CN101683603A - 流化床反应塔 - Google Patents

Abstract

一种稳定流速流化床反应塔(1)，其流化室(4)有一个环形空间开口，或是均匀分布在圆周上的开口(6)，或是流化室(4)的喷嘴底的正上方有一个出口，使回流固体、聚集物或其他固体能够排放。在此基础上，反应塔(1)的流化室包含一个圆锥形套壳(3)，套壳可以容纳一个也是圆锥形的插入物(2)。如此，在套壳(3)和插入物(2)之间形成了一个构成流化室(4)的环形空间，并且产生了可以是保持不变的，也可以是保持增加的或保持减少的气体流速，这取决于两种组件的几何形状。本发明可以创造更加稳定的运行环境，特别是针对不同负荷下运行的流化床工艺流程，相当大地减少对反应塔上或下游系统的冲击。

Description

流化床反应塔

(本申请为中国发明专利申请《流化床反应塔》的分案申请，原申请的申请日为2005年6月3日，申请号为200510075709.9)

技术领域

本发明涉及流化床反应塔，尤其是聚集物和固体可从流化室里成中心性排放的流化床反应塔，其具有一个流化室、一个气体进口和一个气体出口。必要时气体进口以及气体出口可以设计为多个。

背景技术

在所述反应塔运行过程中，一个被称作流化床的，在流化室里形成。我们可以理解它是一个气体和固体物质的混合物，处于紊流状态。因为流化床有紊流，使进入流化床的固体物质、气体和水相互之间混合的非常好，所以在这里有可能产生最佳的传质或吸附。古典流化床，循环流化床或所谓的回流式循环流化床反应塔都被用于各种化学工艺流程。大多数情况下，气体从底部到顶部地穿过反应塔。在气体入口之后，反应塔有一个收缩区，它可以由一个流化板(穿孔板)组成，或者由单个或多个喷嘴组成(以下描述为喷嘴底)。在这个收缩区域，气体速度应足够高以使上面的固体颗粒不会跌落。在收缩区上方，有一个流化室，它可以是圆柱体，圆锥体，或者是一个圆锥部分再跟着一个圆柱部分。在流化室的上面，许多反应塔在侧壁上有一个气体出口管，指向侧面。其它设计中心排列的气体出口管是指向顶部。大家所知的流化床反应塔设计的主要缺点是：流量变化的气体(例如由上游系统引起的)经常会引起流化床波动，从而降低工艺流程的效率和/或引发对运行的持续干扰，如对上游系统的运行。解决方法是气体再循环(气体返回)或者增加辅助空气到反应塔的进气流中，这样经过反应塔的最小气流量，在大多数情况下不会低于满负荷率的60％。而因为与反应塔连接的系统常常需要流量的波动在30％到100％之间，所以要耗费相当大的能源和设备费用，以稳定反应塔内的工艺过程(增加气体流速至大于60％)。

发明内容

本发明的第一个目的，就是创造一种流化床反应塔，其流化床可以在几近稳定的参数(尤其是稳定的气体流速)下运行，即使是在变化的进气流量(例如30％至100％)情况下，也可以进行最优化调整。

为实现上述第一发明目的，本发明的流化床反应塔1，其流化室4包括一个圆锥形或抛物线形套壳3，该套壳容纳有一个也是圆锥或者抛物线形状的插入物2。通过这种设计，在套壳3和插入物2之间形成了一个构成流化室4的环形空间，并且产生了一种气体流速，这种气体流速可以是保持不变的，或保持减少的、保持增加的，这取决于两种组件的几何形状。因此这种反应塔也被称作稳定流速反应塔。

当(按照双箭头5方向)降低或提高插入物2，流化室里的气体流速可以增加或减小。所以当进入反应塔的气流速度变化时，通过降低或提高插入物，一个几乎稳定的气体流速能够在环形空间内获得。

即反应塔可以设计成配有的环形空间的流化室4其横截面能够缩小或扩大(见图1或图2)。

本发明使以前所知的昂贵的解决方法显得多余。而且，这项发明可以在负荷范围很广的情况下，建立稳定的运行环境，而通常这种运行环境仅在稳定的气体流速下才可能获得。通过使用稳定环形空间反应塔，能够使对上游或下游系统的影响最小化。环形空间流化室反应塔，因其依本发明的几何形状套壳和插入物，使得流化床的运行最佳化成为可能——尤其是当经过流化床反应塔的气流速度变化时——由此可以避免对上游或下游系统的强烈负面影响。

大家所知的流化床反应塔的另一个问题是：在没有以稳定气体流速运行的“循环流化床”以及静态流化床里，聚集物会在流化室里下沉或落下，多数情况是沿着墙壁。当聚集物到达收缩区域时，它们会被很高速度的气体冲散，这样会引发相当大的压力高峰，特别是在最大气流量＜70％-80％的负荷范围之内。这种压力高峰会对电厂运行造成相当大的干扰，从而阻碍电厂的正常运行。

解决这个问题，即为本发明的第二个目的。

为了解决这个问题，发明人提供了一个聚集物分离器(见图4)，它可以设计成一个环形空间开口6或是设计成大量错列的开口，排列在流化床反应塔流化室的圆周上，或是设计成反应塔中心处的一个出口。这个开口可以位于流化室圆柱部分下面的圆锥形大端，就在圆锥形大端和圆柱形部分的连接处；也可以位于传统流化床反应塔的圆柱形部；还可以是在喷嘴底的任何地方或者环形空间流化室外壁或者内锥的任何地方。

使流化床反应塔最优化的聚集物分离器，聚集物可以通过圆周上的开口或喷嘴底处的排放出口从流化室被排放出去。特别是针对不同负荷下运行的流化床工艺流程，本发明会创造一个更加稳定的运行环境，相当大地减少对连接系统的影响。

聚集物分离器的功能是从流化室4中分离再循环聚集物和聚结物。然后这些固体物质可以通过受控或者非受控给料器8再次送入流化床。如图4所示，带环形空间开口6的聚集物分离器，在这里，固体物质被送到浮动槽7，通过比如均匀分布在圆周上的几个管道等，以受控的方式，从浮动槽被送至流化床反应塔。

使用本聚集物分离器，可以减少以前所必须的支出。而且，聚集物分离器在负荷范围很广的情况下，创造了更加稳定的运行环境，通常这种运行环境仅在较小的负荷范围(气流量)内才有可能获得。对反应塔上游或下游系统的冲击，将通过聚集物分离器的使用而最小化。

大家所知的流化床反应塔的又一个问题是：烟气出口。在传统反应塔头部设计中，含固气体从中心排放到顶部或按一个方向排放到侧面。因为在此头部区域，气体通常有一个比反应塔其它区域要高的核流，所谓“辊状”流动会出现，引发沿着反应塔墙壁的固体回流。如果使用中心出口朝向顶部的原理，那么“辊状”流动是均匀的，但是可能会有一个固体集合体，它们会像聚集物一样沿着墙壁下沉。如果是一个侧面的横向出口，那么可以部分地避免这种集合体，不会有如此明显的“辊状”形成，但是气流仍不均质，会有更明显的局部聚集物形成。

避免上述影响则为本发明的第三个目的。

本发明使得负载产品的气体可以先径向、然后向下排放，即经由环状排列开口(这些开口最好均匀分布在反应塔的圆周上)或经由一个完全开放的环形空间开口11排放(见图3)。由此，到达有核流的反应塔头部的固体，将在所有方向通过最短径向路径被均匀排放。通过这种方式，聚集物的形成以及聚集物的尺寸都被减小。特别是在变化的负荷(气流量)中运行的流化床工艺流程。本发明可以创造更加稳定的运行环境，相当大地减少对反应塔上或下游系统的冲击。

附图说明

下面结合附图示例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的环形空间的流化室主要设计1结构原理示意图。

图2为本发明的环形空间的流化室主要设计2结构原理示意图。

图3为本发明的环形空间气体出口立体示意图。

图4为本发明的带聚集物分离器立体示意图。

图5为依照本发明的反应塔简单流程图，附带一个下游固体物质分离器和固体再循环通道。

具体实施方式

根据图1或图2，反应塔1的流化室4包括一个圆锥形或抛物线形套壳3，该套壳容纳有一个同样是圆锥形或抛物线形状的插入物2。通过这个设计，在套壳3和插入物2之间形成了功能为流化室4的环状空间，环状空间产生气体速度，这种速度既可以是保持不变的，也可以是保持降低的或保持增加的，这取决于两个组件的几何形状。所以这种反应塔也可以称作稳定流速反应塔。

通过一个调节装置(没有详细显示)，按双箭头5的方向降低或提高插入物2，环状空间的几何形状被改变，从而流化室内的气体速度会增加或减少。于是，当送入反应塔里的气流速度变化时，通过降低或提高插入物2，可以在环状空间内获得几乎稳定的气体流动速度。环状空间可以通过增加或减小流化室从底部到顶部的横截面方式来实现(见图1或2)。

根据本发明，反应塔有一个聚集物分离器(图4)，它被设计成一个环状空间开口6，或是设计成在流化床反应塔流化室的圆周上排列的大量错列开口，还可是设计成位于反应塔中心的一个出口。聚集物分离器6开口可以位于流化室的圆锥形大端，就在圆锥形大端和圆柱形部分连接处，也可以位于传统流化床反应塔的圆柱形部分，还可以位于在喷嘴底部的任何地方或者环形空间反应塔外墙或者内锥体的任何地方。聚集物分离器可以确保聚集物在落到喷嘴底之前，在环状槽7里大部分地被侧向转移。聚集物的剩余部分，到达喷嘴底部的开口，通过排放装置从喷嘴底部去除，该排放装置没有详细显示。

聚集物分离器的功能是分离从流化室4而来的再循环聚集物和聚结物。然后这些固体物质可以通过受控或非受控给料器8再次送入流化床。

如图4所示，带有环状空间开口的聚集物分离器6。这里，固体物质被送到浮动槽7，以受控的方式，通过比如均匀分布在圆周上的几个管道8，从浮动槽7再被送至流化床反应塔。

通过这种方法，可以在大的负荷范围内达到更加稳定的运行环境，通常这种环境仅在较小负荷范围(气流量)内有可能实现。使用聚集物分离器将使对反应塔上游或下游系统的冲击最小化。

如图3所示，一个带有环状排列出口开口11的反应塔，这些开口最好均匀地分布在反应塔1的圆周上，这样，负载产品的气体将径向排放，然后如果必要时向下排放9。如此到达有核心流动的反应塔头部的固体将通过最短路径、尤其是径向向所有方向被均匀排放。通过这种方式，聚集物的形成被减少以及其尺寸被减小。特别是对在变化的负荷(气流量)中运行的流化过程，本发明可以创造更加稳定运行环境，并且相当程度地降低对反应塔上游系统或下游系统的冲击。

环状空间出口还可以装配一个气体导向圆锥体10(见图2)，它可以更加提高气体和固体混合物的排放。

本发明的流化床反应塔的气体进口其为：至少一个喷嘴或环形空间喷嘴。

如图5，本发明的流化床反应塔，连接有一下游固体物质分离器12，其与一个容器或一个浮动槽13通过滑道相连或连成一个单元14，被分离出来的固体就收集在分离器中。而容器或浮动槽13也与反应塔1有通道15相连，被收集的固体物质从这里被运回到反应塔1和/或排放。

本发明的流化床反应塔，其特征是：所述的下游固体物质分离器12为可控的，当气流小时，分离器的压差就低，当气流大时，分离器压差就高。

本发明的流化床反应塔可用于：

a：净化熔炉或焚化厂的烟气；

b：净化任何种类的气体混和物；

c：流化床内焚烧燃料或垃圾；

d：催化工艺流程，吸附工艺流程和/或吸收工艺流程；

e：通过流化床所含物质化学反应而产生的转化。

Claims (10)

1、流化床反应塔(1)，其特征是：所述的流化床反应塔的流化室(4)有一个环形空间开口，或是均匀分布在圆周上的开口(6)，使回流固体或其他固体可以排放；或是所述的流化室的喷嘴底的正上方有一个出口，通过这个出口，回流固体或其他固体能够排放。

2、根据权利要求1所述的流化床反应塔(1)，其特征是：所述的流化床反应塔的流化室(4)装有可用其调整流化室截面的插入物(2)，从而在变化的或稳定的气流量下可以调整气体流速。

3、根据权利要求2所述的流化床反应塔(1)，其特征是：所述的流化室(4)包括一个对纵轴来说是圆锥形或抛物形的套壳(3)，它容纳有一个对纵轴来说也是圆锥形或抛物形的插入物(2)，所以在套壳的内表面和插入物的外表面之间，就形成了一个构成流化室的环形空间；并且反应塔装备有调整装置，能够轴向调整套壳(3)和插入物(2)之间的位置以改变环形空间截面的面积。

4、根据权利要求1至3所述的任意一项流化床反应塔(1)，其特征是：所述的反应塔的气体出口为环形空间开口，或是分布在流化室圆周上的开口(11)，气体在圆周处均匀地从反应塔径向排放出来。

5、根据权利要求4所述的流化床反应塔(1)，其特征是：所述的流化床反应塔的气体进口其为：至少一个喷嘴。

6、根据权利要求5所述的流化床反应塔(1)，其特征是：所述的流化床反应塔的气体进口其为：环形空间喷嘴。

7、根据权利要求4所述的流化床反应塔，其特征是：所述的流化床反应塔(1)的气体出口有一个锥形插入物(10)。

8、根据权利要求5所述的流化床反应塔，其特征是：所述的流化床反应塔(1)的气体出口有一个锥形插入物(10)。

9、根据权利要求1至3任何一项所述的流化床反应塔，其特征是：

所述的流化床反应塔(1)用于：

a：净化熔炉或焚化厂的烟气；

b：净化任何种类的气体混和物；

c：通过流化床所含物质化学反应而产生的转化；

d：吸附工艺流程和/或吸收工艺流程。

10、根据权利要求9所述的流化床反应塔(1)，其特征是：所述的通过流化床所含物质化学反应而产生的转化为：流化床内焚烧燃料或垃圾，催化工艺流程。

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