CN207169658U - 高效hppo装置反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高效HPPO装置反应器，主要解决现有技术中反应器传热效果差、催化剂使用寿命短的问题。本实用新型通过采用一种高效HPPO装置反应器，该反应器由反应器筒体(1)、上封头(2)、下封头(3)、中心筒(9)、反应器筒体(1)与中心筒(9)之间填充材料空间(10)、工艺物料进口(6)、工艺物料出口(7)、循环冷却水进口(4)、循环冷却水出口(5)等组成，其中中心筒(9)内设有换热片组(8)的技术方案较好地解决了上述问题，可用HPPO装置中。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种高效HPPO装置反应器。
背景技术
环氧丙烷是丙烯的第三大衍生物，是仅次于聚丙烯和丙烯腈的大宗有机化工产品，大量用于聚氨酯塑料、不饱和树脂和表面活性剂的生产，年需求增长速度超过10％以上。双氧水法制环氧丙烷工艺属于近年来国际上刚刚进入工业化应用的节能、环保型工艺技术，也是国家重点发展的生产环氧丙烷新工艺。双氧水与丙烯在催化剂作用下的环氧化反应是环氧丙烷生产过程中的核心工艺，目前该反应是在列管内装填钛硅分子筛催化剂的列管式固定床反应器中进行。
CN 201510555379.7一种新型板式轴向反应器，公开了一种体积小、催化剂装卸方便、结构灵活、可进行多段反应等优点的板式轴向反应器。其特征在于，所述的换热板对束由多组子换热板对束组成，每组子换热板对束一端通过换热介质分配支管和对应的换热介质分配总管连接换热介质进口，另一端通过换热介质收集支管和对应的换热介质收集总管连接换热介质出口。此外，所述换热板对束在反应器轴向上可分为多段，各段换热板对束的换热板对数量、间距和形状相互独立且可调节，用以装填不同催化剂，实现单台反应器内多个反应串联。CN 201310411768.3生产环氧丙烷的方法，该方法涉及使用板式催化反应器生产环氧丙烷，该反应器内部以固定的间隔并列地排列多块传热板，相邻两块传热板的波形板凹面和凸面对置排列，形成一组传热板，该组传热板形成的内部空间作为催化剂填充空间，所述该组传热板与相邻的另一组传热板之间形成的空隙通道作为传热介质流通空间，且相邻两组传热板交错布置。由此，总传热系数在1000～2000w/m2k之间，催化剂使用寿命在3.9～4.1年之间。CN 200380100785.X板式催化反应器，涉及一种新型板式催化反应器，通过高效率地控制催化剂层内的温度分布，提供可期待提高反应效果及延长催化剂寿命的板式催化反应器。其特征在于是2块波形板接合的形状，使有多个载热体流路的一对传热板，呈多对排列且使相邻的传热板的波形板凸面部与凹面部对置，形成催化剂层，尤其是通过改变赋形为圆弧或椭圆弧的波形板的形状，从对催化剂层供给的反应原料气的入口朝出口使催化剂层的厚度增大。
现有技术中，CN 201510555379.7和CN 201310411768.3以及CN 200380100785.X在HPPO装置进行环氧化反应的过程中，反应器采用圆弧或椭圆弧波形板或多边形板的结构，虽然比圆列管式反应器有所进步，但是仍然存在化学反应过程中传热效果差、总传热系数小、传热面积大、设备投资高、催化剂局部容易过热而发生“飞温”现象，导致催化剂使用寿命短等问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是现有技术中传热效果差、催化剂使用寿命短的问题，提供一种新的高效HPPO装置反应器。该反应器具有传热效果好、催化剂使用寿命长的优点。
为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案如下：一种高效HPPO装置反应器，所述反应器包括反应器筒体(1)、上封头(2)、下封头(3)、中心筒(9)、反应器筒体(1)与中心筒(9)之间填充材料空间(10)、工艺物料进口(6)、工艺物料出口(7)、循环冷却水进口(4)、循环冷却水出口(5)，其中：中心筒(9)两端分别与工艺物料进口(6)、工艺物料出口(7)相连，中心筒(9)内设有换热片组(8)，波纹板组(8)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，中心筒(9)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。
上述技术方案中，优选地，工艺物料进口(6)与中心筒(9)顶部或底部相连，工艺物料出口(7)与中心筒(9)对应的底部或顶部相连。
上述技术方案中，优选地，循环冷却水进口(4)与下封头(3)一端相连，下封头(3)另一端与反应器筒体(1)底部相连，循环冷却水出口(5)与上封头(2)一端相连，上封头(2)另一端与反应器筒体(1)顶部相连。
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，填充材料空间(10)与反应器筒体(1)的体积比为1：1.2～2.8。
上述技术方案中，优选地，波纹板组(8)与中心筒(9)的高度比为1：1.0～1.6。
上述技术方案中，优选地，中心筒(9)与反应器筒体(1)的高度比为1：1.4～2.0。
本实用新型每台催化反应器内部布置多组所述传热板组，环氧化反应工艺单元由所述4台催化反应器串联组合而成。在环氧化反应初期，设置2台本实用新型所述的催化反应器。该催化反应器内的催化剂填充在2块传热波纹板组合形成的传热板组内部空隙通道内，当双氧水与丙烯原料在此通道内流过时，在催化剂作用下发生环氧化反应生成环氧丙烷，同时产生大量反应热。循环冷却水在传热板组之间形成的空隙通道内流过，传热板组之间的设备结构能够大大提高循环冷却水的湍流程度，从而提高传热速率，使反应初期产生的大量反应热能够迅速移走。另外，工艺物料与循环冷却水采用顺流或者逆流的方式进行换热。
环氧化反应的工艺参数如下：反应温度为30～95℃，优选范围为35～90℃，更优选范围为40～85℃；反应表压为1.5～5.5MPa，优选范围为2.0～5.0MPa，更优选范围为2.5～4.5MPa；丙烯重量空速0.5～8.0h-1，优选范围为1.0～7.0h-1，更优选范围为1.5～6.0h-1；甲醇/双氧水摩尔比为4～18：1，优选范围为6～16：1，更优选范围为8～14：1；丙烯/双氧水摩尔比为1.2～10：1，优选范围为1.4～8：1，更优选范围为1.6～6：1。另外，4台催化反应器内的催化剂性质相同，均采用TS-1型钛硅分子筛催化剂，其钛硅比为SiO2：TiO2＝10～200：1。
本实用新型涉及一种高效的HPPO装置反应器设备，反应器内的催化剂填充在2块波纹板组成的传热板组内，工艺物料在此发生反应；循环冷却水在2块波纹板组成的传热板组外流通并快速撤离反应热。由此，总传热系数增加到2200～2400w/m2k之间，催化剂使用寿命延长到4.4～4.8年之间，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1本实用新型催化反应器结构剖面图(顺流方式)。
图2本实用新型催化反应器结构剖面图(逆流方式)。
图3本实用新型催化反应器内换热板片模块图(顺流方式)。
图4本实用新型催化反应器内换热板片模块图(逆流方式)。
图1-4中，1、筒体；2、上封头；3、下封头；4、循环冷却水进口；5、循环冷却水出口；6、工艺物料进口；7、工艺物料出口；8、换热片组；9、中心筒；10、填充材料空间；11、催化剂；12、工艺物料进口；13、工艺物料出口；14、循环冷却水进口；15、循环冷却水出口。
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
【对比例1】
现有技术采用HPPO法生产环氧丙烷，反应器的总传热系数在1000～2000w/m2k之间，催化剂使用寿命在3.9～4.1年之间。
【实施例1】
一种高效HPPO装置反应器，如图1、图3所示，该反应器由反应器筒体(1)、上封头(2)、下封头(3)、中心筒(9)、反应器筒体(1)与中心筒(9)之间填充材料空间(10)、工艺物料进口(6)、工艺物料出口(7)、循环冷却水进口(4)、循环冷却水出口(5)等组成，其中：中心筒(9)两端分别与工艺物料进口(6)、工艺物料出口(7)相连，中心筒(9)内设有换热片组(8)，波纹板组(8)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，中心筒(9)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。循环冷却水进口(4)与下封头(3)一端相连，下封头(3)另一端与反应器筒体(1)底部相连，循环冷却水出口(5)与上封头(2)一端相连，上封头(2)另一端与反应器筒体(1)顶部相连。填充材料空间(10)与反应器筒体(1)的体积比为1：1.3，波纹板组(8)与中心筒(9)的高度比为1：1.1，中心筒(9)与反应器筒体(1)的高度比为1：1.5。工艺物料与循环冷却水采用顺流方式进行换热。
以生产规模1万吨/年的HPPO中试装置为例，采用本实用新型一种高效的HPPO装置反应器设备生产环氧丙烷，新型波纹板式环氧化催化反应器的公称尺寸为Ф1800mm×4600mm。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/双氧水摩尔比为6：1，丙烯/双氧水摩尔比为1.3：1，采用TS-1型钛硅分子筛催化剂，钛硅比为SiO2：TiO2＝175：1。由此，反应器总传热系数增加到2260w/m2k，催化剂使用寿命延长到4.5年。
【实施例2】
按照实施例1所述的条件，填充材料空间(10)与反应器筒体(1)的体积比为1：1.3，波纹板组(8)与中心筒(9)的高度比为1：1.1，中心筒(9)与反应器筒体(1)的高度比为1：1.5。工艺物料与循环冷却水采用逆流方式进行换热，如图2、图4所示。生产规模改为10万吨/年的HPPO工业生产装置，采用本实用新型一种高效的HPPO装置反应器设备生产环氧丙烷，新型波纹板式催化反应器的公称尺寸为Ф4000mm×9000mm。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/双氧水摩尔比为8：1，丙烯/双氧水摩尔比为1.4：1，采用TS-1型钛硅分子筛催化剂，钛硅比为SiO2：TiO2＝165：1。由此，反应器总传热系数增加到2280w/m2k，催化剂使用寿命延长到4.5年。
【实施例3】
按照实施例1所述的条件，填充材料空间(10)与反应器筒体(1)的体积比为1：1.3，波纹板组(8)与中心筒(9)的高度比为1：1.1，中心筒(9)与反应器筒体(1)的高度比为1：1.5。工艺物料与循环冷却水采用顺流方式进行换热。生产规模改为20万吨/年的HPPO工业生产装置，采用本实用新型一种高效的HPPO装置反应器设备生产环氧丙烷，新型波纹板式催化反应器的公称尺寸为Ф5800mm×8700mm。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/双氧水摩尔比为12：1，丙烯/双氧水摩尔比为3.2：1，采用TS-1型钛硅分子筛催化剂，钛硅比为SiO2：TiO2＝130：1。由此，反应器总传热系数增加到2300w/m2k，催化剂使用寿命延长到4.6年。
【实施例4】
按照实施例1所述的条件，填充材料空间(10)与反应器筒体(1)的体积比为1：1.3，波纹板组(8)与中心筒(9)的高度比为1：1.1，中心筒(9)与反应器筒体(1)的高度比为1：1.5。工艺物料与循环冷却水采用顺流方式进行换热。生产规模改为30万吨/年的HPPO工业生产装置，采用本实用新型一种高效的HPPO装置反应器设备生产环氧丙烷，新型波纹板式催化反应器的公称尺寸为Ф7000mm×8900mm。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/双氧水摩尔比为15：1，丙烯/双氧水摩尔比为3.9：1，采用TS-1型钛硅分子筛催化剂，钛硅比为SiO2：TiO2＝100：1。由此，反应器总传热系数增加到2320w/m2k，催化剂使用寿命延长到4.7年。
【实施例5】
按照实施例1所述的条件，填充材料空间(10)与反应器筒体(1)的体积比为1：1.3，波纹板组(8)与中心筒(9)的高度比为1：1.1，中心筒(9)与反应器筒体(1)的高度比为1：1.5。工艺物料与循环冷却水采用逆流方式进行换热。生产规模改为40万吨/年的HPPO工业生产装置，采用本实用新型一种高效的HPPO装置反应器设备生产环氧丙烷，新型波纹板式催化反应器的公称尺寸为Ф8000mm×9000mm。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/双氧水摩尔比为16：1，丙烯/双氧水摩尔比为6.2：1，采用TS-1型钛硅分子筛催化剂，钛硅比为SiO2：TiO2＝70：1。由此，反应器总传热系数增加到2340w/m2k，催化剂使用寿命延长到4.7年。
【实施例6】
按照实施例5所述的条件，填充材料空间(10)与反应器筒体(1)的体积比为1：1.2，波纹板组(8)与中心筒(9)的高度比为1：1.0，中心筒(9)与反应器筒体(1)的高度比为1：1.4。生产规模仍为40万吨/年的HPPO工业生产装置，采用本实用新型一种高效的HPPO装置反应器设备生产环氧丙烷，新型波纹板式催化反应器的公称尺寸为Ф7800mm×9600mm。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/双氧水摩尔比为4：1，丙烯/双氧水摩尔比为1.2：1，采用TS-1型钛硅分子筛催化剂，钛硅比为SiO2：TiO2＝200：1。由此，反应器总传热系数增加到2200w/m2k，催化剂使用寿命延长到4.4年。
【实施例7】
按照实施例5所述的条件，填充材料空间(10)与反应器筒体(1)的体积比为1：2.8，波纹板组(8)与中心筒(9)的高度比为1：1.6，中心筒(9)与反应器筒体(1)的高度比为1：2.0。生产规模仍为40万吨/年的HPPO工业生产装置，采用本实用新型一种高效的HPPO装置反应器设备生产环氧丙烷，新型波纹板式催化反应器的公称尺寸为Ф8200mm×8700mm。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/双氧水摩尔比为18：1，丙烯/双氧水摩尔比为10：1，采用TS-1型钛硅分子筛催化剂，钛硅比为SiO2：TiO2＝10：1。由此，反应器总传热系数增加到2400w/m2k，催化剂使用寿命延长到4.8年。
Claims (7)
1.一种高效HPPO装置反应器，其特征在于，所述反应器包括反应器筒体(1)、上封头(2)、下封头(3)、中心筒(9)、反应器筒体(1)与中心筒(9)之间填充材料空间(10)、工艺物料进口(6)、工艺物料出口(7)、循环冷却水进口(4)、循环冷却水出口(5)，其中：中心筒(9)两端分别与工艺物料进口(6)、工艺物料出口(7)相连，中心筒(9)内设有换热片组(8)，换热片组(8)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，中心筒(9)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。
2.根据权利要求1所述高效HPPO装置反应器，其特征在于工艺物料进口(6)与中心筒(9)顶部或底部相连，工艺物料出口(7)与中心筒(9)对应的底部或顶部相连。
3.根据权利要求1所述高效HPPO装置反应器，其特征在于循环冷却水进口(4)与下封头(3)一端相连，下封头(3)另一端与反应器筒体(1)底部相连，循环冷却水出口(5)与上封头(2)一端相连，上封头(2)另一端与反应器筒体(1)顶部相连。
4.根据权利要求1所述高效HPPO装置反应器，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。
5.根据权利要求1所述高效HPPO装置反应器，其特征在于填充材料空间(10)与反应器筒体(1)的体积比为1：1.2～2.8。
6.根据权利要求1所述高效HPPO装置反应器，其特征在于换热片组(8)与中心筒(9)的高度比为1：1.0～1.6。
7.根据权利要求1所述高效HPPO装置反应器，其特征在于中心筒(9)与反应器筒体(1)的高度比为1：1.4～2.0。
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| CN109833832A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-06-04 | 江苏扬农化工集团有限公司 | 一种轴径向hppo固定床反应器 |
| CN117466839A (zh) * | 2023-10-07 | 2024-01-30 | 中建安装集团有限公司 | 一种使用平板膜式反应器的过氧化氢直接氧化丙烯制备环氧丙烷的工艺 |
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