[发明专利]一种新型无机热超导技术工业流化床反应器

说明书

本发明公开了一种新型无机热超导技术工业流化床反应器，包括筒体和设置在筒体内一根以上的无机热超导管；筒体由上到下由上隔板和下隔板分隔成隔热区、换热区和反应区；无机热超导管内置套管，套管与无机热超导管之间的腔室充填无机热超导工质，内置套管包括下部的内置电加热管和上部的引出导线保护管，无机热超导管的两端分别伸入隔热区和反应区。本发明完全改变了现有工业流化床的结构型式，其有益效果是使冷媒（或热媒）与反应区隔离，加热与取热一体化、结构简单、维护方便，传热效率高，床内均温性好，运行安全性高，适用温度范围宽。

技术领域

本发明涉及一种新型无机热超导技术工业流化床反应器。

背景技术

流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。在用于气固系统时，又称沸腾床反应器。流化床反应器在现代工业中的早期应用为20世纪20年代出现的粉煤气化的温克勒炉；但现代流化反应技术的开拓，是以40年代石油催化裂化为代表的。目前，流化床反应器已在化工、石油、冶金、核工业等部门得到广泛应用。

流化床内的固体粒子像流体一样运动，由于流态化的特殊运动形式，使这种反应器具有如下优点：

1、由于可采用细粉颗粒，并在悬浮状态下与流体接触，流固相界面积大（可高达3280～16400m²/m³），有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。

2、由于颗粒在床内混合激烈，使颗粒在全床内的温度和浓度均匀一致，床层与内置换热管表面间的传热系数很高[200～1000W/（m²•K）]，全床热容量大，热稳定性高，这些都有利于强放热反应的等温操作。这是许多工艺过程的反应装置选择流化床的重要原因之一。

因此流化床反应器比较适用于下述过程：热效应很大的放热或吸热过程；要求有均一的床内温度和需要精确控制温度的反应；催化剂寿命比较短，操作较短时间就需更换（或活化）的反应；有爆炸危险的反应，某些能够比较安全地在高浓度下操作的氧化反应，可以提高生产能力，减少分离和精制的负担。

虽然流化床具有上述的优点，但是现有的流化床反应器在运行中尚有如下风险需要解决：

1、固体颗粒与换热管之间存在接触磨损，可能出现换热管穿孔，这将使换热管内冷媒（或热媒）进入反应器，或反应器内流体进入换热管，造成严重的生产事故及设备损坏。

2、流化床反应器需要满足较大的换热量要求，反应热不能及时移除（或输入）将会造成床内反应温度失控，产生安全风险或装置产能降低；对于复杂的化学反应，温度升高（或降低）将会使副反应增多，严重影响主产品的收率；单位截面积的换热能力是影响流化床反应器生产能力的一个重要指标。

3、流化床反应器需要给反应体系提供一个均匀的温度场，反应体系的局部温度偏高（或偏低）主要有两种原因：

（1）、流化床反应器内气体与固体粉体接触不良，流态化均匀度差，出现偏流、返混，反应分布不均衡，反应热分布也不均衡，会出现局部温度偏高（或偏低）。

（2）、流化床反应器内的每根换热管的换热能力存在差异，使得局部的反应热不能及时移除（或输入），会出现局部温度偏高（或偏低），这种现象在现有工业流化床上表现得比较普遍，原因在于现有工业流化床换热管内冷媒（或热媒）一般为导热油、水或其它有机介质，冷媒（或热媒）需要通过流化床反应器上的专有设施进行均匀分布，实际运行中很难做到冷媒（或热媒）在各换热管内分配均匀，分布设施的结构也非常复杂，给生产运行及维护带来一系列问题。

4、工业流化床反应器的换热量一般都非常大，现有工业流化床均需配套加热炉及冷媒（或热媒）贮存、循环设施，加热炉一般作为启动反应升温使用，冷媒（或热媒）循环系统用来将流化床反应器内的反应热取出，由于换热量大、温差小、压降大，冷媒循环系统一般都运行在大流量、高温、高压的状态下；庞大的辅助系统会大大增加工业流化床反应器系统的投资，且伴生较大安全隐患及运行管理压力。