Реактор для високотемпературних процесів

Реферат: Реактор для високотемпературних процесів містить теплоізольований корпус, всередині якого співвісно розташовано реакційно-нагрівальну камеру з псевдозрідженим шаром, в якій встановлено аноди, а також газорозподільну решітку. Реакційна камера відділена від нагрівальної камери графітовими стінками і встановлена співвісно всередині нагрівальної камери, до якої знизу приєднано захисну камеру, утворену графітовим кожухом та графітовим диском з отворами, в яких встановлено катоди, а аноди встановлено з можливістю переміщення в вертикальній площині, причому газорозподільча решітка виконана у вигляді газорозподільчих ковпачків, розташованих внизу нагрівальної камери і з'єднаних з газопровідними трубками, розміщеними в захисній камері. UA 86131 U (54) РЕАКТОР ДЛЯ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНИХ ПРОЦЕСІВ UA 86131 U UA 86131 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до апаратів з псевдозрідженим шаром для хімічних і фізичних процесів загального призначення, в присутності газу і твердих частинок, а також високотемпературних процесів твердих та газоподібних речовин. Реактор може бути використаний в процесах високотемпературної обробки твердих речовин в атмосфері інертного та реакційного газу, піролізу газоподібних вуглеводнів, виробництві водню. Відомий високотемпературний реактор для відновлення сірчастого газу природним газом (Патент РФ, № 2206389 МПК B01J 12/00, С01В 17/04, 2003 p.), який містить корпус, футерований всередині вогнестійким матеріалом, з отворами для підводу та виходу технологічного газу і з'єднану з корпусом циліндричну камеру, з фурмами для підводу відновлювального природного газу, розміщеними в стінках камери. Всередині циліндричної камери встановлена реакційна камера, яка виконана у вигляді послідовних вертикальних циліндричних реакційних секцій. Вісь реакційної камери розташовано вертикально. Отвір для підводу технологічного газу розташований у нижній частини першої по руху газу реакційної секції і має решітчасту перегородку для турбулізації потоку і стабілізації горіння. Використання реакційної камери призводить до підвищених витрат теплоти процесу в навколишнє середовище, тому що вона виконана у вигляді послідовних вертикальних циліндричних реакційних секцій. Відомий також реактор з електротермічним киплячим шаром (патент СССР № 1003878, МПК B01J 8/18, 1983 р.), який включає: корпус з теплоізоляцією, всередині якого встановлено реакційну камеру з псевдозрідженим шаром, днище з патрубком для подачі легколетючого компонента, газорозподільчу решітку з ковпачками, циліндричний внутрішній електрод, зовнішній електрод, патрубок для подачі важколетючого компонента. Реакційна камера заповнена електропровідним матеріалом для створення псевдозрідженого шару та зверху закрита кришкою. Електроди встановлені нерухомо, що усуває можливість додатково регулювати силу струму в реакторі. Найбільш близьким до корисної моделі є реактор з електротермічним киплячим шаром (Бородуля В.А. Высокотемпературные процессы в электротермическом кипящем слое. – Минск: Наука и техника, 1973. - 15-16 с.) Реактор включає зовнішній корпус з теплоізоляцією, всередині якого встановлено графітову колону (реакційно-нагрівальна камера) з псевдозрідженим шаром, яка зверху закрита графітовим екраном з отворами. В реакційно-нагрівальній камері через отвір у графітовому екрані по осі реактора встановлений верхній електрод (анод) з графітовими козирками. В боковій частині реакційно-нагрівальної камери перпендикулярно до верхнього електрода встановлений нижній електрод (катод). Через отвір у нижній частині зовнішнього корпусу встановлено газопровідну трубку, до верхньої частини якої приєднано газорозподільну решітку, яка розміщена в реакційно-нагрівальній камері у псевдозрідженому шарі. Реактор працює наступним чином: через газопровідну трубку та газорозподільну решітку у реакційнунагрівальну камеру для утворення псевдозрідженого шару подають газ (інертний або реакційний). Через центральний електрод, шар електропровідних частинок (твердий сировинний матеріал), стінки реакційно-нагрівальної камери та нижній електрод подають струм. За рахунок проходження струму через псевдозріджений шар у реакційно-нагрівальній камері виникає підвищення температури, після чого газ через отвори у графітовому екрані виходить у зовнішнє середовище. Оскільки під час проходження струму через твердий сировинний матеріал виникають мікроплазмові розряди, які на дуже короткий час підіймають температуру частинок, і впливають на проходження реакції, вони не дозволяють чітко задати температуру процесу, причому температуру самої частинки, яка є твердим сировинним матеріалом, під час проходження струму неможливо визначити. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення реактора для високотемпературних процесів, у якому в результаті того, що реакційна камера встановлена всередині нагрівальної камери з псевдозрідженим шаром і відділена від неї графітовою стінкою, а до неї приєднано захисну камеру, забезпечується регулювання температури процесів в реакційній камері, і за рахунок цього, виникає можливість ефективно проводити процеси піролізу газоподібних вуглеводнів, процеси високотемпературної обробки твердих речовин в атмосфері інертного та реакційного газу і виробництва водню. Поставлена задача вирішена завдяки тому, що в реакторі для високотемпературних процесів, який містить теплоізольований корпус, всередині якого співвісно розташовано реакційно-нагрівальну камеру з псевдозрідженим шаром, в якій встановлено аноди, а також газорозподільчу решітку, згідно з пропозицією, реакційна камера відділена від нагрівальної камери графітовими стінками і встановлена співвісно всередині нагрівальної камери, до якої знизу приєднано захисну камеру, утворену графітовим кожухом та графітовим диском з отворами, в яких встановлено катоди, а анод встановлено з можливістю переміщення в 1 UA 86131 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вертикальній площині, причому газорозподільна решітка виконана у вигляді газорозподільчих ковпачків, розташованих внизу нагрівальної камери і з'єднаних з газопровідними трубками, розміщеними в захисній камері. Сукупність відмінних ознак дозволяє контролювати температуру процесів в реакційній камері, проводити високотемпературні реакції твердих речовин в атмосфері інертного та реакційного газу з можливістю контролю температури, тому що забезпечується усунення впливу мікроплазмових розрядів на частинки псевдозрідженого шару, які є твердим сировинним матеріалом. Оскільки для створення нагріваючого псевдозрідженого шару використовують інертний газ, дана корисна модель дозволяє скоротити витрати реакційного газу та уникнути забруднення газорозподільчих ковпачків продуктами реакції. Регулювання висоти рухомих верхніх електродів (анодів) дає можливість регулювати силу струму в реакторі, тим самим змінювати швидкість нагрівання. На кресленні зображено вертикальний розріз реактора. Реактор включає зовнішній циліндричний корпус 1, всередині якого розміщені два шари теплоізоляції: зовнішня теплоізоляція 2 у вигляді термостійкої вати і внутрішня теплоізоляція 3, яка виготовлена з технічного вуглецю. Верхня частина циліндричного корпусу 1 закрита водоохолоджувальною кришкою 4 з отворами. У верхній частині внутрішньої теплоізоляції 3 встановлено нагрівальну камеру 5 з псевдозрідженим шаром, співвісно в якій встановлено циліндричну реакційну камеру 6. Верхня частина нагрівальної камери 5 закрита графітовим екраном 7 з отворами. У верхній частині нагрівальної камери 5, через отвори у верхній водоохолоджувальній кришці 4 та отвори у графітовому екрані 7 встановлені верхні рухомі електроди (аноди) 8. До верхніх рухомих електродів (анода) 8 приєднана графітова корона 9, яка розташована у нагрівальній камері 5. До нижньої частини нагрівальної камери 5 приєднано графітовий кожух 10, до якого приєднано графітовий диск 11 з отворами. В отворах графітового диску 11 розміщені співвісно з циліндричним корпусом 1 та навпроти один одного нижні електроди (катоди) 12. Всередині графітового кожуху 10 розташована захисна камера 13. Нижня частина циліндричного корпусу 1 закрита водоохолоджувальною кришкою 14. Через отвори нижньої водоохолоджувальної кришки 14 у захисній камері 13 встановлені газопровідні трубки 15 з газорозподільними ковпачками 16, які розташовані в реакційній камері 4 у псевдозрідженому шарі. До нижньої частини реакційної камери 5 приєднано центральну газопровідну трубку 17 з штуцером 18 для подачі газу в реакційну камеру 6. До нижньої частини циліндричного корпусу 1 приєднано штуцер 19 для подачі газу в захисну камеру 13. У боковій частині нагрівальної камери встановлено патрубок 20 для виходу газу з нагрівальної камери 5 та термопару 21. До верхньої частини реакційної камери 6 приєднано штуцер 22 для виходу газу з реакційної камери та трубку для завантаження матеріалу 23. До нижньої частини центральної газопровідної трубки 17 приєднано кран для вивантаження матеріалу 24. На верхній водоохолоджувальній кришці 6 встановлений стандартний механізм черв'ячного типу для регулювання висоти верхніх рухомих електродів 25. Запропонований реактор працює таким чином: при відкритій верхній водоохолоджувальній кришці 4 і знятими графітовим екраном 7, верхніми електродами 8 з графітовою короною 9, в нагрівальну камеру 5 завантажують шар електропровідних частинок для утворення псевдозрідженого шару. Після цього ставлять на місце графітову корону 9, верхні електроди 8, графітовий екран 7 і закривають верхньою водоохолоджувальною кришкою 4. Через газопровідні трубки 15 та газорозподільні ковпачки 16 у нагрівальну камеру 5 подають інертний газ. Через верхні електроди 8, шар електропровідних частинок у нагрівній камері 5, графітовий кожух 10, графітовий диск 11 та нижні електроди 10 подають струм. За рахунок проходження струму через псевдозріджений шар у нагрівальній камері 5 виникає підвищення температури в реакційній камері 6, після чого інертний газ через патрубок 20 виходить у зовнішнє середовище. Для захисту графітового кожуху 10, нижньої частини нагрівальної камери 5 та газопровідних трубок 15 і 17 від окиснення, під дією високої температури, у захисну камеру 13 через штуцер 19 подають інертний газ. Через штуцер 18, центральну газопровідну трубку 17 в реакційну камеру 6 подають інертний газ. Одночасно через трубку 23 в реакційну камеру 6 завантажують твердий сировинний матеріал. Під час проходження інертного газу через частинки твердого сировинного матеріалу в реакційній камері 5 утворюють фонтануючо-псевдозріджений шар, після чого інертний газ через штуцер 22 виходить у зовнішнє середовище. Якщо необхідно провести процес піролізу газу, після виходу на потрібний, для даного процесу, температурний режим інертний газ у реакційній камері 5 замінюють на газ для піролізу. Після досягнення необхідний температурних умов процесу та необхідної витримки часу, матеріал із реакційної камери 6 вивантажують через центральну газопровідну трубку 17 та кран 24. Висоту центрального електрода регулюють механізмом 25. Температуру вимірюють за допомогою 2 UA 86131 U 5 10 15 20 термопари 21. При необхідності більш точного вимірювання температури вставити додаткову термопару в реакційну камеру 6. Водою охолоджують: верхню 4 та нижню 14 кришки. Для зменшення втрат теплоти нагрівальної 5 та реакційної 6 камери від нижньої водоохолоджувальної кришки 14 використовують як теплоізоляцію захисну камеру 13. Таким чином, запропонований реактор для високотемпературних процесів дає можливість усунути вплив мікроплазмових розрядів на проходження реакцій і за рахунок цього чітко контролювати температуру процесів в реакційній камері, проводити високотемпературні реакції твердих речовин в атмосфері інертного та реакційного газу, регулювати силу струму в реакторі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Реактор для високотемпературних процесів, який містить теплоізольований корпус, всередині якого співвісно розташовано реакційно-нагрівальну камеру з псевдозрідженим шаром, в якій встановлено аноди, а також газорозподільну решітку, який відрізняється тим, що реакційна камера відділена від нагрівальної камери графітовими стінками і встановлена співвісно всередині нагрівальної камери, до якої знизу приєднано захисну камеру, утворену графітовим кожухом та графітовим диском з отворами, в яких встановлено катоди, а аноди встановлено з можливістю переміщення в вертикальній площині, причому газорозподільча решітка виконана у вигляді газорозподільчих ковпачків, розташованих внизу нагрівальної камери і з'єднаних з газопровідними трубками, розміщеними в захисній камері. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3