用于醋酸乙烯合成的列管式固定床反應器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及用于醋酸乙烯合成的列管式固定床反應器，主要解決隨著醋酸乙烯生產規模的擴大，大型反應器的直徑不斷增大，而導致反應器內換熱介質流動的不均勻程度增加，徑向溫差偏大，最終導致目的產物醋酸乙烯選擇性和收率降低的問題。本實用新型通過采用列管式固定床反應器，包括反應器筒體（1）、反應管（2a，2b，2c）、載熱流體進口導流筒（3）、載熱流體出口導流筒（4）、至少兩個環狀折流板（7）和至少一個盤狀折流盤（8），其中折流板（7）和折流盤（8）上各反應管穿孔（20a，20b，21a，21b）間開旁路孔（24，25）的技術方案，較好的解決了該問題，可用于乙烯氣相法生產醋酸乙烯的工業生產中。
【專利說明】用于醋酸乙烯合成的列管式固定床反應器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及用于醋酸乙烯合成的列管式固定床反應器。具體地說，涉及一種用于乙烯氣相法生產醋酸乙烯的列管式固定床反應器。
【背景技術】
[0002]醋酸乙烯(又名醋酸乙烯酯或乙酸乙烯酯)是一種具有廣泛應用價值的有機化工原料，通過自身聚合或與其它單體共聚，可以生成聚乙烯醇(PVA)、醋酸乙烯/乙烯共聚物(VAE)和氯乙烯/醋酸乙烯共聚物(PVCA)等產品。這些產品的用途十分廣泛，一般可用于粘接劑，紙張或織物的上膠劑、油漆、墨水、皮革加工、乳化劑、水溶性膜、土壤改良劑等。醋酸乙烯作為中間體，隨著聚乙烯醇非纖維領域應用的拓展，使得醋酸乙烯的需要不斷提高。預計未來我國醋酸乙烯的需求量將以8%的速度增長。
[0003]目前，醋酸乙烯主要生產工藝路線是乙烯法和乙炔法。乙烯法生產醋酸乙烯是以乙烯、醋酸和氧氣的氣相混合物為原料，在一定溫度和壓力條件下，通過裝有催化劑的固定床，發生反應生成醋酸乙烯。乙炔法按原料來源又可分為電石乙炔法和天然氣乙炔法兩種。電石乙炔法存在嚴重的環保問題，天然氣乙炔法存在流程長、裝置投資大、技術難度大的缺點。而且乙炔法醋酸乙烯中醛類含量高于乙烯法，這類醛類絕對含量雖然不高，但對聚合反應有較大的影響。因此乙炔法只在電石和天然氣資源比較豐富的地區才有一定的競爭力。乙烯氣相法則由于工藝性、經濟性好而占主導地位，產能超過醋酸乙烯總生產能力的85%。因此乙烯氣相法生產醋酸乙烯工藝越來越受到大家的重視。
[0004]專利CN102381966公開了一種醋酸乙烯生產方法。提出在循環氣體中加入惰性氣體的方法來提高氧氣的爆炸極限，擴大反應系統的溫度區域，提高反應系統氧氣濃度，從而降低反應溫度，延長催化劑使用壽命，提高醋酸乙烯的選擇性，降低生產成本，提高醋酸乙
烯產量。
[0005]專利CN1224000公開了一種生產醋酸乙烯的方法。也是從工藝角度提出了降低乙烯損失量，提高醋酸乙烯選擇性、收率的方法。
[0006]專利CN202113842公開了一種合成醋酸乙烯的新型固定床反應器。這種反應器在一定程度上提高了熱交換效率，能夠有效的避免“飛溫”現象的發生，也降低了載熱體的用量，減少了裝置的操作成本。但該方法中，存在加工困難、設備費用高等缺點。
[0007]乙烯氣相法生產醋酸乙烯是放熱反應，反應放出的熱量需及時移走，才能提供一個較好的反應條件，從而達到較高的選擇性和收率。而列管式固定床反應器具有操作方便，反應管內催化劑機械磨損小，移熱速度快等優點，尤其適用于乙烯氣相法生產醋酸乙烯反應體系。近年來，隨著醋酸乙烯生產規模的不斷擴大，反應器直徑不斷增大，均勻、快速移熱問題就成為工程開發的關鍵問題之一。這又歸結為反應器內流體的均勻分布問題。如果流體不能均勻分布、熱量不能及時移走，形成飛溫，造成局部溫度過高，不僅影響催化劑和反應器的利用效率，影響目的產物的選擇性、收率，而且可能會造成反應器的損壞，最終影響裝置的安全運行。
【發明內容】
[0008]本實用新型所要解決的技術問題是以往技術中存在大直徑列管式固定床反應器殼程管間換熱介質流動不均勻，殼程存在較大流動死區，導致反應器存在換熱效率不高，徑向溫度偏大的缺點，從而導致醋酸乙烯的選擇性和收率降低的問題，提供一種用于乙烯氣相法生產醋酸乙烯的反應器。該反應器具有流體分布均勻，流動死區小，熱交換效率高，催化劑利用率高，轉化率高，目的產物醋酸乙烯選擇性好，裝置制造簡單等優點。
[0009]為解決上述問題，本實用新型采用的技術方案如下:用于醋酸乙烯合成的列管式固定床反應器，包括反應器筒體(1)、反應管(2a，2b，2c)、載熱流體進口導流筒(3)、載熱流體出口導流筒(4)、至少兩個環狀折流板(7)和至少一個盤狀折流盤(8)，所述的折流板(7)和折流盤(8)沿反應管(2a，2b，2c)軸向交替排列，折流板(7)和折流盤(8)上開有供反應管(2a，2b，2c)穿過的穿孔(20a，20b，21a，21b)，其中各反應管穿孔(20a，20b，21a，21b)間開旁路孔(24，25);所述反應管(2a，2b，2c)固定在上管板(6)和下管板(5)之間；所述的反應器筒體(1)上部設有原料進料口( 11)，下部設有反應產物出料口( 13)，中部設有載熱流體進口導流筒(3 )、載熱流體出口導流筒(4)，其中載熱流體進口導流筒(3 )位于反應管(2a，2b，2c )下端筒體(1)壁面上，載熱流體進口導流筒(3 )的外側壁面(19 )上設有載熱體入口
[9]，載熱流體入口(9)通過載熱流體進口導流筒(3)以及內側筒體(1)壁面上設置的進口小孔(16)與反應管(2a，2b，2c)之間的間隙相通；載熱流體出口導流筒(4)位于反應管(2a，2b，2c)上端筒體(1)壁面上，載熱流體出口導流筒(4)的外側壁面(23)上設有載熱流體出口(10)，內側筒體(1)壁面上開有出口小孔(17)，載熱體出口(10)通過載熱流體出口導流筒(4)以及內側筒體(1)壁面上設置的出口小孔(17)與反應管之間的間隙相通；所述的上管板(6 )上方進料口( 11)下方設有進料分布器(12 )，下管板(5 )位于出料口( 13 )上方，催化劑裝在反應管(2a，2b，2c)內，催化劑底部和頂部分別裝至少一層惰性瓷球(15a，15b，15c,22a，22b，22c)，反應管下端面設有催化劑支撐裝置(18)。
[0010]上述技術方案中，優選所述環狀折流板(7)的個數比盤狀折流盤(8)的個數多一個。
`[0011]上述技術方案中優選環狀折流板(7)為環形結構，所述的盤狀折流盤(8)為圓形結構。
[0012]上述技術方案中優選所述的折流環(7)和折流盤(8)上的反應管穿孔(20a，20b，21a，21b)正三角形均勻排列。
[0013]上述技術方案中優選所述的折流環(7)和折流盤(8)上各反應管穿孔(20a，20b，21a，21b)間開供載熱流體經過的旁路孔(24，25)，每個反應管穿孔(20a，20b, 21a，21b)周圍均勻分布6個旁路孔(24, 25),旁路孔(24, 25)為圓形、方形、橢圓形中的任意一種。
[0014]上述技術方案中優選所述的旁路孔(24，25)在反應管穿孔(20a，20b，21a，21b)間居中布置，直徑Φ1為廣3_，反應管分布區域旁路孔的開孔率為0.廣1%。折流環(7)上供載熱流體經過的旁路孔(24)區域圓環半徑R1大于折流環半徑R2，Rl/ R2為1.2^1.5。
[0015]上述技術方案中優選所述的折流盤(8)上供載熱流體經過的旁路孔(25)區域半徑R3小于折流盤半徑R4，R3/ R4為0.4^0.8。
[0016]本實用新型的用于乙烯氣相法生產醋酸乙烯的列管式固定床反應器中，折流板、、折流盤、載熱流體進口導流筒、載熱流體出口導流筒等都是為了強化列管式固定床反應器殼程流體的傳熱效果而采用的技術措施，其中傳統的折流板和折流盤能增大殼程流體的湍動程度，提高換熱系數，但是也會造成局部區域流體流動受阻，湍動強度降低，形成流動死區，造成較大的徑向溫差。本實用新型的用于乙烯氣相法生產醋酸乙烯的列管式固定床反應器中，通過在折流板和折流盤上流動死區區域反應管穿孔間設置供載熱流體軸向穿過的旁路孔，能減少殼程流體的流動死區，提高局部區域湍動強度，提高換熱系數，縮小徑向溫差，尤其是高壓飽和水做為載熱流體時，在反應器筒體內換熱后，部分蒸發為水蒸汽而形成氣液兩相流，水蒸汽易在折流板處聚集形成流動死區，影響換熱效果，折流板和折流盤上旁路孔的的設置使得部分水汽混合物一方面沿折流板做徑向流動，一方面沿折流板上的旁路孔做軸向流動，從而減小了流動死區的存在。因而反應器具有流體分布均勻，流動死區小，換熱面積利用率高，傳熱效率高，徑向溫差小等優點。在同一徑向截面上流體分布的均勻度最大偏差為4.5%，取得了較好的技術效果。
【專利附圖】
【附圖說明】[0017]圖1是本實用新型列管式固定床反應器示意圖；
[0018]圖2是本實用新型載熱流體進口導流筒(3)的A-A方向俯視圖；
[0019]圖3是本實用新型載熱流體進口導流筒(3)的C-C方向剖面圖；
[0020]圖4是本實用新型載熱流體出口導流筒(4)的B-B方向俯視圖；
[0021]圖5是本實用新型載熱流體出口導流筒(4)的D-D方向剖面圖；
[0022]圖6是本實用新型的折流環(7)的正視圖；
[0023]圖7是本實用新型的折流環(7)的俯視圖；
[0024]圖8是本實用新型的折流盤(8)的正視圖；
[0025]圖9是本實用新型的折流盤(8)的俯視圖；
[0026]在圖1中，1為反應器筒體；2為反應管；3為載熱流體進口導流筒；4為載熱流體出口導流筒；5為下管板；6為上管板；7為折流板；8為折流盤；9為載熱體入口 ；10為載熱體出口 ；11為進料口 ； 12為進料分布器；13為出料口 ； 14為催化劑卸出口 ； 15為反應管底部惰性瓷球；16為進口小孔；17為出口小孔；20為折流板穿孔；21為折流盤穿孔；22為反應管頂部惰性瓷球。反應列管未全部示出，僅以三根反應管2a、2b、2c為代表。
[0027]在圖2中，19為載熱流體進口導流筒(3)的外側壁面，箭頭表示流體流動方向。
[0028]在圖3中，18為催化劑支撐彈簧或者格柵。
[0029]在圖4中，23為載熱流體出口導流筒(4)的外側壁面，箭頭表示流體流動方向。
[0030]在圖7中，24為折流板(7)上的芳路孔，R1為芳路孔區域內環半徑，R2為折流板內環半徑。
[0031]在圖9中，25為折流盤(8)上的芳路孔，R3為芳路孔區域半徑，R4為折流盤半徑。
[0032]下面通過實施例對本實用新型作進一步的闡述，但不僅限于本實施例。
【具體實施方式】
[0033]【實施例1】
[0034]按圖1，列管式固定床反應器內徑為3800mm。載熱流體為高壓飽和水，折流板2個，折流盤1個，反應管最下端設置環狀折流板，折流板和折流盤沿反應管軸向交叉排列，旁路孔 Φ 1 為 2mm，Rl 為 1400mm，R2 為 1000mm，R3 為 680mm，R4 為 1580mm ;載熱流體進口導流筒高800臟，寬度為150臟，內側筒體壁面上進口小孔20個，直徑70mm ;載熱流體出口導流筒高1000mm，寬度為150mm，內側筒體壁面上出口小孔20個，直徑80mm ;反應管內催化劑頂部和底部各裝一層直徑3_瓷球，高150_，催化劑支撐裝置為彈簧支撐。在以上結構參數下，按本實用新型對乙烯氣相法生產醋酸乙烯的列管式固定床反應器進行設計，可以得到較理想的殼程流體流動效果。按本實用新型方法設計的列管式固定床反應器，其徑向截面上流體流動的均勻度最大偏差為4.5%。
[0035]【實施例2】
[0036]按圖1,列管式固定床反應器內徑為4500mm。載熱流體為高壓飽和水,折流板3個，折流盤2個，反應管最下端設置環狀折流板，折流板和折流盤沿反應管軸向交叉排列，旁路孔 Φ 1 為 3mm，R1 為 1500mm，R2 為 1250mm，R3 為 1000mm，R4 為 1800mm ;載熱流體進口導流筒高900mm，寬度為150mm，內側筒體壁面上進口小孔22個，直徑140mm ;載熱流體出口導流筒高1100mm，寬度為150mm，內側筒體壁面上出口小孔22個，直徑150mm ;反應管內催化劑頂部和底部各裝一層直徑3mm瓷球，高100mm，催化劑支撐裝置為彈簧支撐。在以上結構參數下，按本實用新型對乙烯氣相法生產醋酸乙烯的列管式固定床反應器進行設計，可以得到較理想的殼程流體流動效果。按本實用新型方法設計的列管式固定床反應器，其徑向截面上流體流動的均勻度最大偏差為5.3%。
[0037]【實施例3】
[0038]按圖1,列管式固定床反應器內徑為5500mm。載熱流體為高壓飽和水,折流板2個，折流盤1個，反應管最下端設置環狀折流板，折流板和折流盤沿反應管軸向交叉排列，旁路孔 Φ 1 為 lmm, R1 為 2250mm，R2 為 1500mm，R3 為 1800mm，R4 為 2300mm ;載熱流體進口導流筒高1100mm，寬度為200mm，內側筒體壁面上進口小孔28個，直徑110mm ;載熱流體出口導流筒高1200mm，寬度為200mm，內側筒體壁面上出口小孔28個，直徑130mm ;反應管內催化劑頂部和底部各裝一層直徑3mm瓷球，高200mm，催化劑支撐裝置為彈簧支撐。在以上結構參數下，按本實用新型對乙烯氣相法生產醋酸乙烯的列管式固定床反應器進行設計，可以得到較理想的殼程流體流動效果。按本實用新型方法設計的列管式固定床反應器，其徑向截面上流體流動的均勻度最大偏差為5.9%。
[0039]【比較例1】
[0040]列管式固定床反應器內徑為3800mm。與實施例1唯一不同的是折流板上不開旁路孔，高壓飽和水通過入口管直接進入反應器，并通過出口管直接流出反應器，其他結構參數不變。在所有條件均與實施例1相同的條件下，其徑向截面上流體流動的均勻度最大偏差為 6.5%。
[0041]【比較例2】
[0042]列管式固定床反應器內徑為4500mm。與實施例2唯一不同的是折流板上不開旁路孔，高壓飽和水通過入口管直接進入反應器，并通過出口管直接流出反應器，其他結構參數不變。在所有條件均與實施例2相同的條件下，其徑向截面上流體流動的均勻度最大偏差為 6.9%。
[0043]【比較例3】[0044]列管式固定床反應器內徑為5500mm。與實施例3唯一不同的是折流板上不開旁路孔，高壓飽和水通過入口管直接進入反應器，并通過出口管直接流出反應器，其他結構參數不變。在所有條件均與實施例3相同的條件下，其徑向截面上流體流動的均勻度最大偏差為 7.5%。
【權利要求】
1.用于醋酸乙烯合成的列管式固定床反應器，包括反應器筒體(1)、反應管(2a，2b，2c)、載熱流體進口導流筒(3)、載熱流體出口導流筒(4)、至少兩個環狀折流板(7)和至少一個盤狀折流盤(8 )，所述的折流板(7 )和折流盤(8 )沿反應管(2a，2b，2c )軸向交替排列，折流板(7)和折流盤(8)上開有供反應管(2a，2b，2c)穿過的穿孔(20a，20b，21a，21b)，其中各反應管穿孔(20a，20b，21a，21b)間開旁路孔(24，25);所述反應管(2a，2b，2c)固定在上管板(6)和下管板(5)之間；所述的反應器筒體(1)上部設有原料進料口(11)，下部設有反應產物出料口( 13 )，中部設有載熱流體進口導流筒(3 )、載熱流體出口導流筒(4)，其中載熱流體進口導流筒(3 )位于反應管(2a，2b，2c )下端筒體(1)壁面上，載熱流體進口導流筒(3)的外側壁面(19)上設有載熱體入口(9)，載熱流體入口(9)通過載熱流體進口導流筒(3)以及內側筒體(1)壁面上設置的進口小孔(16)與反應管(2a，2b，2c)之間的間隙相通；載熱流體出口導流筒(4)位于反應管(2a，2b, 2c)上端筒體(1)壁面上，載熱流體出口導流筒(4)的外側壁面(23)上設有載熱流體出口(10)，內側筒體(1)壁面上開有出口小孔(17)，載熱體出口(10)通過載熱流體出口導流筒(4)以及內側筒體(1)壁面上設置的出口小孔(17)與反應管之間的間隙相通；所述的上管板(6)上方進料口(11)下方設有進料分布器(12)，下管板(5)位于出料口(13)上方，催化劑裝在反應管(2a，2b，2c)內，催化劑底部和頂部分別裝至少一層惰性瓷球(15a, 15b，15c，22a，22b，22c)，反應管下端面設有催化劑支撐裝置(18)。
2.根據權利要求1所述的列管式固定床反應器，其特征在于所述環狀折流板(7)的個數比盤狀折流盤(8)的個數多一個。
3.根據權利要求2所述的一種用于醋酸乙烯的列管式固定床反應器，其特征在于所述的環狀折流板(7)為環形結構，所述的盤狀折流盤(8)為圓形結構。
4.根據權利要求2所述的列管式固定床反應器，其特征在于所述的折流環(7)和折流盤(8)上的反應管穿孔(20a，20b，21a，21b)正三角形均勻排列。
5.根據權利要求2所述的列管式固定床反應器，其特征在于所述的折流環(7)和折流盤(8)上各反應管穿孔(20a，20b, 21a，21b)間開供載熱流體經過的旁路孔(24，25)，每個反應管穿孔(20a，20b, 21a，21b)周圍均勻分布6個旁路孔(24，25)，旁路孔(24，25)為圓形、方形、橢圓形中的任意一種。
6.根據權利要求5所述的列管式固定床反應器，其特征在于所述的旁路孔(24，25)在反應管穿孔(20a, 20b, 21a, 21b)間居中布置，直徑Φ1為3mm,反應管分布區域旁路孔的開孔率為0.1~1%。
7.根據權利要求5所述的列管式固定床反應器，其特征在于所述的折流環(7)上供載熱流體經過的旁路孔(24)區域圓環半徑R1大于折流環半徑R2，R1/ R2為1.2~1.5。
8.根據權利要求5所述的列管式固定床反應器，其特征在于所述的折流盤(8)上供載熱流體經過的旁路孔(25)區域半徑R3小于折流盤半徑R4，R3/ R4為0.4^0.8。
【文檔編號】C07C67/05GK203494494SQ201320587303
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月24日 優先權日:2013年9月24日
【發明者】王莉, 鐘思青, 俞志楠, 李曉紅 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院