微型反应器及微型气固热反应在线分析装置制造方法及图纸

一种微型反应器及微型气固热反应在线分析装置，该微型反应器包括：三层筛板，其中，下层筛板与中层筛板之间形成气体分散区域，在该气体分散区域处设置液体注入支管，向气体分散区域输送液体而进行气化产生蒸气气氛；中层筛板与上层筛板之间形成反应室，以供固体颗粒在蒸气气氛下进行反应；反应气体入口，作为向所述微型反应器内输入反应所需单一或混合的反应气体的入口；以及气体流出口，作为输出所述微型反应器内反应得到的生成气体的出口。进一步地提供包含该微型反应器的微型气固热反应在线分析装置。本发明专利技术无需外置水蒸气发生器，结构简单，操作方便，实现反应产物的在线检测与分析，为反应过程控制提供数据支持。

Micro reactor and micro gas solid thermal reaction on-line analysis device

A micro reactor and a micro on-line gas-solid thermal reaction analyzer are provided. The micro reactor comprises a three-layer sieve plate, in which a gas dispersion region is formed between the lower sieve plate and the middle sieve plate, a liquid injection branch is arranged at the gas dispersion region, and the liquid is transported to the gas dispersion region for gasification to produce a vapor atmosphere. A reaction chamber is formed between the middle sieve plate and the upper sieve plate for solid particles to react in a vapor atmosphere; a reaction gas inlet is used as the inlet of a single or mixed reaction gas required to input the reaction into the micro-reactor; and a gas flow outlet is used as the output of the reaction in the micro-reactor. The outlet of gas. Further, a micro gas solid thermal reaction on-line analysis device including the micro reactor is further provided. The invention does not need an external steam generator, has simple structure and convenient operation, realizes on-line detection and analysis of reaction products, and provides data support for reaction process control.

【技术实现步骤摘要】
微型反应器及微型气固热反应在线分析装置
本专利技术涉及科学分析装置
，具体涉及一种适用于液体蒸气气氛的微型反应器及微型气固热反应在线分析装置，广泛应用于能源、催化等领域相关反应机理研究。
技术介绍
近年来，为了实现节能环保，实现资源的可持续利用。研究者普遍开始着眼于提高能源的利用效率，开展了大量关于煤及生物质的热解、气化、燃烧等过程的研究，以期探究反应的机理，实现反应过程的有效控制，进而将优化后的工艺工业化。其中，较常用的研究方法包括非等温法以及等温微分分析方法。非等温分析方法是从几乎不发生反应的温度开始反应，研究升温过程中反应性能的变化，揭示升温过程与反应特性的对应关系。非等温分析方法中，较常用的仪器是热重分析仪、固定床反应装置等。非等温方法的优点为实验样品用量小，操作过程简便，反应过程中温度控制精确。热重分析仪可以精确测量升温过程中样品的质量变化，通过样品的失重曲线判断反应发生的温度，并推测可能发生的反应，而固定床反应装置通常可以通过收集反应中产生的气体产物进行离线分析，或偶联在线监测分析装置，通过分析气体产物的成分及生成时间，判断反应发生的温度及反应机理。然而，非等温分析方法也存在一定的缺陷，对于热非稳定性物质在等温条件下进行的反应，以热重分析仪和固定床装置为代表的非等温分析方法难以实现。并且，非等温方法测定的反应速率与升温速率相关，且反应受到气体扩散效应的抑制作用，计算得到的动力学参数与反应的本征动力学存在一定的偏差。而等温微分分析方法则可以避免以上缺陷。近年来，研究者对等温微分分析方法进行了深入研究，开发出了一系列新型微型流化床在线反应分析装置，在气固相热反应研究中进行应用。然而，现有的热反应在线分析装置对于检测有水蒸气参加的反应时还存在一定的缺陷。因为当反应气氛包含水蒸气时，一般均为外配水蒸气发生器，气体输送管路需加装辅热系统。另外，当反应气体为多种组分，需要配气时，还要在水蒸气输送通道内添加气体缓冲罐以及水蒸气排空装置。反应系统比较复杂，操作过程繁琐，且混合气体配置的过程中，如果系统的压力发生变化，或辅热保温不完全，还可能导致水蒸气浓度的变化，影响实验结果的准确性与稳定性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种微型反应器及微型气固热反应在线分析装置，以期解决上述提及的技术问题中的至少之一。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：作为本专利技术的一个方面，提供一种微型反应器，包括：下层筛板、中层筛板和上层筛板，分别固定于所述微型反应器内下部、中部和上部位置，其中，下层筛板与中层筛板之间形成气体分散区域，作为液体进行气化以产生蒸气气氛的区域，在该气体分散区域内装有热交换介质；中层筛板与上层筛板之间形成反应室，作为在蒸气气氛下的反应区域；液体注入支管，自该微型反应器外部通向所述气体分散区域，作为向所述气体分散区域输送液体而进行气化的通道；反应气体入口，设置于微型反应器的底部，作为向所述微型反应器内输入反应所需单一或混合的反应气体的入口；以及气体流出口，设置于微型反应器的顶部，作为输出所述微型反应器内反应得到的生成气体的出口。作为本专利技术的另一个方面，提供一种微型气固热反应在线分析装置，包括：如上所述的微型反应器；液体注入单元，连接至所述微型反应器的液体注入支管，用于向所述微型反应器内输入产生蒸气气氛的液体；以及反应气体流量控制单元，连接至所述微型反应器的反应气体入口，用于向所述微型反应器内输入单一或混合的反应气体以及进行气体流量控制。基于上述技术方案，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术设计了一种带有液体注入支管的新型微型反应器，设置三层筛板将微型反应器内分为气体分散区域和反应室，可以将水(或其它易挥发的液体反应物质)通过液体注入支管直接注入气体分散区域内，在热环境下(例如加热炉的作用下)与热交换介质迅速发生热传导，从而气化并与其它反应气体组分混合均匀，直接进入反应室，在该液体产生的蒸气气氛下进行反应，无需额外连接水蒸气发生装置，避免了水蒸气输送过程中因管路温度偏低导致水蒸气部分冷凝、以及配置反应气体时，因压力变化而可能导致的水蒸气浓度变化等因素对分析结果准确性的影响，因此特别适用于水蒸气气氛下相关反应过程的研究。(2)提供了包含前述微型反应器的微型气固热反应在线分析装置，无需额外连接水蒸气发生装置，与其它热反应分析装置相比，其结构简单、操作方便。(3)在该微型气固热反应在线分析装置中，对其中的微型反应器的气体流出口端设计了脱水装置，可以在反应结束后，脱除流出反应器的气体组分中的水蒸气，从而避免了气体成分分析时，水蒸气组分可能对气体检测分析装置(如质谱)造成的损害。(4)在气体检测分析装置之前的气体输送管路上设计两个或更多连接口，使得该装置可以与更多的气体检测分析装置偶联使用，提高了检测结果的准确性，也在一定程度上拓展了该微型气固热反应在线分析装置的应用范围。(5)该微型反应器和微型气固热反应在线分析装置，根据待研究转化过程的实际情况，通过控制反应气体的流速，既可以用于固定床下进行的反应研究，又可以用于流化状态下进行的等温微分反应研究。(6)该微型气固热反应在线分析装置设计了反应气体流量控制单元，可用于研究在多种混合气氛下进行的反应。附图说明图1为本专利技术实施例适用于水蒸气气氛的微型气固热反应在线分析装置的结构图。上述附图中，附图标记含义如下：10-微型反应器11-上层筛板12-中层筛板13-下层筛板14-液体注入支管15-固体颗粒脉冲进样支管16-热电偶插入支管17-反应气体入口18-气体流出口20-液体注入单元21-计量泵22-液体储瓶30-反应气体流量控制单元31-气体混合储罐32a～d-气体质量流量控制器33a～d-电磁阀40-脉冲进样单元41-脉冲电磁阀42-气体储罐50-加热炉60-气体检测单元61-水蒸气脱除装置62-过滤器63a、63b-气体检测分析装置具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。需要事先说明的是，本专利技术中“微型反应器”在本
中有其固有含义，一般是指内径不超过50mm的相应设备。在本专利技术的一个实施例中，提供一种微型反应器10，如图1所示，包括：下层筛板13、中层筛板12和上层筛板11，分别固定于微型反应器10内下部、中部和上部位置，其中，下层筛板13与中层筛板12之间形成气体分散区域，作为液体进行气化以产生蒸气气氛的区域，在该气体分散区域内装有热交换介质；中层筛板12与上层筛板11之间形成反应室，作为在该蒸气气氛下的反应区域；液体注入支管14，自该微型反应器10外部通向该气体分散区域，作为向该气体分散区域输送液体而进行气化的通道；反应气体入口17，设置于微型反应器10的底部，作为向微型反应器10内输入反应所需单一或混合的反应气体的入口；以及气体流出口18，设置于微型反应器10的顶部，作为输出微型反应器10内反应得到的生成气体的出口。通过前述设置将水蒸气发生器和微型反应器集于一体，可以将水(或其它易挥发的液体反应物质)通过液体注入支管14直接注入气体分散区域内，在高温环境下与炽热的热交换介质迅速发生热传导，从而气化并与其它反应气体组分混合均匀，通过中间筛板12直接进入反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微型反应器，包括：下层筛板、中层筛板和上层筛板，分别固定于所述微型反应器内下部、中部和上部位置，其中，下层筛板与中层筛板之间形成气体分散区域，作为液体进行气化以产生蒸气气氛的区域，在该气体分散区域内装有热交换介质；中层筛板与上层筛板之间形成反应室，作为在蒸气气氛下的反应区域；液体注入支管，自该微型反应器外部通向所述气体分散区域，作为向所述气体分散区域输送液体而进行气化的通道；反应气体入口，设置于微型反应器的底部，作为向所述微型反应器内输入反应所需单一或混合的反应气体的入口；以及气体流出口，设置于微型反应器的顶部，作为输出所述微型反应器内反应得到的生成气体的出口。

【技术特征摘要】
1.一种微型反应器，包括：下层筛板、中层筛板和上层筛板，分别固定于所述微型反应器内下部、中部和上部位置，其中，下层筛板与中层筛板之间形成气体分散区域，作为液体进行气化以产生蒸气气氛的区域，在该气体分散区域内装有热交换介质；中层筛板与上层筛板之间形成反应室，作为在蒸气气氛下的反应区域；液体注入支管，自该微型反应器外部通向所述气体分散区域，作为向所述气体分散区域输送液体而进行气化的通道；反应气体入口，设置于微型反应器的底部，作为向所述微型反应器内输入反应所需单一或混合的反应气体的入口；以及气体流出口，设置于微型反应器的顶部，作为输出所述微型反应器内反应得到的生成气体的出口。2.根据权利要求1所述的微型反应器，其特征在于，该微型反应器还包括：固体颗粒脉冲进样支管，自该微型反应器外部通向所述反应室，作为向所述反应室输入所述固体颗粒而进行反应的通道；和/或热电偶插入支管，自该微型反应器外部伸入所述反应室，用于插入测温热电偶；和/或流化介质，加入反应室内，作为反应室内的流化床料。3.根据权利要求1所述的微型反应器，其特征在于，通过控制从反应气体入口处进入的反应气体的流速，使所述微型反应器内反应在固定床式和流化床式两种状态之间进行变换。4.根据权利要求1所述的微型反应器，其特征在于：所述微型反应器内径不超过50mm。5.一种微型气固热反应在线分析装置，包括：如权利要求1至4任意一项所述的微型反应器；液体注入单元，连接至所述微型反应器的液体注入支管，用于向所述微型反应器内输入产生蒸气气氛的液体；以及反应气体流量控制单元，连接至所述微型反应器的反应气体入口，用于向所述微型反应器内输入单一或混合的反应气体以及进行气体流量控制。6.根据权利要求5所述的微型气固热反应在线分析装置，其特征在于：所述液体注入单元包括：液体储瓶，用于储存所述液体；以及计量泵，用于将所述液体储瓶内的液...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳君容，关宇，许光文，韩振南，朱庆凯，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，沈阳化工大学，张家港玖顺能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11