CN101115552A - 使流化床流化的方法和装置 - Google Patents

Abstract

当对容器(1)中形成固体颗粒流化床(3)的流化床流化时，流化气体通过容器底部(9)附近的管(7)输入流化床，管(7)中的气流基本连续向下指向。设置在流化床(3)上方的流动阻挡(10)处于管(7)中。

Description

使流化床流化的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种使流化床流化的方法，通过由至少一根管将流化气体送入流化床而在具有底的容器中形成固体颗粒的流化床，并且涉及一种实施此方法的装置。

背景技术

迄今为止，流化床的流化是通过从下方由开口垂直孔、具有或没有盖或多孔板的带侧孔的喷嘴管供应的气体流化的(参见“Handbookof Fluidization and Fluid-Particle Systems”，Chapter 6：GasDistributor and Plenum Design in Fluidized Beds pages 155-176，Ed.W.C.Yang，Dekker，New York，2003)。

对于盖类型的喷嘴，由于每个盖喷嘴具有由于流动截面小造成的高压损失，从而达到均匀流化。气体流动的高速度以及多个转向使固体难以向回渗透到气源。然后，当气源关闭时，残余流化常常导致固体透过到盖中，并且当装置再次启动时这些固体基本不能冲出，甚至造成盖被阻塞。此时需要采取排泄措施，这提出了高温下执行的工艺中的主要安全问题。

多孔板或织物能产生非常均匀的流化，但缺点是多孔介质随时间过去被堵塞，不能再次彻底清洁，或者多孔介质由于腐蚀而随时间过去失去压力损失。对于装有盖或喷嘴的分配器，需要提供清空空间的可能性，至少为了织物阻断的可能性而使气体从其中流过。此外，限制了多孔板，特别是织物的使用温度。

DE3340099披露了气体横向向上进入流化床。但是，特别是在这种情况下，在较大范围出现固体透过。

另外，气体可以从侧面经过管道输入流化床(DE4007835C2)。即使流化需要多个管道，其末端在横截面上均匀分布。另外，需要保证大致相同的气体体积流量流过每根管。这是通过每根管具有压力损失实现的，由此保证气体均匀分布。对于已经用于这种目的的喷嘴，压力损失是通过喷嘴尖端明显变窄实现的。其缺点是高流动速度直接接触固体，产生紊流，导致喷嘴尖端腐蚀以及流化床中颗粒的机械应力。

在喷嘴设计时在气流协助下引入另一种介质也是公知的(DE10237124)。但在这种情况下，喷嘴不是用于流化。

发明内容

因此，本发明的目的是使流化床均匀流化，而没有部分输入气体被固体堵塞的可能性。另外，需要防止腐蚀和/或颗粒破碎。

本发明实现此目的主要是通过具有权利要求1特征的方法以及具有权利要求11特征的装置。

从附属权利要求中，本发明的优选实施例是明显的。

新形式流化的明显区别在于，从流化床上方的分配器引导气流连续向下，并从容器底部附近的管道中逸出。根据本发明一个优选的结构，管道在最大高度以下的流动方向中没有任何变窄，此最大高度是固体在管道中能上升到的高度，即管道的横截面在此高度以下保持不变或者向下变宽。

使流化更加均匀所需的压力损失是在每根管中由流动阻挡(例如，小孔)产生的，但是，在任何情况下，处于仍然没有固体的部分单个管中。优选地，流动阻挡处于流化空间外部，从而可以容易地触及。根据本发明，流动阻挡的压力损失应达到10到1500mbar，优选地在20到200mbar。

在管道底端的气体出口速度取决于流化床中固体的敏感性及其允许的应力。如果它是敏感的，例如脆性、密实和碎化是不希望的，速度必须选择得尽可能低。出口速度基本在2到50m/s，优选地在5到30m/s。

为了使所有管道中的气流绝对均匀，穿过小孔的压力比设定为大于2∶1，即，小孔上游的绝对压力至少是小孔下游绝对压力的2倍。因此，在小孔最窄截面达到声速流。声速流意味着，无论管道底端的运行波动和出口速度如何，管中的体积流量是准确限定的。管中的体积流量也可以选择性地按以下方式确定：甚至实现所需限定的不均匀分配。

管道可以垂直插入或者与水平方向成一定角度。此时，相对水平方向的角度超过1°，优选地相对水平方向超过30°。这可以防止管道被堵塞，或者已经透过的固体容易在开始流化时被再次吹出。

无论其插入角度如何，优选地，管道在其末端被水平切割。为了使气体尽可能向下流得远，即，接近流化床底部，一般在离底部小于250mm的距离，优选在底部小于150mm的距离。

为了进一步改善管道出口的流动，管道末端在其顶部可以具有“分离凸出”，用于减小流动造成的管道腐蚀。为了减小管道磨损，可以选择耐磨材料，例如不锈钢。此外，可以通过堆焊防止管道末端磨损。

此新设计允许流化床的气体分配器形状上简单并且不贵。此外，此设计防止固体经过分配器穿过落下。

为了容易优化流化床的运行性能，可以将流动阻挡设计为两个法兰之间的可交换小孔。为了进一步改善维护便利性，另外可以将喷嘴管本身经过具有法兰的连接片插入容器，以便实现其更换。

根据本发明的方法适用于所有流化床，但特别是那些非常容易出现所谓喷嘴穿过的情况，例如，如果颗粒非常小或者在流化停止后仍然很长时间保持流化状态。

附图说明

下面将根据示例性的实施例以及参考附图更加详细地解释本发明，其中所描述的和/或附图中所示的所有特征形成本发明的主题，而不管它们在权利要求中的结合方式或者权利要求提到的方式。在附图中：

图1表示根据本发明的用于流化流化床的装置；

图2a，b表示管道末端在容器底部上部开口的另一种结构；以及

图3表示根据本发明的装置的另一个实施例。

具体实施方式

用于流化流化床的装置示意性表示在图1中，包括：容器1，固体颗粒通过输入管2进入其中。固体颗粒，例如，在容器1中在流化床3上进行热处理，然后经过排出管4从容器1再次排出。产生的废气经过排气管5排出。

流化床3是通过供应流化气体流化的，其成分和性质，特别是温度，取决于固体颗粒所需的处理。流化气体是通过管道系统14供应的，其中通过气体分配器(集气管)6，在沿诸如圆形分布的多个管7之间将流化气体分支。在图1所示的实施例中，管7基本垂直地从上方延伸到流化床3，其相应的出口8是水平切口，在容器1的底部9的正上方开口到流化床3中。出口8和容器底部9之间的距离是，例如，100或200mm。

在管7中，开口小孔10在每种情况下作为流化床3固体颗粒能达到的区域上方的流动阻挡。开口小孔10，例如，固定在两个法兰11之间，从而容易更换，以便优化运行性能和/或维护或维修工作。开口小孔10的通孔是可以变化的，以便于设置压力损失，由此设置气体均匀分布的质量。如果存在足够高的允许压力，开口小孔10的直径也可以另外设置成在小孔产生至少2∶1的压力比，并且在最小横截面处达到声速流。

在图示的实施例中，开口小孔10处于容器1外部。但是，它们也可以设置在内部，只要保证固体颗粒不会升高到像流动阻挡一样高，并且不会阻挡它和/或使其磨损。

除了图1所示的垂直布置的管7，管7也可以是倾斜的。图2a和2b表示这种类型的倾斜管布置的例子，其中管7a和7b相对水平方向的角度为30°(25°-35°)。

为了增大对气流的耐蚀性，管截面在出口8a或8b的区域变厚。在图2a的所示的实施例中，在管7a的出口区周围，例如，通过堆焊12形成材料增厚。

通过对比，在图2b所示的变型中，仅仅有“分离凸出”13处于顶侧，因为气体在任何情况下向上升起并且被分离凸出13引导离开管7b。

当使用图1所示的装置时(或者图2a或图2b所示的变化)，流化气体通过管7进入流化床3并流化固体颗粒。由流动阻挡产生的压力损失产生均匀流化，同时保证固体颗粒不会升高到像流动阻挡一样高并堵塞管7。

图3表示使用根据本发明流化方法用于固体输送的另一个例子，其称为“空气提升输送罐”。空气提升系统用于以100t/h气动输送粒径在30到70微米的氢氧化铝超过60m的高度。由此，图3所示的空气提升输送罐20用于满足输送。容器21的直径为1200mm，中心设置直径400mm的输送管22。约6000m³/h(s.t.p.)的输送气流经过中心喷嘴23，并携带固体。为了达到均匀输送，周围的固体必须被流化，因此它们总是充分地流入中心喷嘴23区域。这需要流化气体流量为300m³/h(s.t.p.)。容器经过30个管喷嘴24流化(公称宽度1″)，其底端设置在两个不同直径的同心环中，因此均匀地向输送管22和容器壁25之间的环状空间输送空气。流化管24由位于装有固体的区域上方的公共分配器26供应空气。在每个管24中，在分配器26  下方具有小孔27，其设计成150mbar的压力损失，使每根管24实际上接收相同的空气体积流量。

令人惊奇的是，发现这种类型的流化在固体输送均匀性方面优于具有多孔织物的标准底部流化。实际上，这不可能堵塞流化管，因此不需要标准的清空措施。

参考数字表

1  容器

2  固体输入管

3  流化床

4  固体排出管

5  排气管

6  气体分配器

7  管

8  出口

9  容器底部

10 开口小孔

11 法兰

12 堆焊

13 分离凸出

14 管道系统

20 空气提升输送罐

21 容器

22 输送管

23 中心喷嘴

24 流化管

25 容器壁

26 分配器

27 小孔

Claims (22)

1.一种在具有底部(9)的容器(1)中通过将流化气体经过至少一根管(7)输入流化床来流化固体颗粒流化床(3)的方法，其特征在于流化气体是通过容器底部(9)附近的管(7)输入容器(1)，在管(7)中的气流基本连续指向下。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在容器(1)中使固体流化的流化床(3)上方的管(7)中产生压力损失。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于压力损失是根据对管(7)之间的气体均匀分布质量提出的要求选择的。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于管(7)的压力损失达到10到1500mbar。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于管(7)中的压力损失在20到200mbar之间。

6.根据权利要求2到5之一所述的方法，其特征在于管(7)中的压力损失是通过流动阻挡(10)产生的，并且管的最窄截面的流速等于声音速度。

7.根据权利要求2到6之一所述的方法，其特征在于管(7)中的压力损失是通过流动阻挡(10)产生的，并且根据流动阻挡(10)上游和下游的绝对压力，在流动阻挡(10)的压力比≥2∶1。

8.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于管(7)的体积流量的设置方式是，产生进入容器(1)的流化气体的限定的不均匀分布。

9.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于从管(7)流出的流化气体的出口速度在2到50m/s之间。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于从管(7)流出的流化气体的出口速度在5到30m/s之间。

11.一种使流化床(3)流化的装置，具有容器(1)，固体通过输入管(2)输入容器并通过排出管(4)从其中排出固体，具有将流化气体输入流化床的管道系统(14)，并具有排出废气的排气管(5)，特别是用于执行根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于用于供应流化气体的至少一根管(7)被基本连续向下插入容器(1)，并且在容器底部(9)附近具有流化气体出口的开口(8)，并且在至少一根管(7)中提供设置在流化床(3)上方的流动阻挡(10)。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于流动阻挡(10)是通过管(7)中的法兰连接(11)安装的。

13.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于流动阻挡是由小孔(10)形成的。

14.根据权利要求11到13之一所述的装置，其特征在于管(7a，7b)具有相对水平方向的倾斜角度，所述倾斜角度为1°到90°，优选地≥30°。

15.根据权利要求11到14之一所述的装置，其特征在于管(7)在颗粒能达到的区域以下没有任何变窄。

16.根据权利要求11到15之一所述的装置，其特征在于管(7)在其开口端具有水平出口(8)。

17.根据权利要求11到16之一所述的装置，其特征在于在容器底部(9)上方，管(7)的出口(8)设置为＜250mm，优选地＜150mm。

18.根据权利要求11到17之一所述的装置，其特征在于管(7a)在其出口(8a)区域，具有外侧材料增厚，特别是堆焊(12)。

19.根据权利要求11到18之一所述的装置，其特征在于在出口(8b)区域，管(7b)具有特别向上指向的分离凸出(13)。

20.根据权利要求11到19之一所述的装置，其特征在于管(7)通过设置在容器(1)上的法兰连接片(11)装到容器(1)上。

21.根据权利要求11到20之一所述的装置，其特征在于容器(1)中具有多根管(7)，按照圆形分布。

22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于管(7)在容器(1)内设置成分布在多个优选的同心圆上。

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