專利名稱：多層固定床管殼式反應(yīng)器的制作方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種具有優(yōu)良的熱媒閉路循環(huán)系統(tǒng)的多層固定床管殼式反應(yīng)器。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種帶有簡(jiǎn)潔高效的熱媒閉路循環(huán)系統(tǒng)用于制備(甲基)丙烯酸的多層固定床管殼式反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
丙烯酸作為一種重要的化工原料廣泛用于各種領(lǐng)域。例如丙烯酸聚合物可作為添加劑用于制備各種高檔涂料。目前制備丙烯酸時(shí)通常采用多層固定床管殼式反應(yīng)器。
1991年9月17日提交的授予Yamaguchi的美國(guó)專利5,048,601公開了一種多層固定床管殼式反應(yīng)器，它包括一塊將反應(yīng)器分隔成兩個(gè)不同溫度的反應(yīng)段的中間管板，從而有效地制備例如丙烯酸和甲基丙烯酸。由該專利的附圖可見，兩個(gè)不同溫度的反應(yīng)段分別具有不同的體積，一般來(lái)說(shuō)兩個(gè)反應(yīng)段分別占反應(yīng)器體積的約5/6和1/6。
許多化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)或者是吸熱反應(yīng)。因此需要在反應(yīng)器中循環(huán)熱媒以便吸收或提供熱量，使化學(xué)反應(yīng)更快地完成。
現(xiàn)有技術(shù)一般在該多層固定床管殼式反應(yīng)器周圍附加安裝由管道連接的熱媒循環(huán)裝置，所述循環(huán)裝置包括分立的熱媒輸送泵、熔鹽儲(chǔ)槽、加熱器、熱交換器等。由于這些分立裝置是用管道通過(guò)接口相連的，因此其占地面積大。由于作為熔鹽的熱媒具有一定的滲透性和腐蝕性，因此對(duì)管道接口的密封具有相當(dāng)高的要求。另外，長(zhǎng)的連接管道造成熱媒輸送阻力上升，需要提高輸送泵的功率才能維持正常的熱媒輸送流程。所有這些均不同程度地提高了最終產(chǎn)品的成本。
此外，為了在中間管板上下達(dá)到壓力平衡，熱媒流程需增設(shè)氣相平衡管等附加管線。增加管線會(huì)使熱媒流程煩瑣復(fù)雜，提高現(xiàn)場(chǎng)裝置運(yùn)行維護(hù)成本。
本發(fā)明的目的就是要解決現(xiàn)有技術(shù)的這種缺陷。
發(fā)明的概述鑒于現(xiàn)有的多層管殼式反應(yīng)器的缺陷，本發(fā)明提供一種多層管殼式反應(yīng)器，它包括反應(yīng)室1、將該反應(yīng)室分成兩個(gè)不同溫度的反應(yīng)段的中間管板2，以及分別與兩個(gè)反應(yīng)段相連的兩個(gè)熱媒循環(huán)段，其特征在于所述熱媒循環(huán)段作為反應(yīng)器的一部分與反應(yīng)室整體相連。
本發(fā)明另一方面涉及一種多層管殼式反應(yīng)器，它包括反應(yīng)室1、將該反應(yīng)室分成兩個(gè)不同溫度的反應(yīng)段的中間管板2，以及與上反應(yīng)段相連的熱媒循環(huán)段，其特征在于所述熱媒循環(huán)段作為反應(yīng)器的一部分與反應(yīng)室整體相連。
附圖簡(jiǎn)述下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，附圖中

圖1是現(xiàn)有的多層固定床管殼式反應(yīng)器及其附加的熱媒循環(huán)裝置的示意圖；圖2是本發(fā)明一個(gè)較好實(shí)例的多層固定床管殼式反應(yīng)器的剖面示意圖；圖3是本發(fā)明一個(gè)較好實(shí)例的多層固定床管殼式反應(yīng)器的俯視圖。
較好實(shí)例的詳細(xì)描述圖1是現(xiàn)有的多層固定床管殼式反應(yīng)器及其附加的熱媒循環(huán)裝置的示意簡(jiǎn)圖。所述反應(yīng)器包括反應(yīng)器1，中間管板2將該反應(yīng)器分成兩個(gè)不同溫度的反應(yīng)段。兩個(gè)反應(yīng)段各自連接有熱媒循環(huán)系統(tǒng)，這種熱媒循環(huán)系統(tǒng)分別包括用管道通過(guò)相連的熱媒輸送泵6、熱交換器4以及熱媒儲(chǔ)槽、加熱器等(圖中未表示)。
使用時(shí)加熱器先加熱熱媒使之液化，隨后輸送泵6將熱媒送至反應(yīng)器使之發(fā)生熱交換，接著再將經(jīng)熱交換的熱媒泵送至熔鹽儲(chǔ)槽，再將其送往熱交換器，發(fā)生熱交換后再循環(huán)至反應(yīng)器內(nèi)與反應(yīng)管中的反應(yīng)物進(jìn)行熱交換，再將經(jīng)熱交換的熱媒泵送至熔鹽儲(chǔ)槽，如此循環(huán)往復(fù)。當(dāng)反應(yīng)器需要從熱媒中吸收熱量時(shí)，則熱媒從熔鹽儲(chǔ)槽中出來(lái)后還需要經(jīng)過(guò)一個(gè)加熱裝置以便對(duì)其進(jìn)行加熱。由反應(yīng)器和熱媒循環(huán)裝置組成的反應(yīng)系統(tǒng)雖然具有良好的熱交換效率，但是通過(guò)管道相連的分立的輸送泵和熱交換器等裝置占地面積大，對(duì)接口的要求高，并且需要高功率的輸送泵來(lái)克服長(zhǎng)熔鹽管道產(chǎn)生的輸送阻力，從而增加了設(shè)備投資。
圖2是本發(fā)明一個(gè)較好實(shí)例的剖面示意圖。由圖可見，本發(fā)明反應(yīng)器包括反應(yīng)室1，中間管板2將該反應(yīng)室分成兩個(gè)不同溫度的反應(yīng)段。兩個(gè)反應(yīng)段各自與其熱媒循環(huán)段相連。所述熱媒循環(huán)段分別包括軸流泵3和3’、熱交換器4和4’、電加熱器5和5’和調(diào)節(jié)閥組7和7’。
如圖3所示，在本發(fā)明的一個(gè)較好的實(shí)例中，熱媒循環(huán)系統(tǒng)中的軸流泵3、電加熱器5、熱交換器4、調(diào)節(jié)閥組7等均掛附于反應(yīng)器周邊，使該系統(tǒng)屬于基本無(wú)管道連接，從而減少系統(tǒng)阻力，使系統(tǒng)泄漏減到最低。
中間管板2將反應(yīng)室1分成兩個(gè)不同的反應(yīng)段。一般來(lái)說(shuō)，上反應(yīng)段作為主要的反應(yīng)段占有較大的空間。在本發(fā)明一個(gè)較好的實(shí)例中，上反應(yīng)段占整個(gè)反應(yīng)室的5/6，而下反應(yīng)段僅占1/6。鑒于兩個(gè)反應(yīng)段的空間分布，本發(fā)明兩個(gè)熱媒循環(huán)段具有不同的結(jié)構(gòu)。
如圖2所示，對(duì)于上反應(yīng)段，在帶有加熱器5的情況下，其熱媒循環(huán)系統(tǒng)所屬設(shè)備分掛在反應(yīng)室1的180°兩側(cè)。在所述反應(yīng)室的一側(cè)，熱媒循環(huán)段包括通過(guò)短管11和10與反應(yīng)室1相連的軸流泵3、通過(guò)短管17和16與軸流泵3相連的熱交換器4、及短管17中的調(diào)節(jié)閥組7，而在另一側(cè)包括通過(guò)短管12和13與反應(yīng)室相連的電加熱器5。
使用時(shí)，軸流泵3通過(guò)短管10將熱媒送入反應(yīng)器，使之與反應(yīng)室1內(nèi)的反應(yīng)管發(fā)生熱交換(在有加熱器5加熱的情況下，通過(guò)短管12和13流經(jīng)加熱器5)以后，由短管11輸出，輸出的熱媒與通過(guò)短管16來(lái)自熱交換器4經(jīng)冷卻的熱媒混合。經(jīng)泵混合加壓后的熱媒一部分經(jīng)短管10泵入反應(yīng)室1，而另一部分則由短管17進(jìn)入熱交換器4進(jìn)行熱交換。為調(diào)節(jié)反應(yīng)器溫度，在管道17中設(shè)置調(diào)節(jié)閥組7以便控制通過(guò)短管17進(jìn)入熱交換器4的熱媒的量，從而達(dá)到控制反應(yīng)室內(nèi)部溫度的目的。
為了在反應(yīng)器啟動(dòng)階段使熱媒(通常是熔鹽)升溫達(dá)起始反應(yīng)溫度及停車時(shí)保持恒溫，在反應(yīng)室的另一側(cè)設(shè)置加熱器5。加熱器5通過(guò)短管12和13與反應(yīng)室1相連。啟始升溫后，當(dāng)溫度達(dá)到一定程度，加入反應(yīng)物料進(jìn)行反應(yīng)。由于反應(yīng)放出的熱量使熱媒的溫度上升，為保持鹽溫恒定必須開啟調(diào)節(jié)閥組7以便通過(guò)熱交換器4對(duì)熱媒進(jìn)行冷卻。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員不難理解反應(yīng)熱的移出與設(shè)置加熱器5和調(diào)節(jié)閥門7的重要性。
本發(fā)明反應(yīng)器的熱媒循環(huán)段中，各裝置(如軸流泵、加熱器、熱交換器)與反應(yīng)器之間基本是無(wú)管道連接的。它與現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)管道等的“軟”連接方法不同，所述短管是通過(guò)焊接等“硬”連接方法相連的。同樣本發(fā)明反應(yīng)器中熱媒循環(huán)段與反應(yīng)室也是通過(guò)“硬”連接方法相連的。本發(fā)明連接方法可避免類似熱媒泄漏這種缺陷。
在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“軟連接”是指通過(guò)接口用較長(zhǎng)管道相連接；術(shù)語(yǔ)“硬連接”是指裝置之間基本無(wú)管道而是直接焊接在一起。
因此，在本文中，術(shù)語(yǔ)“整體相連”是指熱媒循環(huán)段通過(guò)“硬”連接方式與反應(yīng)室相連。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，“軟連接”需要接口密封技術(shù)，并且由于管道兩端需要有接口從而需要更長(zhǎng)的管道長(zhǎng)度。相反本發(fā)明硬連接方法可使反應(yīng)裝置更緊湊，從而減少了占地面積，降低成本，消除泄漏。
但是在某些情況下，例如在(甲基)丙烯酸的制備中，下反應(yīng)段具有熱媒循環(huán)段。下反應(yīng)段的熱媒壓力必須與上反應(yīng)段相同，以免上下反應(yīng)段的熱媒借助壓力差嚴(yán)重相混。本發(fā)明經(jīng)過(guò)進(jìn)一步研究，提出了一種使所有裝置處于反應(yīng)室一邊的熱媒循環(huán)裝置分布。
也就是說(shuō)，下反應(yīng)段的熱媒循環(huán)段位于與上反應(yīng)段的熱媒循環(huán)段相反的一側(cè)，它包括在反應(yīng)室1同一側(cè)的軸流泵3’、熱交換器4’、調(diào)節(jié)閥組7’和電加熱器5’。加熱器5’通過(guò)短管14與反應(yīng)室1相連，通過(guò)短管18與軸流泵3’相連；軸流泵3’通過(guò)短管15與反應(yīng)室1相連，當(dāng)該熱媒循環(huán)段不使用加熱器時(shí)，軸流泵的另一端通過(guò)短管18與反應(yīng)室直接相連；熱交換器4’通過(guò)短管19和20與軸流泵3’相連。
使用時(shí)，軸流泵3’通過(guò)短管15將熱媒送入反應(yīng)室1，使之與反應(yīng)管發(fā)生熱交換后由短管14輸出，輸出的熱媒由加熱器5’的下部進(jìn)入而從其上部通過(guò)短管18進(jìn)入軸流泵3’。來(lái)自短管18的溫度較高的熱媒與來(lái)自短管19的較冷的熱媒混合。混合后的熱媒一部分經(jīng)短管15泵入反應(yīng)室1，而另一部分則通過(guò)短管20進(jìn)入熱交換器進(jìn)行熱交換降溫。
在短管20中設(shè)置調(diào)節(jié)閥組7’以便控制進(jìn)入反應(yīng)室和冷卻器的熱媒的比例，從而達(dá)到控制反應(yīng)室內(nèi)部溫度的目的。
同樣為了在反應(yīng)器啟動(dòng)階段使熱媒(通常是熔鹽)升溫及停車時(shí)保持鹽溫，下反應(yīng)段的熱媒循環(huán)段還可設(shè)置加熱器5’，它亦作為熱媒從反應(yīng)器下腔返回軸流泵3’的通道。
下反應(yīng)段的熱媒循環(huán)段中的軸流泵與上反應(yīng)段的熱媒循環(huán)段中的軸流泵具有相同的揚(yáng)程但具有不同的流量。采用這種軸流泵可使上反應(yīng)段的熱媒與下反應(yīng)段的熱媒具有平衡的壓力，從而避免了壓力差造成的熱媒滲透現(xiàn)象。
本發(fā)明反應(yīng)器具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明反應(yīng)器中熱媒循環(huán)段中和熱媒循環(huán)段與反應(yīng)室之間采用焊接等“硬”連接，從而避免現(xiàn)有反應(yīng)器通常發(fā)生的熱媒泄漏問(wèn)題；2.本發(fā)明在設(shè)計(jì)思想上將熱媒循環(huán)作為反應(yīng)器的一個(gè)段，從而使反應(yīng)器更緊湊。與現(xiàn)有的反應(yīng)器加熱媒循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比，占地面積小，投資省。同樣產(chǎn)量的反應(yīng)器，本發(fā)明反應(yīng)器比現(xiàn)有反應(yīng)器系統(tǒng)占地約少50％，設(shè)備投資少約25-30％；3.本發(fā)明利用不同流量相同揚(yáng)程的軸流泵達(dá)到使中間管板受力平衡的目的?，F(xiàn)有技術(shù)為了達(dá)到這種平衡，需要在熱媒流程中增設(shè)氣相平衡管等管線，造成熱媒流程復(fù)雜，難以維護(hù)等缺陷。
在閱讀了上面描述以后，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員不難對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種變化和改進(jìn)。本發(fā)明包括在所附權(quán)利要求范圍的所有各種變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種多層管殼式反應(yīng)器，它包括反應(yīng)室(1)、將該反應(yīng)室分成兩個(gè)不同溫度的反應(yīng)段的中間管板(2)，以及分別與兩個(gè)反應(yīng)段相連的兩個(gè)熱媒循環(huán)段，其特征在于所述熱媒循環(huán)段作為反應(yīng)器的一部分與反應(yīng)室整體相連。
2.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于對(duì)于上反應(yīng)段，其熱媒循環(huán)段包括通過(guò)短管(10)和短管(11)與反應(yīng)室(1)相連的軸流泵(3)，通過(guò)短管(17)和短管(16)與軸流泵(3)相連的熱交換器(4)。
3.如權(quán)利要求2所述的反應(yīng)器，其特征在于在短管(17)中還包括調(diào)節(jié)閥組(7)。
4.如權(quán)利要求2所述的反應(yīng)器，其特征在于在反應(yīng)室另一側(cè)還包括通過(guò)短管(12)和短管(13)與反應(yīng)室(1)相連的電加熱器(5)。
5.如權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于對(duì)于下反應(yīng)段，其熱媒循環(huán)段包括通過(guò)短管(15)及電加熱器(5’)與反應(yīng)室(1)相連的軸流泵(3’)，通過(guò)短管(19)和短管(20)與軸流泵(3’)相連的熱交換器(4’)。
6.如權(quán)利要求5所述的反應(yīng)器，其特征在于所述下反應(yīng)段熱媒循環(huán)段還包括在管道(20)中的調(diào)節(jié)閥組(7’)。
7.一種多層管殼式反應(yīng)器，它包括反應(yīng)室(1)、將該反應(yīng)室分成兩個(gè)不同溫度的反應(yīng)段的中間管板(2)，以及與上反應(yīng)段相連的熱媒循環(huán)段，其特征在于所述熱媒循環(huán)段作為反應(yīng)器的一部分與反應(yīng)室整體相連。
8.如權(quán)利要求7所述的反應(yīng)器，其特征在于所述熱媒循環(huán)段包括通過(guò)短管(11)、短管(10)與反應(yīng)室(1)相連的軸流泵(3)，通過(guò)短管(17)和短管(16)與軸流泵(3)相連的熱交換器(4)。
9.如權(quán)利要求7或8所述的反應(yīng)器，其特征在于在短管(17)中還包括調(diào)節(jié)閥組(7)，在反應(yīng)室另一側(cè)還包括通過(guò)短管(12)和短管(13)與反應(yīng)室(1)相連的電加熱器(5)。
全文摘要
一種多層管殼式反應(yīng)器,它包括反應(yīng)室(1)、中間管板(2)和兩個(gè)熱媒循環(huán)段,所述熱媒循環(huán)段與反應(yīng)室整體相連。上反應(yīng)段的熱媒循環(huán)段包括通過(guò)短管(11)和短管(10)與反應(yīng)室(1)相連的軸流泵(3),通過(guò)短管(17)和短管(16)與軸流泵(3)相連的熱交換器(4),調(diào)節(jié)閥組(7)和在反應(yīng)室另一側(cè)通過(guò)短管(12)和短管(13)與反應(yīng)室(1)相連的電加熱器(5)。下反應(yīng)段的熱媒循環(huán)段包括通過(guò)短管(18)和短管(15)與反應(yīng)室(1)相連軸流泵(3’),通過(guò)短管(19)和(20)與軸流泵(3’)相連的熱交換器(4’),通過(guò)短管(14)與反應(yīng)室(1)相連并通過(guò)短管(18)與軸流泵(3’)相連的加熱器(5’),和調(diào)節(jié)閥組(7’)。
文檔編號(hào)B01J8/04GK1342514SQ0112652
公開日2002年4月3日 申請(qǐng)日期2001年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月22日
發(fā)明者裴德余, 邵敬銘, 袁青, 金偉忠, 趙偉彪, 安歲民 申請(qǐng)人:中國(guó)華陸工程公司, 上海高橋石化丙烯酸廠