CN103240038A - 一种用于浆态床反应器的气体分布器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于浆态床反应器的气体分布器，以解决现有的泡帽分布器用于浆态床反应器分配气体进料时所存在的在进气量较大的情况下不能很好地破碎气泡并使气体均匀分布、止逆球会在气流中频繁跳动等问题。本发明设有泡帽(3)、进气管(1)、止逆球(2)，泡帽的筒体上倾斜向上设置有布气孔(32)。进气管由进气管上段和进气管下段组成，进气管上段设有进气管上段中下部开孔(5)和进气管上段顶部开孔(6)。进气管下段的内腔，自上而下由倒置截头圆锥形的进气管下段上内腔、进气管下段喉道和截头圆锥形的进气管下段下内腔组成；止逆球处于密封位置时支承于进气管下段上内腔的表面。本发明可用于浆态床反应器，分配气体进料。

Description

一种用于浆态床反应器的气体分布器

技术领域

本发明涉及一种用于气液固三相浆态床反应器的气体分布器。

背景技术

气液固三相浆态床反应器在费托合成反应过程中大量使用。对于反应热很大的反应过程，使用三相浆态床反应器可以有效地移走反应热量，实现反应器的等温操作，保证反应器的正常运行。在三相浆态床反应器中，气体分布器是保证气体进料在浆态床层中均匀分布和提高浆液气含率的重要部件。目前文献中提到的关于浆态床反应器的气体分布器，主要包括孔板分布器、填充式分布器、烧结金属板分布器、喷嘴分布器、管式分布器和泡帽分布器等，它们各有自身的使用条件和使用范围。

中国专利CN201735386U公开了一种用于费托合成的浆态床反应器，使用的是泡帽分布器；泡帽分布器均匀地布置在合成气分布板上。该专利没有对泡帽分布器的具体结构和功能做详细说明。美国专利US4874583公开了一种泡帽分布器，主要由泡帽、上升管、止逆球和阀芯等部件组成。泡帽筒体的底部开设有条缝，上升管上部和阀芯中部设有流体出口，阀芯下部设有阀座，阀座带有阀座孔；多个泡帽分布器均匀地设置于分布板上。这种泡帽分布器是用于沸腾床反应器的气液分布器，进料为气液混合进料。因此，上升管的下部为带有进气槽的气液预混合结构，上升管内设有用于气液混合的孔板混合器。如果将这种泡帽分布器直接引用到浆态床反应器以分配气体进料(去掉气液预混合结构和孔板混合器)，则会产生如下问题：(1)仅依靠泡帽筒体底部的条缝破碎气泡，在进气量较大的情况下，不能很好地破碎气泡并使气体进料均匀分布；来不及破碎的大气泡将进入浆液中。(2)止逆球正常浮起时，球体的大部分处于流体出口上方的阀芯内腔。阀芯内腔的顶端是封闭的，进入到浮起的止逆球上方、阀芯内腔顶部死区的气体会形成回旋流(气体向下回旋流动)，冲击止逆球的上部；止逆球将在气流中频繁跳动，引起气体进料流量的波动，并造成止逆球与阀芯之间的碰撞损伤。(3)止逆球在正常浮起位置时，若气体进料进气中断或进气压力降低，浆液将从流体出口进入止逆球下方的阀芯内腔；止逆球会因下方逆流浆液瞬间压力过大而不能迅速落回密封位置实现密封。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于浆态床反应器的气体分布器，以解决现有的泡帽分布器用于浆态床反应器分配气体进料时所存在的在进气量较大的情况下不能很好地破碎气泡并使气体均匀分布、止逆球会在气流中频繁跳动等问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种用于浆态床反应器的气体分布器，设有泡帽、上升管、止逆球，泡帽筒体的底部开设有条缝，上升管上设有流体出口，泡帽的筒体与上升管之间形成环形通道，其特征在于：泡帽的筒体上倾斜向上设置有布气孔，上升管为进气管，进气管由进气管上段和进气管下段组成，所述的环形通道，为形成于泡帽的筒体与进气管上段之间的环形通道，所述的流体出口，包括进气管上段中下部开孔和进气管上段顶部开孔，进气管下段的内腔，自上而下由倒置截头圆锥形的进气管下段上内腔、进气管下段喉道和截头圆锥形的进气管下段下内腔组成，止逆球处于密封位置时支承于进气管下段上内腔的表面。

采用本发明，具有如下的有益效果：(1)泡帽筒体底部的条缝和泡帽上的布气孔，都可以破碎气泡；在气体进料进气量较大的情况下，也能够很好地破碎大气泡和细化气泡，使更多的微气泡均匀分布、扩散到浆态床的浆液中，从而提高浆液的气含率以及传热传质效率。(2)在止逆球浮起时，进入到止逆球上方、进气管上段内腔顶部的气体，可以经进气管上段顶部开孔流出(至环形通道)，不会形成回旋流冲击止逆球的上部，因而进气管上段顶部开孔可以使气流保持得较为稳定。止逆球不会在气流中频繁跳动，其悬浮状态稳定，不会引起气体进料流量的波动并造成止逆球与进气管上段内腔和进气管下段上内腔之间的碰撞损伤。(3)止逆球处于正常浮起位置时，若气体进料进气中断或进气压力降低，进入环形通道内的一部分浆液将从进气管上段顶部开孔逆流进入止逆球上方的进气管上段内腔，抵消了从进气管上段中下部开孔逆流进入止逆球下方的进气管上段内腔的浆液所形成的瞬间过大压力。因此，止逆球可以迅速落回密封位置，与进气管下段上内腔的表面接触实现密封。(4)布气孔和进气管上段顶部开孔，可以降低气体进料通过本发明气体分布器时的压力降。

本发明的气体分布器，气体扩散面积广、结构简单合理、使用安全可靠；可用于浆态床反应器、分配气体进料。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。

附图说明

图1是本发明的一种用于浆态床反应器的气体分布器的结构示意图。

图2是本发明的另一种用于浆态床反应器的气体分布器的结构示意图。

图1和图2中，相同附图标记表示相同的技术特征。

具体实施方式

参见图1、图2，本发明用于浆态床反应器的气体分布器(简称为气体分布器)，设有泡帽3、进气管1、止逆球2。泡帽3的筒体上倾斜向上设置有布气孔32，泡帽3筒体的底部开设有条缝31。进气管1由进气管上段和进气管下段组成，泡帽3的筒体与进气管上段之间形成环形通道9。进气管1的顶端(亦即进气管上段的顶端)设有连接板8；连接板8一般为圆形，与进气管1的顶端固定连接(例如焊接在一起)。泡帽3的顶板与连接板8之间，可以采用焊接、卡接或螺杆螺母连接等方式固定在一起。图1、图2所示，泡帽3的顶板与连接板8之间采用螺杆螺母4固定在一起，其中螺杆固定在连接板8上。

进气管上段设有进气管上段中下部开孔5和进气管上段顶部开孔6。进气管下段的内腔，自上而下由倒置截头圆锥形的进气管下段上内腔、进气管下段喉道和截头圆锥形的进气管下段下内腔组成；止逆球2处于密封位置时(如图1、图2所示)支承于进气管下段上内腔的表面。进气管下段下内腔采用所述的形状，主要是为了扩大气体进料的进气面积。进气管下段喉道通常为圆柱形(如图1、图2所示)，但该喉道的长度也可以为零、成为一个圆形孔(图略)。本发明的进气管下段和进气管下段喉道，在结构上分别相当于US4874583所述的阀座和阀座孔。

本发明的气体分布器还可以在泡帽3的顶板上垂直设置布气孔32，该布气孔32与环形通道9相连通。

泡帽3的筒体一般为圆筒形，如图1所示。泡帽3的筒体还可以是截头圆锥面形(如图2所示)，以扩大环形通道9底部出口的气体分布面积。泡帽3的筒体为截头圆锥面形时，其圆锥顶角γ一般为30～60度。

进气管上段为圆管形，进气管下段的外侧面为圆柱面形。泡帽3、进气管上段、进气管下段，以及进气管下段上内腔、进气管下段喉道和进气管下段下内腔，一般是同轴设置。

本发明的气体分布器，布气孔32一般为圆形孔(指其横截面形状为圆形)，直径一般为0.5～6毫米(最好为1～3毫米)。泡帽3的筒体上沿高度方向一般是均匀设置4～6圈布气孔32；每圈布气孔一般设置6～20个布气孔32，均匀分布。泡帽3的筒体上所设的布气孔32与水平面之间的夹角δ一般为10～60度。

泡帽3的顶板上设置布气孔32时，一般是同圆心(与泡帽3-进气管1同轴)设置1～2圈；每圈布气孔设置6～20个布气孔32，均匀分布。

上述布气孔32的设置圈数、每圈布气孔中布气孔32的个数以及布气孔32的直径，一般应使进入进气管下段下内腔的气体进料按体积流量计有20％～50％从布气孔32流出(至浆态床)。所述的布气孔32，当泡帽3的顶板上未设置布气孔32时，仅指设置于泡帽3筒体上的布气孔32；当泡帽3的顶板上设置布气孔32时，则包括设置于泡帽3筒体上的布气孔32和设置于泡帽3顶板上的布气孔32。

泡帽3筒体的底部，一般开设6～20个条缝31，均匀分布。条缝31的宽度一般均为1～5毫米，优选1～2毫米。

进气管下段上内腔的圆锥顶角β一般为45～150度，进气管下段下内腔的圆锥顶角α一般为45～150度。

β最好为60～90度，α最好为90～120度。

进气管上段中下部开孔5可以是长方形、正方形、圆形、椭圆形等形状的孔，进气管上段顶部开孔6可以是长方形、正方形、开口向上的半圆形、开口向上的半椭圆形等形状的孔。所述孔的形状，是指单个进气管上段中下部开孔5或进气管上段顶部开孔6在与其自身正对着的垂直平面上投影的形状。图1和图2所示的进气管上段中下部开孔5和进气管上段顶部开孔6均为竖置的长方形，其中进气管上段顶部开孔6开通至进气管上段的顶端。进气管上段中下部开孔5和进气管上段顶部开孔6通常分别设置2～8个(最好是分别设置4～6个)，均匀分布。进气管上段中下部开孔5和进气管上段顶部开孔6的最大宽度，应小于止逆球2的直径。进气管上段顶部开孔6的总面积一般为进气管上段中下部开孔5总面积的20％～50％。

止逆球2为一圆形球，可以是空心球或实心球。止逆球2的材料一般为陶瓷或金属(例如不锈钢)，材料的比重一般为1.5～10克/立方厘米。止逆球2的直径(空心球时为外直径)一般为进气管下段喉道直径a的1.1～1.5倍，进气管上段的内直径b一般为止逆球2直径的1.1～2倍。本发明气体分布器其余部件的材料一般为金属，例如不锈钢。

多个本发明的气体分布器可以采用各种常用的方法、按正三角形或正方形网格排列方式固定于分布板10上，其中进气管下段插入分布板10上的安装孔内。本发明推荐的方法是，在进气管下段外侧面的顶部设置定位凸台7(其外边缘在水平面上的投影为圆形)，定位凸台7的下表面支承于分布板10的上表面上；进气管下段位于定位凸台7下方的管段插入分布板10上的安装孔内(并由安装孔位于分布板10下表面上的孔口伸出一小段)、与安装孔紧配合，以此将本发明的气体分布器固定于分布板10上。设有本发明气体分布器的分布板10安装于靠近浆态床反应器底部的位置，与CN201735386U所述的基本相同；详细说明及附图省略。

图1、图2所示的气体分布器，除泡帽3筒体的形状之外，其余部件的形状、结构和结构参数相同。其中进气管1可以使用圆管整体加工而成，较容易制造。

下面结合图1、图2，说明本发明气体分布器的工作原理。正常工作时，气体进料进入进气管下段下内腔，经进气管下段喉道加速后进入进气管下段上内腔以及进气管上段内腔，在气流作用下止逆球2浮起。止逆球2正常的浮起位置，在进气管上段内腔位于进气管上段顶部开孔6的底端与进气管上段中下部开孔5顶端之间的区域。进入进气管上段内腔中的大部分气体进料经进气管上段中下部开孔5进入环形通道9；少部分气体进料通过止逆球2与进气管上段内壁之间的间隙进入进气管上段内腔的顶部，再经进气管上段顶部开孔6进入环形通道9。进气管上段中下部开孔5是进气管上段内腔中的气体进料进入环形通道9的主要通道。进入到环形通道9内的气体进料，一部分经过泡帽3筒体和顶板上的布气孔32破碎、形成小气泡或微气泡后进入浆态床；另一部分从环形通道9的底部流出，经泡帽3筒体底部的条缝31破碎、形成小气泡或微气泡后向上折流进入浆态床。

止逆球2处于正常浮起位置时，若进入进气管下段下内腔的气体进料进气中断或进气压力降低，浆态床中的浆液会从环形通道9的底部和布气孔32逆流进入环形通道9内。进入环形通道9内的一部分浆液将从进气管上段顶部开孔6逆流进入止逆球2上方的进气管上段内腔，可以抵消从进气管上段中下部开孔5逆流进入止逆球2下方的进气管上段内腔的浆液所形成的瞬间过大压力。止逆球2可以迅速落回密封位置，与进气管下段上内腔的表面接触实现密封，防止或缓解浆液经进气管下段内腔继续向下逆流并造成堵塞。

止逆球2与进气管下段上内腔表面之间的密封为线密封。止逆球2处于密封位置时，其顶部位于进气管上段中下部开孔5底端的下方。

环形通道9内的一部分气体从环形通道9的底部流出、经泡帽3筒体底部的条缝31破碎后向上折流进入浆态床时，可以防止浆态床中的固体催化剂颗粒在分布板10的上表面沉积、形成高温死区，保证浆态床反应器安全运行。

本发明所述的气和气体，均是指气体进料。气体进料为合成气，主要成分为一氧化碳和氢气。

Claims (7)

1.一种用于浆态床反应器的气体分布器，设有泡帽(3)、上升管、止逆球(2)，泡帽(3)筒体的底部开设有条缝(31)，上升管上设有流体出口，泡帽(3)的筒体与上升管之间形成环形通道，其特征在于：泡帽(3)的筒体上倾斜向上设置有布气孔(32)，上升管为进气管(1)，进气管(1)由进气管上段和进气管下段组成，所述的环形通道，为形成于泡帽(3)的筒体与进气管上段之间的环形通道(9)，所述的流体出口，包括进气管上段中下部开孔(5)和进气管上段顶部开孔(6)，进气管下段的内腔，自上而下由倒置截头圆锥形的进气管下段上内腔、进气管下段喉道和截头圆锥形的进气管下段下内腔组成，止逆球(2)处于密封位置时支承于进气管下段上内腔的表面。

2.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于：泡帽(3)的顶板上垂直设置有布气孔(32)，该布气孔(32)与环形通道(9)相连通。

3.根据权利要求1或2所述的气体分布器，其特征在于：泡帽(3)的筒体为圆筒形或截头圆锥面形。

4.根据权利要求3所述的气体分布器，其特征在于：布气孔(32)为圆形孔，直径为0.5～6毫米，泡帽(3)的筒体上沿高度方向设置有4～6圈布气孔(32)，每圈布气孔设置6～20个布气孔(32)，该布气孔(32)与水平面之间的夹角δ为10～60度，泡帽(3)的顶板上设置布气孔(32)时，同圆心设置1～2圈，每圈布气孔设置6～20个布气孔(32)。

5.根据权利要求4所述的气体分布器，其特征在于：进气管下段上内腔的圆锥顶角β为45～150度，进气管下段下内腔的圆锥顶角α为45～150度。

6.根据权利要求3所述的气体分布器，其特征在于：进气管上段中下部开孔(5)和进气管上段顶部开孔(6)均为竖置长方形，分别设置2～8个，进气管上段顶部开孔(6)的总面积为进气管上段中下部开孔(5)总面积的20％～50％。

7.根据权利要求3所述的气体分布器，其特征在于：进气管下段外侧面的顶部设有定位凸台(7)。

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