的热及时移除。文献CN201010217347.3公开了一种甲醇低压羰基化合成醋酸用反应设备，采用外部循环撤热的方式移除反应生成热，从反应器底部抽出一股循环物料，通过循环泵送到换热器冷却后再循环回反应器。由此可见，外部循环移除反应生成热至少需要一个换热器和至少一台循环泵。该过程需要消耗大量的电能用于外部循环；同时，由于醋酸具有强腐蚀性，相应地换热器及循环泵设备必须使用锆材，设备成本较大。

总之，现有技术存在系统庞大，热量移除方式不合理，设备成本高的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是现有技术存在系统庞大，热量移除方式不合理，设备成本高的问题，提供一种新的组合式反应器。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种所述组合式反应器的用途。该反应器用于甲醇低压羰基合成醋酸的反应中，具有结构简单，反应生成热移除合理，节省材料的特点。

为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种组合式反应器，包括带导流筒的反应器和换热元件；所述带导流筒的反应器包括出气口1、至少一个液体喷射装置2、至少一个气体分布器3、进液口4、出液口5和进气口6；所述换热元件置于反应器器壁与导流筒之间，包括换热管和上下封头。

上述技术方案中，优选地，所述反应器液位H与导流筒的内径D的关系为H/D=1～5。更优选地，所述反应器液位H与导流筒的内径D的关系为H/D=1～3。

上述技术方案中，优选地，气体分布器与反应器底部的距离a=0.5～1D。更优选地，气体分布器与反应器底部的距离a=0.6～0.8D。

上述技术方案中，优选地，所述液体喷射装置为缩径管式，液相喷射装置与气体分布器的距离b=0.1～0.3D，液体喷射装置的直径d=0.04～0.1D。更优选地，所述液相喷射装置与气体分布器的距离b=0.1～0.2D，液体喷射装置的直径d=0.04～0.075D。

上述技术方案中，优选地，所述气体分布器为环式气体分布器；所环式气体分布器管径与导流筒内径之比为0.3～0.6，开孔数为100～500，开孔之间等距均匀分布。

上述技术方案中，优选地，所述换热元件为固定管板式换热管。

为解决上述技术问题之二，本发明采用的技术方案如下：所述的组合式反应器用于甲醇与CO低压液相合成醋酸的反应中。

本发明采用了带有导流筒的反应器，反应器器壁与导流筒间设置有换热元件的结构。反应过程中，导流筒内液相料液受气体分布及反应热的影响密度降低，而导流筒与反应器器壁间液相料液温度低、气含率低、密度高，从而产生液相料液的自循环作用，使得液相料液由导流筒上部间隙流入导流筒与反应器器壁间，从而与换热管内的冷却介质换热，反应热被移除，这一过程促进了反应器内汽液相的混合以及反应进行。同时，液相进料采用向上喷射方式完成，有利于气液物料的混合和反应热的调节。气相进料采用环分布器，分布器上下部同时开孔，强化了气体分散作用。特别地是，本发明反应器导流筒内设置有换热管，换热管内通过冷却介质的循环换热不仅能带走反应过程中产生的大量反应热，而且可以通过调节冷却水的循环量来调节反应器内的温度。由于热量的移除可以通过导流筒内的换热管完成，不仅节省了外部换热器和循环泵，而且节约了由大量循环物料换热所造成的能量消耗，同时也减少了锆材的耗量。与现有技术相比结构简单，节省至少一台循环泵和一台换热器，同时不需要外部循环，节约投资运行成本，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为文献CN201010217347.3中公开的一种甲醇低压羰基化合成醋酸用反应设备的示意图。

图2为本发明组合式反应器的示意图。

图1中，11为反应器，12为换热器，13为循环泵。

图2中，1为出气口，2为液相喷射装置，3为气体分布器，4为进液口，5为出液口，6为进气口，7为导流筒，8为换热管，9为换热管上封头，10为换热管下封头，T1和T2为管程顶部出口，B1和B2为管程底部入口。

图1中，循环物料从反应器11底部抽出，通过循环泵13送到换热器12冷却后返回到反应器。

图2中，本发明包括带导流筒的反应器和换热元件，反应器器壁与导流筒间设置有换热管8。液相进料通过液相进料口4经液相喷射装置2完成。热量的移除通过换热管完成，换热管内走冷却介质。气体进料经气相入口6通过气体分布器3进入导流筒内侧，通过双环多孔使气体进料充分分散，达到良好的混合效果。反应过程中，导流筒内液相料液受气体分布及反应热的影响密度降低，而导流筒与反应器器壁间液相料液温度低、气含率低、密度高，从而产生液相料液的自循环作用。气相出料从气相出口1完成，液相出料通过液相产品出料口5完成。换热元件为固定管板式换热管，冷却介质走管程，热侧流体走壳程，管程流体底部进顶部出，壳程顶部进底部出。优选地，冷却介质为锅炉给水。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。

具体实施方式

【实施例1】

采用图2所示的组合式反应器用于甲醇合成醋酸年产20万吨的装置中。原料甲醇与CO和催化剂在190℃、3.0MPa条件下在反应器内发生羰基合成反应，冷却介质为锅炉给水，压力为0.5MPa g，温度为158.8℃

反应器具体尺寸为：反应器直径为4.5m，导流筒内径为3m，反应器高6m。

每小时产生的反应热为13.5MW，其中内部换热管换热7.2MW。换热管内走锅炉给水，进口冷却水温度为158.8℃，出口温度159℃，采用逆流方式与反应物料换热，需要锅炉给水12500kg/h，换热面积约为370m²。

与现有技术相比，结构简单，节省至少一台循环泵和一台换热器，同时不需要外部循环，节约投资运行成本。

【比较例1】

采用现有技术用于甲醇合成醋酸年产20万吨的装置中。原料甲醇与CO和催化剂在190℃、3.0MPa条件下在反应器内发生羰基合成反应。每小时产生反应热为13.5MW，其中外部撤热约为7.2MW。至少需要一台换热面积约为370m²的锆材换热器和一台流量为500m³/hr的循环泵。

Claims

1.一种组合式反应器，包括带导流筒的反应器和换热元件；所述带导流筒的反应器包括出气口(1)、至少一个液体喷射装置(2)、至少一个气体分布器(3)、进液口(4)、出液口(5)和进气口(6)；所述换热元件置于反应器器壁与导流筒之间，包括换热管和上下封头。

2.根据权利要求1所述的组合式反应器，其特征在于所述反应器液位H与导流筒的内径D的关系为H/D=1～5。

3.据权利要求2所述的组合式反应器，其特征在于所述反应器液位H与导流筒的内径D的关系为H/D=1～3。

4.根据权利要求1所述的组合式反应器，其特征在于气体分布器与反应器底部的距离a=0.5～1D。

5.根据权利要求4所述的组合式反应器，其特征在于气体分布器与反应器底部的距离a=0.6～0.8D。

6.根据权利要求1所述的组合式反应器，其特征在于所述液体喷射装置为缩径管式，液相喷射装置与气体分布器的距离b=0.1～0.3D，液体喷射装置的直径d=0.04～0.1D。

7.根据权利要求6所述的组合式反应器，其特征在于所述液相喷射装置与气体分布器的距离b=0.1～0.2D，液体喷射装置的直径d=0.04～0.075D。

8.根据权利要求1所述的组合式反应器，其特征在于所述气体分布器为环式气体分布器；所环式气体分布器管径与导流筒内径之比为0.3～0.6，开孔数为100～500，开孔之间等距均匀分布。

9.根据权利要求1所述的组合式反应器，其特征在于所述换热元件为固定管板式换热管。

10.权利要求1～9任一项所述的组合式反应器用于甲醇与CO低压液相合成醋酸的反应中。