一种超红外气浮浅层流化反应器

1.本发明涉及流化反应器领域，特别涉及一种超红外气浮浅层流化反应器。


背景技术：

2.沸石咪唑基骨架zif热解形成的金属m
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n
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c材料，因其形貌特殊、制备工艺简单、价格相对较低且可以高效催化多类化学反应而在多相催化领域受到广泛关注。由锌离子与2
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甲基咪唑配位而形成的zif
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8，其在热解过程中由于zn的挥发使其他金属离子移动到n
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c位点而可以制备多种m
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n
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c催化剂，因此zif
‑
8具有更广泛的应用。
3.在电催化领域，不同原子位点的m
‑
n
‑
c催化剂可以催化多种反应，如：氧还原反应orr、氧析出反应oer、氢析出反应her及二氧化碳还原反应co2rr等，且相比于传统的电催化剂，zif材料的优势在于热解会产生导电的碳，因此无需额外添加导电剂。面对当前的能源危机及环境污染问题，开发廉价可持续的该类催化剂是十分有必要的。因此，将其应用于电催化反应是目前研究的热潮。
4.随着研究发现，zif材料的热解过程中存在以下问题：首先含有金属的zif粉末在热解过程中由于局部受热不均匀而会发生团聚，而外表面局部受热不均匀导致金属更易团聚，内部受热不充分使得有机物碳化不完全，从而影响材料导电性，内外受热不均匀导致催化剂的活性与稳定性有所降低；其次，传统瓷舟为保证内部空气尽可能地被保护气所置换，瓷舟上盖一般不完全密封，使得在通入保护气过程中粉末容易被吹走而影响收率；最后，zif
‑
8在高温热解过程中会有锌蒸汽挥发到炉管冷端凝聚，因此容易堵塞气流通道，影响保护气气流的稳定性，容易造成安全隐患。因此设计和开发新型的zif材料热处理反应器是十分有必要的。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决铁磁性zif材料在热处理时因粉末团聚导致受热不均匀影响催化性能的问题，瓷舟上盖不密封导致产物粉末易被保护气吹走的问题，以及zif
‑
8高温挥发的锌在冷端凝结导致气路堵塞的问题，因此提供一种新型的超红外气浮浅层流化反应器。通过在瓷舟竖直方向通入由下及上的保护气使粉末悬浮形成浅层流态化状态，从而解决局部受热不均匀的问题并且使粉末表面不断更新。在反应中后期，铁被置换在粉末上，使材料带有铁磁性，而超红外对铁磁性材料具有磁效应，可使粉末悬浮形成易于控制的浅层流化床。通过上述两种方式可以防止粉末在热解过程中发生团聚，使其受热均匀，且通过超红外磁悬浮的铁颗粒无需气体，可以减少保护气的使用。在瓷舟侧向添加气体交换孔，既可以保证瓷舟上盖完全紧闭，同时保护气可以置换瓷舟内部空气，使粉末不易被吹走。在管式炉出入口两端安装收集靶，可以使锌蒸汽冷凝在其表面，而不会堵塞气路。
6.为实现上述目的，本发明提供一种超红外气浮浅层流化反应器，其结构包括：主进气管1、瓷舟下进气管2、管式炉3、收集靶4、瓷舟上盖5、气体交换孔6、瓷舟主体7、丝网8、磁球9、瓷舟下进气口10、出气管11、超红外控制装置12、超红外脉冲发射装置13。
7.具体组装方式如图1所示，将主进气管1和出气管11按照管式炉安装规范连接至管式炉3的两侧法兰上，。瓷舟下进气管2安装在主进气管1法兰侧下方，瓷舟下进气管2的另一端与瓷舟下进气口10连接。将两个收集靶4对称放入离管式炉管口两侧相同距离的炉管内部，且要保证该位置处于管式炉冷端。而后将瓷舟5
‑
10放入管式炉中心处等温区内，确保热处理温度均匀。将超红外控制装置12与超红外脉冲发射装置13相连，确保超红外脉冲强度可控。将超红外脉冲发射装置13竖直放在管式炉外瓷舟5
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10的下侧，且红外发射光源对准管式炉内的瓷舟5
‑
10，等待反应中开启。
8.瓷舟5
‑
10的具体结构中，瓷舟上盖5要与瓷舟主体7上侧完全贴合，保证其在热处理过程中的密闭性。气体交换孔6垂直于热处理过程中的水平向气流，且所处的位置要高于流化后的粉末所能达到的最高处。瓷舟主体7上部是一个长方体结构，尺寸与传统瓷舟应基本相同，下部是一个倒立的正棱台形结构，其上表面尺寸需要与瓷舟主体7上部的下表面矩形尺寸一致，棱台的下表面矩形边长应大于瓷舟下进气口10的直径。丝网8夹在瓷舟主体7上部与下部的交界处，尺寸与棱台上表面的矩形相一致，且丝网的目数应小于粉末的目数。磁球9尺寸应保证可以完全填满整个瓷舟主体7的下部，且要保证其数量足够，不会在竖直方向的气流吹拂下发生位移。瓷舟下进气口10为圆形，其圆心与瓷舟主体7下部下表面矩形重心重合，且其直径与瓷舟下进气管2的尾端相同，保证其二者可以匹配。
9.本发明的优点在于：首先，应用气体吹拂的的浅层流化床使得粉末表面不断更新。其次，随着反应的进行，粉末带有铁磁性，应用红外脉冲使粉末表面更新更充分，翻腾更剧烈，浅层流化床效果更明显。由此可以防止高温热解过程中因粉末团聚导致的反应不充分。再次，在热处理的后期，完全通过远红外脉冲来控制粉末的流化，可以减少保护气体的使用。最后，通过应用收集靶可以收集zif
‑
8热解的副产物锌粉末，且防止出口管路堵塞，达到一举两得的效果。
10.所述主进气管应与管式炉入口处法兰相连接，且要保证气密性良好。
11.所述主进气管材质为橡胶、塑料等具有一定柔韧性的材料。
12.所述管式炉为石英、陶瓷、刚玉等一般管式炉可用的材料。
13.所述收集靶为内径等于或略小于炉管的扁圆柱体片，且在圆片上有以圆心为中心若干中心对称的孔结构。
14.所述两个收集靶的位置为管式炉内冷端，且分别深入炉管入口、出口处相同距离。
15.所述收集靶的材质为刚玉、石英、陶瓷、水泥等耐高温固体材料。
16.所述瓷舟应包含瓷舟上盖、气体交换孔、瓷舟主体、丝网、磁球、瓷舟下进气口结构。
17.所述瓷舟安装于所述管式炉炉管中间等温带处。
18.所述瓷舟下进气管从所述管式炉入口处法兰引入，且不能破坏法兰的密封性。
19.所述瓷舟下进气管尾端与瓷舟下进气口口径一致，相互连接，且需要所述瓷舟下进气管承受瓷舟的重量。
20.所述瓷舟下进气管材质为陶瓷、刚玉、石英等坚硬耐热且可承受所述瓷舟重量的材料。
21.所述瓷舟主体和瓷舟上盖的材质为石英、刚玉、陶瓷等耐高温固体材料。
22.所述气体交换孔垂直于水平气流方向，均匀开在瓷舟两侧。
23.所述丝网材质为铁、钢、铜等具有良好延展性和高熔点的金属材料。
24.所述磁球尺寸应均匀填满瓷舟锥体部分，材质为钢、铁、铜、石英、陶瓷、刚玉等高熔点和高密度的材料。
附图说明
25.图1为流化反应器反应前期的立体图，图中：1.主进气管2.瓷舟下进气管3.管式炉4.收集靶5
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10.瓷舟11.出气管12.超红外控制装置13.超红外脉冲发射装置。
26.图2为流化反应器反应中期的立体图，各个结构与图1相同。
27.图3为流化反应器反应后期的立体图，各个结构与图1相同。
28.图4为瓷舟的放大立体图，图中：5.瓷舟上盖6.气体交换孔7.瓷舟主体8.丝网9.磁球10.瓷舟下进气口。
具体实施方式
29.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用限定本发明。
30.以下结合附图对本发明作进一步详细描述。
31.热处理中的具体操作如图1，2，3所示。
32.在热处理初期，如图1所示。开启主进气管1和瓷舟下进气管2，调节保护气流量，使气体可以恰好将粉末吹拂到合适高度形成流化床，其中颗粒所受的重力g与气体的浮力f
浮
大小相等方向相反。开启管式炉3的加热设备，开始加热。此时的超红外控制装置12和超红外脉冲发射装置13关闭。
33.如图2所示，热处理达到一定程度后，粉末带有铁磁性，开启超红外控制装置12和超红外脉冲发射装置13，调节超红外控制装置12改变超红外脉冲发射装置13的红外强度，使磁性粉末的流化程度更剧烈，且必要时调节瓷舟下进气管2气体的流量，保证未反应完全的铁磁性颗粒所受向下的重力g、向上的浮力f
浮
和向上的磁力f
磁
，三者可以达到平衡。
34.如图3所示，热处理到达后期，铁磁性粉末反应完全，此时关掉瓷舟下进气管2中的气体，调结超红外控制装置12改变超红外脉冲发射装置13的红外强度，使完全反应的铁磁性粉末流化只受到磁力的影响，此时要保证反应完全的铁磁性颗粒所受向下的重力g和向上的磁力f
磁
大小相等。
35.等热处理温度降至室温，关闭超红外控制装置，使超红外脉冲发射装置不再发射红外线，按照管式炉正确操作规范取出热解后产物备用。
36.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这改进和润饰也应当视为本发明的保护范围。