CN113091338A - 甲醛生产中反应热回收利用*** - Google Patents

甲醛生产中反应热回收利用*** Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种甲醛生产中反应热回收利用***,属于化工生产设备技术领域,其包括设在急冷段和吸收塔之间的冷却段和甲醇预热段,经急冷段冷却后的反应气依次经冷却段和甲醇预热段后进入吸收塔;甲醇依次经过甲醇预热段和冷却段后进入甲醇蒸发器。本申请具有提高甲醛生产中反应热的利用率的效果。

Description

甲醛生产中反应热回收利用***
技术领域
本申请涉及化工生产设备的领域,尤其是涉及一种甲醛生产中反应热回收利用***。
背景技术
甲醛生产的工艺原理是甲醇和空气在催化剂的作用下发生反应生成甲醛,由于选用催化剂的类型不同,可分为银法和铁钼法两种生成工艺。目前中国国内银法甲醛生产工艺最为普遍。
目前,现有的可参考公告号为CN105218334A的中国专利,其公开了一种甲醇生产方法,包括以下步骤,将甲醇通入甲醇再沸器,然后对所述甲醇再沸器进行加热使其中的甲醇气化,气化后的甲醇通入四元气体混合器,同时向所述四元气体混合器通入热蒸汽、加热空气以及加热后的尾气;将混合后的四元气体通过过滤之后通入装有催化剂的氧化器中进行氧化反应,然后将氧化后的混合气体通过氧化器内部的急冷段进行冷却,将冷却后的混合气体依次通入第一吸收塔内进行吸收。
但是,甲醇和空气在氧化器的触媒床内的反应温度为630-650℃,反应气离开触媒床通过急冷段冷却后,使反应气的温度下降至200℃以下后,通入吸收塔吸收。这样,氧化反应产生的热量由冷水带走,不仅造成大量的热量被浪费,而且还要消耗大量的冷却水。
发明内容
为了提高甲醛生产中反应热的利用率,本申请提供一种甲醛生产中反应热回收利用***。
本申请提供的一种甲醛生产中反应热回收利用***采用如下的技术方案:
一种甲醛生产中反应热回收利用***,包括设在急冷段和吸收塔之间的冷却段和甲醇预热段,经急冷段冷却后的反应气依次经冷却段和甲醇预热段后进入吸收塔;甲醇依次经过甲醇预热段和冷却段后进入甲醇蒸发器。
通过采用上述技术方案,实际使用时,将室温的甲醇首先经过甲醇预热段与进入甲醇预热段的反应气进行热量交换,对甲醇预热;然后,从甲醇预热段输出的甲醇进入冷却段,与冷却段的反应气进行热量交换,对甲醇进一步加热,使得甲醇从冷却段输出的已经有部分甲醇气化,形成甲醇气液混合物,气化的甲醇输入甲醇蒸发器中为甲醛反应器中制备甲醛提供甲醇气体。因此,利用反应气的热量对甲醇进行加热,充分利用甲醛合成中产生的反应热,提高甲醛生产中反应热的利用率,从而降低能耗,同时还能减轻甲醇蒸发器的热负荷。
另外,急冷段输出的反应气依次经过冷却段和甲醇预热段后进入吸收塔,由于反应气在冷却段、甲醇预热段均与甲醇有热量交换,则进入吸收塔内的反应气的温度大大降低,从而降低了吸收塔的热负荷。
优选的,所述甲醇从甲醇预热段输出后的温度为65-70℃,从冷却段输出后的温度为76-79℃。
通过采用上述技术方案,甲醇蒸发器蒸发的气体甲醇需要进入甲醛反应器内部,因此将甲醇气化压力定为70-75Kpa,而在该气化压力下,甲醇的气液平衡温度为75℃,需要将甲醇蒸发器温度大于75℃。因此,从冷却段输出的甲醇温度为76-79℃,能够直接进入甲醇蒸发器内进行使用。
优选的,所述甲醇从冷却段输出后部分气化的甲醇进入甲醇蒸发器,没有气化的甲醇液体进入再沸器。
通过采用上述技术方案,从冷却段输出的甲醇进行气液分离,将液态甲醇直接分离至再沸器中,能避免液体甲醇进入甲醇蒸汽器。
优选的,所述反应气从甲醇预热段输出后的温度为90-100℃。
通过采用上述技术方案,在设置冷却段和甲醇预热段之前,进入吸收塔的反应气温度为130℃左右,而本申请中从甲醇预热段输出的反应气温度为90-100℃,即进入吸收塔的温度为90-100℃,大大降低了反应气进入吸收塔的温度,一方面提高了反应气的热量利用率,另一方面大大降低吸收塔的热负荷。
优选的,所述甲醇预热段采用卧式列管换热器。
优选的,所述卧式列管换热器包括壳体,壳体两端固定有管板,壳体内设有多个换热管,换热管与管板固定连接,壳体两端设有封头,封头位于管板外侧并与壳体固定连接,封头与管板之间形成管箱;换热管包括内管和外管,内管的端部穿过管板位于管箱内,外管围设在内管外周;壳体内设有分隔板,分隔板靠近其中一个管板并与该管板形成排液腔,外管两端开口,一端位于排液腔外部,另一端位于排液腔内部,排液腔连通有排液管。
通过采用上述技术方案,本申请中的卧式列管换热器内部的换热管采用内管和外管结构,在进行热量交换时,反应气从内管的一端进入,并从另一端输出;甲醇首先进入壳体,然后部分甲醇从外管的一端进入外管,提高反应气与甲醇的热量交换效率,之后,外管内加热后的甲醇从外管的另一端输出进入排液腔并通过排液管排出。
本申请通过设置内管、外管和排液腔,使得进入壳体内的甲醇只有经过外管才能排出,而甲醇进入外管后能够大大增加与内管中反应气的热量交换效率,一方面提高反应气的热量的利用率,另一方面,能够提高甲醇的温度降低甲醇蒸发器的热负荷。
优选的,所述壳体内沿其长度方向设有多个折流板,相邻折流板交错布置。
通过采用上述技术方案,折流板的设置能延长壳体内甲醇的流动流程,增加甲醇与反应气的流动流程,增加了热交换时间,从而增加热交换效率。另外,折流板增加甲醇流动的湍流程度,破坏了层流边界层,加剧甲醇与反应气的热量交换效率。
优选的,所述折流板倾斜设置,相邻折流板所在的平面之间的夹角为60-90°。
通过采用上述技术方案,折流板倾斜设置,进一步增加了甲醇的湍流程度,大大提高热交换效率。
优选的,所述壳体上连通有壳程流体进管,壳程流体进管位于靠近排液腔的一端。
通过采用上述技术方案,由于壳体内的甲醇输出时必须经过外管,而从壳程流体进管进入壳体后,需要沿壳体的轴线方向流动至外管的开口端才能进入外管,增加甲醇在壳体内的流动流程,有助于提高热交换效率。
优选的,所述排液腔内设有隔挡板,隔挡板与分隔板之间形成第一腔室,隔挡板和管板之间形成第二腔室,排液管与第二腔室连通,第二腔室远离排液管的一端与第一腔室连通。
通过采用上述技术方案,所有的内管都从排液腔内穿过,通过设置隔挡板将排液腔分隔成第一腔室和第二腔室,增加排液腔内甲醇的流动流程,从而增加甲醇与反应气的换热时间,提高换热效率。
综上所述,本申请包括以下至少一种有益技术效果:
1.通过在冷却段和吸收塔之间设置冷却段和甲醇预热段,使得反应气在冷却段、甲醇预热段均与甲醇有热量交换,一方面,利用反应气的热量对甲醇进行加热,充分利用甲醛合成中产生的反应热,提高反应热的利用率;另一方面使进入吸收塔内的反应气的温度大大降低,从而降低了吸收塔的热负荷;
2.通过设置内管、外管和排液腔,使得进入壳体内的甲醇只有经过外管才能排出,而甲醇进入外管后能够大大增加与内管中反应气的热量交换效率,一方面提高反应气的热量的利用率,另一方面,能够提高甲醇的温度降低甲醇蒸发器的热负荷;
3.折流板的设置延长了壳体内甲醇的流动流程,增加甲醇与反应气的热交换时间,从而增加热交换效率。
附图说明
图1是本申请实施例的反应热回收利用流程图。
图2是本申请实施例中卧式列管换热器的结构示意图。
图3是本申请实施例中卧式列管换热器的剖视图。
图4是旨在显示换热管的局部结构示意图。
附图标记说明:1、甲醛反应器;2、急冷段;3、冷却段;4、甲醇预热段;6、吸收塔;7、甲醇蒸发器;71、再沸器;81、壳体;811、折流板;812、壳程流体进管;82、管板;83、换热管;831、内管;832、外管;84、封头;841、管箱;85、分隔板;851、排液腔;8511、隔挡板;8512、第一腔室;8513、第二腔室;852、排液管;9、甲醇储存罐。
具体实施方式
以下结合附图1-4作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种甲醛生产中反应热回收利用***。参照图1,甲醛生产中反应热回收利用***包括甲醛反应器1、冷却段3、甲醇预热段4、吸收塔6、甲醇蒸发器7和再沸器71,其中,急冷段2采用立式列管换热器,立式列管换热器的高度为0.9m,管板82的直径为1.9m,换热面积为64m2;甲醇预热段4采用卧式列管换热器,卧式列管换热器的长度为1.9m,换热面积为7m2
参照图1,甲醛反应器1的底部设有急冷段2,急冷段2的出口与立式列管换热器的管程入口连接并连通,立式列管换热器的管程出口与卧式换热器的管程进口连接并连通,卧式列管换热器的管程出口与吸收塔6连通。
参照图1,卧式列管换热器的壳程进口连接有甲醇储存罐9,卧式列管换热器的壳程出口与立式列管换热器的壳程进口连接,立式列管换热器的壳程出口连接有三通,三通的两个出口分别与甲醇蒸发器7、再沸器71连通。
制备甲醛时,经过甲醛反应器1反应后的反应气输出的路径为:首先反应气进入急冷段2冷却后进入立式列管换热器的管程,从立式列管换热器输出的反应气进入卧式列管换热器的管程,之后从卧式列管换热器输出并进入吸收塔6内吸收。
向甲醛反应器1内提供的甲醇的流动路径为:首先将甲醇从甲醇储存罐9输出,并从卧式列管换热器的壳程进口进入卧式列管换热器的壳程;然后与卧式列管换热器管程内的反应气进行热量交换后,从卧式列管换热器的壳程出口输出,输出的甲醇温度为65-70℃;之后,从卧式列管换热器输出的甲醇从立式列管换热器的壳程入口进入立式列管换热器壳程,再与立式列管换热器管程内的反应气进行热量交换后,从立式列管换热器的壳程出口输出,输出的甲醇温度为76-79℃,此时已经有部分甲醇气化,形成甲醇气液混合物;甲醇气液混合物经三通的两个出口分支,即气化的甲醇上升进入甲醇蒸发器7,液态的甲醇流入再沸器71。另外,由于反应气依次经过立式列管换热器和卧式列管换热器后,进入吸收塔6之前的反应气温度为90-100℃,相比未设置立式列管换热器和卧式列管换热器时的温度降低了30-35℃。
参照图2,卧式列管换热器包括圆筒状的壳体81,壳体81的两端固定连接有半球壳状的封头84,使壳体81内部形成密封结构。结合图3,壳体81内沿其轴线方向固定连接有两个管板82,两个管板82分别位于壳体81的两端,管板82与封头84之间形成管箱841,其中一个管箱841连接管程进口,另一个管箱841连接管程出口。两个管板82之间设有多个换热管83,换热管83的端部穿过管板82位于管箱841内部。
参照图3,壳体81内沿其长度方向设有多个折流板811,相邻折流板811上下交错布置,且折流板811倾斜设置,相邻折流板811所在的平面之间的夹角为60-90°。
结合图3和图4,换热管83包括内管831和外管832,内管831的轴线方向与壳体81轴线方向相同,且内管831的端部穿过管板82位于管箱841内;两个管板82之间设有分隔板85,分隔板85与壳体81内壁固定连接,且分隔板85靠近其中一个管板82并与该管板82形成排液腔851;外管832围设在内管831外周并与内管831外周面之间留有距离,且外管832两端开口,一端穿过分隔板85位于排液腔851内部,另一端位于排液腔851外部。
参照图4,排液腔851内设有隔挡板8511,隔挡板8511与分隔板85之间形成第一腔室8512,隔挡板8511和管板82之间形成第二腔室8513,第二腔室8513的顶部连通有排液管852,第二腔室8513远离排液管852的一端与第一腔室8512连通。壳体81上连通有壳程流体进管812,壳程流体进管812位于靠近排液腔851的一端。
反应气和甲醇在卧式列管换热器中进行热量交换时,反应气从管程进管口入内管831,沿内管831流动并从管程出口输出;而甲醇从壳程流体进管812进入壳体81,然后部分甲醇从外管832的一端进入外管832内,沿外管832流动至第一腔室8512内,第一腔室8512内的甲醇再流入第二腔室8513并通过排液管852排出。由于本申请内管831、外管832的设置,使得进入壳体81内的甲醇只有经过外管832才能排出,而甲醇进入外管832后能够大大增加与内管831中反应气的热量交换效率,从而提高反应气的热量的利用率,并能够提高甲醇输出时的温度,降低甲醇蒸发器7的热负荷。
本申请实施例一种甲醛生产中反应热回收利用***的实施原理为:将室温的甲醇首先输入卧式列管换热器的壳体81内,与卧式列管换热器管程内的反应气进行热量交换,对甲醇预热;然后,从卧式列管换热器输出的甲醇进入立式列管换热器的壳体81内,与立式列管换热器的管程内的反应气进行热量交换,对甲醇进一步加热,使得甲醇从立式列管换热器输出时已经有部分甲醇气化,形成甲醇气液混合物,气化的甲醇输入甲醇蒸发器7中为甲醛反应器1中制备甲醛提供甲醇气体,液体的甲醇流入再沸器71。本申请中,利用反应气的热量对甲醇进行加热,使得甲醇得到反应气的部分冷凝热,充分利用甲醛合成中产生的反应热,提高甲醛生产中反应热的利用率,从而降低能耗,同时还能减轻甲醇蒸发器7的热负荷。
以上均为本申请的较佳实施例,并非依此限制本申请的保护范围,故:凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种甲醛生产中反应热回收利用***,其特征在于:包括设在急冷段(2)和吸收塔(6)之间的冷却段(3)和甲醇预热段(4),经急冷段(2)冷却后的反应气依次经冷却段(3)和预热段后进入吸收塔(6);甲醇依次经过甲醇预热段(4)和冷却段(3)后进入甲醇蒸发器(7)。
2.根据权利要求1所述的甲醛生产中反应热回收利用***,其特征在于:所述甲醇从甲醇预热段(4)输出后的温度为65-70℃,从冷却段(3)输出后的温度为76-79℃。
3.根据权利要求1所述的甲醛生产中反应热回收利用***,其特征在于:所述甲醇从冷却段(3)输出后部分气化的甲醇进入甲醇蒸发器(7),没有气化的甲醇液体进入再沸器(71)。
4.根据权利要求1所述的甲醛生产中反应热回收利用***,其特征在于:所述反应气从甲醇预热段(4)输出后的温度为90-100℃。
5.根据权利要求1所述的甲醛生产中反应热回收利用***,其特征在于:所述甲醇预热段(4)采用卧式列管换热器。
6.根据权利要求5所述的甲醛生产中反应热回收利用***,其特征在于:所述卧式列管换热器包括壳体(81),壳体(81)两端固定有管板(82),壳体(81)内设有多个换热管(83),换热管(83)与管板(82)固定连接,壳体(81)两端设有封头(84),封头(84)位于管板(82)外侧并与壳体(81)固定连接,封头(84)与管板(82)之间形成管箱(841);换热管(83)包括内管(831)和外管(832),内管(831)的端部穿过管板(82)位于管箱(841)内,外管(832)围设在内管(831)外周;壳体(81)内设有分隔板(85),分隔板(85)靠近其中一个管板(82)并与该管板(82)形成排液腔(851),外管(832)两端开口,一端位于排液腔(851)外部,另一端位于排液腔(851)内部,排液腔(851)连通有排液管(852)。
7.根据权利要求5所述的甲醛生产中反应热回收利用***,其特征在于:所述壳体(81)内沿其长度方向设有多个折流板(811),相邻折流板(811)交错布置。
8.根据权利要求7所述的甲醛生产中反应热回收利用***,其特征在于:所述折流板(811)倾斜设置,相邻折流板(811)所在的平面之间的夹角为60-90°。
9.根据权利要求6所述的甲醛生产中反应热回收利用***,其特征在于:所述壳体(81)上连通有壳程流体进管(812),壳程流体进管(812)位于靠近排液腔(851)的一端。
10.根据权利要求6所述的甲醛生产中反应热回收利用***,其特征在于:所述排液腔(851)内设有隔挡板(8511),隔挡板(8511)与分隔板(85)之间形成第一腔室(8512),隔挡板(8511)和管板(82)之间形成第二腔室(8513),排液管(852)与第二腔室(8513)连通,第二腔室(8513)远离排液管(852)的一端与第一腔室(8512)连通。
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