CN102892491A - 气体-固体接触器的重启装置 - Google Patents

Abstract

本发明叙述了一种改进的气体-固体接触器，所述接触器设置成用于在其充满固体颗粒时启动或重启流向其的气流，同时防止所述固体颗粒进入和阻塞一个或多个直径大于所述固体颗粒直径的进气口。所述的改进的气体-固体接触器包括气室以及在所述气室之内的且位于所述接触器入口和所述进气口之间的一个或多个腔室。所述腔室的壁具有多个贯穿的通路，其直径小于大多数的颗粒床颗粒。馈送入所述气室的气体在进入所述接触器前必须通过在所述腔室壁中的通路。在一个实施例中，所述通路的总开口面积至少与所述进气口和所述接触器的入口的截面面积相同。

Description

气体-固体接触器的重启装置

技术领域

本发明大体涉及气体和固体接触，更具体地说，涉及一种用于重启气体-固体接触器的装置，其中所述接触器的进气口被固体填满。

背景技术

在原料处理过程中，为了不同目的而使气体和固体接触的方法包括但不限于：在许多行业中很常用的干燥、加热、冷却、粒化或进行化学反应，而使用额外的固体颗粒来增加固体物料表面面积通常是有利的。上述的接触器可以是填充床、流化床、喷动床，其差别主要在于进气口和气体分布的设计。进气口可以小于或大于所述的额外的固体颗粒。当进气口大于固体颗粒的粒度时，进气口可能会被固体物料颗粒堵塞，这是因为在供气被中断时，所述颗粒会逆向流经所述进气口。当供气恢复时，部分或全部进气口可能仍被固体堵塞。这可能需要将固体从接触器排空，使气体重新开始流入空的接触器，然后加回固体。若干接触器，通常称为喷动床接触器，可能只有一个大的进气口；所述接触器非常有利于某些应用，但其在气流中断时特别容易堵塞。所述的接触器变得较适合用于高温和高压工作，诸如煤或生物质气化以及四氯化硅和氢气与固态硅的化学反应。

现有技术主要依靠防止气流中断或修改进气口的大小或结构。最常用的手段是通过将进气口做得极小、使用进气口上的自闭阀（诸如在Beranek的US 3,921,663中所示的盖件，或Zhuber-Okrog的US 4,334,898中的球件）来防止颗粒进入所述进气口。另一种方法为通过设置如Marcellini的US3,818,606中的虹吸管来限制固体于倒流入进气口时所通过的距离。又一种方法为如Delebarre的US 4,880,311中允许进气口堵塞，然后再提供独立的去除堵塞的气流。其它技术为设置备用设备以确保供气不会中断（即使是短时间的中断）。对于只有一个或少数进气口的接触器，可以在进气口上放置固体阀，如果气流消失，就迅速关闭所述固体阀。

所有的现有技术皆涉及相当高的成本并具有公知的问题。设置如Beranek和Zhuber-Okrog所示的盖件会大大增加成本，而这样的器件本质上易于在固体物质环境中堵塞，因为颗粒会堵塞或妨碍活动部件。如Marcellini所提供的虹吸管不能阻止固体倒流，因为当流入所述接触器的气体供应中断时，业已在所述接触器内的固体和气体会以流化态流出所述接触器以及流过所述虹吸管。因此，如Marcellini所述的每一虹吸管皆需要断流阀。由Delebarre提供的方法为每一孔口设置用于去除堵塞的独立的管道以及用于操作它们的阀，因此需要额外的设备，而且仍然依赖于不适用于流化态固体的弯管或虹吸管来中止固体流。显然，Delebarre像Marcellini一样也仍需要断流阀。

对于具有大的单进气口的接触器（这是喷动床的典型特征）而言，气流需要是竖向的，以便产生喷流。因此，盖罩器件不适用，因为它们会将气流导引到边侧，正如Beranek所示。因此，所述的接触器的主要成本在于拥有备用设备和靠近进气口的控制固体阀，而且所述固体阀还不能截断固体流或者可能会在不需要时被无意地启动。所述固体阀的开启和关闭的时机选择尤其困难。此外，由于所述阀部分开启，所述阀内可能会出现颗粒喷射，这会迅速冲蚀所述阀的气门密封件。过快地或无意地关闭所述阀会将有潜在的破坏性的压力波（也称为“水锤”）发送回气源系统。太迟将其关闭或太早将其打开则可能会堵塞进气口，导致接触器要关闭和进行清理。

发明内容

本发明的目的为在不需去除部分或所有颗粒床和清理入口管道系统的情况下可启动或重启气体-固体接触器。

本发明的另一目的为排除对位于入口或多个入口上的固体阀的需要。

本发明的另一目的为可紧急中断通往接触器的气流而不会产生问题。

通过下面的说明以及相关的附图，本发明的其它目的和优点将显而易见，其中通过图解和举例来揭示本发明的实施例。

根据本发明的较佳实施例，公开一种用于启动或重启气体-固体接触器的装置，其中所述接触器基本充满大量固体颗粒，所述接触器包括一个或多个直径大于所述固体颗粒的进气口，所述装置包括：

设于所述气体-固体接触器的进气口之下的腔室；

围绕所述腔室的气室；

将所述气室连接到气源的一个或多个导管；

大量颗粒（也称为珠），在通往所述接触器的气源中断时，所述颗粒大体填满所述腔室；

大量在所述腔室的壁中的通路，所述通路提供从所述气室到所述腔室的内部的气体流路，所述通路的直径小于所述的大部分床颗粒的直径。

在气流中断后，在颗粒床中的所述颗粒落入所述腔室内，但被阻止而不会进入所述气室或所述气体导管内，因为在所述腔室和所述气室之间的通路比所述颗粒小。当气流重启时，气体进入所述气室并通过所述通路流入所述腔室之内，在最接近所述通路之处的所述颗粒（珠）开始局部流化，所述珠被逐步地向上推而全部进入所述接触器内，继而恢复喷流。

附图说明

附图构成本说明书的一部分且包括本发明的示例性实施例，本发明可以以不同的形式来实施。应该明白，在某些情况下，本发明的各个方面可放大或扩大显示而有助于理解本发明。

图1所示为现有技术的单入口式气体-固体接触器的运作的示意图。

图2所示为未结合本发明的单入口式气体-固体接触器的重启问题的示意图。

图3所示为结合本发明的特征的接触器是如何重启的示意图。

图4所示为使用加强件来支承织物过滤器的示意剖面图。

图5所示为结合本发明的特征的在单入口上使用倒锥形件的实施例的用法的示意图。

图6所示为在具有多个入口的接触器中使用倒锥形件的示意图。

图7所示为结合部分可以开启以便移除颗粒的腔室的实施例的示意图。

图8所示为具有多个入口的格子板的俯视示意图。

具体实施方式

应该明白，本发明可以以各种形式来实施。因此，本文所揭示的具体细节不应被认为是限制性的，而是应作为权利要求的根据以及作为代表性的基础，以启示本领域的技术人员来将本发明用于几乎任何适当具体化的系统、结构或方法。

图1所示为现有技术的具有单一入口102的气体-固体接触器101的示意图，所述入口的直径103大于填充所述接触器101的固体颗粒105的直径104，流化的所述颗粒会将所述接触器充填至床高（bed height）106。流动气体107通过所述入口102进入颗粒床以及在所述颗粒床中形成气体和颗粒喷流108，这可阻止所述颗粒105回落入所述入口102中。当喷流高度109超过所述床高106时，所述接触器可称为喷动床接触器，因为所述喷流可喷出所述床的顶部。图1中的喷流高度109未达到所述床顶，所以所述床不会喷动，而是会形成气泡110，这种工作方式称为鼓泡或流化床接触器。还可能的是，所述气体流经所述颗粒至所述喷流上方而不会鼓泡，这种床称为填充床。上述的所有设计皆有同样的问题，即所述颗粒105会在气流损耗时落回入所述入口102中。还可能的是，设置一个以上的入口，其中某些入口的直径小于所述颗粒的直径104，而其它入口的直径大于所述颗粒的直径104。

图2所示为现有技术的具有单一入口202的气体-固体接触器201，所述入口的直径203大于固体颗粒205的直径204，所述颗粒会将所述接触器201充填至床高206。其中气流207太小而不能防止所述颗粒落入所述入口202中。因此，从所述入口202一直到下面的阀208都被充填，所述阀是封闭的以阻止所述颗粒更进一步地向后流动。所述的在颗粒床中的颗粒的重量会下压所述的在所述入口209中的颗粒并使它们推压壁210。当所述阀208打开以及气流增大到一定程度而足以形成喷流时，所述的在所述气流前面的颗粒会相互挤压以及向所述壁210施压。这种行为类似于摩擦且常常会导致栓塞而阻碍流动，即使施加更大的压力也不能移动所述栓塞。由此可以看出，为了清除所述的在所述入口中的颗粒的栓塞，必须对抗所述床的重量所施加的力以将所述栓塞中的所述珠推入所述接触器。

图3所示为结合本发明的特征的接触器的运作的示意图。接触器301的单一入口302的直径303大于固体颗粒305的直径304，其中所述固体颗粒在所述接触器301内形成颗粒床306。具有透气壁313的腔室300设于所述单一入口302内并沿着所述入口的长度延伸。气室310充填所述入口302的在所述腔室的透气壁313之外的区域。当没有气流或气流307不足时，所述颗粒305会形成栓塞314，其填满所述腔室300。在所述腔室300的透气壁313中的通道308（也可互换地称为通路308）的直径309比所述颗粒的平均直径304小。在第一实施例中，所述通道的直径沿着所述腔室壁的长度是相对均匀的。然而，在所述壁中的所述通路可具有不同数值的开口面积，而在第二实施例中，所述腔室的顶部的开口面积大于所述腔室的底部的开口面积，但是它们都小于所述颗粒的直径或小于所述大多数颗粒的直径。所述颗粒305的所述床的重量压向所述的在所述腔室300内的颗粒而使所述颗粒305推压所述透气壁313。不过，所述气室310仍大体保持为不含有所述颗粒。一些直径317小于所述通道30的直径309的小颗粒316可进入所述气室。然而，如本文所述，这些较小的颗粒316的尺寸或数量不足以干扰本实施例重启。为了重启图3所示的所述实施例，可启动气流307以使气体从气源318（未示出）流过导管318。如箭头320所示，所述气体318然后通过在所述气室310的顶部311（该处的压力较低）附近的所述部分通路308，并开始沿所述壁313的内表面形成气泡312，从而移动所述颗粒305以及抵触所述的在所述壁313处的颗粒305之间的某种相互作用力，以降低所述的在所述腔室300中的所述栓塞之内的珠颗粒之间的摩擦力。所述气流箭头320表示在初始启动期间出现的气体流动路径。所述气流307的流量然后增大，形成更多的气泡，这些额外的气泡在所述腔室300的较低处形成，最终使所述整个栓塞升高而进入所述接触器300内以及使喷流重现。在所述腔室300的底部315可以包括贯穿的通路或者可以是诸如图8所示的穿孔板，还可以作为阀（图3中未示出）来排出所述固体颗粒。所述穿孔板800和固体颗粒排出阀也可以结合成一个装置，例如，可通过使用滑阀，其中滑板是穿孔的，而气流则通过穿孔注入。

图4所示为实施例的放大的示意图，其中入口402的一面壁401与通路403利用复合方法来形成。细小的通路404由丝网405提供，所述丝网可具有较低的强度和具有小孔406。所述丝网405由穿孔板409支承，所述穿孔板具有较大的孔407和较高的强度。此实施例可提供足够的强度来抵挡在气流408中断期间由颗粒床的重量向所述入口的壁上所施加的力以及在正常操作期间由气流导致的贯穿所述通路的压降所施加的力。在另一备选方案中，腔室的壁由烧结金属板做成，所述金属板具有大小适中的贯穿式通路。在又一备选方案中，腔室的壁由带有或不带有加强材料的三角楔形线构成，上述的器件的其中一个制造商名为Johnson Screens。图5所示为结合本发明的特征的又一实施例。接触器501包括入口502，所述入口502具有位于所述接触器501的底部和气室503上的匹配的凸缘504，所述凸缘通过诸如螺母和螺栓的紧固件505而相互连接。透气通路506（由于它的形状，通常被称为女巫帽）包括由穿孔板507构成的倒锥形件，其与实心环508焊接。所述环固定在所述凸缘504之间的适当位置。所述气室设有气源509，如图所示，所述气源由通过紧固件505（如螺母和螺栓）而固定的第二副凸缘504连接。此实施例易于维护，因为所述气室503可以打开并且所述的“女巫帽”形的通路506可以取出和清洗或更换。该锥形的设计也适于从底部吹起颗粒。

图6所示为结合本发明的特征的具有多个入口的实施例。接触器601具有多个入口602，每一所述入口包括与格子板603的底部连接的透气腔室604。所述透气腔室604包括由穿孔板材料607构成的倒锥形件，其与实心的上环608焊接。所述上环通过紧固件605与所述格子板603的底面连接。气室610通过气源609来供气。在重启后，若干颗粒611可能会留在所述腔室604中，但是这对所述接触器的性能没有或只有很小的影响。

图7所示为另一实施例。接触器701具有气室710和单一入口702，所述入口具有腔室703，其下部可以打开以用作颗粒排出器。所述腔室703包括由穿孔板704构成的圆柱形管，所述圆柱形管包括在其下端的铰链708和底板705，所述底板可以是实心或穿孔的且与该底部的铰链708连接。该铰接的板705由活塞706打开和关闭，所述活塞延伸通过位于所述气室710的壁711的底部的气密密封件707。所述气室710通过气源709来供气。

图8所示为具有多个入口802的格子板800的俯视图，所述入口可放置在接触器801的外壳之内。

结合本发明特征的接触器的特定实施例包括高约20英尺和直径约8英寸的接触器，所述接触器具有D型截面与透明的前板，以使内部的流动模式可通过在所述接触器前端的所述平板来观察。所述接触器具有半球形底部与在中心设置的直径为1.25英寸的底部入口。所述接触器包括由玻璃珠构成的颗粒床，其中所述玻璃珠的粒度介于700-850微米之间，所述颗粒床的床高约为10英尺。

所述入口包括气室以及位于所述气室和腔室的穿孔金属壁之间的大体气密的密封件，如本文所述的所述腔室位于所述气室内。所述穿孔金属壁具有多个直径为0.0166”的开口，所述开口的面积占所述壁的30％的面积。

除了所述接触器具有D型截面和所述腔室具有四英寸长的实心部分之外，所述的在中心的底部入口的设计如图3所示，其中所述的实心部分位于所述接触器的所述入口和所述壁的穿孔部分的起始部分之间。所述气室为矩形盒，其截面为1.25”×2.5”，而气体从所述气室的侧面馈入。所述腔室为半圆柱形（D型），其直径为1.25英寸。所述腔室的所述金属壁的穿孔长度为8英寸以及开口面积占30％，结果产生了4.77平方英寸的开口面积，与之相比，用于馈气的导管318的截面开口为0.39平方英寸。

所述腔室充满的颗粒足以产生10英尺的流化床高度，而流入所述入口的气体可慢慢地打开，以便观察所述流化床的状态。在所述穿孔金属壁的内顶端处会迅速地形成气泡。如表1所示，慢慢增大气流，可观察到气泡高度会增大。根据观察，随着气流的增大，气体压力不会显著地变化，而所述穿孔金属的没有颗粒珠的开口区域的高度（间隙高度）会缓慢地提高。

表1

流量测试

随着流速的提升，气泡会增大直到它进入所述接触器并开始形成喷流。然后，流速进一步提高至正常的工作状况，而所述接触器的内含物会完全地流化。根据观察，在所述气室顶部的所述穿孔金属腔室的空白区只长约1.25英寸，而一些颗粒珠会留在所述腔室的未穿孔的上部分。然而，这并未影响到颗粒床的性能或压降。因此，穿孔金属的长度比实际需要大得多。实用面积为0.735平方英寸，与之相比，截面面积为0.713平方英寸。

当在稳态工作时，所述腔室的截面面积最好小于正常工作时的气体的实际体积流量除以大多数颗粒的末速度。

以上的例子说明了本发明的至少三个有利的特点。首先，可以将本发明施用于厚的网格或施用于一种在透气部分和通往接触器的实际入口之间所需要的防透气材料部分的入口，只要非穿孔长度并非远大于约4倍的入口直径。其次，腔室的所述渗透性部分的尺寸过大方面不会产生负面影响，从而允许所述接触器中的气流变化以及易于调整尺寸。第三，可根据将入口孔的开口面积乘以约1.5的安全系数而不是复杂地计算通过孔数组的压降来调整尺寸。对于本领域的技术人员显而易见的是，基于特定固体颗粒的摩擦内角和入口的直径以及对具有极小孔的透气材料应用简化的开口面积公式，非穿孔部分的长度存在固有限制，但为了最实际的目的，就可采用如上所述的简化的方法。

虽然结合较佳实施例已对本发明作出说明，但该说明的意图不是将本发明的范围限制于所提出的特定形式。相反，该说明的目的是覆盖应落入由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的这些改型、变型、和等同物。

Claims (9)

1.一种改进的气体-固体接触器，所述气体-固体接触器包括大体充满大量具有限定的直径或直径范围的固体颗粒的内部空间，所述固体颗粒在所述内部空间内被气流流化，所述气流通过一个或多个入口而馈送到所述气体-固体接触器，所述一个或多个入口的直径大于所述固体颗粒的所述的限定的直径或直径范围，所述改进包括：

置于所述一个或多个入口和所述气体-固体接触器的所述内部空间之间的气室；置于所述气室之内以及置于所述气室和所述内部空间之间的一个或多个腔室，所述一个或多个腔室包括具有大量贯穿的通路的壁以及用于在所述气室的气源中断时接纳来自所述内部空间的固体颗粒的内部容积，所述腔室壁中的每一所述大量通路的直径小于所述的大多数固体颗粒的直径，所述大量通路的截面面积的总和至少等于所述一个或多个入口的截面面积的总和，其中从气体入口进入所述气室的所有气体必须通过包括在所述腔室壁中的所述大量通路的通道以进入所述接触器的内部。

2.根据权利要求1所述的接触器，其特征在于：所述通道提供开口区域，所述开口区域用于传送来自所述气室的气体以通过所述腔室的所述壁，所述开口区域的面积至少与进入所述接触器的流路的截面面积相同。

3.根据权利要求1所述的接触器，其特征在于：所述腔室的截面面积小于正常工作时的气体的实际体积流量除以所述大多数颗粒的末速度。

4.根据权利要求1所述的接触器，其特征在于：所述壁中的所述通道在所述腔室的顶部和所述腔室的底部具有不同数值的开口面积。

5.根据权利要求1所述的接触器，其特征在于：所述腔室的所述壁包括纤维网。

6.根据权利要求1所述的接触器，其特征在于：所述通道为穿孔板中的孔。

7.根据权利要求1所述的接触器，其特征在于：所述腔室的所述壁包括用于提供贯穿式通路的烧结金属板。

8.根据权利要求1所述的接触器，其特征在于：所述腔室的部分面或全部面被强化以抵抗由所述固体颗粒所施加的力和/或在所述气室和所述腔室之间的气体压力差所施加的力。

9.根据权利要求1所述的接触器，其特征在于：所述腔室的一部分可以开启以提供用于移除所述的来自所述接触器和所述腔室的颗粒的通道。

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