CN110013804A - 一种生物质热解液沸腾床反应器的气液分布器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种生物质热解液沸腾床反应器的气液分布器，主要由泡罩、中心管、锥形球座、止逆球、限位座和分配盘组成；其中泡罩为一底端筒壁上设有条缝的罩状物，泡罩底端嵌入分配盘内，泡罩顶部盲端与中心管的上端连接；中心管上端靠下的管壁上设有气液出口，中心管下端设有气液进口；中心管与泡罩之间形成贯通的环形通道；锥形球座设置于气液出口下部的中心管管壁上，止逆球位于锥形球座上；限位座设置在中心管内，并位于气液出口上部。采用本申请可以便于泡罩的定位，同时使气液进料中的气体形成稳定的微气泡，改善物料吹扫催化剂的能力，避免在分配盘上形成死区，防止物料在分配盘表面聚集而出现结焦，保证设备的长周期运行。

Description

一种生物质热解液沸腾床反应器的气液分布器

技术领域

本申请涉及反应器内构件技术领域，尤其是涉及一种生物质热解液沸腾床反应器的气液分布器。

背景技术

生物质热解液是生物质原料经过快速热裂解转化生成的液体生物油，主要成分包括焦油、溶剂油及含氧化合物等。生物质热裂解液具有高腐蚀性、氧含量高、不稳定、热值较低、易结焦的特点，并不能直接替代石油用于各种工农业生产。因此，将生物质热解液通过加氢脱氧和加氢裂化等工艺进行升级改质以得到石油替代产品的技术得到了较快的发展，其中生物质热解液沸腾床反应器便是其中关键的技术之一。

沸腾床反应器是由气、液、固三相组成的反应系统，在工业反应过程中应用广泛，尤其是对传统加氢工艺难以处理的劣质原料，效果良好。在生物质热解液沸腾床反应器中，不合理的流体分布设计将直接影响催化剂的使用寿命，造成催化剂床层分布不均，床层塌陷，介质结焦等，造成装置计划外停车。气液分布器是保证气液在床层中均匀分布的重要内构件，直接影响沸腾床反应器的平稳运行和反应效率。

ZL201310346834.3(用于沸腾床反应器的气液分布器)、ZL201410210383.5(一种用于沸腾床反应器的气液分布器)、ZL201410108275.7(用于木焦油沸腾床反应器的气液分布器)和ZL201410108229.7(一种用于木焦油沸腾床反应器的气液分布器)分别公开了不同结构的气液分布器，各有优缺点，它们普遍存在的共性问题是：

1)泡罩敞口较大，一方面气液混合物流出泡罩后，速度较小，对下方冲击力较小，易导致催化剂沉积，另一方面在发生逆流时催化剂逆流几率增大；

2)泡罩气液出口距离分配盘高度过高，分配盘吹扫死区较大，造成催化剂堆积及器内介质结焦；

3)使用寿命短，造成装置频繁停工检修，影响系统正常工作。

发明内容

为了解决现有技术存在的催化剂易沉积、反应介质易结焦、使用寿命短的技术问题，本申请提供了一种生物质热解液沸腾床反应器的气液分布器。

本申请提供的生物质热解液沸腾床反应器的气液分布器，主要由泡罩、中心管、锥形球座、止逆球、限位座和分配盘组成；其中泡罩为一底端筒壁上设有条缝的罩状物，泡罩底端嵌入分配盘内，泡罩顶部盲端与中心管的上端连接；中心管上端靠下的管壁上设有气液出口，中心管下端设有气液进口；中心管与泡罩之间形成贯通的环形通道；锥形球座设置于气液出口下部的中心管管壁上，止逆球位于锥形球座上；限位座设置在中心管内，并位于气液出口上部。

所述的分配盘表面设有柱形沉孔或环形沟槽，泡罩底端嵌入柱形沉孔或环形沟槽内，泡罩底端筒壁上的条缝沿泡罩筒体周向均匀分布，条缝的长度方向平行于泡罩的轴向，条缝的最高处超出分配盘表面。

所述限位座由连接柱和支腿组成，连接柱和支腿可以为圆形，扁丝或扁钢型，支腿数量可为2～5个。限位座通过连接柱与泡罩顶部连接，支腿为两个时，呈人字形排列，支腿间角度为30～60°；支腿数量为多个时，呈伞状排列。用以限制止逆球的顶部运动距离。

所述锥形球座为由截面为梯形的结构沿中心管中轴线旋转360°而成，梯形长直边与中心管内壁相连，短直边与中心管中轴线距离小于止逆球半径。

所述止逆球为圆形球，材质为实心金属球或瓷球，止逆球静止位于中心管气液出口下方并与球座上表面接触。

所述中心管管壁气液出口位于限位座和锥形球座之间，沿中心管轴线方向贯穿中心管管壁，沿中心管周向均匀布置；

所述中心管下端的气液进口由中心管下端管口和管壁上开设的纵向槽缝组成，纵向槽缝沿中心管轴线方向贯穿中心管管壁，沿中心管周向均匀布置。

采用本申请所述的气液分布器，具有如下有益的效果：

1)由于本申请所述的分布器与ZL201410108275.7和ZL201410108229.7相比取消了泡帽斜管，缩小了泡帽规格，减小了气泡出口面积，泡帽布置数量增加，与上述专利相比泡帽数量增加15％～30％，在分配盘上的布置更加均匀，从而产生气泡较小且均匀；与ZL201310346834.3、ZL201410210383.5相比，增加了止逆球等，降低了催化剂逆流的可能性。

2)当气液混合物从中心管向上流动，并进入环形通道后，气液混合物从泡罩底端筒壁上开设的条缝均匀的向四周高速喷射进入反应器床层中，由于分布器底部嵌入分配盘中，流道顺畅，避免分配盘上形成死区，防止高温物料在分配盘表面聚集而出现结焦而堵塞分配盘。

3)由于采用本申请所述的气液分布器产生气泡较小且均匀，从而提高了反应转化效率，防止物料结焦，降低了分配盘压降，延长了气液分布器的使用寿命，减少了装置停车次数，保证了装置的长周期稳定运行。

附图说明

图1为本申请的气液分布器的结构示意图；

图2为图1中泡罩的结构示意图；

图3为图1中限位座的结构示意图。

图中，1-纵向槽缝，2-孔板，3-中心管，4-条缝，5-锥形球座，6-细圆柱孔，7-泡罩筒体，8-泡罩顶板，9-限位座，91-连接柱；92-支腿；10-气液出口，11-止逆球，12-环形通道，13-分配盘。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的结构及技术方案，下面结合附图对本申请作进一步清楚完整地描述。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1～图3所示，本申请的气液分布器主要由孔板2、中心管3、锥形球座5、泡罩筒体7、泡罩顶板8、限位座9和止逆球11组成，孔板2、中心管3、锥形球座5、泡罩筒体7和限位座9同轴设置。

泡罩由泡罩筒体7和泡罩顶板8组成，泡罩筒体7和泡罩顶板8连接在一起，泡罩筒体7底端筒壁上开有均布的条缝4，条缝4为竖向长方形；分配盘表面设有柱形沉孔或环形沟槽，泡罩底端嵌入分配盘13的柱形沉孔或环形沟槽中，嵌入深度一般为2～5mm，泡罩底端与分配盘应沿平面研磨，保证泡罩与分配盘完全接触。

中心管3的上端与泡罩顶板8连接，为保证中心管3的定位，可以采用在泡罩顶板开孔塞焊的形式，泡罩顶板开孔可以是长圆弧孔，也可以是圆孔。泡罩筒体7和中心管3之间形成环形通道12。

中心管3可锻制也可采用无缝钢管制成，可分段也可一体成型。

中心管3顶部设置有限位座9，限位座9下部设置锥形球座5，在限位座9和锥形球座5之间中心管3侧壁上开有气液出口10，气液出口10沿圆周均布，一般为2～8个。

中心管3下部沿圆周方向依次均布有多个纵向槽缝1，一般为4～8个。

纵向槽缝1和气液出口10均呈长条状，且长条形的长度方向与中心管3的轴线方向一致。

中心管3的下端、纵向槽缝1上部还设置有孔板2。孔板2的小孔直径为中心管2内径的1/3～3/4，孔板2的厚度一般为3～6毫米。孔板2主要作用是利用文丘里效应，强化气液混合效果，使气液进一步混合均匀，避免进料过程中出现气液两相流的断塞流和脉动流效应，保证进料平稳。

如图3所示，限位座9由连接柱91和支腿92组成，连接柱91和支腿92可以为圆形，扁丝或扁钢型，支腿数量可为2～5个。限位座9通过连接柱91与泡罩顶板8连接，支腿92为两个时，支腿间角度为30～60°，支腿92数量为多个时，支腿排列成伞状，支腿倾斜角度β一般为30～60°。支腿92可以限制止逆球11的顶部运动距离，使止逆球11不上下跳动，保证进料平稳，同时限位座9的四周空隙可以有效缓解自下向上的流体在此扰流过大，进一步促使止逆球11运行稳定。

在中心管3中部设置锥形球座5，锥形球座5为截面呈梯形的回转体，所以在锥形球座5内，其上部为上圆锥面，中部为的细圆柱孔6，下部为下圆锥面。其中上圆锥面和止逆球11球面抵接，形成线密封，以防止催化剂溢流至环形通道12内。

锥形球座5的细圆柱孔6的孔径为中心管3内径的1/3～3/4，长度为5～15毫米，锥形球座5不仅可以利用文丘里效应，加速气液混合物，浮起止逆球11，还可以和止逆球11球面形成线密封，在停工时防止催化剂物流逆流。

止逆球11为一圆形球，材料一般为实心特殊瓷球或金属，材料的比重一般为1.5～l0克/立方厘米。止逆球11的直径(空心球时为外直径)一般为细圆柱孔6直径的1.1～1.7倍。

气液分布器各部件的材料一般为金属，例如不锈钢或合金材料。多个气液分布器可以采用各种常用的方法、按正三角形或正方形或转角正方形排列嵌入分配盘13上，分配盘13开柱形沉孔或环形沟槽，将中心管3的下部插入到分配盘13上的安装孔内；中心管3的下部焊接于分配盘13上，或者通过卡环或螺栓固定在分配盘13上。

正常工作时，气液进料主要从中心管3下端管口和纵向槽缝1进入中心管3的内腔，并向上流动，气液进料在孔板2经过压缩混合以后，混合均匀，继续向上流动，经锥形球座5细圆柱孔6进入锥形球座5上方。在气液物流作用下，止逆球11浮起。进入锥形球座5上方中心管3内腔中的气液进料从中心管3气液出口10进入环形通道12。气液混合物流经过泡罩的折流，直接流向环形通道12的底部，经泡罩下部条缝4形成小气泡或微气泡流进入反应器床层，随后向上折流进入沸腾床。由于泡罩嵌入分配盘13，上述流动的气液混合物高速从条缝4喷出，可以防止沸腾床中的固体催化剂颗粒在分配盘13的上表面沉积、形成高温死区，并防止生物质热解液下沉结焦聚集，保证沸腾床反应器安全运行，同时经泡罩条缝4流出的物流方向为径向，顺着分配盘向前冲击，随后折流向上，流动阻力较小，流道通畅，物流稳定。

止逆球11处于浮起位置时，若从中心管3底端进入中心管3内腔的进料中断，止逆球3在重力的作用下可以迅速落回密封位置(止逆球11和球座5上圆锥面线接触)，实现线密封，原有的环形通道12内仍存在一部分原有液体物流，可以起到液封作用，防止带催化剂的浆液进入泡罩内部。

由于生物质热解液密度在1.05～1.4g/ml，大于加氢反应器内液体平均密度(工况下为0.6～0.8g/ml)，在有死区形成的情况下，生物质热解液会下沉至分配盘13表面并聚集，在高温的环境下会发生缩合反应而结焦，从而影响设备的长周期运行。本申请结合生物质热解液加氢的工艺流程、气液混合和气液两相流的特性，提供了一种结构简单合理，安全可靠的生物质热解液沸腾床反应器的气液分布器，既可以保证气体在液体中破碎为连续的微气泡，均匀分布，又能有效地解决或缓解在气液压力不稳或气液进料突然中断时携带催化剂的物料的逆流堵塞问题，同时减小了气液分布器内部流动死区，压降较小。更重要的是由于气液分布器嵌入分配盘，气液物料从泡罩条缝喷出后，防止物料在分配盘表面聚集而出现结焦现象，保证装置的长周期运行。

Claims (7)

1.一种生物质热解液沸腾床反应器的气液分布器，其特征在于包括泡罩、中心管、锥形球座、止逆球、限位座和分配盘；其中泡罩为一底端筒壁上设有条缝的罩状物，泡罩底端嵌入分配盘内，泡罩顶部盲端与中心管的上端连接；中心管上端靠下的管壁上设有气液出口，中心管下端设有气液进口；中心管与泡罩之间形成贯通的环形通道；锥形球座设置于气液出口下部的中心管管壁上，止逆球位于锥形球座上；限位座设置在中心管内，并位于气液出口上部。

2.根据权利要求1所述的气液分布器，其特征在于：所述的分配盘表面设有柱形沉孔或环形沟槽，泡罩底端嵌入柱形沉孔或环形沟槽内，泡罩底端筒壁上的条缝沿泡罩筒体周向均匀分布，条缝的长度方向平行于泡罩的轴向，条缝的最高处超出分配盘表面。

3.根据权利要求1所述的气液分布器，其特征在于：所述中心管下端的气液进口由中心管下端管口和管壁上开设的纵向槽缝组成，纵向槽缝沿中心管轴线方向贯穿中心管管壁，沿中心管周向均匀布置。

4.根据权利要求1所述的气液分布器，其特征在于：所述气液出口位于限位座和锥形球座之间，沿中心管轴线方向贯穿中心管管壁，沿中心管周向均匀布置。

5.根据权利要求1所述的气液分布器，其特征在于：所述限位座由连接柱和支腿组成，限位座通过连接柱与泡罩顶部连接，连接柱和支腿为圆形、扁丝或扁钢型，支腿数量为2～5个，支腿呈人字形排列或呈伞状排列。

6.根据权利要求1所述的气液分布器，其特征在于：所述锥形球座的细圆柱孔孔径为中心管内径的1/3～3/4。

7.根据权利要求3所述的气液分布器，其特征在于：所述中心管的下端、纵向槽缝上部设置有孔板，孔板的小孔直径为中心管内径的1/3～3/4。