TW201601829A - 反應器系統及其用途 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種反應器系統(1)，其包括：反應器(3)；至少一個連接至該反應器(3)之冷卻器(5)；至少一個用於使至少一些液體傳熱介質(9)循環之泵(7)，其中該泵(7)係連接至該反應器(3)及/或該至少一個冷卻器(5)；及用於收集該液體傳熱介質(9)之容器(11)，其中該容器(11)係連接至該反應器(3)及/或該至少一個冷卻器(5)；其中該容器(11)係大體上佈置於該反應器(3)及/或該至少一個冷卻器(5)下方。
此外，描述本發明之反應器系統(1)於進行放熱反應之用途。
Description
本發明係關於一種反應器系統，其包括反應器、至少一個連接至該反應器之冷卻器及至少一個泵，該泵使液體傳熱介質泵抽式循環通過該反應器及該至少一個冷卻器。
所論述之該類型之反應器系統係原則上自先前技術已知。
因此，DE 22 07 166 A1描述一種包括用於反應裝置之冷卻總成之反應器系統，該等反應裝置包括再循環之傳熱介質，其中循環泵及冷卻器係佈置於該傳熱介質之反應容器外部。其中，該循環泵及該冷卻器係容納於兩個並排式配置的外殼內。此外，傳熱介質之膨脹容器係佈置於該泵外殼之上方並與其連通及用於冷卻劑之蒸氣分離器係直接佈置於該冷卻器外殼上方並與冷卻器管連通。
關與用於變化殼管式反應器之溫度之方法，DE 10 2006 034 811 A1描述一種包括鹽浴冷卻器及對其冷卻介質無明確限制的反應器系統。該冷卻器具有其中佈置充填液位計(fill-level gauge)之均衡容器。
WO 2004/090066 A1揭示離子液體之用途，該離子液體在一特別佳實施例中係用於間接提供或移除來自殼管式反應器之熱量。其中描述一種由圓柱形容器組成之殼管式反應器，其中容納有垂直配置之一束反應管。此等反應管(其可視需要含有負載型觸媒)之末端密封固定於管板內並通向一個連接至該容器的頂端之蓋及一個連接至該容器的底端之蓋。經由該等蓋供應及移除流動通過該等反應管之反應混合
物。使循環傳熱介質傳遞通過圍繞該等反應管之空間以均衡熱平衡，特定言之針對放出大量熱之反應而言。在該等所述殼管式反應器中，在每個貫穿該反應器之水平剖面中實現傳熱介質之基本上均勻溫度分佈以理想化地在該反應中平等涉及所有反應管。此外，該反應器可合併有偏轉板，其在該反應器之中間及該反應器之邊緣交替留下該反應器橫截面之自由部分。
該等已知反應器系統之缺點係由於反應器及收集容器皆可重達數百公噸，因此傳熱介質之貯存容器被佈置於相關設備內部及通常位於與地平面相同之高度。冷卻反應器(例如在改變觸媒過程中或用於修復或保養時)需預先自該反應器中移除傳熱介質，因為否則冷凍之傳熱介質可(特定言之再次加熱時)使該反應器內部應力上升並損害該反應器。相關的傳熱介質需泵抽入較高之容器內儲存或需使用氣體加壓該反應器之鹽空間，從而導致高結構複雜性。此外，由於逃逸之傳熱介質之相對高溫度及氧化作用，因此容器滲漏將危及人類健康及環境。
鑒於先前技術之此等缺點，本發明之目標係提供克服上述缺點之經改善之反應器系統。特定言之，本發明之目標係提供確保安全處理液體傳熱介質之反應器系統。
在本發明之第一態樣中藉由反應器系統(1)達成上述目標，該反應器系統(1)包括，-反應器(3)；-至少一個連接至該反應器(3)之冷卻器(5)；-至少一個用於使至少一些液體傳熱介質(9)循環之泵(7)，其中該泵(7)係連接至該反應器(3)及/或該至少一個冷卻器(5)；及-用於收集該液體傳熱介質(9)之容器(11)，其中該容器(11)係連接至該反應器(3)及/或該至少一個冷卻器(5)；
其中該容器(11)係大體上佈置於該反應器(3)及/或該至少一個冷卻器(5)下方。
本發明之反應器系統之(特定言之)之突出之處係可容易排放該液體傳熱介質(9)。
在本發明之第二態樣中，藉由使用本發明及如上定義之反應器系統(1)來進行放熱反應而達成該目標。
下文將更詳細地描述本發明。
本發明首先提供反應器系統(1)，其包括反應器(3)；至少一個連接至該反應器(3)之冷卻器(5)；至少一個用於使至少一些液體傳熱介質(9)循環之泵(7)，其中該泵(7)係連接至該反應器(3)及/或該至少一個冷卻器(5)；及用於收集該液體傳熱介質(9)之容器(11)，其中該容器(11)係連接至該反應器(3)及/或該至少一個冷卻器(5)。該容器(11)係大體上佈置於該反應器(3)及/或該至少一個冷卻器(5)下方。
由於液體傳熱介質(9)在其液體靜壓力下流入容器(11)中，因此將容器(11)配置於反應器(3)及/或冷卻器(5)下方具有可自設備容易排放液體傳熱介質(9)之初始優點。此外，自反應器系統(1)排放之液體傳熱介質(9)並非如先前技術中般儲存於較高儲罐內，而是儲存於較低容器(11)內，因此若液體傳熱介質(9)對人類健康及環境造成任何危害，則該造成之危害亦極小。為此，容器(11)較佳安裝於整合在基礎底板內之凹區中。容器(11)之較低配置之另一優點在於該反應器系統(1)無需向上建造以容納容器(11)。凹區的優點在於在滲漏事件中可安全地圍堵逸出之傳熱介質(9)。
出於本發明之目的，措詞「大體上在...下方」當理解為意指該容器(11)係相對於該反應器(3)及/或該冷卻器(5)以使得該液體傳熱介質(9)可由於其液體靜壓力流入該容器(11)中，而無需額外傳輸的方式來佈置。
在本發明之反應器系統(1)之一個開發中，該容器(11)包括用於加熱該液體傳熱介質(9)之加熱裝置(13)。該液體傳熱介質(9)通常選自在環境溫度下為固體或黏性極高之介質。該傳熱介質(9)僅在某一溫度(通常140℃以上)時變為液體。然後為防止該液體傳熱介質(9)黏性增大或在容器(11)中凝固，加熱裝置(13)係有利的。
可設計加熱裝置(13)使得加熱元件佈置於容器(11)之外部上以經由容器壁加熱傳熱介質(9)。此外或另一選擇，容器(11)本身內可存在一個或多個加熱元件。當容器(11)達到某一尺寸及經由容器(11)之外壁引入之熱量輸出不再足以加熱液體傳熱介質(9)時，此係特別有利。可使用液體及/或氣體介質(特定言之，使用蒸汽)操作該加熱裝置(13)或可提供電加熱元件。
較佳係將容器(11)至少部分佈置在地平面下方。如在上文中已解決，可藉由容器(11)之較低配置減小反應器系統(1)之整體建構高度。在本發明中，措詞「至少部分在地平面下方」意為將該容器(11)佈置於地面之窪地中，特定言之係凹區中。由於佈置於地面上之儲罐較大程度上受天氣影響，因此此類窪地可有利於容器(11)之熱絕緣。亦可設計該窪地以使得若其在容器(11)之滲漏事件中包含逃逸之液體傳熱介質(9)，從而提供免於危及人類健康及環境之保護。
在本發明之另一實施例中，該容器(11)進一步包括泵(15)，其可用以將容器(11)中之液體傳熱介質(9)循環至設備(即，至反應器(3)及/或該至少一個冷卻器(5))。此意為容器(11)不僅可充當液體傳熱介質(9)之容納構件，亦可充當液體傳熱介質(9)之貯存容器及臨時儲存構件。
已證明容器(11)之積體比理論上包含於反應器(3)及/或冷卻器(5)中之液體傳熱介質(9)之體積大10%係有利的。容器(11)應可自反應器(3)及至少一個冷卻器(5)中收集反應器系統(1)內之至少20%的液體傳
熱介質(9)。然而，由於該液體傳熱介質之密度通常隨溫度改變，因此有利地係提供至少10%之安全邊際以便於不使該容器曝露於過度之應力下。
在一發展中，該容器(11)可另外經由出口管線(17a、17b)分別連接至反應器(3)及/或冷卻器(5)之最低點。該等出口管線較佳係以向容器(11)傾斜安裝並提供輔助加熱。因為液體傳熱介質(9)在最低點處可由於其液體靜壓力而(實際上)完全流出，所以此配置實際上有助於完成自反應器(3)及/或至少一個冷卻器(5)中排出液體傳熱介質(9)。
為使液體傳熱介質(9)循環，即亦可使用容器(11)作為貯存容器，經由至少一個回行管線(19)將容器(11)連接至反應器(3)及/或至少一個冷卻器(5)上係有利的。容器(11)中之液體傳熱介質(9)可藉助泵(15)經由此管線泵抽回至反應器(3)及/或冷卻器(5)中。泵(15)較佳係浸液泵，其中驅動馬達係乾式安裝及實際之泵殼被完全浸入傳熱介質(9)中。
進一步證明出口管線(17a、17b)及/或回行管線(19)各包括加熱裝置係有利的。此有利於防止液體傳熱介質(9)之黏性在該等管線中下降或防止其固化及因此堵塞該系統。
較佳係反應器系統(1)之所有管線至少部分被痕量加熱。
本發明之反應器系統(1)之另一優點係液體傳熱介質(9)不會顯著冷卻及隨後無需再加熱。此可節能。此亦避免在反應器系統(1)內產生損害或對反應器系統(1)造成損害，此損害可在液體傳熱介質(9)伴隨密度改變而變得高度黏性或變成固體時發生。此特別適用於泵(7)及管線(17a、17b、19)。
在反應器系統(1)之一較佳實施例中，反應器(3)係用於進行放熱反應之殼管式反應器。此外或另一選擇，在此實施例中，冷卻器(5)可係鹽浴冷卻器及液體傳熱介質(9)可係鹽熔融物。
該鹽熔融物較佳係鹼金屬硝酸鹽及鹼金屬亞硝酸鹽之混合物。特別佳之鹽混合物係由53重量%之硝酸鉀、40重量%之亞硝酸鈉及7重量%之硝酸鈉組成。此組合形成具有約142℃熔點之共熔混合物。此鹽浴之操作溫度係在200℃與500℃之間。
本發明可適用於傳熱油及呈鹽熔融物形式之液體傳熱介質(9)。然而，此等傳熱油通常受限於250℃至280℃之最大操作溫度，其不足以用於控制許多反應之溫度，例如，在殼管式反應器中。
在本發明之另一態樣中，反應器系統(1)之用途如上所述係用以進行放熱反應。
移除來自放熱反應之反應熱量係實質性的挑戰。為此，利用本文討論之類型之反應器系統，其中反應熱量係經由液體傳熱介質自反應器中移除。藉由反應熱量加熱後之液體傳熱介質與冷卻器相連而冷卻及其釋放之能量可用於例如形成蒸汽。已證明使用本發明之反應器系統(1)有利於補償反應熱量移除中之可變性。
自本發明之工作實例之下列描述並參照圖式當明瞭其他目的、特徵、優點及可能的應用。藉由圖式說明及/或描述之單獨或呈任意組合之所有特徵形成本發明之標的，與其等在申請專利範圍或其等回顧之申請專利範圍中之組合無關。
圖1係本發明之反應器系統1之一較佳實施例的示意圖。該反應器系統1包括連接至冷卻器5之反應器3。泵7使至少一些液體傳熱介質9循環通過反應器3及冷卻器5。特定言之，該泵7係一循環泵。該冷卻器5包括緊急釋放口21及安全器件23以在液體傳熱介質9之上升壓力之情況中實現經由管線27排放入容器11中，從而釋放該反應器殼上之壓力。
本發明之反應器系統1基本上具有不增壓之設計。在此情況下，不增壓意為對於超過5bar之壓力無需採取預防性措施。當然，反應器
3及冷卻器5為此例如由泵7及傳熱介質9之液體靜壓力產生之壓力而設計。然而，本發明並不產生較高壓力且特定言之藉由安全器件23防止。
有利地係將冷卻器5凸緣連接至或焊接至反應器3。控制閥29藉由控制該傳熱介質流動通過該冷卻器而用以調節該反應器之溫度。特定言之，此實施例係關於其中將一束垂直對齊之反應管佈置於兩管板之間之殼管式反應器。可視應用以一床觸媒材料(固定床觸媒)填充該等反應管。吸收並驅散放熱反應期間產生之熱量之液體傳熱介質9在該等反應管周圍流動。該等恒定反應條件係藉由在預定溫度下出於冷卻目的而使用泵7循環之傳熱介質9提供。
例如，可必要的是，在一定操作時間後必需替換該等反應器管中之觸媒。需冷卻該反應器以進行該替換。為當再次加熱時不損害反應器3，需移除至少20%之傳熱介質含量。然而，較佳係移除所有傳熱介質9以使冷卻及再次加熱反應器3中所剩之傳熱介質9所需的時間最小化。
出於排放之目的，反應器3之最低點及同樣地冷卻器5之最低點提供通向本發明之容器11的出口管線17a、17b。在反應器3及冷卻器5之最低點處之出口管線17a、17b分別提供關閉閥29c、29d亦係有利的。該等關閉閥29c及29d係分別安裝在極靠近該反應器殼及該冷卻器殼之處。排放該液體傳熱介質使其流入容器11中，容器11在如圖1所示之實施例中部分佈置於地平面下方之凹區中。該實施例顯示具有使用例如蒸汽操作之內置加熱裝置13之容器11。在此實施例中，可經由回行管線19使液體傳熱介質9循環之泵15係佈置於容器11中。該泵15係(特定言之)輸送泵。此處提供關閉閥29e亦係有利的。當傳熱介質9被傳遞至反應器系統1內時，關閉閥29f係處於關閉狀態。當出於熱平衡之目的而在容器11中循環傳熱介質9時，閥29f處於打開狀態。
儘管未在圖1中顯示，但可有利地另外提供具有攪拌器之容器11以攪動液體傳熱介質9，從而確保均勻溫度分佈。
圖1顯示反應器系統1之結構設計，其中回行管線19通向出口管線17a、17b及因此出口管線17a、17b亦部分有助於再循環液體傳熱介質9。然而，本發明不受其限制。回行管線19同樣可能作為獨立管線而直接引入反應器3及/或冷卻器5中。
如圖1中所示之實施例進一步包括配置於安全器件23下游之分離器25及管道27。在冷卻器滲漏之情況下，當蒸汽進入傳熱介質9中時該分離器旨在收集包含於安全器件23中之液體且該傳熱介質9經由安全器件23減壓進入該容器中。此意為減小該管道系統(安全器件23+管道27)中累積之壓力及達成快速釋放反應器殼上之壓力。此外，該逃逸之傳熱介質經由管道27而收集於容器11中並藉由重力分離而自經由滲漏點滲入傳熱介質9的蒸汽中分離出來。在此情況下，冷卻器5一經修好，則在滲漏情況下逃逸之傳熱介質9可被安全地包含、自蒸汽中分離並再循環至反應器3中。
1‧‧‧反應器系統
3‧‧‧反應器
5‧‧‧冷卻器
7‧‧‧泵
9‧‧‧液體傳熱介質
11‧‧‧容器
13‧‧‧加熱裝置
15‧‧‧泵
17a‧‧‧出口管線
17b‧‧‧出口管線
19‧‧‧回行管線
21‧‧‧緊急釋放口
23‧‧‧安全器件
25‧‧‧分離器
27‧‧‧管道
29‧‧‧控制閥
29c‧‧‧關閉閥
29d‧‧‧關閉閥
29e‧‧‧關閉閥
29f‧‧‧關閉閥
圖1顯示本發明之一實施例中之反應器系統1的示意圖。
1‧‧‧反應器系統
3‧‧‧反應器
5‧‧‧冷卻器
7‧‧‧泵
9‧‧‧液體傳熱介質
11‧‧‧容器
13‧‧‧加熱裝置
15‧‧‧泵
17a‧‧‧出口管線
17b‧‧‧出口管線
19‧‧‧回行管線
21‧‧‧緊急釋放口
23‧‧‧安全器件
25‧‧‧分離器
27‧‧‧管道
29‧‧‧控制閥
29c‧‧‧關閉閥
29d‧‧‧關閉閥
29e‧‧‧關閉閥
29f‧‧‧關閉閥
Claims (10)
- 一種反應器系統(1)，其包括：反應器(3)；至少一個連接至該反應器(3)之冷卻器(5)；至少一個用於使至少一些液體傳熱介質(9)循環之泵(7)，其中該泵(7)係連接至該反應器(3)或該至少一個冷卻器(5)；及用於收集該液體傳熱介質(9)之容器(11)，其中該容器(11)係連接至該反應器(3)或該至少一個冷卻器(5)；其中該容器(11)係大體上佈置於該反應器(3)及/或該至少一個冷卻器(5)下方。
- 如請求項1之反應器系統(1)，其中該容器(11)包括用於加熱該液體傳熱介質(9)之加熱裝置(13)。
- 如請求項1或2之反應器系統(1)，其中該容器(11)至少部分佈置於地平面下方。
- 如請求項1或2之反應器系統(1)，其中該容器(11)進一步包括泵(15)。
- 如請求項1或2之反應器系統(1)，其中該容器(11)之體積比理論上包含於該反應器(3)或該至少一個冷卻器(5)內之該液體傳熱介質(9)的體積大10%。
- 如請求項1或2之反應器系統(1)，其中該容器(11)係經由出口管線(17a、17b)分別連接至該反應器(3)或該至少一個冷卻器(5)之最低點。
- 如請求項1或2之反應器系統(1)，其中該容器(11)係經由至少一個回行管線(19)連接至該反應器(3)或該至少一個冷卻器(5)兩者。
- 如請求項1或2之反應器系統(1)，其中該等出口管線(17a、17b)或 該回行管線(19)各包括加熱裝置。
- 如請求項1或2之反應器系統(1)，其中該反應器(3)係用於進行放熱反應之殼管式反應器，或該至少一個冷卻器(5)係鹽浴冷卻器且該液體傳熱介質(9)係鹽熔融物。
- 一種藉由如請求項1之反應器系統(1)進行放熱反應的方法。
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