CN102872771B - 一种降低串联组合流化床提升管出口返混的气固分布器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种降低串联组合流化床提升管出口返混的气固分布器，至少包括：中空的倒锥台、锥棱、分布板。锥棱截面为三角形，紧密连接在中空的倒锥台内表面，由上至下设置1～5排；分布板与中空的倒锥台上端面封闭连接，在分布板水平投影直径De＜(0.5～0.8)Dd区域内和De＝(0.5～0.8)Dd～Dd区域内基于提升管截面的开孔率K1、K2之和为20％～80％，且K2/K1＝1.1～3.5，Dd为分布板水平投影直径。本发明能显著降低串联组合流化床提升管出口区域的返混，还能够提高上部床层中气固分布的均匀性，结构简单，对原有装置实施改造容易，广泛适用于石油炼制与化工、煤化工、颗粒燃烧、制药或环保领域。

Description

一种降低串联组合流化床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)的串联组合流化床，特别涉及一种降低串联组合流化床提升管出口返混的气固分布器，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

下部提升管与上部床层(鼓泡床、或湍流床、或快速床)串联组合流化床，气固混合物在下部提升管内具有较短的停留时间，在上部床层内具有相对较长的停留时间，提升管中反应后的气固混合物可通过设置在提升管出口的气固分布器进入上部床层继续进行后续反应，该串联组合结构，在工艺上可实现快反应与慢反应耦合，同时在操作上可根据工艺条件要求实现快反应区与慢反应区分区调控。由于结构简单、调控灵活，串联组合流化床在重油深度催化裂化、汽油改质降烯烃等工艺中得到了较多的应用。对于复杂的平行-顺序反应，当中间产物产率为过程的控制目标之一时，就需要严格控制反应温度、反应时间、原料物与反应物浓度等条件，以适应中间产物的生成过程，并且抑制中间产物过度反应，达到目标产物产率最大化的目的。串联组合流化床可实现上述以中间产物为目标产物的过程，但设置在串联组合流化床提升管出口的气固分布器，除了使气固混合物通过提升管进入上部床层并能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，从而降低了主反应生成中间产物的产率，同时增加了副反应产物的产率。当前，在工业设计中，提升管出口通常设置莲蓬头式的气固分布器，其主要特征是锥体内壁光滑且分布板面不同区域开孔率相同。在实际应用中主要采取增大气固分布器的孔径和开孔率、降低气固分布器压降的方法降低提升管出口气固返混，但气固分布器孔径过大，不利于支撑上部床层内的物料，要实现床层内气固良好的流化和均布，气固分布器又必须匹配一定的压降，因此，单靠增大气固分布器孔径和降低气固分布器压降的方法降低气固返混有限。此外，工业上采用的莲蓬头式分布器，在分布板面上不同直径区域采取的是相同的开孔率，而通过提升管到达莲蓬头式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，因而在靠近分布板外缘区域气固混合物通过的数量少。在分布器内部，到达分布板下板面中心区域的气固混合物受到板面和床层约束后一部分转向分布板外缘运动，若在外缘处不能及时通过分布器，就会沿光滑的锥面向下流入提升管，由此造成提升管出口截面上中间返混小、而靠近边壁处返混大，并且这种状况并不随提升管内固气比的减小而发生根本性的改变。对于串联组合流化床降低提升管出口约束返混的设备和方法还未见有文献和专利的相关报道。

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)串联组合流化床提供一种降低提升管出口约束返混的气固分布器，通过降低提升管内气固返混，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：

一种降低串联组合流化床提升管出口返混的气固分布器，至少包括：中空的倒锥台、锥棱、分布板。其特征在于：中空的倒锥台上端面和下端面为敞开口，锥棱紧密连接在中空的倒锥台内表面，分布板与中空的倒锥台上端面封闭连接，分布板上设有气体和颗粒的流出孔。

所述的中空的倒锥台为圆锥台、三棱锥台或四棱以上至八棱以下的锥台，包括八棱锥台；锥台下端面当量直径Dr等于与其连接的提升管当量直径，锥台高度H＝(0.5～5)Dr，锥面与竖直方向夹角α＝10°～80°。

所述的锥棱沿中空的倒锥台内表面由上至下设置成1～5排，设置成2排或2排以上时，相邻两排锥棱中上一排锥棱的下表面及下一排锥棱的上表面与中空的倒锥台内表面相交线的垂直距离h1＝(0～1.2)Dr。

所述的锥棱沿中空的倒锥台内表面周向同一高度封闭设置或分段设置，分段设置时同一排的分段数为2～10，各段间距L＝(0.002～0.5)Dr。

所述的锥棱截面为三角形，为实心或中空结构，锥棱上表面与中空的倒锥台内表面夹角β＝5°～(90°-α)，锥棱下表面与中空的倒锥台内表面夹角γ＝5°～α，锥棱高h0＝(0.1～1)h·sinα，h表示锥棱上表面与中空的倒锥台内表面相交线距中空的倒锥台下端面的垂直距离。

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；在分布板水平投影直径De＜(0.5～0.8)Dd区域内基于提升管截面的开孔率K1＝5％～45％，在分布板水平投影直径De＝(0.5～0.8)Dd～Dd区域内基于提升管截面的开孔率K2＝10％～55％，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。

所述的分布板开孔为垂直圆孔、斜向内圆孔或斜向外圆孔，圆孔的中心线与竖直方向夹角α1＝-1.1α～+1.1α，“-”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，α为中空的倒锥台锥面与竖直方向的夹角。

所述的分布板上各孔采取正三角形排列、正四边形排列、正多边形排列或沿同心圆排列布置，正多边形的边数为5～8，包括8；开孔直径d0＝5mm～30mm，孔中心间距S＝(2～5)d0。

本发明与现有技术相比，存在明显的优点在于：

(1)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，降低了气固混合物的返混；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。

(2)通过在中空的倒锥台内表面设置截面为三角形的锥棱，可以对沿分布器锥体内表面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，从而进一步降低了气固混合物的返混。

(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是降低串联组合流化床提升管出口约束返混的气固分布器的部件连接示意图；

图2是降低串联组合流化床提升管出口约束返混的气固分布器实施例1和实施例2的结构示意图；

图3是实施例1中分布板的结构示意图；

图4是实施例2中分布板的结构示意图；

图5是降低串联组合流化床提升管出口约束返混的气固分布器实施例3和实施例4的结构示意图；

图6是实施例3中分布板的结构示意图；

图7是实施例4中分布板的结构示意图；

图8是降低串联组合流化床提升管出口约束返混的气固分布器实施例5的结构示意图；

图9是实施例5中分布板的结构示意图。

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串联组合流化床提升管出口返混的气固分布器，包括：中空的倒锥台1、锥棱2、分布板3。锥棱2紧密连接在中空的倒锥台1内表面，分布板3上设有气体和颗粒的流出孔，分布板3与中空的倒锥台1上端面封闭连接，中空的倒锥台1下端面与提升管出口封闭连接，连接有分布板3的中空的倒锥台1伸入床层中。

中空的倒锥台1为圆锥台，上端面和下端面为敞开口，下端面当量直径Dr等于与其连接的提升管当量直径，高度H＝(0.5～5)Dr，锥面与竖直方向的夹角α＝30°～50°，中空的倒锥台1内表面设置1排锥棱2。

锥棱2为封闭环状设置，截面为三角形实心结构，锥棱2上表面与中空的倒锥台1内表面夹角β＝5°～(90°-α)，锥棱2下表面与中空的倒锥台1内表面夹角γ＝5°～α，锥棱2高h0＝(0.3～0.5)h·sinα，h表示锥棱2上表面与中空的倒锥台1内表面相交线距中空的倒锥台1下端面的垂直距离。

参见附图2和附图3，分布板3为上凸弧面板，上凸弧面板的内弧面高度H1＝(0.3～0.7)Dr；在分布板3水平投影直径De＜0.7Dd区域内基于提升管截面的开孔率K1＝25％～35％，在分布板3水平投影直径De＝0.7Dd～Dd区域内基于提升管截面的开孔率K2＝20％～45％，分布板3基于提升管截面积的总开孔率K＝(K1+K2)＝30％～70％，且K2/K1＝1.3～2.0，Dd表示分布板3的水平投影直径。

分布板3开孔为斜向外圆孔，圆孔的中心线与竖直方向夹角α1＝-α～+α，“-”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，α为中空的倒锥台1锥面与竖直方向夹角。

分布板3上各孔采取正三角形排列布置，开孔直径d0＝10mm～20mm，孔中心间距S＝(3～4)d0。

实施例2

参见附图1和附图2，本实施例的一种降低串联组合流化床提升管出口返混的气固分布器，包括：中空的倒锥台1、锥棱2、分布板3。中空的倒锥台1、锥棱2、分布板3的连接方式与实施例1相同，中空的倒锥台1和锥棱2的结构与实施例1相同，分布板3的结构与实施例1不同。

参见附图4，分布板3为下凹弧面板，下凹弧面板的内弧面高度H1＝(0.2～0.4)Dr；在分布板3水平投影直径De＜0.5Dd区域内基于提升管截面的开孔率K1＝20％～30％，在分布板3水平投影直径De＝0.5Dd～Dd区域内基于提升管截面的开孔率K2＝35％～50％，分布板3基于提升管截面积的总开孔率K＝(K1+K2)＝35％～75％，且K2/K1＝1.2～2.5，Dd表示分布板3的水平投影直径。

分布板3开孔为斜向内圆孔，圆孔的中心线与竖直方向夹角α1＝-0.9α～+0.9α，“-”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，α为中空的倒锥台1锥面与竖直方向夹角。

分布板3上各孔采取正三角形排列，开孔直径d0＝5mm～15mm，孔中心间距S＝3.5d0。

实施例3

参见附图1和附图5，本实施例的一种降低串联组合流化床提升管出口返混的气固分布器，包括：中空的倒锥台1、锥棱1、分布板3。锥棱2紧密连接在中空的倒锥台1内表面，分布板3上设有气体和颗粒的流出孔，分布板3与中空的倒锥台1上端面封闭连接，中空的倒锥台1下端面与提升管出口封闭连接，连接有分布板3的中空的倒锥台1伸入床层中。

中空的倒锥台1为圆锥台，上端面和下端面为敞开口，下端面当量直径Dr等于与其连接的提升管当量直径，高度H＝(0.5～5)Dr，锥面与竖直方向的夹角α＝30°～60°，中空的倒锥台1内表面设置1排锥棱2。

锥棱2为沿中空的倒锥台1内表面周向同一高度分段设置，同一排的分段数为2，段间距L＝(0.01～0.1)Dr。

锥棱2截面为三角形，为中空结构，上表面与中空的倒锥台1内表面夹角β＝5°～(90°-α)，下表面与中空的倒锥台1内表面夹角γ＝5°～α，锥棱2高h0＝(0.1～0.5)h·sinα，h表示锥棱2上表面与中空的倒锥台1内表面相交线距中空的倒锥台1下端面的垂直距离。

参见附图6，分布板3为上凸弧面板，上凸弧面板的内弧面高度H1＝(0.2～0.4)Dr；在分布板3水平投影直径De＜(0.5～0.8)Dd区域内基于提升管截面的开孔率K1＝5％～45％，在分布板3水平投影直径De＝(0.5～0.8)Dd～Dd区域内基于提升管截面的开孔率K2＝10％～55％，分布板3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。

分布板3开孔为垂直圆孔，各孔采取沿同心圆排列布置，开孔直径d0＝6mm～15mm，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串联组合流化床提升管出口返混的气固分布器，包括：中空的倒锥台1、锥棱1、分布板3。中空的倒锥台1、锥棱1、分布板3的连接方式与实施例3相同，分布板3的结构与实施例3不同。

参见附图7，分布板3为上凸弧面板，内弧面高度H 1＝(0.2～0.7)Dr；在分布板3水平投影直径De＜(0.7～0.8)Dd区域内基于提升管截面的开孔率K1＝20％～35％，在分布板3水平投影直径De＝(0.7～0.8)Dd～Dd区域内基于提升管截面的开孔率K2＝25％～40％，分布板3基于提升管截面积的总开孔率K＝(K1+K2)＝40％～80％，且K2/K1＝1.1～1.3，Dd表示分布板3的水平投影直径。

分布3开孔为垂直圆孔，分布板3上各孔采取正三角形排列布置，开孔直径d0＝8mm～20mm，孔中心间距S＝(2.5～4.5)d0。

实施例5

参见附图1，本实施例的一种降低串联组合流化床提升管出口返混的气固分布器，包括：中空的倒锥台1、锥棱2、分布板3。锥棱2紧密连接在中空的倒锥台内表面，分布板3上设有气体和颗粒的流出孔，分布板3与中空的倒锥台1上端面封闭连接，中空的倒锥台1下端面与提升管出口封闭连接，连接有分布板3的中空的倒锥台1伸入床层中。

参见附图8，中空的倒锥台为圆锥台，上端面和下端面为敞开口，下端面当量直径Dr等于与其连接的提升管当量直径，高度H＝(0.5～5)Dr，锥面与竖直方向的夹角α＝28°～40°，中空的倒锥台1内表面由上至下设置2排锥棱，分别为锥棱2-2和锥棱2-1。

锥棱2-2和锥棱2-1均为封闭环状，截面均为三角形，均为中空结构；锥棱2-2和锥棱2-1上表面与中空的倒锥台1内表面夹角相同，角度均为β＝15°～(90°-α)，下表面与中空的倒锥台1内表面夹角相同，均为γ＝α；锥棱2-2和锥棱2-1的高度设置方法相同，均为h0＝(0.1～1)h·sinα，h表示锥棱2-2或锥棱2-1上表面与中空的倒锥台1内表面相交线距中空的倒锥台1下端面的垂直距离；锥棱2-2的下表面与锥棱2-1的上表面与中空的倒锥台1内表面相交线的垂直距离h1＝(0.1～0.5)Dr。

参见附图9，分布板3为平面板，在分布3水平投影直径De＜0.6Dd区域内基于提升管截面的开孔率K1＝15％～20％，在分布板3水平投影直径De＝0.6Dd～Dd区域内基于提升管截面的开孔率K2＝30％～55％，分布板3基于提升管截面积的总开孔率K＝(K1+K2)＝45％～80％，且K2/K1＝1.3～3.0，Dd表示分布板3的水平投影直径。

分布板3开孔为垂直圆孔，各孔采取正三角形排列布置，开孔直径d0＝7mm～20mm，孔中心间距S＝(2.8～3.8)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)

1.一种降低串联组合流化床提升管出口返混的气固分布器，至少包括：中空的倒锥台、锥棱、分布板，其特征在于：中空的倒锥台上端面和下端面为敞开口，锥棱紧密连接在中空的倒锥台内表面，分布板与中空的倒锥台上端面封闭连接，分布板上设有气体和颗粒的流出孔；

所述的中空的倒锥台为圆锥台、三棱锥台或四棱以上至八棱以下的锥台，锥台下端面当量直径Dr等于与其连接的提升管当量直径，锥台高度H＝(0.5～5)Dr，锥面与竖直方向夹角α＝10°～80°；

所述的锥棱沿中空的倒锥台内表面由上至下设置成1～5排，设置成2排或2排以上时，相邻两排锥棱中上一排锥棱的下表面及下一排锥棱的上表面与中空的倒锥台内表面相交线的垂直距离h1＝(0～1.2)Dr；

所述的锥棱沿中空的倒锥台内表面周向同一高度封闭设置或分段设置，分段设置时同一排的分段数为2～10，各段间距L＝(0.002～0.5)Dr；

所述的锥棱截面为三角形，为实心或中空结构，锥棱上表面与中空的倒锥台内表面夹角β＝5°～(90°-α)，锥棱下表面与中空的倒锥台内表面夹角γ＝5°～α，锥棱高h0＝(0.1～1)h·sinα，h表示锥棱上表面与中空的倒锥台内表面相交线距中空的倒锥台下端面的垂直距离；

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；在分布板水平投影直径De＜(0.5～0.8)Dd区域内基于提升管截面的开孔率K1＝5％～45％，在分布板水平投影直径De＝(0.5～0.8)Dd～Dd区域内基于提升管截面的开孔率K2＝10％～55％，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；

所述的分布板开孔为垂直圆孔、斜向内圆孔或斜向外圆孔，圆孔的中心线与竖直方向夹角α1＝-1.1α～+1.1α，“-”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，α为中空的倒锥台锥面与竖直方向的夹角；

所述的分布板上各孔采取正三角形排列、正四边形排列、正多边形排列或沿同心圆排列布置，正多边形的边数为5～8，开孔直径d0＝5mm～30mm，孔中心间距S＝(2～5)d0。