CN113198396B - 分支型内构件及流化床反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种分支型内构件和流化床反应器，所述分支型内构件具有中心轴，中心轴上连接有若干个向周边延伸的主构件(A2)，每个所述主构件(A2)上连接有若干个分支构件(A3)，且所述分支构件(A3)在轴方向上的延伸高度不超过与其连接的主构件(A2)在轴方向上的延伸高度。本申请的分支型内构件可有效破碎气泡及颗粒团聚物，削弱流化床内部的颗粒团聚程度，强化颗粒均匀分布，提高相间传热效果，改善流化质量。

Description

分支型内构件及流化床反应器
技术领域
本发明涉及流化床反应器应用技术领域，特别是涉及一种用于强化颗粒均匀分布的分支型内构件及流化床反应器。
背景技术
流化床反应器是一种将颗粒堆积在床层底部，然后从床层底部入口通入一定速度的气体，从而将颗粒流化悬浮起来，颗粒处于时刻的脉动之中。由于流化床内的混合及传热特性，因此流化床反应器较适合应用于连续生产或放热效应明显的多种化学工艺过程，例如气相法烯烃聚合等。
然而，流化床反应器内部存在着气泡及颗粒团聚物等非均匀结构，具有非平衡非线性的特征属性。一方面，气泡的存在容易导致床层内形成较大的狭长型气泡，当气泡生长到一定程度时，会形成气栓，造成床层气体流动出现短路，不利于反应的进行。另一方面，气固流动过程中伴随着颗粒团聚物的出现，尤其在流化床腔室壳体壁面附近，颗粒聚团程度较为明显。对于强放热反应而言，会显著增加反应器内局部热点出现的风险，造成反应器飞温现象的出现，进而给流化床的稳定操作带来风险。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种分支型内构件及流化床反应器，用于解决现有技术中流化床反应器内气泡尺寸过大和颗粒聚团而导致局部出现气体流动短路、颗粒分布不均匀及气固接触不充分的技术问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过包括如下技术方案实现的。
本发明提供一种一种分支型内构件，所述分支型内构件具有中心轴，中心轴上连接有若干个向周边延伸的主构件，每个所述主构件上连接有若干个分支构件，且所述分支构件在轴方向上的延伸高度不超过与其连接的主构件在轴方向上的延伸高度。
优选地，所述主构件的个数为3～72个，相邻的两个主构件之间夹角为5～120°。
优选地，分支构件与其连接的主构件之间的夹角为5～90°。
优选地，主构件自中心轴向周边延伸的延伸长度L1大于等于流化床反应器反应腔半径的0.1倍，且小于等于流化床反应器反应腔半径的0.9倍。
优选地，分支构件的自与其连接的主构件向外延伸的长度L2大于等于0.1L1，小于等于0.5L1。
优选地，主构件和分支构件为柱体或板。
优选地，若干个所述主构件的外接形状呈圆形、多边形、锥形、球形或多面体形。
优选地，对于同一主构件上连接的所有分支构件，外接形状呈圆形、多边形、球形、锥形或多面体形。
优选地，所述主构件的任意横截面具有对称中心；
优选地，所述分支构件的任意横截面以与其连接的主构件为对称中心。
优选地，所述分支构件上还连接有二级或多级分支构件。
本发明提供一种流化床反应器，至少包括反应腔和设于所述反应腔内的分支型内构件。
优选地，所述分支型内构件的中心轴与所述反应腔的中心轴同轴。
优选地，所述分支型内构件可以为一个或多个。
优选地，所述分支型内构件设于密相段。
优选地，所述分支型内构件设于密相段总高度的0.1～0.9倍的床层之间，
如上所述，本发明的分支型内构件，具有以下有益效果：
本申请的分支型内构件可有效破碎气泡及颗粒团聚物，削弱流化床内部的颗粒团聚程度，强化颗粒均匀分布，提高相间传热效果，改善流化质量。
附图说明
图1显示为本发明具体的实施例中分支型内构件的水平横截面的结构示意图。
图2显示为本发明的对比例及实施例提供的流化床内颗粒浓度(SVF)分布的纵截面示意图。
图3是本发明的对比例及实施例提供的一种具有内构件的流化床内颗粒浓度(SVF)分布的水平横截面示意图。
图4为本申请中分支型内构件的其他具体示例图。
图1～图4中附图标号说明如下：
A1 流化床腔室壳体
A2 主构件单元
A3 分支构件单元
A4 主构件单元末端
A5 分支构件单元末端
L1 主构件长度
L2 分支构件长度
L3 分支构件之间的距离
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1和图4所示，本发明提供了一种分支型内构件，所述分支型内构件具有中心轴，中心轴上连接有若干个自中心轴向周边延伸的主构件A2，每个所述主构件A2上连接有若干个分支构件A3，且所述分支构件A3在轴方向上的延伸高度不超过与其连接的主构件A2在轴方向上的延伸高度。
在一个优选的实施例中，所述主构件A2的个数为3～72个，相邻的两个主构件之间夹角为5～120°。
在一个优选的实施例中，分支构件A3与其连接的主构件A2之间的夹角为5～90°。
在一个优选的实施例中，主构件A2自中心轴向周边延伸的延伸长度L1大于等于流化床反应器反应腔半径的0.1倍，且小于等于流化床反应器反应腔半径的0.9倍。
在一个优选的实施例中，分支构件A3的自与其连接的主构件向外延伸的长度L2大于等于0.1L1，小于等于0.5L1。
在一个优选的实施例中，两个同侧且相邻的分支构件A3之间的距离L3大于等于0.02L1，小于等于0.5L1。
在一个优选的实施例中，主构件和分支构件为柱体或板。
在一个优选的实施例中，若干个所述主构件的外接形状呈多边形。
在一个优选的实施例中，对于同一主构件上连接的所有分支构件，外接形状呈呈球形、锥形或多面体形。
在一个优选的实施例中，所述主构件A2的任意横截面具有对称中心。
在一个优选的实施例中，所述分支构件A3的任意横截面以与其连接的主构件为对称中心。
在一个优选的实施例中，所述分支构件A3上还连接有二级或多级分支构件。
本发明还公开了一种流化床反应器，至少包括反应腔和设于所述反应腔内的分支型内构件。
在一个优选的实施例中，所述分支型内构件的中心轴与所述反应腔的中心轴同轴。
在一个优选的实施例中，所述分支型内构件可以为一个或多个。
在一个优选的实施例中，所述分支型内构件设于密相段。在一个更优选的实施例中，所述分支型内构件设于密相段总高度的0.1～0.9倍的床层之间。
本发明分支型内构件使得流化床反应器在使用时的颗粒分布更加均匀，能够明显改善流化质量。当气泡夹带颗粒进入分支型内构件附近时，分支型内构件有利于气泡破碎，可以更加均匀地进入内构件上部流化空间，并阻挡一部分颗粒进入分支型内构件的上部区域，有助于气固相分离，一定程度上可以抑制气固返混；对于催化反应放热体系而言，有助于降低局部热点出现的风险，提升两相间传热效果，使反应器稳定运行。
本发明提供了一种可应用于流化床反应器腔室内部的分支型内构件。该内构件可安装在流化床内部不同的高度上，且可以同时安装两个或多个，如图2和图3所示，且图2和图3中采用的分支型内构件的具体形状如图1所示，该分支型内构件为镂空板状，主构件的外接形状呈多边形。。
图2及图3给出了不同内构件布置下流化床的纵截面、横截面颗粒浓度分布流场图。可以发现，无内构件时壁面附近易产生明显的局部颗粒聚团现象，颗粒浓度较高。当在床层0.3m高度引入单个内构件后，在床层的较高部分达到了破碎狭长气泡的目标，颗粒非均匀性降低了14.1％，颗粒浓度分布更加均匀。进一步调低单个内构件的高度至0.2m。气泡的水平方向尺寸减小，壁面附近的颗粒聚团区域显著减缩小，颗粒浓度非均匀性降低了23.7％。进一步引入双内构件，分别布置在0.15m及0.3m高度。双内构件不仅将气泡破碎消除为尺寸较小的类气泡型气穴，而且壁面附近的颗粒聚团程度进一步降低，仅有少量小颗粒团存在，颗粒非均匀性降低了24.3％。总体而言，与无内构件情形(对比例)相比较，引入分支型内构件后(实施例)，壁面附近的颗粒团聚程度均明显降低，气泡尺寸显著显小，流场分布更加均匀。图4给出了由图1衍生出的部分内构件示例。这些分支型内构件示例及根据这些附图容易获得的分支型内构件，均在本专利的保护范围内。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种分支型内构件，其特征在于，所述分支型内构件具有中心轴，中心轴上连接有若干个向周边延伸的主构件（A2），每个所述主构件（A2）上连接有若干个分支构件（A3），且所述分支构件（A3）在中心轴方向上的延伸高度不超过与其连接的主构件（A2）在中心轴方向上的延伸高度；分支构件（A3）与其连接的主构件（A2）之间的夹角为5~90°；所述主构件（A2）的个数为3~72个，相邻的两个主构件（A2）之间夹角为5~120°；主构件（A2）自中心轴向周边延伸的延伸长度L1大于等于流化床反应器反应腔半径的0.1倍，且小于等于流化床反应器反应腔半径的0.9倍；分支构件（A3）的自与其连接的主构件向外延伸的长度L2大于等于0.1L1，小于等于0.5L1。
2.根据权利要求1所述的分支型内构件，其特征在于，主构件和分支构件为柱体或板；
若干个所述主构件的外接形状呈球形、锥形或多面体形。
3.根据权利要求1所述的分支型内构件，其特征在于，对于同一主构件上连接的所有分支构件，外接形状呈球形、锥形或多面体形。
4.根据权利要求1所述的分支型内构件，其特征在于，所述主构件（A2）的任意横截面具有对称中心；
所述分支构件（A3）的任意横截面以与其连接的主构件为对称中心；
所述分支构件（A3）上还连接有多级分支构件。
5.一种流化床反应器，其特征在于，至少包括反应腔和设于所述反应腔内的如权利要求1-4任一所述的分支型内构件。
6.根据权利要求5所述的流化床反应器，其特征在于，所述分支型内构件的中心轴与所述反应腔的中心轴同轴。
7.根据权利要求5所述的流化床反应器，其特征在于，所述分支型内构件为一个或多个。
8.根据权利要求5所述的流化床反应器，其特征在于，所述分支型内构件设于密相段。
9.根据权利要求8所述的流化床反应器，其特征在于，所述分支型内构件设于密相段总高度的0.1~0.9倍的床层之间。
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