專利名稱：一種氣體旋轉(zhuǎn)脈動分布的氣固相反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣固相反應(yīng)器，其特點是氣體分布器是旋轉(zhuǎn)運動的，且氣流為可控的脈動氣流，這種設(shè)計可以達到氣相在固相物料中動態(tài)均勻接觸，屬于冶金設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氣固相反應(yīng)是材料和化工過程經(jīng)常應(yīng)用的反應(yīng)。目前的反應(yīng)器設(shè)計，一種為固定床。固相物料不運動，氣體穿過固相反應(yīng)物料。這種反應(yīng)器，相對氣體消耗較小。但是由于固相物料分布的不均勻，可能會出現(xiàn)溝流等現(xiàn)象。氣體從料層阻力最小處通過，造成固相原料反應(yīng)的不均勻性。另一種設(shè)計是讓固相反應(yīng)原料運動起來，如流態(tài)化床或氣流騰動設(shè)計。 可以充分讓固相和反應(yīng)氣相接觸，反應(yīng)的動力學條件優(yōu)異，但是氣體除作為吹動固相粉料的動力，還要參與反應(yīng)的消耗，因此消耗很大，很多氣體回收困難，造成物質(zhì)和能量消耗嚴重，效率低。本發(fā)明針對上述兩種反應(yīng)器設(shè)計的優(yōu)點與缺點，利用氣體的旋轉(zhuǎn)脈動分布有效的達到氣相在固相物料中動態(tài)均勻接觸，而又不用消耗大量氣體的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有的氣固相反應(yīng)器的問題，在氣固兩相的反應(yīng)中， 通過脈動的氣流和管式氣體分布器的旋轉(zhuǎn)布氣，使氣體在固相粉體材料中的分布動態(tài)改變，由于脈動沖擊和出氣位置的時時不同，反應(yīng)器中的粉體分布也時時改變，不易形成氣體的溝流，提高反應(yīng)氣體的利用效率。另外內(nèi)置的電阻絲加熱保證進入反應(yīng)器內(nèi)的氣體與反應(yīng)器內(nèi)溫度相同，防止常溫狀態(tài)下的氣體進入反應(yīng)器時，反應(yīng)器內(nèi)溫度下降，而氣體進入的動態(tài)密封處于常溫狀態(tài)，經(jīng)加熱后進入反應(yīng)區(qū)段，易于實施。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種具有氣體旋轉(zhuǎn)脈動分布功能的氣固相反應(yīng)裝置，包括裝置底部的動態(tài)密封進氣和旋轉(zhuǎn)傳動部分，中部的氣體加熱和分布部分，頂部的排氣部分。其中氣固相反應(yīng)裝置底部的支撐板1通過緊固法蘭3與反應(yīng)外壁8固定連接，其中緊固法蘭3和支撐板1通過帶0型密封橡膠環(huán)的緊固法蘭用螺釘固定連接21固定。支撐板1 的一側(cè)開有與氣源相連接的氣體進口 2，氣體進口 2連接的氣體通道延伸至至支撐板1中央設(shè)置的環(huán)狀布氣腔室27。外接的驅(qū)動裝置25通過皮帶連接旋轉(zhuǎn)輪24，旋轉(zhuǎn)輪24連接旋轉(zhuǎn)軸23，將旋轉(zhuǎn)運動傳遞給旋轉(zhuǎn)軸23。旋轉(zhuǎn)軸23連接分布支架4。分布支架4為中空轉(zhuǎn)軸， 其恰好穿過的環(huán)狀布氣腔室27，且在環(huán)狀布氣腔室27內(nèi)的部分設(shè)置有與環(huán)狀布氣腔室27 相通的氣體導(dǎo)入孔26。分布支架4的上部通過固定連接14連接有管式氣體分布器15，分布支架4的中空部分與管式氣體分布器15的內(nèi)部相通。管式氣體分布器15的下部為密實的金屬半圓管，管式氣體分布器(15)的上部為多空燒結(jié)板5，其兩端為密實金屬封閉堵頭， 上述圍成管式氣體通道。多空燒結(jié)板5的上部布置有電加熱絲6，電加熱絲5的上部沿著反應(yīng)裝置的內(nèi)壁設(shè)置有環(huán)狀的氣體分布板支撐架13，將旋轉(zhuǎn)分布加熱后的氣體再次分布的氣體分布板7置于氣體分布板支撐架13上，氣體分布板7上放置有使其固定和邊緣密封的環(huán)形的壓圈12。 氣體分布板7上方是由反應(yīng)外壁圍城的盛放填料球11和反應(yīng)物料10并使其混合的空間。 上述空間的頂部設(shè)有氣體出口 9。以上述的環(huán)狀布氣腔室27與分布支架4中氣體導(dǎo)入孔26為中心，在支撐板1的兩側(cè)依次對稱安裝密封支撐圈19，密封填料18，填料壓圈17和密封連接16，上下完全對稱安裝，以達到氣路動態(tài)連接的密封效果。從側(cè)路氣體進口 2的進氣經(jīng)環(huán)狀布氣腔室27進入分布支架4中的氣體導(dǎo)入孔26， 流經(jīng)分布支架4后從管式氣體分布器15的上部多空燒結(jié)板5流出，加上旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置25 的驅(qū)動，旋轉(zhuǎn)扭矩經(jīng)旋轉(zhuǎn)輪(24)帶動轉(zhuǎn)動軸23，連接分布支架4也傳遞到管式氣體分布器 15，得到氣體的旋轉(zhuǎn)分布；上述分布的氣體向上運動經(jīng)過電加熱絲6進行加熱。經(jīng)預(yù)熱和分布后的反應(yīng)氣體穿過氣體分布板7達到混合反應(yīng)物料10和填料球11，反應(yīng)的尾氣經(jīng)反應(yīng)裝置頂部的氣體出口 9排出。所述的驅(qū)動裝置25為旋轉(zhuǎn)電機。與氣體進口 2相連的氣源為脈動氣源。其用于反應(yīng)的氣相是氫氣，一氧化碳，甲烷，及其上述三種氣體組成的混合的還原性氣體，或氧氣，空氣，二氧化碳，以及上述三種氣體組成的混合的氧化性氣體。所屬的反應(yīng)物料10和填料球11是指在固定氣體分布板的上部放置需要反應(yīng)的固體粉末原料和所需要的惰性反應(yīng)填料如氧化鋁和氧化鋯球等。其與起源通入的氣體進行反應(yīng)，本裝置適用于氣固兩相反應(yīng)。本發(fā)明可以取得如下有益效果首先是克服傳統(tǒng)固定床反應(yīng)器氣固相反應(yīng)，氣體可能的溝流和因此造成的反應(yīng)不均，其次克服了流化床反應(yīng)器的反應(yīng)氣體騰動造成的氣體大量消耗。通過脈動氣體的旋轉(zhuǎn)分布造成了氣流在固相反應(yīng)和填料之中的隨機變化分布， 即解決了溝流問題也節(jié)省了氣體。能達到節(jié)能降耗的作用，可廣泛應(yīng)用于氣固相反應(yīng)的還原或氧化等領(lǐng)域。


圖1為氣體旋轉(zhuǎn)脈動分布的氣固相反應(yīng)裝置的剖面結(jié)構(gòu)圖。圖中1、支撐板，2、氣體進口，3、緊固法蘭，4、分布支架，5、多空燒結(jié)板，6、電加熱絲，7、氣體分布板，8、反應(yīng)器外壁，9、氣體出口，10、反應(yīng)物料，11、填料球，12、氣體分布板上壓圈，13、氣體分布板支撐架，14、固定連接，15、管式氣體分布器，16、密封連接，17、填料壓圈，18、密封填料，19、密封支撐圈，20、排污管，21、緊固法蘭固定連接，22、排污閥，23、轉(zhuǎn)動軸，24、旋轉(zhuǎn)輪，25、驅(qū)動裝置，26、空心轉(zhuǎn)軸中氣體導(dǎo)入孔，27、環(huán)狀布氣腔室。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對于本發(fā)明作進一步說明。實施例1首先將本裝置按照附圖1組裝。其底部的動態(tài)密封進氣和旋轉(zhuǎn)傳動部分包括外接的驅(qū)動裝置25，即旋轉(zhuǎn)電機，通過皮帶連接旋轉(zhuǎn)輪24，將旋轉(zhuǎn)運動傳遞給連接旋轉(zhuǎn)輪24的旋轉(zhuǎn)軸23。并通過分布支架4的旋轉(zhuǎn)傳遞給通過固定連接14固定的管式氣體分布器15。 通過上述步驟達到旋轉(zhuǎn)動量的傳遞過程。而另一重要的密封功能是通過的底部支撐板1是通過緊固法蘭3與反應(yīng)外壁8固定連接的，其中緊固法蘭3和支撐板1通過緊固法蘭固定連接21固定。動態(tài)進氣功能是通過側(cè)路氣體進口 2進氣，通過與氣體進口 2連接的環(huán)狀布氣腔室27與空心轉(zhuǎn)軸中氣體導(dǎo)入孔26相接。由于環(huán)狀布氣腔室27與空心轉(zhuǎn)軸中氣體導(dǎo)入孔26的氣路相通，是動態(tài)連接，因此需要動態(tài)的氣路密封。具體的措施是以環(huán)狀布氣腔室27與空心轉(zhuǎn)軸中氣體導(dǎo)入孔26為中心，上下依次對稱安裝密封支撐圈19，密封填料18， 填料壓圈17和密封連接16上下完全對稱。達到氣路動態(tài)連接的密封效果。另外，為了方便反應(yīng)器內(nèi)部的清潔，在底部支撐板1上安裝了排污管20和排污閥22，旋開排污閥22，污物可以通過排污管20排出。其中部的氣體加熱和分布部分，包括與底部動態(tài)密封進氣和旋轉(zhuǎn)傳動部分的轉(zhuǎn)動軸23相接的分布支架4。由于分布支架4為空心結(jié)構(gòu)，其空腔與空心轉(zhuǎn)軸中氣體導(dǎo)入孔26相接，因此分布支架承擔了旋轉(zhuǎn)扭矩的傳輸和氣體傳輸兩個功效。分布支架4上部通過固定連接14與管式氣體分布器15相接。管式氣體分布器15包括兩部分， 下部為密實的金屬半圓管，上部為多空燒結(jié)板5，而管式氣體分布器15的兩端為密實金屬封閉堵頭。從側(cè)路氣體進口 2的進氣經(jīng)環(huán)狀布氣腔室27與空心轉(zhuǎn)軸中氣體導(dǎo)入孔26，流經(jīng)分布支架4后從管式氣體分布器15的上部多空燒結(jié)板5流出，加上旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置25的驅(qū)動，旋轉(zhuǎn)扭矩經(jīng)旋轉(zhuǎn)輪24帶動轉(zhuǎn)動軸23，連接分布支架4也傳遞到管式氣體分布器15，因此得到氣體的旋轉(zhuǎn)分布。另，若采用脈動起源接入側(cè)路氣體進口 2，則可以達到氣體的旋轉(zhuǎn)脈動分布。管式氣體分布器15上部為電加熱絲6，分布的氣體向上運動經(jīng)過電加熱絲6，進行加熱。電加熱絲上部為通過氣體分布板支撐架13支撐的氣體分布板7，其作用是旋轉(zhuǎn)分布加熱后的氣體再次分布，和隔離和支撐其上面承載的反應(yīng)物料10和與反應(yīng)物料10混合的填料球11。為了達到氣體分布板7的固定和邊緣密封，在其上面加有氣體分布板上壓圈 12。預(yù)先混合好的反應(yīng)物料10和填料球11放置在氣體分布板7。經(jīng)預(yù)熱和分布后的反應(yīng)氣體穿過混合反應(yīng)物料10和填料球11層，反應(yīng)的尾氣經(jīng)反應(yīng)裝置頂部的氣體出口 9排出。 設(shè)備的安裝和裝料完畢。在反應(yīng)實施前首先對裝置內(nèi)部進行氣體置換，尤其在使用與空氣混合有爆炸危險性的氣體，必須嚴格置換反應(yīng)氣體。置換氣體實施是通過進氣口 2接入連續(xù)進氣起源。置換氣體后通過溫度設(shè)定利用電加熱絲6預(yù)熱裝置至設(shè)定溫度。到達設(shè)定預(yù)設(shè)溫度后，打開驅(qū)動裝置25，通過機械傳動，反應(yīng)裝置內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)氣體分布裝置開啟。進氣口2接入的脈動起源打開。脈動起源的實現(xiàn)是通過在進氣口2之前進入氣體三通，一端接連續(xù)的反應(yīng)氣源，另一接口接有頻率通斷控制的高壓惰性氣源。兩種氣源通過三通混合之后形成疊加的脈動氣流源。反應(yīng)氣源和惰性氣源專業(yè)設(shè)計人員可根據(jù)具體反應(yīng)選擇。進入反應(yīng)階段及保溫氣固相反應(yīng)階段。到達預(yù)先設(shè)置的反應(yīng)時間即反應(yīng)結(jié)束后，設(shè)定降溫制度。到達安全溫度后關(guān)閉的連續(xù)反應(yīng)氣源，繼續(xù)利用脈動的惰性氣體進行裝置內(nèi)部的反應(yīng)氣體置換。對于危險性的氣體，此步不可省略。降至室溫確保氣體置換完全取出反應(yīng)產(chǎn)物與填料球篩分分離得到產(chǎn)品。以下以表面氧化的金屬鈷粉的還原處理操作為例說明還原制備的金屬鈷粉，在空氣中長時間貯存會產(chǎn)生表面的氧化。在應(yīng)用前須進行表面的氫氣還原，但不希望在還原過程中造成金屬鈷粉的顆粒長大。通常的方法是使用回轉(zhuǎn)窯或者流態(tài)化床進行還原?；剞D(zhuǎn)窯空間利用不高，而流化床消耗氣體較大。采用本發(fā)明的裝置。在氣體分布板7上放置已經(jīng)混合均勻的表面氧化的鈷粉和氧化鋁填料球。首先從進氣口 2處連續(xù)沖入氫氣，以置換反應(yīng)器中原有的空氣。待氫氣全部置換反應(yīng)器中的空氣后，接通電加熱絲6的電源，使其達到設(shè)定溫度。此時打開驅(qū)動裝置25，管式氣體分布器15 開始從動轉(zhuǎn)動。脈動氣流源是通過在進氣口 2之前進入氣體三通，一端接連續(xù)的氫氣氣源， 另一接口接有頻率通斷控制的高壓氬氣氣源。兩種氣源通過三通混合之后形成疊加的脈動氣流源。反應(yīng)結(jié)束，切斷電熱絲6電源，待裝置的溫度測量顯示低于100攝氏度時關(guān)閉連續(xù)的氫氣氣源。待冷卻至室溫關(guān)閉氬氣氣源，打開裝置，用篩分法分離產(chǎn)物和填料球，得到產(chǎn)品。此方法可以利用本發(fā)明的裝置制備得到表面無氧化層的金屬鈷粉末。
權(quán)利要求
1.一種具有氣體旋轉(zhuǎn)脈動分布功能的氣固相反應(yīng)裝置，包括裝置底部的動態(tài)密封進氣和旋轉(zhuǎn)傳動部分，中部的氣體加熱和分布部分，頂部的排氣部分；其特征在于氣固相反應(yīng)裝置底部的支撐板(1)通過緊固法蘭(3)與反應(yīng)外壁(8)固定連接，其中緊固法蘭(3)和支撐板(1)通過帶0型密封橡膠環(huán)的緊固法蘭用螺釘固定連接(21)固定； 支撐板(1)的一側(cè)開有與氣源相連接的氣體進口(2)，氣體進口(2)連接的氣體通道延伸至至支撐板(1)中央設(shè)置的環(huán)狀布氣腔室(27)；外接的驅(qū)動裝置(25)通過皮帶連接旋轉(zhuǎn)輪 (24)，旋轉(zhuǎn)輪(24)連接旋轉(zhuǎn)軸(23)，將旋轉(zhuǎn)運動傳遞給旋轉(zhuǎn)軸(23)；旋轉(zhuǎn)軸(23)連接分布支架(4)；分布支架(4)為中空轉(zhuǎn)軸，其恰好穿過的環(huán)狀布氣腔室(27)，且在環(huán)狀布氣腔室 (27)內(nèi)的部分設(shè)置有與環(huán)狀布氣腔室(27)相通的氣體導(dǎo)入孔(26)；分布支架(4)的上部通過固定連接(14)連接有管式氣體分布器(15)，分布支架(4)的中空部分與管式氣體分布器(15)的內(nèi)部相通；管式氣體分布器(15)的下部為密實的金屬半圓管，管式氣體分布器 (15)的上部為多空燒結(jié)板(5)，其兩端為密實金屬封閉堵頭，上述圍成管式氣體通道；多空燒結(jié)板(5)的上部布置有電加熱絲(6)，電加熱絲(5)的上部沿著反應(yīng)裝置的內(nèi)壁設(shè)置有環(huán)狀的氣體分布板支撐架(13)，將旋轉(zhuǎn)分布加熱后的氣體再次分布的氣體分布板 (7)置于氣體分布板支撐架(13)上，氣體分布板(7)上放置有使其固定和邊緣密封的環(huán)形的壓圈(12)；氣體分布板(7)上方是由反應(yīng)外壁圍城的盛放填料球(11)和反應(yīng)物料(10) 并使其混合的空間；上述空間的頂部設(shè)有氣體出口(9)；以上述的環(huán)狀布氣腔室(27)與分布支架(4)中氣體導(dǎo)入孔(26)為中心，在支撐板(1) 的兩側(cè)依次對稱安裝密封支撐圈(19)，密封填料(18)，填料壓圈(17)和密封連接(16)，上下完全對稱安裝，以達到氣路動態(tài)連接的密封效果；從側(cè)路氣體進口(2)的進氣經(jīng)環(huán)狀布氣腔室(27)進入分布支架(4)中的氣體導(dǎo)入孔 (26)，流經(jīng)分布支架(4)后從管式氣體分布器(15)的上部多空燒結(jié)板(5)流出，加上旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置(25)的驅(qū)動，旋轉(zhuǎn)扭矩經(jīng)旋轉(zhuǎn)輪(24)帶動轉(zhuǎn)動軸(23)，連接分布支架(4)也傳遞到管式氣體分布器(15)，得到氣體的旋轉(zhuǎn)分布；上述分布的氣體向上運動經(jīng)過電加熱絲 (6)進行加熱；經(jīng)預(yù)熱和分布后的反應(yīng)氣體穿過氣體分布板(7)達到混合反應(yīng)物料(10)和填料球(11)，反應(yīng)的尾氣經(jīng)反應(yīng)裝置頂部的氣體出口(9)排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有氣體旋轉(zhuǎn)脈動分布功能的氣固相反應(yīng)裝置，其特征在于所述的驅(qū)動裝置(25)為旋轉(zhuǎn)電機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有氣體旋轉(zhuǎn)脈動分布功能的氣固相反應(yīng)裝置，其特征在于與氣體進口(2)相連的氣源為脈動氣源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有氣體旋轉(zhuǎn)脈動分布功能的氣固相反應(yīng)裝置，其特征在于其用于反應(yīng)的氣相是氫氣，一氧化碳，甲烷，及其上述三種氣體組成的混合的還原性氣體，或氧氣，空氣，二氧化碳，以及上述三種氣體組成的混合的氧化性氣體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有氣體旋轉(zhuǎn)脈動分布功能的氣固相反應(yīng)裝置，屬于冶金設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。其包括一個下部接在旋轉(zhuǎn)電機上的側(cè)路進氣的管式氣體分布器和一個固定的氣體分布板，氣源為脈沖氣源。在旋轉(zhuǎn)的管式氣體分布器和固定氣體分布板之間為纏繞的電阻絲加熱熱源，使反應(yīng)氣體加熱到達反應(yīng)設(shè)定溫度。在固定氣體分布板的上部放置需要反應(yīng)的固體粉末原料和所需要的惰性反應(yīng)填料如氧化鋁和氧化鋯球等。本裝置適用于氣固兩相反應(yīng)，氣體的脈動輸入和管式氣體分布器的旋轉(zhuǎn)氣體分布有效的改善氣體在固相反應(yīng)物和惰性填料之間的流動分布方式，以達到增加氣固兩相接觸界面，有效抑制溝流等有害現(xiàn)象的發(fā)生，達到提高反應(yīng)速率，降低氣體消耗量的作用。
文檔編號B01J8/16GK102284260SQ201110160299
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者劉會洲, 夏定國, 李釩, 梁向峰 申請人:中國科學院過程工程研究所, 北京工業(yè)大學