CN102513035A - 一种旋转式连续进料固定床反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种旋转式连续进料固定床反应器，属催化固定床反应器技术领域。包括四个反应釜，四个托盘，转盘，活动密封接头，分别与反应釜进气口和排气口连接的进气管和排气管，以及动力传动机构；四个反应釜分别经四个托盘均匀对称固定在转盘上，各反应釜的进气口和出气口分别经活动密封接头、在Ⅰ-Ⅳ号工位与相应的进气管和排气管连接，电机输出轴与转盘轴连接；反应进气管与工位Ⅰ的反应釜进气口对接，其上套有换热套管，换热套管的进气口与置换工位Ⅲ反应釜的排气口连接、出气口通大气。本发明在保持固定床反应器生产稳定、处理量大优势的同时，克服了现有固定床反应器不能连续生产的弊端，可实现高效、节能、连续、稳定、大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转式连续进料固定床反应器，属催化固定床反应器技术领域。
技术背景
固定床反应器又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。固体物通常呈颗粒状，粒径2～15mm左右,堆积成一定高度（或厚度）的床层。床层静止不动，流体通过床层进行反应。它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。固定床反应器主要用于实现气固相催化反应。用于气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。
固定床反应器有三种基本形式：（1）轴向绝热式固定床反应器。流体沿轴向自上而下流经床层，床层同外界无热交换。（2）径向向绝热式固定床反应器。流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动，床层同外界无热交换。（3）列管式固定床反应器由多根反应管并联构成。径向反应器与轴向反应器相比，流体流动的距离较短,流道截面积较大,流体的压力降较小。但径向反应器的结构较轴向反应器复杂。以上两种形式都属绝热反应器,适用于反应热效应不大,或反应系统能承受绝热条件下由反应热效应引起的温度变化的场合。列管式固定床反应器适用于反应热效应较大的反应。此外，尚有由上述基本形式串联组合而成的反应器，称为多级固定床反应器。例如：当反应热效应大或需分段控制温度时，可将多个绝热反应器串联成多级绝热式固定床反应器,反应器之间设换热器或补充物料以调节温度，以便在接近于最佳温度条件下操作。
固定床反应器有诸多优点：（1）返混小，流体同催化剂可进行有效接触， 当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。（2）催化剂机械损耗小。（3）结构简单。但固定床反应器也有其致命的缺点，即操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用。所以研究制造连续型固定床反应器成为各国学者们的热门课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种旋转式连续进料固定床反应器，通过旋转反应釜位置，解决催化剂的再生问题，实现反应的高效、连续进行。
本发明的技术方案是：旋转式连续进料固定床反应器，包括四个反应釜2，四个托盘3，转盘4，活动密封接头7，分别与反应釜2进气口和排气口连接的进气管和排气管，以及动力传动机构；四个反应釜2分别经四个托盘3均匀对称固定在转盘4上，各反应釜2上端的进气口和下端出气口分别经活动密封接头7、在工位Ⅰ-Ⅳ与相应的进气管和排气管连接；动力传动机构包括转盘驱动电机、活动接头驱动电机和相应的传动机构（如齿轮变速传动机构、链传动机构等普通传动机构）组成，转盘驱动电机的输出轴通过传动机构与转盘4的转轴连接，驱动转盘4旋转（转盘的转速根据生产实际需要确定）；活动接头驱动电机的输出轴通过传动机构与活动密封接头7连接，带动活动密封接头7上、下运动，实现与反应釜进气口或排气口的对接或分离。
所述反应工位Ⅰ的反应进气管1-1经活动密封接头7与工位Ⅰ的反应釜2的进气口对接，反应进气管1-1上套有换热套管1；换热套管1的进气口通过置换排气管3-2和活动密封接头7与置换工位Ⅲ的反应釜2的排气口连接、出气口6通大气。
所述换热套管1为管壳式，管程走原料气，壳程走再生尾气；换热套管1的管壁内侧装有螺旋形翅片13，控制气体流动方向，便于气流流动，增强换热性能。螺旋形翅片13的数量根据实际需要确定。
所述活动密封接头7端头为反应釜连接头、尾部为进气管连接头15，反应釜连接头的端口内设有套有紧固弹簧的密封阀14。活动密封接头7工作时，其反应釜连接头与反应釜进气口或排气口连接，并由弹簧将密封阀14拉紧而实现密封。
所述反应釜2下部内壁上设有环形凸台，凸台上放置多孔托盘12，托盘上装填催化剂8。
所述反应釜2外部包覆有保温层11、底部装有用于测定反应釜内温度的热电偶套管9，热电偶套管9中装有热电偶。
所述反应釜2的顶部装有用于测量反应釜内压力的压力表10。
本发明的反应釜2为普通反应釜，热电偶为普通市售产品，电机可采用市售产品，活动密封接头7、以及各进气管和排气管的材质、尺寸，依处理量及反应釜内的工作温度和压力，根据实际需要确定。
上述旋转式连续进料固定床反应器的工作原理是：四个独立的反应釜分别置于旋转盘4的四个托盘（固定架）3上，原料气由进气口1-1通入工位Ⅰ装满新鲜催化剂的反应釜2内，釜内进行催化反应，反应产物由出气口1-2排出收集；催化剂失活后，由电机同步带动间隙机构使旋转盘4旋转，同时活动密封接头14向上滑动将进气口、出气口与反应釜分离；反应釜2转到工位Ⅱ时，活动密封接头14向下滑动将进气管2-1、出气管2-2与反应釜2的进出气口对接，由进气口通入惰性气体，置换釜内的气体；置换结束后，启动电机重复前步骤动作，使反应釜2转到工位Ⅲ，并通入再生气体进行催化剂再生，再生后携带大量热量的尾气经由出气管3-2进入套管换热器1的进气口5，对原料气进行预热，然后由套管换热器1的出气口6排放。再生结束后，启动电机重复前步骤动作，使反应釜2转到工位Ⅳ，并通入惰性气体对催化剂进行二次置换。二次置换结束后，启动电机重复前步骤动作，使反应釜2转到Ⅰ号工位，进行第二次催化反应。如此往复，反应釜内装有催化剂颗粒，在每个生产周期内都经历“反应-置换-再生-置换-反应”的过程；每个反应釜内催化剂装填量相等，均经历同样的过程，从而实现了反应的连续生产。
本发明的优点是：
（1）以反应釜旋转的方式，克服了催化反应中间歇反应的不足，实现连续生产；
（2）利用再生尾气携带的热量对原料气进行预热，减少了对原料气加热所需的能量；
（3）利用反应釜进行反应，可实现大规模生产；
（4）装置操作简便、易控制、易于普及；
（5）可用于多种催化反应，应用范围广。
附图说明
图1是本发明系统示意图；
图2是本发明单个反应釜结构示意图；
图3是本发明换热套管示意图；
图4是本发明活动密封接头示意图。
图中：1、换热套管；2、反应釜；3、托盘；4、转盘；5、换热套管进气口；6、换热套管出气口；7、活动密封接头；8、催化剂填层；9、热电偶套管；10、压力表；11、保温层；12、多空托盘；13、螺旋翅片；1-1反应工位进气管；1-2、反应工位排气管；2-1、第一次置换工位进气管；2-2、第一次置换工位排气管；3-1、再生工位进气管；3-2再生工位排气管；4-1、第二次置换工位进气管；4-2、第二次置换工位排气管；Ⅰ、反应工位；Ⅱ、第一次置换工位；Ⅲ、再生工位；Ⅳ、第二次置换工位。
具体实施方案
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但所述内容不构成对本发明的限制。
实施例1：参见图1-4，本旋转式连续进料固定床反应器，包括四个反应釜2，四个托盘3，转盘4，活动密封接头7，分别与反应釜2进气口和排气口连接的进气管和排气管，以及普通动力传动机构。四个反应釜2分别经四个托盘3均匀对称固定在转盘4上，各反应釜2上端的进气口和下端出气口分别经活动密封接头7、在工位Ⅰ-Ⅳ与相应的进气管和排气管连接；动力传动机构包括转盘驱动电机、活动接头驱动电机和相应的传动机构组成，转盘驱动电机的输出轴通过齿轮变速传动机构与转盘4的转轴连接，驱动转盘4旋转，实现反应釜工位的转换；活动接头驱动电机输出轴通过链传动机构与活动密封接头7连接，带动活动密封接头7作上、下运动，实现与反应釜进气口或排气口的对接或分离。反应工位Ⅰ的反应进气管1-1上套有换热套管1，反应进气管1-1经活动密封接头7与工位Ⅰ的反应釜2的进气口对接，换热套管1的进气口经置换排气管3-2与置换工位Ⅲ的反应釜2的排气口连接、出气口通大气。换热套管1为管壳式，管程走原料气，壳程走再生尾气，其管壁内侧上均匀装有8片螺旋形翅片13。活动密封接头7端头为反应釜连接头、尾部为进气管连接头15，反应釜连接头的端口内设有套有紧固弹簧的密封阀14。反应釜2下部内壁上设有环形凸台，凸台上放置多孔托盘12，托盘上装填催化剂8；反应釜2外部包覆有保温层11、底部装有用于测定反应釜内温度的热电偶套管9，热电偶套管9中装有热电偶；反应釜2顶部装有用于测量反应釜内压力的压力表10。反应釜2是普通反应釜，热电偶为普通市售产品，活动密封接头7、以及各进气管和排气管的材质均为钢材，各进气管和排气管的管径为20mm。
本本旋转式连续进料固定床反应器用于甲烷部分氧化反应生产合成气，在反应釜多孔托盘上装入Ce-Fe复合氧化物作为氧载体，原料气为甲烷。甲烷由进气管1-1通入装满新鲜氧载体的反应釜2内，反应产物合成气由出气管1-2排出收集。氧载体失活后，由电机带动间隙机构使活动密封接头7向上运动，密封阀14由于弹簧的拉力使进气口关闭，同时旋转盘4旋转，反应釜2转到工位Ⅱ，由进气管2-1通入N2，置换釜内的气体；待置换完成后，转盘再次旋转，反应釜2转到工位Ⅲ，由进气管3-1通入空气，进行晶格氧再生，尾气携带大量热量经由出气管3-2进入套管换热器1的进气口5，将甲烷预热，预热后的尾气由出气口6排放；再生完成后，转盘再次旋转，反应釜2转到工位Ⅳ，由进气管4-1通入N2，进行第二次置换；所述过程完成后，转盘再次旋转，反应釜2转到工位Ⅰ，进行新一轮的甲烷部分氧化反应。
实施例2：参见图1-4，本旋转式连续进料固定床反应器的结构与实施例1相同。用于甲烷氧化反应生产合成气，原料气甲烷，催化剂为 Cu-Zn-Al；活动密封接头7、各进气管和排气管的材质均为铜材，各进气管和排气管的管径为15mm，换热套管1内管壁上均匀装有12片螺旋形翅片13；驱动电机通过齿轮变速和齿条传动机构，带动活动密封接头7作上、下运动，实现与反应釜进气口或排气口的对接或分离。
实施例3：参见图1-4，本旋转式连续进料固定床反应器的结构与实施例1相同。用于甲烷氧化反应生产合成气，原料气甲烷，催化剂为 Cu-Zn-Al，活动密封接头7、各进气管和排气管的材质均为铝合金，各进气管和排气管的管径为25mm，换热套管1内管壁上均匀装有16片螺旋形翅片13，驱动电机通过链传动机构，驱动转盘4旋转。
Claims (8)
1.一种旋转式连续进料固定床反应器，其特征在于：包括四个反应釜（2），四个托盘（3），转盘（4），活动密封接头（7），分别与反应釜（2）进气口和排气口连接的进气管和排气管，以及动力传动机构；四个反应釜（2）分别经四个托盘（3）均匀对称固定在转盘（4）上，各反应釜（2）上端的进气口和下端出气口分别经活动密封接头（7）、在Ⅰ-Ⅳ号工位与相应的进气管和排气管连接，电机的输出轴经传动机构与转盘（4）轴连接。
2.根据权利要求1所述的旋转式连续进料固定床反应器，其特征在于：动力传动机构包括转盘驱动电机、活动接头驱动电机和相应的传动机构；转盘驱动电机的输出轴通过传动机构与转盘（4）的转轴连接，驱动转盘（4）作旋转运动；活动接头驱动电机的输出轴通过传动机构与活动密封接头（7）连接，带动活动密封接头（7）作上、下运动。
3.根据权利要求1所述的旋转式连续进料固定床反应器，其特征在于：反应工位Ⅰ的反应进气管（1-1）上套有换热套管（1），反应进气管（1-1）经活动密封接头（7）与工位Ⅰ的反应釜（2）的进气口对接，换热套管（1）的进气口经置换排气管（3-2）、通过活动密封接头（7）与置换工位Ⅲ的反应釜（2）的排气口连接，换热套管（1）的出气口（6）通大气。
4.根据权利要求3所述的旋转式连续进料固定床反应器，其特征在于：换热套管（1）为管壳式，管程走原料气，壳程走再生尾气；换热套管（1）的管壁内侧装有螺旋形翅片（13）。
5.根据权利要求1所述的旋转式连续进料固定床反应器，其特征在于：活动密封接头（7）端头为反应釜连接头、尾部为进气管连接头（15），反应釜连接头的端口内设有套有紧固弹簧的密封阀（14）。
6.根据权利要求1所述的旋转式连续进料固定床反应器，其特征在于：反应釜（2）下部内壁上设有环形凸台，凸台上放置多孔托盘（12），托盘上装填催化剂（8）。
7.根据权利要求1所述的旋转式连续进料固定床反应器，其特征在于：反应釜（2）外部包覆有保温层（11）、底部装有用于测定反应釜内温度的热电偶套管（9）。
8.根据权利要求1所述的旋转式连续进料固定床反应器，其特征在于：反应釜（2）的顶部装有用于测量反应釜内压力的压力表（10）。
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| PB01 | Publication | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20140507 Termination date: 20151215 |
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