一种带换热机组的乙醇合成反应器制造技术

本发明专利技术涉及一种带换热机组的乙醇合成反应器，包括反应器和换热机组，其中反应器上连接有混合气反应器进口管和粗乙醇反应器热气出口管，其特征在于：所述换热机组由通过管路依次串联的第一换热器、第二换热器和第三换热器组成，所述混合气反应器进口管与第一换热器的冷源通道连接，粗乙醇反应器热气出口管与第一换热器热源通道连接，其中原料氢气第三换热器进口管为第三换热器冷源进口管，醋酸及氢气混合气第二换热器进口管与第二级换热器冷源进口管连接。本发明专利技术热量回收利用率高、管道与设备之间采用直接焊接的方式，消除了管道热应力及系统法兰密封问题，以达到解决醋酸加氢制乙醇的工艺中存在的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种带换热机组的乙醇合成反应器
本专利技术涉及煤化工领域，具体地涉及一种带换热机组的乙醇合成反应器。
技术介绍
换热器是化工装置中最常见，甚至是必不可少的设备。按其布置方式分为卧式换热器和立式换热器，按其用途分为冷凝器、冷却器、加热器(再沸器)、热交换器等，按其结构形式又分为管壳式换热器、套管式换热器和板式换热器三大类，前者又分为固定管板式、U形管式、浮头式、釜式换热器等等，固定管板式换热器又可分为单管程和多管程，真可谓形式多样，种类繁多。目前化工生产过程中，常规换热器本体和管道连接都采用的是法兰式连接方式，根据管道的温度和压力变化情况确定是否考虑采用膨胀节，在热力学中膨胀节的作用一是消除热胀冷缩对管道的补偿；另一个作用是管道热应力的消除，避免管道拉伤。《金属波纹管膨胀节通用技术条件》标准GB/T12777-2008中有对膨胀节工况分类、材料牌号、矩形波纹管的设计和制造要求、结构件的焊接结构要求和方形万向环的设计方法。在实际使用过程中，低温工况下使用膨胀节消除热应力、形变及振动效果比较好，可以满足工艺生产要求，但在温度高的工况下容易出现膨胀节容易出现疲劳破损，特殊情况下可以导致爆炸发生，存在安全隐患。在石油化工生存过程中，工艺设计上经常考虑热量的综合利用，热量的利用一般利用换热器来实现，有直接移除的，有回收利用的，一般工艺条件具备的情况下都考虑的是回收利用，充分降低能耗，降低生产成本，典型的使用有耦合精馏、热泵技术等。以上提到的换热器连接及热量回收利用在常规石油化工生产过程中是可以满足设计和生产操作要求的，但在高温高压易燃易爆的生产环境存在以下三个问题：第一是：热量回收效率欠佳；第二是：管道用法兰连接方式进行连接，在升温及降温过程中，在法兰位置连接位置处容易出现泄露燃烧爆炸情况；第三是：生产在升温及降温过程中热变形容易拉坏设备和管道；第四是：用来做缓冲作用的膨胀节容易拉断。醋酸加氢制乙醇工况为高温高压，工作压力为4.0MPa(G)，温度为300℃，还原温度为320℃，反应介质为99.9％的氢气及醋酸混合物在催化剂作用下合成粗乙醇，醋酸加氢为放热反应，反应热约为43.9kJ/mol。醋酸加氢反应热在气冷反应器内通过加热入塔的方式，维持系统热量平衡。反应合成乙醇混合气温度要求较高，但原料混合气温度为常温。
技术实现思路
针对以上工艺情况，本申请用从反应器出来的高温粗乙醇混合气分级加热原料混合气，使进入反应器的温度可以满足乙醇合成床层温度要求。这样就可以有限降低能耗，同时可以保证生产稳定运行。本专利技术充分考虑热量回收利用、管道热应力的消除及系统法兰密封问题，以达到解决醋酸加氢制乙醇的工艺中存在的问题。本专利技术针对醋酸加氢制乙醇工艺的实际工况进行设计，具体技术方案如下：一种带换热机组的乙醇合成反应器，包括反应器和换热机组，其中反应器上连接有混合气反应器进口管和粗乙醇反应器热气出口管，其特征在于：所述换热机组由通过管路依次串联的第一换热器、第二换热器和第三换热器组成，所述混合气反应器进口管与第一换热器的冷源通道连接，粗乙醇反应器热气出口管与第一换热器热源通道连接，其中原料氢气第三换热器进口管为第三换热器冷源进口管，醋酸进口管与醋酸及氢气混合气第二换热器进口管连接。所述第二换热器还设置有冷气旁路调节阀。所述混合气反应器进口管和粗乙醇反应器热气出口管位于反应器下方，混合气反应器进口管连接有伸入反应器内上方的若干根直支管。所述换热机组之间，换热器与反应器之间的管道连接为直接焊接。整个带换热机组的乙醇合成反应器的核心在于三级换热器装置，采用本专利技术通过三级换热器，对热量进行回收，所用装置的性能系数、能源利用率等重要因素都得到了提高，热量得到了有效回收和利用，大大降低了能耗，以达到最佳经济效果。所述第二换热器还设置有冷气旁路调节阀。触媒层灵敏温度由第二换热器出口冷气旁路调节阀进行调节控制。冷气旁路调节阀的一系列自动控制元件根据工作环境的温度变化，产生导通或者断开控制第二换热器内的工作状态的温度，从而可以调节反应器里的温度来保证反应器里的反应温度的大小。反应器、粗乙醇反应器热气出口管、第一换热器、粗乙醇第一换热器热气出口管、第二换热器、粗乙醇第二换热器热气出口管、第三换热器、粗乙醇第三换热器出口管之间采用直接焊接连接方式。原料氢气第三换热器进口管、第三换热器、醋酸及氢气混合气第二换热器进口管、第二换热器、混合气第一换热器进口管、第一换热器、混合气反应器进口管、反应器之间采用直接焊接连接方式。设备和管道之间连接采用直接焊接，焊缝无缺陷(夹渣、气孔、裂纹)，就可以达到很好的密封效果，解决了醋酸加氢制乙醇高温高压反应状况下连接法兰泄露问题；系统热量得到分级应用，保证了系统稳定。本专利技术热量回收利用率高、管道与设备之间采用直接焊接的方式，焊缝无缺陷(夹渣、气孔、裂纹)，就可以达到很好的密封效果，消除了管道热应力及系统法兰密封问题，以达到解决醋酸加氢制乙醇的工艺中存在的问题。附图说明图1为本专利技术的一种带换热机组的乙醇合成反应器结构示意图。图1中，各部分附图标记分别为：1：反应器、2:粗乙醇反应器热气出口管、3:第一换热器、4：粗乙醇第一换热器热气出口管、5：第二换热器、6：粗乙醇第二换热器热气出口管、7：第三换热器、8：粗乙醇第三换热器出口管、9：原料氢气第三换热器进口管、10：醋酸及氢气混合气第二换热器进口管、11：混合气第一换热器进口管、12：混合气反应器进口管、13：冷气旁路调节阀、14：直支管。具体实施方式本专利技术提出一种乙醇合成反应器的换热器直连及副产热量的分级利用工艺，并以此改造了其反应设备。具体技术方案如下：如图1所示，一种带换热机组的乙醇合成反应器，包括反应器1、第一换热器3、第二换热器5、第三换热器7、粗乙醇反应器热气出口管2、粗乙醇第一换热器热气出气口管4、粗乙醇第二换热器热气出口管6、粗乙醇第三换热器出口管8、原料氢气第三换热器进口管9、醋酸及氢气混合气第二换热器进口管10、混合气第一换热器进口管11、混合气反应器进口管12，其特征在于：所述粗乙醇反应器热气出口管2一端连着反应器1，另一端连着第一换热器3，所述粗乙醇第一换热器热气出气口管4一端连着第一换热器3，另一端连着第二换热器5，所述粗乙醇第二换热器热气出口管6一端连着第二换热器5，另一端连着第三换热器7，所述粗乙醇第三换热器出口管8连着第三换热器7，所述原料氢气第三换热器进口管9连着第三换热器7，所述醋酸及氢气混合气第二换热器进口管10一端连着第三换热器7，另一端连着第二换热器5，所述混合气第一换热器进口管11一端连着第二换热器5，另一端连着第一换热器3，所述混合气反应器进口管12一端连着第一换热器3，另一端连着反应器1。合成后粗乙醇热气从反应器1出来后进入第一换热器3、第二换热器5、第三换热器7分级加热原料氢气和醋酸及氢气混合气，粗乙醇气经原料气分级降温后进分离器进行分离，原料气经粗乙醇合成气升温后进反应器1，最后在反应器内进行反应合成粗乙醇。整个带换热机组的乙醇合成反应器的核心在于三级换热器装置，采用本专利技术通过三级换热器，对热量进行回收，所用装置的性能系数、能源利用率等重要因素都得到了提高，热量得到了有效回收和利用，大大降低了能耗，以达到最佳经济效果。所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带换热机组的乙醇合成反应器，包括反应器和换热机组，其中反应器上连接有混合气反应器进口管和粗乙醇反应器热气出口管，其特征在于：所述换热机组由通过管路依次串联的第一换热器、第二换热器和第三换热器组成，所述混合气反应器进口管与第一换热器的冷源通道连接，粗乙醇反应器热气出口管与第一换热器热源通道连接，其中原料氢气第三换热器进口管为第三换热器冷源进口管，醋酸及氢气混合气第二换热器进口管与第二级换热器冷源进口管连接。

【技术特征摘要】
1.一种带换热机组的乙醇合成反应器，包括反应器和换热机组，其中反应器上连接有混合气反应器进口管和粗乙醇反应器热气出口管，其特征在于：所述换热机组由通过管路依次串联的第一换热器、第二换热器和第三换热器组成，所述混合气反应器进口管与第一换热器的冷源通道连接，粗乙醇反应器热气出口管与第一换热器热源通道连接，其中原料氢气...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤广斌，邵杰，潘幸辉，潘科，宁吉全，甘道才，
申请(专利权)人：河南顺达化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41