專利名稱：一種旋轉(zhuǎn)式連續(xù)進(jìn)料固定床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)式連續(xù)進(jìn)料固定床反應(yīng)器，屬催化固定床反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域。 技術(shù)背景
固定床反應(yīng)器又稱填充床反應(yīng)器，裝填有固體催化劑或固體反應(yīng)物用以實(shí)現(xiàn)多相反應(yīng)過程的一種反應(yīng)器。固體物通常呈顆粒狀，粒徑2 15mm左右，堆積成一定高度(或厚度)的床層。床層靜止不動，流體通過床層進(jìn)行反應(yīng)。它與流化床反應(yīng)器及移動床反應(yīng)器的區(qū)別在于固體顆粒處于靜止?fàn)顟B(tài)。固定床反應(yīng)器主要用于實(shí)現(xiàn)氣固相催化反應(yīng)。用于氣固相或液固相非催化反應(yīng)時(shí)，床層則填裝固體反應(yīng)物。
固定床反應(yīng)器有三種基本形式(1)軸向絕熱式固定床反應(yīng)器。流體沿軸向自上而下流經(jīng)床層，床層同外界無熱交換。(2)徑向向絕熱式固定床反應(yīng)器。流體沿徑向流過床層，可采用離心流動或向心流動，床層同外界無熱交換。(3)列管式固定床反應(yīng)器由多根反應(yīng)管并聯(lián)構(gòu)成。徑向反應(yīng)器與軸向反應(yīng)器相比，流體流動的距離較短，流道截面積較大， 流體的壓力降較小。但徑向反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)較軸向反應(yīng)器復(fù)雜。以上兩種形式都屬絕熱反應(yīng)器，適用于反應(yīng)熱效應(yīng)不大，或反應(yīng)系統(tǒng)能承受絕熱條件下由反應(yīng)熱效應(yīng)引起的溫度變化的場合。列管式固定床反應(yīng)器適用于反應(yīng)熱效應(yīng)較大的反應(yīng)。此外，尚有由上述基本形式串聯(lián)組合而成的反應(yīng)器，稱為多級固定床反應(yīng)器。例如當(dāng)反應(yīng)熱效應(yīng)大或需分段控制溫度時(shí)，可將多個(gè)絕熱反應(yīng)器串聯(lián)成多級絕熱式固定床反應(yīng)器，反應(yīng)器之間設(shè)換熱器或補(bǔ)充物料以調(diào)節(jié)溫度，以便在接近于最佳溫度條件下操作。
固定床反應(yīng)器有諸多優(yōu)點(diǎn)(1)返混小，流體同催化劑可進(jìn)行有效接觸，當(dāng)反應(yīng)伴有串聯(lián)副反應(yīng)時(shí)可得較高選擇性。(2)催化劑機(jī)械損耗小。(3)結(jié)構(gòu)簡單。但固定床反應(yīng)器也有其致命的缺點(diǎn)，即操作過程中催化劑不能更換，催化劑需要頻繁再生的反應(yīng)一般不宜使用。所以研究制造連續(xù)型固定床反應(yīng)器成為各國學(xué)者們的熱門課題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種旋轉(zhuǎn)式連續(xù)進(jìn)料固定床反應(yīng)器，通過旋轉(zhuǎn)反應(yīng)釜位置， 解決催化劑的再生問題，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的高效、連續(xù)進(jìn)行。
本發(fā)明的技術(shù)方案是旋轉(zhuǎn)式連續(xù)進(jìn)料固定床反應(yīng)器，包括四個(gè)反應(yīng)釜2，四個(gè)托盤3，轉(zhuǎn)盤4，活動密封接頭7，分別與反應(yīng)釜2進(jìn)氣口和排氣口連接的進(jìn)氣管和排氣管，以及動力傳動機(jī)構(gòu)；四個(gè)反應(yīng)釜2分別經(jīng)四個(gè)托盤3均勻?qū)ΨQ固定在轉(zhuǎn)盤4上，各反應(yīng)釜2上端的進(jìn)氣口和下端出氣口分別經(jīng)活動密封接頭7、在工位I -IV與相應(yīng)的進(jìn)氣管和排氣管連接；動力傳動機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)盤驅(qū)動電機(jī)、活動接頭驅(qū)動電機(jī)和相應(yīng)的傳動機(jī)構(gòu)(如齒輪變速傳動機(jī)構(gòu)、鏈傳動機(jī)構(gòu)等普通傳動機(jī)構(gòu))組成，轉(zhuǎn)盤驅(qū)動電機(jī)的輸出軸通過傳動機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)盤 4的轉(zhuǎn)軸連接，驅(qū)動轉(zhuǎn)盤4旋轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要確定)；活動接頭驅(qū)動電機(jī)的輸出軸通過傳動機(jī)構(gòu)與活動密封接頭7連接，帶動活動密封接頭7上、下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)與反應(yīng)釜進(jìn)氣口或排氣口的對接或分離。
所述反應(yīng)工位I的反應(yīng)進(jìn)氣管1-1經(jīng)活動密封接頭7與工位I的反應(yīng)釜2的進(jìn)氣口對接，反應(yīng)進(jìn)氣管1-1上套有換熱套管1 ；換熱套管1的進(jìn)氣口通過置換排氣管3-2和活動密封接頭7與置換工位III的反應(yīng)釜2的排氣口連接、出氣口 6通大氣。
所述換熱套管1為管殼式，管程走原料氣，殼程走再生尾氣；換熱套管1的管壁內(nèi)側(cè)裝有螺旋形翅片13，控制氣體流動方向，便于氣流流動，增強(qiáng)換熱性能。螺旋形翅片13的數(shù)量根據(jù)實(shí)際需要確定。
所述活動密封接頭7端頭為反應(yīng)釜連接頭、尾部為進(jìn)氣管連接頭15，反應(yīng)釜連接頭的端口內(nèi)設(shè)有套有緊固彈簧的密封閥14。活動密封接頭7工作時(shí)，其反應(yīng)釜連接頭與反應(yīng)釜進(jìn)氣口或排氣口連接，并由彈簧將密封閥14拉緊而實(shí)現(xiàn)密封。
所述反應(yīng)釜2下部內(nèi)壁上設(shè)有環(huán)形凸臺，凸臺上放置多孔托盤12，托盤上裝填催化劑8。
所述反應(yīng)釜2外部包覆有保溫層11、底部裝有用于測定反應(yīng)釜內(nèi)溫度的熱電偶套管9，熱電偶套管9中裝有熱電偶。
所述反應(yīng)釜2的頂部裝有用于測量反應(yīng)釜內(nèi)壓力的壓力表10。
本發(fā)明的反應(yīng)釜2為普通反應(yīng)釜，熱電偶為普通市售產(chǎn)品，電機(jī)可采用市售產(chǎn)品， 活動密封接頭7、以及各進(jìn)氣管和排氣管的材質(zhì)、尺寸，依處理量及反應(yīng)釜內(nèi)的工作溫度和壓力，根據(jù)實(shí)際需要確定。
上述旋轉(zhuǎn)式連續(xù)進(jìn)料固定床反應(yīng)器的工作原理是四個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)釜分別置于旋轉(zhuǎn)盤4的四個(gè)托盤(固定架X3上，原料氣由進(jìn)氣口 1-1通入工位I裝滿新鮮催化劑的反應(yīng)釜 2內(nèi)，釜內(nèi)進(jìn)行催化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物由出氣口 1-2排出收集；催化劑失活后，由電機(jī)同步帶動間隙機(jī)構(gòu)使旋轉(zhuǎn)盤4旋轉(zhuǎn)，同時(shí)活動密封接頭14向上滑動將進(jìn)氣口、出氣口與反應(yīng)釜分離； 反應(yīng)釜2轉(zhuǎn)到工位II時(shí)，活動密封接頭14向下滑動將進(jìn)氣管2-1、出氣管2-2與反應(yīng)釜2的進(jìn)出氣口對接，由進(jìn)氣口通入惰性氣體，置換釜內(nèi)的氣體；置換結(jié)束后，啟動電機(jī)重復(fù)前步驟動作，使反應(yīng)釜2轉(zhuǎn)到工位III，并通入再生氣體進(jìn)行催化劑再生，再生后攜帶大量熱量的尾氣經(jīng)由出氣管3-2進(jìn)入套管換熱器1的進(jìn)氣口 5，對原料氣進(jìn)行預(yù)熱，然后由套管換熱器 1的出氣口 6排放。再生結(jié)束后，啟動電機(jī)重復(fù)前步驟動作，使反應(yīng)釜2轉(zhuǎn)到工位IV，并通入惰性氣體對催化劑進(jìn)行二次置換。二次置換結(jié)束后，啟動電機(jī)重復(fù)前步驟動作，使反應(yīng)釜2 轉(zhuǎn)到I號工位，進(jìn)行第二次催化反應(yīng)。如此往復(fù)，反應(yīng)釜內(nèi)裝有催化劑顆粒，在每個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)都經(jīng)歷“反應(yīng)-置換-再生-置換-反應(yīng)”的過程；每個(gè)反應(yīng)釜內(nèi)催化劑裝填量相等， 均經(jīng)歷同樣的過程，從而實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)的連續(xù)生產(chǎn)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)以反應(yīng)釜旋轉(zhuǎn)的方式，克服了催化反應(yīng)中間歇反應(yīng)的不足，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)；(2)利用再生尾氣攜帶的熱量對原料氣進(jìn)行預(yù)熱，減少了對原料氣加熱所需的能量；(3)利用反應(yīng)釜進(jìn)行反應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)；(4)裝置操作簡便、易控制、易于普及；(5)可用于多種催化反應(yīng)，應(yīng)用范圍廣。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)示意圖；圖2是本發(fā)明單個(gè)反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明換熱套管示意圖； 圖4是本發(fā)明活動密封接頭示意圖。
圖中1、換熱套管；2、反應(yīng)釜；3、托盤；4、轉(zhuǎn)盤；5、換熱套管進(jìn)氣口 ；6、換熱套管出氣口 ；7、活動密封接頭；8、催化劑填層；9、熱電偶套管；10、壓力表；11、保溫層；12、多空托盤；13、螺旋翅片；1-1反應(yīng)工位進(jìn)氣管；1-2、反應(yīng)工位排氣管；2-1、第一次置換工位進(jìn)氣管；2-2、第一次置換工位排氣管；3-1、再生工位進(jìn)氣管；3-2再生工位排氣管；4-1、第二次置換工位進(jìn)氣管；4-2、第二次置換工位排氣管；I、反應(yīng)工位；II、第一次置換工位；III、再生工位；IV、第二次置換工位。具體實(shí)施方案
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但所述內(nèi)容不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
實(shí)施例1 參見圖1-4，本旋轉(zhuǎn)式連續(xù)進(jìn)料固定床反應(yīng)器，包括四個(gè)反應(yīng)釜2，四個(gè)托盤3，轉(zhuǎn)盤4，活動密封接頭7，分別與反應(yīng)釜2進(jìn)氣口和排氣口連接的進(jìn)氣管和排氣管，以及普通動力傳動機(jī)構(gòu)。四個(gè)反應(yīng)釜2分別經(jīng)四個(gè)托盤3均勻?qū)ΨQ固定在轉(zhuǎn)盤4上，各反應(yīng)釜2上端的進(jìn)氣口和下端出氣口分別經(jīng)活動密封接頭7、在工位I -IV與相應(yīng)的進(jìn)氣管和排氣管連接；動力傳動機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)盤驅(qū)動電機(jī)、活動接頭驅(qū)動電機(jī)和相應(yīng)的傳動機(jī)構(gòu)組成，轉(zhuǎn)盤驅(qū)動電機(jī)的輸出軸通過齒輪變速傳動機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)盤4的轉(zhuǎn)軸連接，驅(qū)動轉(zhuǎn)盤4旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)釜工位的轉(zhuǎn)換；活動接頭驅(qū)動電機(jī)輸出軸通過鏈傳動機(jī)構(gòu)與活動密封接頭7連接，帶動活動密封接頭7作上、下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)與反應(yīng)釜進(jìn)氣口或排氣口的對接或分離。反應(yīng)工位I的反應(yīng)進(jìn)氣管1-1上套有換熱套管1，反應(yīng)進(jìn)氣管1-1經(jīng)活動密封接頭7與工位I的反應(yīng)釜2 的進(jìn)氣口對接，換熱套管1的進(jìn)氣口經(jīng)置換排氣管3-2與置換工位III的反應(yīng)釜2的排氣口連接、出氣口通大氣。換熱套管1為管殼式，管程走原料氣，殼程走再生尾氣，其管壁內(nèi)側(cè)上均勻裝有8片螺旋形翅片13?；顒用芊饨宇^7端頭為反應(yīng)釜連接頭、尾部為進(jìn)氣管連接頭 15，反應(yīng)釜連接頭的端口內(nèi)設(shè)有套有緊固彈簧的密封閥14。反應(yīng)釜2下部內(nèi)壁上設(shè)有環(huán)形凸臺，凸臺上放置多孔托盤12，托盤上裝填催化劑8 ；反應(yīng)釜2外部包覆有保溫層11、底部裝有用于測定反應(yīng)釜內(nèi)溫度的熱電偶套管9，熱電偶套管9中裝有熱電偶；反應(yīng)釜2頂部裝有用于測量反應(yīng)釜內(nèi)壓力的壓力表10。反應(yīng)釜2是普通反應(yīng)釜，熱電偶為普通市售產(chǎn)品，活動密封接頭7、以及各進(jìn)氣管和排氣管的材質(zhì)均為鋼材，各進(jìn)氣管和排氣管的管徑為20mm。
本本旋轉(zhuǎn)式連續(xù)進(jìn)料固定床反應(yīng)器用于甲烷部分氧化反應(yīng)生產(chǎn)合成氣，在反應(yīng)釜多孔托盤上裝入Ce-Fe復(fù)合氧化物作為氧載體，原料氣為甲烷。甲烷由進(jìn)氣管1-1通入裝滿新鮮氧載體的反應(yīng)釜2內(nèi)，反應(yīng)產(chǎn)物合成氣由出氣管1-2排出收集。氧載體失活后，由電機(jī)帶動間隙機(jī)構(gòu)使活動密封接頭7向上運(yùn)動，密封閥14由于彈簧的拉力使進(jìn)氣口關(guān)閉，同時(shí)旋轉(zhuǎn)盤4旋轉(zhuǎn)，反應(yīng)釜2轉(zhuǎn)到工位II，由進(jìn)氣管2-1通入隊(duì)，置換釜內(nèi)的氣體；待置換完成后，轉(zhuǎn)盤再次旋轉(zhuǎn)，反應(yīng)釜2轉(zhuǎn)到工位III，由進(jìn)氣管3-1通入空氣，進(jìn)行晶格氧再生，尾氣攜帶大量熱量經(jīng)由出氣管3-2進(jìn)入套管換熱器1的進(jìn)氣口 5，將甲烷預(yù)熱，預(yù)熱后的尾氣由出氣口 6排放；再生完成后，轉(zhuǎn)盤再次旋轉(zhuǎn)，反應(yīng)釜2轉(zhuǎn)到工位IV，由進(jìn)氣管4-1通入隊(duì)，進(jìn)行第二次置換；所述過程完成后，轉(zhuǎn)盤再次旋轉(zhuǎn)，反應(yīng)釜2轉(zhuǎn)到工位I，進(jìn)行新一輪的甲烷部分氧化反應(yīng)。
實(shí)施例2 參見圖1-4，本旋轉(zhuǎn)式連續(xù)進(jìn)料固定床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。 用于甲烷氧化反應(yīng)生產(chǎn)合成氣，原料氣甲烷，催化劑為Cu-Zn-Al ；活動密封接頭7、各進(jìn)氣管和排氣管的材質(zhì)均為銅材，各進(jìn)氣管和排氣管的管徑為15mm，換熱套管1內(nèi)管壁上均勻裝有12片螺旋形翅片13 ；驅(qū)動電機(jī)通過齒輪變速和齒條傳動機(jī)構(gòu)，帶動活動密封接頭7作上、下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)與反應(yīng)釜進(jìn)氣口或排氣口的對接或分離。
實(shí)施例3 參見圖1-4，本旋轉(zhuǎn)式連續(xù)進(jìn)料固定床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。 用于甲烷氧化反應(yīng)生產(chǎn)合成氣，原料氣甲烷，催化劑為Cu-Zn-Al，活動密封接頭7、各進(jìn)氣管和排氣管的材質(zhì)均為鋁合金，各進(jìn)氣管和排氣管的管徑為25mm，換熱套管1內(nèi)管壁上均勻裝有16片螺旋形翅片13，驅(qū)動電機(jī)通過鏈傳動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動轉(zhuǎn)盤4旋轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)式連續(xù)進(jìn)料固定床反應(yīng)器，其特征在于包括四個(gè)反應(yīng)釜(2)，四個(gè)托盤 (3)，轉(zhuǎn)盤(4)，活動密封接頭(7)，分別與反應(yīng)釜(2)進(jìn)氣口和排氣口連接的進(jìn)氣管和排氣管，以及動力傳動機(jī)構(gòu)；四個(gè)反應(yīng)釜(2)分別經(jīng)四個(gè)托盤(3)均勻?qū)ΨQ固定在轉(zhuǎn)盤(4)上，各反應(yīng)釜(2)上端的進(jìn)氣口和下端出氣口分別經(jīng)活動密封接頭(7)、在I -IV號工位與相應(yīng)的進(jìn)氣管和排氣管連接，電機(jī)的輸出軸經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)盤(4)軸連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式連續(xù)進(jìn)料固定床反應(yīng)器，其特征在于動力傳動機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)盤驅(qū)動電機(jī)、活動接頭驅(qū)動電機(jī)和相應(yīng)的傳動機(jī)構(gòu)；轉(zhuǎn)盤驅(qū)動電機(jī)的輸出軸通過傳動機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)盤(4)的轉(zhuǎn)軸連接，驅(qū)動轉(zhuǎn)盤(4)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；活動接頭驅(qū)動電機(jī)的輸出軸通過傳動機(jī)構(gòu)與活動密封接頭(7)連接，帶動活動密封接頭(7)作上、下運(yùn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式連續(xù)進(jìn)料固定床反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)工位I的反應(yīng)進(jìn)氣管(1-1)上套有換熱套管(1 )，反應(yīng)進(jìn)氣管(1-1)經(jīng)活動密封接頭(7)與工位I的反應(yīng)釜(2)的進(jìn)氣口對接，換熱套管(1)的進(jìn)氣口經(jīng)置換排氣管(3-2)、通過活動密封接頭 (7 )與置換工位III的反應(yīng)釜(2 )的排氣口連接，換熱套管(1)的出氣口( 6 )通大氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)式連續(xù)進(jìn)料固定床反應(yīng)器，其特征在于換熱套管(1)為管殼式，管程走原料氣，殼程走再生尾氣；換熱套管(1)的管壁內(nèi)側(cè)裝有螺旋形翅片(13)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式連續(xù)進(jìn)料固定床反應(yīng)器，其特征在于活動密封接頭 (7)端頭為反應(yīng)釜連接頭、尾部為進(jìn)氣管連接頭(15)，反應(yīng)釜連接頭的端口內(nèi)設(shè)有套有緊固彈簧的密封閥(14)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式連續(xù)進(jìn)料固定床反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)釜(2)下部內(nèi)壁上設(shè)有環(huán)形凸臺，凸臺上放置多孔托盤(12)，托盤上裝填催化劑(8)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式連續(xù)進(jìn)料固定床反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)釜(2)外部包覆有保溫層(11)、底部裝有用于測定反應(yīng)釜內(nèi)溫度的熱電偶套管(9 )。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式連續(xù)進(jìn)料固定床反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)釜(2)的頂部裝有用于測量反應(yīng)釜內(nèi)壓力的壓力表(10)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)式連續(xù)進(jìn)料固定床反應(yīng)器，屬催化固定床反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域。包括四個(gè)反應(yīng)釜，四個(gè)托盤，轉(zhuǎn)盤，活動密封接頭，分別與反應(yīng)釜進(jìn)氣口和排氣口連接的進(jìn)氣管和排氣管，以及動力傳動機(jī)構(gòu)；四個(gè)反應(yīng)釜分別經(jīng)四個(gè)托盤均勻?qū)ΨQ固定在轉(zhuǎn)盤上，各反應(yīng)釜的進(jìn)氣口和出氣口分別經(jīng)活動密封接頭、在Ⅰ-Ⅳ號工位與相應(yīng)的進(jìn)氣管和排氣管連接，電機(jī)輸出軸與轉(zhuǎn)盤軸連接；反應(yīng)進(jìn)氣管與工位Ⅰ的反應(yīng)釜進(jìn)氣口對接，其上套有換熱套管，換熱套管的進(jìn)氣口與置換工位Ⅲ反應(yīng)釜的排氣口連接、出氣口通大氣。本發(fā)明在保持固定床反應(yīng)器生產(chǎn)穩(wěn)定、處理量大優(yōu)勢的同時(shí)，克服了現(xiàn)有固定床反應(yīng)器不能連續(xù)生產(chǎn)的弊端，可實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、連續(xù)、穩(wěn)定、大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號B01J8/02GK102513035SQ20111041906
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者李孔齋, 杜云鵬, 段月娟, 王 華, 祝星, 程顯名, 魏永剛 申請人:昆明理工大學(xué)