CN100344361C

CN100344361C - 一种连续高温气固反应器

Info

Publication number: CN100344361C
Application number: CNB2004100862264A
Authority: CN
Inventors: 田志鸿; 周健; 吕庐峰; 李学锋; 王骞
Original assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2024-10-28
Also published as: CN1765486A

Abstract

一种连续高温气固反应器，主要包括以下部件：固体物料进料口(1)、加料阀(2)、反应器头盖(3)、反应器主体(4)、内构件单元(23)、主轴(8)、反应器下盖(10)、气体入口(12)、出料阀(13)、气体出口管(18)；其中，所述固体物料进料口(1)和加料阀(2)设置于该反应器的顶部，反应器主体(4)为圆桶状，主轴设置于该反应器的中心轴线上，而两个或两个以上的由搅拌桨叶(5)、固定蝶片(6)、旋转蝶片(7)组成的内构件单元相互平行地垂直安装在主轴上；气体入口(12)设置于该反应器底部，而气体出口管(18)设置于该反应器的上部，且位于内构件单元之上。该反应器在高温条件下能精确控制反应时间、连续进出料。

Description

一种连续高温气固反应器

技术领域

本发明涉及在固定容器内具有旋转搅拌装置的混合机，更确切地说，是一种用于连续高温工艺过程的气固反应器。

背景技术

在化工等工业化生产中，经常遇到气体与固体反应问题，一般而言，大多采用流化床、移动床、喷动床、固定床和间歇式反应釜等多种型式的反应器。其中流化床可以实现高温、连续化生产，但是要求颗粒粒度适中，一般在40-80um。如果粒度太大，要求流化速度过大，流化性能不好；如果粒度太小，由于流化速度小，细粒子大量被流化风携带走，造成回收困难；固体物料在反应器内的停留时间无法精确地控制。

对移动床、喷动床活塞流反应器，可以实现高温、连续化生产，物料组成沿反应器逐渐变化，流体在同一截面以相同速度向前流动，固体物料会存在分布不均匀、停留时间的调节范围有限等缺点，对颗粒粒度比较细的固体粉料而言，这种反应器也同样存在固体物料尾气回收困难的问题。

对固定床反应器和反应釜存在间歇操作、无法进行连续性生产的问题。

CN1448211A披露了一种连续气固反应釜，该反应釜可以实现连续进料、出料，内部带有搅拌浆叶和挡板，但是对固体粉料的停留时间无法精确的控制，会出现有的物料停留时间过短，存在短路现象。

综上所述，现有技术中尚未涉及一种在高温条件下，能精确控制反应时间的、连续化进出料、无固体粉料回收困难的气固反应器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在高温条件下，能精确控制反应时间、连续化进出料的气固反应器。

本发明所提供的反应器主要包括以下部件：固体物料进料口1、加料阀2、反应器头盖3、反应器主体4、内构件单元23、主轴8、反应器下盖10、气体入口12、出料阀13、气体出口管18；其中，所述固体物料进料口1和加料阀2设置于该反应器的顶部，反应器主体4为圆桶状，主轴设置于该反应器的中心轴线上，而两个或两个以上的由搅拌桨叶5、固定蝶片6、旋转蝶片7组成的内构件单元相互平行地垂直安装在主轴上；气体入口12设置于该反应器底部，而气体出口管18设置于该反应器的上部，且位于内构件单元之上。

与现有技术相比，本发明主要表现以下方面的优点：

1、本发明充分结合低速固定床和机械搅拌、拨料等优点，实现反应器在高温情况下的连续操作和精确控制时间等特点。

2、通过电机带动搅拌浆搅动、拨料，将固体物料一层一层从粉料加入口由上而下移动，控制合适的搅拌轴的转速和内构件单元的数量，可进行精确控制固体粉料的停留时间。

3、在反应器结构一定的情况下，可以在较宽的范围内调节反应器主轴的转速，即传动电机的频率，因此，可在较宽的范围内控制固体物料在反应器内的停留时间。

4、此反应器内气体穿透物料的速度很低，不存在大量气体携带固体颗粒，减少了由此而引发的一套复杂的尾气回收系统，特别是固体物料很细的情况。

5、在反应过程中，固体物料自上而下一层层向下运动，并在每层都有一定的停留时间，通过搅拌桨叶的搅拌、拨料，使固体物料得到充分翻滚，减少一般固定床的反应死区的情况。同时也减少固体物料架桥等现象。

6、该反应器是一种连续固定床反应器，气量较少，因此无固体物料回收困难，特别是对很细的固体物料(比如1-3um)，解决其反应过程尾气回收问题。固体物料从加料口进入到反应器内，由机械搅拌一层层向下拨料，从出料口排出；气体由反应器底部进入，一层层穿透固体物料，由顶部尾气出口排出，在这个过程中，固体物料与气体接触、反应，整个系统密闭操作。

附图说明

图1是本发明所提供气固反应器的结构示意图。

图2是本发明所提供气固反应器的局部放大图和截面俯视图。

图3是本发明所述搅拌桨叶结构示意图。

图4是本发明所述固定蝶片结构示意图。

图5是本发明所述旋转蝶片结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明所提供的反应器。

如图1所示，本发明所提供的反应器主要包括以下部件：固体物料进料口1、加料阀2、反应器头盖3、反应器主体4、搅拌桨叶5、固定蝶片6、旋转蝶片7、主轴8、反应器下盖10、气体入口12、气体入口控制阀11、出料阀13、气体出口18、气体出口控制阀19。此外，本发明还包括以下辅助部件：锥底搅拌器14、加热器15、保温层16、温度探测头17、传动电机20、气体分布器24等。

本发明所述反应器主体4为圆桶状，其上部与反应器头盖3固定连接，下部与反应器下盖10固定连接。本发明对于反应器主体的高径比以及反应器头盖和下盖的具体形状没有特别要求，本领域常用的高径比以及反应器头盖和下盖的形状均适用于本发明。所述反应器主体可由同轴且相互之间紧密连接的多节圆筒9构成，也可以采用整体结构。所述反应器主体具体所采用的圆筒9的节数可根据工艺过程的要求，例如，反应物料的停留时间等予以确定。所采用的圆筒9的节数可与安装在主轴8上的搅拌桨叶、固定蝶片、旋转蝶片配套设置。所述各节圆筒的连接处可由垫片压紧密封。整个反应器主体以及内构件单元均以反应器中心轴线为中心，严格对中。反应器主轴由皮带轮或者链轮等通过外部电机带动，电机的转速通过变频器控制，整个反应器可以承受一定的压力。

本发明所述的内构件单元是自上而下地由搅拌桨叶、固定蝶片和旋转蝶片组成的。如图2所示，在该反应器内搅拌桨叶5、旋转蝶片7和固定蝶片6相互平行地垂直安装在主轴8上。在该反应器内相互平行地设置两个或两个以上的上述内构件单元。

所述固定蝶片6的结构如图4所示，为一中空的多孔圆盘，其直径与反应器的内径基本相等。固定蝶片垂直于主轴且水平固定于该反应器内，其上方设置搅拌桨叶5，下方设置旋转蝶片7。固定蝶片上开有一定量的小孔和一个或一个以上的径向长孔，例如，图4中所示的固定蝶片设有两个径向长孔。所述固定蝶片上小孔的开孔率为5-60％，所述小孔的孔径为1-2cm；所述径向长孔的面积占固定蝶片面积的5-10％。本发明对于固定蝶片上的小孔的形状以及径向长孔的形状和尺寸没有特别要求。这里所述的小孔是气体穿透固体粉料的通道；径向长孔的作用主要是向下一层内构件排料。固定蝶片6的中心圆孔与主轴之间用软填料密封。

固定蝶片的下方是随主轴旋转的旋转蝶片7，所述旋转蝶片7的结构如图5所示，是一带有扇形或其它形状的切除部分的中空多孔圆盘。旋转蝶片的直径略小于反应器的内径。需确保旋转蝶片在随主轴旋转的过程中与反应器的内壁无摩擦。旋转蝶片上开有一定量的小孔，开孔率为5-60％，优选8-30％，所述小孔的孔径为1-2cm。所述扇形或其它形状的切除部分面积占旋转蝶片面积的5-10％。小孔是参与反应的气体物料穿透固体粉料的通道。本发明对于旋转蝶片的切除部分和小孔没有形状和尺寸限制，所述切除部分可以是扇形的，也可以是与直径平行的直线部分，如图5中虚线。

如图3所示，所述搅拌桨叶5由一个拨料叶片21和搅拌叶片22组成。搅拌叶片22的作用主要是搅拌物料，使物料在固定蝶片6上保持一定的厚度。拨料叶片21的作用主要是拨赶物料。搅拌叶片离固定蝶片有一定的距离，拨料叶片紧靠固定蝶片，两者之间有微细的间隙。在主轴转动过程中，当固定蝶片6的径向长孔和旋转蝶片7的扇形切除部分重合时，拨料叶片21向下层固定蝶片拨赶物料；在排料完毕后，固定蝶片6的径向长孔与旋转蝶片7的扇形切除部分错开，及时关闭此排料通道，以防止气体物料由此短路。在安装时，最好使拨料叶片21与旋转蝶片7扇形切除部分终止径向线基本处于同一位置，见图2。搅拌叶片22可设置2-6个，优选2-4个；相邻的搅拌叶片之间的夹角以及搅拌叶片与相邻的拨料叶片之间的夹角可以相等，也可以不等，但优选相邻的搅拌叶片之间的夹角以及搅拌叶片与相邻的拨料叶片之间的夹角相等。搅拌叶片的作用主要是将上层落下来的物料拨开，并将它们均匀地平摊在此层的固定蝶片上。

该反应器中相邻两层内构件之间的固定蝶片6的径向长孔应错开一定角度设置，以防止各层固定蝶片上的径向长孔同时打开，造成气体物料的短路。此外，本发明所述反应器中相邻的两组内构件单元之间的垂直距离以及所采用的内构件单元的数量应根据具体工艺要求来自确定，例如，相邻的两组内构件单元之间的垂直距离可以是反应器内径的0.5-2倍。

在该反应器主体的底部、反应器下盖10内部的主轴上安装有搅拌器14。该搅拌器在主轴的带动下旋转，其作用是对进入主体底部的物料进行搅拌，以防止物料的结块、压实等，使物料顺利地通过出料口旋转阀13排出。

本发明所述进气管12与反应器下盖固定连接并相连通。调节阀11设置在进气管12的管路上，以调节进入该反应器的气体物料的流量。本发明所述气体出口管18设置于该反应器主体的上部，且位于内构件单元之上。调节阀19设置在气体出口管18的管路上，以调节该反应器内的压力及气体物料的流出量。

该反应器主体的外壁安装有加热系统15和保温层16，以便于为反应器提供必要的反应温度。反应器内的温度由温度热探头17监测。所述加热系统可以直接加热，也可以利用热载体换热。

本发明所述固体物料进料口1和加料阀2设置于该反应器的顶部，且与反应器头盖3固定连接并相连通，使进入该反应器的固体物料能够通过进料口1和加料阀2从该反应器主体的上部进入。由所述加料阀2控制固体物料的进料量，该加料阀优选旋转密封阀，但不限于旋转密封阀。

本发明所述反应器的主轴8可在传动装置和电机20的带动下旋转，也可以在其它外在动力的带动下旋转。

反应器底部、反应器下盖10内侧设置气体分布器24，该气体分布器可使进入反应器的气体物料在反应器内均匀分布。该气体分布器可由双层壳体夹套组成，外层夹套可以拆卸，清理在反应时滑落进入夹套的固体粉料。

本发明所述出料阀13优选旋转密封阀，但不限于旋转密封阀。

当尾气排放量很大或者夹带固体粉料严重时，需要采用尾气收尘系统。可以采用旋风收集或者其他的除尘系统，比如，布袋除尘、电除尘，也可以将几种除尘系统综合利用。

本发明所提供反应器的工作流程如下：固体物料经进料口1和加料阀2从该反应器的上部进入；而气体物料经气体入口12和气体入口控制阀11从该反应器的底部进入，并在气体分布器的作用下均匀分布。两组或两组以上的由搅拌桨叶5、固定蝶片6、旋转蝶片7构成的内构件单元垂直于主轴且相互平行地设置于该反应器内。固体物料首先落入最上一层固定蝶片，搅拌桨叶在主轴的带动下旋转，实现对于固体物料的赶料、拨料和排料，并在此过程中与来自反应器下部的气体物料接触、反应。当旋转蝶片上的扇形切除部分与固定蝶片上的径向长孔重合时，固定蝶片上的固体物料在拨料叶片的作用下落入下面一层固定蝶片，从而完成从上层固定蝶片向下层固定蝶片的排料过程。上述过程重复进行，直到固体物料落入该反应器的底部。参与反应的气体物料流经气体分布器后通过旋转蝶片和固定蝶片上的开孔逐层向上流动，同时与固体物料接触、反应。固体物料在该反应器内的停留时间由电机转速、反应器内拨料叶片的数目、固定蝶片和旋转蝶片的数目、固定蝶片上的径向长孔的数目等因素控制。当上述反应器结构参数一定时，调节电机的频率，可以精确控制固体物料在反应器内的停留时间。

以下的实施例将对本发明予以进一步的说明，但本发明并不因此而受到任何限制。

实施例1

本实施例说明：采用本发明所提供的气固反应器进行气固反应，可以精确控制固体反应物的反应时间。

按照本发明的描述制造一台气固反应器，其结构如图1所示。该反应器的内径为500mm，反应器的高度为2500mm，反应器内共设8层内构件单元，反应器内内构件单元的总高度为1600mm，此反应器由电加热，反应器内反应温度约250℃，电机的转速可在0.1～100rpm调节，进料和出料由旋转密封控制，气体由下部进气管进入，气体量的大小由底部调节阀控制，根据反应出物料的程度，可控制固体反应物料的停留时间在1～20分钟内，精确控制反应时间。利用此反应器将固含量为85％的NaY分子筛，与SiCl₄气体反应，控制反应时间9分钟。反应后检测到99％NaY反应，尾气中的SiCl₄含量在0.1％，尾气风量约3M³/h，尾气直接用水吸收，没有尾气捕集问题。

对比例1

利用流化床将固含量为85％的NaY分子筛，与SiCl₄气体反应，反应时间由固体物料在流化床的计算平均停留时间，约90～120分钟，由于流化床反应器流化气速的要求，在相同NaY分子筛处理量下，SiCl₄气体量是上述实施例的10～20倍，同时由于NaY分子筛粒度在2～6um，需要对其干燥尾气进行多级旋风、过滤捕集，系统复杂，细粉回收困难。

对比例2

利用中国专利申请02116287.5所提供的设备，进行将NaY分子筛与SiCl₄气体反应，物料平均停留时间14分钟，由于搅拌叶片下采用多层挡板，从原理上而言，无法精确控制物料的停留时间，当SiCl₄气体穿过固体物料层以后，可直接走短路从进料口排出，反应尾气中会含有一定量SiCl₄气体，同时也给尾气捕集增加一定的困难。

Claims

1、一种连续高温气固反应器，其特征在于该反应器主要包括以下部件：固体物料进料口(1)、加料阀(2)、反应器头盖(3)、反应器主体(4)、内构件单元(23)、主轴(8)、反应器下盖(10)、气体入口(12)、出料阀(13)、气体出口管(18)；其中，所述固体物料进料口(1)和加料阀(2)设置于该反应器的顶部，反应器主体(4)为圆桶状，主轴设置于该反应器的中心轴线上，而两个或两个以上的由搅拌桨叶(5)、固定蝶片(6)、旋转蝶片(7)组成的内构件单元相互平行地垂直安装在主轴上；气体入口(12)设置于该反应器底部，而气体出口管(18)设置于该反应器的上部，且位于内构件单元之上。

2、按照权利要求1的反应器，其特征在于所述反应器主体的上部与反应器头盖(3)固定连接，其下部与反应器下盖(10)固定连接。

3、按照权利要求1的反应器，其特征在于所述反应器主体由同轴且相互之间紧密连接的多节圆筒(9)构成，或者采用整体结构的反应器主体。

4、按照权利要求1的反应器，其特征在于所述反应器主体以及内构件单元均以反应器中心轴线为中心进行设置。

5、按照权利要求1的反应器，其特征在于所述反应器还包括以下辅助部件：锥底搅拌器(14)、加热器(15)、保温层(16)、温度探测头(17)、传动电机(20)、气体分布器(24)。

6、按照权利要求1的反应器，其特征在于所述固定蝶片(6)为一中空的多孔圆盘，其直径与反应器的内径基本相等；固定蝶片垂直于主轴固定于该反应器内，其上方设置搅拌桨叶(5)，下方设置旋转蝶片(7)；固定蝶片上开有小孔和一个或一个以上的径向长孔。

7、按照权利要求6的反应器，其特征在于所述固定蝶片上小孔的开孔率为5-60％，所述小孔的孔径为1-2cm；所述径向长孔的面积占固定蝶片面积的5-10％。

8、按照权利要求1的反应器，其特征在于所述旋转蝶片为一带有扇形或其它形状的切除部分的中空多孔圆盘，旋转蝶片的直径略小于反应器的内径；旋转蝶片上开有小孔，开孔率为5-60％，所述小孔的孔径为1-2cm；所述扇形或其它形状的切除部分面积占旋转蝶片面积的5-10％。

9、按照权利要求1的反应器，其特征在于所述搅拌桨叶(5)由拨料叶片(21)和搅拌叶片(22)组成；在安装时，使拨料叶片与旋转蝶片扇形切除部分的终止径向线处于同一位置；搅拌叶片设置2-6个；拨料叶片设置1个；相邻的搅拌叶片之间的夹角以及搅拌叶片与相邻的拨料叶片之间的夹角相等。

10、按照权利要求1的反应器，其特征在于相邻的两层内构件单元中的固定蝶片的径向长孔应错开设置。

11、按照权利要求1的反应器，其特征在于所述反应器主体的底部、反应器下盖(10)内部的主轴上安装有搅拌器(14)，且该搅拌器在主轴的带动下旋转。