一種銀法甲醛裝置中的甲醇氧化器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種銀法甲醛裝置中的甲醇氧化器，其特征在于：包括氧化器頂蓋、與氧化器頂蓋法蘭連接的急冷段，以及輔助系統(tǒng)，所述輔助系統(tǒng)包括汽包和循環(huán)泵，所述氧化器頂蓋與急冷段之間的空間形成催化室，該催化室設(shè)有電解銀催化劑層；所述急冷段包括設(shè)在催化劑層下底部的催化劑層下急冷器、設(shè)在急冷段側(cè)面板上的急冷段側(cè)面板冷卻器，以及設(shè)在催化劑層下急冷器下方的產(chǎn)汽冷卻器；催化劑層下急冷器、急冷段側(cè)面板冷卻器和產(chǎn)汽冷卻器均為內(nèi)部通以汽包循環(huán)熱水的管式換熱器，其中催化劑層下機(jī)冷器通過循環(huán)泵強(qiáng)制循環(huán)。本發(fā)明盡可能的減少了管板件高溫下?lián)p傷，延長了氧化器的實(shí)用壽命。
【專利說明】一種銀法甲醛裝置中的甲醇氧化器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于化工生產(chǎn)工藝及設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，主要涉及用于銀法甲醛生產(chǎn)工藝裝置 中的甲醇氧化器。

【背景技術(shù)】
[0002] 銀法甲醛生產(chǎn)過程中，甲醇混合氣體再氧化器中的化學(xué)反應(yīng)主要以下：
[0003] 氧化反應(yīng)
[0004] CH30H+l/202 - CH20+H20 (1)
[0005] 脫氫反應(yīng)
[0006] CH30H - CH20+H2 (2)
[0007] 反應(yīng)過程中的副反應(yīng)化學(xué)方程式：
[0008] CH30H+3/202 - C02+2H20 (3)
[0009] CH30H - C0+2H20......... (4)
[0010] CH30H+H2 - CH4+H20......... (5)
[0011] CH30H+02 - H COO H+H20 (6)
[0012] 目前甲醛行業(yè)傳統(tǒng)氧化器，外形均為立式圓筒形設(shè)備，一般從上到下可分為三段： 上段為氧化器頂蓋；中段為催化劑室和急冷段的組合；下段可設(shè)置冷卻段（根據(jù)需要設(shè) 置）。采用傳統(tǒng)型氧化器的技術(shù)缺陷：
[0013] a、由于氧化器急冷段采用列管式換熱器形式，上管板上面的催化劑層的溫度為， 630?650°C，由于上管板和換熱管采用奧氏體不銹鋼焊接而成，在此溫度下，奧氏體不銹 鋼處于最最容易損壞的敏化溫度，晶格粗大，特別是容易在焊接的熱影響區(qū)產(chǎn)生晶間腐蝕， 時(shí)間長了，就會(huì)在上管板的熱影響區(qū)產(chǎn)生熱裂紋，漏水。在氧化器漏水部位，局部溫度偏低， 甲醇的氧化反應(yīng)不充分，造成單耗偏高，補(bǔ)焊后由于焊接熱影響區(qū)的材質(zhì)發(fā)生變化，會(huì)繼續(xù) 漏水。所以氧化器漏水的管道數(shù)量達(dá)到換熱管的5?10%左右，單耗在450kg甲醛/t甲醛 (37%)，就必須更換氧化器。一般是3年左右更換氧化器。一般氧化器在甲醛裝置中費(fèi)用 占到20%左右。
[0014] b、氧化器的換熱管，管板是采用不銹鋼的，而殼程為了減少制造成本，一般采用碳 鋼材質(zhì)。在管程里面，由于反應(yīng)后的氣相溫度比較高，換熱管不銹鋼的熱膨脹系數(shù)（17.9) 又遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于殼程碳鋼的熱膨脹系數(shù)（11. 3?13)，所以換熱管頂起管板的應(yīng)力很大，經(jīng)過計(jì) 算，一臺(tái)5萬噸氧化器在操作時(shí)的熱應(yīng)力達(dá)到48噸左右，雖然采用了膨脹節(jié)來抵消部分的 熱應(yīng)力，但是熱應(yīng)力存在著，特別是對(duì)于管板和換熱管部分的熱影響區(qū)在高溫下是致命的 損壞。
[0015] c、對(duì)于10萬噸及以上的甲醛裝置，氧化器有效直徑大于Φ2600,中間部分的熱量 帶走是比較困難的，為了減少管板中間殼程由于帶不出熱量的弊端，只有采用加大管間距 的方式，但是這時(shí)混合氣體通過催化劑有效面積減少，氧化器不得不做的很大，造成的結(jié)果 是單耗高，產(chǎn)能低。
[0016] d、對(duì)于12萬噸的甲醛裝置，氧化器的有效直徑Φ2800,氧化器觸媒室直徑 Φ 2900,氧化器殼程外徑Φ 4000,加上伸出的接管，氧化器的最大運(yùn)輸外徑達(dá)到Φ 4600,是 運(yùn)輸高度的極限值，所以銀法甲醛裝置的極限產(chǎn)能，也就是12萬噸。
[0017] e、傳統(tǒng)型氧化器的致命缺陷：1、氧化器是易損件，3年左右就要更換，費(fèi)用大；2、 氧化器最大產(chǎn)能只能到12萬噸，甲醛裝置的大型化受到致命的制約；3、運(yùn)輸過程受限制， 設(shè)計(jì)到12萬噸甲醛裝置幾乎是最大的了；4、大型氧化器單耗偏高，操作困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 發(fā)明目的：針對(duì)上述存在的問題和缺陷，本發(fā)明提供了一種銀法甲醛裝置中的甲 醇氧化器，盡量減少管板件高溫下?lián)p傷，延長了氧化器的實(shí)用壽命。
[0019] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種銀法甲醛裝置 中的甲醇氧化器，其特征在于：包括氧化器頂蓋、與氧化器頂蓋法蘭連接的急冷段，以及輔 助系統(tǒng)，所述輔助系統(tǒng)包括汽包和循環(huán)泵，所述氧化器頂蓋與急冷段之間的空間形成催化 室，該催化室設(shè)有電解銀催化劑層；所述急冷段包括設(shè)在催化劑層下底部的催化劑層下急 冷器、設(shè)在急冷段側(cè)面板上的急冷段側(cè)面板冷卻器，以及設(shè)在催化劑層下急冷器下方的產(chǎn) 汽冷卻器；催化劑層下急冷器、急冷段側(cè)面板冷卻器和產(chǎn)汽冷卻器均為內(nèi)部通以汽包循環(huán) 熱水的管式換熱器，其中催化劑層下機(jī)冷器通過循環(huán)泵強(qiáng)制循環(huán)。
[0020] 所述氧化器頂蓋外壁橫向設(shè)有混合氣體進(jìn)口，內(nèi)部設(shè)有截頭錐形氣體分配器。
[0021] 所述電解銀催化劑層厚度為15?20mm。
[0022] 所述催化劑層下急冷器為聯(lián)排管式換熱器，產(chǎn)汽冷卻器為多做聯(lián)排管式換熱器， 急冷段側(cè)面板冷卻器采用半管換熱器。
[0023] 所述催化劑層為多層結(jié)構(gòu)，每層電解銀的粒徑不同。
[0024] 有益效果：與傳統(tǒng)技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0025] 1、氧化器采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼換熱管在催化劑層下無焊接，所以不存在焊接熱影響 區(qū)，氧化器使用壽命增加，設(shè)計(jì)壽命10年左右，氧化器不再是易損件；
[0026] 2、氧化器催化劑層下的聯(lián)排"熱管"通汽包熱水，采用強(qiáng)制循環(huán)帶走反應(yīng)熱，不存 在換熱管和殼程之間熱應(yīng)力比較難消除的問題，避開了管板和換熱管部分的熱影響區(qū)在高 溫下是致命損壞的難題；
[0027] 3、設(shè)備的緊湊化設(shè)計(jì)，解決了氧化器有效直徑太大的問題?，F(xiàn)設(shè)計(jì)20萬噸氧化器 急冷段最大運(yùn)輸尺寸：□ 3300長X 3300寬X 3500高；30萬噸氧化器急冷段最大運(yùn)輸尺寸： □ 3900長X3900寬X4000高。完全可以實(shí)現(xiàn)甲醛裝置的大型化；
[0028] 4、由于采用了特殊的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)，產(chǎn)品單耗會(huì)更低，按照一般傳統(tǒng)型氧化器的單 耗為：445kg甲醇/t甲醛，而新設(shè)計(jì)的氧化器單耗為：437kg甲醇/t甲醛，每噸37%甲醛水 溶液可以降低單耗8kg;
[0029] 5、氧化器的換熱面積增加30%左右，副產(chǎn)蒸汽量會(huì)增加20%左右；由于結(jié)構(gòu)的限 制，傳統(tǒng)型氧化器的副產(chǎn)蒸汽工作壓力一般為〇. 2Mpa，而最新型氧化器副產(chǎn)蒸汽工作壓力 可設(shè)計(jì)為0. 4Mpa，副廣蒸汽的品味提1? 了。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明所述甲醇氧化器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 其中，氧化器頂蓋1、催化室2、急冷段3、混合氣體進(jìn)口 4、截頭錐形氣體分配器5、 催化劑層6、催化劑層下急冷器7、急冷段側(cè)面板冷卻器8、產(chǎn)汽冷卻器9、氣泡10、循環(huán)泵 11。

【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明 本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各 種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0033] 如圖1所示，本發(fā)明所述的銀法甲醛裝置中的甲醇氧化器，主要包括：氧化器頂 蓋、催化室、急冷段和輔助系統(tǒng)，其中急冷段包括催化劑層下急冷器、急冷段側(cè)面板冷卻器、 急冷段產(chǎn)汽冷卻器；氧化器頂蓋通過法蘭與急冷段連接，且它們之間的空間就形成催化室； 而輔助系統(tǒng)主要包括循環(huán)泵和氣泡，用于提供工藝水帶走回收熱量，并產(chǎn)生副產(chǎn)蒸汽。以下 介紹各部件的用途：
[0034] 氧化器頂蓋:氧化器頂蓋：氧化器頂蓋與催化室急冷段之間采用設(shè)備法蘭連接， 混合氣體從頂蓋部位的橫向進(jìn)入，由于頂蓋內(nèi)腔所設(shè)置的錐形分配錐的阻擋，使氣體呈弧 形從分配錐頂部均勻的進(jìn)入分配錐，然后均勻的擴(kuò)散到下面的催化劑層。
[0035] 急冷段和催化室焊接為整體，其中：
[0036] 催化劑室，圓形，內(nèi)裝電解銀催化劑層，厚度為15?20_，甲醇混合氣體通過催化 劑層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使甲醇氧化反應(yīng)和脫氫反應(yīng)生成甲醛，電解銀反應(yīng)溫度為620±20°C， 距催化劑上部60?80mm處設(shè)置點(diǎn)火電阻絲支撐在一個(gè)圓形絕緣支架上，開車時(shí)用來點(diǎn)火， 推動(dòng)初始反應(yīng)的進(jìn)行。電解銀催化劑按一定比例的粒徑大小逐層鋪裝在催化劑層的銅網(wǎng)上 面，催化劑鋪裝均勻，邊緣鋪裝采用特殊結(jié)構(gòu)達(dá)到緊實(shí)，同時(shí)為了保證周邊的反應(yīng)充分，設(shè) 置隔熱層。
[0037] 催化劑層下急冷器，方形，采用聯(lián)排的"熱管"組成，內(nèi)部通以汽包的循環(huán)熱水，采 用強(qiáng)制循環(huán)迅速帶走反應(yīng)熱，使反應(yīng)氣體的溫度急冷到300°C以下。
[0038] 急冷段側(cè)面板冷卻器,急冷段側(cè)面板冷卻器，使側(cè)面板的溫度極速降到300°C以 下，減少副反應(yīng)的產(chǎn)生。
[0039] 急冷段產(chǎn)汽冷卻器，方形，采用聯(lián)排的"熱管"組成，和佐汽包連接，形成水/汽 循環(huán)系統(tǒng)，通過冷熱介質(zhì)交換，將轉(zhuǎn)化氣熱量吸收，最終使甲醛氣體迅速冷卻到170°C以下， 聯(lián)排"熱管"內(nèi)的脫鹽水變成〇. 2?0. 3Mpa的水蒸氣，通過匯集,通向件7汽包。
[0040] 本發(fā)明所述甲醇氧化器的使用方法和操作過程：
[0041] 加熱到95?110°C甲醇混合氣體由氧化器頂蓋橫向進(jìn)入，碰撞到頂蓋內(nèi)腔所設(shè)置 的錐形分配錐，使氣體呈弧形從分配錐頂部均勻的進(jìn)入分配錐，然后均勻的擴(kuò)散到下面的 催化劑層。
[0042] 然后，甲醇混合氣體通過催化劑室，電解銀催化劑的厚度為15?20_，甲醇混合 氣體通過催化劑層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使甲醇氧化反應(yīng)和脫氫反應(yīng)生成甲醛，電解銀反應(yīng)溫度 為620±20°C，距催化劑上部60?80mm處設(shè)置點(diǎn)火電阻絲支撐在一個(gè)圓形絕緣支架上，開 車時(shí)用來點(diǎn)火，推動(dòng)初始反應(yīng)的進(jìn)行。
[0043] 控制通過銀催化劑層的氣體速度的時(shí)間，一般控制在0. 007?0. 01s，時(shí)間過于 短，反應(yīng)不充分，時(shí)間過于長，則副反應(yīng)增加；同時(shí)控制反應(yīng)的溫度在：620?650°C之間，這 樣副反應(yīng)會(huì)減少，甲醛的單耗也會(huì)達(dá)到最佳水平。
[0044] 由于第2個(gè)反應(yīng)是脫氫反應(yīng)，而脫氫反應(yīng)是可逆反應(yīng)，為防止反應(yīng)以后的氣體 回到甲醇原材料，既使反應(yīng)的得率達(dá)到最佳水平，所以反應(yīng)完畢的氣體必須迅速急冷到 350?400°C左右，這個(gè)任務(wù)由催化劑層下急冷器（催化劑層下急冷器）來完成。催化劑層 下急冷器通以120?140°C的循環(huán)熱水（根據(jù)氣泡設(shè)定的蒸汽壓力而決定的循環(huán)水溫度）。 循環(huán)熱水的強(qiáng)制循環(huán)，是通過汽包，循環(huán)管道，急冷冷卻器循環(huán)泵來完成的。
[0045] 經(jīng)過催化劑層下急冷器的甲醛反應(yīng)氣體，再通過急冷段側(cè)面板冷卻器（由N組聯(lián) 排熱管組成），要求通過急冷段側(cè)面板冷卻器后的反應(yīng)氣體溫度降到120?150°C左右。急 冷段側(cè)面板冷卻器上部用急冷段產(chǎn)汽冷卻器上升管和汽包相連接，產(chǎn)生的蒸汽通過管道進(jìn) 入汽包；汽包里的水通過件9 (急冷段產(chǎn)汽冷卻器下降管）流向急冷段側(cè)面板冷卻器的下 部，這樣就產(chǎn)生了自循環(huán)，不斷的將氧化器內(nèi)部的反應(yīng)熱帶出來。產(chǎn)生的蒸汽壓力一般為： 0. 2?0. 4Mpa，此部分蒸汽可用于系統(tǒng)及外供。冷卻至120?150°C左右的甲醛氣體，通過 反應(yīng)器出口，流向吸收塔進(jìn)行進(jìn)一步冷卻和吸收。
[0046] 采用本發(fā)明后，37%甲醛水溶液的質(zhì)量指標(biāo)符合國標(biāo)（68八9009-2011)優(yōu)級(jí)，甲 醛水溶液37 %的主要指標(biāo)：
[0047]

【權(quán)利要求】
1. 一種銀法甲醛裝置中的甲醇氧化器，其特征在于：包括氧化器頂蓋、與氧化器頂蓋 法蘭連接的急冷段，以及輔助系統(tǒng)，所述輔助系統(tǒng)包括汽包和循環(huán)泵，所述氧化器頂蓋與急 冷段之間的空間形成催化室，該催化室設(shè)有電解銀催化劑層；所述急冷段包括設(shè)在催化劑 層下底部的催化劑層下急冷器、設(shè)在急冷段側(cè)面板上的急冷段側(cè)面板冷卻器，以及設(shè)在催 化劑層下急冷器下方的產(chǎn)汽冷卻器；催化劑層下急冷器、急冷段側(cè)面板冷卻器和產(chǎn)汽冷卻 器均為內(nèi)部通以汽包循環(huán)熱水的管式換熱器，其中催化劑層下機(jī)冷器通過循環(huán)泵強(qiáng)制循 環(huán)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述銀法甲醛裝置中的甲醇氧化器，其特征在于：所述氧化器頂蓋 外壁橫向設(shè)有混合氣體進(jìn)口，內(nèi)部設(shè)有截頭錐形氣體分配器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述銀法甲醛裝置中的甲醇氧化器，其特征在于：所述電解銀催化 劑層厚度為15?20mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述銀法甲醛裝置中的甲醇氧化器，其特征在于：所述催化劑層下 急冷器為聯(lián)排管式換熱器，產(chǎn)汽冷卻器為多做聯(lián)排管式換熱器，急冷段側(cè)面板冷卻器采用 半管換熱器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述銀法甲醛裝置中的甲醇氧化器，其特征在于：所述催化劑層為 多層結(jié)構(gòu)，每層電解銀的粒徑不同。
【文檔編號(hào)】C07C45/38GK104248939SQ201410473043
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】葉子茂, 向家勇, 顧以洵, 許引 申請(qǐng)人:江蘇凱茂石化科技有限公司