甲苯液相催化氧化过程中反应热回收方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种甲苯液相空气氧化过程中反应热的回收方法及其装置，该方法包括1)利用外界蒸汽为氧化反应供热以启动反应；2)当反应尾气中氧含量＜0.5％时停止充入外界蒸汽并利用冷却水进行内置换热，吸收氧化反应过程中释放的热量，冷却水换热得到过热水；3)将得到的过热水进行闪蒸，得到循环热水和蒸汽，蒸汽引出，循环热水中补充冷却水进行内置换热得过热水，过热水再进行闪蒸，循环往复，持续输出蒸汽，实现反应热回收。本发明专利技术装置采用内置式换热器换热效率高，不但提高了氧化效率，使得正常反应时尾气中氧含量<0.5％，远高于安全标准的＜7％，而且可以满足不同负荷时换热需求，适用于万吨级规模氧化装置的热回收。

【技术实现步骤摘要】
甲苯液相催化氧化过程中反应热回收方法及其装置
本专利技术涉及反应热回收
，具体地指一种甲苯液相催化氧化过程中反应热回收方法及其装置。
技术介绍
甲苯液相催化氧化制备苯甲酸是一种典型的自由基反应，在反应的过程中会放出大量的热量。回收利用反应热产生蒸汽可以作为装置的保温以及在后续分离过程使用，从而降低生产成本，减少能源消耗，达到节能减排的目的。目前，甲苯液相氧化制备苯甲酸反应热回收的方法主要有以下几种：1)通过反应器气相冷凝换热回收，这种方式所需冷凝器换热面积非常大，且反应中大量的不凝气会导致气液夹带严重，为达到尾气排放标准会设置众多冷凝器和分相器，附属设备较多，结构复杂。2)通过反应液循环再经过换热器实现热量回收，这种方式会要求使用物料循环泵，物料循环泵工作介质为反应液，其中含有约70％的甲苯和30％的苯甲酸，采用该方式时，首先160℃的反应液塔外循环时极度易燃易爆，而且反应液比热较小，理论上需要比水多两倍的循环量来实现热量回收，反应液经过换热后存在超过5～10℃的温差，循环回到反应器后会出现吸热大于放热的现象，使得反应难以控制，甚至出现“死料”，因而此方式的安全和经济性较差。3)通过反应器夹套实现热量回收，夹套换热面积较小，采用此方式会使得反应釜高径比偏大，因而反应器很难做得很大。4)通过反应器内盘管换热实现热量回收，常见于小型反应器，反应器较大时会使得众多盘管难以固定来避免温度波动造成的管道应力影响。因此，前述热回收方式均很难满足大规模的工业生产要求，因此，为达到年产万吨级氧化装置规模，通常需要前述两种或多种换热方式相结合进行热回收，进而导致需要使用的设备众多、热回收工艺复杂、很难安全经济地回收反应热等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要提供一种甲苯液相空气氧化过程中反应热的回收方法及其装置，该方法及装置能够安全、经济、高效地回收反应热，满足万吨级以上大规模工业生产热回收要求。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种甲苯液相催化氧化过程中反应热回收方法，包括以下步骤：1)利用外界蒸汽为甲苯液相催化氧化提供热量，进行升温，以启动甲苯催化氧化反应；2)当甲苯液相催化氧化反应的尾气中氧气含量＜0.5％时停止充入外界蒸汽，完成升温过程，然后利用冷却水进行内置换热，吸收甲苯液相催化氧化反应过程中释放的热量，冷却水换热得到过热水；3)将过热水输入闪蒸罐进行闪蒸处理，得到循环热水和闪蒸蒸汽；4)将产生的闪蒸蒸汽输出；5)向循环热水中补充冷却水，再次进行内置换热，吸收甲苯液相催化氧化反应过程中释放的热量，再次得过热水，对过热水再次进行闪蒸，这样循环往复操作，即可持续输出闪蒸蒸汽，实现反应热回收。进一步地，步骤3)中，所述闪蒸罐内液位高度为闪蒸罐高度的10～80％。进一步地，步骤3)中，所述过热水输入闪蒸罐的输送压力为0.50～0.80Mpa。进一步地，步骤5)中，所述冷却水按与循环热水为1:50～1:200的重量比例补入。进一步地，步骤4)中，控制闪蒸蒸汽输出压力为0.10～0.50Mpa。一种上述甲苯液相催化氧化过程中反应热回收装置，包括反应釜，所述反应釜底部开有空气补给装置，所述空气补给装置上连有空气分布器，所述反应釜顶部开有尾气排出口，所述反应热回收装置还包括设置在所述反应釜内的内置式换热器，和设置在所述反应釜外的蒸汽闪蒸罐，所述内置式换热器的一端与所述蒸汽闪蒸罐的循环热水进出口相连通，另一端与所述蒸汽闪蒸罐的过热水进出口相连通，所述内置式换热器与所述循环热水进出口之间设置有循环热水调节泵；所述内置式换热器与所述过热水进出口之间设置有过热水调节阀；所述蒸汽闪蒸罐上还开设有蒸汽出入口及冷却水补充口，所述蒸汽出入口上设置有蒸汽调节阀，所述冷却水补充口上连接有补水调节泵。进一步地，所述蒸汽出入口与蒸汽调节阀之间连有除沫器。进一步地，所述内置式换热器与所述循环热水调节泵之间，设置有疏水器。进一步地，所述冷却水补充口与所述补水调节泵之间连接有补水调节阀。进一步地，所述内置式换热器为翅片式换热器。进一步地，所述过热水进出口和蒸汽出入口开设在蒸汽闪蒸罐的顶部，所述循环热水进出口和冷却水补充口开设在蒸汽闪蒸罐底部。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：其一，本专利技术提供了一种可应用于万吨级规模甲苯液相空气氧化过程中反应热的回收方法，工艺简单，可安全经济地回收反应热。其二，本专利技术的甲苯液相空气氧化过程中反应热的回收装置不但提高了氧化效率，使得正常反应时尾气中氧气含量&lt;0.5％，远高于安全标准的＜7％，而且可以满足不同负荷时换热需求；本专利技术装置换热效率高，能够稳定、经济、连续、自动化运行，适用于万吨级规模氧化装置的热回收。其三，本专利技术内置式换热器的换热介质循环管即可用于供热介质(水)循环流动换热，也可在氧化反应开始前用于引入外界蒸汽，以启动氧化反应，进而使得本专利技术装置附属设备少，结构简单紧凑，占据空间小。当本专利技术的内置式换热器采用翅片式换热器并联而成时，利用翅片持续分割上升空气，增大气液接触面积，促进气液传质，进而提高氧化效率，降低尾气氧含量，避免爆炸情况的出现，大幅降低了安全风险。另外，本专利技术的内置式换热器持续稳定地移走反应产生的热量，同时输出品位可控的蒸汽，使反应釜温度恒定，减小温度波动对反应的影响。其四，本专利技术装置利用过热水调节阀控制循环管线出口(过热水入口)处的压力在一定值，保持内部水为液态，避免了过热水在管线和换热器中汽化产生气锤，损坏设备。同时，在蒸汽闪蒸罐上开设补水入口，根据产汽的大小进行补水，维持蒸汽闪蒸罐液位稳定，进而维持换热系统稳定产汽。其五，将过热水进出口和蒸汽出入口开设在蒸汽闪蒸罐顶部，将循环热水出入口和补水入口开设在蒸汽闪蒸罐底部，进一步避免了气锤的产生；而且，在蒸汽闪蒸罐的蒸汽出入口上设置除沫器，可有效防止液位过高而产生气液夹带。附图说明图1为一种甲苯液相催化氧化过程中反应热回收装置结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本专利技术，但它们不对本专利技术构成限定。如图1所示的甲苯液相催化氧化过程中反应热回收装置，包括反应釜1，反应釜1底部设有空气补给装置1.1，空气补给装置1.1上连有空气分布器2，反应釜1顶部开有尾气排出口1.2，反应热回收装置还包括设置在反应釜1内的内置式换热器3，和设置在反应釜1外的蒸汽闪蒸罐5，内置式换热器3为翅片式换热器，蒸汽闪蒸罐5顶部开有蒸汽出入口5.2，过热水进出口5.3及安全阀接口5.5，安全阀接口5.5上连安全阀，蒸汽闪蒸罐5底部开有循环热水进出口5.1和冷却水补充口5.4，内置式换热器3的一端与蒸汽闪蒸罐5的循环热水进出口5.1相连通，另一端与蒸汽闪蒸罐5的过热水进出口5.3相连通，内置式换热器3与循环热水进出口5.1之间设置有循环热水调节泵6，内置式换热器3与循环热水调节泵6之间设置有疏水器7，循环热水调节泵6前连有出口阀门13，疏水器7连有手动阀14；内置式换热器3与过热水进出口5.3之间设置有过热水调节阀8，该热水调节阀8可控制过热水进出口5.3处压力以保持内部水为液态，防止过热水在管线和换热器中汽化产生气锤，损坏设备；蒸汽闪蒸罐5上还开设有蒸汽出入口5.2及冷却水补充口5.4，蒸汽出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种甲苯液相催化氧化过程中反应热回收方法，其特征在于：包括以下步骤：1)利用外界蒸汽为甲苯液相催化氧化提供热量，进行升温，以启动甲苯催化氧化反应；2)当甲苯液相催化氧化反应的尾气中氧气含量＜0.5％时停止充入外界蒸汽，完成升温过程，然后利用冷却水进行内置换热，吸收甲苯液相催化氧化反应过程中释放的热量，冷却水换热得到过热水；3)将过热水输入闪蒸罐进行闪蒸处理，得到循环热水和闪蒸蒸汽；4)将产生的闪蒸蒸汽输出；5)向循环热水中补充冷却水，再次进行内置换热，吸收甲苯液相催化氧化反应过程中释放的热量，再次得过热水，对过热水再次进行闪蒸，这样循环往复操作，即可持续输出闪蒸蒸汽，实现反应热回收。

【技术特征摘要】
1.一种甲苯液相催化氧化过程中反应热回收方法，其特征在于：包括以下步骤：1)利用外界蒸汽为甲苯液相催化氧化提供热量，进行升温，以启动甲苯催化氧化反应；2)当甲苯液相催化氧化反应的尾气中氧气含量＜0.5％时停止充入外界蒸汽，完成升温过程，然后利用冷却水进行内置换热，吸收甲苯液相催化氧化反应过程中释放的热量，冷却水换热得到过热水；3)将过热水输入闪蒸罐进行闪蒸处理，得到循环热水和闪蒸蒸汽；4)将产生的闪蒸蒸汽输出；5)向循环热水中补充冷却水，再次进行内置换热，吸收甲苯液相催化氧化反应过程中释放的热量，再次得过热水，对过热水再次进行闪蒸，这样循环往复操作，即可持续输出闪蒸蒸汽，实现反应热回收。2.根据权利要求1所述甲苯液相催化氧化过程中反应热回收方法，其特征在于：步骤3)中，所述闪蒸罐内液位高度为闪蒸罐高度的10～80％。3.根据权利要求1所述甲苯液相催化氧化过程中反应热回收方法，其特征在于：步骤3)中，所述过热水输入闪蒸罐的输送压力为0.50～0.80Mpa。4.根据权利要求1所述甲苯液相催化氧化过程中反应热回收方法，其特征在于：步骤5)中，所述冷却水按与循环热水为1:50～1:200的重量比例补入。5.根据权利要求1所述甲苯液相催化氧化过程中反应热回收方法，其特征在于：步骤4)中，控制闪蒸蒸汽输出压力为0.10～0.50Mpa。6.一种权利要求1所述甲苯液相催化氧化过程中反应热回收装置，包括反应釜(1)，所述反应釜(1)底部开有空气补给装置(1.1)，所述空气补给装置(1.1)上连有空气分布器(2)，所述反应釜(1)顶部开有尾气排出口(1.2)，其特征在于：所述反应热回收装...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙波，黄正望，李毅，肖海，陈波，江蕾，林仕海，
申请(专利权)人：武汉有机实业有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42