CN104226208B - 一种用于多相流反应器的气体分布器及多相流反应器 - Google Patents

Abstract

提供一种用于多相流反应器的气体分布器，包括：主管，一端与气源连通，另一端伸入至所述反应器内部；多个与所述主管气流连通的支管，每一所述支管的靠近所述反应器器壁的一端封闭，另一端和所述主管气流连通；每一支管上设有N对以所述支管为轴对称布置的、并与所述支管气流连通的分布管，其中N≥2，所述每对分布管的直径D3和长度L3根据其在支管上的位置的不同而设置为不同，所述N对分布管将所述支管分为N+1段，且所述N+1段中至少有两段的距离不等，以保证均匀的气流流速和喷射量。该气体分布器具有使得气体分布均匀、避免固体颗粒沉积等优势。

Description

一种用于多相流反应器的气体分布器及多相流反应器

技术领域

本发明涉及一种气体分布器，更具体地，涉及一种用于多相流反应器的气体分布器。

背景技术

气体分布器是多相流反应器的重要的内部构件，用于保证反应器内气体的均匀分布，从而使反应器内物料保持良好稳定的流动状态。气体分布器通常决定气体分布的均匀性、气泡形成的大小，进而影响整个反应器床层包含气含率等流体力学状态、传质传热甚至化学反应的进行都有重要影响。通常，气体分布器设计应考虑流体的均匀分布以及床层压降，以及气体分布器在运行时应不易被堵塞和磨蚀。

然而，现有的气体分布器大多由于总体构造及分布管尺寸设置不合理，放大了分布管阻力降效应，使得气孔喷射流速不同，导致气体分布不均，进而引起沟流、死区、甚至不正常流态化造成的物料烧结。此外，由于反应器内部存在多相物料，包括液相物质和固体颗粒（如催化剂），因此，当气体分布器中的气体流量出现波动或供气中断时，反应器床层中的液体或固体颗粒物质可能会倒灌至气体分布器中，影响气体分布器的运行；而且，若长时间供气中断，物料中的固体颗粒会大量沉积在反应器底部，堵塞气体分布器孔道，造成例如催化剂烧结、反应器无法再次启动等不稳定操作。

为改进多相流反应器的气体分布器，现有技术作了多种探索。

中国专利申请03151229.1公开了一种用于三相浆态床反应器的气体分布器，该分布器由一个与反应器内径相同的假板、多根气体上升管、一个气体分布管组和多个开口垂直朝下的喷嘴组成，其中入口气体总管不与上升管直接相连。该气体分布器在结构上由于假板的设置使得分布器的结构变得较为复杂，并不紧凑，且反应器底部的空间利用率不高，气体分布效率不高。

中国专利申请200720066902.0公开了一种用于三相浆态床反应器的气相介质分布器，其包括气体入口管、气体导入管、导气管、多孔气体分配构件和撞击底板。该气相介质分布器的结构与03151229.1中公开的类似。

中国专利申请CN101396647A公开了一种三相悬浮床反应器及其应用。所述的三相悬浮床反应器可包括1-8组气体分布器，并在反应器整个底部形成均匀分布的气体分布构件。在一个圆或扇形区域的所有元件集总后，通过多根导管与该区域的导入反应的进气管连通，形成一组气体分布器。作为一个实例，该申请文件的图2中示出了直接导入型的气体分布器，这种分布器在反应器横截面上形成扇形依据反应器底部封头形成的内表面形状分布在反应器底部的整个椭球或球面上，由4组分布器构成，每组分布器通过多组气体导管分别连接于其进气总管。这种气体分布器主要由多组管件构成，而这些管件的尺寸设置和间隔基本一致，由于气体流通过程中存在压降，很难保证管件上喷孔处气体喷射速度和喷射量一致，因此会导致气体分布不均。

本发明提供一种新型的、不同于现有技术的气体分布器，能够更好地解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明在于提供一种新型的用于多相流反应器的气体分布器，其总体结构简单、设计紧凑、便于安装和维护，通过新颖的内部构造和适当的尺寸设定，能够使得气体分布管的压降和流量稳定，气体分布均匀，避免固体颗粒（诸如催化剂）沉积，防止反应器内物料倒灌到气体分布器中。

本发明提供一种如下的用于多相流反应器的气体分布器，其包括：

主管,直径为D1，一端与气源连通，另一端伸入至所述反应器内部；

多个与所述主管气流连通的支管，直径为D2，每一所述支管的靠近所述反应器器壁的一端封闭，另一端和所述主管气流连通；

每一支管上设有N对以所述支管为轴对称布置的、并与所述支管气流连通的分布管，其中N≥2，所述每对分布管的直径D3和长度L3根据其在支管上的位置的不同而设置为不同，所述N对分布管将所述支管分为N+1段，且所述N+1段中至少有两段的距离不等，以保证均匀的气流流速和喷射量。

在一个优选实施方案中，所述N对分布管的长度L3和/或直径由所述气体分布器的中心至所述反应器器壁呈纺锤形变化。

在一个优选实施方案中，所述N+1段的距离由所述气体分布器的中心至所述反应器器壁逐渐减小。

在一个优选实施方案中，所述气体分布器还包括多个导流管，所述导流管附接至所述分布管的底侧上设置的开孔，所述开孔的直径为d1，所述导流管的直径为d2，其中d1＜d2。

在一个优选实施方案中，所述导流管是直管、带有一曲度的弯管、螺旋状的直管或螺旋状的带有一曲度的弯管。进一步优选地，每个所述导流管的长度为约10-30mm。

在一个优选实施方案中，所述分布管底侧上的开孔设置成2-5排，优选地，每排开孔之间的间距L≥d2+5mm，且相邻各排之间的角度为约15-60度。

在一个优选实施方案中，所述开孔的直径d1和导流管的直径d2的尺寸被设置为：d1+3mm≤d2≤d1+20mm，且d1和d2都小于(1/3)D3，其中d1更优选为约2-20mm。

在一个优选实施方案中，所述气体分布器还包括一个或多个反吹气口，设置为与所述主管气流连通，当气体分布器内出现压力波动或部分堵塞时，通过所述反吹气口通入高压的反吹气体。

在一个优选实施方案中，所述多个支管和多个分布管大体位于同一曲面内，以适应于反应器的底部的凹形轮廓并与反应器的底部相隔一距离，优选间隔约15-60mm，更优选为20-30mm。

在一个优选实施方案中，所述支管和分布管是带有一曲度的弯管。

在一个优选实施方案中，所述气体分布器从所述多相流反应器的侧面伸入到反应器内部。

在一个优选实施方案中，所述气体分布器还包括一个设置在反应器内部的隔板。

在一个优选实施方案中，所述多个支管和多个分布管大体位于处在所述隔板上方的同一平面内，所述平面与所述隔板优选间隔约15-60mm，更优选为20-30mm。

在一个优选实施方案中，所述支管和分布管是直管。

在一个优选实施方案中，所述气体分布器从所述多相流反应器的底部伸入到反应器内部。

本发明还提供一种多相流反应器，其包括以上所述的气体分布器。

此外，根据本发明，为了满足分布管内气体流速和喷射量大致相同，并获得最佳气体喷射流速，通常将气体分布器的总压降范围控制在约0.03-0.15MPa之间，并且气体从开孔流出的速度在约20-60m/s之间。

附图说明

参考以下附图，结合下文非限制的示例性实施方案能够更好地理解本发明，在附图中，相同的参考标号表示相同的部件或部分。应理解，这些附图是非限制性的，未必按比例绘制，且为了清楚起见，有些特征可能未示出。在附图中：

图1是根据本发明一个实施方案的气体分布器的俯视图；

图2是沿图1中线A-A所取的正视截面图；

图3是图1中气体分布器的分布管的仰视图；

图4是沿图3中线B-B所取的截面图；

图5是沿图3中线C-C所取的截面图；以及

图6是根据本发明另一个实施方案的气体分布器的正视截面图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于多相流反应器的气体分布器，其包括：

主管，一端与气源连通，另一端伸入至所述反应器内部；

多个与所述主管气流连通的支管，每一所述支管的靠近所述反应器器壁的一端封闭，另一端和所述主管气流连通；

每一支管上设有N对以所述支管为轴对称布置的、并与所述支管气流连通的分布管，其中N≥2，所述每对分布管的直径D3和长度L3根据其在支管上的位置的不同而设置为不同，所述N对分布管将所述支管分为N+1段，且所述N+1段中至少有两段的距离不等，以保证均匀的气流流速和喷射量。

请参见图1和图2，分别示出根据本发明的一个实施方案的用于多相流反应器的气体分布器10。该气体分布器10包括：一个主管1，一端与气源连通，另一端从反应器的侧面9处伸入内部，其直径为D1；四个与所述主管1气流连通的支管2，每一所述支管2的靠近所述反应器器壁的一端封闭，另一端和所述主管1气流连通,支管2的直径为D2；每一支管2上设有七对以所述支管2为轴对称布置的、并与所述支管气流连通的分布管3。优选地，分布管3垂直于作为轴的支管2。如图1中所示的，每对分布管3的直径D3和长度L3根据其在支管2上的位置的不同而设置为不同，所述七对分布管将所述支管分为八段，且所述八段中至少有两段的距离不等，以保证均匀的气流流速和喷射量。

如本领域一般技术人员所了解的，依据本发明的气体分布器可设置多于一个的主管，支管和分布管的具体数量/位置选择应根据实际情况而定。

在一个优选实施方案中，所述七对分布管3的长度L3和/或直径由所述气体分布器的中心至所述反应器器壁呈纺锤形变化，如图1所示，即位于中间区域的分布管3相对于靠近中心和器壁的分布管3来说，其直径和长度更大/长。

在一个优选实施方案中，所述八段的距离由所述气体分布器的中心至所述反应器器壁逐渐减小，如图1所示。

在一个优选实施方案中，参见图3-5，所述气体分布器还包括多个导流管5，所述导流管5附接至所述分布管3的底侧上设置的开孔4，所述开孔4的直径为d1，所述导流管5的直径为d2，其中d1＜d2。

在一个优选实施方案中，所述导流管是直管、带有一曲度的弯管、螺旋状的直管或螺旋状的带有一曲度的弯管。进一步优选地，每个所述导流管的长度为约10-30mm。在图3-5示出的实施方案中，导流管5是直管。

在一个优选实施方案中，所述分布管底侧上的开孔设置成2-5排，优选地，每排开孔之间的间距L≥d2+5mm，且相邻各排之间的角度为约15-60度。在图3-5示出的实施方案中，所述分布管3底侧上的开孔4设置成三排。

在一个优选实施方案中，所述开孔4的直径d1和导流管5的直径d2的尺寸被设置为：d1+3mm≤d2≤d1+20mm，且d1和d2都小于(1/3)D3，其中d1更优选为约2-20mm。

在一个优选实施方案中，所述气体分布器还包括一个或多个反吹气口（图2中未示出，图6中示出），设置为与所述主管气流连通，当气体分布器内出现压力波动或部分堵塞时，通过所述反吹气口通入高压的反吹气体。

在一个优选实施方案中，所述多个支管2和多个分布管3大体位于同一曲面内（如图2所示），以适应于反应器的底部8的凹形轮廓并与反应器的底部8相隔一距离，更优选间隔约15-60mm，进一步优选为20-30mm。

在一个优选实施方案中，所述支管2和分布管3是带有一曲度的弯管，以适应于反应器的底部8的凹形轮廓，参见图2。

在一个优选实施方案中，参见图6，该气体分布器（优选从反应器的底部8伸入到反应器内部）还包括一个隔板7，其设置在反应器的内部。进一步优选地，在图6所示的气体分布器中，所述多个支管2’和多个分布管3’（优选为直管）大体位于处在所述隔板7上方的同一平面内，所述平面与所述隔板7优选地间隔约15-60mm，更优选为20-30mm。

在本发明的气体分布器中，所述导流管起到具有缓冲作用的气垫的作用，避免高流速条件下气体对催化剂颗粒的磨损，而且由于开孔直径小于导流管的直径，能够防止气体压力波动时液体或固体物料的倒灌。

此外，反吹气口的设置防止供气中断时催化剂沉积进入气体分布器的导流管，从结构上解决了催化剂的沉积和堵塞问题，同时也避免了因气体直接冲击造成的对反应器底部的磨损和损坏。

根据实际情况，本发明的气体分布器的分布管的直径、长度的设置以及分布管之间的间隔由多种因素决定，例如气体流速、压降、开孔率、支管和主管的直径和长度，同时结合流体力学CFD模拟，从而对于不同反应器，确保导流管处大体均匀的气流流速和喷射量。

实施例

下文将参考本发明气体分布器的非限制性实施例来阐释本发明的优势。应理解，以下实施例并不限制本发明的范围。

实施例1

提供一个用于多相流反应器（内径为150mm）的气体分布器。该气体分布器包括一个主管，一端与气源连通，另一端从反应器侧面伸入至反应器内部的中心，直径为40mm；四个与主管气流连通的支管，支管之间的间隔角度为90度，直径为32mm，长度为65mm；每个支管上设有两对轴向对称布置的、与支管气流连通的分布管，两对分布管的直径分别为15mm和20mm，结合流体力学CFD模拟，每对分布管的直径和长度的设置为不同，这两对分布管将支管分为三段，每段的距离也不同；每个分布管在底侧上设置有两排（每排开孔之间的间距为8mm，相邻各排间的角度为90度）直径为2mm的开孔；每个开孔对应一个导流管，导流管的直径为5mm，长度为15mm；一个反吹气口，直径为25mm；其中，支管和分布管位于同一曲面内，并且最低处与反应器的凹形底部相隔25mm。气体由主管通入，流速为4.8m/s，分别进入四个支管，之后通过分布管上的开孔和导流管送至反应器底部；分布管上开孔的孔口处气体流速为35m/s，导流管处的气体流速为5.6m/s，气体分布器的压降为0.1MPa；气体分布器连续2000h运行稳定，无物料沉积和堵塞现象。

实施例2

提供一个用于多相流反应器（内径为1000mm）的气体分布器。该气体分布器包括一个主管，一端与气源连通，另一端从反应器底部伸入至反应器内部的中心，直径为250mm；四个与主管气流连通的支管，支管之间的间隔角度为90度，直径为100mm，长度为370mm；每个支管上设有5对轴向对称布置的、与支管气流连通的分布管，结合流体力学CFD模拟，每对分布管的直径和长度的设置为不同，最小直径32mm，最大直径为57mm，这5对分布管将支管分为六段，六段中至少有两段的距离也不同；每个分布管在底侧上设置有3-4排（每排开孔之间的间距为12mm，相邻各排间的角度为30-45度）直径为3mm的开孔；每个开孔对应一个导流管，导流管的直径为8mm，长度为20mm；一个隔板；一个反吹气口，直径为150mm；其中，支管和分布管位于隔板上方的同一平面内并与之相隔25mm。气体由主管通入，流速为5m/s，分别进入四个支管，之后通过分布管上的开孔和导流管送至反应器底部；分布管上开孔的孔口处气体流速为30m/s;导流管处的气体流速为4.2m/s；气体分布器的压降为0.12MPa；气体分布器连续1200h运行稳定，无物料沉积和堵塞现象。

本发明的气体分布器通过新颖的内部构造和适当的尺寸设定，能够使得气体分布管的压降和流量稳定，避免固体颗粒（诸如催化剂）沉积和堵塞，反吹气口的设置能够防止反应器内物料倒灌到气体分布器中，确保气体分布器长时间的稳定运行。

应理解，在不偏离本发明的实质精神的情况下，任何对于本发明的改进、变型或修改，都旨在被包括在本发明所附的权利要求书的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种用于多相流反应器的气体分布器，其特征在于，包括：

主管，一端与气源连通，另一端伸入至所述反应器内部；

多个与所述主管气流连通的支管，每一所述支管的靠近所述反应器器壁的一端封闭，另一端和所述主管气流连通；

每一支管上设有N对以所述支管为轴对称布置的、并与所述支管气流连通的分布管，其中N≥2，每对所述分布管的直径D3和长度L3根据其在支管上的位置的不同而设置为不同，N对所述分布管将所述支管分为N+1段，且所述N+1段中至少有两段的距离不等，以保证均匀的气流流速和喷射量。

2.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于，N对所述分布管的长度L3和/或直径由所述气体分布器的中心至所述反应器器壁呈纺锤形变化。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的气体分布器，其特征在于，所述N+1段的距离由所述气体分布器的中心至所述反应器器壁逐渐减小。

4.根据权利要求1-2中任一项所述的气体分布器，其特征在于，所述气体分布器还包括多个导流管，所述导流管附接至所述分布管的底侧上设置的开孔，所述开孔的直径为d1，所述导流管的直径为d2，其中d1＜d2。

5.根据权利要求4所述的气体分布器，其特征在于，所述导流管是直管或带有一曲度的弯管。

6.根据权利要求5所述的气体分布器，其特征在于，每个所述导流管的长度为10-30mm。

7.根据权利要求4所述的气体分布器，其特征在于，所述分布管底侧上的开孔设置成2-5排，每排开孔之间的间距L≥d2+5mm，且相邻各排之间的角度为15-60度。

8.根据权利要求4所述的气体分布器，其特征在于，所述开孔的直径d1和导流管的直径d2的尺寸被设置为：d1+3mm≤d2≤d1+20mm，且d1和d2都小于(1/3)D3，其中d1为2-20mm。

9.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于，所述气体分布器还包括一个或多个反吹气口，设置为与所述主管气流连通，当气体分布器内出现压力波动或部分堵塞时，通过所述反吹气口通入高压的反吹气体。

10.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于，所述多个支管和多个分布管大体位于同一曲面内，以适应于反应器的底部的凹形轮廓并与反应器的底部相隔一距离，间隔为15-60mm。

11.根据权利要求10所述的气体分布器，其特征在于，所述支管和分布管是带有一曲度的弯管。

12.根据权利要求10所述的气体分布器，其特征在于，所述气体分布器从所述多相流反应器的侧面伸入到反应器内部。

13.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于，所述气体分布器还包括一个设置在反应器内部的隔板。

14.根据权利要求13所述的气体分布器，其特征在于，所述多个支管和多个分布管大体位于处在所述隔板上方的同一平面内，所述平面与所述隔板的间隔为15-60mm。

15.根据权利要求14所述的气体分布器，其特征在于，所述支管和分布管是直管。

16.根据权利要求13所述的气体分布器，其特征在于，所述气体分布器从所述多相流反应器的底部伸入到反应器内部。

17.一种多相流反应器，包括根据权利要求1-16中任一项所述的气体分布器。