CN110449093B - 一种流化反应系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流化反应系统，其包括依次设置的流化单元、分离单元和冷凝单元，流化单元包括沿竖直方向设置的筒体、分别设于筒体上下两端的上管箱和下管箱、开设于下管箱上的进料口和进气口、开设于上管箱上的出料口，上述流化单元还包括盘绕于筒体内的用于通入通出热媒的第一换热管，第一换热管包括换热内管、套设于换热内管上的换热外管、多块沿着第一换热管的延伸方向设于换热外管内且能够绕着换热内管的周向间隔排布的隔板，换热内管和换热外管之间形成环形的间隙，多块隔板将间隙分隔为多条换热通道。本发明的一种流化反应系统，能够使热媒完全充满换热管的管体，极大的提高了换热效率，保证了流化反应时温度场的均匀性。

Description

一种流化反应系统

技术领域

本发明涉及流化反应领域，具体涉及一种流化反应系统。

背景技术

流化床是指将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗粒具有流体的某些表观特征。而流化床反应器，是基于流化床的流化作用使固体颗粒和流体发生流化反应的一种重要化学反应器，其特别适用于强烈的放热反应或吸热反应。

目前国内的流化床反应器，通常利用床体内的换热管来为流化反应提供反应所需的温度，其中换热管为U形管组，如图1所示，其包括相互平行的下降管（100）和上升管（101），以及位于下降管（100）和上升管（101）之间的弯曲管（102）。但是，在热媒沿下降管（100）往下流动时，热媒会因流动过快而沿管壁陡然下降较长距离，导致热媒无法充满下降管（100），等到热媒在流动过程中充满弯曲管（101）时，下降管（100）中的热媒在下降管（100）底部积累，在U形管的联通作用下，虽然上升管（101）中的热媒液位不断上升，但是下降管（100）中依然有部分空间未充满热媒。以此类推，在U形管组中的多根下降管（100）都无法完全充满热媒，导致热媒无法将相应位置的热量带走，严重影响了换热效率和流化反应时温度场的均匀性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种流化反应系统，该流化反应系统能够使热媒完全充满换热管的管体，极大的提高了换热效率，保证了流化反应时温度场的均匀性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种流化反应系统，用于固体料与气体料进行流化反应得到反应料，其包括依次设置的流化单元、分离单元和冷凝单元，所述流化单元包括沿竖直方向设置的筒体、分别设于所述筒体上下两端的上管箱和下管箱、开设于所述下管箱上的进料口和进气口、开设于所述上管箱上的出料口，所述流化单元还包括盘绕于所述筒体内的用于通入通出热媒的第一换热管，所述第一换热管包括换热内管、套设于所述换热内管上的换热外管、多块沿着所述第一换热管的延伸方向设于所述换热外管内且能够绕着所述换热内管的周向间隔排布的隔板，所述换热内管和所述换热外管之间形成环形的间隙，所述的多块隔板将所述间隙分隔为多条换热通道。

优选地，所述换热内管沿着所述换热外管的延伸方向呈螺旋形设置。

进一步优选地，所述换热内管沿其自身螺旋方向的多处管体能够配合的抵触于所述换热外管不同高度的多处内壁上。

优选地，所述换热外管包括相平行设置且沿着竖直方向延伸的用于所述热媒上行的第一管体和用于所述热媒下行的第二管体、设于所述第一管体和所述第二管体之间的U形的第三管体，所述换热内管设于所述第二管体中。

进一步优选地，所述流化单元还包括套设于所述第三管体上的U形的耐磨套。

优选地，所述流化单元还包括沿着所述筒体的延伸方向螺旋盘绕于所述筒体外周部的用于通入通出所述热媒的第二换热管。

优选地，所述流化反应系统还包括连通于所述分离单元和所述流化单元之间的回料管、设于所述回料管上的风机。

进一步优选地，所述回料管一端连通于所述下管箱垂直所述筒体延伸方向的侧部。

优选地，所述流化反应系统还包括废热锅炉，所述废热锅炉分别与所述第一换热管和所述第二换热管的两端管口相连通。

优选地，所述分离单元包括依次设置的至少两个旋风分离器以及一个布袋分离器。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的一种流化反应系统，通过在换热外管内设置换热内管和隔板，隔板将换热内管和换热外管之间的间隙分隔为多个换热通道，径向截面较小的换热内管和换热通道形成毛细管，在毛细力的作用下使热媒充满整个换热管，从而增加了换热面积，提高了换热效率，保证了流化反应时温度场的均匀性。

附图说明

附图1为现有技术中的换热管的结构示意图；

附图2为本发明的流化反应系统的结构示意图；

附图3为本发明的第一换热管的结构示意图；

附图4为本发明的第一换热管的径向截面示意图；

附图5为本发明的耐磨套的安装示意图。

其中：1、分离单元；1a、旋风分离器；1b、布袋分离器；2、冷凝单元；3、筒体；4、上管箱；5、下管箱；6、进料口；7、进气口；8、出料口；9、第一换热管；9a、换热内管；9b、换热外管；9b1、第一管体；9b2、第二管体；9b3、第三管体；9c、隔板；9d、换热通道；10、耐磨套；11、第二换热管；12、回料管；13、风机；14、废热锅炉；

100、下降管；101、上升管；102、弯曲管。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

参见图2-5所示，一种流化反应系统，用于固体料与气体料进行流化反应得到反应料，其包括依次设置的流化单元、分离单元1和冷凝单元2，流化单元包括沿竖直方向设置的筒体3、分别设于筒体3上下两端的上管箱4和下管箱5、开设于下管箱5上的进料口6和进气口7、开设于上管箱4上的出料口8，上述流化单元还包括盘绕于筒体3内的用于通入通出热媒的第一换热管9，第一换热管9包括换热内管9a、套设于换热内管9a上的换热外管9b、多块沿着第一换热管9的延伸方向设于换热外管9b内且能够绕着换热内管9a的周向间隔排布的隔板9c，换热内管9a和换热外管9b之间形成环形的间隙，多块隔板9c将间隙分隔为多条换热通道9d。

这里，隔板9c有八块，相应的，分隔成的换热通道9d有八条。进料口6用于通入固体料和催化料的混合料，进气口7用于通入气体料，出料口8用于输出反应料，其中分离单元1与出料口8相连通，热媒为导热油。将固体料和催化料混合后自进料口6送入筒体3中，并自进气口7中通入气体料，并向第一换热管9中通入导热油，固体料和气体料在催化料的作用以及导热油的热量交换下进行流化反应，反应料自出料口8输出，经分离单元1分离后进入冷凝单元2冷凝成液体后收集。这里的分离单元1包括依次设置的至少两个旋风分离器1a以及一个布袋分离器1b，冷凝单元2为冷凝器。本实施例中，旋风分离器1a有三个。上述流化反应系统还包括设于上管箱4内的分布器，该分布器为现有技术，用于使流体均匀流动，具体结构不赘述。

在这里，通过在换热外管9b内设置换热内管9a和隔板9c，隔板9c将换热内管9a和换热外管9b之间的间隙分隔为多个换热通道9d，径向截面较小的换热内管9a和换热通道9d形成毛细管，在毛细力的作用下使热媒充满整个第一换热管9，从而增加了换热面积，提高了换热效率，保证了流化反应时温度场的均匀性。这里的隔板9c，由高温不锈钢片轧制而成，换热内管9a，其规格可以为φ25，φ32，φ38，φ45，φ57，φ76，φ89，φ108，且能够根据热媒的温度选取不同的材料，可以为镁铝合金，铝合金，奥氏体不锈钢系列，S30408.S30403，S31608，S31603，S32168，或者是普通低合金钢钢带，蒙乃尔合金，这些材料经过氩弧焊焊接定型后，校直后扭转一定角度，在焊接弯头前放进去即可。

在本实施例中，换热内管9a沿着换热外管9b的延伸方向呈螺旋形设置，且换热内管9a沿其自身螺旋方向的多处管体能够配合的抵触于换热外管9b不同高度的多处内壁上。通过将换热内管9a设置为螺旋形，能够使得热媒在换热内管9a和换热通道9c内螺旋流动，减缓了热媒的流动速度，进一步提高了换热效率。同时换热内管9a的管体抵触于换热外管9b的内壁，使热媒能够螺旋流动冲刷换热外管9b，减薄了热媒的层流层，强化了传热，提高了热媒的传热系数，使得相同产能的反应系统能做的更小，节约了能源，且减少了设备的重量，降低了框架的设计载荷，变相减低了框架的制造成本。上述的螺旋形换热内管9a结构的设置，能够使流化反应系统的有效换热面积能增加25-30%左右，反应效率提高约25～30%，传热效率提高约25%。

换热外管9b包括相平行设置且沿着竖直方向延伸的用于热媒上行的第一管体9b1和用于热媒下行的第二管体9b2、设于第一管体9b1和第二管体9b2之间的U形的第三管体9b3，换热内管9a设于第二管体9b2中。这里，换热内管9a设于第二管体9b2中，用于减缓热媒的下降速度，提高换热效率。

在本实施例中，流化单元还包括套设于第三管体9b3上的U形的耐磨套10。这里的耐磨套为铜套，厚度为5mm，其包括两个能够配合的合抱在一起的半铜套，两者通过螺栓连接，配合的箍紧于第三管体9b3上，增加了第三管体的耐磨性能，避免了第三管体9b3在固体料的冲刷下损坏，延长了设备的运行周期和使用寿命，使第一换热管9的使用寿命延长一倍。

上述流化单元还包括沿着筒体3的延伸方向螺旋盘绕于筒体3外周部的用于通入通出热媒的第二换热管11。这里，第二换热管11是利用钢带轧制成半管焊接于筒体3外周部的，并在其中通入热媒，在流化反应初期需要吸热时，能够更快的使筒体3内的温度达到反应温度；而在流化反应放热时，能够有效的将筒体3的筒壁上的热量利用起来，提高了能源利用率，保证了流化反应的温度场温定。这里的第二换热管11，其规格可以为φ76，φ89,φ108, φ114, φ133, φ159，有效利用了占整个流化反应系统面积占5-10%的筒壁面积，能够增加流化单元的换热面积3-4%，有效的解决反应系统的热量输入和析出问题，使温度场更加均匀。

在本实施例中，上述流化反应系统还包括连通于分离单元1和流化单元之间的回料管12、设于回料管12上的风机13。这里，回料管12一端连通于下管箱5垂直筒体3延伸方向的侧部。通过回料管12的设置，能够将分离单元1分离出的固体料中未完全消耗的催化料送回流化单元中再次反应，极大的节约了成本。本实施例的进料口6设于下管箱5的底部，这里将回料管12一端连通于下管箱5垂直筒体3延伸方向的侧部，并设置风机13将催化料侧向吹入下管箱5中，使得催化料能够与进料口6输入的固体料混合，并能够一边绕着筒体3内壁做周向运动，一边向上运动，横向冲刷第一换热管9，大大的提高了换热效率。侧向设置回料管12能够提高换热效率3-5%。

上述流化反应系统还包括废热锅炉14，废热锅炉14分别与第一换热管9和第二换热管11的两端管口相连通。这里，通过设置废热锅炉14，能够有效的利用导热油换热后携带的热量，并使用这些热量供公共工程使用，节约了能源。这里，原始的导热油储存于导热油储存容器中，初始供应导热油时，管路连通导热油储存容器，导热油换热后，将管路切换连通至废热锅炉14，使得带有热量的导热油能够进入废热锅炉14。

在本实施例中，上述流化反应系统，能够使得传热效率提高10～16%；催化剂流失减少，从而使反应系统整体反应效率提高12～15%；延长了设备的运行周期，原来能持续运行35天，现在能提高到45-50天，减少了废物的排放；相同产能的反应系统制造成本能减少20%，节约了能源。

以下具体阐述下本实施例的工作过程：首先，将带有一定热量的导热油送入第一换热管9和第二换热管11，使得导热油均匀流动，并依靠换热内管9a和换热通道9d的毛细力作用使导热油充满第二管体9b2；

随后自进料口6输入固体料和催化剂的混合料，自进气口7输入气体料，固体料和气体料吸收导热油的热量后发生流化反应，反应过程中，固体料和气体料放出热量，此时将具有一定热量的导热油排出，并输入常温的导热油，导热油吸热后流入废热锅炉14中，并加热废热锅炉14中的热水供公共工程使用；

最后，固体料和气体料反应得到的反应料自出料口8进入分离单元1中进行固体和气体的分离，得到的气体产物进入冷凝单元2冷凝后形成液体并被收集，分离的固体催化料残留通过回料管12回流至筒体3中继续参与反应。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种流化反应系统，用于固体料与气体料进行流化反应从而得到反应料，其包括依次设置的流化单元、分离单元（1）和冷凝单元（2），所述流化单元包括沿竖直方向设置的筒体（3）、分别设于所述筒体（3）上下两端的上管箱（4）和下管箱（5）、开设于所述下管箱（5）上的进料口（6）和进气口（7）、开设于所述上管箱（4）上的出料口（8），其特征在于：所述流化单元还包括盘绕于所述筒体（3）内的用于通入通出热媒的第一换热管（9），所述第一换热管（9）包括换热内管（9a）、套设于所述换热内管（9a）上的换热外管（9b）、多块沿着所述第一换热管（9）的延伸方向设于所述换热外管（9b）内且能够绕着所述换热内管（9a）的周向间隔排布的隔板（9c），所述换热内管（9a）和所述换热外管（9b）之间形成环形的间隙，所述的多块隔板（9c）将所述间隙分隔为多条换热通道（9d）；

径向截面较小的所述换热内管（9a）和所述换热通道（9d）形成毛细管，在毛细力的作用下使热媒充满整个所述第一换热管（9），从而增加换热面积。

2.根据权利要求1所述的一种流化反应系统，其特征在于：所述换热内管（9a）沿着所述换热外管（9b）的延伸方向呈螺旋形设置。

3.根据权利要求2所述的一种流化反应系统，其特征在于：所述换热内管（9a）沿其自身螺旋方向的多处管体能够配合的抵触于所述换热外管（9b）不同高度的多处内壁上。

4.根据权利要求1所述的一种流化反应系统，其特征在于：所述换热外管（9b）包括相平行设置且分别沿着竖直方向延伸的用于所述热媒上行的第一管体（9b1）和用于所述热媒下行的第二管体（9b2）、设于所述第一管体（9b1）和所述第二管体（9b2）之间的U形的第三管体（9b3），所述换热内管（9a）设于所述第二管体（9b2）中。

5.根据权利要求4所述的一种流化反应系统，其特征在于：所述流化单元还包括套设于所述第三管体（9b3）上的U形的耐磨套（10）。

6.根据权利要求1所述的一种流化反应系统，其特征在于：所述流化单元还包括沿着所述筒体（3）的延伸方向螺旋盘绕于所述筒体（3）外周部的用于通入通出所述热媒的第二换热管（11）。

7.根据权利要求1所述的一种流化反应系统，其特征在于：所述流化反应系统还包括连通于所述分离单元（1）和所述流化单元之间的回料管（12）、设于所述回料管（12）上的风机（13）。

8.根据权利要求7所述的一种流化反应系统，其特征在于：所述回料管（12）一端连通于所述下管箱（5）垂直所述筒体（3）延伸方向的侧部。

9.根据权利要求6所述的一种流化反应系统，其特征在于：所述流化反应系统还包括废热锅炉（14），所述废热锅炉（14）分别与所述第一换热管（9）和所述第二换热管（11）的两端管口相连通。

10.根据权利要求1所述的一种流化反应系统，其特征在于：所述分离单元（1）包括依次设置的至少两个旋风分离器（1a）以及一个布袋分离器（1b）。