淺談電加熱固-氣管式反應裝置的應用

魏怡

(天津市化工設計院工藝設計部,天津300193)

淺談電加熱固-氣管式反應裝置的應用

魏怡

(天津市化工設計院工藝設計部,天津300193)

本裝置涉及固相和氣相在管式反應器中進行反應，在爆炸危險區域環境或非爆炸危險區域環境下采用安全電加熱方式控制反應溫度的管式反應裝置。

爆炸危險區域環境；固氣相直接反應；密閉電加熱箱；控制溫度

1 前言

反應裝置加熱方式多采用熱容值比較大的介質進行熱量交換如：熱水、蒸汽、導熱油和熔鹽，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換，尤其是在常溫到600℃范圍內這些載體無一可用。電加熱可控溫度范圍很寬，但屬于明火，不能在爆炸危險區域環境下直接使用，由于以前固氣相反應較少，所以一直沒有人研制此種裝置。

目前固相和氣相反應多在釜式反應器中進行，但都必須選擇一個合適的液體作載體，反應完畢后再進行分離，反應溫度和壓力受到載體的沸點和化學穩定性的限制。

通過采用密閉電加熱箱的方式控制管內反應的溫度，使管內的固相物料和氣相物料在高溫條件下順利穩定反應，解決了管內物料從常溫到高溫的平穩過渡。

2 本裝置的構成及應用

如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，電加熱固-氣反應管式反應裝置是在箱體(11)的前側板上插入一個或多個反應器(12)如圖6電加熱固-氣管式反應裝置正視圖，反應器(12)上設置氣相進口(3)、氣相出口（4)、惰性氣進口(5)、惰性氣出口（2)和溫度與壓力計口(1)，每個反應器(12)在箱體(11)前部設置進出料口（10），箱體的上側設置放空口(6)、兩側設置接線口(7)、人孔(9)及進風口(8)；接線口(7)為電加熱器的電纜進線用密封口。

本裝置，采用密閉電加熱箱的方式加熱反應管，實現控制電加熱器的電流來調節反應管內的溫度，包括以下步驟：

如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，打開反應管活動蓋，把固相儲料盒放入帶導軌的反應器內，根據需要可以用惰性氣體掃除空氣，通過控制密閉電加熱箱內的安全電加熱的電流實現反應管內的溫度穩定，達到設定溫度開啟氣相使反應安全穩定進行。

采用上述裝置，解決和克服了反應器內的溫度從常溫到高溫（300～600℃及以上）的平穩過渡，實現了固相和氣相在反應器內的高溫環境下使反應能快速安全進行。

圖3 電加熱固-氣管式反應裝置俯視圖

圖4 電加熱固-氣管式反應裝置俯視剖面圖

圖5 電加熱固-氣管式反應裝置正視圖

圖5 電加熱固-氣管式反應裝置正視圖

當反應到達終點后停止反應氣相通入，降溫后取出生成產品的固相儲料盒即得到合格粗產品。

實施舉例：氫化鋰電加熱四個反應器的管式反應裝置

反應溫度、壓力調節控制

固相含量（金屬鋰）：99%

氣相進料（氫氣）：98%

反應管內操作壓力：0.01Mpa（G）

反應管內操作溫度：熱點溫度560±10℃

基本化學反應：氫氣與鋰進行氫化反應生成氫化鋰，主要化學反應式為：

2Li+H2→2 LiH。

檢查四管裝置的溫度和壓力儀表是否正常，打開四個反應器活動蓋，把固相金屬鋰儲料盒分別放入帶導軌的反應器內，關閉活動蓋，檢查密閉完好后，用惰性氣體氮氣掃除空氣，通過控制密閉電加熱箱內的安全電加熱的電流分別實現四個反應器內的溫度穩定，達到設定溫度后開啟氣相氫氣，使反應安全穩定進行，當反應到達終點后停止反應氣相氫氣的通入，降溫后取出生成產品的氫化鋰固相儲料盒即為合格粗制產品。

反應溫度通常在550～570℃之間進行，溫度過低反應難以完全進行，溫度過高反應速度過快無法控制影響產品質量。在此操作條件下氫化鋰純度可以達到99%。

3 結論

本設備可在爆炸危險區域環境使用，填補了目前工業上沒有高溫電加熱固氣相直接反應的裝置空白。例如：隨著儲氫新材料的發展和應用，有些金屬氫化物是在高溫條件下與氫氣反應，固-氣反應裝置將會成為新材料發展的關鍵核心技術裝備。

10.3969/j.issn.1008-1267.2015.03.022

TQ0515

C

1008-1267（2015）03-0058-03

2015-01-15