一种带多通道膜反应器的化学热泵的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种带多通道膜反应器的化学热泵，包括进料管、液相泵、第一电磁阀、多通道余热回收膜反应器、出料管、余料回流管、回热器、第二电磁阀、高温放热反应器、第三电磁阀，所述进料管依次连接液相泵、第一电磁阀、多通道余热回收膜反应器的进料口；所述多通道余热回收膜反应器的出料口通过出料管依次连接回热器、第二电磁阀、高温放热反应器、第三电磁阀后再次连接回热器、液相泵入口，所述多通道余热回收膜反应器的余料回流口通过余料回流管连接液相泵入口。本发明利用膜分离对化学热泵吸热反应后的工质对进行分离，避免了精馏塔再沸器耗热和冷凝器耗冷，分离更完全，提高反应转化率及化学热泵系统热效率。
【专利说明】一种带多通道膜反应器的化学热泵
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及升温型化学热栗的创新设计，具体涉及一种带多通道膜反应器对余废热进行品质提升的升温型化学热栗系统。
【背景技术】
[0003]热栗的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象。化学热栗，指利用化学现象的热栗，也指利用热化学反应的热栗。化学热栗有三种类型:蓄热型、增热型、升温型。升温型热栗实现了对低品质余废热的品质提升，使得80?120°C的低品质热变成200°(:及以上的中高品质的可利用有效热。
[0004]现今已有的升温型化学热栗系统常采用精馏塔对化学吸热反应后的产物与余料进行分离，分离效果较差，而且精馏塔塔底再沸器以及塔顶冷凝器能耗较高，占升温型化学热栗系统总能耗的45%?65%，由此使得升温型化学热栗系统热效率较低，一般小于16%。升温型化学热栗系统中发生的化学反应为可逆反应，在吸热反应器中，由于反应后的产物未及时与反应物分离开，使得反应转化率较低，一般为5?42%，无效功耗、无效热耗较大，进一步阻碍了升温型化学热栗系统热效率的提高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，通过在升温型化学热栗系统中加入多通道余热吸收膜反应器，实现化学吸热反应产物与未反应物的低能耗分离，提高反应器中反应的转化率，以及升温型化学热栗的热效率。
[0006]本发明的技术方案如下所述:
一种带多通道膜反应器的化学热栗，包括进料管、液相栗、第一电磁阀、多通道余热回收膜反应器、出料管、余料回流管、回热器、第二电磁阀、高温放热反应器、第三电磁阀，所述进料管依次连接液相栗、第一电磁阀、多通道余热回收膜反应器的进料口；
所述多通道余热回收膜反应器的出料口通过出料管依次连接回热器、第二电磁阀、高温放热反应器、第三电磁阀后再次连接回热器、液相栗入口，所述多通道余热回收膜反应器的余料回流口通过余料回流管连接液相栗入口。
[0007]进一步地，所述的第一电磁阀与多通道余热回收膜反应器的进料口之间的管路上、第二电磁阀与高温放热反应器之间的管路上设置有观察窗。
[0008]进一步地，所述回热器采用贴附式、套管式或壳管式换热器。
[0009]进一步地，所述的多通道余热回收膜反应器和高温放热反应器中均填充有催化剂。
[00?0]进一步地，所述的催化剂为镍。
[0011]本发明的带多通道膜反应器的化学热栗的工作原理及过程如下: a.吸热过程:通过进料管，原物料被液相栗抽动，经过电磁阀，进入多通道余热回收膜反应器，吸收工业低品质的余废热80?120°C，发生化学吸热反应，在多通道膜余热回收反应器中，原料的化学吸热反应及吸热反应后产物与未反应余料的分离同时进行，最终得到纯度较高的产物，经出料管流出。
[0012]b.放热过程:经出料管流出的吸热化学分解反应产物，流经回热器，流体温度得以提升，再经电磁阀，进入高温放热反应器，在较高温度200°C及以上发生化学放热反应，将低品位余废热提升成高品质有效热。
[0013]c.回流过程:经多通道余热回收膜反应器反应及分离后，未反应完全的余料经余料回流管流出，并由液相栗抽动，再次通过电磁阀，进入多通道余热回收膜反应器，形成回流。
[0014]d.循环过程:经高温放热反应器发生化学反应后的产物，通过电磁阀，进入回热器，对出料管中流动的流体进行加热，进一步提高热量利用率，之后再次回到进料处，通过液相栗的抽动，经过电磁阀，进入多通道余热回收膜反应器，实现多次循环。
[0015]本发明的有益效果是:
本发明装置结构简单，利用膜分离，使得化学热栗吸热反应及反应物与产物的分离同时进行，去除了能耗较大的精馏塔设备，反应转化率高，系统热效率高，运行时间长，经济性好，解决了其他升温型化学热栗转化率低、热效率低、可运行时间短的缺陷。在多通道余热回收膜反应器中，原料吸收余废热，发生可逆化学吸热反应，得到反应后产物，产物及时与反应物分离，化学吸热反应继续往正向进行，提高了化学吸热反应的转化率。多通道余热回收膜反应器替代了常规升温型化学热栗系统中的精馏塔，不需要加入塔底再沸器与塔顶冷凝器，降低系统能耗，提高系统热效率。
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例的带多通道膜反应器的化学热栗的结构示意图。
[0017]图中所示为:1_进料管，2-液相栗，3-第一电磁阀，4-多通道余热回收膜反应器，5-出料管，6-余料回流管，7-回热器，8-第二电磁阀，9-高温放热反应器，10-第三电磁阀。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
[0019]如图1所示，一种带多通道膜反应器的化学热栗，包括进料管1、液相栗2、第一电磁阀3、多通道余热回收膜反应器4、出料管5、余料回流管6、回热器7、第二电磁阀8、温放热反应器9、第三电磁阀10，所述进料管I依次连接液相栗2、第一电磁阀3、多通道余热回收膜反应器4的进料口 ；所述多通道余热回收膜反应器4的出料口通过出料管5依次连接回热器7、第二电磁阀8、温放热反应器9、第三电磁阀10后再次连接回热器7、液相栗2入口，所述多通道余热回收膜反应器4的余料回流口通过余料回流管6连接液相栗2入口。
[0020]具体而言，所述进料管I与液相栗2、第一电磁阀3、多通道余热回收膜反应器4、出料管5、回热器7、高温放热反应器9、第三电磁阀10顺次连接，形成低温吸热，高温放热的化学热栗循环;所述余料回料管6与液相栗2、第一电磁阀3、多通道余热回收膜反应器4顺次连接，形成余料回流循环。
[0021]所述装置进料通过进料管I被液相栗2、第一电磁阀3抽入多通道余热回收膜反应器4，吸收工业80?120 V的余废热，发生化学吸热反应，回收余废热，反应后产物与未反应完全的余料通过多通道膜反应器4实现分离，反应产物通过出料管5进入回热器7，再通过第二电磁阀8进入高温放热反应器9，在较高温度200°C及以上发生化学放热反应，将低品质废热变成中尚品质有效热。
[0022]经过多通道余热回收膜反应器4后未反应完全的余料进入余料回流管6，通过液相栗2、第一电磁阀3，再次进入多通道余热回收膜反应器4形成回流。
[0023 ]高温放热反应器9中物料发生化学放热反应后的产物，通过第三电磁阀1，进入回热器7，对出料管5的出料进行加热，再通过液相栗2、第一电磁阀3，流入多通道余热回收膜反应器4形成多次循环。
[0024]多通道余热回收膜反应器4和高温放热反应器9中均填充有催化剂。
[0025]本实施例中，所述装置化学吸热时，通过进料管I，原物料被液相栗2抽动，经过第一电磁阀3多通道余热回收膜反应器4，吸收工业低品质的余废热80?120°C，发生化学吸热反应，在多通道膜余热回收反应器4中，原料的化学吸热反应及吸热反应后产物与未反应余料的分离同时进行，最终得到纯度较高的产物，经出料管5流出，完成升温型化学热栗吸热过程。
[0026]所述装置化学放热时，经出料管5流出的吸热化学分解反应产物，流经回热器7，流体温度得以提升，再经第二电磁阀8，进入高温放热反应器9，在较高温度200°C及以上发生化学放热反应，将低品位余废热提升成高品质有效热，完成升温型化学热栗放热过程。
[0027]所述装置物料回流时，原料与产物经多通道余热回收膜反应器4反应及分离后，未反应完全的余料经余料回流管6流出，并由液相栗2抽动，再次通过第一电磁阀3，进入多通道余热回收膜反应器4，形成回流。
[0028]所述装置循环运行时，经高温放热反应器9发生化学反应后的产物，通过第三电磁阀10，进入回热器7，对出料管5中流动的流体进行加热，进一步提高热量利用率，之后再次回到进料处，通过液相栗2的抽动，经过电磁阀3，进入多通道余热回收膜反应器4，实现多次循环。
[0029]在本发明的另一个优选实施例中，绝大部分设备均采用不锈钢进行制造。
[0030]本实施例带多通道膜反应器的化学热栗系统，首次循环时，进料管I原料为25°C液体异丙醇，摩尔流量为9.56mol/s。异丙醇由液相栗2抽动，电功率为73W，通过电磁阀3，进入多通道余热回收膜反应器4，吸收工业90°C废热，液体异丙醇气化成气态，在75 °C发生吸热化学脱氢反应，热功率为0.98MW，生成丙酮气态和氢气气态，反应转化率为99%，产物从出料管5流出，产物为75°C的丙酮和氢气，其摩尔流量均为9.47mol/s，实现化学吸热。
[0031]所述装置从出料管5流出的产物进入回热器7，流出回热器7时温度提升至195°C，再通过第二电磁阀8，进入高温放热反应器9进行化学放热反应，放热功率为0.5MW，化学放热反应温度为205°C，反应转化率为99%，高温放热反应器9出口流体为异丙醇、丙酮和氢气，摩尔流量分别为9.37mol/s、0.09mol/s、0.09mol/s。化学热栗产热为220°C。
[0032]所述装置高温放热反应器9出口流体流经第三电磁阀10，进入回热器7，流出回热器7后的出口温度变为80°C，完成首次循环，热效率为0.51ο
[0033]所述装置完成首次循环后，回热器7出口80°C的流体再次被液体栗2抽动，通过第一电磁阀3，进入多通道余热回收膜反应器4，二次吸收工业90°C废热，发生化学吸热反应，热功率为0.51MW，实现多次循环，二次循环后热效率提升至0.98。
[0034]所述装置多通道余热回收膜反应器4，其换热管束结构采用U型，外表面为翅片表面，填充催化剂镍1kg，体积为413L。
[0035]所述装置高温放热反应器9，其换热管束结构采用U型，外表面为翅片表面，填充催化剂镍20kg，体积为10L。
[0036]所述装置回热器7，其换热管束结构采用U型，外表面为翅片表面，体积为87L。
[0037]应当理解，以上借助优化实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的，不能认定本发明的【具体实施方式】仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，都应当视为属于本发明提交的权利要求书确定的专利保护范围。
【主权项】
1.一种带多通道膜反应器的化学热栗，其特征在于，包括进料管(I)、液相栗(2)、第一电磁阀(3)、多通道余热回收膜反应器(4)、出料管(5)、余料回流管(6)、回热器(7)、第二电磁阀(8)、高温放热反应器(9)、第三电磁阀(10)， 所述进料管(I)依次连接液相栗(2)、第一电磁阀(3)、多通道余热回收膜反应器(4)的进料口； 所述多通道余热回收膜反应器(4)的出料口通过出料管(5)依次连接回热器(7)、第二电磁阀(8)、高温放热反应器(9)、第三电磁阀(10)后再次连接回热器(7)、液相栗(2)入口，所述多通道余热回收膜反应器(4)的余料回流口通过余料回流管(6)连接液相栗(2)入口。2.根据权利要求1所述的带多通道膜反应器的化学热栗，其特征在于:所述的第一电磁阀(3)与多通道余热回收膜反应器(4)的进料口之间的管路上、第二电磁阀(8)与高温放热反应器(9)之间的管路上设置有观察窗。3.根据权利要求1所述的带多通道膜反应器的化学热栗，其特征在于:所述回热器(7)采用贴附式、套管式或壳管式换热器。4.根据权利要求1所示的带多通道膜反应器的化学热栗，其特征在于，所述的多通道余热回收膜反应器(4)和高温放热反应器(9)中均填充有催化剂。5.根据权利要求1所示的带多通道膜反应器的化学热栗，其特征在于，所述的催化剂为镍。
【文档编号】F25B30/06GK106052196SQ201610610635
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月29日
【发明人】樊栓狮, 张雯翔, 郎雪梅, 王燕鸿
【申请人】华南理工大学