專利名稱：帶有伴熱夾套的液體汽化設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種液體汽化設(shè)備，更具體地說，涉及一種用于己內(nèi)酰胺工藝的環(huán)己酮肟汽化設(shè)備。
背景技術(shù)：
ε -己內(nèi)酰胺(以下簡稱為己內(nèi)酰胺)是生產(chǎn)錦綸、工業(yè)簾子線以及尼龍工程塑料三大系列產(chǎn)品的主要原料，隨著國內(nèi)工程塑料需求量的不斷增加，其需求量也呈逐年增加的趨勢。環(huán)己酮肟貝克曼重排工藝生產(chǎn)己內(nèi)酰胺包括液相法和氣相法兩種，液相法采用濃硫酸或發(fā)煙硫酸作為催化劑，催化環(huán)己酮肟發(fā)生貝克曼重排反應(yīng)后，再用氨中和反應(yīng)體系中的酸，生成己內(nèi)酰胺和副產(chǎn)物硫酸銨等。液相法生產(chǎn)己內(nèi)酰胺工藝最大的缺點是副產(chǎn)大量的低價值的硫酸銨，此外采用硫酸作為催化劑導(dǎo)致設(shè)備腐蝕和嚴重環(huán)境污染。氣相法以 MFI結(jié)構(gòu)的分子篩作為酸性催化劑，在工藝過程中不需要消耗硫酸，使己內(nèi)酰胺的生產(chǎn)過程變得更加綠色，因此逐漸受到廣泛關(guān)注。在環(huán)己酮肟氣相貝克曼重排生產(chǎn)己內(nèi)酰胺工藝中，環(huán)己酮肟必須以氣相形式進入反應(yīng)器參與反應(yīng)。由于環(huán)己酮肟屬于高度熱敏性物質(zhì)，在常壓下，環(huán)己酮肟的汽化溫度為 208°C。氣化過程中，未被及時汽化的液相環(huán)己酮肟極易出現(xiàn)縮聚等副反應(yīng)而發(fā)生非催化結(jié)焦現(xiàn)象。因此環(huán)己酮肟汽化是氣相貝克曼重排生產(chǎn)己內(nèi)酰胺工藝的關(guān)鍵技術(shù)之一。文獻記載的環(huán)己酮肟的汽化方法主要有以下幾種。US4268440公開了一種環(huán)己酮肟汽化方法，其中環(huán)己酮肟是在惰性氣體的環(huán)境下通過流化床與惰性顆粒如硅砂接觸進行汽化。這種方法仍然不能避免一部分環(huán)己酮肟在流化床中分解或者結(jié)焦，導(dǎo)致環(huán)己酮肟汽化過程中物耗較高；結(jié)焦生成物阻塞床層通道，床層壓降不斷增加，需要不斷提高惰性氣體的入口壓力來平衡流化床床層壓降的增加，因此操作控制難度較大；此外，采用流化床的汽化方法所使用的流化床設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜。US4137263公開了一種環(huán)己酮肟汽化方法，該方法采用降膜蒸發(fā)器汽化環(huán)己酮肟液體，在絕對壓力為1060托的條件下使環(huán)己酮肟汽化，汽化溫度控制在170°C以下。這種方法在環(huán)己酮肟汽化過程中，環(huán)己酮肟受熱有焦油產(chǎn)生，為了脫除焦油需要添加復(fù)雜的附屬設(shè)施，同時焦油會在降膜蒸發(fā)器的表面結(jié)碳，降低汽化效率并有堵塞蒸發(fā)器管路的危險。由于環(huán)己酮肟物料對高溫具有高度敏感性，往往需要采取較低的汽化溫度，因而需要后續(xù)的升溫過程才能達到氣相貝克曼重排所需要的反應(yīng)溫度。目前公開的環(huán)己酮肟汽化設(shè)備，有傳統(tǒng)的換熱器或者流化床等形式。這類設(shè)備均有局部過熱的現(xiàn)象。環(huán)己酮肟液體在受熱汽化過程中極其容易發(fā)生受熱不均導(dǎo)致的局部過熱而形成焦油或者結(jié)焦。因此迫切需要開發(fā)一種快速、簡便的汽化設(shè)備。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種液體汽化設(shè)備，應(yīng)用于己內(nèi)酰胺生產(chǎn)工藝中以有效防止環(huán)己酮肟在氣化過程中結(jié)焦。[0008]本實用新型提供的液體汽化設(shè)備，包括汽化器殼體1、噴口伸入汽化器殼體1內(nèi)部的霧化噴槍6和汽化器殼體1內(nèi)部的高溫氣體分配器15，汽化器殼體1的頂部為蒸汽出口 3，底部設(shè)有檢修口 2 ；其中，所述的霧化噴槍6由槍體和霧化噴嘴組成，霧化噴槍6槍體和液體進料口 7和霧化氣體進料口 8連通，霧化噴槍槍體外部依次設(shè)置伴熱水夾套14和/或伴熱氣夾套13 ；所述的高溫氣體分配器15位于霧化噴嘴之下，高溫氣體分配器另一端為高溫氣體入口 4。本實用新型提供的液體汽化設(shè)備的有益效果為本實用新型提供的液體汽化設(shè)備適用于環(huán)己酮肟汽化過程，在使用過程中，先將環(huán)己酮肟霧化為小液滴，然后與高溫氣體接觸迅速汽化，可以有效消除環(huán)己酮肟受熱結(jié)焦。 由于霧化噴槍外設(shè)置伴熱氣夾套和伴熱水夾套，可以用于在較高溫度和壓力下液體的汽化過程。將本實用新型的液體汽化設(shè)備安裝在環(huán)己酮肟氣相貝克曼重排反應(yīng)器中，環(huán)己酮肟汽化后直接進入催化劑床層反應(yīng)，液體輸送、汽化、反應(yīng)三者有機結(jié)合，操作控制簡便。可以滿足環(huán)己酮肟在壓力高于2000托066KPa)，溫度大于350°C的汽化要求。

圖1為本實用新型提供的液體汽化設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為氣體分布環(huán)示意圖；其中，1-液體汽化設(shè)備殼體；2-檢修口 ；3-汽化后氣體出口 ；4-高溫氣體入口 ； 5-霧化噴槍支撐套管；6-霧化噴槍；7-液體進料口 ；8-霧化氣體入口 ；9-伴熱水入口 ； 10-伴熱水出口 ；11-伴熱氣入口 ；12-伴熱氣出口 ；13-伴熱氣夾套；14-伴熱水夾套； 15-氣體分配環(huán)；16-填料層；17-高溫氣體出口。
具體實施方式
本實用新型提供的液體汽化設(shè)備，包括汽化器殼體1、噴口伸入汽化器殼體1內(nèi)部的霧化噴槍6和汽化器殼體1內(nèi)部的高溫氣體分配器4，汽化器殼體1的頂部為蒸汽出口 3，底部設(shè)有檢修口 2 ；其中，所述的霧化噴槍6由槍體和霧化噴嘴組成，霧化噴槍6槍體和液體進料口 7和氣體進料口 8連通，霧化噴槍槍體外部依次設(shè)置伴熱水夾套14和/或伴熱氣夾套13，并分別設(shè)置伴熱氣入口 11、出口 12和伴熱水入口 9、出口 10 ；所述的高溫氣體分配器15位于霧化噴嘴之下，高溫氣體分配器15另一端為高溫氣體入口 4。本實用新型提供的液體汽化設(shè)備中，優(yōu)選將所述的霧化噴槍6通過霧化噴槍支撐套管5固定安裝在汽化器殼體1壁上。設(shè)置霧化噴槍支撐套管可以使霧化噴槍安裝拆卸更方便，使操作、維修更加靈活。本實用新型提供的液體汽化設(shè)備中，所述的霧化噴槍為能夠?qū)h(huán)己酮肟液體霧化為小液滴的霧化設(shè)備，可以是雙流體霧化噴槍、單流體(壓送式)霧化噴槍等，本實用新型對此沒有限制。所述的霧化噴槍基本結(jié)構(gòu)包含槍身、噴嘴、控制部件和其他附件等。液體如環(huán)己酮肟由液體入口 7引入噴槍，氣體由氣體入口 8進入噴槍3槍體內(nèi)。高速氣流帶動環(huán)己酮肟液體霧化為小液滴。本實用新型提供的液體汽化設(shè)備中，所述的霧化噴槍3優(yōu)選為雙流體霧化噴槍， 雙流體霧化噴槍與單流體霧化噴槍(機械霧化)相比，由于讓液體和霧化氣混合后噴出，可以得到比單流體噴嘴更微小的液滴，其中霧化氣體與液體的體積比越高顆粒直徑就越變細。另外，雙流體噴槍的噴嘴口徑較大，所以可以避免異物堵塞現(xiàn)象。雙流體霧化與簡單的單流體霧化相比，不僅可以實現(xiàn)液體流量的連續(xù)控制，滿足不同工況條件下的霧化要求。同時霧化介質(zhì)的使用，可以實現(xiàn)噴頭表面的自清洗過程，防止易結(jié)焦物質(zhì)堵塞噴嘴，導(dǎo)致霧化效果變差。雙流體霧化噴槍按照液體與霧化氣相互作用的不同分為外混式和內(nèi)混式兩種，外混式是氣流霧化液體主要在噴口處或噴口外進行，內(nèi)混式則在噴口前和局部霧化后，在經(jīng)噴口噴射繼續(xù)霧化。本實用新型提供的液體汽化設(shè)備所采用的霧化噴槍中，更優(yōu)選內(nèi)混式雙流霧化噴槍，內(nèi)混式霧化噴槍霧化氣體耗量更少，霧化質(zhì)量更好。內(nèi)混式氣體霧化噴槍在混合腔下游基本形成混合均勻的氣液兩相流，氣液兩相流經(jīng)過噴嘴混合腔霧化作用后，液體被分成不連續(xù)的大液滴。當(dāng)氣液兩相流流過噴頭時，得到突然加速，氣體獲得很大速度，形成較大的氣液速度差，在氣動力的作用下，液體被迅速拉伸成薄液膜或較細的液絲，在離開噴嘴后，這些液膜和液絲在霧化氣體作用下，克服液體的表面張力和粘性力，最終實現(xiàn)霧化作用。采用內(nèi)混式氣體霧化噴槍，液體進料由外部輸送設(shè)備送入噴槍內(nèi)部，在槍體內(nèi)和噴嘴的共同作用下，液體霧化為微小液滴。本實用新型提供的液體汽化設(shè)備，所述的高溫氣體分配器15為任何將高溫氣體均勻分配噴入汽化設(shè)備殼體的設(shè)備。氣體分配器的使用不僅可以均勻分散高溫惰性氣體， 而且適當(dāng)?shù)母淖兏邷貧怏w噴出角度可以調(diào)整與霧化流體的接觸效果。本實用新型提供的液體汽化設(shè)備中，所述的高溫氣體分配器優(yōu)選的結(jié)構(gòu)為高溫氣體分配環(huán)的形式。所述的高溫氣體分配環(huán)的一種可能結(jié)構(gòu)如圖2所示，環(huán)形的高溫氣體分配環(huán)上設(shè)置有高溫氣體出氣孔 17，以保證高溫惰性氣體在噴槍周圍均勻分散，還可以調(diào)整空氣環(huán)上的開孔位置，改善與霧化流體的接觸效果，快速完成汽化過程。本實用新型提供的液體汽化設(shè)備，霧化噴槍槍體在汽化設(shè)備殼體外的部分設(shè)置伴熱水夾套和/或伴熱氣夾套，所述的伴熱水夾套上有伴熱水入口和伴熱水出口，所述的伴熱氣夾套上設(shè)置伴熱氣入口和出口。優(yōu)選在霧化噴槍槍體外設(shè)置伴熱水夾套，伴熱水夾套外部再設(shè)置伴熱氣夾套，所述的伴熱夾套上分別設(shè)有伴熱水入口和出口，以及伴熱氣入口和出口。由于環(huán)己酮肟氣相貝克曼重排工藝的反應(yīng)溫度為300°C -400°C，反應(yīng)壓力為 0-0. 5MPa。因此液相環(huán)己酮肟汽化后的的環(huán)己酮肟氣體需要升溫和升壓到的條件下進行反應(yīng)。在霧化噴槍槍體外設(shè)置伴熱水和/或伴熱氣夾套有利于保持環(huán)己酮肟處于一個適當(dāng)?shù)臏囟?，維持環(huán)己酮肟良好的進料流動狀態(tài)。本實用新型提供的液體汽化設(shè)備，內(nèi)置有填料層。填料層可以為散堆填料或者金屬絲網(wǎng)填料。優(yōu)選金屬絲網(wǎng)。金屬絲網(wǎng)不僅可以過濾掉熱敏性物質(zhì)在汽化過程中產(chǎn)生的少量固體顆粒，此外，大量氣體物料通過金屬絲網(wǎng)后流速將變得更加均勻。如圖1所示，在汽化器上部，接近氣相物料出口 3處，設(shè)有金屬絲網(wǎng)過濾器16。本實用新型提供的液體汽化設(shè)備，適用于對熱較敏感的液體的霧化過程。尤其適用于環(huán)己酮肟液體的汽化過程，先經(jīng)霧化噴槍將環(huán)己酮肟液體霧化分散成大量微小的液滴，與通過高溫氣體分配器引入的高溫惰性氣體接觸實現(xiàn)汽化過程。霧化后的環(huán)己酮肟進料具有更大的表面積，極大的增加了氣液相間的傳熱面積，強化了高溫介質(zhì)與環(huán)己酮肟的熱傳遞過程，以實現(xiàn)環(huán)己酮肟瞬間汽化?？焖倨^程大大縮短了環(huán)己酮肟的相變時間，抑制了環(huán)己酮肟在汽化中的副反應(yīng)(如縮合過程)，從而降低了環(huán)己酮肟汽化中的結(jié)焦。同時，由于快速汽化，可避免液滴在運動中的重新聚集而削弱霧化效果。本實用新型提供的液體汽化設(shè)備在使用過程中，涉及的汽化過程不與器壁接觸汽化，因此不會出現(xiàn)熱敏感液體例如環(huán)己酮肟在汽化過程中與熱壁接觸而容易出現(xiàn)的結(jié)焦。本實用新型提供的液體汽化設(shè)備內(nèi)部僅包括氣體霧化噴槍和高溫氣體分配器，結(jié)構(gòu)簡單，便于維護維修。本實用新型提供的液體汽化設(shè)備優(yōu)選的雙流體霧化噴槍在大量氣體霧化介質(zhì)存在下，高速從噴槍噴出，霧化效果更佳均勻，同時霧滴粒徑可以根據(jù)工況進行調(diào)節(jié)。本實用新型提供的液體汽化設(shè)備的工作過程以圖1為例說明。液體進料與作為霧化介質(zhì)的惰性氣體分別從液體入口 7和霧化氣體入口 8進入液體汽化設(shè)備殼體1內(nèi)。在氣體的作用下，將液體進料霧化為小液滴從霧化噴嘴6噴出。高溫氣體介質(zhì)從高溫氣體入口 4進入高溫氣體分配環(huán)，從氣體分配器15上的氣體孔17的噴出，噴出后高溫氣體介質(zhì)與小液滴觸瞬間汽化。汽化后的液體在汽化設(shè)備殼體1內(nèi)維持較短的停留時間，快速從氣體出口 3進入后續(xù)單元。下面通過實施例具體說明本實用新型的效果，但本實用新型并不因此而受到任何限制。實施例實施例說明本實用新型提供的環(huán)己酮肟汽化設(shè)備的效果。如附圖1所示，霧化噴槍外設(shè)置伴熱氣夾套和伴熱水夾套，伴熱氣的溫度為 150°C，伴熱水的溫度為90°C。環(huán)己酮肟由液體進料口引入汽化器中，進料量為100Kg/h，進料溫度為120°C，進料壓力為0. 4MPa。霧化介質(zhì)氮氣由氣體進料口 8引入，流量為37Nm3/h， 壓力為0. 4MPa(絕壓)，混合后的流體進入氣體霧化器腔體。在氮氣霧化介質(zhì)作用下，環(huán)己酮肟被快速霧化為小液滴。高溫氮氣經(jīng)高溫氣體入口引入，經(jīng)高溫氣體分配器引入汽化器中，氮氣流量為2092kg/h。環(huán)己酮肟霧滴與480°C高溫氮氣接觸，瞬間汽化，汽化后溫度為 431°C。汽化后的環(huán)己酮肟氣體經(jīng)氣體出口引出液體汽化設(shè)備，進入反應(yīng)器。汽化器運行 700小時，汽化器內(nèi)沒有明顯結(jié)焦現(xiàn)象。對比例對比例說明現(xiàn)有技術(shù)中環(huán)己酮肟汽化效果。環(huán)己酮肟不經(jīng)過本實用新型提供的液體汽化設(shè)備，直接與熱氮氣接觸汽化后進入反應(yīng)器的反應(yīng)床層。環(huán)己酮肟的進料量為100kg/h，進料壓力為0. 4MPa ；熱氮氣注入量為 2092kg/ho汽化溫度為431°C。運轉(zhuǎn)50小時，在汽化室底部有出現(xiàn)明顯結(jié)焦現(xiàn)象，出現(xiàn)大顆粒結(jié)碳。
權(quán)利要求1.一種帶有伴熱夾套的液體汽化設(shè)備，包括汽化器殼體(1)、噴口伸入汽化器殼體(1) 內(nèi)部的霧化噴槍(6)和汽化器殼體(1)內(nèi)部的高溫氣體分配器(15)，汽化器殼體(1)的頂部為蒸汽出口(3)，底部設(shè)有檢修口( ；其中，所述的霧化噴槍(6)由槍體和霧化噴嘴組成，霧化噴槍(6)槍體和液體進料口(7)和霧化氣體進料口(8)連通，霧化噴槍槍體外部依次設(shè)置伴熱水夾套(14)和/或伴熱氣夾套(1 ；所述的高溫氣體分配器(1 位于霧化噴嘴之下，高溫氣體分配器另一端為高溫氣體入口 G)。
2.按照權(quán)利要求1的液體汽化設(shè)備，其特征在于所述的霧化噴槍(6)通過霧化噴槍支撐套管(5)固定安裝在汽化器殼體(1)側(cè)壁上。
3.按照權(quán)利要求1或2的液體汽化設(shè)備，其特征在于所述的霧化噴槍為雙流體霧化噴槍。
4.按照權(quán)利要求3的液體汽化設(shè)備，其特征在于所述的霧化噴槍C3)為內(nèi)混式雙流體霧化噴槍。
5.按照權(quán)利要求1或2的液體汽化設(shè)備，其特征在于所述的氣體分配器(15)為氣體分布環(huán)型結(jié)構(gòu)，氣體分布環(huán)上開有高溫氣體出口。
專利摘要一種帶有伴熱夾套的液體汽化設(shè)備，包括汽化器殼體(1)、伸入汽化器殼體(1)內(nèi)部的霧化噴槍(6)和汽化器殼體(1)內(nèi)部的高溫氣體分配器(15)，汽化器殼體(1)的頂部為氣相物料出口(3)，底部設(shè)有檢修口(2)；其中，所述的霧化噴槍(6)由槍體和霧化噴嘴組成，霧化噴槍(6)槍體設(shè)有液體進料口(7)和霧化氣體進料口(8)，霧化噴槍槍體外部依次設(shè)置伴熱水夾套(14)和/或伴熱氣夾套(13)，所述的高溫氣體分配器(15)位于霧化噴嘴之下，高溫氣體分配器另一端為高溫氣體入口(4)。本實用新型提供的液體汽化設(shè)備可實現(xiàn)熱敏感液體的快速汽化，尤其適用于環(huán)己酮肟的汽化過程，可以防止環(huán)己酮肟在汽化過程中的結(jié)焦。
文檔編號B01J19/00GK202113846SQ20112013254
公開日2012年1月18日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者張樹忠, 楊克勇, 江雨生, 王皓, 程時標, 范瑛琦, 趙娜 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院