一种高效的气固连续流动反应方法及装置与流程

本发明涉及气固连续反应，尤其涉及一种高效的气固连续流动反应方法及装置。

背景技术：

1、目前，我们生活中常见的众多工业产品是通过气固反应制得的。气固反应在工业生产中占有很重要的地位，如铁的氧化，碳的燃烧与气化，氧化钙、氧化镁等与二氧化硫的反应，金属氧化物的还原，以及氮化硅陶瓷制备等。近年来，随着对能源的高效利用以及温室气体二氧化碳减排的关注，人们又将气固反应应用至二氧化碳捕集、制氢及纳米燃烧等方面，如利用固体吸附剂脱除二氧化碳、基于金属载氧体的化学链燃烧、铁-蒸汽法制氢、金属微米/纳米颗粒燃烧、太阳能制氢等。

2、传统的气固反应主要通过固定床和气固流化床两种装备形式来实现反应。但固定床反应器普遍存在气固接触效率低、反应物易结块和反应效率低等问题，且难以实现连续化进出料和反应。

3、流化床气固反应器虽然具有较高的气固接触效率、反应效率较高，但依然存在无法实现气固连续反应和进出料等问题。尤其是针对微纳米粉料，由于高的粒子间作用力，粉料容易结块聚团，固体在气体中的分散性差，容易形成沟流或腾涌，从而严重影响流化效果和反应质量。因而，传统的气固流化床反应器依然很难实现气-固反应物的高效连续化反应和工业应用。

4、尽管目前已提出了一些气固连续反应的思路和装置，例如一种连续流化床设备（cn207822991.u）、新型气固连续反应装置（cn218530866.u）和一种连续气固相法制备氯化聚氯乙烯的设备及方法（cn104971668b）等。但是以上装置和方法基本都只能适用于固体粉料流动性好且气固反应时间较快的反应。

5、因此针对上述问题和缺陷，提出能够适用于分散性差的微纳米黏性粉料，且需要较长反应停留时间的气固连续反应的新方法和装置，对工业生产具有重要意义。

技术实现思路

1、因此，针对上述的问题，本发明提出一种高效的气固连续流动反应方法，其解决了分散性差的微纳米粘性粉料无法进行高效连续反应的技术问题。并基于此提出一种高效的气固连续流动反应装置。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种高效的气固连续流动反应方法，包括以下步骤：

3、第一步，设置一螺旋管段，所述螺旋管段包括位于底部的进口端及位于上部的出口端，所述螺旋管段外设置有用控制螺旋管段稳定的温度控制装置，所述进口端连接一供料管道，所述供料管道的中部处上设置一供料机构，供料机构用于实现粉状物料的定量输入，所述供料管道远离螺旋管段的进口端的一侧上连接有供气机构，供气机构用于供给定量/定速的高速的反应气体，所述出口端上设置有气固分离器；

4、第二步，对螺旋管段进行预热，达到预设温度；

5、第三步，输入粉体物料，通入高速的反应气体，利用反应气体将粉体物料以稀相输送的方式输入螺旋管段，实现粉体物料与反应气体沿螺旋管段螺旋上升，并发生化学反应；

6、第四步，经过螺旋管段的粉体物料由出口端输出进入气固分离器后实现分离。

7、进一步的，第二步中，预设温度为25-600℃。

8、进一步的，所述反应气体的通入速度为5-20m/s。

9、进一步的，第四步中，分离后的未利用的反应气体通入供气机构，用于循环利用。

10、进一步的，所述螺旋管段包括靠近进口端的下管段、靠近出口端的上管段及连接下管段与上管段的中间管段，所述下管段的温度为预设温度的80%-90%，所述中间管段的温度为预设温度，上管段的温度为预设温度的85%-95%，所述下管段的长度为螺旋管段总长度的10%-20%，所述上管段的长度为螺旋管段总长度的10%-20%。

11、进一步的，所述螺旋管段的轴向节距为50mm-100mm，所述螺旋管段的管道半径为10mm-50mm，所述螺旋管段的螺旋半径为250mm-2000mm。

12、进一步的，所述供料机构包括与设于供料管道的精确给料组件、设于精确给料组件上的储料仓及设于储料仓上的振动供料器,所述供料管道远离螺旋管段的一侧上设置有减压阀，所述减压阀与供料机构之间设置有流量计。

13、进一步的，所述供料管道由供料气机构至螺旋管段依次设置成直管段、扩大连接部、扩展部及缩小连接部，所述供料机构设置于缩小连接部上靠近扩展部的位置处，所述扩展部的直径为直管段的直径的1.2至1.6倍。

14、进一步的，所述扩展部的内壁上设置有多条导向凸起，用于使通过的气流形成螺旋状。

15、一种高效的气固连续流动反应装置，包括用于执行一种高效的气固连续流动反应方法的装置。

16、通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：

17、1、本方案通过高速的反应气体夹带粉体物料的方式进行分散，解决了以往粉末易结块，分散性差的问题，拥有较好的气固接触，实现反应气体与粉体物料的充分反应。

18、粉体物料从螺旋管段底部的进口端被高速的反应气体夹带，进入螺旋式的高温管段进行反应，最终从出口端输出，而后进入气固分离器后实现分离，从而获得反应完全的产品。整个反应过程连续且高效，解决了以往无法连续化作业的困扰。

19、2、其中，预设温度为25-600℃，根据实际的反应需要进行温度上的设定。反应气体的通入速度为5-20m/s，其通入量可以根据实际的反应需要进行设定。螺旋管段的长度也可以根据实际的需要进行设定。

20、3、下管段、中间管段、上管段的设置，并没有严格意义上的分隔，只是在高度或者说是长度上进行的一个区隔，并且利用外部的温度控制装置实现对下管段、中间管段、上管段的温度控制，其中，中间管段为预设温度，所述下管段的温度为预设温度的80%-90%，上管段的温度为预设温度的85%-95%。

21、这样设置的目的在于，利用下管段作为预热，避免某些需要高温反应的粉体物料在直接进入高温环境时，无法适应剧烈的高温环境，而导致失活、分解或变质。粉体物料直接进入高温区域可能会因温度差异过大而引发安全隐患，如热应力导致的设备损坏或物料爆炸等。预热过程可以显著降低这些安全隐患，使生产过程更加安全可靠。

22、而上管段的降温，主要是用于配合气固分离器及后续的物料降温，并且可以使得反应完全的物料的物理稳定性增强，从而进行输出，避免输出后与外部环境发生不必要的反应。

23、4、其中，所述螺旋管段的轴向节距为50mm-100mm，所述螺旋管段的管道半径为10mm-50mm，所述螺旋管段的螺旋半径为250mm-2000mm，这是一组较佳的设定，当然可以根据实际的需要进行调整，而螺旋管段的总长度，也可以根据实际的需要进行调整。

24、5、精确给料组件、储料仓、振动供料器的设置，可以实现粉体物料的初步分散，实现在输入供料管道时就呈现基本的分散状态，而后利用高速的反应气体实现完全的分散。

25、6、直管段、扩大连接部、扩展部及缩小连接部的设置，可以使得气流形成部分的集束状态，从而更有利于粉体物料的分散。而且，扩展部上设置有多条导向凸起，利用导向凸起，可以使得部分吹入的高速的反应气体形成螺旋状。这样的气流带动粉体物料进入螺栓管段时具有更好的流动效果，而且进行反应时可以更加充分，反应效果较佳。