CN101443105B - 用于高温高压反应的反应堆和反应堆系统 - Google Patents
用于高温高压反应的反应堆和反应堆系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101443105B CN101443105B CN2007800172896A CN200780017289A CN101443105B CN 101443105 B CN101443105 B CN 101443105B CN 2007800172896 A CN2007800172896 A CN 2007800172896A CN 200780017289 A CN200780017289 A CN 200780017289A CN 101443105 B CN101443105 B CN 101443105B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- reactor
- inner pressurd
- reaction
- pressurd vessel
- reaction solution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 205
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 39
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 97
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 12
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 10
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 10
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 7
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 claims description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000792 Monel Inorganic materials 0.000 claims 2
- 229910001026 inconel Inorganic materials 0.000 claims 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 5
- 238000004073 vulcanization Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 229910019589 Cr—Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001182 Mo alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018054 Ni-Cu Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018487 Ni—Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018481 Ni—Cu Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000012295 chemical reaction liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000006757 chemical reactions by type Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 235000019628 coolness Nutrition 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000005987 sulfurization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004636 vulcanized rubber Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
- B01J3/04—Pressure vessels, e.g. autoclaves
- B01J3/046—Pressure-balanced vessels
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/0006—Controlling or regulating processes
- B01J19/0013—Controlling the temperature of the process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J11/00—Recovery or working-up of waste materials
- C08J11/04—Recovery or working-up of waste materials of polymers
- C08J11/10—Recovery or working-up of waste materials of polymers by chemically breaking down the molecular chains of polymers or breaking of crosslinks, e.g. devulcanisation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00051—Controlling the temperature
- B01J2219/00121—Controlling the temperature by direct heating or cooling
- B01J2219/00123—Controlling the temperature by direct heating or cooling adding a temperature modifying medium to the reactants
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
- B01J2219/025—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties characterised by the construction materials of the reactor vessel proper
- B01J2219/0263—Ceramic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
- B01J2219/025—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties characterised by the construction materials of the reactor vessel proper
- B01J2219/0277—Metal based
- B01J2219/0286—Steel
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
- B01J2219/025—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties characterised by the construction materials of the reactor vessel proper
- B01J2219/0295—Synthetic organic materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2321/00—Characterised by the use of unspecified rubbers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling
Abstract
在此公开了用于进行高温高压反应的反应堆和反应堆系统。反应堆具有可隔离的内容器，以允许反应堆的高效热能加热和冷却。反应堆包括适于承受反应压力和反应温度的外反应堆，外反应堆具有可密封的反应堆盖；位于外反应堆内的内容器，用于容纳反应溶液和至少一个反应容器，内容器对外反应堆开放，使得内容器和外反应堆的反应压力基本均衡并且内容器中的蒸汽到达外容器，内容器具有防溅挡板，用于基本上阻止反应溶液从内容器溢出到外反应堆；与内容器连通的蒸汽注射器，用于将蒸汽注射进内容器以加热反应溶液；外容器中的出口，用于从外反应堆和内容器排出蒸汽；和外反应堆出口，用于排放容纳于外反应堆和内容器之间的液体。
Description
技术领域
本发明涉及用于高温高压反应的反应堆和反应堆系统。
背景技术
高温高压反应需要一个适应处理这种情况的反应堆。如橡胶脱硫或矿物提炼的反应就是高温高压反应的例子。如结合在此的加拿大专利申请2,441,713所述，橡胶可以在水溶液中加热至250℃和350℃之间、压力上升到大约1500psi大约一小时时可以被脱硫。橡胶片通常相对很大，因为小片会聚集成团在处理时变得很硬。因此，需要一种分批型反应堆(batch reactor)。需要承受高温高压的反应堆是非常重并且具有非常大的热质量，因此需要充分的大量热能来将反应堆的温度升高到反应温度。现在的反应堆和反应堆系统需要许多小时来加热装满液体的反应堆到一定温度然后将其冷却，因此商业上不是非常实用。此外，冷却后再加热反应堆需要大量热量，因为高压反应堆的外反应堆壁具有非常大的热质量。
而且，从装满液体和被处理材料(如橡胶或从岩石或类似物中提炼的矿物)(这是热的不良导体)的外侧加热大的反应堆，也会导致反应堆内的大的温度梯度。
此外，当反应完成反应堆冷却以移开反应产物时，增加反应堆或反应物和/或溶液温度到反应温度的大量的热量丧失。
因此，需要一种反应堆，可使反应物能快速均匀加热到反应温度，并保持期望的时间，然后快速冷却。
发明内容
本申请涉及用于高温高压反应处理的反应堆和反应堆系统。本发明的反应堆具有可隔离的内容器，以允许其中进行的反应高效加热和冷却。内容器用于盛放反应溶液和反应容器。内容器可以与外反应堆隔离，通过外反应堆持续施加热量。通过蒸汽直接为内容器提供额外热量的分离的蒸汽注射器用于将反应溶液的温度升高到反应温度。在反应的冷却阶段，移除内容器和外反应堆之间的任何液被，因此将内容器与外反应堆隔离。反应堆内的蒸汽因此被排出。降低反应堆压力导致内反应堆中的液体蒸发。液体的蒸发导致冷却，内容器中的液体通过从反应堆中排出蒸汽的过程冷却。在压力与外界大气压力均衡时，反应堆处于合适温度，可以被打开将反应容器移开。这样，反应产物的冷却可以快速完成，对反应堆的再次加热不需要对外反应堆充分再加热。在反应系统中，排出的蒸汽可被再利用，以加热另一个反应堆的反应溶液，因此而恢复一部分热能。
本发明的一方面提供一种反应堆，其包括：
适于承受反应压力和反应温度的外反应堆，该外反应堆具有可密封的反应堆盖；
位于外反应堆内的内容器，用于容纳反应溶液和至少一个反应容器，该内容器对外反应堆开放，使得内容器和外反应堆的反应压力基本均衡并且内容器中的蒸汽到达外容器，内容器具有防溅挡板，用于基本上阻止反应溶液从内容器溢出到外反应堆；
与内容器连通的蒸汽注射器，用于将蒸汽注射进内容器以加热反应溶液；
外容器中的出口，用于从外反应堆和内容器排出蒸汽；和
反应溶液出口，用于从内容器中排放反应溶液。
本发明的另一方面提供一种用于从至少第一反应堆向第二反应堆传输热能的反应堆系统，该反应堆系统包括：
第一和第二反应堆，其包括：
适于承受反应压力和反应温度的外反应堆，该外反应堆具有可密封的反应堆盖；
位于外反应堆内的内容器，用于容纳反应溶液和至少一个反应容器，该内容器对外反应堆开放，使得内容器和外反应堆的反应压力基本均衡并且内容器中的蒸汽到达外容器，内容器具有防溅挡板，用于基本上阻止反应溶液从内容器溢出到外反应堆；
与内容器连通的蒸汽注射器，用于将蒸汽注射进内容器以加热反应溶液；
反应溶液出口，用于从内容器中排放反应溶液；
外容器中的出口，用于从外反应堆和内容器排出蒸汽；和
歧管，其与各反应堆的出口和各反应堆的蒸汽注射器连通，以从第一反应堆向第二反应堆传输蒸汽来加热反应溶液。
附图说明
图1为根据本发明一个实施例的分批反应堆的说明性的示意图；
图2为根据本发明一个实施例的具有能量恢复系统的多反应堆系统的说明性示意图；和
图3为根据本发明一个实施例的多反应堆系统中的提供能量恢复的方法的流程图。
具体实施方式
本发明的反应堆是一种公知的分批型反应堆，并用于处理高温高压反应，如橡胶的硫化或从岩石或类似物体中的矿物分离。然而，本发明的反应堆也可以用于处理低温和/或低压反应。
本发明的反应堆能够更快冷却反应产物，这是通过将反应堆内容器中的反应容器里的反应产物与在标准商业使用中持续加热的外反应堆壁隔离来实现的。在包括以下所述的反应堆的反应堆系统中，本发明的反应堆也可以恢复热能。
反应堆
图1为根据一个实施例的反应堆100的说明性的示意图。反应堆100具有外反应堆102，用于承受将在反应堆100内发生的反应的反应压力。外反应堆102也适于承受将在反应堆100内发生的反应的反应温度。典型的硫化反应的反应压力大概为1500psi，典型的硫化反应的反应温度能高到大约350℃。
反应堆100具有反应堆盖104，其可密封连接于外反应堆102。可通过反应堆盖104进入反应堆100内部取出反应产物，进行维护，安装反应容器，输入反应溶液，输入导热液体，等等。任何合适的能承受外反应堆102经受的温度和压力的密封都可以使用。
外反应堆102内具有内容器106。内容器106适于包含反应溶液112，例如能被加热的水。内容器106也适于包含至少一个反应容器110，用于包含将要反应的反应物和生成的反应产物。然而，在标准使用中，在内容器106和反应溶液112中具有多个反应容器110。反应容器110取决于其结构可以完全浸没或部分浸没于反应溶液112中。外反应堆102和内容器106之间的空间可以填充惰性气体(可选加压的)，用于从外反应堆102向内容器106传输热量的导热液体，或绝热材料。空间中的任何液体可以通过外反应堆出口124在反应冷却阶段移出，因此来将内容器106与外反应堆102隔绝。这允许在不需要冷却外反应堆102的情况下冷却内容器106。
在反应堆100冷却的过程中，高压蒸汽从外反应堆102排出。之后，反应堆100内的压力减小，内容器106中的液体开始沸腾蒸发。这种蒸发导致内容器106和其中的反应溶液112以及其中的反应容器110的冷却。然而，反应溶液112的蒸发和沸腾会导致反应溶液112溢出到外反应堆102中。为了阻止反应溶液112溢出进入外反应堆102中，使用一个防溅挡板108。该防溅挡板108和内容器106结合使用来保持反应溶液112，然而，这种结合并未与外反应堆102密封，而是对外反应堆102开放，反应堆内在内反应容器106和外反应堆102之间的反应压力是均等的。此外，注射进内反应堆106的蒸汽也可以穿过防溅挡板108和内容器106之间到达外反应堆102，这将在下面更细致的讨论。
为了允许在内容器106中的反应容器110在不需要冷却具有大热质量因此需要长时间冷却和大量热能在冷却后重新加热的外反应堆102的情况下更快冷却，内容器106由第二热源被另外加热。具有位于内容器106中的喷嘴的蒸汽注射器114提供加热蒸汽116用于加热内容器106中的反应溶液112。该蒸汽注射器114淹没于反应溶液112，并大体上位于反应容器110下面。该蒸汽注射器114将把蒸汽116注射进反应溶液112。使用蒸汽注射器114注射蒸汽116，提供了混合内容器106中的溶液和在液体中保持基本均匀的温度的方便的方法。为了优化内容器106中溶液的加热和混合，注射器114和喷嘴可将蒸汽116的注射大体分配到内容器106的整个横截面或内容器106的大部分横截面来优化蒸汽在液体中的凝结。
反应堆可以被惰性气体加压来促进内容器106中蒸汽116的冷凝。
反应溶液出口122可用于从内容器106排放反应溶液112。这既可以在冷却反应堆100之后为了清空内容器106进行，作为选择也可以在冷却时进行，被加热的反应溶液112能被存储起来，预热溶液能被重新利用，因此减少加热重新利用的反应溶液到反应温度的热量。当在冷却过程中进行时，冷却水必须加入内容器106中来降低反应容器110的温度来从反应堆100中将其移除。根据使用的反应容器110的类型，反应溶液112可以包含反应产物，在这种情况下，反应溶液出口122可以导引反应溶液112到用于收集任何反应溶液中的反应产物的收集装置中。
此外，反应溶液出口122可以不是反应堆100的分离元件，而是可以结合到蒸汽注射器114中。
如上面描述的使用反应堆100的典型反应循环包括外反应堆102的持续加热。如上面概述，外反应堆102有一个大热质量并因此利于保持外反应堆102充分高温并接近反应温度。用于外反应堆102的热量通常通过导热液体向内容器106辐射。在放置反应容器110后，反应溶液112被泵入内容器。反应溶液112被通过外反应堆102加热。额外的热量通过蒸汽注射器114以蒸汽116的形式来将反应溶液112加热到反应温度。在完成反应以后，反应可以被冷却，因此可以打开反应堆盖104取出反应产物。反应的冷却首先通过排放外反应堆102中的任何液体来进行。高压蒸汽然后从反应堆100通过出口118排出，因此导致内容器106中的反应溶液112蒸发并冷却。通过这样，内容器106和反应容器110与外反应堆102隔离，也因此与持续用于外反应堆102的热量隔绝，因此能使反应产物快速冷却。一旦反应堆100中的压力与外界大气压力大致均等，反应堆内部温度通常适宜打开反应堆盖104并取回反应容器110。排出的蒸汽可以如下关于附图2所讨论的重新使用。
反应容器110大体具有一个开放结构如网筐，带孔的金属或其他类似物。反应容器110可相对于反应溶液112密封，并仅由反应溶液112加热。此外，反应容器110可以将反应物和反应产物包含在反应容器110自身内，与内反应堆中的液体分隔开(即，与网筐相比，反应容器110完全密封或通过顶部的孔通气)。这几乎将所有污染物保持在反应容器110内，抗侵蚀材料对反应容器110来说比对内反应堆106更为重要。这也使得在不侵蚀反应堆、阀等的情况下加入各种化学物以促进反应变得更为容易。当使用一个顶部具有孔的反应容器110时，反应容器110只是部分淹没于反应溶液112中，因此热量辐射进入反应容器110，并且反应容器110中的大部分污染物没有泄漏和污染反应溶液112以及内容器106。对本领域的技术人员来说显而易见的，本发明不对位于内容器106中的反应容器110的数量限制。
内容器106可以根据里面进行的反应类型和反应温度由多种材料制成来防止侵蚀。例如，内容器106可以由Ni-Cr，Ni-Cr-Fe，和Ni-Cr-Mo合金或
Ni-Cu合金制成。如果需要，这只是用于内容器的防侵蚀材料中的两种。在较低的反应温度，内容器106可以由塑料制成，当在较高的温度，可以使用不锈钢。如果侵蚀不是大问题，可以使用碳钢。本领域技术人员将理解，根据反应堆100内将要进行的反应，对反应堆的寿命的期望以及反应堆100的预算，许多类型的材料和材料厚度可以用于承受温度、压力和侵蚀。
此外，反应容器110可以由以上概述的防侵蚀和压力的材料制作。
反应堆系统
图2为根据本发明一个方面的反应堆系统200的说明性的示意图。反应堆系统200由多个如上面参考附图1概述的反应堆202，204，206，208和210组成。此外，反应堆系统200可以包括反应溶液储存器212，用于容纳反应堆系统200的反应堆使用的反应溶液。反应溶液可以是例如水或其他合适溶液。反应堆202，204，206，208和210中的每个反应堆中的高压蒸汽可以通过歧管214穿过反应堆中的出口118在反应堆和储存器212之间传输，歧管214分配蒸汽到期望的反应堆用于蒸汽注射器的注射以在加热反应溶液中再次使用。
当在由多个反应堆202，204，206，208和210组成的反应堆系统200中使用时，像这种如上描述的反应堆100，排出的蒸汽既可以通过歧管214被分配到多个反应堆中的另一个反应堆并再次利用来加热该反应堆中的反应溶液，并且/或者可以用于加热容纳将要在反应中使用的反应溶液的储存器214。
在反应系统200中，一旦反应完成，需要一个冷却阶段，外反应堆102中的任何液体使用例如外反应堆出口124被移除。高压蒸汽然后通过出口118从第一反应堆排出，并通过歧管214排到另一个反应堆，直到反应堆之间的压力达到均衡。如上概述所述，这个过程导致第一反应堆的蒸发和冷却。第一反应堆中的反应堆压力仍然超过大气压，因此在进行冷却的第一反应堆中的剩余的高压蒸汽可以用于反应溶液储存器，因此减小第一反应堆中的剩余高压，直到压力基本上减小到大气压力，并且内反应堆106的温度至少降到大约100℃，可以打开反应堆盖104。
以这种方式，因为蒸汽被再利用，以加热另一个反应堆中的反应溶液和储存器212中的反应溶液，热能被保存起来。需要更少的热能穿过外反应堆102传输来加热反应堆100的内容器106。因此，利用这样的反应堆系统，反应溶液112被更快和更有效加热。此外，因为内容器106和其中的反应容器110与外反应堆102和通过其传导的热量隔绝，因此在冷却阶段它们可以被更快和更高效的冷却。
图3为根据本发明一个实施例使用附图2描述的高温高压反应堆的多反应堆系统的反应过程的解释性流程图。将根据图3的流程图描述该反应过程的一个例子。
在这个例子中，反应液体为水，反应堆1处于300℃。在步骤300，要决定反应是否完成，反应堆1准备好进行冷却。如果反应没有完成，反应将在步骤302继续进行，直到决定反应应该进行到冷却阶段。如果反应堆准备进行冷却，在步骤304决定反应堆2是否准备加热。对于准备加热的反应堆2，应该使反应容器放置到位，并已经通过加热外反应堆102预加热到大约150℃的温度。如果反应堆不准备被加热，在步骤312反应堆被预加热。当反应堆102准备加热，在步骤306高压蒸汽从反应堆1排出并在步骤308提供给反应堆2。这可通过将蒸汽排出反应堆出口118外并通过歧管214导入蒸汽到反应堆2来进行。通过从反应堆1向反应堆2提供蒸汽，反应堆2内容器的温度能从大约150℃的预加热温度上升到大约225℃，同时蒸汽在反应堆2的内容器冷凝成液体。同时，蒸汽的排放导致反应堆1的内容器中的液体蒸发，因此冷却该容器从反应温度例如大概300℃到大概225℃。
在步骤310，决定反应堆2中的压力是否已经与反应堆1中的均衡。如果没有均衡继续向反应堆2提供蒸汽。一旦两个反应堆中的压力均衡，反应堆1中的剩余高压蒸汽被排出，在步骤314，可用于预加热另一个反应堆从大概100℃到大概150℃，或者，作为附加或可选方案，任何剩余蒸汽可以用于加热储存器中的反应溶液以用于其他反应堆。剩余高压蒸汽从反应堆1中的排放减小了反应堆1中的压力到大概大气压力，并减小反应堆中的温度到大概100℃以下。然后反应堆1的反应堆盖可以被打开，反应产物可以被移出。
在这种方式下，相当多的热能被恢复。然后热能仅需要被用于加热反应堆2的内容器从例如大概225℃到反应温度例如300℃，而不是整个反应堆从大概25℃到大概300℃。一旦该恢复能量的过程完成(例如反应堆2的内容器处于225℃)，额外的热量能通过各种方式包括注入额外蒸汽到反应堆2中来增加，直到到达其运转温度。加入蒸汽的一个优点就是注射会造成液体中的紊流，促进混合并产生更均匀的温度。
根据本发明的一个实施例，一个用于橡胶硫化的方法的全部反应过程的例子包括如下步骤：
1.将待处理的轮胎或材料切或研磨成片。
2.装入反应容器。
3.根据步骤314用蒸汽预热处理/散装液体(例如到100℃)。
4.如果使用封闭反应容器，加入处理液体(可以与内容器中的液体不同(如液体加上添加剂))到样品容器。
5.将样品容器放入内容器。
6.对于开口或封闭的样品容器，将预热的反应溶液加入内容器。
7.盖上反应堆盖。
8.通过外反应堆和/或来自另一反应堆的循环蒸汽用辐射热量预加热反应溶液到预加热温度(例如100—150℃)。
9.如果需要，用液体或导热流体充填内外容器之间的空间。
10.加入热蒸汽(从单独的源)来将内容器加热到反应温度。
11.保温所需时间。
12.通过出口从反应堆排出蒸汽来降低反应堆温度和压力，并通过歧管提供再利用蒸汽到另一个反应堆。
13.一旦反应堆压力均衡，通过使用来自反应堆的蒸汽预加热反应溶液储存器来释放剩余压力。
14.从外反应堆移出样品容器。
在另外的实施例中，反应溶液可以是包括溶质和溶剂，有机液体或其组合的水溶液。
样品可以是硫化橡胶或其他需要高温高压处理的材料。
在另外的实施例中，待处理的橡胶或其他材料位于密封容器内，或具有一定尺寸孔来均衡压力并在循环最后控制容器中液体蒸发的带排气孔的容器。这类容器可容纳来自内容器中液体的反应物。在这个实施例中，添加剂可以用于反应溶液中，该反应溶液装在样品容器自身中，与内容器中的散装液体分开。例如，可以在样品容器中加入促进硫化反应并使其在较低温度下反应或确保包含反应副产物的添加剂。
本发明已经关于多个解释性实施例而描述。然而，对本领域技术人员显而易见的，在不违背权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以有很多变化和修改。
Claims (28)
1.一种反应堆，包括：
适于承受反应压力和反应温度的外反应堆，所述外反应堆具有可密封的反应堆盖；
位于外反应堆内的内容器，用于容纳反应溶液和至少一个反应容器，该内容器对外反应堆开放，使得内容器和外反应堆的反应压力基本均衡并且内容器中的蒸汽到达外反应堆，内容器具有防溅挡板，用于基本上阻止反应溶液从内容器溢出到外反应堆；
与内容器连通的蒸汽注射器，用于将蒸汽注射进内容器以加热反应溶液；
外反应堆中的出口，用于从外反应堆和内容器排出蒸汽；和
外反应堆出口，用于排放容纳于外反应堆和内容器之间的液体。
2.如权利要求1所述的反应堆，还包括：
反应溶液出口，用于从内容器排放反应溶液。
3.如权利要求1所述的反应堆，其中蒸汽注射器位于待容纳的所述至少一个反应容器的下方。
4.如权利要求1所述的反应堆，其中蒸汽注射器位于待容纳的所述至少一个反应容器的下方，并包括喷嘴，所述喷嘴适于释放蒸汽穿过内容器的大部分横截面。
5.如权利要求4所述的反应堆，其中喷嘴适于大体上均匀加热反应溶液。
6.如权利要求2所述的反应堆，其中蒸汽注射器包括反应溶液出口。
7.如权利要求1所述的反应堆，还包括外反应堆和内容器之间的 隔绝物。
8.如权利要求2所述的反应堆，其中反应溶液出口将反应溶液引导至用于收集任何容纳在反应溶液中的反应产物的收集装置。
9.如权利要求1所述的反应堆，其中所述外反应堆中的出口与用于从反应堆分配蒸汽的歧管连通。
10.如权利要求1所述的反应堆，其中内容器包括选自Inconel、Monel、碳钢和不锈钢之一的合金。
11.如权利要求1所述的反应堆，其中内容器包括塑料。
12.一种反应堆系统，用于从至少第一反应堆向第二反应堆传输热能，所述反应堆系统包括：
所述第一和第二反应堆，其包括：
适于承受反应压力和反应温度的外反应堆，该外反应堆具有可密封的反应堆盖；
位于外反应堆内的内容器，用于容纳反应溶液和至少一个反应容器，该内容器对外反应堆开放，使得内容器和外反应堆的反应压力基本均衡并且内容器中的蒸汽到达外反应堆，内容器具有防溅挡板，用于基本上阻止反应溶液从内容器溢出到外反应堆；
与内容器连通的蒸汽注射器，用于将蒸汽注射进内容器以加热反应溶液；
外反应堆出口，用于排放容纳于外反应堆和内容器之间的加热溶液；
外反应堆中的出口，用于从外反应堆和内容器排出蒸汽；和
歧管，其与各反应堆的出口和各反应堆的蒸汽注射器连通，以从第一反应堆向第二反应堆传输蒸汽来加热反应溶液。
13.如权利要求12所述的反应堆系统，还包括用于容纳反应溶液的反应溶液储存器，并且其中歧管与反应溶液储存器连通，使得来自 每个反应堆的蒸汽可用于加热反应溶液储存器中的反应溶液。
14.如权利要求12所述的反应堆系统，其中反应堆还包括：
反应溶液出口，用于从内容器排放反应溶液。
15.如权利要求12所述的反应堆系统，其中蒸汽注射器位于待容纳的所述至少一个反应容器下方。
16.如权利要求12所述的反应堆系统，其中蒸汽注射器位于待容纳的所述至少一个反应容器下方，且包括喷嘴，所述喷嘴适于释放蒸汽穿过内容器的大部分横截面。
17.如权利要求16所述的反应堆系统，其中喷嘴适于大体上均匀加热反应溶液。
18.如权利要求14所述的反应堆系统，其中蒸汽注射器包括反应溶液出口。
19.如权利要求12所述的反应堆系统，其还包括在外反应堆和内容器之间的隔绝物。
20.如权利要求14所述的反应堆系统，其中反应溶液出口将反应溶液引导至用于收集任何容纳在反应溶液中的反应产物的收集装置。
21.如权利要求12所述的反应堆系统，其中内容器包括选自Inconel、Monel、碳钢和不锈钢之一的合金。
22.如权利要求12所述的反应堆系统，其中内容器包括塑料。
23.一种冷却如权利要求1所述的反应堆的方法，所述方法包括以下步骤：
a)排放容纳在外反应堆和内容器之间的任何液体；
b)从反应堆将高压蒸汽排放进入第二反应堆，直到反应堆中的压力与第二反应堆中的压力大致均衡为止；
c)将反应堆中的剩余高压蒸汽排放进入到大气中或第三可加热源，直到反应堆的压力基本上为大气压力为止。
24.如权利要求23所述的方法，还包括步骤：
d)打开反应堆盖并从反应堆中移出反应产物。
25.如权利要求23所述的方法，其中第三可加热源是反应溶液储存器或第三反应堆。
26.一种从第一反应堆向至少第二反应堆传输热能的方法，各反应堆容纳反应溶液，所述方法包括以下步骤：
a)在第一反应堆中的反应完成后，从第一反应堆向第二反应堆排出加热蒸汽，直到第一反应堆中的压力与第二反应堆中的压力大体均衡为止，其中通过排放加热蒸汽减小第一反应堆中的压力，造成第一反应堆中的反应溶液蒸发并冷却第一反应堆；和
b)将第二反应堆相对第一反应堆密封。
27.如权利要求26所述的方法，还包括步骤：
c)在第一反应堆中的反应完成后，从第一反应堆向第三反应堆排出加热蒸汽，直到第一反应堆中的压力与第二和第三反应堆中的压力大体均衡为止。
28.如权利要求26所述的方法，还包括步骤：
c)从第一反应堆向反应溶液储存器排出加热蒸汽，直到第一反应堆中的压力与大气压力大体均衡为止。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA 2541035 CA2541035A1 (en) | 2006-03-27 | 2006-03-27 | Reactor for rubber reduction |
| CA2,541,035 | 2006-03-27 | ||
| PCT/CA2007/000489 WO2007109889A1 (en) | 2006-03-27 | 2007-03-27 | Reactor and reactor system for high temperature and high pressure reactions |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101443105A CN101443105A (zh) | 2009-05-27 |
| CN101443105B true CN101443105B (zh) | 2012-05-02 |
Family
ID=38540752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2007800172896A Expired - Fee Related CN101443105B (zh) | 2006-03-27 | 2007-03-27 | 用于高温高压反应的反应堆和反应堆系统 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9278324B2 (zh) |
| EP (1) | EP1998882A4 (zh) |
| JP (1) | JP5479887B2 (zh) |
| CN (1) | CN101443105B (zh) |
| AU (1) | AU2007231495B2 (zh) |
| BR (1) | BRPI0709883B1 (zh) |
| CA (3) | CA2541035A1 (zh) |
| HK (1) | HK1130450A1 (zh) |
| MX (1) | MX2008012410A (zh) |
| WO (1) | WO2007109889A1 (zh) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5820723B2 (ja) * | 2008-09-25 | 2015-11-24 | ルブレコ インコーポレーテッドＲｕｂｒｅｃｏ Ｉｎｃ． | 二重容器型反応装置 |
| US9649612B2 (en) | 2008-09-25 | 2017-05-16 | Rubreco Inc. | Dual vessel reactor |
| CN103752214B (zh) * | 2014-01-10 | 2016-04-13 | 长园电子（东莞）有限公司 | 一种过氧化物硫化体系橡胶制件的制造设备及其制备方法 |
| US10087301B2 (en) | 2015-07-10 | 2018-10-02 | Rubreco Inc. | Dewatering devulcanized rubber |
| EP3517205A1 (en) | 2016-09-26 | 2019-07-31 | Servicios Industriales Cortes Y Salazar SPA | Reactor, system and method for processing polymers |
| DE102018006707A1 (de) * | 2018-08-24 | 2020-02-27 | Julius Montz Gmbh | Kolonne mit Trennwand |
| CN111545155A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-08-18 | 南京诺知信息科技有限公司 | 应用于对苯二甲酸制备的实验室用反应装置 |
| CN111558346A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-08-21 | 南京诺知信息科技有限公司 | 基于对苯二甲酸制备的高效反应釜结构 |
| CN113426390A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-09-24 | 中国科学院广州地球化学研究所 | 一种适用于钼基合金反应釜的防氧化装置及方法 |
| CN113562783B (zh) * | 2021-07-30 | 2023-05-12 | 福建常青新能源科技有限公司 | 一种硫酸镍溶液的制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0050030A2 (en) * | 1980-10-13 | 1982-04-21 | Peter Spencer | Reactor for the thermal cracking of heavy hydrocarbons and a process and apparatus for the distillation and thermal cracking of a crude oil feedstock using such a reactor |
| CN85100179A (zh) * | 1985-04-01 | 1986-08-06 | 清华大学 | 一体化自然循环低温供热核反应堆 |
| US5932182A (en) * | 1994-06-29 | 1999-08-03 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Reactor for high temperature, elevated pressure, corrosive reactions |
| WO2004094513A1 (en) * | 2003-04-22 | 2004-11-04 | Harrison Brian H | Rubber reduction |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2389246A (en) | 1941-05-15 | 1945-11-20 | Colgate Pahnolive Pect Company | Reaction process |
| US3130015A (en) * | 1958-10-31 | 1964-04-21 | Mid Century Corp | High pressure reactor |
| US3785779A (en) * | 1971-08-02 | 1974-01-15 | Exxon Research Engineering Co | Gas liquid inlet distributor |
| DE3010337C2 (de) * | 1980-03-18 | 1982-05-19 | Hebel Gasbetonwerk Gmbh, 8080 Emmering | Verfahren zum Betrieb von mehreren Autoklaven, insbes. für die Härtung von Gasbeton |
| GB2085911B (en) * | 1980-10-13 | 1983-10-12 | Spencer Peter | Thermal cracking of heavy hydrocarbons |
| JPS5932173B2 (ja) * | 1981-07-25 | 1984-08-07 | 株式会社 平川鉄工所 | オ−トクレ−ブの蒸気回収装置 |
| DE3227097A1 (de) * | 1982-07-20 | 1984-01-26 | Ytong AG, 8000 München | Verfahren zur dampfbehandlung mehrerer autoklaven sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
| JPS61125427A (ja) * | 1984-11-20 | 1986-06-13 | Hitachi Zosen Corp | オ−トクレ−ブの蒸気加熱方法 |
| US4670404A (en) * | 1985-04-22 | 1987-06-02 | Fike Corporation | Micro-scale chemical process simulation methods and apparatus useful for design of full scale processes, emergency relief systems and associated equipment |
| US5230777A (en) * | 1991-12-13 | 1993-07-27 | James Jarrell | Apparatus for producing fuel and carbon black from rubber tires |
| JP2873178B2 (ja) * | 1994-12-12 | 1999-03-24 | 住友金属工業株式会社 | 製鋼スラグのエージング方法およびその装置 |
| DE19542093C1 (de) * | 1995-11-11 | 1997-01-09 | Sicowa Verfahrenstech | Verfahren zum Autoklavieren von porösem, stückigem Gut |
| US6362241B1 (en) * | 1997-10-22 | 2002-03-26 | Trc Industries, Inc. | Process and apparatus for the production of virgin polymer substitutes |
| US6939521B1 (en) * | 1997-11-21 | 2005-09-06 | Honeywell International Inc. | Fluoropolymer reactor with heat exchange jacket |
| JP2000189781A (ja) * | 1998-12-28 | 2000-07-11 | Toshiba Corp | 高圧処理装置、高圧処理装置への供給方法および高圧処理装置の保護方法 |
| JP3869240B2 (ja) * | 2001-10-11 | 2007-01-17 | 木村化工機株式会社 | 油脂含有物質処理装置 |
| US7122159B2 (en) * | 2002-04-29 | 2006-10-17 | Symyx Technologies, Inc. | High pressure parallel reactor with individually sealable vessels |
| JP4327410B2 (ja) * | 2002-05-29 | 2009-09-09 | オルガノ株式会社 | バッチ式水熱反応器及び水熱反応装置 |
| CA2441713C (en) | 2003-04-22 | 2007-02-06 | Brian H. Harrison | Rubber reduction |
| US20070148320A1 (en) * | 2003-09-30 | 2007-06-28 | Kosuke Uchiyama | Screw type processing device and product using the device |
-
2006
- 2006-03-27 CA CA 2541035 patent/CA2541035A1/en not_active Abandoned
-
2007
- 2007-03-27 CN CN2007800172896A patent/CN101443105B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2007-03-27 CA CA 2644600 patent/CA2644600C/en active Active
- 2007-03-27 JP JP2009501798A patent/JP5479887B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2007-03-27 MX MX2008012410A patent/MX2008012410A/es active IP Right Grant
- 2007-03-27 WO PCT/CA2007/000489 patent/WO2007109889A1/en active Application Filing
- 2007-03-27 AU AU2007231495A patent/AU2007231495B2/en not_active Ceased
- 2007-03-27 US US12/294,647 patent/US9278324B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-03-27 EP EP07719423.1A patent/EP1998882A4/en not_active Withdrawn
- 2007-03-27 BR BRPI0709883A patent/BRPI0709883B1/pt not_active IP Right Cessation
- 2007-03-27 CA CA2777148A patent/CA2777148C/en active Active
-
2009
- 2009-11-13 HK HK09110594A patent/HK1130450A1/xx not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0050030A2 (en) * | 1980-10-13 | 1982-04-21 | Peter Spencer | Reactor for the thermal cracking of heavy hydrocarbons and a process and apparatus for the distillation and thermal cracking of a crude oil feedstock using such a reactor |
| CN85100179A (zh) * | 1985-04-01 | 1986-08-06 | 清华大学 | 一体化自然循环低温供热核反应堆 |
| US5932182A (en) * | 1994-06-29 | 1999-08-03 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Reactor for high temperature, elevated pressure, corrosive reactions |
| WO2004094513A1 (en) * | 2003-04-22 | 2004-11-04 | Harrison Brian H | Rubber reduction |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20110212003A1 (en) | 2011-09-01 |
| CA2777148C (en) | 2018-01-09 |
| MX2008012410A (es) | 2009-05-20 |
| JP2009531164A (ja) | 2009-09-03 |
| CA2777148A1 (en) | 2007-10-04 |
| CA2644600C (en) | 2012-07-17 |
| EP1998882A1 (en) | 2008-12-10 |
| CA2541035A1 (en) | 2007-09-27 |
| AU2007231495B2 (en) | 2012-01-12 |
| WO2007109889A1 (en) | 2007-10-04 |
| US9278324B2 (en) | 2016-03-08 |
| CN101443105A (zh) | 2009-05-27 |
| EP1998882A4 (en) | 2018-03-14 |
| CA2644600A1 (en) | 2007-10-04 |
| HK1130450A1 (en) | 2009-12-31 |
| BRPI0709883B1 (pt) | 2016-08-23 |
| JP5479887B2 (ja) | 2014-04-23 |
| BRPI0709883A2 (pt) | 2011-07-26 |
| AU2007231495A1 (en) | 2007-10-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101443105B (zh) | 用于高温高压反应的反应堆和反应堆系统 | |
| US20190275486A1 (en) | Plant and process for pyrolysis of mixed plastic waste | |
| NO337546B1 (no) | Mikrobølgepyrolyse | |
| US7824631B2 (en) | Nanocarbon generation equipment | |
| US20070157804A1 (en) | Method and apparatus for decommissioning and recycling retired adsorbent-based fluid storage and dispensing vessels | |
| CA2582815A1 (en) | Reactor and reactor system | |
| CN107673313B (zh) | 一种氯化物中废硫磺的处理回收工艺 | |
| RU2693800C1 (ru) | Устройство для переработки отходов из резинотехнических и полимерных материалов | |
| KR20130022308A (ko) | 폐타이어 열분해 오일 추출장치 | |
| EP2349554B1 (en) | Dual vessel reactor | |
| CN114602930B (zh) | 一种废弃线路板的溶剂气化热解装置 | |
| KR20050104324A (ko) | 폐합성수지를 이용한 터널식 열분해유 재생장치 | |
| JP2016500555A (ja) | 原料の材料処理用の装置および方法 | |
| JP5558261B2 (ja) | 丸型横型熱分解槽 | |
| CN206580756U (zh) | 三异丁基铝生产后的残渣回收利用系统 | |
| CN109022031A (zh) | 减少污水排放的延迟焦化方法和重油加工方法 | |
| CN217781057U (zh) | 一种复合材料内胆炭化炉 | |
| WO2003052029A1 (en) | Method and installation for production of technological carbon and motor fuel during a processing of worn tires and other polymer waste materials | |
| US7301061B2 (en) | Method of processing industrial and municipal, organic, rubber-containing wastes | |
| CN102247705A (zh) | 蒸馏过程中废热能源再利用的系统及再利用方法 | |
| CN111646815A (zh) | 一种树脂/沥青碳化管路防堵塞的方法 | |
| KR101188380B1 (ko) | 제어냉각부를 포함하는 탄화처리장치 | |
| CN108998088A (zh) | 提高液收的延迟焦化方法和重油加工方法 | |
| JPH09137168A (ja) | プラスチックの分解方法及びその装置 | |
| CN101514000A (zh) | 一种回收钾蒸气的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| REG | Reference to a national code |
Ref country code: HK Ref legal event code: DE Ref document number: 1130450 Country of ref document: HK |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| REG | Reference to a national code |
Ref country code: HK Ref legal event code: GR Ref document number: 1130450 Country of ref document: HK |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120502 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |