一种应用于多相催化反应的固定-流化床反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于多相催化反应的固定

【技术实现步骤摘要】
一种应用于多相催化反应的固定
‑
流化床反应器


[0001]本专利技术涉及反应器设计领域，具体为一种应用于多相催化反应的固定
‑
流化床反应装置。

技术介绍

[0002]固定床和流化床反应器能满足目前绝大部分催化反应对高温、高压条件的需求，所以两类反应器广泛应用于工业生产过程。固定床反应器由进料层，催化剂填充床层和出料层组成，反应物通过进料层进入催化剂填充床层，与催化剂接触实现多相反应，反应过程中可控制反应物停留时间来获得高转化率，且长时间反应后催化剂不易磨损，但在反应过程中，负载在载体上的催化剂会因碰撞而脱落，造成催化剂的严重流失，催化剂利用效率低，传质与传热差，反应器在不同的高度存在温度和压力梯度难以保持反应条件的稳定。流化床反应器是利用气体或液体将催化剂颗粒托起使其处于悬浮运动状态，可有效提高传质与传热速率，与固定床相比，流化床内温度均匀，催化剂与反应物接触面积大，催化效率高，但反应过程中催化剂颗粒之间相互碰撞，导致催化剂颗粒易于破碎且容易随反应后的废液流失，造成催化剂颗粒严重损耗。为进一步提高固定床和流化床反应器的效率，国内外研究人员针对固定床和流化床存在的共性问题开展了系统的研究工作，文献Chem.Eng.J.,2021,423,130244在传统的立式固定床反应器的基础上优化结构，设计同心内管旋转固定床反应器用于α
‑
甲基苯乙烯加氢反应，反应过程中将反应器倾斜45
°
，以1rpm
·
s
‑1的旋转速率旋转反应器，有效改善传质传热效率，提高不同梯度温度和压力的稳定性，α
‑
甲基苯乙烯加氢性能提高了20％左右。文献Adv.Powder.Technol.,2021,32,10,3499
‑
3505对传统的流化床反应器进行优化，流化床反应器内部增设涡流结构，将颗粒以1kg/s的速率注入反应器中，通过比较不同位置注入的颗粒损失率，得出通过后壁喷射颗粒损失最少，可有效改善流化床中催化剂颗粒碰撞流失带来的困扰。
[0003]目前，通过国内外学者的大量研究在固定床和流化床反应器的结构优化方面取得了可喜的进展，但从根本上未能妥善解决反应器本身结构所存在的局限，所以提出一种新型固定
‑
流化床的理念，通过床层结构的设计，同时结合固定床和流化床反应器的优势，专利技术一种用于多相催化过程的新型固定
‑
流化床反应装置。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在专利技术一种固定
‑
流化床反应装置，技术方案如下：
[0005]专利技术一种固定
‑
流化床反应装置，其中固定是指将中空载体材料固定在反应器中，流化是指当气液相原料通入中空多孔材料空腔后，封装在载体空腔中的催化剂受到气液相的浮力作用，在空腔内部呈现区域流化的状态。该固定
‑
流化床反应装置从下到上包括原料进料部分、催化剂填充部分和反应出料部分，侧端为循环部分和辅助控制部分。
[0006]原料进料部分为原料进样管1、射流管2和连通管3，进样管1内径为4
‑
8mm，厚度为1
‑
4mm，高度为30
‑
70mm，下端与原料输送系统连接，可输送气相、液相或者气液混合相；进样
管上端有向上延伸的射流管2，内径逐渐均匀线性缩小至进样管内径的0.4
‑
0.8倍，高度为35
‑
120mm；射流管外层为连通管3，连通管上端与催化剂填充层相接，连通管内径是进样管内径的1.5
‑
3倍，壁厚为1
‑
4mm，高度是进样管高度的1.5
‑
2倍。
[0007]原料进料部分的上层为催化剂填充部分，由多孔格栅板4、催化剂填充管5和中空多孔材料6组成。催化剂填充管5的内径为15
‑
30mm，管壁厚度为1
‑
4mm，高度为70
‑
700mm，管内堆叠4
‑
6组格栅板4和中空多孔材料6，堆叠高度是内径的2
‑
6倍，底部是多孔的圆柱形格栅板4，格栅板直径与填充管内径相同，厚度为3
‑
6mm，格栅板上有均匀分布的凹槽，凹槽为半球型或者圆锥型结构，直径为3
‑
6mm，格栅板顶部截面上每个凹槽的圆心相隔3
‑
27mm，凹槽共有4
‑
16个，凹面底部有直径为0.1
‑
1.5mm的连通孔；格栅板上堆积中空多孔材料，中空多孔材料是指有空腔结构且带有介孔或微孔的毫米级催化剂载体，粒径尺寸为2
‑
5mm，内部空腔直径为0.5
‑
2mm，包括中空球、中空管结构的氧化铝、二氧化硅和碳材料，在中空多孔材料的空腔中填充纳米级或微米级催化剂；管内堆叠4
‑
6组格栅板和中空多孔材料，每层格栅板上堆叠10
‑
30mm的中空多孔材料，堆叠的格栅板凹面底部的连通孔直径从下到上逐层递减0.1
‑
0.35mm，底部格栅板凹面底部的连通孔直径为0.4
‑
1.5mm，最上层格栅板上的连通孔直径为0.1
‑
1.2mm，减少连通孔的直径能减少通过的气相、液相或气液混合相的分子直径，便于原料更容易通过中空多孔材料的孔道进入到空腔中，填充区高度与内径比在2
‑
6范围内能使催化剂高效利用。
[0008]催化剂填充部分上端为反应出料部分，出料部分为出料管9，外接分离收集系统，出料管内径为19
‑
24mm、厚度为1
‑
5mm，高度为30
‑
70mm。
[0009]侧端有循环部分和辅助控制部分，循环部分是回流管8，回流管内径为5
‑
10mm，厚度为1
‑
5mm，下端管口位置在原料进样部分的连通管内，比原料进样管高50
‑
120mm，上端管口位置比填充层底部高60
‑
210mm，回流管水平长度为15
‑
40mm，高70
‑
300mm。
[0010]反应器外层为温度控制、磁场控制或微波控制的外场控制系统7，温度控制为反应器提供必要热场，外加磁场通过控制中空载体内部磁性微球强化催化剂的扰动，磁性微球是磁性无机粒子与有机高分子结合形成的具有磁性的复合微球，磁性无机粒子包括Fe、Co和Ni的氧化物，有机高分子材料包括纤维素、聚苯乙烯或聚酰胺类材料，复合微球的粒径为50
‑
1*104nm，质量为0.5
‑
3mg，所带的电量为10
‑
50C，磁场是由连接电源的螺线管产生，螺线管是由表面绝缘的导线在圆柱形铁圈上密绕组成，螺线管缠绕的线圈匝数为60以上，通过的电压为220V，通过的电流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于多相催化反应的固定
‑
流化床反应器，其特征在于：从下到上包括原料进料部分、催化剂填充部分和反应出料部分，侧端为循环部分和辅助控制部分；原料进料部分为进样管、射流管和连通管，进样管内径为4
‑
8mm，厚度为1
‑
4mm，高度为30
‑
70mm，下端与原料输送系统连接，可输送气相、液相或者气液混合相；进样管上端有向上延伸的射流管，高度为35
‑
120mm；射流管外层为连通管，连通管上端与催化剂填充层相接，连通管内径是进样管内径的1.5
‑
3倍，壁厚为1
‑
4mm，高度是进样管高度的1.5
‑
2倍；原料进料部分的上层为催化剂填充部分，由多孔格栅板、催化剂填充管和中空多孔材料组成；催化剂填充管的内径为15
‑
30mm，管壁厚度为1
‑
4mm，高度为70
‑
700mm，管内堆叠4
‑
6组多孔格栅板和中空多孔材料，堆叠高度是内径的2
‑
6倍；催化剂填充部分上端为反应出料部分，出料部分为出料管，外接分离收集系统，出料管内径为19
‑
24mm、厚度为1
‑
5mm，高度为30
‑
70mm；侧端有循环部分和辅助控制部分，循环部分是回流管，回流管内径为5
‑
10mm，厚度为1
‑
5mm，下端管口位置在原料进样部分的连通管内，比原料进样管高50
‑
120mm，上端管口位置比填充层底部高60
‑
210mm，回流管水平长度为15
‑
40mm，高70
‑
300mm；反应器外层为温度控制、磁场控制或微波控制的外场控制系统；或者这几种控制系统的组合；反应器填充的原料液为10
‑
170ml，当原料液的体积在10
‑
170ml以外增加或减少时，高度和内径尺寸按原溶液增加或减少的量的0.5
‑
1.5倍增加或减少。2.根据权利要求1所述的一种应用于多相催化反应的固定
‑
流化床反应器，其特征在于：射流管内径逐渐由进样管的内径均匀线性缩小至进样管内径的0.4
‑
0.8倍。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺宇飞，段雪，李殿卿，蔺兴业，冯俊婷，刘雅楠，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：