專利名稱：多管氧化反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣相氧化反應(yīng)器，尤其涉及反應(yīng)放熱量大、產(chǎn)物在高溫下容易分解且不采用催化劑的氣相氧化反應(yīng)的反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
氣相氧化反應(yīng)是一個重要而常用的合成反應(yīng)，最常見的乙烯、乙炔的氧化反應(yīng)，通常會放出大量的反應(yīng)熱。根據(jù)不同的反應(yīng)特點，產(chǎn)生了不同的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)形式，以及各種的反應(yīng)熱移除方式。為了適用于不需要催化劑的氧化反應(yīng)的引發(fā)和持續(xù)、高效地得到反應(yīng)產(chǎn)物而需要優(yōu)選合適的反應(yīng)器。中國專利CN20032012(^65. 2組合式二合一石墨氯化氫合成爐，描述了氯氣和氫氣進行氧化反應(yīng)的反應(yīng)器，反應(yīng)氣體在“燈頭”處混合并發(fā)生強放熱的氧化反應(yīng)，燈頭裝置采用多筒型式，使氯、氫混合均勻，燃燒徹底，反應(yīng)產(chǎn)物氯化氫在高溫下比較穩(wěn)定。這種反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，效率高。但不適合用于高溫下易于分解的原料和產(chǎn)物的生產(chǎn)過程。傳統(tǒng)的多管氧化反應(yīng)器是固定床反應(yīng)器，這種反應(yīng)器是固定于上下管板之間的多根反應(yīng)管，在反應(yīng)管內(nèi)部裝填有一定高度的催化劑，兩種反應(yīng)氣體經(jīng)過預(yù)熱混合后通過催化劑床層反應(yīng)，反應(yīng)熱通過殼體內(nèi)循環(huán)的載熱體帶走。這種氧化反應(yīng)器用的比較多且較成熟。中國專利CN200880113893. 3描述了多管式氣相催化氧化反應(yīng)，兩種反應(yīng)氣體混合后集中進入混合氣室，然后均勻進入裝有催化劑的反應(yīng)管中進行反應(yīng)，該反應(yīng)器結(jié)構(gòu)有效地分散了反應(yīng)熱，避免了“飛溫”現(xiàn)象的發(fā)生，有利于保持催化劑的活性，使反應(yīng)在適宜的溫度條件下進行，這類反應(yīng)的特點是兩種原料氣體只有在催化劑存在下才能有效地進行。 因此進入混合氣室的兩種原料氣體，即使達到反應(yīng)溫度，如果沒有催化劑，氧化反應(yīng)仍然是不會發(fā)生的。綜上，目前的多管式氣相氧化還原反應(yīng)器不適合溫度高、放熱強而反應(yīng)氣體又易分解的不需要催化劑的氣相氧化還原反應(yīng)，此類反應(yīng)可以采用四氟乙烯為原料的碳酰氟的合成反應(yīng)為代表，該反應(yīng)中，四氟乙烯易聚合、反應(yīng)強放熱(760. 51KJ/mol)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種多環(huán)管氧化反應(yīng)器，對于不需要催化劑的氣相氧化反應(yīng)能有很好的控制，該類反應(yīng)具有溫度高、放熱強而反應(yīng)氣體又易分解、不需要催化劑的特點。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種多管氧化反應(yīng)器，用于氣相氧化反應(yīng)，包括反應(yīng)器筒體，其特征在于反應(yīng)器筒體中提供有上中下三部分，所述下部為反應(yīng)氣體分配區(qū)、中部為反應(yīng)區(qū)、上部為產(chǎn)物氣體換熱區(qū)；
所述反應(yīng)器筒體內(nèi)在產(chǎn)物氣體換熱區(qū)下方設(shè)有多根與反應(yīng)器筒體縱軸平行的套管，所述多根套管在反應(yīng)器筒體的橫截面上分布；所述反應(yīng)氣體分配區(qū)用于將兩種反應(yīng)氣體分別平均分配到各套管中；所述套管包括內(nèi)管和外管，內(nèi)管用于通第一種反應(yīng)氣體，內(nèi)管和外管之間的環(huán)隙用于通第二種反應(yīng)氣體，所述反應(yīng)氣體分配區(qū)包括第一種反應(yīng)氣體的分配區(qū)和第二種反應(yīng)氣體的分配區(qū)，第一種反應(yīng)氣體的分配區(qū)和第二種反應(yīng)氣體的分配區(qū)之間被隔開；
所述外管高于內(nèi)管，其高出部分中形成兩種反應(yīng)氣體匯合的反應(yīng)區(qū)。在采用上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可采用以下進一步的技術(shù)方案 所述外管的頂部為收縮口或直口，所述收縮口形成氣體噴嘴。所述內(nèi)管的頂部為收縮口或直口，最好采用收縮口。所述第一種反應(yīng)氣體的分配區(qū)和第二種反應(yīng)氣體的分配區(qū)上下配置，它們之間由第一管板隔開，第一種反應(yīng)氣體的分配區(qū)處在第一管板之下，所述內(nèi)管固定在第一管板上并與第一種反應(yīng)氣體的分配區(qū)相通，所述反應(yīng)器筒體中在所述第一管板上方設(shè)有第二管板，第二種反應(yīng)氣體的分配區(qū)處在第一管板和第二管板之間，所述外管固定在第二管板上， 所述環(huán)隙與第二種反應(yīng)氣體的分配區(qū)相通。所述內(nèi)管和外管的入口均為直管或喇叭口。第一種反應(yīng)氣體的分配區(qū)和第二種反應(yīng)氣體的分配區(qū)中采用氣體分布噴嘴或氣體分布器進氣。所述產(chǎn)物氣體換熱區(qū)采用管殼式換熱器，管程通所述產(chǎn)物氣體，殼程通導(dǎo)熱體介質(zhì)。所述反應(yīng)氣體分配區(qū)部位及反應(yīng)區(qū)部位外的反應(yīng)器筒體外設(shè)有夾套換熱器，所述夾套換熱器的介質(zhì)出口通過管路與管殼式換熱器的介質(zhì)入口相連，所述管殼式換熱器的介質(zhì)出口通過管路與夾套換熱器的介質(zhì)入口相連。所述兩股反應(yīng)氣體分別是氧氣分子或氧化性氣體和需要被反應(yīng)的有機或無機氣體。所述氣相氧化反應(yīng)的反應(yīng)熱為lO-lOOOKJ/kmol。所述氣相氧化反應(yīng)為四氟乙烯為原料的碳酰氟的合成反應(yīng)或者以氯氣和氫氣燃燒制氯化氫的反應(yīng)。由于采用本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明巧妙地解決反應(yīng)氣體的均勻分布，能實現(xiàn)兩氣體在特定區(qū)域內(nèi)燃燒反應(yīng)，反應(yīng)熱能被及時帶走，并且氧化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性較高。 特別適合于諸如以四氟乙烯為原料的碳酰氟的合成反應(yīng)等溫度高、放熱強而反應(yīng)氣體易分解的不需要催化劑的氣相氧化反應(yīng)。本發(fā)明所提供的反應(yīng)器采用管殼式多環(huán)管并聯(lián)方式，將其中一種原料氣體直接送入內(nèi)環(huán)管，將另一種氣體送入環(huán)隙，保證反應(yīng)在套管頂部進行，反應(yīng)產(chǎn)生的大量熱量被迅速移除，使氧化反應(yīng)在比較緩和的氛圍進行。同時反應(yīng)可得到高的轉(zhuǎn)化率和選擇性。


圖1為本發(fā)明反應(yīng)器實施例1的示意圖。圖2為本發(fā)明反應(yīng)器實施例2的示意圖。圖3為圖1中I部位的放大圖，顯示套管頂部的一種實施方式。圖4為圖1中I部位的放大圖，顯示套管頂部的另一種實施方式。
具體實施例方式實施例1，參照附圖1、3、4。本發(fā)明所提供的多管氧化反應(yīng)器，用于氣相氧化反應(yīng)，比如四氟乙烯為原料的碳酰氟的合成反應(yīng)以氯氣和氫氣燃燒制氯化氫的反應(yīng)以及各種有機、無機氣體不需要催化劑的氧化反應(yīng)。所述反應(yīng)器包括反應(yīng)器筒體1，反應(yīng)器筒體中提供有上中下三部分，所述下部為反應(yīng)氣體分配區(qū)、中部為反應(yīng)區(qū)、上部為產(chǎn)物氣體換熱區(qū)；
所述反應(yīng)器筒體1內(nèi)在產(chǎn)物氣體換熱區(qū)下方設(shè)有多根與反應(yīng)器筒體縱軸平行的套管，所述多根套管在反應(yīng)器筒體的橫截面上分布；
所述反應(yīng)氣體分配區(qū)用于將兩種反應(yīng)氣體分別平均分配到各套管中；所述套管包括內(nèi)管21和外管22，內(nèi)管用于通第一種反應(yīng)氣體，內(nèi)管21和外管22之間的環(huán)隙23用于通第二種反應(yīng)氣體，內(nèi)管氣體和環(huán)隙氣體可相互調(diào)換。所述反應(yīng)氣體分配區(qū)包括第一種反應(yīng)氣體的分配區(qū)100和第二種反應(yīng)氣體的分配區(qū)200，第一種反應(yīng)氣體的分配區(qū)100和第二種反應(yīng)氣體200的分配區(qū)之間被隔開；
所述外管22高于內(nèi)管21，其高出部分中形成兩種反應(yīng)氣體匯合的反應(yīng)區(qū)M。所述第一種反應(yīng)氣體的分配區(qū)100和第二種反應(yīng)氣體的分配區(qū)200上下配置，它們之間由第一管板3隔開，第一種反應(yīng)氣體的分配區(qū)21處在第一管板3之下，所述內(nèi)管21 固定在第一管板3上并與第一種反應(yīng)氣體的分配區(qū)100相通，所述反應(yīng)器筒體中在所述第一管板上方設(shè)有第二管板4，第二種反應(yīng)氣體的分配區(qū)200處在第一管板3和第二管板4之間，所述外管22固定在第二管板4上，所述環(huán)隙23與第二種反應(yīng)氣體的分配區(qū)200相通。如圖4所示，外管22的頂部可以為收縮口 24，收縮口 M形成氣體噴嘴，也或是在外管22的頂部安裝氣體噴嘴，如圖3所示，外管22的頂部也可以是未經(jīng)處理的圓柱形。內(nèi)管21頂端是未經(jīng)處理的圓柱形管面，也可是經(jīng)過處理的收縮口。所述內(nèi)管21和外管22的入口均可為喇叭口。內(nèi)管21和外管22的材質(zhì)可選用各類不銹鋼管，最好的選用304不銹鋼管。內(nèi)管和外管的管徑太大，反應(yīng)熱不能有效移除，反應(yīng)的選擇性差；反應(yīng)管徑選擇太小， 反應(yīng)管的數(shù)量會大為增加，反應(yīng)器加工復(fù)雜、整體體積加大，一般來說，內(nèi)管21和外管22的直徑可選在0. 3mm到30mm之間。為保證大量的反應(yīng)氣體在反應(yīng)器內(nèi)均勻反應(yīng)，首先要保證兩種參加反應(yīng)的氣體按需要的流量和配比分別進入反應(yīng)器，按量進入反應(yīng)器的兩股原料先通過電預(yù)熱器加熱或?qū)嵊皖A(yù)熱，這兩種方式共用或選擇其一進行預(yù)熱。但預(yù)熱的過程中不能使任一種氣體，產(chǎn)生分解、聚合或爆炸危險。有必要的情況下需設(shè)置防爆墻或給反應(yīng)器設(shè)置爆破片等安全設(shè)施。本發(fā)明在反應(yīng)器中對兩種反應(yīng)氣體分別設(shè)計了氣體的分配區(qū)，這個旨在是原料氣體在此處緩沖。對于兩種反應(yīng)氣體在進氣時使用合適的氣體分配器，可以避免氣體產(chǎn)生集中流或分散流，為此，本發(fā)明中，在第一種反應(yīng)氣體的分配區(qū)和第二種反應(yīng)氣體的分配區(qū)中可采用氣體分布噴嘴進氣，它們可以處在相應(yīng)分配區(qū)的中間位置。整個氧化反應(yīng)可以在常壓或加壓的條件下進行反應(yīng)，反應(yīng)器的直徑可以是50 5000mm,套管的分配根數(shù)為可至3000根，套管數(shù)量多時，燃燒區(qū)域熱量不能太集中，因此， 最好每根套管的中心距為10 50mm之間。當(dāng)反應(yīng)的兩股氣體在達到一定的反應(yīng)溫度后，反應(yīng)即刻引發(fā)，并利用自身的反應(yīng)熱，維持反應(yīng)的連續(xù)進行。如果采用類似中國專利CN200880113893. 3那樣的反應(yīng)器，兩種CN 102527301 A反應(yīng)原料氣體混合后集中進入進氣室，在預(yù)熱過的反應(yīng)管中受熱引發(fā)反應(yīng)后，反應(yīng)區(qū)域會沿著氣流來路方向向后延伸，直到蔓延回集中進氣室中，發(fā)生“回火”，引發(fā)更劇烈的反應(yīng)， 因為反應(yīng)熱不能得到有效地移除，嚴重時會燒毀反應(yīng)器，甚至發(fā)生爆炸。如何控制好反應(yīng)熱量的取出問題，不僅關(guān)系到安全的問題，同時對產(chǎn)品的收率問題也是值得探索的。反應(yīng)熱不及時移去，會使反應(yīng)繼續(xù)在高溫下進行二次反應(yīng)或產(chǎn)生飛溫， 產(chǎn)生過多的雜質(zhì)，不利于后系統(tǒng)的分離。為此，本發(fā)明在與反應(yīng)區(qū)同一筒體的上方設(shè)置了產(chǎn)物氣體換熱區(qū)。在本實施例中，所述產(chǎn)物氣體換熱區(qū)采用管殼式換熱器，所述產(chǎn)物氣體走管程，殼程通入導(dǎo)熱體介質(zhì)。附圖標號51為產(chǎn)物氣體的流通管。流通管上錯相安裝有多層折流板 52。管殼式換熱器的用于氣體換熱的導(dǎo)熱體介質(zhì)可選擇水、導(dǎo)熱油或其他有機溶劑， 最好的選擇是導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油可通過動力設(shè)備實現(xiàn)循環(huán)，中間環(huán)節(jié)設(shè)置油溫穩(wěn)定單元。參與反應(yīng)的氧氣分子或氧化性氣體和需要被充分反應(yīng)的有機或無機氣體都需要經(jīng)過外部預(yù)熱到一定的溫度才能進入反應(yīng)器。氣體預(yù)熱溫度可控制在250 350°C。在進行氧化反應(yīng)之前，反應(yīng)器需要進行預(yù)熱，反應(yīng)器預(yù)熱可通過加熱的氮氣進行， 保持內(nèi)部溫度達到200 350°C。所述加熱過的氮氣通入第一種反應(yīng)氣體的分配區(qū)100和第二種反應(yīng)氣體200的分配區(qū)，經(jīng)套管進入反應(yīng)區(qū)，再經(jīng)換熱區(qū)的管程，從反應(yīng)器筒體頂部的產(chǎn)物氣體出口 11流出。實施例2，參照圖2。本實施例中，對反應(yīng)器的預(yù)熱方式選用了另一種方式，該方式可以和管殼式換熱器結(jié)合在一起運行，它們共用導(dǎo)熱體介質(zhì)，以充分利用反應(yīng)熱，節(jié)約能源。所述反應(yīng)氣體分配區(qū)部位及反應(yīng)區(qū)部位外的反應(yīng)器筒體外設(shè)有夾套換熱器6，所述夾套換熱器的介質(zhì)出口 61通過管路與管殼式換熱器的介質(zhì)入口 53相連，所述管殼式換熱器的介質(zhì)出口 M通過管路與夾套換熱器6的介質(zhì)入口 62相連，在管路中間可設(shè)置閥、 泵、溫度穩(wěn)定單元等。本實施例的其它部分和實施例1相同，在圖2中，附圖標號和圖1、3、4相同的代表相同的含義。
權(quán)利要求
1.一種多管氧化反應(yīng)器，用于氣相氧化反應(yīng)，包括反應(yīng)器筒體，其特征在于反應(yīng)器筒體中提供有上中下三部分，所述下部為反應(yīng)氣體分配區(qū)、中部為反應(yīng)區(qū)、上部為產(chǎn)物氣體換熱區(qū)；所述反應(yīng)器筒體內(nèi)在產(chǎn)物氣體換熱區(qū)下方設(shè)有多根與反應(yīng)器筒體縱軸平行的套管，所述多根套管在反應(yīng)器筒體的橫截面上分布；所述反應(yīng)氣體分配區(qū)用于將兩種反應(yīng)氣體分別平均分配到各套管中；所述套管包括內(nèi)管和外管，內(nèi)管用于通第一種反應(yīng)氣體，內(nèi)管和外管之間的環(huán)隙用于通第二種反應(yīng)氣體，所述反應(yīng)氣體分配區(qū)包括第一種反應(yīng)氣體的分配區(qū)和第二種反應(yīng)氣體的分配區(qū)，第一種反應(yīng)氣體的分配區(qū)和第二種反應(yīng)氣體的分配區(qū)之間被隔開；所述外管高于內(nèi)管，其高出部分中形成兩種反應(yīng)氣體匯合的反應(yīng)區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多管氧化反應(yīng)器，其特征在于所述外管的頂部為收縮口， 所述收縮口形成氣體噴嘴。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種多管氧化反應(yīng)器，其特征在于所述內(nèi)管的頂部為收縮
4.如權(quán)利要求1所述的一種多管氧化反應(yīng)器，其特征在于所述第一種反應(yīng)氣體的分配區(qū)和第二種反應(yīng)氣體的分配區(qū)上下配置，它們之間由第一管板隔開，第一種反應(yīng)氣體的分配區(qū)處在第一管板之下，所述內(nèi)管固定在第一管板上并與第一種反應(yīng)氣體的分配區(qū)相通， 所述反應(yīng)器筒體中在所述第一管板上方設(shè)有第二管板，第二種反應(yīng)氣體的分配區(qū)處在第一管板和第二管板之間，所述外管固定在第二管板上，所述環(huán)隙與第二種反應(yīng)氣體的分配區(qū)相通。
5.如權(quán)利要求1或4所述的一種多管氧化反應(yīng)器，其特征在于所述內(nèi)管和外管的入口均為喇叭口。
6.如權(quán)利要求1或4所述的一種多管氧化反應(yīng)器，其特征在于第一種反應(yīng)氣體的分配區(qū)和第二種反應(yīng)氣體的分配區(qū)中采用氣體分布噴嘴進氣。
7.如權(quán)利要求1所述的一種多管氧化反應(yīng)器，其特征在于所述產(chǎn)物氣體換熱區(qū)采用管殼式換熱器，管程通所述產(chǎn)物氣體，殼程通導(dǎo)熱體介質(zhì)。
8.如權(quán)利要求7所述的一種多管氧化反應(yīng)器，其特征在于所述反應(yīng)氣體分配區(qū)部位及反應(yīng)區(qū)部位外的反應(yīng)器筒體外設(shè)有夾套換熱器，所述夾套換熱器的介質(zhì)出口通過管路與管殼式換熱器的介質(zhì)入口相連，所述管殼式換熱器的介質(zhì)出口通過管路與夾套換熱器的介質(zhì)入口相連。
9.如權(quán)利要求1所述的一種多管氧化反應(yīng)器，其特征在于所述兩股反應(yīng)氣體分別是氧氣分子或氧化性氣體和需要被反應(yīng)的有機或無機氣體；所述氣相氧化反應(yīng)的反應(yīng)熱為 10-1000KJ/kmol。
10.如權(quán)利要求1所述的一種多管氧化反應(yīng)器，其特征在于所述氣相氧化反應(yīng)為四氟乙烯為原料的碳酰氟的合成反應(yīng)或者以氯氣和氫氣燃燒制氯化氫的反應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于強放熱氧化反應(yīng)的反應(yīng)器，該反應(yīng)器能夠有效解決氧化反應(yīng)放熱集中而導(dǎo)致局部溫升過大、影響反應(yīng)選擇性的問題。該反應(yīng)器結(jié)構(gòu)為管殼式多套管并聯(lián)的特殊配氣方式，將其中一種原料氣體直接送入內(nèi)管，另一反應(yīng)氣體進入管隙，保證反應(yīng)在套管頂部反應(yīng)，反應(yīng)熱能夠通過與同一筒體的換熱器來有效地移除，使氧化反應(yīng)在比較緩和的氛圍進行。
文檔編號B01J12/00GK102527301SQ201110454988
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者任建綱, 張文慶, 李忠, 楊會娥, 柴華, 王剛, 王民濤, 陳蜀康 申請人:中化藍天集團有限公司, 中化近代環(huán)?；?西安)有限公司