CN104190327A - 一种新型甲醛氧化反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型甲醛氧化反应装置，包括两头封闭的筒体，该筒体从上至下依次分为气体分布区域、氧化反应区域和热交换区域，所述气体分布区域的筒体侧壁设有气体进口，而内部设有气体分布器，该气体分布器为截头锥形喇叭状，且大直径开口端与筒体内壁密封连接，所述气体分布区域通过法兰与氧化反应区域连接；所述氧化反应区域装填有催化剂触媒层；所述热交换区域相对气体流向垂直的设有用于流通换热介质的换热管，而氧化反应区域与热交换区域的壳程用连通；所述筒体的底部还设有气体出口。本发明解决了现有氧化器正常使用寿命短，催化剂更换频率高等缺点，克服了受限于高温材料选择目前氧化器大规模生产设备投资大的问题。

Description

一种新型甲醛氧化反应装置

技术领域

本发明属于化工生产工艺及设备技术领域，主要涉及用于甲醛生产的氧化反应器。

背景技术

现有的甲醛生产以精甲醇为原料，采用石银法生产工艺。98％的精甲醇在甲醇蒸发器内蒸发，然后与一定比例的空气混合，并加入配料蒸汽，经过加热器加热到100℃～130℃，再经过滤器、阻火器后进入甲醛氧化反应器。在反应器内，甲醇、空气、水蒸汽三元气体被电炉点火升温后，在银催化剂作用下，甲醇发生氧化和脱氢反应生成高温甲醛气体，再将高温甲醛气体冷却到100℃以下，经吸收塔吸收，得到甲醛溶液。

甲醛氧化器是银法生产甲醛的核心设备，在甲醛氧化器内，原料甲醇与空气在银催化剂的作用下发生脱氢氧化反应从而生产甲醛，由于高温条件下副反应较多因此必须在反应器必须快速经过催化剂床层并且迅速移出大量热量。甲醛氧化器的功能为原料提供催化触媒空间，并且快速移出反应热量的装置。甲醛氧化器是直接影响到原料的消耗，甲醛的生产成本，影响了甲醛生产的经济效益，是甲醛生产装置内的核心生命所在。

目前使用的甲醇氧化反应器为三段式氧化反应器，即由以下三部分组成，上段为氧化段，甲醇、空气、水蒸汽三元混合气体在进入被电炉点火加热的催化剂层时发生甲醇氧化反应并放出热量，进而发生甲醇脱氢反应，生成甲醛气体；中段为余热回收段，回收从氧化段来的高温甲醛气体走管程，水和水蒸汽走壳程，利用高温热能生产低压蒸汽；下段为气体冷却段，从余热回收段来的甲醛气体走管程，冷却水走壳程，逆向换热后，将甲醛冷却到100℃以下。

这种三段式结构的甲醛氧化反应器的缺点：工作条件恶化，使余热回收段高温侧部位管板，管板与换热管的连接处在高温(600℃～660℃ ) 下，既要承受压力，又要受到高温、高速气体的冲击和磨蚀，管子与管板连接处极易损坏，加之奥氏体不锈钢在使用温度高于525℃时材料的强度、塑性及抗氧化性显著下降，造成损坏处无法修复，导致设备使用寿命非常短。

长期以来，甲醛氧化器在620-660℃的温度下运行时上管板列管的焊接接头处受到腐蚀出现裂纹，补焊效果也不好，使用寿命只有1-2 年，这样一套几十万元的设备就报废了。因此解决甲醛氧化器废热锅炉的腐蚀问题，延长使用寿命，已成为我国甲醛业急待解决的课题。

发明内容

发明目的：针对上述存在的问题和缺陷，本发明提供了新型甲醛氧化反应装置，解决了现有氧化器正常使用寿命短，催化剂更换频率高等缺点，并且克服了由于传热效率影响和受限于高温材料选择目前氧化器大规模生产设备投资大的问题。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种新型甲醛氧化反应装置，包括两头封闭的筒体，该筒体从上至下依次分为气体分布区域、氧化反应区域和热交换区域，所述气体分布区域的筒体侧壁设有气体进口，而内部设有气体分布器，该气体分布器为截头锥形喇叭状，且大直径开口端与筒体内壁密封连接，所述气体分布区域通过法兰与氧化反应区域连接；所述氧化反应区域装填有催化剂触媒层；所述热交换区域相对气体流向垂直的设有用于流通换热介质的换热管，而氧化反应区域与热交换区域的壳程用连通；所述筒体的底部还设有气体出口。

进一步改进，所述热交换区域为三段式结构。

进一步改进，所述气体分布区域的外壁设有流通热源的外伴管。

进一步的，所述催化剂触媒层为方形结构，并通过支撑架铺装在换热管上。

进一步的，所述换热管设有铜或镍材质的外翅片。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：。

附图说明

图1为本发明所述氧化反应装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，一种甲醛氧化反应装置，从上至下分为气体分布区域、氧化反应区域和热交换区域，气体分布区域的筒体外壁设置气体进口，内部设置气体分布器，该气体分布器为锥台形喇叭状，且大口端与筒体焊接；同时在筒体顶部和直筒部均设有外伴管。所述热交换区域设置有与气流方向垂直的换热管，该换热管内流通用于冷却的水。

甲醇原料气、水蒸气、甲醛装置尾气、空气经前面工序混合完全后由气体进口进入后向上流动后，通过喇叭状气体分布器进入催化剂触媒层。原料气经气体分布区保温并分布均匀后进入氧化器触媒层，经触媒快反应后，产生大量热。气体分布区域内，存在高效气体分布设施，使原料气体能均匀通过催化触媒层，避免了气体分布不均导致部分触媒很快失效，从而影响反应增加了原料消耗，气体分布区域内上部采用外伴管，防止原料气体与装置壁接触后冷凝，并且该气体分布区气体冷凝液通过气体分布器凝液回收至装置区外，避免了凝液滴至催化剂触媒层，导致结块影响催化效率。氧化器吊耳和氧化装置法兰的设置主要为在催化剂触媒层失活后，便于更换催化剂触媒层设置。

气体再分布器防止在装置边角区域存在气体短路，从而导致换热不均引起的局部高温，从而进一步促进副反应的生成，降低了原料消耗和产品中由于副反应的酸含量，醇含量偏高等一系列问题。 催化剂触媒层考虑到设备装置边缘区域催化剂填装困难，从而导致催化剂层铺砖不均匀引起的副反应偏高等问题，更改了边角触媒层的填装方式和填装，有效避免了以上问题。

三段换热区域10段为高温急冷区，在此区域内甲醛反应气体直接由反应温度600~660℃，直接降至450℃以下，该区域为了氧化器的铺装和进一步促进甲醇氧化脱氢反应和抑制副反应从而降低原料消耗，该区域热交换管可以采用铜、镍等材质作为外翅片。

Claims (5)

1.一种新型甲醛氧化反应装置，其特征在于：包括两头封闭的筒体，该筒体从上至下依次分为气体分布区域、氧化反应区域和热交换区域，所述气体分布区域的筒体侧壁设有气体进口，而内部设有气体分布器，该气体分布器为截头锥形喇叭状，且大直径开口端与筒体内壁密封连接，所述气体分布区域通过法兰与氧化反应区域连接；所述氧化反应区域装填有催化剂触媒层；所述热交换区域相对气体流向垂直的设有用于流通换热介质的换热管，而氧化反应区域与热交换区域的壳程用连通；所述筒体的底部还设有气体出口。

2.根据权利要求1所述新型甲醛氧化反应装置，其特征在于：所述热交换区域为三段式结构。

3.根据权利要求1所述新型甲醛氧化反应装置，其特征在于：所述气体分布区域的外壁设有流通热源的外伴管。

4.根据权利要求1所述新型甲醛氧化反应装置，其特征在于：所述催化剂触媒层为方形结构，并通过支撑架铺装在换热管上。

5.根据权利要求1所述新型甲醛氧化反应装置，其特征在于：所述换热管设有铜或镍材质的外翅片。