用于醋酸乙烯合成的列管式固定床反应器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及用于醋酸乙烯合成的列管式固定床反应器，主要解决随着醋酸乙烯生产规模的扩大，大型反应器的直径不断增大，而导致反应器内换热介质流动的不均匀程度增加，径向温差偏大，最终导致目的产物醋酸乙烯选择性和收率降低的问题。本实用新型通过采用列管式固定床反应器，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），其中折流板（7）和折流盘（8）上各反应管穿孔（20a，20b，21a，21b）间开旁路孔（24，25）的技术方案，较好的解决了该问题，可用于乙烯气相法生产醋酸乙烯的工业生产中。
【专利说明】用于醋酸乙烯合成的列管式固定床反应器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及用于醋酸乙烯合成的列管式固定床反应器。具体地说，涉及一种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】
[0002]醋酸乙烯(又名醋酸乙烯酯或乙酸乙烯酯)是一种具有广泛应用价值的有机化工原料，通过自身聚合或与其它单体共聚，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)等产品。这些产品的用途十分广泛，一般可用于粘接剂，纸张或织物的上胶剂、油漆、墨水、皮革加工、乳化剂、水溶性膜、土壤改良剂等。醋酸乙烯作为中间体，随着聚乙烯醇非纤维领域应用的拓展，使得醋酸乙烯的需要不断提高。预计未来我国醋酸乙烯的需求量将以8%的速度增长。
[0003]目前，醋酸乙烯主要生产工艺路线是乙烯法和乙炔法。乙烯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。乙炔法按原料来源又可分为电石乙炔法和天然气乙炔法两种。电石乙炔法存在严重的环保问题，天然气乙炔法存在流程长、装置投资大、技术难度大的缺点。而且乙炔法醋酸乙烯中醛类含量高于乙烯法，这类醛类绝对含量虽然不高，但对聚合反应有较大的影响。因此乙炔法只在电石和天然气资源比较丰富的地区才有一定的竞争力。乙烯气相法则由于工艺性、经济性好而占主导地位，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。
[0004]专利CN102381966公开了一种醋酸乙烯生产方法。提出在循环气体中加入惰性气体的方法来提高氧气的爆炸极限，扩大反应系统的温度区域，提高反应系统氧气浓度，从而降低反应温度，延长催化剂使用寿命，提高醋酸乙烯的选择性，降低生产成本，提高醋酸乙
烯产量。
[0005]专利CN1224000公开了一种生产醋酸乙烯的方法。也是从工艺角度提出了降低乙烯损失量，提高醋酸乙烯选择性、收率的方法。
[0006]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。
[0007]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。
【发明内容】
[0008]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，壳程存在较大流动死区，导致反应器存在换热效率不高，径向温度偏大的缺点，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反应器。该反应器具有流体分布均匀，流动死区小，热交换效率高，催化剂利用率高，转化率高，目的产物醋酸乙烯选择性好，装置制造简单等优点。
[0009]为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案如下:用于醋酸乙烯合成的列管式固定床反应器，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)，所述的折流板(7)和折流盘(8)沿反应管(2a，2b，2c)轴向交替排列，折流板(7)和折流盘(8)上开有供反应管(2a，2b，2c)穿过的穿孔(20a，20b，21a，21b)，其中各反应管穿孔(20a，20b，21a，21b)间开旁路孔(24，25);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
[9]，载热流体入口(9)通过载热流体进口导流筒(3)以及内侧筒体(1)壁面上设置的进口小孔(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(10)，内侧筒体(1)壁面上开有出口小孔(17)，载热体出口(10)通过载热流体出口导流筒(4)以及内侧筒体(1)壁面上设置的出口小孔(17)与反应管之间的间隙相通；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，催化剂底部和顶部分别装至少一层惰性瓷球(15a，15b，15c,22a，22b，22c)，反应管下端面设有催化剂支撑装置(18)。
[0010]上述技术方案中，优选所述环状折流板(7)的个数比盘状折流盘(8)的个数多一个。
`[0011]上述技术方案中优选环状折流板(7)为环形结构，所述的盘状折流盘(8)为圆形结构。
[0012]上述技术方案中优选所述的折流环(7)和折流盘(8)上的反应管穿孔(20a，20b，21a，21b)正三角形均匀排列。
[0013]上述技术方案中优选所述的折流环(7)和折流盘(8)上各反应管穿孔(20a，20b，21a，21b)间开供载热流体经过的旁路孔(24，25)，每个反应管穿孔(20a，20b, 21a，21b)周围均匀分布6个旁路孔(24, 25),旁路孔(24, 25)为圆形、方形、椭圆形中的任意一种。
[0014]上述技术方案中优选所述的旁路孔(24，25)在反应管穿孔(20a，20b，21a，21b)间居中布置，直径Φ1为广3_，反应管分布区域旁路孔的开孔率为0.广1%。折流环(7)上供载热流体经过的旁路孔(24)区域圆环半径R1大于折流环半径R2，Rl/ R2为1.2^1.5。
[0015]上述技术方案中优选所述的折流盘(8)上供载热流体经过的旁路孔(25)区域半径R3小于折流盘半径R4，R3/ R4为0.4^0.8。
[0016]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，折流板、、折流盘、载热流体进口导流筒、载热流体出口导流筒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，其中传统的折流板和折流盘能增大壳程流体的湍动程度，提高换热系数，但是也会造成局部区域流体流动受阻，湍动强度降低，形成流动死区，造成较大的径向温差。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，通过在折流板和折流盘上流动死区区域反应管穿孔间设置供载热流体轴向穿过的旁路孔，能减少壳程流体的流动死区，提高局部区域湍动强度，提高换热系数，缩小径向温差，尤其是高压饱和水做为载热流体时，在反应器筒体内换热后，部分蒸发为水蒸汽而形成气液两相流，水蒸汽易在折流板处聚集形成流动死区，影响换热效果，折流板和折流盘上旁路孔的的设置使得部分水汽混合物一方面沿折流板做径向流动，一方面沿折流板上的旁路孔做轴向流动，从而减小了流动死区的存在。因而反应器具有流体分布均匀，流动死区小，换热面积利用率高，传热效率高，径向温差小等优点。在同一径向截面上流体分布的均匀度最大偏差为4.5%，取得了较好的技术效果。
【专利附图】
【附图说明】[0017]图1是本实用新型列管式固定床反应器示意图；
[0018]图2是本实用新型载热流体进口导流筒(3)的A-A方向俯视图；
[0019]图3是本实用新型载热流体进口导流筒(3)的C-C方向剖面图；
[0020]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；
[0021]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；
[0022]图6是本实用新型的折流环(7)的正视图；
[0023]图7是本实用新型的折流环(7)的俯视图；
[0024]图8是本实用新型的折流盘(8)的正视图；
[0025]图9是本实用新型的折流盘(8)的俯视图；
[0026]在图1中，1为反应器筒体；2为反应管；3为载热流体进口导流筒；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为进口小孔；17为出口小孔；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。
[0027]在图2中，19为载热流体进口导流筒(3)的外侧壁面，箭头表示流体流动方向。
[0028]在图3中，18为催化剂支撑弹簧或者格栅。
[0029]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。
[0030]在图7中，24为折流板(7)上的芳路孔，R1为芳路孔区域内环半径，R2为折流板内环半径。
[0031]在图9中，25为折流盘(8)上的芳路孔，R3为芳路孔区域半径，R4为折流盘半径。
[0032]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】
[0033]【实施例1】
[0034]按图1，列管式固定床反应器内径为3800mm。载热流体为高压饱和水，折流板2个，折流盘1个，反应管最下端设置环状折流板，折流板和折流盘沿反应管轴向交叉排列，旁路孔 Φ 1 为 2mm，Rl 为 1400mm，R2 为 1000mm，R3 为 680mm，R4 为 1580mm ;载热流体进口导流筒高800臟，宽度为150臟，内侧筒体壁面上进口小孔20个，直径70mm ;载热流体出口导流筒高1000mm，宽度为150mm，内侧筒体壁面上出口小孔20个，直径80mm ;反应管内催化剂顶部和底部各装一层直径3_瓷球，高150_，催化剂支撑装置为弹簧支撑。在以上结构参数下，按本实用新型对乙烯气相法生产醋酸乙烯的列管式固定床反应器进行设计，可以得到较理想的壳程流体流动效果。按本实用新型方法设计的列管式固定床反应器，其径向截面上流体流动的均匀度最大偏差为4.5%。
[0035]【实施例2】
[0036]按图1,列管式固定床反应器内径为4500mm。载热流体为高压饱和水,折流板3个，折流盘2个，反应管最下端设置环状折流板，折流板和折流盘沿反应管轴向交叉排列，旁路孔 Φ 1 为 3mm，R1 为 1500mm，R2 为 1250mm，R3 为 1000mm，R4 为 1800mm ;载热流体进口导流筒高900mm，宽度为150mm，内侧筒体壁面上进口小孔22个，直径140mm ;载热流体出口导流筒高1100mm，宽度为150mm，内侧筒体壁面上出口小孔22个，直径150mm ;反应管内催化剂顶部和底部各装一层直径3mm瓷球，高100mm，催化剂支撑装置为弹簧支撑。在以上结构参数下，按本实用新型对乙烯气相法生产醋酸乙烯的列管式固定床反应器进行设计，可以得到较理想的壳程流体流动效果。按本实用新型方法设计的列管式固定床反应器，其径向截面上流体流动的均匀度最大偏差为5.3%。
[0037]【实施例3】
[0038]按图1,列管式固定床反应器内径为5500mm。载热流体为高压饱和水,折流板2个，折流盘1个，反应管最下端设置环状折流板，折流板和折流盘沿反应管轴向交叉排列，旁路孔 Φ 1 为 lmm, R1 为 2250mm，R2 为 1500mm，R3 为 1800mm，R4 为 2300mm ;载热流体进口导流筒高1100mm，宽度为200mm，内侧筒体壁面上进口小孔28个，直径110mm ;载热流体出口导流筒高1200mm，宽度为200mm，内侧筒体壁面上出口小孔28个，直径130mm ;反应管内催化剂顶部和底部各装一层直径3mm瓷球，高200mm，催化剂支撑装置为弹簧支撑。在以上结构参数下，按本实用新型对乙烯气相法生产醋酸乙烯的列管式固定床反应器进行设计，可以得到较理想的壳程流体流动效果。按本实用新型方法设计的列管式固定床反应器，其径向截面上流体流动的均匀度最大偏差为5.9%。
[0039]【比较例1】
[0040]列管式固定床反应器内径为3800mm。与实施例1唯一不同的是折流板上不开旁路孔，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，其径向截面上流体流动的均匀度最大偏差为 6.5%。
[0041]【比较例2】
[0042]列管式固定床反应器内径为4500mm。与实施例2唯一不同的是折流板上不开旁路孔，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，其径向截面上流体流动的均匀度最大偏差为 6.9%。
[0043]【比较例3】[0044]列管式固定床反应器内径为5500mm。与实施例3唯一不同的是折流板上不开旁路孔，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，其径向截面上流体流动的均匀度最大偏差为 7.5%。
【权利要求】
1.用于醋酸乙烯合成的列管式固定床反应器，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 )，所述的折流板(7 )和折流盘(8 )沿反应管(2a，2b，2c )轴向交替排列，折流板(7)和折流盘(8)上开有供反应管(2a，2b，2c)穿过的穿孔(20a，20b，21a，21b)，其中各反应管穿孔(20a，20b，21a，21b)间开旁路孔(24，25);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(9)，载热流体入口(9)通过载热流体进口导流筒(3)以及内侧筒体(1)壁面上设置的进口小孔(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(10)，内侧筒体(1)壁面上开有出口小孔(17)，载热体出口(10)通过载热流体出口导流筒(4)以及内侧筒体(1)壁面上设置的出口小孔(17)与反应管之间的间隙相通；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，催化剂底部和顶部分别装至少一层惰性瓷球(15a, 15b，15c，22a，22b，22c)，反应管下端面设有催化剂支撑装置(18)。
2.根据权利要求1所述的列管式固定床反应器，其特征在于所述环状折流板(7)的个数比盘状折流盘(8)的个数多一个。
3.根据权利要求2所述的一种用于醋酸乙烯的列管式固定床反应器，其特征在于所述的环状折流板(7)为环形结构，所述的盘状折流盘(8)为圆形结构。
4.根据权利要求2所述的列管式固定床反应器，其特征在于所述的折流环(7)和折流盘(8)上的反应管穿孔(20a，20b，21a，21b)正三角形均匀排列。
5.根据权利要求2所述的列管式固定床反应器，其特征在于所述的折流环(7)和折流盘(8)上各反应管穿孔(20a，20b, 21a，21b)间开供载热流体经过的旁路孔(24，25)，每个反应管穿孔(20a，20b, 21a，21b)周围均匀分布6个旁路孔(24，25)，旁路孔(24，25)为圆形、方形、椭圆形中的任意一种。
6.根据权利要求5所述的列管式固定床反应器，其特征在于所述的旁路孔(24，25)在反应管穿孔(20a, 20b, 21a, 21b)间居中布置，直径Φ1为3mm,反应管分布区域旁路孔的开孔率为0.1~1%。
7.根据权利要求5所述的列管式固定床反应器，其特征在于所述的折流环(7)上供载热流体经过的旁路孔(24)区域圆环半径R1大于折流环半径R2，R1/ R2为1.2~1.5。
8.根据权利要求5所述的列管式固定床反应器，其特征在于所述的折流盘(8)上供载热流体经过的旁路孔(25)区域半径R3小于折流盘半径R4，R3/ R4为0.4^0.8。
【文档编号】C07C67/05GK203494494SQ201320587303
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】王莉, 钟思青, 俞志楠, 李晓红 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院