CN106237937A - 一种气液两用催化反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气液两用催化反应装置，包括反应腔、催化剂固定器、加热机构、电机和活塞；反应腔用于通入反应物；催化剂固定器设置于反应腔内部，其为中空的柱状体，柱状体的侧壁内部加工为马蜂状结构，用于容放催化剂并防止催化剂移出，同时作为反应物的流动通道；活塞的小端连接电机的输出轴，大端位于催化剂固定器的空腔内；加热机构设置在反应腔侧壁与催化剂固定器侧壁之间。本发明通过压力的高低变化，实现催化剂与反应物的充分接触，提高反应速率和催化剂使用效率。

Description

一种气液两用催化反应装置
技术领域
本发明属于催化反应领域，更具体地，涉及一种气液两用的催化反应装置及方法。
背景技术
随着工业领域的快速发展，可以提高反应效率和反应质量的催化剂的作用也愈加重要，污水的催化气化、气体的催化重整、催化剂脱硝等等在工业中应用广泛，它们既关系到能源的有效利用，又在环境保护方面起着至关重要的作用。
但是催化剂在使用过程中会带来诸多问题，如催化剂的磨损损耗、催化剂的无法回收，更重要的是如果催化剂无法与反应物充分的接触会大大降低反应效率。特别是针对气体或者液体反应物，在催化剂的使用上无法提高催化剂与反应物的有效接触，同时某些反应过程中反应产物容易携带催化剂排出，造成催化剂的损耗。
目前，在气体或者液体的催化过程中，很多反应的发生是依靠气体或者液体与催化剂的被动接触，特别是在实验设备这一方面，这样不仅浪费大量的时间，而且所得的结果也不理想。
综上，为了使催化剂充分发挥作用，需要优化反应装置，可以将催化剂颗粒均匀地填入反应器，保证各处有相同的空位率。同时在反应中，需要动力持续的将反应物接触催化剂，提高反应效率和催化剂的使用效率。
发明内容
针对现有技术的迫切需求，本发明提出一种气液两用催化气化装置和方法，其目的在于，通过压力的高低变化，实现催化剂与反应物的充分接触，提高反应速率和催化剂使用效率。
为了实现本发明的技术目的，本发明采用了如下技术方案：
一种气液两用催化反应装置，包括反应腔、催化剂固定器、加热机构、电机和活塞；反应腔用于通入反应物；催化剂固定器设置于反应腔内部，其为中空的柱状体，柱状体的侧壁内部加工为马蜂状结构，用于容放催化剂并防止催化剂移出，同时作为反应物的流动通道；活塞的小端连接电机的输出轴，大端位于催化剂固定器的空腔内；加热机构设置在反应腔侧壁与催化剂固定器侧壁之间。
进一步地，还包括通入反应腔的通入管道和设置在其上的控制阀门，管道用于通入反应物。
进一步地，还还包括通入反应腔的气体进出管道和设置在其上的气体阀门，气体进出管道用于通入不影响反应的气体以调节反应气压，以及使用其洗净反应腔内的气体。
进一步地，还还包括温度压力控制器和温度压力传感器，温度压力传感器实时采集反应腔内的温度和压力并上传给温度压力控制器，温度压力控制器用于控制气体阀门的开断调节反应压力，以及控制加热机构的功率调节反应温度。
进一步地，还还包括连通反应腔底部侧壁的连通出口管道，用于产物液体的排出。
进一步地，还所述反应腔的壁面涂敷有保温材料。
综上所述，本发明有益技术效果体现在：
1)装置可以同以实现气体或者液体的气化反应，提高了装置的经济性和实用性。
2)解决了液体或气体催化反应中反应物与催化剂无法充分接触的问题，可以提高催化效率。
催化剂装载于反应腔内部，不随气体或者液体排出而减量，可以调高催化剂的使用效率。
附图说明
图1是本发明气液两用催化反应装置结构示意图；
图2是本发明反应装置内部催化装置截面图；
图3是本发明反应装置内部加热装置示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是本发明气液两用催化反应装置结构示意图。本发明气液两用催化反应装置包括反应腔10、催化剂固定器4、加热机构3、电机1和活塞8。反应腔10作为反应场所，用于通入反应物7(气体或者液体)。催化剂固定器4设置于反应腔10内部，其为一中空的柱状体，柱状体的侧壁内部加工为马蜂状结构，马蜂状结构中的开孔尺寸小于催化剂5颗粒尺寸，一方面用于容放催化剂5并防止催化剂5移出，另一方面作为气体或液体的流动通道。催化剂承载装置的蜂窝状设计可以更加均匀催化剂的分布，不随着气体或液体的流动而流动，实现催化剂与反应物的充分接触。活塞8的小端连接电机1的输出轴，活塞8的大端位于催化剂固定器4的空腔内，通过电机实现活塞的往复运动，改变催化剂两侧的压力，实现反应物的持续流动。加热机构3设置在反应腔10侧壁与催化剂固定器4侧壁之间，加热机构设置在反应腔内部，可以更好的实现气体或者液体的升温控制，同时对排气阀的控制维持反应腔内部的压力恒定。
按照本发明的一种较佳实施方式，还可向反应腔10内通入管道11，通过管道11方便地通入反应物7(气体或液体)，在管道11上设置控制阀门12，方便开通和关断。
按照本发明的一种较佳实施方式，还可向反应腔10内通入气体进出管道2，气体进出管道2通入N2等其他不影响反应的气体控制反应压力，同时可以使用其洗净反应腔内的气体。气体进出管道2上设有气体阀门，可方便气体的开通和关断。
按照本发明的一种较佳实施方式，还设有温度压力控制器13和温度压力传感器9，温度压力传感器9实时采集反应腔10内的温度和压力并上传给温度压力控制器13，温度压力控制器13通过控制气体进出管道2的气体阀门的开和闭以及内置加热机构3的功率进行压力、温度控制，以实现反应中恒温恒压或程序控温控压目的。
按照本发明的一种较佳实施方式，在反应腔10的底部侧壁连通出口管道6，产物液体可以通过出口管道6或者气体通过气体进出管道2排出腔外，催化剂5可以于反应腔中持续使用。
按照本发明的一种较佳实施方式，反应腔10的壁面是涂有耐高温隔热的保温层，可以有效的较少反应腔的热损失。
本发明气液两用催化反应装置的工作过程如下：首先在催化剂固定器4内装入实验所需催化剂5，打开控制阀12将反应物气体或者液体由进入管道11通入反应腔10中；接着温度压力控制器13通过温度压力传感器9、加热机构3和气体进出管道2对反应腔进行升温升压，反应中电机1控制活塞8在反应腔内进行往复运动，因为催化固定器两侧空腔的压力差变化导致反应物7持续的流过催化剂发生催化反应；反应中如果压力超过实验所需条件，可以通过气体进出通道2排出腔外。
图2是本发明反应装置一个具体实施例的截面图。实施例中整个装置的直径为60cm，高度为55cm，反应腔的内部直径为50cm，催化剂固定器的厚度为7.5cm，加热装置的厚度为1cm。所述的催化剂固定装置内部为蜂窝状，可以将催化剂装载其中，不会随着液体或者气体而大幅度移动和聚集，固定装置的表面孔径为0.1mm，可以实现气体或者液体的自由进入，而粒径大于0.1mm的催化剂可以束缚于装置中无法移除。
图3是本发明具体实施例中反应装置内部加热机构示意图。在实施例中，加热机构为呈柱状的框架结构，其包括三个圆环和四个支撑杆，三个圆环按上、中、下放置，两两圆环之间均通过两个支撑杆相接，圆环和支撑杆的内部为空腔用于放置加热电阻，对加热电阻通电，电阻产热升温。
反应结束装置水冷至室温后，产物液体可以通过出口管道6或者气体通过气体进出管道2排出腔外，催化剂5可以于反应腔中持续使用。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种气液两用催化反应装置，其特征在于，包括反应腔(10)、催化剂固定器(4)、加热机构(3)、电机(1)和活塞(8)；反应腔(10)用于通入反应物(7)；催化剂固定器(4)设置于反应腔(10)内部，其为中空的柱状体，柱状体的侧壁内部加工为马蜂状结构，用于容放催化剂(5)并防止催化剂(5)移出，同时作为反应物的流动通道；活塞(8)的小端连接电机(1)的输出轴，大端位于催化剂固定器(4)的空腔内；加热机构(3)设置在反应腔(10)侧壁与催化剂固定器(4)侧壁之间。
2.根据权利要求1所述的气液两用催化反应装置，其特征在于，还包括通入反应腔(10)的通入管道(11)和设置在其上的控制阀门(12)，管道(11)用于通入反应物(7)。
3.根据权利要求1所述的气液两用催化反应装置，其特征在于，还包括通入反应腔(10)的气体进出管道(2)和设置在其上的气体阀门，气体进出管道(2)用于通入不影响反应的气体以调节反应气压，以及使用其洗净反应腔内的气体。
4.根据权利要求3所述的气液两用催化反应装置，其特征在于，还包括温度压力控制器(13)和温度压力传感器(9)，温度压力传感器(9)实时采集反应腔(10)内的温度和压力并上传给温度压力控制器(13)，温度压力控制器(13)用于控制气体阀门的开断调节反应压力，以及控制加热机构(3)的功率调节反应温度。
5.根据权利要求1所述的气液两用催化反应装置，其特征在于，还包括连通反应腔(10)底部侧壁的连通出口管道(6)，用于产物液体的排出。
6.根据权利要求1所述的气液两用催化反应装置，其特征在于，所述反应腔(10)的壁面涂敷有保温材料。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115228387A (zh) * 2022-06-13 2022-10-25 杭州三隆新材料有限公司 一种2-甲基四氢呋喃的连续化制备系统及其方法
US11766258B2 (en) 2017-06-27 2023-09-26 Cilag Gmbh International Surgical anvil arrangements

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3954417A (en) * 1974-08-20 1976-05-04 General Motors Corporation Monolithic catalytic converter with central flow tube
CN105344294A (zh) * 2014-08-19 2016-02-24 浙江大学 一种结构化径向固定床操作单元
CN105817182A (zh) * 2016-03-29 2016-08-03 北京石油化工学院 用于催化氧化反应的变压催化方法与装置
CN206215183U (zh) * 2016-09-27 2017-06-06 华中科技大学 一种气液两用催化反应装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3954417A (en) * 1974-08-20 1976-05-04 General Motors Corporation Monolithic catalytic converter with central flow tube
CN105344294A (zh) * 2014-08-19 2016-02-24 浙江大学 一种结构化径向固定床操作单元
CN105817182A (zh) * 2016-03-29 2016-08-03 北京石油化工学院 用于催化氧化反应的变压催化方法与装置
CN206215183U (zh) * 2016-09-27 2017-06-06 华中科技大学 一种气液两用催化反应装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11766258B2 (en) 2017-06-27 2023-09-26 Cilag Gmbh International Surgical anvil arrangements
CN115228387A (zh) * 2022-06-13 2022-10-25 杭州三隆新材料有限公司 一种2-甲基四氢呋喃的连续化制备系统及其方法
CN115228387B (zh) * 2022-06-13 2024-01-23 杭州三隆新材料有限公司 一种2-甲基四氢呋喃的连续化制备系统及其方法

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