本发明专利技术提供一种多通道微型流化床及其用途，通过将超过3个微型流化床并联，共用放大段，集成得到多通道微型流化床，其中的每一个微型流化床可单独控制，实现不同微型流化床内多样的流化状态，对颗粒的磨损性小于传统流化床，而且，通过多个微型流化床间隙传热与放大段密相床中颗粒层的调节，更有利于微型流化床内反应等温化以及颗粒在微型流化床内的更新与动态分布，特别适合于强吸放热反应、快速表面反应以及串级反应，有利于提高反应选择性与传质传热。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化工、能源、材料和化学等领域，涉及一种多通道微型流化床及其用途，尤其涉及一种多通道微型流化床及其在气固、气液、液固和气液多相反应的用途。
技术介绍
流化床反应器采用细粉颗粒，在悬浮状态下与流体接触，具有流-固相界面积大；床内颗粒剧烈混合，保证了颗粒在全床内温度与浓度的均一性，床内与内浸换热面之间具有很高的传热系数，有利于强换热反应的等温操作，传质传热效率远高于其他反应器模式；流化床内颗粒群具有类似流体的性质，可以再大量的从装置中移出和引入，实现在不同反应器中的循环。使反应-再生、吸热-放热、正反应-逆反应等反应耦合过程得以实现；广泛应用于多相反应体系中,具有强化传热传质和等温反应等特征。在石化行业、煤炭与生物质热转化及冶金领域应用广泛。但传统大尺寸流化床操作复杂，存在一定的工程放大难度，且颗粒在传统流化床内混合激烈，使得气固在床内返混明显，气体严重偏离活塞流，对反应选择性与转化率产生不利影响；而固体的混合、连续移出、引入时，容易产生颗粒停留不一致，降低了固体的出口平均转化率。特别是单一的流化床难以在同一反应器中实现多重反应的耦合。近年来大量的研究集中在流化床内构件的设计与开发，以适应不同反应体系的需要。如在流化床反应器中内置换热管提高其对强吸放热反应的适应性或是应用于物料的流化床干燥过程；在吸附或是吸收过程，采用多层流化床增加物料的停留时间，或是各位置的反应分别进行调控。如CN 101912753 B中提到专利技术一种用于气固流化床的复合内构件，包括多个竖直排布的构建组单元，两侧设置有多片倾斜的导流叶片，使得气固两相介质在通过竖直构建两侧形成“z”型流动，可提高气固间接触和抑制气固相的返混，且可适用于更宽的操作域。CN 101172219 A专利技术了多层水平格栅内构件，增加操作稳定性，强化床层内气泡相与乳化相中的传质效率，大大减少床层内气相和颗粒相的轴向返混。CN 202741093 U专利技术了水平格栅内构件用于合成气甲烷化反应器开发，增加了气固间的传质和传热。以上所提到的专利只能在一定程度上提高气固相接触、降低气体的返混及增加床层操作稳定性。Potic等第一次提出了微型流化床(MFB)的概念，文中指内径仅为1-3毫米的流化床，与传统大尺寸流化床相比具有操作简单易控制、气体近似平推流的反应特征；此后中国科学院过程工程研究所首次提出采用直径为10mm-40mm微型流化床用于气固反应动力学测量(专利CN101210916，PCT/CN2012/073570)，并将其仪器化，研制了首台微型流化床等温微分气固反应分析仪(MFBRA)。专利CN2729603专利技术了一种微型流化床干燥机，用于医药制品的干燥；专利CN00249908专利技术了微型流化床包衣机用于实验室研究或小试研究中5g-100g物料样品的包衣处理；专利CN 2423027专利技术了微型流化床对撞式气流磨，用于少量金刚石、西药制品微米级样品的制备。微型流化床逐渐获得认可，在仪器、制药等领域得到应用，但处理量都比较小，通常用于实验室或小试研究。而且对于传统大尺度流化床放大操作难度较大。而单一的多通道反应器，类似于规整蜂窝催化材料，此类材料成功应用于大气环境领域的气体净化处理[CN 1954137 A、CN 102365436 A]，如燃煤烟气催化还原脱硝[CN101502796B、WO2012162864A1]、汽车尾气净化[CN1453073A、CN102171162A]及尾气的催化燃烧[CN1415410A、CN101288854A]等领域，但难以在化工能源领域应用，主要存在以下问题：1)大多数化工反应处于扩散传质控制反应，相对于固定床与流化床反应器，仅靠规整催化壁面催化难以实现高的转化率；2)大多规整材料以陶瓷为基体材料，属于热的不良导体，不适用于强吸放热的化学反应过程。因此，如何结合微型流化床的反应器与多通道反应器的优势，研究一种可应用于化工能源领域流化的多通道微型流化床反应系统，替代现有传统的流化床反应器，具有重要的意义，将在强吸放热反应、串级反应、耦合催化反应等方面产生重要的影响。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种多通道微型流化床及其用途，本专利技术的多通道微型流化床的每一个微型流化床可单独控制，实现多通道系统内不同微型流化床内不同的流化状态、颗粒的更新与循环，颗粒的磨损性小于带旋风分离的传统流化床，可应用于非再生性催化反应过程，特别适合于强吸放热反应、快速表面反应以及串级反应，有利于提高反应的选择性与传质传热，具有很好的应用前景。为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种多通道微型流化床，所述多通道微型流化床包括超过3个微型流化床，这超过3个微型流化床之间并联，且共用放大段。本专利技术中，所述微型流化床是指床径范围在10mm-100mm范围内的微小型流化床，其高径比优选为在5-100的大长径比范围内。本专利技术所述微型流化床可以通过缩小传统的流化床的床径到10mm-100mm得到。本专利技术中，超过3个微型流化床是相互独立的，每一个微型流化床的反应气体可单独控制，通过调节反应气体的流速可以实现多通道微型流化床系统内不同微型流化床内不同的流化状态，每一个微型流化床中的反应气体流速不同，可以使每一个微型流化床内的流化状态不同。本专利技术的微型流化床的个数超过3个，具体数量本领域的技术人员可以根据需要以及所需的换热面积与反应气体量进行计算和选择，如可为4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、12个、15个、16个或17个等。优选地，所述微型流化床的床径为10mm-100mm，例如可为10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、55mm、60mm、70mm、80mm、90mm或100mm等。本专利技术的微型流化床的个数超过3个，为实现简单控制，微型流化床选择的床径相同或是相互独立的在10mm-100m变化。优选地，所述微型流化床的高径比为10-50，例如可为10、13、15、18、20、22、24、26、30、35、38、40、45或50等。本专利技术的微型流化床的个数超过3个，这些微型流化床的高径比可相互独立地在10-50，也可保持高径比一致。优选地，所述微型流化床在放大段的截面上均匀分布。优选地，所述放大段的截面面积与并联的微型流化床的总截面面积之比在1-100，例如可为1、3、5、10、20、25、30、35、40、50、55、60、70、80、90或100等。本专利技术所述放大段的截面面积为放大段的流通面积，所述并联的微型流化床的总截面面积为多通道微型流化床的流通面积，通过调节放大段的流通面积与多通道微型流化床的流通面积的比值，并调节气体的流速，是放大段维持一定的密相床高度，利用产物气体流动中虹吸现象，将上部密相床中无法循环的细颗粒带走，同时对反应器可以进行催化剂添加，以维持密相高度的平衡。本专利技术所述放大段包括密相床，所述密相床的高度优选超过200mm，例如可为220mm、230mm、245mm、255mm、270mm、280mm、290mm、300mm、320mm、330mm或350等。优选地，本专利技术的多通道微型流化床进行反应时，通过对微型流化床供热以及对密相床移热实现温度的控制。优选地，采本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多通道微型流化床，其特征在于，所述多通道微型流化床包括超过3个微型流化床，所述微型流化床之间并联，共用放大段。
【技术特征摘要】
1.一种多通道微型流化床，其特征在于，所述多通道微型流化床包括超过3个微型流化床，所述微型流化床之间并联，共用放大段。2.根据权利要求1所述的多通道微型流化床，其特征在于，所述微型流化床的床径为10mm-100mm。3.根据权利要求1或2所述的多通道微型流化床，其特征在于，所述微型流化床的高径比为10-50。4.根据权利要求1-3任一项所述的多通道微型流化床，其特征在于，所述微型流化床在所述放大段的截面上均匀分布；优选地，所述放大段的截面面积与并联的微型流化床的总截面面积之比在1-100。5.根据权利要求1-4任一项所述的多通道微型流化床，其特征在于，所述放大段包括密相床，所述密相床的高度超过200mm。6.根据权利要求1-5任一项所述的多通道微型流化床，其特征在于，所述多通道微型流化床进行反应时，通过对所述微型流化床间隙换热以及对所述密相床换热实现温度的控制；优选地，采用熔融盐换热、高压水蒸气换热、高压水换热、导热油换热或气体燃烧换热中的任意一种或至少两种的组合对所述微型流化床内反应进行换热；优选地，采用在所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：余剑，耿素龙，刘姣，李长明，许光文，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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