本發(fā)明涉及化工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種應(yīng)用于氨合成、甲醇合成等生產(chǎn)中的反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

在氨合成、甲醇合成、制乙二醇等化工過程中，通常需要采用反應(yīng)器進行熱交換，并進行化學(xué)合成反應(yīng)。此反應(yīng)為強放熱反應(yīng)，可產(chǎn)生大量的熱，同時該反應(yīng)需要控制在一定溫度范圍內(nèi)進行，因此需要將反應(yīng)產(chǎn)生的熱量帶走。目前，一般通過將冷卻水通入反應(yīng)器進行冷卻，冷卻水則被加熱得到飽和蒸汽。然而，這種飽和蒸汽一般只能作為低品位蒸汽熱源使用，對化學(xué)合成反應(yīng)所產(chǎn)生的副產(chǎn)利用有限，因此對能量的回收利用率較低。

另一方面，隨著能源綜合利用需求的提高，目前對過熱蒸汽的需求正越來越多。過熱蒸汽不僅可作為熱源使用，還可以作為動力使用，例如用來發(fā)電、驅(qū)動汽輪機等。因此，需要將反應(yīng)器的副產(chǎn)轉(zhuǎn)化為過熱蒸汽。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對反應(yīng)器副產(chǎn)的飽和蒸汽對能量回收利用率較低的問題，提供一種能產(chǎn)生過熱蒸汽的反應(yīng)器。

一種反應(yīng)器，包括外筒、反應(yīng)筐、第一換熱結(jié)構(gòu)和第二換熱結(jié)構(gòu)，所述反應(yīng)筐設(shè)于所述外筒內(nèi)，且所述反應(yīng)筐包括第一換熱區(qū)域和第二換熱區(qū)域，所述第一換熱結(jié)構(gòu)設(shè)于所述第一換熱區(qū)域，所述第二換熱結(jié)構(gòu)設(shè)于所述第二換熱區(qū)域。

通過在反應(yīng)器的反應(yīng)筐內(nèi)設(shè)置第一換熱結(jié)構(gòu)和第二換熱結(jié)構(gòu)，分兩次進行換熱后得到過熱蒸汽，滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求，大大提高了能量的回收利用率。

在其中一實施例中，所述第一換熱區(qū)域較所述第二換熱區(qū)域更靠近所述反應(yīng)筐的中心。

在其中一實施例中，所述第一換熱結(jié)構(gòu)包括第一口和第二口，所述第二換熱結(jié)構(gòu)包括第三口和第四口，且所述第二口與所述第三口間接連通。

在其中一實施例中，在所述反應(yīng)器的前進方向上，所述反應(yīng)器還包括汽包，所述外筒上設(shè)有內(nèi)腔、水室、第一蒸汽室和汽水混合室，所述反應(yīng)筐設(shè)于所述內(nèi)腔內(nèi)，所述水室與所述第一換熱結(jié)構(gòu)的所述第一口連通，所述汽水混合室與所述第一換熱結(jié)構(gòu)的所述第二口連通，所述汽包連通于所述汽水混合室，所述汽包還與所述第二換熱結(jié)構(gòu)的所述第三口連通，以將所述汽包內(nèi)分離的飽和蒸汽輸入所述第二換熱結(jié)構(gòu)。

在其中一實施例中，所述外筒內(nèi)設(shè)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間，所述水室位于所述上管板遠離所述下管板的一側(cè)，所述內(nèi)腔位于所述下管板遠離所述上管板的一側(cè)。

在其中一實施例中，所述外筒內(nèi)還設(shè)有第二蒸汽室，所述第二蒸汽室與所述第二換熱結(jié)構(gòu)的所述第三口連通。

在其中一實施例中，所述第二蒸汽室位于所述上管板遠離所述下管板的一側(cè)，且所述第二蒸汽室和所述水室通過第二隔板分隔開。

在其中一實施例中，所述第一換熱結(jié)構(gòu)包括外套管和內(nèi)套管，所述內(nèi)套管位于所述外套管內(nèi)，所述第一口設(shè)于所述內(nèi)套管的頂部，所述第二口設(shè)于所述外套管的頂部，所述內(nèi)套管的底部伸入所述外套管的底部并與所述外套管連通。

在其中一實施例中，所述外套管的頂端固定于所述下管板，底端自由設(shè)置，使所述外套管呈懸掛狀；所述內(nèi)套管的頂端固定于所述上管板，底端自由設(shè)置，使所述內(nèi)套管呈懸掛狀。

在其中一實施例中，所述第二換熱結(jié)構(gòu)包括U形管，所述U形管的彎折處伸入反應(yīng)筐的底部，所述第三口和所述第四口分別設(shè)于所述U形管的兩端。

在其中一實施例中，所述U形管的兩端分別固定于所述上管板和所述下管板，所述U形管的彎折處自由設(shè)置，使所述U形管呈懸掛狀。

附圖說明

圖1為本發(fā)明反應(yīng)器較佳實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。

需要說明的是，當元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在兩者之間的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在兩者之間的元件。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。

請參閱圖1，本發(fā)明較佳實施例中的反應(yīng)器包括外筒10、反應(yīng)筐30、第一換熱結(jié)構(gòu)50和第二換熱結(jié)構(gòu)60。反應(yīng)筐30設(shè)于外筒10內(nèi)，用于填充催化劑，且反應(yīng)筐30包括第一換熱區(qū)域和第二換熱區(qū)域。第一換熱結(jié)構(gòu)50設(shè)于第一換熱區(qū)域，第二換熱結(jié)構(gòu)60設(shè)于第二換熱區(qū)域。具體在本實施例中，第一換熱區(qū)域較第二換熱區(qū)域更靠近反應(yīng)筐30的中心。在其他實施例中，第一換熱區(qū)域也可設(shè)置為較第二換熱區(qū)域更遠離反應(yīng)筐30的中心。工作時，經(jīng)過第一換熱結(jié)構(gòu)50將冷卻水吸熱變成汽水混合物，汽水混合物分離出飽和蒸汽，飽和蒸汽再進入第二換熱結(jié)構(gòu)60，吸熱后變成過熱蒸汽。當然，也可以經(jīng)過第二換熱結(jié)構(gòu)60將冷卻水吸熱變成汽水混合物，汽水混合物分離出飽和蒸汽，飽和蒸汽再進入第一換熱結(jié)構(gòu)50，吸熱后變成過熱蒸汽。

通過在反應(yīng)器的反應(yīng)筐30內(nèi)設(shè)置第一換熱結(jié)構(gòu)50和第二換熱結(jié)構(gòu)60，分兩次進行換熱后得到過熱蒸汽，滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求，大大提高了能量的回收利用率。

下面以采用第一換熱結(jié)構(gòu)50將冷卻水變成汽水混合物，第二換熱結(jié)構(gòu)60將飽和蒸汽變成過熱蒸汽的方案為例對本發(fā)明的實施例加以具體說明。

在本實施例中，第一換熱結(jié)構(gòu)50包括第一口和第二口，第二換熱結(jié)構(gòu)60包括第三口和第四口，且第二口與第三口間接連通。具體地，第一口為進水口，第二口為第一換熱結(jié)構(gòu)50的出氣口，第三口為第二換熱結(jié)構(gòu)60的進氣口，第四口為第二換熱結(jié)構(gòu)60的出氣口，從出氣口出來的為汽水混合物，其可分離出飽和蒸汽，飽和蒸汽從第三口進入第二換熱結(jié)構(gòu)60，并變?yōu)檫^熱蒸汽從第四口輸出。

在本實施例中，反應(yīng)器還包括汽包90，外筒10上設(shè)有內(nèi)腔101、水室102、第一蒸汽室104和汽水混合室105，反應(yīng)筐30設(shè)于內(nèi)腔101內(nèi)，水室102與第一換熱結(jié)構(gòu)50的第一口連通，汽水混合室105與第一換熱結(jié)構(gòu)50的第二口連通，汽包90連通于汽水混合室105，汽包90還與第二換熱結(jié)構(gòu)60的第三口連通，以將汽包90內(nèi)分離的飽和蒸汽輸入第二換熱結(jié)構(gòu)60。

在本實施例中，外筒10內(nèi)設(shè)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之間，水室102位于上管板107遠離下管板108的一側(cè)，內(nèi)腔101位于下管板108遠離上管板107的一側(cè)。具體地，第一蒸汽室104和汽水混合室105通過分別連接于上管板107和下管板108的第一隔板109分隔。

在本實施例中，外筒10內(nèi)還設(shè)有第二蒸汽室110，第二蒸汽室110與第二換熱結(jié)構(gòu)60的第三口連通。具體地，第二蒸汽室110位于上管板107遠離下管板108的一側(cè)，且第二蒸汽室110和水室102通過第二隔板111分隔開。

具體地，汽包90和汽水混合室105通過排氣管112連通，以將汽水混合室105的汽水混合物輸入汽包90。

具體地，第二蒸汽室110通過蒸汽導(dǎo)管113與汽包90連通，以將飽和蒸汽從汽包90導(dǎo)入第二蒸汽室110。

在本實施例中，第一換熱結(jié)構(gòu)50包括外套管502和內(nèi)套管504，內(nèi)套管504位于外套管502內(nèi)，第一口設(shè)于內(nèi)套管504的頂部，第二口設(shè)于外套管502的頂部，內(nèi)套管504的底部伸入外套管502的底部并與外套管502連通。具體地，外套管502的頂端固定于下管板108，底端自由設(shè)置，使外套管502呈懸掛狀；內(nèi)套管504的頂端固定于上管板107，底端自由設(shè)置，使內(nèi)套管504呈懸掛狀。由于外套管502和/或內(nèi)套管504為懸掛狀，因此，當反應(yīng)器內(nèi)溫度發(fā)生變化時，外套管502和/或受溫度變化，發(fā)生熱脹冷縮，長度發(fā)生變化，由于頂端固定，底端自由，變化的長度可以沿軸向在底端自由伸縮，釋放溫差應(yīng)力，不會對上端與上管板107和/或下管板108的焊縫產(chǎn)生拉伸或者壓縮的外力，從根本上解決了傳統(tǒng)管束式換熱管受催化劑限制在軸向方向不能自由伸縮造成拉裂破壞換熱管的隱患。

在本實施例中，第二換熱結(jié)構(gòu)60包括U形管，U形管的彎折處伸入反應(yīng)筐30的底部，第三口和第四口分別設(shè)于U形管的兩端。具體地，U形管的兩端分別固定于上管板107和下管板108，U形管的彎折處自由設(shè)置，使U形管呈懸掛狀。由于U形管呈懸掛狀，和內(nèi)套管504以及外套管502類似，U形管也不會對上端與上管板107和/或下管板108的焊縫產(chǎn)生拉伸或者壓縮的外力，從根本上解決了傳統(tǒng)管束式換熱管受催化劑限制在軸向方向不能自由伸縮造成拉裂破壞換熱管的隱患。

可以理解，第一換熱結(jié)構(gòu)50和/或第二換熱結(jié)構(gòu)60可采用其他結(jié)構(gòu)形式的換熱結(jié)構(gòu)，不限于上述內(nèi)外套管和U形管的結(jié)構(gòu)形式。第一換熱結(jié)構(gòu)50和第二換熱結(jié)構(gòu)60也可以采用相同的結(jié)構(gòu)形式，只需是采用的兩套分離的水循環(huán)系統(tǒng)，使冷卻水在經(jīng)其中一個換熱結(jié)構(gòu)吸熱后變成可分離出飽和蒸汽的汽水混合物，再經(jīng)其中另一個換熱結(jié)構(gòu)吸熱變成過熱蒸汽即可。

在本實施例中，反應(yīng)器還包括第一通氣管801和第二通氣管803，第一通氣管801連通反應(yīng)筐30的內(nèi)部，第二通氣管803連通外筒10和反應(yīng)筐30之間的間隙，第一通氣管801和第二通氣管803之一用于導(dǎo)入未經(jīng)反應(yīng)的反應(yīng)氣，另一個用于導(dǎo)出經(jīng)反應(yīng)的反應(yīng)氣。具體在其中一個實施例中，未經(jīng)反應(yīng)的反應(yīng)氣通過第二通氣管803進入外筒10和反應(yīng)筐30之間的間隙，然后進入反應(yīng)筐30，在反應(yīng)筐30內(nèi)反應(yīng)后，反應(yīng)氣進入第一通氣管801，最后從第一通氣管801的端部輸出反應(yīng)器外。當然，在另一實施例中，未經(jīng)反應(yīng)的反應(yīng)氣通過第一通氣管801進入第一通氣管801，然后經(jīng)過第一通氣管801的側(cè)壁進入反應(yīng)筐30，在反應(yīng)筐30內(nèi)反應(yīng)后，反應(yīng)氣進入外筒10和反應(yīng)筐30之間的間隙，最后從第二通氣管801的端部輸出反應(yīng)器外。

在本實施例中，外筒10上還設(shè)有連通反應(yīng)筐30內(nèi)部與外筒10外部的卸料管804，以便于卸除反應(yīng)筐30內(nèi)的催化劑。

利用上述反應(yīng)器，220～240℃的未反應(yīng)氣可從第二通氣管803進入外筒10和反應(yīng)筐30之間的間隙，然后經(jīng)反應(yīng)筐30側(cè)壁的通氣孔進入反應(yīng)筐30，在反應(yīng)筐30內(nèi)反應(yīng)后，反應(yīng)氣經(jīng)第一通氣管801的側(cè)壁的通氣孔進入第一通氣管801，最后從第一通氣管801的端部輸出反應(yīng)器外；在此過程中，汽包90內(nèi)的冷卻水可進入水室102，再經(jīng)第一換熱結(jié)構(gòu)50的內(nèi)套管504的第一口進入內(nèi)套管504，然后從內(nèi)套管504的底部進入外套管502，內(nèi)套管504和外套管502內(nèi)的冷卻水吸收了上述反應(yīng)產(chǎn)生的熱量變?yōu)槠旌衔锖髲牡谝粨Q熱結(jié)構(gòu)50的第二口排出至汽水混合室105，然后經(jīng)排氣管112進入汽包90，汽水混合物在汽包90內(nèi)分離出飽和蒸汽，飽和蒸汽經(jīng)過蒸汽導(dǎo)管113進入第二蒸汽室110，接著經(jīng)第二換熱結(jié)構(gòu)60的第三口進入U形管，U形管內(nèi)飽和蒸汽吸收了上述反應(yīng)產(chǎn)生的熱量變?yōu)檫^熱蒸汽后從第四口進入第一蒸汽室104，最后排出至其他設(shè)備加以利用。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。