一种丙烯酸生产过程中的冷却装置及其冷却方法与流程

本发明涉及一种丙烯酸生产过程中的冷却装置及其冷却方法，属于化工设备领域。

背景技术：

丙烯酸是一种重要的有机合成原料及合成树脂单体，是聚合速度非常快的乙烯类单体。目前，广泛采用的生产工艺是丙烯氧化法，将气化后的丙烯与增湿空气按一定配比混合后，连续通过两段固定床反应器，在一定温度下快速进行气相非均相氧化反应生产丙烯酸。丙烯首先在第一反应器内被氧化成丙烯醛，丙烯醛进一步在第二反应器内被氧化成丙烯酸，采用水吸收反应气中的丙烯酸得到粗丙烯酸水溶液，粗丙烯酸进入脱水塔，用甲苯做共沸剂脱水。脱水塔塔釜物料进入脱酸塔，塔顶蒸出甲苯、醋酸（含丙烯酸）返回到脱水塔。脱酸塔釜物料进入精制塔，精制塔塔顶得到丙烯酸产品，塔釜物料去丙烯酸回收、脱重组分。

上述是丙烯酸的制备过程，丙烯在第一反应器内被氧化成丙烯醛后，丙烯醛很容易进一步在第一反应器内深度氧化成一氧化碳和二氧化碳，不仅会影响最终丙烯酸的收率、增加物料消耗，还会造成反应器内结碳，影响设备的使用寿命。因此，通常需要对第一反应器内生成的丙烯醛进行适当冷却，以减少丙烯醛的深度氧化反应，提高丙烯酸的产率。

申请号为98123609.x的发明申请中公开了一种丙烯酸的生产方法，该方法中使用了一种固定床壳管式热交换器型反应器，其包括壳体和壳体内部竖直安装的大量反应管，在每一反应管的下部，设置装有第一阶段催化剂的第一阶段催化剂层，在每一反应管的上部，设置装有第二阶段催化剂的第二阶段催化剂层，装有惰性物质的惰性物质层设置于第一阶段催化剂层和第二阶段催化剂层之间；该惰性物质层的空隙比介于40～99.5%；该惰性物质层具有足够的长度以便将从第一阶段催化剂层出来的反应气体冷却到适于导入第二阶段催化剂层的温度，且位于的位置使得第一阶段催化剂层上端的催化剂和第二阶段催化剂层下端的催化剂基本不受隔板的热影响；含有丙烯的起始气态物质由反应管的下部导入，反应气体以上流流过反应管。从隔板到惰性物质层底端的长度为至少30mm，惰性物质层的长度足以将经过惰性物质层进入第二阶段催化剂层的反应气体冷却到不高于进入上部空间的载热体入口温度的15℃。

上述发明中，在反应管内由上至上依次设置第一阶段催化剂层、惰性物质层和第二阶段催化剂层，反应气为下进上出，在第一阶段催化剂层中进行第一阶段氧化后，通过惰性物质层进行冷却，冷却后再进入第二阶段催化剂层中进行第二阶段氧化。

又如申请号为200880025466.x发明申请中公开了一种通过两段催化气相氧化制备丙烯酸的方法，包括利用第一固定床反应器将含丙烯的气体催化气相氧化生成含丙烯醛的气体，然后利用第二固定床反应器将所得到的反应生成气相催化气相氧化制备丙烯酸的两段催化气相氧化中，在设置于第一固定床反应器内的催化剂层的气流方向下游侧和/或第一固定床反应器的气体出口侧的冷却部，以空隙率为45～99%来配置由固体惰性材料形成的填充物，其中所述第一固定床反应器中填充有用于将丙烯通过催化气相氧化转化为丙烯醛的催化剂，所述第二固定床反应器中填充有用于将丙烯醛通过催化气相氧化转化为丙烯酸的催化剂。在设置于第二固定床反应器内的催化剂层的气流方向上游侧和/或第二固定床反应器的气体入口侧的冷却部，配置用于吸附和/或吸收有机物和/或碳化物的处理剂。

上述发明中，通过在设置于第一固定床反应器内的催化剂层的气流方向下游侧和/或第一固定床反应器的气体出口侧的冷却部，以空隙率为45～99%来配置由固体惰性材料形成的填充物，由此可以得到高的热效率，并且可以可靠地抑制丙烯醛的自动氧化以及有机物或碳化物的附着或堆积。

然而，上述现有技术中，不论是惰性物质层还是由固体惰性材料填充而成的冷却部，它们对于第一阶段氧化产物的冷却效果均不够理想，且由于惰性物质层（或由固体惰性材料填充而成的冷却部）均设置于反应管内，热量很难不能从反应管内部散出去，容易造成反应管内飞温，影响反应产物的稳定性。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种换热面积大、冷却效果好、结构设计简单、物料结碳少、温度控制稳定的丙烯酸生产过程中的冷却装置及其冷却方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种丙烯酸生产过程中的冷却装置，包括第一氧化反应器，所述第一氧化反应器底部的出料口连接至第二氧化反应器；所述第一氧化反应器包括上部和下部，所述上部为催化氧化部，所述下部为冷却部；所述冷却部由上至下依次包括冷却器、支撑架、除沫器，所述冷却器上设有冷却器进水口和冷却器出水口；所述第一氧化反应器的底部设有出料口，所述出料口设有气体分布器；所述冷却器进水口和冷却器出水口分别连接至闪蒸器进行换热。

进一步地，所述催化氧化部与所述冷却部之间通过丝网隔开，所述丝网的厚度为2～4cm。

进一步地，所述冷却器为翅片冷却器，所述翅片冷却器在反应混合气流动方向上设有至少4层；所述翅片冷却器中，翅片长度b为8～10mm，翅片的间距a为7～9mm。

进一步地，所述闪蒸器的上部设有蒸汽入口，所述闪蒸器的顶部设有低压蒸汽出口，所述闪蒸器的下部设有热水入口，所述闪蒸器的底部设有热水出口。

进一步地，所述热水出口通过循环泵连接至所述冷却器进水口，所述蒸汽入口连接至所述冷却器出水口，所述低压蒸汽出口连接至低压蒸汽管网。

进一步地，所述循环泵为一开一备设置；所述冷却器出水口和所述冷却器进水口前端均设有流量计、限流孔板、闸阀。

进一步地，所述气体分布器为倒置的锥台形。

进一步地，所述除沫器设有3～5层。

一种丙烯酸生产过程中的冷却装置的冷却方法，所述冷却方法包括，将闪蒸器内热水输送至冷却器进水口，热水在冷却器内交换热量后经冷却器出水口以低压蒸汽的形式重新回到闪蒸器内；催化氧化部内经过第一阶段催化氧化后得到的以丙烯醛为主的反应混合气的温度为320～340℃，反应混合气向下流动至冷却部，经过冷却器交换热量后，温度降低至220～240℃，经除沫器除沫，再经过气体分布器均匀输送至第二氧化反应器进行下一阶段催化氧化。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的冷却装置及其冷却方法，具有换热面积大、冷却效果好、结构设计简单、使用寿命长、循环比大、物料结碳少、温度控制稳定，可有效防止反应混合气中的丙烯醛发生深度氧化，保持反应产物的稳定性等优势。

附图说明

图1为本发明中提供的冷却装置的结构示意图。

图2为本发明冷却装置中的翅片冷却器的局部结构示意图。

其中，1-催化氧化部；2-第一氧化反应器；3-冷却器；4-冷却部；5-支撑架；6-除沫器；7-气体分布器；8-出料口；9-丝网；10-冷却器出水口；11-流量计；12-限流孔板；13-闸阀；14-冷却器进水口；15-循环泵；16-热水出口；17-热水入口；18-闪蒸器；19-低压蒸汽出口；20-蒸汽入口。

具体实施方式

下面通过具体实施例来进一步说明本发明。但这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例

如图1和2所示，一种丙烯酸生产过程中的冷却装置，包括第一氧化反应器2，所述第一氧化反应器2底部的出料口8连接至第二氧化反应器；所述第一氧化反应器2包括上部和下部，所述上部为催化氧化部1，所述下部为冷却部4；所述冷却部4由上至下依次包括冷却器3、支撑架5、除沫器6，所述除沫器6设有4层。所述冷却器3上设有冷却器进水口14和冷却器出水口10；所述第一氧化反应器2的底部设有出料口8，所述出料口8设有气体分布器7，所述气体分布器7为倒置的锥台形。所述冷却器进水口14和冷却器出水口10分别连接至闪蒸器18进行换热。

所述催化氧化部1与所述冷却部4之间通过丝网9隔开，所述丝网9的厚度为3cm。

所述冷却器3为翅片冷却器，所述翅片冷却器在反应混合气流动方向上设有4层；所述翅片冷却器中，翅片长度b为10mm，翅片的间距a为8mm。

所述闪蒸器18的上部设有蒸汽入口20，所述闪蒸器18的顶部设有低压蒸汽出口19，所述闪蒸器18的下部设有热水入口17，所述闪蒸器18的底部设有热水出口16。所述热水出口16通过循环泵15连接至所述冷却器3进水口，所述蒸汽入口20连接至所述冷却器出水口10，所述低压蒸汽出口19连接至低压蒸汽管网。所述循环泵15为一开一备设置；所述冷却器出水口10和所述冷却器进水口14前端均设有流量计11、限流孔板12、闸阀13。

一种丙烯酸生产过程中的冷却方法，所述冷却方法包括，将闪蒸器18内热水通过循环泵15自热水出口16输送至冷却器进水口14，热水在冷却器3内交换热量后经冷却器出水口10以低压蒸汽的形式重新回到闪蒸器18内，闪蒸器18内的低压蒸汽经顶部的低压蒸汽出口19输出至低压蒸汽管网；催化氧化部1内经过第一阶段催化氧化后得到的以丙烯醛为主的反应混合气的温度为320～340℃，反应混合气向下流动至冷却部4，经过翅片冷却器3交换热量后，温度降低至220～240℃，经除沫器6除沫，再经过气体分布器7均匀输送至第二氧化反应器进行下一阶段催化氧化。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

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