CN203494495U - 乙烯气相法生产醋酸乙烯的反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于乙烯气相法生产醋酸乙烯的反应器，主要解决随着醋酸乙烯生产规模的扩大醋酸乙烯选择性和收率降低的问题。本实用新型通过采用带有导流筒的列管式固定床反应器，包括反应器筒体（1）、反应管（2）、载热流体进口进口导流筒（3）、载热流体出口导流筒（4）、下管板（5）、上管板（6）、折流板（7）、折流盘（8）、载热流体进口（9）、载热流体出口（10）、进料口（11）、进料分布器（12）、出料口（13）、催化剂卸出口（14），其中载热流体进口导流筒（3）、载热流体出口导流筒（4）内侧筒体壁面（1）上均开有沿流动方向面积单调改变的导流孔（16、17）的技术方案，可用于醋酸乙烯的工业生产中。

Description

乙烯气相法生产醋酸乙烯的反应器

技术领域

本实用新型涉及一种用于乙烯气相法生产醋酸乙烯的反应器，更具体地说，涉及用于乙烯气相法生产醋酸乙烯的列管式固定床反应器。

背景技术

醋酸乙烯是一种重要的有机化工原料，其市场需求量持续高速增长。目前，醋酸乙烯主要生产工艺路线是乙烯气相法和乙炔气相法。乙烯气相法生产醋酸乙烯是以乙烯、醋酸和氧气的气相混合物为原料，在一定温度和压力条件下，通过装有催化剂的固定床，发生反应生成醋酸乙烯。与乙炔气相法相比由于工艺性、经济性好而占主要地位，产能超过醋酸乙烯总生产能力的85%。因此乙烯气相法生产醋酸乙烯工艺越来越受到大家的重视。

乙烯气相法生产醋酸乙烯是放热反应，反应放出的热量需及时移走，才能提供一个较好的反应条件，从而达到较高的选择性和收率。而列管式固定床反应器具有操作方便，反应管内催化剂机械磨损小，移热速度快等优点，尤其适用于乙烯气相法生产醋酸乙烯反应体系。

近年来，随着醋酸乙烯生产规模的不断扩大，反应器直径不断增大，均匀、快速移热问题就成为工程开发的关键问题之一。这又归结为反应器内流体的均匀分布问题。如果流体不能均匀分布、热量不能及时移走，形成飞温，造成局部温度过高，不仅影响催化剂和反应器的利用效率，影响目的产物的选择性、收率，而且可能会造成反应器的损坏，最终影响装置的安全运行。

专利CN202113842公开了一种合成醋酸乙烯的新型固定床反应器。这种反应器在一定程度上提高了热交换效率，能够有效的避免“飞温”现象的发生，也降低了载热体的用量，减少了装置的操作成本。但该方法中，存在加工困难、设备费用高等缺点。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是以往技术中存在大直径列管式固定床反应器壳程管间换热介质流动不均匀，存在死区，导致反应器存在换热效率不高，径向温度分布不均匀的缺点，从而导致醋酸乙烯的选择性和收率降低的问题，提供一种用于乙烯气相法生产醋酸乙烯的方法。该方法具有流体分布均匀，流动死区小，热交换效率高的优点。

为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案如下：用于乙烯气相法生产醋酸乙烯的反应器，包括反应器筒体（1）、反应管（2a，2b，2c）、载热流体进口导流筒（3）、载热流体出口导流筒（4）、至少两个环状折流板（7）和至少一个盘状折流盘（8），所述的反应器筒体（1）上部设有原料进料口（11），下部设有反应产物出料口（13），中部设有载热流体进口导流筒（3）、载热流体出口导流筒（4），其中载热流体进口导流筒（3）位于反应管（2a，2b，2c）下端筒体（1）壁面上，载热流体进口导流筒（3）的外侧壁面（19）上设有载热体入口管（9），载热流体入口管（9）通过载热流体进口导流筒（3）以及内侧筒体（1）壁面上设置的导流孔（16）与反应管（2a，2b，2c）之间的间隙相通；载热流体出口导流筒（4）位于反应管（2a，2b，2c）上端筒体（1）壁面上，载热流体出口导流筒（4）的外侧壁面（23）上设有载热流体出口管（10），内侧筒体（1）壁面上开有导流孔（17），载热体出口管（10）通过载热流体出口导流筒（4）以及内侧筒体（1）壁面上设置的导流孔（17）与反应管之间的间隙相通；所述的折流板（7）和折流盘（8）沿反应管（2a，2b，2c）轴向交替排列，所述折流板（7）和所述折流盘（8）上开有供反应管（2a，2b，2c）穿过的穿孔（20a，20b，21a，21b）；所述反应管（2a，2b，2c）固定在上管板（6）和下管板（5）之间；所述的上管板（6）上方进料口（11）下方设有进料分布器（12），下管板（5）位于出料口（13）上方，催化剂装在反应管（2a，2b，2c）内，反应管下端面设有催化剂支撑装置（18）。

上述技术方案中，所述的载热流体优选高压饱和水、导热油、熔盐中的任意一种。

上述技术方案中优选所述的载热体入口管（9）至少有一个、载热流体出口管（10）至少有一个。更有选所述的载热体入口管（9）有两个或多个且沿圆周均匀布置，载热流体出口管（10）有两个或多个且沿圆周均匀布置。

上述技术方案中优选载热流体进口导流筒（3）的外侧壁面（19）和内侧筒体（1）壁面同圆心布置，载热流体进口导流筒（3）的纵向截面优选为环形流道，其上部和下部是1/4圆形结构，中间是四方形结构，载热流体进口导流筒高度H1与宽度L1的比值和载热流体出口导流筒高度H5与宽度L2的比值均为3~25。上述技术方案中优选载热流体进口导流筒（3）的内侧筒体（1）壁面上开的导流孔（16）为圆形、椭圆形、方形中的任意一种，其直径沿流体流动方向逐渐减小，沿内侧筒体（1）壁面同一圆周高度等间距分布；导流孔（16）总面积与载热流体进口导流筒（3）流道面积之比为≤1.0，导流孔（16）直径最大值与最小值之比Di(max)/ Di(min)≤2；最大直径进水孔下沿距下管板（5）上沿距离0≤H2≤H1-H3。

上述技术方案中优选载热体入口管（9）中心线距载热流体进口导流筒（3）内壁0.5D1≤H4≤H1-0.5D1，且满足焊接强度要求；载热流体进口导流筒（3）内壁距下管板（5）距离0≤H3≤H1-H2-Di(max)。

上述技术方案中优选载热流体出口导流筒（4）的内侧筒体（1）壁面上开的导流孔（17）为圆形、椭圆形、方形中的任意一种，其直径沿流体流动方向逐渐减小，沿内侧筒体（1）壁面同一圆周高度等间距分布；导流孔（17）总面积与载热流体出口导流筒（4）流道面积之比为≤1.5，导流孔（17）直径最大值与最小值之比Di(max)/ Di(min)≤2；最大直径出水孔上边沿距上管板（6）下沿距离0 ≤H6≤H9。

上述技术方案中优选载热体出口管（10）中心线距载热流体出口导流筒（4）内壁0.5D2≤H8≤H5-0.5D2，且满足焊接强度要求；载热流体出口导流筒（4）内壁距上管板（6）距离H6+ Di(max)≤H9≤H5。

本实用新型的用于乙烯气相法生产醋酸乙烯的列管式固定床反应器中，载热流体入口导流筒、载热流体出口导流筒、折流板和折流盘等都是为了强化列管式固定床反应器壳程流体的传热效果而采用的技术措施，其中载热流体入口导流筒和载热流体出口导流筒一方面能减少载热流体对反应管的冲击，延长反应器的使用周期，另一方面能实现载热流体在壳程均匀分布，减少流动死区，降低径向温差，提高热交换效率，提高催化剂利用率，从而提高反应的转化率、目的产物的选择性。如果不设置载热流体入口导流筒和载热流体出口导流筒，载热流体通过入口管直接进入列管式固定床反应器壳程，一方面高速流动的载热流体将对反应管产生强烈的冲击，使得反应管发生振动，缩短反应器的维修周期，降低反应器的使用寿命，另一方面在壳程径向截面上产生巨大的流体分配差异，影响列管式固定床反应器的移热效率。通过设置带有大小不等均匀分布的导流孔的载热流体进口导流筒，对进口载热流体均匀分流，从而实现载热流体通过小孔均匀进入列管式固定床反应器壳程，减小壳程径向截面的流体分布不均匀程度，提高反应器换热能力。同样通过设置带有大小不等均匀分布的导流孔的载热流体出口导流筒，对出口载热流体均匀合流，从而实现载热流体通过小孔均匀离开列管式固定床反应器壳程，减小列管式固定床反应器壳程上部径向截面的流体分布不均匀程度，提高反应器换热能力。

本实用新型的用于乙烯气相法生产醋酸乙烯的列管式固定床反应器中，由于采用载热流体进口导流筒和载热流体出口导流筒，使得载热流体在进入和离开列管式固定床反应器壳程时能够均匀的分配给各小孔，减小了载热流体在壳程的不均匀分布程度，降低了载热流体对反应管的强烈冲击，从而达到提高列管式固定床反应器壳程流体的均匀分布程度，降低径向温差，提高热交换效率，提高催化剂利用率，从而提高反应的转化率、目的产物醋酸乙烯的选择性的目的。经试验验证，本实用新型可保证载热流体在反应器内均匀分布，其载热流体进口导流筒各小孔流量的均匀度最大偏差为3.3%，载热流体出口导流筒各小孔流量的均匀度最大偏差为4.5%，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1是本实用新型列管式固定床反应器示意图；

图2是本实用新型载热流体入口导流筒（3）的A-A方向俯视图；

图3是本实用新型载热流体入口导流筒（3）的C-C方向剖面图；

图4是本实用新型载热流体出口导流筒（4）的B-B方向俯视图；

图5是本实用新型载热流体出口导流筒（4）的D-D方向剖面图；

在图1中，1为反应器筒体；2为反应管；3为载热流体入口导流筒；4为载热流体出口导流筒；5为下管板；6为上管板；7为折流板；8为折流盘；9为载热体入口；10为载热体出口；11为进料口；12为进料分布器；13为出料口；14为催化剂卸出口；15为反应管底部惰性瓷球；16为进口导流孔；17为出口导流孔；20为折流板穿孔；21为折流盘穿孔；22为反应管顶部惰性瓷球。反应列管未全部示出，仅以三根反应管2a、2b、2c为代表。

在图2中，19为载热流体入口导流筒（3）的外侧壁面，箭头表示流体流动方向。

在图3中，18为催化剂支撑弹簧或者格栅；Di是载热流体进口导流筒（3）内侧筒体（1）壁面上的进口导流孔直径；D1是载热流体进口直径；H1是导流筒总高；H2是进口导流孔（16）下沿到下管板（5）上沿的距离；H3是导流筒内壁下沿到下管板（5）上沿的距离；H4是载热流体进口中心线到载热流体进口导流筒（3）内壁下沿的距离；L1为载热流体进口导流筒（3）的宽度。

在图4中，23为载热流体出口导流筒（4）的外侧壁面，箭头表示流体流动方向。

在图5中，Do是载热流体出口导流筒（4）内侧筒体（1）壁面上的进口导流孔直径；D2是载热流体出口直径；H5是导流筒总高；H6是进口导流孔（17）下沿到上管板（6）上沿的距离； H8是载热流体出口中心线到导流筒内壁下沿的距离；H9是上管板（6）下沿到载热流体出口导流筒（4）内壁下沿的距离；L2为载热流体出口导流筒（4）的宽度。

下面通过实施例对本实用新型作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

按图1，列管式固定床反应器内径为5000mm，载热流体为高压饱和水，载热流体进口、出口均为一个；载热流体进口管中心线距载热流体进口导流筒内壁下沿的距离H4为1400mm，载热流体出口管中心线距出口导流筒内壁距离H8为900mm，载热流体进口导流筒高度H1为2100mm，载热流体进口导流筒宽度L1为150mm，导流孔24个，最大导流孔直径Di为120mm，最小导流孔直径Dio为60mm，载热流体进口导流筒内壁距下管板距离H3为200mm，最大直径导流孔下沿距下管板距离H2为0mm；载热流体出口导流筒高度H5为3640mm，载热流体出口导流筒宽度L1为150mm，导流孔24个，最大导流孔直径Do为240mm，最小导流孔直径Do为210mm；载热流体出口导流筒内壁距上管板距离H9为700mm，最大直径导流孔上沿距上管板距离H6为200mm；在以上结构参数和条件下，按本实用新型方法设计的乙烯气相法生产醋酸乙烯的列管式固定床反应器，载热流体进口导流筒各导流孔流量的均匀度最大偏差为3.3%，载热流体出口导流筒各导流孔流量的均匀度最大偏差为4.5%。

【实施例2】

按图1，列管式固定床反应器内径为5700mm，载热流体为高压饱和水，载热流体进口、出口均为一个；载热流体进口管中心线距载热流体进口导流筒内壁下沿的距离H4为650mm， 载热流体出口管中心线距出口导流筒内壁距离H8为1025mm；载热流体进口导流筒高度H1为1300mm，载热流体进口导流筒宽度L1为300mm，导流孔30个，最大导流孔直径Di为110mm，最小导流孔直径Di为80mm，载热流体进口导流筒内壁距下管板距离H3为0mm，最大直径导流孔下沿距下管板距离H2为100mm；载热流体出口导流筒高度H5为2050mm，载热流体出口导流筒宽度L1为300mm，导流孔30个，最大导流孔直径Do为230mm，最小导流孔直径Do为210mm；载热流体出口导流筒内壁距上管板距离H9为1025mm，最大直径导流孔上沿距上管板距离H6为80mm。在以上结构参数和条件下，按本实用新型方法设计的乙烯气相法生产醋酸乙烯的列管式固定床反应器，载热流体进口导流筒各导流孔流量的均匀度最大偏差为3.7%，载热流体出口导流筒各导流孔流量的均匀度最大偏差为5.1%。

【实施例3】

按图1，列管式固定床反应器内径为6200mm，载热流体为高压饱和水，载热流体进口、出口均为一个；载热流体进口管中心线距载热流体进口导流筒内壁距离H8为1000mm；载热流体进口导流筒高度H1为1300mm，载热流体进口导流筒宽度L1为400mm，导流孔32个，最大导流孔直径Di为130mm，最小导流孔直径Di为110mm，载热流体进口导流筒内壁距下管板距离H3为50mm，最大直径导流孔下沿距下管板距离H2为50mm；载热流体出口导流筒高度H5为2000mm，载热流体出口导流筒宽度L1为400mm，导流孔32个，最大导流孔直径Do为250mm，最小导流孔直径Do为180mm；载热流体出口导流筒内壁距上管板距离H9为600mm，最大直径导流孔上沿距上管板距离H6为0mm。在以上结构参数和条件下，按本实用新型方法设计的乙烯气相法生产醋酸乙烯的列管式固定床反应器，载热流体进口导流筒各导流孔流量的均匀度最大偏差为4.2%，载热流体出口导流筒各导流孔流量的均匀度最大偏差为5.6%。

【比较例1】

列管式固定床反应器内径为5000mm。与实施例1不同的是载热流体进口导流筒内侧筒体壁面上的导流孔大小相等，直径Di为 90mm；载热流体出口导流筒内侧筒体壁面上的导流孔大小相等，直径Do为 225mm，高压饱和水通过入口管直接进入反应器，并通过出口管直接流出反应器，其他结构参数不变。在所有条件均与实施例1相同的条件下，其载热流体入口导流筒各小孔流量的均匀度最大偏差为8.8%，载热流体出口导流筒各小孔流量的均匀度最大偏差为9.91%。

【比较例2】

列管式固定床反应器内径为5700mm。与实施例2不同的是载热流体进口导流筒内侧筒体壁面上的导流孔大小相等，直径Di为 95mm；载热流体出口导流筒内侧筒体壁面上的导流孔大小相等，直径Do为 220mm，高压饱和水通过入口管直接进入反应器，并通过出口管直接流出反应器，其他结构参数不变。在所有条件均与实施例2相同的条件下，其载热流体入口导流筒各小孔流量的均匀度最大偏差为10.6%，载热流体出口导流筒各小孔流量的均匀度最大偏差为11.3%。

【比较例3】

列管式固定床反应器内径为6200mm。与实施例3不同的是载热流体进口导流筒内侧筒体壁面上的导流孔大小相等，直径Di为 120mm；载热流体出口导流筒内侧筒体壁面上的导流孔大小相等，直径Do为 215mm，高压饱和水通过入口管直接进入反应器，并通过出口管直接流出反应器，其他结构参数不变。在所有条件均与实施例3相同的条件下，其载热流体入口导流筒各小孔流量的均匀度最大偏差为10.3%，载热流体出口导流筒各小孔流量的均匀度最大偏差为10.9%。

Claims (8)

1.用于乙烯气相法生产醋酸乙烯的反应器，包括反应器筒体（1）、反应管（2a，2b，2c）、载热流体进口导流筒（3）、载热流体出口导流筒（4）、至少两个环状折流板（7）和至少一个盘状折流盘（8），所述的反应器筒体（1）上部设有原料进料口（11），下部设有反应产物出料口（13），中部设有载热流体进口导流筒（3）、载热流体出口导流筒（4），其中载热流体进口导流筒（3）位于反应管（2a，2b，2c）下端筒体（1）壁面上，载热流体进口导流筒（3）的外侧壁面（19）上设有载热体入口管（9），载热流体入口管（9）通过载热流体进口导流筒（3）以及内侧筒体（1）壁面上设置的导流孔（16）与反应管（2a，2b，2c）之间的间隙相通；载热流体出口导流筒（4）位于反应管（2a，2b，2c）上端筒体（1）壁面上，载热流体出口导流筒（4）的外侧壁面（23）上设有载热流体出口管（10），内侧筒体（1）壁面上开有导流孔（17），载热体出口管（10）通过载热流体出口导流筒（4）以及内侧筒体（1）壁面上设置的导流孔（17）与反应管之间的间隙相通；所述的折流板（7）和折流盘（8）沿反应管（2a，2b，2c）轴向交替排列，所述折流板（7）和所述折流盘（8）上开有供反应管（2a，2b，2c）穿过的穿孔（20a，20b，21a，21b）；所述反应管（2a，2b，2c）固定在上管板（6）和下管板（5）之间；所述的上管板（6）上方进料口（11）下方设有进料分布器（12），下管板（5）位于出料口（13）上方，催化剂装在反应管（2a，2b，2c）内，反应管下端面设有催化剂支撑装置（18）。

2.根据权利要求1所述的一种用于乙烯气相法生产醋酸乙烯的反应器，其特征在于所述的载热体入口管（9）至少有一个、载热流体出口管（10）至少有一个。

3.根据权利要求2所述的一种用于乙烯气相法生产醋酸乙烯的反应器，其特征在于所述的载热体入口管（9）有两个或多个且沿圆周均匀布置，载热流体出口管（10）有两个或多个且沿圆周均匀布置。

4.根据权利要求1所述的一种用于乙烯气相法生产醋酸乙烯的反应器，其特征在于所述的载热流体进口导流筒（3）的外侧壁面（19）和内侧筒体（1）壁面同圆心布置，载热流体进口导流筒（3）的纵向截面为环形流道，其上部和下部是1/4圆形结构，中间是四方形结构，载热流体进口导流筒高度H1与宽度L1的比值和载热流体出口导流筒高度H5与宽度L2的比值均为3~25。

5.根据权利要求1所述的一种用于乙烯气相法生产醋酸乙烯的反应器，其特征在于所述的载热流体进口导流筒（3）的内侧筒体（1）壁面上开的导流孔（16）为圆形、椭圆形、方形中的任意一种，其直径沿流体流动方向逐渐单调减小，沿内侧筒体（1）壁面同一圆周高度等间距分布；导流孔（16）总面积与载热流体进口导流筒（3）流道面积之比为≤1.0，导流孔（16）直径最大值与最小值之比Di(max)/ Di(min)≤2；最大直径进水孔下沿距下管板（5）上沿距离0≤H2≤H1-H3。

6.根据权利要求1所述的一种用于乙烯气相法生产醋酸乙烯的反应器，其特征在于所述的载热体入口管（9）中心线距载热流体进口导流筒（3）内壁0.5D1≤H4≤H1-0.5D1，且满足焊接强度要求；载热流体进口导流筒（3）内壁距下管板（5）距离0≤H3≤H1-H2-Di(max)。

7.根据权利要求1所述的一种用于乙烯气相法生产醋酸乙烯的反应器，其特征在于所述的载热流体出口导流筒（4）的内侧筒体（1）壁面上开的导流孔（17）为圆形、椭圆形、方形中的任意一种，其直径沿流体流动方向逐渐单调减小，沿内侧筒体（1）壁面同一圆周高度等间距分布；导流孔（17）总面积与载热流体出口导流筒（4）流道面积之比为≤1.5，导流孔（17）直径最大值与最小值之比Di(max)/ Di(min)≤2；最大直径出水孔上边沿距上管板（6）下沿距离0 ≤H6≤H9。

8.根据权利要求1所述的一种用于乙烯气相法生产醋酸乙烯的反应器，其特征在于所述的载热体出口管（10）中心线距载热流体出口导流筒（4）内壁0.5D2≤H8≤H5-0.5D2，且满足焊接强度要求；载热流体出口导流筒（4）内壁距上管板（6）距离H6+ Di(max)≤H9≤H5。

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