CN220143351U - 一种基于电磁感应的反应装置 - Google Patents
一种基于电磁感应的反应装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN220143351U CN220143351U CN202320183883.9U CN202320183883U CN220143351U CN 220143351 U CN220143351 U CN 220143351U CN 202320183883 U CN202320183883 U CN 202320183883U CN 220143351 U CN220143351 U CN 220143351U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- reaction
- temperature
- reaction chamber
- induction
- electromagnetic induction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 83
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 title claims abstract description 31
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 32
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 21
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 23
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 3
- WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N alstonine Natural products C1=CC2=C3C=CC=CC3=NC2=C2N1C[C@H]1[C@H](C)OC=C(C(=O)OC)[C@H]1C2 WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N 0.000 claims description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 33
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 15
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 12
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 7
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 7
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 238000001819 mass spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
本实用新型属于反应装置领域，尤其涉及一种基于电磁感应的反应装置，反应装置包括反应室，所述反应室内设置有反应床，所述反应床上装填有铁磁性催化剂，所述铁磁性催化剂被通有交变电流的感应线圈所围绕，所述铁磁性催化剂通过所述感应线圈产生的交变磁场而感应加热至进行化学反应的温度；所述反应装置还包括温度控制器和温度感应器，所述温度感应器、感应线圈与温度控制器连接，所述中空圆筒反应室内设置有温度感应器，所述温度感应器用于监测反应室内反应床的温度并反馈至温度控制器。反应装置，能够提高催化反应效率，降低能耗。
Description
技术领域
本实用新型属于反应装置领域，尤其涉及一种基于电磁感应的反应装置，具体涉及一种可自动控温、磁场强度可调节的催化反应装置和化学吸附表征装置。
背景技术
催化反应是现代化工的基础。现阶段，工业催化是通过加热模式驱动化学反应在催化材料上进行。传统热催化反应主要利用燃料直接燃烧放热或电加热的方式对反应底物或催化剂床层进行加热。然而，传统加热模式是基于热传递的模式，能量由高温区向低温区传递，升温过程存在先后顺序，并且为了避免热能流失需要使用大量的保温材料，以使反应系统尽快升温至设定值，但是，现有的加热方式不仅能耗较高，效率较低，而且存在温度不均匀等缺陷。
目前，随着催化材料的配方改进和制备水平的提高，所需的反应温度有了大幅降低，但是传统加热模式受传热效率、升降温速率等条件的限制，难以满足低碳经济的发展需求。为此，引入新型的加热技术是提高热催化反应效率、降低反应能耗过程中亟待解决的关键问题。
实用新型内容
为了改善现有技术的不足，本实用新型提供一种基于电磁感应的反应装置，能够提高催化反应效率，降低能耗。
第一方面，本实用新型提供一种基于电磁感应的反应装置，包括反应室，所述反应室内设置有反应床，所述反应床上装填有铁磁性催化剂，所述铁磁性催化剂被通有交变电流的感应线圈所围绕，所述铁磁性催化剂通过所述感应线圈产生的交变磁场而感应加热至进行化学反应的温度；
所述反应装置还包括温度控制器和温度感应器，所述温度感应器、感应线圈与温度控制器连接，所述中空圆筒反应室内设置有温度感应器，所述温度感应器用于监测反应室内反应床的温度并反馈至温度控制器。
根据本实用新型的实施方案，所述反应装置还包括电源和电磁发生器，所述电源、温度控制器均与电磁发生器连接。
根据本实用新型的实施方案，所述反应装置还包括继电器，所述电磁发生器通过继电器与电源、温度控制器连接。
根据本实用新型的实施方案，所述铁磁性催化剂可以直接为具有催化性质的铁磁性材料，也可以是铁磁性材料与催化活性材料复合而成，例如为金属铁棉。
根据本实用新型的实施方案，所述反应床外壁为不可渗透气体的绝缘材料，气体能够径向流动穿过所述反应床。
根据本实用新型的实施方案，所述反应床断面呈环形中空圆筒状。
根据本实用新型的实施方案，所述感应线圈沿长度方向均匀分布。
根据本实用新型的实施方案，所述感应线圈由螺旋金属管组成，所述感应线圈横过中空反应室内的整个床层。
根据本实用新型的实施方案，所述反应室为催化反应室或吸附反应室。
根据本实用新型的实施方案，所述催化反应室为中空圆筒结构，所述催化反应室内设置有反应床，所述反应床上设置有铁磁性催化剂，所述铁磁性催化剂具有如上所述的定义。
根据本实用新型的实施方案，所述催化反应室包括至少一个气体反应物入口和至少一个产物出口，分别将气体反应物送入和将产物导出催化反应室。
根据本实用新型的实施方案，所述吸附反应室包括吸附腔，所述吸附腔内设置有吸附室，所述吸附室(即反应床)例如为U形管状结构、直线管状结构或蛇形管状结构，所述吸附室内设置有铁磁性催化剂，所述铁磁性催化剂具有如上所述的定义。
根据本实用新型的实施方案，所述吸附腔包括至少一个气体入口和至少一个气体出口，分别将气体反应物送入和将产物导出吸附腔。
根据本实用新型的实施方案，所述电源用于提供4V-100V的直流电压，例如所述直流电压为4V、8V、12V、24V、32V、40V中的任意值，或任意两点值构成的范围值中的任意点值。
根据本实用新型的实施方案，不同的直流电压驱动电磁发生器产生不同强度的高频交流电，从而可以产生瞬时强度为8mT-100mT的交变磁场。
根据本实用新型的实施方案，所述继电器为DC-DC和/或AC-DC，通过继电器的开/断，控制电源与电磁发生器的连接，进而完成电磁感应发生模块的自动开关操作。
优选地，所述的继电器耐受直流电电流强度范围为5-100A，例如为5A、10A、20A、30A、40A、100A中的任意值，或任意两点值构成的范围值中的任意点值。
根据本实用新型的实施方案，所述的电磁发生器的工作电压为4V-100V，例如为4V、8V、12V、24V、32V、40V中的任意值，或任意两点值构成的范围值中的任意点值。
根据本实用新型的实施方案，所述温度感应器选用热电偶或红外探头检测，所述温度感应器检测的温度范围为0-1000摄氏度。
优选地，所述温热电偶为K型热电偶或E型热电偶。
本实用新型在使用时，当反应室为催化反应室时，将电源的输入电压设置为所需值后，在控温仪上设定目标温度和升温时间后，铁磁性催化剂在交变磁场中发生感应发热现象，升温情况由温度感应器监测并反馈到温度控制器，温度控制器通过控制继电器完成电路的开闭合，从而实现铁磁性催化剂的程序升温，反应气体经过催化床层后，由后端排出，通过色谱、质谱等检测器对气体组分进行分析，进而测试铁磁性催化剂的催化活性。
当反应室为吸附反应室时，利用化学吸附原有的气路设计，完成配气、阀切动作和气体检测，将电源的输入电压设置为所需值后，在控温仪上设定目标温度和升温时间后，铁磁性催化剂在交变磁场中发生感应发热现象，升温情况由温度感应器监测并反馈到温度控制器，温度控制器通过控制继电器完成电路的开闭合，从而实现铁磁性催化剂的程序升温，利用时间-温度和时间-检测信号之间的关系，将温度与检测信号关联起来，完成程序升温还原(TPR)和程序升温脱附(TPD)等化学吸附表征。
电磁感应技术是一种新型且普及的加热技术，其工作原理是基于高频交变电磁场使铁磁性导体内部产生感应电涡流，从而使材料整体式发热，该加热技术能够将电能转化为电磁能，并精准地输送到铁磁性材料上，具有能效高、升温速率快等优点，事实上，家用电磁炉其工作原理也是基于电磁感应发热技术，现阶段，电磁感应加热技术在催化反应研究领域的报道相对较少，其受限因素主要是缺乏可以有效控制磁场强度和升温速率的反应装置，并且，现有的结构表征手段，如化学吸附表征，均是基于电阻炉加热模式，缺乏以电磁感应为热源的催化剂结构表征设备。
有益效果
本实用新型中通过电磁感应的方式对反应室进行加热，将电源的输入电压设置为所需值后，在控温仪上设定目标温度和升温时间后，铁磁性催化剂在交变磁场中发生感应发热现象，升温情况由温度感应器监测并反馈到温度控制器，温度控制器通过控制继电器完成电路的开闭合，从而实现铁磁性催化剂的程序升温，能够快速且均匀的升温、降温，同时，发热效率较高，能耗较低。
附图说明
图1为本实用新型中电磁感应技术驱动催化反应装置的设计原理图。
图2为本实用新型实施例1中电磁感应技术驱动催化反应装置的结构示意图。
图3为本实用新型实施例1中电磁感应技术驱动甲烷干重整的实验结果。
图4为本实用新型实施例2中电磁感应技术驱动化学吸附表征设备的结构示意图。
图5为本实用新型实施例2中电磁感应驱动程序升温还原的实验结果(TCD信号和温度监测结果)。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本实用新型的装置做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本实用新型，而不应被解释为对本实用新型保护范围的限制。凡基于本实用新型上述内容所实现的技术均涵盖在本实用新型旨在保护的范围内。
实施例1
参见图2所示，一种基于电磁感应技术的催化反应装置，包括反应器(石英反应管)，电磁发生器、继电器、直流电源、热电偶和温控仪，电磁发生器通过继电器与电源连接，电磁发生器通过继电器与控温仪连接，热电偶与控温仪连接。
反应器内设置有反应床，反应床上设置有铁磁性催化剂，反应器的外部设置有电磁线圈，电磁线圈通过电磁发生器、继电器与直流电源连接，反应器的一端设置有原料气入口，另一端设置有反应气体出口，热电偶的一端插入反应器内，位于铁磁性催化剂所在区域，另一端与控温仪电连接。
以金属铁棉作为铁磁性催化材料，将200mg铁棉置于石英反应管内，两端接上气体连通管并插入热电偶，使热电偶与催化剂床层接触，将整个反应管置于铜质线圈中央，将直流电源的电压设定为24V，将控温仪的初始温度设定为30℃，最终温度设定为500℃，升温时间设定为47分钟，即升温速率为10℃/min。启动加热，线圈中心的瞬时磁场强度为24mT，催化剂的温度按照预设温度逐渐升高，反应气体为8％ CH4/8％ CO2/Ar的混合气，反应后的气体通过色谱进行检测，参见图3所示的色谱，可以看出，在电磁感应驱动下，甲烷干重整产生大量的H2和CO，证明了电磁感应驱动催化反应进行的可行性。
实施例2
参见图4所示，将具有U形管的化学吸附仪中的加热炉替换为电磁发生器、继电器、直流电源、热电偶，电磁发生器通过继电器与电源连接，电磁发生器通过继电器与控温仪连接，热电偶与控温仪连接。
U形管内填装有200mg金属铁棉作为待测样品，U形管的外部设置有电磁线圈，电磁线圈通过电磁发生器、继电器与直流电源连接，U形管的一端设置有原料气入口，另一端设置有反应气体出口，热电偶的一端插入U形管内，位于催化剂所在区域，另一端与控温仪电连接。
以金属铁棉作为铁磁性催化材料的代表，并以图2和图4中的反应装置为例。将200mg金属铁棉置于U形管内，两端接上气体连通管并插入热电偶，使热电偶与催化剂床层接触。将整个U形管置于铜质线圈中央，将直流电源的电压设定为24V，将控温仪的初始温度设定为30℃，最终温度设定为500℃，升温时间设定为47分钟，即升温速率为10℃/min。启动加热，线圈中心的瞬时磁场强度为24mT，催化剂的温度按照预设温度逐渐升高。
反应气体为5％ H2/Ar的混合气，通过将化学吸附仪原有的管路切入U形管中，反应后的气体通过化学吸附仪中的热导检测器进行检测，将时间-温度和时间-检测信号，通过时间将温度-检测信号关联起来，形成H2-TPR图谱，如图5所示，可以看出材料在电磁感应的加热作用下发生程序还原反应，并通过TCD获得最终的信号结果。
以上通过实施例对本实用新型的具体实施方式进行了示例性的说明。但是，本实用新型的保护范围不拘囿于上述示例性的实施方式。凡在本实用新型的精神和原则之内，本领域技术人员所作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于电磁感应的反应装置，包括反应室，其特征在于，所述反应室内设置有反应床，所述反应床上装填有铁磁性催化剂，所述铁磁性催化剂被通有交变电流的感应线圈所围绕，所述铁磁性催化剂通过所述感应线圈产生的交变磁场而感应加热至进行化学反应的温度；
所述反应装置还包括温度控制器和温度感应器，所述温度感应器、感应线圈与温度控制器连接，所述反应室内设置有温度感应器，所述温度感应器用于监测反应室内反应床的温度并反馈至温度控制器。
2.根据权利要求1所述的基于电磁感应的反应装置，其特征在于，所述反应装置还包括电源和电磁发生器，所述电源、温度控制器均与电磁发生器连接，所述反应装置还包括继电器，所述电磁发生器通过继电器与电源、温度控制器连接。
3.根据权利要求1所述的基于电磁感应的反应装置，其特征在于，所述反应床断面呈环形中空圆筒状。
4.根据权利要求1所述的基于电磁感应的反应装置，其特征在于，所述感应线圈沿长度方向均匀分布，所述感应线圈由螺旋金属管组成，所述感应线圈横过整个反应床。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的基于电磁感应的反应装置，其特征在于，所述反应室为催化反应室或吸附反应室。
6.根据权利要求5所述的基于电磁感应的反应装置，其特征在于，所述催化反应室为中空圆筒结构，所述催化反应室内设置有反应床，所述反应床上设置有催化剂，所述催化反应室包括至少一个气体反应物入口和至少一个产物出口，分别将气体反应物送入和将产物导出催化反应室。
7.根据权利要求5所述的基于电磁感应的反应装置，其特征在于，所述吸附反应室包括吸附腔，所述吸附腔内设置有吸附室，所述吸附腔例如为U形管状结构、直线管状结构或蛇形管状结构，所述吸附室内设置有铁磁性催化剂，所述吸附腔包括至少一个气体入口和至少一个气体出口。
8.根据权利要求2所述的基于电磁感应的反应装置，其特征在于，所述电源用于提供4V-100V的直流电压。
9.根据权利要求8所述的基于电磁感应的反应装置，其特征在于，所述的继电器耐受直流电电流强度范围为5-100A，所述的电磁发生器的工作电压为4V-100V。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的基于电磁感应的反应装置，其特征在于，所述温度感应器选用热电偶或红外探头检测，所述温度感应器检测的温度范围为0-1000摄氏度，所述热电偶为K型热电偶或E型热电偶。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202320183883.9U CN220143351U (zh) | 2023-02-10 | 2023-02-10 | 一种基于电磁感应的反应装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202320183883.9U CN220143351U (zh) | 2023-02-10 | 2023-02-10 | 一种基于电磁感应的反应装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN220143351U true CN220143351U (zh) | 2023-12-08 |
Family
ID=89010165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202320183883.9U Active CN220143351U (zh) | 2023-02-10 | 2023-02-10 | 一种基于电磁感应的反应装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN220143351U (zh) |
-
2023
- 2023-02-10 CN CN202320183883.9U patent/CN220143351U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA3103347A1 (en) | Electrically heated reactor and a process for gas conversions using said reactor | |
| CN109070035B (zh) | 感应加热反应器 | |
| CA2879342C (en) | Electromagnetic energy-initiated plasma reactor systems and methods | |
| CN201007545Y (zh) | 电磁感应加热装置 | |
| AU2021241707A1 (en) | Hydrogen production and carbon sequestration via cracking of hydrocarbons in a heated and fluidized bed | |
| CN102946655A (zh) | 一种能连续操作且耐高温高压的微波加热装置及其应用 | |
| AU2020412238B2 (en) | Electrically heated reactor, a furnace comprising said reactor and a method for gas conversions using said reactor | |
| US20230358355A1 (en) | Efficient indirect electrical heating | |
| CN109714845A (zh) | 一种感应式空气加热方法、装置及应用 | |
| CN220143351U (zh) | 一种基于电磁感应的反应装置 | |
| Roussy et al. | C2+ selectivity enhancement in oxidative coupling of methane over microwave-irradiated catalysts | |
| CN118477596A (zh) | 一种基于电磁感应反应装置 | |
| CA3003637C (en) | Microwave irradiation of a chamber with time-varying microwave frequency or multiple microwave frequencies | |
| CN108106418A (zh) | 一种微波高温处理含碳载金矿-脱碳推板窑设备 | |
| WO2017186452A1 (en) | Induction heated aromatization of higher hydrocarbons | |
| CN202188648U (zh) | 感应涡流节能加热装置 | |
| CN113548644B (zh) | 一种甲醇重整制氢器 | |
| CN105430864A (zh) | 一种原子发生器 | |
| CN102977913B (zh) | 微波油水分离设备 | |
| CN210252204U (zh) | 一种变频感应加热的化工反应管道 | |
| CN2429534Y (zh) | 白酒微波醇化器 | |
| CN117797730A (zh) | 一种基于电磁感应的氨分解反应器及系统 | |
| CN217305767U (zh) | 一种床垫控温系统及智能床垫 | |
| Pianroj et al. | Feedback control of temperature in the pyrolysis process by using microwave heating system. | |
| CN118240585A (zh) | 一种加热裂解装置、系统及其应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |