CN111495283A - 一种流化床反应器连续垂直加料系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流化床反应器连续垂直加料系统和方法，其中加料系统包括依次连接的供料系统、垂直下料段、水平输料段，以及气体输送系统和压力调节组件；水平输料段另一端与流化床反应器连接，压力调节组件分别与供料系统和气体输送系统连接。本发明利用固体颗粒反应物料自身重量和输入气体的作用，使颗粒物料由供料系统均匀的流态化转移至垂直下料段，再转移至水平输料段，最后持续均匀的输送给流化床反应器，避免了机械式加料造成的颗粒物料磨损，减少细粉量，进而减少气固反应夹带损失，且大大减少气动式加料引入的气体量，对氯化生产大有好处。
Description
技术领域
本发明属于化工生产技术领域，具体涉及了一种流化床反应器连续垂直加料系统及方法。
背景技术
气固流化床反应器可以使固体和气体处于激烈的相对运动之中，强化了气固间的传热、传质效果，大大地提高了生产，被广泛用在各种化学加工行业。在钛白生产过程中，采用氯化炉进行四氯化钛合成中即用到流化床反应器，由富钛料和石油焦组成的混合料在流态床反应器内和氯气处于流态化的状态下进行氯化反应。
目前，流化床反应器的加料方式主要采用机械式加料和气动式加料。机械式加料一般采用螺旋给料，由于螺旋叶片的转动，易磨损颗粒物料，增加细粉量，后续气固反应夹带损失严重。而气动式加料向流化床引入了大量空气或惰性气体，这些气体对后续生产产生不利影响。
发明内容
本发明的目的就在于为解决现有技术的不足而提供一种流化床反应器连续垂直加料系统及方法。
本发明的目的是以下述技术方案实现的：
一种流化床反应器连续垂直加料系统，包括供料系统、垂直下料段、水平输料段、气体输送系统以及压力调节组件；
所述供料系统与所述气体输送系统连接；
所述垂直下料段的上端与所述供料系统连接，下端与所述水平输料段连接，且所述垂直下料段与所述气体输送系统连接；
所述水平输料段的一端连接所述流化床反应器，另一端与所述气体输送系统连接，所述垂直下料段与所述水平输料段的连接处与所述流化床反应器间隔设置；
所述压力调节组件分别与所述供料系统和所述气体输送系统连接，用于调节所述供料系统、所述垂直下料段内的压力大于所述流化床反应器的压力。
优选的，所述压力调节组件包括设于所述供料系统上的排气调节阀以及设于所述气体输送系统上的进气调节阀。
优选的，所述排气调节阀还连接有袋式过滤器。
优选的，所述供料系统包括缓冲仓、以及与所述缓冲仓底部连接的给料仓，所述垂直下料段连接于所述给料仓底部；所述缓冲仓上设有颗粒物料注入管路，所述给料仓上设有称量模块。
优选的，所述缓冲仓与所述给料仓之间设有压力平衡管路。
优选的，所述缓冲仓与所述给料仓之间设有星形给料机。
优选的，所述垂直下料段上设有下料自调阀。
优选的，所述垂直下料段具有10～15m的下料高度。
优选的，所述气体输送系统包括气体输送总管，以及多个与所述气体输送总管连接的气体输送支管，所述供料系统、所述垂直下料段、所述水平输料段分别与至少一个所述气体输送支管连接。
如上所述的流化床反应器连续垂直加料系统的加料方法，其中所述垂直下料段的下料高度为10～15m，直径为250～350mm，所述加料方法包括以下步骤：
通过所述供料系统向所述垂直下料段输送物料；
通过所述气体输送系统向所述供料系统、所述垂直下料段及所述水平下料段通入气体，向所述垂直下料段输送气体的流量为7～15Nm3/h，通过所述压力调节组件调节所述供料系统与所述流化床反应器之间的压差为20～60kpa，实现颗粒物料向所述流化床反应器的连续加料。
本发明提供的流化床反应器连续垂直加料系统及方法，利用和供料系统连接的垂直下料段和水平输料段，并设置和它们连接的气体输送系统，利用固体颗粒反应物料自身重量和输入气体的作用，使颗粒物料由供料系统均匀的流态化转移至垂直下料段，再转移至水平输料段，最后持续均匀的输送给流化床反应器，而且通过压力调节组件调节供料系统、垂直下料段压力大于流化床反应器，可以防止物料倒流，实现连续自动化加料，减少人力的投入；通过输入气体流态化进料，可以避免机械式加料造成的颗粒物料磨损，减少细粉量，进而减少气固反应夹带损失；通过垂直下料段和水平输料段结合，利用垂直下料段上下压差和物料重量的作用，可以大大减少气动式加料引入的气体量，对氯化生产大有好处。
附图说明
图1为本发明提供的流化床反应器连续垂直加料系统的结构示意图。
其中，图中，1.气体输送总管；2.颗粒物料注入管路；3.气体输送支管；7.排气调节阀；8.袋式过滤器；9.缓冲仓；10.压力平衡管路；11.星形给料机；12.给料仓；13.称量模块；14.垂直下料段；15.下料自调阀；16.水平输料段；17.流化床反应器(氯化炉)；18.进气调节阀。
具体实施方案
本发明提供的流化床反应器连续垂直加料系统，如图1所示，包括供料系统、垂直下料段14、水平输料段16、气体输送系统以及压力调节组件；
其中，供料系统与气体输送系统连接，由供料系统提供固体颗粒反应物料，且可以通过气体输送系统向供料系统输送气体；供料系统可采用常规的固体颗粒供料系统，如具有自动上料功能的料仓、具有计量称重功能的自动供料系统等；
垂直下料段14的上端与供料系统连接，下端与水平输料段16连接，且垂直下料段14与气体输送系统连接，固体颗粒反应物料由供料系统输送至垂直下料段14，且通过气体输送系统可向垂直下料段14输入少量气体，使垂直下料段14内固体颗粒流态化以增加其压力，防止固体颗粒反应物料间搭桥堆积；
水平输料段16的一端连接流化床反应器17，另一端与气体输送系统连接，垂直下料段14与水平输料段16的连接处与流化床反应器间隔设置，可通过气体输送系统向水平输料段16输入气体以克服水平阻力使物料流态化输送至流化床反应器；固体颗粒反应物料在自身重力和气体作用下，由垂直下料段14输送至水平输料段16，连接处与流化床反应器间隔设置，两者间具有足够的距离使输送至水平输料段16的气体均匀地把固体颗粒反应物料输送给流化床反应器17；设置水平输料段16一方面可以方便从水平方向向流化床反应器进料，另一方面可以减少垂直下料段易导致的搭桥、堆积、下料不均匀等问题。
压力调节组件分别与供料系统和气体输送系统连接，用于调节供料系统、垂直下料段14内的压力大于流化床反应器17的压力，防止流化床反应器内固体颗粒反应物料倒流。压力调节组件可采用常规的压力调节阀等装置。
本发明提供的垂直加料系统，利用和供料系统连接的垂直下料段、水平输料段，并设置和它们连接的气体输送系统，利用固体颗粒反应物料自身重量和输入气体的作用，使颗粒物料由供料系统均匀的流态化转移至垂直下料段，再转移至水平输料段，最后持续均匀的输送给流化床反应器，而且通过压力调节组件调节供料系统、垂直下料段压力大于流化床反应器，可以防止物料倒流，实现连续自动化加料，减少人力的投入；通过输入气体流态化进料，可以避免机械式加料造成的颗粒物料磨损，减少细粉量，进而减少气固反应夹带损失；通过垂直下料段和水平输料段结合，利用垂直下料段上下压差和物料重量的作用，可以大大减少气动式加料引入的气体量，对氯化生产大有好处。
如本领域技术人员可以理解的，本发明提供的垂直加料系统还包括常规设置的连接管路、控制阀以及分布于气体输送系统的流量计、压力传感器等部件。
固体颗粒反应物料优选为富钛料和石油焦，其中富钛料粒径为0.2～0.5mm，石油焦粒径0.8～1.2mm。
作为其中一个优选实施例，如图1所示，压力调节组件包括设于供料系统上的排气调节阀7以及设于气体输送系统上的进气调节阀18。通过排气调节阀7和进气调节阀组合使用，可以控制供料系统、垂直下料段压力。排气调节阀还可连接有袋式过滤器8，通过袋式过滤器8过滤作用，减少排出气体夹带的物料粉尘量，以减少环境污染。
作为其中一个优选实施例，如图1所示，供料系统包括缓冲仓9、以及与缓冲仓9底部连接的给料仓12，垂直下料段14连接于给料仓12底部；缓冲仓9上设有颗粒物料注入管路2，给料仓12上设有称量模块13。通过颗粒注入管路2，向缓冲仓9内注入固体颗粒反应物料，然后在缓冲仓9内缓冲储存，由缓冲仓9底部下落至给料仓12，给料仓12上设有称量模块13，可以控制加料量。缓冲仓9和给料仓12优选为压力容器，防止使用过程中受压变形。
作为其中一个优选实施例，如图1所示，缓冲仓9与给料仓12之间设有压力平衡管路10，可以平衡两者间的压力，防止物料堵塞。
作为其中一个优选实施例，如图1所示，缓冲仓9与给料仓12之间设有星形给料机11，可以精确控制给料。
作为其中一个优选实施例，如图1所示，垂直下料段14上设有下料自调阀15，以控制下料流量。
作为其中一个优选实施例，如图1所示，垂直下料段14和水平输料段16之间的夹角为90度，即物料下落角度与水平输料段输入气体吹送的角度也为90度，便于使物料均匀的被气体送入流化床反应器内。连接处可位于水平输料段16的中部或一侧端部，垂直下料段14与水平输料段16也可为一体设置的管道。
作为其中一个优选实施例，如图1所示，垂直下料段14具有10～15m的下料高度，以产生足够的压差。
作为其中一个优选实施例，如图1所示，气体输送系统包括气体输送总管1以及多个与气体输送总管1连接的气体输送支管3，供料系统、垂直下料段、水平输料段分别与至少一个气体输送支管连接。通过设置气体输送总管1，方便向各支管配送气体。
输入气体可为惰性气体或空气，优选为氮气。
本发明还提供了上述流化床反应器连续垂直加料系统的加料方法，其中垂直下料段下料高度为10～15m，直径为250～350mm，加料方法包括以下步骤：
通过供料系统向垂直下料段输送物料；
通过气体输送系统向供料系统、垂直下料段及水平下料段通入气体，向垂直下料段14输送气体的流量为7～15Nm3/h，向水平输料管16输送气体的流量为30～60Nm3/h，通过压力调节组件调节供料系统与流化床反应器之间的压差为20～60kpa，实现颗粒物料向流化床反应器的连续加料。通过控制输入垂直下料段气体的流量和压力，既可以使物料流态化，又尽量减少引入系统内的气体量，减少对后期生产的影响。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，颗粒物料注入管路2和缓冲仓9连接，缓冲仓9顶部和气体输送支管3以及排气自调阀7连接，可以控制加料系统压力，使加料系统压力大于流化床反应器17的压力，防止反应器内颗粒物料回流到加料系统内；缓冲仓9底部连接星形给料机11，星形给料机11下部连接给料仓12，缓冲仓9和给料仓12之间连接压力平衡管路10，可以平衡两料仓之间的压力，防止下料管堵塞。给料仓12设计有称量模块13，可以对下料量进行称重计算；给料仓12底部和下料竖管连接，下料竖管连接有两个气体输送支管3；通过向其通入少量惰性气体使下料竖管内颗粒物料流态化，防止下料竖管内的颗粒物料堵塞，下料竖管底部和下料自调阀15连接，可以调节进料量，通过称量模块13和下料自调阀15连锁设计以实现下料自动控制；下料自调阀15和L型管连接，L型管采用90°弯管设计，包括垂直段和水平段，其水平段的左端和其中一个气体输送支管3连接，右端与流化床反应器17连接，L型管垂直段和下料竖管组成垂直下料段14，垂直下料段14高度为10～15m，直径为250～350mm，L型管水平段即为水平输料段16，直径为80～120mm，长度为2-3m，通过水平气力输送把颗粒物料加入流化床反应器(氯化炉)17内。
本系统运行时，一定配比的富钛料和石油焦通过颗粒物料注入管路加入缓冲仓9，打开气体输送支管3进气调节阀通入一定量的惰性气体，缓冲仓9和给料仓12之间连接压力平衡管路10，可以平衡两料仓之间的压力，防止下料管堵塞；通过星形给料机11加入给料仓12内，给料仓12设计有称量模块13，对颗粒物料称重计算后，进入下料竖管内；打开气体输送支管3向下料竖管内通少量流化惰性气体，流量为7-15Nm3/h，使下料竖管内壁颗粒物料流态化，固体颗粒具有较强流动性，随后通过L型管加入氯化炉17内；并且L型管水平段通入了30-45Nm3/h的惰性气体以便克服水平阻力而更顺畅地加入氯化炉17内，由于氯化炉17具有一定压力，需要调节气体输送支管3和排气调节阀7来控制垂直下料段内的压力大于氯化炉压力，以防止氯化炉内颗粒物料回流至垂直下料段内。通过调节进气调节阀和排气调节阀，控制给料仓12(缓冲仓与给料仓之间设压力平衡管路，两者压力基本相同)和氯化炉之间压差20-60kpa。该压差通过DCS控制系统进行自动调节。可以调节进料量，通过称量模块13和下料自调阀15连锁设计以实现下料自动控制。
根据生产负荷调整氯化炉的加料量，控制加料系统的气体流量使富钛料和石油焦被送入氯化炉合成四氯化钛。按照本发明方案的加料系统和传统风动式加料系统引入氯化炉内惰性气体(N2)流量对比见表1。
表1中的实施例，是按照本发明方案引入氯化炉惰性气体(N2)总气量的试验组，对比例是传统风动式加料系统引入氯化炉惰性气体(N2)总气量的对比组。
表1两种加料系统引入氮气流量对比
从表1中的数据可以看出：本发明提供的系统及方法能够明显减少氯化炉惰性气体引入量。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种流化床反应器连续垂直加料系统，其特征在于，包括供料系统、垂直下料段、水平输料段、气体输送系统以及压力调节组件；
所述供料系统与所述气体输送系统连接；
所述垂直下料段的上端与所述供料系统连接，下端与所述水平输料段连接，且所述垂直下料段与所述气体输送系统连接；
所述水平输料段的一端连接流化床反应器，另一端与所述气体输送系统连接，所述垂直下料段与所述水平输料段的连接处与所述流化床反应器间隔设置；
所述压力调节组件分别与所述供料系统和所述气体输送系统连接，用于调节所述供料系统、所述垂直下料段内的压力大于所述流化床反应器的压力。
2.如权利要求1所述的流化床反应器连续垂直加料系统，其特征在于，
所述压力调节组件包括设于所述供料系统上的排气调节阀以及设于所述气体输送系统上的进气调节阀。
3.如权利要求2所述的流化床反应器连续垂直加料系统，其特征在于，
所述排气调节阀还连接有袋式过滤器。
4.如权利要求1所述的流化床反应器连续垂直加料系统，其特征在于，
所述供料系统包括缓冲仓、以及与所述缓冲仓底部连接的给料仓，所述垂直下料段连接于所述给料仓底部；所述缓冲仓上设有颗粒物料注入管路，所述给料仓上设有称量模块。
5.如权利要求4所述的流化床反应器连续垂直加料系统，其特征在于，
所述缓冲仓与所述给料仓之间设有压力平衡管路。
6.如权利要求4所述的流化床反应器连续垂直加料系统，其特征在于，
所述缓冲仓与所述给料仓之间设有星形给料机。
7.如权利要求4所述的流化床反应器连续垂直加料系统，其特征在于，
所述垂直下料段上设有下料自调阀。
8.如权利要求1所述的流化床反应器连续垂直加料系统，其特征在于，
所述垂直下料段具有10～15m的下料高度。
9.如权利要求1所述的流化床反应器连续垂直加料系统，其特征在于，
所述气体输送系统包括气体输送总管，以及多个与所述气体输送总管连接的气体输送支管，所述供料系统、所述垂直下料段、所述水平输料段分别与至少一个所述气体输送支管连接。
10.如权利要求1～9任一项所述的流化床反应器连续垂直加料系统的加料方法，其特征在于，其中所述垂直下料段的下料高度为10～15m，直径为250～350mm，所述加料方法包括以下步骤：
通过所述供料系统向所述垂直下料段输送物料；
通过所述气体输送系统向所述供料系统、所述垂直下料段及所述水平下料段通入气体，向所述垂直下料段输送气体的流量为7～15Nm3/h，通过所述压力调节组件调节所述供料系统与所述流化床反应器之间的压差为20～60kpa，实现颗粒物料向所述流化床反应器的连续加料。
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