[发明专利]固定床光热反应器

说明书

技术领域

 本发明涉及一种催化剂反应性能测试的光反应设备技术，特别是涉及一种固定床光热反应器。

背景技术

固定床光热反应器是一种积分反应装置，在催化剂反应性能测试方面具有广泛的应用。光作为一种自然的能源形式，作用于催化剂样品，特别是作用于对应光敏感的催化剂，可使得催化剂处于激发态，从而促进催化反应过程的发生。光催化具有自身独特的优势，相比于热能，光子携带的巨大能量能完成热能无法实现的化学反应过程。另外光催化的另一个特点是能量的选择性，原则上单色光可选择地激发反应物为所需要的激发态和振动形式，完成反应过程。然而对于一些需要较大能量的光的反应，往往常用的白色光（390-780 nm）和紫外光源（254 nm）可能无法满足。另外光在催化反应的利用效率不大也限制它的应用。

光热反应过程是将光和热两者结合起来，在一定的反应温度，在光的辅助作用下，催化剂的反应性能一般远高于单一的光催化和热催化活性。因此要达到相同的反应活性，在光的参与作用下，可明显地降低反应的温度，这样可提高反应的选择性。反过来说，热源的存在可以减低所需光源的能量，即在一定温度下，使得原本需要在很高能量的光源作用的反应可以在常用的白色光（390-780 nm）和紫外光源（254 nm）完成。因此光热反应器充分发挥了光和热的协同作用，相互促进，具有较大的应用价值。

现今的光反应器主要用于光解制氢以及空气污染物，有毒有机废水等光降解过程中，反应一般在常温下进行。光热反应器及其相关应用在国内专利中鲜有涉及。申请号为200820160038.5的中国实用新型“工业化循环光反应设备”中提到，使用热空气循环系统对在光反应区的蛇形盘管中的液体进行保温，在一定温度实现物料光反应过程的进行，而显然该反应过程为积分过程。而对于固定床反应器，如何结合光来实现微分反应过程则成为尚未解决的问题。因此固定床光热反应器的开发和应用显得非常重要，也很急迫。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的固定床光热反应器，该光热反应器基于设计中存在的问题，例如紫外灯管光源不能在高温下工作，并且在发光过程中会发热。因此就光热反应器的结构进行比较特殊的设计，实现了热源与光源在位置上良好的匹配。该光热反应器的结构和制作工艺均较为简单，反应炉的温度可高达600 ^oC以上，可满足绝大部分的光热反应的需求，具有广泛的应用前景。

本发明提供的一种固定床光热反应器主要包括反应炉、催化剂支撑筛板（或支撑反应管）、石英外层套管、石英发光灯套管和发光灯管。反应炉的至少一个侧壁为炉瓦结构，可以对样品进行加热。发光灯管放置于反应炉的内部，其外部先套有一个（直径较小的） 石英发光灯套管，再在该石英发光灯套管外套上一个（直径较大的）石英外层套管，催化剂样品则放置于（石英外层套管外侧和反应炉内壳之间）支撑筛板上。从而实现对样品的光热反应性能的表征。反应炉的上下分别安装有金属顶盖和金属底盖，在金属顶盖上有反应气进口和冷气出口，对应在金属底盖上有反应气出口和冷气进口。

本发明提供固定床光热反应器，在光热反应器工作时，由于加热炉的温度较高，热量会通过石英外层套管内侧和石英发光灯套管外侧空间内的气体分子向反应炉中心的光源扩散，由于气体分子的传热限制，该空间内呈现出明显的温度梯度。当石英外层套管内测距离石英发光灯套管外侧较远或者中间存在真空空间时，只有较少量或极少量的热量会传递到光源。与此同时可向石英发光灯套管内吹冷气，进一步地降低发光灯管周围的温度，使其正常工作，延长其工作寿命。该光热反应器的结构和制作工艺均较为简单，反应炉的温度可高达600-800 ^oC以上，可满足绝大部分的光热反应的需求，具有广泛的应用前景，是一种高效高寿命的固定床光热反应器。

 

附图说明

图1为本发明的实施例1的固定床光热反应器的A-A剖面结构示意图。

图2为本发明的实施例2的固定床光热反应器的A-A剖面结构示意图。

图3为本发明的实施例3的固定床光热反应器的A-A剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明

如图所示，1-反应炉，2-催化剂支撑筛板，3-石英外层套管，4-石英发光灯套管，5-发光灯管，6-金属顶盖，7-金属底盖，8-反应气进口，9-反应气出口，10-冷气进口，11-冷气出口，12-接线，13-催化剂样品，14-支撑反应管，15-反射壁。