CN106111022A - 反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反应器，其包括外筒、反应筐、第一换热结构和第二换热结构，所述反应筐设于所述外筒内，且所述反应筐包括第一换热区域和第二换热区域，所述第一换热结构设于所述第一换热区域，所述第二换热结构设于所述第二换热区域。通过在反应器的反应筐内设置第一换热结构和第二换热结构，分两次进行换热后得到过热蒸汽，满足工业生产的需求，大大提高了能量的回收利用率。

Description

反应器
技术领域
本发明涉及化工技术领域，特别是涉及一种应用于氨合成、甲醇合成等生产中的反应器。
背景技术
在氨合成、甲醇合成、制乙二醇等化工过程中，通常需要采用反应器进行热交换，并进行化学合成反应。此反应为强放热反应，可产生大量的热，同时该反应需要控制在一定温度范围内进行，因此需要将反应产生的热量带走。目前，一般通过将冷却水通入反应器进行冷却，冷却水则被加热得到饱和蒸汽。然而，这种饱和蒸汽一般只能作为低品位蒸汽热源使用，对化学合成反应所产生的副产利用有限，因此对能量的回收利用率较低。
另一方面，随着能源综合利用需求的提高，目前对过热蒸汽的需求正越来越多。过热蒸汽不仅可作为热源使用，还可以作为动力使用，例如用来发电、驱动汽轮机等。因此，需要将反应器的副产转化为过热蒸汽。
发明内容
基于此，有必要针对反应器副产的饱和蒸汽对能量回收利用率较低的问题，提供一种能产生过热蒸汽的反应器。
一种反应器，包括外筒、反应筐、第一换热结构和第二换热结构，所述反应筐设于所述外筒内，且所述反应筐包括第一换热区域和第二换热区域，所述第一换热结构设于所述第一换热区域，所述第二换热结构设于所述第二换热区域。
通过在反应器的反应筐内设置第一换热结构和第二换热结构，分两次进行换热后得到过热蒸汽，满足工业生产的需求，大大提高了能量的回收利用率。
在其中一实施例中，所述第一换热区域较所述第二换热区域更靠近所述反应筐的中心。
在其中一实施例中，所述第一换热结构包括第一口和第二口，所述第二换热结构包括第三口和第四口，且所述第二口与所述第三口间接连通。
在其中一实施例中，在所述反应器的前进方向上，所述反应器还包括汽包，所述外筒上设有内腔、水室、第一蒸汽室和汽水混合室，所述反应筐设于所述内腔内，所述水室与所述第一换热结构的所述第一口连通，所述汽水混合室与所述第一换热结构的所述第二口连通，所述汽包连通于所述汽水混合室，所述汽包还与所述第二换热结构的所述第三口连通，以将所述汽包内分离的饱和蒸汽输入所述第二换热结构。
在其中一实施例中，所述外筒内设有上管板和下管板，所述第一蒸汽室和所述汽水混合室位于所述上板管和所述下管板之间，所述水室位于所述上管板远离所述下管板的一侧，所述内腔位于所述下管板远离所述上管板的一侧。
在其中一实施例中，所述外筒内还设有第二蒸汽室，所述第二蒸汽室与所述第二换热结构的所述第三口连通。
在其中一实施例中，所述第二蒸汽室位于所述上管板远离所述下管板的一侧，且所述第二蒸汽室和所述水室通过第二隔板分隔开。
在其中一实施例中，所述第一换热结构包括外套管和内套管，所述内套管位于所述外套管内，所述第一口设于所述内套管的顶部，所述第二口设于所述外套管的顶部，所述内套管的底部伸入所述外套管的底部并与所述外套管连通。
在其中一实施例中，所述外套管的顶端固定于所述下管板，底端自由设置，使所述外套管呈悬挂状；所述内套管的顶端固定于所述上管板，底端自由设置，使所述内套管呈悬挂状。
在其中一实施例中，所述第二换热结构包括U形管，所述U形管的弯折处伸入反应筐的底部，所述第三口和所述第四口分别设于所述U形管的两端。
在其中一实施例中，所述U形管的两端分别固定于所述上管板和所述下管板，所述U形管的弯折处自由设置，使所述U形管呈悬挂状。
附图说明
图1为本发明反应器较佳实施方式的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在两者之间的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在两者之间的元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，本发明较佳实施例中的反应器包括外筒10、反应筐30、第一换热结构50和第二换热结构60。反应筐30设于外筒10内，用于填充催化剂，且反应筐30包括第一换热区域和第二换热区域。第一换热结构50设于第一换热区域，第二换热结构60设于第二换热区域。具体在本实施例中，第一换热区域较第二换热区域更靠近反应筐30的中心。在其他实施例中，第一换热区域也可设置为较第二换热区域更远离反应筐30的中心。工作时，经过第一换热结构50将冷却水吸热变成汽水混合物，汽水混合物分离出饱和蒸汽，饱和蒸汽再进入第二换热结构60，吸热后变成过热蒸汽。当然，也可以经过第二换热结构60将冷却水吸热变成汽水混合物，汽水混合物分离出饱和蒸汽，饱和蒸汽再进入第一换热结构50，吸热后变成过热蒸汽。
通过在反应器的反应筐30内设置第一换热结构50和第二换热结构60，分两次进行换热后得到过热蒸汽，满足工业生产的需求，大大提高了能量的回收利用率。
下面以采用第一换热结构50将冷却水变成汽水混合物，第二换热结构60将饱和蒸汽变成过热蒸汽的方案为例对本发明的实施例加以具体说明。
在本实施例中，第一换热结构50包括第一口和第二口，第二换热结构60包括第三口和第四口，且第二口与第三口间接连通。具体地，第一口为进水口，第二口为第一换热结构50的出气口，第三口为第二换热结构60的进气口，第四口为第二换热结构60的出气口，从出气口出来的为汽水混合物，其可分离出饱和蒸汽，饱和蒸汽从第三口进入第二换热结构60，并变为过热蒸汽从第四口输出。
在本实施例中，反应器还包括汽包90，外筒10上设有内腔101、水室102、第一蒸汽室104和汽水混合室105，反应筐30设于内腔101内，水室102与第一换热结构50的第一口连通，汽水混合室105与第一换热结构50的第二口连通，汽包90连通于汽水混合室105，汽包90还与第二换热结构60的第三口连通，以将汽包90内分离的饱和蒸汽输入第二换热结构60。
在本实施例中，外筒10内设有上管板107和下管板108，第一蒸汽室104和汽水混合室105位于上板管107和下管板108之间，水室102位于上管板107远离下管板108的一侧，内腔101位于下管板108远离上管板107的一侧。具体地，第一蒸汽室104和汽水混合室105通过分别连接于上管板107和下管板108的第一隔板109分隔。
在本实施例中，外筒10内还设有第二蒸汽室110，第二蒸汽室110与第二换热结构60的第三口连通。具体地，第二蒸汽室110位于上管板107远离下管板108的一侧，且第二蒸汽室110和水室102通过第二隔板111分隔开。
具体地，汽包90和汽水混合室105通过排气管112连通，以将汽水混合室105的汽水混合物输入汽包90。
具体地，第二蒸汽室110通过蒸汽导管113与汽包90连通，以将饱和蒸汽从汽包90导入第二蒸汽室110。
在本实施例中，第一换热结构50包括外套管502和内套管504，内套管504位于外套管502内，第一口设于内套管504的顶部，第二口设于外套管502的顶部，内套管504的底部伸入外套管502的底部并与外套管502连通。具体地，外套管502的顶端固定于下管板108，底端自由设置，使外套管502呈悬挂状；内套管504的顶端固定于上管板107，底端自由设置，使内套管504呈悬挂状。由于外套管502和/或内套管504为悬挂状，因此，当反应器内温度发生变化时，外套管502和/或受温度变化，发生热胀冷缩，长度发生变化，由于顶端固定，底端自由，变化的长度可以沿轴向在底端自由伸缩，释放温差应力，不会对上端与上管板107和/或下管板108的焊缝产生拉伸或者压缩的外力，从根本上解决了传统管束式换热管受催化剂限制在轴向方向不能自由伸缩造成拉裂破坏换热管的隐患。
在本实施例中，第二换热结构60包括U形管，U形管的弯折处伸入反应筐30的底部，第三口和第四口分别设于U形管的两端。具体地，U形管的两端分别固定于上管板107和下管板108，U形管的弯折处自由设置，使U形管呈悬挂状。由于U形管呈悬挂状，和内套管504以及外套管502类似，U形管也不会对上端与上管板107和/或下管板108的焊缝产生拉伸或者压缩的外力，从根本上解决了传统管束式换热管受催化剂限制在轴向方向不能自由伸缩造成拉裂破坏换热管的隐患。
可以理解，第一换热结构50和/或第二换热结构60可采用其他结构形式的换热结构，不限于上述内外套管和U形管的结构形式。第一换热结构50和第二换热结构60也可以采用相同的结构形式，只需是采用的两套分离的水循环***，使冷却水在经其中一个换热结构吸热后变成可分离出饱和蒸汽的汽水混合物，再经其中另一个换热结构吸热变成过热蒸汽即可。
在本实施例中，反应器还包括第一通气管801和第二通气管803，第一通气管801连通反应筐30的内部，第二通气管803连通外筒10和反应筐30之间的间隙，第一通气管801和第二通气管803之一用于导入未经反应的反应气，另一个用于导出经反应的反应气。具体在其中一个实施例中，未经反应的反应气通过第二通气管803进入外筒10和反应筐30之间的间隙，然后进入反应筐30，在反应筐30内反应后，反应气进入第一通气管801，最后从第一通气管801的端部输出反应器外。当然，在另一实施例中，未经反应的反应气通过第一通气管801进入第一通气管801，然后经过第一通气管801的侧壁进入反应筐30，在反应筐30内反应后，反应气进入外筒10和反应筐30之间的间隙，最后从第二通气管801的端部输出反应器外。
在本实施例中，外筒10上还设有连通反应筐30内部与外筒10外部的卸料管804，以便于卸除反应筐30内的催化剂。
利用上述反应器，220～240℃的未反应气可从第二通气管803进入外筒10和反应筐30之间的间隙，然后经反应筐30侧壁的通气孔进入反应筐30，在反应筐30内反应后，反应气经第一通气管801的侧壁的通气孔进入第一通气管801，最后从第一通气管801的端部输出反应器外；在此过程中，汽包90内的冷却水可进入水室102，再经第一换热结构50的内套管504的第一口进入内套管504，然后从内套管504的底部进入外套管502，内套管504和外套管502内的冷却水吸收了上述反应产生的热量变为汽水混合物后从第一换热结构50的第二口排出至汽水混合室105，然后经排气管112进入汽包90，汽水混合物在汽包90内分离出饱和蒸汽，饱和蒸汽经过蒸汽导管113进入第二蒸汽室110，接着经第二换热结构60的第三口进入U形管，U形管内饱和蒸汽吸收了上述反应产生的热量变为过热蒸汽后从第四口进入第一蒸汽室104，最后排出至其他设备加以利用。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种反应器，其特征在于，包括外筒(10)、反应筐(30)、第一换热结构(50)和第二换热结构(60)，所述反应筐(30)设于所述外筒(10)内，且所述反应筐(30)包括第一换热区域和第二换热区域，所述第一换热结构(50)设于所述第一换热区域，所述第二换热结构(60)设于所述第二换热区域。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述第一换热区域较所述第二换热区域更靠近所述反应筐(30)的中心。
3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述第一换热结构(50)包括第一口和第二口，所述第二换热结构(60)包括第三口和第四口，且所述第二口与所述第三口间接连通。
4.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述反应器还包括汽包(90)，所述外筒(10)上设有内腔(101)、水室(102)、第一蒸汽室(104)和汽水混合室(105)，所述反应筐(30)设于所述内腔(101)内，所述水室(102)与所述第一换热结构(50)的所述第一口连通，所述汽水混合室(105)与所述第一换热结构(50)的所述第二口连通，所述汽包(90)连通于所述汽水混合室(105)，所述汽包(90)还与所述第二换热结构(60)的所述第三口连通，以将所述汽包(90)内分离的饱和蒸汽输入所述第二换热结构(60)。
5.根据权利要求4所述的反应器，其特征在于，所述外筒(10)内设有上管板(107)和下管板(108)，所述第一蒸汽室(104)和所述汽水混合室(105)位于所述上板管(107)和所述下管板(108)之间，所述水室(102)位于所述上管板(107)远离所述下管板(108)的一侧，所述内腔(101)位于所述下管板(108)远离所述上管板(107)的一侧。
6.根据权利要求5所述的反应器，其特征在于，所述外筒(10)内还设有第二蒸汽室(110)，所述第二蒸汽室(110)与所述第二换热结构(60)的所述第三口连通。
7.根据权利要求6所述的反应器，其特征在于，所述第二蒸汽室(110)位于所述上管板(107)远离所述下管板(108)的一侧，且所述第二蒸汽室(110)和所述水室(102)通过第二隔板(111)分隔开。
8.根据权利要求5所述的反应器，其特征在于，所述第一换热结构(50)包括外套管(502)和内套管(504)，所述内套管(504)位于所述外套管(502)内，所述第一口设于所述内套管(504)的顶部，所述第二口设于所述外套管(502)的顶部，所述内套管(504)的底部伸入所述外套管(502)的底部并与所述外套管(502)连通。
9.根据权利要求8所述的反应器，其特征在于，所述外套管(502)的顶端固定于所述下管板(108)，底端自由设置，使所述外套管(502)呈悬挂状；所述内套管(504)的顶端固定于所述上管板(107)，底端自由设置，使所述内套管(504)呈悬挂状。
10.根据权利要求5所述的反应器，其特征在于，所述第二换热结构(60)包括U形管，所述U形管的弯折处伸入反应筐(30)的底部，所述第三口和所述第四口分别设于所述U形管的两端。
11.根据权利要求10所述的反应器，其特征在于，所述U形管的两端分别固定于所述上管板(107)和所述下管板(108)，所述U形管的弯折处自由设置，使所述U形管呈悬挂状。
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