專利名稱：殼程結(jié)構(gòu)和包括該殼程結(jié)構(gòu)的列管式醋酸乙烯合成反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及醋酸乙烯合成反應(yīng)器。特別是，本發(fā)明涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)水-水蒸汽作為撤熱介質(zhì)的均勻分布和均勻撤熱且能夠達(dá)到減小醋酸乙烯合成反應(yīng)器徑向溫度差目的的用于醋酸乙烯合成反應(yīng)器的新型殼程結(jié)構(gòu)和包括該新型殼程結(jié)構(gòu)的列管式醋酸乙烯合成反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
乙烯氧化法是在工業(yè)上主要采用的一種用于合成醋酸乙烯的工藝方法。由于采用乙烯氧化法生產(chǎn)醋酸乙烯的反應(yīng)熱效應(yīng)較大，因此列管式固定床反應(yīng)器是目前較理想的反應(yīng)設(shè)備。由于在采用乙烯氧化法生產(chǎn)醋酸乙烯的工藝中反應(yīng)溫度一般控制在160°C —220°C，因此一般需要利用來(lái)自外界的撤熱介質(zhì)例如導(dǎo)熱油、熔鹽等移除反應(yīng)熱。
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撤熱介質(zhì)在固定床反應(yīng)器殼程中的流動(dòng)可以分為上、下環(huán)形分布器內(nèi)的分流與合流流動(dòng)，以及管束間的流動(dòng)。使用導(dǎo)熱油、熔鹽作為撤熱介質(zhì)存在以下缺點(diǎn)(1)反應(yīng)器撤熱效果差，粗醋酸乙烯的雜質(zhì)含量升高；(2)醋酸乙烯的合成反應(yīng)熱僅用于預(yù)熱循環(huán)氣而未得到合理利用。此外，對(duì)于醋酸乙烯合成反應(yīng)過(guò)程來(lái)說(shuō)，減小導(dǎo)熱油進(jìn)出口的溫差可以減少反應(yīng)副產(chǎn)物的產(chǎn)生，但是導(dǎo)熱油進(jìn)出口溫差減小將會(huì)大大增加導(dǎo)熱油的循環(huán)量，增加導(dǎo)熱油泵設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用。因此，設(shè)計(jì)中應(yīng)在滿足反應(yīng)工藝要求的前提下，盡量減少導(dǎo)熱油或熔鹽的循環(huán)量。但是，導(dǎo)熱油或熔鹽流量的減少將增加管外傳熱阻力，也可能加重反應(yīng)器內(nèi)溫度分布的不均勻性。撤熱介質(zhì)在固定床反應(yīng)器殼程內(nèi)均勻流動(dòng)和均勻分布是有利于醋酸乙烯合成反應(yīng)的平穩(wěn)進(jìn)行的重要因素。環(huán)形分布器是實(shí)現(xiàn)撤熱介質(zhì)在固定床反應(yīng)器殼程內(nèi)均勻分布的關(guān)鍵部件?，F(xiàn)有技術(shù)的環(huán)形分布器一般僅包括一個(gè)撤熱介質(zhì)進(jìn)入孔(進(jìn)入口)或一個(gè)撤熱介質(zhì)排出孔(排出口)。例如，實(shí)用新型專利CN201684582U (授權(quán)公告日2010年12月29日)披露了一種用于醋酸乙烯生產(chǎn)的反應(yīng)器，該反應(yīng)器采用導(dǎo)熱油作為撤熱介質(zhì)。在該實(shí)用新型專利CN201684582U中，如圖2和圖4所示且如說(shuō)明書第0033段所記載地，在進(jìn)油空腔內(nèi)且在與兩個(gè)導(dǎo)熱油進(jìn)口等距處設(shè)置有隔板；在出油空腔內(nèi)且在與兩個(gè)導(dǎo)熱油出口等距處設(shè)置有隔板。由此可見，在該醋酸乙烯反應(yīng)器中，導(dǎo)熱油在其中進(jìn)行環(huán)形流動(dòng)的進(jìn)油空腔和出油空腔各自被隔板分為兩個(gè)部分。在每一個(gè)部分中僅僅設(shè)置了一個(gè)導(dǎo)熱油進(jìn)口或者一個(gè)導(dǎo)熱油出口?，F(xiàn)有技術(shù)的這種布置的缺點(diǎn)在于撤熱介質(zhì)在環(huán)形分布器內(nèi)沿主流道流動(dòng)時(shí)不斷分流或合流，撤熱介質(zhì)呈變質(zhì)量流動(dòng)狀態(tài)，使得環(huán)形分布器內(nèi)的壓力沿流體流動(dòng)方向逐漸變化，依靠流體通過(guò)分布孔的壓降實(shí)現(xiàn)均布的方法在這里遇到了問(wèn)題。因此，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)環(huán)形分布器內(nèi)變質(zhì)量流的壓力分布展開了研究，目的是通過(guò)探尋不均勻開孔的規(guī)律，以實(shí)現(xiàn)變質(zhì)量流的均布。然而，壓力分布可能會(huì)隨著操作工況的變化而變化，不均勻的開孔可能會(huì)不適應(yīng)壓力的變化。因此，為了應(yīng)對(duì)環(huán)形分布器內(nèi)的變質(zhì)量流動(dòng)，開設(shè)孔徑不一的分流孔的方法不是一個(gè)好的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以水-水蒸汽為撤熱介質(zhì)的醋酸乙烯合成反應(yīng)器的殼程結(jié)構(gòu)，通過(guò)該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)來(lái)自外界的撤熱介質(zhì)在列管式固定床反應(yīng)器殼程內(nèi)的以熱虹吸方式均勻流動(dòng)，溫度在徑向方向上的均布，從而提高反應(yīng)器的整體性能。本發(fā)明利用水在列管式固定床反應(yīng)器殼程的汽化潛熱移除反應(yīng)熱。相對(duì)導(dǎo)熱油，熔鹽等導(dǎo)熱介質(zhì)來(lái)說(shuō)，用水-水蒸汽作為導(dǎo)熱介質(zhì)撤熱效率更高，不僅有利于改善反應(yīng)器的撤熱效果，減小反應(yīng)器徑向的溫差；還能夠副產(chǎn)水蒸汽，從而使醋酸乙烯合成反應(yīng)熱得到更加合理地利用；能以熱虹吸方式運(yùn)行，從而能夠降低運(yùn)營(yíng)成本，削減了導(dǎo)熱介質(zhì)循環(huán)泵等設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用。列管式固定床反應(yīng)器殼程內(nèi)的環(huán)形分布器的設(shè)置、布管方式以及折流板設(shè)置方式等影響水和水蒸汽在殼程中流動(dòng)的因素是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的列管式固定床反應(yīng)器殼程內(nèi)溫度均勻分布的關(guān)鍵所在。

本發(fā)明提供一種列管式醋酸乙烯合成反應(yīng)器的殼程結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述殼程結(jié)構(gòu)的上、下兩端分別沿圓周方向均勻設(shè)置具有至少兩個(gè)排出口的上環(huán)形分布器和具有至少兩個(gè)進(jìn)入口的下環(huán)形分布器，所述至少兩個(gè)排出口中的至少兩個(gè)排出口通過(guò)所述上環(huán)形分布器中的環(huán)形通道彼此流體連通且所述至少兩個(gè)進(jìn)入口中的至少兩個(gè)進(jìn)入口通過(guò)所述下環(huán)形分布器中的環(huán)形通道彼此流體連通。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述列管式醋酸乙烯合成反應(yīng)器可使用水-水蒸汽作為撤熱介質(zhì)并以熱虹吸方式運(yùn)行，所述進(jìn)入口的個(gè)數(shù)優(yōu)選為4-16個(gè)，所述排出口的個(gè)數(shù)優(yōu)選為4-12個(gè)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，所述進(jìn)入口的直徑大小可在DN150-DN350的范圍內(nèi)，所述排出口的直徑大小可在DN100-DN300的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，在所述上環(huán)形分布器的內(nèi)側(cè)沿圓周方向設(shè)置有50-100個(gè)均勻分布，大小一致的分布孔。所述分布孔呈圓形、條形或方形，其水力學(xué)直徑范圍優(yōu)選為 40mm-300mm。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，在所述下環(huán)形分布器的內(nèi)側(cè)沿圓周方向優(yōu)選設(shè)置有15-30個(gè)均勻分布的、大小一致的分布孔。所述分布孔呈圓形，條形或方形，其水力學(xué)直徑范圍優(yōu)選為30mm-100mm。對(duì)于環(huán)形分布器而言，僅靠進(jìn)入口的均勻分布，排出口的均勻收集還不能完全保證來(lái)自外界的撤熱介質(zhì)在反應(yīng)器殼程的均勻流動(dòng)。尤其當(dāng)反應(yīng)器直徑較大時(shí)反應(yīng)管數(shù)量很多，容易產(chǎn)生流動(dòng)死區(qū)。這些流動(dòng)死區(qū)常常集中在反應(yīng)器的中心和邊緣區(qū)域。為了提高撤熱介質(zhì)的流速，增強(qiáng)殼程流體湍動(dòng)改善傳熱效果，在反應(yīng)器的殼程需要加設(shè)折流板。除了上述作用外，折流板還有支撐管束增強(qiáng)其剛度，防止管子振動(dòng)等作用。傳統(tǒng)的折流板布置方式往往不能滿足水-水蒸汽兩相流均勻分布的要求。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，沿水平方向在所述上環(huán)形分布器與所述下環(huán)形分布器之間設(shè)置折流板，所述折流板至少包括頂端圓環(huán)形折流板、底端圓環(huán)形折流板和/或設(shè)置在所述頂端圓環(huán)形折流板與所述底端圓環(huán)形折流板之間的圓環(huán)形折流板和圓盤形折流板，從而在所述上環(huán)形分布器與所述下環(huán)形分布器之間形成撤熱介質(zhì)的緩沖流動(dòng)區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的再ー個(gè)方面，沿著所述反應(yīng)器軸向向上，所述圓環(huán)形折流板的中心切除率逐漸増大。根據(jù)本發(fā)明的又ー個(gè)方面，所述頂端圓環(huán)形折流板的中心切除率為所述底端圓環(huán)形折流板的I. 5-3倍。根據(jù)本發(fā)明的再ー個(gè)方面，在所述列管式醋酸こ烯合成反應(yīng)器殼程內(nèi)的中心區(qū)域不布置反應(yīng)管。根據(jù)本發(fā)明的又ー個(gè)方面，在所述列管式醋酸こ烯合成反應(yīng)器殼程內(nèi)的邊緣區(qū)域不布置反應(yīng)管。本發(fā)明還提供ー種包括上述殼程結(jié)構(gòu)的列管式醋酸こ烯合成反應(yīng)器。上述三個(gè)方面即環(huán)形分布器的設(shè)置、布管方式以及折流板設(shè)置方式是實(shí)現(xiàn)撤熱介·質(zhì)在列管式固定床反應(yīng)器殼程內(nèi)以熱虹吸方式均勻流動(dòng)的關(guān)鍵，因此要想實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)溫度的均勻分布必須要對(duì)這三個(gè)方面的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。本發(fā)明所述的醋酸こ烯合成反應(yīng)器殼程結(jié)構(gòu)包括撤熱介質(zhì)的上環(huán)形分布器，下環(huán)形分布器，布管方式以及折流板的布置方式。上、下環(huán)形分布器外側(cè)上面分別設(shè)置多個(gè)排出口和多個(gè)進(jìn)入口。布管方式的特點(diǎn)是中心區(qū)域和邊緣區(qū)域設(shè)置不布管區(qū)域。折流板采用圓環(huán)形、圓盤形結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)為沿著反應(yīng)器軸向向上，圓環(huán)形折流板的中心切除率逐漸増大。在本發(fā)明中，圓環(huán)形折流板的中心切除率被定義為圓環(huán)形折流板內(nèi)徑與外徑的比率值。通過(guò)本發(fā)明所述的將分布器設(shè)置多個(gè)進(jìn)入口，可以很好地實(shí)現(xiàn)水在環(huán)形分布器內(nèi)的預(yù)分布，還可以減小變質(zhì)量流動(dòng)的程度從而可以更好地利用分布器均勻開孔實(shí)現(xiàn)流體的均布，避免不均勻開孔造成的設(shè)計(jì)和機(jī)械制造困難。通過(guò)本發(fā)明所述的在醋酸こ烯反應(yīng)器中心區(qū)域和邊緣區(qū)域不設(shè)置反應(yīng)管，可以減小這兩個(gè)區(qū)域的流動(dòng)阻力，有利于促進(jìn)水和水蒸汽的兩相流動(dòng)均勻分布。采用本發(fā)明所述的圓環(huán)折流板內(nèi)徑擴(kuò)大的方式，能夠更好地適應(yīng)水汽化變成水蒸汽后流體體積增大的流動(dòng)狀況。與目前現(xiàn)有技術(shù)列管式醋酸こ烯合成反應(yīng)器的殼程結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的新型殼程結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)利用水的汽化潛熱撤熱，改善了列管式醋酸こ烯合成反應(yīng)器的撤熱效果；(2)利用汽液相平衡保證反應(yīng)器溫度易控可減小反應(yīng)器徑向的溫差，提高產(chǎn)物粗醋酸こ烯選擇性和收率；(3)副產(chǎn)蒸汽，使得合成反應(yīng)熱得到合理應(yīng)用；(4)以熱虹吸方式運(yùn)行，從而降低運(yùn)營(yíng)成本，削減了導(dǎo)熱介質(zhì)循環(huán)泵等設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用。


圖I為采用根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的新型殼程結(jié)構(gòu)的列管式固定床反應(yīng)器沿圖3所示剖面線A-A截取得到的示意性總體縱向剖視 圖2為圖I所示列管式固定床反應(yīng)器中的下環(huán)形分布器沿圖3所示剖面線A-A截取得到的示意性縱向剖視放大 圖3為從正上方觀察到的圖I所示列管式固定床反應(yīng)器中的下環(huán)形分布器沿圖I所示剖面線B-B截取得到的示意性剖視 圖4為圖I所示列管式固定床反應(yīng)器中的上環(huán)形分布器沿圖5所示剖面線A’ -A’截取得到的示意性縱向剖視放大 圖5為從正上方觀察到的圖I所示列管式固定床反應(yīng)器中的上環(huán)形分布器沿圖I所示剖面線C-C的示意性剖視 圖6為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的新型殼程結(jié)構(gòu)中所使用的折流板的組合結(jié)構(gòu)示意
圖7為在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的新型殼程結(jié)構(gòu)中的邊緣布管區(qū)域和中心不布管區(qū)域的布置的俯視 圖8為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的新型殼程結(jié)構(gòu)中所 使用的折流板的組合結(jié)構(gòu)示意圖；和
圖9為根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的新型殼程結(jié)構(gòu)中所使用的折流板的組合結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式對(duì)于列管式醋酸こ烯合成反應(yīng)器而言，對(duì)反應(yīng)器構(gòu)造不斷進(jìn)行改進(jìn)以提高反應(yīng)器撤熱效率從而減小反應(yīng)器徑向的溫差是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員一直以來(lái)不斷追求的目標(biāo)。這其中，環(huán)形分布器的設(shè)置、布管方式以及折流板設(shè)置方式是實(shí)現(xiàn)撤熱介質(zhì)在列管式固定床反應(yīng)器殼程內(nèi)均勻流動(dòng)的關(guān)鍵。在下面的多個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中對(duì)這三個(gè)方面的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)溫度的均勻分布。圖I為采用根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的新型殼程結(jié)構(gòu)的以水-水蒸汽為撤熱介質(zhì)的列管式固定床反應(yīng)器18沿圖3所示剖面線A-A的示意性總體縱向剖視圖。如圖I中所示，撤熱介質(zhì)進(jìn)入反應(yīng)器殼程所必經(jīng)的下環(huán)形分布器7位于列管式固定床反應(yīng)器18的底部，撤熱介質(zhì)離開反應(yīng)器殼程所必經(jīng)的上環(huán)形分布器I位于列管式固定床反應(yīng)器18的頂部。本發(fā)明利用水在列管式固定床反應(yīng)器殼程的汽化潛熱移除反應(yīng)熱。相對(duì)導(dǎo)熱油，熔鹽等導(dǎo)熱介質(zhì)來(lái)說(shuō)，用水-水蒸汽作為導(dǎo)熱介質(zhì)撤熱效率更高，不僅有利于改善反應(yīng)器的撤熱效果，減小反應(yīng)器徑向的溫差；還能夠副產(chǎn)水蒸汽，從而使醋酸こ烯合成反應(yīng)熱得到更加合理地利用；以熱虹吸方式運(yùn)行，能夠降低運(yùn)營(yíng)成本，削減了導(dǎo)熱介質(zhì)循環(huán)泵等設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用。圖2為圖I所示列管式固定床反應(yīng)器18中的下環(huán)形分布器7沿圖3所示剖面線A-A的示意性縱向剖視放大圖；圖3為從正上方觀察到的圖I所示列管式固定床反應(yīng)器18中的下環(huán)形分布器7沿圖I所示剖面線B-B的示意性剖視圖；圖4為圖I所示列管式固定床反應(yīng)器18中的上環(huán)形分布器I沿圖5所示剖面線A’-A’的示意性縱向剖視放大圖；圖5為從正上方觀察到的圖I所示列管式固定床反應(yīng)器18中的上環(huán)形分布器I沿圖I所示剖面線C-C的示意性剖視圖。如圖1-5中所示，來(lái)自外界的撤熱介質(zhì)如水，通過(guò)作為反應(yīng)器殼程撤熱介質(zhì)入口的下環(huán)形分布器7的四個(gè)進(jìn)入口 10進(jìn)入下環(huán)形分布器7的環(huán)形通道11內(nèi)，所述四個(gè)進(jìn)入ロ 10通過(guò)下環(huán)形分布器7的環(huán)形通道11彼此流體連通。然后，水經(jīng)由沿周向均勻地設(shè)置在下環(huán)形分布器7的環(huán)形通道11內(nèi)側(cè)上的相對(duì)于進(jìn)入口 10而言直徑較小的分布孔12進(jìn)入反應(yīng)器殼程內(nèi)腔自下向上進(jìn)行流動(dòng)。在這ー過(guò)程中，水在醋酸こ烯合成反應(yīng)生成的熱量的作用下發(fā)生汽化至少部分地轉(zhuǎn)化為水蒸汽。撤熱介質(zhì)隨后，水一水蒸汽經(jīng)由沿周向均勻地設(shè)置在上環(huán)形分布器I上的相對(duì)于排出ロ 13而言直徑較小的分布孔15進(jìn)入上環(huán)形分布器I的環(huán)形通道14，最后，上環(huán)形分布器I的環(huán)形通道14內(nèi)的水一水蒸汽通過(guò)作為反應(yīng)器殼程撤熱介質(zhì)出口的上環(huán)形分布器I的四個(gè)排出ロ 13從反應(yīng)器殼程中排出，帶走反應(yīng)熱。該四個(gè)排出ロ 13沿圓周方向被均勻地設(shè)置在上環(huán)形分布器I上且通過(guò)上環(huán)形分布器I的環(huán)形通道14彼此流體連通。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以意識(shí)到為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，可以在該新型殼程結(jié)構(gòu)的上、下兩端分別沿圓周方向均勻設(shè)置具有至少兩個(gè)(例如兩個(gè)、八個(gè)、十二個(gè)等)排出口 13的上環(huán)形分布器I和至少兩個(gè)進(jìn)入口 10 (例如兩個(gè)、八個(gè)、十六個(gè)等)的下環(huán)形分布器7。優(yōu)選地，上環(huán)形分布器I具有四個(gè)以上的排出ロ 13，下環(huán)形分布器7具有四個(gè)以上的進(jìn)入口 10。更多個(gè)進(jìn)入口 10和排出ロ 13可以減小、甚至消除撤熱介質(zhì)在環(huán)形分布器的環(huán)形通道內(nèi)的變質(zhì)量流，從而為采用均一尺寸分布孔實(shí)現(xiàn)撤熱介質(zhì)在管束間的均勻分配創(chuàng)造條件，這樣不但可以簡(jiǎn)化分布器的制造和安裝，還能降低水在環(huán)形分布器內(nèi)的壓降，保證熱虹吸運(yùn)行方式的順利進(jìn)行。在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的新型殼程結(jié)構(gòu)的以水-水蒸汽為撤熱介質(zhì)的列管式固定床反應(yīng)器18中，為了達(dá)到更好的效果，進(jìn)入口 10的個(gè)數(shù)優(yōu)選為4-16個(gè)且通過(guò)下環(huán)·形分布器7的環(huán)形通道11彼此流體連通，所述進(jìn)入口 10的直徑大小優(yōu)選在DN150-DN350的范圍內(nèi)；排出ロ 13的個(gè)數(shù)優(yōu)選為4-12個(gè)且通過(guò)上環(huán)形分布器I的環(huán)形通道14彼此流體連通，所述排出ロ 13的直徑大小優(yōu)選在DN100-DN300的范圍內(nèi)。當(dāng)然，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員同樣可以意識(shí)到所述進(jìn)入口 10也可以分組(每組包含至少兩個(gè)進(jìn)入口)沿周向均勻設(shè)置在下環(huán)形分布器7外側(cè)上且每組中的進(jìn)入口 10通過(guò)下環(huán)形分布器7的環(huán)形通道11彼此流體連通；所述排出ロ 13也可以分組(每組包含至少兩個(gè)進(jìn)入口)沿周向均勻設(shè)置在上環(huán)形分布器I外側(cè)上且每組中的排出ロ 13通過(guò)上環(huán)形分布器I的環(huán)形通道14彼此流體連通。在所述上環(huán)形分布器I的內(nèi)側(cè)沿圓周方向優(yōu)選設(shè)置有50-100個(gè)均勻分布,大小一致的分布孔15。所述分布孔15呈圓形、條形或方形,其水力學(xué)直徑范圍優(yōu)選為40mm-300mm。當(dāng)然，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員也可以根據(jù)具體應(yīng)用選擇具有其它適合形狀和尺寸的分布孔15。在所述下環(huán)形分布器7的內(nèi)側(cè)沿圓周方向優(yōu)選設(shè)置有15-30個(gè)均勻分布的、大小一致的分布孔12。所述分布孔12呈圓形，條形或方形，其水力學(xué)直徑范圍優(yōu)選為30mm-100mm。當(dāng)然，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員也可以根據(jù)具體應(yīng)用選擇具有其它適合形狀和尺寸的分布孔12。另外，采用水-水蒸汽作撤熱介質(zhì)可以利用水的蒸發(fā)潛熱移除反應(yīng)熱，水的沸騰傳熱會(huì)促進(jìn)反應(yīng)器內(nèi)的溫度均勻分布。隨著水在殼程內(nèi)自下而上流動(dòng)，汽化比率逐漸提高。因此擴(kuò)大圓環(huán)形折流板的直徑可以減小流體阻力降，促進(jìn)流體均勻分布，保證熱虹吸運(yùn)行方式的順利進(jìn)行。圖6為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的新型殼程結(jié)構(gòu)中所使用的折流板的組合結(jié)構(gòu)示意圖。在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的新型殼程結(jié)構(gòu)中，多塊折流板沿水平方向被設(shè)置在所述上環(huán)形分布器I與所述下環(huán)形分布器7之間。如圖6中所示，所述折流板包括頂端圓環(huán)形折流板2、底端圓環(huán)形折流板6和設(shè)置在所述頂端圓環(huán)形折流板2與所述底端圓環(huán)形折流板6之間的圓盤形折流板3，從而在所述上環(huán)形分布器I與所述下環(huán)形分布器7之間形成撤熱介質(zhì)的緩沖流動(dòng)區(qū)域。如圖6中所示，在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的新型殼程結(jié)構(gòu)中，沿著所述反應(yīng)器軸向向上，所述圓環(huán)形折流板的中心切除率逐漸増大。所述頂端圓環(huán)形折流板2的中心切除率優(yōu)選為所述底端圓環(huán)形折流板6的I. 5-3倍。
圖7為在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的新型殼程結(jié)構(gòu)中的邊緣布管區(qū)域和中心不布管區(qū)域的布置的俯視圖。如圖7所示，本發(fā)明通過(guò)中心不布管區(qū)17和邊緣不布管區(qū)16的設(shè)置大大減小了易產(chǎn)生死區(qū)部位的壓カ降，促進(jìn)了徑向溫度的均布。例如，在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的新型殼程結(jié)構(gòu)中，具體結(jié)構(gòu)參數(shù)可如下所述，反應(yīng)器的直徑為5000 mm,下環(huán)形分布器7上均勻布置4個(gè)DN80進(jìn)入ロ，分布孔12的直徑為DN15。上環(huán)形分布器I的出口設(shè)置8個(gè)排出口 13。中心不布管區(qū)域17的范圍大致為r< 100 mm的區(qū)域(r為中心不布管區(qū)域17內(nèi)切圓的半徑)且邊緣不布管區(qū)16的范圍大致為R>2400 mm的區(qū)域(R為邊緣不布管區(qū)16內(nèi)切圓的半徑)。圓環(huán)式折流板中心切除部分的直徑由反應(yīng)器下部的1200 mm增大到上部的2000mm。再例如，在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的新型殼程結(jié)構(gòu)中，具體結(jié)構(gòu)參數(shù)可如下所述，反應(yīng)器的直徑為4000 mm,下環(huán)形分布器7上均勻布置6個(gè)DN50進(jìn)入ロ，分布孔12的直徑為DN18。上環(huán)形分布器I的出ロ設(shè)置12個(gè)排出ロ 13。中心不布管區(qū)域17的范圍大致為r < 80 mm的區(qū)域(r為中心不布管區(qū)域17內(nèi)切圓的半徑)和邊緣不布管區(qū)16的范圍大·致為R>1900 mm的區(qū)域(R為邊緣不布管區(qū)16內(nèi)切圓的半徑)。圓環(huán)式折流板中心切除部分的直徑由反應(yīng)器下部的1200 mm增大到上部的2000mm。圖8為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的新型殼程結(jié)構(gòu)中所使用的折流板的組合結(jié)構(gòu)示意圖。如圖8所示，在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的新型殼程結(jié)構(gòu)中，在位于最上面的頂端圓環(huán)形折流板2與位于最下面的底端圓環(huán)形折流板6之間，依次水平設(shè)置多塊圓盤形折流板4、3、5。沿著所述反應(yīng)器軸向向上，所述圓環(huán)形折流板的中心切除率逐漸増大。圖9為根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的新型殼程結(jié)構(gòu)中所使用的折流板的組合結(jié)構(gòu)示意圖。如圖9所示，在位于最上面的頂端圓環(huán)形折流板2與位于最下面的底端圓環(huán)形折流板6之間，交替地水平設(shè)置多塊圓盤形折流板4、3、5和圓環(huán)形折流板8、9。在根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的新型殼程結(jié)構(gòu)中，沿著所述反應(yīng)器軸向向上，所述圓環(huán)形折流板的中心切除率逐漸増大。在本發(fā)明中所使用的折流板可與反應(yīng)列管之間存在0. Imm 一 0. 8mm大小的間隙(圖中未示出)。由于在醋酸こ烯合成反應(yīng)過(guò)程中水在醋酸こ烯合成反應(yīng)生成的熱量的作用下發(fā)生汽化至少部分地轉(zhuǎn)化為流動(dòng)通過(guò)能力更強(qiáng)的水蒸汽，因此相對(duì)于使用導(dǎo)熱油或者熔鹽作為撤熱介質(zhì)的列管式醋酸こ烯合成反應(yīng)器而言，本發(fā)明的折流板與反應(yīng)列管之間的間隙可明顯小于導(dǎo)熱油分布板與反應(yīng)列管之間的間隙。由此，本發(fā)明的殼程結(jié)構(gòu)可更為緊湊，有利于反應(yīng)器的小型化。本發(fā)明的用于醋酸こ烯合成反應(yīng)的殼程結(jié)構(gòu)的新穎設(shè)計(jì)通過(guò)有意識(shí)地引導(dǎo)撤熱介質(zhì)在殼程內(nèi)的流動(dòng)從而消除了現(xiàn)有技術(shù)殼程中經(jīng)常存在的撤熱介質(zhì)流動(dòng)死區(qū)，最大程度上降低了撤熱介質(zhì)流量，從而改善了反應(yīng)器的撤熱效果并且減小反應(yīng)器徑向的溫差。以上實(shí)施例對(duì)用于列管式固定床反應(yīng)器的新型殼程結(jié)構(gòu)和包括該新型殼程結(jié)構(gòu)的列管式醋酸こ烯合成反應(yīng)器進(jìn)行了詳細(xì)具體地描述。當(dāng)然，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以意識(shí)到本發(fā)明不僅適用于列管式醋酸こ烯合成反應(yīng)器，還可以適用于反應(yīng)過(guò)程中能夠放出較多反應(yīng)熱的其它化學(xué)品的列管式合成反應(yīng)器(用水作為撤熱介質(zhì))以及反應(yīng)過(guò)程中需要吸收較多熱量的其它化學(xué)品的列管式合成反應(yīng)器(用水蒸汽作為撤熱介質(zhì))。另外，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可通過(guò)借鑒本文的內(nèi)容，適當(dāng)改變結(jié)構(gòu)參數(shù)等實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。相關(guān)技術(shù)人員明顯能在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對(duì)本文所述的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動(dòng)或適當(dāng)變更與組合，來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動(dòng)對(duì)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見的，它們都被視為被包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容中。 附圖標(biāo)記列表
1上環(huán)形分布器
2頂端圓環(huán)形折流板 3,4,5圓盤形折流板
6底端圓環(huán)形折流板
7下環(huán)形分布器 8,9 圓環(huán)形折流板
10下環(huán)形分布器的進(jìn)入口
11下環(huán)形分布器的環(huán)形通道
12下環(huán)形分布器的分布孔
13上環(huán)形分布器的排出ロ
14上環(huán)形分布器的環(huán)形通道
15上環(huán)形分布器的分布孔
16邊緣不布管區(qū)
17中心不布管區(qū)
18列管式固定床反應(yīng)器
權(quán)利要求
1.一種列管式醋酸乙烯合成反應(yīng)器的殼程結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述殼程結(jié)構(gòu)的上、下兩端分別沿圓周方向均勻設(shè)置具有至少兩個(gè)排出口的上環(huán)形分布器和具有至少兩個(gè)進(jìn)入口的下環(huán)形分布器，所述至少兩個(gè)排出口中的至少兩個(gè)排出口通過(guò)所述上環(huán)形分布器中的環(huán)形通道彼此流體連通且所述至少兩個(gè)進(jìn)入口中的至少兩個(gè)進(jìn)入口通過(guò)所述下環(huán)形分布器中的環(huán)形通道彼此流體連通。
2.如權(quán)利要求I所述的殼程結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述反應(yīng)器使用水-水蒸汽作為撤熱介質(zhì)并以熱虹吸方式運(yùn)行。
3.如權(quán)利要求I所述的殼程結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述進(jìn)入口的個(gè)數(shù)為4-16個(gè)。
4.如權(quán)利要求I所述的殼程結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述排出口的個(gè)數(shù)為4-12個(gè)。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的殼程結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述上環(huán)形分布器的內(nèi)側(cè)沿圓周方向設(shè)置有50-100個(gè)均勻分布，大小一致的分布孔。
6.如權(quán)利要求5所述的殼程結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述分布孔呈圓形、條形或方形。
7.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的殼程結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述下環(huán)形分布器的內(nèi)側(cè)沿圓周方向設(shè)置有15-30個(gè)均勻分布的、大小一致的分布孔。
8.如權(quán)利要求7所述的殼程結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述分布孔呈圓形，條形或方形。
9.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的殼程結(jié)構(gòu)，其特征在于，沿水平方向在所述上環(huán)形分布器與所述下環(huán)形分布器之間設(shè)置折流板，所述折流板至少包括頂端圓環(huán)形折流板、底端圓環(huán)形折流板和/或設(shè)置在所述頂端圓環(huán)形折流板與所述底端圓環(huán)形折流板之間的圓環(huán)形折流板和圓盤形折流板，從而在所述上環(huán)形分布器與所述下環(huán)形分布器之間形成撤熱介質(zhì)的緩沖流動(dòng)區(qū)域。
10.如權(quán)利要求9所述的殼程結(jié)構(gòu)，其特征在于，沿著所述反應(yīng)器軸向向上，所述圓環(huán)形折流板的中心切除率逐漸增大。
11.如權(quán)利要求9所述的殼程結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述頂端圓環(huán)形折流板的中心切除率為所述底端圓環(huán)形折流板的I. 5-3倍。
12.如權(quán)利要求9所述的殼程結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述圓環(huán)形折流板和所述圓盤形折流板與反應(yīng)列管之間存在O. Imm — O. 8mm大小的間隙。
13.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的殼程結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述列管式醋酸乙烯合成反應(yīng)器殼程內(nèi)的中心區(qū)域不布置反應(yīng)管。
14.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的殼程結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述列管式醋酸乙烯合成反應(yīng)器殼程內(nèi)的邊緣區(qū)域不布置反應(yīng)管。
15.一種包括如權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述的殼程結(jié)構(gòu)的列管式醋酸乙烯合成反應(yīng)器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于醋酸乙烯合成反應(yīng)器的新型殼程結(jié)構(gòu)，在該殼程結(jié)構(gòu)的上、下兩端分別沿圓周方向均勻設(shè)置具有至少兩個(gè)排出口的上環(huán)形分布器和具有至少兩個(gè)進(jìn)入口的下環(huán)形分布器，所述至少兩個(gè)排出口中的至少兩個(gè)排出口通過(guò)上環(huán)形分布器中的環(huán)形通道彼此流體連通且所述至少兩個(gè)進(jìn)入口中的至少兩個(gè)進(jìn)入口通過(guò)下環(huán)形分布器中的環(huán)形通道彼此流體連通。本發(fā)明還涉及一種包括該新型殼程結(jié)構(gòu)的列管式醋酸乙烯合成反應(yīng)器。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)水-水蒸汽作為撤熱介質(zhì)的在殼程內(nèi)的均勻流動(dòng)和均勻撤熱，減小反應(yīng)器徑向溫度差，從而提高列管式醋酸乙烯合成反應(yīng)器的整體性能；使得合成反應(yīng)熱得到合理應(yīng)用；降低運(yùn)營(yíng)成本，削減了導(dǎo)熱介質(zhì)循環(huán)泵等設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用。
文檔編號(hào)B01J8/06GK102784596SQ20121024061
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月12日
發(fā)明者姜浩錫, 張敏華, 李桂明, 李永輝, 百璐, 馬靜 申請(qǐng)人:天津大學(xué)