CN102266709B - 一种反射式气体分布器及气体分布方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种反射式气体分布器及气体分布方法，属于石油化工技术领域。技术方案是包含筒体（4）、床层（6）、气体进口管（1）、反射板（5），床层、反射板设置在筒体内，气体进口管设置在床层和反射板之间，气体进口管的出口处气体流动方向是背对床层、朝向反射板方向，反射板表面光滑，形状为凹形，凹面向下，凹面的中心朝向气体进口管的出口，使得气流喷到反射板后，反射回来的气体大致与筒体轴向平行进入床层，均匀分布。本发明的积极效果是：结构简单，维护方便，降低设备投资，气体可以实现均匀分布，减少壁流和气体分布的死角。本发明可以应用在各类气相催化反应器、气相传质吸收塔上，尤其适用于大型气相催化反应器。
Description
技术领域
本发明涉及一种反射式气体分布器及气体分布方法，属于石油化工技术领域。
背景技术
目前，石油化工行业上使用的气体分布器，常见的有伞形喷头式分布器、多管喷嘴式分布器、环流式分布器、侧向或中部进口管自由式分布器等四种类型；第一种是设备中部设置伞形喷头，喷头上钻孔用于气体分布；第二种是一根或多根管进入设备中部，在设备中部的总管上沿设备径向均匀布置多个喷嘴向床层方向分布气体，第三种是气体从设备中部进入，在设备内部气体进口方向设置挡板，或者设置多个环流槽，使气体流动方向改变后喷射到筒体壁上，达到分布气体的目的；第四种是气体进口管道进入设备筒壁后自由分布或进入设备中部在管道上开孔进行气体分布。
现有气体分布器存在的主要问题是：
1、第一种和第二种气体分布器需要根据气体的流量及设备的直径确定钻孔或喷嘴的数量和大小，结构复杂，设备内部需留有足够的检修空间，分布孔和喷嘴气体流向正对床层方向，喷头或喷嘴距离床层要有一定的距离才能保证气体分布的效果，分布器在设备内部占有较大的空间；当气体流量小于设计流量时，气体分布不均匀，偏流现象非常严重，当气体流量大于设计流量时，分布器阻力大、能耗增加，操作弹性小，同时分布器容易堵塞，维修量较大；
2、第三种和第四种气体分布器气体流向侧对床层方向，但偏流现象严重；因气体进入设备有一定的流速，大部分气体随气体管道方向流动，有回流时距离气体入口近的部位气体流速大，被遮挡和远离进口管的部位气流速度明显下降导致偏流；无回流时沿气体流动方向气流速度大，气体进口管附近气流速度明显降低同样导致气体偏流或壁流现象严重。
现有气体分布器不均匀回流和气体直喷现象导致气体分布不均匀度较大，气体偏流及壁流现象非常严重；特别是装置直径较大时，如大型气相催化反应器等，现有的气体分布器存在的问题更加突出，体现在反应器催化剂床层径向平面温差一般都大于5℃，有的床层径向温差高达20℃以上，直接影响了装置效率的发挥，能耗增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种反射式气体分布器及气体分布方法，结构简单可靠，制作成本低、使用寿命长，尤其是气体分布均匀、操作弹性大、阻力小，解决背景技术存在的上述问题。
本发明的技术方案为：
一种反射式气体分布器，包含筒体、床层、气体进口管、反射板，床层、反射板设置在筒体内，气体进口管设置在床层和反射板之间，气体进口管的出口处气体流动方向是背对床层、朝向反射板方向，反射板表面光滑，形状为凹形，凹面向下，凹面的中心朝向气体进口管的出口，使得气流喷到反射板后，反射回来的气体大致与筒体轴向平行进入层床，均匀分布。
所说的反射板形状为凹形，包括伞形、光学凹面镜形、弧形等等。反射板最佳的形状是光学凹面镜形，气体进口管的位置通过光反射的原理模拟、计算确定，设置在光学凹面镜焦点或其周围的位置为最佳。
反射板的直径为设备筒体直径的50-100%，以80-100%为最佳。
气体进口管设置一个或多个均可，设置多个气体进口管时气体需全部引到反射板光学凹面镜焦点或其周围的位置汇合，或者在设备内设置多个凹型反射式气体分布器单元，多个气体进口管与之配套。
一种反射式气体分布器及方法，包含如下工艺步骤：原料气体通过原料气进口进入设备筒体内，气流喷向反射板改变方向，反射板为凹形，反射板将气体进口喷出的气流反射成相互大致平行的气流束，该气流束与设备筒体轴向平行，均匀分布进入设备筒体内的层床，原料气体不直接进入床层，原料气出口处气体流动方向是背对床层、朝向反射板方向，原料气体直接流向反射板，反射板反射回来的气体再进入床层。
所说的反射板最佳的形状是光学凹面镜形，原料气体出口的位置通过光反射的原理模拟、计算确定，设置在光学凹面镜焦点或其周围的位置为最佳，这样能够保证气流反射分解成相互平行的气流束，分布最均匀。
设备的气体进口管设置一个或多个均可，设置多个气体进口管时气体需全部引到反射板光学凹面镜焦点或其周围的位置汇合，或者在设备内设置多个凹型反射式气体分布器单元，多个气体进口管与之配套。反射板表面要光滑、耐冲刷、耐使用介质的腐蚀。
本发明的积极效果是：针对背景技术所述气体分布器存在的结构复杂、操作弹性小、气体分布不均匀度较大、气体偏流及壁流现象严重等问题，利用光学凹面镜可以对焦点发出的光线反射成平行光的原理，提供一种气体分布器，气体经过光学凹面镜形反射板反射为近似平行气流均匀进入床层，来解决背景技术中所述存在的问题；本发明结构简单，维护方便，降低设备投资，气体可以达到均匀分布的效果。
本发明可以应用在各类气相催化反应器、气相传质吸收塔上，尤其适用于大型气相催化反应器。
附图说明
附图1是本发明示意图；
附图2是本发明实施例一结构示意图；
附图3是本发明实施例二结构示意图；
图中：原料气进口1、反应气出口2、冷激原料气进口3、筒体4、反射板5、床层6、温度显示7和8。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。
参照附图1，一种反射式气体分布器，包含筒体4、床层6、气体进口管1、反射板5，床层、反射板设置在筒体内，气体进口管设置在床层和反射板之间，气体进口管的出口处气体流动方向是背对床层、朝向反射板方向，反射板表面光滑，形状为凹形，凹面向下，凹面的中心朝向气体进口管的出口，使得气流喷到反射板后，反射回来的气体大致与筒体轴向平行进入层床，均匀分布。
一种反射式气体分布器方法，包含如下工艺步骤：原料气体通过原料气进口1进入设备筒体4内，气流喷向反射板5改变方向，反射板为凹形，反射板将气体进口喷出的气流反射为均匀气流与设备筒体轴向平行，均匀分布进入设备筒体内的层床6，原料气体不直接进入床层，原料气出口处气体流动方向是背对床层、朝向反射板方向，原料气体直接流向反射板，反射板反射回来的气体再进入床层。
实施例一，参照附图2，参照附图2，本实施例为以甲醇为原料气相催化脱水制二甲醚大型绝热冷激式反应器应用本发明。
反射板5安装在设备筒体4上部的封头上，原料气进口1引到反射板5的下部，原料气进口1的气体流向背对床层6、面向反射板5，冷激原料气3设置在一段反应器出口管道上与一段反应后的气体混合后进入二段反应器，催化剂床层安装温度显示7和8，最终反应后的气体从反应器底部排出。
实施例工作过程是：原料甲醇气体进入一段反应器后流向反射板，反射板反射回来的气体均匀进入一段催化剂床层，气体甲醇在催化剂作用下发生脱水反应生成二甲醚和水，同时温度升高，二甲醚、水与未反应的甲醇混合气体在一段反应器的出口管道上配入适量的冷激甲醇原料气，混合后的气体进入二段反应器，流向二段反应器的反射板，反射板反射回来的气体再均匀进入二段催化剂床层进行脱水反应，二段反应后的气体从二段反应器底部引出。
反应器可以设置2段或多段催化剂床层；与其他结构类型的分布器相比催化床层径向平面温差下降5-15℃，甲醇生成二甲醚的转化率提高2-5%，装置能耗降低5%以上。
实施例二，参照附图3，本实施例反射板5的形状是光学凹面镜形或近似光学凹面镜形，进口管的位置通过光反射的原理模拟、计算确定，设置在光学凹面镜焦点或其周围的位置为最佳，这样能够保证气体反射成相互平行的气流，分布最均匀。
反射板5平行安装在床层6的上部，并固定在床层上部的封头上，气体从反射板近似焦点的位置进入设备、直接流向反射板，设备的气体进口管设置一个或多个均可，设置多个气体进口管时气体需全部引到反射板近似焦点的位置汇合，或者在设备内设置多个凹型反射式气体分布器单元，多个气体进口管与之配套。反射板表面要光滑、耐冲刷、耐使用介质的腐蚀。
本发明实施例的工作原理是：利用光学凹面镜对光线反射的原理，光学凹面镜不仅可以使平行光线汇聚于焦点，还能使焦点发出的光线反射成平行光束。将反射板设置为类似于光学凹面镜的形状，将气体进口管设置在近似于凹面镜焦点的位置，进入设备的气体流向背对床层、气体首先流向类似于光学凹面镜形状的反射板，反射板反射回来的气体近似于平行光束均匀进入床层，从而达到气体分布均匀的效果，彻底解决背景技术中所述气体分布器存在的问题。
Claims (8)
1.一种反射式气体分布器，其特征在于包含筒体（4）、床层（6）、气体进口管、反射板（5），床层、反射板设置在筒体内，气体进口管设置在床层和反射板之间，气体进口管的出口处气体流动方向是背对床层、朝向反射板方向，反射板表面光滑，形状为凹形，凹面向下，凹面的中心朝向气体进口管的出口，使得气流喷到反射板后，反射回来的气体大致与筒体轴向平行进入床层，均匀分布。
2.根据权利要求1所述之反射式气体分布器，其特征在于所说的反射板形状为凹形，包括伞形、光学凹面镜形、弧形。
3.根据权利要求2所述之反射式气体分布器，其特征在于反射板的形状是光学凹面镜形或近似光学凹面镜形，气体进口管的位置设置在光学凹面镜焦点或其周围的位置。
4.根据权利要求3所述之反射式气体分布器，其特征在于气体进口管设置一个或多个均可，设置多个气体进口管时气体需全部引到反射板光学凹面镜焦点或其周围的位置汇合，或者在设备内设置多个凹型反射板形成分布器单元，多个气体进口管与之配套。
5.根据权利要求3所述之反射式气体分布器，其特征在于反射板的直径为设备筒体直径的50-100%。
6.一种反射式气体分布方法，其特征在于包含如下工艺步骤：原料气体通过原料气进口进入设备筒体内，气流喷向反射板改变方向，反射板为凹形，反射板将气体进口喷出的气流反射成相互大致平行的气流，该气流方向与设备筒体轴向平行，均匀分布进入设备筒体内的层床，原料气体不直接进入床层，原料气出口处气体流动方向是背对床层、朝向反射板方向，原料气体直接流向反射板，反射板反射回来的气体再进入床层。
7.根据权利要求6所述之反射式气体分布方法，其特征在于所说的反射板的形状是光学凹面镜形或近似光学凹面镜形，原料气体出口的位置通过光反射的原理模拟、计算确定，设置在光学凹面镜焦点或其周围的位置，这样能够保证气流反射成相互平行的气流，分布最均匀。
8.根据权利要求7所述之反射式气体分布方法，其特征在于设备的气体进口管设置一个或多个均可，设置多个气体进口管时气体需全部引到反射板光学凹面镜焦点或其周围的位置汇合，或者在设备内设置多个凹型反射板形成多个分布器单元，多个气体进口管与之配套。
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