專利名稱：多管氧化反應器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及氣相氧化反應器，尤其涉及反應放熱量大、產物在高溫下容易分解且不采用催化劑的氣相氧化反應的反應器。
背景技術：
氣相氧化反應是ー個重要而常用的合成反應，最常見的乙烯、こ炔的氧化反應，通常會放出大量的反應熱。根據不同的反應特點，產生了不同的反應器結構形式，以及各種的反應熱移除方式。為了適用于不需要催化劑的氧化反應的引發和持續、高效地得到反應產物而需要優選合適的反應器。中國專利CN200320120265. 2組合式ニ合一石墨氯化氫合成爐，描述了氯氣和氫氣進行氧化反應的反應器，反應氣體在“燈頭”處混合并發生強放熱的氧化反應，燈頭裝置采用多筒型式，使氯、氫混合均勻，燃燒徹底，反應產物氯化氫在高溫下比較穩定。這種反應器結構簡單，效率高。但不適合用于高溫下易于分解的原料和產物的生產過程。傳統的多管氧化反應器是固定床反應器，這種反應器是固定于上下管板之間的多根反應管，在反應管內部裝填有一定高度的催化劑，兩種反應氣體經過預熱混合后通過催化劑床層反應，反應熱通過殼體內循環的載熱體帶走。這種氧化反應器用的比較多且較成熟。中國專利CN200880113893. 3描述了多管式氣相催化氧化反應，兩種反應氣體混合后集中進入混合氣室，然后均勻進入裝有催化劑的反應管中進行反應，該反應器結構有效地分散了反應熱，避免了“飛溫”現象的發生，有利于保持催化劑的活性，使反應在適宜的溫度條件下進行，這類反應的特點是兩種原料氣體只有在催化劑存在下才能有效地進行。因此進入混合氣室的兩種原料氣體，即使達到反應溫度，如果沒有催化劑，氧化反應仍然是不會發生的。綜上，目前的多管式氣相氧化還原反應器不適合溫度高、放熱強而反應氣體又易分解的不需要催化劑的氣相氧化還原反應，此類反應可以采用四氟こ烯為原料的碳酰氟的合成反應為代表，該反應中，四氟こ烯易聚合、反應強放熱(760. 51KJ/mol)。
發明內容本實用新型g在提出ー種多環管氧化反應器，對于不需要催化劑的氣相氧化反應能有很好的控制，該類反應具有溫度高、放熱強而反應氣體又易分解、不需要催化劑的特點。為此，本實用新型采用以下技術方案ー種多管氧化反應器，用于氣相氧化反應，包括反應器筒體，其特征在于反應器筒體中提供有上中下三部分，所述下部為反應氣體分配區、中部為反應區、上部為產物氣體換熱區；所述反應器筒體內在產物氣體換熱區下方設有多根與反應器筒體縱軸平行的套管，所述多根套管在反應器筒體的橫截面上分布；[0010]所述反應氣體分配區用于將兩種反應氣體分別平均分配到各套管中；所述套管包括內管和外管，內管用于通第一種反應氣體，內管和外管之間的環隙用于通第二種反應氣體，所述反應氣體分配區包括第一種反應氣體的分配區和第二種反應氣體的分配區，第一種反應氣體的分配區和第二種反應氣體的分配區之間被隔開；所述外管高于內管，其高出部分中形成兩種反應氣體匯合的反應區。在采用上述技術方案的基礎上，本實用新型還可采用以下進ー步的技術方案所述外管的頂部為收縮ロ或直ロ，所述收縮ロ形成氣體噴嘴。所述內管的頂部為收縮ロ或直ロ，最好采用收縮ロ。所述第一種反應氣體的分配區和第二種反應氣體的分配區上下配置，它們之間由第一管板隔開，第一種反應氣體的分配區處在第一管板之下，所述內管固定在第一管板上并與第一種反應氣體的分配區相通，所述反應器筒體中在所述第一管板上方設有第二管板，第二種反應氣體的分配區處在第一管板和第二管板之間，所述外管固定在第二管板上，所述環隙與第二種反應氣體的分配區相通。所述內管和外管的入口均為直管或喇機ロ。第一種反應氣體的分配區和第二種反應氣體的分配區中采用氣體分布噴嘴或氣體分布器進氣。所述產物氣體換熱區采用管殼式換熱器，管程通所述產物氣體，殼程通導熱體介質。所述反應氣體分配區部位及反應區部位外的反應器筒體外設有夾套換熱器，所述夾套換熱器的介質出口通過管路與管殼式換熱器的介質入口相連，所述管殼式換熱器的介質出口通過管路與夾套換熱器的介質入口相連。所述兩股反應氣體分別是氧氣分子或氧化性氣體和需要被反應的有機或無機氣體。所述氣相氧化反應的反應熱為lO-lOOOKJ/kmol。所述氣相氧化反應為四氟こ烯為原料的碳酰氟的合成反應或者以氯氣和氫氣燃燒制氯化氫的反應。由于采用本實用新型的技術方案，本實用新型巧妙地解決反應氣體的均勻分布，能實現兩氣體在特定區域內燃燒反應，反應熱能被及時帶走，并且氧化反應的轉化率和選擇性較高。特別適合于諸如以四氟こ烯為原料的碳酰氟的合成反應等溫度高、放熱強而反應氣體易分解的不需要催化劑的氣相氧化反應。本實用新型所提供的反應器采用管殼式多環管并聯方式，將其中ー種原料氣體直接送入內環管，將另ー種氣體送入環隙，保證反應在套管頂部進行，反應產生的大量熱量被迅速移除，使氧化反應在比較緩和的氛圍進行。同時反應可得到高的轉化率和選擇性。

圖I為本實用新型反應器實施例I的示意圖。圖2為本實用新型反應器實施例2的示意圖。圖3為圖I中I部位的放大圖，顯示套管頂部的一種實施方式。圖4為圖I中I部位的放大圖，顯示套管頂部的另ー種實施方式。
具體實施方式
實施例I，參照附圖I、3、4。本實用新型所提供的多管氧化反應器，用于氣相氧化反應，比如四氟こ烯為原料的碳酰氟的合成反應以氯氣和氫氣燃燒制氯化氫的反應以及各種有機、無機氣體不需要催化劑的氧化反應。所述反應器包括反應器筒體1，反應器筒體中提供有上中下三部分，所述下部為反應氣體分配區、中部為反應區、上部為產物氣體換熱區；所述反應器筒體I內在產物氣體換熱區下方設有多根與反應器筒體縱軸平行的套管，所述多根套管在反應器筒體的橫截面上分布；所述反應氣體分配區用于將兩種反應氣體分別平均分配到各套管中；所述套管包括內管21和外管22，內管用于通第一種反應氣體，內管21和外管22之間的環隙23用于通第二種反應氣體，內管氣體和環隙氣體可相互調換。所述反應氣體分配區包括第一種反應 氣體的分配區100和第二種反應氣體的分配區200，第一種反應氣體的分配區100和第二種反應氣體200的分配區之間被隔開；所述外管22高于內管21，其高出部分中形成兩種反應氣體匯合的反應區24。所述第一種反應氣體的分配區100和第二種反應氣體的分配區200上下配置，它們之間由第一管板3隔開，第一種反應氣體的分配區21處在第一管板3之下，所述內管21固定在第一管板3上并與第一種反應氣體的分配區100相通，所述反應器筒體中在所述第一管板上方設有第二管板4，第二種反應氣體的分配區200處在第一管板3和第二管板4之間，所述外管22固定在第二管板4上，所述環隙23與第二種反應氣體的分配區200相通。如圖4所示，外管22的頂部可以為收縮ロ 24，收縮ロ 24形成氣體噴嘴，也或是在外管22的頂部安裝氣體噴嘴，如圖3所示，外管22的頂部也可以是未經處理的圓柱形。內管21頂端是未經處理的圓柱形管面，也可是經過處理的收縮ロ。所述內管21和外管22的入口均可為喇叭ロ。內管21和外管22的材質可選用各類不銹鋼管，最好的選用304不銹鋼管。內管和外管的管徑太大，反應熱不能有效移除，反應的選擇性差；反應管徑選擇太小，反應管的數量會大為增加，反應器加工復雜、整體體積加大，一般來說，內管21和外管22的直徑可選在O. 3mm到30mm之間。為保證大量的反應氣體在反應器內均勻反應，首先要保證兩種參加反應的氣體按需要的流量和配比分別進入反應器，按量進入反應器的兩股原料先通過電預熱器加熱或導熱油預熱，這兩種方式共用或選擇其ー進行預熱。但預熱的過程中不能使任ー種氣體，產生分解、聚合或爆炸危險。有必要的情況下需設置防爆墻或給反應器設置爆破片等安全設施。本實用新型在反應器中對兩種反應氣體分別設計了氣體的分配區，這個g在是原料氣體在此處緩沖。對于兩種反應氣體在進氣時使用合適的氣體分配器，可以避免氣體產生集中流或分散流，為此，本實用新型中，在第一種反應氣體的分配區和第二種反應氣體的分配區中可采用氣體分布噴嘴進氣，它們可以處在相應分配區的中間位置。整個氧化反應可以在常壓或加壓的條件下進行反應，反應器的直徑可以是50 5000mm,套管的分配根數為可至3000根，套管數量多吋，燃燒區域熱量不能太集中，因此，最好姆根套管的中心距為10 50mm之間。當反應的兩股氣體在達到一定的反應溫度后，反應即刻引發，并利用自身的反應熱，維持反應的連續進行。如果采用類似中國專利CN200880113893. 3那樣的反應器，兩種反應原料氣體混合后集中進入進氣室，在預熱過的反應管中受熱引發反應后，反應區域會沿著氣流來路方向向后延伸，直到蔓延回集中進氣室中，發生“回火”，引發更劇烈的反應，因為反應熱不能得到有效地移除，嚴重時會燒毀反應器，甚至發生爆炸。如何控制好反應熱量的取出問題,不僅關系到安全的問題，同時對產品的收率問題也是值得探索的。反應熱不及時移去，會使反應繼續在高溫下進行二次反應或產生飛溫，產生過多的雜質，不利于后系統的分離。為此，本實用新型在與反應區同一筒體的上方設置了產物氣體換熱區。 在本實施例中，所述產物氣體換熱區采用管殼式換熱器，所述產物氣體走管程，殼程通入導熱體介質。附圖標號51為產物氣體的流通管。流通管上錯相安裝有多層折流板52。管殼式換熱器的用于氣體換熱的導熱體介質可選擇水、導熱油或其他有機溶剤，最好的選擇是導熱油，導熱油可通過動カ設備實現循環，中間環節設置油溫穩定單元。參與反應的氧氣分子或氧化性氣體和需要被充分反應的有機或無機氣體都需要經過外部預熱到一定的溫度才能進入反應器。氣體預熱溫度可控制在250 350°C。在進行氧化反應之前，反應器需要進行預熱，反應器預熱可通過加熱的氮氣進行，保持內部溫度達到200 350°C。所述加熱過的氮氣通入第一種反應氣體的分配區100和第二種反應氣體200的分配區， 經套管進入反應區，再經換熱區的管程，從反應器筒體頂部的產物氣體出口 11流出。實施例2，參照圖2。本實施例中，對反應器的預熱方式選用了另ー種方式，該方式可以和管殼式換熱器結合在一起運行，它們共用導熱體介質，以充分利用反應熱，節約能源。所述反應氣體分配區部位及反應區部位外的反應器筒體外設有夾套換熱器6，所述夾套換熱器的介質出ロ 61通過管路與管殼式換熱器的介質入口 53相連，所述管殼式換熱器的介質出口 54通過管路與夾套換熱器6的介質入口 62相連，在管路中間可設置閥、泵、溫度穩定單元等。本實施例的其它部分和實施例I相同，在圖2中，附圖標號和圖1、3、4相同的代表相同的含義。
權利要求1.ー種多管氧化反應器，用于氣相氧化反應，包括反應器筒體，其特征在于反應器筒體中提供有上中下三部分，所述下部為反應氣體分配區、中部為反應區、上部為產物氣體換熱區；所述反應器筒體內在產物氣體換熱區下方設有多根與反應器筒體縱軸平行的套管，所述多根套管在反應器筒體的橫截面上分布； 所述反應氣體分配區用于將兩種反應氣體分別平均分配到各套管中；所述套管包括內管和外管，內管用于通第一種反應氣體，內管和外管之間的環隙用于通第二種反應氣體，所述反應氣體分配區包括第一種反應氣體的分配區和第二種反應氣體的分配區，第一種反應氣體的分配區和第二種反應氣體的分配區之間被隔開； 所述外管高于內管，其高出部分中形成兩種反應氣體匯合的反應區。
2.如權利要求I所述的ー種多管氧化反應器，其特征在于所述外管的頂部為收縮ロ，所述收縮ロ形成氣體噴嘴。
3.如權利要求I或2所述的ー種多管氧化反應器，其特征在于所述內管的頂部為收縮□。
4.如權利要求I所述的ー種多管氧化反應器，其特征在于所述第一種反應氣體的分配區和第二種反應氣體的分配區上下配置，它們之間由第一管板隔開，第一種反應氣體的分配區處在第一管板之下，所述內管固定在第一管板上并與第一種反應氣體的分配區相通，所述反應器筒體中在所述第一管板上方設有第二管板，第二種反應氣體的分配區處在第一管板和第二管板之間，所述外管固定在第二管板上，所述環隙與第二種反應氣體的分配區相通。
5.如權利要求I或4所述的ー種多管氧化反應器，其特征在于所述內管和外管的入口均為喇叭ロ。
6.如權利要求I或4所述的ー種多管氧化反應器，其特征在于第一種反應氣體的分配區和第二種反應氣體的分配區中采用氣體分布噴嘴進氣。
7.如權利要求I所述的ー種多管氧化反應器，其特征在于所述產物氣體換熱區采用管殼式換熱器，管程通所述產物氣體，殼程通導熱體介質。
8.如權利要求7所述的ー種多管氧化反應器，其特征在于所述反應氣體分配區部位及反應區部位外的反應器筒體外設有夾套換熱器，所述夾套換熱器的介質出口通過管路與管殼式換熱器的介質入口相連，所述管殼式換熱器的介質出口通過管路與夾套換熱器的介質入口相連。
9.如權利要求I所述的ー種多管氧化反應器，其特征在于所述兩股反應氣體分別是氧氣分子或氧化性氣體和需要被反應的有機或無機氣體；所述氣相氧化反應的反應熱為10-1000KJ/kmolo
10.如權利要求I所述的ー種多管氧化反應器，其特征在于所述氣相氧化反應為四氟こ烯為原料的碳酰氟的合成反應或者以氯氣和氫氣燃燒制氯化氫的反應。
專利摘要本實用新型是一種多管氧化反應器，包括反應器筒體，其特征在于反應器筒體中提供有上中下三部分，所述下部為反應氣體分配區、中部為反應區、上部為產物氣體換熱區；所述反應器筒體內在產物氣體換熱區下方設有多根與反應器筒體縱軸平行的套管，所述多根套管在反應器筒體的橫截面上分布，所述反應氣體分配區用于將兩種反應氣體分別平均分配到各套管中；所述套管包括內管和外管，內管用于通第一種反應氣體，內管和外管之間的環隙用于通第二種反應氣體，該反應器能夠有效解決氧化反應放熱集中而導致局部溫升過大、影響反應選擇性的問題。
文檔編號B01J12/00GK202447060SQ201120568528
公開日2012年9月26日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者任建綱, 張文慶, 李忠, 楊會娥, 柴華, 王剛, 王民濤, 陳蜀康 申請人:中化藍天集團有限公司, 中化近代環保化工(西安)有限公司