CN103338854B - 温度控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的温度控制系统，将在内部发生放热反应的反应器内的反应热回收，控制该反应器内的温度，具备：冷媒鼓筒，以气液平衡状态收容有液体冷媒；除热部，配设于上述反应器，在内部流通从上述冷媒鼓筒供给的上述液体冷媒；温度测量部，测量上述反应器内的温度；压力控制部，控制上述冷媒鼓筒内的压力。上述压力控制部通过基于由上述温度测量部测量出的上述反应器内的实际温度相对于上述反应器内的温度设定值具有的偏差控制上述冷媒鼓筒内的压力，控制上述冷媒鼓筒内的上述液体冷媒的温度。

Description

温度控制系统
技术领域
本发明涉及温度控制系统。
本申请基于2011年1月31日在日本提出申请的特愿2011－18263号主张优先权，这里引用其内容。
背景技术
近年来，作为用来从天然气合成液体燃料的方法之一，开发了将天然气改性而生成以一氧化碳气体（CO）和氢气（H2）为主成分的合成气体、以该合成气体为原料气体通过FT合成反应（费托合成反应）将液体碳化氢合成、再将该液体碳化氢进行氢化及精制、来制造石脑油（粗汽油）、灯油、轻油、蜡等液体燃料制品的GTL（GasToLiquids：液体燃料合成）技术。
在该FT合成反应中，进行放热反应的反应器将富含氢气及一氧化碳气体的合成气体使用触媒变换为碳化氢。FT合成反应是放热反应，并且由于适当反应的温度域非常窄，所以需要一边将产生的反应热回收一边精密地控制反应器内的反应温度。
这里，作为将反应器内的反应热回收的热回收系统，已知有例如下述专利文献1所记载的那样的结构。在该热回收系统中，在反应器内配设有带有带外套的导管，通过使向外部的锅炉供给的锅炉供给水流通到带外套的导管内的外套空间中，将反应器内的反应热回收。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特表2008－537507号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
但是，在上述以往的热回收系统中，由于只是单单使锅炉供给水流通到外套空间中，所以有可能在反应器中不能正确地进行温度控制。在此情况下，通过FT合成反应生成的碳化氢的性状变得不稳定，有给后工序的提高浓度设备的运转也带来干扰的问题。
进而，在反应器中没有正确进行温度控制的结果是，在反应器内的温度从FT合成反应的适当的温度域偏离到高温侧的情况下，FT合成反应失控而引起急剧的温度上升，所以有不仅触媒的劣化损伤、还发生反应器的强度上的问题的课题。
本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的是提供一种能够迅速地对应于反应器内的温度变化、高精度地控制反应器内的温度的温度控制系统。
用于解决技术问题的手段
有关本发明的温度控制系统，将在内部中发生放热反应的反应器内的反应热回收，控制该反应器内的温度，其特征在于，具备：冷媒鼓筒，以气液平衡状态收容有液体冷媒；除热部，配设在上述反应器中，在内部流通从上述冷媒鼓筒所供给的上述液体冷媒；温度测量部，测量上述反应器内的温度；以及压力控制部，控制上述冷媒鼓筒内的压力；该压力控制部基于由上述温度测量部测量出的上述反应器内的实际温度相对于上述反应器内的温度设定值具有的偏差控制上述冷媒鼓筒内的压力，由此控制上述冷媒鼓筒内的上述液体冷媒的温度。
在该发明中，由于在冷媒鼓筒内以气液平衡状态收容有液体冷媒，所以冷媒鼓筒内的压力与液体冷媒的温度大致1对1地对应。利用这一点，压力控制部通过控制冷媒鼓筒内的压力，直接控制从冷媒鼓筒向除热部供给的液体冷媒的温度，控制由除热部实现的反应器内的反应热的回收量及反应器内的温度。
即，在该温度控制系统中，首先，基于反应器内的实际温度相对于温度设定值具有的偏差，压力控制部控制冷媒鼓筒内的压力。于是，对应于冷媒鼓筒内的气液平衡状态的相关关系，冷媒鼓筒内的液体冷媒的温度变化。由于该液体冷媒被向除热部供给，所以对应于液体冷媒的温度变化，由除热部回收的热量变化。并且，通过这样使回收的热量变化，能够控制反应器内的温度。
在有关本发明的温度控制系统中，上述放热反应也可以是费托合成反应。
在有关本发明的温度控制系统中，也可以是，在上述冷媒鼓筒内，设有对该冷媒鼓筒内补给上述液体冷媒的冷媒补给部；该冷媒补给部配设在上述冷媒鼓筒的气相部内。
根据该发明，由于冷媒补给部配设在冷媒鼓筒的气相部内，所以即使从冷媒补给部补给了比冷媒鼓筒内的温度低温的液体冷媒，由于在该液体冷媒与冷媒鼓筒内的蒸气之间进行热移动，液体冷媒成为与蒸气相同的温度而被储存到冷媒鼓筒内的液相部中，所以在冷媒鼓筒内的气相部与液相部之间不发生温度差。
在有关本发明的温度控制系统中，也可以是，在上述冷媒补给部中形成有将上述液体冷媒散布到上述气相部中的散布部。
根据该发明，由于在冷媒补给部中形成有将液体冷媒向上述气相部散布的散布部，所以通过使从冷媒补给部补给的液体冷媒的表面积变大，能够在冷媒鼓筒内的蒸气与液体冷媒之间更顺畅地进行热移动。
在有关本发明的温度控制系统中，也可以是，上述冷媒补给部形成为管状；上述散布部包括形成在上述冷媒补给部上的贯通孔。
发明的效果
根据有关本发明的温度控制系统，通过压力控制部基于反应器内的实际温度相对于温度设定值的偏差控制冷媒鼓筒内的压力，使向除热部供给的液体冷媒的温度变化，能够调节由除热部回收的热量。因而，通过控制冷媒鼓筒内的压力，以使得在反应器内的实际温度相对于温度设定值较高的情况下由除热部回收的热量变多、此外在上述实际温度相对于温度设定值较低的情况下由除热部回收的热量变少，能够以温度设定值为目标控制反应器内的温度。
此外，通过压力控制部控制与向除热部供给的液体冷媒的温度1对1地对应的冷媒鼓筒的压力，能够直接控制从冷媒鼓筒向除热部供给的液体冷媒的温度。因而，通过将在冷媒鼓筒外控制了温度的液体冷媒向冷媒鼓筒供给，与控制冷媒鼓筒内的液体冷媒的温度的方法相比，能够更迅速地进行反应器内的温度控制。由此，能够可靠地抑制放热反应失控而反应器内急剧地温度上升的情况。
另外，如上述那样，在通过将在外部控制了温度的液体冷媒向冷媒鼓筒供给来控制冷媒鼓筒内的液体冷媒的温度的方法中，从外部供给的液体冷媒和冷媒鼓筒内的液体冷媒的温度难以变得均匀，有可能不能高精度地进行反应器的温度控制。
根据有关本发明的温度控制系统，由于放热反应是适当反应的温度域非常窄的费托合成反应，所以显著地发挥上述作用效果。
根据有关本发明的温度控制系统，由于冷媒补给部配设在冷媒鼓筒的气相部内，所以在气相部中在液体冷媒与冷媒鼓筒内的蒸气之间能够高效率地进行热的移动，所以即使不将从冷媒补给部补给的液体冷媒在系统外预热，在冷媒鼓筒内也不发生气相部与液相部的温度差，能够将冷媒鼓筒内的压力和温度保持为气液平衡状态的相关关系。
根据有关本发明的温度控制系统，由于在冷媒鼓筒内的蒸气与液体冷媒之间能够更顺畅地进行热移动，所以能够将冷媒鼓筒内的压力和温度可靠地保持为气液平衡状态的相关关系。
根据有关本发明的温度控制系统，由于散布部包含形成在冷媒补给部上的贯通孔，所以能够将液体冷媒可靠地散布。
附图说明
图1是有关本发明的一实施方式的温度控制系统的概略流程。
图2是图1所示的冷媒鼓筒的横剖视图。
图3是图1所示的冷媒鼓筒的沿着宽度方向的纵剖视图。
图4是有关本发明的一参考例的冷媒鼓筒的沿着长度方向的纵剖视图。
具体实施方式
以下，参照图1至图4说明本发明的优选的应用形态的实施例。另外，在图2以下，对于与图1所示的流程相同的部分赋予相同的附图标记而省略说明。
（温度控制系统）
如图1所示，温度控制系统20将以气液平衡状态储存在冷媒鼓筒1中的水（液体冷媒）从冷媒鼓筒1的底部通过泵4向进行费托合成反应（放热反应）的反应器5内的除热管（除热部）7输送，通过用由反应器5产生的伴随着放热反应的反应热在除热管7内使水蒸发一部分，将该反应热回收。
此外，由除热管7使一部分的水蒸发出的蒸气及水的混相流体经过向冷媒鼓筒1的返回配管12向冷媒鼓筒1送回，蒸气通过蒸气出口配管11向系统外的蒸气用户供给。另外，在蒸气出口配管11的下游侧，也可以设置未图示的蒸汽疏水器。
进而，将与供给到系统外的蒸气相抵的量的补给水（液体冷媒）经过补给水配管10补给。补给水的补给量由水平调节阀2基于测量冷媒鼓筒1内的水面水平（液面水平）的水平测量部17的测量结果来调节。
在这样的流程中，基于测量进行放热反应的反应器5内的温度的温度测量部6的测量结果控制反应器5内的压力的压力控制部18通过将从上述蒸气出口配管11向系统外供给的蒸气量用串级控制进行调节，控制进行放热反应的反应器5的温度。另外，温度测量部6例如也可以具备在反应器5中在上下方向上相互离开而配置的未图示的多个温度传感器，也可以将由这些温度传感器测量出的各温度的平均值作为反应器5内的温度测量等。
以下，对本控制详细地说明。
冷媒鼓筒1内的蒸气相（气相部）和水相（液相部）由于是气液平衡状态，所以冷媒鼓筒1的蒸气相压力与冷媒鼓筒1的水相的温度处于一定的相关关系。
因而，在相对于进行放热反应的反应器5的温度设定值、在由温度测量部6测量出的反应器5内的实际温度中发生了偏差的情况下，使压力控制部18动作，变更冷媒鼓筒1的蒸气相压力。
这里，在本实施方式中，压力控制部18具备上述蒸气出口配管11、设于该蒸气出口配管11的压力调节阀3、和通过控制该压力调节阀3而经由蒸气出口配管11设定冷媒鼓筒1内的压力的压力设定部9。向压力设定部9送出温度测量部6的测量结果，该压力设定部9根据该测量结果计算反应器5内的实际温度的相对于温度设定值的偏差，基于该偏差控制压力调节阀3，变更冷媒鼓筒1的蒸气相压力。
通过如以上这样变更冷媒鼓筒1的蒸气相压力，冷媒鼓筒1内的水相的温度（即，向进行放热反应的反应器5内的除热管7供水的水的温度）变化，能够使由除热管7回收的热量变化，能够使进行放热反应的反应器5的温度接近于温度设定值。
另外，在本实施方式中，冷媒鼓筒1内的水相的温度能够由从冷媒鼓筒1向除热管7用泵4供给水的配管13中的、冷媒鼓筒1侧的端部上所设置的温度计8测量。进而，在本实施方式中，通过冷媒鼓筒1、上述配管13、除热管7及返回配管12，构成作为液体冷媒的水循环的系统。
（冷媒鼓筒）
接着，对上述温度控制系统20的冷媒鼓筒1详细地说明。
如图2及图3所示，在该冷媒鼓筒1内，沿着冷媒鼓筒1的长度方向延伸设置有连接在上述补给水配管10上的补给水供给内管（冷媒补给部）14。补给水供给内管14设置在蒸气相中。
在该补给水供给内管14的侧面14a上沿着管轴方向设有1个以上孔（贯通孔）15，同样在管端14b上也设有1个以上孔15。并且，这些孔15构成将补给水从补给水供给内管14散水（散布）到蒸气相中的散水部（散布部）19。另外，孔15也可以是散水喷嘴。
此外，在冷媒鼓筒1的蒸气相内，还设有连接在上述返回配管12上的返回内部配管12a。从返回内部配管12a将由除热管7蒸发了一部分的蒸气及水的混相流体向冷媒鼓筒1内供给。返回内部配管12a位于比补给水供给内管14靠上方、并且配置在避开补给水供给内管14的铅直上方的位置上。并且，返回内部配管12a朝向补给水供给内管14侧弯曲，由此，在返回内部配管12a内流通的蒸气被朝向补给水供给内管14供给。
接着，说明如上述那样构成的冷媒鼓筒1的作用。
通过从补给水供给内管14在没有没水的位置供给补给水，能够在低温的补给水和蒸气相的蒸气间进行热交换，并能够避免补给水以低温的原状流到冷媒鼓筒1的底部的状况。进而，通过使补给水从补给水供给内管14的侧面14a及管端14b的孔15散水，能够将补给水与蒸气的接触面积增加而使热交换的效率提高，提高低温的补给水与蒸气的温度的热交换的效率。由此，蒸气相与水相之间的温度差消失，冷媒鼓筒1的蒸气相压力和冷媒鼓筒1内的水相的温度总是被保持为基于气液平衡状态的相关关系，所以能高精度地进行通过上述温度控制系统20的控制。
另外，如图4所示的参考例那样，如果补给水供给内管14在冷媒鼓筒1内没水，则比重较大的低温的补给水几乎不从补给水供给内管14的侧面开孔16出来，而直接流到冷媒鼓筒1的底部，所以在冷媒鼓筒1内的蒸气相与水相之间产生温度差。于是，冷媒鼓筒1的蒸气相压力与冷媒鼓筒1内的水相的温度的相关关系破坏，所以有可能不能高精度地进行通过上述温度控制系统20的控制。
另外，本发明的技术范围并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够加以各种变更。
例如，在上述实施方式中，做成了在反应器5内进行费托合成反应的结构，但只要在反应器5内进行放热反应，也可以不是费托合成反应。
此外，在上述实施方式中，如图1所示，反应后流体（反应生成物）被从反应器5的顶部导出，但从反应器5将反应后流体导出的位置可以适当变更。例如，反应后流体也可以被从反应器5的躯体部（侧面）或底部导出，也可以被从反应器5的顶部、躯体部及底部中的多个部位导出。另外，导出反应后流体的位置也可以根据例如反应器5内的放热反应的种类等而变更。
此外，在上述实施方式中，作为液体冷媒而采用水，但也可以不是水。
进而，在上述实施方式中，使由除热管7蒸发了一部分的蒸气及水的混相流体通过返回配管12而向冷媒鼓筒1返回，但该混相流体也可以不向冷媒鼓筒1返回。
除此以外，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够适当将上述实施方式的构成要素替换为周知的构成要素，此外，也可以将上述变形例适当组合。
工业实用性
能够应用到附属于在进行放热反应的反应器中通过使通水到除热管内部中的水蒸发一部分而将反应热回收、控制反应器或反应温度本身的系统的冷媒鼓筒全部中。
附图标记说明
1冷媒鼓筒
2水平调节阀
3压力调节阀
4泵
5反应器
6温度测量部
7除热管
8温度计
9压力设定部
10补给水配管
11蒸气出口配管
12返回配管
12a返回内部配管
13配管
14补给水供给内管
14a侧面
14b管端
15孔
16侧面开孔
17水平测量部
18压力控制部
20温度控制系统

Claims (4)

1.一种温度控制系统，将在内部发生放热反应的反应器内的反应热回收，控制该反应器内的温度，其特征在于，
具备：
冷媒鼓筒，以气液平衡状态收容有液体冷媒；
除热部，配设于上述反应器，在内部流通从上述冷媒鼓筒所供给的上述液体冷媒；
温度测量部，测量上述反应器内的温度；
压力控制部，控制上述冷媒鼓筒内的气相部的压力；
冷媒补给部，配设在上述冷媒鼓筒的所述气相部，将上述液体冷媒补给到上述冷媒鼓筒内；以及
返回配管，将上述液体冷媒和通过上述除热部蒸发了的蒸汽从上述除热部向上述冷媒鼓筒供给，
上述压力控制部具有：
蒸汽出口管，将上述蒸汽从上述冷媒鼓筒内向系统外供给；
压力控制阀，被设置在上述蒸汽出口管上；以及
压力设定部，基于上述温度测量部的测量结果控制上述压力控制阀，从而对从上述蒸汽出口管向系统外供给的上述蒸汽的蒸汽量进行调节，
上述压力设定部基于由上述温度测量部测量出的上述反应器内的实际温度相对于上述反应器内的温度设定值具有的偏差控制上述压力控制阀，从而控制上述冷媒鼓筒内的上述气相部的压力，并控制上述冷媒鼓筒内的上述液体冷媒的温度，
上述冷媒补给部补给与从上述蒸汽出口管向系统外供给的上述蒸汽相应的量的上述液体冷媒，
上述返回配管将上述蒸汽朝向上述冷媒补给部供给。
2.如权利要求1所述的温度控制系统，其特征在于，
上述放热反应是费托合成反应。
3.如权利要求1或2所述的温度控制系统，其特征在于，
在上述冷媒补给部中，形成有将上述液体冷媒散布到上述气相部中的散布部。
4.如权利要求3所述的温度控制系统，其特征在于，
上述冷媒补给部形成为管状；
上述散布部包括形成在上述冷媒补给部上的贯通孔。
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