CN106582457A - 一种气液固化工磁感应稳定设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气液固化工磁感应稳定设备，包括反应器、电磁感应器、液固磁感应分离器和控制系统，所述反应器由上部的气液分离区和下部的化学反应区组成，电磁感应器轴向均匀套在反应器上，所述液固磁感应分离器包括液固分离筒体、异形电磁感应器和催化剂循环导管，所述液固分离筒体上部设置有溢流口，所述反应器的气液分离区通过短节与所述液固分离筒体连接；所述液固分离筒体底部设置有锥形封头，所述催化剂循环导管将锥形封头的底部和所述反应器的化学反应区连通，所述异形电磁感应器设置于所述锥形封头底部周围。本发明实现了气液固三相系统的磁稳定反应系统，避免了复杂庞大的催化剂回收与循环系统，为化工企业的连续生产提供了有力保障。

Description

一种气液固化工磁感应稳定设备

技术领域

本发明涉及石油化工行业气液固三相反应系统，特别是一种可用于实现气液固三相化学反应、气液固三相分离、催化剂闭路循环的化工磁感应稳定设备。

背景技术

近十多年，液固二相流态的电磁稳定反应器在己内酰胺工业生产上获得了成功的应用。然而，液固二相体系的反应体系远没有气液固三相体系普遍。但是，在气液固三相体系下，由于气体的作用，固体颗粒无法在电磁场作用下保持链式状态而是呈现流化甚至过流化状态，大量的催化剂颗粒摆脱磁场的束缚，随流体带出，如果不让催化剂循环回来或补充催化剂，床层的催化剂必将无以为继，最后浓度不保，失去了电磁稳定反应器的优势。因此，气液固三相下的化学反应，当作为催化剂的固体以固体颗粒形式存在的时候，通常采用浆态床反应器或流化床反应器，这两种类型的反应系统均要配套庞大复杂的催化剂回收、循环系统。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种将电磁感应磁场、固液磁感应分离及固体颗粒循环相结合的系统，满足化工工业中气液固三相反应系统的需要，是对液固二相电磁稳定反应器应用的拓展。

本发明的技术方案是构造一种气液固化工磁感应稳定设备，包括反应器、电磁感应器、液固磁感应分离器和控制系统，其中，所述反应器由上部的气液分离区和下部的化学反应区组成，反应器顶部设置有气体出口，化学反应区的侧壁设置有气液入口，电磁感应器轴向均匀套在反应器上，所述液固磁感应分离器包括液固分离筒体、异形电磁感应器和催化剂循环导管，所述液固分离筒体上部设置有溢流口，所述反应器的气液分离区通过短节与所述液固分离筒体连接；所述液固分离筒体底部设置有锥形封头，所述催化剂循环导管将锥形封头的底部和所述反应器的化学反应区连通，构成催化剂自上而下流动的通道；所述异形电磁感应器设置于所述锥形封头底部周围。

在一个实施例中，所述的电磁感应器和异形电磁感应器均包括导磁壳体、不导磁材料、至少两组电磁感应线圈构成，且设置有与冷却装置相连的进出水口以及防爆出线盒。

在一个实施例中，所述的电磁感应线圈可分组由控制系统独立控制。

在一个实施例中，所述催化剂循环导管呈与垂直方向成23°~50°角斜向伸入化学反应区，伸入化学反应区的一端呈斜切面，可阻止化学反应区内的气体进入催化剂循环导管。

在一个实施例中，所述的反应器为立式柱体结构，所述反应器的化学反应区内设置有分布板，所述气液入口位于分布器之下。

在一个实施例中，所述异形电磁感应器内侧为锥形，能够紧贴所述锥形封头。

在一个实施例中，所述短节为斜向设置，其连接气液分离区的一端高于连接液固分享筒体的一端，所述短节与垂直方向的夹角为3°~60°。

在一个实施例中，所述反应区的侧壁设置有催化剂入口，所述催化剂循环导管上设置有催化剂排出口。

在一个实施例中，所述催化剂循环导管上还设置有调节阀。

在一个实施例中，运行中的磁感应线圈的磁场强度为5000~40000A/m。

本发明的优点和有益效果：

本发明拓展了液固磁稳定反应器的使用领域，实现了气液固三相系统的磁稳定反应系统，可以在线动态实现废旧催化剂的卸出与新鲜催化剂的注入，避免了浆态床、流化床等系统需要配置复杂庞大的催化剂回收与循环系统，为化工企业的连续生产提供了有力保障。

本发明构筑了气液固三相流体运动的体系，在化学反应区实现气液固三相的有效接触、混合，实现传质、传热的功能；在气液分离区实现气体与液固的分离，从而为后续的液固分离创造条件；在液固分离区的磁力作用下实现液固分离，通过催化剂循环导管引导，固体颗粒流体回流到化学反应区。在这个体系下，催化剂实现闭式循环，反应后的气体与液体流出系统。

附图说明

图1是液固两相系统的四种操作状态示意图。

图2是实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被认为是“设置”在另一个元件上，它可以是直接设置或连接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文中所使用的所有的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。

实施例1

如图2所示，一种气液固化工磁感应稳定设备，包括反应器6、电磁感应器5、液固磁感应分离器和控制系统，其中，所述反应器6反应器为立式柱体结构，由上部的气液分离区2和下部的化学反应区1组成，化学反应区1内设置有分布板4，化学反应区1的侧壁设置有气液入口3，所述气液入口3位于分布器4之下，反应器6顶部设置有气体出口7，电磁感应器5轴向均匀套在反应器6上，所述液固磁感应分离器包括液固分离筒体11、异形电磁感应器12和催化剂循环导管13，所述液固分离筒体11上部设置有溢流口10，所述反应器6的气液分离区2通过短节8与所述液固分离筒体11连接；所述液固分离筒体11底部设置有锥形封头，所述催化剂循环导管13将锥形封头的底部和所述反应器6的化学反应区1连通，构成催化剂自上而下流动的通道；所述异形电磁感应器12设置于所述锥形封头底部周围，所述异形电磁感应器内侧为锥形，能够紧贴所述锥形封头。

所述的电磁感应器5和异形电磁感应器12均包括导磁壳体、不导磁材料、至少两组电磁感应线圈构成，且设置有与冷却装置相连的进出水口以及防爆出线盒,，且所述的电磁感应线圈可分组由控制系统独立控制，运行中的磁感应线圈的磁场强度为5000~40000A/m。

更优地，所述反应区的侧壁设置有催化剂入口，所述催化剂循环导管上设置有催化剂排出口，所述催化剂循环导管上还设置有调节阀。

实施例2

如图2所示，与实施例1相比，本实施例所述催化剂循环导管呈与垂直方向成23°~50°角斜向伸入化学反应区，伸入化学反应区的一端呈斜切面，从下往上看不能看到催化剂循环导管的开口，可阻止化学反应区内的气体进入催化剂循环导管；所述短节为斜向设置，其连接气液分离区的一端高于连接液固分享筒体的一端，所述短节与垂直方向的夹角为3°~60°。

关于本发明工作原理的进一步阐述如下：

在液固两相情况下，使用均匀不随时间变化的外加磁场作用下的颗粒链状排列或链状摆动有利于床层的稳定操作，并称这种条件下的床层称为磁稳定床。在不同磁场下，液固系统磁稳定床床层有三种操作形式，即散粒形式、链状形式和磁聚形式。在不同的流速下，液固系统磁稳定床床层有四种操作状态，即未流化状态、稳定状态、摆动状态和自由运动状态，如图1所示。利用磁稳定床可以达到理想的液固接触效果，同时压力降较低、空速较大。

外加磁场是磁稳定床的关键。轴向、均匀的稳定磁场有利于床层的稳定操作和获得较高的传质效果。沿管轴向的均匀稳定磁场通过赫姆霍兹线圈来提供。

磁场强度一定时，颗粒磁化程度相同，颗粒间相互作用达到平衡。当流速逐渐提高时，床层在流体曳力的作用下发生膨胀。在图1a、b、c三种状态时，曳力没有完全克服重力和颗粒之间的相互作用力－磁力，同时在非稳定状态时，颗粒要受到径向剪应力使颗粒取向沿磁力线方向排布，此时床层较“粘”，流动性差。在d状态时，曳力完全克服了重力和磁力，径向剪应力也趋近于零，颗粒完全自由运动。床层颗粒的流动性非常好，类似于流体。

磁场强度对磁稳定床的操作形式有明显影响，随磁场强度由小到大变化，床层表现出三种形式：(1)散粒状态；(2)链式状态；(3)磁聚状态。当磁场强度很小时，磁场对颗粒的磁化程度小，因此颗粒间的相互作用力小，颗粒都以单个粒子状态存在于床层中作自由运动(如图1b)，此时床层空隙率较大。当磁场强度提高到一定值时，床层形成链式床(如图1c)，此时颗粒二聚、三聚甚至多聚沿磁力线方向排成链状，床层操作非常稳定，床面颗粒有明显运动，床内颗粒只有微弱运动，空隙率也较大。磁场强度继续提高，所有颗粒聚成一团，空隙率比较小。若液速提高，所有床层颗粒会呈一整体向上漂移，超出磁场范围后散落在管道中形成松散铁粒骨架，此时床体中有许多大的通道，气液从局部大通道通过床层，床层压降很小(如图1d)。

在气液固三相系统中，床层操作形式类似于液固系统，但由于气泡在床层中上升时，压力逐渐降低，气泡直径逐渐增大，通过床层时会在床层中引起湍动，因此通气量对磁稳定床的稳定操作影响很大。

当有气体存在的气液固三相体系下，图1显示的状态将发生重大变化。从实验观察可知，当气量逐渐提高到一定程度，即使外围磁场强度足够大，也无法保证床层处于链式状态，床层呈现流化床的状态，甚至是过流化床状态，大量的催化剂颗粒摆脱磁场的束缚，随流体带出，如果没有一种机制及时补充足够的固体颗粒，床层的催化剂将无以为继，最后浓度不保，影响对反应的催化作用。

本发明即为解决上述问题而提出，本发明的流程说明如下：

气体及液体从底部进口3进入，经分布板4进行分布后，进入反应区1的上部。分布板4的作用是均匀分布流体、隔断催化剂颗粒进入到分布板4的下方。

在反应区1外部均匀分布了若干组的电磁感应器5，电磁感应器5中的每组电磁线圈都可以单独调整磁场强度。在电磁场作用下，气液固在反应区1内部形成三相流动状态，并在气液分离区2进行气液分离。其中气体从顶部出口7流出系统，而液体与固体则通过连接管8溢流到液固分离区。连接管8是一根向下的斜管，目的是不让气体进入液固分离区去干扰液固分离操作。

液固分离区为一个锥底容器。由于底部的异形电磁感应器施加的磁场的强化作用，固体颗粒在重力作用下汇集到容器底部的锥形封头上，经由催化剂循环管13返回到反应区1的催化剂床层，构成了催化剂循环，补充反应区1的催化剂浓度。循环管13的循环动力来自于循环管流体与反应区流体的密度差。为了调节循环量的大小，在循环管13上安装有调节阀15。

催化剂循环管13伸入反应区1内部的端面呈斜切面，目的是不让气体进入循环管13去干扰液固分离操作。

液固分离区的磁场由下部的一个异形电磁感应线圈12提供。异形电磁感应线圈12的内侧形状是锥形，正好能够贴紧在锥形封头上，使磁场得到最大化的利用。同时，异形电磁感应器中的线圈亦作为液固磁感应分离器的承重支架。异形电磁感应线圈可以单独调整磁场强度大小，以最佳方式对催化剂颗粒进行磁性收集处理。

液固分离的液体从液固分离筒体11的上部溢流口10流出。

灵活置换废旧催化剂也是该系统的特点。当需要置换催化剂的时候，从催化剂循环管13排出口14卸出旧催化剂，通过反应区1的催化剂入口16注入新的催化剂。

此外，如果将液固分离区11与异形电磁线圈12独立使用，可以构筑一个简易的电磁分离系统。

气液相作为反应物在化学反应区1中，在流体向上流动作用下与磁性催化剂颗粒进行接触，磁性催化剂在多个电磁感应器5外加的磁场作用下均匀分布，形成稳定的床层，发生化学反应。磁场的作用，使得催化剂有聚集的倾向。与无磁场作用的情形相比，催化剂的密度更高，反应物与催化剂的接触更加有效。与此同时，由于流体的作用，催化剂与流体的接触具有不停更换接触位置的效果，更好完成传质传热的作用，因此，比其它形式的反应器具有更大的优势。

本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种气液固化工磁感应稳定设备，包括反应器、电磁感应器、液固磁感应分离器和控制系统，其特征在于：所述反应器由上部的气液分离区和下部的化学反应区组成，反应器顶部设置有气体出口，化学反应区的侧壁设置有气液入口，电磁感应器轴向均匀套在反应器上，所述液固磁感应分离器包括液固分离筒体、异形电磁感应器和催化剂循环导管，所述液固分离筒体上部设置有溢流口，所述反应器的气液分离区通过短节与所述液固分离筒体连接；所述液固分离筒体底部设置有锥形封头，所述催化剂循环导管将锥形封头的底部和所述反应器的化学反应区连通，构成催化剂自上而下流动的通道；所述异形电磁感应器设置于所述锥形封头底部周围。

2.根据权利要求1所述的气液固化工磁感应稳定设备，其特征在于：所述的电磁感应器和异形电磁感应器均包括导磁壳体、不导磁材料、至少两组电磁感应线圈构成，且设置有与冷却装置相连的进出水口以及防爆出线盒。

3.根据权利要求1所述的气液固化工磁感应稳定设备，其特征在于：所述的电磁感应线圈可分组由控制系统独立控制。

4.根据权利要求1所述的气液固化工磁感应稳定设备，其特征在于：所述催化剂循环导管呈与垂直方向成23°~50°角斜向伸入化学反应区，伸入化学反应区的一端呈斜切面，可阻止化学反应区内的气体进入催化剂循环导管。

5.根据权利要求1所述的气液固化工磁感应稳定设备，其特征在于：所述的反应器为立式柱体结构，所述反应器的化学反应区内设置有分布板，所述气液入口位于分布器之下。

6.根据权利要求1所述的气液固化工磁感应稳定设备，其特征在于：所述异形电磁感应器内侧为锥形，能够紧贴所述锥形封头。

7.根据权利要求1所述的气液固化工磁感应稳定设备，其特征在于：所述短节为斜向设置，其连接气液分离区的一端高于连接液固分享筒体的一端，所述短节与垂直方向的夹角为3°~60°。

8.根据权利要求1所述的气液固化工磁感应稳定设备，其特征在于：所述反应区的侧壁设置有催化剂入口，所述催化剂循环导管上设置有催化剂排出口。

9.根据权利要求1所述的气液固化工磁感应稳定设备，其特征在于：所述催化剂循环导管上还设置有调节阀。

10.根据权利要求2所述的气液固化工磁感应稳定设备，其特征在于：运行中的磁感应线圈的磁场强度为5000~40000A/m。