一种蓄热列管式反应系统的制作方法

本发明总的涉及一种化学反应装置，具体涉及一种蓄热列管式反应系统。

背景技术：

乙烯和苯都是现代工业中重要的基础原料，也是世界产量最大的化学品，其产品广泛应用于国民经济、人民生活、国防等领域。面对石油资源的不断消耗短缺以及我国贫油多煤的国情，石油的获取成为发展乙烯和苯工业的瓶颈，也是摆在人们面前急需解决的问题。因此，研究开发一种新的原料及其工艺方法制备乙烯和苯进而替代石油，对进口石油依赖性的缓解有着极其重要的意义。

在煤化工技术中，以煤为原料通过电石工艺或以天然气为原料通过非催化部分氧化工艺制取乙炔，已成为成熟工艺。以乙炔为原料，在选择性加氢催化剂的作用下，通过加氢过程得到乙烯产品，可进一步拓展煤化工路线。因此，开发乙炔加氢制乙烯的新工艺及技术，具有广阔的应用前景。

现有采用乙炔制苯和乙烯的技术，要么是在反应过程中浪费了大量的能量，要么是对反应管加热不均，低温的反应气体从进入反应到反应完成，温度变化较大，造成反应体积膨胀，影响反应效率，而且反应管的温度场不均，对反应的进行都有负面的影响。

因此，为了提高现有乙炔制苯和乙烯的反应系统的效率，克服现有反应气体从进入到反应完成温度不均、反应能量浪费等问题，需提出一种高效、节能的新的反应系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种蓄热列管式反应系统，主要解决现有技术反应气体从进入到反应完成温度不均、反应管的温度场不均、反应过程中能量浪费的问题。

本发明提供了一种蓄热列管式反应系统，所述系统包括列管反应器、蓄热列管式加热装置，其中，所述蓄热列管式加热装置包括左蓄热室、右蓄热室、燃烧室和油气管道，所述左蓄热室和右蓄热室分别通过管道连接换向阀，所述换向阀分别连接助燃空气进口和燃烧气体出口，用于在第一换向状态时使得所述助燃空气进口与所述左蓄热室连通，所述燃烧气体出口与所述右蓄热室连通，所述原料气从所述右蓄热室的管程换热后进入列管式反应器中，左蓄热室的原料气入口关闭；在第二换向状态时使得所述助燃空气进口与所述右蓄热室连通，所述燃烧气体出口与所述左蓄热室连通，所述原料气从所述左蓄热室的管程换热后进入列管式反应器中，右蓄热室的原料气入口关闭；；所述左蓄热室和右蓄热室内均设有穿过蓄热体的列管换热器，在所述列管换热器的一端设有气体入口，在所述列管换热器的另一端设有气体出口；所述左蓄热室和右蓄热室分别通过烧嘴与所述燃烧室的两边侧壁连接；所述烧嘴连接所述油气管道；所述燃烧室内设有左多孔耐火墙和右多孔耐火墙；所述列管反应器设于所述燃烧室内，位于所述左多孔耐火墙和右多孔耐火墙之间；所述列管反应器的上端设有穿过所述燃烧室顶部的反应气体出口，所述列管反应器的下端设有穿过所述燃烧室底部的反应气体入口；所述反应气体入口与所述列管换热器的气体出口相连。

上述的反应系统，所述系统还包括反应气体输送管道，其包括总管道和支管道，在所述左蓄热室和右蓄热室的气体入口之前设有与所述总管道连接的所述支管道，在所述左蓄热室和右蓄热室的气体出口与所述列管反应器的反应气体入口之间设有依次相连的所述支管道与所述总管道。

进一步地，所述多孔耐火墙的墙面上均匀分布着孔洞(可以是方孔、圆孔等)，所述多孔耐火墙的开孔率为40-80％。

进一步地，所述换向阀的助燃空气进口连接有引风机。

进一步地，所述列管反应器的反应列管上可连接有翅片，用以增大所述反应列管的换热面积。

上述的反应系统，所述列管反应器在所述燃烧室内居中均匀分布，所述列管反应器的横截面占所述燃烧室横截面积的50-80％。

上述的反应系统，所述多孔耐火墙和所述烧嘴在所述列管反应器的两侧对称分布。

上述的反应系统，所述列管反应器内装填有催化剂。

上述的反应系统，所述列管反应器的管径内径为3-50mm。

进一步地，所述列管反应器的管间中心距为管径的1-5倍。

本发明采用蓄热室燃烧技术，能够极大的回收烟气中的余热，能够节能、高效地利用燃料。

本发明在蓄热室中的蓄热体中设置的列管换热器，反应气体能够通过换热器进行预热，有利于反应器中反应的进行，使得反应气体从进入反应器到完成反应温度变化不会太大，消除了现有技术因反应气体变化太大导致的体积膨胀问题，极大地提高了反应效率。

本发明中烧嘴交替工作，且在烧嘴与反应管之间设置多孔耐火墙，墙面均匀分布着方孔或者圆孔，可以均匀分布燃烧后的高温气体，并且防止高温火焰直接接触列管式反应器，保证了燃烧室内温度的均匀与稳定。

本发明的列管反应器能够极大地降低反应器的放大效应。

另外，本发明列管反应器及列管换热器的列管外均可以增加翅片，可增大换热效果。

附图说明

图1为本发明实施例的蓄热列管式反应系统的纵向剖视结构示意图。

图2为本发明实施例的反应列管呈正三角形分布的俯视局部结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

本发明的目的是解决现有技术反应气体从进入到反应完成温度不均、反应管的温度场不均、反应过程中能量浪费等问题。

本发明提供的蓄热列式管式反应系统，包括列管反应器、蓄热列管式加热装置。

如图1所示，所述蓄热列管式加热装置包括左蓄热室、右蓄热室、燃烧室5和油气管道1，左蓄热室和右蓄热室分别通过管道连接换向阀7，换向阀7又分别连接助燃空气进口和燃烧气体出口，用于在一种换向状态时使得助燃空气进口与左蓄热室连通，燃烧气体出口与右蓄热室连通，在另一种换向状态时使得助燃空气进口与右蓄热室连通，燃烧气体出口与左蓄热室连通。

左蓄热室和右蓄热室内均设有穿过蓄热体4的列管换热器3，在列管换热器3的一端设有气体入口，在列管换热器3的另一端设有气体出口，气体出口用于与列管反应器6的反应气体入口相连。

在每个蓄热室中填充着蓄热体，在蓄热体中均匀分布着列管换热器3。

换向阀7连通着引风机8，用于抽吸助燃空气。

左蓄热室和右蓄热室分别通过烧嘴2与燃烧室的两边侧壁连接。烧嘴2又连接有油气管道1，提供的油气用于在空气的助燃下进行燃烧。燃烧室内设有左多孔耐火墙和右多孔耐火墙9。

烧嘴2的喷出口与多孔耐火墙9之间有一定距离。每个烧嘴2都有单独的油气管线1。

列管反应器6设于燃烧室5内，位于左多孔耐火墙和右多孔耐火墙9之间。在列管反应器6的上端设有穿过所述燃烧室5顶部的反应气体出口，在列管反应器6的下端设有穿过所述燃烧室5底部的反应气体入口。反应气体入口与列管换热器3的气体出口相连。

多孔耐火墙9和烧嘴2均可在列管反应器6的两侧对称分布。

具体地，系统还可包括反应气体输送管道，由总管道和支管道组成。在气体输入时可设置总管，之后分成两路支管分别通往左蓄热室和右蓄热。反应气体经过蓄热室内的列管换热器3后，再从左蓄热室和右蓄热室的气体出口引出支管道，之后汇聚到总管道，并使总管道与列管反应器6下端的反应气体入口相连。

利用本发明的蓄热列管式反应系统工作时，如图1所示，引风机8将空气引入到助燃空气管道，经过换向阀7进入到一侧的蓄热室，在该蓄热室内助燃空气被蓄热体4加热后，进入到烧嘴2中。

在烧嘴2中，预热空气与油气管道1中的燃料混合均匀后，进行燃烧，燃烧温度在600-1000℃之间。

燃烧后的烟气将列管反应器6内的反应气体换热，然后再通过另一个烧嘴2进入到另一侧的蓄热室中。在该蓄热室中，蓄热体4将燃烧后的烟气中的余热吸收，储存在蓄热体中。换热后的烟气再经过换向阀7，离开界区。

同时，反应气体(乙炔、甲烷、一氧化碳和氢气)通过反应管道进入到第一侧的蓄热室；在该蓄热室中与蓄热体换热后，进入到列管反应器6内进行反应。反应后的气体从反应气体出口离开界区。

列管反应器6的反应列管的管径内径可为3-50mm，优选的内径为在3-30mm。列管呈正三角形分布，其俯视局部示意如图2所示，任意相邻最近的三根管道的圆心相连接构成正三角形。采用此种分布形式，是为了追求更大的传热效率,因为此种正三角形的排列方式排列紧凑,壳程流体直接冲刷换热管,使壳程流体分布更加均匀。

列管反应器6的反应列管管间中心距为管径的1-5倍，优选的管间的中心距为1.5-3倍。其材料可以是石英、陶瓷或者不锈钢。

在列管反应器6的管径内填充催化剂。在列管外面可以增加翅片，用以增大列管的换热面积。该种列管反应器的设计能够极大地降低反应器的放大效应。反应列管在燃烧室内居中，均匀分布，反应列管的横截面占所述燃烧室横截面积的50-80％。

多孔耐火墙9的墙面均匀分布着孔洞，可以是方孔、圆孔等，墙体的开孔率为40-80％，用以均匀分布燃烧后的高温气体，并且防止高温火焰直接接触列管式反应器6。

一段时间后，换向阀7切换方向，空气从另一侧蓄热室进入烧嘴2燃烧，经过燃烧室，再进入第一侧蓄热室，最后经过换向阀7离开界区。同时，反应气体也经过另一侧蓄热室进行换热，再进入到列管反应器6反应。

如此反复，保持系统平稳连续运行，就可不断使气体反应生成苯或乙烯等。

本发明采用蓄热室燃烧技术，能够极大的回收烟气中的余热，能够节能、高效地利用燃料。

本发明在蓄热室中的蓄热体中设置的列管换热器，反应气体能够通过换热器进行预热，有利于反应器中反应的进行，使得反应气体从进入反应器到完成反应温度变化不会太大，消除了现有技术因反应气体变化太大导致的体积膨胀问题，极大地提高了反应效率。

本发明中烧嘴交替工作，且在烧嘴与反应管之间设置多孔耐火墙，墙面均匀分布着方孔或者圆孔，可以均匀分布燃烧后的高温气体，并且防止高温火焰直接接触列管式反应器，保证了燃烧室内温度的均匀与稳定。

另外，本发明助燃空气与反应气体同时通过同一个蓄热室进行预热，结构简单紧凑，系统占用空间小。

实施例

如图1所示，一种用于乙炔制苯和乙烯的蓄热列管式反应系统，所述蓄热列管式反应器反应系统包含：油气管道、烧嘴、列管换热器、蓄热体、燃烧室、列管反应器、换向阀、引风机和多孔耐火墙；所述燃烧室内包含着列管反应器，两堵多孔耐火墙，在燃烧室的两侧对称分布着两个烧嘴；列管反应器的材质可以是石英、陶瓷或者不锈钢；每个烧嘴都有单独的油气管线，连接着一个单独的蓄热室；在每个蓄热室中填充着蓄热材料，在蓄热材料中均匀分布着列管；蓄热室联通着换向阀，换向阀连通着引风机；反应气体从界区外进入系统分为两路，分别连接一个蓄热室，再通过燃烧室内的列管式反应器，反应之后离开系统。所述引风机、换向阀、蓄热室、烧嘴、燃烧室、烧嘴、蓄热室、换向阀依次相连，燃烧气体依次通过上述设备；所述反应气体管线、蓄热室换热器管程、列管反应器依次相连，反应气体依次通过上述设备。

引风机8将空气引入到助燃空气管道，经过换向阀7进入到1号蓄热室，在1号蓄热室内助燃空气被蓄热材料加热后，进入到烧嘴2中；在烧嘴2中，预热空气与油气管道1中的燃料混合均匀后，进行燃烧，燃烧温度在600-1000℃之间；燃烧后的烟气将列管反应器6内的反应气体换热，然后再通过另一个烧嘴2进入到2号蓄热室中；在2号蓄热室中，蓄热材料将燃烧后的烟气中的余热吸收，储存在蓄热体4中；换热后的烟气再经过换向阀7，离开界区。

同时，反应气体(乙炔、甲烷、一氧化碳和氢气)通过反应管道进入到1号蓄热室；在1号蓄热室中与蓄热材料换热后，进入到列管反应器6内进行反应；反应后的气体从反应器出口离开界区。

当2号蓄热室的蓄热体4快蓄满后，换向阀7切换方向，空气从2号蓄热室进入烧嘴2燃烧，经过燃烧室，再进入1号蓄热室，最后经过换向阀7离开界区；同时，反应气体也经过2号蓄热室进行换热，再进入到列管反应器6反应。

如此反复，保持系统平稳连续运行。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。