一种醋酸乙烯合成列管式反应器的制作方法

1.本实用新型属于固定床反应器领域，具体涉及一种醋酸乙烯合成列管式反应器。


背景技术：

2.醋酸乙烯是一种重要的有机化工原料，其市场需求日益增大。目前，根据原料来源，醋酸乙烯的合成包括石油乙烯法、天然气乙炔法、电石乙炔法及生物乙烯法，其中电石乙炔法合成醋酸乙烯的反应器分为固定床和流化床两种，流化床生产质量不能满足下游及高端产品使用需要，固定床生产工艺却能有效解决产品质量差、产能低的问题。
3.考虑到电石法生产醋酸乙烯的反应是放热反应，反应过程中所产生的反应热必须及时撤走才能使得温度均衡稳定，进而才能提供比较好的反应条件，从而达到较高的收率。而列管式固定床反应器具有操作方便、反应列管内催化剂机械磨损较小、撤热速度快等优点，因此列管式固定床很适用于电石乙炔法生产醋酸乙烯。
4.随着市场醋酸乙烯需求的不断增大，醋酸乙烯生产规模也随之增大，各生产企业所用反应器直径也在不断增大，反应器载热系统将会要求越来越高。如果载热流体分布不匀，热量不能及时传递或不能及时有效撤走，将导致列管内物料反应不均、影响产能，甚至有极大可能形成飞温，造成局部温度过高，导致催化剂寿命极大缩短，进而影响反应器产能及利用收率，甚至影响装置的安全运行导致出现安全事故。
5.为了解决上述问题，目前主要有以下解决方式：一是通过增大反应器直径、降低反应器高度来缩短载热流体在反应器的停留时间，从而增大换热效果；二是通过在反应器中使用载热流体双进双出或多进多出，从而增大换热效果；三是通过增大反应器中载热流体的流通直径来增大换热效果。尽管以上解决方式能够较大程度地解决反应器因载热流体分布不匀、载热流体流动存在死角、热量传递不及时或不能及时有效撤走的问题，但由此造成了较多的人力、物力、财力上的浪费。
6.因此，需要寻求一种更加妥善、更加经济、更加高效的方法，其可以在最大程度地解决上述存在的问题的同时最大程度地降低人力、物力、财力的支出。


技术实现要素：

7.为了解决现有的醋酸乙烯反应器载热流体分布不匀、载热流体流动存在死角、热量传递不及时或热量不能及时撤走导致反应器飞温现象的问题，从而进一步延长催化剂寿命、提高收率、提高产能，同时为了降低人力、物力、财力的支出，本实用新型提供一种醋酸乙烯合成列管式反应器。
8.本实用新型是通过以下技术方案来实现的：
9.本实用新型提供一种醋酸乙烯合成列管式反应器，所述反应器包括从上至下依次连接的上封头、顶部花板、筒体、底部花板和下封头，所述上封头的顶部设置有物料入口，所述下封头的底部设置有物料出口；所述顶部花板和底部花板之间设置有若干反应列管；所述筒体的下部设置有载热流体入口，所述筒体的上部设置有载热流体出口，所述筒体内部
从下到上依次交替设置有若干第一挡板和若干第二挡板，所述反应列管穿过所述第一挡板和所述第二挡板，所述第二挡板的外沿与所述筒体的内壁之间设置可供载热流体通过的间隙，所述第一挡板设置可供载热流体通过的孔隙，所述第一挡板的孔隙的面积大于或等于所述载热流体入口的管径面积。
10.优选地，上述反应器中，所述第二挡板与反应器内壁形成的间隙的面积大于或等于所述载热流体入口的管径面积。
11.优选地，上述反应器中，所述第一挡板和所述第二挡板与反应列管垂直设置，以利于载热流体各向分布均匀流动，换热均匀、不留死角。
12.优选地，上述反应器中，所述第二挡板的中心处开设有第二中心孔，所述第二中心孔及所述间隙以能有效通过载热流体量为准。所述第二中心孔及所述间隙以能有效通过载热流体量为准是指：所述第二中心孔及第二挡板与所述筒体的内壁之间形成的间隙的总孔隙面积至少等于(即大于或等于)所述载热流体入口的面积。第二中心孔及第二挡板与反应器筒壁间的间隙面积之和应以能有效通过载热流体量为准，即载热流体流通面积应大于等于反应器载热流体入口管径面积。
13.优选地，上述反应器中，所述第一挡板的外沿与所述筒体的内壁之间无间隙接触或固定连接，所述第一挡板的中心处开设有第一中心孔，所述第一中心孔构成所述孔隙。
14.优选地，上述反应器中，所述第一挡板上还开设有n个环形孔(以第一中心孔为圆心)，所述环形孔以所述第一挡板的中心处为圆心，n为1、2或3，例如，所述环形孔包括第一环形孔和第二环形孔，或进一步还有第三环形孔；优选地，所述第一中心孔的面积和所述每个环形孔的面积相等；更优选地，各个所述第一挡板上所述第一中心孔和环形孔的总面积与所述载热流体入口的管径面积之比为(1～2)：1，以减小流通阻力。环形孔不宜开设得太多，原因如下：一是载热流体流动短路，无形之中造成部分死角，导致换热不均；二是挡板环形孔过多，易造成挡板加工困难，增加造价成本。
15.所述第一中心孔、第一环形孔、第二环形孔、第三环形孔.......开孔总面积应以能有效通过载热流体量为准，即载热流体流通面积(第一挡板中心孔、第一环形孔、第二环形孔、第三环形孔.......流通面积)应大于等于反应器载热流体入口管径横截面积。
16.优选地，上述反应器中，除设置于所述载热流体入口上部的第一块所述第一挡板外，其余所述第一挡板上还开设有n个环形孔。
17.优选地，上述反应器中，各个所述第二挡板上所述第二中心孔的面积和所述第二挡板与所述筒体的内壁之间的间隙的面积二者面积和与所述载热流体入口的管径横截面积之比为(1～2)：1，以减小流通阻力。
18.优选地，上述反应器中，所述第二挡板沿所述筒体的内壁进行设置，所述第二挡板的外沿与所述筒体的内壁之间的距离均相等，以确保载热流体流动阻力相等，以免造成部分死角及载热流体流速不匀，导致换热不均。
19.优选地，上述反应器中，所述第一挡板设置于载热流体入口上部的第一块板，所述第一挡板和第二挡板二者交替设置，所述第一挡板的总块数比所述第二挡板的总块数多1块。即从下至上安装顺序为第一挡板—第二挡板—第一挡板—第二挡板—第一挡板
……
，直至最后一块挡板为第一挡板。
20.优选地，上述反应器中，所述第一挡板和第二挡板平分所述顶部花板和底部花板
之间的距离；优选地，相邻的第一挡板和第二挡板的间距或者底部花板和相邻的第一挡板的间距或者顶部花板和相邻的第一挡板的间距与筒体的内径二者之比为(0.2～1)：1。挡板间距过小，不便于制造，阻力也较大；挡板间距过大，液体就难于垂直地流过触媒列管管束表面，使对流传热系数下降。
21.优选地，上述反应器中，所述第一挡板和第二挡板的形状为圆形、方形、扇形或椭圆形，优选为圆形。挡板宜选用圆形，具体需根据反应器筒体进行设计，随反应器筒体形状改变而改变，如选用方形、扇形、椭圆形等。
22.优选地，上述反应器中，所述第一挡板和第二挡板的表面为光滑表面、平面、锯齿面或波纹面；优选为光滑表面；和/或,所述第一挡板和第二挡板的表面设置有凸点、凸条、凹坑或凹槽；优选地，所述第一挡板和第二挡板的表面设置有规则或不规则的凸点或凹坑。挡板表面一般选择光面，以减小载热流体流动阻力，但也可在需要改变流体流动速度、流动转折方向有特殊要求时制作成平面、锯齿面、波纹面等，以上表面可增加凸点、凸条、凹坑、凹槽、规则或不规则的间隔凸点或凹坑面或以上的综合表面等，建议以光滑表面为佳。
23.优选地，上述反应器中，所述第一挡板和第二挡板均与所述反应列管的外壁通过焊接进行固定连接。
24.优选地，上述反应器中，所述第一挡板与所述筒体内壁通过焊接进行固定连接，焊接方式为间隔焊接。间隔焊接能够在第一挡板与所述筒体内壁之间形成可供载热流体通过的空隙，减少第一挡板与所述筒体内壁之间的载热流体死角。
25.优选地，上述反应器中，所述第一挡板和所述第二挡板均与所述反应列管垂直连接。第一挡板和/或第二挡板在反应器筒体内居中设置。
26.优选地，上述反应器中，所述第二中心孔的直径小于第一中心孔的直径，更优选为所述第二中心孔的直径为第一中心孔的直径的10％-60％。
27.优选地，上述反应器中，所述筒体的下部对称设置有多个载热流体入口，所述筒体的上部对称设置有多个载热流体出口，更优选为设置4-8个载热流体入口和载热流体出口。设置多个载热流体多进多出，目的是为了增大换热效果。
28.上述反应器的反应过程如下：
29.反应物料(乙炔和醋酸)从物料入口1先进入反应器的上封头15，再进入两端开口在顶部花板9和底部花板10上的反应列管7的各个管内，反应列管7内装有催化剂；同时，载热流体从载热流体入口3进入，经第一挡板5的第一中心孔11、第一环形孔12和第二环形孔13、第二挡板6的第二中心孔14、第二挡板6与反应器筒体8的内壁之间的间隙上升，对反应列管7内的反应物料进行加热反应，然后从载热流体出口4排出，反应后的产物从物料出口2排出。其中，反应条件为本领域中已知的。
30.本实用新型的技术方案具有如下优点：
31.(1)本实用新型的醋酸乙烯合成列管式反应器，通过在反应器的壳程中设置引导载热流体流动路径的不同结构类型的第一挡板和第二挡板，从而优化了壳程中载热流体的流动方向和路径，增强了载热流体在反应器壳程内部的流动效果，从而解决了反应器因载热流体分布不匀、载热流体流动存在死角、热量传递不及时或不能及时有效撤走的问题；同时由于仅仅需要设计挡板，因此最大程度地降低了人力、物力、财力的支出。
32.(2)本实用新型的醋酸乙烯合成列管式反应器，挡板与反应器触媒列管垂直设置，
能避免载热流体在挡板与反应器内壁之间滞留、出现死角、降低换热效果，进而导致换热不均、撤热不及时等问题出现。
33.(3)本实用新型的醋酸乙烯合成列管式反应器，通过设置第一挡板的总块数比第二挡板的总块数多1块，可以有效改变载热流体的流向，从而增强换热效果。
34.(4)本实用新型的醋酸乙烯合成列管式反应器，第一挡板和第二挡板表面一般选择为光滑表面，以减小载热流体流动阻力，但也可在改变流体流动速度、流动转折方向等方面有特殊要求时，将挡板表面制作成平面、锯齿面、波纹面等，进而表面可增加凸点、凸条、凹坑、凹槽、规则或不规则的间隔凸点或凹坑面或以上的综合表面等，建议以光滑表面为佳。
35.(5)本实用新型的醋酸乙烯合成列管式反应器，第一挡板和第二挡板的载热流体流通面积应大于或等于反应器载热流体入口管径的横截面积，以减小流通阻力、减小停留时间，从而增强换热效果。
36.(6)本实用新型的醋酸乙烯合成列管式反应器，通过第一挡板和第二挡板的交替设置，可以引导壳程中载热流体按照设计路径从第一挡板的中心孔流入再分散流经第二挡板的空隙再汇集流经后续第一挡板的中心孔和环形孔，从而实现筒体内载热流体的汇流-分流-汇流式有序流动，这种流动方式能确保载热流体流经反应列管表面可以充分换热，极大地增强了换热效果。
37.(7)本实用新型的醋酸乙烯合成列管式反应器，通过第一挡板与筒体内壁通过焊接进行固定连接，焊接方式为间隔焊接，有效缓解了第一挡板与筒壁间形成的死角。
附图说明
38.为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中：
39.图1为本实用新型实施例1醋酸乙烯合成列管式反应器的结构示意图，
40.图2为第一挡板在b-b方向的截面示意图，
41.图3为第二挡板在a-a方向的截面示意图；
42.其中：1—物料入口，2—物料出口，3—载热流体入口，4—载热流体出口，5—第一挡板，6—第二挡板，7—反应列管，8—筒体，9—顶部花板，10—底部花板，11—第一中心孔，12—第一环形孔，13—第二环形孔，14—第二中心孔，15—上封头，16—下封头。
具体实施方式
43.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
44.在实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本
实用新型中的具体含义。
45.实施例1
46.如图1所示，本实施例醋酸乙烯合成列管式反应器，包括反应器外壳和反应器内部，反应器外壳由筒体8、上封头15和下封头16组成，反应器外壳的顶部即上封头15的顶部设置有物料入口1，反应器外壳的底部即下封头16的底部设置有物料出口2；反应器内部在筒体8的顶部和底部分别固定设置有顶部花板9和底部花板10，顶部花板9和底部花板10之间设置有若干根反应列管7；反应器的内部分为管程和壳程，筒体8的底部设置有载热流体入口3，筒体8的顶部设置有载热流体出口4，壳程中从下向上依次交替设置有若干第一挡板5和若干第二挡板6，第一挡板5和第二挡板6均与反应列管7垂直设置，反应列管7穿过第一挡板5和第二挡板6、且均匀分布，第一挡板5的外沿与筒体8的内壁通过焊接间隔连接，如将筒体8的内壁分为12等份，每隔一份进行焊接。第一挡板5设置可供载热流体通过的孔隙，第一挡板5的孔隙的面积大于或等于载热流体入口3的管径横截面积，第二挡板6的外沿与筒体8的内壁之间设置一定的间距使得第二挡板6与筒体8的内壁之间形成环形间隙，第二挡板中心设置第二中心孔14，第二中心孔14及第二挡板6与筒体8的内壁之间形成的环形间隙以能有效通过载热流体量为准，即第二中心孔14及第二挡板6与所述筒体的内壁8之间形成的环形间隙面积至少等于(即大于或等于)所述载热流体入口的管径横截面积。
47.如图2所示，第一挡板5的形状为圆形，第一挡板5的中心处开设有第一中心孔11，第一挡板5上还开设有2个环形孔—第一环形孔12和第二环形孔13(以第一中心孔11为圆心)，环形孔以第一挡板5的中心处为圆心；第一中心孔11的面积(0.05m2)和每个环形孔的面积(0.05m2)相等；第一中心孔11和环形孔的总面积与载热流体入口3的面积之比为1：1。本实施例中，筒体8的内径(或第一挡板5的直径)为4.8m，第一中心孔11的直径为0.25m，第一环形孔12的内径为1.6m,外径为1.62m，第二环形孔13内径为3.2m，外径为3.21m，反应器筒体8的下部对称设置有6个载热流体入口3，每个载热流体入口3的内径为0.18m。相对应地，应器筒体8的上部对称设置有6个载热流体出口4，每个载热流体出口4的内径为0.18m。
48.如图3所示，第二挡板6的形状为圆形，第二挡板6的中心处开设有第二中心孔14，第二中心孔14的面积(0.018m2)和第二挡板6与筒体8的内壁之间的环形的面积二者面积和与载热流体入口3的面积(0.15m2)之比为1：1。第二挡板6沿筒体8的内壁进行设置，第二挡板6的外沿与筒体8的内壁之间的距离均相等。本实施例中,第二中心孔14的直径为0.15m，远小于第一中心孔11的直径，这是为了减少从第一挡板5的第一中心孔11上行的载热流体直接从第二挡板6的第二中心孔14穿过，导致载热流体上行穿越筒体8形成载热流体短路而降低载热流体的撤热效果。
49.如图1所示，第一挡板5设置于载热流体入口3上部的第一块板，第一挡板5和第二挡板6二者交替设置，第一挡板5的总块数比第二挡板6的总块数多1块，即从下至上安装顺序为第一挡板5—第二挡板6—第一挡板5—第二挡板6—第一挡板5
……
，直至最后一块挡板为第一挡板5。第一挡板5和第二挡板6平分顶部花板9和底部花板10之间的距离；相邻的第一挡板5和第二挡板6的间距或者底部花板10和相邻的第一挡板5的间距或者顶部花板9和相邻的第一挡板5的间距与筒体8的内径二者之比为0.2：1。本实施例中，顶部花板9和底部花板10之间的距离为7.68m。
50.其中，第一挡板5和第二挡板6的表面为光滑表面。
51.其中，第一挡板5和第二挡板6均与反应列管7的外壁通过焊接进行固定连接。
52.本实施例的醋酸乙烯合成反应器的反应过程如下：反应物料(乙炔和醋酸)从物料入口1先进入反应器的上封头15，再进入两端开口在顶部花板9和底部花板10上的反应列管7的各个管内，反应列管7内装有催化剂；同时，载热流体从载热流体入口3进入，经第一挡板5的第一中心孔11、第一环形孔12和第二环形孔13、第二挡板6的第二中心孔14、第二挡板6与反应器筒体8的内壁之间的间隙上升，对反应列管7内的反应物料进行加热反应，然后从载热流体出口4排出，反应后的产物从物料出口2排出。
53.实施例2
54.本实施例醋酸乙烯合成反应器与实施例1的区别仅在于：第一中心孔11和环形孔的总面积与载热流体入口3的管径横截面积之比约为2：1，其余部件的结构、组成和连接关系均与实施例1相同。
55.实施例3
56.本实施例醋酸乙烯合成反应器与实施例1的区别仅在于：第二中心孔14的面积和第二挡板6与筒体8的内壁之间的环形间隙的面积二者面积和与载热流体入口3的管径横截面积之比约为2：1，其余部件的结构、组成和连接关系均与实施例1相同。
57.实施例4
58.本实施例醋酸乙烯合成反应器与实施例1的区别仅在于：相邻的第一挡板5和第二挡板6的间距或者底部花板10和相邻的第一挡板5的间距或者顶部花板9和相邻的第一挡板5的间距与筒体8的内径二者之比约为0.5：1，其余部件的结构、组成和连接关系均与实施例1相同。
59.实施例5
60.本实施例醋酸乙烯合成反应器与实施例1的区别仅在于：第一挡板5和第二挡板6的形状为扇形，其余部件的结构、组成和连接关系均与实施例1相同。
61.实施例6
62.本实施例醋酸乙烯合成反应器与实施例1的区别仅在于：第一挡板5和第二挡板6的表面为平面，其余部件的结构、组成和连接关系均与实施例1相同。
63.实施例1-6通过在反应器的壳程中设置不同结构类型的第一挡板和第二挡板，从而改变了载热流体的流动方向和流动路径，增强了载热流体在反应器壳程内部的流动效果，从而解决了反应器因载热流体分布不匀、载热流体流动存在死角、热量传递不及时或不能及时有效撤走的问题。
64.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。