CN104279914A - 在线清焦装置及清焦方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在线清焦装置及清焦方法，主要解决现有技术中存在的氨氧化反应气体冷却器列管中聚积的结焦物难以去除，造成反应器操作压力升高，催化剂反应性能降低，装置消耗增加，运行周期缩短的问题。本发明通过采用一种在线清焦装置及清焦方法，包括氨氧化反应气体冷却器、固体颗粒储罐、固体颗粒回收塔，氨氧化反应气体冷却器包括空心的上封头和布满列管的换热段，在上封头中安置有至少1个固体颗粒喷射分布器，固体颗粒储罐出口和与氨氧化反应气体呈惰性的气体的进口并联后与固体颗粒喷射分布器相连通，冷却器出口设置固体颗粒回收塔，在回收塔中反应气体与溶剂接触回收固体颗粒组分的技术方案，较好地解决了该问题，可用于氨氧化反应气体冷却器在线清焦的工业装置中。

Description

在线清焦装置及清焦方法

技术领域

本发明涉及一种在线清焦装置及清焦方法。

背景技术

反应气体冷却器列管的堵塞是丙烯腈装置长周期运行的主要瓶颈，不仅影响丙烯腈装置的整体运行周期，也增加了设备清洗费用和停、开车过程中原料及产品的损失浪费，影响丙烯腈装置的经济效益。因此，发明一种在线清焦装置，及时在线去除丙烯腈装置反应气体冷却器列管内的结焦物，解决反应气体冷却器列管的堵塞问题，具有十分重要的现实意义和经济效益。

在丙烯腈装置中，反应气体冷却器是一关键设备，其结构是一大型立式列管式换热器，反应气体走管程，壳程通冷却水。其作用是将氨氧化反应器出口的反应气体温度从420－450℃冷却至200℃左右。国内丙烯腈装置一般运行6个月左右就因反应气体冷却器列管堵塞，使反应气体冷却器的压降从原来的3－5kPa升高到40kPa以上，造成反应系统压力明显升高，导致催化剂的丙烯腈单收下降2个百分点以上，装置消耗明显增加，影响装置的正常运行，直至被迫停车。如果不停车用高压水枪清除冷却器列管中的结焦物，冷却器列管管道阻力将急剧增加，反应系统压力急剧升高，催化剂单收急剧下降，装置消耗急剧增加。

在丙烯氨氧化生产丙烯腈领域中，由于反应生成的高温反应气体中含有丙烯腈、氢氰酸、丙烯醛等易聚合的化合物，在反应气体冷却过程中容易发生聚合反应，生成的聚合物与流化床反应器带出的催化剂粉尘粘附并聚积在反应气体冷却器列管中，随着运行时间的延长，列管内壁垢层逐渐增加，列管内通道逐渐减小，导致列管不畅，增加管道阻力，当垢层达到一定厚度时，反应系统操作压力明显升高，恶化流化床反应系统的操作状况，降低催化剂的反应性能，使装置消耗增加，运行周期缩短。对于氨氧化生产丙烯腈反应系统冷却器列管中的结焦物，通常只能在一年一度的停车检修期间用高压水枪冲刷予以去除。

文献CN1657860A介绍了一种立式列管传热设备管外污垢三相流态化在线清洗技术。在壳程底部安装耐老化、容易弯曲变形的软塑料布气软管，布气软管上开设均匀排列的喷气孔，喷出的清洁气体使壳程液体快速上升，带动固体形成剧烈运动、上下自然循环流动的三相流态化清洗液，实现管外污垢在线、快速、均匀的清洗，可以保障设备长期高效运行。该方法用于立式列管传热设备管外污垢的在线清洗，且介质呈液态，而不是介质呈气态的管内污垢的去除。

文献CN101451797A介绍了一种换热器在线清洗装置。在换热器传热管内装有清洗机构，在流体进出口管上设置换向机构，在流体的推动下，通过换向机构的作用，清洗机构在传热管内往返运动，清洗元件于传热管内壁接触并发生摩擦，不断去除管内污垢或阻止污垢的产生，达到在线清除污垢的目的。该方法在换热管内设置清洗元件，缩小了传热管内流体通道的有效面积，大大增加了换热器列管的阻力，而不是降低换热器的压降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是对现有技术中存在的在氨氧化生产丙烯腈反应系统冷却器中，未涉及在线清焦装置，造成冷却器列管中粘附和聚积的结焦物难以去除，导致列管管道阻力增加，反应器操作压力升高，反应系统操作状况恶化，催化剂反应性能降低，装置消耗增加，运行周期缩短的问题，提供一种新的在线清焦装置。该在线清焦装置具有及时在线清除氨氧化反应气体冷却器列管中的结焦物，稳定冷却器列管管道阻力和反应系统的操作压力，稳定催化剂的反应性能，维持装置的消耗水平，延长装置的运行周期，固体颗粒组分回收后降低操作成本，避免固体颗粒进入后系统污染物料，使后系统处理容易，列管换热段上方设置的保护板消除固体颗粒对冷却器管板和列管造成磨损和腐蚀的优点。

本发明所要解决的技术问题之二是对现有技术中存在的在氨氧化生产丙烯腈反应系统冷却器中，未涉及在线清焦装置的清焦方法，造成冷却器列管中粘附和聚积的结焦物难以去除，导致列管管道阻力增加，反应器操作压力升高，反应系统操作状况恶化，催化剂反应性能降低，装置消耗增加，运行周期缩短的问题，提供一种新的清焦方法。该清焦方法具有及时在线清除氨氧化反应气体冷却器列管中的结焦物，稳定冷却器列管管道阻力和反应系统的操作压力，稳定催化剂的反应性能，维持装置的消耗水平，延长装置的运行周期，固体颗粒组分回收后降低操作成本，避免固体颗粒进入后系统污染物料，使后系统处理容易，列管换热段上方设置的保护板消除固体颗粒对冷却器管板和列管造成磨损和腐蚀的优点。

为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：包括氨氧化反应气体冷却器、固体颗粒储罐、固体颗粒回收塔，所述的氨氧化反应气体冷却器包括空心的上封头和布满列管的换热段，在上封头中安置有至少1个固体颗粒喷射分布器，固体颗粒储罐出口和与氨氧化反应气体呈惰性的气体的进口并联后与固体颗粒喷射分布器相连通，冷却器出口设置固体颗粒回收塔。

上述技术方案中，优选的技术方案，冷却器上封头中安置的喷射分布器的优选范围为1~20个，更优选范围为2~5个；喷射分布器优选方案是多通道型、拉乌尔型、旋流分布型或螺旋喷射型中的至少一种；所述的旋流型固体颗粒喷射分布器具有导流段和喷出口，导流段导流叶片的优选范围为1~10片，更优选范围为2~5片，导流叶片与轴向流动方向角度的优选范围为10~89°，更优选范围为40~70°，喷出口直径的优选范围为5~80mm，更优选范围为30~60mm ；分布器喷出口到换热段列管的垂直距离与换热段直径之比的优选范围为0.01~3，更优选范围为1~2；固体颗粒储罐和输送管路安装在氨氧化反应气体冷却器上封头惰性气体进口上方位置。

上述技术方案中，与换热段连接端相连的冷却器上封头是圆柱形、圆锥形、圆柱和圆锥组合体中的至少一种；与换热段连接端相连的冷却器上封头圆锥形的锥角的优选范围为30~120°，更优选范围为60~80°。

上述技术方案中，在氨氧化反应气体冷却器布满列管的换热段上方设置保护板，保护板具有开孔，开孔中心线与各列管中心线重合，保护板开孔直径与列管内径比的优选范围为0.5~1.2，更优选范围为0.7~0.9。

上述技术方案中，固体颗粒回收塔个数的优选范围为1~5，更优选范围为1~2；固体颗粒回收塔是逆流洗涤器、顺流洗涤器、蒸馏塔、吸收塔、吸附塔、萃取塔、浸提塔、选择性冷凝器塔、液相反应器中的至少一种。

为解决上述技术问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种在线清焦方法，采用上述的任一种在线清焦装置，清焦方法依次包括以下步骤：

a) 将平均直径0.5~10mm的固体颗粒用对冷却器列管中流经的气体呈惰性的气体作动力，将固体颗粒输送到冷却器中设置的分布器中；

b) 将固体颗粒以1~200m/s的速度从分布器中喷出，分布到冷却器的每根列管中，以去除列管中的结焦物；

c) 在固体颗粒回收塔中，将反应气体在溶剂与反应气体的重量比为0.5~8:1，溶剂温度为4~85℃的条件下与溶剂接触回收固体颗粒组分。

上述技术方案中，a)步骤中的固体颗粒是硫酸铵颗粒、碳酸铵颗粒、醋酸铵颗粒、草酸铵颗粒、磷酸铵颗粒、磷酸氢铵颗粒或磷酸二氢铵颗粒中的至少一种；固体颗粒的形状是半球体、圆柱体、多面体、椭圆体或球体中的至少一种；固体颗粒的平均直径为2~5mm；惰性气体是空气、氮气、氦气或二氧化碳中的至少一种；b)步骤中的固体颗粒喷出速度的优选范围为20~150m/s，更优选范围为30~90m/s；分布器是多通道型、拉乌尔型、旋流分布型或螺旋喷射型中的至少一种；c)步骤中的固体颗粒组分的回收过程是溶剂逆流洗涤、顺流洗涤、蒸馏、吸收、吸附、萃取、浸提、选择性冷却和选择性反应中的至少一种；与反应气体接触的溶剂是水、氨水、硫酸溶液、碳酸溶液、醋酸溶液、草酸溶液、磷酸溶液、磷酸氢铵溶液和磷酸二氢铵溶液中的至少一种；溶剂与反应气体的重量比为3~6:1，溶剂温度为10~40℃，溶剂可循环使用。

上述技术方案中，固体颗粒回收塔个数的优选范围为1~5，更优选范围为1~2；固体颗粒回收塔固体颗粒组分出口设置结晶器或蒸发器以浓缩、提纯固体颗粒组分；结晶器或蒸发器的操作温度为-30~150℃，操作压力为-0.04~0.5Mpa。

上述技术方案中，喷射分布器的设置以使冷却器每根列管中的喷射固体量均匀为佳，固体颗粒沿冷却器列管轴向方向喷出，固体颗粒的化学组成对反应系统、成品质量无影响，可回收处理或循环使用。氨氧化反应系统的在线清焦装置为间隙操作，可根据反应气体冷却器压降变化情况确定在线清焦的频次。

由于本发明的在线清焦装置及清焦方法，采用与氨氧化反应气体呈惰性的气体作动力，将一定直径的固体颗粒输送到喷射分布器，在喷射分布器的喷射下固体颗粒以一定的喷出速度分布到氨氧化反应气体冷却器的每根列管中，固体颗粒喷射分布均匀，及时在线去除冷却器列管中的结焦物，稳定了冷却器列管管道阻力和反应系统的操作压力，稳定了催化剂的反应性能，维持了装置的消耗水平，延长了装置的运行周期，固体颗粒回收后降低了操作成本，避免了固体颗粒进入后系统污染物料，使后系统处理容易，列管换热段上方设置的保护板消除了固体颗粒对冷却器管板和列管造成磨损和腐蚀的。

本发明不仅适用于氨氧化反应系统冷却器的在线清焦，同样适用于易结焦体系的管道和反应、换热设备的在线清焦。

采用本发明的在线清焦装置及清焦方法，与换热段连接端相连的冷却器上封头是圆柱形，在冷却器上封头中安置5个旋流型喷射分布器，分布器叶片为5片，叶片角度为70°，喷出口直径为60mm，分布器与固体颗粒进口管线的连接为螺纹连接，分布器喷出口到换热段列管的垂直距离与换热段直径之比为2，换热段列管上方保护板开孔直径与列管内径比为1.2，以惰性气体氮气为动力，将平均直径为5mm的球体状硫酸盐固体颗粒输送到旋流分布型分布器中，经分布器喷射后固体颗粒分布到氨氧化反应气体冷却器的每根列管中，清除了列管中的结焦物，丙烯腈装置连续运行18个月时，冷却器的压降为4.2kPa，稳定了冷却器列管管道阻力和反应系统的操作压力，催化剂的丙烯腈单收保持不变，维持了装置的消耗水平，延长了装置的运行周期，取得了较好的技术效果，在冷却器出口设置2个逆流洗涤器，洗涤器所用溶剂为硫酸溶液，溶剂与反应气体的重量比为6：1，溶剂温度为4℃，固体颗粒组分回收率达90％，在换热段列管上方设置保护板，保护板开孔直径与列管内径比为1.2，冷却器管板和列管无磨损和腐蚀，取得了较好的技术效果效果。

附图说明

图1为本发明的在线清焦装置及清焦方法示意图。

图1中1为惰性气体进口，2为固体颗粒储罐，3为固体颗粒储罐出口，4为输送管路，5为冷却器上封头，6为喷射分布器，7为冷却器列管，8为氨氧化反应系统冷却器，9为冷却器出口，10为固体颗粒回收罐，11为固体颗粒回收塔气体出口，12为与气体接触的溶剂入口，13为回收的固体颗粒组分出口。从固体颗粒储罐2来的固体颗粒，在惰性气体进口1的动力作用下，从固体颗粒储罐出口3经输送管路4进入氨氧化反应系统冷却器8上封头5中安置的喷射分布器6中，喷射后固体颗粒分散并分布到冷却器列管7中，以去除列管中的结焦物，固体颗粒从冷却器出口9进入固体颗粒回收罐10，经溶剂12洗涤后，气体从出口11进入后系统，回收的固体颗粒组分从出口13得到。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。

 

具体实施方式

【比较例1】

氨氧化生产丙烯腈装置开车初期无在线清焦的反应气体冷却器的压降为4kPa，装置连续运行6个月时，反应气体冷却器的压降升高到40kPa，催化剂的丙烯腈单收下降2％。

 

【比较例2】

氨氧化生产丙烯腈装置开车初期无在线清焦的反应气体冷却器的压降为4kPa，装置连续运行10个月时，反应气体冷却器的压降升高到65kPa，催化剂的丙烯腈单收下降3.8％。

 

【实施例1】

采用本发明的在线清焦装置，与换热段连接端相连的冷却器上封头是圆柱形，在冷却器上封头中安置5个旋流型喷射分布器，分布器叶片为5片，叶片角度为70°，喷出口直径为60mm，分布器与固体颗粒进口管线的连接为螺纹连接，分布器喷出口到换热段列管的垂直距离与换热段直径之比为2，换热段列管上方保护板开孔直径与列管内径比为1.2，以惰性气体氮气为动力，将平均直径为5mm的球体状硫酸盐固体颗粒输送到旋流分布型分布器中，经分布器喷射后固体颗粒以90m/s的喷出速度分布到氨氧化反应气体冷却器的每根列管中，清除了列管中的结焦物，丙烯腈装置连续运行18个月时，冷却器的压降为4.2kPa，稳定了冷却器列管管道阻力和反应系统的操作压力，催化剂的丙烯腈单收保持不变，维持了装置的消耗水平，延长了装置的运行周期，取得了较好的技术效果，在冷却器出口设置2个逆流洗涤器，洗涤器所用溶剂为硫酸溶液，溶剂与反应气体的重量比为6：1，溶剂温度为4℃，固体颗粒组分回收率达90％，在换热段列管上方设置保护板，保护板开孔直径与列管内径比为1.2，冷却器管板和列管无磨损和腐蚀，取得了较好的技术效果效果。

 

【实施例2－9】

按实施例1的各条件与步骤操作，只是改变固体颗粒的平均直径、固体颗粒的种类、固体颗粒的形状、固体颗粒的喷出速度、分布器的类型、安置个数、固体颗粒回收塔溶剂种类、溶剂与反应气体的重量比、溶剂温度、保护板开孔直径与列管内径比等操作条件，具体工艺操作条件及装置运行后反应气体冷却器的压降、催化剂的丙烯腈单收变化情况、装置运行周期、固体颗粒组分回收率、冷却器管板和列管磨损和腐蚀情况等结果见表1、表2。 

 

【实施例10】

采用本发明的在线清焦装置及清焦方法，在冷却器上封头中安置5个旋流型喷射分布器，以惰性气体氮气为动力，将平均直径为5mm的球体状硫酸盐固体颗粒输送到旋流分布型分布器中，经分布器喷射后固体颗粒以90m/s的喷出速度分布到氨氧化反应气体冷却器的每根列管中，清除了列管中的结焦物，丙烯腈装置连续运行18个月时，冷却器的压降为4.2kPa，稳定了冷却器列管管道阻力和反应系统的操作压力，催化剂的丙烯腈单收保持不变，维持了装置的消耗水平，延长了装置的运行周期，在冷却器出口设置2个吸收塔，采用吸收的方法回收固体颗粒组分，吸收塔所用溶剂为硫酸溶液，溶剂与反应气体的重量比为6：1，溶剂温度为4℃，吸收塔固体颗粒组分回收率达90％，在吸收塔固体颗粒组分出口设置蒸发器，蒸发器操作温度为150℃，操作压力为0.5Mpa，固体颗粒组分得到进一步浓缩提纯，在换热段列管上方设置保护板，保护板开孔直径与列管内径比为1.2，冷却器管板和列管无磨损和腐蚀，取得了较好的技术效果。

 

【实施例11】

采用本发明的在线清焦装置及清焦方法，在冷却器上封头中安置20个拉乌尔型喷射分布器，以惰性气体氮气为动力，将平均直径为2mm的多面体碳酸盐固体颗粒输送到分布器中，经分布器喷射后固体颗粒以150m/s的喷出速度分布到氨氧化反应气体冷却器的每根列管中，清除了列管中的结焦物，丙烯腈装置连续运行12个月时，冷却器的压降为5kPa，稳定了冷却器列管管道阻力和反应系统的操作压力，催化剂的丙烯腈单收下降0.2%，维持了装置的消耗水平，延长了装置的运行周期，在冷却器出口设置5个逆流洗涤器，采用洗涤的方法回收固体颗粒，逆流洗涤器所用溶剂为碳酸溶液，溶剂与反应气体的重量比为3：1，溶剂温度为10℃，固体颗粒组分回收率达85％，在逆流洗涤塔固体颗粒组分出口设置结晶器，结晶器操作温度为-30℃，操作压力为-0.04Mpa，固体颗粒组分得到进一步浓缩提纯，在换热段列管上方设置保护板，保护板开孔直径与列管内径比为0.9，冷却器管板和列管无磨损和腐蚀，取得了较好的技术效果。

表1  

表2

注：催化剂丙烯腈单收变化栏中的“－”号表示丙烯腈单收的下降。

Claims (10)

1.一种在线清焦装置，包括氨氧化反应气体冷却器、固体颗粒储罐、固体颗粒回收塔，所述的氨氧化反应气体冷却器包括空心的上封头和布满列管的换热段，在上封头中安置有至少1个固体颗粒喷射分布器，固体颗粒储罐出口和与氨氧化反应气体呈惰性的气体的进口并联后与固体颗粒喷射分布器相连通，冷却器出口设置固体颗粒回收塔。

2.根据权利要求1所述的在线清焦装置，其特征在于在冷却器上封头中安置1~20个固体颗粒喷射分布器，喷射分布器是多通道型、拉乌尔型、旋流分布型或螺旋喷射型中的至少一种；分布器喷出口到换热段列管的垂直距离与换热段直径之比为0.01~3；所述的旋流型固体颗粒喷射分布器具有导流段和喷出口，导流段设置1~10片导流叶片，导流叶片与轴向流动方向呈10~89°的夹角，喷出口直径为5~80mm；固体颗粒储罐和输送管路安装在氨氧化反应气体冷却器上封头惰性气体进口上方位置。

3.根据权利要求2所述的在线清焦装置，其特征在于在冷却器上封头中安置2~5个固体颗粒喷射分布器；喷射分布器喷出口到换热段列管的垂直距离与换热段直径之比为1~2；旋流型固体颗粒喷射分布器的导流段设置2~5片导流叶片，导流叶片与轴向流动方向呈40~70°的夹角，喷出口直径为30~60mm。

4.根据权利要求1所述的在线清焦装置，其特征在于在氨氧化反应气体冷却器布满列管的换热段上方设置保护板，保护板具有开孔，开孔中心线与各列管中心线重合，保护板的开孔直径与各列管内径的比为0.5~1.2；与换热段连接端相连的冷却器上封头是圆柱形、圆锥形、圆柱和圆锥组合体中的至少一种；其中圆锥形上封头的锥角为30~120°；圆柱和圆锥组合体的上封头的锥角为30~120°。

5.根据权利要求4所述的在线清焦装置，其特征在于保护板的开孔直径与列管内径的比为0.7~0.9；冷却器上封头圆锥形的锥角为60~80°。

6.根据权利要求1所述的在线清焦装置，其特征在于固体颗粒回收塔个数是1~5；固体颗粒回收塔是逆流洗涤器、顺流洗涤器、蒸馏塔、吸收塔、吸附塔、萃取塔、浸提塔、选择性冷凝器塔、液相反应器中的至少一种。

7.一种在线清焦方法，采用权利要求1~6所述的任一种在线清焦装置，所述的清焦方法依次包括以下步骤：

a) 将平均直径0.5~10mm的固体颗粒用对冷却器列管中流经的气体呈惰性的气体作动力，将固体颗粒输送到冷却器中设置的分布器中；

b) 将固体颗粒以1~200m/s的速度从分布器中喷出，分布到冷却器的每根列管中，以去除列管中的结焦物；

c) 在固体颗粒回收塔中，在溶剂与反应气体的重量比为0.5~8:1，溶剂温度为4~85℃的条件下，反应气体与溶剂接触，回收固体颗粒组分。

8. 根据权利要求7所述的在线清焦方法，其特征在于a)步骤中的固体颗粒是硫酸铵颗粒、碳酸铵颗粒、醋酸铵颗粒、草酸铵颗粒、磷酸铵颗粒、磷酸氢铵颗粒或磷酸二氢铵颗粒中的至少一种；固体颗粒的形状是半球体、圆柱体、多面体、椭圆体或球体中的至少一种；固体颗粒的平均直径为2~5mm；惰性气体是空气、氮气、氦气或二氧化碳中的至少一种；b)步骤中的固体颗粒喷出速度为20~150m/s；分布器是多通道型、拉乌尔型、旋流分布型或螺旋喷射型中的至少一种；c)步骤中的固体颗粒组分的回收过程是溶剂逆流洗涤、顺流洗涤、蒸馏、吸收、吸附、萃取、浸提、选择性冷却和选择性反应中的至少一种；与反应气体接触的溶剂是水、氨水、硫酸溶液、碳酸溶液、醋酸溶液、草酸溶液、磷酸溶液、磷酸氢铵溶液和磷酸二氢铵溶液中的至少一种；溶剂与反应气体的重量比为3~6:1，溶剂温度为10~40℃，溶剂可循环使用。

9.根据权利要求8所述的在线清焦方法，其特征在于b)步骤中的颗粒喷出速度为30~90m/s。

10.根据权利要求7所述的在线清焦方法，其特征在于固体颗粒回收塔个数是1~2；所述的固体颗粒回收塔固体颗粒组分出口设置结晶器或蒸发器以浓缩提纯固体颗粒组分；结晶器或蒸发器的操作温度为-30~150℃，操作压力为-0.04~0.5Mpa。