專利名稱：多管式反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種多管式反應(yīng)器，特別是關(guān)于催化領(lǐng)域的多管式反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
在石油化工領(lǐng)域，催化劑的研制和開發(fā)一直是石化工業(yè)快速發(fā)展的主要推動力。在催化劑的開發(fā)研制過程中，反應(yīng)機理的深入分析、動力學(xué)特征的準確描述以及催化劑活性的快速評價等無論對催化劑的開發(fā)、還是對工業(yè)過程放大均具有極為重要的意義。
就目前而言，盡管已經(jīng)發(fā)展了多種有關(guān)反應(yīng)機理、動力學(xué)及催化劑評價的方法，但眾多高等院校及科研院所仍采用傳統(tǒng)的單一管式積分或微分固定床裝置進行上述工作。這類裝置盡管簡單實用，但存在效率低、獲取信息量有限等缺點。實質(zhì)上很多反應(yīng)就是因為裝置本身的缺陷而無法進行準確的機理分析；不少動力學(xué)研究常常因為實驗裝置不合理而不得不進行大量的實驗工作，且給后續(xù)的動力學(xué)參數(shù)估值增加了困難；眾多催化劑的開發(fā)過程也常常因為評價裝置不足或評價裝置不甚合理而無法進行有效的科研實踐或進展緩慢。不容忽視的是很多反應(yīng)過程常常因為實驗室單管反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的缺陷而無法進行適度放大的熱態(tài)實驗。
文獻CN1032117A公開了一種適用催化工藝的多管式反應(yīng)器。包括基本直立的長容器，許多安置在容器中與其中心縱軸平行的端部開口反應(yīng)管，該反應(yīng)管上端固定于上管板并與上管板上面的流體室相通，下端固定于下管板并與下管板下面的流出物收集室相通；用于將液體送入流體室的液體進料分部管；用于將氣體送入流體室的氣體進料分布管；和流出物收集室上設(shè)置的流出物出口；其中在各反應(yīng)管的上端部裝有氣體和液體供給器，該器包括具有氣體入口孔，液體入口和出口的入口室，和增大正常操作過程中在流體室中存在的液面和入口室內(nèi)的液體入口之間差距的升液區(qū)。該多管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜且對原料的使用范圍窄。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是以往文獻技術(shù)中實驗獲得信息量小，裝置復(fù)雜、操作繁瑣、原料浪費嚴重且原料適應(yīng)范圍較窄的問題，提供一種新的多管式反應(yīng)器。該多管式反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便、原料節(jié)約且原料適用范圍寬，以及數(shù)據(jù)誤差小，準確度高等優(yōu)點。
為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案如下一種多管式反應(yīng)器，包括加熱爐、加熱器、導(dǎo)熱棒和至少2個反應(yīng)管，導(dǎo)熱棒位于加熱爐內(nèi)部設(shè)置的空心區(qū)域；加熱器位于加熱爐內(nèi)，空心區(qū)域外；導(dǎo)熱棒內(nèi)設(shè)置有至少2個反應(yīng)管導(dǎo)熱通道，以放置反應(yīng)管，每個反應(yīng)管的進料口和出料口呈串聯(lián)或并聯(lián)連接。
上述技術(shù)方案中，導(dǎo)熱棒優(yōu)選方案呈圓柱體，空心區(qū)域位于加熱爐中心，且呈圓筒形，以便與導(dǎo)熱棒尺寸相匹配；導(dǎo)熱棒內(nèi)設(shè)置的反應(yīng)管導(dǎo)熱通道處還設(shè)置了管線連接槽。反應(yīng)管的數(shù)量優(yōu)選范圍為2～150個，更優(yōu)選范圍為2～20個。
本實用新型中，加熱爐采用一套溫度控制系統(tǒng)，這樣不僅減少溫度控制儀表的數(shù)量，節(jié)約投資成本，同時，裝置集成度高，操作方便。每個反應(yīng)管內(nèi)設(shè)置熱電偶，并通過導(dǎo)線與測溫儀相連，這樣每一反應(yīng)管內(nèi)的準確溫度均可實時測量。導(dǎo)熱棒為圓柱形，且導(dǎo)熱棒內(nèi)至少2個反應(yīng)管導(dǎo)熱通道沿圓形分布是為了達到良好的傳熱效果以及理想的溫度分布。導(dǎo)熱棒內(nèi)每一導(dǎo)熱通道沿外圓法線方向設(shè)置管線連接導(dǎo)槽，其目的在于充分利用加熱爐本身熱量保障各反應(yīng)管反應(yīng)流出物輸送過程中，樣品不冷凝不失真。反應(yīng)器在每個反應(yīng)管出料口外可連接一多通道切換閥，以便確保各反應(yīng)管出口樣品同時或任意時刻無干擾取樣。圓柱形導(dǎo)熱棒的設(shè)置是為了滿足不同反應(yīng)管數(shù)量，不同反應(yīng)管直徑的需要，從而達到靈活多樣，通用性強的實驗應(yīng)用目的。本實用新型中，也可通過將不同反應(yīng)管放置在加熱器中不同恒溫區(qū)來實現(xiàn)相同或彼此不同溫度條件的組合工藝條件實驗。
本實用新型中從總體上講可以實現(xiàn)多管串聯(lián)或并聯(lián)連接。對于并聯(lián)連接，至少2個反應(yīng)管的每一反應(yīng)管出口均與多通道切換閥相連，每一反應(yīng)管進料口均與流量分配器相連。并聯(lián)連接使得在同一套反應(yīng)器內(nèi)，可以同時開展不同的條件實驗，尤其對于同時進行不同反應(yīng)條件的長周期催化劑壽命實驗，可以大大提高實驗效率，節(jié)約勞動時間。流量分配器的使用，保障不同反應(yīng)管可以采用相同或不同的操作條件。反應(yīng)管出口設(shè)置的多通道切換閥可以實現(xiàn)每一反應(yīng)管同時或任意時刻在線無干擾取樣分析。對于串聯(lián)連接，至少2個反應(yīng)管依次串連，且每一反應(yīng)管出口均與多通道切換閥相連。依次串聯(lián)連接使得一次進料依次通過各反應(yīng)管，而通過與每一反應(yīng)管出口相連的多通道切換閥取樣在線分析，可以獲得不同床層處反應(yīng)混合物組分的信息，同時也相當于一次投料獲得不同空速或不同停留時間時反應(yīng)的信息。這對于反應(yīng)機理研究，工藝條件考察，動力學(xué)實驗等均具有單管反應(yīng)器無法具備的優(yōu)勢。同時，對于稀缺原料進行相關(guān)反應(yīng)性能研究時，其對原料用量較少的優(yōu)點是顯而易見的。
本實用新型的核心是將多個反應(yīng)管集成在一個反應(yīng)加熱爐內(nèi)集中加熱，但每一反應(yīng)管可以實現(xiàn)相同或彼此不同的反應(yīng)溫度。同時，對于串聯(lián)連接而言，每一反應(yīng)器出口同多通道切換閥相連，從而實現(xiàn)不同反應(yīng)管出口處反應(yīng)流出物無干擾在線取樣分析，最終獲得不同反應(yīng)管床層處的組分分布，實現(xiàn)一次進料同時獲得大量數(shù)據(jù)信息。對于并聯(lián)連接而言，通過設(shè)置流量分配器可以確保每一反應(yīng)管保持相同或不同的實驗條件，同樣，每一反應(yīng)器出口同多通道切換閥相連，從而實現(xiàn)不同反應(yīng)管出口處反應(yīng)流出物無干擾在線取樣并分析。
本實用新型中，采用加熱爐、加熱器、導(dǎo)熱棒、至少2個反應(yīng)管、多通道切換閥，測溫儀、溫度控制儀，導(dǎo)熱棒位于加熱爐內(nèi)部設(shè)置的空心區(qū)域；加熱器位于加熱爐內(nèi)，空心區(qū)域外；導(dǎo)熱棒內(nèi)設(shè)置有至少2個反應(yīng)管導(dǎo)入通道以放置反應(yīng)管，每個反應(yīng)管內(nèi)的測溫元件均與測溫儀相連；加熱爐內(nèi)的加熱器與溫度控制儀相連，實現(xiàn)反應(yīng)管內(nèi)的溫度控制。對于并聯(lián)連接而言，各反應(yīng)管入口均與流量分配器相連；對于串聯(lián)連接而言，各反應(yīng)管依次串聯(lián)，上述各技術(shù)方案，均取得了較好的技術(shù)效果。
本實用新型通過多管式反應(yīng)器技術(shù)，不僅可以通過有限的實驗獲取豐富的研究信息，以幾何數(shù)量級提高科研效率；而且還具有研究功能強、集成度高、系統(tǒng)穩(wěn)定性好、操作靈活方便、投資成本少以及建造周期短等多方面優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于石油化工、環(huán)境化工、制藥等領(lǐng)域。同時具有如下顯著優(yōu)點(1)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、運行安全可靠。(2)數(shù)據(jù)誤差小，重復(fù)性高；(3)節(jié)約原料；(4)應(yīng)用范圍廣。


附圖1為多管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中1為原料入口、2為加熱爐、3為加熱器、4為導(dǎo)熱棒、5為反應(yīng)管入口、6為測溫?zé)犭娕肌?為反應(yīng)管、8為催化劑床層、9為產(chǎn)物出口、10為多通道切換閥、11為測溫儀、12為溫度控制儀、13為流量分配器、14為多通道切換閥控制器。
附圖2為導(dǎo)熱棒結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2中4為導(dǎo)熱棒、15為反應(yīng)管導(dǎo)入通道、16為管線連接導(dǎo)槽。
下面通過實施例對本實用新型作進一步的闡述，但不僅限于本實施例。
具體實施方式
實施例1本實用新型采用并聯(lián)連接方案。其主體由原料入口、加熱爐、加熱器、導(dǎo)熱棒、反應(yīng)管入口、測溫?zé)犭娕肌⒎磻?yīng)管、催化劑床層、產(chǎn)物出口、多通道切換閥、測溫儀、溫度控制儀、多通道切換閥控制器組成。導(dǎo)熱棒位于加熱爐內(nèi)部設(shè)置的空心區(qū)域；加熱器位于加熱爐內(nèi)，空心區(qū)域外；導(dǎo)熱棒內(nèi)設(shè)置有6個反應(yīng)管導(dǎo)熱通道以放置反應(yīng)管，每個反應(yīng)管的進料口均與流量分配器相連接，每個反應(yīng)管的出料口均與多通道切換閥相連接；每個反應(yīng)管內(nèi)的測溫元件均與測溫儀相連；加熱爐內(nèi)的加熱器與溫度控制儀相連，實現(xiàn)反應(yīng)管內(nèi)的溫度控制。
采用該圖1的多管反應(yīng)器，用1-丁烯進料，以ZSM-5分子篩為催化劑，其硅鋁摩爾比SiO2/Al2O3為200，在各反應(yīng)管反應(yīng)溫度450℃，480℃，500℃，530℃，550℃，580℃，各反應(yīng)器裝填相等催化劑，重量空速均為5小時-1的條件下同時進行催化劑壽命考察，乙烯丙烯收率見表1和表2。
表1 不同反應(yīng)時間乙烯重量收率，％


表2 不同反應(yīng)時間丙烯重量收率，％

若采用單管反應(yīng)器，至少需要六倍的時間才能完成上述實驗，多管式組合反應(yīng)裝置極大提高工作效率是顯而易見的。
實施例2按照實施例1所述的多管式反應(yīng)器、只是反應(yīng)管為9個反應(yīng)管，并且各反應(yīng)管依次串聯(lián)連接。采用1-丁烯進料，以ZSM-5分子篩為催化劑，其硅鋁摩爾比SiO2/Al2O3為500，在反應(yīng)溫度550℃，反應(yīng)壓力為常壓，總重量空速為6.36小時-1的條件下不同床層處乙烯丙烯收率及原料轉(zhuǎn)化率見表3。
表3 不同反應(yīng)器出口原料轉(zhuǎn)化率及乙烯丙烯收率

實施例3按照實施例1所述的多管式反應(yīng)器、只是反應(yīng)管為20個反應(yīng)管，并且各反應(yīng)管依次串聯(lián)連接。采用1-丁烯進料，以ZSM-5分子篩為催化劑，其硅鋁摩爾比SiO2/Al2O3為300，在反應(yīng)溫度580℃，反應(yīng)壓力為常壓，總重量空速為4.29小時-1的條件下部分不同床層處乙烯丙烯收率及原料轉(zhuǎn)化率見表4。
表4 不同反應(yīng)器出口原料轉(zhuǎn)化率及乙烯丙烯收率

對比例1采用傳統(tǒng)單管反應(yīng)器完成實施例1的相同內(nèi)容，總共需要時間1404小時(包括升降溫及催化劑更換)，而采用本實用新型中6管串聯(lián)多管式反應(yīng)器，只需約230小時，顯然時間大大縮短，效率得到極大提高。
權(quán)利要求1.一種多管式反應(yīng)器，包括加熱爐、加熱器、導(dǎo)熱棒和至少2個反應(yīng)管，導(dǎo)熱棒位于加熱爐內(nèi)部設(shè)置的空心區(qū)域；其特征在于加熱器位于加熱爐內(nèi)，空心區(qū)域外；導(dǎo)熱棒內(nèi)設(shè)置有至少2個反應(yīng)管導(dǎo)熱通道，以放置反應(yīng)管，每個反應(yīng)管的進料口和出料口呈串聯(lián)或并聯(lián)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述多管式反應(yīng)器，其特征在于導(dǎo)熱棒呈圓柱體，空心區(qū)域位于加熱爐中心，且呈圓筒形，以便與導(dǎo)熱棒尺寸相匹配；導(dǎo)熱棒內(nèi)設(shè)置的反應(yīng)管導(dǎo)熱通道處還設(shè)置了管線連接槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述多管式反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)管的數(shù)量為2～150個。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述多管式反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)管的數(shù)量為2～20個。
專利摘要本實用新型涉及多管式反應(yīng)器，主要解決以往技術(shù)中數(shù)據(jù)信息量小、效率低、原料浪費、制作成本高、操作繁瑣、實驗誤差大的問題。本實用新型通過采用多管式反應(yīng)器包括加熱爐、加熱器、導(dǎo)熱棒和至少2個反應(yīng)管，導(dǎo)熱棒位于加熱爐內(nèi)部設(shè)置的空心區(qū)域；加熱器位于加熱爐內(nèi)，空心區(qū)域外；導(dǎo)熱棒內(nèi)設(shè)置有至少2個反應(yīng)管導(dǎo)熱通道，以放置反應(yīng)管，每個反應(yīng)管的進料口和出料口呈串聯(lián)或并聯(lián)連接的技術(shù)方案較好地解決了上述問題，可用于多管式反應(yīng)器的工業(yè)生產(chǎn)中。
文檔編號B01J8/06GK2855523SQ20052004484
公開日2007年1月10日 申請日期2005年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月7日
發(fā)明者劉俊濤, 鐘思青, 王華文, 劉國強 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院