CN202410624U - 一种圆环式连续进料固定床反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种圆环式连续进料固定床反应器，属催化固定床反应器技术领域。包括上密封接头，反应釜，下密封盘，转盘和转盘电机；反应釜内腔由隔板分隔为多个扇形空间，其上端与上密封接头对接、下端由下密封盘封闭；上密封接头为与反应釜相对应的环柱形密封接头，其上端封闭且对应每个扇形空间位置处设有进气口、下端为与反应釜对接的开口结构，下密封盘与反应釜间相互密封且可转动、其与上密封接头对应的每个扇形空间位置处有出气口；反应釜通过内环孔套固于转盘上，各进气口和排气口分别接相应的供、排气管。可在保持固定床反应器生产稳定、处理量大优势的同时，克服固定床反应器不能连续生产的弊端，实现高效、节能、连续、稳定和大规模生产。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种圆环式连续进料固定床反应器，属于催化固定床反应器技术领域。
背景技术
固定床反应器又称填充床反应器，是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。固体反应物通常呈颗粒状，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。固定床反应器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。与轴向反应器相比，径向反应器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。径向反应器与轴向反应器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，而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。因此，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
本实用新型的目的在于提供一种圆环式连续进料固定床反应器，通过旋转和分隔式结构再生催化剂，实现进料和反应的连续进行。
本实用新型的技术方案是：圆环式连续进料固定床反应器，包括供气管1，上密封接头2，反应釜3，下密封盘4，排气管5，转盘6和转盘电机组成；反应釜3为内腔由隔板7沿径向均匀分隔为多个扇形空间8的圆环柱结构，其上端与上密封接头2对接、下端由下密封盘4封闭；上密封接头2为内腔被分隔为与反应釜3相对应的多个扇形空间的圆环柱形密封接头，其上端封闭且对应每个扇形空间位置处设有进气口1、下端为与反应釜3对接的开口结构，下密封盘4与反应釜3之间相互密封且可转动、其与上密封接头2对应的每个扇形空间位置处设有出气口5；反应釜3通过其中心的内环孔套固于转盘6上，转盘电机输出轴通过普通传动机构（如齿轮变速传动机构）与转盘6的转轴连固。通过电机带动反应釜3旋转，实现扇形空间内催化剂的再生和置换。各进气口分别与相应的供气管1连接，各排气口分别与相应的排气管5连接。
所述上密封接头2与反应釜3之间由石墨10密封，下密封盘4与反应釜3之间通过间隙密封、并辅以密封圈密封
所述反应釜3内腔扇形空间8的数量为4的整数倍（如4个、8个、12个等），上密封接头2内腔扇形空间和进气口的数量、以及下密封盘4上出气口的数量与反应釜3内腔扇形空间8的数量相一致。可根据不同的反应实际需要，具体调整扇形空间8的数量，实现连续、稳定生产。
根据实际需要，还可在反应釜3外设置换热套管，通过流体对反应过程中产生的热量进行换热。
本反应器的转盘电机为普通市售产品，各进气口和排气口通过普通管线连接，管线的材质、尺寸视具体反应实际需要而定。
本实用新型的工作原理是：原料气由第一个进气口，通入装满新鲜催化剂的第一个扇形空间11内（反应区），反应产物由对应的第一个排气口排出收集；当催化剂反应失活后，通过电机和转盘6带动反应釜3旋转一个扇形角度，使失活后的催化剂进入第二个扇形空间12（吹扫区Ⅰ），由第二个进气口通入惰性气体，对催化剂进行置换，惰性气体由对应的第二个出气口排出放空；置换后的催化剂由电机带动反应釜3再转动一个扇形角度，进入第三个扇形空间13（再生区），由第三个进气口通入再生气体，对催化剂进行再生，再生后的尾气由对应的第三个出气口排放；再生后的催化剂由电机带动反应釜3再转动一个扇形角度，进入第四个扇形空间14（吹扫区Ⅱ），由第四个进气口通入惰性气体，对催化剂再次进行置换，惰性气体由对应的第四个出气口排出放空。如此循环，控制好各进气口1的气体流量，反应釜3连续转动，每次转动一个扇形空间（小反应室）的角度，反应釜3内的催化剂颗粒在每个生产周期内都经历“反应-吹扫-再生-吹扫-反应”的过程，从而实现反应的连续进行。
本实用新型具有以下优点：
（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）利用反应釜进行反应，可实现大规模生产；
（3）装置操作简便、易控制、易于普及；
（4）可用于多种催化反应，应用范围广。
附图说明
图1是本实用新型示意图；
图2是本实用新型反应釜断面示意图；
图3是本实用新型单个扇形空间的效果示意图；
图4是本实用新型上密封接头示意图。
图中：1-进气口，2-密封接头，3-反应釜，4-下密封盘，5-排气管，6-转盘，7-隔板，8-扇形空间，9-催化剂床层，10-密封石墨，11-反应区，12-吹扫区Ⅰ，13-再生区，14-吹扫区Ⅱ。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，但所述内容不构成对本实用新型的限制。
实施例1：参见图1-3，本圆环式连续进料固定床反应器，包括供气管1，上密封接头2，反应釜3，下密封盘4，排气管5，转盘6和转盘电机组成；反应釜3为内腔由隔板7沿径向均匀分隔为4个扇形空间8的圆环柱结构，其上端与上密封接头2对接、下端由下密封盘4封闭；上密封接头2为内腔被分隔为与反应釜3相对应的4个扇形空间的圆环柱形密封接头，其上端封闭且对应每个扇形空间位置处设有进气口1、下端为与反应釜3对接的开口结构，下密封盘4与反应釜3之间相互密封且可转动、其与上密封接头2对应的每个扇形空间位置处设有出气口5；反应釜3通过其中心的内环孔套固于转盘6上，转盘电机输出轴通过普通齿轮变速传动机构与转盘6的转轴连固。上密封接头2上的4个进气口分别与相应的4根供气管1连接，密封盘4上的4个排气口分别与相应的4根排气管5连接。上密封接头2与反应釜3之间由石墨10密封，下密封盘4与反应釜3之间通过间隙密封、并辅以密封圈密封。转盘电机采用普通市售电机，各进气口和排气口通过普通钢管连接。
参见图4，本固定床反应器用于甲烷部分氧化连续进料反应。在反应釜3的第一个扇形空间11内（反应区）内装入Ce-Fe复合氧化物作为氧载体，原料气为甲烷。甲烷由进气口1通入装满新鲜氧载体的反应区11内，反应产物合成气由排气口5排出收集。氧载体失活后，由电机带动转盘6旋转，依次进入相邻的扇形区，经历“反应-吹扫-再生-吹扫-反应”的过程，连续进行甲烷部分氧化反应。通过进气口向吹扫区通入N2，置换釜内的气体；通过进气口向吹扫区通入空气再生气，进行晶格氧再生。
实施例2：参见图1-3，本圆环式连续进料固定床反应器的主体结构与实施例1相同。反应釜3内腔被均匀分隔为12个扇形空间；上密封接头2内腔扇形空间和进气口的数量、以及下密封盘4上出气口的数量为与反应釜3对应的12个；上密封接头2上的12个进气口分别与相应的12根供气管1连接，密封盘4上的12个排气口分别与相应的12根排气管5连接。转盘电机采用普通市售电机，各进气口和排气口通过普通铜管连接。反应釜3外还设置有管壳式换热套管，再生区的排气口与换热管进气口连接，反应室进气管经过换热套管，由再生区排出的尾气预热反应原料气。
参见图4，本固定床反应器用于连续进料制备合成气，反应釜3中每4个相邻的扇形空间形成一个从“反应-吹扫-再生-吹扫-反应”的连续反应单元，整个反应釜3共由三个连续反应单元构成。原料气为甲烷，催化剂为Cu-Zn-Al复合催化剂，甲烷由进气口通入装满新鲜氧载体的反应区，反应产物合成气由出气口排出收集；置换气体为N2，再生气为氢气，再生后的N2和氢气由出气口排放。
实施例3：参见图1-3，本圆环式连续进料固定床反应器的主体结构与实施例1相同。反应釜3内腔被均匀分隔为8个扇形空间；上密封接头2内腔扇形空间和进气口的数量、以及下密封盘4上出气口的数量为与反应釜3对应的8个；上密封接头2上的8个进气口分别与相应的8根供气管1连接，密封盘4上的8个排气口分别与相应的8根排气管5连接。转盘电机采用普通市售电机，各进气口和排气口通过普通铝合金管连接。反应釜3外还设置有管壳式换热套管，再生区的排气口与换热管进气口连接，反应室进气管经过换热套管，由再生区排出的尾气预热反应原料气。
参见图4，本固定床反应器用于连续进料制备合成气，反应釜3中每4个相邻的扇形空间形成一个从“反应-吹扫-再生-吹扫-反应”的连续反应单元，整个反应釜3共由两个连续反应单元构成。原料气为甲烷，催化剂为Cu-Zn-Al复合催化剂，甲烷由进气口通入装满新鲜氧载体的反应区，反应产物合成气由出气口排出收集；置换气体为N2，再生气为氢气，再生后的N2和氢气由出气口排放。
Claims (3)
1.一种圆环式连续进料固定床反应器，其特征在于：包括上密封接头（2），反应釜（3），下密封盘（4），转盘（6）和转盘电机组成；反应釜（3）为内腔由隔板（7）沿径向均匀分隔为多个扇形空间（8）的圆环柱结构，其上端与上密封接头（2）对接、下端由下密封盘（4）封闭；上密封接头（2）为内腔被分隔为与反应釜（3）相对应的多个扇形空间的圆环柱形密封接头，其上端封闭且对应每个扇形空间位置处设有进气口、下端为与反应釜（3）对接的开口结构，下密封盘（4）与反应釜（3）之间相互密封且可转动、其与上密封接头（2）对应的每个扇形空间位置处设有出气口；反应釜（3）通过其中心的内环孔套固于转盘（6）上，转盘电机输出轴通过传动机构与转盘（6）的转轴连固，各进气口分别与相应的供气管（1）连接，各排气口分别与相应的排气管（5）连接。
2.根据权利要求1所述的圆环式连续进料固定床反应器，其特征在于：上密封接头（2）与反应釜（3）之间由石墨（10）密封，下密封盘（4）与反应釜（3）之间通过间隙密封、并辅以密封圈密封。
3.根据权利要求1所述的圆环式连续进料固定床反应器，其特征在于：反应釜（3）内腔扇形空间（8）的数量为4的整数倍，上密封接头（2）内腔扇形空间和进气口的数量、以及下密封盘（4）上出气口的数量与反应釜（3）内腔扇形空间（8）的数量相一致。
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