CN1927441A - 多管式组合反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多管式组合反应装置，主要解决以往技术中数据信息量小、效率低、制作成本高的问题。本发明通过采用包括加热炉、加热器、导热棒、至少2个反应管、多通道切换阀，测温仪、温度控制仪和流量分配器，导热棒位于加热炉内部设置的空心区域；加热器位于加热炉内，空心区域外；导热棒内设置有至少2个反应管导入通道以放置反应管，每个反应管的进料口均与流量分配器相连接，每个反应管的出料口均与多通道切换阀相连接，使每个反应管呈并联连接；每个反应管内的测温元件均与测温仪相连；加热炉内的加热器与温度控制仪相连，实现反应管内的温度控制的技术方案较好地解决了上述问题，可用于多管式组合反应装置的工业生产中。

Description

多管式组合反应装置
                               技术领域
本发明涉及一种多管式组合反应装置，特别是关于催化领域的多管式组合反应装置。
                               背景技术
在石油化工领域，催化剂的研制和开发一直是石化工业快速发展的主要推动力。就目前而言，大多催化剂的研发仍然主要靠大量催化剂的筛选和考评来进行探索和研究。一般情况下，一个工业催化剂的成功开发，通常需要上千甚至上万次的评价筛实验。显然如此庞大的催化剂评价筛选工作一直是一些催化剂开发过程主要瓶颈之一。另一方面，对于在新催化剂的开发研制过程中，反应机理的深入分析、动力学特征的准确描述以及催化剂活性的快速评价等无论对催化剂的开发、还是对工业过程放大均具有极为重要的意义。
多年以来，尽管已经发展了多种有关反应机理、动力学及催化剂评价的方法，但目前众多高等院校及科研院所仍采用传统的单一管式积分或微分固定床装置进行上述工作。这类装置尽管简单实用，但存在效率低、获取信息量有限等缺点。实质上很多反应就是因为装置本身的缺陷而无法进行准确的机理分析；不少动力学研究常常因为实验装置不合理而不得不进行大量的实验工作，且给后续的动力学参数估值增加了困难；众多催化剂的开发过程也常常因为评价装置不足或评价装置不甚合理而无法进行有效的科研实践或进展缓慢。
文献CN1032117A公开了一种适用催化工艺的多管反应器。包括基本直立的长容器，许多安置在容器中与其中心纵轴平行的端部开口反应管，该反应管上端固定于上管板并与上管板上面的流体室相通，下端固定于下管板并与下管板下面的流出物收集室相通；用于将液体送入流体室的液体进料分部管；用于将气体送入流体室的气体进料分布管；和流出物收集室上设置的流出物出口；其中在各反应管的上端部装有气体和液体供给器，该器包括具有气体入口孔，液体入口和出口的入口室，和增大正常操作过程中在流体室中存在的液面和入口室内的液体入口之间差距的升液区。但该多管反应器结构复杂且不利于推广普及。
                               发明内容
本发明所要解决的技术问题是以往文献中实验获得信息量小，装置复杂、投资大，操作繁琐、效率低的问题，提供一种新的多管式组合反应装置。该多管式组合反应装置具有结构简单、制作及操作方便、同时效率高、数据误差小，准确度高等优点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种多管式组合反应装置，包括加热炉、加热器、导热棒、至少2个反应管、多通道切换阀，测温仪、温度控制仪和流量分配器，导热棒位于加热炉内部设置的空心区域；加热器位于加热炉内，空心区域外；导热棒内设置有至少2个反应管导入通道以放置反应管，每个反应管的进料口均与流量分配器相连接，每个反应管的出料口均与多通道切换阀相连接，使每个反应管呈并联连接；每个反应管内的测温元件均与测温仪相连；加热炉内的加热器与温度控制仪相连，实现反应管内的温度控制。
上述技术方案中，多管式组合反应装置中导热棒呈圆柱体，空心区域位于加热炉中心，且呈圆筒形，以便与导热棒尺寸相匹配；导热棒内设置的反应管导入通道处还设置了管线连接槽，反应管的数量为2～150个，优选为2～20个。多通道切换阀可通过切换实现在线取样功能。测温元件优选方案为热电偶。
本发明中，加热炉采用一套温度控制系统，这样不仅减少温度控制仪表的数量，节约投资成本，同时，装置集成度高，操作方便。每一反应管内设置热电偶，并通过导线与测温仪相连，这样每一反应管内的准确温度均可实时测量。2到n个反应管并联连接，且每一反应管出口均与多通道切换阀相连，每一反应管进料口均与流量分配器相连。并联连接使得在同一套反应器内，可以同时开展不同的条件实验，尤其对于同时进行不同反应条件的长周期催化剂寿命实验，可以大大提高实验效率，节约劳动时间。流量分配器的使用，保障不同反应管可以采用相同或不同的操作条件。反应管出口设置的多通道切换阀可以实现每一反应管同时或任意时刻在线无干扰取样分析。这对于反应机理研究，工艺条件考察，动力学实验等均具有单管反应器无法具备的优势。导热棒为圆柱形，且导热棒内2到n个反应管导入通道沿圆形分布是为了达到良好的传热效果以及理想的温度分布。导热棒内每一导入通道沿外圆法线方向设置管线连接导槽，其目的在于充分利用加热炉本身热量保障各反应管出口样品输送过程中不冷凝不失真。圆柱形导热棒的设置是为了满足不同反应管数量，不同反应管直径的需要，从而达到灵活多样，通用性强的实验应用目的。本发明中，也可通过将不同反应管放置在加热器中不同恒温区来实现相同或彼此不同温度条件的组合工艺条件实验。
本发明的核心是将不同反应管并联连接，并将每一反应器出口同多通道切换阀相连，从而实现不同反应管出口处反应流出物无干扰在线取样并分析，同时，流量分配器的设置可以确保每一反应管保持相同或不同的实验条件。
本发明中，采用加热炉、加热器、导热棒、至少2个反应管、多通道切换阀，测温仪、温度控制仪和流量分配器，导热棒位于加热炉内部设置的空心区域；加热器位于加热炉内，空心区域外；导热棒内设置有至少2个反应管导入通道以放置反应管，每个反应管的进料口均与流量分配器相连接，每个反应管的出料口均与多通道切换阀相连接，使每个反应管呈并联连接；每个反应管内的测温元件均与测温仪相连；加热炉内的加热器与温度控制仪相连，实现反应管内的温度控制。通过使用该多管式反应装置的技术方案，取得了较好的技术效果。
                              附图说明
附图1为多管式组合反应装置结构示意图。
图1中1为原料入口、2为加热炉、3为加热器、4为导热棒、5为反应管入口、6为测温热电偶、7为反应管、8为催化剂床层、9为产物出口、10为多通道切换阀、11为测温仪、12为温度控制仪、13为流量分配器、14为多通道切换阀控制器。
附图2为导热棒结构示意图。
图2中4为导热棒、15为反应管导入通道、16为管线连接导槽。
过程描述如下：首先通过温度控制仪12设置需要的反应温度，待反应器温度达到实验需要的温度后，将原料送入流量分配器13，经分配后的流量分别进入对应反应管入口(如反应管5)，原料通过反应器入口(如反应管5)进入反应器床层8进行反应，反应流出物经多通道切换阀10取样后，流出反应系统。反应进行期间，通过控制多通道切换阀控制器14控制通道切换阀10实现各反应器出口同时或分时取样分析。
本发明通过多管式组合反应装置技术，不仅可以在一套反应器内同时开展不同工艺条件实验，极大提高科研效率；而且还具有研究功能强、集成度高、系统稳定性好、操作灵活方便、投资成本少以及建造周期短等多方面优点，可广泛应用于石油化工、环境化工、制药等领域。同时具有如下显著优点：(1)具有结构简单、操作方便、运行安全可靠。(2)数据误差小，重复性高；(3)应用范围广。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
                            具体实施方式
【实施例1】
本发明主体由原料入口1、加热炉2、加热器3、导热棒4、反应管入口5、测温热电偶6、反应管7、催化剂床层8、产物出口9、多通道切换阀10、测温仪11、温度控制仪12、流量分配器13、多通道切换阀控制器14、反应管导入通道15和管线连接导槽16组成。导热棒4位于加热炉2内部设置的空心区域；加热器3位于加热炉2内，空心区域外；导热棒4内设置有至少2个反应管导入通道15以放置反应管7，每个反应管的进料口均与流量分配器13相连接，每个反应管的出料口均与多通道切换阀10相连接，使每个反应管呈并联连接；每个反应管内的测温元件均与测温仪11相连；加热炉2内的加热器3与温度控制仪12相连，实现反应管7内的温度控制。
该发明的多管式反应装置制作简单，通用性好，具有极大的市场应用前景。
【实施例2】
按照实施例1所述的多管式组合反应装置、只是反应管为6个反应管。采用1-丁烯进料，以ZSM-5分子筛为催化剂，其硅铝摩尔比SiO2/Al2O3为200，在各反应管反应温度450℃，480℃，500℃，530℃，550℃，580℃，各反应器装填相等催化剂，重量空速均为5小时-1的条件下同时进行催化剂寿命考察，乙烯丙烯收率见表1和表2。
                       表1、不同反应时间乙烯重量收率，％
  反应时间，小时                                  反应温度，℃
  480   530   580   500   450   550
  0.5   7.56   9.56   10.98   8.73   5.32   11.36
  6.5   6.20   8.82   11.50   8.70   6.55   10.66
  10.5   7.24   9.93   11.63   8.74   6.28   10.50
  14.5   6.30   9.00   11.24   8.93   6.21   10.86
  23   7.14   9.69   10.50   8.53   6.16   9.87
  32   5.54   8.10   11.13   7.91   6.30   9.78
  40   6.02   8.49   10.77   7.98   5.74   9.91
  48   5.88   9.40   10.56   7.72   5.82   8.08
  56   6.33   8.84   10.05   7.59   5.51   10.32
  64   5.41   8.38   10.39   7.72   5.05   9.28
  76   5.27   7.62   10.61   5.93   4.44   9.54
  84   6.55   9.63   10.82   6.30   4.47   8.46
  102   5.98   8.79   9.91   5.57   3.90   8.29
  110   6.59   8.70   9.71   5.26   3.48   7.14
  120   5.53   7.80   9.32   4.63   3.39   7.12
  132   5.44   8.74   8.57   3.82   2.69   6.34
  146   3.77   6.93   7.57   3.11   2.22   5.70
  154   4.10   7.94   6.34   2.49   1.82   5.21
  164   4.45   7.35   6.14   1.79   1.47   4.00
  176   4.55   7.87   5.10   1.43   1.06   3.72
  190   5.42   7.85   3.73   0.93   0.76   3.41
  224   4.58   7.31   3.25   0.76   0.62   2.97
                          表2、不同反应时间丙烯重量收率，％
  反应时间，小时                                      反应温度，℃
  480   530   580   500   450   550
  0.5   25.43   24.65   20.87   24.52   22.93   24.54
  6.5   21.66   26.04   22.74   26.51   23.51   26.34
  10.5   23.02   26.33   21.39   25.38   25.15   24.83
  14.5   22.83   24.94   21.81   24.91   25.14   25.18
  23   25.34   27.08   22.48   25.43   24.42   25.13
  32   22.99   25.22   22.45   26.13   24.18   26.09
  40   25.31   26.83   21.67   25.01   24.58   23.02
  48   21.26   23.97   22.50   24.51   25.18   23.20
  56   21.94   25.51   22.13   25.09   24.04   27.07
  64   22.88   24.87   22.57   24.79   23.77   25.43
  76   23.78   25.70   22.72   25.27   23.75   22.48
  84   22.01   26.84   22.77   24.54   24.44   21.93
  102   23.38   26.27   23.23   25.36   23.56   27.18
  110   23.61   25.62   21.77   25.09   23.99   28.13
  120   23.81   27.57   22.90   25.01   23.10   26.02
  132   21.54   25.26   22.54   25.88   23.08   26.44
  146   23.29   25.96   23.86   24.89   23.00   27.52
  154   21.28   25.07   23.39   23.96   22.33   28.42
  164   25.57   27.00   23.34   24.58   23.37   27.36
  176   25.04   28.39   24.34   24.19   22.05   26.09
  190   23.36   23.68   23.88   25.21   22.39   26.26
  224   23.04   25.69   23.81   23.69   21.40   27.35
若采用单管反应器，至少需要六倍的时间才能完成上述实验，多管式组合反应装置极大提高工作效率是显而易见的。

Claims (6)

1、一种多管式组合反应装置，包括加热炉、加热器、导热棒、至少2个反应管、多通道切换阀，测温仪、温度控制仪和流量分配器，导热棒位于加热炉内部设置的空心区域；加热器位于加热炉内，空心区域外；导热棒内设置有至少2个反应管导入通道以放置反应管，每个反应管的进料口均与流量分配器相连接，每个反应管的出料口均与多通道切换阀相连接，使每个反应管呈并联连接；每个反应管内的测温元件均与测温仪相连；加热炉内的加热器与温度控制仪相连，实现反应管内的温度控制。
2、根据权利要求1所述多管式组合反应装置，其特征在于所述多管式反应装置，导热棒呈圆柱体，空心区域位于加热炉中心，且呈圆筒形，以便与导热棒尺寸相匹配；导热棒内设置的反应管导入通道处还设置了管线连接槽。
3、根据权利要求1所述多管式组合反应装置，其特征在于反应管的数量为2～150个。
4、根据权利要求3所述多管式组合管反应器，其特征在于反应管的数量为2～20个。
5、根据权利要求1所述多管式组合反应装置，其特征在于多通道切换阀可通过切换实现在线取样功能。
6、根据权利要求1所述多管式组合反应装置，其特征在于测温元件为热电偶。
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