CN102513032B - 一种水平固定床石英反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水平固定床石英反应器。该反应器包括进气管、载物台和出气管三个零件。进气管包含进气段、预热段、布风板、外磨砂锥形接口和反应段五个部分；载样台包含一个截面为半环形的薄石英管和把手；出气管包含预热段套管、内磨砂锥形接口、反应段套管、集气管、排气管，排气管套管和定位孔七个部分。本发明的优点在于可以使多组分载气在与样品反应前混合均匀，消除了载气流经样品时的绕流，使反应更充分。反应后气体快速排出，减少了在线气体检测设备的误差。
Description
技术领域
本发明属于煤粉、生物质及固体废弃物燃烧、热解和气化等热工技术研究领域，涉及煤粉、生物质和固体废弃物热工技术研究时的固定床反应系统，具体为一种水平固定床石英反应器。
背景技术
在实验室研究领域，固体样品在固定床中反应，在线检测反应过程的气体、收集并检测反应后固体残留是一种常用的方法。在目前普通的水平固定床石英反应器中，反应后气体流速较慢，其从反应区域到位于反应器后的在线气体检测设备延迟时间长，检测误差大。
同时在普通的水平固定床石英反应器中，样品通常放置于磁舟中，载气绕流明显，不能使固体样品充分反应。
另外在普通的水平固定床石英反应器中，多组分载气在预热阶段混合不均匀，使得实验误差变大。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种低检测延迟、载气绕流小和可均匀布风的水平固定床石英反应器。
本发明提供的一种水平固定床石英反应器，包括进气管、载样台和出气管，其特征在于，
进气管包括同轴布置的进气段、预热段、布风板、外磨砂锥形接口和反应段；进气段为渐扩的石英管，预热段为不变径石英管，其与进气段的出气端连接，布风板安装于预热段内，且垂直于气体流向布置，外磨砂锥形接口的进气端与预热段的出气端连接，出气端与反应段的进气端连接，反应段下游侧上部留有缺口，载样台放置和定位在该缺口处；
出气管包括同轴布置的预热段套管、内磨砂锥形接口、反应段套管、集气管、排气管，排气管套管；预热段套管套在预热段外，内磨砂锥形接口套在外磨砂锥形接口外，磨砂配合。反应段套管套在反应段外，预热段套管、反应段套管和排气管套管均为不变径石英管，集气管为锥形石英管，使反应后气体导流进入到排气管内，集气管的进气端与反应段套管的出气端连接，其出气端与排气管的进气端连接，集气管进气端与反应段下游末端有间隙，排气管套管套在排气管外，靠近排气管套管下游末端处开有定位孔，用于反应器在加热炉中的轴向定位，排气管与排气管套管形成的夹层空间通过定位孔连通大气。
具体而言，本发明具有以下技术特点：(1)通过位于预热段中布风板的作用，使得多组分气体在进入到反应区前混合均匀；(2)载样台采用石英管(厚度为0.8～1.5mm)制作而成，避免了常规水平石英管反应器样品放置于磁舟中导致的磁舟边缘载气绕流问题，减少了实验误差；(3)反应后气体通过锥形的集气管收集，并且从微小直径(气体通流截面直径为3～6mm)的排气管排出，相比常规水平石英管反应器从进气到出气统一直径(45～60mm)的石英管，反应后气体排出的速率大大提高，减少了在线气体检测的延迟。
附图说明
图1为本发明提供的反应器的结构示意图。
图2为进气管的结构示意图。
图3为载样台的结构示意图。
图4为出气管的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实例和附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供的一种固定床反应器，如附图1所示，包括进气管1、载样台2和出气管3。
进气管1包括同轴的进气段11、预热段12、布风板13、外磨砂锥形接口14和反应段15。进气段11为渐扩的石英管，预热段12为不变径石英管，其与进气段11的出气端连接。布风板13是厚度为3～6mm的石英板，其直径与预热段12内径相同，安装于预热段12内，充满气体流通的一个截面。布风板13由石英砂颗粒烧结而成，形成大量微小(直径约50～100μm)的气孔。外磨砂锥形接口14的进气端与预热段12的出气端连接，出气端与反应段15的进气端连接，反应段15下游侧上部留有缺口，以放置和定位载样台2。各部分在高温条件焊接成整体。
载样台2由石英管21和把手22两部分组成，石英管21的截面为半圆环，其厚度较薄(0.8～1.5mm)，把手22以方便夹持和放置定位，各部分在高温条件焊接成整体。
出气管3包括预热段套管31、内磨砂锥形接口32、反应段套管33、集气管34、排气管35，排气管套管36和定位孔37。预热段套管31套在预热段12外。内磨砂锥形接口32套在外磨砂锥形接口14外，磨砂配合。反应段套管33套在反应段15外。预热段套管31、反应段套管33和排气管套管36均为不变径石英管。集气管34为锥形石英管，使反应后气体导流进入到排气管35内。集气管34的进气端与反应段套管33的出气端连接，其出气端与排气管35的进气端连接。集气管34进气端与反应段下游末端有间隙(5～10mm)，防止热胀冷缩与加工误差损坏反应器。排气管35为一段微小直径(气体通流截面直径为3～6mm)的石英管，其下游末端外表面磨砂处理，以扩展连接冷凝系统或气体检测系统。排气管套管36套在排气管35外。定位孔37位于靠近排气管套管36下游末端处，作为反应器在加热炉中的轴向定位，并使排气管35与排气管套管36形成的夹层空间连通大气。各部分在高温条件焊接成整体，除定位孔37外，出气管其它各部分同轴。
实验时，盛放样品的载样台放置于反应段15内部，放置过程夹持把手22并以其轴向定位，进气管外磨砂锥形接口14与出气管内磨砂锥形接口32配合。反应器在加热炉中轴向位置由定位孔37定位。
载气从进气段11处进入预热段12被加热，到布风板13时混合均匀，之后进入反应段15；载气以不经过绕流的方式掠过样品；反应后气体经集气管34和排气管35快速排出。
实例：
根据实验工况要求，载气预热段12、反应段15和排气管35三段直径和长度可调，相应套管参数也随其而调。载气预热段12直径为45～60mm，推荐为50mm，相应长度为400～500，推荐为500。布风板13在载气预热段12中轴向位置可调，推荐靠近载气预热段末端。反应段15直径推荐比载气预热段直径小5～10mm。载样台2直径比反应段15直径小1～5mm，推荐2mm。排气管35直径为3～6mm，低温工况推荐较高值，高温段推荐较低值。本反应器气体排出时间约为同长度普通水平石英管反应器的1/45到1/336，大大减小了气体在线检测误差。
以上所述为本发明的实施例，但本发明不局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (6)
1.一种水平固定床石英反应器，包括进气管（1）、载样台（2）和出气管（3），其特征在于；
进气管（1）包括同轴布置的进气段（11）、预热段（12）、布风板（13）、外磨砂锥形接口（14）和反应段（15）；进气段（11）为渐扩的石英管，预热段（12）为不变径石英管，其与进气段（11）的出气端连接，布风板（13）安装于预热段（12）内，且垂直于气体流向布置，外磨砂锥形接口（14）的进气端与预热段（12）的出气端连接，出气端与反应段（15）的进气端连接，反应段（15）下游侧上部留有缺口，载样台（2）放置和定位在该缺口处；
出气管（3）包括同轴布置的预热段套管（31）、内磨砂锥形接口（32）、反应段套管（33）、集气管（34）、排气管（35），排气管套管（36）；预热段套管（31）套在预热段（12）外，内磨砂锥形接口（32）套在外磨砂锥形接口（14）外，磨砂配合，反应段套管（33）套在反应段（15）外，预热段套管（31）、反应段套管（33）和排气管套管（36）均为不变径石英管，集气管（34）为锥形石英管，使反应后气体导流进入到排气管（35）内，集气管（34）的进气端与反应段套管（33）的出气端连接，其出气端与排气管（35）的进气端连接，集气管（34）进气端与反应段下游末端有间隙，排气管套管（36）套在排气管（35）外，靠近排气管套管（36）下游末端处开有定位孔（37），用于反应器在加热炉中的轴向定位，排气管（35）与排气管套管（36）形成的夹层空间通过定位孔（37）连通大气。
2.根据权利要求1所述的水平固定床石英反应器，排气管（35）为直径3～6mm的石英管，其下游末端外表面磨砂处理。
3.根据权利要求1或2所述的水平固定床石英反应器，其特征在于，布风板（13）由石英砂颗粒烧结而成，形成直径50～100μm的气孔。
4.根据权利要求1或2所述的水平固定床石英反应器，其特征在于，布风板（13）是厚度为3～6mm的石英板。
5.根据权利要求1或2所述的水平固定床石英反应器，其特征在于，排气管（35）为直径为3～6mm的石英管。
6.根据权利要求1或2所述的水平固定床石英反应器，其特征在于，载样台（2）由石英管（21）和把手（22）两部分组成，石英管（21）的截面为半圆环，其厚度为0.8～1.5mm。
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