氫氣脫氧的等溫列管式反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于氫氣脫氧的等溫列管式反應(yīng)器，該反應(yīng)器通過列管壁將反應(yīng)熱量傳遞給列管外冷卻劑，本發(fā)明還涉及反應(yīng)器傳熱列管的排列方法、流道布置。
【背景技術(shù)】
[0002]近一二十年來為有效利用富含氫氣的廢氣、弛放氣，以裝有鈀催化劑的絕熱式脫氧反應(yīng)器已得到廣泛應(yīng)用，該裝置是將脫氧反應(yīng)器和反應(yīng)冷卻器獨(dú)立設(shè)置，即把被處理的氣體和循環(huán)氣混合后，進(jìn)入絕熱反應(yīng)器，進(jìn)行脫氧反應(yīng)。反應(yīng)熱使反應(yīng)氣溫度升高，高溫的反應(yīng)氣再進(jìn)入冷卻器，冷卻后的反應(yīng)氣送至下工序。因氫氧混合氣O2含量在5?95.5%已進(jìn)入爆炸范圍，其最低爆炸溫度僅400°C，為保證生產(chǎn)安全，反應(yīng)氣應(yīng)遠(yuǎn)離爆炸區(qū)，並反應(yīng)器溫度不宜超過350°C，為此，必需將大量脫氧后的氫氣加壓回流至原料氣，既增加了運(yùn)行成本及投資，還降低了反應(yīng)熱的利用率。另外，冷卻器列管的排列方式都按正三角形或同心圓排列，管殼內(nèi)設(shè)置若干折流板，每處折流板都有流道死角，死角處傳熱系數(shù)極低，使傳熱面積增大，該工藝裝置的占地面積多，投資、運(yùn)行成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種氫氣脫氧的等溫列管式反應(yīng)器，該反應(yīng)器在大幅減少(甚至不用)循環(huán)氣的前提下，同時(shí)能控制反應(yīng)器溫度和反應(yīng)熱的合理利用，裝置的尺寸緊湊，傳熱系數(shù)高，實(shí)現(xiàn)流體有序流動。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明將傳統(tǒng)的絕熱反應(yīng)器改變?yōu)榧磻?yīng)、傳熱一體化的等溫反應(yīng)器，即在列管內(nèi)裝填催化劑進(jìn)行脫氧反應(yīng)，列管外進(jìn)入冷卻劑同步移走反應(yīng)熱，使脫氧反應(yīng)溫度有效控制在許可范圍內(nèi)。本發(fā)明反應(yīng)氣進(jìn)入上管板上的列管，放出熱量經(jīng)管壁迅速傳導(dǎo)給管外冷卻劑，反應(yīng)器內(nèi)各處溫度均衡、穩(wěn)定、可控。冷卻劑進(jìn)入管外的外壁環(huán)形套，從壁孔進(jìn)入漸開線流道外緣流至中央管，再折流進(jìn)入中間殼程，由內(nèi)流至外緣匯集管后離開反應(yīng)器，熱量可作它用。冷卻后的反應(yīng)氣經(jīng)連接到下管板的列管，從反應(yīng)氣出口得到所需高純反應(yīng)氣。
[0005]將反應(yīng)器中央管作為漸開線的基準(zhǔn)圓，列管采用漸開線排列，也是冷卻劑的流道，在基準(zhǔn)圓周長上等分為若干份，再在等分點(diǎn)上逐一作漸開線，每條漸開線上勻布列管，直至把反應(yīng)器全部列管排列完，漸開線的終端位置即為反應(yīng)器罐體的內(nèi)徑。為了提高傳熱系數(shù)，保證冷卻劑都以適當(dāng)流速、並按有序流方式流動，列管端頭穿于上管板與下管板的孔且固定，每組列管由相鄰導(dǎo)流板排成一獨(dú)立漸開線流道，在外壁環(huán)形套貼于罐體壁上，開液流壁孔。罐體內(nèi)視冷卻劑流量大小，添加若干圓環(huán)形折流板，以確保冷卻劑在殼層中有適當(dāng)流速，折流板上下兩面以及上、下管板對應(yīng)單面開漸開線形凹槽，還可以采用其它固定件，用以安裝薄板材料導(dǎo)流板。
[0006]根據(jù)安全要求和催化劑最高工作溫度確定反應(yīng)氣回流比η。對本實(shí)施例，反應(yīng)放熱為:H2+ 1/20 2— H 20 (氣)—58.615kc/mol
對絕熱反應(yīng)言，反應(yīng)氣中每1% (體)02對應(yīng)消耗2% (體)H2，反應(yīng)溫度升高150°C多，若原料氣中含02達(dá)4.5%，反應(yīng)氣溫度將升至700 °C，超出安全生產(chǎn)許可溫度范圍。為控制反應(yīng)溫度不超過生產(chǎn)許可溫度350°C，原料氣中含O2量應(yīng)< 2.0%，原料氣需返回部分己脫02的112氣。
[0007]回流比n = V回/ V原=(X原一X混)/ X混
若X原=4.5 %，X混=2.0 %，則η = 1.25，則回流H2是原料H 2的1.25倍，H 2的輸送都用機(jī)械效率較低的水環(huán)栗，動力消耗很大。若采用本發(fā)明的等溫反應(yīng)器，對上述工況，僅使進(jìn)入反應(yīng)器混合氣中02含量降至4%安全范圍，則回流比η = (4.5% — 4%) /4% =
0.125，回流量僅是絕熱反應(yīng)器的1/10。
[0008]如果列管排出較高溫度的反應(yīng)氣，還可以直接在裝置下部安裝水噴淋冷卻器，在添加填料表面進(jìn)行換熱，獲得較高的換熱效率。
[0009]本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，使用安全可靠，不消耗能源等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明:
圖1是本發(fā)明氫氣脫氧的等溫列管式反應(yīng)器剖面示意圖。
[0011]圖2是圖1所示反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]圖1為本發(fā)明氫氣脫氧的等溫列管式反應(yīng)器剖面圖。列管I鉚接或焊接在上管板3與下管板7上，殼層內(nèi)加二層圓環(huán)形折流板5，每二排漸開線列管2由相鄰導(dǎo)流板I組成一根流道，若干流道通向反應(yīng)器罐體9外壁環(huán)形套10的冷卻劑流道上，本裝置冷卻劑選用冷卻水，也可以采用導(dǎo)熱油(240°C)代替，以獲取能級更高的熱量。為使反應(yīng)器熱量有效利用，本裝置外壁環(huán)形套10罩住反應(yīng)器罐體9處開液流孔6。反應(yīng)氣從11進(jìn)入管板上的列管2，列管2內(nèi)裝填脫氧的鈀催化劑，下管板7下設(shè)置隔渣網(wǎng)8，在此進(jìn)行脫氧反應(yīng)，放出熱量經(jīng)管壁迅速傳導(dǎo)給管外冷卻劑，在整個反應(yīng)列管內(nèi)，溫度基本保持一致。冷卻劑從33進(jìn)入反應(yīng)器外壁環(huán)形套，再從壁孔6進(jìn)入各漸開線流道，經(jīng)折流后，再從44流出，高純氫氣從22出。還有另一種實(shí)施方式:脫氧后的反應(yīng)氣進(jìn)入布淋管用冷卻水噴淋下部填料表面，將反應(yīng)氣冷卻后再從22出。
[0013]圖1中還包含反應(yīng)器冷卻劑流程示意圖。冷卻劑的折返流程數(shù)視具體情況而定，確保流體處于湍流狀態(tài)。冷卻水從33進(jìn)入，通過壁孔6進(jìn)入上下兩程，由外至內(nèi)，再從中間層由內(nèi)向外，經(jīng)壁孔6從44流出。
[0014]圖2為反應(yīng)器列管排列及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，列管2勻布在按中央管4為基準(zhǔn)圓作的漸開線上，相鄰漸開線的間距約2.5倍管徑，並恰能等分中心管的圓周，管板上管子數(shù)要滿足反應(yīng)所需的管子數(shù)(整數(shù))，列管的傳熱面積要滿足反應(yīng)器的傳熱要求，二排列管構(gòu)成一根漸開線型流道。上管板3示出一部分可看出，列管2端部穿過上管板3開孔而固定。
[0015]本發(fā)明不局限于氫氣脫氧的絕熱反應(yīng)器改革為等溫反應(yīng)器，同樣適用于其它氣體凈化或反應(yīng)器的改造，包括采用傳統(tǒng)的列管排列方式，這樣的變換均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氫氣脫氧列管式等溫反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)形式為將絕熱反應(yīng)器和列管式冷卻器合二為一，包括列管、流道的排列，其特征在于:所述反應(yīng)器從反應(yīng)氣進(jìn)口(11)進(jìn)入上管板(3)上的列管(2)，列管(2)內(nèi)裝填催化劑進(jìn)行脫氧反應(yīng)，放出熱量經(jīng)管壁迅速傳導(dǎo)給管外冷卻劑，反應(yīng)器內(nèi)各處溫度均衡、穩(wěn)定、可控；所述冷卻劑從冷卻劑進(jìn)口(33)進(jìn)入反應(yīng)器罐體(9)的外壁環(huán)形套(10)，從壁孔(6)進(jìn)入漸開線流道外緣流至中央管(4)，經(jīng)折流板(5)折流后由內(nèi)流至外緣匯集，再從冷卻劑出口(44)流出；冷卻后的反應(yīng)氣，經(jīng)連接到下管板(7)的列管(2)，從反應(yīng)氣出口(22)得到所需反應(yīng)氣。2.按照權(quán)利要求1所述氫氣脫氧列管式等溫反應(yīng)器，其特征在于:所述列管(2)端頭穿于上管板(3)與下管板(7)的孔且固定，殼層內(nèi)加折流板(5)，每組列管(2)由相鄰漸開線形導(dǎo)流板(I)排成一獨(dú)立流道，在外壁環(huán)形套(10)貼于罐體(9)壁上，開液流壁孔(6)，中央管(4)為漸開線的基準(zhǔn)圓，也是冷卻劑的流道。3.按照權(quán)利要求1所述氫氣脫氧列管式等溫反應(yīng)器，其特征在于:所述折流板(5)上下兩面開有漸開線形凹槽，上管板(3)和下管板(7)對應(yīng)單面開漸開線形凹槽，用以崁裝薄板材料導(dǎo)流板(1)，相鄰導(dǎo)流板(I)間距相等，恰能等分中心管的圓周，形成漸開線流道。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氫氣脫氧的等溫列管式反應(yīng)器裝置，反應(yīng)氣在反應(yīng)列管內(nèi)放熱反應(yīng)，熱量通過管壁傳遞給進(jìn)入的冷卻劑同步移走，使反應(yīng)溫度比絕熱方式大為降低，從而大大減少了為控制反應(yīng)溫度而加入的循環(huán)氣量，節(jié)省了循環(huán)加壓泵功率，流出的冷卻劑熱量可作它用。列管及流道按中央管為基圓的漸開線軌跡排列，且相鄰漸開線形導(dǎo)流板勻布列管組成一獨(dú)立流道，保證每個流道的冷卻流體為有序流，根據(jù)具體狀況可將殼程由折流板分隔成若干程，以提高傳熱效率，使裝置更為緊湊。
【IPC分類】C01B3/58, B01J8/06, B01D53/86
【公開號】CN105126708
【申請?zhí)枴緾N201510453177
【發(fā)明人】劉永言, 邱明志, 王聯(lián)華
【申請人】成都深藍(lán)高新技術(shù)發(fā)展有限公司
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年7月29日