CN106492711A - 反应器温度的调节装置和调节方法 - Google Patents

Abstract

一种反应器冷却盘管组合，由具有较多数量的串联的U型管单元的长盘管和具有较少数量的串联的所述U型管单元的短盘管组成，其中，在反应器横截面的中心部分布置一组以上的短盘管，并且通过在所述长盘管与所述短盘管之间进行切换，能够精确地、灵敏地调节反应器温度。

Description

反应器温度的调节装置和调节方法

技术领域

本发明涉及用于精确、灵敏地调节流化床反应器的反应温度调节装置和调节方法。

背景技术

丙烯腈是石油化工的重要化工原料。世界各国普遍采用丙烯氨氧化一步法生产丙烯腈，即在流化床氨氧化催化剂作用下，在一定的反应温度和压力下，丙烯氨氧化生成丙烯腈，同时副产乙腈、氢氰酸等，也会有CO、CO₂深度氧化产物的生成。该反应为强放热反应，反应过程中伴随着大量的热量产生。冷却盘管的作用之一是将大量产生的反应热及时移出反应系统，并将反应温度维持在一个稳定的状态。

丙烯氨氧化反应对反应温度比较敏感，随着反应温度的上升，丙烯转化率有所提高，但反应温度过高，会导致一氧化碳、二氧化碳生成量的增加，丙烯腈单收反而下降。一般说来，反应温度升高，氢氰酸有升高倾向，乙腈单收略有下降。反应温度降低则有相反的变化。反应温度范围为410～460℃。

流化床反应器常规的冷却盘管如图1、图2所示，图1为冷却盘管轴向图，图2为冷却盘管截面布置图。每组冷却盘管包括入口、U型管单元和出口。每个U型管单元都包括两个相邻并相互平行的直管和两个U型弯管，其中一个U型弯管用于使两个相邻的直管流体联通，而另一个U型弯管则用于将该U型管单元流体联通至与其相邻的另一个U型管单元。

现有技术中，除去离反应器器壁的安全通行距离，如图2中与X 轴平行的反应器径向方向，优先布置以6个U型管单元和4个U型管单元串联组合的长冷却盘管，在靠反应器器壁位置处才布置1个U型管单元或2个U型管单元串联的短冷却盘管。在装置投料开车时，优先使用长冷却盘管对温度进行控制和调整，最后温差的补偿是(实时反应温度与反应温度目标值之差)通过丙烯投料量的调整来实现的。在装置常规运行中，当反应温度需要调整时，通过切换不同U数冷却盘管对温度进行调节，但最后也是通过调整丙烯投料量的方式，控制反应温度向目标温度靠近。通常丙烯投料量调整需要150～350Nm³/h，甚至更高。

现有技术中，具有1个U型管单元或2个U型管单元的短冷却盘管布置在反应器的边缘，而具有多个U型管单元的长盘管则布置在反应器中心部分。本领域技术人员在实际生产中发现，仅仅通过切换冷却盘管对反应器温度的调节效果非常有限。具体而言，当打开/关闭位于中心部分的长盘管时，虽然能够在短时间内时温度达到稳定，但是由于长盘管所容纳的冷却水较多，会导致反应器温度下降/上升的较多，无法实现精确地温度控制。相反，当打开/关闭位于边缘部分的短盘管时，虽然能够实现精确地温度控制，但是由于流化床反应器周边的流化质量相对较差(器壁效应)，所以无法在短时间内时温度达到稳定，导致对反应温度调节的灵敏度较差。但是，如果通过丙烯投料量的变化来调节反应器温度，还会影响到反应器内一些参数的变化，如催化剂负荷、操作线速度，反应器出口气总量和产物的组成等，这不利于成套装置稳定操作。

基于以上问题，希望能够研发一种能够仅通过切换具有不同数量的U型管单元的冷却盘管就能实现对反应器温度进行精确、灵敏控制的冷却盘管组合和通过该冷却盘管组合来精确、灵敏地调控反应器温度的方法。

发明内容

本发明的发明人通过长期的研究发现，在流化床反应器的中心部位流化质量和传热、传质明显优于流化床反应器的周边，因此，将具有较少数量的U型管单元的盘管布置在反应器横截面的中心部位，能够更加精确、灵敏地调节反应器温度。

本发明提供一种反应器冷却盘管组合，其由具有较多数量的串联的U型管单元的长盘管和具有较少数量的串联的所述U型管单元的短盘管组成，其中，在反应器横截面的中心部分布置一个以上的短盘管，并且，通过在所述长盘管与所述短盘管之间进行切换，能够精确、灵敏地调节反应器温度。

在本发明的冷却盘管组合，所述反应器横截面的中心部分是指从反应器横截面的圆心至反应器横截面的2/3半径的范围内。

在本发明的冷却盘管组合，优选地，所述长盘管具有4～8个所述U型管单元，并且所述短盘管具有1～4个所述U型管单元。

在本发明的冷却盘管组合，优选地，所述长盘管和所述短盘管中的至少一种包括具有奇数个U型管单元的盘管。

在本发明的冷却盘管组合，优选地，所述长盘管和所述短盘管中的至少一种包括两种以上具有不同U型管数量的盘管。

在本发明的冷却盘管组合，优选地，所述长盘管和所述短盘管在所述反应器的横截面的四个象限中均匀布置。

在本发明的冷却盘管组合能够在2℃的范围内灵敏地调节所述反应器的温度。

在本发明的冷却盘管组合能够在30分钟内使所述反应器的温度 达到稳定。

本发明还提供一种用于精确、灵敏地调节反应器温度的方法，所述反应器包括由具有较多数量的串联的U型管单元的长盘管和具有较少数量的串联的所述U型管单元的短盘管组成的冷却盘管组合，该方法包括：

在反应器横截面的中心部分布置一组以上的短盘管，以及

通过在所述长盘管与所述短盘管之间进行切换，来调节反应器温度。

在本发明的调节反应器温度的方法中，优选地，所述反应器横截面的中心部分为从所述反应器横截面圆心至2/3半径的范围内。

在本发明的调节反应器温度的方法中，优选地，所述长盘管具有4～8个所述U型管单元，并且所述短盘管具有1～4个所述U型管单元。

在本发明的调节反应器温度的方法中，优选地，所述长盘管和所述短盘管中的至少一种包括具有奇数个U型管单元的盘管。

在本发明的调节反应器温度的方法中，优选地，所述长盘管和所述短盘管中的至少一种包括两种以上具有不同U型管数量的盘管。

在本发明的调节反应器温度的方法中，优选地，所述长盘管和所述短盘管在所述反应器的横截面的四个象限中均匀布置。

在本发明的调节反应器温度的方法中，所述冷却盘管组合能够在2℃的范围内灵敏地调节所述反应器的温度。

在本发明的调节反应器温度的方法中，所述冷却盘管组合能够在30分钟内使所述反应器的温度达到稳定。

附图说明

图1为现有技术的流化床冷却盘管组合的轴向分布图。

图2为现有技术的流化床冷却盘管组合的径向分布图。

图3为本发明的流化床冷却盘管组合的径向分布图。

图4A和4B为本发明的流化床冷却盘管组合的径向分布图。

图5A和5B为本发明的流化床冷却盘管组合的径向分布图，并且图5C是本发明的比较例2冷却盘管组合的径向分布图。

图6为本发明的流化床冷却盘管组合的径向分布图。

具体实施方式

以下将参考附图详细描述本发明的具体实施方式。

构成本发明的冷却盘管组合的基本单位为U型管单元。与现有技术相同，每个U型管单元都包括两个相邻并相互平行的直管和两个U型弯管，其中一个U型弯管用于使两个相邻的直管流体联通，而另一个U型弯管则用于将该U型管单元流体联通至与其相邻的另一个U型管单元。

本发明的冷却盘管组合由具有较多数量的串联的U型管单元的长盘管和具有较少数量的串联的U型管单元的短盘管组成。长盘管所具有的U型管单元数量多于短盘管的U型管单元数量。优选地，长盘管具有4～8个U型管单元，短盘管具有1～4个所述U型管单元。

本发明人发现，通过将短盘管布置在反应器横截面的中心部分(以下或简称反应器中心部分)，而不是像现有技术中那样，只将短盘管布置在反应器横截面的边缘部分(以下或简称反应器边缘部分)，能够更加精确、灵敏地调节反应器的温度。

在本发明中，反应器横截面的中心部分是指反应器横截面的圆心 至半径2/3的范围内。以图2中所示的冷却盘管组合为例，当将全部具有4个U型管单元的长盘管和具有1个U型管单元的短盘管都布置在反应器横截面的边缘部分(即反应器横截面的半径2/3至反应器壁之间的范围内)时，反应器的中心部分则只布置有具有6个U型管单元的长盘管，因此精确、灵敏地调节反应器温度的能力较弱。而当如图3所示，将至少一组短盘管布置在反应器反应器中心部分时(图3中为4组1个U的短盘管)，短盘管对反应器温度精确、灵敏地调节能力明显增强。这样反应器中心位置，可以匹配出ΔU(1～最大U数)的各种可能性，这样分布的目的可以更好的发挥这部分U的性能，使得反应器径向温度分布更均匀，调整更精细更灵敏。

对于稳定运行的装置，可以认为ΔT(需要升高/降低的反应器温度)与ΔU(调节冷却盘管后增加/减少的U型管单元数量)数成正比关系。采用不同U型管单元数量的组合的冷却盘管可以灵活地对反应装置温度加以调控。由长盘管进行粗调，由短盘管和/或ΔU进行细调。U型管单元数量越大的冷却盘管，与床层接触的热交换面积也就越大，可以将更多的反应产生热移出反应系统。相反，U型管数量越少，移出反应系统的反应热也越少。对一个生产规模确定的装置而言，反应产生的热量是可以通过反应热计算而得，冷却盘管组合需要U型管的总数也可以大致确定。单个冷却盘管采用的U型管单元总数越多，则流化床内冷却盘管的组数就越少，对设备的加工是有利的。然而，另一方面，U型管数越多的冷却盘管，有更多的冷却水进入盘管内同时产生更多的蒸汽，对U型管单元特别是U型弯管处的冲击也越大，随着使用时间的延长，可能导致冷却盘管的破裂，造成催化剂的粉化破损甚至是报废。

在本发明中，通过长盘管与短盘管之间的切换来调节反应器的温度。此处，所谓“切换”既包括在打开/关闭长盘管的同时关闭/打开短盘管的操作，也包括单独打开/关闭短盘管或长盘管的操作。

冷却盘管以具有1～8个串联的U型管单元为宜。在本发明的冷却盘管组合中，优选地，长盘管具有4～8个U型管单元，并且短盘管具有1～4个所述U型管单元。具体而言，本发明的冷却盘管组合包括一个以上具有4～8个串联的U型管单元的长盘管和一个以上具有1～4个串联的U型管单元的短盘管。

在优选的情况下，长盘管和短盘管中的至少一种具有奇数个U型管单元。这是因为，假设1个U型管单元的冷却水量能够将反应器的温度降低ΔT，如果长盘管和短盘管都具有偶数个U型管单元时，通过切换长盘管和短盘管，最低只能调节2个U型管单元的冷却水量，进而调节2ΔT的反应器温度。而当反应器的长盘管和短盘管中的至少一种具有奇数个U型管单元时，通过切换长盘管和短盘管，则能够最低调节1个U型管单元的冷却水，从而调节ΔT的反应器温度。

另一方面，在本发明的冷却盘管组合中，长盘管和短盘管中的至少一种包括两种以上具有不同U型管数量的盘管。也就是说，在本发明的冷却盘管组合中，至少包括具有三种U型管单元数量的冷却盘管。例如，如图4A和4B所示，冷却盘管组合中包括具有6个U型管单元和5个U型管单元的两种长盘管和一种具有3个U型管单元的短盘管。

对冷却盘管组合中长盘管和短盘管的数量没有具体限制，根据需要调整温度，选取与之匹配的ΔU，能够更加精确、灵敏地调节反应器温度。例如，U型管单元的数量可以分别为6/4/1、6/5/3、7/6/4、8/6/5/2等。

例如，在如图3所示的反应器冷却盘管组合中，包括分别具有6个U型管单元和4个U型管单元的长盘管以及具有1个U型管单元的短盘管。假设1个U型管单元的冷却水量能够将反应器的温度降低ΔT，当将需要反应器温度降低ΔT时，通过打开一个空闲的短盘管，即可使进入反应器中的冷却水增加1个U型管单元的量(ΔU＝1)，从而能 够将反应器的温度降低ΔT。反之，当需要将反应器温度升高ΔT时，通过关闭1个正在运行的短盘管，能够使冷却进入反应器中的冷却水减少1个U型管单元的量，从而能够将反应器的温度升高ΔT。相似地，通过打开一个空闲的具有6个U型管单元的长盘管并关闭一个正在运行的具有4个U型管单元的长盘管，能够使进入反应器中的冷却水增加2个U(ΔU＝2)型管单元的量，从而能够将反应器的温度降低2ΔT。反之，当需要降低反应器温度时，通过关闭正在运行的一个具有6个U型管单元的长盘管并打开一个空闲的具有4个U型管单元的长盘管，能够使冷却进入反应器中的冷却水减少2个U(ΔU＝2)型管单元的量，从而能够将反应器的温度升高2ΔT。

具体而言，随着根据反应器的具体直径不同，本发明的冷却盘管组合一方面能够在2℃的范围内调节反应器温度；另一方面，能够在30分钟内反应温度就达到稳定。

冷却盘管均匀分布在流化床反应器内，若将反应器横截面分成ABCD四个象限，每个象限中排布的冷却盘管的总U型管数量可以相同也可以不同，但最好是相同的。

根据本发明的冷却盘管组合，通过对具有不同U型管单元的长盘管和短盘管进行切换，来完成反应温度的精确、灵敏地调节，能够使反应器径向温度分布更合理，避免了装置生产的不稳定性。。

实施例

以下，将通过具体实施例来描述本发明的冷却盘管组合。

实施例1

如图3所示，流化床反应器直径为7.5米，反应器中冷却盘管分别具有6个、4个和1个U型管单元。具体布置如图3所示，在反应器横截面的中心部分，每个象限内都布置有具有一个U型管单元的短 盘管。根据图3所示的冷却盘管组合，通过开/关任意一个具有一个U型管单元的短盘管，能够在最小2℃的范围内调节反应器温度，且在20分钟内反应温度就达到稳定。

比较例1

比较例1的冷却盘管组合中的长盘管和短盘管的数量与所具有的U型管单元数量均与实施例1相同，区别仅在于在反应器的中心部分并未布置短盘管。运行结果显示，通过开/关任意一个具有一个U型管单元的短盘管，该冷却盘管组合要达到同样效果至少需要2小时才能使反应器温度达到稳定。

实施例2

图4A所示：流化床反应器直径为9.5米，反应器中冷却盘管分别具有6个、5个、3个U型管单元，具体布置如图4A所示，具有3个U型管单元的短盘管位于反应器中心处，每个象限中含有2组短盘管，使得通过切换中心部分的冷却盘管能够获得ΔU为1的效果。根据图4A所示的冷却盘管组合，当ΔU为1时，能够在最小1.5℃的范围内的范围内调节反应器温度，且在30分钟内反应温度就达到稳定。

实施例3

图4B所示：流化床反应器直径为9.5米，反应器中冷却盘管含有6个、5个、3个U型管单元，具体布置如图4B所示，具有3个U型管单元的短盘管位于反应器中心处，且每个象限中含有2组短盘管，使得通过切换中心部分的冷却盘管能够获得ΔU为1的效果。根据图4B所示的冷却盘管组合，当ΔU为1时，能够在最小1.5℃的范围内的范围内调节反应器温度，且在30分钟内反应温度就达到稳定。

实施例4

图5A所示：流化床反应器直径为12米，反应器中冷却盘管分别具有7个6个、4个U型管单元，具体布置如图5A所示，具有4个 U型管单元的短盘管位于反应器中心处，每个象限中含有1组短盘管，使得通过切换中心部分的冷却盘管能够获得ΔU为1的效果。根据图5A所示的冷却盘管组合，当ΔU为1时，能够在最小1.0℃的范围内调节反应器温度，且在25分钟内反应温度就达到稳定。

实施例5

图5B所示：流化床反应器直径为12米，反应器中冷却盘管分别具有7个、6个、4个U型管单元，具体布置如图5B所示，具有4个U型管单元的短盘管分别位于反应器中心和反应器边缘处，每个象限中含有4组短盘管，使得通过切换中心部分的冷却盘管能够获得ΔU为1的效果。根据图5B所示的冷却盘管组合，当ΔU为1时，能够在最小1.0℃的范围内调节反应器温度，且在25分钟内反应温度就达到稳定。

比较例2

图5C所示：流化床反应器直径为12米，反应器中冷却盘管含有7个、6个、4个U型管单元。5C所示的冷却盘管组合与图5A和5B所示的冷却盘管组合的区别在于，具有4个U型管单元的短盘管位于反应器边缘。根据图5C所示的冷却盘管组合，能够在最小2℃的范围内调节反应器温度，但至少2小时反应温度才达到稳定。

实施例6

图6所示流化床反应器直径为12米，反应器中部分冷却盘管分别具有8个、6个、5个、4个U型管单元，具体布置如图6所示，具有4个U型管单元的短盘管位于反应器中心处，每个象限中含有2组短盘管，使得通过切换中心部分的冷却盘管能够获得ΔU为1的效果。根据图6所示的冷却盘管组合，当ΔU为1时，能够在最小1.0℃的范围内调节反应器温度，且在25分钟内反应温度就达到稳定。

Claims (16)

1.一种反应器冷却盘管组合，由具有较多数量的串联的U型管单元的长盘管和具有较少数量的串联的所述U型管单元的短盘管组成，其中，

在反应器横截面的中心部分布置一组以上的短盘管，并且

通过在所述长盘管与所述短盘管之间进行切换，来调节反应器温度。

2.关于权利要求1所述的冷却盘管组合，其中，所述反应器横截面的中心部分为从所述反应器横截面圆心至2/3半径的范围内。

3.根据权利要求1所述的冷却盘管组合，其中，所述长盘管具有4～8个所述U型管单元，并且所述短盘管具有1～4个所述U型管单元。

4.根据权利要求2所述的冷却盘管组合，其中，所述长盘管和所述短盘管中的至少一种包括具有奇数个U型管单元的盘管。

5.根据权利要求3所述的冷却盘管组合，其中，所述长盘管和所述短盘管中的至少一种包括两种以上具有不同U型管数量的盘管。

6.根据权利要求1所述的冷却盘管组合，其中，所述长盘管和所述短盘管在所述反应器的横截面的四个象限中均匀布置。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的冷却盘管组合，其中，所述冷却盘管组合能够在2℃的范围内调节所述反应器的温度。

8.根据权利要求1～6任意一项所述的冷却盘管组合，其中，所述冷却盘管组合能够在30分钟内使所述反应器的温度达到稳定。

9.一种反应器温度的控制方法，所述反应器包括由具有较多数量的串联的U型管单元的长盘管和具有较少数量的串联的所述U型管单元的短盘管组成的冷却盘管组合，该方法包括：

在反应器横截面的中心部分布置一组以上的短盘管，以及

通过在所述长盘管与所述短盘管之间进行切换，来调节反应器温度。

10.关于权利要求9所述的方法，其中，所述反应器横截面的中心部分为从所述反应器横截面圆心至2/3半径的范围内。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述长盘管具有4～8个所述U型管单元，并且所述短盘管具有1～4个所述U型管单元。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述长盘管和所述短盘管中的至少一种包括具有奇数个U型管单元的盘管。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述长盘管和所述短盘管中的至少一种包括两种以上具有不同U型管数量的盘管。

14.根据权利要求9所述的冷却盘管组合，其中，所述长盘管和所述短盘管在所述反应器的横截面的四个象限中均匀布置。

15.根据权利要求9～14任意一项所述的冷却盘管组合，其中，所述冷却盘管组合能够在2℃的范围内调节所述反应器的温度。

16.根据权利要求9～14任意一项所述的冷却盘管组合，其中，所述冷却盘管组合能够在30分钟内使所述反应器的温度达到稳定。