[發明專利]一種超紅外氣浮淺層流化反應器

有效

• 申請號: 202111244256.3
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN113813886B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 李釩;王坦倫;侯海元
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B01J8/18
• 分類號: B01J8/18
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種超紅外氣浮淺層流化反應器，該結構是一種新型ZIF熱解用的流化反應器。包括主進氣管、瓷舟下進氣管、管式爐、收集靶、瓷舟上蓋、氣體交換孔、瓷舟主體、絲網、磁球、瓷舟下進氣口、出氣管、超紅外控制裝置、超紅外脈沖發射裝置；本發明以傳統管式爐反應器為基礎，設計一種應用淺層流化技術和超紅外磁懸浮技術解決鐵磁性ZIF材料在熱解過程中因團聚導致受熱不均勻的問題，改良瓷舟，引入氣體交換孔解決粉末易被保護氣吹走的問題，同時加入收集靶，可以收集ZIF?8熱解過程中揮發的鋅。該裝置結構簡單，可以解決熱解過程中的多種問題。

技術領域

本發明涉及流化反應器領域，特別涉及一種超紅外氣浮淺層流化反應器。

背景技術

沸石咪唑基骨架ZIF熱解形成的金屬M-N-C材料，因其形貌特殊、制備工藝簡單、價格相對較低且可以高效催化多類化學反應而在多相催化領域受到廣泛關注。由鋅離子與2-甲基咪唑配位而形成的ZIF-8，其在熱解過程中由于Zn的揮發使其他金屬離子移動到N-C位點而可以制備多種M-N-C催化劑，因此ZIF-8具有更廣泛的應用。

在電催化領域，不同原子位點的M-N-C催化劑可以催化多種反應，如：氧還原反應ORR、氧析出反應OER、氫析出反應HER及二氧化碳還原反應CO₂RR等，且相比于傳統的電催化劑，ZIF材料的優勢在于熱解會產生導電的碳，因此無需額外添加導電劑。面對當前的能源危機及環境污染問題，開發廉價可持續的該類催化劑是十分有必要的。因此，將其應用于電催化反應是目前研究的熱潮。

隨著研究發現，ZIF材料的熱解過程中存在以下問題：首先含有金屬的ZIF粉末在熱解過程中由于局部受熱不均勻而會發生團聚，而外表面局部受熱不均勻導致金屬更易團聚，內部受熱不充分使得有機物碳化不完全，從而影響材料導電性，內外受熱不均勻導致催化劑的活性與穩定性有所降低；其次，傳統瓷舟為保證內部空氣盡可能地被保護氣所置換，瓷舟上蓋一般不完全密封，使得在通入保護氣過程中粉末容易被吹走而影響收率；最后，ZIF-8在高溫熱解過程中會有鋅蒸汽揮發到爐管冷端凝聚，因此容易堵塞氣流通道，影響保護氣氣流的穩定性，容易造成安全隱患。因此設計和開發新型的ZIF材料熱處理反應器是十分有必要的。

發明內容

本發明的目的在于解決鐵磁性ZIF材料在熱處理時因粉末團聚導致受熱不均勻影響催化性能的問題，瓷舟上蓋不密封導致產物粉末易被保護氣吹走的問題，以及ZIF-8高溫揮發的鋅在冷端凝結導致氣路堵塞的問題，因此提供一種新型的超紅外氣浮淺層流化反應器。通過在瓷舟豎直方向通入由下及上的保護氣使粉末懸浮形成淺層流態化狀態，從而解決局部受熱不均勻的問題并且使粉末表面不斷更新。在反應中后期，鐵被置換在粉末上，使材料帶有鐵磁性，而超紅外對鐵磁性材料具有磁效應，可使粉末懸浮形成易于控制的淺層流化床。通過上述兩種方式可以防止粉末在熱解過程中發生團聚，使其受熱均勻，且通過超紅外磁懸浮的鐵顆粒無需氣體，可以減少保護氣的使用。在瓷舟側向添加氣體交換孔，既可以保證瓷舟上蓋完全緊閉，同時保護氣可以置換瓷舟內部空氣，使粉末不易被吹走。在管式爐出入口兩端安裝收集靶，可以使鋅蒸汽冷凝在其表面，而不會堵塞氣路。

為實現上述目的，本發明提供一種超紅外氣浮淺層流化反應器，其結構包括：主進氣管1、瓷舟下進氣管2、管式爐3、收集靶4、瓷舟上蓋5、氣體交換孔6、瓷舟主體7、絲網8、磁球9、瓷舟下進氣口10、出氣管11、超紅外控制裝置12、超紅外脈沖發射裝置13。

具體組裝方式如圖1所示，將主進氣管1和出氣管11按照管式爐安裝規范連接至管式爐3的兩側法蘭上，。瓷舟下進氣管2安裝在主進氣管1法蘭側下方，瓷舟下進氣管2的另一端與瓷舟下進氣口10連接。將兩個收集靶4對稱放入離管式爐管口兩側相同距離的爐管內部，且要保證該位置處于管式爐冷端。而后將瓷舟5-10放入管式爐中心處等溫區內，確保熱處理溫度均勻。將超紅外控制裝置12與超紅外脈沖發射裝置13相連，確保超紅外脈沖強度可控。將超紅外脈沖發射裝置13豎直放在管式爐外瓷舟5-10的下側，且紅外發射光源對準管式爐內的瓷舟5-10，等待反應中開啟。