一種熱管移熱式氣液固三相環(huán)流反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熱管移熱式氣液固三相環(huán)流反應(yīng)器，包括三相環(huán)流反應(yīng)器本體和移熱裝置；所述三相環(huán)流反應(yīng)器本體包括塔身、上封頭、下封頭和提升管，上封頭、下封頭、提升管與塔身配合，在塔身內(nèi)部形成環(huán)隙區(qū)；所述移熱裝置為熱管，熱管的受熱端置于環(huán)隙區(qū)內(nèi)，熱管的放熱端置于塔身外部，所述熱管的放熱端周圍設(shè)有冷卻工質(zhì)。熱管受熱端吸熱后，通過熱管內(nèi)工質(zhì)相變、流動，將熱量移到塔身外的熱管放熱端被冷卻工質(zhì)帶走，從而實現(xiàn)床內(nèi)的熱量移除。該反應(yīng)器不但能夠?qū)崿F(xiàn)高效移熱，而且便于后期運行調(diào)節(jié)和維護(hù)。
【專利說明】一種熱管移熱式氣液固三相環(huán)流反應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于能源工程和化學(xué)工程領(lǐng)域，特別是一種復(fù)合熱管的氣液固三相噴動環(huán)流反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]三相噴動式環(huán)流床是一種有較好應(yīng)用前景的氣液固反應(yīng)器，其工作原理是氣相或液相又或是氣液兩相混合物以較高的速度噴入反應(yīng)器形成射流，在噴射推動、靜壓差推動作用下，反應(yīng)器內(nèi)部流體形成上下循環(huán)流動，同時帶動固相顆粒循環(huán)。與常規(guī)三相循環(huán)流化床相比，其固相顆粒運動具有較好的有序性，這在需考慮固相更新的場合具有很好的優(yōu)勢，有望應(yīng)用于石油化工、生物質(zhì)油化工、費托合成、煤液化等場合。
[0003]在這些場合所涉及的往往是強(qiáng)放熱化學(xué)反應(yīng)，而反應(yīng)器內(nèi)床溫的過高往往帶來催化劑失效、不利副反應(yīng)增強(qiáng)等問題。因此，及時移除床內(nèi)反應(yīng)熱，維持床內(nèi)溫度均勻，是反應(yīng)器有效運行所必須考慮的問題。
[0004]常規(guī)三相反應(yīng)器(如三相漿態(tài)鼓泡床)的移熱一般是在床內(nèi)插入盤管，然后通入冷媒，帶走反應(yīng)熱量，也可以將床內(nèi)熱物料弓丨出床外，進(jìn)行散熱。專利CN100512941C提供了 一種將床內(nèi)液相引到床外進(jìn)行換熱的三相漿態(tài)床反應(yīng)器。但是，對于三相反應(yīng)器，由于固相顆粒的存在，液相弓I出換熱時，容易弓I發(fā)泵的磨損，換熱器內(nèi)固相沉積、堵塞等一系列的問題。
[0005]對于三相噴動式環(huán)流床，在移熱方面，采用引出液相散熱的方案，同樣會遇到和常規(guī)三相反應(yīng)器一樣的困難。而且，除此之外，還有另外兩個方面的困難，一、為了床內(nèi)形成正常穩(wěn)定的環(huán)流，噴動區(qū)一般不宜布置換熱器，使得換熱器布置空間有限；二、在環(huán)隙區(qū)，催化劑的分布密度較大，反應(yīng)十分劇烈，使得移熱負(fù)荷強(qiáng)度大。
[0006]這種情況下，在三相噴動式環(huán)流床中使用常規(guī)的盤管移熱難以達(dá)成目標(biāo)。不但盤管對內(nèi)部流場的穩(wěn)定性影響較大，而且盤管設(shè)計布局不合理時，或者反應(yīng)器運行狀況與設(shè)計工況有偏差時，很容易導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)局部過熱。此外，復(fù)雜型式的盤管在氣液固系統(tǒng)中容易磨損，后期的更換維護(hù)較為不便。
[0007]綜上所述，三相噴動式環(huán)流反應(yīng)器在如何有效移熱、調(diào)控維持反應(yīng)器內(nèi)溫度均勻分布方面存在一定的困難。
[0008]熱管是一種高性能的導(dǎo)熱元件，移熱密度大，已在航空航天、新能源等領(lǐng)域得到應(yīng)用。如專利CN102052782A提供了一種熱管式太陽能光電光熱綜合利用系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]要解決的技術(shù)問題:針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種熱管移熱式三相噴動環(huán)流反應(yīng)器，該反應(yīng)器適用于氣液固三相噴動式環(huán)流反應(yīng)器的高效移熱，解決現(xiàn)有氣液固三相噴動式環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)難以有效移熱、難以維持反應(yīng)器內(nèi)溫度均勻分布方面的技術(shù)問題。
[0010]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0011]一種熱管移熱式氣液固三相環(huán)流反應(yīng)器，包括三相環(huán)流反應(yīng)器本體和移熱裝置；所述三相環(huán)流反應(yīng)器本體包括塔身、上封頭和下封頭，所述塔身內(nèi)部設(shè)有提升管，上封頭、下封頭、提升管與塔身配合，在塔身內(nèi)部形成環(huán)隙區(qū)；所述移熱裝置為熱管，熱管的受熱端置于環(huán)隙區(qū)內(nèi)，熱管的放熱端置于塔身外部，所述熱管的放熱端周圍設(shè)有冷卻工質(zhì)。環(huán)隙區(qū)位于提升管與塔身之間，且與提升管等高，熱管受熱端吸熱后，通過熱管內(nèi)工質(zhì)相變、流動，將熱量移到塔身外的熱管放熱端被冷卻工質(zhì)帶走，從而實現(xiàn)床內(nèi)的熱量移除。
[0012]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述熱管的受熱端穿過上封頭后置于環(huán)隙區(qū)內(nèi)。
[0013]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述熱管的受熱端穿過塔身側(cè)壁后置于環(huán)隙區(qū)內(nèi)。
[0014]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述熱管在環(huán)隙區(qū)內(nèi)均勻分布。
[0015]作為優(yōu)選的，在本發(fā)明中，所述熱管在環(huán)隙區(qū)內(nèi)呈疏密分布，在產(chǎn)熱溫和區(qū)分布稀疏，在飛溫?zé)狳c區(qū)域分布密集。
[0016]熱管可以選擇多個點插入至塔身內(nèi)部的環(huán)隙區(qū)內(nèi)，并且熱管在環(huán)隙區(qū)既可以均勻分布，又可以根據(jù)反應(yīng)器內(nèi)的冷熱分布，調(diào)整插入反應(yīng)器內(nèi)的熱管數(shù)量，改熱管群為疏密分布，使得床內(nèi)溫度分布均勻化。
[0017]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，在塔身和上封頭上預(yù)設(shè)熱管插口，所述熱管插口上設(shè)置有內(nèi)螺紋，所述熱管插口配套有密封堵頭，相應(yīng)的在熱管外壁上設(shè)置有外螺紋。根據(jù)實際運行中的移熱需求，設(shè)定需要使用的熱管數(shù)量和位置，選擇性地插入熱管移熱，并通過螺紋密封，剩余未插熱管的熱管插口，可使用配套的密封堵頭密封。
[0018]有益效果:
[0019]本發(fā)明的一種熱管移熱式氣液固三相環(huán)流反應(yīng)器采用熱管實現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)直接移熱，避免了液相外換熱所必需的過濾環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定；
[0020]因熱管外形構(gòu)造簡單，對流體流動干擾小，三相環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)能夠形成規(guī)律穩(wěn)定的環(huán)流，實現(xiàn)對反應(yīng)物料的有序控制；
[0021]可根據(jù)實際工程應(yīng)用中，三相環(huán)流反應(yīng)器運行中的內(nèi)部冷熱分布，方便的進(jìn)行熱管群疏密調(diào)節(jié)，使床內(nèi)溫度均勻化；
[0022]本裝置能有效解決三相環(huán)流反應(yīng)器熱負(fù)荷集中、換熱可利用空間有限條件下的反應(yīng)熱移除問題，并且后期運行調(diào)節(jié)和維護(hù)簡便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明熱管從上封頭插入塔身的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明熱管從塔身側(cè)壁插入塔身的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0026]如圖1和圖2所示，一種熱管移熱式氣液固三相環(huán)流反應(yīng)器，包括三相環(huán)流反應(yīng)器本體和移熱裝置。
[0027]所述三相環(huán)流反應(yīng)器本體包括上封頭1、塔身2、下封頭4、輔助流體分布器5、輔助流體進(jìn)料管6，、噴動流體進(jìn)料管7、出氣管8、出液管9、提升管10、固體進(jìn)料管11和固體出料管12。其中上封頭I與塔身2通過螺栓連接，下封頭4與塔身2也通過螺栓連接，提升管10通過支架固定在塔身2內(nèi)，提升管10與噴動流體進(jìn)料管7為同一中心線，提升管10管徑大于或等于噴動進(jìn)氣管7管徑；上封頭1、塔身2、提升管10、下封頭4四者相互配合，在提升管10與塔身2的內(nèi)壁之間的空間形成環(huán)隙區(qū)，環(huán)隙區(qū)與提升管10等高；上封頭I上設(shè)置有出氣管8，固體進(jìn)料管11穿過上封頭1，進(jìn)入環(huán)隙區(qū)內(nèi)；塔身2上設(shè)置有出液管9和固體出料管12，其中出液管9設(shè)置于塔身2上部，固體出料管12設(shè)置于塔身2下部，且位于固體進(jìn)料管11的另一側(cè)；在下封頭4上還設(shè)置有輔助流體分布器5、輔助流體進(jìn)料管6和噴動流體進(jìn)料管7，其中輔助流體分布器5開孔部分處于環(huán)隙區(qū)正下方，噴動流體進(jìn)料管7處于提升管10正下方。
[0028]所述移熱裝置為熱管3，熱管3的受熱端直接布置在環(huán)隙區(qū)內(nèi)，熱管3的放熱端置于塔身外部，所述熱管3的放熱端周圍設(shè)有冷卻工質(zhì)。如圖1所示，在塔身2和上封頭I上預(yù)設(shè)熱管插口，所述熱管插口上設(shè)置有內(nèi)螺紋，所述熱管插口配套有密封堵頭，相應(yīng)的在熱管3的外壁上設(shè)置有外螺紋。熱管3的受熱端可以穿過上封頭I上的熱管插口后置于環(huán)隙區(qū)內(nèi)，又如圖2所示，熱管3的受熱端也可以穿過塔身2的側(cè)壁上的熱管插口后置于環(huán)隙區(qū)內(nèi)。
[0029]根據(jù)實際運行中的移熱需求，設(shè)定需要使用的熱管3的數(shù)量和位置，選擇性地插入熱管3進(jìn)行移熱，并通過螺紋密封，剩余未插熱管3的熱管插口，可使用配套的密封堵頭進(jìn)行密封。設(shè)置多個熱管形成熱管群，在環(huán)隙區(qū)內(nèi)熱管群的分布可以呈均勻分布；又可以根據(jù)實際操作過程中三相環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)的冷熱分布，將熱管群設(shè)置成疏密分布，即調(diào)整插入三相環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)的熱管數(shù)量，在飛溫?zé)狳c區(qū)域熱管數(shù)量加密，在產(chǎn)熱溫和區(qū)數(shù)量適當(dāng)稀疏。
[0030]本裝置工作時，噴動流體以較高的流速通過噴動流體進(jìn)料管7進(jìn)入三相環(huán)流反應(yīng)器本體，噴動流體利用自身的噴動能量和與周圍流體的密度差，帶動周圍流體進(jìn)入提升管10向上流動，同時，固相也被帶入提升管10。離開提升管10后，由于速度的降低，流體、固體重新回流到塔身2與提升管10之間的環(huán)隙區(qū)向下流動，形成三相環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)環(huán)流循環(huán)。同時在環(huán)隙區(qū)下部布置有輔助流體分布器5，以加強(qiáng)三相環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)的傳質(zhì)和避免固相在三相環(huán)流反應(yīng)器底部的沉積。參加完反應(yīng)的氣體、液體分別通過出氣管8、出液管9流出三相環(huán)流反應(yīng)器。
[0031]在上述反應(yīng)期間，環(huán)隙區(qū)熱流體掃過熱管3的受熱端，熱管3的受熱端吸熱后，通過熱管3內(nèi)工質(zhì)相變、流動，將熱量移到塔身2外的熱管3的放熱端被冷卻工質(zhì)帶走，從而實現(xiàn)三相環(huán)流反應(yīng)器本體內(nèi)熱量的移除。
[0032]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種熱管移熱式氣液固三相環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于:包括三相環(huán)流反應(yīng)器本體和移熱裝置；所述三相環(huán)流反應(yīng)器本體包括塔身(2)、上封頭(I)和下封頭(4)，所述塔身(2)內(nèi)部設(shè)有提升管(10)，上封頭(I)、下封頭(4)、提升管(10)與塔身(2)配合，在塔身(2)內(nèi)部形成環(huán)隙區(qū)；所述移熱裝置為熱管(3)，熱管(3)的受熱端置于環(huán)隙區(qū)內(nèi)，熱管(3)的放熱端置于塔身(2)外部，所述熱管(3)的放熱端周圍設(shè)有冷卻工質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱管移熱式氣液固三相環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于:所述熱管(3)的受熱端穿過上封頭(I)后置于環(huán)隙區(qū)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱管移熱式氣液固三相環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于:所述熱管(3)的受熱端穿過塔身(2)的側(cè)壁后置于環(huán)隙區(qū)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱管移熱式氣液固三相環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于:所述熱管(3 )在環(huán)隙區(qū)內(nèi)均勻分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱管移熱式氣液固三相環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于:所述熱管(3)在環(huán)隙區(qū)內(nèi)呈疏密分布，在產(chǎn)熱溫和區(qū)分布稀疏，在飛溫?zé)狳c區(qū)域分布密集。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱管移熱式氣液固三相環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于:在塔身(2 )和上封頭(I)上預(yù)設(shè)熱管插口，所述熱管插口上設(shè)置有內(nèi)螺紋，所述熱管插口配套有密封堵頭，相應(yīng)的在熱管(3)外壁上設(shè)置有外螺紋。
【文檔編號】B01J8/08GK103752230SQ201410010669
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】鐘文琪, 徐惠斌, 金保昇 申請人:東南大學(xué)