氣-液-固三相漿態(tài)床反應(yīng)器具有溫度分布均勻、傳質(zhì)效果好、生產(chǎn)能力大、能耗低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在能源化工、精細(xì)化工、材料化工和醫(yī)藥化工等方面應(yīng)用廣泛，也是當(dāng)今費(fèi)托合成反應(yīng)器的首選。由于固體催化劑需要不斷地循環(huán)利用且液體產(chǎn)物需及時(shí)從反應(yīng)器中移除，液固分離成為連續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵。傳統(tǒng)漿態(tài)床技術(shù)需要單獨(dú)的固液分離系統(tǒng)，存在連續(xù)性操作程度低、操作費(fèi)用高、產(chǎn)量不穩(wěn)定、安全性差等問題，從而限制了其大規(guī)模的推廣應(yīng)用。
針對(duì)以上難題，青島能源所多相反應(yīng)工程研究組在楊超研究員和黃青山研究員的帶領(lǐng)下，在2018年開發(fā)出一種新型內(nèi)循環(huán)漿態(tài)床混合與分離過程強(qiáng)化反應(yīng)器，無需額外動(dòng)力，利用內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器漿液提供的定向循環(huán)動(dòng)力在水力旋流器中實(shí)現(xiàn)了液固分離，可使粒徑大于59 m以上的氧化鋁顆粒長(zhǎng)時(shí)間截留在反應(yīng)器中進(jìn)行循環(huán)利用。在前期成功的基礎(chǔ)上，應(yīng)用同樣工作原理，助理研究員耿淑君等近期將外環(huán)流反應(yīng)器與水力旋流器相結(jié)合，成功開發(fā)出新型外循環(huán)漿態(tài)床混合與分離過程強(qiáng)化反應(yīng)器。與內(nèi)循環(huán)漿態(tài)床反應(yīng)器相比，外循環(huán)漿態(tài)床反應(yīng)器的操作空間較大，能進(jìn)行多個(gè)水力旋流器的并聯(lián)，混合和換熱效果更好，處理量和操作彈性更大。該新型漿態(tài)床反應(yīng)器不僅可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、連續(xù)化生產(chǎn)，而且節(jié)能環(huán)保，工藝本質(zhì)安全，具有重大的工業(yè)應(yīng)用前景。
經(jīng)過一系列探索和技術(shù)改進(jìn)，首套外循環(huán)中試裝置即實(shí)現(xiàn)了6.82 m以上固體顆粒的截留，清潔液體處理量高達(dá)3m3/h（內(nèi)循環(huán)漿態(tài)床可截留59 m以上的同種顆粒，處理量只有0.9m3/h），運(yùn)行效果如下圖所示。針對(duì)該反應(yīng)器，我們進(jìn)行了流體動(dòng)力學(xué)、傳質(zhì)性能和固體分布規(guī)律的詳細(xì)研究，相關(guān)成果為其工業(yè)應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，重要結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在化工權(quán)威期刊Chemical Engineering Science上。該型反應(yīng)器已申請(qǐng)了國(guó)際PCT專利（PCT/CN2019/107424）并獲得了國(guó)內(nèi)發(fā)明專利授權(quán)（ZL201610974776.2）。
該研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金（21878318）、中科院先導(dǎo)A（XDA21060400）及2018年中國(guó)石油-大連化物所能源化工聯(lián)合研發(fā)中心項(xiàng)目的支持。（文/圖 耿淑君）
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ces.2019.115294
