CN208500813U - 正丁烷选择氧化生产顺酐装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于顺酐生产领域，具体涉及一种正丁烷选择氧化生产顺酐装置。包括正丁烷蒸发器，正丁烷蒸发器进口连接正丁烷进管，正丁烷蒸发器出口通过管线依次连接正丁烷过热器、正丁烷/助剂混合器和空气/正丁烷混合器，正丁烷/助剂混合器上还设有助剂进管，增湿混合器依次连接空气加热器和空气/正丁烷混合器，增湿混合器上还设有空气进管和增湿蒸汽进管，空气/正丁烷混合器通过管道连接反应器，反应器内设有多根列管，采用隔板将列管外部的壳程分割为多个上下互不相通的拿热腔，每个拿热腔进口均连接拿热介质进管，每个拿热腔出口均连接拿热介质出管。本实用新型能有效防止反应器温度局部过热，提高催化剂活性，延长催化剂的使用寿命。

Description

正丁烷选择氧化生产顺酐装置

技术领域

本实用新型属于顺酐生产领域，具体涉及一种正丁烷选择氧化生产顺酐装置。

背景技术

顺丁烯二酸酐简称顺酐，又名马来酸酐，是一种重要的有机化工原料，广泛用于石油化工、食品加工、医药、建材等行业。按原料路线，顺酐的生产方法可分为苯氧化法、正丁烷氧化法。正丁烷法具备原料价廉，污染相对较轻，碳原子利用率高和顺酐生产成本低等优点，其生产能力约占世界顺酐总生产能力的80％，并有逐步取代苯氧化法的趋势。

顺酐生产技术的核心是正丁烷与空气在装填有钒磷氧催化剂的反应器内发生气固相催化氧化反应。该氧化反应具有强放热的特点，主反应生成顺酐的反应热为1236KJ/mol，副反应生成CO₂、CO反应热分别为2656KJ/mol和1521KJ/mol，而反应热点的存在会对催化剂性能产生不利影响，具体的讲催化剂床层的热点高低直接影响正丁烷的转化率、顺酐的选择性、产品顺酐的收率以及催化剂的稳定性。因此反应过程中降低或消除反应热点成为反应过程控制的关键。

在实际应用过程中，反应器出现热点的一个原因是反应原料气流分布不均匀。专利CN201310018157.2公开了一种气体预分布器，该气体预分布器包括水平导流片、导流管、锥形帽，以解决以往技术中存在的反应物流经固定床反应器进口处的气体预分布器后分布不均，反应物转化率低和目的产物选择性低的问题，该专利存在的缺点是导流片等部件的形状和大小受反应器内部空间所限、拆卸困难、检修程序繁琐。

反应器出现热点的另一个原因是由于正丁烷在反应器的入口附近处反应，使反应器入口处的床层温度急剧上升。专利CN201110236413.6提出了一种顺酐生产反应温度调节控制装置及方法，该专利的核心技术是采用一种壳/管型反应器，反应器壳程中采用一种熔融的硝酸钾和亚硝酸钠混合物，通过熔盐泵往复循环用作移热冷却介质，该专利的缺点是：熔盐在降低热点温度的同时，也会降低床层其它部位的温度，导致正丁烷转化率和顺酐收率降低。专利USP4855459采用惰性的硅铝球与催化剂稀释装填的方法，通过在反应管的热点产生部位进行稀释装填，来达到降低反应热点温度的目的，上述专利的缺点是惰性物资的加入降低了反应器的有效体积，也降低了生产效率。专利CN201510806387.4公开了一种降低反应器反应热点的方法，该专利的核心技术是采用三个串联的钒磷氧催化剂床层，这三个串联的催化剂床层中钒的平均价态依次呈先高、后低、再升高的趋势，该专利的缺点是对催化剂制备及活化工艺要求高，可实施性差。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种正丁烷选择氧化生产顺酐装置，有效防止反应温度局部过热，提高催化剂活性，延长催化剂的使用寿命。

本实用新型所述的正丁烷选择氧化生产顺酐装置，包括正丁烷蒸发器，正丁烷蒸发器进口连接正丁烷进管，正丁烷蒸发器出口通过管线依次连接正丁烷过热器、正丁烷/助剂混合器和空气/正丁烷混合器，正丁烷/助剂混合器上还设有助剂进管，增湿混合器依次连接空气加热器和空气/正丁烷混合器，增湿混合器上还设有空气进管和增湿蒸汽进管，空气/正丁烷混合器通过管道连接反应器，反应器内设有多根列管，采用隔板将列管外部的壳程分割为多个上下互不相通的拿热腔，每个拿热腔进口均连接拿热介质进管，每个拿热腔出口均连接拿热介质出管，每个拿热腔与拿热介质进管之间的管道上均设置流量控制阀。

反应器出口连接生成气排出管。

反应器内列管数量为10000-30000根，反应器尺寸：内径×高度为φ5600×6000mm，列管尺寸：内径×高度为φ5×6000mm。

空气/正丁烷混合器和反应器之间的管道上设有静态混合器。

使用时，来自正丁烷进管内的原料正丁烷进入正丁烷蒸发器内，在低压蒸汽的作用下正丁烷汽化，然后进入正丁烷过热器，过热后的正丁烷进入正丁烷/助剂混合器与来自助剂进管的助剂混合，助剂种类为磷单质、磷的氧化物、次磷酸、次磷酸酯、磷酸二烷基酯、碳酸三烷基酯或磷酸四烷基酯中的一种或几种，然后进入空气/正丁烷混合器。

来自空气进管的空气在增湿混合器内与来自增湿蒸汽进管的增湿蒸汽混合，经空气加热器加热后进入空气/正丁烷混合器与正丁烷、助剂混合。混合后的原料气经过静态混合器后进入反应器反应，生成气经过生成气排出管排往下一单元。

反应器内设有多根列管，列管内装填催化剂，原料气在列管内反应。采用隔板将列管外部的壳程分割为多个互不相通的拿热腔，每个拿热腔进口均连接拿热介质进管，每个拿热腔出口均连接拿热介质出管。每个拿热腔与拿热介质进管之间的管道上均设置流量控制阀。拿热介质为水、水蒸汽、熔盐或导热油中的一种，优选熔盐，熔盐优选硝酸盐和亚硝酸盐的混合物。拿热介质流经拿热腔，实现对列管内温度的控制。本实用新型通过控制流量控制阀控制各个拿热腔拿热介质的流量，从而实现对相应的列管内催化剂床层温度的控制。优选列管内温度在380-430℃。

在反应初期，大部分正丁烷在反应器入口处反应，入口处的床层温度急剧上升并达到热点，随后床层温度急剧下降并趋于平稳，本实用新型通过控制流量控制阀的流量开度，加大出现热点的列管对应拿热腔中拿热介质循环量，其余拿热腔由于相应的列管放热量很小，可以减少拿热介质循环量。随着时间的推移，反应热点也会移动，这时只需根据测温装置显示的列管反应温度相应调整拿热腔的拿热介质流量即可，该方法在保证高正丁烷转化率、顺酐收率的同时，能有效防止反应温度局部过热的难题。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)原料正丁烷经过正丁烷蒸发器汽化、正丁烷过热器过热后进入空气/正丁烷混合器，该方法的优点是管道中不会出现液相正丁烷，气相正丁烷与空气具有更好的分布均匀性，能有效克服因气体分布不均匀而出现的反应热点问题。

(2)通过增湿混合器向原料气中补加水蒸气，该方法在改善催化氧化环境的同时，能降低热点温度。

(3)通过正丁烷/助剂混合器向原料气中补加助剂磷，该方法在减缓催化剂失活速度的同时，能降低反应热点。

(4)在正丁烷蒸发器设定的条件下，正丁烷原料中夹杂的少量碳五重组分不会汽化进入反应器，从而避免碳五在催化剂上积碳的难题。

(5)静态混合器能使原料气分布更加均匀，且具有检修方便的特点。

(6)采用本反应器能有效防止反应温度局部过热，降低甚至消除催化剂床层的热点问题，提高催化剂活性，延长催化剂的使用寿命。

(7)本实用新型能有效防止反应器局部温度过热，能提高催化剂活性、延长催化剂使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型实施例正丁烷选择氧化生产顺酐装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例反应器的结构示意图；

图中：1-空气进管，2-增湿混合器，3-空气加热器，4-空气/正丁烷混合器，5-增湿蒸汽进管，6-正丁烷进管，7-正丁烷蒸发器，8-正丁烷过热器，9-正丁烷/助剂混合器，10-助剂进管，11-静态混合器，12-拿热介质出管，13-反应器，14-生成气排出管，15-拿热介质进管，16-流量控制阀，17-隔板，18-拿热腔，19-列管。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步说明。

实施例

一种正丁烷选择氧化生产顺酐装置，如图1和图2所示，包括正丁烷蒸发器7，正丁烷蒸发器7进口连接正丁烷进管6，正丁烷蒸发器7出口通过管线依次连接正丁烷过热器8、正丁烷/助剂混合器9和空气/正丁烷混合器4，正丁烷/助剂混合器9上还设有助剂进管10，增湿混合器2依次连接空气加热器3和空气/正丁烷混合器4，增湿混合器2上还设有空气进管1和增湿蒸汽进管5，空气/正丁烷混合器4通过管道连接反应器13，反应器13内设有多根列管19，采用隔板17将列管19外部的壳程分割为多个上下互不相通的拿热腔18，每个拿热腔18进口均连接拿热介质进管15，每个拿热腔18出口均连接拿热介质出管12，每个拿热腔18与拿热介质进管15之间的管道上均设置流量控制阀16。

反应器13出口连接生成气排出管14。

反应器内列管19数量为10000-40000根，列管19长为2-8m，列管19内径为1-5cm。

空气/正丁烷混合器4和反应器13之间的管道上设有静态混合器11。

使用时，来自正丁烷进管6内的原料正丁烷进入正丁烷蒸发器7内，在低压蒸汽的作用下正丁烷汽化，然后进入正丁烷过热器8，过热后的正丁烷进入正丁烷/助剂混合器9与来自助剂进管10的助剂混合，助剂种类为磷单质、磷的氧化物、次磷酸、次磷酸酯、磷酸二烷基酯、碳酸三烷基酯、焦磷酸四烷基酯中的一种或几种，然后进入空气/正丁烷混合器4。

来自空气进管1的空气在增湿混合器2内与来自增湿蒸汽进管5的增湿蒸汽混合，经空气加热器3加热后进入空气/正丁烷混合器4与正丁烷、助剂混合。混合后的原料气经过静态混合器11后进入反应器13反应，生成气经过生成气排出管14排往下一单元。

反应器内设有多根列管19，列管19内装填催化剂，原料气在列管19内反应。采用隔板17将列管19外部的壳程分割为多个互不相通的拿热腔18，每个拿热腔18进口均连接拿热介质进管15，每个拿热腔18出口均连接拿热介质出管12。每个拿热腔18与拿热介质进管15之间的管道上均设置流量控制阀16。拿热介质为水、水蒸汽、熔盐、导热油中的一种，优选熔盐，优选硝酸盐和亚硝酸盐的混合物。拿热介质流经拿热腔18，实现对列管19内温度的控制。本实用新型通过控制流量控制阀16控制各个拿热腔18拿热介质的流量，从而实现对相应的列管内催化剂床层温度的控制。

在反应初期，大部分正丁烷在反应器13入口处反应，入口处的床层温度急剧上升并达到热点，随后床层温度急剧下降并趋于平稳，本实用新型通过控制流量控制阀16的流量开度，加大出现热点的列管19对应拿热腔18中拿热介质循环量，其余拿热腔18由于相应的列管19放热量很小，可以减少拿热介质循环量。随着时间的推移，反应热点也会移动，这时只需根据测温装置显示的列管反应温度相应调整拿热腔18的拿热介质流量即可，该方法在保证高正丁烷转化率、顺酐收率的同时，能有效防止反应温度局部过热。

Claims (4)

1.一种正丁烷选择氧化生产顺酐装置，其特征在于：包括正丁烷蒸发器(7)，正丁烷蒸发器(7)进口连接正丁烷进管(6)，正丁烷蒸发器(7)出口通过管线依次连接正丁烷过热器(8)、正丁烷/助剂混合器(9)和空气/正丁烷混合器(4)，正丁烷/助剂混合器(9)上还设有助剂进管(10)，增湿混合器(2)依次连接空气加热器(3)和空气/正丁烷混合器(4)，增湿混合器(2)上还设有空气进管(1)和增湿蒸汽进管(5)，空气/正丁烷混合器(4)通过管道连接反应器(13)，反应器(13)内设有多根列管(19)，采用隔板(17)将列管(19)外部的壳程分割为多个上下互不相通的拿热腔(18)，每个拿热腔(18)进口均连接拿热介质进管(15)，每个拿热腔(18)出口均连接拿热介质出管(12)，每个拿热腔(18)与拿热介质进管(15)之间的管道上均设置流量控制阀(16)。

2.根据权利要求1所述的正丁烷选择氧化生产顺酐装置，其特征在于：反应器(13)出口连接生成气排出管(14)。

3.根据权利要求1所述的正丁烷选择氧化生产顺酐装置，其特征在于：反应器(13)内列管(19)数量为10000-30000根，反应器(13)尺寸：内径×高度为φ5600×6000mm，列管(19)尺寸：内径×高度为φ5×6000mm。

4.根据权利要求1所述的正丁烷选择氧化生产顺酐装置，其特征在于：空气/正丁烷混合器(4)和反应器(13)之间的管道上设有静态混合器(11)。