CN104174339B - 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进气气流不稳、床层不稳定、止逆球会在气流中频繁跳动等问题。该气体分布器包括泡帽、进气管和止逆球。泡帽的筒体底部开设有条缝，进气管由进气管上段和进气管下段组成，进气管上段的中部设置有开孔，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，泡帽的筒体与进气管上段之间形成环形通道，进气管的顶端设有连接板，与进气管的顶端固定连接，连接板下方设置有稳流板，进气管外侧设置有整形板。

Description

一种用于浆态床反应器的气体分布器

技术领域

本发明属于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，该装置包括壳体、一组气液旋分器、隔板、盘管、合成气分布板，壳体中装有浆态床层，反应器内设置一组循环杯和一组气液旋分器，合成气分布板上均匀布置泡罩分布器，气液旋分器的旋分器料腿伸入扩张口内，浆态床层位于合成气分布板上方。气液旋分器数目不多于循环杯，每个气液旋分器都与其对应的循环杯同轴布置。循环杯内外的流体形成循环流动，能够提高反应器空速和空间利用率；旋分器料腿伸入扩张口内，能够促进循环杯内外的流体循环。该技术中的泡帽分布器均匀地布置在合成气分布板上，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介绍了一种泡帽分布器，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；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)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)和脉动流；止逆球将在气流中频繁跳动，引起气体进料流量的波动，并造成止逆球和阀芯的碰撞损伤。(2)气体从阀芯进去泡罩环形通道以后，由于止逆球的跳动和转动，导致气流在泡罩环隙内极易产生旋转，旋转的气流从泡罩齿缝进入床层时，导致整个反应器内液体极不平稳。

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进气气流不稳、床层不稳定、止逆球会在气流中频繁跳动等问题。

本发明提供一种用于浆态床反应器的气体分布器，包括泡帽、进气管和止逆球。其特征在于：泡帽的筒体底部开设有条缝，进气管由进气管上段和进气管下段组成，进气管上段的中部设置有开孔，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，泡帽的筒体与进气管上段之间形成环形通道，进气管的顶端(亦即进气管上段的顶端)设有连接板，连接板为圆形，与进气管的顶端固定连接(例如焊接在一起)，连接板下方设置有稳流板，进气管外侧设置有整形板。

本发明进一步技术特征在于：所述进气管外侧焊接有整形板。

本发明进一步技术特征在于：所述整形板为矩形板，一般为4～8片，优选4片或6片，整形板的厚度一般为3～5毫米，高度h2一般为进气管内径b的1～1.5倍，一般优选1～1.2倍，整形板的安装位置在进气管两个开孔之间的跨中位置。

本发明进一步技术特征在于：所述泡帽的顶板与连接板之间，可以采用焊接、卡接或螺杆螺母连接等方式固定在一起。

本发明进一步技术特征在于：所述进气管下段喉道通常为圆柱形，或者是该进气管下段喉道的长度为零，进气管下段喉道成为一个圆形孔。

本发明进一步技术特征在于：所述泡帽的筒体一般为圆筒形。

本发明进一步技术特征在于：所述泡帽、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。

本发明进一步技术特征在于：所述条缝的个数一般为6～20个，条缝的宽度一般均为1～5毫米，优选1～2毫米，均匀分布。

本发明进一步技术特征在于：所述进气管下段上内腔的圆锥顶角β一般为45～150度，优选60～90度，进气管下段下内腔的圆锥顶角α一般为45～150度，优选90～120度。

本发明进一步技术特征在于：所述进气管上段中部的开孔可以是长方形、正方形、圆形、椭圆形等形状。

本发明进一步技术特征在于：所述进气管上段中部的开孔通常分别设置2～8个，优选是设置4～6个，其最大宽度，应小于止逆球的直径，均匀分布。

本发明进一步技术特征在于：所述稳流板为辐射状的矩形板焊接组成，一般为4～8片，优选4片或6片。

本发明进一步技术特征在于：所述稳流板的厚度一般为3～5毫米，高度h1一般为进气管内径b的2/3～4/5。

本发明进一步技术特征在于：所述止逆球为圆形球，可以是空心球或实心球，止逆球直径(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。

本发明进一步技术特征在于：所述止逆球的材料一般为陶瓷或金属，材料的比重一般为1.5～10克/立方厘米，本发明气体分布器其余部件的材料一般为金属。

本发明的多个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上，其中进气管下段插入分布板上的安装孔内。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(其外边缘在水平面上的投影为圆形)，定位凸台的下表面支承于分布板的上表面上；进气管下段位于定位凸台下方的管段插入分布板上的安装孔内(并由安装孔位于分布板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上。

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。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：(1)由于在进气管上段内腔顶部增加了稳流板，由此气体在进气管上段内腔不会形成回旋流和脉动流，因而气体从进气管开孔流出时，气流保持得较为稳定。因此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、进气管上段内腔和进气管下段上内腔的碰撞损伤。(2)在泡罩环形通道内增加整形板，防止气流从进气管开孔流出后产生旋转，将气流分隔为多股，每股基本沿垂直固定轨道向下流动，整个反应器床层平稳。(3)由于稳流板的作用，气流比较平稳，能耗较小，可以降低气体进料通过本发明气体分布器时的压力降。

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是本发明气体分布器连接板与稳流板的结构示意图。

图3是图2的仰视图。

图4是图2的俯视图。

图1、图2、图3和图4中，相同附图标记表示相同的技术特征。

图中所示附图标记为：

1-进气管，2-止逆球，3-泡帽，4-螺杆螺母，5-开孔，6-连接板，7-定位凸台，8-整形板，9-环形通道，10-分布板，11-上内腔，12-喉道，13-下内腔，61-稳流板。

具体实施方式

参见图1，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6；连接板6为圆形，与进气管1的顶端固定连接(例如焊接在一起)；连接板6上焊接有稳流板61。进气管1外侧焊接有整形板8。泡帽3的顶板与连接板6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3的顶板与连接板6之间采用螺杆螺母4固定在一起，其中螺杆固定在连接板6上。

进气管上段的中部设有进气管上段中部开孔5。进气管下段的内腔，白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)。

泡帽3的筒体一般为圆筒形，如图1所示进气管上段为圆管形，进气管下段的外表面为圆柱面形。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，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。

进气管上段中部开孔5可以是长方形、正方形、圆形、椭圆形等形状的孔。图1所示的进气管上段中部开孔5为竖置的长方形。进气管上段中部开孔5通常分别设置2～8个(最好是设置4～6个)，均匀分布。进气管上段中部开孔5的最大宽度，应小于止逆球2的直径。

进气管顶端连接板6上设置有稳流板61，可以采用焊接方式设置。稳流板61为辐射状的矩形板焊接组成，一般为4～8片，优选4片或6片，图2所示为6片。稳流板61的厚度一般为3～5毫米，高度h1一般为进气管内径b的2/3～4/5。

进气管外侧焊接有整形板8，整形板为矩形板，一般为4～8片，优选4片或6片。整形板8的厚度一般为3～5毫米，高度h2一般为进气管内径b的1～1.5倍，一般优选1.2倍。整形板8的安装位置在进气管两个开孔5之间的跨中位置。

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，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。

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。

进气管可以使用圆管整体加工而成，也可以分段焊接在一起，比较容易制造。

下面结合图1，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稳流板61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，由于进气管顶端的稳流板61将这部分气体分割为相互连通几股，不会产生气体的旋流和脉动，起到很好端部稳流作用。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，被整形板8分割为相互连通几股气流，每股流道相对固定，不会产生绕进气管的旋流，整形板8可以保证气流平稳的进入外部床层；气体进料通过整形板8后，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，浆态床中的浆液会进入环形通道9内，此时止逆球2不受进气气流作用力，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的逆流以及造成的堵塞。

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。气体进料一般为合成气，主要成分为一氧化碳和氢气。

Claims (16)

1.一种用于浆态床反应器的气体分布器，包括泡帽、进气管和止逆球，其特征在于：泡帽的筒体底部开设有条缝，进气管由进气管上段和进气管下段组成，进气管上段的中部设置有开孔，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，泡帽的筒体与进气管上段之间形成环形通道，进气管的顶端设有连接板，连接板为圆形，与进气管的顶端固定连接，连接板下方设置有稳流板，进气管外侧设置有整形板。

2.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于：所述连接板下方焊接有稳流板，进气管外侧焊接有整形板。

3.根据权利要求1或2所述的气体分布器，其特征在于：所述整形板为矩形板，为4～8片，整形板的厚度为3～5毫米，高度h2为进气管上段的内直径b的1～1.5倍，整形板的安装位置在进气管两个开孔之间的跨中位置，稳流板为4～8片辐射状的矩形板焊接而成。

4.根据权利要求3所述的气体分布器，其特征在于：所述整形板为4片或6片，高度h2为进气管上段的内直径b的1～1.2倍，稳流板为4片或6片辐射状的矩形板焊接而成。

5.根据权利要求4所述的气体分布器，其特征在于：所述稳流板的厚度为3～5毫米，高度h1为进气管上段的内直径b的2/3～4/5。

6.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于：所述泡帽的顶板与连接板之间，采用焊接方式、卡接方式或螺杆螺母连接方式固定在一起。

7.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于：所述进气管下段喉道为圆柱形，或者是该进气管下段喉道的长度为零，进气管下段喉道成为一个圆形孔。

8.根据权利要求1或6所述的气体分布器，其特征在于：所述泡帽的筒体为圆筒形。

9.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于：所述泡帽、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同轴设置。

10.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于：所述条缝的个数为6～20个，条缝的宽度均为1～5毫米，均匀分布。

11.根据权利要求1或10所述的气体分布器，其特征在于：所述条缝的宽度为1～2毫米。

12.根据权利要求1或9所述的气体分布器，其特征在于：所述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。

13.根据权利要求12所述的气体分布器，其特征在于：所述进气管下段上内腔的圆锥顶角β为60～90度，进气管下段下内腔的圆锥顶角α为90～120度。

14.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于：所述进气管上段中部的开孔是长方形、正方形、圆形或椭圆形。

15.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于：所述进气管上段中部的开孔设置2～8个，其最大宽度，应小于止逆球的直径，均匀分布。

16.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于：所述止逆球为圆形球，是空心球或实心球，止逆球直径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为止逆球直径的1.1～2倍。