專利名稱：一種氣-固/氣-氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣-固/氣-氣相反應(yīng)方法，特別是一種氣-固/氣-氣相等離 子體管式反應(yīng)器工藝及裝置。
背景技術(shù)：
隨著化工行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)性不斷加大，人們已經(jīng)開發(fā)出許多新工藝以及新的反應(yīng)器， 例如流化床反應(yīng)器、攪拌式縮聚反應(yīng)器、生物反應(yīng)器、膜生物反應(yīng)器、固定床反應(yīng)器、BASB反 應(yīng)器、工C反應(yīng)器、微波反應(yīng)器、超聲波反應(yīng)器等等，根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域反應(yīng)器裝置的發(fā) 展也在日趨成熟和完善。在化學(xué)工藝中，氣-固或氣-氣反應(yīng)一般都在反應(yīng)器或者反應(yīng)釜中通過一些特定 條件來完成反應(yīng)過程，這類反應(yīng)器形式多樣，專利文獻(xiàn)中也公布了很多，如01822546. 2公 布的使用管式反應(yīng)器的低成本聚酯工藝，專利中詳細(xì)介紹了已經(jīng)公開的將多個(gè)攪拌釜用于 提供對(duì)反應(yīng)的附加控制(US專利No. 4110316和W098/10007) ；US專利No. 3054776公開了 在反應(yīng)器之間低壓降的使用，而US專利No. 3385881公開了在一個(gè)反應(yīng)器外殼內(nèi)的多個(gè)反 應(yīng)段，筆者認(rèn)為這些設(shè)計(jì)經(jīng)過改進(jìn)雖然解決了夾帶或堵塞，熱整合，傳熱，反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)器 數(shù)目等有關(guān)的諸多問題，然而其設(shè)計(jì)及其復(fù)雜，它需要詳細(xì)計(jì)算和設(shè)計(jì)技巧，安裝難度大， 成本過高。管式反應(yīng)器的使用很好的解決了上述存在的問題，管式反應(yīng)器是由多根細(xì)管串 聯(lián)或并聯(lián)而構(gòu)成的一種反應(yīng)器。通常管式反應(yīng)器的長(zhǎng)度和直徑之比大于50-100，在實(shí)際 應(yīng)用中，多數(shù)采用連續(xù)操作，少數(shù)采用半連續(xù)操作，使用間歇操作的則極為罕見。其優(yōu)點(diǎn)是 由于反應(yīng)物的分子在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間相等，所以在反應(yīng)器內(nèi)任何一點(diǎn)上的反應(yīng)物濃度和 化學(xué)反應(yīng)速度都不隨時(shí)間而變化，只隨管長(zhǎng)變化；管式反應(yīng)器的單位反應(yīng)器體積具有較大 的換熱面，特別適用于熱效應(yīng)較大的反應(yīng)；由于反應(yīng)物在管式反應(yīng)器中反應(yīng)速度快、流速 快，所以它的生產(chǎn)率高；管式反應(yīng)器適用于大型化和連續(xù)化的化工生產(chǎn)；和釜式反應(yīng)器相 比較，其返混較小，在流速較低的情況下，其管內(nèi)流體流型接近于理想置換流。其已經(jīng)公開 在先有技術(shù)專利中，被組合到工藝或者設(shè)備中，如US專利No. 3192184公開了在反應(yīng)器的 內(nèi)有擋板的管、US專利No. 3644483公開了管用于漿料添加的用途、W096/22318和US專利 No. 5811496公開的在酯化和聚合反應(yīng)器之間的兩個(gè)管式反應(yīng)器；因此管式反應(yīng)器是一個(gè) 發(fā)展較為成熟的技術(shù)，將氣-固/氣-氣相通過管式反應(yīng)器進(jìn)行一系列化學(xué)反應(yīng)、操作簡(jiǎn) 便、反應(yīng)速率快，反應(yīng)充分、運(yùn)行成本低，然而，有些化學(xué)反應(yīng)仍需要高溫或者催化劑等特殊 條件下才能完成，比如氯乙烯與氯化氫反應(yīng)，乙炔氣與氯化氫反應(yīng)等，滿足特殊條件不僅使 工藝復(fù)雜化，產(chǎn)生副產(chǎn)物處理難度大，成本高，污染環(huán)境，而且對(duì)于管式反應(yīng)器反應(yīng)速率很 低時(shí)所需管道過長(zhǎng)，工業(yè)上不易實(shí)現(xiàn)。因此，2005中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所孟月東、 熊新陽提出了一項(xiàng)專利=200510094436. 2等溫等離子體氯化高分子聚合物的方法，該專利 是在等離子體放電環(huán)境中，將高分子聚合物與含氯氣非聚合氣體混合，進(jìn)行低溫等立體氯 化反應(yīng)，其過程能夠?qū)崿F(xiàn)快速氯化，反應(yīng)全過程對(duì)環(huán)境污染小，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，該技術(shù) 專利很好的將等離子體物理技術(shù)應(yīng)用與化學(xué)反應(yīng)過程，在近20年來，隨著等離子體物理不斷的發(fā)展和完善，等離子技術(shù)已經(jīng)在能源、化工、生物、航天等科技領(lǐng)域初露崢嶸，其獨(dú)特的 化學(xué)活性和高能量特點(diǎn)，使許多傳統(tǒng)化學(xué)方法難以實(shí)現(xiàn)或者根本就無法實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)成 為可能，促成化工領(lǐng)域的技術(shù)革新，國(guó)內(nèi)幾所高等學(xué)府、研究院對(duì)其也投入了研究，上一專 利方法具備了等離子體工藝要求，其合理性和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于其他方法，加之還具有工藝簡(jiǎn)單 和無催化劑，反應(yīng)設(shè)備體積小、投資少，無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，從而顯示出該工藝方法的整體 優(yōu)勢(shì)。但是，通過試驗(yàn)分析得出存在以下的缺點(diǎn)首先，反應(yīng)是在在絕緣的釜式反應(yīng)器中進(jìn) 行，固體物加入后由于等離子放電快，長(zhǎng)時(shí)間反應(yīng)固體物質(zhì)容易粘結(jié)在電極上產(chǎn)生堆積現(xiàn) 象造成反應(yīng)不連續(xù)、不穩(wěn)定；其次，由于等離子反應(yīng)速率快，固體物質(zhì)的堆積會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì) 量和引發(fā)副反應(yīng)，不易控制，對(duì)等離子發(fā)生器的壽命會(huì)產(chǎn)生影響。因此，提供一種新的方法 將對(duì)氣-固/氣-氣相反應(yīng)具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決先有技術(shù)中對(duì)氣-固/氣-氣相反應(yīng)滿足特殊條件需要的 成本高，工藝復(fù)雜，污染環(huán)境并且在采用等離子技術(shù)時(shí)反應(yīng)器中固體物質(zhì)容易粘結(jié)、堆積， 產(chǎn)品質(zhì)量差，反應(yīng)不連續(xù)、不穩(wěn)定等問題，進(jìn)而提供一種將管式反應(yīng)器和等離子體作為反應(yīng) 催化劑結(jié)合的新的反應(yīng)器；不僅結(jié)合了管式反應(yīng)器的有優(yōu)點(diǎn)連續(xù)操作、生產(chǎn)能力大、易于實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)化控制、實(shí)現(xiàn)分段溫度控制、節(jié)省人力、傳熱面積大、湍流狀態(tài)下操作具有良好的傳 質(zhì)效果、耐壓高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便；而且利用等離子體活性高，反應(yīng)速度快的一種氣_固 /氣_氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置。一種氣-固/氣-氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置，包括如下次序連通的設(shè) 備循環(huán)增壓風(fēng)機(jī)、反應(yīng)氣體灌、輔助氣體灌、反應(yīng)粉體設(shè)備、反應(yīng)粉體中間倉、等離子體管 式反應(yīng)器、氣固分離設(shè)備、反應(yīng)后粉體中間倉、反應(yīng)后粉體輸送設(shè)備、反應(yīng)后粉體預(yù)處理設(shè) 備、產(chǎn)品灌、反應(yīng)后氣體處理設(shè)備；反應(yīng)氣體灌和輔助氣體灌的氣體經(jīng)過循環(huán)增壓風(fēng)機(jī)后 與反應(yīng)粉體設(shè)備中的固體物質(zhì)混合送入等離子體管式反應(yīng)器，反應(yīng)完成后經(jīng)過氣固分離設(shè) 備氣體從頂部進(jìn)入反應(yīng)后氣體處理設(shè)備進(jìn)行循環(huán)使用，雜質(zhì)從反應(yīng)后氣體處理設(shè)備底部排 出；固體物質(zhì)從底部進(jìn)入反應(yīng)后粉體中間倉通過反應(yīng)后粉體輸送設(shè)備送入反應(yīng)后粉體預(yù)處 理設(shè)備，未反應(yīng)完全的進(jìn)入反應(yīng)粉體中間倉循環(huán)反應(yīng)，反應(yīng)完全的經(jīng)過反應(yīng)后粉體預(yù)處理 設(shè)備送入產(chǎn)品灌處理后得到產(chǎn)品。上述的一種氣-固/氣-氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置，其等離子體管式 反應(yīng)器包括如下依次連接的設(shè)備等離子體電源、電源導(dǎo)線、電極、電極外套、管式反應(yīng)器外 殼、換熱管、管式反應(yīng)器殼體換熱保溫層；上述裝置有序連接，保證反應(yīng)連續(xù)高效運(yùn)行。上述的一種氣-固/氣-氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置，其等離子體管式 反應(yīng)器外殼為絕緣材料，反應(yīng)器電極外殼為高絕緣材料，如有機(jī)玻璃、石英等；確保等離子 體管式反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行、放電均勻正常。上述的一種氣-固/氣-氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置，其等離子體管式 反應(yīng)器電極為水平均勻布置，層數(shù)為一層或者多層，保證放電均勻。上述的一種氣-固/氣-氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置，其等離子體管式 反應(yīng)器電極間隙為Imm-Smm之間，均勻布置，保證放電均勻。上述的一種氣-固/氣-氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置，其等離子體管式反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有換熱管，換熱管數(shù)量為一個(gè)或者多個(gè)，防止氣體腐蝕和顆粒沖刷。上述的一種氣-固/氣-氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置，其等離子體管式 反應(yīng)器可以是一個(gè)或者多個(gè)，多個(gè)等離子體管式反應(yīng)器可以是并聯(lián)或者串聯(lián)，并聯(lián)或者串 聯(lián)時(shí)電極可為多個(gè)，使工藝滿足不同規(guī)模的生產(chǎn)需要。上述的一種氣-固/氣-氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置，其氣輔助氣體為 氮?dú)?、氬氣、氫氣等不易反?yīng)氣體，減少副反應(yīng)產(chǎn)生，使反應(yīng)正常。上述的一種氣-固/氣-氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置，其風(fēng)機(jī)氣速控制 在4-23m/s，使整個(gè)裝置運(yùn)行穩(wěn)定連續(xù)。上述的一種氣-固/氣-氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置，反應(yīng)氣體循環(huán)使 用，降低成本，不污染環(huán)境。本發(fā)明是將等離子技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與管式反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)綜合于一體，不僅克服反應(yīng)速 率很低工業(yè)上不易實(shí)現(xiàn)管式反應(yīng)器的缺點(diǎn)，擴(kuò)大了管式反應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域。而且，克服了等 離子體反應(yīng)由于等離子體反應(yīng)過程速度快，等離子體溫度高，容易造成局部過熱，而破壞反 應(yīng)物或產(chǎn)生不利的反應(yīng)的缺點(diǎn)，使氣-固/氣-氣相反應(yīng)低成本、高效率、連續(xù)穩(wěn)定、清潔運(yùn) 行。本發(fā)明可以應(yīng)用于氯化如PVC、PE、PP、ABS等；粉體改性、催化裂化等領(lǐng)域。它還 具有能耗小、操作簡(jiǎn)便、無反混現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的工藝流程圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的等離子體管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的等離子體管式反應(yīng)電極剖面圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。參照?qǐng)D1-3，本實(shí)施例1包括如下次序的步驟循環(huán)增壓風(fēng)機(jī)8、反應(yīng)氣體灌9、輔 助氣體灌10、反應(yīng)粉體設(shè)備11、反應(yīng)粉體中間倉12、等離子體管式反應(yīng)器13、氣固分離設(shè)備 14、反應(yīng)后粉體中間倉15、反應(yīng)后粉體輸送設(shè)備16、反應(yīng)后粉體預(yù)處理設(shè)備17、產(chǎn)品灌18、 反應(yīng)后氣體處理設(shè)備19 ；反應(yīng)氣體灌9和輔助氣體灌10內(nèi)的氮?dú)狻鍤?、氫氣等不易反?yīng) 氣體經(jīng)過循環(huán)增壓風(fēng)機(jī)8，風(fēng)機(jī)氣速控制在4-23m/s，后與反應(yīng)粉體設(shè)備11中的固體物質(zhì) 混合送入等離子體管式反應(yīng)器13，等離子體管式反應(yīng)器由等離子體電源1、電源導(dǎo)線2、電 極3、電極外套4、管式反應(yīng)器外殼5、換熱管6、管式反應(yīng)器殼體換熱保溫層7等裝置組成， 等離子體管式反應(yīng)器外殼5和電極3均有絕緣材料制成，且電極3水平布置，間隙控制在 Imm-Smm之間；反應(yīng)完成后經(jīng)過氣固分離設(shè)備14氣體從頂部進(jìn)入反應(yīng)后氣體處理設(shè)備19 進(jìn)行循環(huán)使用，雜質(zhì)從反應(yīng)后氣體處理設(shè)備19底部排出；固體物質(zhì)從底部進(jìn)入反應(yīng)后粉體 中間倉15通過反應(yīng)后粉體輸送設(shè)備16送入反應(yīng)后粉體預(yù)處理設(shè)備17，未反應(yīng)完全的進(jìn)入 反應(yīng)粉體中間倉12循環(huán)反應(yīng)，反應(yīng)完全的經(jīng)過反應(yīng)后粉體預(yù)處理設(shè)備17處理后送入產(chǎn)品 灌18處理后得到產(chǎn)品。實(shí)施例2
本發(fā)明實(shí)施例2為反應(yīng)氣體灌9里的氯化氫氣體與輔助氣體灌10內(nèi)的氮?dú)饨?jīng)過 氣速控制在15m/s的循環(huán)增壓風(fēng)機(jī)8增壓后與反應(yīng)粉體設(shè)備11中的聚氯乙烯單體混合送 入等離子體管式反應(yīng)器13，氯氣和氮?dú)庠诘入x子體區(qū)域產(chǎn)生低溫等離子體，低溫等離子態(tài) 的含氯氣的氣體和聚氯乙烯(PVC)反應(yīng)，同時(shí)產(chǎn)生反應(yīng)熱，為控制反應(yīng)的溫度，在等離子體 管式反應(yīng)器13內(nèi)部設(shè)有換熱管6，在等離子體管式反應(yīng)器13外壁設(shè)有管式反應(yīng)器殼體換熱 保溫層7，以保證反應(yīng)器溫度控制在80-110°C ；反應(yīng)后的氣體和PVC從等離子體管式反應(yīng)器 13頂部排除，經(jīng)氣固分離設(shè)備14，氣體進(jìn)入反應(yīng)后氣體處理設(shè)備19，除去反應(yīng)氣體中的HCl 和干燥后，未反應(yīng)氯氣和輔助氣體進(jìn)入到循環(huán)風(fēng)機(jī)8入口，經(jīng)風(fēng)機(jī)增壓后循環(huán)使用；固相粉 體在等離子體管式反應(yīng)器13由氣體夾帶出等離子管式反應(yīng)器13。經(jīng)氣固分離設(shè)備14，固 體進(jìn)入反應(yīng)后粉體中間倉15，如果氯化值達(dá)到技術(shù)要求，反應(yīng)后粉體中間倉15中的CPVC粉 體由反應(yīng)后粉體輸送設(shè)備16送到反應(yīng)粉體預(yù)處理設(shè)備17，除去粉體吸附的C12、HC1和輔助 氣體，最后進(jìn)入到成品包裝工段；如果氯化值沒有達(dá)到技術(shù)要求，反應(yīng)后粉體中間倉15中 的CPVC粉體由反應(yīng)后粉體輸送設(shè)備16送到反應(yīng)粉體中間倉12繼續(xù)反應(yīng)，直到達(dá)到要求。實(shí)施例3與實(shí)施例1或2的不同之處在于輔助氣體可以為氬氣或者氫氣。實(shí)施例4與實(shí)施例1或2的不同之處在于風(fēng)機(jī)氣速為4m/s。實(shí)施例5與實(shí)施例1或2的不同之處在于風(fēng)機(jī)氣速為23m/s。實(shí)施例6與實(shí)施例1或2的不同之處在于可以串聯(lián)或者并聯(lián)多個(gè)等離子體管式 反應(yīng)器，等離子體管式反應(yīng)器可以有多個(gè)電極。
權(quán)利要求
一種氣 固/氣 氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置，包括如下次序的設(shè)備循環(huán)增壓風(fēng)機(jī)、反應(yīng)氣體灌、輔助氣體灌、反應(yīng)粉體設(shè)備、反應(yīng)粉體中間倉、等離子體管式反應(yīng)器、氣固分離設(shè)備、反應(yīng)后粉體中間倉、反應(yīng)后粉體輸送設(shè)備、反應(yīng)后粉體預(yù)處理設(shè)備、產(chǎn)品灌、反應(yīng)后氣體處理設(shè)備；反應(yīng)氣體灌和輔助氣體灌的氣體經(jīng)過循環(huán)增壓風(fēng)機(jī)后與反應(yīng)粉體設(shè)備中的固體物質(zhì)混合送入等離子體管式反應(yīng)器，反應(yīng)完成后經(jīng)過氣固分離設(shè)備氣體從頂部進(jìn)入反應(yīng)后氣體處理設(shè)備進(jìn)行循環(huán)使用，雜質(zhì)從反應(yīng)后氣體處理設(shè)備底部排出；固體物質(zhì)從底部進(jìn)入反應(yīng)后粉體中間倉通過反應(yīng)后粉體輸送設(shè)備送入反應(yīng)后粉體預(yù)處理設(shè)備，未反應(yīng)完全的進(jìn)入反應(yīng)粉體中間倉循環(huán)反應(yīng)，反應(yīng)完全的經(jīng)過反應(yīng)后粉體預(yù)處理設(shè)備送入產(chǎn)品灌處理后得到產(chǎn)品。
2.按權(quán)利要求1所述的一種氣-固/氣-氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置，其特 征在于等離子體管式反應(yīng)器包括如下依次連接的設(shè)備等離子體電源、電源導(dǎo)線、電極、電 極外套、管式反應(yīng)器外殼、換熱管、管式反應(yīng)器殼體換熱保溫層；
3.按權(quán)利要求2所述的一種氣-固/氣-氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置，其特 征在于等離子體管式反應(yīng)器外殼為絕緣材料，反應(yīng)器電極外殼為高絕緣材料。
4.按權(quán)利要求2所述的一種氣-固/氣-氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置，其特 征在于等離子體管式反應(yīng)器電極為水平均勻布置，層數(shù)可以為一層或者多層。
5.按權(quán)利要求4所述的一種氣-固/氣-氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置，其特 征在于等離子體管式反應(yīng)器電極間隙為Imm-Smm之間
6.按權(quán)利要求5所述的一種氣-固/氣-氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置，其特 征在于等離子體管式反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有換熱管，換熱管數(shù)量為一個(gè)或者多個(gè)。
7.按權(quán)利要求2或6所述的一種氣-固/氣-氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置， 其特征在于等離子體管式反應(yīng)器等離子體管式反應(yīng)器可以是一個(gè)或者多個(gè)，多個(gè)等離子體 管式反應(yīng)器可以是并聯(lián)或者串聯(lián)，并聯(lián)或者串聯(lián)時(shí)電極可為多個(gè)。
8.按權(quán)利要求1至7所述的一種氣-固/氣-氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置， 其特征在于輔助氣體為氮?dú)?、氬氣、氫氣等不易反?yīng)氣體。
9.按權(quán)利要求1或8所述的一種氣-固/氣-氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置， 其特征在于風(fēng)機(jī)氣速控制在4-23m/s。
10.按權(quán)利要求1或9所述的一種氣-固/氣-氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置， 其特征在于氣反應(yīng)氣體循環(huán)使用。全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣-固/氣-氣相等離子體管式反應(yīng)器工藝及裝置，包括如下次序連通的設(shè)備循環(huán)增壓風(fēng)機(jī)、反應(yīng)氣體灌、輔助氣體灌、反應(yīng)粉體設(shè)備、反應(yīng)粉體中間倉、等離子體管式反應(yīng)器、氣固分離設(shè)備、反應(yīng)后粉體中間倉、反應(yīng)后粉體輸送設(shè)備、反應(yīng)后粉體預(yù)處理設(shè)備、產(chǎn)品灌、反應(yīng)后氣體處理設(shè)備；反應(yīng)氣和輔助氣經(jīng)過增壓風(fēng)機(jī)與固體物質(zhì)混合送入等離子體管式反應(yīng)器反應(yīng)，后經(jīng)氣固分離氣相被循環(huán)使用，雜質(zhì)排出處理；固相反應(yīng)完全的送入產(chǎn)品系統(tǒng)，未反應(yīng)完全的循環(huán)反應(yīng)；解決了傳統(tǒng)工藝成本高，工藝復(fù)雜，污染環(huán)境并且采用等離子技術(shù)時(shí)反應(yīng)器中固體物質(zhì)容易粘結(jié)、堆積，產(chǎn)品質(zhì)量差，反應(yīng)不連續(xù)穩(wěn)定等問題，可應(yīng)用于化工氯化工藝中。
文檔編號(hào)H05H1/42GK101934212SQ200910139900
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者周軍, 熊新陽, 郭文康 申請(qǐng)人:新疆天業(yè)(集團(tuán))有限公司