CN110652945A - 一种利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法。所述利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法包括合成反应釜、氯甲烷除雾器、汽化换热器、汽包、再冷器、甲醇罐以及甲醇进料泵。本发明提供的利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法丰富了氯甲烷合成的工艺流程，报道了一种新型的换热、分离流程，与当前流程相比，节省了甲醇汽化器，投资减少；通过直接换热汽化在回到反应器系统，使热能充分利用，由于改进了设备管式汽化的结构的形式，使液位便于控制操作，使得反应操作平稳、易操作；优化了汽包与换热器的结构形式，减少了换热器流道的阻力，达到节能降耗的目的。

Description

一种利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法
技术领域
本发明涉及节能回收装置技术领域，尤其涉及一种利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法。
背景技术
甲烷氯化物是重要的有机化工原料，生产发明比较多，主要的甲烷氯化法，甲醇氯化法，同时也有工业工程副产的方法，如敌百虫、三氯乙醛、四氯化碳及磷铵等生产过程，目前一些农药、氯碱等企业产生大量的副产盐酸，利用副产盐酸生产一氯甲烷，既提高氯化氢的附加值，又产生了经济效益。一氯甲烷主要用作制冷剂和硅酮聚合物的原料，也是有机硅单体的原料，还可以生产甲基纤维醚、除草剂、合成橡胶等，用途十分广泛。如何提高装置的经济效益，把装置节能技术应用到工艺流程中，是当前流程优化需要考虑的问题。
因此，有必要提供一种新的利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法解决上述技术问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法，利用反应余热节能降耗，优化了氯甲烷合成系统的工艺流程，提供了全新的思路，采用了的相互换热相变的设备结构形式，减少了设备投资，解决了余热利用问题，工艺流程简洁、效果好、操作方便。
为解决上述技术问题，本发明提供的利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法主要包括以下步骤：1)依据氯化氢+甲醇在催化剂氯化锌的150°的条件下放热反应，生产氯甲烷+水；2)少量未反应完全的氯化氢、甲醇、及二甲醚等产物，根据氯化氢的进料量、甲醇进料量设计计算管式换热设备大小，如：目前生产的单釜容量60m3的反应条件进行工艺计算，甲醇进料量在2270Kg/h，反应的混合气4726kg/h，甲醇进口温度25°，出口96°，反应混合气体进口154°，出口温度100°，甲醇通过吸收高温氯甲烷的液化的冷凝相变热，给甲醇液体加热，从而使得甲醇发生相变闪蒸，换热设备的双程均发生相变，相互以潜热的方式进行热交换，并设计新型的管式式换热设备的结构，从而达到高效地换热相变效应；3)氯甲烷反应釜出来的压力为0.09MPaG，温度为154℃的氯甲烷、水等蒸汽通入到双相变换热设备的管程；4)来自界外常温的原料液体甲醇，通入到换热器的壳程，两种介质相互吸收热量进行换热相变；5)最终甲醇被加热到约95℃并达到闪蒸温度开始汽化，特殊设计结构，使得闪蒸过程更节能，相变阻力小，并随着甲醇的不断的闪蒸，甲醇气体从换热器出口到汽包中，在汽包设备中用压力调节控制气体流量，使蒸发甲醇的气体量送到反应釜与氯化氢进行反应；6)管程的高温氯甲烷、水等气体由于被甲醇的相变潜热带走了自身的热能，最终冷凝或部分冷凝为饱和气液体，这时两相流体再进入下部的过冷段中，并进一步的把低沸点物质蒸汽冷凝下来，然后回流到反应釜中。
本发明进一步设置为：包括合成反应釜、氯甲烷除雾器、汽化换热器、汽包、再冷器、甲醇罐以及甲醇进料泵，所述合成反应釜与氯甲烷除雾器管道连接，所述氯甲烷除雾器的底部排液与合成反应釜通过管道连接，排液管道设置U型管道，控制氯甲烷除雾器的底部液位；所述氯甲烷除雾器出口管与汽化换热器的管口连接，所述汽化换热器的管口与管道采用膨胀节连接，所述汽化换热器的壳程出口管与汽包的底部管道连接，所述汽包的出口气相管与合成反应釜的分布器管口连接，所述汽化换热器的管程出口与再冷器连接，所述甲醇罐与甲醇进料泵管道连接，所述甲醇进料泵与汽化换热器的壳程底部管口连接，所述汽化换热器和汽包上下设置液位显示控制，所述再冷器底部冷凝液与氯甲烷除雾器的底部排液管道连接，所述再冷器的底部气相管与水洗塔连接。
本发明进一步设置为：氯甲烷反应气体相变冷却、冷凝，工艺流程来自氯甲烷合成反应器顶部的氯甲烷、甲醇、氯化氢、水等混合气体通过一个管式换热汽化器，同时把另外一程的低温甲醇加热蒸发变成甲醇气体。
本发明进一步设置为：管式换热设备管程采用了耐腐蚀的石墨原材料，以及精细颗颗粒浸渍酚醛高交联树脂材料。
本发明进一步设置为：石墨单元块上的任意相邻横竖两孔之间平均孔间距离大于等于3.0mm。
本发明进一步设置为：石墨块之间密封垫片采用了复合PTFE材料垫片，该垫片兼做折流板，防止壳程流体短路。
本发明进一步设置为：管式换热设备壳体采用了碳钢材料，按压力容器制造，采用了卧式的结构，上部连接所述汽包装置，汽包采用卧式结构，与管式换热器采用了中间端、左端高温部分连接。
本发明进一步设置为：所述汽包的气相出口采用中间出口方式，采用了流量调节控制，汽包顶部设置了压力安全报警装置，安全阀排放连接尾气系统中。
本发明进一步设置为：管式换热设备和所述汽包设置了液位控制显示与进料甲醇进行控制调节，根据热量负荷大小进行液位调节控制。
与相关技术相比较，本发明提供的利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法具有如下有益效果：
(1)本发明提供一种利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法，丰富了氯甲烷合成的工艺流程，报道了一种新型的换热、分离流程，与当前流程相比，节省了甲醇汽化器，投资减少；通过直接换热汽化在回到反应器系统，使热能充分利用，由于改进了设备管式汽化的结构的形式，使液位便于控制操作，使得反应操作平稳、易操作。
(2)本发明提供一种利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法，优化了汽包与换热器的结构形式，减少了换热器流道的阻力，达到节能降耗的目的。
附图说明
图1为本发明提供的利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法的一种较佳实施例的结构示意图。
图中标号：1、合成反应釜；2、氯甲烷除雾器；3、汽化换热器；4、汽包；5、再冷器；6、甲醇罐；7、甲醇进料泵。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请结合参阅图1，其中，图1为本发明提供的利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法的一种较佳实施例的结构示意图。利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法，主要包括以下步骤：1)依据氯化氢+甲醇在催化剂氯化锌的150°的条件下放热反应，生产氯甲烷+水；2)少量未反应完全的氯化氢、甲醇、及二甲醚等产物，根据氯化氢的进料量、甲醇进料量设计计算管式换热设备大小，如：目前生产的单釜容量60m3的反应条件进行工艺计算，甲醇进料量在2270Kg/h，反应的混合气4726kg/h，甲醇进口温度25°，出口96°，反应混合气体进口154°，出口温度100°，甲醇通过吸收高温氯甲烷的液化的冷凝相变热，给甲醇液体加热，从而使得甲醇发生相变闪蒸，换热设备的双程均发生相变，相互以潜热的方式进行热交换，并设计新型的管式式换热设备的结构，从而达到高效地换热相变效应；3)氯甲烷反应釜出来的压力为0.09MPaG，温度为154℃的氯甲烷、水等蒸汽通入到双相变换热设备的管程；4)来自界外常温的原料液体甲醇，通入到换热器的壳程，两种介质相互吸收热量进行换热相变；5)最终甲醇被加热到约95℃并达到闪蒸温度开始汽化，特殊设计结构，使得闪蒸过程更节能，相变阻力小，并随着甲醇的不断的闪蒸，甲醇气体从换热器出口到汽包中，在汽包设备中用压力调节控制气体流量，使蒸发甲醇的气体量送到反应釜与氯化氢进行反应；6)管程的高温氯甲烷、水等气体由于被甲醇的相变潜热带走了自身的热能，最终冷凝或部分冷凝为饱和气液体，这时两相流体再进入下部的过冷段中，并进一步的把低沸点物质蒸汽冷凝下来，然后回流到反应釜中。
进一步的，包括合成反应釜1、氯甲烷除雾器2、汽化换热器3、汽包4、再冷器5、甲醇罐6以及甲醇进料泵7，所述合成反应釜1与氯甲烷除雾器2管道连接，所述氯甲烷除雾器2的底部排液与合成反应釜1通过管道连接，排液管道设置U型管道，控制氯甲烷除雾器2的底部液位；所述氯甲烷除雾器2出口管与汽化换热器3的管口连接，所述汽化换热器3的管口与管道采用膨胀节连接，所述汽化换热器3的壳程出口管与汽包4的底部管道连接，所述汽包4的出口气相管与合成反应釜1的分布器管口连接，所述汽化换热器3的管程出口与再冷器5连接，所述甲醇罐6与甲醇进料泵7管道连接，所述甲醇进料泵7与汽化换热器3的壳程底部管口连接，所述汽化换热器3和汽包4上下设置液位显示控制，所述再冷器5底部冷凝液与氯甲烷除雾器2的底部排液管道连接，所述再冷器5的底部气相管与水洗塔连接。
进一步的，氯甲烷反应气体相变冷却、冷凝，工艺流程来自氯甲烷合成反应器顶部的氯甲烷、甲醇、氯化氢、水等混合气体通过一个管式换热汽化器，同时把另外一程的低温甲醇加热蒸发变成甲醇气体。
进一步的，管式换热设备管程采用了耐腐蚀的石墨原材料，以及精细颗颗粒浸渍酚醛高交联树脂材料。
进一步的，石墨单元块上的任意相邻横竖两孔之间平均孔间距离大于等于3.0mm。
进一步的，石墨块之间密封垫片采用了复合PTFE材料垫片，该垫片兼做折流板，防止壳程流体短路。
进一步的，管式换热设备壳体采用了碳钢材料，按压力容器制造，采用了卧式的结构，上部连接所述汽包4装置，汽包4采用卧式结构，与管式换热器采用了中间端、左端高温部分连接。
进一步的，所述汽包4的气相出口采用中间出口方式，采用了流量调节控制，汽包4顶部设置了压力安全报警装置，安全阀排放连接尾气系统中。
进一步的，管式换热设备和所述汽包4设置了液位控制显示与进料甲醇进行控制调节，根据热量负荷大小进行液位调节控制。
本发明提供的利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法的工作原理如下：
首先，依据氯化氢+甲醇在催化剂氯化锌的150°的条件下放热反应，生产氯甲烷+水，少量未反应完全的氯化氢、甲醇、及二甲醚等产物，根据氯化氢的进料量、甲醇进料量设计计算管式换热设备大小，如：目前生产的单釜容量60m3的反应条件进行工艺计算，甲醇进料量在2270Kg/h，反应的混合气4726kg/h，甲醇进口温度25°，出口96°，反应混合气体进口154°，出口温度100°，甲醇通过吸收高温氯甲烷的液化的冷凝相变热，给甲醇液体加热，从而使得甲醇发生相变闪蒸，换热设备的双程均发生相变，相互以潜热的方式进行热交换，并设计新型的管式式换热设备的结构，从而达到高效地换热相变效应。
管式换热设备的过程为：氯甲烷反应釜出来的压力为0.09MPaG，温度为154℃的氯甲烷、水等蒸汽通入到双相变换热设备的管程。另外来自界外常温的原料液体甲醇，通入到换热器的壳程，两种介质相互吸收热量进行换热相变。最终甲醇被加热到约95℃并达到闪蒸温度开始汽化，特殊设计结构，使得闪蒸过程更节能，相变阻力小，并随着甲醇的不断的闪蒸，甲醇气体从换热器出口到汽包4中，在汽包4设备中用压力调节控制气体流量，使蒸发甲醇的气体量送到反应釜与氯化氢进行反应，同时，管程的高温氯甲烷、水等气体由于被甲醇的相变潜热带走了自身的热能，最终冷凝或部分冷凝为饱和气液体，这时该两相流体再进入下部的过冷段中，并进一步的把低沸点物质蒸汽冷凝下来，然后回流到反应釜中。
与相关技术相比较，本发明提供的利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法具有如下有益效果：
本发明提供一种利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法，丰富了氯甲烷合成的工艺流程，报道了一种新型的换热、分离流程，与当前流程相比，节省了甲醇汽化器，投资减少；通过直接换热汽化在回到反应器系统，使热能充分利用，由于改进了设备管式汽化的结构的形式，使液位便于控制操作，使得反应操作平稳、易操作；优化了汽包4与换热器的结构形式，减少了换热器流道的阻力，达到节能降耗的目的。
本申请中出现的电器元件在使用时均外接连通电源。
涉及到电路和电器元件和模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本发明保护的内容也不涉及对于软件的改进。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
1)依据氯化氢+甲醇在催化剂氯化锌的150°的条件下放热反应，生产氯甲烷+水；
2)少量未反应完全的氯化氢、甲醇、及二甲醚等产物，根据氯化氢的进料量、甲醇进料量设计计算管式换热设备大小，如：目前生产的单釜容量60m3的反应条件进行工艺计算，甲醇进料量在2270Kg/h，反应的混合气4726kg/h，甲醇进口温度25°，出口96°，反应混合气体进口154°，出口温度100°，甲醇通过吸收高温氯甲烷的液化的冷凝相变热，给甲醇液体加热，从而使得甲醇发生相变闪蒸，换热设备的双程均发生相变，相互以潜热的方式进行热交换，并设计新型的管式式换热设备的结构，从而达到高效地换热相变效应；
3)氯甲烷反应釜出来的压力为0.09MPaG，温度为154℃的氯甲烷、水等蒸汽通入到双相变换热设备的管程；
4)来自界外常温的原料液体甲醇，通入到换热器的壳程，两种介质相互吸收热量进行换热相变；
5)最终甲醇被加热到约95℃并达到闪蒸温度开始汽化，特殊设计结构，使得闪蒸过程更节能，相变阻力小，并随着甲醇的不断的闪蒸，甲醇气体从换热器出口到汽包中，在汽包设备中用压力调节控制气体流量，使蒸发甲醇的气体量送到反应釜与氯化氢进行反应；
6)管程的高温氯甲烷、水等气体由于被甲醇的相变潜热带走了自身的热能，最终冷凝或部分冷凝为饱和气液体，这时两相流体再进入下部的过冷段中，并进一步的把低沸点物质蒸汽冷凝下来，然后回流到反应釜中。
2.根据权利要求1所述的利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法，其特征在于，包括合成反应釜(1)、氯甲烷除雾器(2)、汽化换热器(3)、汽包(4)、再冷器(5)、甲醇罐(6)以及甲醇进料泵(7)，所述合成反应釜(1)与氯甲烷除雾器(2)管道连接，所述氯甲烷除雾器(2)的底部排液与合成反应釜(1)通过管道连接，排液管道设置U型管道，控制氯甲烷除雾器(2)的底部液位；所述氯甲烷除雾器(2)出口管与汽化换热器(3)的管口连接，所述汽化换热器(3)的管口与管道采用膨胀节连接，所述汽化换热器(3)的壳程出口管与汽包(4)的底部管道连接，所述汽包(4)的出口气相管与合成反应釜(1)的分布器管口连接，所述汽化换热器(3)的管程出口与再冷器(5)连接，所述甲醇罐(6)与甲醇进料泵(7)管道连接，所述甲醇进料泵(7)与汽化换热器(3)的壳程底部管口连接，所述汽化换热器(3)和汽包(4)上下设置液位显示控制，所述再冷器(5)底部冷凝液与氯甲烷除雾器(2)的底部排液管道连接，所述再冷器(5)的底部气相管与水洗塔连接。
3.根据权利要求1所述的利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法，其特征在于，氯甲烷反应气体相变冷却、冷凝，工艺流程来自氯甲烷合成反应器顶部的氯甲烷、甲醇、氯化氢、水等混合气体通过一个管式换热汽化器，同时把另外一程的低温甲醇加热蒸发变成甲醇气体。
4.根据权利要求1所述的利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法，其特征在于，管式换热设备管程采用了耐腐蚀的石墨原材料，以及精细颗颗粒浸渍酚醛高交联树脂材料。
5.根据权利要求1所述的利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法，其特征在于，石墨单元块上的任意相邻横竖两孔之间平均孔间距离大于等于3.0mm。
6.根据权利要求1所述的利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法，其特征在于，石墨块之间密封垫片采用了复合PTFE材料垫片，该垫片兼做折流板，防止壳程流体短路。
7.根据权利要求1所述的利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法，其特征在于，管式换热设备壳体采用了碳钢材料，按压力容器制造，采用了卧式的结构，上部连接所述汽包(4)装置，汽包(4)采用卧式结构，与管式换热器采用了中间端、左端高温部分连接。
8.根据权利要求1所述的利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法，其特征在于，所述汽包(4)的气相出口采用中间出口方式，采用了流量调节控制，汽包(4)顶部设置了压力安全报警装置，安全阀排放连接尾气系统中。
9.根据权利要求1所述的利用氯甲烷反应余热双相变管式换热设备及其方法，其特征在于，管式换热设备和所述汽包(4)设置了液位控制显示与进料甲醇进行控制调节，根据热量负荷大小进行液位调节控制。
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