一種高溫反應(yīng)器及應(yīng)用該高溫反應(yīng)器的化工系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種高溫反應(yīng)器及應(yīng)用該高溫反應(yīng)器的化工系統(tǒng)，包括：內(nèi)筒（2）設(shè)于外殼（1）的內(nèi)部，并且內(nèi)筒（2）的外壁與外殼（1）的內(nèi)壁之間設(shè)有間隙氣流通道（3）；內(nèi)筒（2）的內(nèi)部由上至下設(shè)有催化劑床層（5）和換熱管（6）；外殼進(jìn)氣口（11）通過間隙氣流通道（3）與內(nèi)筒進(jìn)氣口（21）連通；外殼出氣口（12）與內(nèi)筒出氣口（22）連通。本實(shí)用新型通過將用于強(qiáng)放熱反應(yīng)的部件和用于冷卻的部件都集成到內(nèi)筒（2）中，不僅縮小了高溫反應(yīng)器的體積，減少了設(shè)備用材，降低了系統(tǒng)阻力降，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能，而且能夠使高溫反應(yīng)器所排出物質(zhì)的溫度大幅下降，從而為后續(xù)流程中生產(chǎn)設(shè)備的選型和加工制造創(chuàng)造了有利條件。
【專利說明】一種高溫反應(yīng)器及應(yīng)用該高溫反應(yīng)器的化工系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及化工【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高溫反應(yīng)器及應(yīng)用該高溫反應(yīng)器的化工系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在化工領(lǐng)域中，很多化學(xué)反應(yīng)是需要在高溫環(huán)境下進(jìn)行的強(qiáng)放熱反應(yīng)(強(qiáng)放熱反應(yīng)通常是指焓值大于200kJ/mol的反應(yīng))，例如:甲烷化反應(yīng)。由于這些強(qiáng)放熱反應(yīng)通常具有反應(yīng)劇烈、放熱量大、反應(yīng)溫度高等特點(diǎn)，因此現(xiàn)有技術(shù)中這些強(qiáng)放熱反應(yīng)大多在具有耐火襯里的高溫反應(yīng)器中進(jìn)行。但是，現(xiàn)有技術(shù)中的高溫反應(yīng)器至少存在如下缺點(diǎn):
[0003](I)為了避免強(qiáng)放熱反應(yīng)損傷高溫反應(yīng)器，現(xiàn)有高溫反應(yīng)器的耐火襯里通常具有相當(dāng)大的厚度，這就使得現(xiàn)有高溫反應(yīng)器的整體體積很大，不利于安裝、拆卸。
[0004](2)在經(jīng)受設(shè)備震動和/或溫度劇烈變動后，現(xiàn)有高溫反應(yīng)器的耐火襯里容易出現(xiàn)龜裂、脫落等損傷；一旦耐火襯里出現(xiàn)損傷，強(qiáng)放熱反應(yīng)將會直接損壞高溫反應(yīng)器的外殼，進(jìn)而可能引發(fā)安全事故。
[0005](3)由于高溫反應(yīng)器在進(jìn)行強(qiáng)放熱反應(yīng)時的溫度過高，因此配合高溫反應(yīng)器使用的后續(xù)加工流程中的生產(chǎn)設(shè)備(例如:高溫反應(yīng)器的出口管道、用于回收熱量的廢熱鍋爐等)也需要具有相當(dāng)強(qiáng)的耐高溫性能，這就給后續(xù)加工流程中生產(chǎn)設(shè)備的選型和加工制造帶來很多困難，同時也增加了投資和運(yùn)行成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本實(shí)用新型提供了一種高溫反應(yīng)器及應(yīng)用該高溫反應(yīng)器的化工系統(tǒng)，不僅縮小了高溫反應(yīng)器的體積，而且能夠使高溫反應(yīng)器所排出物質(zhì)的溫度大幅下降，從而為后續(xù)流程中生產(chǎn)設(shè)備的選型和加工制造創(chuàng)造了有利條件。
[0007]本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]一種高溫反應(yīng)器,包括:夕卜殼I和內(nèi)筒2 ;內(nèi)筒2設(shè)于外殼I的內(nèi)部，并且內(nèi)筒2的外壁與外殼I的內(nèi)壁之間設(shè)有間隙氣流通道3 ；
[0009]內(nèi)筒2的內(nèi)部由上至下設(shè)有催化劑床層5和換熱管6 ;內(nèi)筒2上設(shè)有與內(nèi)筒2的內(nèi)部連通的內(nèi)筒進(jìn)氣口 21和內(nèi)筒出氣口 22 ;內(nèi)筒進(jìn)氣口 21的所在高度高于催化劑床層5的底部的所在高度；內(nèi)筒出氣口 22的所在高度低于換熱管6的底部的所在高度；
[0010]外殼I的底部設(shè)有外殼進(jìn)氣口 11和外殼出氣口 12 ;外殼進(jìn)氣口 11通過間隙氣流通道3與內(nèi)筒進(jìn)氣口 21連通；外殼出氣口 12與內(nèi)筒出氣口 22連通；
[0011]原料氣體依次流經(jīng)外殼進(jìn)氣口 11、間隙氣流通道3和內(nèi)筒進(jìn)氣口 21后進(jìn)入內(nèi)筒2的內(nèi)部，并在催化劑床層5的催化作用下生成反應(yīng)后的產(chǎn)品氣；反應(yīng)后的產(chǎn)品氣流經(jīng)換熱管6進(jìn)行熱量交換，并依次穿過內(nèi)筒出氣口 22和外殼出氣口 12后排出。
[0012]優(yōu)選地，內(nèi)筒2的內(nèi)部設(shè)有封頭4 ;該封頭4將內(nèi)筒2的內(nèi)部分隔為內(nèi)筒上部腔體23和內(nèi)筒下部腔體24，并且該封頭4上設(shè)有將內(nèi)筒上部腔體23和內(nèi)筒下部腔體24連通的氣體連通管41 ；
[0013]催化劑床層5設(shè)于內(nèi)筒上部腔體23中；換熱管6設(shè)于內(nèi)筒下部腔體24中。
[0014]優(yōu)選地，外殼I的側(cè)壁上設(shè)有換熱管進(jìn)水口 61 ;該換熱管進(jìn)水口 61依次穿過外殼I和內(nèi)筒2，并與設(shè)于內(nèi)筒下部腔體24中的換熱管6連通；
[0015]外殼I的頂部設(shè)有換熱管出水口 62 ;所述的封頭4為水夾套結(jié)構(gòu)；設(shè)于內(nèi)筒下部腔體24中的換熱管6與封頭4連通，并且通過封頭4與換熱管出水口 62連通。
[0016]優(yōu)選地，外殼I的內(nèi)部設(shè)有支撐件13 ;內(nèi)筒2通過支撐件13設(shè)置于外殼I的內(nèi)部。
[0017]優(yōu)選地，還包括:測溫裝置7 ;該測溫裝置7由外殼I的頂部伸入到內(nèi)筒2的內(nèi)部，以測量該高溫反應(yīng)器的反應(yīng)溫度。
[0018]優(yōu)選地，所述的內(nèi)筒進(jìn)氣口 21包括多個進(jìn)氣孔；這些進(jìn)氣孔分布在內(nèi)筒2的頂部，和/或，與內(nèi)筒上部腔體23相對應(yīng)的內(nèi)筒2的側(cè)壁上。
[0019]優(yōu)選地，所述的氣體連通管41上設(shè)有多個通氣孔；這些通氣孔分布在氣體連通管41的兩端及側(cè)壁上，并且至少一個通氣孔位于內(nèi)筒上部腔體23、至少一個通氣孔位于內(nèi)筒下部腔體24 ；
[0020]該氣體連通管41的頂部所在高度高于催化劑床層5的底部所在高度，并且低于催化劑床層5的頂部所在高度；該氣體連通管41的頂部與催化劑床層5的頂部之間至少存在IOmm的高度差；
[0021]該氣體連通管41的底部所在高度高于換熱管6的頂部所在高度。
[0022]優(yōu)選地，還包括:加熱體8 ;該加熱體8由外殼I的頂部伸入到設(shè)于內(nèi)筒2內(nèi)部的加熱區(qū)9 ;該加熱區(qū)9位于催化劑床層5的上方；
[0023]所述的內(nèi)筒進(jìn)氣口 21設(shè)于內(nèi)筒2的頂部。
[0024]優(yōu)選地，所述的氣體連通管41上設(shè)有至少兩個通氣孔，并且至少一個通氣孔位于內(nèi)筒上部腔體23、至少一個通氣孔位于內(nèi)筒下部腔體24 ；
[0025]該氣體連通管41的頂部伸入到催化劑床層5的長度至多為300mm ；
[0026]該氣體連通管41的底部所在高度高于換熱管6的頂部所在高度。
[0027]—種化工系統(tǒng)，包括:上述技術(shù)方案中所述的高溫反應(yīng)器A、汽包B和循環(huán)泵C ;
[0028]所述的高溫反應(yīng)器A包括外殼進(jìn)氣口 11、外殼出氣口 12、換熱管進(jìn)水口 61和換熱管出水口 62 ;原料氣101通過外殼進(jìn)氣口 11流入該高溫反應(yīng)器A，反應(yīng)后的產(chǎn)品氣102通過外殼出氣口 12由該高溫反應(yīng)器A流出；
[0029]該高溫反應(yīng)器A的換熱管進(jìn)水口 61分別與循環(huán)泵C的出水口和汽包B的出水口連通；該高溫反應(yīng)器A的換熱管出水口 62與汽包B的進(jìn)水口連通；循環(huán)泵C的進(jìn)水口與汽包B的出水口連通；
[0030]換熱管進(jìn)水口 61與汽包B的出水口之間設(shè)有補(bǔ)水用入水口，和/或，循環(huán)泵C的進(jìn)水口與汽包B的出水口之間設(shè)有補(bǔ)水用入水口。
[0031]由上述本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的高溫反應(yīng)器將催化劑床層5和換熱管6均設(shè)置在了內(nèi)筒2的內(nèi)部，并且未使用法蘭、墊片、緊固件等部件，還能夠使內(nèi)筒進(jìn)氣口 21和內(nèi)筒出氣口 22的溫度均在100?300°C之間，因此該高溫反應(yīng)器能夠縮小高溫反應(yīng)器的體積，而且能夠使高溫反應(yīng)器所排出物質(zhì)的溫度大幅下降，從而為后續(xù)加工流程中生產(chǎn)設(shè)備的產(chǎn)品選型和加工制造創(chuàng)造了有利條件。同時，該高溫反應(yīng)器通過氣冷來降低內(nèi)筒2的外壁的溫度，使外殼I不受高溫，因此外殼I無需使用耐火材料，節(jié)約了成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0033]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的高溫反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖一；
[0034]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的高溫反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖二 ；
[0035]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的應(yīng)用該高溫反應(yīng)器的化工系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0037]首先需要說明的是，本申請文件中所述的“上”、“下”、“頂”、“底”等表示方位的詞語，僅是為了清楚描述出本實(shí)用新型實(shí)施例的各部件之間的相對位置關(guān)系，是基于本實(shí)用新型實(shí)施例在采用附圖1和附圖2中所示的放置方位時的一種表述形式，并不是本實(shí)用新型所有實(shí)施例的絕對位置關(guān)系，因此這并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的，當(dāng)本實(shí)用新型實(shí)施例的放置方位發(fā)生改變時，相應(yīng)的絕對位置關(guān)系也將發(fā)生變化，但這仍屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。本申請文件中所述的術(shù)語“和/或”是指包含一個或多個相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)目的任何或所有可能組合。本實(shí)用新型所提供的高溫反應(yīng)器主要用于氣體之間進(jìn)行強(qiáng)放熱反應(yīng)，例如:可以用于溫度高達(dá)750°C的甲烷化反應(yīng)。
[0038]下面對本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的高溫反應(yīng)器進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0039]如圖1和圖2所示，一種高溫反應(yīng)器，其具體結(jié)構(gòu)可以包括:外殼I和內(nèi)筒2 ;內(nèi)筒2設(shè)于外殼I的內(nèi)部，并且內(nèi)筒2的外壁與外殼I的內(nèi)壁之間設(shè)有間隙氣流通道3 ；
[0040]內(nèi)筒2的內(nèi)部由上至下設(shè)有催化劑床層5和換熱管6 ;內(nèi)筒2上設(shè)有與內(nèi)筒2的內(nèi)部連通的內(nèi)筒進(jìn)氣口 21和內(nèi)筒出氣口 22 ;內(nèi)筒進(jìn)氣口 21的所在高度高于催化劑床層5的底部的所在高度；內(nèi)筒出氣口 22的所在高度低于換熱管6的底部的所在高度；
[0041]外殼I的底部設(shè)有外殼進(jìn)氣口 11和外殼出氣口 12 ;外殼進(jìn)氣口 11通過間隙氣流通道3與內(nèi)筒進(jìn)氣口 21連通；外殼出氣口 12與內(nèi)筒出氣口 22連通。
[0042]具體地，該高溫反應(yīng)器的具體工作原理如下:
[0043](I)氣體運(yùn)行原理:原料氣體(原料氣體是一種混合氣體，其中至少包含了進(jìn)行同一個強(qiáng)放熱反應(yīng)所需要的所有氣體，例如:在甲烷化反應(yīng)中，該原料氣體中可以至少包含氫氣和一氧化碳，或者，該原料氣體中可以至少包含氫氣和二氧化碳)由外殼進(jìn)氣口 11進(jìn)入到外殼I的內(nèi)部；由于外殼進(jìn)氣口 11是與間隙氣流通道3的下部連通的，因此進(jìn)入外殼I的內(nèi)部的原料氣體只能通過間隙氣流通道3向上流動；當(dāng)原料氣體流動到與間隙氣流通道3的上部連通的內(nèi)筒進(jìn)氣口 21時，原料氣體會通過內(nèi)筒進(jìn)氣口 21流入到內(nèi)筒2的內(nèi)部；由于內(nèi)筒進(jìn)氣口 21的所在高度高于催化劑床層5的底部的所在高度，因此原料氣體流入內(nèi)筒2的內(nèi)部后，會與催化劑床層5相接觸，并且會在催化劑床層5的催化作用下發(fā)生強(qiáng)放熱反應(yīng)，從而生成溫度很高的反應(yīng)后的產(chǎn)品氣；反應(yīng)后的產(chǎn)品氣在內(nèi)筒2的內(nèi)部會逐漸向下流動，并流經(jīng)換熱管6的外部，由于換熱管6內(nèi)部是溫度低的冷卻水，因此當(dāng)反應(yīng)后的產(chǎn)品氣流經(jīng)換熱管6時，反應(yīng)后的產(chǎn)品氣會與換熱管6內(nèi)部的冷卻水發(fā)生熱量交換，從而使反應(yīng)后的產(chǎn)品氣得以大幅降溫；反應(yīng)后的產(chǎn)品氣在降溫后會依次穿過內(nèi)筒出氣口 22和外殼出氣口 12，并排出到該高溫反應(yīng)器的外部，即完成了氣體在該高溫反應(yīng)器內(nèi)的整個運(yùn)行過程。
[0044](2)水冷原理:換熱管6的內(nèi)部設(shè)有溫度低的冷卻水，當(dāng)反應(yīng)后的產(chǎn)品氣流經(jīng)換熱管6的外部時，冷卻水會與反應(yīng)后的產(chǎn)品氣進(jìn)行熱量交換，從而可以升高冷卻水的溫度(或使少部分冷卻水發(fā)生汽化)，并且降低反應(yīng)后的產(chǎn)品氣的溫度(即水冷);為了保持對反應(yīng)后的產(chǎn)品氣具有良好的冷卻效果，可以向換熱管6的內(nèi)部補(bǔ)入新的溫度低的冷卻水，并且可以將升溫后的冷卻水從換熱管6的內(nèi)部排出；在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)使用本實(shí)用新型所提供的高溫反應(yīng)器進(jìn)行強(qiáng)放熱反應(yīng)時，冷卻水的排出和更換過程可以實(shí)時進(jìn)行，從而可以保證該換熱管6對反應(yīng)后的產(chǎn)品氣具有良好的冷卻效果，能夠使反應(yīng)后的產(chǎn)品氣的溫度大幅下降，為后續(xù)流程中生產(chǎn)設(shè)備的選型和加工制造創(chuàng)造了有利條件。
[0045](3)氣冷原理:由于原料氣體發(fā)生強(qiáng)放熱反應(yīng)的部位是位于內(nèi)筒2內(nèi)部的催化劑床層5，因此從催化劑床層5開始向下的內(nèi)筒2，其內(nèi)部的溫度均高于內(nèi)筒2的外部；又由于內(nèi)筒2的外部是間隙氣流通道3，而間隙氣流通道3內(nèi)流動的是剛進(jìn)入外殼I內(nèi)部的溫度較低的原料氣體，因此這部分原料氣體可以與內(nèi)筒2進(jìn)行熱量交換，從而使這部分原料氣體的溫度升高，并且使內(nèi)筒2的外壁的溫度下降(即氣冷)；使這部分原料氣體的溫度升高，可以在原料氣體遇到催化劑床層5時使催化劑床層5中的催化劑達(dá)到起活溫度，以保證強(qiáng)放熱反應(yīng)的正常進(jìn)行；使內(nèi)筒2的外壁的溫度下降，不僅可以降低內(nèi)筒2在選材時的耐溫要求，而且可以延長內(nèi)筒2的使用壽命，同時還可以使外殼I不受高溫，因此使外殼I無需使用耐火材料，節(jié)約了成本。
[0046]其中，該高溫反應(yīng)器中各部件的具體實(shí)現(xiàn)方案可以包括:
[0047](2)內(nèi)筒2的內(nèi)部設(shè)有封頭4 ;該封頭4將內(nèi)筒2的內(nèi)部分隔為內(nèi)筒上部腔體23和內(nèi)筒下部腔體24，催化劑床層5設(shè)于內(nèi)筒上部腔體23中，換熱管6設(shè)于內(nèi)筒下部腔體24中；該封頭4可以對內(nèi)筒上部腔體23中的催化劑床層5起到支撐作用；在實(shí)際應(yīng)用中，該封頭4最好采用水夾套結(jié)構(gòu)，即封頭4的內(nèi)部可以流動冷卻水(例如:可以采用與換熱管6連通的方式實(shí)現(xiàn))，從而可以使封頭4避免受到強(qiáng)放熱反應(yīng)的高溫影響。該封頭4上可以設(shè)有將內(nèi)筒上部腔體23和內(nèi)筒下部腔體24連通的氣體連通管41，以使內(nèi)筒上部腔體23中反應(yīng)后的產(chǎn)品氣能夠通過氣體連通管41流入到內(nèi)筒下部腔體24中。
[0048](3)外殼I的側(cè)壁上可以設(shè)有換熱管進(jìn)水口 61 ;該換熱管進(jìn)水口 61可以依次穿過外殼I和內(nèi)筒2，并與設(shè)于內(nèi)筒下部腔體24中的換熱管6連通；外殼I的頂部可以設(shè)有換熱管出水口 62 ;設(shè)于內(nèi)筒下部腔體24中的換熱管6可以與封頭4連通，并且通過封頭4與換熱管出水口 62連通。溫度低的冷卻水可以從換熱管進(jìn)水口 61流入換熱管6,而溫度升高后(或部分汽化后)的冷卻水可以通過換熱管出水口 62排出；為了實(shí)現(xiàn)冷卻水的自然循環(huán)，并且使傳熱推動力最大化，該高溫反應(yīng)器中流經(jīng)換熱管6的冷卻水最好采用由下而上的全逆流方式。
[0049](4)外殼I的內(nèi)部設(shè)有支撐件13 ;內(nèi)筒2通過支撐件13設(shè)置于外殼I的內(nèi)部。
[0050](5)該高溫反應(yīng)器還可以包括:測溫裝置7 ;該測溫裝置7由外殼I的頂部伸入到內(nèi)筒2的內(nèi)部，以測量該高溫反應(yīng)器的反應(yīng)溫度。
[0051]可見，該高溫反應(yīng)器至少具備以下優(yōu)點(diǎn):
[0052]( I)該高溫反應(yīng)器將催化劑床層5和換熱管6均設(shè)置在了內(nèi)筒2的內(nèi)部，并且未使用法蘭、墊片、緊固件等部件，因此不僅使內(nèi)筒2只受高溫，而且縮小了高溫反應(yīng)器的體積；同時，該高溫反應(yīng)器通過氣冷來降低內(nèi)筒2的外壁的溫度，使外殼I不受高溫，因此外殼I無需使用耐火材料，節(jié)約了成本。
[0053](2)該高溫反應(yīng)器將催化劑床層5和換熱管6均設(shè)置在了內(nèi)筒2的內(nèi)部，從而使內(nèi)筒進(jìn)氣口 21和內(nèi)筒出氣口 22的溫度均在100?300°C之間，因此該高溫反應(yīng)器能夠使高溫反應(yīng)器所排出物質(zhì)的溫度大幅下降，從而為后續(xù)流程中生產(chǎn)設(shè)備的選型和加工制造創(chuàng)造了有利條件。
[0054](3)該高溫反應(yīng)器通過在管管相連的換熱管6中流動冷卻水，實(shí)現(xiàn)了對反應(yīng)后的產(chǎn)品氣的自然冷卻，使反應(yīng)后的產(chǎn)品氣在熱量交換前后的溫差可達(dá)500°C ;該換熱管6采用了管管相連的連接方式，從而使換熱管自然膨脹，消除了熱應(yīng)力。
[0055]可見，本實(shí)用新型實(shí)施例將用于強(qiáng)放熱反應(yīng)的部件和用于冷卻的部件都集成到了內(nèi)筒2的內(nèi)部，不僅縮小了高溫反應(yīng)器的體積，而且能夠使高溫反應(yīng)器所排出物質(zhì)的溫度大幅下降，從而為后續(xù)流程中生產(chǎn)設(shè)備的選型和加工制造創(chuàng)造了有利條件。
[0056]為使本實(shí)用新型的實(shí)用新型目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，下面通過實(shí)例，并結(jié)合相應(yīng)附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0057]實(shí)施例一
[0058]如圖2所示，一種高溫反應(yīng)器，與上述技術(shù)方案相比，該實(shí)施例一更為具體地采用了如下技術(shù)方案:
[0059](I)所述的內(nèi)筒進(jìn)氣口 21包括多個進(jìn)氣孔；這些進(jìn)氣孔分布在內(nèi)筒2的頂部，和/或，與內(nèi)筒上部腔體23相對應(yīng)的內(nèi)筒2的側(cè)壁上；在實(shí)際應(yīng)用中，內(nèi)筒2的頂部和與內(nèi)筒上部腔體23相對應(yīng)的內(nèi)筒2的側(cè)壁上最好均設(shè)有進(jìn)氣孔，從而使原料氣體能夠從軸向和徑向的多個部位進(jìn)入到內(nèi)筒2的內(nèi)部，并均能與催化劑床層5相接觸。
[0060](2)所述的氣體連通管41上設(shè)有多個通氣孔；這些通氣孔分布在氣體連通管41的兩端及側(cè)壁上，并且至少一個通氣孔位于內(nèi)筒上部腔體23、至少一個通氣孔位于內(nèi)筒下部腔體24 ;在實(shí)際應(yīng)用中，該氣體連通管41最好為一根，并且設(shè)于封頭4的中心部位，氣體連通管41的兩端及側(cè)壁上均分布多個通氣孔，從而使反應(yīng)后的產(chǎn)品氣能夠均勻地進(jìn)入到氣體連通管41。
[0061]該氣體連通管41的頂部所在高度高于催化劑床層5的底部所在高度，并且低于催化劑床層5的頂部所在高度；該氣體連通管41的頂部與催化劑床層5的頂部之間至少存在IOmm的高度差，這不僅能夠避免原料氣未經(jīng)反應(yīng)就直接進(jìn)入到氣體連通管41內(nèi)，而且能夠使反應(yīng)后的產(chǎn)品氣均勻地進(jìn)入到氣體連通管41中，因而降低了該高溫反應(yīng)器的阻力降，易于大型化使用。該氣體連通管41的底部所在高度可以低于換熱管6的頂部所在高度，但最好是高于換熱管6的頂部所在高度，在實(shí)際應(yīng)用中，該氣體連通管41的底部伸入到內(nèi)筒下部腔體24的長度最好盡量短，從而可以保證反應(yīng)后的產(chǎn)品氣能夠與換熱管6充分進(jìn)行熱量交換。
[0062]具體地，若采用本實(shí)施例中的高溫反應(yīng)器進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，則其具體的流程如下:
[0063]將150?200°C、1?IOMPa的原料氣體(該原料氣體為至少包含氫氣和二氧化碳的混合氣體，或者，至少包含氫氣和一氧化碳的混合氣體)從外殼進(jìn)氣口 11輸入到外殼I的內(nèi)部；該原料氣體由間隙氣流通道3向上流動，并通過與內(nèi)筒2的外壁進(jìn)行熱量交換，從而使該原料氣體升溫10?50°C;當(dāng)原料氣體流動到設(shè)于內(nèi)筒2側(cè)壁或者內(nèi)筒2頂部的進(jìn)氣孔時，原料氣體會通過進(jìn)氣孔從軸向和徑向的多個位置進(jìn)入到內(nèi)筒2的內(nèi)部；進(jìn)入內(nèi)筒2的內(nèi)部的原料氣體會與催化劑床層5相接觸，并在催化劑床層5的催化作用下發(fā)生強(qiáng)放熱反應(yīng)，生成反應(yīng)后的產(chǎn)品氣(即甲烷)，該強(qiáng)放熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度可高達(dá)750°C ;反應(yīng)后的產(chǎn)品氣均勻地進(jìn)入到氣體連通管41，并由氣體連通管41進(jìn)入到內(nèi)筒下部腔體24 ;進(jìn)入內(nèi)筒下部腔體24的反應(yīng)后的產(chǎn)品氣會流經(jīng)換熱管6的外部，并與換熱管6進(jìn)行熱量交換；與換熱管6進(jìn)行熱量交換后，反應(yīng)后的產(chǎn)品氣的溫度降溫至180?300°C，然后依次穿過內(nèi)筒出氣口 22和外殼出氣口 12，并排出到該高溫反應(yīng)器的外部，即完成了整個甲烷化反應(yīng)的運(yùn)行過程。
[0064]需要說明的是，由于本實(shí)用新型實(shí)施例中的高溫反應(yīng)器并不包含加熱裝置，因此催化劑床層5中所放置的催化劑需要事先采用現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行預(yù)還原處理。
[0065]可見，本實(shí)用新型實(shí)施例不僅縮小了高溫反應(yīng)器的體積，而且能夠使高溫反應(yīng)器所排出物質(zhì)的溫度大幅下降，從而為后續(xù)流程中生產(chǎn)設(shè)備的選型和加工制造創(chuàng)造了有利條件。
[0066]實(shí)施例二
[0067]如圖1所示，一種高溫反應(yīng)器，與實(shí)施例一相比，該實(shí)施例二更為具體地采用了如下不同的技術(shù)方案:
[0068](I)內(nèi)筒進(jìn)氣口 21設(shè)于內(nèi)筒2的頂部；在實(shí)際應(yīng)用中，該內(nèi)筒2的頂部最好整體上就是一個大的內(nèi)筒進(jìn)氣口 21，從而可以在該高溫反應(yīng)器上設(shè)置加熱體，并使加熱體伸入到內(nèi)筒進(jìn)氣口 21內(nèi)，以提升進(jìn)入催化劑床層5的氣體的溫度，從而為催化劑床層5的升溫和還原創(chuàng)造了有利條件。
[0069](2)所述的氣體連通管41上設(shè)有至少兩個通氣孔，并且至少一個通氣孔位于內(nèi)筒上部腔體23、至少一個通氣孔位于內(nèi)筒下部腔體24 ;在實(shí)際應(yīng)用中，該氣體連通管41最好為四根，并且均布在封頭4上，每根氣體連通管41最好只有兩個通氣孔，并且分別設(shè)于氣體連通管41的兩端，這可以使反應(yīng)后的產(chǎn)品氣均勻地進(jìn)入到氣體連通管41。
[0070]該氣體連通管41的頂部伸入到催化劑床層5的長度至多為300mm ;在實(shí)際應(yīng)用中，該氣體連通管41處于內(nèi)筒上部腔體23的長度應(yīng)該盡量短，這使得原料氣體需要穿過整個催化劑床層5才能進(jìn)入到氣體連通管41中，因而使原料氣體的反應(yīng)能夠更加充分。該氣體連通管41的底部所在高度可以低于換熱管6的頂部所在高度，但最好是高于換熱管6的頂部所在高度，在實(shí)際應(yīng)用中，該氣體連通管41的底部伸入到內(nèi)筒下部腔體24的長度最好盡量短，從而可以保證反應(yīng)后的產(chǎn)品氣能夠與換熱管6充分進(jìn)行熱量交換。
[0071](3)該高溫反應(yīng)器還可以包括:加熱體8 ;該加熱體8由外殼I的頂部伸入到設(shè)于內(nèi)筒2內(nèi)部的加熱區(qū)9 ;該加熱區(qū)9位于催化劑床層5的上方；在實(shí)際應(yīng)用中，如果內(nèi)筒2的頂部整體上是一個大的內(nèi)筒進(jìn)氣口 21，那么加熱體8最好伸入到內(nèi)筒進(jìn)氣口 21以下，以對進(jìn)入內(nèi)筒2的原料氣體進(jìn)行加熱，進(jìn)而提升原料氣體進(jìn)入催化劑床層5時的溫度，從而為催化劑床層5的升溫和還原創(chuàng)造了有利條件。
[0072]具體地，若采用本實(shí)施例中的高溫反應(yīng)器進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，則其具體的流程如下:
[0073]將150?200°C、1?IOMPa的原料氣體(該原料氣體為至少包含氫氣和二氧化碳的混合氣體，或者，至少包含氫氣和一氧化碳的混合氣體)從外殼進(jìn)氣口 11輸入到外殼I的內(nèi)部；該原料氣體由間隙氣流通道3向上流動，并通過與內(nèi)筒2的外壁進(jìn)行熱量交換，從而使該原料氣體升溫10?50°C ;當(dāng)原料氣體流動到設(shè)于內(nèi)筒2頂部的內(nèi)筒進(jìn)氣口 21時，原料氣體會通過內(nèi)筒進(jìn)氣口 21從徑向進(jìn)入到內(nèi)筒2的內(nèi)部；進(jìn)入內(nèi)筒2的內(nèi)部的原料氣體會與催化劑床層5相接觸，并在催化劑床層5的催化作用下發(fā)生強(qiáng)放熱反應(yīng)，生成產(chǎn)品氣(即甲烷)；剛剛生成的反應(yīng)后的產(chǎn)品氣的溫度可高達(dá)750°C ;該高溫的反應(yīng)后的產(chǎn)品氣從徑向進(jìn)入到氣體連通管41，并由氣體連通管41進(jìn)入到內(nèi)筒下部腔體24 ;進(jìn)入內(nèi)筒下部腔體24的反應(yīng)后的產(chǎn)品氣會流經(jīng)換熱管6的外部，并與換熱管6進(jìn)行熱量交換；與換熱管6進(jìn)行熱量交換后，反應(yīng)后的產(chǎn)品氣的溫度降溫至180?300 V，然后依次穿過內(nèi)筒出氣口 22和外殼出氣口 12，并排出到該高溫反應(yīng)器的外部，即完成了整個甲烷化反應(yīng)的運(yùn)行過程。
[0074]需要說明的是，由于本實(shí)用新型實(shí)施例中的高溫反應(yīng)器能夠進(jìn)行加熱，因此催化劑床層5中所放置的催化劑可以是未經(jīng)過預(yù)還原處理的，也可以是經(jīng)過預(yù)還原處理的，同時，進(jìn)入催化劑床層5的氣體溫度可通過加熱體8的加熱達(dá)到600°C。
[0075]可見，本實(shí)用新型實(shí)施例不僅縮小了高溫反應(yīng)器的體積，而且能夠使高溫反應(yīng)器所排出物質(zhì)的溫度大幅下降，從而為后續(xù)流程中生產(chǎn)設(shè)備的選型和加工制造創(chuàng)造了有利條件。
[0076]除了上述技術(shù)方案外，本實(shí)用新型實(shí)施例還提供了一種化工系統(tǒng)，如圖3所示，其具體結(jié)構(gòu)可以包括:上述技術(shù)方案中所述的高溫反應(yīng)器A、汽包B和循環(huán)泵C ；
[0077]所述的高溫反應(yīng)器A包括外殼進(jìn)氣口 11、外殼出氣口 12、換熱管進(jìn)水口 61和換熱管出水口 62 ;原料氣101通過外殼進(jìn)氣口 11流入該高溫反應(yīng)器A，反應(yīng)后的產(chǎn)品氣102通過外殼出氣口 12由該高溫反應(yīng)器A流出；
[0078]該高溫反應(yīng)器A的換熱管進(jìn)水口 61分別與循環(huán)泵C的出水口和汽包B的出水口連通；該高溫反應(yīng)器A的換熱管出水口 62與汽包B的進(jìn)水口連通；循環(huán)泵C的進(jìn)水口與汽包B的出水口連通；
[0079]換熱管進(jìn)水口 61與汽包B的出水口之間設(shè)有補(bǔ)水用入水口，和/或，循環(huán)泵C的進(jìn)水口與汽包B的出水口之間設(shè)有補(bǔ)水用入水口。
[0080]具體地，冷卻水由換熱管進(jìn)水口 61流入該高溫反應(yīng)器A，經(jīng)與反應(yīng)后的產(chǎn)品氣102進(jìn)行熱量交換后，形成溫度較高(或部分已汽化)的冷卻水；為了保證冷卻水對反應(yīng)后的產(chǎn)品氣102具有很好的冷卻效果，冷卻水需要依次經(jīng)由換熱管出水口 62和汽包B的進(jìn)水口流入到汽包B中；在汽包B中，部分已汽化的冷卻水形成蒸汽103 (可作為副產(chǎn)品)，從汽包B的出汽口中排出，未汽化的冷卻水從汽包B的出水口流出；從汽包B的出水口流出的冷卻水直接流回到換熱管進(jìn)水口 61，或者通過循環(huán)泵C加壓流回到換熱管進(jìn)水口 61。為了彌補(bǔ)排出的蒸汽所帶來的冷卻水不足問題，補(bǔ)充冷卻水104可以通過補(bǔ)水用入水口直接流入到換熱管進(jìn)水口 61，或者，補(bǔ)充冷卻水104可以通過補(bǔ)水用入水口流入到循環(huán)泵C的進(jìn)入口，再由循環(huán)泵C流入到換熱管進(jìn)水口 61。
[0081]可見，本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的該化工系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了該高溫反應(yīng)器A的移熱過程，冷卻水在開車階段可以采用循環(huán)泵C加壓循環(huán)，在正常生產(chǎn)階段可以停止運(yùn)行循環(huán)泵C，使冷卻水完全靠自然循環(huán)，這能夠有效節(jié)約能源，并且能夠使高溫反應(yīng)器所排出的反應(yīng)后的產(chǎn)品氣的溫度大幅下降，從而為后續(xù)流程中生產(chǎn)設(shè)備的選型和加工制造創(chuàng)造了有利條件。
[0082]以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實(shí)用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種高溫反應(yīng)器，其特征在于，包括:外殼(I)和內(nèi)筒(2)；內(nèi)筒(2)設(shè)于外殼(I)的內(nèi)部，并且內(nèi)筒(2)的外壁與外殼(I)的內(nèi)壁之間設(shè)有間隙氣流通道(3)；內(nèi)筒(2)的內(nèi)部由上至下設(shè)有催化劑床層(5)和換熱管(6);內(nèi)筒(2)上設(shè)有與內(nèi)筒(2)的內(nèi)部連通的內(nèi)筒進(jìn)氣口(21)和內(nèi)筒出氣口(22);內(nèi)筒進(jìn)氣口(21)的所在高度高于催化劑床層(5)的底部的所在高度；內(nèi)筒出氣口(22)的所在高度低于換熱管(6)的底部的所在高度；外殼(I)的底部設(shè)有外殼進(jìn)氣口(11)和外殼出氣口(12);外殼進(jìn)氣口(11)通過間隙氣流通道(3)與內(nèi)筒進(jìn)氣口(21)連通；外殼出氣口(12)與內(nèi)筒出氣口(22)連通；原料氣體依次流經(jīng)外殼進(jìn)氣口( 11)、間隙氣流通道(3 )和內(nèi)筒進(jìn)氣口( 21)后進(jìn)入內(nèi)筒(2)的內(nèi)部，并在催化劑床層(5)的催化作用下生成反應(yīng)后的產(chǎn)品氣；反應(yīng)后的產(chǎn)品氣流經(jīng)換熱管(6)進(jìn)行熱量交換，并依次穿過內(nèi)筒出氣口(22)和外殼出氣口(12)后排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫反應(yīng)器，其特征在于，內(nèi)筒(2)的內(nèi)部設(shè)有封頭(4);該封頭(4)將內(nèi)筒(2)的內(nèi)部分隔為內(nèi)筒上部腔體(23)和內(nèi)筒下部腔體(24)，并且該封頭(4)上設(shè)有將內(nèi)筒上部腔體(23 )和內(nèi)筒下部腔體(24 )連通的氣體連通管(41);催化劑床層(5)設(shè)于內(nèi)筒上部腔體(23)中；換熱管(6)設(shè)于內(nèi)筒下部腔體(24)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的 高溫反應(yīng)器，其特征在于，外殼(I)的側(cè)壁上設(shè)有換熱管進(jìn)水口(61);該換熱管進(jìn)水口(61)依次穿過外殼(I)和內(nèi)筒(2)，并與設(shè)于內(nèi)筒下部腔體(24)中的換熱管(6)連通；外殼(I)的頂部設(shè)有換熱管出水口(62);所述的封頭(4)為水夾套結(jié)構(gòu)；設(shè)于內(nèi)筒下部腔體(24)中的換熱管(6)與封頭(4)連通，并且通過封頭(4)與換熱管出水口(62)連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高溫反應(yīng)器，其特征在于，外殼(I)的內(nèi)部設(shè)有支撐件(13)；內(nèi)筒(2)通過支撐件(13)設(shè)置于外殼(I)的內(nèi)部。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高溫反應(yīng)器，其特征在于，還包括:測溫裝置(7);該測溫裝置(7)由外殼(I)的頂部伸入到內(nèi)筒(2)的內(nèi)部，以測量該高溫反應(yīng)器的反應(yīng)溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的高溫反應(yīng)器，其特征在于，所述的內(nèi)筒進(jìn)氣口(21)包括多個進(jìn)氣孔；這些進(jìn)氣孔分布在內(nèi)筒(2)的頂部，和/或，與內(nèi)筒上部腔體(23)相對應(yīng)的內(nèi)筒(2)的側(cè)壁上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高溫反應(yīng)器，其特征在于，所述的氣體連通管(41)上設(shè)有多個通氣孔；這些通氣孔分布在氣體連通管(41)的兩端及側(cè)壁上，并且至少一個通氣孔位于內(nèi)筒上部腔體(23)、至少一個通氣孔位于內(nèi)筒下部腔體(24)；該氣體連通管(41)的頂部所在高度高于催化劑床層(5)的底部所在高度，并且低于催化劑床層(5)的頂部所在高度；該氣體連通管(41)的頂部與催化劑床層(5)的頂部之間至少存在IOmm的高度差；該氣體連通管(41)的底部所在高度高于換熱管(6)的頂部所在高度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的高溫反應(yīng)器，其特征在于，還包括:加熱體(8);該加熱體(8)由外殼(I)的頂部伸入到設(shè)于內(nèi)筒(2)內(nèi)部的加熱區(qū)(9);該加熱區(qū)(9)位于催化劑床層(5)的上方；所述的內(nèi)筒進(jìn)氣口(21)設(shè)于內(nèi)筒(2)的頂部。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高溫反應(yīng)器，其特征在于，所述的氣體連通管(41)上設(shè)有至少兩個通氣孔，并且至少一個通氣孔位于內(nèi)筒上部腔體(23)、至少一個通氣孔位于內(nèi)筒下部腔體(24)；該氣體連通管(41)的頂部伸入到催化劑床層(5)的長度至多為300_ ；該氣體連通管(41)的底部所在高度高于換熱管(6)的頂部所在高度。
10.一種化工系統(tǒng)，其特征在于，包括:上述權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的高溫反應(yīng)器(A)、汽包(B)和循環(huán)泵(C)；所述的高溫反應(yīng)器(A)包括外殼進(jìn)氣口(11)、外殼出氣口(12)、換熱管進(jìn)水口(61)和換熱管出水口(62);原料氣(101)通過外殼進(jìn)氣口( 11)流入該高溫反應(yīng)器(A)，反應(yīng)后的產(chǎn)品氣(102)通過外殼出氣口(12)由該高溫反應(yīng)器(A)流出；該高溫反應(yīng)器(A)的換熱管進(jìn)水口(61)分別與循環(huán)泵(C)的出水口和汽包(B)的出水口連通；該高溫反應(yīng)器(A)的換熱管出水口(62)與汽包(B)的進(jìn)水口連通；循環(huán)泵(C)的進(jìn)水口與汽包(B)的出水口連通；換熱管進(jìn)水口( 61)與汽包(B )的出水口之間設(shè)有補(bǔ)水用入水口，和/或，循環(huán)泵(C)的進(jìn)水口與汽包(B )的出水口`之間設(shè)有補(bǔ)水用入水口。
【文檔編號】B01J8/02GK203379866SQ201320477679
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月6日
【發(fā)明者】王志遠(yuǎn), 趙正緒, 劉延斌, 彭良華, 蘭玉順, 張歡迎, 李會 申請人:北京華福工程有限公司