CN102350275A - 一种流化床反应器气体预分布器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种流化床反应器气体预分布器，包括沿流化床反应器的气体进口管道的中轴线依次独立设置的水平导流片、导流管和锥形帽，所述的水平导流片、导流管和锥形帽均位于流化床反应器的气体进口与气体分布板之间的区域，所述的水平导流片靠近流化床反应器的气体进口；所述的导流管的一端与锥形帽的帽口相对，另一端靠近水平导流片；所述的锥形帽的锥尖远离流化床反应器的气体进口。该气体预分布器通过设置水平导流片、导流管和锥形帽，改变气体流场，可以减少低气速区域的面积，使颗粒不易沉积，并且改善对分布板局部冲击不均的影响，提高操作的稳定性。

Description

一种流化床反应器气体预分布器
技术领域
本发明涉及气体预分布器领域，尤其涉及一种应用于流化床反应器的气体预分布器。
背景技术
由于流化床反应器特有的优点，如高效的传热传质、均匀的温度场、颗粒的大处理量、很宽的操作范围等，其在许多工业领域中都得到广泛的应用，并且仍有非常好的工业应用前景。但随着近年来各个工业领域的发展和规模装置的扩大，反应器的直径不断增加，使得流化床内气体的均布问题成了工业流化床设计中的关键问题之一。
现有的流化床反应器中，气体进入反应器底部后，为避免气体直接冲击流化床反应器的气体分布板，在循环气进口上方设置预分布器，以改善反应器底部的气流分布。预分布器对气流分散的均匀性直接影响到流化床反应器内的流化质量，并与装置的“安、稳、长、满、优”密切相关。与此同时，在实际生产过程中，反应器的分布板下方存在严重的粒子沉积和结块现象，导致预分布器被聚合物堵塞，继而使得流化质量得不到保证，直接威胁着装置的稳定操作。
现有技术中流化床使用的气体预分布器结构较为简单，主要的部分是导气管和导流器，导流器可以是将军帽型、锥形环、环状挡板或锥形帽。如齐鲁石化高密度聚乙烯塑料(HDPE)反应装置采用的气体预分布器就是将军帽和导气管形式，福建石化气相法聚乙烯反应装置采用的气体预分布器是锥形环形式。
然而通过我们对现有的气体预分布器流化床聚合反应器的多年操作实践发现现有的预分布器在实际生产中，存在以下问题：
1)气体预分布器内存在低气速区域，颗粒易在这些区域沉积，流场结构不合理；
2)在低速区域外侧通常存在一个带状高速区域，会对气体分布板的局部冲击而造成应力不均。
发明内容
本发明的目的是提供一种流化床反应器气体预分布器，该预分布器可以使气体在流化床反应器内的预分布器区域内分布均匀，继而保证流化床反应器的流化质量，并减少气体预分布器的粘壁和堵塞，保障装置的稳定运行。
一种流化床反应器气体预分布器，包括沿流化床反应器的气体进口管道的中轴线依次独立设置的水平导流片、导流管和锥形帽，所述的水平导流片、导流管和锥形帽均位于流化床反应器的气体进口与气体分布板之间的区域，所述的水平导流片靠近流化床反应器的气体进口；所述的导流管的一端与锥形帽的帽口相对，另一端靠近水平导流片；所述的锥形帽的锥尖远离流化床反应器的气体进口。
气体通过气体进口管道进入预分布器内部，先通过导流管进行气体疏导，但由于导流管不是紧接气体进口管道，所以会有气体从导流管外侧通过，为了使导流管外侧气体分布均匀，加入水平导流片。同时，为了防止气体直接通过导流管并对气体分布板造成直接冲击，在导流管远离气体进口的一端设置锥形帽。
所述的水平导流片、导流管和锥形帽三者独立设置，可保证相互之间留有一定的间隙，相互之间可通过支架连接。
因为流化床反应器的横截面通常为圆形，所以所述的水平导流片选择圆环形，可套在导流管一端外侧。
所述的水平导流片的外径与内径的比例优选为1.05-1.7∶1。
所述的导流管管壁与气体进口管道的中轴线间的夹角为0°-60°，优选为15°-60°。
所述的导流管与锥形帽的帽口相对的一端的端口直径最大。
所述的导流管的两端端口的直径之比优选为1-3。
所述的锥形帽的锥角优选为15°-90°。
对不同大小反应器，要采用不同尺寸的气体预分布器。具体尺寸可通过计算流体力学软件Fluent模拟优化。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明的气体预分布器与现有技术的预分布器相比，通过设置水平导流片、导流管和锥形帽，改变气体流场，可以减少低气速区域的面积，使颗粒不易沉积，并且改善对气体分布板局部冲击不均的影响，提高操作的稳定性。
附图说明
图1是本发明流化床反应器气体预分布器的使用时的结构示意图；其中，1为气体进口管道，2为水平导流片，3为导流管，4为锥形帽，5为气体分布板；
图2是本发明流化床反应器气体预分布器内气体速度云图；其中上图是气体速度云图，下图是低气速气体速度云图。
图3是本发明流化床反应器气体预分布器的速度矢量图；
图4是本发明流化床反应器气体预分布器的总压降云图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明流化床反应器气体预分布器，包括沿流化床反应器的气体进口管道1的中轴线依次独立设置的水平导流片2、导流管3和锥形帽4，水平导流片2、导流管3和锥形帽4均位于流化床反应器的气体进口与气体分布板5之间的区域，水平导流片2靠近流化床反应器的气体进口；导流管3的一端与锥形帽4的帽口相对，另一端靠近水平导流片2；锥形帽4的锥尖远离流化床反应器的气体进口。
对内径为3000m的反应器，其气体预分布器优化后结构选用：水平导流片2为圆环形的，外径与内径比例为1.05-1.7∶1，其内径Di＝700mm。导流管3管壁与气体进口管道1的中轴线间的夹角为15°-60°且导流管3与锥形帽4的帽口相对的一端的端口直径最大，导流管3的两端端口的直径之比为1-3；导流管3的高度为280mm，导流管3靠近气体进口管道1的一端端口的直径选用D＝400mm。锥形帽4与水平导流片2之间的距离取H＝200mm。锥形帽4锥角为15°-90°。
实施例2
在直径为3039mm气固流化床反应器中，以空气作为流化气体，流化床表观操作气速0.6489m/s，进口气速17.7m/s，使用Fluent流体力学模拟计算软件进行模拟。采用气体预分布器的形式如图1：其中，圆环形水平导流片2内径为700mm，离气体进口距离为150mm；导流管3靠近气体进口管道1的一端端口的直径为400mm，导流管3管壁与气体进口管道1的中轴线间的夹角为45°，导流管3的高度为282.84mm；在距离导流管3与锥形帽4的帽口相对的一端的端口200mm处设置锥形帽4，锥形帽4的锥角为90°。
图2是生产DGDA6098牌号高密度聚乙烯塑料条件操作下气体预分布器内气体速度云图，图3是气体进口处局部放大的速度矢量图。由图2可以看到位于流化床反应器底部的水平导流片2将进口气流压向封头壁面，吹扫气速可以达到5m/s以上。45°倾角的导流管3将进口气流压向水平导流片2，使得水平导流片2上的吹扫气速在2m/s以上，最上层的锥形帽4避免了进口气流对气体分布板5的直接冲击。整个气体预分布器内气速分布比较均匀，所有壁面都无低气速区域，气体分布合理。
图4是气体预分布器的总压降云图。气体预分布器内的压力损失主要发生在循环气体从水平导流片环形缝隙流出处，因此可以将循环气体从入口到此处压降作为整个预分布器的压降，大小为550Pa，压力损失很少。定义气体预分布器的流通面积为导流管3环形缝隙面积，其大小与循环气体进口管道1横截面积的比是1.72。

Claims (8)

1.一种流化床反应器气体预分布器，其特征在于，包括沿流化床反应器的气体进口管道的中轴线依次独立设置的水平导流片、导流管和锥形帽，所述的水平导流片、导流管和锥形帽均位于流化床反应器的气体进口与气体分布板之间的区域，所述的水平导流片靠近流化床反应器的气体进口；所述的导流管的一端与锥形帽的帽口相对，另一端靠近水平导流片；所述的锥形帽的锥尖远离流化床反应器的气体进口。
2.根据权利要求1所述的流化床反应器气体预分布器，其特征在于，所述的水平导流片、导流管和锥形帽三者相互有间隙。
3.根据权利要求1所述的流化床反应器气体预分布器，其特征在于，所述的水平导流片为圆环形。
4.根据权利要求3所述的流化床反应器气体预分布器，其特征在于，所述的水平导流片的外径与内径的比例为1.05-1.7∶1。
5.根据权利要求1所述的流化床反应器气体预分布器，其特征在于，所述的导流管管壁与气体进口管道的中轴线间的夹角为0°-60°。
6.根据权利要求5所述的流化床反应器气体预分布器，其特征在于，所述的导流管与锥形帽的帽口相对的一端的端口直径最大。
7.根据权利要求1所述的流化床反应器气体预分布器，其特征在于，所述的导流管的两端端口的直径之比为1-3。
8.根据权利要求1所述的流化床反应器气体预分布器，其特征在于，所述的锥形帽的锥角为15°-90°。
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