CN104338494B - 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，主要由中心管、泡帽、浮阀和阀座组成；中心管上端的管壁上开有气体出口，中心管下端管口为气体进口，泡帽为一端敞口的罩状物，罩在中心管上端，泡帽的盲端与中心管上端固定连接；阀座为中心带阀座孔的圆环形结构，阀座设于中心管内气体出口的下方；浮阀为圆形板状结构，盖于阀座上方并可沿中心管轴向上下移动。本发明采用浮阀作为止逆元件，运行平稳，泡帽和中心管之间特殊的连接方式使流道简单，阻力较小，大大减小气流造成的涡旋。

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，经气体分配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介绍了一种泡帽分布器，主要由泡帽、中心管、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，中心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浆态床反应器的气液分布器，进料为气液混合进料。因此，中心管的下部为带有进气槽的气液预混合结构，中心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)浆态床单纯气体进料质量流量相对气液混合进料要小很多，止逆球所受浮力较小，波动较大，同时气体在液体中形成气泡时产生的旋涡较多，对整个床层影响较大；(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，并造成止逆球和阀芯的碰撞损伤；(3)泡帽和中心管之间环隙上部存在盲端，旋流较大，增加分布器阻力，对床层稳定性影响较大；(4)止逆球的直径和材料一定时，若要调节其重量，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

为了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球会在气流中频繁跳动、流道复杂、旋涡较多的技术问题，本发明提供了一种用于浆态床反应器的气体分布器，

本发明提供的用于浆态床反应器的气体分布器主要由中心管、泡帽、浮阀和阀座组成；中心管上端的管壁上开有气体出口，中心管下端管口为气体进口，泡帽为一端敞口的罩状物，罩在中心管上端，泡帽的盲端与中心管上端固定连接；阀座为中心带阀座孔的圆环形结构，阀座设于中心管内气体出口的下方；浮阀为圆形板状结构，盖于阀座上方并可沿中心管轴向上下移动。

正常工作时，气体物料从中心管下端管口进入中心管内腔并向上流动，流经阀座孔时，在气体冲击作用下，浮阀浮起，气体物料进入阀座上方中心管内腔中并从气体出口进入泡帽内壁与中心管外壁形成的环形通道内，从环形通道下端向上折流进入浆态床。

浮阀处于浮起位置时，若从中心管下端管口进入中心管内腔的进料中断，浆态床中的浆液会从环形通道的下端逆流进入环形通道内。浮阀在重力的作用下迅速落回到阀座上，浮阀的下表面与阀座上表面接触形成面密封，防止或缓解浆液经阀座孔继续向下逆流。从中心管下端管口进入中心管内腔的气体进料流量较大时，浮阀的浮起位置较高，反之浮阀浮起的位置较低。

采用本发明，具有如下的有益效果：浮阀为圆形板状结构，阀座为圆盘状结构，二者可以实现面密封，很好的防止逆流的发生。

作为进一步改进的方案，所述泡帽为一杯形筒状物，即泡帽底部(泡帽盲端)为圆形平面，泡帽底部与筒壁连接处为倒圆角过渡，泡帽敞口端的筒壁上开有沿泡帽轴向贯穿端部的条缝。泡帽采用上述结构，一则安装方便，二则取消了中心管和泡帽上部流动死区，减小涡流的产生，流动顺畅，压降较小，再则若气体进料中断时，逆流浆液经泡帽倒角折流后推动浮阀迅速落回密封位置，使浮阀下表面与阀座上表面接触实现密封。泡帽敞口端的条缝可以加剧气液混合，有利于气体形成小气泡或微气泡，使气体混合更加均匀。

作为更进一步改进的方案，所述的中心管上端的气体出口为沿中心管轴向贯穿上端部的槽缝，槽缝的底部为环状平面，两相邻槽缝之间的中心管剩余部分形成槽齿，槽齿作为支撑筋与泡帽底部固定连接；阀座设于中心管内槽齿的根部，阀座的上表面与槽缝底部的环状平面重合。气体出口设为槽缝，有利于气体顺利排出，流动顺畅，压降较小。

作为再一步改进的方案，所述的浮阀由阀顶板、限位片和稳流腿组成，限位片位于阀顶板圆周外侧，稳流腿固定于阀顶板下方，稳流腿穿过阀座孔使阀顶板盖于阀座的上方，限位片嵌于气体出口槽缝中可使浮阀沿槽缝上下移动。浮阀带有稳流腿和限位片，稳流腿在限位片下方，可以降低限位片整体重心，使浮阀工作更稳定，限位片一方面可以保证浮阀在中心管气体出口槽缝中上下移动，同时可以限制浮阀的周向转动，有利于气体进料稳定。

附图说明

图1为本发明的用于浆态床反应器的气体分布器的结构示意图；

图2为泡帽的俯视图；

图3为浮阀的结构示意图；

图4为图3的A向视图。

图中，1-泡帽，11-泡帽孔，12-条缝，2-中心管，21-槽齿，22-槽缝，3-浮阀，31-稳流腿，32-限位片，33-阀顶板，4-阀座，41-阀座孔，5-环形通道，6-分布板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明提供的用于浆态床反应器的气体分布器主要由中心管2、泡帽1、浮阀3和阀座4组成；泡帽1为一杯形筒状物，泡帽1底部(即泡帽的盲端)为圆形平面，泡帽底部与筒壁连接处为倒圆角过渡，泡帽1敞口端的筒壁上开有沿泡帽1轴向贯穿端部的条缝12，泡帽1罩于中心管2上端，泡帽1的内筒壁与中心管2的外壁之间形成环形通道5，泡帽1底部开有泡帽孔11(如图2所示)；中心管2穿过分布板6上的安装孔固定于分布板6上，中心管2上端的气体出口为沿中心管轴向贯穿上端部的槽缝22，槽缝22的底部为环状平面，两相邻槽缝22之间的中心管剩余部分形成槽齿21，槽齿21作为支撑筋插入泡帽1底部的泡帽孔11中，与泡帽底部固定连接在一起；阀座4为中心带阀座孔41的圆环形结构，设于中心管内槽齿21的根部，阀座4的上表面与槽缝22底部的环状平面重合。

如图3和图4所示，浮阀3为圆形板状结构，由阀顶板33、限位片32和稳流腿31组成，限位片32位于阀顶板33圆周外侧，稳流腿31固定于阀顶板33下方，稳流腿31穿过阀座孔41使阀顶板33盖于阀座4的上方，限位片32嵌于气体出口的槽缝22中并可使浮阀3沿槽缝22上下移动。

中心管2上端的槽缝22一般为竖直长方形(所述形状是指槽缝22在与槽缝22正对着的垂直平面上投影的形状)，宽度一般为5～20毫米，高度一般为15～50毫米，槽缝22通常设置2～8个，最好是设置6个，沿中心管圆周均匀分布。

浮阀3的最大行程受中心管2上端槽缝22的高度的影响，使浮阀3处于最高浮起位置时阀顶板33位于槽缝22高度的顶部。阀顶板33的直径一般比中心管2内径小1～5毫米，阀座孔41内径一般比中心管2内径小10～40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4的上表面接触，可以形成面密封。浮阀3一般均匀设置3～6条稳流腿31，图2所示设置的是3条稳流腿31。阀顶板33和稳流腿31的厚度均为1～5毫米。稳流腿31的宽度一般为2～6毫米，长度一般比中心管2上端槽缝22的高度长5～20毫米。浮阀3一般均匀设置2～8条限位片32，限位片32的宽度一般比槽缝22的宽度小1～3毫米，限位片32正好嵌入槽缝22中，保证浮阀浮起时不会周向旋转。浮阀的尺寸和材料一定时，可以通过改变稳流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。

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33为平面，通过阀座4上的阀座孔41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41的直径可以较大，使气体的流通面积较大。

泡帽1敞口端的条缝12一般为6～30个，沿泡帽筒体圆周均匀布置，条缝12的宽度一般均为1～5毫米，优选1～2毫米。

本发明的气体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，如按正三角形或正方形网格排列方式固定于分布板6上。图1所示，是将中心管2的下端插入到分布板6上的安装孔内；中心管2的下端焊接于分布板6上，或者通过卡环固定在分布板上。

当然，本发明还可以有其他选择：如作为气体出口的槽缝22也可以为其他形状，如圆孔、方孔、三角孔等，此时浮阀3就不需限位片，而仅仅由阀顶板33和稳流腿31组成，阀顶板33的直径只需比中心管2内径稍小即可；泡帽2除了可以为杯形筒状物外，也可以采用其他形状，如整体为圆锥形或盲端为圆锥形的筒状物，不过，此时，浮阀3的最大行程除了受中心管2上端槽缝22的高度的影响外，还会受到浮阀结构的影响，即浮阀是否带有突出的限位片。

下面结合图1说明本发明的气体分布器的工作原理。正常工作时，气体进料从中心管2下端管口进入中心管2的内腔并向上流动，流经阀座孔41时，在气流作用下，浮阀3的阀顶板33浮起，气体进料进入阀座4上方中心管2内腔中，气体进料从阀顶板33下方的气体出口槽缝22进入环形通道5。

气体物流经过泡帽1的倒角折流，直接流向环形通道5的下端，经泡帽1筒体敞口端的条缝12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6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，若从中心管2下端管口进入中心管2内腔的进料中断，浆态床中的浆液会从环形通道5的下端逆流进入环形通道5内。浮阀3在重力的作用下可以迅速落回密封位置(阀顶板33和阀座4接触)，实现面密封，防止或缓解浆液经阀座孔41继续向下逆流。

从中心管2下端管口进入中心管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。中心管2上端槽缝22的高度限制了浮阀3的最高浮起位置。

阀顶板33下表面与阀座4上表面之间的密封为圆环面密封。浮阀3处于密封位置时，阀顶板33的上表面一般位于槽缝22底端。

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。

本发明采用带稳定腿和限位片的浮阀作为止逆元件，运行平稳，同时泡帽和中心管之间采用新型连接方式，流道简单，阻力较小，大大减小气流造成的涡旋。

Claims (9)

1.一种用于浆态床反应器的气体分布器，主要由中心管、泡帽、浮阀和阀座组成；中心管上端的管壁上开有气体出口，中心管下端管口为气体进口，泡帽为一端敞口的罩状物，罩在中心管上端，泡帽的盲端与中心管上端固定连接；其特征在于：阀座为中心带阀座孔的圆环形结构，阀座设于中心管内气体出口的下方；浮阀为圆形板状结构，盖于阀座上方并可沿中心管轴向上下移动；所述的中心管上端的气体出口为沿中心管轴向贯穿上端部的槽缝，槽缝的底部为环状平面，两相邻槽缝之间的中心管剩余部分形成槽齿，槽齿作为支撑筋与泡帽底部固定连接；阀座设于中心管内槽齿的根部，阀座的上表面与槽缝底部的环状平面重合。

2.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于：所述泡帽为一杯形筒状物，泡帽底部与筒壁连接处为倒圆角过渡。

3.根据权利要求2所述的气体分布器，其特征在于：所述泡帽敞口端的筒壁上开有沿泡帽轴向贯穿端部的条缝。

4.根据权利要求1～3所述的任一气体分布器，其特征在于：所述的浮阀由阀顶板、限位片和稳流腿组成，限位片位于阀顶板圆周外侧，稳流腿固定于阀顶板下方，稳流腿穿过阀座孔使阀顶板盖于阀座的上方，限位片嵌于气体出口槽缝中可使浮阀沿槽缝上下移动。

5.根据权利要求4所述的气体分布器，其特征在于：所述的阀顶板的直径比中心管内径小1～5毫米，阀座孔内径比中心管内径小10～40毫米，稳流腿的长度比中心管上端槽缝的高度长5～20毫米。

6.根据权利要求1～3所述的任一气体分布器，其特征在于：所述的槽缝为竖直长方形，数量为2～8个，沿中心管圆周均匀分布。

7.根据权利要求3所述的气体分布器，其特征在于：所述的条缝为6～30个，沿泡帽筒体圆周均匀布置。

8.根据权利要求4所述的气体分布器，其特征在于：所述的稳流腿为3～6条，限位片为4～8条，均匀设置，限位片的宽度比槽缝的宽度小1～3毫米。

9.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于：所述泡帽是盲端为圆锥形的筒状物。