一種翅片與螺旋盤(pán)管式熱交換器耦合的儲(chǔ)氫反應(yīng)器及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于化工反應(yīng)器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種儲(chǔ)氨反應(yīng)器，具體設(shè)及一種翅片 與螺旋盤(pán)管式熱交換器禪合的儲(chǔ)氨反應(yīng)器及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)氨化/脫氨反應(yīng)過(guò)程中熱效應(yīng)較大的金屬氨化物儲(chǔ)氨反應(yīng)器主 要有W下幾種分類(lèi)：
[0003] 1、熱交換管外繞式儲(chǔ)氨反應(yīng)器一-熱交換管?chē)@在環(huán)狀圓柱形反應(yīng)器的外圍，換 熱流體從反應(yīng)器上端側(cè)面進(jìn)入，一直到下端另一側(cè)面流出，氨氣通過(guò)殼體軸中屯、管道上的 小孔經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)入氨化物床層，W徑向方向逐步與床層發(fā)生反應(yīng)，直至接近熱交換管的殼 體邊緣處。該反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、換熱效果較好，氨化/脫氨反應(yīng)速率較快等特點(diǎn)，但 由于氨氣經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)從中屯、開(kāi)始擴(kuò)散到熱交換管處的床層所需的時(shí)間較長(zhǎng)，殼體徑向方向 存有一定的內(nèi)部溫度梯度，分布不均勻，整體的效率不高。（International Journal of Hy化ogen linergy,2013, 38(22) :9570-9577)。
[0004] 2、直管式熱交換器禪合的儲(chǔ)氨反應(yīng)器一一金屬氨化物固體物料放置在圓柱形殼 體的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，殼體上端和下端分別固定濾網(wǎng)，氨氣通過(guò)濾網(wǎng)后快速擴(kuò)散到氨化物床層內(nèi)， 并與之反應(yīng)，氨化/脫氨過(guò)程產(chǎn)生或需要的熱量通過(guò)分布在殼體軸中屯、位置的直管式熱交 換管內(nèi)的換熱流體帶走或輸入。該反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，氣相阻力較小等特點(diǎn)，但由于 直管式換熱管的換熱面積有限，換熱效率較一般，不太適用于反應(yīng)過(guò)程中熱效應(yīng)較大的儲(chǔ) 氨場(chǎng)合（AppliedEnergy, 2013, 112:1181-1189)。 陽(yáng)0化]3、多束小管式熱交換器禪合的儲(chǔ)氨反應(yīng)器一一在反應(yīng)器殼體的上端和底端之 間固定多個(gè)較小直徑的管束作為換熱流體的通道，氨氣從殼體的側(cè)面經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)入反 應(yīng)器內(nèi)與多束小管式熱交換管之間的金屬氨化物發(fā)生反應(yīng)。該反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和 良好的傳熱傳質(zhì)效果，但由于熱交換器多為較小直徑的管束，處理量較小，且氨氣擴(kuò)散進(jìn) 入反應(yīng)床層內(nèi)部的阻力較大，因而限制了其規(guī)模化應(yīng)用（AppliedThermalEngineeri ng, 1998, 18(6) :457-480)。
[0006] 4、微通道式熱交換器禪合的儲(chǔ)氨反應(yīng)器一一為了增加換熱面積，達(dá)到強(qiáng)化換熱效 果的目的，將熱交換管微通道化，即使用內(nèi)徑在1mmW下的直管作為換熱流體通道。該反 應(yīng)器雖然具有反應(yīng)速度快、換熱效果好、結(jié)構(gòu)也較緊湊的優(yōu)點(diǎn)，但由于微通道加工復(fù)雜，成 本較高，且熱交換器厚度較薄，而氨化/脫氨過(guò)程中產(chǎn)生熱應(yīng)力，易損壞微通道式熱交換器 (International Journal of Hydrogen Energy, 2013, 38 (35):15242-15253)〇
[0007] 5、螺旋管式微通道熱交換器禪合的儲(chǔ)氨反應(yīng)器一一為了改善上述微通道式熱交 換器在氨化/脫氨反應(yīng)過(guò)程中易破裂損壞的缺點(diǎn)，該反應(yīng)器將管式微通道設(shè)計(jì)成螺旋形， 避免了換熱過(guò)程中因熱脹冷縮產(chǎn)生的熱應(yīng)力對(duì)管式微通道的損害。但同樣增加了制造工藝 難度和造價(jià)成本，且由于熱交換器管徑較小，換熱流體一旦有污垢易造成堵塞現(xiàn)象（中國(guó)， CN. 201310189618. 2)。
[0008] 6、U型管式、弓形板式熱交換器禪合的其他類(lèi)儲(chǔ)氨反應(yīng)器一一運(yùn)些反應(yīng)器雖然具 有易操作，結(jié)構(gòu)緊湊、反應(yīng)速率較快等特點(diǎn)，但其傳熱效果較一般，且加工過(guò)程困難，替換性 較差，目前還無(wú)法應(yīng)用到實(shí)際儲(chǔ)氨產(chǎn)業(yè)中。
[0009] 由此可見(jiàn)，上述現(xiàn)有的各類(lèi)儲(chǔ)氨反應(yīng)器都存在一些缺陷，在實(shí)際產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中存在 限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種翅片與螺旋盤(pán)管 式熱交換器禪合的儲(chǔ)氨反應(yīng)器及系統(tǒng)，該儲(chǔ)氨反應(yīng)器操作簡(jiǎn)單、處理量大、易更換維修、使 用壽命長(zhǎng)、傳熱傳質(zhì)效果優(yōu)良。
[0011] 本發(fā)明是通過(guò)W下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0012] 本發(fā)明公開(kāi)了一種翅片與螺旋盤(pán)管式熱交換器禪合的儲(chǔ)氨反應(yīng)器，包括殼體及設(shè) 置在殼體上、下兩端的上封頭和下封頭，上封頭、下封頭與殼體的連接處分別設(shè)有頂端管板 和底端管板，上封頭與頂端管板之間的空腔構(gòu)成氣相緩沖槽，下封頭與底端管板之間的空 腔構(gòu)成換熱流體緩沖槽，頂端管板和底端管板之間的空腔構(gòu)成反應(yīng)床層區(qū)；在反應(yīng)床層區(qū) 的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有物料進(jìn)出口，在上封頭頂壁上開(kāi)設(shè)有氣相入口及與反應(yīng)床層區(qū)相通的換熱 流體出口，在下封頭的底壁上開(kāi)設(shè)換熱流體入口；在反應(yīng)床層區(qū)中設(shè)置有用于通過(guò)換熱流 體的螺旋盤(pán)管式熱交換通道，且在該螺旋盤(pán)管式熱交換通道的外表面并列布置若干排翅 片。
[0013] 在頂端管板的上端面設(shè)有僅供氨氣進(jìn)出的濾網(wǎng)，濾網(wǎng)由不誘鋼制成，濾網(wǎng)厚度為 0. 5~1mm，孔徑為400~500目。
[0014] 螺旋盤(pán)管式熱交換通道的螺旋節(jié)距與螺旋直徑的比值為0. 333,若干排翅片間隔 均勻地分布在螺旋盤(pán)管式熱交換通道的外表面上。
[0015] 上封頭側(cè)壁開(kāi)設(shè)有氣相緩沖槽排氣口。
[0016] 頂端管板上密布若干氣相孔道，氣相孔道W同軸環(huán)狀形式繞頂端管板軸中屯、分 布，孔徑為3~5mm。
[0017] 在與物料進(jìn)出口相對(duì)一側(cè)的反應(yīng)床層區(qū)側(cè)壁上設(shè)有若干用于測(cè)量金屬氨化物床 層反應(yīng)溫度的測(cè)溫管。 陽(yáng)01引測(cè)溫管相互之間間隔45mm。
[0019] 上封頭和下封頭與殼體之間均采用法蘭進(jìn)行連接，并W法蘭密封圈進(jìn)行密封。
[0020] 在下封頭底部還設(shè)有支撐式支座。
[0021] 本發(fā)明還公開(kāi)了由儲(chǔ)氨反應(yīng)器構(gòu)成的儲(chǔ)氨介質(zhì)的反應(yīng)器系統(tǒng)，包括儲(chǔ)氨反應(yīng)器、 氨源氣瓶和恒溫油浴槽，恒溫油浴槽與儲(chǔ)氨反應(yīng)器相連的管路上依次設(shè)有輸送累、流量控 制閥、流量計(jì)；氨源氣瓶與儲(chǔ)氨反應(yīng)器相連的管路上依次設(shè)有減壓閥、Ξ通閥、壓力表及壓 力控制閥；真空累通過(guò)管路與Ξ通閥相連。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下有益的技術(shù)效果：
[0023] 由于金屬氨化物儲(chǔ)氨過(guò)程中氨化/脫氨反應(yīng)的熱效應(yīng)較大，因此，強(qiáng)化反應(yīng)器內(nèi) 部的傳熱效果更有利于促進(jìn)氨化/脫氨反應(yīng)，從而提高反應(yīng)器的整體儲(chǔ)氨性能。因此本 發(fā)明公開(kāi)的儲(chǔ)氨反應(yīng)器，在反應(yīng)床層區(qū)中設(shè)置有用于通過(guò)換熱流體的螺旋盤(pán)管式熱交換通 道，且在該螺旋盤(pán)管式熱交換通道的外表面并列布置若干排翅片，利用螺旋盤(pán)管的二次環(huán) 流特性和翅片較大的傳熱面積，強(qiáng)化換熱流體與金屬氨化物之間的傳熱效果，從而促進(jìn)反 應(yīng)的進(jìn)行，并對(duì)含有翅片的螺旋盤(pán)管式熱交換器幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)控制換熱流體的 溫度和流速來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)器適用于不同種類(lèi)的金屬氨化物儲(chǔ)氨過(guò)程（不同的反應(yīng)熱效應(yīng)）。 同時(shí)，本發(fā)明用易拆卸的上、下封頭與殼體進(jìn)行連接，方便螺旋盤(pán)管式熱交換通道的維修和 更換。與目前已有的熱交換器外置式、直管式、多束小管式、微通道式、U型管式熱交換器等 禪合的儲(chǔ)氨反應(yīng)器相比，本發(fā)明具有操作簡(jiǎn)單、處理量大、易更換、使用壽命長(zhǎng)、傳熱傳質(zhì)效 果優(yōu)良及氣相擴(kuò)散阻力小等特點(diǎn)，可滿足氨化/脫氨過(guò)程中熱效應(yīng)較大的金屬氨化物儲(chǔ)氨 技術(shù)的應(yīng)用。
[0024] 進(jìn)一步地，過(guò)濾器設(shè)置于頂端管板的上表面，有兩個(gè)目的：一是為了避免雜質(zhì)進(jìn)入 反應(yīng)床層內(nèi)和氨化物進(jìn)入氣相緩沖槽內(nèi)；二是為了避免濾網(wǎng)在使用過(guò)程中因氨化/脫氨反 應(yīng)產(chǎn)生的熱效應(yīng)而導(dǎo)致變形