用于双层套管的出口封头、双层套管组件及双层套管反应器的制作方法

本公开涉及化工设备，具体地，涉及一种用于双层套管的出口封头、双层套管组件及双层套管反应器。

背景技术：

目前，在实验室或中试规模的气-固流化床或固定床管式反应器一般通过在气体出口设置石棉或石英砂来拦阻气-固反应中气体所携带的催化剂粉末或颗粒。但是石棉或石英砂不易固定在气体出口处，且存在较大孔隙，对催化剂粉末或颗粒的拦阻效果差，催化剂粉末或颗粒很容易穿过石棉或石英砂进入气体出口，对出口管线造成堵塞，影响反应进程。

石英材质的反应器不易被腐蚀，并且能承受较高的温度，然而石英管比较脆，一般的硬连接方式不适合用石英管与金属管线相连接，并且密封性能难以保证。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种用于双层套管的出口封头、双层套管组件及双层套管反应器，该出口封头能够避免催化剂颗粒或粉末堵塞双层管反应器的气体出口。

为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种用于双层套管的出口封头，该出口封头包括封头主体和气体过滤装置；所述封头主体的后端面形成有用于套设所述双层套管的外管的空腔，所述空腔的底壁形成有贯穿所述封头主体的通孔，所述通孔用于对准所述双层套管的内管且孔径小于所述内管的外径，所述气体过滤装置与所述封头主体固定连接且封堵所述通孔。

可选地，所述通孔与所述空腔分别形成为圆柱形，且所述通孔与所述空腔同轴设置。

可选地，所述气体过滤装置形成为具有前开口的过滤罩，所述前开口的边缘围绕所述通孔地固定于所述空腔的底壁。

可选地，所述气体过滤装置形成为圆筒状过滤罩，所述气体过滤装置、所述通孔和所述空腔同轴设置。

可选地，所述空腔形成为从后向前同轴地依次布置的第一圆柱段和第二圆柱段，所述通孔设置于所述第二圆柱段的底壁；所述第一圆柱段、所述第二圆柱段和所述通孔的直径依次减小，所述第二圆柱段的直径小于所述内管的外径，以用于使所述内管的前端抵顶所述第一圆柱段的底壁。

可选地，所述气体过滤装置形成为前端开口、后端密闭的圆筒状过滤罩，所述气体过滤装置、所述通孔和所述空腔同轴设置，所述圆筒状过滤罩的前端开口边缘围绕所述通孔地固定于所述第二圆柱段的底壁；所述圆筒状过滤罩的直径小于所述第二圆柱段的直径，以使所述圆筒状过滤罩的侧壁与所述第二圆柱段的侧壁之间形成空隙。

可选地，所述气体过滤装置的材质为粉末冶金材料，所述粉末冶金材料分布有过滤孔。

可选地，所述封头主体的前端面连接有出口管，所述出口管与所述通孔连通。

本公开第二方面提供一种双层套管组件，包括双层套管，还包括本公开第一方面所述的出口封头，所述空腔套设于所述外管外，所述内管的前端抵顶所述空腔的底壁并罩设所述通孔。

可选地，所述出口封头还包括可拆卸的密封件，所述密封件设置于所述空腔的内壁与所述双层套管之间，以密闭隔绝所述内管和所述空腔。

可选地，所述空腔形成为圆柱形，所述双层套管与所述空腔同轴设置，所述密封件形成为密封圈；所述外管的前端与所述空腔的底壁间隔设置，以在所述内管的管壁与所述空腔的侧壁间形成环形间隙，所述密封件套设于所述内管前端的外侧以填充所述环形间隙，所述密封件的前端面和后端面分别抵顶所述空腔的底壁和所述外管的前端。

可选地，所述密封件包括橡胶密封圈和金属密封圈，所述橡胶密封圈和所述金属密封圈沿所述空腔的轴向同轴交替叠置。

可选地，所述封头主体的所述空腔与所述外管为螺纹连接。

本公开第三方面提供一种双层套管反应器，包括本公开第二方面提供所述的双层套管组件，所述内管为石英管，所述外管为金属管。

通过上述技术方案，本公开的用于双层套管的出口封头及双层套管组件的有益效果为：

1、本公开的出口封头可用于实验规模或中试规模的气-固流化床或固定床的气-固催化反应实验装置，并且能够有效地过滤反应气体中携带的催化剂颗粒或粉末，保证催化剂颗粒或粉末不堵塞反应器气体出口。

2、本公开的双层套管组件能够实现双层套管的内外管与出口封头之间顺畅地连接，并且具有较好的密封效果。

3、本公开的双层套管反应器的金属外壳管体可以保护石英反应器管体，并且有益于隔热、温度加热更加均匀，有利于反应进行。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开的双层套管组件的一种具体实施方式的结构示意图。

图2是本公开的用于双层套管的出口封头的一种具体实施方式的结构示意图。

图3是本公开的用于双层套管的出口封头的一种具体实施方式的俯视图。

附图标记说明

1 出口管 2 封头主体

3 气体过滤装置 4 密封件

41 橡胶密封圈 42 金属密封圈

5 通孔 6 内管

7 外管 8 空腔

81 第一圆柱段 82 第二圆柱段

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”是针对装置本身的轮廓而言的。“前、后”是以双层套管内气体流向为基准，定义气体流动的方向为从后至前。

如图2所示，本公开第一方面提供一种用于双层套管的出口封头，该出口封头包括封头主体2和气体过滤装置3；封头主体2的后端面形成有用于套设双层套管的外管7的空腔8，空腔8的底壁形成有贯穿封头主体2的通孔5，通孔5用于对准双层套管的内管6且孔径小于内管6的外径，气体过滤装置3与封头主体2固定连接且封堵通孔5。

本公开的出口封头可用于实验规模或中试规模的气-固流化床或固定床的气-固催化反应实验装置，并且能够有效地过滤反应气体中携带的催化剂颗粒或粉末，保证催化剂颗粒或粉末不堵塞反应器气体出口。

为了便于与双层套管连接，在本公开的一种具体实施方式中，如图2和图3所示，通孔5与空腔8可以分别形成为圆柱形，且通孔5可以与空腔8同轴设置，以便双层套管内的气体顺利流出。在本公开的其他实施方式中，通孔可以为矩形孔、半圆柱形孔或异型孔，空腔可以为能够套设外管的矩形、圆台形或异形空腔。

为了提高气体过滤装置的过滤效果、保证双层套管内的颗粒不堵塞套管出口，在本公开的一种具体实施方式中，气体过滤装置3可以形成为具有前开口的过滤罩，前开口的边缘可以围绕通孔地固定于空腔8的底壁，以加大过滤罩与出管气体的接触面积，同时该具有前开口的过滤罩还便于清洁和更换。在本公开的其他实施方式中，气体过滤装置可以形成为过滤片或具有后开口的过滤罩。

进一步地，为了适应双层套管结构，在本公开的一种具体实施方式中，气体过滤装置3可以形成为圆筒状过滤罩，气体过滤装置3、通孔5和空腔8可以同轴设置。该圆筒状过滤罩具有较大的过滤面积，能够进一步提高过滤效率，防止出口堵塞。在本公开的其他实施方式中，具有前开口的过滤罩还可以形成为半球形、弧形或棱柱形。

为了进一步防止颗粒堵塞套管出口、提高过滤效果，在本公开的一种具体实施方式中，如图2所示，空腔8可以形成为从后向前同轴地依次布置的第一圆柱段81和第二圆柱段82，通孔5可以设置于第二圆柱段82的底壁；第一圆柱段81、第二圆柱段82和通孔5的直径可以依次减小，第二圆柱段82的直径可以小于内管6的外径，以用于使内管6的前端抵顶第一圆柱段81的底壁。

进一步地，为了扩大气体过滤装置与出管气体的接触面积，在本公开的一种具体实施方式中，如图2所示，气体过滤装置3可以形成为前端开口、后端密闭的圆筒状过滤罩，气体过滤装置3、通孔5和空腔8可以同轴设置，圆筒状过滤罩的前端开口边缘可以围绕通孔地固定于第二圆柱段82的底壁；圆筒状过滤罩的直径可以小于第二圆柱段82的直径，以使圆筒状过滤罩的侧壁与第二圆柱段82的侧壁之间形成空隙，内管6内的气体可以进一步流至该空隙处，进一步增加了圆筒状过滤罩与管内气体的接触面积，提高了过滤效率。

根据本公开，气体过滤装置的材质可以为本领域的常规材质，例如可以为过滤石棉或石英砂等。为了便于固定该气体过滤装置，在本公开的一种具体实施方式中，气体过滤装置的材质可以为粉末冶金材料，粉末冶金材料可以分布有过滤孔。粉末冶金材料的含义为本领域技术人员所熟知的，即用粉末冶金工艺制得的多孔材料，其中过滤孔的孔径可以为1～20mm，优选为3～12mm。粉末冶金材料的气体过滤装置的耐用性和耐高温性能更好，能够拓宽本公开的出口封头的使用范围。

在本公开的一种具体实施方式中，如图2所示，封头主体2的前端面可以连接有出口管1，出口管1可以与通孔5连通，以用于对气体导流，且便于与下游装置连接。出口管1可以为直管或弯管，优选为与通孔5同轴的直管。

如图1所示，本公开第二方面提供一种双层套管组件，包括双层套管，还包括本公开第一方面的出口封头，空腔8套设于外管7外，内管6的前端抵顶空腔8的底壁并罩设通孔5。

本公开的双层套管组件结构简单、密封性能好，能够防止双层套管内的颗粒物质被出管气体带出、管口不易堵塞。

在本公开的一种具体实施方式中，为了提高双层套管组件的密封性能，出口封头还可以包括可拆卸的密封件4，密封件4可以设置于空腔8的内壁与双层套管之间，以密闭隔绝内管6和空腔8，防止内管6内的气体或颗粒进入空腔8或内外管之间的间隙中。

进一步地，为了便于内外管与出口封头连接、同时提高密封性能，在本公开的一种具体实施方式中，如图1所示，空腔8可以形成为圆柱形，双层套管与空腔8同轴设置，密封件4可以形成为密封圈；外管7的前端可以与空腔8的底壁间隔设置，以在内管6的管壁与空腔8的侧壁间形成环形间隙，密封件4可以套设于内管6前端的外侧以填充环形间隙，密封件4的前端面和后端面可以分别抵顶空腔8的底壁和外管7的前端。在这种实施方式中，双层套管与出口封头之间通过密封件缓冲和密封，能够防止内管里的气体或颗粒进入空腔中，同时，该密封件也对内管和外管起到缓冲和隔绝密封的作用，能够防止内管内的物质进入内外管之间的间隙中，并且能够固定内外管、防止内外管之间挤压或碰撞。

进一步地，在本公开的一种具体实施方式中，如图1所示，密封件4可以包括橡胶密封圈41和金属密封圈42，橡胶密封圈41和金属密封圈42可以沿空腔8的轴向同轴交替叠置。在这种实施方式中，由于橡胶与金属热膨胀系数不同，能够防止套管内反应产生的高温对密封件密封性能的影响，进一步提高了密封性能、扩大了该双层套管组件的使用范围。在本公开的其他实施方式中，密封件可以形成为套设于外管外的密封圈，密封圈的外侧抵顶空腔内壁；或者密封件形成为密封垫圈，双层套管的内管和外管前端均抵顶密封垫圈的后端面，密封垫圈的前端面抵顶空腔的底壁。

为了便于加工和安装使用，在本公开的一种具体实施方式中，封头主体2的空腔8与外管7可以为螺纹连接，即外管7可以具有外螺纹，空腔8的内壁可以加工有与之相匹配的内螺纹。在本公开的其他实施方式中，封头主体的空腔可以与外管卡接。

本公开第三方面提供一种双层套管反应器，包括本公开第二方面提供的双层套管组件，内管为石英管，外管为金属管。

本公开的双层套管反应器的金属外壳管体可以保护石英反应器管体，并且有益于隔热、温度加热更加均匀，有利于反应进行。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。