本實用新型總的涉及一種化學(xué)反應(yīng)裝置，具體涉及一種蓄熱列管式反應(yīng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

乙烯和苯都是現(xiàn)代工業(yè)中重要的基礎(chǔ)原料，也是世界產(chǎn)量最大的化學(xué)品，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟、人民生活、國防等領(lǐng)域。面對石油資源的不斷消耗短缺以及我國貧油多煤的國情，石油的獲取成為發(fā)展乙烯和苯工業(yè)的瓶頸，也是擺在人們面前急需解決的問題。因此，研究開發(fā)一種新的原料及其工藝方法制備乙烯和苯進而替代石油，對進口石油依賴性的緩解有著極其重要的意義。

在煤化工技術(shù)中，以煤為原料通過電石工藝或以天然氣為原料通過非催化部分氧化工藝制取乙炔，已成為成熟工藝。以乙炔為原料，在選擇性加氫催化劑的作用下，通過加氫過程得到乙烯產(chǎn)品，可進一步拓展煤化工路線。因此，開發(fā)乙炔加氫制乙烯的新工藝及技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

現(xiàn)有采用乙炔制苯和乙烯的技術(shù)，要么是在反應(yīng)過程中浪費了大量的能量，要么是對反應(yīng)管加熱不均，低溫的反應(yīng)氣體從進入反應(yīng)到反應(yīng)完成，溫度變化較大，造成反應(yīng)體積膨脹，影響反應(yīng)效率，而且反應(yīng)管的溫度場不均，對反應(yīng)的進行都有負面的影響。

因此，為了提高現(xiàn)有乙炔制苯和乙烯的反應(yīng)系統(tǒng)的效率，克服現(xiàn)有反應(yīng)氣體從進入到反應(yīng)完成溫度不均、反應(yīng)能量浪費等問題，需提出一種高效、節(jié)能的新的反應(yīng)系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種蓄熱列管式反應(yīng)系統(tǒng)，主要解決現(xiàn)有技術(shù)反應(yīng)氣體從進入到反應(yīng)完成溫度不均、反應(yīng)管的溫度場不均、反應(yīng)過程中能量浪費的問題。

本實用新型提供了一種蓄熱列管式反應(yīng)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括列管反應(yīng)器、蓄熱列管式加熱裝置，其中，所述蓄熱列管式加熱裝置包括左蓄熱室、右蓄熱室、燃燒室和油氣管道，所述左蓄熱室和右蓄熱室分別通過管道連接換向閥，所述換向閥分別連接助燃空氣進口和燃燒氣體出口，用于在第一換向狀態(tài)時使得所述助燃空氣進口與所述左蓄熱室連通，所述燃燒氣體出口與所述右蓄熱室連通，所述原料氣從所述右蓄熱室的管程換熱后進入列管式反應(yīng)器中，左蓄熱室的原料氣入口關(guān)閉；在第二換向狀態(tài)時使得所述助燃空氣進口與所述右蓄熱室連通，所述燃燒氣體出口與所述左蓄熱室連通，所述原料氣從所述左蓄熱室的管程換熱后進入列管式反應(yīng)器中，右蓄熱室的原料氣入口關(guān)閉；；所述左蓄熱室和右蓄熱室內(nèi)均設(shè)有穿過蓄熱體的列管換熱器，在所述列管換熱器的一端設(shè)有氣體入口，在所述列管換熱器的另一端設(shè)有氣體出口；所述左蓄熱室和右蓄熱室分別通過燒嘴與所述燃燒室的兩邊側(cè)壁連接；所述燒嘴連接所述油氣管道；所述燃燒室內(nèi)設(shè)有左多孔耐火墻和右多孔耐火墻；所述列管反應(yīng)器設(shè)于所述燃燒室內(nèi)，位于所述左多孔耐火墻和右多孔耐火墻之間；所述列管反應(yīng)器的上端設(shè)有穿過所述燃燒室頂部的反應(yīng)氣體出口，所述列管反應(yīng)器的下端設(shè)有穿過所述燃燒室底部的反應(yīng)氣體入口；所述反應(yīng)氣體入口與所述列管換熱器的氣體出口相連。

上述的反應(yīng)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括反應(yīng)氣體輸送管道，其包括總管道和支管道，在所述左蓄熱室和右蓄熱室的氣體入口之前設(shè)有與所述總管道連接的所述支管道，在所述左蓄熱室和右蓄熱室的氣體出口與所述列管反應(yīng)器的反應(yīng)氣體入口之間設(shè)有依次相連的所述支管道與所述總管道。

進一步地，所述多孔耐火墻的墻面上均勻分布著孔洞(可以是方孔、圓孔等)，所述多孔耐火墻的開孔率為40-80％。

進一步地，所述換向閥的助燃空氣進口連接有引風(fēng)機。

進一步地，所述列管反應(yīng)器的反應(yīng)列管上可連接有翅片，用以增大所述反應(yīng)列管的換熱面積。

上述的反應(yīng)系統(tǒng)，所述列管反應(yīng)器在所述燃燒室內(nèi)居中均勻分布，所述列管反應(yīng)器的橫截面占所述燃燒室橫截面積的50-80％。

上述的反應(yīng)系統(tǒng)，所述多孔耐火墻和所述燒嘴在所述列管反應(yīng)器的兩側(cè)對稱分布。

上述的反應(yīng)系統(tǒng)，所述列管反應(yīng)器內(nèi)裝填有催化劑。

上述的反應(yīng)系統(tǒng)，所述列管反應(yīng)器的管徑內(nèi)徑為3-50mm。

進一步地，所述列管反應(yīng)器的管間中心距為管徑的1-5倍。

本實用新型采用蓄熱室燃燒技術(shù)，能夠極大的回收煙氣中的余熱，能夠節(jié)能、高效地利用燃料。

本實用新型在蓄熱室中的蓄熱體中設(shè)置的列管換熱器，反應(yīng)氣體能夠通過換熱器進行預(yù)熱，有利于反應(yīng)器中反應(yīng)的進行，使得反應(yīng)氣體從進入反應(yīng)器到完成反應(yīng)溫度變化不會太大，消除了現(xiàn)有技術(shù)因反應(yīng)氣體變化太大導(dǎo)致的體積膨脹問題，極大地提高了反應(yīng)效率。

本實用新型中燒嘴交替工作，且在燒嘴與反應(yīng)管之間設(shè)置多孔耐火墻，墻面均勻分布著方孔或者圓孔，可以均勻分布燃燒后的高溫氣體，并且防止高溫火焰直接接觸列管式反應(yīng)器，保證了燃燒室內(nèi)溫度的均勻與穩(wěn)定。

本實用新型的列管反應(yīng)器能夠極大地降低反應(yīng)器的放大效應(yīng)。

另外，本實用新型列管反應(yīng)器及列管換熱器的列管外均可以增加翅片，可增大換熱效果。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例的蓄熱列管式反應(yīng)系統(tǒng)的縱向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型實施例的反應(yīng)列管呈正三角形分布的俯視局部結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本實用新型的方案以及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本實用新型的限制。

本實用新型的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)反應(yīng)氣體從進入到反應(yīng)完成溫度不均、反應(yīng)管的溫度場不均、反應(yīng)過程中能量浪費等問題。

本實用新型提供的蓄熱列式管式反應(yīng)系統(tǒng)，包括列管反應(yīng)器、蓄熱列管式加熱裝置。

如圖1所示，所述蓄熱列管式加熱裝置包括左蓄熱室、右蓄熱室、燃燒室5和油氣管道1，左蓄熱室和右蓄熱室分別通過管道連接換向閥7，換向閥7又分別連接助燃空氣進口和燃燒氣體出口，用于在一種換向狀態(tài)時使得助燃空氣進口與左蓄熱室連通，燃燒氣體出口與右蓄熱室連通，在另一種換向狀態(tài)時使得助燃空氣進口與右蓄熱室連通，燃燒氣體出口與左蓄熱室連通。

左蓄熱室和右蓄熱室內(nèi)均設(shè)有穿過蓄熱體4的列管換熱器3，在列管換熱器3的一端設(shè)有氣體入口，在列管換熱器3的另一端設(shè)有氣體出口，氣體出口用于與列管反應(yīng)器6的反應(yīng)氣體入口相連。

在每個蓄熱室中填充著蓄熱體，在蓄熱體中均勻分布著列管換熱器3。

換向閥7連通著引風(fēng)機8，用于抽吸助燃空氣。

左蓄熱室和右蓄熱室分別通過燒嘴2與燃燒室的兩邊側(cè)壁連接。燒嘴2又連接有油氣管道1，提供的油氣用于在空氣的助燃下進行燃燒。燃燒室內(nèi)設(shè)有左多孔耐火墻和右多孔耐火墻9。

燒嘴2的噴出口與多孔耐火墻9之間有一定距離。每個燒嘴2都有單獨的油氣管線1。

列管反應(yīng)器6設(shè)于燃燒室5內(nèi)，位于左多孔耐火墻和右多孔耐火墻9之間。在列管反應(yīng)器6的上端設(shè)有穿過所述燃燒室5頂部的反應(yīng)氣體出口，在列管反應(yīng)器6的下端設(shè)有穿過所述燃燒室5底部的反應(yīng)氣體入口。反應(yīng)氣體入口與列管換熱器3的氣體出口相連。

多孔耐火墻9和燒嘴2均可在列管反應(yīng)器6的兩側(cè)對稱分布。

具體地，系統(tǒng)還可包括反應(yīng)氣體輸送管道，由總管道和支管道組成。在氣體輸入時可設(shè)置總管，之后分成兩路支管分別通往左蓄熱室和右蓄熱。反應(yīng)氣體經(jīng)過蓄熱室內(nèi)的列管換熱器3后，再從左蓄熱室和右蓄熱室的氣體出口引出支管道，之后匯聚到總管道，并使總管道與列管反應(yīng)器6下端的反應(yīng)氣體入口相連。

利用本實用新型的蓄熱列管式反應(yīng)系統(tǒng)工作時，如圖1所示，引風(fēng)機8將空氣引入到助燃空氣管道，經(jīng)過換向閥7進入到一側(cè)的蓄熱室，在該蓄熱室內(nèi)助燃空氣被蓄熱體4加熱后，進入到燒嘴2中。

在燒嘴2中，預(yù)熱空氣與油氣管道1中的燃料混合均勻后，進行燃燒，燃燒溫度在600-1000℃之間。

燃燒后的煙氣將列管反應(yīng)器6內(nèi)的反應(yīng)氣體換熱，然后再通過另一個燒嘴2進入到另一側(cè)的蓄熱室中。在該蓄熱室中，蓄熱體4將燃燒后的煙氣中的余熱吸收，儲存在蓄熱體中。換熱后的煙氣再經(jīng)過換向閥7，離開界區(qū)。

同時，反應(yīng)氣體(乙炔、甲烷、一氧化碳和氫氣)通過反應(yīng)管道進入到第一側(cè)的蓄熱室；在該蓄熱室中與蓄熱體換熱后，進入到列管反應(yīng)器6內(nèi)進行反應(yīng)。反應(yīng)后的氣體從反應(yīng)氣體出口離開界區(qū)。

列管反應(yīng)器6的反應(yīng)列管的管徑內(nèi)徑可為3-50mm，優(yōu)選的內(nèi)徑為在3-30mm。列管呈正三角形分布，其俯視局部示意如圖2所示，任意相鄰最近的三根管道的圓心相連接構(gòu)成正三角形。采用此種分布形式，是為了追求更大的傳熱效率,因為此種正三角形的排列方式排列緊湊,殼程流體直接沖刷換熱管,使殼程流體分布更加均勻。

列管反應(yīng)器6的反應(yīng)列管管間中心距為管徑的1-5倍，優(yōu)選的管間的中心距為1.5-3倍。其材料可以是石英、陶瓷或者不銹鋼。

在列管反應(yīng)器6的管徑內(nèi)填充催化劑。在列管外面可以增加翅片，用以增大列管的換熱面積。該種列管反應(yīng)器的設(shè)計能夠極大地降低反應(yīng)器的放大效應(yīng)。反應(yīng)列管在燃燒室內(nèi)居中，均勻分布，反應(yīng)列管的橫截面占所述燃燒室橫截面積的50-80％。

多孔耐火墻9的墻面均勻分布著孔洞，可以是方孔、圓孔等，墻體的開孔率為40-80％，用以均勻分布燃燒后的高溫氣體，并且防止高溫火焰直接接觸列管式反應(yīng)器6。

一段時間后，換向閥7切換方向，空氣從另一側(cè)蓄熱室進入燒嘴2燃燒，經(jīng)過燃燒室，再進入第一側(cè)蓄熱室，最后經(jīng)過換向閥7離開界區(qū)。同時，反應(yīng)氣體也經(jīng)過另一側(cè)蓄熱室進行換熱，再進入到列管反應(yīng)器6反應(yīng)。

如此反復(fù)，保持系統(tǒng)平穩(wěn)連續(xù)運行，就可不斷使氣體反應(yīng)生成苯或乙烯等。

本實用新型采用蓄熱室燃燒技術(shù)，能夠極大的回收煙氣中的余熱，能夠節(jié)能、高效地利用燃料。

本實用新型在蓄熱室中的蓄熱體中設(shè)置的列管換熱器，反應(yīng)氣體能夠通過換熱器進行預(yù)熱，有利于反應(yīng)器中反應(yīng)的進行，使得反應(yīng)氣體從進入反應(yīng)器到完成反應(yīng)溫度變化不會太大，消除了現(xiàn)有技術(shù)因反應(yīng)氣體變化太大導(dǎo)致的體積膨脹問題，極大地提高了反應(yīng)效率。

本實用新型中燒嘴交替工作，且在燒嘴與反應(yīng)管之間設(shè)置多孔耐火墻，墻面均勻分布著方孔或者圓孔，可以均勻分布燃燒后的高溫氣體，并且防止高溫火焰直接接觸列管式反應(yīng)器，保證了燃燒室內(nèi)溫度的均勻與穩(wěn)定。

另外，本實用新型助燃空氣與反應(yīng)氣體同時通過同一個蓄熱室進行預(yù)熱，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，系統(tǒng)占用空間小。

實施例

如圖1所示，一種用于乙炔制苯和乙烯的蓄熱列管式反應(yīng)系統(tǒng)，所述蓄熱列管式反應(yīng)器反應(yīng)系統(tǒng)包含：油氣管道、燒嘴、列管換熱器、蓄熱體、燃燒室、列管反應(yīng)器、換向閥、引風(fēng)機和多孔耐火墻；所述燃燒室內(nèi)包含著列管反應(yīng)器，兩堵多孔耐火墻，在燃燒室的兩側(cè)對稱分布著兩個燒嘴；列管反應(yīng)器的材質(zhì)可以是石英、陶瓷或者不銹鋼；每個燒嘴都有單獨的油氣管線，連接著一個單獨的蓄熱室；在每個蓄熱室中填充著蓄熱材料，在蓄熱材料中均勻分布著列管；蓄熱室聯(lián)通著換向閥，換向閥連通著引風(fēng)機；反應(yīng)氣體從界區(qū)外進入系統(tǒng)分為兩路，分別連接一個蓄熱室，再通過燃燒室內(nèi)的列管式反應(yīng)器，反應(yīng)之后離開系統(tǒng)。所述引風(fēng)機、換向閥、蓄熱室、燒嘴、燃燒室、燒嘴、蓄熱室、換向閥依次相連，燃燒氣體依次通過上述設(shè)備；所述反應(yīng)氣體管線、蓄熱室換熱器管程、列管反應(yīng)器依次相連，反應(yīng)氣體依次通過上述設(shè)備。

引風(fēng)機8將空氣引入到助燃空氣管道，經(jīng)過換向閥7進入到1號蓄熱室，在1號蓄熱室內(nèi)助燃空氣被蓄熱材料加熱后，進入到燒嘴2中；在燒嘴2中，預(yù)熱空氣與油氣管道1中的燃料混合均勻后，進行燃燒，燃燒溫度在600-1000℃之間；燃燒后的煙氣將列管反應(yīng)器6內(nèi)的反應(yīng)氣體換熱，然后再通過另一個燒嘴2進入到2號蓄熱室中；在2號蓄熱室中，蓄熱材料將燃燒后的煙氣中的余熱吸收，儲存在蓄熱體4中；換熱后的煙氣再經(jīng)過換向閥7，離開界區(qū)。

同時，反應(yīng)氣體(乙炔、甲烷、一氧化碳和氫氣)通過反應(yīng)管道進入到1號蓄熱室；在1號蓄熱室中與蓄熱材料換熱后，進入到列管反應(yīng)器6內(nèi)進行反應(yīng)；反應(yīng)后的氣體從反應(yīng)器出口離開界區(qū)。

當(dāng)2號蓄熱室的蓄熱體4快蓄滿后，換向閥7切換方向，空氣從2號蓄熱室進入燒嘴2燃燒，經(jīng)過燃燒室，再進入1號蓄熱室，最后經(jīng)過換向閥7離開界區(qū)；同時，反應(yīng)氣體也經(jīng)過2號蓄熱室進行換熱，再進入到列管反應(yīng)器6反應(yīng)。

如此反復(fù)，保持系統(tǒng)平穩(wěn)連續(xù)運行。

最后應(yīng)說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之中。