CN103933916A - 一种以熔盐为载热体的加热冷却方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以熔盐为载热体的加热冷却方法，对反应釜进行温度控制；熔盐的加热冷却操作分成两个系统，一个是用来输送高温熔盐的熔盐加热系统，一个是用来输送低温熔盐的熔盐冷却系统；熔盐加热系统与反应釜串接，直接对反应釜进行温度控制；熔盐冷却系统与熔盐加热系统串接，对高温熔盐进行温度控制。本发明还涉及一种以熔盐为载热体的加热冷却系统。本发明具有结构简单、操作方便、传热均匀、温度易于精确控制的优点，可以在350℃以上高温进行操作，属于化工过程的加热冷却技术领域。

Description

一种以熔盐为载热体的加热冷却方法和系统

技术领域

本发明涉及一种化工过程的加热冷却系统和方法，特别涉及一种以熔盐为载热体，用于在化工生产过程中对反应釜进行温度精确控制的加热冷却系统和方法。

背景技术

在化工生产过程中，例如在热塑性全芳族共聚酯（TLCP）、萘酚、苯酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐、三聚氰胺的生产过程中，最高反应温度都在350℃以上，在反应过程中，为减少反应釜内外的温差，最大可能避免反应釜内发生结焦碳化或产生其它不必要的副反应，反应工序都要求高精度的温度控制，因此在大部分情况下，为了较好地控制反应工序的升温降温过程，均需要采用高温载热体进行加热冷却操作。

用于化学工业的载热体主要有热空气、水、压力蒸汽、有机导热油、水银、熔盐等介质。水和压力蒸汽应用的温度范围比较广，但水蒸汽达到300℃以上的温度就必须要将蒸汽的压力提高到8.0MPa以上才能满足工艺要求，使用过程对设备的性能要求很高；热空气也能获得很高的工作温度，但是传热系数很小，传递较少的热量需要较大的传热面积；水银能在很高的温度下工作，流动性能较好，但因为水银具有剧毒且使用成本很高，因而应用过程受到限制；有机导热油一般最高使用温度在320℃左右，当使用温度超过其膜温时，就开始碳化，严重时会阻塞管线，而熔盐最高使用温度在500℃以上，热容高，在常压下就可实现高温情况下的加热和冷却操作，因此，在温度高于350℃以上时，相对于其它载热体，熔盐具有比较明显的优势。

目前相对于以熔盐为载热体的加热冷却系统，以压力蒸汽、有机导热油为载热体的加热冷却系统应用相对较为成熟，专利JP1315336A、CN1252865A、CN1528507公开了一种水蒸汽加热装置，该装置通过控制蒸汽加热部分蒸汽的内部循环，可高精度的调节加热温度，特别适宜于用在100℃左右较低的温度情况下，专利CN100541065C公开了一种在一个封闭的循环系统内进行低温载热体的加热冷却的装置，该装置将反应釜、加热器和冷却器串联连接在管线中实现温度的加热冷却操作，专利CN100363097C公开了一种采用联苯联苯醚的混合物为有机载热体的循环加热系统，该系统可以用于复杂系统的供热并且容易实现温度的精确控制，但有机载热体的使用温度一般在240～360℃范围内，且在超过350℃以上时一般要在较高的工作压力下运行，实际使用时需采用高压设备，应用过程受到一定程度的限制。

专利CN20206383854U公开了一种用于苯酐氧化反应的熔盐循环换热系统，该系统采用熔盐与水蒸汽直接换热的方法进行反应温度的控制，水蒸汽与熔盐系统存在较大的温差，因此该系统仅适用于强放热的系统中，并不适用于同时需要进行升温和降温操作的工况条件下。

在化工生产工序中，例如采用间歇法生产热塑性全芳族共聚酯（TLCP）的过程中，当一批物料反应结束后，载热体加热反应釜的温度较高，为避免反应釜内外的温差太高而发生结焦碳化，或产生其它不必要的副反应或新加入的物料与载热体相差较大而对设备造成损伤，需要花费较长时间等待载热体降低到一定温度时，才能加入下一批物料，设备的生产能力受到很大的限制。

因此，针对现有技术的限制，开发一种兼具传热均匀，升降温迅速，温度易于精确控制优点，且可以在350℃以上高温进行操作的加热冷却系统显得尤为必要。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种传热均匀，升降温迅速，温度易于精确控制，可以在350℃以上高温进行操作的以熔盐为载热体的加热冷却方法和系统。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种以熔盐为载热体的加热冷却方法，对反应釜进行温度控制；熔盐的加热冷却操作分成两个系统，一个是用来输送高温熔盐的熔盐加热系统，一个是用来输送低温熔盐的熔盐冷却系统；熔盐加热系统与反应釜串接，直接对反应釜进行温度控制；熔盐冷却系统与熔盐加热系统串接，对高温熔盐进行温度控制。

熔盐冷却系统向熔盐加热系统输入温度可调的低温熔盐，低温熔盐与高温熔盐混合，实现对高温熔盐的降温控制；熔盐加热系统也对高温熔盐进行加热或保温控制。

当反应釜需要快速升温时，熔盐加热系统中的加热器启动对高温熔盐进行加热，高温熔盐再与反应釜进行热交换；当反应釜需要慢速升温或保温时，熔盐加热系统中的加热器启动对高温熔盐进行加热，同时熔盐冷却系统不定时向熔盐加热系统输入低温熔盐，降低高温熔盐的温度，高温熔盐再与反应釜进行热交换；当反应釜需要快速降温时，熔盐加热系统中的加热器关闭，同时熔盐冷却系统持续向熔盐加热系统输入低温熔盐，低温熔盐与高温熔盐混合，高温熔盐快速降温，高温熔盐再与反应釜进行热交换。即当反应釜需要加热时，熔盐加热系统中的加热器启动，加热器对载热体熔盐进行升温操作，当反应釜需要冷却时，熔盐冷却系统中的低温熔盐与熔盐加热系统中的高温熔盐进行直接混合降温，进而实现对反应釜温度的精确控制。

低温熔盐的最低温度为180℃，高温熔盐的最高温度为600℃；所述熔盐是由硝酸钾、亚硝酸钠和硝酸钠中的一种或几种混合组成。

熔盐包括硝酸钾、亚硝酸钠和硝酸钠；硝酸钾的质量百分数为53%、亚硝酸钠的质量百分数为40%、硝酸钠的质量百分数为7%，熔盐的熔点为142℃。

一种以熔盐为载热体的加热冷却系统，对反应釜进行温度控制，它包括熔盐加热系统和熔盐冷却系统；熔盐加热系统包括：用来储存熔盐的高温熔盐罐、进行熔盐传输的熔盐泵和对熔盐进行加热的加热器；高温熔盐罐、熔盐泵、加热器和反应釜依次连通，反应釜再与高温熔盐罐相接组成熔盐的高温循环回路；熔盐冷却系统包括：用来储存熔盐的低温熔盐罐和使低温熔盐罐恒定在一个温度范围内的循环冷却系统；低温熔盐罐和高温熔盐罐通过管线连成熔盐的低温循环回路。当低温熔盐罐内的熔盐温度波动时，低温熔盐罐内的温度控制系统自动启动，循环冷却系统将低温熔盐罐内的温度恒定在一定的温度范围内。加热器为电加热装置或加热炉。

低温熔盐罐内设有夹套或内盘管，夹套或内管盘接入循环冷却系统，循环冷却系统通入冷却介质。

冷却介质为空气、导热油或水蒸气。优选为导热油或水蒸气。

一种以熔盐为载热体的加热冷却系统，它还包括一个设置在加热器和反应釜之间的三通调节阀，三通调节阀的另一端与低温熔盐罐相接；低温熔盐罐的安装高度高于高温熔盐罐，低温熔盐罐的侧壁设有溢流口，溢流口与溢流管线的一端相接，高温熔盐罐与溢流管线的另一端相接；低温熔盐罐的底部接排放管线的一端，高温熔盐罐与排放管线的另一端相接，排放管线中设置开关阀门。

熔盐冷却系统包括带变频电机的低温熔盐泵；低温熔盐罐、低温熔盐泵和高温熔盐罐依次相接；高温熔盐罐的安装高度高于低温熔盐罐，高温熔盐罐的侧壁设有溢流口，溢流口与溢流管线的一端相接，低温熔盐罐与溢流管线的另一端相接；高温熔盐罐的底部接排放管线的一端，低温熔盐罐与排放管线的另一端相接，排放管线中设置开关阀门。

总的说来，本发明具有如下优点：结构简单、操作方便、传热均匀、温度易于精确控制、可以在350℃以上高温进行操作。

1.本发明具有高温熔盐的输送系统和低温熔盐的输送系统，可以对系统同时进行升温（或保温）和降温操作，温度可调节操作的弹性大，更易于对复杂系统的温度进行精确的调节控制。

2.本发明具有低温熔盐的输送系统，因此反应釜的升温可以从低温开始，减少了反应釜内外的温差，能最大可能的避免由于反应釜内外温差过大而导致系统物料的结焦碳化问题或产生其它不必要的副反应。

3.本发明通过高温熔盐与低温熔盐直接混合冷却，低温熔盐用冷却介质进行冷却的方法，可以避免高温熔盐与冷却介质直接进行热量交换，进而可以选择较低膜温的导热油和低压力的水蒸汽等冷却介质进行直接冷却降温操作，减少系统的投资和运行成本。

4.本发明使用熔盐为载热体，相对于采用压力蒸汽和导热油的形式，在常压下就可实现350℃以上高温情况下的加热和冷却操作，因此，采用低压容器就可满足使用要求，可以减少设备的制造成本。

附图说明

图1是本发明第一种实施例的一种以熔盐为载热体的加热冷却系统的示意图。

图2是本发明第二种实施例的一种以熔盐为载热体的加热冷却系统的示意图。

图3是以导热油为冷却介质的低温熔盐罐的循环冷却系统的示意图。

图4是以水蒸汽为冷却介质的低温熔盐罐的循环冷却系统的示意图。

其中，1为反应釜，2为加热器，3为高温熔盐罐，4为低温熔盐罐，4a为内盘管，5为熔盐泵，6为三通调节阀，7为溢流管线，8为排放管线，9为管线，10为管线，11为管线，12为管线，13为管线，14为循环泵，15为循环冷却系统的加热器，16为循环冷却系统的冷却器，17为三通调节阀，18为管线，19为管线，20为回水管线，21为进水管线，22为调节阀，23为高温蒸汽排放管线，24为高温蒸汽加入管线，25为冷却水添加管线，26为高温蒸汽包，27为带变频电机的低温熔盐泵。

具体实施方式

下面结合附图所示，以间歇法合成一种高耐热的热塑性全芳族共聚酯（TLCP）的生产过程为例对本发明进行进一步的描述。

实施例一

如图1所示，以熔盐为载热体的加热冷却系统包括反应釜1、加热器2、高温熔盐罐3、低温熔盐罐4、熔盐泵5、熔盐三通调节阀6以及将反应釜1、加热器2、高温熔盐罐3、低温熔盐罐4、熔盐泵5、三通调节阀6连接起来的各种配管，并通过三通调节阀6的分配形成有封闭循环系统的高温循环回路（含管线12、13）与低温循环回路（含溢流管线7，管线11、12）。

低温熔盐罐4的安装位置比高温熔盐罐3的安装位置要高，低温熔盐罐4的底部设有排放管线8，系统停机时可通过开启排放管线8上的开关阀门，将低温熔盐罐4内的熔盐排放到高温熔盐罐3中，并在高温熔盐罐3中进行保温操作；低温熔盐罐4的侧面设有溢流管线7，开机时低温熔盐罐4内预先储存有一定量的熔盐，它的液位与低温熔盐罐4的溢流口的高度平齐。

低温熔盐罐4的内部设有用来进行热交换的内盘管4a，该内盘管4a通过管线9、10接入循环冷却系统。

图3是以导热油为冷却介质的低温熔盐罐的循环冷却系统的示意图，该循环冷却系统包括循环泵14、内盘管4a、三通调节阀17、循环冷却系统的加热器15、循环冷却系统的冷却器16等设备，以及将这些设备相连的管线9、10、18、19。循环冷却系统的加热器15可以为电加热器，也可以为从生产装置加热炉输送过来的高温导热油，它可以作为开机时低温熔盐罐4内固体熔盐熔化时的热源，也可作为正常生产时维持低温熔盐罐4内熔盐温度恒定的热源；循环冷却系统的冷却器16连有进行导热油冷却的进水管线21和回水管线20，当低温熔盐罐4的温度发生改变时，通过三通调节阀17的自动分配调节作用，分配在循环冷却系统的加热器15和循环冷却系统的冷却器16中的导热油量，控制系统导热油的温度，进而控制低温熔盐罐4的温度恒定在一定的范围内。

图4是以水蒸汽为冷却介质的低温熔盐罐的循环冷却系统的示意图，该循环冷却系统包括高温蒸汽包26、低温熔盐罐冷4的内盘管4a以及串连高温蒸汽包26、内盘管4a的管线9、10。高温蒸汽包26上连接有冷却水添加管线25、高温蒸汽加入管线24以及高温蒸汽排放管线23，在这三根管线上都设置有相应的调节阀22。冷却水添加管线25用来持续的补充系统降温消耗的冷却水量，使系统的循环水量始终保持在一定的液位范围内。高温蒸汽加入管线24，当高温蒸汽包26的压力偏低时用来补充新鲜的蒸汽量；高温蒸汽排放管线23，当高温蒸汽包26的压力偏高时用来排放多余的蒸汽量。当低温熔盐罐4温度发生改变时，通过控制输入和输出高温蒸汽包26的蒸汽量，控制高温蒸汽包26的压力和水温维持在一定温度范围内，进而控制将低温熔盐罐4的温度恒定在一定的范围内。

在TLCP的合成过程中，如图1所示，将低温熔盐罐4的温度恒定在190℃左右，将高温熔盐罐3的温度控制在200～400℃的温度范围内。当反应釜1内的物料进行聚合反应时，需要在2～8小时内缓慢的将反应物料的温度从200℃提高到250℃，然后再迅速的升温到290～320℃，并在320℃恒定一段时间，再将反应温度缓慢的升高到360℃。

在快速升温过程中，熔盐加热系统中的加热器2开启，三通调节阀6转换至流向反应釜1的一侧，高温熔盐经熔盐泵5的传输，通过高温熔盐罐3、加热器2送往反应釜1的夹套内进行升温，升温完成后，熔盐从反应釜1的夹套内流出，经管线13流回到高温熔盐罐3中；在慢速的升温或恒温的过程中，为消除加热器2瞬间升温过高的影响，三通调节阀6会不定时的开启，从低温熔盐罐4中导入一部分低温熔盐到高温熔盐罐3中进行温度调节；当反应釜1内物料聚合完成后，需要将反应釜1的温度快速降到210℃以下后加入下一批反应物料，此时加热器2加热关闭，高温熔盐经熔盐泵5的传输，经高温熔盐罐3、加热器2，通过三通调节阀6进行自动分配调节后，调节输出一定量的高温熔盐，经管线11进入到低温熔盐罐4中，在与低温熔盐罐中的低温熔盐直接接触换热后，通过低温熔盐罐4的溢流管线7溢流回到高温熔盐罐3中，由于溢流管线7溢流的低温熔盐与高温熔盐罐3内的高温熔盐进行快速混合降温，反应釜1内的温度可以在很短的时间内下降到210℃左右的温度，此时即可进行下一批物料的加入操作。在高温熔盐与低温熔盐罐中的低温熔盐进行直接换热时，低温熔盐罐的循环冷却系统开始启动，进行自动的降温操作，使得低温熔盐罐4的温度恒定在一个范围内。

图3或图4所示的低温熔盐罐的循环冷却系统的选择可根据生产装置现有的配备条件进行灵活选取。

实施例二

如图2所示，以熔盐为载热体的加热冷却系统包括反应釜1、加热器2、高温熔盐罐3、熔盐泵5、低温熔盐罐4、带变频电机的低温熔盐泵27以及将反应釜1、加热器2、高温熔盐罐3、熔盐泵5、低温熔盐罐4、带变频电机的低温熔盐泵27连接起来的各种管线，并形成有封闭循环系统的高温循环回路（含管线12、13）与低温循环回路（含溢流管线7和管线11）。

高温熔盐罐3的安装位置比低温熔盐罐4的安装位置要高，高温熔盐罐3的底部设有排放管线8，系统停机时可通过开启排放管线8上的开关阀门，将高温熔盐罐3内的熔盐排放到低温熔盐罐4中，并在低温熔盐罐4中进行保温操作；高温熔盐罐3的侧面设有溢流管线7，开机时高温熔盐罐3内预先储存有一定量的熔盐，它的液位与高温熔盐罐3的溢流口的高度平齐。

低温熔盐罐4的内部设有用来进行热交换的内盘管4a，该内盘管4a通过管线9、10与接入循环冷却系统。

在TLCP的合成过程中，如图2所示，将低温熔盐罐4的温度恒定在190℃左右，将高温熔盐罐3的温度控制在200～400℃的温度范围内。当反应釜1内的物料进行聚合反应时，需要在2～8小时内缓慢的将反应物料的温度从200℃提高到250℃，然后再迅速的升温到290～320℃，并在320℃恒定一段时间，再将反应温度缓慢的升高到360℃。

在快速升温的过程中，加热器2开启，高温熔盐经熔盐泵5的传输，通过高温熔盐罐3、加热器2送往反应釜1的夹套内进行升温，升温完成后，熔盐从反应釜1的夹套内流出，经管线13流回到高温熔盐罐3中；在慢速的升温或恒温的过程中，为消除加热器2瞬间升温过高的影响，带变频电机的低温熔盐泵27会调整自身电机的转速，不定时的开启，从低温熔盐罐4中导入一部分低温熔盐到高温熔盐罐3中进行温度调节；当反应釜1内物料聚合完成后，需要将反应釜1的温度快速降到210℃左右后加入下一批反应物料，此时加热器2加热关闭，高温熔盐在高温循环回路进行不加热条件下的自身循环，同时，带变频电机的低温熔盐泵27会调整自身电机的转速，调节输出一定量的低温熔盐，经管线11进入到高温熔盐罐3中，在与高温熔盐罐3中的熔盐直接接触换热后，通过高温熔盐罐3的溢流管线7溢流回到低温熔盐罐4中，由于经低温熔盐输出的管线11输出的低温熔盐与高温熔盐罐3内的高温熔盐进行快速混合降温，反应釜1内的温度可以在很短的时间内下降到210℃的温度，此时即可进行下一批物料的加入操作。在高温熔盐与低温熔盐罐中的熔盐进行直接换热时，循环冷却系统开始启动，进行自动的降温操作，使低温熔盐罐4恒定在一个温度范围内。

图3或图4所示的低温熔盐罐的循环冷却系统的选择可根据生产装置现有的配备条件进行灵活选取。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种以熔盐为载热体的加热冷却方法，对反应釜进行温度控制，其特征在于：熔盐的加热冷却操作分成两个系统，一个是用来输送高温熔盐的熔盐加热系统，一个是用来输送低温熔盐的熔盐冷却系统；熔盐加热系统与反应釜串接，直接对反应釜进行温度控制；熔盐冷却系统与熔盐加热系统串接，对高温熔盐进行温度控制。

2.按照权利要求1所述的一种以熔盐为载热体的加热冷却方法，其特征在于：所述熔盐冷却系统向熔盐加热系统输入温度可调的低温熔盐，低温熔盐与高温熔盐混合，实现对高温熔盐的降温控制；熔盐加热系统也对高温熔盐进行加热或保温控制。

3.按照权利要求2所述的一种以熔盐为载热体的加热冷却方法，其特征在于：当反应釜需要快速升温时，熔盐加热系统中的加热器启动对高温熔盐进行加热，高温熔盐再与反应釜进行热交换；

当反应釜需要慢速升温或保温时，熔盐加热系统中的加热器启动对高温熔盐进行加热，同时熔盐冷却系统不定时向熔盐加热系统输入低温熔盐，降低高温熔盐的温度，高温熔盐再与反应釜进行热交换；

当反应釜需要快速降温时，熔盐加热系统中的加热器关闭，同时熔盐冷却系统持续向熔盐加热系统输入低温熔盐，低温熔盐与高温熔盐混合，高温熔盐快速降温，高温熔盐再与反应釜进行热交换。

4.按照权利要求1所述的一种以熔盐为载热体的加热冷却方法，其特征在于：所述低温熔盐的最低温度为180℃，高温熔盐的最高温度为600℃；所述熔盐是由硝酸钾、亚硝酸钠和硝酸钠中的一种或几种混合组成。

5.按照权利要求4所述的一种以熔盐为载热体的加热冷却方法，其特征在于：所述熔盐包括硝酸钾、亚硝酸钠和硝酸钠；硝酸钾的质量百分数为53%、亚硝酸钠的质量百分数为40%、硝酸钠的质量百分数为7%，熔盐的熔点为142℃。

6.一种以熔盐为载热体的加热冷却系统，对反应釜进行温度控制，其特征在于：它包括熔盐加热系统和熔盐冷却系统；

熔盐加热系统包括：用来储存熔盐的高温熔盐罐、进行熔盐传输的熔盐泵和对熔盐进行加热的加热器；高温熔盐罐、熔盐泵、加热器和反应釜依次连通，反应釜再与高温熔盐罐相接组成熔盐的高温循环回路；

熔盐冷却系统包括：用来储存熔盐的低温熔盐罐和使低温熔盐罐恒定在一个温度范围内的循环冷却系统；

低温熔盐罐和高温熔盐罐通过管线连成熔盐的低温循环回路。

7.按照权利要求6所述的一种以熔盐为载热体的加热冷却系统，其特征在于：所述低温熔盐罐内设有夹套或内盘管，夹套或内管盘接入循环冷却系统，循环冷却系统通入冷却介质。

8.按照权利要求7所述的一种以熔盐为载热体的加热冷却系统，其特征在于：所述冷却介质为空气、导热油或水蒸气。

9.按照权利要求6所述的一种以熔盐为载热体的加热冷却系统，其特征在于：它还包括一个设置在加热器和反应釜之间的三通调节阀，三通调节阀的另一端与低温熔盐罐相接；

低温熔盐罐的安装高度高于高温熔盐罐，低温熔盐罐的侧壁设有溢流口，溢流口与溢流管线的一端相接，高温熔盐罐与溢流管线的另一端相接；

低温熔盐罐的底部接排放管线的一端，高温熔盐罐与排放管线的另一端相接，排放管线中设置开关阀门。

10.按照权利要求6所述的一种以熔盐为载热体的加热冷却系统，其特征在于：所述熔盐冷却系统包括带变频电机的低温熔盐泵；低温熔盐罐、低温熔盐泵和高温熔盐罐依次相接；

高温熔盐罐的安装高度高于低温熔盐罐，高温熔盐罐的侧壁设有溢流口，溢流口与溢流管线的一端相接，低温熔盐罐与溢流管线的另一端相接；

高温熔盐罐的底部接排放管线的一端，低温熔盐罐与排放管线的另一端相接，排放管线中设置开关阀门。