CN107376792A - 高效hppo装置反应器设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高效HPPO装置反应器设备，主要解决现有技术中催化剂装填增量较小、环氧丙烷选择性较低、物耗较高的问题。本发明通过采用一种高效HPPO装置反应器设备，反应器内部的传热板组由固定间隔排列的多块波纹板组成，且相邻2块波纹板凸面部与凹面部对置排列，组成1组传热板组，以此类推，形成多组传热板组，且相邻2组传热板组交替错落布置，每组传热板组形成的内部空间作为循环冷却水流通空间，相邻2组传热板组之间形成的空间作为催化剂的填充空间和工艺物料的流通空间的技术方案较好地解决了上述问题，可用HPPO装置中。

Description

高效HPPO装置反应器设备
技术领域
本发明涉及一种高效HPPO装置反应器设备。
背景技术
环氧丙烷是一种非常重要的有机化工原料，可用于生产多元醇、聚氨酯、非离子表面活性剂、油田破乳剂、农药乳化剂等，广泛应用于汽车、建筑、食品、烟草、医药及化妆品等行业。现有技术在过氧化氢路线生产环氧丙烷(HPPO)法的反应过程中，普遍采用装有钛硅分子筛催化剂的列管式固定床反应器。CN 200380100785.X板式催化反应器，公开了在反应器内以规定间隔并列垂直排列多块传热板的方式，使相邻传热板的波形板凸面部与凹面部对置，由此实现高效率控制催化剂层内的温度分布、提高反应效率和延长催化剂寿命的目的。CN201310683291.4制备环氧丙烷的方法，公开了一种将n个反应器串联的制备环氧丙烷的方法，环氧丙烷选择性在96.4～97.0％左右，环氧丙烷产品纯度达99.95％以上。CN201510534341.1一种新型径向板式反应器，公开了反应器的换热板对束由多对换热板对呈扇形结构排布形成圆柱体状，以适应不同反应热量或反应器直径，由此来提高传热效率和反应选择性。CN 201320751690.5一种波纹板式均温加氢反应器，公开了若干个波纹板构成冷却介质夹层分别通过若干短管与联箱环管连接汇总后接通出入管口，波纹板夹层内用来走冷却介质以达到换热的效果。
现有技术中，CN 200380100785.X和CN 201310683291.4以及CN 201510534341.1虽然改进了列管式固定床反应器的结构，但是仍然存在传热效果差、环氧化反应效率低、环氧丙烷选择性也低等问题。CN 201320751690.5虽然采用波纹板夹层内用来走冷却介质以达到换热的效果，但是仅仅应用于加氢反应过程，而且催化剂装填量也仅仅增加10～20％左右，存在设备结构复杂、工程投资高等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中催化剂装填增量较小、环氧丙烷选择性较低、物耗较高的问题，提供一种新的高效HPPO装置反应器设备。该设备具有催化剂装填增量较大、环氧丙烷选择性较高、物耗较低的优点。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种高效HPPO装置反应器设备，包括反应器外壳(1)、波纹板组(2)、循环冷却水进料分配盘(3)、循环冷却水进料分配总管(4)、循环冷却水出料收集盘(5)、循环冷却水出料收集总管(6)、工艺物料进口(7)和工艺物料出口(8)、循环冷却水进料口(9)和循环冷却水出料口(10)以及放净口(11)、手孔或人孔(12)，反应器上设置的循环冷却水进料分配盘(3)联通到循环冷却水进料分配总管(4)，再接通到循环冷却水进料口(9)，循环冷却水出料收集盘(5)联通到循环冷却水出料收集总管(6)，再接通循环冷却水出料口(10)；反应器内部的波纹板组(2)由固定间隔排列的多块波纹板组成，且相邻两块波纹板凸面部与凹面部对置排列，组成一组传热板组，反应器内部布置多组所述传热板组，且相邻两组传热板组交替错落布置，每组传热板组形成的内部空间作为循环冷却水流通空间，相邻两组传热板组之间形成的空间作为催化剂的填充空间和工艺物料的流通空间。
上述技术方案中，优选地，甲醇、丙烯、过氧化氢物料在所述反应器内发生环氧化反应，环氧化反应的工艺参数如下：反应温度为30～95℃，反应表压为1.5～5.5MPa，丙烯重量空速0.5～8.0h-1，甲醇/过氧化氢摩尔比为4～18：1，丙烯/过氧化氢摩尔比为1.2～ 10：1，催化剂为TS-1钛硅分子筛，钛硅比为SiO2：TiO2＝10～200：1。
上述技术方案中，更优选地，反应温度为35～90℃，反应表压为2.0～5.0MPa，丙烯重量空速为1.0～7.0h-1，甲醇/过氧化氢摩尔比为6～16：1，丙烯/过氧化氢摩尔比为1.4～8：1。
上述技术方案中，最优选地，反应温度为40～85℃；反应表压为2.5～4.5MPa；丙烯重量空速为1.5～6.0h-1；甲醇/过氧化氢摩尔比为8～14：1；丙烯/过氧化氢摩尔比为1.6～6：1。
上述技术方案中，优选地，循环冷却水与工艺物料的流动方向为并流形式或逆流形式。
上述技术方案中，优选地，一组波纹传热板组组成的两块波纹传热板之间的间距小于该组波纹传热板组与相邻的另一组波纹传热板组之间的间距。
上述技术方案中，优选地，波纹板材质为碳钢或不锈钢。
反应器内部的传热板组由固定间隔排列的多块波纹板组成，且相邻2块波纹板凸面部与凹面部对置排列，组成1组传热板组，以此类推，形成多组传热板组，且相邻2组传热板组交替错落布置。每组传热板组形成的内部空间作为循环冷却水流通空间，相邻2组传热板组之间形成的空间作为催化剂的填充空间和工艺物料的流通空间，循环冷却水在2块传热波纹板组合形成的传热板组内部空隙通道内流过，移走反应后期产生的反应热。催化剂填充在传热板组之间形成的空隙通道内，工艺物料在此通道内流过与催化剂充分接触，进一步发生反应生成环氧丙烷产品。催化剂装填量增加22～28％左右，环氧丙烷选择性提高到97.1～97.2％之间，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为本发明所述设备的结构示意图(工艺物料与循环冷却水流动方向为并流形式)。
图2为反应器内波纹板组的结构示意图。
图1、图2中，1为反应器外壳；2为波纹板组；3为循环冷却水进料分配盘；4为循环冷却水进料分配总管；5为循环冷却水出料收集盘；6为循环冷却水出料收集总管；7 为工艺物料进口；8为工艺物料出口；9为循环冷却水进料口；10为循环冷却水出料口； 11为放净口；12为手孔或人孔；13为工艺物料和催化剂；14传热介质。
当工艺物料与循环冷却水流动方向为逆流形式时，仅将图1中的循环冷却水进料分配盘(3)、循环冷却水进料分配总管(4)、循环冷却水进料口(9)和循环冷却水出料收集盘(5)、循环冷却水出料收集总管(6)、循环冷却水出料口(10)位置互换即可。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【对比例1】
以生产规模1万吨/年的HPPO中试装置为例，采用现有技术生产环氧丙烷，过氧化氢消耗6040.35吨/年，丙烯消耗7461.61吨/年。
【实施例1】
一种高效HPPO装置反应器设备，如图1所示，包括：反应器外壳(1)、波纹板组 (2)、循环冷却水进料分配盘(3)、循环冷却水进料分配总管(4)、循环冷却水出料收集盘(5)、循环冷却水出料收集总管(6)、工艺物料进口(7)和工艺物料出口(8)、循环冷却水进料口(9)和循环冷却水出料口(10)以及放净口(11)、手孔或人孔(12)，反应器上设置的循环冷却水进料分配盘(3)联通到循环冷却水进料分配总管(4)，再接通到循环冷却水进料口(9)；同样，循环冷却水出料收集盘(5)联通到循环冷却水出料收集总管(6)，再接通循环冷却水出料口(10)。
以生产规模1万吨/年的HPPO中试装置为例，采用本发明所述的高转化率HPPO 装置反应器设备生产环氧丙烷，反应器的公称尺寸为Ф1800mm×4600mm，波纹板材质为碳钢。环氧化反应的工艺参数如下：4台反应器的温度分别为75℃，64℃，56℃，45℃，反应表压为2.3MPa，丙烯重量空速1.8h-1，甲醇/过氧化氢摩尔比为6：1，丙烯/过氧化氢摩尔比为1.3：1，采用TS-1型钛硅分子筛催化剂，催化剂装填量增加23％，钛硅比为SiO2： TiO2＝175：1。由此，环氧丙烷产品纯度达到99.95％，环氧丙烷的选择性提高到97.11％以上。过氧化氢消耗6033.51吨/年，丙烯消耗7453.15吨/年；与【对比例1】相比，节约过氧化氢6.84吨/年，节约丙烯8.45吨/年。
【对比例2】
以生产规模10万吨/年的HPPO工业生产装置为例，采用现有技术生产环氧丙烷，过氧化氢消耗60403.48吨/年，丙烯消耗74616.07吨/年。
【实施例2】
按照实施例1所述的条件和步骤，生产规模改为10万吨/年的HPPO工业生产装置，采用本发明所述的高转化率HPPO装置反应器设备生产环氧丙烷，反应器的公称尺寸为Ф4000mm×9000mm，波纹板材质为不锈钢。环氧化反应的工艺参数如下：4台反应器的温度分别为78℃，65℃，58℃，50℃，反应表压为2.8MPa，丙烯重量空速3.2h-1，甲醇/过氧化氢摩尔比为8：1，丙烯/过氧化氢摩尔比为1.4：1，采用TS-1型钛硅分子筛催化剂，催化剂装填量增加27％，钛硅比为SiO2：TiO2＝165：1。由此，环氧丙烷产品纯度达到99.95％，环氧丙烷的选择性提高到97.13％以上。过氧化氢消耗60322.64吨/年，丙烯消耗74516.20吨/年；与【对比例2】相比，可以节约过氧化氢80.84吨/年，节约丙烯99.87 吨/年。
【对比例3】
以生产规模20万吨/年的HPPO工业生产装置为例，采用现有技术生产环氧丙烷，过氧化氢消耗120806.97吨/年，丙烯消耗149232.14吨/年。
【实施例3】
按照实施例1所述的条件和步骤，生产规模改为20万吨/年的HPPO工业生产装置，采用本发明所述的高转化率HPPO装置反应器设备生产环氧丙烷，反应器的公称尺寸为Ф5800mm×8700mm，波纹板材质为不锈钢。环氧化反应的工艺参数如下：4台反应器的温度分别为79℃，70℃，59℃，50℃，反应表压为3.2MPa，丙烯重量空速4.6h-1，甲醇/过氧化氢摩尔比为12：1，丙烯/过氧化氢摩尔比为3.2：1，采用TS-1型钛硅分子筛催化剂，催化剂装填量增加27％，钛硅比为SiO2：TiO2＝130：1。由此，环氧丙烷产品纯度达到99.95％，环氧丙烷的选择性提高到97.15％以上。过氧化氢消耗120620.44吨/年，丙烯消耗149001.72吨/年；与【对比例3】相比，可以节约过氧化氢186.53吨/年，节约丙烯 230.42吨/年。
【对比例4】
以生产规模30万吨/年的HPPO工业生产装置为例，采用现有技术生产环氧丙烷，过氧化氢消耗181210.45吨/年，丙烯消耗223848.20吨/年。
【实施例4】
按照实施例1所述的条件和步骤，生产规模改为30万吨/年的HPPO工业生产装置，采用本发明所述的高转化率HPPO装置反应器设备生产环氧丙烷，反应器的公称尺寸为Ф7000mm×8900mm，波纹板材质为不锈钢。环氧化反应的工艺参数如下：4台反应器的温度分别为78℃，71℃，60℃，53℃，反应表压为3.6MPa，丙烯重量空速5.5h-1，甲醇/过氧化氢摩尔比为15：1，丙烯/过氧化氢摩尔比为3.9：1，采用TS-1型钛硅分子筛催化剂，催化剂装填量增加27％，钛硅比为SiO2：TiO2＝100：1。由此，环氧丙烷产品纯度达到99.95％，环氧丙烷的选择性提高到97.17％以上。过氧化氢消耗180893.42吨/年，丙烯消耗223456.58吨/年；与【对比例4】相比，可以节约过氧化氢317.03吨/年，节约丙烯 391.62吨/年。
【对比例5】
以生产规模40万吨/年的HPPO工业生产装置为例，采用现有技术生产环氧丙烷，过氧化氢消耗241613.94吨/年，丙烯消耗298464.27吨/年。
【实施例5】
按照实施例1所述的条件和步骤，生产规模改为40万吨/年的HPPO工业生产装置，采用本发明所述的高转化率HPPO装置反应器设备生产环氧丙烷，反应器的公称尺寸为Ф8000mm×9000mm，波纹板材质为不锈钢。环氧化反应的工艺参数如下：4台反应器的温度分别为77℃，70℃，57℃，49℃，反应表压为4.0MPa，丙烯重量空速6.8h-1，甲醇/过氧化氢摩尔比为16：1，丙烯/过氧化氢摩尔比为6.2：1，采用TS-1型钛硅分子筛催化剂，催化剂装填量增加27％，钛硅比为SiO2：TiO2＝70：1。由此，环氧丙烷产品纯度达到99.95％，环氧丙烷的选择性提高到97.19％以上。过氧化氢消耗241141.60吨/年，丙烯消耗297880.80吨/年；与【对比例5】相比，可以节约过氧化氢472.34吨/年，节约丙烯 583.48吨/年。
【实施例6】
按照实施例5所述的条件和步骤，生产规模仍为40万吨/年的HPPO工业生产装置，采用本发明所述的高转化率HPPO装置反应器设备生产环氧丙烷，反应器的公称尺寸为Ф7800mm×9600mm，波纹板材质为不锈钢。环氧化反应的工艺参数如下：4台反应器的温度分别为70℃，58℃，42℃，30℃，反应表压为1.5MPa，丙烯重量空速0.5h-1，甲醇/过氧化氢摩尔比为4：1，丙烯/过氧化氢摩尔比为1.2：1，采用TS-1型钛硅分子筛催化剂，催化剂装填量增加22％，钛硅比为SiO2：TiO2＝200：1。由此，环氧丙烷产品纯度达到99.95％，环氧丙烷的选择性提高到97.10％以上。过氧化氢消耗241365.11吨/年，丙烯消耗298156.89吨/年；与【对比例5】相比，可以节约过氧化氢248.83吨/年，节约丙烯 307.38吨/年。
【实施例7】
按照实施例5所述的条件和步骤，生产规模仍为40万吨/年的HPPO工业生产装置，采用本发明所述的高转化率HPPO装置反应器设备生产环氧丙烷，反应器的公称尺寸为Ф8200mm×8700mm，波纹板材质为碳钢。环氧化反应的工艺参数如下：4台反应器的温度分别为95℃，83℃，70℃，57℃，反应表压为5.5MPa，丙烯重量空速8.0h-1，甲醇/ 过氧化氢摩尔比为18：1，丙烯/过氧化氢摩尔比为10：1，采用TS-1型钛硅分子筛催化剂，催化剂装填量增加28％，钛硅比为SiO2：TiO2＝10：1。由此，环氧丙烷产品纯度达到99.95％，环氧丙烷的选择性提高到97.20％以上。过氧化氢消耗241116.79吨/年，丙烯消耗297850.15 吨/年；与【对比例5】相比，可以节约过氧化氢497.15吨/年，节约丙烯614.12吨/年。

Claims (7)

1.一种高效HPPO装置反应器设备，包括反应器外壳(1)、波纹板组(2)、循环冷却水进料分配盘(3)、循环冷却水进料分配总管(4)、循环冷却水出料收集盘(5)、循环冷却水出料收集总管(6)、工艺物料进口(7)和工艺物料出口(8)、循环冷却水进料口(9)和循环冷却水出料口(10)以及放净口(11)、手孔或人孔(12)，反应器上设置的循环冷却水进料分配盘(3)联通到循环冷却水进料分配总管(4)，再接通到循环冷却水进料口(9)，循环冷却水出料收集盘(5)联通到循环冷却水出料收集总管(6)，再接通循环冷却水出料口(10)；反应器内部的波纹板组(2)由固定间隔排列的多块波纹板组成，且相邻两块波纹板凸面部与凹面部对置排列，组成一组传热板组，反应器内部布置多组所述传热板组，且相邻两组传热板组交替错落布置，每组传热板组形成的内部空间作为循环冷却水流通空间，相邻两组传热板组之间形成的空间作为催化剂的填充空间和工艺物料的流通空间。
2.根据权利要求1所述高效HPPO装置反应器设备，其特征在于甲醇、丙烯、过氧化氢物料在所述反应器内发生环氧化反应，环氧化反应的工艺参数如下：反应温度为30～95℃，反应表压为1.5～5.5MPa，丙烯重量空速0.5～8.0h-1，甲醇/过氧化氢摩尔比为4～18：1，丙烯/过氧化氢摩尔比为1.2～10：1，催化剂为TS-1钛硅分子筛，钛硅比为SiO2：TiO2＝10～200：1。
3.根据权利要求2所述高效HPPO装置反应器设备，其特征在于反应温度为35～90℃，反应表压为2.0～5.0MPa，丙烯重量空速为1.0～7.0h-1，甲醇/过氧化氢摩尔比为6～16：1，丙烯/过氧化氢摩尔比为1.4～8：1。
4.根据权利要求3所述高效HPPO装置反应器设备，其特征在于反应温度为40～85℃；反应表压为2.5～4.5MPa；丙烯重量空速为1.5～6.0h-1；甲醇/过氧化氢摩尔比为8～14：1；丙烯/过氧化氢摩尔比为1.6～6：1。
5.根据权利要求1所述高效HPPO装置反应器设备，其特征在于循环冷却水与工艺物料的流动方向为并流形式或逆流形式。
6.根据权利要求1所述高效HPPO装置反应器设备，其特征在于一组波纹传热板组组成的两块波纹传热板之间的间距小于该组波纹传热板组与相邻的另一组波纹传热板组之间的间距。
7.根据权利要求1所述高效HPPO装置反应器设备，其特征在于波纹板材质为碳钢或不锈钢。
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