CN101966439B - 一种固定床吸附反应器 - Google Patents

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Abstract

一种固定床吸附反应器，涉及一种吸附反应器。提供一种使用方便、稳定可靠，有特定变径角、磨砂接口、内部镶嵌有3#砂芯片的玻璃材质固定床吸附反应器。设有上反应器主体和下反应器主体，上反应器主体插入下反应器主体，上反应器主体与下反应器主体的连接处采用磨砂接口，上反应器主体呈圆锥体，上反应器主体顶部设进气口，进气口与上反应器主体的变径角为28°～32°，下反应器主体设有下圆筒体和下圆锥体，下圆筒体和下圆锥体成一体，下圆锥体底部设出气口，出气口与下圆锥体的变径角为28°～32°，在下圆筒体内设有砂芯片。

Description

一种固定床吸附反应器
技术领域
本发明涉及一种吸附反应器，尤其是涉及一种有特定变径角、磨砂接口、内部镶嵌有3#砂芯片的玻璃材质固定床吸附反应器。
背景技术
汞作为一种全球性、持久性有毒污染物已引起世界各国学者、政府的广泛关注。2005年3月15日，美国环保署颁布了清洁空气汞法案。该法案规定，到2018年，汞的排放水平要在1999年的基础上降低70％。
目前，大多数汞污染控制相关研究集中于活性炭喷射脱汞技术。它将活性炭喷射入空气预热器与除尘设备(静电除尘器、布袋除尘器等)之间的烟气气流中，使活性炭从烟气中吸附汞并随后与飞灰一起被除尘设备捕集([2]Yang H，Xu Z，Fan M，et al.Adsorbents forcapturing mercury in coal-fired boiler flue gas.Journal of Hazardous Materials，2007，146(1-2)：1-11)。活性炭喷射技术最主要的缺点是该技术年运行成本较高，因为普通活性炭对汞的吸附选择性低，用量大。因此，开发新型高效低成本吸附剂是近年来的研究热点([3]O′Dowd W，Pennline H，Freeman M，et al.A technique to control mercury from flue gas：The ThiefProcess.Fuel Processing Technology，2006，87(12)：1071-1084)。
实验室规模的固定床吸附反应器因其可增加气固接触时间并具有较大的可操作性([4]Miller SJ，Dunham GE，Olson ES，et al.Flue gas effects on a carbon-based mercury sorbent.FuelProcessing Technology，2000，65：343-363)而得到科研工作者广泛应用。然而，根据作者现有知识，国内外文献报道中使用的固定床吸附反应系统类型、形状、尺寸各不相同([5]Stuart JL.DEVELOPMENT OF AN EXPERIMENTAL SYSTEM TO STUDY MERCURY UPTAKE BYACTIVATED CARBONS UNDER SIMULATED FLUE GAS CONDITIONS.Pittsburgh：University of Pittsburgh；2002；[6]Bhardwaj R.IMPACT OF TEMPERATURE AND FLUE GASCOMPONENTS ON MERCURY SPECIATION AND UPTAKE BY ACTIVATED CARBONSORBENTS：UNIVERSITY OF PITTSBURGH；2007；[7]Diamantopoulou I，Skodras G，Sakellaropoulos GP.Sorption of mercury by activated carbon in the presence of flue gascomponents.Fuel Processing Technology，2010，91(2)：158-163；[8]Lee J-Y，Ju Y，Lee S-S，et al.Novel Mercury Oxidant and Sorbent for Mercury Emissions Control from Coal-fired Power Plants.Water，Ail；&SoilPollution：Focus，2008，8(3)：333-341。且文献中有报道吸附反应器内的气流状况会影响吸附效果(the effect ofchanneling)([7]Diamantopoulou I，Skodras G，SakellaropoulosGP.Sorption of mercury by activated carbon in the presence of flue gas components.FuelProcessing Technology，2010，91(2)：158-163；[9]Karatza D，Lancia A，Musmarra D，et al.Study ofmercury absorption and desorption on sulfur impregnated carbon.Experimental Thermal and FluidScience，2000，21(1-3)：150-155)。若反应器内气流分布不稳定，则将导致实验重复性低。因此，设计一个使用方便、稳定可靠的吸附反应器十分必要。
在进行多相过程的设备中，若有固相参与，且处于静止状态时，则设备内的固体颗粒物料层，称为固定床。床层内的流体分布直接影响床层中的传热传质以及化学反应等过程，不均匀分布可降低催化剂及反应器的效率([10]钟思青，童海颖，陈祎华，等.固定床反应器内气体预分布器研究.化学工程2006，(04))。
导致固定床反应器内气流分布不均匀的原因主要有三点([11]张至英，戴迎春，张家庭，等.固定床反应器内气流均布技术的初步研究.化学反应工程与工艺1986，(03))：
1、进口条件由进口管进入反应器的气体流道截面发生突然扩大以及从侧向进口管进入的气流流向骤变，均会导致反应器床层截面上气流分布不均匀。
2、催化剂床层填充条件由于催化剂粒度或装填不匀造成床层阻力不均，导致气流再分配的不均匀。
3、出口条件出口管直径过小或安装在反应器侧面均会使气体离开床层前过早地收缩集中或偏向出口一侧，造成气体分布不匀。其中催化剂床层阻力的不均匀性可通过严格选择催化剂的粒度、强度以及合理装填加以改进。而进、出口条件对床层气流均布的影响，则需通过研究予以解决。
在变径管道系统设计中，若变径比和变径角过大，则会在变径段处产生一个较大的回流区。在实际设计中，为了保证输送的稳定性，变径管处的变径角通常取30°。这样可以改善管道中的流动特性([12]宋国良，周俊虎，刘建忠，等.浓相气力输送中变径管道优化设计方法的研究.浙江大学学报(工学版)，2005，(11))。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用方便、稳定可靠，有特定变径角、磨砂接口、内部镶嵌有砂芯片的固定床吸附反应器。
本发明设有上反应器主体和下反应器主体，上反应器主体插入下反应器主体，上反应器主体与下反应器主体的连接处采用磨砂接口，上反应器主体呈圆锥体，上反应器主体顶部设进气口，进气口与上反应器主体的变径角为28°～32°，下反应器主体设有下圆筒体和下圆锥体，下圆筒体和下圆锥体成一体，下圆锥体底部设出气口，出气口与下圆锥体的变径角为28°～32°，在下圆筒体内设有砂芯片。
所述上反应器主体的内径可为28～32mm，所述下反应器主体的内径可为28～32mm。所述进气口的内径可为6～10mm，所述出气口的内径可为6～10mm。
所述砂芯片可采用3#砂芯片，所述砂芯片最好位于下圆筒体下端以上15～18mm处。
由于本发明的反应器主体由上半部分和下半部分组成，上半部分插入下半部分，上半部分与下半部分的接口处采用磨砂方式，因此吸附反应器不仅拆卸方便、易于填充吸附剂或催化剂等其它物质、密封性好，而且稳定可靠。经实验证明，使用本发明研究活性炭对燃煤烟气气相汞的吸附规律，所得吸附动力学曲线重复性良好。
附图说明
图1为本发明实施例的结构组成示意图。
图2为本发明的稳定可靠性试验的吸附动力学曲线。在图2中，横坐标为反应时间Time(min)，纵坐标为吸附反应器出气口汞浓度Outlet Hg concentration(μg/m3)；▲为第1组试验；●为第2组试验。
具体实施方式
参见图1，本发明实施例设有上反应器主体1和下反应器主体，上反应器主体1插入下反应器主体，上反应器主体1与下反应器主体的连接处采用磨砂接口3，上反应器主体1呈圆锥体，上反应器主体1顶部设进气口11，进气口11与上反应器主体1的变径角为28°～32°，下反应器主体设有下圆筒体21和下圆锥体22，下圆筒体21和下圆锥体22成一体，下反应器主体底部设出气口23，出气口23与下反应器主体的变径角为28°～32°，在下圆筒体21内设有砂芯片4。所述上反应器主体1的内径为28～32mm，所述下圆筒体21的内径为28～32mm。所述进气口11的内径为6～10mm，所述出气口23的内径为6～10mm。
所述砂芯片4采用3#砂芯片，所述砂芯片4位于下圆筒体21下端以上15～18mm处。
本发明各部分的尺寸如图1所示，单位为mm。
使用时，砂芯片上均匀覆盖适量洁净石英砂(例如5g)以防止吸附剂逃逸，石英砂上再均匀覆盖适量吸附剂(或催化剂)与石英砂的混合物(例如40mg活性炭与4g石英砂)。气流从上往下流动。砂芯片起支撑、布气与进一步防止吸附剂逃逸的作用。
参见图2，该两组试验证明，当本发明的吸附反应器入口汞浓度为14～15μg/m3时，活性炭(由厦门大学大气污染与控制实验室制备)对模拟燃煤烟气中气相汞的吸附动力学曲线重复性良好，饱和吸附容量分别为72.6μg/g与68.5μg/g，后者为前者的94％。

Claims (3)

1.一种固定床吸附反应器，其特征在于设有上反应器主体和下反应器主体，上反应器主体插入下反应器主体，上反应器主体与下反应器主体的连接处采用磨砂接口，上反应器主体呈圆锥体，上反应器主体顶部设进气口，进气口与上反应器主体的变径角为28°～32°，下反应器主体设有下圆筒体和下圆锥体，下圆筒体和下圆锥体成一体，下圆锥体底部设出气口，出气口与下圆锥体的变径角为28°～32°，在下圆筒体内设有砂芯片；
所述上反应器主体的内径为28～32mm；所述下反应器主体的内径为28～32mm；
所述进气口的内径为6～10mm；所述出气口的内径为6～10mm。
2.如权利要求1所述的一种固定床吸附反应器，其特征在于所述砂芯片为3#砂芯片。
3.如权利要求1或2所述的一种固定床吸附反应器，其特征在于所述砂芯片位于下圆筒体下端以上15～18mm处。
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