循环固定床

1.本技术属于化工领域，具体涉及一种循环固定床。


背景技术：

2.固定床相较于流化床具有加热气源时间可控、生长稳定等优势，但因其操作不便、结构单一、时间长，生产质量不均等原因尚难以规模产业化。
3.碳材料的制备往往需要高达600摄氏度以上的高温，单次制备需升温、恒温、降温等时间极长限制其产量，且存在碳源在多种混合情况下难以分离、尾气高温排放浪费、碳材料质量不均等问题。
4.目前，固定床尚无可靠装置实现充分反应、节能循环制备，尤其是对西部天然气储量丰富地区极其重要，因此，研究节能环保、高产高质的固定床急迫且必要。


技术实现要素：

5.本技术实施例的目的是提供循环固定床，能够解决现有技术中无法节能环保、高产均质的问题。
6.为了解决上述技术问题，本技术是这样实现的：
7.循环固定床，用于循环生产碳材料，包括温控体、至少一个温控段反应器、控制器，所述反应器至少部分地处于所述温控体内，所述温控体控制所述每个温控段反应器的温度；
8.所述反应器包括旋转体、ab管，所述ab管包括a管、b管，所述a管与所述b管相互套设且相对运动；
9.所述控制器控制物料进入所述ab管内反应生成碳材料，所述控制器控制所述旋转体旋转带动所述a管相对于所述b管转动以进出料，所述a管相对于所述b管周而复始呈不同角度以实现循环生产碳材料。
10.优选地，所述ab管出口的尾气与所述温控体连通以用于所述反应器的辅助加热。
11.优选地，所述ab管包括至少一组进出料口以进出所述物料。
12.优选地，所述温控体包括主加热源和辅助加热源，所述辅助加热源是所述尾气加热。
13.优选地，所述物料至少包括含碳的物质、催化剂，所述含碳的物质包括乙醇、甲烷、乙二醇、丙烯，所述催化剂包括氧化铁、硝酸铁、镍；
14.所述碳材料包括碳纳米管、石墨烯、石墨。
15.优选地，所述控制器包括温度控制器、循环控制器，所述温度控制器是控制所述温控体以调节所述每段反应器温度的装置，所述循环控制器是以控制所述物料进出所述反应器的装置。
16.优选地，所述每个温控段反应器相互串联或单个温控段反应器(20)多个固定床相互串联实现温度分段控制使所述种类的物料以裂解充分预热或反应。
17.优选地，所述旋转体包括气动旋转装置或液动旋转装置或电动旋转装置；
18.所述气动旋转装置是通过气体使所述a管发生转动的装置。
19.在本技术实施例中，采用至少一个温控段反应器，对于多种混合气体，可以调节各种气体的温度值使之充分裂解，节约材料，对于单一气源，可以实现充分预热加快反应时间；采用ab管相互运动，使之控制进料与出料循环，使其规模和产业化，缩短生产周期，且智能化，产量高；采用尾气余温辅助加热反应器使能源二次利用更加高效和环保、节约能源；同时，转动亦可采用尾气推动，整体结构简单、可靠、高效，不仅使物料充分反应、充分利用，而且实现了固定床的可循环性，同时，控制ab管的转动亦可实现反应更加充分，物质传热传质更加均匀，可以添加更多的物料，碳材料质量更好，更均匀。本技术能够解决现有技术中无法节能环保、高产均质的问题。
附图说明
20.图1是本技术实施例中循环固定床的整体结构示意图。
21.图2是本技术实施例中循环固定床反应器的结构示意图。
22.图3是本技术实施例中ab管的一种结构示意图。
23.图4是本技术实施例中ab管的另一种结构示意图。
24.图5是本技术实施例中多个固定床串联结构示意图。
25.附图标记说明
26.10、温控体20、反应器21、旋转体22、ab管221、a管222、b管23、收集器30、控制器
具体实施方式
27.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
28.本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
29.下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本技术实施例提供的循环固定床进行详细地说明。
30.参见图1-5，本技术的实施例提供了循环固定床，用于循环生产碳材料，包括温控体10、至少一个温控段反应器20、控制器30，所述反应器20至少部分地处于所述温控体10内，所述温控体10控制所述每个温控段反应器20的温度；
31.所述反应器20包括旋转体21、ab管22，所述ab管22包括a管221、b 管222，所述a管221与所述b管222相互套设且相对运动；
32.所述控制器30控制物料进入所述ab管22内反应生成碳材料，所述控制器 30控制
所述旋转体21旋转带动所述a管221相对于所述b管222转动以进出料，所述a管221相对于所述b管222周而复始呈不同角度以实现循环生产碳材料。
33.在本技术实施例中，采用至少一个温控段反应器20，对于多种混合气体，可以调节各种气体的温度值使之充分裂解，节约材料，对于单一气源，可以实现充分预热加快反应时间；采用ab管22相互运动，使之控制进料与出料循环，使其规模和产业化，缩短生产周期，且智能化，产量高；采用尾气余温辅助加热反应器使能源二次利用更加高效和环保、节约能源；同时，转动亦可采用尾气推动，整体结构简单、可靠、高效，不仅使物料充分反应、充分利用，而且实现了固定床的可循环性，同时，控制ab管22的转动亦可实现反应更加充分，物质传热传质更加均匀，可以添加更多的物料，碳材料质量更好，更均匀。本技术能够解决现有技术中无法节能环保、高产均质的问题。
34.需要说明的是，在本发明实施例中，所述至少一个温控段反应器20是指可能包含一个温控段反应器20，也可能包括多个温控段反应器20，包括一个温控段反应器20是控制器30只能调节一种温度，而多个温控段反应器20可以控制多种不同的温度。
35.需要说明的是，在本发明实施例中，多个温控段之间各自控制，相互连通，以保证气源的连通性。
36.需要说明的是，在本发明实施例中，当所述反应器20为一个温控段时，可以采用多个固定床串联实现分温区控制。
37.需要说明的是，在本发明实施例中，所述a管221和b管222是相对运动的，二者之间相互套设，a管可以在外边也可以在里面，可以外侧转动，也可以内侧转动。
38.需要说明的是，在本发明实施例中，所述物料不限于气源，也可以是液体或者固体颗粒，气源例如：烷类、烃类，也可以是二氧化碳等，液体可以是乙醇、乙二醇、水溶液等，固体颗粒可以是铁、钴、镍等的氧化物、化合物、混合物等。
39.需要说明的是，在本发明实施例中，所述进料口的位置不限定，通常是气源从ab管22道的两端进和出，而固体或液体或包含气源的固体可以在管道侧壁增加位置以方便进出料。
40.需要说明的是，在本发明实施例中，生成的碳材料通过进出口送出，所述进出口的大小不限定，而送出的碳材料进入收集器23以收集。
41.其中，收集器23受控制器30控制与所述ab管连通。
42.需要说明的是，在本发明实施例中，周而复始是指重复反应周期，在反应完成后，通过转动实现送出物料，并填入新的待反应物料，温度保持不变，持续反应，无需升温降温等操作。
43.其中，a管221相对于b管222旋转，在反应过程中，a管221可以缓慢旋转，以保证a管221内的催化剂等物料充分反应，使底面的催化剂也发挥作用，这样在该反应器中可以添加更多的催化剂，产生更大的产量，同时每个催化剂颗粒上面的传热更加均匀，生长的碳材料的质量更高，也更加均匀。
44.需要说明的是，在本发明实施例中，a管221也可以在反应过程中与b管 222不相对转动，在反应完成后a管221和b管222相对转动以实现新旧物料的更迭。
45.需要说明的是，在本发明实施例中，a管221也可以相对于b管222在反应过程中正反方向周期转动，以使颗粒或液体运动，充分反应。
46.需要说明的是，在本发明实施例中，a管221和b管222可以呈c形状，当两者转动到口径对齐时，则送出碳材料，当非对齐时则送入物料反应。
47.需要说明的是，在本发明实施例中，a管221和b管222也可以分别呈板状和桶状，a管221将b管222分成两部分，其中一部分作为反应区域，另一部分则用于进出料，板状结构旋转则实现循环生产。
48.优选地，所述ab管22出口的尾气与所述温控体10连通以用于所述反应器 20的辅助加热。
49.需要说明的是，在本发明实施例中，所述尾气辅助加热是利用其余温，节约能源，尾气排出后可以收集或者分离等。
50.优选地，所述ab管22包括至少一组进出料口以进出所述物料。
51.需要说明的是，在本发明实施例中，包括至少一组的含义是指在ab管22 两端具有进气口和出气口，若要增加其他固体或者液体则需要增加进口，而生成的碳材料需要取出则需要增加出口，当然新增加的进口和出口可以是同一个。
52.优选地，所述温控体10包括主加热源和辅助加热源，所述辅助加热源是所述尾气加热。
53.需要说明的是，在本发明实施例中，主加热源可以采用当前市面上通用技术，例如加热丝、电磁等，而辅助加热可以采用尾气加热。为更好地控制所需温度还需要添加温度传感器以实时监测当前温度，所述在辅助加热的基础上，主加热源补充加热，满足设定的温度时则自动停止，实时控制，维持温度。
54.优选地，所述物料至少包括含碳的物质、催化剂，所述含碳的物质包括乙醇、甲烷、乙二醇、丙烯，所述催化剂包括氧化铁、硝酸铁、镍；
55.所述碳材料包括碳纳米管、石墨烯、石墨。
56.需要说明的是，在本发明实施例中，含碳的物质不限于上述烷类和烃类，催化剂是具备对碳源起到催化作用的物质，常用的为铁、钴、镍或含其元素的物质。
57.优选地，所述控制器30包括温度控制器、循环控制器，所述温度控制器是控制所述温控体10以调节所述每段反应器20温度的装置，所述循环控制器是以控制所述物料进出所述反应器20的装置。
58.需要说明的是，在本发明实施例中，所述控制器30是具有可编程能力的程序存储设备，可以根据程序设定控制所需的目标，直接作用于执行机构。例如温度、运动、流量等。
59.优选地，所述每个温控段反应器20相互串联或单个温控段反应器(20)多个固定床相互串联实现温度分段控制使至少一种所述物料以裂解充分预热或反应。
60.所述串联是指反应器20之间是相互连通的，增加不同温控段可以实现同一种气体的充分预热裂解，多种混合气体的提纯。
61.所述至少一种物料裂解是指当开采的天然气包括甲烷、乙烷、丙烷等多种气体组成，而不同种类的气体裂解温度不同，采用多段温度控制可以使不同类别的气体依次裂解，充分反应，进而纯化。
62.需要说明的是，当多段温度设置时应当按照进气顺序从低到高设置温度。这样不会使不需要裂解的气体产生反应。
63.其中，实现多个分段不同温度调节可以采用多个固定床串联实现，同样，在同一个
固定床内也可以包括多段可控调温进而实现反应器的分段调节温度。
64.需要说明的是，当多个固定床串联实现调温时可以将最后尾气进行分流依次与每个固定床连接实现每个固定床的辅助温度调控。
65.优选地，所述旋转体21包括气动旋转装置或液动旋转装置或电动旋转装置；
66.所述气动旋转装置是通过气体使所述a管221发生转动的装置。
67.需要说明的是，在本发明实施例中，优先选择气动，因为高温环境中，气动更加有效，而且可以控制尾气实现，更加节能环保，重复利用。
68.液动是采用液体实现，电动采用以电为转动动力。
69.本发明的工作原理和工作过程如下：
70.首先，设置不同温控段的反应器温度，通入气源，到达所需温度后，添加催化剂，设置反应时间和循环次数。
71.然后，到达反应时间后，ab管22自动响应，实现出料和进料，接着进行反应，周而复始，尾气排出后进入辅助加热区，与主加热器同时作用完成温度控制。
72.最终，间断式收集产生的排出碳材料。
73.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本技术实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。
74.上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。