魏怡

(天津市化工設(shè)計(jì)院工藝設(shè)計(jì)部,天津300193)

淺談電加熱固-氣管式反應(yīng)裝置的應(yīng)用

魏怡

(天津市化工設(shè)計(jì)院工藝設(shè)計(jì)部,天津300193)

本裝置涉及固相和氣相在管式反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域環(huán)境或非爆炸危險(xiǎn)區(qū)域環(huán)境下采用安全電加熱方式控制反應(yīng)溫度的管式反應(yīng)裝置。

爆炸危險(xiǎn)區(qū)域環(huán)境；固氣相直接反應(yīng)；密閉電加熱箱；控制溫度

1 前言

反應(yīng)裝置加熱方式多采用熱容值比較大的介質(zhì)進(jìn)行熱量交換如：熱水、蒸汽、導(dǎo)熱油和熔鹽，這些加熱載體都有各自溫度使用范圍的局限，而且很難或者不能相互轉(zhuǎn)換，尤其是在常溫到600℃范圍內(nèi)這些載體無(wú)一可用。電加熱可控溫度范圍很寬，但屬于明火，不能在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域環(huán)境下直接使用，由于以前固氣相反應(yīng)較少，所以一直沒(méi)有人研制此種裝置。

目前固相和氣相反應(yīng)多在釜式反應(yīng)器中進(jìn)行，但都必須選擇一個(gè)合適的液體作載體，反應(yīng)完畢后再進(jìn)行分離，反應(yīng)溫度和壓力受到載體的沸點(diǎn)和化學(xué)穩(wěn)定性的限制。

通過(guò)采用密閉電加熱箱的方式控制管內(nèi)反應(yīng)的溫度，使管內(nèi)的固相物料和氣相物料在高溫條件下順利穩(wěn)定反應(yīng)，解決了管內(nèi)物料從常溫到高溫的平穩(wěn)過(guò)渡。

2 本裝置的構(gòu)成及應(yīng)用

如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，電加熱固-氣反應(yīng)管式反應(yīng)裝置是在箱體(11)的前側(cè)板上插入一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器(12)如圖6電加熱固-氣管式反應(yīng)裝置正視圖，反應(yīng)器(12)上設(shè)置氣相進(jìn)口(3)、氣相出口（4)、惰性氣進(jìn)口(5)、惰性氣出口（2)和溫度與壓力計(jì)口(1)，每個(gè)反應(yīng)器(12)在箱體(11)前部設(shè)置進(jìn)出料口（10），箱體的上側(cè)設(shè)置放空口(6)、兩側(cè)設(shè)置接線口(7)、人孔(9)及進(jìn)風(fēng)口(8)；接線口(7)為電加熱器的電纜進(jìn)線用密封口。

本裝置，采用密閉電加熱箱的方式加熱反應(yīng)管，實(shí)現(xiàn)控制電加熱器的電流來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)管內(nèi)的溫度，包括以下步驟：

如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，打開(kāi)反應(yīng)管活動(dòng)蓋，把固相儲(chǔ)料盒放入帶導(dǎo)軌的反應(yīng)器內(nèi)，根據(jù)需要可以用惰性氣體掃除空氣，通過(guò)控制密閉電加熱箱內(nèi)的安全電加熱的電流實(shí)現(xiàn)反應(yīng)管內(nèi)的溫度穩(wěn)定，達(dá)到設(shè)定溫度開(kāi)啟氣相使反應(yīng)安全穩(wěn)定進(jìn)行。

采用上述裝置，解決和克服了反應(yīng)器內(nèi)的溫度從常溫到高溫（300～600℃及以上）的平穩(wěn)過(guò)渡，實(shí)現(xiàn)了固相和氣相在反應(yīng)器內(nèi)的高溫環(huán)境下使反應(yīng)能快速安全進(jìn)行。

圖3 電加熱固-氣管式反應(yīng)裝置俯視圖

圖4 電加熱固-氣管式反應(yīng)裝置俯視剖面圖

圖5 電加熱固-氣管式反應(yīng)裝置正視圖

圖5 電加熱固-氣管式反應(yīng)裝置正視圖

當(dāng)反應(yīng)到達(dá)終點(diǎn)后停止反應(yīng)氣相通入，降溫后取出生成產(chǎn)品的固相儲(chǔ)料盒即得到合格粗產(chǎn)品。

實(shí)施舉例：氫化鋰電加熱四個(gè)反應(yīng)器的管式反應(yīng)裝置

反應(yīng)溫度、壓力調(diào)節(jié)控制

固相含量（金屬鋰）：99%

氣相進(jìn)料（氫氣）：98%

反應(yīng)管內(nèi)操作壓力：0.01Mpa（G）

反應(yīng)管內(nèi)操作溫度：熱點(diǎn)溫度560±10℃

基本化學(xué)反應(yīng)：氫氣與鋰進(jìn)行氫化反應(yīng)生成氫化鋰，主要化學(xué)反應(yīng)式為：

2Li+H2→2 LiH。

檢查四管裝置的溫度和壓力儀表是否正常，打開(kāi)四個(gè)反應(yīng)器活動(dòng)蓋，把固相金屬鋰儲(chǔ)料盒分別放入帶導(dǎo)軌的反應(yīng)器內(nèi)，關(guān)閉活動(dòng)蓋，檢查密閉完好后，用惰性氣體氮?dú)鈷叱諝?，通過(guò)控制密閉電加熱箱內(nèi)的安全電加熱的電流分別實(shí)現(xiàn)四個(gè)反應(yīng)器內(nèi)的溫度穩(wěn)定，達(dá)到設(shè)定溫度后開(kāi)啟氣相氫氣，使反應(yīng)安全穩(wěn)定進(jìn)行，當(dāng)反應(yīng)到達(dá)終點(diǎn)后停止反應(yīng)氣相氫氣的通入，降溫后取出生成產(chǎn)品的氫化鋰固相儲(chǔ)料盒即為合格粗制產(chǎn)品。

反應(yīng)溫度通常在550～570℃之間進(jìn)行，溫度過(guò)低反應(yīng)難以完全進(jìn)行，溫度過(guò)高反應(yīng)速度過(guò)快無(wú)法控制影響產(chǎn)品質(zhì)量。在此操作條件下氫化鋰純度可以達(dá)到99%。

3 結(jié)論

本設(shè)備可在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域環(huán)境使用，填補(bǔ)了目前工業(yè)上沒(méi)有高溫電加熱固氣相直接反應(yīng)的裝置空白。例如：隨著儲(chǔ)氫新材料的發(fā)展和應(yīng)用，有些金屬氫化物是在高溫條件下與氫氣反應(yīng)，固-氣反應(yīng)裝置將會(huì)成為新材料發(fā)展的關(guān)鍵核心技術(shù)裝備。

10.3969/j.issn.1008-1267.2015.03.022

TQ0515

C

1008-1267（2015）03-0058-03

2015-01-15