CN219482592U - 一种基于电加热块体催化剂层的固定床反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于催化化工技术领域，具体涉及一种基于电加热块体催化剂层的固定床反应器，包括块体催化剂层、固定床反应器和密封空腔；所述固定床反应器竖向穿设在密封空腔的中间，所述块体催化剂层位于密封空腔的内部并且横向穿设在固定床反应器的中间。本实用新型提高了能源的利用效率；有利于对催化剂温度的实时精确控制，有利于提高反应效率；本实用新型无粉尘污染，更环保，并且有利于催化剂层结构的定制化设计；本实用新型降低了设备维护的时间成本。

Description

一种基于电加热块体催化剂层的固定床反应器

技术领域

本实用新型属于催化化工技术领域，具体涉及一种基于电加热块体催化剂层的固定床反应器。

背景技术

催化反应是化学工业的支柱和基础，也是解决能源与化工可持续发展问题的关键，广泛应用于化石燃料的清洁且高效转化、温室气体减排与二氧化碳高效利用等一系列重要领域。基于催化反应的催化反应工程，旨在通过解决反应容器、工艺流程等工程问题，实现催化技术的规模化应用。其中，催化反应器的优化设计能提高催化反应效率、降低能量耗及减少排废，从而提升催化反应工程的整体经济效益和环境效益。工业上广泛使用的催化反应器主要包括固定床反应器和流化床反应器。相比于流化床反应器，固定床反应器具有催化剂磨损小、反应速率快、反应选择性和转化率高等优点，广泛应用于各种石油化工催化反应。然而，其存在催化剂利用率低、压力损失大、温度分布不均等缺点。薄层固定床反应器通过减小催化剂层的厚度，极大地降低了压力损失、一定程度上提高了温度的均匀性。目前薄层固定床反应器普遍采用外部传热加热的方式，实现温度的控制。

中国专利CN107213853A公开了一种实验室多段绝热固定床反应器，筒体内由上到下依次为预热段、第一催化剂层，物料入口设在筒体顶部，物料出口设在筒体底部，筒体外面设有电加热层，控温系统与设在电加热层内的测温管连接，设在第一催化剂层内部的测温管与温控系统连接，筒体上至少设置2个催化剂床层和1个气体混合段，第一催化剂层以下按照气体混合段、催化剂层顺序依次排列设置，支撑架和支撑筛板设在气体混合段内，第一催化剂床层底部设有支撑筛板，支撑筛板下面设有支撑架，支撑架下面设有下催化剂床层，设在气体混合段和下层催化剂层共用的电加热层与第一催化床层筒体外面的电加热层相互独立，相互独立的电加热层分别通过各自的控温系统、测温系统控制。

由于外部加热的加热过程中腔体的散热作用，能耗较高。此外，由于材料存在传热热阻的本征特性，使得催化剂层内部仍然存在温度梯度，难以实现催化反应的高选择性和高转化率。

实用新型内容

基于背景技术中存在的技术问题，本实用新型提供一种基于电加热块体催化剂层的固定床反应器，本实用新型提高了能源的利用效率；有利于对催化剂温度的实时精确控制，提高了块体催化剂层的温度均匀性，有利于提高反应效率；本实用新型无粉尘污染，更环保，并且有利于催化剂层结构的定制化设计；本实用新型降低了设备维护的时间成本。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于电加热块体催化剂层的固定床反应器，包括块体催化剂层、固定床反应器和密封空腔；所述固定床反应器竖向穿设在密封空腔的中间，所述块体催化剂层位于密封空腔的内部并且横向穿设在固定床反应器的中间；所述块体催化剂层的两端均上下对称设有电极板，所述电极板与接线柱连接；位于所述电极板左端的接线柱与火线相连，位于所述电极板右端的接线柱与零线相连；所述火线和零线穿过所述密封空腔并且伸向密封空腔的外部。

优选的，所述密封空腔包括上密封空腔、中密封空腔和下密封空腔，所述上密封空腔、中密封空腔和下密封空腔从上至下通过相接边依次相接；所述接线柱穿过所述相接边。

更优选的，所述接线柱与相接边的连接处设有绝缘密封环。

更优选的，所述电极板的外部包裹有绝缘耐火砖，所述绝缘耐火砖位于中密封空腔的内部。

更优选的，所述绝缘耐火砖的外部包裹有耐火隔热棉，所述耐火隔热棉位于中密封空腔的内部。

优选的，所述密封空腔的侧面设有循环水冷装置。

优选的，所述固定床反应器的顶部设有进气口，固定床反应器的底部设有出气口。

优选的，位于所述密封空腔外部的所述固定床反应器的侧壁上下对称设有结合板，所述固定床反应器的顶部和底部通过结合板与固定床反应器的中部进行连接。

优选的，所述块体催化剂层具有多孔结构，选自导电碳基材料、金属基材料中的一种或多种。

更优选的，所述导电碳基材料选自碳纸、碳布、碳化木板、蜂窝石墨块中的一种或多种；所述金属基材料选自泡沫铜、泡沫镍、铂颗粒、二氧化钌中的一种或多种。

更优选的，所述块体催化剂层为网格结构，可实现气体的流通。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

(1)本实用新型对块体催化剂层进行电加热实现块体催化剂层自发热，避免了现有技术传热加热过程中的热量损耗，提高了能源的利用效率；同时电加热过程控制简单、精确度高且温度响应速度快，十分有利于对催化剂温度的实时精确控制；而且，均匀的自发热作用有效避免了传热热阻产生的温度梯度，提高了块体催化剂层的温度均匀性；最后，块体催化剂层可加热至较高温度，极大加快了反应的动力学过程，有利于提高反应效率，进而实现高通量化工反应。

(2)本实用新型块体催化剂层采用块体材料，相对于传统粉末催化剂，本实用新型块体催化剂层装载和更换更便捷，并且无粉尘污染，更环保；同时块体材料具有宏观和微观结构可加工的特点，有利于催化剂层结构的定制化设计，从而提高气体通量、反应均匀性、选择性等各项性能指标。

(3)本实用新型设备结构简单，可复制性强；并且块体催化剂层独立模块化设计，方便维护和更换，极大降低了设备维护的时间成本，有利于生产效率的提高。

(4)本实用新型密封空腔的设计能有效隔热，使装置零部件避免受到高温损坏，同时密封性强，避免触电风险。

附图说明

图1为本实用新型一种基于电加热块体催化剂层的固定床反应器结构示意图。

附图标记如下：100、块体催化剂层；200、电极板；210、接线柱；220、火线；230、零线；300、绝缘耐火砖；400、耐火隔热棉；500、密封空腔；510、上密封空腔；520、下密封空腔；530、中密封空腔；540、相接边；600、循环水冷装置；700、固定床反应器；710、进气口；720、出气口；730、结合板；800、绝缘密封环。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合实施例，对本实用新型作进一步的详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

一种基于电加热块体催化剂层的固定床反应器，包括块体催化剂层100、固定床反应器700和密封空腔500；所述固定床反应器700竖向穿设在密封空腔500的中间，所述块体催化剂层100位于密封空腔500的内部并且横向穿设在固定床反应器700的中间；所述块体催化剂层100的两端均上下对称设有电极板200，所述电极板200与接线柱210连接；位于所述电极板200左端的接线柱210与火线220相连，位于所述电极板200右端的接线柱210与零线230相连；所述火线220和零线230穿过所述密封空腔500并且伸向密封空腔500的外部。通过将零线230和火线220与电源进行连接，然后零线230和火线220通过接线柱210与电极板200与块体催化剂层100进行连接，从而实现对块体催化剂层100进行电加热，块体催化剂层100在经过电加热后实现自发热，均匀的自发热作用有效避免了传热热阻产生的温度梯度，提高了块体催化剂层100的温度均匀性，并且避免了现有技术传热加热过程中的热量损耗，提高了能源的利用效率。

在本实施例中，所述密封空腔500包括上密封空腔510、中密封空腔530和下密封空腔520，所述上密封空腔510、中密封空腔530和下密封空腔520从上至下通过相接边540依次相接；所述接线柱210穿过所述相接边540。通过上密封空腔510和下密封空腔520的设定使接线柱210和零线230、火线220的连接位置得到保护，防止连接位置受到高温损坏。所述密封空腔500呈环形，与固定床反应器700隔离，防止固定床反应器700内气体泄露。

在本实施例中，所述接线柱210与相接边540的连接处设有绝缘密封环800。绝缘密封环800使接线柱210不会将电传到密封空腔500上，使装置漏电进而造成安全隐患。

在本实施例中，所述电极板200的外部包裹有绝缘耐火砖300，所述绝缘耐火砖300位于中密封空腔530的内部。绝缘耐火砖300对电极板200进行绝缘和保温，使装置既不漏电、保证安全的同时又能够在高温下持久使用。

在本实施例中，所述绝缘耐火砖300的外部包裹有耐火隔热棉400，所述耐火隔热棉400位于中密封空腔530的内部。耐火隔热棉400使热量不外散，提升了热量的利用，减少了热量损耗。

在本实施例中，所述密封空腔500的侧面设有循环水冷装置600。逃逸出来的热量被循环水冷装置600吸收，使反应器外部整体热量不过高，从而造成安全隐患。

在本实施例中，所述固定床反应器700的顶部设有进气口710，固定床反应器700的底部设有出气口720。反应气体从进气口710进入反应器进行反应，反应后的产物从出气口720出来。

在本实施例中，位于所述密封空腔500外部的所述固定床反应器700的侧壁上下对称设有结合板730，所述固定床反应器700的顶部和底部通过结合板730与固定床反应器700的中部进行连接。结合板730的结构方便装置进行拆卸和维护，使装置结构更加灵活。

在本实施例中，所述块体催化剂层100为具有多孔结构，选自导电碳基材料、金属基材料中的一种或多种。所述导电碳基材料选自碳纸、碳布、碳化木板、蜂窝石墨块中的一种或多种；所述金属基材料选自泡沫铜、泡沫镍、铂颗粒、二氧化钌中的一种或多种。相对于传统粉末催化剂，本实用新型块体催化剂层100装载和更换更便捷，并且无粉尘污染，更环保；同时块体材料具有宏观和微观结构可加工的特点，有利于催化剂层结构的定制化设计，从而提高气体通量、反应均匀性、选择性等各项性能指标。

在本实施例中，具体运用过程中，可以根据需要使多个固定床反应器串联在一起。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于电加热块体催化剂层的固定床反应器，其特征在于，包括块体催化剂层(100)、固定床反应器(700)和密封空腔(500)；所述固定床反应器(700)竖向穿设在密封空腔(500)的中间，所述块体催化剂层(100)位于密封空腔(500)的内部并且横向穿设在固定床反应器(700)的中间；所述块体催化剂层(100)的两端均上下对称设有电极板(200)，所述电极板(200)与接线柱(210)连接；位于所述电极板(200)左端的接线柱(210)与火线(220)相连，位于所述电极板(200)右端的接线柱(210)与零线(230)相连；所述火线(220)和零线(230)穿过所述密封空腔(500)并且伸向密封空腔(500)的外部。

2.根据权利要求1所述一种基于电加热块体催化剂层的固定床反应器，其特征在于，所述密封空腔(500)包括上密封空腔(510)、中密封空腔(530)和下密封空腔(520)，所述上密封空腔(510)、中密封空腔(530)和下密封空腔(520)从上至下通过相接边(540)依次相接；所述接线柱(210)穿过所述相接边(540)。

3.根据权利要求2所述一种基于电加热块体催化剂层的固定床反应器，其特征在于，所述接线柱(210)与相接边(540)的连接处设有绝缘密封环(800)。

4.根据权利要求2所述一种基于电加热块体催化剂层的固定床反应器，其特征在于，所述电极板(200)的外部包裹有绝缘耐火砖(300)，所述绝缘耐火砖(300)位于中密封空腔(530)的内部。

5.根据权利要求4所述一种基于电加热块体催化剂层的固定床反应器，其特征在于，所述绝缘耐火砖(300)的外部包裹有耐火隔热棉(400)，所述耐火隔热棉(400)位于中密封空腔(530)的内部。

6.根据权利要求1所述一种基于电加热块体催化剂层的固定床反应器，其特征在于，所述密封空腔(500)的侧面设有循环水冷装置(600)。

7.根据权利要求1所述一种基于电加热块体催化剂层的固定床反应器，其特征在于，所述固定床反应器(700)的顶部设有进气口(710)，固定床反应器(700)的底部设有出气口(720)。

8.根据权利要求1所述一种基于电加热块体催化剂层的固定床反应器，其特征在于，位于所述密封空腔(500)外部的所述固定床反应器(700)的侧壁上下对称设有结合板(730)，所述固定床反应器(700)的顶部和底部通过结合板(730)与固定床反应器(700)的中部进行连接。

9.根据权利要求1所述一种基于电加热块体催化剂层的固定床反应器，其特征在于，所述块体催化剂层(100)为多孔结构或者网格结构。