本發(fā)明屬于一種適用于熱致發(fā)電實(shí)現(xiàn)氣相放熱反應(yīng)原位撤熱同時(shí)原位測(cè)溫的反應(yīng)器，特別涉及一種適用于乙炔加氫制乙烯反應(yīng)的固定床反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

1、許多重要的化工過(guò)程是強(qiáng)放熱多相催化反應(yīng)，如乙炔加氫反應(yīng)，反應(yīng)總焓變?yōu)?176kj·mol-1，副反應(yīng)乙炔加氫到乙烷總反應(yīng)焓變更是高達(dá)-312kj·mol-1，反應(yīng)過(guò)程中會(huì)在瞬間釋放大量熱量，如果不能快速撤熱，則反應(yīng)瞬間釋放的大量熱量極易造成局部過(guò)熱，不僅增加副反應(yīng)的發(fā)生幾率，還會(huì)瞬間導(dǎo)致催化劑失效，從而造成反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和選擇性不穩(wěn)定，降低系統(tǒng)效率；更為嚴(yán)重的是，熱量的瞬間大量釋放，容易造成系統(tǒng)飛溫、失壓等問(wèn)題，輕則破壞工藝裝置，重則會(huì)引起爆炸、火災(zāi)和人員傷亡等重大安全事故。因此為保證催化反應(yīng)的正常進(jìn)行，需及時(shí)撤熱。

2、針對(duì)強(qiáng)放熱反應(yīng)，人們?cè)O(shè)計(jì)了許多類(lèi)型的反應(yīng)器以及提出了很多撤熱方法。專(zhuān)利cn118253267a提出了一種用于乙烯氧氯化制備1,2-二氯乙烷過(guò)程的反應(yīng)熱利用裝置。該流化床反應(yīng)器裝置分為密相區(qū)和稀相區(qū)。通過(guò)在稀相區(qū)設(shè)置換熱管束,利用反應(yīng)氣體對(duì)原料氣進(jìn)行預(yù)熱,引出氣相產(chǎn)物的余熱,減少催化劑的夾帶損失,減少設(shè)備投資,降低能耗；通過(guò)原料氣二次加入和熱抽提導(dǎo)流,將原料氣分開(kāi)加入,將底部反應(yīng)熱導(dǎo)引到撤熱管束,提高了1,2-二氯乙烷選擇性及純度。但導(dǎo)熱片只是移走了部分周?chē)鸁崃?，無(wú)法解決催化劑床層的“熱點(diǎn)”。cn1260237a提出在放熱反應(yīng)中以導(dǎo)熱金屬顆粒作為惰性稀釋劑，減少和避免在固定床中形成熱點(diǎn)，這種方法只是將熱量從催化活性位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到稀釋劑，并沒(méi)有將熱量充分利用。熱電材料作為一種能夠?qū)崿F(xiàn)熱能與電能雙向轉(zhuǎn)換的功能性材料,在廢熱利用、固態(tài)制冷技術(shù)等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力,為當(dāng)前能源短缺問(wèn)題提供了創(chuàng)新性的解決方法。熱電材料是實(shí)現(xiàn)熱致發(fā)電的核心，其性能直接影響熱能轉(zhuǎn)換的效率?；跓嶂掳l(fā)電實(shí)現(xiàn)放熱反應(yīng)熱量移除的同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量并將電能儲(chǔ)存，可以避免額外產(chǎn)熱造成催化劑失活問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于：根據(jù)熱致發(fā)電這一概念，提供一種固定床測(cè)溫反應(yīng)器，該反應(yīng)器能夠強(qiáng)化催化床層的熱量傳遞，將熱致發(fā)電材料與催化劑進(jìn)行摻雜制備復(fù)合材料，通過(guò)熱致發(fā)電將熱能直接轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)放熱反應(yīng)熱量的移除；另一方面，通過(guò)熱致發(fā)電材料電信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行原位檢測(cè)反應(yīng)過(guò)程溫度并將電能收集。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種適用于氣相放熱反應(yīng)原位撤熱同時(shí)實(shí)現(xiàn)原位測(cè)溫的固定床反應(yīng)器，如圖1所示，包括加熱套、固定床反應(yīng)管；固定床反應(yīng)管3穿插于加熱套2；固定床反應(yīng)管內(nèi)設(shè)有催化劑床層4，催化床層為乙炔選擇性加氫制乙烯催化劑與熱電材料的復(fù)合材料，催化劑床層上下兩端設(shè)有接線柱可連接導(dǎo)線；固定床反應(yīng)管的兩端分別設(shè)有進(jìn)氣口5和出氣口6，進(jìn)氣出氣均在側(cè)端；固定床反應(yīng)管3頂端材質(zhì)為可替換材質(zhì)。管內(nèi)設(shè)有熱電偶7，一端與催化劑床層接觸，另一端伸出固定床反應(yīng)管外。

4、催化床層溫度恒定是保證催化過(guò)程正常進(jìn)行的基本要求，而紅外測(cè)溫儀1的鏡頭較大，若在固定床側(cè)面進(jìn)行紅外測(cè)溫，會(huì)影響加熱爐的保溫效果，從而影響催化過(guò)程的進(jìn)行。如前所述，本發(fā)明在固定床在反應(yīng)管頂端進(jìn)行溫度的測(cè)量。

5、充電電池、電位差計(jì)、外置催化劑填裝盒與催化劑床層連接成一個(gè)閉合回路。

6、如圖2所示，為電信號(hào)檢測(cè)與儲(chǔ)存系統(tǒng)。電信號(hào)檢測(cè)與儲(chǔ)存系統(tǒng)包括電位差計(jì)8、充電電池9、外置催化劑填裝盒10、外置催化劑11。如前所述，催化劑床層設(shè)有接線柱，利用導(dǎo)線將催化劑、電位差計(jì)、充電電池、外置催化劑連接在串聯(lián)電路中?；诠潭ù卜磻?yīng)管中催化劑床層4在發(fā)生乙炔選擇性加氫反應(yīng)催化時(shí)反應(yīng)放熱，催化劑4與外置催化劑11產(chǎn)生溫差。根據(jù)熱致發(fā)電原理熱電材料釋放電子通過(guò)整個(gè)串聯(lián)電路并儲(chǔ)存在充電電池9中；通過(guò)電位差計(jì)8對(duì)電信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。

7、如圖3所示，為催化劑裝填及支撐架。催化劑支撐架包括導(dǎo)電鋁材12；結(jié)合件緊固件(絕緣體)13；導(dǎo)電鋁棒14；上端接線柱螺母16；上端接線柱17；下端接線柱18；下端接線柱螺母19。通過(guò)結(jié)合件緊固件13將上下兩個(gè)導(dǎo)電鋁材與催化劑模塊固定在固定床反應(yīng)管中。如前所述，導(dǎo)電鋁棒一端與上端導(dǎo)電鋁材連接，另一端延伸至催化劑床層下端與上端接線柱螺母16及上端接線柱連接以便接入上述串聯(lián)電路。

8、如圖4、5所示，催化劑示意圖。催化劑為蜂窩狀，并另外設(shè)計(jì)三個(gè)結(jié)合件緊固件13孔及導(dǎo)電鋁棒14孔。所述乙炔選擇性加氫的催化劑為pd基、ni基、cu基催化劑，熱致發(fā)電材料為熱電材料碲化鉍。將現(xiàn)購(gòu)乙炔選擇性加氫催化劑與熱電材料物理混合成為復(fù)合材料作為催化劑，對(duì)反應(yīng)具有加氫性能的同時(shí)原位放熱反應(yīng)熱量移除。

9、本發(fā)明的有益效果：

10、1、與現(xiàn)有技術(shù)相比，基于熱致發(fā)電原理，本申請(qǐng)?zhí)岢鐾ㄟ^(guò)將乙炔選擇性加氫催化劑與熱電材料復(fù)合，在保證催化反應(yīng)正常進(jìn)行及不增加反應(yīng)器的加工難度下，實(shí)現(xiàn)放熱反應(yīng)熱量的移除，避免催化床層熱點(diǎn)生成。

11、2、本申請(qǐng)通過(guò)將紅外測(cè)溫、電信號(hào)檢測(cè)與收集、固定床反應(yīng)器結(jié)合，設(shè)計(jì)固定床反應(yīng)管的內(nèi)徑、材質(zhì)及進(jìn)出氣口模塊等，以滿足檢測(cè)條件，便于對(duì)反應(yīng)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，多角度進(jìn)行溫度測(cè)量，從而得到催化反應(yīng)的真實(shí)溫度，進(jìn)一步分析催化過(guò)程，提高催化劑性能評(píng)價(jià)的客觀有效性。

技術(shù)特征：

1.一種適用于氣相放熱反應(yīng)原位撤熱同時(shí)實(shí)現(xiàn)原位測(cè)溫的固定床反應(yīng)器，其特征在于：包括加熱套、固定床反應(yīng)管；固定床反應(yīng)管外設(shè)置加熱套；固定床反應(yīng)管內(nèi)設(shè)有催化劑床層；固定床反應(yīng)管的兩端分別設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口；固定床反應(yīng)管內(nèi)設(shè)有熱電偶，熱電偶一端延伸至催化劑床層，另一端延伸至固定床反應(yīng)管外；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于氣相放熱反應(yīng)原位撤熱同時(shí)實(shí)現(xiàn)原位測(cè)溫的固定床反應(yīng)器，其特征在于：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于氣相放熱反應(yīng)原位撤熱同時(shí)實(shí)現(xiàn)原位測(cè)溫與電能儲(chǔ)存的固定床反應(yīng)器，其特征在于：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于氣相放熱反應(yīng)原位撤熱同時(shí)實(shí)現(xiàn)原位測(cè)溫與電能儲(chǔ)存的固定床反應(yīng)器，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
一種基于熱致發(fā)電原理實(shí)現(xiàn)強(qiáng)放熱反應(yīng)原位撤熱同時(shí)原位測(cè)溫的固定床反應(yīng)器涉及放熱反應(yīng)反應(yīng)熱再利用的固定床裝置領(lǐng)域，具體涉及基于熱致發(fā)電原理實(shí)現(xiàn)強(qiáng)放熱反應(yīng)及時(shí)撤熱，同時(shí)可以多角度實(shí)現(xiàn)放熱反應(yīng)溫度及熱量測(cè)量與監(jiān)控，強(qiáng)化催化床層熱量傳遞，有效的消除或減少反應(yīng)熱點(diǎn)的產(chǎn)生，避免了催化劑失活。本發(fā)明包括固定床反應(yīng)管，固定床反應(yīng)管頂端設(shè)有紅外測(cè)溫系統(tǒng)、電位檢測(cè)及電能收集系統(tǒng)。固定床反應(yīng)管側(cè)端設(shè)有進(jìn)氣口與出氣口；固定床反應(yīng)管設(shè)有熱電偶進(jìn)口；反應(yīng)管與導(dǎo)線材質(zhì)及管徑比要同時(shí)滿足紅外測(cè)溫、電能收集、電勢(shì)與溫度檢測(cè)，在不影響催化反應(yīng)過(guò)程的情況下實(shí)現(xiàn)溫度及電能收集及電勢(shì)與溫度檢測(cè)；反應(yīng)管內(nèi)裝有催化劑和熱致發(fā)電復(fù)合材料。

技術(shù)研發(fā)人員：馮俊婷,王倩,陳曉夢(mèng),張風(fēng)雨,謝璐璐,段雪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：衢州資源化工創(chuàng)新研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6