[发明专利]吸热反应用双流化床反应器及吸热反应的供热方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学反应装置技术领域，尤其是涉及一种吸热反应用双流化床反应器及吸热反应的供热方法。

背景技术

化学反应过程通常伴随一定的热效应，根据反应前后物料的化学势变化可知，有些反应吸收热量，有些反应放出热量。相应地，化学反应器设计需要根据反应热设置供热或移热手段。其中，中高温(指400℃以上)吸热反应的稳定均匀供热问题是化工中的一个难点。

工业中通常采用管式炉反应器来实施高温条件下的强吸热反应。具体地，吸热反应在直径较细的管内进行，管外依靠燃料(燃油或燃气)燃烧将温度提升至上千摄氏度，通过辐射为反应管供热。管式炉反应器属于外燃式供热反应器，能够满足高温气相吸热反应的供热要求。

而对于有固相催化剂参与的烃类蒸汽重整反应，在ZL94192942.6中提出一种使用密集排列金属反应管的紧凑吸热反应装置。该装置通过特殊的喷嘴结构设计，将燃料和空气导入燃烧室中产生长而薄的火焰，避免反应管局部过热；并通过特殊设计，防止反应管在承受高于平均管温时所引起的弯曲。该吸热反应装置不仅适用于高温气相吸热反应，也适用于有固相催化剂参与的烃类蒸汽重整反应。这种外燃式设计虽然可以满足高温供热要求，且从反应管耐温角度看温度的均匀性已经有所提高，但是由于不同位置火焰温度的差异以及反应管与火焰相对位置的差异，整个反应管中的温度仍很难严格保证均一，因此外燃式供热反应器不适用于转化率及选择性对温度非常敏感的吸热反应过程。

相对于此，流化床反应器适用于有固相反应物料或固相催化剂参与的化学反应过程，具有生产能力大、供热/移热能力强且传热均匀、固相组分易于移入/移出的优点。传统的流化床反应器通常通过设置内取热/供热盘管移出/供给反应热。对于放热反应，通常在取热盘管中通入水或蒸汽取热；当取热量变化较大时，还可设置外取热器，将固体物料引出移热。对于吸热反应，当反应温度较低时可以用蒸汽供热，即供热盘管中通入蒸汽；当所需反应温度较高时，可以用导热油替代蒸汽作为供热介质；当温度高于导热油的分解温度时，需要采用熔盐作为供热介质。熔盐虽然可以达到较高的供热温度，但是对设备可能有腐蚀作用，操作难度大，不适合长周期连续运转，因此在工业流化床反应器中很少被采用。此外，现有的流化床反应器通过流态化操作强化换热，但不能直接解决中高温度条件下的强吸热化学反应供热问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种可为中高温条件下的强吸热反应均匀、高效地提供热量的吸热反应用双流化床反应器。

本发明的另一个目的在于提出一种利用本发明第一方面实施例的吸热反应用双流化床反应器的吸热反应的供热方法，所述吸热反应为烷烃非氧化脱氢、或烃类蒸汽重整、或烃类裂解生产碳纳米管。

根据本发明实施例的吸热反应用双流化床反应器，包括：吸热反应用流化床床体，所述吸热反应用流化床床体为封闭的且内部设有由吸热反应用催化剂颗粒或反应物颗粒构成的第一流化床床层，所述吸热反应用流化床床体的底部设有第一气体分布器，所述第一气体分布器与第一气体气源相连以便向所述第一流化床床层供给第一气体；以及供热用流化床床体，所述供热用流化床床体为封闭的且内部设有由热载体颗粒构成的第二流化床床层，所述供热用流化床床体内的底部设有第二气体分布器，所述第二气体分布器与第二气体气源相连以便向所述第二流化床床层内供给第二气体，其中，所述第一气体为反应气体或流化气，所述第二气体为流化气，所述流化气包括空气、氧气及其组合，所述吸热反应用流化床床体和所述供热用流化床床体中的一个套设在另一个内以便所述吸热反应用流化床床体内的吸热反应所需的热量由所述供热用流化床床体提供。根据本发明实施例的吸热反应用双流化床反应器，由于吸热反应用流化床床体和所述供热用流化床床体中的一个套设在另一个内且在供热用流化床床体为内部设有由热载体颗粒构成的第二流化床床层，因此通过第二流化床床层的热载体颗粒的原位反应或从其它场所携带的热量可以为吸热反应用流化床内提供吸热反应所需要的热。此外，由于是通过热载体颗粒进行传热的，因此相比于气体传热介质而言具有安全、稳定、适用的温度范围更宽、传热效率更高等优点。

另外，根据本发明上述实施例的吸热反应用双流化床反应器还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述热载体颗粒为粒径为60～120微米的氧化铝颗粒、二氧化硅颗粒或催化裂化催化剂颗粒。