CN112808183A - 一种浆态床反应器的防堵型气体分布装置 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种浆态床反应器的防堵型气体分布装置，主要应用于合成气制合成油/醇的浆态床反应工艺。其包括安装在浆态床反应器内的气体分布管及其支管喷嘴，以及安装在浆态床反应器外的止回反吹防堵装置。其中，气体分布管及其支管喷嘴安装在浆态床反应器内腔，气体分布管围绕浆态床反应器底封头成同心圆环形排布，上面均布支管喷嘴；气体分布管上部设有进气立管，进气立管与进入浆态床反应器的进气横管相连。本发明的优点在于，采用沿浆态床反应器底封头布置的气体分布管及其喷嘴，能够最大限度的避免催化剂沉降于反应器椭圆封头底部，同时能够满足反应器径向均匀布气的要求。

Description

一种浆态床反应器的防堵型气体分布装置

技术领域

本发明涉及反应器设计领域，尤其涉及一种用于工业三相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，由于具有最佳的温度控制能力，能够在大型工业装置中有效的快速移走反应热，实现全装置等温操作，保证装置正常稳定运行，因此在强放热的多相反应过程中有很广泛的应用。典型的例子是费托合成过程，即以合成气(CO+H2)为原料，在钴或铁催化剂的作用下反应生成汽油、柴油、石蜡、烯烃和含氧化合物等。现在，应用浆态床反应器的费托合成技术在国内国外都有一系列成熟装置，包括南非Sasol公司以钴基催化剂为核心的100万吨/年级浆态床装置，以及国内神华宁煤集团400万吨/年铁基浆态床工业装置。作为上述装置的核心关键设备，对浆态床反应器的优化设计，始终是提高装置运行能效和稳定性的核心和关键。

一般来说，浆态床反应器的核心部件包括气体分布器、内换热管、液固分离装置和气固分离装置四部分。其中气体分布器是保证反应气在催化剂床层中均匀分布的核心部件，很大程度上决定了反应器的运行效率。现有的工业反应器中浆态床气体分布器，存在的主要问题包括：1、气体分布器开孔为等直径布置，在实际装置中由于变质量流的存在，往往存在喷嘴出口气量从支管入口到末端的不均匀分布，导致沿浆态床反应器径向中心低，壁面高的宏观气体分布规律；2、气体分布器与反应器底部之间有一定间距，因而在采用较易加工的椭圆封头形式时，会导致催化剂沉降，产生较大死区，严重时甚至会堵塞浆液退料管，导致无法退料；3、在原料气供给中断或气源压力不稳时容易出现堵塞，导致浆液逆流入气体进口管，使催化剂在分布器内沉积，堵塞分布器。这些问题的解决对于实现浆态床反应器的高效率、连续化、稳定化操作至关重要。

已有的专利中，已经涉及到一些浆态床气体分布器的设计。专利ZL03151229.1提出了一种用于三相浆态床反应器的气体分布器，包括一个与反应器内径相同的假板，多根气体上升管，一个气体分布管组和多个开口垂直向下的喷嘴组成。采用该气体分布器能够有效减缓催化剂的沉积，但是浆态床装置内支撑假板由于需要承担反应器内所有浆液和催化剂的重量，其与反应器筒体焊接部位的应力较大，长周期运行过程中有破损开裂的风险。同时该气体分布器对倒流入分布管的浆液缺乏足够的应对措施，无法避免催化剂在分布管内的沉降和堵塞问题。专利CN201720799602.7提出了一种用于浆态床反应器的气体分布器，其主要由气室、布气板、气帽等部件组成，该结构可以比较有效的避免催化剂沉积，但是加工工艺较为复杂，而且在大型装置上长周期运行的可靠性仍有待商榷。专利ZL201710100889公开了一种气体分布装置及具有其的浆态床反应器，通过增加扰流件提高气体分散效率，但仍具有较复杂的结构。专利CN205182674公开了一种浆态床反应器分布器防堵装置，在浆态床反应器原料气中断时，立刻开启防堵切断阀，供应高压氮气避免浆液沉降倒流。但是没有考虑浆液倒流情况下应如何处置，以及高压氮气停供状态下如何避免堵塞。专利201410452991.7公开了一种浆态床反应器气体分布结构，通过设置气体分布阀的方式，能够实现有效布气和防止浆液倒流，但与本发明的思路有较大的差异。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浆态床反应器的气体分布装置，实现气体在反应器中的径向均匀分布。

本发明的另一目的在于提供一种浆态床反应器的气体分布装置，保证当由于气源断气或压力波动时，能够有效阻止浆液返流入气体分布器，以及当浆液返流入气体分布器后，能够将其尽快排出系统，避免堵塞。

为实现本发明的目的，提出如下技术方案：

一种浆态床反应器的防堵型气体分布装置，该分布装置由安装在浆态床反应器内的气体分布管及与其相连通的带喷嘴的支管和安装在浆态床反应器外的止回反吹防堵装置组成，所述的止回反吹防堵装置，包括设置在浆态床反应器腔体外进气主管上的浆液导流管、进气主管一端的止回阀，止回阀另一端的反吹气管线。止回阀为单向阀，浆液导流管一端与止回阀和气体下降立管之间的进气主管相连通。止回阀另一端分别经阀门与原料气进口管线和反吹气进口管线相连；反吹气管线与的反吹气压缩机出口相连。

在本发明的一个较优实施方案中，气体分布管的进气主管设置为2根对向布置，进气主管上各布置4根气体下降立管，弧形支管上喷嘴间距L与支管直径D的关系为L＝D。

在本发明的另一个较优实施方案中，从气体下降立管与弧形支管交点焊缝到最近一组喷嘴的距离为2D。

在本发明的另一个较优实施方案中，弧形支管上喷嘴的直径由气体入口到远端呈不等径分布，远端喷嘴直径为气体入口直径的0.5倍，中间各喷嘴直径按线性插值计算得到。弧形支管及与之相连的下降立管的截面积为弧形支管上喷嘴截面积总和的2倍。

在本发明的另一个较优实施方案中，止回反吹防堵装置中，浆态床反应器进气主管与水平面呈斜向布置，使导流管为最低点。主管与水平面夹角为15度。

在本发明的另一个较优实施方案中，所有止回阀、浆液导流管和反吹气管线除保温外，伴热装置的温度250℃。

应用本发明的技术方案，首先能够通过不等径喷嘴设置，保证各喷嘴气体分布均匀，进一步保证浆态床内气体径向分布的均匀性；其次通过下降立管和弧形支管的设计，尽可能减少催化剂在反应器底封头的沉降和沉积，避免死区；第三通过防堵系统的设置，可以减缓在气源断气和压力波动条件下浆液的返流和沉降，而当浆液返流时能够保证将其顺畅的排出气体分布管，避免催化剂沉降堵塞分布管。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为本发明浆态床反应器壳体径向截面示意图；

图2为弧形支管俯视图；

图3为气体分布器轴向截面示意图；

图4为气体分布器原料气进口管线示意图；

图中：1-浆态床反应器壳体，2-进气主管，3-喷嘴定位线，4-弧形支管，5-下降立管与弧形支管相连的气体进口，6-气体下降立管，7-弧形支管，8-喷嘴，9-排液管线，10-单向阀，11-原料气进口管线，12-反吹气进口管线。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

本发明的一个典型实施方式如下：在浆态床反应器的壳体上，对向布置2根进气主管1。进气主管与水平面成15°倾角，以保证若浆液返流入主管，可以从排液管线9中放出。与排液管线9相连接的单向阀10，与单向阀10相连接的原料气进口管线11和反吹气进口管线12。在原料气意外中断或压力不稳时，单向阀10到气体分布器内形成一段气封，短时间内可以避免浆液返流入气体分布管。同时通过挂事故电源的反吹气压缩机，从反吹气进口管线12持续向气体分布器中供气，以防止浆液倒流。

原料气从进气主管1中进入气体分布器，通过各气体下降立管6后，进入与之相连的弧形支管7，再从弧形支管上布置的喷嘴8分散进入浆态床反应器。每根进气主管1上等间距布置4根气体下降立管，每根下降立管相连的弧形支管上分别等距设置8、10、14、16组喷嘴，其中靠近浆态床反应器壳体的远端喷嘴开孔为0.5D，靠近气体进口的喷嘴开孔为D，其余喷嘴直径根据插值，见表1。最近的喷嘴距气体入口中心线的距离为2D。根据喷嘴数量和直径分布，给出各组下降立管和弧形支管的直径，见表1。表1中，喷嘴数量和直径分布为一根弧形支管上喷嘴数量的一半，另一半为对称布置。此外，弧形支管与浆态床反应器椭圆封头尽可能贴近布置，保证在喷嘴不接触椭圆封头底部的前提下，支管中心轴线与椭圆封头切线的垂直距离尽量短。

表1下降立管、弧形支管和喷嘴直径计算列表

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种浆态床反应器的防堵型气体分布装置，其特征在于，该分布装置由安装在浆态床反应器内的气体分布管及与其相连通的带喷嘴的支管和安装在浆态床反应器外的止回反吹防堵装置组成；

所述的止回反吹防堵装置，包括设置在浆态床反应器腔体外进气主管上的浆液导流管、进气主管一端的止回阀，止回阀另一端的反吹气管线；

止回阀为单向阀，浆液导流管一端与止回阀和气体下降立管之间的进气主管相连通；

止回阀另一端分别经阀门与原料气进口管线和反吹气进口管线相连；

反吹气管线与反吹气压缩机出口相连。

2.根据权利要求1所述的一种浆态床反应器的防堵型气体分布装置，所述的气体分布管由1根或多根穿过浆态床反应器壳体侧面的进气主管，连接在进气主管上置于壳体内的竖直向下的1根或多根气体下降立管，以及置于壳体内的连接在气体下降立管下端的二端密闭的1根或多根弧形支管组成，弧形支管上开多组等距喷嘴，每组喷嘴均为一个一端与弧形支管连通的导气管；进气主管一端与原料气进口管线相连，另一端通过气体下降立管与带喷嘴的支管相连。

3.根据权利要求2所述的气体分布管装置，其特征在于：2个以上弧形支管沿浆态床反应器椭圆底封头内壁面依次间隔排布，保持弧形支管中心轴线与椭圆封头内壁面切线等距；弧形支管上喷嘴间距L与弧形支管直径D的关系为L＝0.5～2D，从气体下降立管与弧形支管交点焊缝到最近一组喷嘴的距离大于2D。

4.根据权利要求2所述的气体分布管装置，其特征在于：弧形支管上喷嘴的直径由弧形支管气体入口到气体入口远端逐渐减小，气体出口喷嘴直径为入口直径的0.3～0.7倍，中间各喷嘴直径按线性插值计算得到。

5.根据权利要求2所述的气体分布管装置，其特征在于：弧形支管及与之相连的下降立管的径向截面积为弧形支管上喷嘴径向截面积总和的2～3倍。

6.根据权利要求1所述的气体分布管装置，其特征在于，浆态床反应器进气主管与水平面呈斜向布置，使止回阀位于进气主管的最低点，浆液导流管设置在靠近止回阀处设置，构成止回反吹防堵装置；进气主管与水平面夹角为5～20度。

7.根据权利要求3所述的气体分布管装置，其特征在于，所有止回阀、浆液导流管和反吹气管线外壁面上均设有保温材料层，于保温材料层与止回阀、浆液导流管和反吹气管线之间设有电加热元件或液体加热夹套，加热温度200～270℃。

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