专利名称：正丁烷法固定床顺酐生产氧化反应温度调节控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及顺丁烯二酸酐(顺酐)生产技术领域，特别是涉及固定床氧化反应对熔盐温度控制与调节的装置及滑阀。
背景技术：
顺酐是一种常用的基本的重要有机化工原料。是世界上仅次于苯酐的第二大酸酐原料，且其下游产品有着相当广泛的开发和应用前景。顺酐广泛用于合成树脂、润滑油添加剂、医药、食品添加剂、1，4_ 丁二醇(BD0)、Y-丁内酯(GLB)、四氢呋喃(THF)、丁二酸、富马酸等一系列重要的有机化学品和精细化学品。顺酐生产技术的核心为原料与空气在固定床反应器中发生的高温放热、气固相催化氧化反应。原料正丁烷与空气按一定比例充分混合后进入反应器，在装填了一定数量催化剂的列管内发生反应，正丁烷进料与混合气体(正丁烷+空气)比例通常为1.6 2. lmol%。反应器热点温度通常在440 470°C。反应放热由熔盐冷却器和气体冷却器移出，产生蒸汽供装置使用。反应生成气体冷却后进入回收工序。在氧化反应过程中，正丁烷与空气的混合气体进入反应器管程中，在催化剂作用下发生气相催化氧化反应，反应器为一台立式壳/管型反应器。在反应器壳程中采用一种熔融的硝酸钾和亚硝酸钠混合物(熔盐)，通过熔盐泵往复循环用作移热冷却介质。反应放热通过熔盐移走，部分熔盐经过熔盐冷却器的壳程，通过在管内产生蒸汽使其冷却。当正丁烷通过反应器时，大约有82 85% 的正丁烷参加反应，其余部分转化为CO，CO2和吐0。化学反应都是放热反应。除0)，0)2和 H2O夕卜，在反应中还生成少量乙酸、丙烯酸等物质。固定床反应器多为列管式结构，传热面积大，有利于强放热反应。为使反应稳定进行，关键是反应器载热体熔盐的温度控制。正丁烷氧化反应属于强放热反应，顺酐收率对温度非常敏感，对于大型反应器来说，在高负荷进料条件下保证转化率和高选择性，关键在于熔盐温度控制稳定在最佳工艺条件内，而实现熔盐温度控制稳定的关键设备是调节阀。现有技术如图1所示，在反应器1与熔盐冷却器2之间设置有闸板阀4和调节阀5，反应器内经壳程流动的高温熔盐，一部份通过调节阀的开启度，控制流经熔盐冷却器的熔盐流量，通常的情况是调节阀采用气动或电动碟阀，调节阀开启精度1%，调节阀开启度1度(最大开启度90度)，自控仪表输出信号为4 20mA，冷却后的低温熔盐与循环的高温熔盐混合后返回反应器的壳程，达到控制反应放热移出，实现反应器壳程熔盐温度的稳定。目前采用调节阀或手动阀门的开启度控制方法，由于熔盐凝固点高等特性，调节阀采用气动或电动碟阀自动或手动调节控制，是非线性调节，且碟阀开启度对流量影响很大，熔盐温度波动值在士2 ;TC，使反应温度随之波动，影响到氧化反应选择性和顺酐收率。反应器熔盐温度通常在400 430°C (初期 末期)。反应器催化剂床层热点温度通常在430 460°C。 反应器内的氧化反应温度靠熔盐温度控制，而熔盐温度靠流经熔盐冷却器的熔盐流量进行控制。在此条件下，正丁烷转化率大约为82 85%。熔盐温度微小的变化会造成反应温度较大的变化，因而影响到转化率和选择性的变化，最终影响到顺酐的收率。因此解决调节阀的精度控制，使反应温度稳定，是目前顺酐生产氧化反应的关键。 发明内容为了解决现有的生产技术问题，我们作为顺酐生产技术的专有技术单位，对攻克调节阀稳定问题做了大量的工作，从设计、到施工到生产，经过了无数次的实验和研究，终于开发了一种使用于正丁烷法顺酐固定床氧化反应，对熔盐温度控制精确与调节稳定的滑阀运用到实际生产中，实现熔盐温度自动调节控制，解决和克服反应温度波动，提高氧化反应选择性和顺酐收率。本发明的技术方案如下本发明的一种正丁烷法顺丁烯二酸酐固定床氧化反应温度调节控制装置如图 2、图3、图4所示在反应器1与熔盐冷却器2之间设置有滑阀10，滑阀的高温熔盐入口 12与反应器 1的熔盐下环道连接，高温熔盐出口 13与熔盐冷却器2的高温熔盐入口连接，低温熔盐返回口 20和熔盐回流口 14连接熔盐冷却器2和反应器1的熔盐上环道连接。本发明的滑阀， 由阀体15、膨胀节16、阀座17、阀芯18、连杆19等组成，阀体中间设置有膨胀节16，连杆19 在阀体内连接阀芯18和阀体上面的自控电动执行机构11，在阀座17上设置有与阀芯18对应的流通孔。本发明的滑阀，由阀体15、膨胀节16、阀座17、阀芯18、连杆19等组成，阀体中间设置有膨胀节16，连杆19在阀体内连接阀芯18和阀体上面的自控电动执行机构11，阀座 17是固定在阀体内的套筒，位置在高温熔盐入口处，且大于高温熔盐入口 ；在套筒的周围设置有均勻的流通孔21，优选通孔数为4 8个；在阀座内设置有阀芯，阀芯为2倍高度的阀座的套筒，阀芯的上盖连接连杆19，阀芯套筒中间设置有一层挡板，在挡板下面的套筒上与阀座对应的通孔位置上设置有阀芯孔，阀芯孔18是符合线性流通的任意形状的孔。优选梯形、锥形或三角形；阀芯孔18的面积小于流通孔21。阀座与阀芯为活塞连接。操作方法如下当反应器内(壳程)熔盐温度偏离工艺参数控制值高或低时，通过DCS (集散控制系统)调节控制信号输出至滑阀的电动执行机构10，通过连杆19控制阀芯18，调节滑阀阀芯18的行程开度，使阀芯向上或向下移动，通过改变与阀座17上流通孔重叠流通面积而改变高温熔盐出口 13流量，达到控制流经熔盐冷却器的熔盐流量，实现控制反应器壳程熔盐温度的目的。在在氧化反应过程中，正丁烷与空气的混合气体进入反应器管程中，在催化剂作用下发生气相催化氧化反应，在反应器壳程中采用一种熔融的硝酸钾和亚硝酸钠混合物， 通过熔盐泵往复循环用作移热冷却介质。反应放热通过熔盐移走，部分熔盐经过熔盐冷却器的壳程，通过在管内产生蒸汽使其冷却。与管程催化氧化反应的气体换热后的高温熔盐和熔盐冷却器返回的低温熔盐混合后，自反应器上部环形通道进入到熔盐泵上部，经熔盐泵(轴流式)下部进入到反应器下部环形通道，并经壳程进行循环。其中，经反应器下部环形通道，一部分熔盐经滑阀进行流量控制调节进入到熔盐冷却器壳程底部，并与管程的锅炉水换热产生蒸汽。冷却后的低温熔盐经滑阀上部连通管返回到反应器上部环形通道，与循环的高温熔盐混合降温后进入到熔盐泵上部。本发明是采用滑阀精确控制方法，达到熔盐温度自动调节控制，解决和克服反应温度波动，提高氧化反应选择性和顺酐收率。滑阀实施自动调节控制条件
滑阀开启精度0.1%
滑阀开启行程400mm (0. 1 %动作行程0. 4mm)
自控输出信号4~20mA
电动执行机构转速18rpm 在氧化反应过程中，采用上述方法达到熔盐温度自动调节控制，通过精确控制滑阀的开启度，实现反应器壳程熔盐温度的稳定，解决和克服反应温度波动。使反应器熔盐温度由原控制的士2 ;TC精确到士0.5°C范围。提高氧化反应选择性和顺酐收率，使氧化反应顺酐重量收率提高0. 5 1. 0%，即每吨顺酐产品降低原料(正丁烷)消耗12 14kg。 同时，提高了氧化反应的选择性，降低了反应生成物中的副产物。
[0018]图1原工艺流程和调节控制方法；[0019]图2本发明工艺流程和调节控制方法[0020]图3本发明滑阀图示。[0021]图4阀芯示意图。[0022]图5温度控制对比图
具体实施方式
采用如图2、图3、图4所示的正丁烷法顺丁烯二酸酐固定床氧化反应温度调节控制装置，在反应器1与熔盐冷却器2之间设置有滑阀10，滑阀的高温熔盐入口 12与反应器 1的熔盐下环道连接，高温熔盐出口 13与熔盐冷却器2的高温熔盐入口连接，低温熔盐返回口 20和熔盐回流口 14连接熔盐冷却器2和反应器1的熔盐上环道连接。本发明的滑阀，由阀体15、膨胀节16、阀座17、阀芯18、连杆19等组成，阀体中间设置有膨胀节16，连杆19在阀体内连接阀芯18和阀体上面的自控电动执行机构11，在阀座17上设置有与阀芯18对应的流通孔。在阀座17上的流通孔21与阀芯18可以是设计成任意形状的，符合线性流通的孔；包括梯形、锥形、三角形、矩形等。操作方法如下当反应器内(壳程)熔盐温度偏离工艺参数控制值高或低时，通过DCS (集散控制系统)调节控制信号输出至滑阀的电动执行机构10，通过连杆19控制阀芯18，调节滑阀阀芯18的行程开度，使阀芯向上或向下移动，通过改变与阀座17上流通孔重叠流通面积而改变高温熔盐出口 13流量，达到控制流经熔盐冷却器的熔盐流量，实现控制反应器壳程熔盐温度的目的。根据实施例对比，说明本发明的效果。
5[0028]对比例1 原工艺流程说明如图1所示，在氧化反应过程中，正丁烷与空气的混合气体进入反应器管程中，在催化剂作用下发生气相催化氧化反应，反应器为一台立式壳/管型反应器。在反应器壳程中采用一种熔融的硝酸钾和亚硝酸钠混合物(熔盐)，通过熔盐泵往复循环用作移热冷却介质。反应热通过熔盐移走，部分熔盐经过熔盐冷却器的壳程，通过在管内产生蒸汽使其冷却。实施工况1反应温度调节控制
进料浓度1. 80mol%。
反应器空速1800hr-l (GHSV)
反应器入口操作压力 0. 18Mpa (G)
操作温度熔盐温度410 ±2 热点温度440°C基本化学反应如下空气与正丁烷进行部分氧化生成顺酐。主要化学反应式如下C4H10+7/202 — C4H203+4H20主要副反应是正丁烷燃烧反应，生成一氧化碳、二氧化碳和水C4H10+502 — 3C0+C02+5H20当正丁烷通过反应器时，大约有82 85%的正丁烷参加反应，其余部分转化为 C0，C02和H20。化学反应都是放热反应。除C0，C02和H20外，在反应中还生成少量乙酸、 丙烯酸等物质。反应器熔盐温度通常在400 430°C。反应器热点温度通常在430 460°C。反应器内的氧化反应温度靠控制流经熔盐冷却器的熔盐流量进行控制。在此条件下，正丁烷转化率大约为82 85%。熔盐温度微小的变化会造成反应温度较大的变化，因而影响到转化率和选择性的变化，最终影响到顺酐的收率。反应器内经壳程流动的高温熔盐，一部份通过调节阀或手动阀门的开启度，控制流经熔盐冷却器的熔盐流量，冷却后的低温熔盐与循环的高温熔盐混合后返回反应器的壳程，达到控制反应放热移出，实现反应器壳程熔盐温度的稳定。采用调节阀或手动阀门的开启度控制方法，熔盐温度自动或手动调节控制，熔盐温度波动值在士2 3°C，使反应温度随之波动，影响到氧化反应选择性和顺酐收率。调节阀或手动阀实施调节控制调节阀开启精度调节阀开启度 1度自控输出信号 4 20mA本发明实施例1 工况条件与对比例相同当反应器内(壳程)熔盐温度偏离工艺参数控制值(高或低)时，通过DCS (集散控制系统)调节控制信号输出至滑阀的电动执行机构10，通过连杆19控制阀芯18，调节滑阀阀芯18的行程开度，使阀芯向上或向下移动，通过改变与阀座17上流通孔重叠流通面积而改变高温熔盐出口 13流量，达到控制流经熔盐冷却器的熔盐流量，实现控制反应器壳程熔盐温度的目的。反应器内经壳程流动的高温熔盐，一部份通过精确控制滑阀的开启度，控制流经熔盐冷却器的熔盐流量，冷却后的低温熔盐与循环的高温熔盐混合后返回反应器的壳程， 达到控制反应放热移出，实现反应器壳程熔盐温度的稳定。采用滑阀精确控制方法，达到熔盐温度自动调节控制，解决和克服反应温度波动， 提高氧化反应选择性和顺酐收率。滑阀实施自动调节控制
滑阀开启精度0.1%
滑阀开启行程400mm (0. 1 %动作行程0. 4ram)
自控输出信号4~20mA
电动执行机构转速18rpm在氧化反应过程中，采用上述方法达到熔盐温度自动调节控制，通过精确控制滑阀的开启度，实现反应器壳程熔盐温度的稳定，解决和克服反应温度波动，提高氧化反应选择性和顺酐收率。其实施结果见下表。
实施工况达到效果指标经济效益实施工况1反应温度调节控制熔盐温度±0.5°C提高氧化反应顺酐收率 0. 5 1.0%实施工况2滑阀精确自控调节滑阀开启精度0.1%温度控制对比如图5所示在氧化反应过程中，采用本发明滑阀调节控制方法达到熔盐温度自动调节控制， 通过精确控制滑阀的开启度，实现反应器壳程熔盐温度的稳定，解决和克服反应温度波动， 使反应器熔盐温度由原控制的士2 3°C精确到士0. 5°C范围。提高氧化反应选择性和顺酐收率，使氧化反应顺酐重量收率提高0. 5 1. 0%，即每吨顺酐产品降低原料(正丁烷) 消耗12 14kg。同时，提高了氧化反应的选择性，降低了反应生成物中的副产物。
权利要求1.一种正丁烷法固定床顺酐生产氧化反应温度调节控制装置，其特征是在反应器(1) 与熔盐冷却器(2)之间设置有滑阀(10)，滑阀的高温熔盐入口(12)与反应器的熔盐下环道连接，高温熔盐出口(1 与熔盐冷却器(2)的高温熔盐入口连接，低温熔盐返回口 00)和熔盐回流口(14)连接熔盐冷却器和反应器的熔盐上环道连接。
2.如权利要求1所述的装置，其特征是所述的滑阀包括阀体(15)、膨胀节(16)、阀座(17)、阀芯(18)和连杆(19)；阀体中间设置有膨胀节(16)，连杆在阀体内连接阀芯和阀体上面的自控电动执行机构(10)，在阀座上设置有与阀芯对应的流通孔01)。
3.如权利要求2所述的装置，其特征是阀座(17)是固定在阀体内的套筒，位置在高温熔盐入口处，且大于高温熔盐入口 ；在套筒的周围设置有均勻的流通孔(21)，在阀座内设置有阀芯，阀芯为有上盖的套筒，高度是阀座的2倍，阀芯的上盖连接连杆(19)，阀芯套筒中间设置有一层挡板，在挡板以下的套筒上与阀座对应的流通孔位置上设置有阀芯孔(18)，阀芯孔的面积小于流通孔的面积；阀座与阀芯为活塞连接。
4.如权利要求3所述的装置，其特征是所述的通孔数为4 8个。
5.如权利要求3所述的装置，其特征是所述的阀芯孔是符合线性流通的任意形状的孔。
6.如权利要求3所述的装置，其特征是所述的阀芯孔是梯形、锥形或三角形。
专利摘要本实用新型涉及一种正丁烷法固定床顺酐生产氧化反应温度调节控制装置，在反应器(1)与熔盐冷却器(2)之间设置有滑阀(10)，滑阀的高温熔盐入口(12)与反应器的熔盐下环道连接，高温熔盐出口(13)与熔盐冷却器(2)的高温熔盐入口连接，低温熔盐返回口(20)和熔盐回流口(14)连接熔盐冷却器和反应器的熔盐上环道连接。采用上述方法达到熔盐温度自动调节控制，通过精确控制滑阀的开启度，实现反应器壳程熔盐温度的稳定，解决和克服反应温度波动。使反应器熔盐温度由原控制的±2～3℃精确到±0.5℃范围。使氧化反应顺酐重量收率提高0.5～1.0％，降低了反应生成物中的副产物。
文档编号F16K3/24GK202185300SQ20112030002
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月18日 优先权日2011年8月18日
发明者冯宏, 夏霖, 孙晋波, 戴文惠, 李宗晟, 畅志坚, 贾维洪, 郭文 申请人:天津市化工设计院