CN106168527A - 装置 - Google Patents

Abstract

用于识别热交换系统的热交换流中存在过程流的装置，其中过程流与热交换流不互溶，该装置包括：储液器，与热交换系统流体连通，储液器配置成使得允许分离过程流和热交换流，以使得在过程流与热交换流之间存在分界面；以及用于检测储液器内的过程流与热交换流之间存在分界面的器具。

Description

装置

技术领域

本发明涉及用于识别过程流泄漏到过程流流程之外的流中的装置。更具体地，本发明涉及用于检测过程流泄漏到热传递流中的装置，其中，该热传递流可以是封闭的热传递流。

背景技术

许多反应在存在均相催化剂的情况下进行。因为这些催化剂是均相的，所以这些催化剂会通过过程流从反应区进行携带。通常，这些均相催化剂会与产品分离并进行回收。诸如加氢甲酰化、氢氰化和羰基化的反应通常使用均相贵重金属催化剂，诸如由铑、铂或钯形成的均相贵重金属催化剂。在GB1387657、US4148830、US4247486、US4593127、US4769498、US5952530和US7317128中描述了加氢甲酰化催化剂系统的示例，这些公开的内容通过引用并入本文。加氢甲酰化用于在工业规模上生产诸如丁醛、戊醛和壬醛的醛类。通常，每年生产大约7百万公吨醛类。因而，应承认这些反应需要大量催化剂。

由于用于这些反应的催化剂包括贵重金属，因此这些反应的催化剂很昂贵。另外，催化剂可包括可能本身就很昂贵的配体。考虑到催化剂的费用，期望避免系统内催化剂损失，并且期望确保回收催化剂。

一种催化剂会损失的方式是通过过程流从其所在的设备的泄漏。设备中的任何薄弱处均会导致发生泄漏。当过程在压力下进行时，该泄露问题恶化。

对于本发明的目的，过程流是任意流，该任意流是该过程的一部分，并且包括原料流、从反应器中回收的流、从反应器或从补充反应器分离器中回收的产品流和副产品流、从补充反应处理中回收的过程流等。

过程通常需要使用一个或多个换热器来改变过程流的温度。根据正在进行的反应以及换热器在过程中所处的位置，这些换热器可向过程流增加热或从过程流中去除热。热交换受到使过程流相对热传递流通过的影响。在任意具体换热器中的热传递流可以是来自过程系统内的其他位置的过程流或可以是专门提供以影响热交换的流，例如冷却水。

如果在换热器内发生泄漏，则过程流可传到热传递流中。由于过程流包括昂贵的催化剂，因而这种渗漏导致了催化剂损失以及伴随的经济后果。

考虑到减少催化剂损失，建议使用封闭式换热系统，以减少经由换热系统的贵重催化剂损失。在CN203464572和CN103520944中描述了封闭式冷却系统的示例，这些公开的内容通过引用并入本文。在这些闭路冷却系统中，当发生泄漏时，包括催化剂的过程流传到冷却系统中。由于冷却系统是封闭式系统，因而催化剂未损失，因此可从冷却系统回收催化剂。然而，由于该系统是封闭系统，为了回收催化剂，将必须停止该过程，去除热传递流体并从热传递流体中回收催化剂。

尽管在CN203464572和CN103520944中描述的过程描述了使用封闭式冷却系统来收集任何泄漏的产品流，但是没有关于发生泄漏时操作者如何知道并因此知道需要处理冷却剂流以回收泄漏的催化剂的指导。虽然热传递回路中可测量的影响，诸如压力的突然增大，会警报操作者突发故障，不过并不存在在发生过程流泄漏到热传递回路中的重大损失前识别已发生泄漏的早期检测机构。

因而，期望提供会允许在早期且在发生重大损失前简单检测泄漏的器具。即使当催化剂不包括贵重金属时，仍可期望了解什么时候发生过程流的泄漏。还期望该泄漏检测器具安装和操作的成本效益高。

因而，期望提供用于识别过程流泄漏到热传递流的、具有成本效益的器具。

发明内容

因而，根据本发明，提供了用于识别热交换系统的热交换流中存在过程流的装置，其中，过程流与热交换流不互溶，所述装置包括：

储液器，与热交换系统流体连通，所述储液器配置成使得允许分离过程流和热交换流，以使得在过程流与热交换流之间存在分界面；以及

用于检测储液器内的过程流与热交换流之间存在分界面的器具。

应理解的是，热交换系统是能够发生热交换的系统。热交换系统会包括换热器、用于向换热器提供热交换流并从热交换器中去除热交换流的器具等。在一个布置中，热交换系统是封闭式热交换系统。

由于储液器与热传递流流体连通，因而热传递流体会与任何泄漏的过程流一起流入储液器，在储液器处进行分离，并且可以观察到两种不互溶的流之间存在分界面。这就意味着在早期和在现有技术系统中会检测到泄漏很久之前即可检测到泄漏。

储液器可具有任意适当的配置。然而，可有利的是储液器为以竖直或大致竖直方位进行定位的管。大致竖直意味着在竖直方位的10度以内的任何方位。

储液器可具有任何适当的尺寸。通常，所选尺寸会取决于在热交换系统中使用的热交换流的体积。在一个布置中，尽管可以使用大约1m的高度尺寸，不过储液器在高度上可为从大约0.5m到大约30m。储液器可具有任意适当的横截面。为了便于制造，可以使用圆形横截面，以使得储液器为圆柱形。在该布置中，该圆柱形可具有从大约3mm至管直径的直径，其中，该圆柱形安装在该管上。当储液器的横截面不是圆形时，将具有与所描述的圆形横截面相似的横截面积。

储液器可以位于热交换系统中任何适当的位置。应理解的是，为了一个合适的点，必须允许储液器充满来自热交换系统的流体。通常，储液器会进行配置并定位在热交换系统内，以使得如果在热传递流中存在反应流，则至少一部分会进入并且留在储液器中，即使反应流的度比热传递流的密度低。这可以通过将储液器定位在被升高的位置并确保在通向储液器的入口处的压力大于或等于在储液器的相反端处的压力来实现。

储液器可位于热交换系统内的任意适当的位置处。应注意的是，储液器与热交换系统的静态区域流体连通特别有利。应理解的是，静态区是热传递流的流不被搅动的区域。尽管可能存在流，但液体未被搅动。在不希望被任何理论限定的情况下，期望已泄漏到热交换流中的过程流会在静态区中收集，其中该静态区使得这些区域特别适合于定位本发明的装置。另外，因为该区域是静止的，所以存在极小的搅动以使得不妨碍分界面的分离和形成。

储液器可与传热系统中的线路流体连通。线路大致水平的区域会提供一些优势。在一个布置中，储液器可放置为与大致水平的线路流体连通。可对与储液器流体连通的线路进行修改，至少部分地进行修改，以使得该线路更适于容纳该装置。适当的修改可包括在与储液器流体连通的、线路的区域处或可选地在该区域周围，增大线路的直径。线路还可可选地在该区域中包括一个或多个挡板。在挡板存在时协助有机流体的收集。

在替换布置中，储液器可与换热器流体连通。促进从反应流到热交换流的热交换的主换热器可以是特别合适的。优选地，换热器会包括静态区。通常，会发现静止区位于或靠近换热器的顶部。该装置可与任意形式的换热器一起使用，例如管和壳、盘和框架等。这些类型的换热器会通常在反应器外部。

可替代地，可将换热器并入反应器内。在这种情况下，换热器可以与反应器一体。因而，在一个示例中，换热器可由盘管形成。也可以使用合并在反应器内的内部换热器与外部换热器的组合。

与储液器流体连通的换热器可以是冷凝器。适当的冷凝器的示例包括与反应器、脱模锅或汽化器出口连接使用的冷凝器。

虽然本发明的装置可与常规换热系统一起使用，不过它还可与封闭式换热系统共同使用。可以使用任意适当的封闭式热交换系统。适当的系统包括在CN203464572和CN103520944中描述的那些系统。这样的系统包括定量的热交换流。在使用闭式热交换系统的情况下，与存在的过程流的量相比，所需的热传递流的量通常相对较小。

在使用封闭式换热系统的情况下，储液器可以与均压箱流体连通。当装置定位为与均压箱连接时，应理解的是，为了该装置有效地发挥功能，均压箱中的流体平面应高于储液器的顶部。可以使用一个或多个挡板将流体引导至储液器内以防止流体遗留在均压箱中，由于热交换流存在的体积，在均压箱中无法检测该流体。

在另一方面，热交换系统可包括含有两束管的单个壳，在两束管中，过程流穿过一束管，并且热交换流穿过另一束管。该壳会包括第二热交换流。在该布置中，过程流从管束泄漏会将过程流置于壳中的第二热交换流中。在该布置中，储液器会与壳中的第二热交换流流体连通。

在热交换流与过程流不互溶的情况下，可使用任意适当的热交换流。当过程流是有机的时，热传递流通常含水。热传递流将通常为液相。

当过程流泄漏到热交换系统中时，过程流可以是液相。通常，热交换流仅能够溶解少量的过程流，因而热交换流快速变饱和。一旦热交换流饱和，进入热交换回路的其他过程流将形成游离相。由于热传递流和过程流之间的可混合性通常较差，额外的反应液体将形成分离层。过程流的密度通常比热交换流更低，因而，当发生分离时，过程流会成为上部流。

在替换布置中，当泄漏的过程流进入到热交换流中时，过程流可以成气相。当热交换流内的操作压力低于过程流的蒸气压力时，就会发生这种情况。随着过程流泄漏到热交换流中时，过程流汽化。在这些条件下，对热交换流成液相是有利的。

气态过程流的气泡会在储液器内上升，并且聚结。这会通过静态区域内的低流速来促进。在该布置中，在气态过程流与液态热交换流之间分界面的存在会是液体水平的改变，即，由于在储液器的顶部处的气体堆积会使液体平面降低。因而，当注意到该降低时，则检测到存在泄漏。

在储液器中不论作为液体或作为积聚的气体，过程流之间的分界面的形成都会在已发生泄漏之后相对快速地发生，从而给出泄漏的早期警报。

在热交换系统是封闭式系统时，应理解的是，因为定期检修以及从例如均压箱清淤，可需要周期性添加热交换流。这并不会阻止本发明的装置有效地发挥作用。

储液器还可包括会允许去除空气的通风孔。这在启动时会特别重要。通风孔的存在可协助形成分界面。虽然将通风孔朝向储液器顶端定位通常会很有利，不过可以使用通风孔的任意适当位置。当储液器包括在一端处关闭的管时，通风孔通常会位于关闭端处或靠近关闭端。

应理解的是，可以使用用于展现反应流和热交换流之间的分界面的任何适当的器具。适当的器具包括视镜、电导率检测器、水平面检测器或其他类似的设备。检测器器具的选择可取决于是否会在两种不互溶的液体之间或液体与气体之间形成分界面。

用于展现分界面的存在的替换方法可以是使用密度浮标。当使用密度浮标时，通常将校准浮标，以使得它位于分界面处。

当热传递流在压力下时，具体地，如果热传递流处于高压，如果将使用视镜，则应选择用来构造视镜的材料，以使得视镜能够承受系统的压力。然而，在一些布置中，优选选择用于展现分界面的替换器具。

本发明的装置还可包括警报系统。警报系统的功能是为了当在储液器中检测到分界面时通知用户。可以使用任意适当的警报系统。例如，警报系统可包括当在储液器中检测到反应流体时发出声响的可闻警报。警报系统可消除定期人工观察以展现分界面的器具的需要。

本发明的装置可以用于期望知道是否存在过程流到热交换流的泄漏的任何过程，诸如当使用由昂贵金属制成的昂贵催化剂时。

附图说明

以下将通过参照附图以示例的方式来描述本发明，在附图中：

图1是包括本发明的装置的系统的示意图；

图2是本发明的装置的一个布置的示意图；以及

图3是本发明的装置的替换布置的示意图。

具体实施方式

图1示出了储液器的两个可能的位置。可能可以使用超过一个储液器；为了帮助理解，在图1中示出两个储液器。尽管在所示的系统中使用了封闭式热交换系统，不过应理解的是，该教导同样与传统热交换系统有关。

反应在反应器1中进行。应理解的是，存在与反应器相关联的入口等，不过为了清楚，将它们从图1中省略。过程流将在线路2中离开反应器并传到换热器4。在该示例中，冷却过程流，但是，将理解的是，在其他实施方式中，可加热过程流。然后，冷却的过程流在线路3中回到反应器1。

过程流在换热器4中相对于从线路5传到换热器并从线路6自换热器去除的热传递流冷却。线路6具有直径较大的区域7。因为区域7将是静态区域，因而它用作沉淀区。储液器12a与直径较大的区域7流体连通。因为储液器12a与线路7流体连通，所以热交换流体会流入到储液器12a中。如果在热交换流体内存在任何不互溶的过程流，则过程流将在储液器内分离，并且会检测到各层之间的分界面。

热交换流会从线路11传到可包括挡板13的均压箱8。储液器12b可与均压箱流体连通。如果在热交换流体内存在任何不互溶的过程流，则过程流会在储液器内分离，并且会检测到各层之间的分界面。

然后，热交换流体会在线路9中传到第二换热器10，其中，在第二换热器10中，热交换流体相对于从线路14传到换热器10并从线路15去除的冷却水冷却。

然后，将冷却的换热流从线路5传到换热器4。

图2中示出了储液器的一个示例。这里储液器20与线路23流体连通，其中热传递液体在线路23中流动。在线路中这一般处于静态点。储液器包括具有封闭端的大致竖直的管20以及完整的视镜21。出口22位于封闭端上储液器的顶部。视镜21的常规监测将允许快速检测到即使是较小的泄漏。

在图3中示出了用于均压箱8的储液器12b的一个替换布置。在该布置中，除了检测到分界面的区域位于均压箱8内，该布置与图1中所示的类似。在该布置中，将构造挡板以形成储液器。视镜可位于均压箱的壁上一个合适的位置处，或者如在这里所示，可以使用水平面检测器L。这可以是任意适当的配置。

Claims (16)

1.用于识别热交换系统的热交换流中存在过程流的装置，其中,所述过程流与所述热交换流不互溶，所述装置包括：

储液器，与所述热交换系统流体连通，所述储液器配置成使得允许分离所述过程流和所述热交换流，以使得在所述过程流与所述热交换流之间存在分界面；以及

用于检测所述储液器内所述过程流与所述热交换流之间存在分界面的器具。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述热交换系统是闭路系统。

3.如权利要求1或2所述的装置，其中，所述储液器是以竖直或大致竖直方位进行定位的管。

4.如权利要求3所述的装置，其中，所述储液器高度为0.5m至30m。

5.如权利要求3所述的装置，其中，所述储液器为圆柱体，所述圆柱体的直径为从3mm至安装所述储液器的管的宽度。

6.如权利要求1所述的装置，其中，所述储液器位于静态区中。

7.如权利要求1所述的装置，其中，所述储液器与所述换热系统中的大致水平线路流体连通。

8.如权利要求6所述的装置，其中，所述储液器与所述换热系统中的大致水平线路流体连通。

9.如权利要求7或8所述的装置，其中，在与所述储液器流体连通的线路的区域处或在与所述储液器流体连通的线路的区域周围，所述传热系统中的所述大致水平线路具有增大的直径。

10.如权利要求1所述的装置，其中，所述储液器与换热器流体连通。

11.如权利要求10所述的装置，其中，所述换热器是冷凝器。

12.如权利要求1所述的装置，其中，所述储液器与均压箱流体连通。

13.如权利要求6所述的装置，其中，所述储液器与均压箱流体连通。

14.如权利要求1所述的装置，其中，用于展现所述反应流与所述热交换流之间的分界面的所述装置器具包括视镜、电导率检测器或水平面检测器。

15.如权利要求14所述的装置，其中，所述水平面检测器是密度浮标。

16.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括警报系统。