一种具有两级高效换热的甲醛氧化器的制作方法

本发明涉及一种化工生产装置，尤其是涉及一种具有两级高效换热的甲醛氧化器。

背景技术：

工业甲醛的生产方法包括银法和铁钼法，而前者由于其投资少、动力消耗低、生产成本低的优势在国内甲醛生产中占据主导地位。银法生产甲醛的基本流程为：甲醇气体、空气和配料蒸汽混合后进入反应器，在银催化剂的作用下，混合气发生反应，生成甲醛气体。由于甲醛在高温下容易分解，降低甲醛收率，因此气体产物必须尽快冷却，冷却后的甲醛气体进入吸收塔被吸收液吸收进而产生热，为了保证生产的继续进行，这部分的低品质热必须移走。

现阶段的甲醛氧化器分为两段式甲醛氧化器和三段式甲醛氧化器，例如“新型甲醛氧化反应器的设计”一文中对上述两种氧化器进行了较为详细的介绍。但是无论两段式甲醛氧化器还是三段式甲醛氧化器，其在冷却段均是采用甲醛气走管程、而冷却水走壳程。但是上述设计的后果具有一下缺陷：

首先，为了保证换热效率，走管程的甲醛气的质量流量必须控制在一定范围内，当流量超出该范围时，换热效率难以得到保证从而导致副产物甲酸的产生。

其次，受甲醛气质量流量的限制，对于同一个氧化器，其产出能力受限，不能根据需要灵活的调整甲醛产品的产量。

另外，采用冷却水作为换热介质，冷却水容易造成壳程结垢，需要花费大量人力物力用于换热器除垢。

技术实现要素：

针对上述存在的问题和缺陷，本发明提供了一种新型甲醛氧化器，解决了现有甲醛氧化器换热能力差、生产能力受限、容易结垢等缺点。

本发明采用以下技术方案：

一种具有两级高效换热的甲醛氧化器，其包括氧化段和冷却段，在氧化段上具有气体进口，在冷却段上具有气体出口，其特征在于：氧化段产生的甲醛气走冷却段壳程、冷却介质走冷却段管程，冷却段采用两级换热，包括第一级换热和第二级换热，且两级换热采用不同的换热介质。在这里，为保证甲醛气的质量流量可调，我们创造性的将传统的甲醛气走管程、冷却水走壳程的思路进行颠覆，选择将甲醛气走壳程、冷却介质走管程，而为进一步保证在固定的换热面积内提高冷却质量以避免副产物甲酸的产生，我们又创造性的将换热段由一级替换成两级，同时，为保证甲醛气在大的质量流量范围内波动，我们特意选择在两级换热内采用不同的换热介质以最大程度保证在任何质量流量的甲醛气体均能实现较为理想的换热效果。

其中，所述的甲醛氧化器具有两端封闭的外壳体，冷却段具有环形的内壳体，所述内壳体将第一级换热和第二级换热分隔开，并通过内壳体底端的气体连通处实现气体在第一级换热和第二级换热之间的气体连通，所述的气体出口位于冷却段上端；所述的内壳体由陶瓷材料构成。在这里我们对两级换热的设置进行限定，因为该限定可以较好的增加甲醛气的流动路径，以最大程度保证换热效率。而当采用不同的材料制备内壳体时，我们惊奇的发现当其由陶瓷材料制备时，换热效果以及最终的产品最佳，一方面是由于陶瓷的换热能力低于常规金属能一定程度阻止两级换热之间相互影响，但是由于陶瓷具有一定的导热能力，两级换热间的相对较低的换热反而促进了第一级换热能力的增加，从而整体上拉动了整个冷却段的换热能力。

其中，所述的气体连通处为在所述的内壳体底端设置的环形开口或在内壳体底端设置的多个开孔，其中开孔率范围为50-100％，所述的开孔可以选自圆形、半圆形、长条形、格栅形、正方形、三角形。环形开口是最 为常见的连通方式，因为该方式加工相对简单，但是更优选在内壳体底端开孔，其除实现气体在两级换热之间的连通，也能实现气体均布的效果，以更好的实现换热效果。

其中，所述的第一级换热所采用的换热管为竖直的单列或多列蛇形盘管，当选择多列蛇形盘管时，多列盘管之间的距离从中间到两端逐渐变小，所述的第二级换热所采用的换热管为环形盘管。在这里，充分利用了两级换热不同的区域特点，在第一级换热段其为圆柱形，因此选择其为竖直的蛇形盘管，盘管列数可以选择单列或多列，当选择单列时，该盘管优选处于内壳体中央位置，当选择多列盘管时，优选多列盘管之间的距离从中间到两端逐渐变小。而由于第二级换热区域为环形，因此选择第二级换热设备为环形盘管，其围绕内壳体盘绕，因此能最大程度保证换热效果。

其中，所述的内壳体与所述外壳体的直径比为20-80％。为最大程度优化两级换热的最佳换热性能，经模拟计算，优选内壳体与所述外壳体的直径比为20-80％。当低于或超出该值时，其换热性能均不能得到良好的保证。

其中，在所述的氧化段和第一级换热之间设置有气体分布器。设置气体分布器的目的在于保证进入第一级换热的气体能够均匀分配。

其中，在所述的氧化段和第二级换热之间的隔断材料上涂覆有绝热材料，在气体连通处和第二级换热交汇处设置有倾斜设置的气体挡板。涂覆绝热材料的目的在于防止氧化段的高温与第二级换热的低温互相影响。而气体挡板14的存在促进了气体从第一级换热向第二级换热的过渡。

其中，第一级换热采用冷却盐水，第二级换热采用冷却水。当然，虽然限定了两级换热采用不同的换热介质，但是本领域技术人员应该明白，这里所述的“相同”和“不同”不仅指代换热介质的类型，还只代换热介质的温度、浓度等理化性质，例如，第一级换热和第二级换热可以同时为冷却水，只是温度有所差异。当然，作为优选，我们选择第一级换热采用冷却盐水作为冷却介质，第二级换热采用冷却水作为换热介质。

所述的陶瓷的主要成分为氧化铝、氧化硅、氧化钛。

另外，本申请还提供了一种利用上述甲醛氧化器进行甲醛氧化的工艺，其特征在于氧化段生成的甲醛气体在冷却段走壳程，冷却介质在冷却段走 管程。

其中，原料气体从氧化段的气体进口进入氧化段，经催化氧化生产甲醛气体，所述的甲醛气体将气体分布器均匀分布后进入第一级换热后从内壳体末端的气体连通处进入第二级换热，而进行两级换热后的甲醛气体从位于冷却段上端的气体出口排出。

本发明的有益效果是：

首先，颠覆传统的甲醛氧化器甲醛气走管程、冷却介质走壳程，可以实现更好的大范围控制甲醛气的质量流量，不会因为产品的波动替换装置；

其次，采用两级换热最大程度保证了甲醛气的冷却效果，很好的避免了副产物甲酸的产生；

再次，通过将冷却介质，包括冷却水走管程，从而最大程度的降低了结垢的可能性，降低了维护及维修成本。

附图说明

结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1为本发明的甲醛氧化器示意图

图2为图1所示的甲醛氧化器A-A处的截面图

图中，1-外壳体，2-内壳体，3-气体进口，4-气体出口，5-氧化段，6-第二级换热，7-气体分布器，8-蛇形盘管，9-环形盘管，10-气体连通处，11-第一级换热，12-冷却段，13-隔断，14-气体挡板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

现在结合附图和实施例对本发明即进一步详细的说明。该附图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本构造，因此其仅显示与本发明有关的构成。

一种具有两级高效换热的甲醛氧化器，其包括氧化段5和冷却段12，在氧化段上具有气体进口3，在冷却段上具有气体出口4，氧化段产生的甲醛气走冷却段壳程、冷却介质走冷却段管程，冷却段采用两级换热，包括 第一级换热11和第二级换热6，且两级换热采用不同的换热介质，其中，第一级换热采用冷却盐水，第二级换热采用冷却水。甲醛氧化器具有两端封闭的外壳体1，冷却段具有环形的内壳体2，内壳体由氧化铝陶瓷制备而成，内壳体将第一级换热11和第二级换热6分隔开，并通过内壳体底端的气体连通处10实现气体在第一级换热和第二级换热之间的气体连通，而气体出口位于冷却段上端。气体连通处为在所述的内壳体底端设置的环形开口或在内壳体底端设置的多个开孔，其中开孔率范围为80％，开孔为圆形。第一级换热所采用的换热管为五列蛇形盘管8，且列列盘管之间的距离从中间到两端逐渐变小，第二级换热所采用的换热管为环形盘管。内壳体8与外壳体1的直径比为50％。在氧化段5和第一级换热11之间设置有气体分布器7。氧化段5和第二级换热6之间的隔断13上涂覆有绝热材料。在气体连通处10和第二级换热6交汇处设置有倾斜设置的气体挡板14。

另外，一种利用上述甲醛氧化器进行甲醛氧化的工艺，其主要特质在于氧化段生成的甲醛气体在冷却段走壳程，冷却介质在冷却段走管程。原料气体从氧化段5的气体进口3进入氧化段5，经催化氧化生产甲醛气体，甲醛气体经气体分布器7均匀分布后进入第一级换热11后从内壳体2末端的气体连通处10进入第二级换热6，而进行两级换热后的甲醛气体从位于冷却段12上端的气体出口4排出。

以上所述仅为本发明的最佳实施例，并不用于限制本发明。凡在本发明的原则和精神之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。