CN216321804U - 一种用于碳纳米管生产的多层结构固定床反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于碳纳米管生产的多层结构固定床反应器，包括不锈钢外壳、石英槽，所述不锈钢外壳、石英槽主体呈圆柱状并且沿轴向中空，所述石英槽设置在不锈钢外壳中，多个所述不锈钢外壳叠加，上方的所述不锈钢外壳的底面与下方的不锈钢外壳的顶面将宽边、耐热弹性垫圈夹住，所述耐热弹性垫圈位于宽边的外圈，最下方的所述不锈钢外壳的底面设置有进气口，最上方的所述不锈钢外壳的顶面设置有出气口，所述石英槽的底部为多孔结构的砂芯板，所述不锈钢外壳内壁设置一圈加热层，所述加热层包括轴向对称的多根加热管及填充其间的莫来石保温砖。以解决现有技术存在的原料气碳氢化合物的利用率低，碳纳米管产率低的问题。

Description

一种用于碳纳米管生产的多层结构固定床反应器

技术领域

本实用新型涉及甲烷催化技术领域，具体地说涉及一种用于碳纳米管生产的多层结构固定床反应器。

背景技术

碳纳米管生产主要原料是天然气、乙烯等含碳气体，主要生产方法有固定床和流化床。其中固定床结构简单、操作维修方便，对催化剂的机械磨损小。现有技术中的固定床多为单层结构，对原料气的利用率低；在发明专利CN106917163A中提到一种多层结构，但该反应器各层是通过放置不同数量的样品槽实现，每一层都有通路，这导致大量的原料气经通路直接排走，并未与催化剂充分接触。另外，凹槽式的催化剂样品槽在实际反应中由于生成的氢气扩散方向与原料气扩散方向相反，致使氢气无法顺利的从样品槽中逸出，从而导致因产物气过多而使得反应平衡向左移动。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于碳纳米管生产的多层结构固定床反应器，以解决现有技术存在的原料气碳氢化合物的利用率低，碳纳米管产率低的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于碳纳米管生产的多层结构固定床反应器，包括不锈钢外壳、石英槽，所述不锈钢外壳、石英槽主体呈圆柱状并且沿轴向中空，所述石英槽设置在不锈钢外壳中，所述石英槽的顶部为外径大于不锈钢外壳内径的宽边，多个所述不锈钢外壳叠加，上方的所述不锈钢外壳的底面与下方的不锈钢外壳的顶面将宽边、耐热弹性垫圈夹住，所述耐热弹性垫圈位于宽边的外圈，最下方的所述不锈钢外壳的底面设置有进气口，最上方的所述不锈钢外壳的顶面设置有出气口，所述石英槽的底部为多孔结构的砂芯板，所述不锈钢外壳内壁设置一圈加热层，所述加热层包括轴向对称的多根加热管及填充其间的莫来石保温砖。

所述石英槽的宽边、不锈钢外壳底面、不锈钢外壳顶面上配合开设有凹槽，所述耐热弹性垫圈置于凹槽中。

所述不锈钢外壳之间通过法兰结构实现层间锁紧。

所述反应器的加热方式为外热式。

所述不锈钢外壳上开设有透明视窗。

所述反应器中通入的原料气为甲烷，所述石英槽中放置的催化剂为Cu-Ni/SiO₂。

本实用新型带来的有益效果：本实用新型的用于碳纳米管生产的多层结构固定床反应器，提高原料气的利用率，减少生产成本，多层反应结构也有助于提高生产效率，同时该反应器设计合理，装配简便，实用性强。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例的用于碳纳米管生产的多层结构固定床反应器的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的用于碳纳米管生产的多层结构固定床反应器的示意图；

其中，1-进气口、2-不锈钢外壳、3-石英槽、4-砂芯板、5-加热管、6-法兰结构、7-宽边、8-耐热弹性垫圈、9-透明视窗、10-出气口。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合具体实施例，对本实用新型作进一步地详细说明。

如图1-2所示，本实用新型实施提供了一种用于碳纳米管生产的多层结构固定床反应器，包括不锈钢外壳2、石英槽3，所述不锈钢外壳2、石英槽3主体呈圆柱状并且沿轴向中空，所述石英槽3设置在不锈钢外壳2中，所述石英槽3的顶部为外径大于不锈钢外壳2内径的宽边7，三个所述不锈钢外壳2叠加，上方的所述不锈钢外壳2的底面与下方的不锈钢外壳2的顶面将宽边7、耐热弹性垫圈8夹住，所述耐热弹性垫圈8位于宽边7的外圈，最下方的所述不锈钢外壳2的底面安装有底板，底板上设置有进气口1，最上方的所述不锈钢外壳2的顶面安装有顶板，顶板上设置有出气口10，所述石英槽3的底部为多孔结构的砂芯板4，所述不锈钢外壳2内壁设置一圈加热层，所述加热层包括轴向对称的多根加热管5及填充其间的莫来石保温砖。

进一步的，所述石英槽3的宽边7、不锈钢外壳2底面、不锈钢外壳2顶面上配合开设有凹槽，所述耐热弹性垫圈8置于凹槽中。

进一步的，所述不锈钢外壳2之间通过法兰结构6实现层间锁紧。

进一步的，所述反应器的加热方式为外热式。

进一步的，所述不锈钢外壳2上开设有透明视窗9。

石英槽3高度为h，内径为b。不锈钢外壳2高度控制在略大于2h，这样石英槽3底部的砂芯板4位于不锈钢外壳2中部，更利于反应区温度控制；石英槽3的高度h与内径b比值应控制在合适范围，若h与b比值过大也就是石英槽3较长时，石英槽3装卸不便，且催化剂不能很好地铺开，不利于催化剂与原料气充分接触，若h与b比值过小时，石英槽3较短，没有足够的反应区域，产物碳生长空间不足。

进一步的，所述石英槽3内径b与高度h的比值为2：3，石英槽3底部的底部的砂芯板4位于不锈钢外壳2的3/8处，整个反应周期中，石英槽3中的催化剂床层始终处于加热管5中段，反应温度稳定，反应器的层数为三层，这样对原料气高效利用的同时也达到了不浪费催化剂的目的。以甲烷为原料气，以Cu-Ni/SiO₂为催化剂。将原料气以400ml/min的流速通入反应器，与催化剂接触进行甲烷裂解反应，控制反应区温度为600℃，甲烷初始转化率为72％，反应18小时候甲烷转化率开始下降，反应36h后转化率低于20％，终止反应。

在反应过程中，原料气从反应器底部进气口1通入反应器，自下而上逐层通过时与每层放置的催化剂接触，使催化剂经历还原、积碳反应。

本实用新型设计的多层结构固定床反应器层数不固定，可根据实际需求决定，但层数不宜过多，当层数过多时反应器过高时操作不便，且反应中随着层数的增加，进入该层的气体中原料气与产物气比值下降严重，使得上层催化剂没有达到合理利用而浪费。

本实用新型的反应器在反应过程中原料气从底部进入，从且只能从放置催化剂的砂芯板4通过，自下而上逐层通过反应器。这样的设计一方面从下而上的气流使得催化剂颗粒间的空隙增大，从而使得原料气能更充分地与催化剂接触，从而提高原料气的转化率；另一方面多层结构可以对原料气多次利用从而提高原料气的利用率；最后同时多层进行催化裂解可提高生产效率。

综上所述，本实用新型的用于碳纳米管生产的多层结构固定床反应器，提高原料气的利用率，减少生产成本，多层反应结构也有助于提高生产效率，同时该反应器设计合理，装配简便，实用性强。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种用于碳纳米管生产的多层结构固定床反应器，其特征在于：包括不锈钢外壳(2)、石英槽(3)，所述不锈钢外壳(2)、石英槽(3)主体呈圆柱状并且沿轴向中空，所述石英槽(3)设置在不锈钢外壳(2)中，所述石英槽(3)的顶部为外径大于不锈钢外壳(2)内径的宽边(7)，多个所述不锈钢外壳(2)叠加，上方的所述不锈钢外壳(2)的底面与下方的不锈钢外壳(2)的顶面将宽边(7)、耐热弹性垫圈(8)夹住，所述耐热弹性垫圈(8)位于宽边(7)的外圈，最下方的所述不锈钢外壳(2)的底面设置有进气口(1)，最上方的所述不锈钢外壳(2)的顶面设置有出气口(10)，所述石英槽(3)的底部为多孔结构的砂芯板(4)，所述不锈钢外壳(2)内壁设置一圈加热层，所述加热层包括轴向对称的多根加热管(5)及填充其间的莫来石保温砖。

2.如权利要求1所述用于碳纳米管生产的多层结构固定床反应器，其特征在于，所述石英槽(3)的宽边(7)、不锈钢外壳(2)底面、不锈钢外壳(2)顶面上配合开设有凹槽，所述耐热弹性垫圈(8)置于凹槽中。

3.如权利要求1所述用于碳纳米管生产的多层结构固定床反应器，其特征在于，所述不锈钢外壳(2)之间通过法兰结构(6)实现层间锁紧。

4.如权利要求1所述用于碳纳米管生产的多层结构固定床反应器，其特征在于，所述反应器的加热方式为外热式。

5.如权利要求1所述用于碳纳米管生产的多层结构固定床反应器，其特征在于，所述不锈钢外壳(2)上开设有透明视窗(9)。

6.如权利要求1所述用于碳纳米管生产的多层结构固定床反应器，其特征在于，所述反应器中通入的原料气为甲烷，所述石英槽(3)中放置的催化剂为Cu-Ni/SiO₂。

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