CN106914192B - 一种集成循环流化床设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种集成循环流化床设备，外套筒上部为一上粗下细的圆台形结构，最大直径与最小直径比为1.1‑5；下部为等径圆筒，与内套筒间通过螺栓连接；流化床设备自下到上依次为固体收集口、中心气体分布器、环隙气体分布器、固体收集器、内套筒，在外套筒上部设置有气体出口和固体进口；中心气体分布器位于内套筒正下方，环隙气体分布器位于中心气体分布器四周、内外套筒之间；外套筒上部形成气固分离区，下部整体为一圆柱形，由内套筒分隔成提升区和循环区。本发明集成了流化床、固体循环系统、气固分离系统，简化了生产装置，气体呈现活塞流的流动状态，使气固两相充分接触，避免出现死区。降低了能耗，减少了制造、生产成本。

Description

一种集成循环流化床设备
技术领域
本发明涉及一种适用于气固两相间传质传热过程的集成循环流化床设备，可用于气固相催化反应、气固换热、固体燃烧反应等领域。
背景技术
与固定床相比，流化床具有压降低、传质传热效率高等特点，在传质、传热、干燥等技术领域有广泛运用，对于工、农业生产有着重要的意义。循环流化床作为一种特殊的流化床，能够实现固体物质循环进入流态化状态，增加固体与气体的接触时间，提高传质、传热效率，并且有利于清洁生产，具有很好的应用前景和研究价值。
现有循环流化床技术主要包含提升管、旋风分离器及存料罐等设备，固体在提升管中实现流态化。可以看出，现有技术存在诸如设备数量多、工艺复杂等问题。较多的设备会导致设备投资的增加，以及工艺设计难度的提升。此外，现有设备中存在诸如气体短路，气体分布不均，气固接触不充分，停留时间不均，不能完全实现活塞流等问题。
CN201610467554.1提出一种气固流化床，实现气固两相间的换热，同时除去固体中的小颗粒杂质。然而，该设备用途单一，且不能在设备内部实现固相循环。CN201110326819.3提出一种内循环气固流化床反应器，通过反应气体与提升介质的汽提作用，与固体催化剂充分接触进行反应，反应结束后经过旋风分离器或过滤器回收催化剂，回收的催化剂再次进入汽提区与反应气体进行反应。该设备结构较复杂，催化剂汽提区容易堵塞，不便于设备维护，需要旋风分离器实现气固分离，未能实现流化床与气固分离的集成。此外，设备内部容易造成气体短路，偏离活塞流，停留时间不均，影响反应转化率。
因此，为解决现阶段流化床设备的工业运用中存在的诸多问题，本发明在现有技术的基础上提出一种结构简单、效率高、适应性强、处理量大的气固循环流化床设备。
发明内容
本发明提出了一种集成循环流化床，将流化床、气固分离器、气固输送与循环系统集成为一体，解决了传统循环流化床设备复杂、能耗大、设备费用与操作费用大、操作弹性小等缺点，既可实现固相流态化及活塞流的流动形式，避免气体短路，又能及时完成气固分离，还能实现固相的内循环，更重要的是集成流化床具有很好的连续性、均匀性、适应性。该发明能进一步降低生产与设计成本，传质效率大幅度提升，拥有广阔的工业应用前景。
本发明技术方案如下：
一种集成循环流化床设备，外套筒(9)上部为一上粗下细的圆台形结构，最大直径与最小直径比为1.1-5，下部为等径圆筒，与内套筒(5)间通过螺栓(6)连接；流化床设备内自下到上依次为固体收集口(1)、中心气体分布器(2)、环隙气体分布器(3)、固体收集器(4)、内套筒(5)、在外套筒(9)上部设置有气体出口(7)和固体进口(8)；中心气体分布器(2)位于内套筒(5)正下方，环隙气体分布器(3)位于中心气体分布器(2)四周、内外套筒之间。
所述外套筒(9)上下两部分通过法兰连接，或通过焊接连接。
所述外套筒(9)上部形成气固分离区(10)；外套筒(9)下部整体为一圆柱形，由内套筒(5)分隔成提升区(11)和循环区(12)。
所述内套筒(5)直径与外套筒下部直径比例为0.1-0.95。
所述固体收集器(4)上开孔，孔隙率为0.5-0.9，开孔大小为0.2-3cm。
本发明的循环流化床设备操作方法，固体颗粒由固体进口(8)加入设备，气相由中心气体分布器(2)和环隙气体分布器(3)通入；由中心气体分布器(2)通入的气体使固体颗粒在提升区(11)内实现流态化，气固两相进行传热传质过程；气固两相进入气固分离区(10)后，气速下降，气体经过气体出口(7)排出，固体颗粒下降至循环区(12)，通过调节环隙气体分布器(3)的气速，在与固相进行传质传热的同时调节循环速率及空隙率；循环区内的固体颗粒下降至固体收集器(4)后在重力作用下移至中心气体分布器(2)的上方，再次被中心气体分布器(2)的气体带入到提升区(11)，实现了固体颗粒在设备内的循环。
内套筒(5)内部为气固流化的提升区(11)，通过调整中心气体分布器(2)的气速调节提升区(11)内的气固两相流动状态以及上升速度，控制两相传质传热效率，及反应动力学性能。
气固两相由提升区(11)进入由气固分离区(10)，由于直径增加导致气速下降，气体继续上升通过气体出口(7)排出，而固体向两侧下降至内套筒(5)外部的循环区(12)，实现气固两相的分离。
循环区(12)内，固体颗粒呈下降趋势。在循环区(12)的下部设有圆环形环隙气体分布器(3)，通过调节气速，可以控制固体颗粒循环速率，并同时发生气固两相传质传热。在循环区(12)下部的固体收集器(4)保证固体颗粒全部回收重新进入到提升区(11)。同时固体收集器(4)也起到气体均布，破碎气泡的作用。
循环区(12)内的固体颗粒下降至设备底端后，被中心气体分布器(2)的气体再次带入提升区(11)，实现了固体颗粒在设备内的循环，即循环流化床。
所以设备可分为三个功能区：气固分离区(10)，提升区(11)及循环区(12)。
此外，在开停车过程中，通过固体进口(8)进料，通过固体收集口(1)排出固体。
本发明所具备的优点：
1.集成了流化床、固体循环系统、气固分离系统，节省了工艺占地面积，简化了生产装置，降低了能耗，减少了设计制造成本、生产操作成本。
2.可以通过调整设备结构参数及工艺操作参数，使固相达到快速流态化，提高传质效率，并可以对如转化率及动力学性能等进行有效控制。
3.循环区下部的固体收集器可以均布气体、破碎气泡，使气体呈现活塞流的流动状态，使气固两相充分接触，避免出现死区。
附图说明
图1为本发明半剖图。
图2为本发明俯视图。
其中，1-固体收集口；2-中心气体分布器；3-环隙气体分布器；4-固体收集器；5-内套筒；6-螺栓；7-气体出口；8-固体进口；9-外套筒；10-气固分离区；11-提升区；12-循环区。
具体实施方式
结合附图对本发明专利进一步说明：
如图1、2所示：一种集成循环流化床设备，自下到上依次为固体收集口(1)、中心气体分布器(2)、环隙气体分布器(3)、固体收集器(4)、内套筒(5)、气体出口(7)、固体进口(8)。中心气体分布器(2)位于内套筒(5)正下方，环隙气体分布器(3)位于中心气体分布器(2)四周、内外套筒之间。
外套筒(9)上部为一上粗下细的圆台形结构，最大直径与最小直径比为2，下部为等径圆筒，与其上部通过焊接制成。内套筒(5)直径占外筒(9)下部直径的30％，通过螺栓(6)与外套筒(9)下部焊接连接。
内套筒(5)内部为气固流化的提升区(11)，通过调整中心气体分布器(2)的气速调节提升区(11)内的气固两相流动状态。
关闭固体出口(1)，由固体进口(8)向设备内加入占设备体积50％的固体颗粒，并由中心气体分布器(2)和环隙气体分布器(3)通入气体，环隙气体分布器(3)的气相通量小于中心分布器(2)的气相通量，以保证在提升区(11)内固体实现快速流态化。固体由提升区(11)上升至气固分离区(10)时，气体速度降低，气固分离，气体由气体出口(7)排出，进入下一步工艺；固体向两边分散并下降至循环区(12)，并在循环区(12)内呈下降趋势。在循环区(12)下部设有圆环形环隙气体分布器(3)，通过调节气速，控制固体颗粒循环速率，并同时发生气固两相传质传热过程。之后，固相经由循环区(12)降至固体收集器(4)，并由中心气体分布器(2)处的气体重新带入提升区(11)内，实现循环流化床。所以，设备成功地实现了固体循环流化和气固分离的集成，节省了占地面积和能耗，在保证高传质效率和转化率的同时降低了设计、制造和操作的成本。
以上所述实例仅是充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权力要求书为准。

Claims (4)

1.一种集成循环流化床设备，其特征是外套筒(9)上部为一上粗下细的圆台形结构，最大直径与最小直径比为1.1-5；下部为等径圆筒，与内套筒(5)间通过螺栓(6)连接；流化床设备内自下到上依次为固体收集口(1)、中心气体分布器(2)、环隙气体分布器(3)、固体收集器(4)、内套筒(5)；在外套筒(9)上部设置有气体出口(7)和固体进口(8)；中心气体分布器(2)位于内套筒(5)正下方，环隙气体分布器(3)位于中心气体分布器(2)四周、内外套筒之间；外套筒(9)上部形成气固分离区(10)；外套筒(9)下部整体为一圆柱形，由内套筒(5)分隔成提升区(11)和循环区(12)。
2.如权利要求1所述的设备，其特征是内套筒(5)直径与外套筒下部直径比例为0.1-0.95。
3.如权利要求1所述的设备，其特征是固体收集器(4)上开孔，孔隙率为0.5-0.9，开孔大小为0.2-3cm。
4.如权利要求1所述的循环流化床设备操作方法，其特征是固体颗粒由固体进口(8)加入设备，气相由中心气体分布器(2)和环隙气体分布器(3)通入；由中心气体分布器(2)通入的气体使固体颗粒在提升区(11)内实现流态化，气固两相进行传热传质过程；气固两相进入气固分离区(10)后，气速下降，气体经过气体出口(7)排出，固体颗粒下降至循环区(12)，通过调节环隙气体分布器(3)的气速，在与固相进行传质传热的同时调节循环速率及空隙率；循环区内的固体颗粒下降至固体收集器(4)后在重力作用下移至中心气体分布器(2)的上方，再次被中心气体分布器(2)的气体带入到提升区(11)，实现了固体颗粒在设备内的循环。
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