一種氣液兩用催化反應裝置的制作方法

本發明屬于催化反應領域，更具體地，涉及一種氣液兩用的催化反應裝置及方法。

背景技術：

隨著工業領域的快速發展，可以提高反應效率和反應質量的催化劑的作用也愈加重要，污水的催化氣化、氣體的催化重整、催化劑脫硝等等在工業中應用廣泛，它們既關系到能源的有效利用，又在環境保護方面起著至關重要的作用。

但是催化劑在使用過程中會帶來諸多問題，如催化劑的磨損損耗、催化劑的無法回收，更重要的是如果催化劑無法與反應物充分的接觸會大大降低反應效率。特別是針對氣體或者液體反應物，在催化劑的使用上無法提高催化劑與反應物的有效接觸，同時某些反應過程中反應產物容易攜帶催化劑排出，造成催化劑的損耗。

目前，在氣體或者液體的催化過程中，很多反應的發生是依靠氣體或者液體與催化劑的被動接觸，特別是在實驗設備這一方面，這樣不僅浪費大量的時間，而且所得的結果也不理想。

綜上，為了使催化劑充分發揮作用，需要優化反應裝置，可以將催化劑顆粒均勻地填入反應器，保證各處有相同的空位率。同時在反應中，需要動力持續的將反應物接觸催化劑，提高反應效率和催化劑的使用效率。

技術實現要素：

針對現有技術的迫切需求，本發明提出一種氣液兩用催化氣化裝置和方法，其目的在于，通過壓力的高低變化，實現催化劑與反應物的充分接觸，提高反應速率和催化劑使用效率。

為了實現本發明的技術目的，本發明采用了如下技術方案：

一種氣液兩用催化反應裝置，包括反應腔、催化劑固定器、加熱機構、電機和活塞；反應腔用于通入反應物；催化劑固定器設置于反應腔內部，其為中空的柱狀體，柱狀體的側壁內部加工為馬蜂狀結構，用于容放催化劑并防止催化劑移出，同時作為反應物的流動通道；活塞的小端連接電機的輸出軸，大端位于催化劑固定器的空腔內；加熱機構設置在反應腔側壁與催化劑固定器側壁之間。

進一步地，還包括通入反應腔的通入管道和設置在其上的控制閥門，管道用于通入反應物。

進一步地，還還包括通入反應腔的氣體進出管道和設置在其上的氣體閥門，氣體進出管道用于通入不影響反應的氣體以調節反應氣壓，以及使用其洗凈反應腔內的氣體。

進一步地，還還包括溫度壓力控制器和溫度壓力傳感器，溫度壓力傳感器實時采集反應腔內的溫度和壓力并上傳給溫度壓力控制器，溫度壓力控制器用于控制氣體閥門的開斷調節反應壓力，以及控制加熱機構的功率調節反應溫度。

進一步地，還還包括連通反應腔底部側壁的連通出口管道，用于產物液體的排出。

進一步地，還所述反應腔的壁面涂敷有保溫材料。

綜上所述，本發明有益技術效果體現在：

1)裝置可以同以實現氣體或者液體的氣化反應，提高了裝置的經濟性和實用性。

2)解決了液體或氣體催化反應中反應物與催化劑無法充分接觸的問題，可以提高催化效率。

催化劑裝載于反應腔內部，不隨氣體或者液體排出而減量，可以調高催化劑的使用效率。

附圖說明

圖1是本發明氣液兩用催化反應裝置結構示意圖；

圖2是本發明反應裝置內部催化裝置截面圖；

圖3是本發明反應裝置內部加熱裝置示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

圖1是本發明氣液兩用催化反應裝置結構示意圖。本發明氣液兩用催化反應裝置包括反應腔10、催化劑固定器4、加熱機構3、電機1和活塞8。反應腔10作為反應場所，用于通入反應物7(氣體或者液體)。催化劑固定器4設置于反應腔10內部，其為一中空的柱狀體，柱狀體的側壁內部加工為馬蜂狀結構，馬蜂狀結構中的開孔尺寸小于催化劑5顆粒尺寸，一方面用于容放催化劑5并防止催化劑5移出，另一方面作為氣體或液體的流動通道。催化劑承載裝置的蜂窩狀設計可以更加均勻催化劑的分布，不隨著氣體或液體的流動而流動，實現催化劑與反應物的充分接觸。活塞8的小端連接電機1的輸出軸，活塞8的大端位于催化劑固定器4的空腔內，通過電機實現活塞的往復運動，改變催化劑兩側的壓力，實現反應物的持續流動。加熱機構3設置在反應腔10側壁與催化劑固定器4側壁之間，加熱機構設置在反應腔內部，可以更好的實現氣體或者液體的升溫控制，同時對排氣閥的控制維持反應腔內部的壓力恒定。

按照本發明的一種較佳實施方式，還可向反應腔10內通入管道11，通過管道11方便地通入反應物7(氣體或液體)，在管道11上設置控制閥門12，方便開通和關斷。

按照本發明的一種較佳實施方式，還可向反應腔10內通入氣體進出管道2，氣體進出管道2通入N₂等其他不影響反應的氣體控制反應壓力，同時可以使用其洗凈反應腔內的氣體。氣體進出管道2上設有氣體閥門，可方便氣體的開通和關斷。

按照本發明的一種較佳實施方式，還設有溫度壓力控制器13和溫度壓力傳感器9，溫度壓力傳感器9實時采集反應腔10內的溫度和壓力并上傳給溫度壓力控制器13，溫度壓力控制器13通過控制氣體進出管道2的氣體閥門的開和閉以及內置加熱機構3的功率進行壓力、溫度控制，以實現反應中恒溫恒壓或程序控溫控壓目的。

按照本發明的一種較佳實施方式，在反應腔10的底部側壁連通出口管道6，產物液體可以通過出口管道6或者氣體通過氣體進出管道2排出腔外，催化劑5可以于反應腔中持續使用。

按照本發明的一種較佳實施方式，反應腔10的壁面是涂有耐高溫隔熱的保溫層，可以有效的較少反應腔的熱損失。

本發明氣液兩用催化反應裝置的工作過程如下：首先在催化劑固定器4內裝入實驗所需催化劑5，打開控制閥12將反應物氣體或者液體由進入管道11通入反應腔10中；接著溫度壓力控制器13通過溫度壓力傳感器9、加熱機構3和氣體進出管道2對反應腔進行升溫升壓，反應中電機1控制活塞8在反應腔內進行往復運動，因為催化固定器兩側空腔的壓力差變化導致反應物7持續的流過催化劑發生催化反應；反應中如果壓力超過實驗所需條件，可以通過氣體進出通道2排出腔外。

圖2是本發明反應裝置一個具體實施例的截面圖。實施例中整個裝置的直徑為60cm，高度為55cm，反應腔的內部直徑為50cm，催化劑固定器的厚度為7.5cm，加熱裝置的厚度為1cm。所述的催化劑固定裝置內部為蜂窩狀，可以將催化劑裝載其中，不會隨著液體或者氣體而大幅度移動和聚集，固定裝置的表面孔徑為0.1mm，可以實現氣體或者液體的自由進入，而粒徑大于0.1mm的催化劑可以束縛于裝置中無法移除。

圖3是本發明具體實施例中反應裝置內部加熱機構示意圖。在實施例中，加熱機構為呈柱狀的框架結構，其包括三個圓環和四個支撐桿，三個圓環按上、中、下放置，兩兩圓環之間均通過兩個支撐桿相接，圓環和支撐桿的內部為空腔用于放置加熱電阻，對加熱電阻通電，電阻產熱升溫。

反應結束裝置水冷至室溫后，產物液體可以通過出口管道6或者氣體通過氣體進出管道2排出腔外，催化劑5可以于反應腔中持續使用。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。