(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211288979.8 (22)申请日 2022.10.20 (71)申请人 浙江大学 地址 310000 浙江省杭州市西湖区浙大路 38号浙江大学玉泉校区 (72)发明人 颜济青　朱瑶　方梦祥　孙晓慧　 吕通　岑建孟　王勤辉　夏芝香　 (74)专利代理 机构 安徽友卓知识产权代理事务 所(普通合伙) 34270 专利代理师 陆嘉丽 (51)Int.Cl. B01J 3/02(2006.01) B01J 3/04(2006.01) B01J 6/00(2006.01) B01J 8/02(2006.01)G01N 1/28(2006.01) G01N 1/40(2006.01) (54)发明名称 一种高温高压下快速可控反应的立式多功 能固定床装置 (57)摘要 本发明公开了一种高温高压下快速可控反 应的立式多功能固定床装置， 属于固定床技术领 域， 包括固定床反应器， 固定床反应器内部由下 自上插设有一根热电偶套管， 可实时监测反应区 温度变化， 固定床反应器从上至下依次安装有进 气系统、 进料系统、 反应系统、 压力控制系统和产 物收集系统。 本发明实现了加压下样品的快速 反 应与高升温速率热解/燃烧， 并且反应时间可控， 可防止样品提前反应， 实现了高温高压下迅速精 准可控地给料， 同时恒温区分为上中下三部分加 热段， 可实现分段不同温度的加热， 同时可实现 多种气氛下热解和富氧燃烧 过程样品温度、 产气 信息、 燃烧系统压力等多参量在线测量， 及热解 后半焦和液体产物离线分析。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115463613 A 2022.12.13 CN 115463613 A 1.一种高温高压下快速可控反应的立式多功能固定床装置， 包括固定床反应器(1)， 其 特征在于： 所述固定床反应器(1)内部由下自上插设有一根热电偶套管(2)， 可实时监测反 应区温度变化， 所述固定床反应器(1)从上至下依次安装有进气系统、 进 料系统、 反应系统、 压力控制系统和产 物收集系统， 所述进气系统包括四路反应气气路、 一路吹扫气气路、 质量 流量控制器、 气体混合器、 气体预热器和蒸汽发生器， 反应器气气路和吹扫气气路、 气体混 合器与气体预热器依序连通， 蒸汽发生器为气体预热器提供热量， 所述进料系统包括磁力 耦合送料器(3)和水冷夹套(5)， 所述磁力耦合送料器(3)固定安装在在固定床反应器(1)顶 部， 水冷夹套(5)固定套设在磁力耦合送料器(3)外部， 对磁力耦合送料器(3)进行水冷降 温， 所述反应系统由上、 中、 下三段炉膛组成， 其中恒温区长度为200mm， 反应系统设计温度 1200℃， 最高操作温度1000℃， 所述压力控制系统包括尾气过滤装置、 背压阀(4)， 压力显示 与储存单元和 机械式卸荷阀， 压力控制系统设计压力5MPa， 反应区1000℃时最高操作压力 为3MPa， 当系统压力超过安全设定压力时， 卸荷阀起跳， 释放系统压力， 保证运行安全， 所述 产物收集系统包括两套高压吸收瓶(6)， 经过串联后放置于低温槽内， 所述固定床反应器 (1)出口至高压吸 收瓶(6)通过 软管(7)连接， 软 管(7)置于低温槽内对高温气体进行降温。 2.根据权利要求1所述的一种高温高压下快速可控反应的立式多功能固定床装置， 其 特征在于： 所述反应气气路由燃料气气路(H2/CO)、 CO2气路、 O2气路和N2平衡气路组成， 所 述吹扫气气路为N2吹扫气路， 所述反应气气路与吹扫气气路前端均固定安装有气 体过滤器 和减压阀， N2平衡气路和N2吹扫气路经过减压阀减压后由两台质量流量控制器独立控制反 应气和吹扫气流 量， 反应气 气路与吹扫气 气路下游均固定安装有单向阀和截止阀。 3.根据权利要求2所述的一种高温高压下快速可控反应的立式多功能固定床装置， 其 特征在于： 所述高压吸收瓶(6)材质采用316L不锈钢， 且高压吸收瓶(6)上端固定安装有测 温热电偶接 头(8)。 4.根据权利要求3所述的一种高温高压下快速可控反应的立式多功能固定床装置， 其 特征在于： 所述背压阀(4)耐受温度为200℃， 且所述背压阀(4)前端安装有气体过滤器， 阻 止灰尘进入阀体， 背压阀(4)设计有旁路放空阀， 从背压阀(4)流出气体经过分流后部分进 入色谱在线分析， 其 余气体排空。 5.根据权利要求4所述的一种高温高压下快速可控反应的立式多功能固定床装置， 其 特征在于： 所述气体混合器型号为MX ‑1081， 用于对反应气体进行在线混合， 气体混合器采 用静态混合器设计， 材质采用316L 不锈钢。 6.根据权利要求5所述的一种高温高压下快速可控反应的立式多功能固定床装置， 其 特征在于： 所述气体预热器采用螺旋式设计， 材质采用310SS奥氏体不锈钢， 由一套独立的 电加热炉控制预热温度， 气体预热器前端设计气体过滤器， 防止粉尘颗粒物窜流进气路系 统， 且气体预 热器前端预留蒸汽发生器接口。 7.根据权利要求6所述的一种高温高压下快速可控反应的立式多功能固定床装置， 其 特征在于： 所述质量 流量控制器均设计有旁路， 可对系统进行 快速吹扫和建立系统压力。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115463613 A 2一种高温高压下快速可控反应的立式 多功能固定床装 置 技术领域 [0001]本发明涉及 一种固定床反应器， 具体为一种高温高压下快速可控反应的立式多功 能固定床装置， 属于固定床领域。 背景技术 [0002]结合我国“多煤、 少油 、 缺气”的能源组成结构的现状， 能源行业技术转型需要加快 现有燃煤机组改造以及大规模推进碳捕集技术。 富氧燃烧技术被认为是最有潜力的CO2捕 集技术之一,加压富氧燃烧技术由于具有发电效率高、 污染物排放低等优势,被认为是一种 更加高效清洁的二代富氧燃烧技术。 受 限于实现高温高压条件的实验台架搭建困难,目前 对于煤颗粒在高升温速率、 高氧气浓度、 较宽 压力范围内的燃烧特性实验研究相对较少。 [0003]目前加压固定床装置 的进料方式均是如下： 反应开始前将样品放置在反应区， 之 后密封好管路开始升压升温反应， 该过程属于慢速气化/热解/  燃烧过程。 而其缺点有以下 几点， 首先工业中的热解/气化/燃烧反应过程十分迅速， 而目前加压固定床装置无法在反 应区升高到指 定温度之后开始进样， 不能实现快速热解； 其次不能精准控制反应时间； 最后 是立式固定床的加热区温度较短， 无法完成质量相差较大的实验。 发明内容 [0004]本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高温高压下快速可控反应的 立式多功能固定床装置， 在加压气化/热解/燃烧固定床实验中， 通过磁悬浮模块可实现快 速、 精准、 可控给料， 使得加压下物料可进 行等温热反应， 同时较长的恒温区可实现大量/微 量物料的在线分析。 [0005]本发明通过以下技术方案来实现上述目的， 包括固定床反应器， 所述固定床反应 器内部由下自上插设有一根热电偶套管， 所述固定床反应器从上至下依次安装有进气系 统、 进料系统、 反应系统、 压力控制和产 物收集系统， 所述进气系统包括四路反应气气路、 一 路吹扫气气路、 质量流量控制器、 气体混合器、 气体预热器和蒸汽发生器， 反应器气气路和 吹扫气气路、 气 体混合器与气体预热器依序连通， 蒸汽发生器为气体预热器提供热量， 所述 进料系统包括磁力耦合送料器和水冷夹套， 所述磁力耦合送料器固定安装在在固定床反应 器顶部， 水冷夹套固定套设在磁力耦合送料器外部 设， 对磁力耦合送料器进行水冷降温， 所 述反应系统由上、 中、 下三段炉膛组成， 其中恒温区长度为200mm， 反应系统设计温度1200 ℃， 最高操作温度 1000℃， 所述压力控制系统包括尾气过滤装置、 背压阀， 压力显示与储存 单元、 机械式卸荷阀， 反应器内出来的高温尾气经过一段置于低温槽内的冷却盘管降温后， 再经过粉尘过滤装置后， 通过背压阀调节压力后进入在线气体分析设备， 压力控制系统设 计压力6MPa， 反应区1000℃时最高操作压力为5MPa， 所述产物收集系统包括两套高压吸收 瓶， 经过串 联后放置于低温槽内， 所述固定床反应器出口至高压吸收瓶通过软管连接， 软管 置于低温槽内对高温气体进行降温。 [0006]优选的， 所述反应气气路由燃料气气路(H2/CO)、 CO2气路、 O2气路和N2平衡气路组说　明　书 1/4 页 3 CN 115463613 A 3