[發(fā)明專利]吸熱反應(yīng)用雙流化床反應(yīng)器及吸熱反應(yīng)的供熱方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110295544.1
• 申請(qǐng)日: 2011-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102389753A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王垚;魏飛;褚玥;李云鑫;吳同威
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J8/26
• 分類號(hào): B01J8/26
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 賈玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化學(xué)反應(yīng)裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種吸熱反應(yīng)用雙流化床反應(yīng)器及吸熱反應(yīng)的供熱方法。

背景技術(shù)

化學(xué)反應(yīng)過(guò)程通常伴隨一定的熱效應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)前后物料的化學(xué)勢(shì)變化可知，有些反應(yīng)吸收熱量，有些反應(yīng)放出熱量。相應(yīng)地，化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計(jì)需要根據(jù)反應(yīng)熱設(shè)置供熱或移熱手段。其中，中高溫(指400℃以上)吸熱反應(yīng)的穩(wěn)定均勻供熱問(wèn)題是化工中的一個(gè)難點(diǎn)。

工業(yè)中通常采用管式爐反應(yīng)器來(lái)實(shí)施高溫條件下的強(qiáng)吸熱反應(yīng)。具體地，吸熱反應(yīng)在直徑較細(xì)的管內(nèi)進(jìn)行，管外依靠燃料(燃油或燃?xì)?燃燒將溫度提升至上千攝氏度，通過(guò)輻射為反應(yīng)管供熱。管式爐反應(yīng)器屬于外燃式供熱反應(yīng)器，能夠滿足高溫氣相吸熱反應(yīng)的供熱要求。

而對(duì)于有固相催化劑參與的烴類蒸汽重整反應(yīng)，在ZL94192942.6中提出一種使用密集排列金屬反應(yīng)管的緊湊吸熱反應(yīng)裝置。該裝置通過(guò)特殊的噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將燃料和空氣導(dǎo)入燃燒室中產(chǎn)生長(zhǎng)而薄的火焰，避免反應(yīng)管局部過(guò)熱；并通過(guò)特殊設(shè)計(jì)，防止反應(yīng)管在承受高于平均管溫時(shí)所引起的彎曲。該吸熱反應(yīng)裝置不僅適用于高溫氣相吸熱反應(yīng)，也適用于有固相催化劑參與的烴類蒸汽重整反應(yīng)。這種外燃式設(shè)計(jì)雖然可以滿足高溫供熱要求，且從反應(yīng)管耐溫角度看溫度的均勻性已經(jīng)有所提高，但是由于不同位置火焰溫度的差異以及反應(yīng)管與火焰相對(duì)位置的差異，整個(gè)反應(yīng)管中的溫度仍很難嚴(yán)格保證均一，因此外燃式供熱反應(yīng)器不適用于轉(zhuǎn)化率及選擇性對(duì)溫度非常敏感的吸熱反應(yīng)過(guò)程。

相對(duì)于此，流化床反應(yīng)器適用于有固相反應(yīng)物料或固相催化劑參與的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，具有生產(chǎn)能力大、供熱/移熱能力強(qiáng)且傳熱均勻、固相組分易于移入/移出的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的流化床反應(yīng)器通常通過(guò)設(shè)置內(nèi)取熱/供熱盤(pán)管移出/供給反應(yīng)熱。對(duì)于放熱反應(yīng)，通常在取熱盤(pán)管中通入水或蒸汽取熱；當(dāng)取熱量變化較大時(shí)，還可設(shè)置外取熱器，將固體物料引出移熱。對(duì)于吸熱反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)溫度較低時(shí)可以用蒸汽供熱，即供熱盤(pán)管中通入蒸汽；當(dāng)所需反應(yīng)溫度較高時(shí)，可以用導(dǎo)熱油替代蒸汽作為供熱介質(zhì)；當(dāng)溫度高于導(dǎo)熱油的分解溫度時(shí)，需要采用熔鹽作為供熱介質(zhì)。熔鹽雖然可以達(dá)到較高的供熱溫度，但是對(duì)設(shè)備可能有腐蝕作用，操作難度大，不適合長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此在工業(yè)流化床反應(yīng)器中很少被采用。此外，現(xiàn)有的流化床反應(yīng)器通過(guò)流態(tài)化操作強(qiáng)化換熱，但不能直接解決中高溫度條件下的強(qiáng)吸熱化學(xué)反應(yīng)供熱問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。

為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種可為中高溫條件下的強(qiáng)吸熱反應(yīng)均勻、高效地提供熱量的吸熱反應(yīng)用雙流化床反應(yīng)器。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種利用本發(fā)明第一方面實(shí)施例的吸熱反應(yīng)用雙流化床反應(yīng)器的吸熱反應(yīng)的供熱方法，所述吸熱反應(yīng)為烷烴非氧化脫氫、或烴類蒸汽重整、或烴類裂解生產(chǎn)碳納米管。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的吸熱反應(yīng)用雙流化床反應(yīng)器，包括：吸熱反應(yīng)用流化床床體，所述吸熱反應(yīng)用流化床床體為封閉的且內(nèi)部設(shè)有由吸熱反應(yīng)用催化劑顆粒或反應(yīng)物顆粒構(gòu)成的第一流化床床層，所述吸熱反應(yīng)用流化床床體的底部設(shè)有第一氣體分布器，所述第一氣體分布器與第一氣體氣源相連以便向所述第一流化床床層供給第一氣體；以及供熱用流化床床體，所述供熱用流化床床體為封閉的且內(nèi)部設(shè)有由熱載體顆粒構(gòu)成的第二流化床床層，所述供熱用流化床床體內(nèi)的底部設(shè)有第二氣體分布器，所述第二氣體分布器與第二氣體氣源相連以便向所述第二流化床床層內(nèi)供給第二氣體，其中，所述第一氣體為反應(yīng)氣體或流化氣，所述第二氣體為流化氣，所述流化氣包括空氣、氧氣及其組合，所述吸熱反應(yīng)用流化床床體和所述供熱用流化床床體中的一個(gè)套設(shè)在另一個(gè)內(nèi)以便所述吸熱反應(yīng)用流化床床體內(nèi)的吸熱反應(yīng)所需的熱量由所述供熱用流化床床體提供。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的吸熱反應(yīng)用雙流化床反應(yīng)器，由于吸熱反應(yīng)用流化床床體和所述供熱用流化床床體中的一個(gè)套設(shè)在另一個(gè)內(nèi)且在供熱用流化床床體為內(nèi)部設(shè)有由熱載體顆粒構(gòu)成的第二流化床床層，因此通過(guò)第二流化床床層的熱載體顆粒的原位反應(yīng)或從其它場(chǎng)所攜帶的熱量可以為吸熱反應(yīng)用流化床內(nèi)提供吸熱反應(yīng)所需要的熱。此外，由于是通過(guò)熱載體顆粒進(jìn)行傳熱的，因此相比于氣體傳熱介質(zhì)而言具有安全、穩(wěn)定、適用的溫度范圍更寬、傳熱效率更高等優(yōu)點(diǎn)。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的吸熱反應(yīng)用雙流化床反應(yīng)器還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述熱載體顆粒為粒徑為60～120微米的氧化鋁顆粒、二氧化硅顆?；虼呋鸦呋瘎╊w粒。