固体颗粒循环利用的在线清焦装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种固体颗粒循环利用的在线清焦装置，主要解决现有技术中存在的丙烯氨氧化反应气体冷却器列管中聚积的结焦物难以去除，催化剂反应性能降低，装置消耗增加，运行周期缩短的问题。本实用新型通过采用一种在线清焦装置，包括固体颗粒储罐、氨氧化反应气体冷却器、固体颗粒喷射分布器、气固分离器，氨氧化反应气体冷却器包括空心的上封头和布满列管的换热段，在换热段上方设置保护板，在上封头中沿轴向方向安置有至少一个固体颗粒喷射分布器，惰性气体的进口与固体颗粒储罐出口并联后与固体颗粒喷射分布器相连通，冷却器出口设置至少一个气固分离器回收固体颗粒的技术方案，较好地解决了该问题，可用于氨氧化反应在线清焦的工业装置中。
【专利说明】固体颗粒循环利用的在线清焦装置
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种固体颗粒循环利用的在线清焦装置。
【背景技术】
[0002]在丙烯氨氧化生产丙烯腈领域中，由于反应生成的高温反应气体中含有丙烯腈、氢氰酸、丙烯醛等易聚合的化合物，在反应气体冷却过程中容易发生聚合反应，生成的聚合物与流化床反应器带出的催化剂粉尘粘附并聚积在反应气体冷却器列管中，随着运行时间的延长，列管内壁垢层逐渐增加，列管内通道逐渐减小，导致列管不畅，增加管道阻力，当垢层达到一定厚度时，反应系统操作压力明显升高，恶化流化床反应系统的操作状况，降低催化剂的反应性能，使装置消耗增加，运行周期缩短。对于氨氧化生产丙烯腈反应系统冷却器列管中的结焦物，通常只能在一年一度的停车检修期间用高压水枪冲刷予以去除。
[0003]在丙烯腈装置中，反应气体冷却器是一关键设备，其结构是一大型立式列管式换热器，反应气体走管程，壳程通冷却水。其作用是将氨氧化反应器出口的反应气体温度从420 — 450°C冷却至200°C左右。国内丙烯腈装置一般运行6个月左右就因反应气体冷却器列管堵塞，使反应气体冷却器的压降从原来的3 - 5kPa升高到40kPa以上，造成反应系统压力明显升高，导致催化剂的丙烯腈单收下降2个百分点以上，装置消耗明显增加，影响装置的正常运行，直至被迫停车。如果不停车用高压水枪清除冷却器列管中的结焦物，冷却器列管管道阻力将急剧增加，反应系统压力急剧升高，催化剂单收急剧下降，装置消耗急剧增加。
[0004]反应气体冷却器列管的堵塞是丙烯腈装置长周期运行的主要瓶颈，不仅影响丙烯腈装置的整体运行周期，也增加了设备清洗费用和停、开车过程中原料及产品的损失浪费，影响丙烯腈装置的经济效益。因此，发明一种在线清焦装置，及时在线去除丙烯腈装置反应气体冷却器列管内的结焦物，解决反应气体冷却器列管的堵塞问题，具有十分重要的现实意义和经济效益。
[0005]文献CN1657860A介绍了一种立式列管传热设备管外污垢三相流态化在线清洗技术。在壳程底部安装耐老化、容易弯曲变形的软塑料布气软管，布气软管上开设均匀排列的喷气孔，喷出的清洁气体使壳程液体快速上升，带动固体形成剧烈运动、上下自然循环流动的三相流态化清洗液，实现管外污垢在线、快速、均匀的清洗，可以保障设备长期高效运行。该方法用于立式列管传热设备管外污垢的在线清洗，且介质呈液态，而不是介质呈气态的管内污垢的去除。
[0006]文献CN101451797A介绍了一种换热器在线清洗装置。在换热器传热管内装有清洗机构，在流体进出口管上设置换向机构，在流体的推动下，通过换向机构的作用，清洗机构在传热管内往返运动，清洗元件于传热管内壁接触并发生摩擦，不断去除管内污垢或阻止污垢的产生，达到在线清除污垢的目的。该方法在换热管内设置清洗元件，缩小了传热管内流体通道的有效面积，大大增加了换热器列管的阻力，而不是降低换热器的压降。
【发明内容】
[0007]本实用新型所要解决的技术问题是对现有技术中存在的在氨氧化生产丙烯腈反应系统冷却器中，未涉及固体颗粒循环利用的在线清焦装置，造成冷却器列管中粘附和聚积的结焦物难以去除，导致列管管道阻力增加，反应器操作压力升高，反应系统操作状况恶化，催化剂反应性能降低，装置消耗增加，运行周期缩短，固体颗粒不回收造成操作成本增加的问题，提供一种新的固体颗粒循环利用的在线清焦装置。该固体颗粒循环利用的在线清焦装置具有及时在线清除氨氧化反应气体冷却器列管中的结焦物，稳定冷却器列管管道阻力和反应系统的操作压力，稳定催化剂的反应性能，维持装置的消耗水平，延长装置的运行周期，固体颗粒循环使用降低操作成本，列管换热段上方设置的保护板避免固体颗粒对冷却器管板和列管造成冲刷和磨损的优点。
[0008]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下:一种固体颗粒循环利用的在线清焦装置，包括固体颗粒储罐、氨氧化反应气体冷却器、固体颗粒喷射分布器、气固分离器，氨氧化反应气体冷却器包括空心的上封头和布满列管的换热段，在换热段上方设置保护板，在上封头中沿轴向方向安置有至少I个固体颗粒喷射分布器，惰性气体的进口与固体颗粒储罐出口并联后与固体颗粒喷射分布器相连通，冷却器出口设置至少I个气固分离器回收固体颗粒。
[0009]上述技术方案中，优选的技术方案，冷却器上封头中安置的喷射分布器的优选范围为广20个，更优选范围为2飞个；喷射分布器优选方案是多通道型、拉乌尔型、旋流分布型或螺旋喷射型中的至少一种；固体颗粒是氧化硅瓷球、氧化铝瓷球、铁球、铁丝球、铁砂、硅胶球、砂粒、石粒、塑料球中的至少一种；固体颗粒的形状是半球体、圆柱体、多面体、椭圆体或球体中的至少一种；固体颗粒平均直径的优选范围为0.05~10mm，更优选范围为2飞mm ;固体颗粒喷出速度的优选范围为2(Tl50m/s，更优选范围为3(T90m/s，惰性气体是空气、氮气、氦气或二氧化 碳中的至少一种。
[0010]上述技术方案中，在冷却器出口设置的气固分离器的优选范围为2~20个，更优选范围为3飞个，气固分离器是旋风分离器、过滤器、布袋除尘器、惯性分离器中的至少一种。
[0011]上述技术方案中，在氨氧化反应气体冷却器布满列管的换热段上方设置的保护板具有开孔，开孔中心线与各列管中心线重合，保护板开孔直径与列管内径比的优选范围为
0.5~1.2，更优选范围为0.7~0.9。
[0012]上述技术方案中，在气固分离器固体颗粒出口到固体颗粒罐前设置固体颗粒清洗罐以清洗固体颗粒。
[0013]上述技术方案中，固体颗粒喷射分布器在底部或侧面至少一处具有导向孔或导流管；底部导向孔或导流管中心线与分布器垂直轴线夹角的优选范围为0-80°，更优选范围为20~60° ;底部导向孔直径或导向管内径的优选范围为0.5~20mm，更优选范围为2~8mm。所述的固体颗粒喷射分布器侧面具有导向孔或导流管，侧面导向孔或导流管中心线与分布器垂直轴线夹角的优选范围为广90°，更优选范围为10-50° ;侧面导向孔直径或导向管内径的优选范围为1.5~25mm,更优选范围为4~10mm。
[0014]上述技术方案中，与换热段连接端相连的冷却器上封头是圆柱形、圆锥形、圆柱和圆锥组合形中的至少一种；其中圆锥形的锥角为30-120°。
[0015]上述技术方案中，喷射分布器的设置以使冷却器每根列管中的喷射固体量均匀为佳，固体颗粒沿冷却器列管轴向方向喷出，固体颗粒的化学组成对反应系统、成品质量无影响，可回收处理或循环使用。氨氧化反应系统的在线清焦装置为间隙操作，可根据反应气体冷却器压降变化情况确定在线清焦的频次。
[0016]由于本实用新型的固体颗粒循环利用的在线清焦装置，采用与氨氧化反应气体呈惰性的气体作动力，将一定直径的固体颗粒输送到喷射分布器，在喷射分布器的喷射下固体颗粒以一定的喷出速度分布到氨氧化反应气体冷却器的每根列管中，固体颗粒喷射分布均匀，及时在线去除冷却器列管中的结焦物，稳定了冷却器列管管道阻力和反应系统的操作压力，稳定了催化剂的反应性能，维持了装置的消耗水平，延长了装置的运行周期，在冷却器出口设置气固分离器回收固体颗粒并循环使用，降低了操作成本，在列管换热段上方设置保护板避免了固体颗粒对冷却器管板和列管造成的冲刷和磨损。
[0017]本实用新型不仅适用于氨氧化反应系统冷却器的在线清焦，同样适用于易结焦体系的管道和反应、换热设备的在线清焦。
[0018]采用本实用新型的固体颗粒循环利用的在线清焦装置，在冷却器上封头中安置5个旋流型喷射分布器，开车初期反应气体冷却器的压降为4kPa，以惰性气体氮气为动力，将平均直径为5_的球体状铁球颗粒输送到旋流分布型分布器中，经分布器喷射后固体颗粒以90m/s的喷出速度分布到氨氧化反应气体冷却器的每根列管中，清除了列管中的结焦物，丙烯腈装置连续运行18个月时，冷却器的压降为4.2kPa，稳定了冷却器列管管道阻力和反应系统的操作压力，催化剂的丙烯腈单收保持不变，维持了装置的消耗水平，延长了装置的运行周期，取得了较好的技术效果，在冷却器出口设置5个旋风分离器，固体颗粒的回收率达到99%，回收的固体颗粒经固体颗粒清洗罐清洗后循环到固体颗粒罐中循环使用，降低了操作成本，换热段列管上方设置的保护板开孔直径与列管内径比为1.2，冷却器管板和列管无冲刷和磨损，取得了较好的技术效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的固体颗粒循环利用的在线清焦装置示意图。
[0020]图1中I为惰性气体进口，2为固体颗粒储罐，3为固体颗粒储罐出口，4为输送管路，5为冷却器上封头，6为喷射分布器，7为冷却器列管，8为氨氧化反应系统冷却器，9为冷却器出口，10为气固分离器，11为气固分离器固体颗粒出口。
[0021]本实用新型的固体颗粒循环利用的在线清焦装置工艺过程如下:从固体颗粒储罐2来的固体颗粒，在惰性气体进口 I的动力作用下，从固体颗粒储罐出口 3经输送管路4进入氨氧化反应系统冷却器8上封头5中安置的喷射分布器6中，喷射后固体颗粒分散并分布到冷却器列管7中，从冷却器出口 9进入气固分离器10，固体颗粒从气固分离器固体颗粒出口 11经固体颗粒清洗罐(图1中未画出)清洗后循环到固体颗粒罐中循环使用。
[0022]下面通过实施例对本实用新型作进一步的阐述。
【具体实施方式】
[0023]【比较例I】
[0024]氨氧化生产丙烯腈装置开车初期无在线清焦的反应气体冷却器的压降为4kPa，装置连续运行6个月时，反应气体冷却器的压降升高到40kPa，催化剂的丙烯腈单收下降2%。[0025]【比较例2】
[0026]氨氧化生产丙烯腈装置开车初期无在线清焦的反应气体冷却器的压降为4kPa，装置连续运行10个月时，反应气体冷却器的压降升高到65kPa，催化剂的丙烯腈单收下降
3.8%。
[0027]【实施例1】
[0028]采用本实用新型的固体颗粒循环利用的在线清焦装置，在冷却器上封头中安置5个旋流型喷射分布器，开车初期反应气体冷却器的压降为4kPa，以惰性气体氮气为动力，将平均直径为5_的球体状铁球颗粒输送到旋流分布型分布器中，经分布器喷射后固体颗粒以90m/s的喷出速度分布到氨氧化反应气体冷却器的每根列管中，清除了列管中的结焦物，丙烯腈装置连续运行18个月时，冷却器的压降为4.2kPa，稳定了冷却器列管管道阻力和反应系统的操作压力，催化剂的丙烯腈单收保持不变，维持了装置的消耗水平，延长了装置的运行周期，取得了较好的技术效果，在冷却器出口设置5个旋风分离器，固体颗粒的回收率达到99%，回收的固体颗粒经固体颗粒清洗罐清洗后循环到固体颗粒罐中循环使用，降低了操作成本，换热段列管上方设置的保护板开孔直径与列管内径比为1.2，冷却器管板和列管无冲刷和磨损，取得了较好的技术效果。
[0029]【实施例2~9】[0030]按实施例1的各条件与步骤操作，只是改变惰性气体的种类、固体颗粒的平均直径、固体颗粒的种类、固体颗粒的形状、固体颗粒的喷出速度、分布器的类型、安置个数、气固分离器的种类和数量、保护板开孔直径与列管内径比等操作条件，具体工艺操作条件及装置运行后反应气体冷却器的压降、催化剂的丙烯腈单收变化情况、装置运行周期、冷却器管板和列管冲刷和磨损情况等结果见表1、表2。
[0031]【实施例10】
[0032]采用本实用新型的固体颗粒循环利用的在线清焦装置，在冷却器上封头中安置2个固体颗粒喷射分布器，喷射分布器的底部导流管中心线与分布器垂直轴线呈60°夹角，导流管内径为8mm，侧面导流管中心线与分布器垂直轴线呈10°夹角，导流管内径为10mm，与换热段连接端相连的冷却器上封头是圆柱形。以惰性气体氮气为动力，将平均直径为5_的球体状铁球颗粒输送到分布器中，经分布器喷射后固体颗粒以90m/s的喷出速度均匀分布到氨氧化反应气体冷却器的每根列管中，固体颗粒喷射通畅，分布均匀，清除了列管中的结焦物，丙烯腈装置连续运行18个月时，冷却器的压降为4.2 kPa，稳定了冷却器列管管道阻力和反应系统的操作压力，催化剂的丙烯腈单收保持不变，维持了装置的消耗水平，延长了装置的运行周期，取得了较好的技术效果。在冷却器出口设置3个布袋除尘器，固体颗粒的回收率达到97%，回收的固体颗粒经固体颗粒清洗罐清洗后循环到固体颗粒罐中循环使用，降低了操作成本，换热段列管上方设置的保护板开孔直径与列管内径比为0.9，冷却器管板和列管无冲刷和磨损，取得了较好的技术效果。
[0033]【实施例11】
[0034]采用本实用新型的固体颗粒循环利用的在线清焦装置，在冷却器上封头中安置20个固体颗粒喷射分布器，喷射分布器的底部导流管中心线与分布器垂直轴线呈0°夹角，导流管内径为2mm，侧面导向孔中心线与分布器垂直轴线呈50°夹角，导流管内径为4mm，与换热段连接端相连的冷却器上封头是圆锥形，圆锥形的锥角为30°。开车初期反应气体冷却器的压降为4kPa，以空气为动力，将平均直径为2_的多面体状塑料球输送到固体颗粒喷射分布器中，经分布器喷射后固体颗粒以lm/s的喷出速度分布到氨氧化反应气体冷却器的每根列管中，固体颗粒喷射通畅，分布均匀，清除了列管中的结焦物，丙烯腈装置连续运行12个月时，冷却器的压降为5kPa，稳定了冷却器列管管道阻力和反应系统的操作压力，催化剂的丙烯腈单收下降0.2%，维持了装置的消耗水平，延长了装置的运行周期，取得了较好的技术效果。在冷却器出口设置2个过滤器，固体颗粒的回收率达到96%，回收的固体颗粒经固体颗粒清洗罐清洗后循环到固体颗粒罐中循环使用，降低了操作成本，换热段列管上方设置的保护板开孔直径与列管内径比为0.7，冷却器管板和列管无冲刷和磨损，取得了较好的技术效果。
[0035]【实施例12】
[0036]采用本实用新型的固体颗粒循环利用的在线清焦装置，在冷却器上封头中安置I个固体颗粒喷射分布器，喷射分布器的底部导向孔中心线与分布器垂直轴线呈80°夹角，导向孔直径为0.5mm，侧面导向孔中心线与分布器垂直轴线呈50°夹角，导向孔直径为
1.5mm,与换热段连接端相连的冷却器上封头是圆锥形，圆锥形的锥角为120°。开车初期反应气体冷却器的压降为4kPa，以惰性气体氮气为动力，将平均直径为0.5mm的球体状砂粒输送到固体颗粒喷射分布器中，经分布器喷射后固体颗粒以20m/s的喷出速度分布到氨氧化反应气体冷却器的每根列管中，固体颗粒喷射通畅，分布均匀，清除了列管中的结焦物，丙烯腈装置连续运行17个月时，冷却器的压降为4.2kPa，稳定了冷却器列管管道阻力和反应系统的操作压力，催化剂的丙烯腈，单收保持不变，维持了装置的消耗水平，延长了装置的运行周期，取得了较好的技术效果。在冷却器出口设置20个旋风分离器，固体颗粒的回收率达到99.9%，回收的固体颗粒经固体颗粒清洗罐清洗后循环到固体颗粒罐中循环使用，降低了操作成本，换热段列管上方设置的保护板开孔直径与列管内径比为1.2，冷却器管板和列管无冲刷和磨损，取得了较好的技术效果。
[0037]表1·
[0038]
【权利要求】
1.一种固体颗粒循环利用的在线清焦装置，包括固体颗粒储罐、氨氧化反应气体冷却器、固体颗粒喷射分布器、气固分离器，氨氧化反应气体冷却器包括空心的上封头和布满列管的换热段，在换热段上方设置保护板，在上封头中沿轴向方向安置有至少I个固体颗粒喷射分布器，惰性气体的进口与固体颗粒储罐出口并联后与固体颗粒喷射分布器相连通，冷却器出口设置至少I个气固分离器回收固体颗粒。
2.根据权利要求1所述的固体颗粒循环利用的在线清焦装置，其特征在于在冷却器上封头中安置I?20个喷射分布器，喷射分布器是多通道型、拉乌尔型、旋流分布型或螺旋喷射型中的至少一种；固体颗粒储罐中的固体颗粒是氧化硅瓷球、氧化铝瓷球、铁球、铁丝球、铁砂、硅胶球、砂粒、石粒、塑料球中的一种；固体颗粒的形状是半球体、圆柱体、多面体、椭圆体或球体中的至少一种；固体颗粒的平均直径为0.05?10_。
3.根据权利要求2所述的固体颗粒循环利用的在线清焦装置，其特征在于在冷却器上封头中安置2?5个喷射分布器；固体颗粒的平均直径为2?5_。
4.根据权利要求1所述的固体颗粒循环利用的在线清焦装置，其特征在于在冷却器出口设置2 ?20个气固分离器，气固分离器是旋风分离器、过滤器、布袋除尘器、惯性分离器中的至少一种；气固分离器固体颗粒出口到固体颗粒罐前设置固体颗粒清洗罐。
5.根据权利要求4所述的固体颗粒循环利用的在线清焦装置，其特征在于在冷却器出口设置3?5个气固分离器。
6.根据权利要求1所述的固体颗粒循环利用的在线清焦装置，其特征在于在氨氧化反应气体冷却器布满列管的换热段上方设置的保护板上具有开孔，开孔中心线与各列管中心线重合，保护板的开孔直径与各列管内径的比为0.5?1.2。
7.根据权利要求6所述的固体颗粒循环利用的在线清焦装置，其特征在于保护板的开孔直径与列管内径的比为0.7?0.9。
8.根据权利要求1所述的固体颗粒循环利用的在线清焦装置，其特征在于喷射分布器在底部或侧面至少一处具有导向孔或导流管；底部导向孔或导流管中心线与分布器垂直轴线呈O?80°夹角，导向孔直径或导向管内径为0.5?20mm ;侧面导向孔或导流管中心线与分布器垂直轴线呈I?90°夹角，导向孔直径或导向管内径为1.5?25mm。
9.根据权利要求8所述的固体颗粒循环利用的在线清焦装置，其特征在于所述的固体颗粒喷射分布器底部导向孔或导流管中心线与分布器垂直轴线呈20?60°夹角，导向孔直径或导向管内径为2?8mm ;侧面导向孔或导流管中心线与分布器垂直轴线呈10?50°夹角，导向孔直径或导向管内径为4?10mm。
10.根据权利要求1所述的固体颗粒循环利用的在线清焦装置，其特征在于与换热段连接端相连的冷却器上封头是圆柱形、圆锥形、圆柱和圆锥组合体中的至少一种；其中，圆锥形的锥角为30?120°。
【文档编号】F28G15/00GK203561278SQ201320405923
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年7月9日 优先权日:2013年7月9日
【发明者】顾军民, 张斌 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