CN102389753B - 吸热反应用双流化床反应器及吸热反应的供热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了吸热反应用双流化床反应器及吸热反应的供热方法。该吸热反应用双流化床反应器包括：封闭且内部设有由吸热反应用催化剂颗粒或反应物颗粒构成的第一流化床床层的吸热反应用流化床床体，其底部设有与第一气体气源相连以便向所述第一流化床床层供给第一气体的第一气体分布器；以及封闭且内部设有由热载体颗粒构成的第二流化床床层的供热用流化床床体，其底部设有与第二气体气源相连以便向所述第二流化床床层内供给第二气体的第二气体分布器，吸热反应用流化床床体和供热用流化床床体中的一个套设在另一个内。根据本发明实施例的吸热反应用双流化床反应器，具有安全、稳定、传热效率更高等优点，尤其适用于反应温度高于400度的中高温吸热反应的供热。
Description
技术领域
本发明涉及化学反应装置技术领域，尤其是涉及一种吸热反应用双流化床反应器及吸热反应的供热方法。
背景技术
化学反应过程通常伴随一定的热效应，根据反应前后物料的化学势变化可知，有些反应吸收热量，有些反应放出热量。相应地，化学反应器设计需要根据反应热设置供热或移热手段。其中，中高温（指400℃以上）吸热反应的稳定均匀供热问题是化工中的一个难点。
工业中通常采用管式炉反应器来实施高温条件下的强吸热反应。具体地，吸热反应在直径较细的管内进行，管外依靠燃料（燃油或燃气）燃烧将温度提升至上千摄氏度，通过辐射为反应管供热。管式炉反应器属于外燃式供热反应器，能够满足高温气相吸热反应的供热要求。
而对于有固相催化剂参与的烃类蒸汽重整反应，在ZL94192942.6中提出一种使用密集排列金属反应管的紧凑吸热反应装置。该装置通过特殊的喷嘴结构设计，将燃料和空气导入燃烧室中产生长而薄的火焰，避免反应管局部过热；并通过特殊设计，防止反应管在承受高于平均管温时所引起的弯曲。该吸热反应装置不仅适用于高温气相吸热反应，也适用于有固相催化剂参与的烃类蒸汽重整反应。这种外燃式设计虽然可以满足高温供热要求，且从反应管耐温角度看温度的均匀性已经有所提高，但是由于不同位置火焰温度的差异以及反应管与火焰相对位置的差异，整个反应管中的温度仍很难严格保证均一，因此外燃式供热反应器不适用于转化率及选择性对温度非常敏感的吸热反应过程。
相对于此，流化床反应器适用于有固相反应物料或固相催化剂参与的化学反应过程，具有生产能力大、供热/移热能力强且传热均匀、固相组分易于移入/移出的优点。传统的流化床反应器通常通过设置内取热/供热盘管移出/供给反应热。对于放热反应，通常在取热盘管中通入水或蒸汽取热；当取热量变化较大时，还可设置外取热器，将固体物料引出移热。对于吸热反应，当反应温度较低时可以用蒸汽供热，即供热盘管中通入蒸汽；当所需反应温度较高时，可以用导热油替代蒸汽作为供热介质；当温度高于导热油的分解温度时，需要采用熔盐作为供热介质。熔盐虽然可以达到较高的供热温度，但是对设备可能有腐蚀作用，操作难度大，不适合长周期连续运转，因此在工业流化床反应器中很少被采用。此外，现有的流化床反应器通过流态化操作强化换热，但不能直接解决中高温度条件下的强吸热化学反应供热问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种可为中高温条件下的强吸热反应均匀、高效地提供热量的吸热反应用双流化床反应器。
本发明的另一个目的在于提出一种利用本发明第一方面实施例的吸热反应用双流化床反应器的吸热反应的供热方法，所述吸热反应为烷烃非氧化脱氢、或烃类蒸汽重整、或烃类裂解生产碳纳米管。
根据本发明实施例的吸热反应用双流化床反应器，包括：吸热反应用流化床床体，所述吸热反应用流化床床体为封闭的且内部设有由吸热反应用催化剂颗粒或反应物颗粒构成的第一流化床床层，所述吸热反应用流化床床体的底部设有第一气体分布器，所述第一气体分布器与第一气体气源相连以便向所述第一流化床床层供给第一气体；以及供热用流化床床体，所述供热用流化床床体为封闭的且内部设有由热载体颗粒构成的第二流化床床层，所述供热用流化床床体内的底部设有第二气体分布器，所述第二气体分布器与第二气体气源相连以便向所述第二流化床床层内供给第二气体，其中，所述第一气体为反应气体或流化气，所述第二气体为流化气，所述流化气包括空气、氧气及其组合，所述吸热反应用流化床床体设置在所述供热用流化床床体内以便所述吸热反应用流化床床体内的吸热反应所需的热量由所述供热用流化床床体提供，并且所述吸热反应用双流化床反应器进一步包括：加热装置，所述加热装置具有加热装置本体、第一导管和第二导管，所述第一导管和所述第二导管分别连接在所述加热装置本体与所述供热用流化床床体之间，以便所述加热装置与所述供热用流化床床体之间通过所述第一导管和所述第二导管形成热载体颗粒的循环通路。
根据本发明实施例的吸热反应用双流化床反应器，由于吸热反应用流化床床体设置在所述供热用流化床床体内且在供热用流化床床体为内部设有由热载体颗粒构成的第二流化床床层，因此通过第二流化床床层的热载体颗粒的原位反应或从其它场所携带的热量可以为吸热反应用流化床内提供吸热反应所需要的热。此外，由于是通过热载体颗粒进行传热的，因此相比于气体传热介质而言具有安全、稳定、适用的温度范围更宽、传热效率更高等优点。
另外，根据本发明上述实施例的吸热反应用双流化床反应器还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述热载体颗粒为粒径为60～120微米的氧化铝颗粒、二氧化硅颗粒或催化裂化催化剂颗粒。
根据本发明的一些实施例，所述供热用流化床床体设在所述吸热反应用流化床床体内，所述吸热反应用流化床床体的下部设有第一卸料口且上部设有第一进料口，所述供热用流化床床体的底部设有用于向所述第二流化床床层内喷入燃料的燃料喷口，所述供热用流化床床体的下部设有延伸至所述吸热反应用流化床床体外的第二卸料口且上部设有第二进料口，且所述第二进料口连接有延伸至所述供热用流化床床体的下部的导管。
可选地，所述燃料包括燃油、燃气及其组合。
可选地，所述供热用流化床床体的外壁上设置有翅片。
进一步地，所述翅片为多段，并且相邻两段翅片的排列方向相错。
根据本发明的再一些实施例，所述吸热反应用流化床床体设置在所述供热用流化床床体内，并且所述吸热反应用双流化床反应器进一步包括：加热装置，所述加热装置具有加热装置本体、第一导管和第二导管，其中，所述第一导管和所述第二导管分别连接在所述加热装置本体与所述供热用流化床床体之间，以便所述加热装置与所述供热用流化床床体之间通过所述第一导管和所述第二导管形成热载体颗粒的循环通路。
可选地，所述吸热反应用流化床床体的顶部设有用于气固分离的第一气固分离装置，所述第一气固分离装置为旋风分离器、或金属过滤器、或二者的组合。
进一步地，所述供热用流化床床体的顶部设有用于气固分离的第二气固分离装置，该第二气固分离装置为旋风分离器、或金属过滤器、或二者的组合。
进一步地，在所述吸热反应用流化床床体和所述供热用流化床床体中，其中套设在内部的一者设置有多个。
根据本发明第二方面实施例的利用本发明第一方面任一实施例所述的吸热反应用双流化床反应器的吸热反应的供热方法，所述吸热反应为烷烃非氧化脱氢、或烃类蒸汽重整、或烃类裂解生产碳纳米管，包括以下步骤：a)将平均粒径为60～100微米的吸热反应用催化剂颗粒引入所述吸热反应用流化床床体内；b)将反应气体作为所述第一气体通入所述吸热反应用流化床床体内，所述反应气体为待处理的烷烃、或烃类待重整原料与水蒸汽的混合气、或用于生产碳纳米管的甲烷、乙烯、丙烯或其混合物；以及c)将所述第二气体通入所述供热用流化床床体内以使其中的所述热载体颗粒流化，第二流化床床层原位产生热量或通过热载体颗粒循环从外热源处获得热量以便为吸热反应流化床提供热量。
根据本发明的一些实施例，其中，在步骤c)中通过向所述供热用流化床床体内喷入燃料并使其燃烧来使所述第二流化床床层产生热，所述燃料包括燃油、燃气及其组合。在使用燃油的情况下，优选在床层温度高于该燃油自燃点的条件下喷入燃油。
根据本发明的另一些实施例，所述热载体颗粒为结焦失活的待再生催化裂化催化剂颗粒以便在步骤c)中通过所述待再生催化裂化催化剂颗粒的烧焦再生使所述第二流化床床层产生热。
根据本发明的再一些实施例，其中，所述加热装置为催化裂化再生器且所述热载体颗粒为来自所述催化裂化再生器的再生催化裂化催化剂颗粒以便在步骤c)中通过所述催化裂再生器内发生的烧焦再生反应补充所述第二流化床床层热量。
根据本发明的一些实施例，从所述第一流化床床层的下部的卸料口连续或间歇地卸出含有催化剂和碳相产物构成的颗粒物料，同时连续或间歇地从所述第一流化床床层的上部的加料口补入新的催化剂颗粒。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的吸热反应用双流化床反应器的结构示意图；
图2是根据本发明一个变形例的吸热反应用双流化床反应器的结构示意图；
图3是根据本发明再一个实施例的吸热反应用双流化床反应器的结构示意图；
图4是根据本发明一个实施例的吸热反应用双流化床反应器的吸热反应的供热方法。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图详细描述根据本发明实施例的吸热反应用双流化床反应器及烷烃非氧化脱氢、或烃类蒸汽重整、或烃类裂解生产碳纳米管的吸热反应的供热方法。
根据本发明实施例的吸热反应用双流化床反应器，包括：吸热反应用流化床床体1和供热用流化床床体2。
具体而言，吸热反应用流化床床体1为封闭的且内部设有由吸热反应用催化剂颗粒或反应物颗粒构成的第一流化床床层11，吸热反应用流化床床体1内的底部设有第一气体分布器12，所述第一气体分布器12与第一气体气源（未图示）相连以便向第一流化床床层11提供第一气体。
供热用流化床床体2为封闭的且内部设有由热载体颗粒构成的第二流化床床层21，供热用流化床床体2内的底部设有第二气体分布器22，第二气体分布器22与第二气体气源（未图示）相连以便向第二流化床床层21内供给第二气体。
其中，所述第一气体为反应气体或流化气，所述第二气体为流化气，所述第二气体的流化气包括空气、氧气及其组合，吸热反应用流化床床体1设置在供热用流化床床体2内以便吸热反应用流化床床体1内的吸热反应所需的热量由供热用流化床床体2提供。
如图3所示，根据本发明实施例，吸热反应用流化床床体1设置在供热用流化床床体2内，并且吸热反应用双流化床反应器进一步包括加热装置3’。加热装置3’具有加热装置本体31’、第一导管32’和第二导管33’，其中，第一导管32’和第二导管33’分别连接在加热装置本体31’与供热用流化床床体2之间，以便加热装置3’与供热用流化床床体2之间通过第一导管32’和第二导管33’形成热载体颗粒的循环通路。由此，通过将供热用流化床床体2中的热载体颗粒通过第一导管32’连续移出至加热装置3’内由加热装置3’进行加热，此后再通过第二导管33’返回供热用流化床床体2内，从而能够通过加热装置3’对热载体颗粒进行加热。
需要说明的是，所谓“吸热反应用流化床床体1为封闭的”和“供热用流化床床体2为封闭的”并不是意在限制其完全封闭以与外界隔离而是指在反应器中供热用流化床床体2与吸热反应用流化床床体1中的颗粒及气体完全隔离，就吸热反应用流化床床体1供热用流化床床体2而言，其分别可以通过进料口、出料口等与外部相连。
另外，需要说明的是，在吸热反应用流化床床体1和1供热用流化床床体2中，其中套设在内部的一者可以根据需要设置有多个。
根据本发明实施例的吸热反应用双流化床反应器，第一气体从吸热反应用双流化床床体1底部的第一气体分布器12通入，使得第一流化床床层11中的颗粒处于流化状态，在流化固体颗粒的同时发生吸热化学反应，而由于吸热反应用流化床床体1和供热用流化床床体2中的一个套设在另一个内，因而供热用流化床床体2（即高温流化床）根据来源于原位反应或由外部提供给固体颗粒的热量为吸热反应用流化床床体1（即低温流化床）提供吸热反应所需要的热量，也就是说高温流化床中的颗粒用作热载体。此外，由于是通过热载体颗粒进行传热的，因此相比于气体传热介质而言具有安全、稳定、适用的温度范围更宽、传热效率更高等优点。
构成第二流化床床层21的热载体颗粒没有特殊的限制，但考虑到氧化铝颗粒、二氧化硅颗粒具有热稳定性高、机械强度高、热容较大、导热性能强等优点，另外使用催化裂化催化剂颗粒可以通过供热用流化床床体2内发生的原位反应来为吸热反应用流化床床体1提供热量，在本发明的一些示例中，所述热载体颗粒（即构成第二流化床床层21的颗粒）可以采用粒径为60～120微米的氧化铝颗粒、二氧化硅颗粒或催化裂化催化剂颗粒。
在本发明的一些实施例中，如图1所示，供热用流化床床体2设在吸热反应用流化床床体1内。其中，吸热反应用流化床床体1的下部设有第一卸料口13且上部设有第一进料口14，供热用流化床床体2的底部设有用于向第二流化床床层21内喷入燃料的燃料喷口23，供热用流化床床体2的下部设有延伸至吸热反应用流化床床体1外的第二卸料口24且上部设有第二进料口25，且第二进料口25连接有延伸至供热用流化床床体2的下部的导管26。
此处，需要说明的是，术语“下部”和“上部”是相对而言的，“下部”包括底部。
根据本发明上述实施例的吸热反应用双流化床反应器，可以通过由燃料喷口23喷入的燃料的燃烧来加热热载体颗粒，并进而为吸热反应用流化床床体提供热量。此外，由于第二进料口25连接有延伸至供热用流化床床体2的下部的导管26，可以使得热载体颗粒沿着导管26更为顺畅地落至供热用流化床床体2的下部以便形成第二流化床床层21。在本发明的一些示例中，所述燃料包括燃油、燃气及其组合。
在本发明的一些变形例中，如图2所示，供热用流化床床体2设在吸热反应用流化床床体1内，并且所述吸热反应用双流化床反应器进一步包括加热装置3和提升管4。其中，加热装置3与供热用流化床床体2的顶部相连，提升管4设置在供热用流化床床体2内，提升管4的第一端（即图2中的上端）与加热装置3相连，提升管4的第二端（即图2中的下端）延伸至第二流化床床层21内部且所述第二端与提供提升气的提升气源（未图示）相连，以便加热装置3与供热用流化床床体2之间通过提升管4形成流体循环。由此，通过向提升管4内通入提升气，将供热用流化床床体2中的热载体颗粒通过提升管4连续移出至加热装置3内由加热装置3进行加热，此后再返回供热用流化床床体2内，从而能够通过加热装置3对热载体颗粒进行加热。
关于提升气的种类没有特殊限制，其只要能够可以使得热载体颗粒在加热装置3与供热用流化床床体2之间进行循环即可，例如，可以采用空气、氧气、水蒸气等。
在供热用流化床床体2设置在吸热反应用流化床床体1内的情况下，为了增大高温与低温流化床之间的换热面积以增加传热效率，可选地，供热用流化床床体2的外壁上设置有翅片（未图示）。另外，翅片除了强化传热以外，还可以起到破碎气泡、增加湍动等作用。优选地，为了避免翅片轴向过长形成沟流或死区，可采用多段翅片结构，相邻段翅片排列方向相错。关于翅片的长度、宽度和厚度可以根据需要设计，相邻段翅片宽度可以相同也可以不同。
在上述任一实施例中，可选地，吸热反应用流化床床体1的顶部可以设有用于气固分离的第一气固分离装置15，第一气固分离装置15可以为旋风分离器、或金属过滤器、或二者的组合。此外，如图1所示，还可以在供热用流化床床体2的顶部设有用于气固分离的第二气固分离装置27，同样地，该第二气固分离装置27可以为旋风分离器、金属过滤器或二者的组合。
下面描述根据本发明实施例的利用上述任一实施例所述的吸热反应用双流化床反应器进行吸热反应的供热方法。
根据本发明实施例的利用上述任一项实施例所述的吸热反应用双流化床反应器进行烷烃非氧化脱氢、或烃类蒸汽重整、或烃类裂解生产碳纳米管的工艺，包括以下步骤：
首先，将平均粒径为60～100微米的吸热反应用催化剂颗粒引入吸热反应用流化床床体1内。其中，吸热反应用催化剂颗粒因具体工艺而异，例如可以为Pt-Sn/Al2O3、Ni/Al2O3、Fe-Mo/MgO等。从确保在流化过程中没有显著破碎这一方面考虑，有利地，选择具有一定强度的颗粒。
接着，将反应气体作为所述第一气体通入吸热反应用流化床床体1内，所述反应气体为烷烃、或烃类待重整原料（天然气或石脑油）与水蒸汽的混合气、或用于生产碳纳米管的烃类原料气（例如甲烷、乙烯、或丙烯等）。
最后，将所述第二气体通入供热用流化床床体内2以使其中的所述热载体颗粒流化，第二流化床床层21原位产生热量或通过热载体颗粒循环从外热源处获得热量以便为吸热反应流化床床体提供热量。
为了确保催化剂的活性或及时移出碳相产品，根据本发明的一些实施例，优选地，从所述第一流化床床层的下部的卸料口连续或间歇地卸出含有催化剂和碳相产物构成的颗粒物料，同时连续或间歇地从所述第一流化床床层的上部的加料口补入新的催化剂颗粒。
在本发明的一些实施例中，在步骤c)中通过向供热用流化床床体2内喷入燃料并使其燃烧来使第二流化床床层21产生热，所述燃料包括燃油、燃气及其组合。在使用燃油的情况下，优选在床层温度高于该燃油自燃点的条件下喷入燃油。
在本发明的另一些实施例中，所述热载体颗粒为结焦失活的待再生催化裂化催化剂颗粒以便在步骤c)中通过所述待再生催化裂化催化剂颗粒的烧焦再生使第二流化床床层21产生热。
在本发明的再一些实施例中，加热装置3或3’为催化裂化再生器且所述热载体颗粒为来自所述催化裂化再生器的再生催化裂化催化剂颗粒以便在步骤c)中通过所述催化裂化再生器内发生的烧焦再生反应补充第二流化床床层21热量。
下面通过具体实施例并参考附图4详细描述根据本发明实施例的工艺及供热方法。
实施例一
采用如图1所示的吸热反应用双流化床反应器进行丙烷非氧化催化脱氢反应。丙烷脱氢为强吸热反应，反应温度600℃。
首先，将供热用流化床床体2内喷嘴点燃，使床体升温。
接着，将平均颗粒直径60～200微米的惰性Al2O3颗粒用作供热用流化床床体2中的热载体颗粒，通入空气使其流化。燃气燃烧使得第二流化床床层升温。
然后，将平均粒径60～100微米的Pt-Sn/Al2O3催化剂颗粒引入吸热反应用流化床床体1内，通入氮气使其流化。待第一流化床床层温度升至反应温度，通过第一气体分布器向第一流化床中通入反应气体（即第一气体）丙烷保持催化剂颗粒流化，同时逐步减少氮气通入量直至完全停止。
为了提供传热推动力，调节燃气量使得第二流化床床层温度维持在700℃左右。
实施例二
采用如图1所示的吸热反应用双流化床反应器进行烃类蒸汽重整反应。该反应的反应温度为550℃。
其中，反应气为天然气和水蒸汽，产品气为合成气。吸热反应用流化床床体1中的催化剂颗粒Ni/Al2O3在反应气的作用下处于鼓泡或湍动流化状态。
与实施例1不同的是，为了使第二流化床床层21产生热，首先向内流化床中通入热空气（例如，由辅助燃烧室加热），使供热用流化床床层21升温。待温度升至380℃，通过燃料喷口23喷入轻柴油使其燃烧来加热供热用流化床床层21以便为烃类蒸汽重整提供热量。其中，供热用流化床床体2中的热载体颗粒为平均颗粒直径60～200微米的惰性Al2O3颗粒。
另外，可以调节轻柴油的喷入量来将供热用流化床床层的温度控制在650℃以提供传热推动力。
实施例三
采用如图2所示的吸热反应用双流化床反应器进行丁烷非氧化催化脱氢反应。丁烷脱氢为强吸热过程，反应温度为450℃。
反应气为丁烷，催化剂同实施例一。
供热用流化床床体2中的热载体颗粒为平均直径60～150微米的惰性Al2O3，其通过提升管在供热用流化床床体2与加热吸热反应用双流化床反应器3之间循环，加热吸热反应用双流化床反应器3可以为外燃式管式炉。外燃式管式炉依靠燃料燃烧获得热量，从而可将管式炉内的流动热载体颗粒加热至550℃以上。
实施例四
采用如图3所示的吸热反应用双流化床反应器进行同实施例三的反应。与实施例三的不同之处在于供热用流化床床体套设在吸热反应用流化床床体的外部，而丁烷非氧化催化脱氢反应在内侧的吸热反应用流化床床体中进行。产品气经过旋风分离器与金属过滤器串联而成的气固分离系统进行气固分离后从吸热反应用流化床床体上部引出。
实施例五
采用如图2所示的吸热反应用双流化床反应器进行丙烯催化裂解生产碳纳米管的吸热反应过程。反应温度550℃催化剂为Fe-Mo/MgO颗粒，反应原料为丙烯。以催化裂化催化剂作为第二流化床中的热载体颗粒，将催化裂化再生器作为加热装置3。也就是说，依靠催化裂化催化剂在催化裂化再生器与供热用流化床床体之间的循环为丙烯裂解反应供热。该过程的产品为固相的碳纳米管，与催化剂颗粒混杂在一起。可以从第一流化床底部的卸料口间歇性卸出催化剂及碳纳米管产品，同时从第一流化床上部的加料口间歇性地补入新的催化剂；也可以连续地卸出催化剂及碳纳米管产品，同时连续地补入新的催化剂。
实施例六
采用如图3所示的吸热反应用双流化床反应器进行同实施例五的丙烷非氧化脱氢反应过程，其中，将催化裂化反应器作为加热装置3。也就是说，将供热用流化床用作催化裂化再生器，以空气作为流化气。
来自催化裂化反应器的待生剂直接进入供热用流化床床体内，在完成催化裂化催化剂烧焦的同时为内侧的吸热反应用流化床中的丙烷脱氢反应提供反应所需的热量。
可以理解的是，还可以将供热用流化床床体用作催化裂化第二再生器。来自催化裂化再生器的待生剂进入供热用流化床床体，在空气或氧气作用下进一步充分烧焦再生放出热量，烧焦后的再生剂直接返回催化裂化反应器。由此，通过参数调整可以使的催化裂化再生器内的温度为680℃，供热用流化床床体的温度为700℃，而吸热反应用流化床床体的温度600℃。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (14)
1.一种吸热反应用双流化床反应器，其特征在于，包括：
吸热反应用流化床床体，所述吸热反应用流化床床体为封闭的且内部设有由吸热反应用催化剂颗粒或反应物颗粒构成的第一流化床床层，所述吸热反应用流化床床体内的底部设有第一气体分布器，所述第一气体分布器与第一气体气源相连以便向所述第一流化床床层供给第一气体；以及
供热用流化床床体，所述供热用流化床床体为封闭的且内部设有由热载体颗粒构成的第二流化床床层，所述供热用流化床床体内的底部设有第二气体分布器，所述第二气体分布器与第二气体气源相连以便向所述第二流化床床层内供给第二气体，
其中，所述第一气体为反应气体或流化气，所述第二气体为流化气，所述流化气包括空气、氧气及其组合，
所述吸热反应用流化床床体设置在所述供热用流化床床体内以便所述吸热反应用流化床床体内的吸热反应所需的热量由所述供热用流化床床体提供，
并且所述吸热反应用双流化床反应器进一步包括：
加热装置，所述加热装置具有加热装置本体、第一导管和第二导管，
所述第一导管和所述第二导管分别连接在所述加热装置本体与所述供热用流化床床体之间，以便所述加热装置与所述供热用流化床床体之间通过所述第一导管和所述第二导管形成热载体颗粒的循环通路。
2.根据权利要求1所述的吸热反应用双流化床反应器，其特征在于，所述热载体颗粒为粒径为60～120微米的氧化铝颗粒、二氧化硅颗粒或催化裂化催化剂颗粒。
3.根据权利要求1所述的吸热反应用双流化床反应器，其特征在于，所述供热用流化床床体设在所述吸热反应用流化床床体内，
所述吸热反应用流化床床体的下部设有第一卸料口且上部设有第一进料口，
所述供热用流化床床体的底部设有用于向所述第二流化床床层内喷入燃料的燃料喷口，所述供热用流化床床体的下部设有延伸至所述吸热反应用流化床床体外的第二卸料口且上部设有第二进料口，且所述第二进料口连接有延伸至所述供热用流化床床体的下部的导管。
4.根据权利要求3所述的吸热反应用双流化床反应器，其特征在于，所述燃料包括燃油、燃气及其组合。
5.根据权利要求3-或4所述的吸热反应用双流化床反应器，其特征在于，所述供热用流化床床体的外壁上设置有翅片。
6.根据权利要求5所述的吸热反应用双流化床反应器，其特征在于，所述翅片为多段，并且相邻两段翅片的排列方向相错。
7.根据权利要求1所述的吸热反应用双流化床反应器，其特征在于，
所述吸热反应用流化床床体的顶部设有用于气固分离的第一气固分离装置，所述第一气固分离装置为旋风分离器、或金属过滤器、或旋风分离器与金属过滤器的组合。
8.根据权利要求7所述的吸热反应用双流化床反应器，其特征在于，所述供热用流化床床体的顶部设有用于气固分离的第二气固分离装置，所述第二气固分离装置为旋风分离器、或金属过滤器、或二者组合。
9.根据权利要求1所述的吸热反应用双流化床反应器，其特征在于，在所述吸热反应用流化床床体和所述供热用流化床床体中，其中套设在内部的一者设置有多个。
10.一种利用权利要求1～9中任一项所述的吸热反应用双流化床反应器的吸热反应的供热方法，所述吸热反应为烷烃非氧化脱氢、或烃类蒸汽重整、或烃类裂解生产碳纳米管，其特征在于，包括以下步骤：
a)将平均粒径为60～100微米的吸热反应用催化剂颗粒引入所述吸热反应用流化床床体内；
b)将反应气体作为所述第一气体通入所述吸热反应用流化床床体内，所述反应气体为待处理的烷烃、或烃类待重整原料与水蒸汽的混合气、或用于生产碳纳米管的甲烷、乙烯、丙烯或其混合物；以及
c)将所述第二气体通入所述供热用流化床床体内以使其中的所述热载体颗粒流化，使所述第二流化床床层原位产生热量或通过热载体颗粒循环从外热源处获得热量以便为吸热反应流化床床体提供热量。
11.根据权利要求10所述的吸热反应的供热方法，其特征在于，利用权利要求3或4所述的吸热反应用双流化床反应器，其中，在步骤c)中通过向所述供热用流化床床体内喷入燃料并使其燃烧来使所述第二流化床床层产生热，所述燃料包括燃油、燃气及其组合。
12.根据权利要求10所述的吸热反应的供热方法，其特征在于，利用权利要求3或4所述的吸热反应用双流化床反应器，其中，所述热载体颗粒为结焦失活的待再生催化裂化催化剂颗粒以便在步骤c)中通过所述待再生催化裂化催化剂颗粒的烧焦再生使所述第二流化床床层产生热。
13.根据权利要求10所述的吸热反应的供热方法，其特征在于，其中，所述加热装置为催化裂化再生器且所述热载体颗粒为来自所述催化裂化再生器的再生催化裂化催化剂颗粒以便在步骤c)中通过所述催化裂化再生器内发生的烧焦再生反应补充所述第二流化床床层的热量。
14.根据权利要求10所述的吸热反应的供热方法，其特征在于，从所述第一流化床床层的下部的卸料口连续或间歇地卸出含有催化剂和碳相产物构成的颗粒物料，同时连续或间歇地从所述第一流化床床层的上部的加料口补入新的催化剂颗粒。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5382412A (en) * | 1992-10-16 | 1995-01-17 | Korea Research Institute Of Chemical Technology | Fluidized bed reactor heated by microwaves |
| RU2107540C1 (ru) * | 1994-03-21 | 1998-03-27 | Металлгезельшафт Актиенгезельшафт | Аппарат для проведения каталитических реакций в псевдоожиженном слое |
| CN1206356A (zh) * | 1996-08-30 | 1999-01-27 | 液体公司 | 用流化床反应器进行烃类转化的方法和设备 |
| CN1277073A (zh) * | 1999-06-10 | 2000-12-20 | 环球油品公司 | 使反应剂与间断式移动催化剂床接触的方法和设备 |
| CN101975395A (zh) * | 2010-09-18 | 2011-02-16 | 青岛科技大学 | 一种用于煤基化学链过程的双循环流化床装置 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5382412A (en) * | 1992-10-16 | 1995-01-17 | Korea Research Institute Of Chemical Technology | Fluidized bed reactor heated by microwaves |
| RU2107540C1 (ru) * | 1994-03-21 | 1998-03-27 | Металлгезельшафт Актиенгезельшафт | Аппарат для проведения каталитических реакций в псевдоожиженном слое |
| CN1206356A (zh) * | 1996-08-30 | 1999-01-27 | 液体公司 | 用流化床反应器进行烃类转化的方法和设备 |
| CN1277073A (zh) * | 1999-06-10 | 2000-12-20 | 环球油品公司 | 使反应剂与间断式移动催化剂床接触的方法和设备 |
| CN101975395A (zh) * | 2010-09-18 | 2011-02-16 | 青岛科技大学 | 一种用于煤基化学链过程的双循环流化床装置 |
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