一種新型無機(jī)熱超導(dǎo)技術(shù)工業(yè)流化床反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種新型無機(jī)熱超導(dǎo)技術(shù)工業(yè)流化床反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]流化床反應(yīng)器是一種利用氣體或液體通過顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并進(jìn)行氣固相反應(yīng)過程或液固相反應(yīng)過程的反應(yīng)器。在用于氣固系統(tǒng)時(shí)，又稱沸騰床反應(yīng)器。流化床反應(yīng)器在現(xiàn)代工業(yè)中的早期應(yīng)用為20世紀(jì)20年代出現(xiàn)的粉煤氣化的溫克勒爐;但現(xiàn)代流化反應(yīng)技術(shù)的開拓，是以40年代石油催化裂化為代表的。目前，流化床反應(yīng)器已在化工、石油、冶金、核工業(yè)等部門得到廣泛應(yīng)用。
[0003]流化床內(nèi)的固體粒子像流體一樣運(yùn)動(dòng)，由于流態(tài)化的特殊運(yùn)動(dòng)形式，使這種反應(yīng)器具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、由于可采用細(xì)粉顆粒，并在懸浮狀態(tài)下與流體接觸，流固相界面積大(可高達(dá)3280?16400m 2/m3)，有利于非均相反應(yīng)的進(jìn)行，提高了催化劑的利用率。
[0004]2、由于顆粒在床內(nèi)混合激烈，使顆粒在全床內(nèi)的溫度和濃度均勻一致，床層與內(nèi)置換熱管表面間的傳熱系數(shù)很高[200?1000W/(m2.Κ)]，全床熱容量大，熱穩(wěn)定性高，這些都有利于強(qiáng)放熱反應(yīng)的等溫操作。這是許多工藝過程的反應(yīng)裝置選擇流化床的重要原因之
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[0005]因此流化床反應(yīng)器比較適用于下述過程:熱效應(yīng)很大的放熱或吸熱過程；要求有均一的床內(nèi)溫度和需要精確控制溫度的反應(yīng);催化劑壽命比較短，操作較短時(shí)間就需更換(或活化)的反應(yīng);有爆炸危險(xiǎn)的反應(yīng)，某些能夠比較安全地在高濃度下操作的氧化反應(yīng)，可以提高生產(chǎn)能力，減少分離和精制的負(fù)擔(dān)。
[0006]雖然流化床具有上述的優(yōu)點(diǎn)，但是現(xiàn)有的流化床反應(yīng)器在運(yùn)行中尚有如下風(fēng)險(xiǎn)需要解決:
1、固體顆粒與換熱管之間存在接觸磨損，可能出現(xiàn)換熱管穿孔，這將使換熱管內(nèi)冷媒(或熱媒)進(jìn)入反應(yīng)器，或反應(yīng)器內(nèi)流體進(jìn)入換熱管，造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故及設(shè)備損壞。
[0007]2、流化床反應(yīng)器需要滿足較大的換熱量要求，反應(yīng)熱不能及時(shí)移除(或輸入)將會造成床內(nèi)反應(yīng)溫度失控，產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)或裝置產(chǎn)能降低；對于復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，溫度升高(或降低)將會使副反應(yīng)增多，嚴(yán)重影響主產(chǎn)品的收率;單位截面積的換熱能力是影響流化床反應(yīng)器生產(chǎn)能力的一個(gè)重要指標(biāo)。
[0008]3、流化床反應(yīng)器需要給反應(yīng)體系提供一個(gè)均勻的溫度場，反應(yīng)體系的局部溫度偏尚(或偏低)主要有兩種原因:
(1)、流化床反應(yīng)器內(nèi)氣體與固體粉體接觸不良，流態(tài)化均勻度差，出現(xiàn)偏流、返混，反應(yīng)分布不均衡，反應(yīng)熱分布也不均衡，會出現(xiàn)局部溫度偏高(或偏低)。
[0009](2)、流化床反應(yīng)器內(nèi)的每根換熱管的換熱能力存在差異，使得局部的反應(yīng)熱不能及時(shí)移除(或輸入)，會出現(xiàn)局部溫度偏高(或偏低)，這種現(xiàn)象在現(xiàn)有工業(yè)流化床上表現(xiàn)得比較普遍，原因在于現(xiàn)有工業(yè)流化床換熱管內(nèi)冷媒(或熱媒)一般為導(dǎo)熱油、水或其它有機(jī)介質(zhì)，冷媒(或熱媒)需要通過流化床反應(yīng)器上的專有設(shè)施進(jìn)行均勻分布，實(shí)際運(yùn)行中很難做到冷媒(或熱媒)在各換熱管內(nèi)分配均勻，分布設(shè)施的結(jié)構(gòu)也非常復(fù)雜，給生產(chǎn)運(yùn)行及維護(hù)帶來一系列問題。
[0010]4、工業(yè)流化床反應(yīng)器的換熱量一般都非常大，現(xiàn)有工業(yè)流化床均需配套加熱爐及冷媒(或熱媒)貯存、循環(huán)設(shè)施，加熱爐一般作為啟動(dòng)反應(yīng)升溫使用，冷媒(或熱媒)循環(huán)系統(tǒng)用來將流化床反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)熱取出，由于換熱量大、溫差小、壓降大，冷媒循環(huán)系統(tǒng)一般都運(yùn)行在大流量、高溫、高壓的狀態(tài)下;龐大的輔助系統(tǒng)會大大增加工業(yè)流化床反應(yīng)器系統(tǒng)的投資，且伴生較大安全隱患及運(yùn)行管理壓力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是提供一種新型無機(jī)熱超導(dǎo)技術(shù)工業(yè)流化床反應(yīng)器，解決現(xiàn)有技術(shù)中冷媒(或熱媒)進(jìn)入反應(yīng)區(qū)由于固體顆粒沖刷換熱管出現(xiàn)泄漏以及現(xiàn)有的流化床傳熱能力低、均溫性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的技術(shù)缺陷。
[0012]為解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
一種新型無機(jī)熱超導(dǎo)技術(shù)工業(yè)流化床反應(yīng)器，包括筒體和設(shè)置在筒體內(nèi)一根以上的無機(jī)熱超導(dǎo)管;筒體內(nèi)從上到下由上隔板和下隔板分隔成隔熱區(qū)、換熱區(qū)和反應(yīng)區(qū)，換熱區(qū)的上部和下部分別開有冷媒出口和冷媒入口，反應(yīng)區(qū)的下部和上部分別開有氣固相進(jìn)口和氣固相出口 ；無機(jī)熱超導(dǎo)管包括無機(jī)熱超導(dǎo)傳熱管和設(shè)置在無機(jī)熱超導(dǎo)傳熱管內(nèi)的電加熱管與引出導(dǎo)線保護(hù)管，電加熱管和無機(jī)熱超導(dǎo)傳熱管之間以及引出導(dǎo)線保護(hù)管和無機(jī)熱超導(dǎo)傳熱管之間的腔室充填無機(jī)熱超導(dǎo)工質(zhì)，電加熱管的導(dǎo)線經(jīng)引出導(dǎo)線保護(hù)管穿出至隔熱區(qū)接線端子，端子連接輸入電源，無機(jī)熱超導(dǎo)傳熱管的兩端分別伸入隔熱區(qū)和反應(yīng)區(qū)，且電加熱管一端位于反應(yīng)區(qū)。
[0013]本申請的優(yōu)點(diǎn)是:1、將筒體分為隔熱區(qū)、換熱區(qū)和反應(yīng)區(qū)，冷媒在換熱區(qū)循環(huán)流動(dòng)將多余的熱量導(dǎo)出，而不用進(jìn)入反應(yīng)區(qū)，避免運(yùn)行時(shí)固體顆粒將反應(yīng)區(qū)的換熱管摩擦穿孔而導(dǎo)致冷媒(或熱媒)進(jìn)入反應(yīng)區(qū)，造成設(shè)備故障及生產(chǎn)事故，本申請中的隔熱區(qū)溫度相比反應(yīng)區(qū)和換熱區(qū)較低，在該較低的溫度下電加熱管通過接線端子與筒體外的電源相通，有利于保護(hù)導(dǎo)線的連接。2、本申請中無機(jī)傳熱技術(shù)工業(yè)流化床反應(yīng)器均溫性好:由于使用無機(jī)熱超導(dǎo)技術(shù)制作的傳熱元件軸向溫差趨于零，表面溫度趨于一致，徹底改變了現(xiàn)有工業(yè)流化床換熱管不同部位的溫差無法消除的結(jié)構(gòu)弊端，消除了反應(yīng)器內(nèi)由于結(jié)構(gòu)缺陷導(dǎo)致的局部溫度偏高(或偏低)，避免了副反應(yīng)的發(fā)生，這對復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)的意義非常重大。3、本申請改變了傳統(tǒng)工業(yè)流化床在反應(yīng)區(qū)使用冷媒(或熱媒)進(jìn)行間壁式傳熱的方式，利用無機(jī)熱超導(dǎo)技術(shù)的熱傳遞速度快、熱阻小、傳熱能力大、傳熱方式的不同等特性，一方面大大提高了熱端及冷端的傳熱系數(shù)，另一方面可以大大增加工業(yè)流化床的單位截面積有效換熱管數(shù)，進(jìn)而增加了總傳熱面積。本申請傳熱效率的提高一方面它能將反應(yīng)體系的熱量及時(shí)的移除，使反應(yīng)體系的溫度可控，避免了副反應(yīng)的發(fā)生；另一方面它使單位空間的生產(chǎn)能力得到很大的提升，可以解決工業(yè)裝置的大型化問題。4、本申請運(yùn)行安全性高:無機(jī)熱超導(dǎo)工質(zhì)惰性好，充裝量少，高溫時(shí)壓力低，單管損壞只有極少量的固體泄漏出來，注裝的無機(jī)傳熱工質(zhì)經(jīng)受熱激化后，大部分會附著在管壁，另外其還具有無毒、無污染、無腐蝕性、無輻射、使用壽命長等特性，這些特性均對其應(yīng)用于工業(yè)流化床反應(yīng)器形成安全保障，基于無機(jī)傳熱工質(zhì)的特性，在流化床反應(yīng)器運(yùn)行中如出現(xiàn)固體顆粒將換熱管磨損穿孔，將不會發(fā)生次生事故，裝置可以繼續(xù)運(yùn)行。5、本申請中使用無機(jī)熱超導(dǎo)元件的運(yùn)行溫度在冷端溫度不超過300 0C的情況下，熱端溫度可以運(yùn)行在1200 °C以下，在如此寬泛的溫度適用范圍內(nèi)，幾乎可以滿足所有化學(xué)反應(yīng)的所需溫度條件。6、加熱與取熱一體化，結(jié)構(gòu)簡單:本發(fā)明的無機(jī)熱超導(dǎo)技術(shù)工業(yè)流化床反應(yīng)器內(nèi)置了電熱管，可以滿足放熱反應(yīng)的啟動(dòng)反應(yīng)升溫需要及吸熱反應(yīng)的補(bǔ)充熱量需要，對于放熱反應(yīng)在反應(yīng)啟動(dòng)后需要將反應(yīng)熱進(jìn)行移除，這時(shí)只需將電加熱停止，開啟冷端換熱系統(tǒng)即可將反應(yīng)熱進(jìn)行移除；由此本發(fā)明的工業(yè)流化床反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)了加熱與取熱的一體化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，冷端換熱系統(tǒng)的冷媒只需低壓運(yùn)行，去除了現(xiàn)有工業(yè)流化床反應(yīng)器復(fù)雜的冷媒加熱爐等輔助系統(tǒng);本發(fā)明的工業(yè)流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)考慮了裝備的使用壽命、運(yùn)行安全性、維護(hù)保養(yǎng)等需要;7、本申請中使用的無機(jī)熱超導(dǎo)技術(shù)制作的傳熱元件，可以根據(jù)傳熱或結(jié)構(gòu)需要將無機(jī)熱超導(dǎo)管制造的更長或直徑更大。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，還包括位于換熱區(qū)內(nèi)且套在無機(jī)熱超導(dǎo)管上的冷媒換熱管，冷媒換熱管的上端由上管板固定在筒體上并且與冷媒出口相通，冷媒換熱管的下端