本發(fā)明屬化學(xué)反應(yīng)器領(lǐng)域，具體涉及一種低壓介質(zhì)循環(huán)移熱控溫的反應(yīng)器系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

工業(yè)上經(jīng)常使用水冷、氣冷的反應(yīng)器，用于某些放熱反應(yīng)，以便控制催化劑床層溫度。

控制反應(yīng)器不超溫的主要目的，一是有些反應(yīng)是可逆反應(yīng)，溫度過高會(huì)降低反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和目標(biāo)產(chǎn)物的收率，二是減少高溫時(shí)的副反應(yīng)，提高目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性，三是延長(zhǎng)催化劑的使用壽命或再生周期。

有的方法采用內(nèi)設(shè)盤管或列管的固定床反應(yīng)器，通過冷卻或換熱介質(zhì)控制催化劑床層溫度分布和反應(yīng)條件，換熱介質(zhì)可用反應(yīng)原料、高壓水或熔鹽，列管式反應(yīng)器中催化劑可以裝在列管內(nèi)或列管間?，F(xiàn)有這類反應(yīng)器的主要問題包括催化劑床層溫升、溫差和局部熱點(diǎn)的控制仍有難度而影響催化反應(yīng)效果、催化劑使用壽命的問題，以及催化劑經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)使用需要更換時(shí)，受換熱控溫構(gòu)件形狀、位置的限制或阻礙難于卸出的問題。

cn201510698217.9公開了一種水冷徑向反應(yīng)器，包括外筒、裝填催化劑的徑向反應(yīng)筐、水冷系統(tǒng)、中心管、水室、汽室和裝卸料結(jié)構(gòu)，所述徑向反應(yīng)筐位于所述外筒內(nèi)，且所述徑向反應(yīng)筐和所述外筒之間形成間隙，所述水冷系統(tǒng)包括伸入所述徑向反應(yīng)筐的水冷管，所述水冷管分別與所述水室和所述汽室連通，所述中心管伸入所述徑向反應(yīng)筐內(nèi)，且部分穿過所述徑向反應(yīng)筐并伸出所述外筒外；所述水冷反應(yīng)器還包括間隔設(shè)置于所述外筒內(nèi)的下管板和上管板，所述上管板與所述外筒的一端間隔一定距離，并在所述外筒一端與所述上管板之間形成所述水室和所述汽室之一，所述下管板和所述上管板之間形成所述水室和所述汽室之另一，所述下管板為弧形管板。該水冷徑向反應(yīng)器，用于反應(yīng)溫度不太高如250℃左右或以下時(shí)，可較好的控制催化劑床層的溫度條件，均溫段床層的溫差較小，當(dāng)催化劑床層之下裝填瓷球時(shí)，催化劑更換時(shí)較易卸出。但受水蒸汽壓力的限制，該反應(yīng)器用于反應(yīng)溫度250℃以上時(shí)，水冷系統(tǒng)及水室、汽室的蒸汽壓力就太高，導(dǎo)致反應(yīng)器的壓力等級(jí)、制造成本過高，在有些用途時(shí)的安全性也存在較大風(fēng)險(xiǎn)，限制了其應(yīng)用；另外，該反應(yīng)器中催化劑床層的溫度設(shè)計(jì)目的是均溫，反應(yīng)料進(jìn)口段之后的床層盡可能達(dá)到較小溫差，因而不適于某些反應(yīng)料出口段需要適當(dāng)升溫而又不超溫的放熱反應(yīng)過程中，或者某些沿反應(yīng)料流向需要逐漸升溫而又不超溫的放熱反應(yīng)過程中。

下表1是140-330℃主要溫度條件下水的飽和蒸汽壓情況。

表1

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技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種低壓介質(zhì)循環(huán)移熱控溫的反應(yīng)器系統(tǒng)，主要包括催化反應(yīng)器主體、移熱控溫系統(tǒng)；

所述催化反應(yīng)器主體為垂直移熱套管反應(yīng)器，其中，反應(yīng)器的頂部設(shè)置移熱介質(zhì)分布室和回流室，吸熱前的低溫移熱介質(zhì)經(jīng)移熱介質(zhì)進(jìn)口進(jìn)入移熱介質(zhì)分布室，分布并向下流入套管內(nèi)外管間的空隙，分布室之上為移熱介質(zhì)回流室，吸熱后的移熱介質(zhì)從套管的內(nèi)管向上流入回流室；所述垂直套管由內(nèi)管和外管嵌套而成，內(nèi)管上端開口于移熱介質(zhì)回流室底板，外管上端開口于移熱介質(zhì)分布底板，套管向下延伸進(jìn)入催化劑床層，直至催化劑床層底部或床層之下，外管下端封口，內(nèi)管下端延伸至外管下端封口之上并開口，移熱套管的尺寸、數(shù)量、分布和換熱面積能夠保證移熱控溫能力；催化劑床層中反應(yīng)料的流向?yàn)檠卮怪碧坠茌S線方向的上進(jìn)下出，反應(yīng)器設(shè)置所需的進(jìn)出氣接口；反應(yīng)器頂部或側(cè)上部設(shè)置一個(gè)或多個(gè)催化劑裝填口，從反應(yīng)器底部設(shè)置一個(gè)或多個(gè)催化劑卸劑口；

所述移熱控溫系統(tǒng)，除了反應(yīng)器頂部的移熱介質(zhì)分布室、回流室及向下延伸進(jìn)入催化劑床層的套管，還包括設(shè)置在移熱介質(zhì)分布室和/或回流室內(nèi)，和/或反應(yīng)器外的移熱介質(zhì)循環(huán)、控制組件及換熱器，并通過常壓或低壓移熱介質(zhì)進(jìn)行循環(huán)移熱控溫。

本發(fā)明中，移熱控溫系統(tǒng)所用換熱介質(zhì)包括導(dǎo)熱油、熔鹽，用泵打循環(huán)，壓力為常壓或低壓，可在150-600℃溫度范圍內(nèi)，可根據(jù)需要較好地控制反應(yīng)器催化劑床層的溫度條件；導(dǎo)熱油一般用于150-400℃范圍的溫度控制，可用工作溫度250-350℃的不同品種；熔鹽用于350-600℃范圍的溫度控制，其中400-600℃范圍可采用如53%硝酸鉀、40%亞硝酸鈉、7%硝酸鈉的三元低共熔混合熔鹽，350-500℃范圍可采用如硝酸鋰或含硝酸鋰的混合熔鹽。導(dǎo)熱油、熔鹽循環(huán)過程中，可經(jīng)高溫?fù)Q熱器略微降溫移走熱量，用于預(yù)熱反應(yīng)原料或副產(chǎn)高壓蒸汽利用。導(dǎo)熱油、熔鹽可通過高溫循環(huán)泵大量循環(huán)，也可通過如文丘里式抽吸混合器之類的組件，以小流量導(dǎo)熱油、熔鹽不降溫或適當(dāng)降溫后經(jīng)泵打壓作為文丘里式抽吸混合器的動(dòng)力而將大部分導(dǎo)熱油、熔鹽直接循環(huán)，后法的優(yōu)點(diǎn)是達(dá)到相同的控溫效果，只需要小流量的導(dǎo)熱油泵、熔鹽泵，或者可用一個(gè)小流量的導(dǎo)熱油泵、熔鹽泵實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱油、熔鹽分布室、回流室所需較大的導(dǎo)熱油、熔鹽循環(huán)量，因?yàn)閷?dǎo)熱油泵、熔鹽泵容易打壓。

本發(fā)明中，移熱控溫系統(tǒng)還可用常壓或低壓且危險(xiǎn)程度較低的惰性氣如氮?dú)?、二氧化碳、過熱水蒸汽或其混合氣作為換熱介質(zhì)循環(huán)移熱控溫，此時(shí)催化反應(yīng)器主體只需要具備較低的壓力等級(jí)，造價(jià)和安全風(fēng)險(xiǎn)都較低。其中氮?dú)?、二氧化碳、過熱水蒸汽或其混合氣可通過高溫循環(huán)機(jī)大量循環(huán)，也可通過如文丘里式抽氣混合器之類的組件，以小流量循環(huán)氣不降溫或適當(dāng)降溫后增壓作為文丘里式抽氣混合器的動(dòng)力而大部分高溫氣直接循環(huán)，后法的優(yōu)點(diǎn)是達(dá)到相同的控溫效果，只需要小流量、大壓頭的循環(huán)機(jī)，或者可用一個(gè)小流量、大壓頭的循環(huán)機(jī)實(shí)現(xiàn)氣體分布室、回流室間所需較大的氣體循環(huán)量；循環(huán)氣可經(jīng)高溫?fù)Q熱器略微降溫移走熱量，用于預(yù)熱反應(yīng)原料或副產(chǎn)高壓蒸汽利用。

當(dāng)移熱控溫系統(tǒng)使用常壓或低壓的過熱水蒸汽作為換熱介質(zhì)時(shí)，在反應(yīng)器頂部的移熱介質(zhì)分布室和回流室及套管中為循環(huán)的過熱水蒸汽，反應(yīng)器外可設(shè)置水泵、水流量控制調(diào)節(jié)閥、將回流室出口高溫蒸汽同時(shí)實(shí)現(xiàn)降溫和/或冷凝以及泵出口水的汽化和升溫的逆流換熱器、將逆流換熱器出口的冷凝水及可能存在的少量蒸汽進(jìn)一步冷凝降溫的低溫?fù)Q熱器、和/或高溫?fù)Q熱器，低溫?fù)Q熱器出口的低壓或無壓純水經(jīng)泵打加壓后通過調(diào)節(jié)閥控制水的流量，進(jìn)逆流換熱器換熱汽化為蒸汽并進(jìn)一步換熱升溫后作為過熱蒸汽移熱介質(zhì)，該方法易于實(shí)施，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠平穩(wěn)。

當(dāng)移熱控溫系統(tǒng)使用常壓或低壓的過熱水蒸汽作為換熱介質(zhì)時(shí)，如果認(rèn)為過熱蒸汽全部經(jīng)過冷凝、泵打和重新汽化需要較高換熱面積和制造成本的逆流換熱器，也可以采用文丘里式抽氣混合器實(shí)現(xiàn)大量過熱蒸汽移熱介質(zhì)的循環(huán)，只需將少部分過熱蒸汽降溫冷凝，經(jīng)泵打再換熱汽化形成適當(dāng)壓頭，作為文丘里式抽氣混合器推動(dòng)大部分過熱蒸汽循環(huán)的動(dòng)力，此過程中僅以小流量的過熱蒸汽經(jīng)高溫逆流換熱器降溫冷凝、再經(jīng)低溫?fù)Q熱器降低到適當(dāng)穩(wěn)度、泵打加壓并控制水流量，回高溫逆流換熱器汽化、升溫后作為文丘里式抽氣混合器的動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)其余過熱蒸汽移熱介質(zhì)的大量循環(huán)。還可以不通過泵打冷凝水而直接使用管網(wǎng)的加壓的純水或去離子水，在換熱器中利用少部分過熱蒸汽的熱量將適當(dāng)流量的加壓水換熱汽化形成適當(dāng)壓頭的帶壓蒸汽，用一部分帶壓蒸汽作為文丘里式抽汽混合器推動(dòng)大部分過熱蒸汽循環(huán)的動(dòng)力，多余的帶壓蒸汽外供或進(jìn)入蒸汽管網(wǎng)，外供或進(jìn)入蒸汽管網(wǎng)的多余帶壓蒸汽所含熱量即為煤層氣脫氧反應(yīng)放熱的一部分。

當(dāng)移熱控溫系統(tǒng)使用常壓或低壓的過熱水蒸汽作為換熱介質(zhì)時(shí)，大量循環(huán)的高溫過熱蒸汽移熱介質(zhì)也可先經(jīng)降溫?fù)Q熱器移走部分熱量略微降溫，同時(shí)副產(chǎn)低壓至高壓的蒸汽，之后再進(jìn)逆流換熱器。逆流換熱器蒸汽冷凝水經(jīng)低溫?fù)Q熱器進(jìn)一步降溫的目的是便于泵打形成適當(dāng)壓頭。

本發(fā)明中，移熱控溫系統(tǒng)采用常壓或低壓的換熱介質(zhì)如導(dǎo)熱油、熔鹽、氮?dú)狻⒍趸?，或過熱水蒸汽進(jìn)行循環(huán)移熱控溫過程中，優(yōu)選采用略低于催化劑床層主控溫度的移熱介質(zhì)溫度；當(dāng)催化劑床層中反應(yīng)料的流向?yàn)檠卮怪碧坠茌S線方向的上進(jìn)下出時(shí)，套管外反應(yīng)料的流向與內(nèi)外套管間隙的移熱介質(zhì)流向相同，通過適當(dāng)控制分布室、回流室移熱介質(zhì)的溫差和循環(huán)流量，反應(yīng)放熱和移熱控溫的平衡可使催化劑床層及套管內(nèi)外管間隙向下流動(dòng)的移熱介質(zhì)自上而下都逐漸升溫，除了實(shí)現(xiàn)催化劑床層沿反應(yīng)料流動(dòng)方向逐漸升溫度的目標(biāo)，還可控制不同床層高度時(shí)放熱反應(yīng)的進(jìn)程與溫升。反應(yīng)料進(jìn)料溫度也是主要的控制參數(shù)，通常放熱反應(yīng)的進(jìn)料溫度低于催化劑床層的主控溫度，以便降低預(yù)熱要求，避免反應(yīng)料濃度較高或高活性成分濃度較高時(shí)的快速、劇烈反應(yīng)導(dǎo)致溫升過大及副反應(yīng)，從而使反應(yīng)平穩(wěn)展開并利用放出熱使反應(yīng)料流升溫；采用較低的反應(yīng)料入口溫度，還可避免可采用高溫進(jìn)料時(shí)器外反應(yīng)劇烈失控的風(fēng)險(xiǎn)，提高工藝過程的安全性。

移熱套管中內(nèi)管和外管中流向相反的移熱介質(zhì)也通過內(nèi)管壁進(jìn)行熱交換，這會(huì)縮小催化劑床層段外管中自上而下的移熱介質(zhì)溫差，會(huì)降低催化劑床層的溫差，但由于套管的壁厚不大且采用高導(dǎo)熱能力的金屬材料，內(nèi)外管中介質(zhì)的溫度從上到下都是逐漸升高的，因而對(duì)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)可控的催化劑床層差異化溫度分布的目的影響不大，通過控制、調(diào)整反應(yīng)料進(jìn)料溫度及分布室、回流室移熱介質(zhì)的溫差和循環(huán)流量可基本消除其影響。

本發(fā)明中，由于反應(yīng)料的流向?yàn)檠卮怪碧坠茌S線方向的上進(jìn)下出，催化劑床層中每一根套管都可以同時(shí)發(fā)揮控溫作用，催化劑床層不同高度水平方向的溫差較小。

本發(fā)明中，所述垂直移熱套管深入催化劑床層的高度0.5-20m，管間距0.02-0.10m，換熱面積5-100m²/m³催化劑。催化劑床層的底部，可用孔板篩網(wǎng)層疊支撐，也可以從反應(yīng)器底部開始由大至小裝填惰性瓷球進(jìn)行支撐，其中后一結(jié)構(gòu)便于催化劑更換時(shí)的卸出。優(yōu)選惰性瓷球裝填的上平面高于套管的下端平面，以防止催化劑床層下部發(fā)生超溫、飛溫，以及隨溫度、壓力的變動(dòng)套管長(zhǎng)度發(fā)生變化時(shí)避免套管下端壓碎催化劑或致使套管受損，因?yàn)榇汕虮砻婀饣?、?qiáng)度高，在緊密堆積時(shí)仍具有遠(yuǎn)優(yōu)于球形、條形及異形催化劑的移動(dòng)能力，可為套管的向下伸長(zhǎng)提供空間；套管下端的封頭為球形、橢球型或錐形較好。

催化劑裝填管的位置分布、直徑尺寸以及與換熱套管的相對(duì)位置應(yīng)適當(dāng)設(shè)置，避免影響臨近換熱套管的間距，保證催化劑裝填管下方的催化劑床層溫度符合要求。催化劑裝填管上端可延伸到移熱介質(zhì)回流室的底板或頂壁之上，或催化劑床層側(cè)上部的反應(yīng)器外壁。

本發(fā)明中，所述垂直移熱套管催化反應(yīng)器主體，經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)套管泄漏后，可在停車檢修期間將發(fā)生泄漏的套管注入耐溫堵漏劑堵死或?qū)⑿孤┝拷档胶艿偷某潭?。由于套管?shù)量很多，通常幾百根以上，且互不影響，封堵少數(shù)幾根對(duì)控溫效果的影響不大。

本發(fā)明中，所述垂直移熱套管催化反應(yīng)器，當(dāng)入口料反應(yīng)物濃度較高時(shí)，可將出口料以適當(dāng)?shù)难h(huán)比返回稀釋入口料的反應(yīng)物濃度，從而對(duì)催化劑床層的反應(yīng)情況和溫度分布進(jìn)行適當(dāng)控制，以實(shí)現(xiàn)安全平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)并達(dá)到更好的反應(yīng)效果。但由于較好地控制了催化劑床層溫度，所用循環(huán)比不需要精確控制，也不需要很大。液體料可通過泵打回循環(huán)稀釋，氣體料的循環(huán)返回及混合可通過文丘里抽氣混合器進(jìn)行，利用原料氣的壓頭作動(dòng)力。還設(shè)置原料的預(yù)熱降溫?fù)Q熱器，將反應(yīng)器入口的反應(yīng)原料預(yù)熱、出口的反應(yīng)產(chǎn)物冷卻。

本發(fā)明的低壓介質(zhì)循環(huán)移熱控溫的反應(yīng)器系統(tǒng)，通過采用所述垂直移熱套管催化反應(yīng)器和接近于催化劑床層溫度的常壓或低壓導(dǎo)熱油、熔鹽、氮?dú)?、二氧化碳、過熱水蒸汽作為換熱介質(zhì)循環(huán)移熱控溫，能夠較好、較方便靈活地控制催化劑床層的溫度情況，形成反應(yīng)所需的自上而下逐漸升溫的差異化溫度分布，還可消除反應(yīng)熱點(diǎn)，避免發(fā)生超溫、飛溫等異常情況，反應(yīng)平穩(wěn)易控，運(yùn)轉(zhuǎn)安全，達(dá)到更高的反應(yīng)效果，催化劑壽命較長(zhǎng)，催化劑更換時(shí)較易從反應(yīng)器底部卸出，一根或少數(shù)幾根換熱管泄漏時(shí)可通過注入堵漏劑封堵且對(duì)床層控溫影響不大；用于某些放熱溫升很大易失控的反應(yīng)、高溫副反應(yīng)較多的過程，如含氧煤層氣的脫氧反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和目標(biāo)產(chǎn)物的收率都比較高，高溫副反應(yīng)產(chǎn)物減少，目標(biāo)反應(yīng)的選擇性較高，同樣產(chǎn)能時(shí)催化劑用量及反應(yīng)器體積可降低很多，相同的催化劑裝填量可應(yīng)付更大的進(jìn)料量并保證反應(yīng)效果即允許更高的反應(yīng)負(fù)荷，還具有較寬的操作彈性，催化劑使用壽命可明顯延長(zhǎng)。

附圖說明

圖1，移熱介質(zhì)全部泵打?qū)崿F(xiàn)循環(huán)的低壓介質(zhì)循環(huán)移熱控溫的反應(yīng)器系統(tǒng)示意圖。

圖2，移熱介質(zhì)少部分泵打并通過文丘里抽吸混合器實(shí)現(xiàn)循環(huán)的低壓介質(zhì)循環(huán)移熱控溫的反應(yīng)器系統(tǒng)示意圖。

圖3，以過熱水蒸汽為換熱介質(zhì)并全部冷凝、泵打、汽化實(shí)現(xiàn)循環(huán)的低壓介質(zhì)循環(huán)移熱控溫的反應(yīng)器系統(tǒng)示意圖。

圖4-6，以過熱水蒸汽為換熱介質(zhì)、少部分泵打并通過文丘里抽吸混合器實(shí)現(xiàn)循環(huán)的低壓介質(zhì)循環(huán)移熱控溫的反應(yīng)器系統(tǒng)示意圖。

圖7，反應(yīng)出口料返回稀釋、以過熱水蒸汽為換熱介質(zhì)并少部分泵打并通過文丘里抽吸混合器實(shí)現(xiàn)循環(huán)的低壓介質(zhì)循環(huán)移熱控溫的反應(yīng)器系統(tǒng)示意圖。

圖8，反應(yīng)料上進(jìn)下出的催化反應(yīng)器主體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖例：1反應(yīng)器殼體，2催化劑反應(yīng)床層，3催化劑裝填管，4移熱介質(zhì)回流室，5換熱套管內(nèi)管，6換熱套管外管，7底板，9垂直移熱套管，11支撐瓷球，12分布室移熱介質(zhì)入口，13回流室移熱介質(zhì)出口，14催化劑卸劑口，15反應(yīng)料出入口，21移熱介質(zhì)分布室。

具體實(shí)施方式

以下以一套含氧煤層氣脫氧反應(yīng)試驗(yàn)裝置為例，對(duì)本發(fā)明低壓介質(zhì)循環(huán)移熱控溫反應(yīng)器系統(tǒng)的應(yīng)用及效果情況，進(jìn)行具體說明，催化劑床層中反應(yīng)料的流向?yàn)檠卮怪碧坠茌S線方向的上進(jìn)下出。

實(shí)施例1

如附圖2所示的含氧煤層氣的脫氧反應(yīng)試驗(yàn)裝置，主要包括催化反應(yīng)器主體和移熱控溫系統(tǒng)；

催化反應(yīng)器主體如附圖6所示包括殼體1、軸向結(jié)構(gòu)的催化劑反應(yīng)床層2和進(jìn)出料口15、催化劑裝填管3、催化劑卸劑口14，催化劑床層下部裝填瓷球11支撐；頂部設(shè)置移熱介質(zhì)回流室4和分布室21，吸熱前的低溫移熱介質(zhì)經(jīng)移熱介質(zhì)進(jìn)口進(jìn)入移熱介質(zhì)分布室21，分布并向下流入套管10的外管6與內(nèi)管5間的空隙，分布室之上為移熱介質(zhì)回流室4，移熱介質(zhì)在套管內(nèi)外管間的空隙向下流動(dòng)并吸熱后從外觀下端折流進(jìn)入內(nèi)管向上流入回流室4；所述垂直套管10由內(nèi)管5和外管6嵌套而成，內(nèi)管5上端開口于移熱介質(zhì)回流室底板7，外管6上端開口于移熱介質(zhì)分布室底板7，套管向下延伸進(jìn)入催化劑床層，直至催化劑床層的底部，外管下端封口，內(nèi)管下端延伸至外管下端封口之上并開口；

反應(yīng)器中催化劑床層的高度2.25m；移熱套管的間距28.5mm，套管內(nèi)管φ22x1mm，外管φ38x3mm，套管根數(shù)360，換熱面積98m³，移熱介質(zhì)分布室高度350mm；反應(yīng)器直徑φ1500mm，總高4500mm；煤層氣進(jìn)出脫氧反應(yīng)器前后設(shè)置逆流加熱含氧煤層氣原料和冷卻脫氧煤層氣的預(yù)熱降溫?fù)Q熱器（換熱面積100m²）；套管間裝填φ3mm耐硫型燃燒脫氧催化劑2.7m³，主要活性組分為錳銅氧化物，底部裝填φ6mm惰性瓷球0.15m³作支撐；反應(yīng)原料氣、出口氣的o2濃度及其它成分，定時(shí)取樣分析，檢測(cè)預(yù)熱降溫?fù)Q熱器前煤層氣的含硫化合物主要是h2s，折為h2s≤20ppm；

所述移熱控溫系統(tǒng)，除了催化反應(yīng)器主體頂部的移熱介質(zhì)分布室和回流室及向下延伸進(jìn)入催化劑床層的套管，還包括設(shè)置在反應(yīng)器外的移熱介質(zhì)循環(huán)機(jī)或泵、測(cè)控組件及換熱器以及將移熱介質(zhì)進(jìn)行大量、高溫循環(huán)的文丘里抽吸混合器；移熱介質(zhì)由回流室出口13流出，一小部分經(jīng)換熱器降溫后進(jìn)循環(huán)機(jī)或泵推動(dòng)，進(jìn)文丘里抽吸混合器作為動(dòng)力將大部分末降溫的移熱介質(zhì)大量抽吸、混合，再經(jīng)入口12回分布室并分布流入套管的外管向下流，向下流至外管下端封口之上折流向上經(jīng)內(nèi)管匯入回流室，實(shí)現(xiàn)移熱介質(zhì)的循環(huán)和降溫；移熱介質(zhì)循環(huán)機(jī)或泵前設(shè)35m²換熱器，副產(chǎn)0.1-1.0mpa蒸汽。

利用該試驗(yàn)裝置，以氮?dú)鉃檠h(huán)移熱介質(zhì)，以高壓離心風(fēng)機(jī)打循環(huán)并為文丘里抽吸混合器提供動(dòng)力，進(jìn)行了多種工藝條件的運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，每種工藝條件各運(yùn)轉(zhuǎn)48h。各位置典型的循環(huán)氮?dú)?、煤層氣溫度、壓力、流量條件，以及煤層氣脫氧前后的主要組成情況，如下表2-4所列。試驗(yàn)過程中，通過穩(wěn)壓閥連接氮?dú)怃撈抗?，壓力超出時(shí)適當(dāng)排氣，將分布室的氮?dú)鈮毫刂圃?2kpa左右，風(fēng)機(jī)后氮?dú)饬髁客ㄟ^變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制，壓頭自動(dòng)形成。

表2

表3

表4

之后先后按照表3的條件連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10天、按照表4的條件連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10天，控制條件和反應(yīng)效果無明顯變化，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，控制調(diào)節(jié)方便，沒有發(fā)現(xiàn)超溫?zé)狳c(diǎn)，較為安全可靠。

對(duì)比例

在表4工藝條件的試驗(yàn)過程中逐漸降低的循環(huán)機(jī)后的氮?dú)饬髁浚瑒t分布室、回流室及催化劑床層溫度逐漸上升，出口氣co含量逐漸上升，當(dāng)床層最高溫度升至550℃時(shí)，出口氣co含量達(dá)到0.37%，反應(yīng)效果劣化，此時(shí)的主要工藝條件和反應(yīng)效果如表5所列。

表5

之后停進(jìn)煤層氣，氮?dú)饫^續(xù)打循環(huán)降低催化劑床層溫度，待催化劑床層最高溫度降至460℃時(shí)停止氮?dú)庋h(huán)降溫，切換為表2組成的煤層氣和較低的流量，進(jìn)行絕熱反應(yīng)試驗(yàn)，結(jié)果催化劑床層溫度迅速上升，出口氣co含量逐漸上升，當(dāng)床層最高溫度升至580℃時(shí)，出口氣co含量達(dá)到0.45%，反應(yīng)效果劣化，此時(shí)的主要工藝條件和反應(yīng)效果如表6所列。

表6

實(shí)施例2

完成上述試驗(yàn)后，拆除移熱介質(zhì)循環(huán)管路中的文丘里抽吸混合器和高壓離心風(fēng)機(jī)，設(shè)熔鹽循環(huán)泵，改為附圖1流程，改用53%硝酸鉀、40%亞硝酸鈉、7%硝酸鈉三元低共熔混合熔鹽作為移熱介質(zhì)，通過熔鹽泵打循環(huán)，通過換熱器副產(chǎn)蒸汽將循環(huán)熔鹽中的熱量帶走并降溫30℃左右，進(jìn)行了多種工藝條件的運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，每種工藝條件先各運(yùn)轉(zhuǎn)48h，煤層氣的溫度、壓力、流量條件及脫氧前后的主要組成情況，如下表7-9所列。試驗(yàn)過程中，通過控制回流室的熔鹽液位將回流室熔鹽壓力控制在5kpa左右，熔鹽泵流量通過閥門調(diào)節(jié)，分布室壓頭自動(dòng)形成。

表7

表8

表9

之后先后按照表8的條件連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10天、按照表9的條件連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10天，控制條件和反應(yīng)效果無明顯變化，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，控制調(diào)節(jié)方便，沒有發(fā)現(xiàn)超溫?zé)狳c(diǎn)，較為安全可靠。

在表9工藝的基礎(chǔ)上，在熔鹽循環(huán)管路中裝設(shè)一個(gè)文丘里抽吸混合器，回流室出口13流出熔鹽中的一小部分經(jīng)換熱器降溫后進(jìn)熔鹽泵推動(dòng)，利用熔鹽泵形成的壓頭作為動(dòng)力，將回流室出口13流出熔鹽中的大部分抽吸、混合后經(jīng)入口12進(jìn)分布室，主要工藝條件和脫氧效果情況如表10所列。

表10

在表10工藝的基礎(chǔ)上，加大煤層氣流量，并相應(yīng)提高熔鹽的壓頭，主要工藝條件和脫氧效果情況如表11所列。

表11

在表10工藝的基礎(chǔ)上，設(shè)置煤層氣文丘里抽氣混合器，利用原料氣的壓頭作動(dòng)力，將末降溫的部分脫氧煤層氣抽回，稀釋含氧煤層氣，主要工藝條件和脫氧效果情況如表12所列。

表12

以上試驗(yàn)過程中，煤層氣中的ch4和o2反應(yīng)基本上轉(zhuǎn)化為co2，在催化劑床層最高溫度520℃以下co≤0.10%，而在550℃以上co≥0.35%，說明催化劑床層溫度是影響co生成量的重要因素，反應(yīng)器的控溫能力和效果是減少co副產(chǎn)物含量的主要條件；檢測(cè)預(yù)熱降溫?fù)Q熱器前煤層氣的h2s≤20ppm，脫氧后僅含so2，以s計(jì)脫氧前后濃度基本一致，說明硫化物末被催化劑吸附截留，從兩個(gè)實(shí)施例各二十幾天的運(yùn)轉(zhuǎn)過程看，在各表工藝條件下，催化劑床層升溫段的溫度分布較為穩(wěn)定，說明少量的硫并末造成催化劑活性下降，催化劑具有一定的耐硫能力。在兩個(gè)實(shí)施例的表2-4、表7-12操作條件下的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，催化劑床層在垂直方向的溫度基本上是逐漸升高的。以上試驗(yàn)過程中，還通過控制煤層氣預(yù)熱降溫?fù)Q熱器外的保溫和散熱情況來輔助控制煤層氣的預(yù)熱情況，以達(dá)到所需的反應(yīng)器溫度。

試驗(yàn)完成后，打開反應(yīng)器底部的催化劑卸劑口，瓷球和催化劑很容易卸出，測(cè)催化劑含碳量≤0.10%，說明沒有發(fā)生造成催化劑活性下降的積碳問題。

從試驗(yàn)情況及卸出催化劑、瓷球的外管和顏色情況可知，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中沒有發(fā)生套管泄漏問題，但可以推測(cè)，即便發(fā)生焊點(diǎn)或焊縫的腐蝕泄漏，因?yàn)檫\(yùn)轉(zhuǎn)壓力較低，移熱介質(zhì)或煤層氣通過移熱套管發(fā)生泄漏所造成的危險(xiǎn)也較輕，經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)套管泄漏后，可在停車檢修期間將發(fā)生泄漏的套管注入耐溫堵漏劑堵死或?qū)⑿孤┝拷档胶艿偷某潭取Ｓ捎谔坠軘?shù)量很多且互不影響，間距較小，封堵少數(shù)幾根對(duì)整體移熱效果、對(duì)床層溫度的整體控制和反應(yīng)效果的影響不大。

以上試驗(yàn)中，所用催化劑為現(xiàn)有技術(shù)的通用燃燒催化劑，不是專門用于煤層氣脫氧的專用催化劑，若裝填進(jìn)一步改進(jìn)或性能更好的煤層氣脫氧催化劑，在本發(fā)明低壓介質(zhì)循環(huán)移熱控溫的反應(yīng)器系統(tǒng)條件下，有望獲得更好的反應(yīng)效果，比如脫氧率可進(jìn)一步提高，副產(chǎn)co的量可進(jìn)一步降低。