CN105457577A - 新型耐高温集成反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及化工技术领域，尤其是涉及一种新型耐高温集成反应器。该新型耐高温集成反应器包括汽包、反应器、废热锅炉、进气管和出气管；所述反应器和所述废热锅炉固定设置于所述汽包内部；所述进气管穿过所述汽包与所述反应器的进口连通，所述出气管穿过所述汽包与所述废热锅炉的出口连通；所述反应器的出口与所述废热锅炉的进口连通；所述汽包包括锅炉水入口和蒸汽出口；所述锅炉水入口和所述蒸汽出口分别对应设置于所述汽包的两端。本发明的目的在于提供一种新型耐高温集成反应器，以减少热回收***的占地面积与投资费用，降低对反应器的出口与废热锅炉的进口之间的管道的耐高温性能要求。

Description

新型耐高温集成反应器
技术领域
本发明涉及化工技术领域，尤其是涉及一种新型耐高温集成反应器。
背景技术
在化工领域中，很多反应进行时会释放大量的热能，例如：甲烷化反应、甲醇合成反应、合成氨反应等，为了实现能量的高效综合利用，需要对反应产生的热量进行回收利用，以提高企业的经济效益。目前大部分的反应热回收***都通过设置废热锅炉和汽包，通过生产蒸汽的手段来回收反应热，反应及热回收***需要分别设置两台或以上的设备，因而至少存在如下不足：
(1)设备数量多、流程长、压降大、占地面积大，投资高。
(2)对于高温强放热反应(如甲烷化反应)，反应器出口温度很高，反应器的出口与废热锅炉的进口之间的管道要求具有相当强的耐高温性能，加工制造困难，造价高。
综上，现有的热回收***占地面积大、投资高，且对反应器的出口与废热锅炉的进口之间的管道耐高温性能要求高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型耐高温集成反应器，以减少热回收***的占地面积与投资费用，降低对反应器的出口与废热锅炉的进口之间的管道的耐高温性能要求。
本发明提供了一种新型耐高温集成反应器，包括汽包、反应器、废热锅炉、进气管和出气管；所述反应器和所述废热锅炉固定设置于所述汽包内部；
所述进气管穿过所述汽包与所述反应器的进口连通，所述出气管穿过所述汽包与所述废热锅炉的出口连通；
所述反应器的出口与所述废热锅炉的进口连通；
所述汽包包括锅炉水入口和蒸汽出口；所述锅炉水入口和所述蒸汽出口分别对应设置于所述汽包的两端。
进一步地，所述新型耐高温集成反应器还包括温度调节管路和温度调节阀；
所述温度调节管路的两端分别连通所述废热锅炉的进口和所述废热锅炉的出口；
所述温度调节阀设置在所述温度调节管路上；
所述出气管上设置有温度传感器；所述温度传感器用于检测所述出气管内介质的温度，以对应调节所述温度调节阀。
进一步地，所述新型耐高温集成反应器还包括液位变送器和液位调节阀；
所述锅炉水入口设置有所述液位调节阀；；
所述液位变送器与所述汽包固定连接，且所述液位变送器用于检测所述汽包内的液位，以对应调节所述液位调节阀。
进一步地，所述新型耐高温集成反应器还包括蒸汽压力调节阀；所述蒸汽出口设置有所述蒸汽压力调节阀。
进一步地，所述新型耐高温集成反应器还包括换热管；所述进气管穿过所述汽包与所述换热管的一端连通，所述换热管的另一端与所述反应器的进口连通。
进一步地，所述汽包包括容器壳体，所述容器壳体为立式容器或者卧式容器；所述反应器和所述废热锅炉组成一个模块单元；
所述容器壳体内部依次设置至少一个所述模块单元；
所述锅炉水入口与所述蒸汽出口分别与所述容器壳体的内腔连通，且所述锅炉水入口固定连接在所述容器壳体的底部，所述蒸汽出口固定连接在所述容器壳体的顶部。
进一步地，所述容器壳体为立式容器；所述立式容器内设置有N个所述模块单元，N≥1的正整数；
所述反应器和所述废热锅炉沿所述立式容器的轴向方向并列设置，或者所述反应器和所述废热锅炉沿所述立式容器的轴向方向从上至下依次设置；
N个所述模块单元沿所述立式容器的轴向方向并列设置，或者N个所述模块单元沿所述立式容器的轴向方向依次设置。
进一步地，沿所述立式容器的轴向方向并列设置有多个所述立式容器；多个所述立式容器的底部连通。
进一步地，所述容器壳体为卧式容器；所述卧式容器内设置有N个所述模块单元，N≥1的正整数；
所述反应器和所述废热锅炉沿所述卧式容器的径向方向从上至下并列设置，或者所述反应器和所述废热锅炉沿所述卧式容器的轴向方向依次设置；
N个所述模块单元沿所述卧式容器的轴向方向并列设置，或者N个所述模块单元沿所述卧式容器的轴向方向依次设置。
进一步地，沿所述卧式容器的轴向方向并列设置有多个所述卧式容器；沿所述卧式容器的轴向方向，多个所述卧式容器的两端连通。
本发明提供的新型耐高温集成反应器，主要用于气体之间进行的放热反应及反应热的回收，例如：甲烷化反应、甲醇合成反应、合成氨反应等，属于新型的放热反应及反应的热回收***；该集成反应器将反应器、废热锅炉及汽包三位一体，高度集成为一个设备，减少了该热回收***的占地面积；其中反应器及废热锅炉设置于汽包内部，可有效降低反应器及废热锅炉的金属壁温，降低反应器及废热锅炉对材质的耐温要求，节省制造成本，降低投资费用，还降低了对反应器的出口与废热锅炉的进口之间的管道的耐高温性能要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的新型耐高温集成反应器的第一结构示意图；
图2为本发明实施例提供的新型耐高温集成反应器的第二结构示意图；
图3为本发明实施例提供的新型耐高温集成反应器的第三结构示意图；
图4为本发明实施例提供的新型耐高温集成反应器的第四结构示意图；
图5为本发明实施例提供的新型耐高温集成反应器的第五结构示意图；
图6为本发明实施例提供的新型耐高温集成反应器的第六结构示意图；
图7为本发明实施例提供的新型耐高温集成反应器的第七结构示意图。
附图标记：
1-汽包；101-容器壳体；2-反应器；
3-废热锅炉；4-进气管；5-出气管；
6-锅炉水入口；7-蒸汽出口；71-蒸汽压力调节阀；
8-温度调节管路；81-温度调节阀；
9-液位变送器；91-液位调节阀；10-换热管。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
参见图1-图7所示，本实施例提供了一种新型耐高温集成反应器；图1-图7分别为本发明实施例提供的新型耐高温集成反应器的七种结构示意图。其中，图1、图2、图6所示为立式容器，图3-图5、图7所示为卧式容器；图1-图4为汽包内设置一个模块单元，所述模块单元由反应器和废热锅炉组成；图7为汽包内设置两个模块单元；图5、图6为多个汽包并列设置的结构。为了更加清楚的显示结构，图1中较详细标注了零部件，图2-图7简要标注了零部件，图1-图7中箭头的方向为气体流动的方向。
参见图1-图7所示，本实施例提供的新型耐高温集成反应器(以下简称：集成反应器)，包括汽包1、反应器2、废热锅炉3、进气管4和出气管5；反应器2和废热锅炉3固定设置于汽包1内部。
进气管4穿过汽包1与反应器2的进口连通，出气管5穿过汽包1与废热锅炉3的出口连通；其中，反应器2的进口可以与汽包1直接连接，也可以通过管道与汽包1连接，再与进气管4连接；废热锅炉3的出口可以与汽包1直接连接，也可以通过管道与汽包1连接，再与出气管5连接。
反应器2的出口与废热锅炉3的进口连通；其中，反应器2的出口与废热锅炉3的进口可以直接连接，也可以通过管道连接；若采用管道连接，相对于传统的反应器2的出口与废热锅炉3的进口之间的管道，其管道线路短、壁温低、设计及加工制造都比较容易。
汽包1包括锅炉水入口6和蒸汽出口7；锅炉水入口6和蒸汽出口7分别对应设置于汽包1的两端。需要说明的是，锅炉水入口6和蒸汽出口7可以分别对应设置于沿汽包1的轴向方向的两端，锅炉水入口6和蒸汽出口7也可以分别对应设置于沿汽包1的径向方向的两端；优选地，锅炉水入口6设置于汽包1的下部(包括锅炉水入口6设置于汽包1的下部的侧面)，相应的，蒸汽出口7设置于汽包1的上部(包括蒸汽出口7设置于汽包1的上部的侧面)。通过锅炉水入口6，向汽包1内注入水(又称锅炉水)，以淹没废热锅炉3，以避免废热锅炉3的温度过高，烧坏废热锅炉3的换热管或者减少换热管的工作寿命；需要说明的是，汽包1内的注水未充满整个汽包1；优选地，汽包1内的注水为汽包1内容积的40％-85％；其中，反应器2位于汽包1内注水的液位之上，或者反应器2的部分位于汽包1内注水的液位之内，或者反应器2位于汽包1内注水的液位之下。通过蒸汽出口7以释放汽包1内的蒸汽，降低汽包1内的压力。
本实施例中所述新型耐高温集成反应器，主要用于气体之间进行的放热反应及反应热的回收，例如：甲烷化反应、甲醇合成反应、合成氨反应等，属于新型的放热反应及反应的热回收***；该集成反应器将反应器2、废热锅炉3及汽包1三位一体，高度集成为一个设备，减少了该热回收***的占地面积；其中反应器2及废热锅炉3设置于汽包1内部，可有效降低反应器2及废热锅炉3的金属壁温，降低反应器2及废热锅炉3对材质的耐温要求，节省制造成本，降低投资费用，还降低了对反应器2的出口与废热锅炉3的进口之间的管道的耐高温性能要求。
本实施例的可选方案中，集成反应器还包括温度调节管路8和温度调节阀81。以保证出气管5流出气体的温度恒定。
具体而言，温度调节管路8的两端分别连通废热锅炉3的进口和废热锅炉3的出口。
温度调节阀81设置在温度调节管路8上。
出气管5上设置有温度传感器(属于现有技术，图中未示出)；温度传感器用于检测出气管5内介质的温度，以对应调节温度调节阀81。
当温度传感器检测出来出气管5内介质的温度高于预设值时，对应调节温度调节阀81，以使温度调节阀81的阀门关闭或者减小温度调节管路8的气路截面，以增加流入废热锅炉3内的气体的流量，减少或者阻断流经温度调节管路8的气体流量，进而使出气管5内介质的温度降低。
当温度传感器检测出来出气管5内介质的温度低于预设值时，对应调节温度调节阀81，以使温度调节阀81的阀门打开或者增大温度调节管路8的气路截面，以减少流入废热锅炉3内的气体的流量，增加流经温度调节管路8的气体流量，进而使出气管5内介质的温度升高。
本实施例的可选方案中，集成反应器还包括液位变送器9和液位调节阀91；以便自动调节汽包1内的注水液位，进而保护废热锅炉3，防止烧坏废热锅炉3的换热管。
具体而言，锅炉水入口6设置有液位调节阀91；优选地，锅炉水入口6处设置有锅炉水入水管路，液位调节阀91设置在锅炉水入水管路上。
液位变送器9与汽包1固定连接，且液位变送器9用于检测汽包1内的液位，以对应调节液位调节阀91。当液位变送器9检测到汽包1内的液位过低时，以使液位调节阀91的阀门打开或者增大锅炉水入口6的管路截面，以使汽包1内获得适当的注水。
汽包1内的注水，即锅炉水，由汽包1的下部的锅炉水入口6进入汽包1，经与废热锅炉3内的高温产品气进行换热后，部分汽化，产生的蒸汽由汽包1上部的蒸汽出口7排出。通过汽包1设有的液位变送器9，可通过调节液位调节阀91来控制汽包1内的液位高度。
本实施例的可选方案中，集成反应器还包括蒸汽压力调节阀71；蒸汽出口7设置有蒸汽压力调节阀71。优选地，蒸汽出口7设置有蒸汽出口管路，蒸汽压力调节阀71设置在蒸汽出口管路上。通过蒸汽压力调节阀71以预设汽包1内的压力值；当汽包1内的压力值超过预设值时，增大蒸汽压力调节阀71的阀门开度，以降低汽包1内的压力；当汽包1内的压力值小于预设值时，减小蒸汽压力调节阀71的阀门开度，以提高汽包1内的压力。
本实施例的可选方案中，集成反应器还包括换热管10；进气管4穿过汽包1与换热管10的一端连通，换热管10的另一端与反应器2的进口连通。以便合成气等气体从进气管4进入该新型耐高温集成反应器后，先经过换热管10，通过换热管10与汽包1内的空气或者水换热以获得稳定的温度，之后在进入反应器2。对于反应器2内催化剂有起活温度要求的化学反应，便于调节入催化剂床层合成气的温度使其达到所需要求。
具体而言，合成气等气体通过进气管4进入该新型耐高温集成反应器后，首先经过换热管10与汽包1内的空气或者水换热以获得稳定的温度，之后进入反应器2的催化剂床层发生放热反应，反应后的高温产品气进入废热锅炉3，经废热锅炉3回收热量后由该集成反应器的出气管5排出。废热锅炉3设有温度调节管路8，可通过调节温度调节阀81的开度来控制出该集成反应器产品气的温度。
本实施例的可选方案中，汽包1包括容器壳体101，容器壳体101为立式容器或者卧式容器；反应器2和废热锅炉3组成一个模块单元。立式容器，是指容器主轴中心线与地平面垂直或基本垂直的容器。卧式容器，是指容器主轴中心线与地平面水平或基本水平的容器。根据支座结构的不同，常见的卧式容器可分为双鞍座式、三鞍座式和圈座式等。
容器壳体101内部依次设置至少一个模块单元；也就是说，容器壳体101内部可依次设置一个模块单元或者多个模块单元；容器壳体101内部依次设置模块单元的数量例如可以为2个、3个、4个、5个、6个等等。
锅炉水入口6与蒸汽出口7分别与容器壳体101的内腔连通，且锅炉水入口6固定连接在容器壳体101的底部，蒸汽出口7固定连接在容器壳体101的顶部。以便于向汽包1内注水、以及排出汽包1内产生的蒸汽。
通过在汽包1内设置由反应器2和废热锅炉3组成的模块单元，其设备集成程度高，能有效减少整个工艺装置中的设备数量，缩短工艺流程，降低压降、减少占地，节省投资。
具体而言，容器壳体101为立式容器，参见图1、图2、图6所示；立式容器内设置有N个模块单元，N≥1的正整数；N例如可以为1、2、3、4、5、6等。
反应器2和废热锅炉3沿立式容器的轴向方向并列设置，参见图2所示；优选地，进气管4和出气管5位于立式容器的同一端，以简化汽包1内反应器2和废热锅炉3的管路结构。优选地，进气管4和出气管5均位于立式容器的顶部。
或者，反应器2和废热锅炉3沿立式容器的轴向方向从上至下依次设置，参见图1所示；也即反应器2相对于废热锅炉3靠近立式容器的顶部；优选地，进气管4和出气管5分别位于立式容器的轴向方向相对应的两端，以简化汽包1内反应器2和废热锅炉3的管路结构。优选地，进气管4位于立式容器的顶部，出气管5位于立式容器的底部。
M个模块单元沿立式容器的轴向方向并列设置，或者M个模块单元沿立式容器的轴向方向依次设置；M≥1的正整数。以提高设备的集成程度。其中，M例如可以为1、2、3、4、5、6等。
进一步地，沿立式容器的轴向方向并列设置有多个立式容器；多个立式容器的底部连通，参见图6所示。以进一步提高设备集成程度，进一步减少整个工艺装置中的设备数量，缩短工艺流程，降低压降、减少占地，节省投资。优选地，多个立式容器具有一个锅炉水入口6，以简化结构；水从锅炉水入口6进入一个立式容器内，通过立式容器的底部连通的管道进去其他立式容器。
此外，容器壳体101为卧式容器，参见图3-图5、图7所示；卧式容器内设置有N个模块单元，N≥1的正整数；N例如可以为1、2、3、4、5、6等。
反应器2和废热锅炉3沿卧式容器的径向方向从上至下并列设置，参见图3所示；也即反应器2相对于废热锅炉3靠近卧式容器的顶部；优选地，进气管4和出气管5位于卧式容器的同一端，以简化汽包1内反应器2和废热锅炉3的管路结构。优选地，沿卧式容器的径向方向，相对于出气管5，进气管4靠近卧式容器的顶部。
或者，反应器2和废热锅炉3沿卧式容器的轴向方向依次设置，参见图4所示；优选地，进气管4和出气管5分别位于卧式容器的轴向方向相对应的两端，以简化汽包1内反应器2和废热锅炉3的管路结构。
M个模块单元沿卧式容器的轴向方向并列设置，或者M个模块单元沿卧式容器的轴向方向依次设置；M≥1的正整数。以提高设备的集成程度。其中，M例如可以为1、2、3、4、5、6等。参见图7所示，图中示出了2个模块单元沿卧式容器的轴向方向依次设置。
进一步地，沿卧式容器的轴向方向并列设置有多个卧式容器；沿卧式容器的轴向方向，多个卧式容器的两端连通，参见图5所示。以进一步提高设备集成程度，进一步减少整个工艺装置中的设备数量，缩短工艺流程，降低压降、减少占地，节省投资。优选地，多个卧式容器具有一个锅炉水入口6，以简化结构；水从锅炉水入口6进入一个卧式容器内，通过卧式容器的两端连通的管道进去其他卧式容器。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种新型耐高温集成反应器，其特征在于，包括汽包、反应器、废热锅炉、进气管和出气管；所述反应器和所述废热锅炉固定设置于所述汽包内部；
所述进气管穿过所述汽包与所述反应器的进口连通，所述出气管穿过所述汽包与所述废热锅炉的出口连通；
所述反应器的出口与所述废热锅炉的进口连通；
所述汽包包括锅炉水入口和蒸汽出口；所述锅炉水入口和所述蒸汽出口分别对应设置于所述汽包的两端。
2.根据权利要求1所述的新型耐高温集成反应器，其特征在于，还包括温度调节管路和温度调节阀；
所述温度调节管路的两端分别连通所述废热锅炉的进口和所述废热锅炉的出口；
所述温度调节阀设置在所述温度调节管路上；
所述出气管上设置有温度传感器；所述温度传感器用于检测所述出气管内介质的温度，以对应调节所述温度调节阀。
3.根据权利要求1所述的新型耐高温集成反应器，其特征在于，还包括液位变送器和液位调节阀；
所述锅炉水入口设置有所述液位调节阀；
所述液位变送器与所述汽包固定连接，且所述液位变送器用于检测所述汽包内的液位，以对应调节所述液位调节阀。
4.根据权利要求1所述的新型耐高温集成反应器，其特征在于，还包括蒸汽压力调节阀；所述蒸汽出口设置有所述蒸汽压力调节阀。
5.根据权利要求1所述的新型耐高温集成反应器，其特征在于，还包括换热管；所述进气管穿过所述汽包与所述换热管的一端连通，所述换热管的另一端与所述反应器的进口连通。
6.根据权利要求1-5任一项所述的新型耐高温集成反应器，其特征在于，所述汽包包括容器壳体，所述容器壳体为立式容器或者卧式容器；所述反应器和所述废热锅炉组成一个模块单元；
所述容器壳体内部依次设置至少一个所述模块单元；
所述锅炉水入口与所述蒸汽出口分别与所述容器壳体的内腔连通，且所述锅炉水入口固定连接在所述容器壳体的底部，所述蒸汽出口固定连接在所述容器壳体的顶部。
7.根据权利要求6所述的新型耐高温集成反应器，其特征在于，所述容器壳体为立式容器；所述立式容器内设置有N个所述模块单元，N≥1的正整数；
所述反应器和所述废热锅炉沿所述立式容器的轴向方向并列设置，或者所述反应器和所述废热锅炉沿所述立式容器的轴向方向从上至下依次设置；
M个所述模块单元沿所述立式容器的轴向方向并列设置，或者M个所述模块单元沿所述立式容器的轴向方向依次设置；M≥1的正整数。
8.根据权利要求7所述的新型耐高温集成反应器，其特征在于，沿所述立式容器的轴向方向并列设置有多个所述立式容器；多个所述立式容器的底部连通。
9.根据权利要求6所述的新型耐高温集成反应器，其特征在于，所述容器壳体为卧式容器；所述卧式容器内设置有N个所述模块单元，N≥1的正整数；
所述反应器和所述废热锅炉沿所述卧式容器的径向方向从上至下并列设置，或者所述反应器和所述废热锅炉沿所述卧式容器的轴向方向依次设置；
M个所述模块单元沿所述卧式容器的轴向方向并列设置，或者M个所述模块单元沿所述卧式容器的轴向方向依次设置；M≥1的正整数。
10.根据权利要求9所述的新型耐高温集成反应器，其特征在于，沿所述卧式容器的轴向方向并列设置有多个所述卧式容器；沿所述卧式容器的轴向方向，多个所述卧式容器的两端连通。
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