丙烯酸裝置用混合器的製作方法

2023-06-10 18:47:51 2

專利名稱：丙烯酸裝置用混合器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種丙烯酸製備用設備。
背景技術：
丙烯兩步加氧法制丙烯酸，主要是以丙烯、空氣為原料，在催化劑存在的條件下產 生化學反應，第一步是丙烯氧化生成丙烯醛，第二步是丙烯醛進一步氧化生成丙烯酸，其反 應方程式如下 CH2 = CH-CH3+02 — CH2 = CH_CH0+H20 CH2 = CH_CH0+l/202 — CH2 = CHC00H 上述反應在丙烯酸裝置的氧化單元中進行，新鮮空氣、蒸汽、循環尾氣進預混合器 M-l，再與過熱的丙烯氣一起進入混合器M-2，進行充分混合，作為第一反應器R-l的進料， 在催化劑存在的條件下，在第一反應器R-l內，丙烯與空氣中的氧氣進行化學反應，生成丙 烯醛和少量丙烯酸，第一反應器R-1出口氣體與補充新鮮空氣在混合器M-3內混合，進入第 二反應器R_2，繼續進行化學反應，使丙烯醛氧化，生成丙烯酸；第二反應器R-2出口氣體冷 卻後進洗滌塔，繼續進行丙烯酸的吸收精製過程。 混合器設備和工藝設計十分重要，如何限制介質流速，防止爆炸事故發生，又能混 合均勻，使其反應安全，提高轉化率，降低副反應，減少雜質生成，提高收率，保證產品質量， 這些是必須解決的問題。

發明內容本實用新型的目的在於能夠設計出滿足上述要求的設備，丙烯兩步加氧法制丙烯 酸的混合器。 本實用新型所涉及的混合器有預混合器M-l，第一反應器進料混合器M-2，第二反 應器進料混合器M_3。 預混合器M-1進料介質有蒸汽、新鮮空氣和丙烯酸裝置產生的循環尾氣，循環尾 氣的主要成分有水蒸氣、氮氣、氧氣、一氧化碳、二氧化碳，及微量的丙烯、丙烷、丙烯酸和甲 醛等，循環尾氣進口溫度150 185t:，進口壓力200 250kPa(A)，進口流速20 25m/s ; 蒸汽進口溫度180 200°C ，操作壓力為220 250kPa(A)，進口流速5 8m/s ;新鮮空氣進 口溫度90 14(TC，操作壓力為150 250kPa(A)，進口流速10 15m/s ;停留時間0. 2 0. 3秒；第一反應器進料混合器M-2的進料介質為預混合器M-1來溼混合氣和經過過熱後 的丙烯氣，其工藝參數丙烯進口溫度40 5(TC，壓力220 270kPa(A)，進口流速14 17m/s ;溼混合氣進口溫度120 150。C，進口壓力180 240kPa(A)，進口流速15 19m/s ; 停留時間O. 15 0.2秒；第二反應器進料混合器M-3，接受第一反應器R-1底部出來的反應 生成物和新鮮空氣，第一反應器R-l的反應生成物主要成分有丙烯醛、水蒸氣和少量的丙 烯、丙烯酸、甲醛等，第一反應器R-1反應生成物進口溫度240 25(TC，進口壓力為160 175kPa(A)，進口流速為13 16m/s ;新鮮空氣的進口溫度90 140。C，進口壓力為150 250kPa(A)，進口流速為12 15m/s ;停留時間0. 2 0. 3秒。 預混合器M-l中工藝流體混合過程為循環尾氣由M-l頂部&進料，蒸汽由M-l 的N2導入管P引進，有蒸汽流束混於循環尾氣流束之中，蒸汽從管徑小的管中流到較大的 管徑的管中，而膨脹、擴散，與循環尾氣混合，此兩股物料再經米字形管單元、又經井字形管 單元初混後，與進入M-l左腔的另一股物料新鮮空氣混合，為了增強混合效果，在M-1右腔 設有米字形管單元和井字形管單元，經混合後形成溼混合氣；第一反應器進料混合器M-2 中工藝流體混合過程為丙烯由Ne進入殼程，溼混合氣由Ns進入管程，其列管上均勻分布 有氣孔Fl，在壓差作用下丙烯從氣孔Fl進入列管中與溼混合氣混合，混合後的氣體進入第 一反應器R-l ;由於丙烯與氧氣混合氣體的爆炸極限範圍較寬，即丙烯在空氣中的爆炸極 限為ll. 1 2.0% (v)，因此M-2安全穩定運行至關重要。為保證安全，在M-2右腔內設有 阻火器Z，避免爆炸事故的發生；第二反應器進料混合器M-3中工藝流體混合過程為新鮮 空氣由M-3頂部N8進入，先進米字形管單元，其列管上設有均勻分布的出氣孔F2，新鮮空氣 由列管上的出氣孔F2放出，進行充分地分散後，與M-3左側N9進入的第一反應器R-l反應 生成物混合，再經M-3右腔的井字形管單元混流後，進第二反應器R-2，繼續進行化學反應， 使丙烯醛進一步氧化為丙烯酸；其特徵在於，在預混合器M-1頂部設有循環尾氣進料口 K， 在^的擴大管內設有蒸汽進口 K、蒸汽導入管P，在^的擴大管內設有米字形管單元、井字 形管單元，在預混合器M-1左側設有新鮮空氣入口 A，在預混合器M-1右腔設有米字形管單 元、井字形管單元，其右端設有混合後的物料出口 &，新鮮空氣與循環尾氣、蒸汽在預混合 器內，形成溼混合氣；在第一反應器進料混合器M-2頂部設有丙烯進料口 Ne，在第一反應器 進料混合器M-2左側設有溼混合氣入口 A，其進入M-1的管程，其管程的管壁設有氣孔Fp 在第一反應器進料混合器M-l的右腔設有阻火器Z，設有格柵形管單元，在其右端部設有物 料出口 N7 ;在第二反應器進料混合器M-3頂部設有新鮮空氣入口 N8， N8下部連有米字形管 單元，其列管上設有均勻分布的氣孔&，在第二反應器進料混合器M-3左側設有第一反應器 R-l反應生成物入口 N9，在第二反應器進料混合器M-3右腔設有井字形管單元，在右側末端 設有混合後的混合物出口 N1Q。本文件裡kPa(A)中的(A)表示絕對壓力；％ (V)中的(V)表示體積百分數。 本實用新型的有益效果在於，混合器M-1、 M-2、 M-3設備結構合理，介質混合效果 好，在實際生產裝置運行中已經得到驗證，為氧化第一反應器R-l、第二反應器R-2操作提 供了良好條件，使裝置的丙烯轉化率達98%，生成產品中雜質含量低，提高了丙烯酸的收率 和產品的質量；混合器的工藝控制系統先進，從而保證了裝置的安全、穩定運行。

圖1為本實用新型簡化工藝流程圖。 圖2為預混合器M-l結構示意圖。 圖3為混合器M-2結構示意圖。 圖4為混合器M-3結構示意圖。 圖5為A-A剖面米字形管單元結構示意圖。 圖6為B-B剖面井字形管單元結構示意圖。 圖7為C-C剖面格柵形管單元結構示意圖。[0020] 圖8為D-D剖面米字形帶出氣孔管單元結構示意圖。
具體實施方式
下面結合8萬噸/年丙烯酸裝置混合器具體實施例對本實用新型作出進一步描 述。 如圖所示，新鮮空氣、蒸汽、循環尾氣進預混合器M-1，再與過熱的丙烯氣一起進入 混合器M_2，進行充分混合，作為第一反應器R-l的進料，在催化劑存在的條件下，在第一 反應器R-l內，丙烯與空氣中的氧氣進行化學反應，生成丙烯醛和少量丙烯酸，第一反應器 R-l出口氣體與補充新鮮空氣在混合器M-3內混合，進入第二反應器R-2，繼續進行化學反 應，使丙烯醛氧化，生成丙烯酸；第二反應器R-2出口氣體冷卻後進洗滌塔，繼續進行丙烯 酸的吸收精製過程。 圖中N4為預混合器M-l介質出口 ， N7為第一反應器R-l進料混合器M_2介質出 口 ；NIO為第二反應器R-2進料混合器M-3介質出口 。 —、預混合器M-1 循環尾氣由M-l頂部Nl進料，蒸汽由M-l的N2導入管P引進，有蒸汽流束混於循 環尾氣流束之中，蒸汽從管徑小的管中流到較大的管徑的管中，而膨脹、擴散，與循環尾氣 混合，此兩股物料再經米字形管單元、又經井字形管單元初混後，與進入M-1左腔的另一股 物料新鮮空氣混合，為了增強混合效果，在M-l右腔設有米字形管單元和井字形管單元，經 混合後形成溼混合氣； 進料預混合器M-l在Nl管口中和M-l右腔中分別設置米字形、井字形管單元，以
保證不同氣速的氣體在混合器中均勻分配。 二、第一反應器R-l進料混合器M-2 第一反應器進料混合器M-2的進料介質為預混合器M-l來溼混合氣和經過過熱後 的丙烯氣，丙烯由N6進入殼程，溼混合氣由N5進入管程，其列管上均勻分布有氣孔Fl ，在壓 差作用下丙烯從氣孔F1進入列管中與溼混合氣混合，混合後的氣體進入第一反應器R-1 ; 由於丙烯與氧氣混合氣體的爆炸極限範圍較寬，即丙烯在空氣中的爆炸極限為11. 1 2.0% (v)，因此M-2安全穩定運行至關重要。為保證安全，在M-2右腔內設有阻火器Z，避
免爆炸事故的發生。 由M-l來的溼混合氣進入混合器M-2的管程，管程由均勻分布有氣孔F工的列管組
成，溼混合氣被均勻地分散；丙烯氣進入混合器的殼程後由氣孔巳進入列管，兩種氣體在列
管中混合，每根列管相當一個小混合器，混合後氣體進入帶有阻火器Z的混合腔中。 為保證混合充分及安全，將管程列管上開有多個氣孔F"穿過氣孔^的丙烯的流
速為30 35m/s。該設計的優點為降低了靜電產生的可能性；降低了設備的噪聲及振動；
減輕了小孔的磨損，保證反應氣長期穩定、均勻的分配；減小了丙烯氣對列管壁的衝刷磨
損，延長設備的使用壽命；保證進入列管內的丙烯氣分配效果。 在M-2混合腔右腔設置阻火器Z，其後設置格柵形管單元，以保證氣體在混合器中 進一步均勻分配。 由於M-2中為丙烯與空氣直接混合，為保證生產運行更加安全可靠，在工藝控制 系統設計上又採取如下措施[0033] 在M-2的丙烯氣體進料管線上和M-2混合器上設有自動控制系統PDIA-1001，裝有 差壓變送器PDT-lOOl，控制丙烯氣體進料壓力高於混合器內壓力，並在DCS上設有差壓低 位報警，在ESD中設有差壓低位聯鎖緊急停車按鈕，防止空氣倒流入丙烯管線，避免造成爆 炸的嚴重後果。 三、第二反應器進料混合器M-3 第二反應器進料混合器M-3，接受第一反應器R-l底部出來的反應生成物和新鮮 空氣，第一反應器R-1的反應產生的生成物主要成分有丙烯醛、水蒸氣和少量的丙烯、丙烯 酸、甲醛等，新鮮空氣由M-3頂部N8進入，先進米字形管單元，其列管上設有均勻分布的出 氣孔F2，新鮮空氣由列管上的出氣孔F2放出，進行充分地分散後，與M-3左側N9進入的第 一反應器R-1反應生成物混合，再經M-3右腔的井字形管單元混流後，進第二反應器R-2，繼 續進行化學反應，使丙烯醛進一步氧化為丙烯酸。 混合器M3的N8管口為新鮮空氣進料，設有米字形管單元，其列管上設有均勻分布 的小出氣孔&，從而提高氣體均勻分配的效果。同時在混合腔中分別設置米字形、井字形管 單元，以保證氣體在混合器中均勻分配。
權利要求丙烯酸裝置用混合器，含有預混合器(M-1)，第一反應器進料混合器(M-2)，第二反應器進料混合器(M-3)，第一反應器進料混合器(M-2)的進料介質為預混合器(M-1)來溼混合氣和經過過熱後的丙烯氣，第二反應器進料混合器(M-3)，接受第一反應器(R-1)底部出來的反應生成物和新鮮空氣，第一反應器(R-1)的反應生成物主要成分有丙烯醛、水蒸氣和少量的丙烯、丙烯酸、甲醛，其特徵在於，在預混合器(M-1)頂部設有循環尾氣進料口(N1)，在(N1)的擴大管上設有蒸汽進口(N2)，擴大管內設有蒸汽導入管(P)，在(N1)的擴大管內設有米字形管單元、井字形管單元，在預混合器(M-1)左側設有新鮮空氣入口(N3)，在預混合器(M-1)右腔設有米字形管單元、井字形管單元，其右端設有混合後的物料出口(N4)，在第一反應器進料混合器(M-2)頂部設有丙烯進料口(N6)，丙烯進入殼程，在第一反應器進料混合器(M-2)左側設有溼混合氣入口(N5)，其進入(M-1)的管程，其管程的管壁設有氣孔(F1)，在第一反應器進料混合器(M-1)的右腔設有阻火器(Z)，設有格柵形管單元，在其右端部設有物料出口(N7)；在第二反應器進料混合器(M-3)頂部設有新鮮空氣入口(N8)，(N8)下部連有米字形管單元，其列管上設有均勻分布的氣孔(F2)，在第二反應器進料混合器(M-3)左側設有第一反應器(R-1)反應生成物入口(N9)，在第二反應器進料混合器(M-3)右腔設有井字形管單元，在右側末端設有混合後的混合物出(N10)。
專利摘要本實用新型公開了丙烯酸裝置用混合器，其特徵在於，在預混合器M-1頂部設循環尾氣進料口N1，在N1的擴大管上設蒸汽進口N2，擴大管內設蒸汽導入管P，設米字形管單元、井字形管單元，在預混合器M-1右腔設米字形管單元、井字形管單元，在第一反應器進料混合器M-2頂部設丙烯進料口N6，丙烯進入殼程，溼混合氣進管程，管程的管壁設氣孔F1，在第一反應器進料混合器M-1右腔設阻火器Z，設格柵形管單元，在第二反應器進料混合器M-3頂部設新鮮空氣入口N8，N8下部連有米字形管單元，其列管上設氣孔F2，M-3右腔設井字形管單元；有益效果是結構合理、混合效果好，使丙烯轉化率達98％，提高了丙烯酸的收率和產品的質量。
文檔編號C07C51/25GK201534825SQ20092009389
公開日2010年7月28日 申請日期2009年6月23日 優先權日2009年6月23日
發明者喬士洪, 劉麗娟, 劉利, 劉學線, 周江沛, 孫文生, 鞏傳志, 張軍, 李響, 李志遠, 李欣平, 楊莉, 王宏, 王巍, 王革, 郭曉宇, 陸洋, 馬慶剛, 魏立林 申請人:中石油東北煉化工程有限公司吉林設計院