一种翅片与螺旋盘管式热交换器耦合的储氢反应器及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于化工反应器设计技术领域，设及一种储氨反应器，具体设及一种翅片 与螺旋盘管式热交换器禪合的储氨反应器及系统。
【背景技术】
[0002] 目前，国内外针对氨化/脱氨反应过程中热效应较大的金属氨化物储氨反应器主 要有W下几种分类：
[0003] 1、热交换管外绕式储氨反应器一-热交换管围绕在环状圆柱形反应器的外围，换 热流体从反应器上端侧面进入，一直到下端另一侧面流出，氨气通过壳体轴中屯、管道上的 小孔经过滤网进入氨化物床层，W径向方向逐步与床层发生反应，直至接近热交换管的壳 体边缘处。该反应器具有结构简单、换热效果较好，氨化/脱氨反应速率较快等特点，但 由于氨气经过滤网从中屯、开始扩散到热交换管处的床层所需的时间较长，壳体径向方向 存有一定的内部溫度梯度，分布不均匀，整体的效率不高。（International Journal of Hy化ogen linergy,2013, 38(22) :9570-9577)。
[0004] 2、直管式热交换器禪合的储氨反应器一一金属氨化物固体物料放置在圆柱形壳 体的反应区内，壳体上端和下端分别固定滤网，氨气通过滤网后快速扩散到氨化物床层内， 并与之反应，氨化/脱氨过程产生或需要的热量通过分布在壳体轴中屯、位置的直管式热交 换管内的换热流体带走或输入。该反应器具有结构简单紧凑，气相阻力较小等特点，但由于 直管式换热管的换热面积有限，换热效率较一般，不太适用于反应过程中热效应较大的储 氨场合（AppliedEnergy, 2013, 112:1181-1189)。 阳0化]3、多束小管式热交换器禪合的储氨反应器一一在反应器壳体的上端和底端之 间固定多个较小直径的管束作为换热流体的通道，氨气从壳体的侧面经过滤网进入反 应器内与多束小管式热交换管之间的金属氨化物发生反应。该反应器具有结构简单和 良好的传热传质效果，但由于热交换器多为较小直径的管束，处理量较小，且氨气扩散进 入反应床层内部的阻力较大，因而限制了其规模化应用（AppliedThermalEngineeri ng, 1998, 18(6) :457-480)。
[0006] 4、微通道式热交换器禪合的储氨反应器一一为了增加换热面积，达到强化换热效 果的目的，将热交换管微通道化，即使用内径在1mmW下的直管作为换热流体通道。该反 应器虽然具有反应速度快、换热效果好、结构也较紧凑的优点，但由于微通道加工复杂，成 本较高，且热交换器厚度较薄，而氨化/脱氨过程中产生热应力，易损坏微通道式热交换器 (International Journal of Hydrogen Energy, 2013, 38 (35):15242-15253)〇
[0007] 5、螺旋管式微通道热交换器禪合的储氨反应器一一为了改善上述微通道式热交 换器在氨化/脱氨反应过程中易破裂损坏的缺点，该反应器将管式微通道设计成螺旋形， 避免了换热过程中因热胀冷缩产生的热应力对管式微通道的损害。但同样增加了制造工艺 难度和造价成本，且由于热交换器管径较小，换热流体一旦有污垢易造成堵塞现象（中国， CN. 201310189618. 2)。
[0008] 6、U型管式、弓形板式热交换器禪合的其他类储氨反应器一一运些反应器虽然具 有易操作，结构紧凑、反应速率较快等特点，但其传热效果较一般，且加工过程困难，替换性 较差，目前还无法应用到实际储氨产业中。
[0009] 由此可见，上述现有的各类储氨反应器都存在一些缺陷，在实际产业应用中存在 限制。
【发明内容】
[0010] 为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种翅片与螺旋盘管 式热交换器禪合的储氨反应器及系统，该储氨反应器操作简单、处理量大、易更换维修、使 用寿命长、传热传质效果优良。
[0011] 本发明是通过W下技术方案来实现：
[0012] 本发明公开了一种翅片与螺旋盘管式热交换器禪合的储氨反应器，包括壳体及设 置在壳体上、下两端的上封头和下封头，上封头、下封头与壳体的连接处分别设有顶端管板 和底端管板，上封头与顶端管板之间的空腔构成气相缓冲槽，下封头与底端管板之间的空 腔构成换热流体缓冲槽，顶端管板和底端管板之间的空腔构成反应床层区；在反应床层区 的侧壁上开设有物料进出口，在上封头顶壁上开设有气相入口及与反应床层区相通的换热 流体出口，在下封头的底壁上开设换热流体入口；在反应床层区中设置有用于通过换热流 体的螺旋盘管式热交换通道，且在该螺旋盘管式热交换通道的外表面并列布置若干排翅 片。
[0013] 在顶端管板的上端面设有仅供氨气进出的滤网，滤网由不诱钢制成，滤网厚度为 0. 5~1mm，孔径为400~500目。
[0014] 螺旋盘管式热交换通道的螺旋节距与螺旋直径的比值为0. 333,若干排翅片间隔 均匀地分布在螺旋盘管式热交换通道的外表面上。
[0015] 上封头侧壁开设有气相缓冲槽排气口。
[0016] 顶端管板上密布若干气相孔道，气相孔道W同轴环状形式绕顶端管板轴中屯、分 布，孔径为3~5mm。
[0017] 在与物料进出口相对一侧的反应床层区侧壁上设有若干用于测量金属氨化物床 层反应溫度的测溫管。 阳01引测溫管相互之间间隔45mm。
[0019] 上封头和下封头与壳体之间均采用法兰进行连接，并W法兰密封圈进行密封。
[0020] 在下封头底部还设有支撑式支座。
[0021] 本发明还公开了由储氨反应器构成的储氨介质的反应器系统，包括储氨反应器、 氨源气瓶和恒溫油浴槽，恒溫油浴槽与储氨反应器相连的管路上依次设有输送累、流量控 制阀、流量计；氨源气瓶与储氨反应器相连的管路上依次设有减压阀、Ξ通阀、压力表及压 力控制阀；真空累通过管路与Ξ通阀相连。
[0022] 与现有技术相比，本发明具有W下有益的技术效果：
[0023] 由于金属氨化物储氨过程中氨化/脱氨反应的热效应较大，因此，强化反应器内 部的传热效果更有利于促进氨化/脱氨反应，从而提高反应器的整体储氨性能。因此本 发明公开的储氨反应器，在反应床层区中设置有用于通过换热流体的螺旋盘管式热交换通 道，且在该螺旋盘管式热交换通道的外表面并列布置若干排翅片，利用螺旋盘管的二次环 流特性和翅片较大的传热面积，强化换热流体与金属氨化物之间的传热效果，从而促进反 应的进行，并对含有翅片的螺旋盘管式热交换器几何结构进行优化，通过控制换热流体的 溫度和流速来调节反应器适用于不同种类的金属氨化物储氨过程（不同的反应热效应）。 同时，本发明用易拆卸的上、下封头与壳体进行连接，方便螺旋盘管式热交换通道的维修和 更换。与目前已有的热交换器外置式、直管式、多束小管式、微通道式、U型管式热交换器等 禪合的储氨反应器相比，本发明具有操作简单、处理量大、易更换、使用寿命长、传热传质效 果优良及气相扩散阻力小等特点，可满足氨化/脱氨过程中热效应较大的金属氨化物储氨 技术的应用。
[0024] 进一步地，过滤器设置于顶端管板的上表面，有两个目的：一是为了避免杂质进入 反应床层内和氨化物进入气相缓冲槽内；二是为了避免滤网在使用过程中因氨化/脱氨反 应产生的热效应而导致变形