CN103240039B - 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止逆元件会在气流中频繁跳动、止逆元件不能迅速落回密封位置实现密封等问题。本发明设有泡帽(1)、进气管(2)、浮阀(3)、带有阀座孔(61)的阀座(6)。泡帽的筒体与进气管之间形成环形通道(7)，阀座固定于进气管的内壁上。进气管上设有气体出口(21)，气体出口位于阀座的上方。浮阀设有阀顶板(31)、阀腿(32)以及浮阀行程控制件，阀腿插入阀座孔内。浮阀行程控制件用于控制浮阀的最大行程，使浮阀处于最高浮起位置时阀顶板位于气体出口高度的上部。本发明可用于浆态床反应器，分配气体进料。

Description

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石油化工领域的费托合成反应过程中大量使用。浆态床反应器操作时，气体进料自反应器的底部进入反应器内，经气体分布器分布后鼓入含有固体催化剂颗粒的浆液中参与反应。气相反应产物和未反应的气体进料在反应器的上部分离，液体反应产物分离出催化剂后进一步精加工，反应热量通过换热设施移除。其中，气体分布器是保证气体进料在浆态床中均匀分布和提高浆液气含率的重要部件，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。

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(作为止逆元件)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)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。(2)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，存在滞后。(3)止逆球的直径和材料一定时，如果要调节其重量，需要将止逆球制成空心球。空心止逆球的重心往往难以与止逆球外部球面的几何球心重合，从而也可以引起止逆球在气流中的频繁跳动。

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止逆元件会在气流中频繁跳动、止逆元件不能迅速落回密封位置实现密封等问题。

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、带有流体出口的上升管、止逆元件、带有阀座孔的阀座，泡帽的筒体与上升管之间形成环形通道，流体出口位于阀座的上方，其特征在于：上升管为进气管，阀座固定于进气管的内壁上，环形通道为形成于泡帽的筒体与进气管之间的环形通道，流体出口为气体出口，止逆元件为浮阀，浮阀设有阀顶板、阀腿以及浮阀行程控制件，阀腿插入阀座孔内。

采用本发明，具有如下的有益效果：(1)浮阀设有浮阀行程控制件，可以使浮阀处于最高浮起位置时阀顶板位于气体出口高度的上部。进入到阀顶板上方、进气管内腔顶部的气体向下回旋流动时，可以经气体出口位于阀顶板上方的出口流出一部分(至环形通道)，减少了对阀顶板上表面的冲击，由此减轻了浮阀在气流中的跳动以及所引起的气体进料流量的波动，并减轻了浮阀与进气管内腔和阀座之间的碰撞损伤。(2)浮阀处于浮起位置时，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气体出口位于阀顶板上方的出口逆流进入阀顶板上方的进气管内腔，抵消了从气体出口位于阀顶板下方的出口逆流进入阀顶板下方的进气管内腔的浆液(后一部分浆液)所形成的瞬间过大压力；后一部分浆液对阀腿也会产生向下的冲击分力。因此，浮阀可以迅速落回密封位置，使阀顶板下表面与阀座上表面接触实现密封。(3)浮阀的尺寸和材料一定时，可以通过改变阀顶板和阀腿的厚度调节浮阀重量。浮阀为几何对称结构，从而也可以减轻浮阀在气流中的跳动。浮阀可以冲压制造，比较简单。

本发明的气体分布器，气体扩散面积广、结构简单合理、浮阀升降平稳、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是本发明用于浆态床反应器的气体分布器的结构示意图。

图2是图1中的A-A剖视图。

图3是浮阀处于密封位置的示意图。

图1至图3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1、带有流体出口的上升管、止逆元件、带有阀座孔61的阀座6。泡帽1的筒体与上升管之间形成环形通道，流体出口位于阀座6的上方。上升管为进气管2，阀座6固定于进气管2的内壁上，环形通道为形成于泡帽1的筒体与进气管2之间的环形通道7，流体出口为气体出口21。止逆元件为浮阀3；浮阀3设有阀顶板31、阀腿32以及浮阀行程控制件，阀腿32插入阀座孔61内。阀腿32的顶端连接于阀顶板31的下表面上。

泡帽1筒体的底部一般均匀开设6～20个条缝11；条缝11的宽度一般均为1～5毫米，优选1～2毫米。进气管2的底端为气体进料入口，顶端设有连接板5。连接板5与进气管2的顶端固定连接，例如焊接在一起。泡帽1的顶板与连接板5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所示，泡帽1的顶板与连接板5之间采用螺杆螺母4固定在一起。

浮阀行程控制件用于控制浮阀3的最大行程，使浮阀3处于最高浮起位置时阀顶板31位于气体出口21高度的上部(如图1所示)；通常使阀顶板31的上表面至气体出口21顶端的垂直距离a为5～10毫米。气体出口21一般为正方形、圆形、竖置长圆形、竖置长方形或竖置椭圆形(所述形状是指单个气体出口21在与其自身正对着的垂直平面上投影的形状)，图1、图3所示的气体出口21为竖置长圆形。气体出口21的高度h一般为15～50毫米(参见图3)。气体出口21通常设置2～5个(最好是设置3个，参见图2)，均匀分布。

浮阀行程控制件最好为阀腿32底部向外弯曲的弯曲部33，如图1、图2和图3所示。浮阀3处于最高浮起位置时，弯曲部33的上表面与阀座6的下表面接触，限制了浮阀3继续上行。

泡帽1的筒体一般为圆筒形，进气管2一般为横截面呈圆形的管，泡帽1的顶板、连接板5、阀顶板31和阀座孔61一般为圆形，阀座6为圆环形。各部件以及阀座孔61同轴设置。

本发明不设置US4874583所述的阀芯，阀座6的外圆周直接固定于进气管2的内壁上(例如焊接固定)，结构以及安装比较简单。

气体出口21的最大宽度应小于阀顶板31的直径。阀顶板31的直径一般比阀座孔61的直径大4～10毫米；这样，当浮阀3处于密封位置时，阀顶板31的下表面与阀座6的上表面接触，可以形成2～5毫米的密封宽度(在图3中用c表示)。阀顶板31的面积一般为进气管2内腔横截面积的60％～90％。

US4874583所述的止逆球为球面，通过阀座上的阀座孔向上流动的气体流速较高时才能使止逆球浮起，因此阀座孔的直径较小，降低了气体的流通面积。本发明的阀顶板31为平面，通过阀座6上的阀座孔61向上流动的气体流速较低时就能使浮阀3浮起，因此阀座孔61的直径可以较大，使气体的流通面积较大。

浮阀3一般是均匀设置3～6条阀腿32，图2所示设置的是3条阀腿32。阀顶板31和阀腿32的厚度均为1～5毫米，阀腿32的宽度b一般为2～6毫米(参见图2)。

本发明气体分布器各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8上。图1所示，是将进气管2的下部插入到分布板8上的安装孔内，并由安装孔位于分布板8下表面上的孔口伸出一小段；进气管2的下部焊接于分布板8上。设有本发明气体分布器的分布板8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。

如图1所示，气体出口21一般是设于进气管2位于分布板8上表面上方的管段的中上部。

下面结合附图说明本发明气体分布器的工作原理。正常工作时，气体进料从进气管2底端的气体进料入口进入进气管2的内腔并向上流动，流经阀座孔61进入位于阀座6上方的进气管2的内腔。在气流作用下，浮阀3浮起。进入阀座6上方进气管2内腔中的大部分气体进料从气体出口21位于阀顶板31下方的出口进入环形通道7。少部分气体进料通过阀顶板31与进气管2内壁之间的环形间隙进入到阀顶板31上方、进气管2内腔顶部；该部分气体向下回旋流动时，有一部分经气体出口21位于阀顶板31上方的出口流入环形通道7；这样，就减少了向下回旋流动的气体对阀顶板31上表面的冲击，由此减轻了浮阀3在气流中的跳动以及所引起的气体进料流量的波动，并减轻了阀顶板31与进气管2的内腔之间、阀腿32和阀腿32底部弯曲部33与阀座6之间的碰撞损伤。

进入到环形通道7内的气体进料从环形通道7的底部流出，经泡帽1筒体底部的条缝11破碎、形成小气泡或微气泡后向上折流进入浆态床。上述的流动，可以防止浆态床中的固体催化剂颗粒在分布板8的上表面沉积、形成高温死区，保证浆态床反应器安全运行。图1中，以未注附图标记的箭头示出了气体进料的流动方向。

浮阀3处于浮起位置时，若从进气管2底端的气体进料入口进入进气管2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7的底部逆流进入环形通道7内。进入环形通道7内的一部分浆液将从气体出口21位于阀顶板31上方的出口逆流进入阀顶板31上方的进气管2的内腔，抵消了从气体出口21位于阀顶板31下方的出口逆流进入阀顶板31下方的进气管2内腔的浆液(后一部分浆液)所形成的瞬间过大压力；后一部分浆液对阀腿32也会产生向下的冲击分力。因此，浮阀3可以迅速落回密封位置(如图3所示)，使阀顶板31下表面与阀座6上表面接触实现密封，防止或缓解浆液经阀座孔61继续向下逆流。

从进气管2底端的气体进料入口进入进气管2内腔的气体进料流量较大时，浮阀3的浮起位置较高，反之浮阀3浮起的位置较低。阀腿32底部弯曲部33限制了浮阀3的最高浮起位置，使阀顶板31不会进入气体出口21上方的进气管2的内腔中。

阀顶板31下表面与阀座6上表面之间的密封为圆环面密封，参见图2以及图3。浮阀3处于密封位置时，阀顶板31的上表面一般位于气体出口21底端的下方。

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 (3)

1.一种用于浆态床反应器的气体分布器，设有泡帽(1)、带有流体出口的上升管、止逆元件、带有阀座孔(61)的阀座(6)，泡帽(1)的筒体与上升管之间形成环形通道，流体出口位于阀座(6)的上方，其特征在于：上升管为进气管(2)，阀座(6)固定于进气管(2)的内壁上，环形通道为形成于泡帽(1)的筒体与进气管(2)之间的环形通道(7)，流体出口为气体出口(21)，止逆元件为浮阀(3)，浮阀(3)设有阀顶板(31)、阀腿(32)以及浮阀行程控制件，阀腿(32)插入阀座孔(61)内，所述的浮阀行程控制件为阀腿(32)底部向外弯曲的弯曲部(33)，浮阀(3)处于最高浮起位置时，阀顶板(31)位于气体出口(21)高度的上部。

2.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于：阀顶板(31)和阀座孔(61)为圆形，阀顶板(31)的直径比阀座孔(61)的直径大4～10毫米，阀顶板(31)的面积为进气管(2)内腔横截面积的60％～90％。

3.根据权利要求2所述的气体分布器，其特征在于：浮阀(3)均匀设置3～6条阀腿(32)，阀顶板(31)和阀腿(32)的厚度均为1～5毫米，阀腿(32)的宽度b为2～6毫米。