高效环形流氯乙烯转化器

摘要

一种高效环形流氯乙烯转化器，它包括上管箱，壳体，上、下管板，换热管和下管箱，其特征是：在换热管内设置中心杆或中心管，中心杆或中心管上端通过固定件与换热管上端固定，中心杆或中心管下端固定在下管板处换热管的内壁上或固定在管板下方的带通孔的中心定位板上。本发明的优点是换热管内设有中心杆或中心管，反应气体在换热管内呈环状流从上向下流动。改善了反应热的径向分布状况，在原转化器尺寸和换热管数量都不变的情况下，降低了换热管中心部位的温度，与常规转化器比较，换热管中心温度可以降低20℃以上，提高了传热效率；从而提高了转化器的反应强度。提高转化器产能，其单台生产能力可以提高55%以上；节省转化器触媒，产1万吨PVC可以节省触媒3吨以上。

权利要求

1.一种高效环形流氯乙烯转化器，它包括上管箱，壳体，上、下管板，换热管和下管箱，其特征是：在换热管内设置中心杆或中心管，中心杆或中心管上端通过固定件与换热管上端固定，中心杆或中心管下端固定在下管板处换热管的内壁上或固定在管板下方的带通孔的中心定位板上。

2.根据权利要求1所述的高效环形流氯乙烯转化器，其特征是：固定件为卡装在换热管上端部的卡板，卡板上设有插接中心杆或中心管上端的插柱。

3.根据权利要求1所述的高效环形流氯乙烯转化器，其特征是：固定件为套装在中心杆或中心管上端的固定套，固定套上连接定位腹板。

4.根据权利要求1所述的高效环形流氯乙烯转化器，其特征是：上述的中心杆或中心管下端固定在下管板上的结构为，中心杆或中心管下端插装固定在中心定位套内，中心定位套的定位腹板焊接于下管板处换热管的内壁上。

5.根据权利要求1所述的高效环形流氯乙烯转化器，其特征是：中心杆或中心管下端固定在中心定位板上的结构为，在下管板的下部通过螺栓连接中心定位板，在中心定位板上开有中心定位锥度盲孔，中心管或中心杆下端插装固定在中心定位锥度盲孔中。

6.根据权利要求1所述的高效环形流氯乙烯转化器，其特征是：换热管内径为30—

50mm，中心杆或中心管的外径为8—16mm。

7.根据权利要求1所述的高效环形流氯乙烯转化器，其特征是：中心定位板与下管板之间设有15-40mm的间隙。

8.根据权利要求1所述的高效环形流氯乙烯转化器，其特征是：换热管采用带有环形槽的横槽纹管、螺旋槽纹管或光滑直管。

9.根据权利要求5所述的高效环形流氯乙烯转化器，其特征是：在中心定位板的中心定位锥度盲孔孔桥处开设通孔。

说明书

高效环形流氯乙烯转化器

技术领域

[0001] 本发明属于一种化工设备,特别是一种高效环形流氯乙烯转化器。

背景技术

[0002] 生产聚氯乙烯（PVC）产品是由氯乙烯单体（以下简称VCM）经聚合反应而成。VCM的生产主要有两种方法：乙烯氧氯化法和电石乙炔法。我国目前采用电石乙炔法原料路线生产聚氯乙烯（PVC）的产量，占全国PVC总产量的75%。在电石乙炔法氯乙烯生产中，转化器是最重要的设备。目前国内电石乙炔法合成氯乙烯都采用固定床管式转化器，在结构上属于大型管壳式换热器。氯乙烯合成反应是在列管内热导率很小的氯化汞触媒上进行，管内给热系数很小，反应放出的热量不容易传递出来，使得反应温度沿列管横截面存在径向分布梯度，管中心部分温度最高。在操作过程中，如反应热不能及时移出而造成列管中心触媒局部过热，引起氯化汞升华，触媒失活，副反应大。从而就限制转化器生产能力的发挥，且影响转化器触媒使用周期及转化率。因此，如何降低管中心部位的温度，提高转化器的传热效率；如何提高转化器单台产能，以达到节能高效之目的，是目前亟待解决的重要课题。

[0003] 近年来，国内对氯乙烯转化器如何提高产能进行了一些研究，也取得了一定的进展。如2000年以前，转化器直径为2400 mm，换热管（列管）长3000 mm，换热管规格φ572
mm，换热管数量大约为620—660根，换热面积为320～350 m。单台产能为2500吨（PVC）/年。2003年前后，随着我国经济的发展，国内大型电石法PVC项目增多，转化器的大型化发展较快，以直径为2400 mm的转化器为依据，用比例放大的办法，先后研发制造了直径为
2800mm、3000mm、3200mm的大型转化器。单台产能达到6000多吨（PVC）/年。 [0004] 综合国内对转化器的研究，相对于传统转化器，采用增加换热管数量、增大转化器直径或减小换热管直径等途径来提高单台转化器的产能，基本是从增加换热面积入手。但是，由于触媒更换和工艺操作等因素，转化器又不易大型化，使得一定产量下转化器数量很多，例如：年产10万吨PVC的规模，就需要直径为2400mm的转化器40台（DN3200mm的转化器16-20台），占用生产场地面积大，一次性投资大。

[0005] 2006年国内的一项实用本发明专利 “一种氯乙烯反应器”，专利申请号为200620130888.1。该专利核心是在换热管内设置中心管，但是，该专利技术存在如下问题：
1、中心管上设有弹簧和刺柱，在换热管内的触媒无法抽出更换；2、花板距离下管板间隙过大（约300mm），中空部位浪费触媒；3、中心管、换热管等关键尺寸规格没有限定，无法很好实现节能高效指标。基于上述原因该专利技术无法形成新的产品，因此，只停留在纸面方案设计上。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种高效芯管氯乙烯转化器，在原转化器尺寸和换热管数量都不变的情况下，降低换热管中心部位的温度，提高传热效率，从而提高转化器的反应强度，提高转化器产能，同时节省转化器触媒。

[0007] 本发明的目的是通过如下技术方案实现的：它包括上管箱，壳体，上、下管板，换热管和下管箱，其特征是：在换热管内设置中心杆或中心管，中心杆或中心管上端通过固定件与换热管上端固定，中心杆或中心管下端固定在下管板上或固定在管板下方的带通孔的中心定位板上。

[0008] 上述的固定件为卡装在换热管上端部的卡板，卡板上设有插接中心杆或中心管上端的插柱。

[0009] 上述的固定件为套装在中心杆或中心管上端的固定套，固定套上连接定位腹板。

[0010] 上述的中心杆或中心管下端固定在下管板上的结构为，中心杆或中心管下端插装固定在中心定位套内，中心定位套的定位腹板焊接于下管板处换热管的内壁上。

[0011] 上述的中心杆或中心管下端固定在中心定位板上的结构为，在下管板的下部通过螺栓连接中心定位板，在中心定位板上开有中心定位锥度盲孔，中心管或中心杆下端插装固定在中心定位锥度盲孔中。

[0012] 在中心定位板的中心定位锥度盲孔孔桥处开设通孔。

[0013] 上述的换热管内径为30—50mm，中心杆或中心管的外径为8—16mm。以保证高效的传热、传质效率。

[0014] 上述的中心定位板与下管板之间设有15-40mm的间隙。

[0015] 上述的换热管采用带有环形槽的横槽纹管、螺旋槽纹管或光滑直管。

[0016] 本发明的积极效果：换热管内设有中心杆或中心管，反应气体在换热管内呈环状流从上向下流动，且是沿轴向变化的环状流，改善了反应热的径向分布状况，在原转化器尺寸和换热管数量都不变的情况下，降低了换热管中心部位的温度，与常规转化器比较，其换热管内的流场和温度场都发生了巨大变化，从而改善反应热的径向分布状况，换热管中心温度可以降低20℃以上，提高了传热效率；从而提高了转化器的反应强度。提高转化器产能，其单台生产能力可以提高55%以上；节省转化器触媒，产1万吨PVC可以节省触媒3吨以上。

附图说明

[0017] 图1是本发明的结构示意图。

[0018] 图2是图1的Ⅰ部放大示意图（中心管或中心杆上端固定件形式一）。

[0019] 图3是图2的俯视图。

[0020] 图4是中心管或中心杆上端固定件形式二示意图。

[0021] 图5是图4的俯视图。

[0022] 图6是图1的Ⅱ部放大示意图（中心管或中心杆下端固定件形式一）。

[0023] 图7是中心管或中心杆下端固定形式二示意图。

[0024] 图8是图7的俯视图。

[0025] 图9是具有环形槽的换热管示意图。

[0026] 图10是具有螺旋槽的换热管示意图。

具体实施方式

[0027] 见图1—7，本发明具体结构如下：包括采用现有技术的上管箱5，壳体7，上、下管板6、8，换热管3和下管箱10，其改进的技术方案要点是：在换热管3内设置中心管（两端封堵的空心管）或中心杆（实心杆）2，其顶端与换热管顶端平齐，中心管或中心杆2上端通过固定件与换热管3上端固定，固定件采用的固定方式有两种形式：见图2、3，第一种形式的固定件3设置卡装在换热管3内上端的卡板4-1，卡板4-1上设有插接中心杆或中心管2上端的插柱4-2。见图4、5，第二种形式的固定件设置套装在中心杆或中心管2上端的固定套11-1，固定套11-1上连接定位腹板11-2。定位腹板11-2支撑在换热管3内上端。在换热管3内壁和中心管或中心杆2外壁间的环状空间装填触媒。中心管或中心杆2在换热管内为光滑状，两种形式的上端固定件可以方便地拆装，便于触媒抽取更换。

[0028] 中心杆或中心管2下端固定的形式同样有两种，见图1、6，第一种形式为；在下管板8的下部通过8—24个螺栓连接中心定位板1，中心定位板1与下管板8之间设有15-40mm的间隙，使中心定位板1靠近下管板8，减少触媒浪费。在中心定位板1上开有与换热管数量相同的中心定位锥度盲孔，外径比中心管或中心杆2外径大1-4mm；中心管或中心杆2下端插装固定在中心定位板1上的中心定位锥度盲孔中，用以支撑中心管或中心杆
2。在中心定位板1的中心定位锥度盲孔孔桥处开直径为20-60mm的通孔1-1，通孔1-1数量与换热管数相同，用以保证混合气体通过并分布均匀。

[0029] 见图7、8，第二种形式为；中心杆或中心管2下端插装固定在中心定位套12-1内，中心定位套12-1的定位腹板12-2焊接于下管板8处换热管的内壁上。

[0030] 换热管3采用带有环形槽的横槽纹管（见图9）、螺旋槽纹管（见图10）或光滑直管。

[0031] 换热管内径为30—50mm，中心杆或中心管的外径为8—16mm。以保证高效的传热、传质效率。

[0032] 本发明转化器与常规转化器相比较，其节能高效指标与芯杆直径有关，具体指标如下表：）
吨
（
量
媒
触
省
节
CVP
吨
万
1 3 5 0 5 0
产 .3 .3 .4 .4 .5
）%
（
度
幅
高
提
力
能
产
生 上 上 上 上 上
台 以 以 以 以 以
单 05 55 56 08 59
）
℃
（
度
幅
低
降
度
温
心
中 上 上 上 上 上
管 以 以 以 以 以
热换 ℃02 ℃22 ℃52 ℃82 ℃13
)
mm(d
径
外
杆
芯
心中 8 01 21 41 61
按生产能力提高50%估算，对于新建PVC项目，氯乙烯转化器台数可以减少1/3，转化器相关费用（如：占地、厂房建设、管道、仪表、阀门、安装等）亦可节省1/3，即新建PVC项目采用本发明转化器将大大降低一次性投资。

[0033] 对于老设备改造，如果将现有常规转化器改造成本发明转化器，在转化器台数不增加的情况下，原生产能力将提高50%以上。

[0034] 本发明转化器大大减低了运行成本。常规转化器产1万吨PVC耗触媒12—14吨。如果常规转化器按12吨，本发明转化器提高产能按50%计算，则本发明转化器产1万吨PVC耗触媒为8吨，相对于常规转化器节省触媒4吨；按每吨触媒7.5万元，则产1万吨PVC节省触媒费用约30万元。