一種新型甲醛氧化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

一種新型甲醛氧化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

盔甲氧化反應(yīng)是盔甲生產(chǎn)的重要設(shè)備。它的優(yōu)點(diǎn)直接影響到盔甲產(chǎn)品的質(zhì)量，影響到公司經(jīng)濟(jì)效益的提高。國(guó)內(nèi)外甲醛生產(chǎn)廠家和設(shè)計(jì)單位對(duì)此作了大量的研究和實(shí)踐,但因該設(shè)備工作條件苛刻,以前設(shè)計(jì)的甲醛反應(yīng)器均存在這樣或那樣的問(wèn)題,影響了反應(yīng)器功效的發(fā)揮。通過(guò)對(duì)甲醛氧化反應(yīng)器工作機(jī)理的分析和研究,結(jié)合我公司甲醛生產(chǎn)實(shí)踐,我公司設(shè)計(jì)出了一種新型的甲醛氧化反應(yīng)器。該新型反應(yīng)器投入使用后,在節(jié)水、節(jié)能、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命方面效果明顯。現(xiàn)將其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用情況介紹如下。1甲醛氧化反應(yīng)器空氣混合我公司甲醛生產(chǎn)以精甲醇為原料,采用浮石銀法生產(chǎn)工藝。98%的精甲醇在甲醇蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā),然后與一定比例的空氣混合,并加入配料蒸汽,經(jīng)過(guò)熱器加熱到100～130℃,再經(jīng)過(guò)濾器、阻火器進(jìn)入甲醛氧化反應(yīng)器。在反應(yīng)器內(nèi),甲醇、空氣、水蒸氣三元?dú)怏w被電爐點(diǎn)火升溫后,在銀催化劑作用下,甲醇發(fā)生氧化和脫氫反應(yīng)生成高溫甲醛氣體,冷卻到100℃以下后經(jīng)吸收塔吸收,得到37%的甲醛溶液。2國(guó)內(nèi)鉻氧化反應(yīng)的結(jié)構(gòu)和性能2.1高溫甲醛氣體法該氧化反應(yīng)器由上、下2部分組成。上部為反應(yīng)段,甲醇、空氣、水蒸氣三元混合氣體在進(jìn)入被電爐點(diǎn)火加熱的催化劑層時(shí)發(fā)生甲醇氧化反應(yīng)并放出熱量,進(jìn)而發(fā)生甲醇脫氫反應(yīng),生成甲醛氣體;下部為列管式冷卻器,生成的高溫甲醛氣體在此被冷卻水迅速冷卻到100℃以下送出。冷卻水在常壓下排放,雖然達(dá)到了冷卻的目的,但工藝余熱未被利用,浪費(fèi)了大量的熱能,并且消耗大量的冷卻水。這種型式的甲醛氧化反應(yīng)器是為了防止甲醛氣體在高溫下停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng),發(fā)生副反應(yīng)生成甲酸,對(duì)后續(xù)設(shè)備和管道造成腐蝕,影響產(chǎn)品質(zhì)量而設(shè)計(jì)的。研究和試驗(yàn)證明:高溫甲醛氣體在溫度低于280℃后,其副反應(yīng)并不明顯,產(chǎn)品酸值也沒(méi)有增加。這就為充分利用工藝余熱、設(shè)計(jì)新的甲醛氧化反應(yīng)器提供了可靠依據(jù),二段式甲醛氧化反應(yīng)器逐漸被淘汰已成必然。我公司一期5000t/a甲醛裝置中的氧化器就是這種類型。2.2甲醛冷卻段的選擇此氧化器由3部分組成,上段為氧化段,反應(yīng)過(guò)程與二段式氧化器相同;中段為余熱回收段,從氧化段來(lái)的高溫甲醛氣體走管程,水和水蒸氣走殼程,利用高溫?zé)崮苌a(chǎn)低壓蒸汽;下段為氣體冷卻段,從余熱回收段來(lái)的甲醛氣體走管程,冷卻水走殼程,逆向換熱后將甲醛冷卻到100℃以下。該種反應(yīng)器充分利用了工藝余熱,在節(jié)能、節(jié)水方面成效顯著。但也使反應(yīng)器的工作條件惡化,使余熱回收段高溫側(cè)管板、管板與換熱管的連接部位處在高溫(600～730℃)下,既要承受壓力,又要受到高溫、高速氣體的沖擊和磨蝕,管子與管板連接處極易損壞,加之奧氏體不銹鋼在使用溫度高于525℃時(shí)材料的強(qiáng)度、塑性及抗氧化性顯著下降,造成損壞處無(wú)法修復(fù),導(dǎo)致設(shè)備使用壽命短,甚至1～2a即報(bào)廢。3熱壓保護(hù)筒體我公司擴(kuò)建10kt/a甲醛裝置時(shí),以節(jié)約冷卻水量、利用化學(xué)反應(yīng)余熱副產(chǎn)0.5MPa低壓蒸汽并延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命為目的,在分析、研究國(guó)內(nèi)甲醛反應(yīng)器的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了新型甲醛氧化反應(yīng)器(圖1)。該反應(yīng)器工作機(jī)理與三段式甲醛反應(yīng)器相同,但結(jié)構(gòu)上有很大不同(圖2)。(1)氧化室高溫反應(yīng)段筒體內(nèi)壁加裝硅酸鋁耐火纖維層進(jìn)行絕熱保護(hù),筒體外壁采用汽液冷卻,避免筒體材料在高溫下出現(xiàn)強(qiáng)度、塑性及抗氧化性顯著下降的情況。(2)高溫側(cè)管板(圖2件號(hào)3)采用特殊形式的撓性管板,此管板比固定平管板薄,管板內(nèi)外壁溫差小,在同樣操作條件下,內(nèi)外壁膨脹差小,產(chǎn)生的溫差應(yīng)力小,有補(bǔ)償熱應(yīng)力引起的變形能力,能適應(yīng)管內(nèi)管間物料溫差較大的操作。撓性管板因有折邊圓弧,也減小了管板邊緣的應(yīng)力集中。(3)管板熱端面覆蓋硅酸鋁耐火纖維層絕熱,有效地降低了管板兩側(cè)的溫差。(4)換熱管熱端加裝保護(hù)套管(圖2件號(hào)2),保護(hù)換熱管與管板的焊接接頭及焊接熱影響區(qū)不受高速氣體的沖擊和磨蝕。(5)變徑筒(圖2件號(hào)12)加大殼程直徑,保證管束的邊緣與殼體間有足夠的環(huán)隙,使汽水混合物流動(dòng)暢通。(6)升氣管出口開(kāi)在殼程最高點(diǎn)處,使管板下面殼程內(nèi)無(wú)死氣層存在,避免出現(xiàn)局部過(guò)熱造成高溫端管板與換熱管間的泄漏。4新型氧化器的經(jīng)濟(jì)效益該新型甲醛反應(yīng)器自投入我公司二期甲醛生產(chǎn)以來(lái),已使用了3a,未發(fā)生過(guò)任何故障,各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。同我公司原有舊氧化器相比,成效顯著。以年產(chǎn)10kt甲醛計(jì)算,新型氧化器每年可產(chǎn)0.5MPa低壓蒸汽4020t,蒸汽按目前最低價(jià)50元/t計(jì),年獲利20.1萬(wàn)元。同時(shí),每年還可節(jié)省冷卻水80kt,水價(jià)按0.05元/t計(jì),年節(jié)約水費(fèi)0.4萬(wàn)元。僅此2項(xiàng)合計(jì),每年可增收節(jié)支20.5萬(wàn)元,經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。5脫氫反應(yīng)(1)催化劑應(yīng)分層裝填。浮石銀催化劑粒徑為2～6mm,底層粒徑為4～6mm,中層為3～4mm,上層為2～3mm,重量分配相應(yīng)為總裝填量的40%～60%、10%～20%和20%～50%。這樣可使反應(yīng)氣一進(jìn)入催化劑層就發(fā)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng),使溫度迅速達(dá)到600℃,進(jìn)行脫氫反應(yīng),以提高甲醇總轉(zhuǎn)化率。(2)廢熱鍋爐殼程內(nèi)應(yīng)在電爐點(diǎn)火前充滿水,防止發(fā)生水擊而損壞廢鍋。(3)電爐點(diǎn)火升溫,