本實(shí)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(guó)民經(jīng)濟(jì)、人民生活、國(guó)防等領(lǐng)域。面對(duì)石油資源的不斷消耗短缺以及我國(guó)貧油多煤的國(guó)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(wèn)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(jìn)而替代石油，對(duì)進(jìn)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(guò)電石工藝或以天然氣為原料通過(guò)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(guò)加氫過(guò)程得到乙烯產(chǎn)品，可進(jìn)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(guò)程中浪費(fèi)了大量的能量，要么是對(duì)反應(yīng)管加熱不均，低溫的反應(yīng)氣體從進(jìn)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(chǎng)不均，對(duì)反應(yīng)的進(jìn)行都有負(fù)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(jìn)入到反應(yīng)完成溫度不均、反應(yīng)能量浪費(fèi)等問(wèn)題，需提出一種高效、節(jié)能的新的反應(yīng)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)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(jìn)入到反應(yīng)完成溫度不均、反應(yīng)管的溫度場(chǎng)不均、反應(yīng)過(guò)程中能量浪費(fèi)的問(wèn)題。

本實(shí)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(guò)管道連接換向閥，所述換向閥分別連接助燃空氣進(jìn)口和燃燒氣體出口，用于在第一換向狀態(tài)時(shí)使得所述助燃空氣進(jìn)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(jìn)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(shí)使得所述助燃空氣進(jìn)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(jìn)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(jìn)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(jìn)一步地，所述換向閥的助燃空氣進(jìn)口連接有引風(fēng)機(jī)。

進(jìn)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(duì)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(jìn)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(shí)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(shí)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(guò)換熱器進(jìn)行預(yù)熱，有利于反應(yīng)器中反應(yīng)的進(jìn)行，使得反應(yīng)氣體從進(jìn)入反應(yīng)器到完成反應(yīng)溫度變化不會(huì)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(wèn)題，極大地提高了反應(yīng)效率。

本實(shí)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(shí)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(shí)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(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)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(shí)用新型實(shí)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(shí)施方式

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

本實(shí)用新型的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)反應(yīng)氣體從進(jìn)入到反應(yīng)完成溫度不均、反應(yīng)管的溫度場(chǎng)不均、反應(yīng)過(guò)程中能量浪費(fèi)等問(wèn)題。

本實(shí)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(guò)管道連接換向閥7，換向閥7又分別連接助燃空氣進(jìn)口和燃燒氣體出口，用于在一種換向狀態(tài)時(shí)使得助燃空氣進(jìn)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(shí)使得助燃空氣進(jìn)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(guò)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(gè)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(jī)8，用于抽吸助燃空氣。

左蓄熱室和右蓄熱室分別通過(guò)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(jìn)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(gè)燒嘴2都有單獨(dú)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(guò)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(guò)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(duì)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(shí)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(guò)蓄熱室內(nèi)的列管換熱器3后，再?gòu)淖笮顭崾液陀倚顭崾业臍怏w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(shí)用新型的蓄熱列管式反應(yīng)系統(tǒng)工作時(shí)，如圖1所示，引風(fēng)機(jī)8將空氣引入到助燃空氣管道，經(jīng)過(guò)換向閥7進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(guò)另一個(gè)燒嘴2進(jìn)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(chǔ)存在蓄熱體中。換熱后的煙氣再經(jīng)過(guò)換向閥7，離開界區(qū)。

同時(shí)，反應(yīng)氣體(乙炔、甲烷、一氧化碳和氫氣)通過(guò)反應(yīng)管道進(jìn)入到第一側(cè)的蓄熱室；在該蓄熱室中與蓄熱體換熱后，進(jìn)入到列管反應(yīng)器6內(nèi)進(jìn)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?yàn)榇朔N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(jì)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(shí)間后，換向閥7切換方向，空氣從另一側(cè)蓄熱室進(jìn)入燒嘴2燃燒，經(jīng)過(guò)燃燒室，再進(jìn)入第一側(cè)蓄熱室，最后經(jīng)過(guò)換向閥7離開界區(qū)。同時(shí)，反應(yīng)氣體也經(jīng)過(guò)另一側(cè)蓄熱室進(jìn)行換熱，再進(jìn)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(yùn)行，就可不斷使氣體反應(yīng)生成苯或乙烯等。

本實(shí)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(shí)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(guò)換熱器進(jìn)行預(yù)熱，有利于反應(yīng)器中反應(yīng)的進(jìn)行，使得反應(yīng)氣體從進(jìn)入反應(yīng)器到完成反應(yīng)溫度變化不會(huì)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(wèn)題，極大地提高了反應(yīng)效率。

本實(shí)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(shí)用新型助燃空氣與反應(yīng)氣體同時(shí)通過(guò)同一個(gè)蓄熱室進(jìn)行預(yù)熱，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，系統(tǒng)占用空間小。

實(shí)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(jī)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(duì)稱分布著兩個(gè)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(gè)燒嘴都有單獨(dú)的油氣管線，連接著一個(gè)單獨(dú)的蓄熱室；在每個(gè)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(jī)；反應(yīng)氣體從界區(qū)外進(jìn)入系統(tǒng)分為兩路，分別連接一個(gè)蓄熱室，再通過(guò)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(jī)、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(guò)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(guò)上述設(shè)備。

引風(fēng)機(jī)8將空氣引入到助燃空氣管道，經(jīng)過(guò)換向閥7進(jìn)入到1號(hào)蓄熱室，在1號(hào)蓄熱室內(nèi)助燃空氣被蓄熱材料加熱后，進(jìn)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(jìn)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(guò)另一個(gè)燒嘴2進(jìn)入到2號(hào)蓄熱室中；在2號(hào)蓄熱室中，蓄熱材料將燃燒后的煙氣中的余熱吸收，儲(chǔ)存在蓄熱體4中；換熱后的煙氣再經(jīng)過(guò)換向閥7，離開界區(qū)。

同時(shí)，反應(yīng)氣體(乙炔、甲烷、一氧化碳和氫氣)通過(guò)反應(yīng)管道進(jìn)入到1號(hào)蓄熱室；在1號(hào)蓄熱室中與蓄熱材料換熱后，進(jìn)入到列管反應(yīng)器6內(nèi)進(jìn)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(hào)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(hào)蓄熱室進(jìn)入燒嘴2燃燒，經(jīng)過(guò)燃燒室，再進(jìn)入1號(hào)蓄熱室，最后經(jīng)過(guò)換向閥7離開界區(qū)；同時(shí)，反應(yīng)氣體也經(jīng)過(guò)2號(hào)蓄熱室進(jìn)行換熱，再進(jìn)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(yùn)行。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)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(dòng)仍處于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之中。