【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二氧化碳加氢反应设备领域的一种用于二氧化碳加氢反应的搅拌装置，特别涉及了一种用于二氧化碳加氢反应的搅拌装置及控制方法。
技术介绍
1、随着工业化进程的不断加速，大气中以二氧化碳为主的温室气体含量逐步升高，并造成全球气候变暖、碳循环失衡等问题，作为达成“双碳”目标的关键途径，将二氧化碳加氢制取甲醇等绿色燃料，对缓解化石原料消耗及实现可持续发展意义重大。由于二氧化碳具有较高的热力学稳定性和动力学惰性，其活化与转化需要在高温、高压和催化剂参与的条件下进行，涉及气态反应物、固态催化剂和液相热载体的三相反应体系。
2、化学反应发生的先决条件是介质的充分混合，但二氧化碳在液相中的溶解度低且停留时间短，为提高二氧化碳的利用效率，可采用自吸式搅拌器将液面上方的气体重新吸入液相，但自吸式搅拌器很难高效完成催化剂的悬浮。中国专利技术专利cn201410326253.8公开了一种安全型加氢反应釜，该安全型加氢反应釜的搅拌轴上设置有自吸式搅拌器和推进式搅拌器，上述的现有技术方案虽然可以实现多相混合，但自吸式搅拌器和推进式搅拌器固定在同一根搅拌轴上，只能按照相同的转速和方向运行。而在实际生产中，自吸式搅拌器的临界吸气转速远远高于推进式搅拌器的临界悬浮转速，上述装置由于无法同时实现各个搅拌器的特征转速，势必造成能源浪费。同时，单轴搅拌釜一般适用于单一的工艺流程，面对像co2三相催化的反应体系，单轴搅拌釜难以满足宽适应的性能需求。此外，二氧化碳加氢反应为强放热反应，但反应初始温度为220～250℃，除冷却夹套外，还需设置单独的预热器
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于二氧化碳加氢反应的搅拌装置及控制方法，满足高效、宽适应和集成化的性能需求，本专利技术也可用于其他气-液-固多相反应场合下的搅拌过程。
2、为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：
3、一、一种用于二氧化碳加氢反应的搅拌装置
4、搅拌装置包括搅拌釜、顶部搅拌组件、底部搅拌组件、驱动装置、电加热管和温度传感组件；顶部搅拌组件的上部与对应的驱动装置相连，顶部搅拌组件的下部穿过搅拌釜的上封头后伸入并设置在搅拌釜的内部，顶部搅拌组件的下部固定安装在搅拌釜内，底部搅拌组件的下部与对应的驱动装置相连，底部搅拌组件的上部穿过搅拌釜的下封头后伸入并设置在搅拌釜的内部，底部搅拌组件与搅拌釜的内壁之间设置有电加热管，搅拌釜的外壁设置有温度传感组件。
5、所述顶部搅拌组件包括自吸式搅拌器、推进式搅拌器、外搅拌轴和内搅拌轴，内搅拌轴设置在外搅拌轴内，外搅拌轴和内搅拌轴的上下端之间同轴且密封布置，外搅拌轴和内搅拌轴的上端分别与对应的驱动装置相连，外搅拌轴的下端固定设置在搅拌釜内并且外搅拌轴的下端固定安装有自吸式搅拌器，内搅拌轴的下端固定设置在搅拌釜内并且内搅拌轴的下端固定安装有推进式搅拌器，外搅拌轴中开设有位于液面以上且与外搅拌轴内腔连通的进气孔，外搅拌轴中还开设有位于液面以下且与外搅拌轴内腔连通的通气孔。
6、所述底部搅拌组件包括锚式搅拌器和底部搅拌轴，底部搅拌轴的下端与对应的驱动装置相连，底部搅拌轴的上端设置在搅拌釜内并且底部搅拌轴的上端与锚式搅拌器固定连接。
7、所述温度传感组件包括换热夹套、冷却液进口及冷却液出口、热电偶，热电偶设置在搅拌釜的外壁；换热夹套安装在热电偶外的搅拌釜外，换热夹套中设置有冷却液进口及冷却液出口。
8、所述搅拌釜的上封头开设有加料管、进气管、出气管以及压力表，所述进气管的底部伸入搅拌釜内并且设置在液面以下，进气管的底部设置有气体分布器，所述搅拌釜的下封头设有放料管。
9、所述自吸式搅拌器包括轮毂、上平衡板、下平衡板、桨叶和出气孔，上平衡板和下平衡板通过轮毂进行连接，上平衡板、下平衡板之间的轮毂圆周侧面还安装有沿圆周间隔布置的桨叶，相邻两块桨叶之间的轮毂圆周侧面开设有出气孔，所述出气孔与所述通气孔连通。
10、所通气孔和所述出气孔的数量一致且具有多个。
11、二、一种用于二氧化碳加氢反应的搅拌装置的控制方法
12、s1：操作开始前对搅拌釜进行试压，试压通过后执行s2；
13、s2：打开搅拌釜的加料管，将石蜡油及催化剂排入到搅拌釜内，之后关闭加料管；
14、s3：打开搅拌釜的进气管和出气管，用氮气进行吹扫，直至排除搅拌釜内的空气，再关闭进气管和出气管；
15、s4：依次启动推进式搅拌器：锚式搅拌器；
16、s5：启动电加热管，将搅拌釜内加热到反应温度后，关闭电加热管；
17、s6：将二氧化碳和氢气按比例从搅拌釜顶部的进气管输入，待压力表数值达到反应压力后，打开搅拌釜的出气管；
18、s7：向搅拌釜的换热夹套内通入冷却液，通过调节冷却液流量，将搅拌釜温度控制在反应温度的范围内；
19、s8：启动自吸式搅拌器，将液面上方的气体重新吸入液相介质；
20、s9：混合气体从搅拌釜的出气管排出后，再依次经减压和冷凝后回收生成的甲醇，未反应的二氧化碳和氢气加压后通过进气管重新输送到搅拌釜；
21、s10：反应结束后，关闭搅拌釜的进气管，依次停止自吸式搅拌器、推进式搅拌器、锚式搅拌器的转动，石蜡油及催化剂通过放料管排出。
22、所述s4中，锚式搅拌器的转速设置在10rpm～30rpm的范围内；推进式搅拌器的泵送模式为下压，其最低转速使得催化剂达到离底悬浮状态。
23、所述s8中，自吸式搅拌器的最低转速使得液面上方的气体从出气孔不断冒出。
24、本专利技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：
25、本专利技术实施例中提供的二氧化碳加氢反应的搅拌装置，设置了自吸式搅拌器、推进式搅拌器、锚式搅拌器及各自独立的驱动系统。自吸式搅拌器利用离心力将搅拌釜上方的反应气体引入液下，不需要外加输送机械即可实现气体的循环使用；推进式搅拌器起到悬浮催化剂的作用，并辅助破碎分散气体；锚式搅拌器促进了搅拌釜内停滞流体的运动，其刮壁作用将避免物料在壁面的粘附和聚集；自吸式搅拌器、推进式搅拌器、锚式搅拌器能够以不同的转速和方向运行，实现灵活多样的工作模式。
26、此外，本专利技术实施例中提供的二氧化碳加氢反应的搅拌装置，设置了换热夹套和电加热管，电加热管能够将物料加热到反应所需的温度，换热夹套内循环通入冷却液，可将反应过程的热量移除，上述设置能够同时实现加热及冷却功能，避免单独设置预热器，具有集成化的优势。本专利技术实施例中提供的二氧化碳加氢反应的控制方法，通过控制柜实现搅拌器转速和反应温度的调节，提高生产效率。
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1.一种用于二氧化碳加氢反应的搅拌装置，其特征在于，包括搅拌釜(10)、顶部搅拌组件(20)、底部搅拌组件(60)、驱动装置(70)、电加热管(80)和温度传感组件；顶部搅拌组件(20)的上部与对应的驱动装置(70)相连，顶部搅拌组件(20)的下部穿过搅拌釜(10)的上封头后伸入并设置在搅拌釜(10)的内部，顶部搅拌组件(20)的下部固定安装在搅拌釜(10)内，底部搅拌组件(60)的下部与对应的驱动装置(70)相连，底部搅拌组件(60)的上部穿过搅拌釜(10)的下封头后伸入并设置在搅拌釜(10)的内部，底部搅拌组件(60)与搅拌釜(10)的内壁之间设置有电加热管(80)，搅拌釜(10)的外壁设置有温度传感组件。
2.根据权利要求1所述的一种用于二氧化碳加氢反应的搅拌装置，其特征在于，所述顶部搅拌组件包括自吸式搅拌器(30)、推进式搅拌器(40)、外搅拌轴(21)和内搅拌轴(22)，内搅拌轴(22)设置在外搅拌轴(21)内，外搅拌轴(21)和内搅拌轴(22)的上下端之间同轴且密封布置，外搅拌轴(21)和内搅拌轴(22)的上端分别与对应的驱动装置(70)相连，外搅拌轴(2
3.根据权利要求1所述的一种用于二氧化碳加氢反应的搅拌装置，其特征在于，所述底部搅拌组件(60)包括锚式搅拌器(50)和底部搅拌轴，底部搅拌轴的下端与对应的驱动装置(70)相连，底部搅拌轴的上端设置在搅拌釜(10)内并且底部搅拌轴的上端与锚式搅拌器(50)固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于二氧化碳加氢反应的搅拌装置，其特征在于，所述温度传感组件包括换热夹套(14)、冷却液进口(16)及冷却液出口(17)、热电偶(100)，热电偶(100)设置在搅拌釜(10)的外壁；换热夹套(14)安装在热电偶(100)外的搅拌釜(10)外，换热夹套(14)中设置有冷却液进口(16)及冷却液出口(17)。
5.根据权利要求1所述的一种用于二氧化碳加氢反应的搅拌装置，其特征在于，所述搅拌釜(10)的上封头开设有加料管(11)、进气管(12)、出气管(13)以及压力表(90)，所述进气管(12)的底部伸入搅拌釜(10)内并且设置在液面以下，进气管(12)的底部设置有气体分布器(110)，所述搅拌釜(10)的下封头设有放料管(15)。
6.根据权利要求2所述的一种用于二氧化碳加氢反应的搅拌装置，其特征在于，所述自吸式搅拌器(30)包括轮毂(31)、上平衡板(32)、下平衡板(33)、桨叶(34)和出气孔(35)，上平衡板(32)和下平衡板(33)通过轮毂(31)进行连接，上平衡板(32)、下平衡板(33)之间的轮毂(31)圆周侧面还安装有沿圆周间隔布置的桨叶(34)，相邻两块桨叶(34)之间的轮毂(31)圆周侧面开设有出气孔(35)，所述出气孔(35)与所述通气孔(24)连通。
7.根据权利要求6所述的一种用于二氧化碳加氢反应的搅拌装置，其特征在于，所通气孔(24)和所述出气孔(35)的数量一致且具有多个。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种用于二氧化碳加氢反应的搅拌装置的控制方法，其特征在于，控制方法包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种用于二氧化碳加氢反应的搅拌装置的控制方法，其特征在于，所述S4中，锚式搅拌器(50)的转速设置在10rpm～30rpm的范围内；推进式搅拌器(40)的泵送模式为下压，其最低转速使得催化剂达到离底悬浮状态。
10.根据权利要求8所述的一种用于二氧化碳加氢反应的搅拌装置的控制方法，其特征在于，所述S8中，自吸式搅拌器(30)的最低转速使得液面上方的气体从出气孔(35)不断冒出。
...【技术特征摘要】
1.一种用于二氧化碳加氢反应的搅拌装置，其特征在于，包括搅拌釜(10)、顶部搅拌组件(20)、底部搅拌组件(60)、驱动装置(70)、电加热管(80)和温度传感组件；顶部搅拌组件(20)的上部与对应的驱动装置(70)相连，顶部搅拌组件(20)的下部穿过搅拌釜(10)的上封头后伸入并设置在搅拌釜(10)的内部，顶部搅拌组件(20)的下部固定安装在搅拌釜(10)内，底部搅拌组件(60)的下部与对应的驱动装置(70)相连，底部搅拌组件(60)的上部穿过搅拌釜(10)的下封头后伸入并设置在搅拌釜(10)的内部，底部搅拌组件(60)与搅拌釜(10)的内壁之间设置有电加热管(80)，搅拌釜(10)的外壁设置有温度传感组件。
2.根据权利要求1所述的一种用于二氧化碳加氢反应的搅拌装置，其特征在于，所述顶部搅拌组件包括自吸式搅拌器(30)、推进式搅拌器(40)、外搅拌轴(21)和内搅拌轴(22)，内搅拌轴(22)设置在外搅拌轴(21)内，外搅拌轴(21)和内搅拌轴(22)的上下端之间同轴且密封布置，外搅拌轴(21)和内搅拌轴(22)的上端分别与对应的驱动装置(70)相连，外搅拌轴(21)的下端固定设置在搅拌釜(10)内并且外搅拌轴(21)的下端固定安装有自吸式搅拌器(30)，内搅拌轴(22)的下端固定设置在搅拌釜(10)内并且内搅拌轴(22)的下端固定安装有推进式搅拌器(40)，外搅拌轴(21)中开设有位于液面以上且与外搅拌轴(21)内腔连通的进气孔(23)，外搅拌轴(21)中还开设有位于液面以下且与外搅拌轴(21)内腔连通的通气孔(24)。
3.根据权利要求1所述的一种用于二氧化碳加氢反应的搅拌装置，其特征在于，所述底部搅拌组件(60)包括锚式搅拌器(50)和底部搅拌轴，底部搅拌轴的下端与对应的驱动装置(70)相连，底部搅拌轴的上端设置在搅拌釜(10)内并且底部搅拌轴的上端与锚式搅拌器(50)固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于二氧化碳加氢反应的搅拌装置，其特征在于，所述温度传感组件包括换...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐子龙，刘宝庆，万里翔，徐闻达，
申请(专利权)人：浙江大学温州研究院，
类型：发明
国别省市：
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