本发明专利技术涉及一种用于醋酸乙烯合成反应器的新型壳程结构，在该壳程结构的上、下两端分别沿圆周方向均匀设置具有至少两个排出口的上环形分布器和具有至少两个进入口的下环形分布器，所述至少两个排出口中的至少两个排出口通过上环形分布器中的环形通道彼此流体连通且所述至少两个进入口中的至少两个进入口通过下环形分布器中的环形通道彼此流体连通。本发明专利技术还涉及一种包括该新型壳程结构的列管式醋酸乙烯合成反应器。本发明专利技术能够实现水-水蒸汽作为撤热介质的在壳程内的均匀流动和均匀撤热，减小反应器径向温度差，从而提高列管式醋酸乙烯合成反应器的整体性能；使得合成反应热得到合理应用；降低运营成本，削减了导热介质循环泵等设备投资和运行费用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体上涉及醋酸乙烯合成反应器。特别是，本专利技术涉及一种能够实现水-水蒸汽作为撤热介质的均匀分布和均匀撤热且能够达到减小醋酸乙烯合成反应器径向温度差目的的用于醋酸乙烯合成反应器的新型壳程结构和包括该新型壳程结构的列管式醋酸乙烯合成反应器。
技术介绍
乙烯氧化法是在工业上主要采用的一种用于合成醋酸乙烯的工艺方法。由于采用乙烯氧化法生产醋酸乙烯的反应热效应较大，因此列管式固定床反应器是目前较理想的反应设备。由于在采用乙烯氧化法生产醋酸乙烯的工艺中反应温度一般控制在160°C —220°C，因此一般需要利用来自外界的撤热介质例如导热油、熔盐等移除反应热。·撤热介质在固定床反应器壳程中的流动可以分为上、下环形分布器内的分流与合流流动，以及管束间的流动。使用导热油、熔盐作为撤热介质存在以下缺点(1)反应器撤热效果差，粗醋酸乙烯的杂质含量升高；(2)醋酸乙烯的合成反应热仅用于预热循环气而未得到合理利用。此外，对于醋酸乙烯合成反应过程来说，减小导热油进出口的温差可以减少反应副产物的产生，但是导热油进出口温差减小将会大大增加导热油的循环量，增加导热油泵设备投资和运行费用。因此，设计中应在满足反应工艺要求的前提下，尽量减少导热油或熔盐的循环量。但是，导热油或熔盐流量的减少将增加管外传热阻力，也可能加重反应器内温度分布的不均匀性。撤热介质在固定床反应器壳程内均匀流动和均匀分布是有利于醋酸乙烯合成反应的平稳进行的重要因素。环形分布器是实现撤热介质在固定床反应器壳程内均匀分布的关键部件。现有技术的环形分布器一般仅包括一个撤热介质进入孔(进入口)或一个撤热介质排出孔(排出口)。例如，技术专利CN201684582U (授权公告日2010年12月29日)披露了一种用于醋酸乙烯生产的反应器，该反应器采用导热油作为撤热介质。在该技术专利CN201684582U中，如图2和图4所示且如说明书第0033段所记载地，在进油空腔内且在与两个导热油进口等距处设置有隔板；在出油空腔内且在与两个导热油出口等距处设置有隔板。由此可见，在该醋酸乙烯反应器中，导热油在其中进行环形流动的进油空腔和出油空腔各自被隔板分为两个部分。在每一个部分中仅仅设置了一个导热油进口或者一个导热油出口。现有技术的这种布置的缺点在于撤热介质在环形分布器内沿主流道流动时不断分流或合流，撤热介质呈变质量流动状态，使得环形分布器内的压力沿流体流动方向逐渐变化，依靠流体通过分布孔的压降实现均布的方法在这里遇到了问题。因此，国内外许多学者对环形分布器内变质量流的压力分布展开了研究，目的是通过探寻不均匀开孔的规律，以实现变质量流的均布。然而，压力分布可能会随着操作工况的变化而变化，不均匀的开孔可能会不适应压力的变化。因此，为了应对环形分布器内的变质量流动，开设孔径不一的分流孔的方法不是一个好的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以水-水蒸汽为撤热介质的醋酸乙烯合成反应器的壳程结构，通过该结构可以实现来自外界的撤热介质在列管式固定床反应器壳程内的以热虹吸方式均匀流动，温度在径向方向上的均布，从而提高反应器的整体性能。本专利技术利用水在列管式固定床反应器壳程的汽化潜热移除反应热。相对导热油，熔盐等导热介质来说，用水-水蒸汽作为导热介质撤热效率更高，不仅有利于改善反应器的撤热效果，减小反应器径向的温差；还能够副产水蒸汽，从而使醋酸乙烯合成反应热得到更加合理地利用；能以热虹吸方式运行，从而能够降低运营成本，削减了导热介质循环泵等设备的投资和运行费用。列管式固定床反应器壳程内的环形分布器的设置、布管方式以及折流板设置方式等影响水和水蒸汽在壳程中流动的因素是实现本专利技术的列管式固定床反应器壳程内温度均匀分布的关键所在。 本专利技术提供一种列管式醋酸乙烯合成反应器的壳程结构，其特征在于，在所述壳程结构的上、下两端分别沿圆周方向均匀设置具有至少两个排出口的上环形分布器和具有至少两个进入口的下环形分布器，所述至少两个排出口中的至少两个排出口通过所述上环形分布器中的环形通道彼此流体连通且所述至少两个进入口中的至少两个进入口通过所述下环形分布器中的环形通道彼此流体连通。根据本专利技术的一个方面，所述列管式醋酸乙烯合成反应器可使用水-水蒸汽作为撤热介质并以热虹吸方式运行，所述进入口的个数优选为4-16个，所述排出口的个数优选为4-12个。根据本专利技术的另一个方面，所述进入口的直径大小可在DN150-DN350的范围内，所述排出口的直径大小可在DN100-DN300的范围内。根据本专利技术的又一个方面，在所述上环形分布器的内侧沿圆周方向设置有50-100个均匀分布，大小一致的分布孔。所述分布孔呈圆形、条形或方形，其水力学直径范围优选为 40mm-300mm。根据本专利技术的又一个方面，在所述下环形分布器的内侧沿圆周方向优选设置有15-30个均匀分布的、大小一致的分布孔。所述分布孔呈圆形，条形或方形，其水力学直径范围优选为30mm-100mm。对于环形分布器而言，仅靠进入口的均匀分布，排出口的均匀收集还不能完全保证来自外界的撤热介质在反应器壳程的均匀流动。尤其当反应器直径较大时反应管数量很多，容易产生流动死区。这些流动死区常常集中在反应器的中心和边缘区域。为了提高撤热介质的流速，增强壳程流体湍动改善传热效果，在反应器的壳程需要加设折流板。除了上述作用外，折流板还有支撑管束增强其刚度，防止管子振动等作用。传统的折流板布置方式往往不能满足水-水蒸汽两相流均匀分布的要求。根据本专利技术的又一个方面，沿水平方向在所述上环形分布器与所述下环形分布器之间设置折流板，所述折流板至少包括顶端圆环形折流板、底端圆环形折流板和/或设置在所述顶端圆环形折流板与所述底端圆环形折流板之间的圆环形折流板和圆盘形折流板，从而在所述上环形分布器与所述下环形分布器之间形成撤热介质的缓冲流动区域。根据本专利技术的再ー个方面，沿着所述反应器轴向向上，所述圆环形折流板的中心切除率逐渐増大。根据本专利技术的又ー个方面，所述顶端圆环形折流板的中心切除率为所述底端圆环形折流板的I. 5-3倍。根据本专利技术的再ー个方面，在所述列管式醋酸こ烯合成反应器壳程内的中心区域不布置反应管。根据本专利技术的又ー个方面，在所述列管式醋酸こ烯合成反应器壳程内的边缘区域不布置反应管。本专利技术还提供ー种包括上述壳程结构的列管式醋酸こ烯合成反应器。上述三个方面即环形分布器的设置、布管方式以及折流板设置方式是实现撤热介·质在列管式固定床反应器壳程内以热虹吸方式均匀流动的关键，因此要想实现反应器内温度的均匀分布必须要对这三个方面的结构进行合理的设计。本专利技术所述的醋酸こ烯合成反应器壳程结构包括撤热介质的上环形分布器，下环形分布器，布管方式以及折流板的布置方式。上、下环形分布器外侧上面分别设置多个排出口和多个进入口。布管方式的特点是中心区域和边缘区域设置不布管区域。折流板采用圆环形、圆盘形结构，特点为沿着反应器轴向向上，圆环形折流板的中心切除率逐渐増大。在本专利技术中，圆环形折流板的中心切除率被定义为圆环形折流板内径与外径的比率值。通过本专利技术所述的将分布器设置多个进入口，可以很好地实现水在环形分布器内的预分布，还可以减小变质量流动的程度从而可以更好地利用分布器均匀开孔实现流体的均布，避免不均匀开孔造成的设本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种列管式醋酸乙烯合成反应器的壳程结构，其特征在于，在所述壳程结构的上、下两端分别沿圆周方向均匀设置具有至少两个排出口的上环形分布器和具有至少两个进入口的下环形分布器，所述至少两个排出口中的至少两个排出口通过所述上环形分布器中的环形通道彼此流体连通且所述至少两个进入口中的至少两个进入口通过所述下环形分布器中的环形通道彼此流体连通。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张敏华，李永辉，马静，李桂明，百璐，姜浩锡，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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