[发明专利]透明管式反应器

说明书

技术领域

本发明总体涉及催化剂反应性能测试的仪器领域，具体地说是提供一种外管透明内部样品状态可视的固定床用管式反应器。

背景技术

固定床已作为一种常用的微分反应器装置，被广泛地应用于催化剂反应性能的表征中。在实际反应过程中，催化反应的发生有时伴随着催化剂颜色和状态的改变，也就是说，如果我们能在反应过程中观察到催化剂的颜色和状态的变化，这说明催化剂的结构在反应过程中发生了改变，显然这对我们研究催化剂的真实反应状态和催化反应过程有明显的指导意义。

现今固定床一般采用外置加热炉加热的方式，反应管处于加热炉中，因此在反应过程中无法观察到催化剂的颜色和状态，从而无法从感官上判断催化剂状态是否发生变化，限制了该反应装置的应用。而可观察到反应器颜色和状态的固定床反应器尚未见专利报道，因此催化剂可视的透明管式反应器的开发和应用显得非常重要，也很急迫。

发明内容

本发明设计出了一种崭新的透明管式反应器，并着重考虑设计中存在的问题。例如要考虑到加热棒与测温热电偶同时插入反应管内，但两者最好要相互隔绝，不相互接触，这样才能更准确地测定样品的温度，因此对该反应器的结构进行特殊的设计。具体来说，本发明中反应器为石英外管内置加热棒加热的结构形式，反应管为透明的石英管材质，也可采用普通的硬质玻璃或者其他的透明材质。加热棒和热电偶外均套有相应的加热棒套管和热电偶套管，加热棒套管的上端和热电偶套管的下端均为盲管的形式，以便于反应管的密封。加热棒套管及加热棒从反应管下面插入反应管内，加热棒套管上面放置一层一定厚度的石英棉，石英棉上再放置催化剂样品，加热棒通过自然传热的方式对催化剂进行加热，使催化剂样品的温度均匀。而热电偶套管及热电偶从反应管上部插入催化剂内，这样可防止热电偶与加热棒的直接接触，另外热电偶与催化剂接触，可有效地测定催化剂的温度。气体的流动模式与传统的管式反应器类似，从反应管上部入口流入，经过催化剂反应后，产物从反应管底部出口流出。

下面结合附图进行详细说明

图1为本发明的透明管式反应器的结构示意图；

如图1为本发明的透明管式反应器的结构示意图。该透明管式反应器1为石英外管2内置加热棒8加热的结构形式，反应管2为透明的石英管材质，也可采用普通的硬质玻璃或者其他的透明材质。加热棒8和热电偶4外均套有相应的加热棒套管7和热电偶套管3，加热棒套管7的上端和热电偶套管7的下端均为盲管的形式，以便于反应管2的密封。加热棒套管7及加热棒8从下面插入反应管2内，加热棒套管7上面放置一层一定厚度的石英棉6，石英棉6上再放置催化剂样品5，加热棒套管7的粗度与反应管2相当，因此可起到承载石英棉6的作用，防止在反应过程中吹动或松散而导致催化剂样品5损失。加热棒8通过自然传热的方式对上面支撑的催化剂样品5进行加热，同时使催化剂样品5的温度均匀。而热电偶套管3及热电偶4从反应管2上部插入催化剂样品5中，这样可防止热电偶4与加热棒8相接触，另外热电偶4与催化剂样品5紧密接触，可有效地测定催化剂样品5的温度。气体的流动模式与传统的管式反应器类似，从反应管上部入口9流入，经过催化剂样品5反应后，产物从反应管底部10出口流出，进入色谱、质谱等检测仪器中进行分析或者通过尾气处理后进行排空。

由于该管式反应器的特殊结构，在反应过程中，可以直接观察到催化剂样品颜色和状态的变化，例如当催化剂样品的颜色或状态发生变化时，说明催化剂样品在反应过程中发生改变，可根据催化剂样品的颜色或状态初步判断催化剂样品中活性物种的变化，例如贵金属的不同价态之间的转变导致的颜色变化，从而可一定程度关联催化剂样品的结构和其反应性能之间的关系。再者，将催化剂进行原位预处理，例如CuO还原处理生成0价Cu，通过颜色或状态的变化判断预处理过程是否完全，然后催化剂可用于进一步的催化反应或者结构表征。因此该透明管式反应器可一定程度地用于催化剂的反应研究中，有一定的实用价值和应用前景。