CN102658067B

CN102658067B - 一种环形流化床反应器

Info

Publication number: CN102658067B
Application number: CN201210132348.7A
Authority: CN
Inventors: 司慧; 王霄; 常建民; 任学勇
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2012-04-28
Filing date: 2012-04-28
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2032-04-28
Also published as: CN102658067A

Abstract

本发明提供了一种环形流化床反应器，属于流化床反应器技术领域。该反应器包括顶盖、反应器外壳、底壳、支座、燃烧室、布风板、布风舱隔板，还包括循环增速管和配气舱，外围设备包括旋风分离器和风机；其中反应器外壳下端安装布风板后与底壳固连，反应器外壳内套装燃烧室，两者的轴线一致且之间形成环形反应区，燃烧室内均布有循环增速管，其上端与环形反应区连通，下端穿过布风板，底壳内安装布风舱隔板，布风舱隔板内安装配气舱，配气舱圆周面上的弯管与循环增速管的下端连通。本发明将燃烧室设置在反应器外壳内，且在燃烧室内设置有循环增速管，能够节省空间并减少热量损失，同时促进流体的内循环，提高了反应器的传热效率和反应转化率。

Description

一种环形流化床反应器

技术领域

本发明涉及一种反应器，具体涉及一种环形流化床反应器，属于流化床反应器技术领域。

背景技术

流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器，在用于气固系统时，又称沸腾床反应器。

气固流态化技术是化学工程领域的一个重要分支。流化床技术自从20世纪20年代以来，由于其所特有的优点，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，使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前景。迄今为止，众多研究者建立了冷态、热态试验台，围绕着流化床两相流动、热传递和燃料燃烧行为进行了大量的研究工作。反应器设计结果将直接影响整个工艺流程，因此受到国内外高度重视。其中流化床反应器主要目的是创造最佳的条件最大限度地利用生物质特别是林业材料生产生物油，而流态化技术由于具有高效的传热和传质效果以及实现连续操作等优点，这种技术逐渐受到人们的重视。目前，流化床工艺已广泛应用于化工、石油、冶金、食品等许多工业领域之中，特别是气固流化床的应用尤为广泛，许多化学反应都是依靠气固流化床来实现的。

由于流态化技术的固有特性以及流化过程影响因素的多样性，对于反应器来说，流化床存在着很多弊端：1)由于固体颗粒和气泡在连续流动过程中的剧烈循环和搅动，无论气相或固相都存在着较广的停留时间分布，导致不适当的产品分布，阵低了目标产物的转化率；2)反应物以气泡形式通过床层，减少了气-固相之间的接触机会，降低了反应转化率；3)当用到固体催化剂时，床料颗粒在流动过程中的剧烈撞击和摩擦，使得催化剂加速粉化，再加上床层顶部气泡的爆裂和高速运动、大量细粒催化剂的带出，造成明显的催化剂流失；4)床层内的复杂流体力学、传递现象，使过程处于非定常条件下，难以揭示并归纳出统一的规律，也难以突破经验放大和经验操作的瓶颈。另外，传统的反应器的加热部件位于反应器的外围，这便使得热源与大气直接接触，造成热量大量损失，而且加热部件会占用多余的空间，使反应器整体结构更加繁琐。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种环形流化床反应器，能够提高反应器的反应效率。

一种环形流化床反应器，该反应器包括顶盖、反应器外壳、底壳、支座、燃烧室、布风板、布风舱隔板，外围设备包括旋风分离器和风机；其中反应器外壳和燃烧室均为圆周面上下两端焊接有法兰的筒体；底壳为圆周面上端焊接有法兰且下端面封闭的筒体，下端面中心沿同一直线开有三个安装孔a、b、c，其中部圆周面上开有安装孔d，安装孔b和安装孔d平行焊接有流化载气进气管，安装孔a和c焊接有空气进气管，且两根空气进气管水平对称布置并与b处的流化载气进气管垂直；支座上端侧部设置有圆弧板，圆弧板的直径与底壳筒体的直径一致；布风板为表面均布有流化孔且中心设置有燃气管接口的圆板；布风舱隔板也为圆周面上下两端焊接有法兰的筒体；

整体连接关系为：反应器外壳上端的法兰与顶盖固连，下端的法兰安装布风板后与底壳上端的法兰固连，底壳的外圆周面上均布四个支座，支座的圆弧板与底壳的圆周面焊接成一体，反应器外壳内套装燃烧室，两者的轴线一致且两者之间形成环形反应区，燃烧室上端的法兰固定在顶盖上，下端的法兰与布风板的上端面固连，布风舱隔板安装在底壳内，其上端的法兰与布风板的下端面固连，下端的法兰与底壳的内底面固连，底壳上的空气进气管和流化载气进气管均与风机连通，顶盖上设置有进料管、三个排气管和四个进炭管，进料管和其中两个排气管与环形反应区连通，进炭管和另一个排气管与燃烧室连通，排气管与旋风分离器的进气口相连，进炭管与旋风分离器的排灰口相连。

所述的反应器还包括4～8根循环增速管和配气舱，配气舱为上端面封闭且下端面中心开孔的筒体，其外圆周面上均布有90°弯管，弯管与筒体的内腔连通且弯管的数量与循环增速管的数量一致；循环增速管均匀布置在燃烧室内，其上端穿过燃烧室的圆周面并与环形反应区连通，循环增速管的下端穿过布风板，配气舱安装在布风舱隔板内，其下端面与底壳的内底面固连，配气舱圆周面上的弯管分别与循环增速管下端连通，配气舱的内腔与底壳d处的流化载气进气管连通。

所述的循环增速管包括90°弯管、升管、异径接头、三通管、直通管接头、接管、第一螺母、锥形管、O型圈、垫片及第二螺母；其中直通管接头的中心开有通孔，通孔的下端加工有沉台，且中部圆周面上加工有卡槽，下端圆周面上加工有上螺纹段和下螺纹段，锥形管底部有与直通管接头下端沉台对应的定位台；

连接关系为：三通管主管的上端竖直依次连接有异径接头、升管及90°弯管，异径接头的小端与三通管连通且90°弯管的敞口为循环增速管的出口，三通管主管的下端竖直依次连接有直通管接头和接管，直通管接头和接管之间通过第一螺母固连，直通管接头内部安装锥形管，锥形管的下端卡在直通管接头中心通孔下端的沉台内，且其顶端高于三通管侧部支管的轴线，锥形管的下端面与接管的上端面之间设置有O型圈，接管的下端为喷动口，直通管接头圆周面的卡槽内安装垫片且上螺纹段上安装第二螺母，三通管侧部的支管为循环增速管的进气口；循环增速管上端的90°弯管和中部三通管的支管穿过燃烧室的圆周面并与环形反应区连通，循环增速管下端穿过布风板并通过第二螺母固定在布风板上。

所述的锥形管内部空腔分为上下两段，上段空腔为圆柱形，下段空腔为锥形，且下段锥形的锥角为20～40°。

有益效果：(1)本发明的反应器将燃烧室设置在反应器外壳内，且燃烧室与反应器外壳之间形成环形反应区，燃气在燃烧室燃烧并为环形反应区提供热量，相比燃烧室在反应器外部节省了空间也节约了成本，提高了燃烧室的传热效率，也更有效地利用热源，减少能量损失；(2)本发明在燃烧室内增加了循环增速管，促进流化床反应器内流体的内循环，增加气固相之间的接触机会，提高反应器的传热效率和反应转化率；(3)本发明在循环增速管内增加锥形管，使得循环增速管的进气口压力小于反应区的压力，能够加快流体的循环并减少固体颗粒和气泡在连续流动过程中的停留时间，使产物分布均匀，提高目标产物的转化率；(4)本发明可根据反应器的容量以及实际需求增加或减少循环增速管的数量，使反应器的工作状态可调化。

附图说明

图1为本发明环形流化床反应器的结构图。

图2为本发明环形流化床反应器的局部放大图。

图3为本发明底壳的结构图。

图4为本发明配气舱的结构图。

图5为本发明循环增速管的结构图。

图6为本发明循环增速管的局部放大图。

其中，1-90°弯管、2-升管、3-异径接头、4-三通管、5-直通管接头、6-接管、7-第一螺母、8-锥形管、9-O型圈、10-出气口、11-进气口、12-喷动口、13-垫片、14-第二螺母、16-循环增速管、20-顶盖、21-反应器外壳、22-底壳、23-支座、24-燃烧室、25-布风板、26-布风板隔板、27-配气舱

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1及附图2所示，本发明提供了一种环形流化床反应器，该反应器包括顶盖20、反应器外壳21、底壳22、支座23、燃烧室24、布风板25、布风舱隔板26、配气舱27及循环增速管16，外围设备包括旋风分离器(起到气固分离的作用)和风机；

其中反应器外壳21为圆周面上下两端均焊接有法兰的筒体；燃烧室24也为圆周面上下两端焊接有法兰的筒体，且圆周面的上下部还均布有八个安装孔；如附图3所示，底壳22为圆周面上端焊接有法兰且下端面封闭的筒体，下端面中心沿同一直线开有三个安装孔a、b、c，其中部圆周面上开有安装孔d，安装孔b和安装孔d平行焊接有流化载气进气管，安装孔a和c焊接有空气进气管，且两根空气进气管水平对称布置并与b处的流化载气进气管垂直；支座23上端侧部设置有圆弧板，圆弧板的直径与底壳22筒体的直径一致；

布风板25为表面均布有流化孔且中心设置有燃气管接口的圆板；布风舱隔板26为圆周面上下两端焊接有法兰的筒体；如附图4所示，配气舱27为上端面封闭且下端面中心开孔的筒体，其外圆周面上均布有八个90°弯管且弯管与筒体的内腔连通。

如附图5及附图6所示，循环增速管16包括90°弯管1、升管2、异径接头3、三通管4、直通管接头5、接管6、第一螺母7、锥形管8、O型圈9、垫片13及第二螺母14；其中直通管接头5的中心开有通孔，通孔的下端加工有沉台，且中部圆周面上加工有卡槽，下端圆周面上加工有上螺纹段和下螺纹段；锥形管8的内部空腔分为上下两段，上段空腔为圆柱形，下段空腔为锥形，下段锥形的锥角为20°且底部有与直通管接头5下端沉台对应的定位台；

连接关系为：三通管4主管的上端竖直依次连接有异径接头3、升管2及90°弯管1，异径接头3的小端与三通管4连通且90°弯管1的敞口为循环增速管16的出口10，三通管4主管的下端竖直依次连接有直通管接头5和接管6，直通管接头5和接管6之间通过第一螺母7固连，第一螺母7与直通管接头5的下螺纹段配合，直通管接头5内部安装锥形管8，锥形管8的下端卡在直通管接头5中心通孔下端的沉台内，且其顶端高于三通管4侧部支管的轴线，锥形管8的下端面与接管6的上端面之间设置有O型圈9，接管6的下端为喷动口12，直通管接头5圆周面的卡槽内安装垫片13且上螺纹段上安装第二螺母14，三通管4侧部的支管为循环增速管16的进气口11。

反应器的整体连接关系为：反应器外壳21上端的法兰与顶盖20固连，下端的法兰安装布风板25后与底壳22上端的法兰固连，底壳22的外圆周面上均布四个支座23，支座23的圆弧板与底壳22的圆周面焊接成一体，反应器外壳21内套装燃烧室24，两者的轴线一致且两者之间形成环形反应区，燃烧室24上端的法兰固定在顶盖20上，下端的法兰与布风板25的上端面固连，燃烧室24内均布有八根循环增速管16，循环增速管16上端的90°弯管1和中部三通管4的支管穿过燃烧室24的圆周面并与环形反应区连通，循环增速管16下端穿过布风板25并通过第二螺母14固定在布风板25上，布风舱隔板26安装在底壳22内，其上端的法兰与布风板25的下端面固连，下端的法兰与底壳22的内底面固连，布风舱隔板26内安装配气舱27，配气舱27的下端面与底壳22的内底面固连，配气舱27圆周面上的弯管分别与循环增速管16下端喷动口12连通，配气舱27的内腔与底壳22d处的流化载气进气管连通，底壳22上的空气进气管和流化载气进气管均与风机连通，顶盖20上设置有进料管、三个排气管和四个进炭管，进料管和其中两个排气管与环形反应区连通，进炭管和另一个排气管与燃烧室连通，排气管与旋风分离器的进气口相连，进炭管与旋风分离器的排灰口相连。

反应器的工作原理：流化载气在风机的作用下通过底壳22上d处的流化载气进气管进入底壳22内部，流化载气穿过过布风板25上的流化孔进入到反应器的环形反应区内，在流速足够大的情况下，流化载气将堆积在布风板25上的床料颗粒流化，同时空气在风机的作用下通过底壳22上a、c处的空气进气管进入布风舱隔板26内部，空气穿过布风板25上的流化孔进入燃烧室24内，燃气通过布风板25中心燃气管也进入到燃烧室24内，燃气与空气混合后燃烧并产生热量(为环形反应区提供热量)，将反应器内的床料颗粒加热，这时反应物通过顶盖20上的进料管进入到环形反应区内，反应物被预热后的床料加热并发生热裂解反应生成气体和碳颗粒，反应生成物和流化载气的混合物通过顶盖20上的出气管排出反应器并进入到旋风分离器，混合物在旋风分离器内发生气固分离，分离出的固体在重力的作用下通过旋风分离器的排灰管进入到反应器的燃烧室24内与燃气一同燃烧；

在反应物进入到反应器内的同时，有一部分流化载气通过底壳22上b处的流化载气进气管进入配气舱27内，流化载气通过配气舱27上的八个90°弯管进入到循环增速管16内，由于循环增速管16内进气口11处的压力小于反应区内的压力，反应区内的流体便会由于压力的作用进入到循环增速管16内，流体在循环增速管16内部上升并通过其出气口10回到反应区内，这样就实现了反应器内流体的循环。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种环形流化床反应器，其特征在于，该反应器包括顶盖（20）、反应器外壳（21）、底壳（22）、支座（23）、燃烧室（24）、布风板（25）、布风舱隔板（26），外围设备包括旋风分离器和风机；其中反应器外壳（21）和燃烧室（24）均为圆周面上下两端焊接有法兰的筒体；底壳（22）为圆周面上端焊接有法兰且下端面封闭的筒体，下端面中心沿同一直线开有三个安装孔a、b、c，其中部圆周面上开有安装孔d，安装孔b和安装孔d平行焊接有流化载气进气管，安装孔a和c焊接有空气进气管，且两根空气进气管水平对称布置并与b处的流化载气进气管垂直；支座（23）上端侧部设置有圆弧板，圆弧板的直径与底壳（22）筒体的直径一致；布风板（25）为表面均布有流化孔且中心设置有燃气管接口的圆板；布风舱隔板（26）也为圆周面上下两端焊接有法兰的筒体；

整体连接关系为：反应器外壳（21）上端的法兰与顶盖（20）固连，下端的法兰安装布风板（25）后与底壳（22）上端的法兰固连，底壳（22）的外圆周面上均布四个支座（23），支座（23）的圆弧板与底壳（22）的圆周面焊接成一体，反应器外壳（21）内套装燃烧室（24），两者的轴线一致且两者之间形成环形反应区，燃烧室（24）上端的法兰固定在顶盖（20）上，下端的法兰与布风板（25）的上端面固连，布风舱隔板（26）安装在底壳（22）内，其上端的法兰与布风板（25）的下端面固连，下端的法兰与底壳（22）的内底面固连，底壳（22）上的空气进气管和流化载气进气管均与风机连通，顶盖（20）上设置有进料管、三个排气管和四个进炭管，进料管和其中两个排气管与环形反应区连通，进炭管和另一个排气管与燃烧室连通，排气管与旋风分离器的进气口相连，进炭管与旋风分离器的排灰口相连；

所述的反应器还包括4～8根循环增速管（16）和配气舱（27），配气舱（27）为上端面封闭且下端面中心开孔的筒体，其外圆周面上均布有90°弯管，弯管与筒体的内腔连通且弯管的数量与循环增速管（16）的数量一致；循环增速管（16）均匀布置在燃烧室（24）内，其上端穿过燃烧室（24）的圆周面并与环形反应区连通，循环增速管（16）的下端穿过布风板（25），配气舱（27）安装在布风舱隔板（26）内，其下端面与底壳（22）的内底面固连，配气舱（27）圆周面上的弯管分别与循环增速管（16）下端连通，配气舱（27）的内腔与底壳（22）d处的流化载气进气管连通。

2.如权利要求1所述的一种环形流化床反应器，其特征在于，所述的循环增速管（16）包括90°弯管（1）、升管（2）、异径接头（3）、三通管（4）、直通管接头（5）、接管（6）、第一螺母（7）、锥形管（8）、O型圈（9）、垫片（13）及第二螺母（14）；其中直通管接头（5）的中心开有通孔，通孔的下端加工有沉台，且中部圆周面上加工有卡槽，下端圆周面上加工有上螺纹段和下螺纹段，锥形管（8）底部有与直通管接头（5）下端沉台对应的定位台；所述的锥形管（8）内部空腔分为上下两段，上段空腔为圆柱形，下段空腔为锥形，且下段锥形的锥角为20～40°；

连接关系为：三通管（4）主管的上端竖直依次连接有异径接头（3）、升管（2）及90°弯管（1），异径接头（3）的小端与三通管（4）连通且90°弯管（1）的敞口为循环增速管（16）的出口（10），三通管（4）主管的下端竖直依次连接有直通管接头（5）和接管（6），直通管接头（5）和接管（6）之间通过第一螺母（7）固连，第一螺母（7）与直通管接头（5）的下螺纹段配合，直通管接头（5）内部安装锥形管（8），锥形管（8）的下端卡在直通管接头（5）中心通孔下端的沉台内，且其顶端高于三通管（4）侧部支管的轴线，锥形管（8）的下端面与接管（6）的上端面之间设置有O型圈（9），接管（6）的下端为喷动口（12），直通管接头（5）圆周面的卡槽内安装垫片（13）且上螺纹段上安装第二螺母（14），三通管（4）侧部的支管为循环增速管（16）的进气口（11）；

循环增速管（16）上端的90°弯管（1）和中部三通管（4）的支管穿过燃烧室（24）的圆周面并与环形反应区连通，循环增速管（16）下端穿过布风板（25）并通过第二螺母（14）固定在布风板（25）上。