CN109589874B - 一种银法甲醛装置中的甲醇氧化器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种银法甲醛装置中的甲醇氧化器，包括罐体（1）、银催化剂层（2）和冷却管（3），冷却管（3）设置在罐体（1）内，罐体（1）的下部侧面设置有进料口，进料口处设置有银催化剂层（2），罐体（1）的上部设置有甲醛出口（4），进料口和甲醛出口（4）均与罐体（1）连通。本发明的新型银法甲醛装置中的甲醇氧化器将进料口从甲醇氧化器的顶部换为甲醇氧化器的罐体的侧面，可以大大提高甲醇与银催化剂的反应面积，提高反应效率，从而可以降低甲醇氧化器的体积。
Description
技术领域
本发明涉及一种银法甲醛装置中的甲醇氧化器。
背景技术
银法甲醛生产过程中，甲醇混合气体再氧化器中的化学反应主要以下：
氧化反应
CH3OH+1/2O2→CH2O+H2O (1)
脱氢反应
CH3OH→CH2O+H2 (2)
反应过程中的副反应化学方程式：
CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O (3)
CH3OH→CO+2H2O……… (4)
CH3OH+H2→CH4+H2O……… (5)
CH3OH+O2→HCOOH+H2O (6)
目前甲醛行业传统氧化器，外形均为立式圆筒形设备，一般从上到下可分为三段：上段为氧化器顶盖；中段为催化剂室和急冷段的组合；下段可设置冷却段(根据需要设置)。采用传统型氧化器的技术缺陷：
a、由于氧化器急冷段采用列管式换热器形式，上管板上面的催化剂层的温度为630～650℃，由于上管板和换热管采用奥氏体不锈钢焊接而成，在此温度下，奥氏体不锈钢处于最最容易损坏的敏化温度，晶格粗大，特别是容易在焊接的热影响区产生晶间腐蚀，时间长了，就会在上管板的热影响区产生热裂纹，漏水。在氧化器漏水部位，局部温度偏低，甲醇的氧化反应不充分，造成单耗偏高，补焊后由于焊接热影响区的材质发生变化，会继续漏水。所以氧化器漏水的管道数量达到换热管的5～10％左右，单耗在450kg甲醛/t甲醛(37％),就必须更换氧化器。一般是3年左右更换氧化器。一般氧化器在甲醛装置中费用占到20％左右。
b、氧化器的换热管，管板是采用不锈钢的，而壳程为了减少制造成本，一般采用碳钢材质。在管程里面，由于反应后的气相温度比较高，换热管不锈钢的热膨胀系数(17.9)又远远大于壳程碳钢的热膨胀系数(11.3～13)，所以换热管顶起管板的应力很大，经过计算，一台5万吨氧化器在操作时的热应力达到48吨左右，虽然采用了膨胀节来抵消部分的热应力，但是热应力存在着，特别是对于管板和换热管部分的热影响区在高温下是致命的损坏。
c、对于10万吨及以上的甲醛装置，氧化器有效直径大于φ2600，中间部分的热量带走是比较困难的，为了减少管板中间壳程由于带不出热量的弊端，只有采用加大管间距的方式，但是这时混合气体通过催化剂有效面积减少，氧化器不得不做的很大，造成的结果是单耗高，产能低。
d、对于12万吨的甲醛装置，氧化器的有效直径φ2800，氧化器触媒室直径φ2900，氧化器壳程外径φ4000，加上伸出的接管，氧化器的最大运输外径达到φ4600，是运输高度的极限值，所以银法甲醛装置的极限产能，也就是12万吨。
e、传统型氧化器的致命缺陷：1、氧化器是易损件，3年左右就要更换，费用大；2、氧化器最大产能只能到12万吨，甲醛装置的大型化受到致命的制约；3、运输过程受限制，设计到12万吨甲醛装置几乎是最大的了；4、大型氧化器单耗偏高，操作困难。
因此，需要一种银法甲醛装置中的甲醇氧化器以解决上述问题。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术的缺陷，提供一种的银法甲醛装置中的甲醇氧化器。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的银法甲醛装置中的甲醇氧化器采用如下技术方案：
一种银法甲醛装置中的甲醇氧化器，包括罐体、银催化剂层和冷却管，所述冷却管设置在所述罐体内，所述罐体的下部侧面设置有进料口，所述进料口处设置有所述银催化剂层，所述罐体的上部设置有甲醛出口，所述进料口和甲醛出口均与所述罐体连通。
更进一步的，所述罐体的下部侧面设置有一圈进料口。在罐体的下部侧面设置一圈进料口可以有效增加进料面积。
更进一步的，所述罐体的下部侧面设置有一圈所述银催化剂层。银催化剂层与进料口对应设置。罐体下部设置一圈银催化剂层，可以大大增加甲醇与催化剂的反应面积，提高氧化效率。
更进一步的，所述银催化剂层沿周向分为多块银催化剂块。将罐体四周的银催化剂层沿周向分为多块，可以方便分块对银催化剂进行更换。
更进一步的，每块所述银催化剂块的下方和上方分别设置有第一密闭室和第二密闭室，所述第一密闭室内设置有第二银催化剂块，所述第二银催化剂块的一端与所述银催化剂块接触，另一端设置有推顶装置。
更进一步的，所述第一密闭室和/或第二密闭室中充惰性气体。通过在第一密闭室和/或第二密闭室充惰性气体防止进料口中气体泄露至第一密闭室和/或第二密闭室。
更进一步的，所述第一密闭室和/或第二密闭室中气压高于所述进料口的气压。使得第一密闭室和/或第二密闭室中气压高于进料口的气压，可以使得第一密闭室和/或第二密闭室的防泄露效果更好。
更进一步的，还包括进料室，所述进料室通过进料口与所述罐体连通，所述银催化剂层设置在所述进料室中。方便利用进料室，通过因催化剂和进料口向罐体内加料。
更进一步的，所述冷却管相互缠绕。可以大大增加冷却管的冷却面积，并且可以有效降低冷却管的两端的应力，提高氧化装置的使用寿命。
更进一步的，所述罐体的顶部设置有凸顶，所述甲醛出口设置在所述凸顶的最高处。方便甲醛从罐体顶部排出，且不会在罐体内形成淤积。
有益效果：本发明的银法甲醛装置中的甲醇氧化器将进料口从甲醇氧化器的顶部换为甲醇氧化器的罐体的侧面，可以大大提高甲醇与银催化剂的反应面积，提高反应效率，从而可以降低甲醇氧化器的体积。
附图说明
图1为本发明的银法甲醛装置中的甲醇氧化器的结构示意图；
图2为本发明的银法甲醛装置中的甲醇氧化器的银催化剂层处的剖视图。
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。
请参阅图1所示，本发明的银法甲醛装置中的甲醇氧化器，包括罐体1、银催化剂层2和冷却管3，冷却管3设置在罐体1内，罐体1的下部侧面设置有进料口，进料口处设置有银催化剂层2，罐体1的上部设置有甲醛出口4，进料口和甲醛出口4均与罐体1连通。罐体1外设置有冷却液进口和冷却液出口，冷却液进口和冷却液出口分别与冷却管3的两端连接。通过冷却液进口和冷却液出口向罐体内的冷却管中循环冲入冷却液。
其中，优选的，罐体1的下部侧面设置有一圈进料口。在罐体的下部侧面设置一圈进料口可以有效增加进料面积。优选的，罐体1的下部侧面设置有一圈银催化剂层2。银催化剂层与进料口对应设置。罐体下部设置一圈银催化剂层，可以大大增加甲醇与催化剂的反应面积，提高氧化效率。
优选的，银催化剂层2沿周向分为多块银催化剂块。将罐体四周的银催化剂层沿周向分为多块，可以方便分块对银催化剂进行更换。优选的，每块银催化剂块的下方和上方分别设置有第一密闭室22和第二密闭室23，第一密闭室22内设置有第二银催化剂块21，第二银催化剂块21的一端与银催化剂块接触，另一端设置有推顶装置24。第一密闭室22和第二密闭室23与银催化剂层接触的一端设置有与银催化剂层配合的开口，方便对银催化剂层进行更换。利用推顶装置24将第二银催化剂块21向上顶，慢慢替换掉原来的银催化剂块，而且采用此方式，方便实现自动更换。其中，推顶装置24可以利用现有技术中的各种手段来实现，比如直线电机，可以直接利用其输出端对第二银催化剂块进行推顶，第二银催化剂块对原银催化剂块进行推顶，直到第二银催化剂块替换到原银催化剂块，实现银催化剂的更换。还可以采用步进电机，采用现有的传动机构将步进电机的输出端变为直线输出，从而实现对第二银催化剂块的推顶。其中，将推顶装置24设置在银催化剂层下方的第一密闭室22中，能够有效避免加热后的罐体对推顶装置24的影响。
优选的，第一密闭室22和/或第二密闭室23中充惰性气体。通过在第一密闭室22和/或第二密闭室23充惰性气体防止进料口中气体泄露至第一密闭室22和/或第二密闭室23。优选的，第一密闭室22和/或第二密闭室23中气压高于进料口的气压。使得第一密闭室22和/或第二密闭室23中气压高于进料口的气压，可以使得第一密闭室22和/或第二密闭室23的防泄露效果更好。
优选的，还包括进料室25，进料室25通过进料口与罐体1连通，银催化剂层2设置在进料室25中。进料室25与银催化剂层2接触的两端分别设置有与银催化剂层配合的开口，方便对银催化剂层进行更换。方便利用进料室，通过因催化剂和进料口向罐体内加料。优选的，冷却管3相互缠绕。可以大大增加冷却管的冷却面积，并且可以有效降低冷却管的两端的应力，提高氧化装置的使用寿命。优选的，罐体1的顶部设置有凸顶，甲醛出口4设置在凸顶的最高处。方便甲醛从罐体顶部排出，且不会在罐体内形成淤积。罐体1的顶部和底部分别设置有第一开口和第二开口，冷却管3的上端连接第一开口，下端连接第二开口。其中，优选的，第一开口为出水口，第二开口为入水口。也可以，将第一开口设置为入水口，第二开口设置为出水口。图1中仅对部分冷却管3与第一开口和第二开口的连接进行了标注，未将全部冷却管3与第一开口和第二开口的连接全部画出。
本发明的银法甲醛装置中的甲醇氧化器将进料口从甲醇氧化器的顶部换为甲醇氧化器的罐体的侧面，可以大大提高甲醇与银催化剂的反应面积，提高反应效率，从而可以降低甲醇氧化器的体积。
Claims (6)
1.一种银法甲醛装置中的甲醇氧化器，其特征在于，包括罐体（1）、银催化剂层（2）和冷却管（3），所述冷却管（3）设置在所述罐体（1）内，所述罐体（1）的下部侧面设置有进料口，所述进料口处设置有所述银催化剂层（2），所述罐体（1）的上部设置有甲醛出口（4），所述进料口和甲醛出口（4）均与所述罐体（1）连通；
所述罐体（1）的下部侧面设置有一圈进料口；
所述罐体（1）的下部设置有一圈所述银催化剂层（2）；
所述进料口和银催化剂层（2）均设置在所述罐体（1）的外侧；
所述银催化剂层（2）沿周向分为多块银催化剂块；
每块所述银催化剂块的下方和上方分别设置有第一密闭室（22）和第二密闭室（23），所述第一密闭室（22）内设置有第二银催化剂块（21），所述第二银催化剂块（21）的一端与所述银催化剂块接触，另一端设置有推顶装置（24）；
所述推顶装置（24）设置在银催化剂层下方的第一密闭室（22）中。
2.如权利要求1所述的银法甲醛装置中的甲醇氧化器，其特征在于，所述第一密闭室（22）和/或第二密闭室（23）中充惰性气体。
3.如权利要求2所述的银法甲醛装置中的甲醇氧化器，其特征在于，所述第一密闭室（22）和/或第二密闭室（23）中气压高于所述进料口的气压。
4.如权利要求1所述的银法甲醛装置中的甲醇氧化器，其特征在于，还包括进料室（25），所述进料室（25）通过进料口与所述罐体（1）连通，所述银催化剂层（2）设置在所述进料室（25）中。
5.如权利要求1所述的银法甲醛装置中的甲醇氧化器，其特征在于，所述冷却管（3）相互缠绕。
6.如权利要求1所述的银法甲醛装置中的甲醇氧化器，其特征在于，所述罐体（1）的顶部设置有凸顶，所述甲醛出口（4）设置在所述凸顶的最高处。
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