一种热管移热式气液固三相环流反应器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种热管移热式气液固三相环流反应器，包括三相环流反应器本体和移热装置；所述三相环流反应器本体包括塔身、上封头、下封头和提升管，上封头、下封头、提升管与塔身配合，在塔身内部形成环隙区；所述移热装置为热管，热管的受热端置于环隙区内，热管的放热端置于塔身外部，所述热管的放热端周围设有冷却工质。热管受热端吸热后，通过热管内工质相变、流动，将热量移到塔身外的热管放热端被冷却工质带走，从而实现床内的热量移除。该反应器不但能够实现高效移热，而且便于后期运行调节和维护。
【专利说明】一种热管移热式气液固三相环流反应器
【技术领域】
[0001]本发明属于能源工程和化学工程领域，特别是一种复合热管的气液固三相喷动环流反应器。
【背景技术】
[0002]三相喷动式环流床是一种有较好应用前景的气液固反应器，其工作原理是气相或液相又或是气液两相混合物以较高的速度喷入反应器形成射流，在喷射推动、静压差推动作用下，反应器内部流体形成上下循环流动，同时带动固相颗粒循环。与常规三相循环流化床相比，其固相颗粒运动具有较好的有序性，这在需考虑固相更新的场合具有很好的优势，有望应用于石油化工、生物质油化工、费托合成、煤液化等场合。
[0003]在这些场合所涉及的往往是强放热化学反应，而反应器内床温的过高往往带来催化剂失效、不利副反应增强等问题。因此，及时移除床内反应热，维持床内温度均匀，是反应器有效运行所必须考虑的问题。
[0004]常规三相反应器(如三相浆态鼓泡床)的移热一般是在床内插入盘管，然后通入冷媒，带走反应热量，也可以将床内热物料弓丨出床外，进行散热。专利CN100512941C提供了 一种将床内液相引到床外进行换热的三相浆态床反应器。但是，对于三相反应器，由于固相颗粒的存在，液相弓I出换热时，容易弓I发泵的磨损，换热器内固相沉积、堵塞等一系列的问题。
[0005]对于三相喷动式环流床，在移热方面，采用引出液相散热的方案，同样会遇到和常规三相反应器一样的困难。而且，除此之外，还有另外两个方面的困难，一、为了床内形成正常稳定的环流，喷动区一般不宜布置换热器，使得换热器布置空间有限；二、在环隙区，催化剂的分布密度较大，反应十分剧烈，使得移热负荷强度大。
[0006]这种情况下，在三相喷动式环流床中使用常规的盘管移热难以达成目标。不但盘管对内部流场的稳定性影响较大，而且盘管设计布局不合理时，或者反应器运行状况与设计工况有偏差时，很容易导致反应器内出现局部过热。此外，复杂型式的盘管在气液固系统中容易磨损，后期的更换维护较为不便。
[0007]综上所述，三相喷动式环流反应器在如何有效移热、调控维持反应器内温度均匀分布方面存在一定的困难。
[0008]热管是一种高性能的导热元件，移热密度大，已在航空航天、新能源等领域得到应用。如专利CN102052782A提供了一种热管式太阳能光电光热综合利用系统。
【发明内容】
[0009]要解决的技术问题:针对上述技术问题，本发明提供一种热管移热式三相喷动环流反应器，该反应器适用于气液固三相喷动式环流反应器的高效移热，解决现有气液固三相喷动式环流反应器内难以有效移热、难以维持反应器内温度均匀分布方面的技术问题。
[0010]技术方案:为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
[0011]一种热管移热式气液固三相环流反应器，包括三相环流反应器本体和移热装置；所述三相环流反应器本体包括塔身、上封头和下封头，所述塔身内部设有提升管，上封头、下封头、提升管与塔身配合，在塔身内部形成环隙区；所述移热装置为热管，热管的受热端置于环隙区内，热管的放热端置于塔身外部，所述热管的放热端周围设有冷却工质。环隙区位于提升管与塔身之间，且与提升管等高，热管受热端吸热后，通过热管内工质相变、流动，将热量移到塔身外的热管放热端被冷却工质带走，从而实现床内的热量移除。
[0012]进一步的，在本发明中，所述热管的受热端穿过上封头后置于环隙区内。
[0013]进一步的，在本发明中，所述热管的受热端穿过塔身侧壁后置于环隙区内。
[0014]进一步的，在本发明中，所述热管在环隙区内均匀分布。
[0015]作为优选的，在本发明中，所述热管在环隙区内呈疏密分布，在产热温和区分布稀疏，在飞温热点区域分布密集。
[0016]热管可以选择多个点插入至塔身内部的环隙区内，并且热管在环隙区既可以均匀分布，又可以根据反应器内的冷热分布，调整插入反应器内的热管数量，改热管群为疏密分布，使得床内温度分布均匀化。
[0017]进一步的，在本发明中，在塔身和上封头上预设热管插口，所述热管插口上设置有内螺纹，所述热管插口配套有密封堵头，相应的在热管外壁上设置有外螺纹。根据实际运行中的移热需求，设定需要使用的热管数量和位置，选择性地插入热管移热，并通过螺纹密封，剩余未插热管的热管插口，可使用配套的密封堵头密封。
[0018]有益效果:
[0019]本发明的一种热管移热式气液固三相环流反应器采用热管实现反应器内直接移热，避免了液相外换热所必需的过滤环节，结构简单，运行稳定；
[0020]因热管外形构造简单，对流体流动干扰小，三相环流反应器内能够形成规律稳定的环流，实现对反应物料的有序控制；
[0021]可根据实际工程应用中，三相环流反应器运行中的内部冷热分布，方便的进行热管群疏密调节，使床内温度均匀化；
[0022]本装置能有效解决三相环流反应器热负荷集中、换热可利用空间有限条件下的反应热移除问题，并且后期运行调节和维护简便。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明热管从上封头插入塔身的结构示意图；
[0024]图2为本发明热管从塔身侧壁插入塔身的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0026]如图1和图2所示，一种热管移热式气液固三相环流反应器，包括三相环流反应器本体和移热装置。
[0027]所述三相环流反应器本体包括上封头1、塔身2、下封头4、辅助流体分布器5、辅助流体进料管6，、喷动流体进料管7、出气管8、出液管9、提升管10、固体进料管11和固体出料管12。其中上封头I与塔身2通过螺栓连接，下封头4与塔身2也通过螺栓连接，提升管10通过支架固定在塔身2内，提升管10与喷动流体进料管7为同一中心线，提升管10管径大于或等于喷动进气管7管径；上封头1、塔身2、提升管10、下封头4四者相互配合，在提升管10与塔身2的内壁之间的空间形成环隙区，环隙区与提升管10等高；上封头I上设置有出气管8，固体进料管11穿过上封头1，进入环隙区内；塔身2上设置有出液管9和固体出料管12，其中出液管9设置于塔身2上部，固体出料管12设置于塔身2下部，且位于固体进料管11的另一侧；在下封头4上还设置有辅助流体分布器5、辅助流体进料管6和喷动流体进料管7，其中辅助流体分布器5开孔部分处于环隙区正下方，喷动流体进料管7处于提升管10正下方。
[0028]所述移热装置为热管3，热管3的受热端直接布置在环隙区内，热管3的放热端置于塔身外部，所述热管3的放热端周围设有冷却工质。如图1所示，在塔身2和上封头I上预设热管插口，所述热管插口上设置有内螺纹，所述热管插口配套有密封堵头，相应的在热管3的外壁上设置有外螺纹。热管3的受热端可以穿过上封头I上的热管插口后置于环隙区内，又如图2所示，热管3的受热端也可以穿过塔身2的侧壁上的热管插口后置于环隙区内。
[0029]根据实际运行中的移热需求，设定需要使用的热管3的数量和位置，选择性地插入热管3进行移热，并通过螺纹密封，剩余未插热管3的热管插口，可使用配套的密封堵头进行密封。设置多个热管形成热管群，在环隙区内热管群的分布可以呈均匀分布；又可以根据实际操作过程中三相环流反应器内的冷热分布，将热管群设置成疏密分布，即调整插入三相环流反应器内的热管数量，在飞温热点区域热管数量加密，在产热温和区数量适当稀疏。
[0030]本装置工作时，喷动流体以较高的流速通过喷动流体进料管7进入三相环流反应器本体，喷动流体利用自身的喷动能量和与周围流体的密度差，带动周围流体进入提升管10向上流动，同时，固相也被带入提升管10。离开提升管10后，由于速度的降低，流体、固体重新回流到塔身2与提升管10之间的环隙区向下流动，形成三相环流反应器内环流循环。同时在环隙区下部布置有辅助流体分布器5，以加强三相环流反应器内的传质和避免固相在三相环流反应器底部的沉积。参加完反应的气体、液体分别通过出气管8、出液管9流出三相环流反应器。
[0031]在上述反应期间，环隙区热流体扫过热管3的受热端，热管3的受热端吸热后，通过热管3内工质相变、流动，将热量移到塔身2外的热管3的放热端被冷却工质带走，从而实现三相环流反应器本体内热量的移除。
[0032]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种热管移热式气液固三相环流反应器，其特征在于:包括三相环流反应器本体和移热装置；所述三相环流反应器本体包括塔身(2)、上封头(I)和下封头(4)，所述塔身(2)内部设有提升管(10)，上封头(I)、下封头(4)、提升管(10)与塔身(2)配合，在塔身(2)内部形成环隙区；所述移热装置为热管(3)，热管(3)的受热端置于环隙区内，热管(3)的放热端置于塔身(2)外部，所述热管(3)的放热端周围设有冷却工质。
2.根据权利要求1所述的一种热管移热式气液固三相环流反应器，其特征在于:所述热管(3)的受热端穿过上封头(I)后置于环隙区内。
3.根据权利要求1所述的一种热管移热式气液固三相环流反应器，其特征在于:所述热管(3)的受热端穿过塔身(2)的侧壁后置于环隙区内。
4.根据权利要求1所述的一种热管移热式气液固三相环流反应器，其特征在于:所述热管(3 )在环隙区内均匀分布。
5.根据权利要求1所述的一种热管移热式气液固三相环流反应器，其特征在于:所述热管(3)在环隙区内呈疏密分布，在产热温和区分布稀疏，在飞温热点区域分布密集。
6.根据权利要求1所述的一种热管移热式气液固三相环流反应器，其特征在于:在塔身(2 )和上封头(I)上预设热管插口，所述热管插口上设置有内螺纹，所述热管插口配套有密封堵头，相应的在热管(3)外壁上设置有外螺纹。
【文档编号】B01J8/08GK103752230SQ201410010669
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2014年1月9日
【发明者】钟文琪, 徐惠斌, 金保昇 申请人:东南大学