一种特斯拉阀型气固两相流反应器及应用制造技术

本发明专利技术涉及气固两相流反应技术领域，具体为一种特斯拉阀型气固两相流反应器，包括

【技术实现步骤摘要】
一种特斯拉阀型气固两相流反应器及应用


[0001]本专利技术涉及气固两相流反应
，具体为一种特斯拉阀型气固两相流反应器及应用
。

技术介绍

[0002]化学链技术
(Chemical looping)
是一种新型的能源转化技术，通过在化学反应过程中使用固体载体
(Solid carrier)
来实现所需目标物
(
如氢
、
氮
、
碳
、
氧等
)
和热量的传递，从而实现能源转化与存储，其可以降低整个化学反应过程的不可逆性
、
提高系统效率以及减少目标产物净化步骤等
。
该技术有望在化工
、
冶金
、
水泥
、
电力等行业实现高效率
、
低碳排放的能源转化
。
化学链的关键技术主要为载体材料的制备和反应器的设计
。
目前世界上的化学链过程反应器多为实验室规模的反应器，反应器结构多为常见的快速床
、
鼓泡床等串行双床形式
。
化学链反应器的长时间高效稳定运行成为化学链技术未来实现商业应用的关键因素
。
[0003]化学链技术能够实现工业示范以及产业化发展的关键在于针对不同应用背景开发合适的载体材料以及反应器
。
从不同载体材料的热力学特性以及其中化学元素在地球上储量的角度考虑，铁基材料以及钙基和镁基材料作为载氧体和载碳体较为有较大的发展前景，它们的载氧
/
碳量大
、
来源广泛且成本较低
。
根据多达上千种不同载体材料的研究数据显示，天然矿石原料成本相对较低，但化学反应性能和机械性能也相对较差；人工制备的载体材料性能相对较好，但原料
、
制备成本等也相对较高，这一规律让化学链技术在能源领域中的产业应用被期待有更多的提升空间
。
与此同时，他们都共同面临有烧结
、
积碳
、
失活
、
破碎等现象带来的长时间循环性能下降的问题
。
在反应器层面，通常基于成本较低的小规模
(
试验室规模
)
反应器的试验数据构建反应器模型，并通过放大模型以用于开发设计
、
优化大规模
(
中试或示范
)
反应器的运行过程
。
[0004]微纳颗粒
(
颗粒粒径小于
100
μ
m)
是实现化学链技术的理想载体颗粒尺寸，其比表面积大
、
反应效率高
、
反应动力学特性好
、
反应所占体积小，并且可以在较低的温度和压力下完成反应，从而节约能源和资源
。
[0005]但微纳颗粒仍存在流化时易聚团烧结
、
结块
、
沟流和失流化致使反应器死床等问题，进而导致其优势无法发挥
。
因此抑制微纳颗粒聚团生长是帮助化学链技术进一步发展的关键
。
通过反应器拓扑结构设计可以有效帮助改善微纳颗粒流化时易聚团烧结
、
结块
、
沟流和失流化致使反应器死床等问题
。
鉴于此，我们提出一种特斯拉阀型气固两相流反应器及多种应用技术路线
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种特斯拉阀型气固两相流反应器，以解决上述
技术介绍
中提出的问题
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种特斯拉阀型气固两相流反应器，包括
J
型管路单元组成的多级拓扑结构，
J
型管路单元包括相互平行设置的第一直管和第二直管以及连接第一直管和第二直管的弯管，多个
J
型管路单元分为对称两列交叉叠加连接，且同列的多个反应器相互平行，
J
型管路单元的第二直管中部分别与其相邻的一
J
型管路单元的第一直管的自由端和另一相邻的
J
型管路单元的第二直管的自由端连接，反应器的末端
J
型管路单元以第三直管封端
。
[0009]优选的，第一直管的长度小于第二直管的长度，弯管的曲率半径为
180
度，弯管的两端分别与第一直管和第二直管连接
。
[0010]优选的，第三直管的长度与
J
型管路单元的第二直管的长度等长，第三直管的中部与末端
J
型管路单元的第一直管自由端连接，第三直管的一端与末端
J
型管路单元的第二直管的中部连接
。
[0011]优选的，反应器包括正向导通模式和反向导通模式，正向导通模式时，气固两相流从反应器末端的第三直管进入，加速流体运动；反向导通模式时，气固两相流从反应器另一端
J
型管路单元的第二直管进入，阻碍流体运动
。
[0012]优选的，相邻连接的
J
型管路单元两第二直管组成的夹角为分叉角
α
，一
J
型管路单元的第一直管与相邻连接的另一
J
型管路单元的第二直管组成的夹角为汇入角
β
，所述分叉角
α
、
汇入角
β
和管道内径
D
为特斯拉阀型反应器结构设计的关键参数，分叉角
α
与汇入角
β
有如下关系：
[0013]α
+
β
＝
180
°
[0014]0°
<
α
<45
°
[0015]90
°
<
β
<180
°
。
[0016]本方案还包括上述一种特斯拉阀型气固两相流反应器在气固两相流反应中的应用
。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0018]本专利技术所述的特斯拉阀型气固两相流反应器，与现有其他类型的化学链反应器相比，具有对微纳载体颗粒流化时聚团生长强化效应抑制作用的优势，其通过
J
型管路单元的拓扑叠加，可以组合成任意级数的特斯拉阀型气固两相流反应器，通过边壁
‑
流体
‑
颗粒的相互作用效应，提高流体湍动频率，气流高频震荡可抑制微纳颗粒聚团的进一步生长
。
因此，本专利技术可以显著改善微纳颗粒流化时的团聚，其中主要抑制颗粒聚团从初级聚团进一步生长成简单聚团和复合聚团
。
附图说明
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种特斯拉阀型气固两相流反应器，其特征在于，包括
J
型管路单元组成的多级拓扑结构，所述
J
型管路单元包括相互平行设置的第一直管
(1)
和第二直管
(2)
以及连接第一直管
(1)
和第二直管
(2)
的弯管
(3)
，所述
J
型管路单元分为对称两列交叉叠加连接，且同列的多个反应器相互平行，所述
J
型管路单元的第二直管
(2)
中部分别与其相邻的一
J
型管路单元的第一直管
(1)
的自由端和另一相邻的
J
型管路单元的第二直管
(2)
的自由端连接，所述反应器的末端
J
型管路单元以第三直管
(4)
封端
。2.
根据权利要求1所述的特斯拉阀型气固两相流反应器，其特征在于，所述第一直管
(1)
的长度小于第二直管
(2)
的长度，所述弯管
(3)
的曲率半径为
180
度，弯管
(3)
的两端分别与第一直管
(1)
和第二直管
(2)
连接
。3.
根据权利要求2所述的特斯拉阀型气固两相流反应器，其特征在于，所述第三直管
(4)
的长度与
J
型管路单元的第二直管
(2)
的长度等长，所述第三直管
(4)
的中部与末端
J
型管路单元的第一直管
(1)
自由...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘一君，吴磊，杨华芳，
申请(专利权)人：南京工业职业技术大学，
类型：发明
国别省市：