一种银法甲醛装置中的甲醇氧化器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种银法甲醛装置中的甲醇氧化器，其特征在于：包括氧化器顶盖、与氧化器顶盖法兰连接的急冷段，以及辅助系统，所述辅助系统包括汽包和循环泵，所述氧化器顶盖与急冷段之间的空间形成催化室，该催化室设有电解银催化剂层；所述急冷段包括设在催化剂层下底部的催化剂层下急冷器、设在急冷段侧面板上的急冷段侧面板冷却器，以及设在催化剂层下急冷器下方的产汽冷却器；催化剂层下急冷器、急冷段侧面板冷却器和产汽冷却器均为内部通以汽包循环热水的管式换热器，其中催化剂层下机冷器通过循环泵强制循环。本实用新型尽可能的减少了管板件高温下损伤，延长了氧化器的实用寿命。
【专利说明】一种银法甲醛装置中的甲醇氧化器
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于化工生产工艺及设备【技术领域】，主要涉及用于银法甲醛生产工艺 装置中的甲醇氧化器。
【背景技术】
[0002] 银法甲醛生产过程中，甲醇混合气体再氧化器中的化学反应主要以下：
[0003] 氧化反应
[0004] CH30H+l/202 - CH2CHH2O (1)
[0005] 脱氢反应
[0006] CH3OH - CH2CHH2 (2)
[0007] 反应过程中的副反应化学方程式：
[0008] CH30H+3/202 - C02+2H20 (3)
[0009] CH3OH - C0+2H20......... (4)
[0010] CH30H+H2 - CH4+H20......... (5)
[0011] CH30H+02 - HCOO H+H20 (6)
[0012] 目前甲醛行业传统氧化器，外形均为立式圆筒形设备，一般从上到下可分为三段： 上段为氧化器顶盖；中段为催化剂室和急冷段的组合；下段可设置冷却段（根据需要设 置）。采用传统型氧化器的技术缺陷：
[0013] a、由于氧化器急冷段采用列管式换热器形式，上管板上面的催化剂层的温度为， 630?650°C，由于上管板和换热管采用奥氏体不锈钢焊接而成，在此温度下，奥氏体不锈 钢处于最最容易损坏的敏化温度，晶格粗大，特别是容易在焊接的热影响区产生晶间腐蚀， 时间长了，就会在上管板的热影响区产生热裂纹，漏水。在氧化器漏水部位，局部温度偏低， 甲醇的氧化反应不充分，造成单耗偏高，补焊后由于焊接热影响区的材质发生变化，会继续 漏水。所以氧化器漏水的管道数量达到换热管的5?10%左右，单耗在450kg甲醛/t甲醛 (37%)，就必须更换氧化器。一般是3年左右更换氧化器。一般氧化器在甲醛装置中费用 占到20%左右。
[0014] b、氧化器的换热管，管板是采用不锈钢的，而壳程为了减少制造成本，一般采用碳 钢材质。在管程里面，由于反应后的气相温度比较高，换热管不锈钢的热膨胀系数（17.9) 又远远大于壳程碳钢的热膨胀系数（11. 3?13)，所以换热管顶起管板的应力很大，经过计 算，一台5万吨氧化器在操作时的热应力达到48吨左右，虽然采用了膨胀节来抵消部分的 热应力，但是热应力存在着，特别是对于管板和换热管部分的热影响区在高温下是致命的 损坏。
[0015] c、对于10万吨及以上的甲醛装置，氧化器有效直径大于Φ2600,中间部分的热量 带走是比较困难的，为了减少管板中间壳程由于带不出热量的弊端，只有采用加大管间距 的方式，但是这时混合气体通过催化剂有效面积减少，氧化器不得不做的很大，造成的结果 是单耗高，产能低。
[0016] d、对于12万吨的甲醛装置，氧化器的有效直径Φ2800,氧化器触媒室直径 Φ 2900,氧化器壳程外径Φ 4000,加上伸出的接管，氧化器的最大运输外径达到Φ 4600,是 运输高度的极限值，所以银法甲醛装置的极限产能，也就是12万吨。
[0017] e、传统型氧化器的致命缺陷：1、氧化器是易损件，3年左右就要更换，费用大；2、 氧化器最大产能只能到12万吨，甲醛装置的大型化受到致命的制约；3、运输过程受限制， 设计到12万吨甲醛装置几乎是最大的了；4、大型氧化器单耗偏高，操作困难。
【发明内容】
[0018] 发明目的：针对上述存在的问题和缺陷，本实用新型提供了一种银法甲醛装置中 的甲醇氧化器，尽量减少管板件高温下损伤，延长了氧化器的实用寿命。
[0019] 技术方案：为实现上述发明目的，本实用新型采用以下技术方案：一种银法甲醛 装置中的甲醇氧化器，其特征在于：包括氧化器顶盖、与氧化器顶盖法兰连接的急冷段，以 及辅助系统，所述辅助系统包括汽包和循环泵，所述氧化器顶盖与急冷段之间的空间形成 催化室，该催化室设有电解银催化剂层；所述急冷段包括设在催化剂层下底部的催化剂层 下急冷器、设在急冷段侧面板上的急冷段侧面板冷却器，以及设在催化剂层下急冷器下方 的产汽冷却器；催化剂层下急冷器、急冷段侧面板冷却器和产汽冷却器均为内部通以汽包 循环热水的管式换热器，其中催化剂层下机冷器通过循环泵强制循环。
[0020] 所述氧化器顶盖外壁横向设有混合气体进口，内部设有截头锥形气体分配器。
[0021] 所述电解银催化剂层厚度为15?20mm。
[0022] 所述催化剂层下急冷器为联排管式换热器，产汽冷却器为多做联排管式换热器， 急冷段侧面板冷却器采用半管换热器。
[0023] 所述催化剂层为多层结构，每层电解银的粒径不同。
[0024] 有益效果：与传统技术相比，本实用新型具有以下优点：
[0025] 1、氧化器采用优质不锈钢换热管在催化剂层下无焊接，所以不存在焊接热影响 区，氧化器使用寿命增加，设计寿命10年左右，氧化器不再是易损件；
[0026] 2、氧化器催化剂层下的联排"热管"通汽包热水，采用强制循环带走反应热，不存 在换热管和壳程之间热应力比较难消除的问题，避开了管板和换热管部分的热影响区在高 温下是致命损坏的难题；
[0027] 3、设备的紧凑化设计，解决了氧化器有效直径太大的问题。现设计20万吨氧化器 急冷段最大运输尺寸：□ 3300长X 3300宽X 3500高；30万吨氧化器急冷段最大运输尺寸： □ 3900长X3900宽X4000高。完全可以实现甲醛装置的大型化；
[0028] 4、由于采用了特殊的结构及设计，产品单耗会更低，按照一般传统型氧化器的单 耗为：445kg甲醇/t甲醛，而新设计的氧化器单耗为：437kg甲醇/t甲醛，每吨37%甲醛水 溶液可以降低单耗8kg;
[0029] 5、氧化器的换热面积增加30%左右，副产蒸汽量会增加20%左右；由于结构的限 制，传统型氧化器的副产蒸汽工作压力一般为〇. 2Mpa，而最新型氧化器副产蒸汽工作压力 可设计为0. 4Mpa，副广蒸汽的品味提1? 了。
【专利附图】
【附图说明】
[0030] 图1为本实用新型所述甲醇氧化器的结构示意图。
[0031] 其中，氧化器顶盖1、催化室2、急冷段3、混合气体进口 4、截头锥形气体分配器5、 催化剂层6、催化剂层下急冷器7、急冷段侧面板冷却器8、产汽冷却器9、气泡10、循环泵 11。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于 说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术 人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0033] 如图1所示，本实用新型所述的银法甲醛装置中的甲醇氧化器，主要包括：氧化器 顶盖、催化室、急冷段和辅助系统，其中急冷段包括催化剂层下急冷器、急冷段侧面板冷却 器、急冷段产汽冷却器；氧化器顶盖通过法兰与急冷段连接，且它们之间的空间就形成催化 室；而辅助系统主要包括循环泵和气泡，用于提供工艺水带走回收热量，并产生副产蒸汽。 以下介绍各部件的用途：
[0034] 氧化器顶盖:氧化器顶盖：氧化器顶盖与催化室急冷段之间采用设备法兰连接， 混合气体从顶盖部位的横向进入，由于顶盖内腔所设置的锥形分配锥的阻挡，使气体呈弧 形从分配锥顶部均匀的进入分配锥，然后均匀的扩散到下面的催化剂层。
[0035] 急冷段和催化室焊接为整体，其中：
[0036] 催化剂室，圆形，内装电解银催化剂层，厚度为15?20_，甲醇混合气体通过催化 剂层发生化学反应，使甲醇氧化反应和脱氢反应生成甲醛，电解银反应温度为620±20°C， 距催化剂上部60?80mm处设置点火电阻丝支撑在一个圆形绝缘支架上，开车时用来点火， 推动初始反应的进行。电解银催化剂按一定比例的粒径大小逐层铺装在催化剂层的铜网上 面，催化剂铺装均匀，边缘铺装采用特殊结构达到紧实，同时为了保证周边的反应充分，设 置隔热层。
[0037] 催化剂层下急冷器，方形，采用联排的"热管"组成，内部通以汽包的循环热水，采 用强制循环迅速带走反应热，使反应气体的温度急冷到300°C以下。
[0038] 急冷段侧面板冷却器,急冷段侧面板冷却器，使侧面板的温度极速降到300°C以 下，减少副反应的产生。
[0039] 急冷段产汽冷却器，方形，采用联排的"热管"组成，和佐汽包连接，形成水/汽 循环系统，通过冷热介质交换，将转化气热量吸收，最终使甲醛气体迅速冷却到170°C以下， 联排"热管"内的脱盐水变成〇. 2?0. 3Mpa的水蒸气，通过汇集,通向件7汽包。
[0040] 本实用新型所述甲醇氧化器的使用方法和操作过程：
[0041] 加热到95?IKTC甲醇混合气体由氧化器顶盖横向进入，碰撞到顶盖内腔所设置 的锥形分配锥，使气体呈弧形从分配锥顶部均匀的进入分配锥，然后均匀的扩散到下面的 催化剂层。
[0042] 然后，甲醇混合气体通过催化剂室，电解银催化剂的厚度为15?20_，甲醇混合 气体通过催化剂层发生化学反应，使甲醇氧化反应和脱氢反应生成甲醛，电解银反应温度 为620±20°C，距催化剂上部60?80mm处设置点火电阻丝支撑在一个圆形绝缘支架上，开 车时用来点火，推动初始反应的进行。
[0043] 控制通过银催化剂层的气体速度的时间，一般控制在0. 007?0. 01s，时间过于 短，反应不充分，时间过于长，则副反应增加；同时控制反应的温度在：620?650°C之间，这 样副反应会减少，甲醛的单耗也会达到最佳水平。
[0044] 由于第2个反应是脱氢反应，而脱氢反应是可逆反应，为防止反应以后的气体 回到甲醇原材料，既使反应的得率达到最佳水平，所以反应完毕的气体必须迅速急冷到 350?400°C左右，这个任务由催化剂层下急冷器（催化剂层下急冷器）来完成。催化剂层 下急冷器通以120?140°C的循环热水（根据气泡设定的蒸汽压力而决定的循环水温度）。 循环热水的强制循环，是通过汽包，循环管道，急冷冷却器循环泵来完成的。
[0045] 经过催化剂层下急冷器的甲醛反应气体，再通过急冷段侧面板冷却器（由N组联 排热管组成），要求通过急冷段侧面板冷却器后的反应气体温度降到120?150°C左右。急 冷段侧面板冷却器上部用急冷段产汽冷却器上升管和汽包相连接，产生的蒸汽通过管道进 入汽包；汽包里的水通过件9 (急冷段产汽冷却器下降管）流向急冷段侧面板冷却器的下 部，这样就产生了自循环，不断的将氧化器内部的反应热带出来。产生的蒸汽压力一般为： 0. 2?0. 4Mpa，此部分蒸汽可用于系统及外供。冷却至120?150°C左右的甲醛气体，通过 反应器出口，流向吸收塔进行进一步冷却和吸收。
[0046] 采用本实用新型后，37%甲醛水溶液的质量指标符合国标（GB/T9009-2011)优 级，甲醛水溶液37%的丰要栺标：
【权利要求】
1. 一种银法甲醛装置中的甲醇氧化器，其特征在于：包括氧化器顶盖、与氧化器顶盖 法兰连接的急冷段，以及辅助系统，所述辅助系统包括汽包和循环泵，所述氧化器顶盖与急 冷段之间的空间形成催化室，该催化室设有电解银催化剂层；所述急冷段包括设在催化剂 层下底部的催化剂层下急冷器、设在急冷段侧面板上的急冷段侧面板冷却器，以及设在催 化剂层下急冷器下方的产汽冷却器；催化剂层下急冷器、急冷段侧面板冷却器和产汽冷却 器均为内部通以汽包循环热水的管式换热器，其中催化剂层下机冷器通过循环泵强制循 环。
2. 根据权利要求1所述银法甲醛装置中的甲醇氧化器，其特征在于：所述氧化器顶盖 外壁横向设有混合气体进口，内部设有截头锥形气体分配器。
3. 根据权利要求1所述银法甲醛装置中的甲醇氧化器，其特征在于：所述电解银催化 剂层厚度为15?20mm。
4. 根据权利要求1所述银法甲醛装置中的甲醇氧化器，其特征在于：所述催化剂层下 急冷器为联排管式换热器，产汽冷却器为多做联排管式换热器，急冷段侧面板冷却器采用 半管换热器。
5. 根据权利要求1所述银法甲醛装置中的甲醇氧化器，其特征在于：所述催化剂层为 多层结构，每层电解银的粒径不同。
【文档编号】C07C45/38GK204159316SQ201420530099
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2014年9月16日
【发明者】叶子茂, 向家勇, 顾以洵, 许引 申请人:江苏凯茂石化科技有限公司