CN109647321A - 一种用于甲烷氯化物的节能热氯化反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于甲烷氯化物的节能热氯化反应装置，包括氯化反应器、氯甲烷加热器、氯气加热器、氯甲烷进料温控线、氯气进料温控线以及进料混合器，所述氯化反应器内包括与所述进料混合器连接的进料喷射器以及内导流器，所述内导流器包括多组导流内筒、多层导流孔板以及连接筋板，本发明通过设置并联的氯气/氯甲烷进气管路结构，利用反应热来加热原料介质，以改进装置的节能效果，在单套反应装置的基础上，通过对内导流器进行结构设计，有效实现单套装置扩能，不仅可以改善避免单导流筒放大流场难以控制的风险，且采用多股反应进料还能够增强反应介质返混效果，提高氯气转化率，有效降低单位产能投资，降低运维成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于甲烷氯化物的节能热氯化反应装置，属于化工设备技术领域。
背景技术
甲烷氯化物是一种重要的工业产品，甲醇法生产甲烷氯化物的技术路线是世界范围内占有较强的优势，其中氯甲烷热氯化反应装置是甲醇法生产甲烷氯化物的关键反应设备，但目前该工艺技术中，反应原料需要加热，反应放热没有得到利用，能耗较高，且由于反应设备的放大控制难度大，单套反应装置生产规模小，多套反应装置并联投资较高，运维成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种节能的热氯化反应装置，进一步的提供一种基于单套反应装置进行放大的热氯化反应装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于甲烷氯化物的节能热氯化反应装置，包括氯化反应器、氯甲烷加热器、氯气加热器、氯甲烷进料温控线、氯气进料温控线以及进料混合器，所述氯甲烷加热器位于所述氯化反应器内所述内导流器上部以及反应介质出口下方，所述氯甲烷进料温控线位于所述氯化反应器外部，温控管线上设有流量调节阀，氯甲烷原料经进气口分别与所述氯甲烷加热器和所述氯甲烷进料温控线连接后，经汇流管路与所述进料混合器连接，汇流管路上设有测温仪表，所述测温仪表与所述调节阀反馈连接，氯气进气管路与氯甲烷进气管路结构一致。
进一步的，所述氯甲烷加热器/所述氯气加热器采用直管管束式、蛇形盘管式或板片式结构。
进一步的，所述进料混合器包括混合室、氯气进料管、氯气喷嘴、氯甲烷进料管、缩颈管、测温口以及测温仪表，所述氯气进料管以及所述氯甲烷进料管进料方向相交设置，安装于所述混合室上，所述混合室与所述缩颈管连通，所述测温口设置在所述缩颈管出气端。
进一步的，所述氯化反应器内包括与所述进料混合器连接的进料喷射器以及内导流器，所述内导流器包括多组导流内筒、多层导流孔板以及连接筋板，多组所述导流内筒均匀分布在所述氯化反应器筒体中部，多层所述导流孔板依次沿所述导流内筒高度方向水平放置，所述导流孔板开孔区设置在每个相邻的所述导流内筒之间邻近筒壁区域，开孔区为对称双弧形，所述进料混合器以及所述进料喷射器与所述导流内筒数量对应设置，所述汇流管路分别与每个所述进料混合器连接。
进一步的，包括三组所述导流内筒，所述导流内筒高度为4～5m，与筒体间隙为130～150mm，所述导流孔板包括3～4层，层间距为1～1.2m，开孔区圆弧半径与筒体一致，宽度为300～400mm，圆孔直径为50mm，孔间距为80～100mm。
进一步的，所述氯化反应器包括下封头、筒体以及上封头，底部设有与所述进料喷射器数量对应的进料喷射器安装口，筒体上沿高度方向设有若干测温口，上部设有氯甲烷加热器接口、氯气加热器接口以及反应产物出口。
本发明所达到的有益效果：
1、本发明在氯化反应器内置氯气加热器和氯甲烷加热器对反应原料进行加热，充分利用反应放热，达到节能效果，且通过温控仪表与调节阀的反馈连接，实现原理温度的自动化控制；
2、本发明通过对氯化反应器内导流器结构进行创新，经过数值模拟和试验验证，充分优化了导流结构，避免了单导流筒放大风险，且采用多股反应进料，增强了介质返混效应，使反应气体得到充分混合，氯气转化率达到100％，反应产物调节空间大，操作弹性明显增强，有效避免了对单导流筒进行放大导致的风险；
3、本发明基于单套生产装置结构进行规模放大，可以充分利用单套氯化反应装置(包括配套管线、仪表和阀门)的占地和空间，可有效降低单位产能的固定投资，有利于降低制造和运行维护成本。
附图说明
图1是实施例结构示意图；
图2是实施例中氯化反应器结构示意图；
图3是实施例中内导流器俯视图；
图4是实施例中进料混合器结构示意图；
图5是实施例中氯甲烷/氯气进气管路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供的一种用于甲烷氯化物的节能热氯化反应装置，包括氯化反应器1、氯甲烷加热器2、氯气加热器3、氯甲烷进料温控线4、氯气进料温控线5以及进料混合器6、进料喷射器14以及内导流器12。氯甲烷加热器2和氯气加热器3设置于氯化反应器1内部，通过与氯化反应器1的接口焊接进行连接。氯甲烷加热器2和氯气加热器3采用蛇形管结构，还可以采用直管管束式或板片式等结构形式，可用于增加接触面积。氯甲烷进料温控线4和氯气进料温控线5设置于氯化反应器1外部，氯甲烷进料温控线4与氯甲烷加热器2并联，通过法兰连接，氯气进料温控线5与氯气加热器3并联，通过法兰连接，之后的汇流管路与进料混合器6通过法兰连接，进料混合器6与氯化反应器1通过法兰连接。
如图5所示，氯甲烷进料温控线4管路42上设有调节阀41，汇流管路上设有测温仪表13，测温仪表13用于将测得温度信号反馈给调节阀41，当测量温度高于设计值，调节阀41开度调大，被加热原料流量减小，当温度低于设计值，调节阀41开度调小，被加热原料流量增大，通过流量调节实现温度控制。氯气进料温控线5设置原理同氯甲烷进料温控线4，采用上述设置不仅可以利用反应热对原料进行加热，且通过并联管路可以实现温度的自动化控制。
如图2所示，氯化反应器1包括反应器壳体11，内导流器12，若干测温仪表13，进料喷射器14，反应器壳体11包括进料喷射器安装口110，下封头111，筒体112，氯甲烷加热器接口113，氯气加热器接口114，测温仪表接口115，设备法兰116，上封头117，反应产物出口118，下封头111和筒体112焊接连接，上封头117和筒体112通过设备法兰116连接，测温仪表13通过测温仪表接口115与反应器壳体11法兰连接。进料喷射器14通过进料喷射器安装口110与反应器壳体11法兰连接(图中仅示意出2组安装口用于结构说明，实际装置数量与内导流器对应)。
如图2所示，内导流器12包括导流内筒120、导流孔板121和筋板122，如图3所示，本实施例中设置了三股反应进料，导流内筒120与导流孔板121都均匀分布在筒体112内，3组导流内筒120位于筒体112中部，设计高度在4m～5m之间，导流内筒120与筒体112的间隙在130mm～150mm之间，通过筋板122与筒体焊接连接。3组设置在相邻导流内筒之间的双弧形导流孔板121宽度300～400mm，圆弧半径与筒体112一致，即一边与筒壁连接，导流孔板开满φ50mm的圆孔，孔间距80～100mm，和筒体112通过焊接连接。导流孔板121平行于导流内筒120，均布设置3～4层，间距1～1.2m。
如图4所示，进料混合器6包括氯气进料管61、氯气喷嘴62、混合室63、缩颈管64、测温口65、测温仪表66和氯甲烷进料管67组合而成。混合室63和缩颈段64通过法兰连接，测温仪表66与缩颈管64通过法兰连接。氯气与氯甲烷经过两次混合后经进料喷射器14进入导流内筒120内进行后续反应。
本发明未做详细描述的内容，如测温仪表13，调节阀41，进料喷射器14，喷嘴62，缩颈管64，均可以采用现有技术中相关型号的产品。
以30万吨/年装置规模为例，与单导流筒进行放大方案相比，要达到同样的混合效果和反应转化率，采用本发明中的多股进料反应器方案可比单导流筒反应器高度降低2-4m；同时多股进料反应器操作负荷降低至60-70％时，混合效果、反应产物、转化率几乎不受影响，而单导流筒反应器性能明显下降。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于甲烷氯化物的节能热氯化反应装置，其特征是，包括氯化反应器、氯甲烷加热器、氯气加热器、氯甲烷进料温控线、氯气进料温控线以及进料混合器，所述氯甲烷加热器位于所述氯化反应器内所述内导流器上部以及反应介质出口下方，所述氯甲烷进料温控线位于所述氯化反应器外部，温控管线上设有流量调节阀，氯甲烷原料经进气口分别与所述氯甲烷加热器和所述氯甲烷进料温控线连接后，经汇流管路与所述进料混合器连接，汇流管路上设有测温仪表，所述测温仪表与所述调节阀反馈连接，氯气进气管路与氯甲烷进气管路结构一致。
2.根据权利要求1所述的一种用于甲烷氯化物的节能热氯化反应装置，其特征是，所述氯甲烷加热器/所述氯气加热器采用直管管束式、蛇形盘管式或板片式结构。
3.根据权利要求1所述的一种用于甲烷氯化物的节能热氯化反应装置，其特征是，所述进料混合器包括混合室、氯气进料管、氯气喷嘴、氯甲烷进料管、缩颈管、测温口以及测温仪表，所述氯气进料管以及所述氯甲烷进料管进料方向相交设置，安装于所述混合室上，所述混合室与所述缩颈管连通，所述测温口设置在所述缩颈管出气端。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于甲烷氯化物的节能热氯化反应装置，其特征是，所述氯化反应器内包括与所述进料混合器连接的进料喷射器以及内导流器，所述内导流器包括多组导流内筒、多层导流孔板以及连接筋板，多组所述导流内筒均匀分布在所述氯化反应器筒体中部，多层所述导流孔板依次沿所述导流内筒高度方向水平放置，所述导流孔板开孔区设置在每个相邻的所述导流内筒之间邻近筒壁区域，开孔区为对称双弧形，所述进料混合器以及所述进料喷射器与所述导流内筒数量对应设置，所述汇流管路分别与每个所述进料混合器连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于甲烷氯化物的节能热氯化反应装置，其特征是，包括三组所述导流内筒，所述导流内筒高度为4～5m，与筒体间隙为130～150mm，所述导流孔板包括3～4层，层间距为1～1.2m，开孔区圆弧半径与筒体一致，宽度为300～400mm，圆孔直径为50mm，孔间距为80～100mm。
6.根据权利要求4所述的一种用于甲烷氯化物的节能热氯化反应装置，其特征是，所述氯化反应器包括下封头、筒体以及上封头，底部设有与所述进料喷射器数量对应的进料喷射器安装口，筒体上沿高度方向设有若干测温口，上部设有氯甲烷加热器接口、氯气加热器接口以及反应产物出口。
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