CN102872764B

CN102872764B - 一种降低耦合反应器提升管出口返混的气固分布器

Info

Publication number: CN102872764B
Application number: CN201210405627.6A
Authority: CN
Inventors: 王德武; 张少峰; 卢春喜; 贾梦达; 吴广恒
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2032-10-23
Also published as: CN102872764A

Abstract

本发明提供了一种降低耦合反应器提升管出口返混的气固分布器，至少包括多段组合的倒锥筒和分布板，多段组合的倒锥筒由2～8段锥筒紧密对接组合而成。由下至上，第1段锥筒锥面与竖直方向的夹角α1＝0°～30°，高度h1＝(0.125～0.7)H，H为多段组合的倒锥筒总高度；其它段序号为奇数的锥筒锥面与竖直方向夹角＝0°～(α1+5°)，高度＝(0.5～1.5)h1；段序号为偶数的锥筒锥面与竖直方向夹角＝(α1+8°)～(α1+45°)，高度＝(0.25～1.0)h1。分布板水平投影直径Dd在(0.5～0.8)Dd～Dd和＜(0.5～0.8)Dd区域开孔率之比＝1.1～3.5。本发明能显著降低耦合反应器提升管出口区域的返混，广泛适用于石油炼制与化工和煤化工领域。

Description

一种降低耦合反应器提升管出口返混的气固分布器

技术领域

本发明涉及一种下部结构为提升管，上部结构为床层(鼓泡床、或湍流床、或快速床)的耦合反应器，特别涉及一种降低提升管与床层耦合反应器提升管出口约束返混的气固分布器，属于石油炼制与化工、煤化工、颗粒燃烧、制药或环保领域。

背景技术

对于复杂的平行-顺序反应，为保证整个过程目标产物产率最大化，常常需要控制各中间反应过程的反应条件，如反应温度、反应时间、原料物与反应物浓度等，以适应各阶段产物的生成并抑制其发生副反应和过度反应。下部提升管与上部床层(鼓泡床、或湍流床、或快速床)耦合反应器是满足上述条件的一种理想的反应器之一，在石油炼制领域中的重油深度催化裂化、汽油改质降烯烃等工艺中得到了较多的应用。气固原料混合物首先在提升管段进行较短时间的反应，反应后的气固混合物再进入床层进行后续相对较长时间的反应，提升管段与床层段的反应条件可以分别设置和调控。

提升管与床层耦合反应器串联耦合操作所涉及的一个关键设备就是设置在提升管出口并伸入床层内的气固分布器，该分布器除了使气固混合物通过提升管进入上部床层并使床层中获得较好的气固分布效果外，也对下部提升管内气固流动形成了一定的约束作用，造成一定量的气固返混，从而增加了提升管段发生副反应和过度反应的几率，进而降低了总反应目标产物的产率。在目前的工业设计和应用中，提升管出口的气固分布器为光滑内壁的单段倒锥式，且分布板面不同区域采用的是相同的开孔率。光滑的倒锥体内表面或单段的倒锥体，使得一部分气固混合物受到分布板下板面和床层约束后直接沿锥体内壁向下流动进入提升管，进而在提升管出口区域一定范围内造成返混。同时，通过提升管到达分布器下板面的气固混合物通常在靠近分布板中心区域的速度大，靠近分布板外缘区域的速度小，若分布板面采用相同的开孔率，则在靠近分布板中间区域通过的气固混合物数量多，而在靠近分布板外缘区域通过的气固混合物数量少，由此进一步加剧了气固混合物沿分布器锥体内壁向下返混的程度，也降低了上部床层内气固分布的均匀程度。对于降低提升管与床层耦合反应器提升管出口约束返混的设备和方法目前还未见有文献及专利的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于，为下部提升管与上部床层(为鼓泡床、或湍流床、或快速床)耦合反应器提供一种降低提升管出口约束返混的气固分布器，通过应用本发明降低提升管出口区域气固返混，进而提高提升管内气固流动、反应温度及气固停留时间的均匀性。

本发明的目的通过下列途径实现：

一种降低耦合反应器提升管出口返混的气固分布器，至少包括：多段组合的倒锥筒和分布板。其特征在于：多段组合的倒锥筒上端面和下端面为敞开口，分布板与多段组合的倒锥筒上端面封闭连接，分布板的中间区域和外缘区域设有开孔率不同的气体和颗粒流出孔。

所述的多段组合的倒锥筒为圆锥筒、多棱锥筒或下端面为圆形而上端面为多边形的多棱锥筒，多边形的边数等于多棱锥筒的棱数，多棱的棱数范围为3～8，包括8棱；多段组合的倒锥筒下端面当量直径Dr等于与其封闭连接的提升管当量直径，总高度H＝(0.5～5)Dr。

所述的多段组合的倒锥筒由2～8段锥筒紧密对接组合而成，包括8段；最下端这段锥筒锥面与竖直方向的夹角α1＝0°～30°，高度h1＝(0.125～0.7)H，H为多段组合的倒锥筒的总高度；将各段锥筒按照由下至上的顺序编排序号，i代表段序号为3及3以上奇数的锥筒，j代表段序号为2及2以上偶数的锥筒，则第i段锥筒锥面与竖直方向的夹角αi＝0°～(α1+5°)，第i段锥筒高度hi＝(0.5～1.5)h1，第j段锥筒锥面与竖直方向的夹角αj＝(α1+8°)～(α1+45°)，第j段锥筒高度hj＝(0.25～1.0)h1。

所述的分布板为平面板、上凸弧面板或下凹弧面板，上凸弧面板或下凹弧面板的内弧面高度H1＝(0～1.2)Dr，Dr为多段组合的倒锥筒下端面当量直径；所述的分布板的中间区域指分布板水平投影直径De＜(0.5～0.8)Dd的区域，该区域基于提升管截面的开孔率K1＝5％～45％，所述的分布板的外缘区域指分布板水平投影直径De＝(0.5～0.8)Dd～Dd的区域，该区域基于提升管截面的开孔率K2＝10％～55％，整个分布板基于提升管截面积的总开孔率K＝(K1+K2)＝20％～80％，且K2/K1＝1.1～3.5，Dd表示分布板的水平投影直径。

所述的分布板上采取垂直开孔、斜向内开孔或斜向外开孔；孔的形状为圆形、三角形、正方形、长方形或长条形，开孔当量直径d0＝5mm～30mm；孔的中心线与竖直方向夹角β＝-1.5α1～+1.5α1，“-”表示沿竖直方向逆时针旋转的角度，“+”表示沿竖直方向顺时针旋转的角度，α1为多段组合的倒锥筒最下端这段锥筒锥面与竖直方向的夹角；各孔采取正三角形排列、正多边形排列或沿同心圆排列布置，正多边形的边数为4～6，包括6；孔中心间距S＝(2～5)d 0。

本发明与现有技术相比，存在明显的优点在于：

(1)分布器锥体设置成多段组合的倒锥筒形式，段序号为偶数的倒锥筒锥面与竖直方向夹角大于段序号为奇数的倒锥筒锥面与竖直方向的夹角，因此，偶数段的倒锥筒可以对向下流动的气固混合物形成一定的阻碍作用，并能将其导流进入分布器中心高速向上的气固主流中，再在气固主流带动下向上通过分布器进入床层，从而降低了提升管出口区域气固混合物的返混。

(2)分布板中间区域开孔率低、外缘区域开孔率高，从而降低了分布板外缘下方气固混合物通过分布器的阻力，进而增大了外缘下方气固混合物的通过量，由此进一步降低了提升管出口区域气固混合物的返混；另外，分布板外缘区域通过的气体量大，也改善了上部床层内气固的径向分布，提高了床层内两相径向分布的均匀性。

(3)设备结构简单，易加工；对现有装置实施改造容易，造价低。

附图说明

图1是一种降低耦合反应器提升管出口返混的气固分布器的部件连接示意图；

图2是一种降低耦合反应器提升管出口返混的气固分布器实施例1的结构示意图；

图3是一种降低耦合反应器提升管出口返混的气固分布器实施例2的结构示意图；

图4是一种降低耦合反应器提升管出口返混的气固分布器实施例3的结构示意图；

图5是一种降低耦合反应器提升管出口返混的气固分布器实施例4的结构示意图。

具体实施方式

下面通过几个具体的实施例并结合附图来详细说明本发明。

实施例1

参见附图1和附图2，本实施例的一种降低耦合反应器提升管出口返混的气固分布器，至少包括：多段组合的倒锥筒1和分布板2。其特征在于：多段组合的倒锥筒1上端面和下端面为敞开口，分布板2与多段组合的倒锥筒1上端面封闭连接，分布板2的中间区域和外缘区域设有开孔率不同的气体和颗粒流出孔，多段组合的倒锥筒1下端面与提升管出口封闭连接，连接有分布板2的多段组合的倒锥筒1伸入床层中。

参见附图2，多段组合的倒锥筒1为圆锥筒，下端面当量直径Dr等于与其封闭连接的提升管当量直径，总高度H＝(2～3.5)Dr。

多段组合的倒锥筒1由5段锥筒紧密对接组合而成，最下端这段锥筒101锥面与竖直方向的夹角α1＝10°～25°，高度h1＝(0.2～0.4)H，锥筒102锥面与竖直方向的夹角α2＝30°～60°，高度h2＝(0.25～0.4)h1，锥筒103锥面与竖直方向的夹角α3＝10°～25°，高度h3＝(0.8～1.2)h1，锥筒104锥面与竖直方向的夹角α4＝30°～60°，高度h4＝(0.3～0.6)h1，锥筒105锥面与竖直方向的夹角α5＝15°～28°，高度h5＝(0.5～0.8)h1。

分布板2为上凸弧面板，内弧面高度H1＝(0.2～0.8)Dr，分布板2水平投影直径De＜(0.5～0.8)Dd的区域基于提升管截面的开孔率K1＝10％～20％，分布板2水平投影直径De＝(0.5～0.8)Dd～Dd的区域基于提升管截面的开孔率K2＝20％～40％，整个分布板2基于提升管截面积的总开孔率K＝(K1+K2)＝30％～60％，且K2/K1＝1.1～3.5，Dd表示分布板2的水平投影直径。

分布板2上采取垂直开孔，孔的形状为圆形，开孔直径d0＝8mm～30mm，各孔采取沿同心圆排列布置，孔中心间距S＝(3～5)d0。

实施例2

参见附图1和附图3，本实施例的一种降低耦合反应器提升管出口返混的气固分布器，至少包括：多段组合的倒锥筒1和分布板2。其特征在于：多段组合的倒锥筒1上端面和下端面为敞开口，分布板2与多段组合的倒锥筒1上端面封闭连接，分布板2的中间区域和外缘区域设有开孔率不同的气体和颗粒流出孔，多段组合的倒锥筒1下端面与提升管出口封闭连接，连接有分布板2的多段组合的倒锥筒1伸入床层中。

本实施例的多段组合的倒锥筒1结构与实施例1相同，分布板2与实施例1不同。参见附图3，分布板2为上凸弧面板，内弧面高度H1＝(0.1～1.2)Dr，Dr为多段组合的倒锥筒1下端面当量直径；分布板2水平投影直径De＜(0.6～0.7)Dd的区域基于提升管截面的开孔率K1＝15％～20％，分布板2水平投影直径De＝(0.6～0.7)Dd～Dd的区域基于提升管截面的开孔率K2＝25％～45％，整个分布板2基于提升管截面积的总开孔率K＝(K1+K2)＝40％～65％，且K2/K1＝1.1～3.5，Dd表示分布板2的水平投影直径。

分布板2上采取斜向外开孔，孔的形状为圆形，开孔直径d0＝10mm～20mm；孔的中心线与竖直方向夹角β＝-1.5α1～+1.5α1，“-”表示沿竖直方向逆时针旋转的角度，“+”表示沿竖直方向顺时针旋转的角度，α1为多段组合的倒锥筒1最下端这段锥筒101锥面与竖直方向的夹角；各孔采取正三角形排列，孔中心间距S＝(2～5)d0。

实施例3

参见附图1和附图4，本实施例的一种降低耦合反应器提升管出口返混的气固分布器，至少包括：多段组合的倒锥筒1和分布板2。其特征在于：多段组合的倒锥筒1上端面和下端面为敞开口，分布板2与多段组合的倒锥筒1上端面封闭连接，分布板2的中间区域和外缘区域设有开孔率不同的气体和颗粒流出孔，多段组合的倒锥筒1下端面与提升管出口封闭连接，连接有分布板2的多段组合的倒锥筒1伸入床层中。

本实施例的多段组合的倒锥筒1结构与实施例1相同，分布板2与实施例1不同。参见附图4，分布板2为下凹弧面板，内弧面高度H1＝(0.1～0.8)Dr，Dr为多段组合的倒锥筒1下端面当量直径；分布板2水平投影直径De＜(0.5～0.6)Dd的区域基于提升管截面的开孔率K1＝10％～15％，分布板2水平投影直径De＝(0.5～0.6)Dd～Dd的区域基于提升管截面的开孔率K2＝25％～50％，整个分布板2基于提升管截面积的总开孔率K＝(K1+K2)＝35％～65％，且K2/K1＝1.1～3.5，Dd表示分布板2的水平投影直径。

分布板2上采取斜向内开孔，孔的形状为圆形，开孔直径d 0＝6mm～25mm；孔的中心线与竖直方向夹角β＝-1.5α1～+1.5α1，“-”表示沿竖直方向逆时针旋转的角度，“+”表示沿竖直方向顺时针旋转的角度，α1为多段组合的倒锥筒1最下端这段锥筒101锥面与竖直方向的夹角；各孔采取正三角形排列，孔中心间距S＝(2～5)d0。

实施例4

参见附图1和附图5，本实施例的一种降低耦合反应器提升管出口返混的气固分布器，至少包括：多段组合的倒锥筒1和分布板2。其特征在于：多段组合的倒锥筒1上端面和下端面为敞开口，分布板2与多段组合的倒锥筒1上端面封闭连接，分布板2的中间区域和外缘区域设有开孔率不同的气体和颗粒流出孔，多段组合的倒锥筒1下端面与提升管出口封闭连接，连接有分布板2的多段组合的倒锥筒1伸入床层中。

参见附图5，多段组合的倒锥筒1为圆锥筒，下端面当量直径Dr等于与其封闭连接的提升管当量直径，总高度H＝(1.8～3.0)Dr。

多段组合的倒锥筒1由2段锥筒紧密对接组合而成，最下端这段锥筒101锥面与竖直方向的夹角α1＝15°～30°，高度h1＝(0.5～0.7)H，锥筒102锥面与竖直方向的夹角α2＝30°～60°，高度h2＝(0.5～1.0)h1。

分布板2为平面板，在水平投影直径De＜0.7Dd的区域基于提升管截面的开孔率K1＝15％～25％，在水平投影直径De＝0.7Dd～Dd的区域基于提升管截面的开孔率K2＝20％～40％，整个分布板2基于提升管截面积的总开孔率K＝(K1+K2)＝35％～65％，且K2/K1＝1.1～3.5，Dd表示分布板2的水平投影直径。

分布板2上采取垂直开孔，孔的形状为圆形，开孔直径d0＝8mm～16mm，各孔采取正三角形排列布置，孔中心间距S＝(2～5)d0。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种降低耦合反应器提升管出口返混的气固分布器，至少包括：多段组合的倒锥筒和分布板，其特征在于：多段组合的倒锥筒上端面和下端面为敞开口，分布板与多段组合的倒锥筒上端面封闭连接，分布板的中间区域和外缘区域设有开孔率不同的气体和颗粒流出孔；

所述的多段组合的倒锥筒为圆锥筒或下端面为圆形而上端面为多边形的多棱锥筒，多棱的棱数范围为3～8，多段组合的倒锥筒下端面当量直径Dr等于与其封闭连接的提升管当量直径，总高度H＝(0.5～5)Dr；

所述的多段组合的倒锥筒由2～8段锥筒紧密对接组合而成；最下端这段锥筒锥面与竖直方向的夹角α1＝0°～30°，高度h1＝(0.125～0.7)H，H为多段组合的倒锥筒的总高度；将各段锥筒按照由下至上的顺序编排序号，i代表段序号为3及3以上奇数的锥筒，j代表段序号为2及2以上偶数的锥筒，则第i段锥筒锥面与竖直方向的夹角αi＝0°～(α1+5°)，第i段锥筒高度hi＝(0.5～1.5)h1，第j段锥筒锥面与竖直方向的夹角αj＝(α1+8°)～(α1+45°)，第j段锥筒高度hj＝(0.25～1.0)h1；

所述的分布板为平面板、上凸弧面板或下凹弧面板，上凸弧面板或下凹弧面板的内弧面高度H1＝(0～1.2)Dr，Dr为多段组合的倒锥筒下端面当量直径；所述的分布板的中间区域指分布板水平投影直径De＜(0.5～0.8)Dd的区域，该区域基于提升管截面的开孔率K1＝5％～45％，所述的分布板的外缘区域指分布板水平投影直径De＝(0.5～0.8)Dd～Dd的区域，该区域基于提升管截面的开孔率K2＝10％～55％，整个分布板基于提升管截面积的总开孔率K＝(K1+K2)＝20％～80％，且K2/K1＝1.1～3.5，Dd表示分布板的水平投影直径；

所述的分布板上采取垂直开孔、斜向内开孔或斜向外开孔；孔的形状为圆形、三角形、正方形或长方形，开孔当量直径d0＝5mm～30mm；孔的中心线与竖直方向夹角β＝-1.5α1～+1.5α1，“-”表示沿竖直方向逆时针旋转的角度，“+”表示沿竖直方向顺时针旋转的角度，α1为多段组合的倒锥筒最下端这段锥筒锥面与竖直方向的夹角；各孔采取正三角形排列、正多边形排列或沿同心圆排列布置，正多边形的边数为4～6，孔中心间距S＝(2～5)d0。