CN113694841A - 一种气体均匀分布的气固流化床反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气体均匀分布的气固流化床反应器，由进气分布器、扩张分布段、收缩反应段、扩张分离段、封头、气体排出管、催化剂过滤网、螺旋换热管、返回管组成。本发明气体均匀分布气固流化床反应器使得反应器内部的气体与催化剂分布趋于均匀，使气体流动过程中速度趋于恒定，延长气固接触反应时间，提高反应器的整体效率。

Description

一种气体均匀分布的气固流化床反应器

技术领域

本发明涉及石油、化工技术领域，具体地，涉及一种气体均匀分布的气固流化床反应器。

背景技术

气固流化床反应器利用气体通过催化剂床层，使催化剂颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应。气固流化床反应器广泛应用于化工、石油、冶金、核工业等工业领域。与固定床反应器相比，流化床反应器具有流固相间接触面积大、催化剂效率高、换热系数高等突出优点。然而，流化床反应器使用过程中最容易出现的问题是由于气体分布不均导致的催化剂颗粒分布不均，即部分区域的催化剂颗粒较密集，而部分区域的催化剂颗粒较稀疏。催化剂密集区域容易导致催化剂过热而失活，催化剂稀疏区域容易造成催化效率低下。

目前，市面上的流化床反应器大多采用气体分布器对反应气进料口进行规整化分布，从而实现反应进气的均匀分布。然而，气体分布器排出的气体均为竖直向上进入催化剂床层，实际使用过程中并不能很好的实现催化剂均匀分布的目的。因此，改进、优化气体分布器以及反应器的结构，实现气体与催化剂的均匀分布对于流化床反应器的推广具有极其重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种气体均匀分布的气固流化床反应器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种气体均匀分布的气固流化床反应器，由进气分布器、扩张分布段、收缩反应段、扩张分离段、封头、气体排出管、催化剂过滤网、螺旋换热管、返回管组成，所述进气分布器焊接于扩张分布段的底部，所述扩张分布段的侧面上焊接有催化剂排出管，所述扩张分布段的上部与收缩反应段通过焊接连接，所述收缩反应段内分布有螺旋换热管，所述收缩反应段的下侧面焊接有螺旋换热管的介质进口，所述收缩反应段的上侧面焊接有螺旋换热管的介质出口；所述收缩反应段与扩张分离度段通过焊接连接；所述收缩反应段与扩张分离段之间焊接有供催化剂回落的返回管；所述扩张分离段与封头通过焊接连接，所述封头的内表面焊接有催化剂导流肋片，所述封头的顶部焊接有气体排出管道，所述气体排出管道中固定有催化剂过滤网。

进一步地，所述进气分布器包括：进气总管、斜向进气管、向上进气管、斜向进气阀门、向上进气阀门，所述斜向进气管、向上进气管均与进气总管连接，所述斜向进气阀门设置于斜向进气管上，所述向上进气阀门设置于向上进气管上；所述向上进气管的顶部开有进气孔，伸入扩张分布段中；所述斜向进气管的侧壁的上半部分开有斜向上的进气孔，伸入扩张分布段中。

进一步地，所述向上进气管内嵌于斜向进气管中，并通过焊接固定，所述向上进气管的高度高于斜向进气管的高度。

进一步地，所述收缩反应段为圆锥形，其侧壁与铅垂线之间的夹角θ＞0°。

进一步地，所述催化剂过滤网的上下侧气体排出管道均设有压力传感器。

进一步地，所述催化剂导流肋片的圆心角均小于90°。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明气体均匀分布的气固流化床反应器通过对反应气进气分布器的结构进行优化，使之包含向上进气管道与斜向进气管道，其中，向上进气管道的排气管位于顶端，产生竖直向上的反应进气；斜向进气管的排气孔位于侧壁，产生斜向上的螺旋进气，分别调整两个进气管道阀门，控制向上进气与斜向进气的流量之比位于合理区间，从而使整个反应器内部的气体与催化剂分布趋于均匀。收缩反应段呈圆锥形，使气体流动过程中速度趋于恒定，延长气固接触反应时间，提高反应器的整体效率。收缩反应段与扩张分离段之间分布有催化剂返回管，可以有效减少催化剂的损耗；气体排出管内部增设催化剂过滤网，且过滤网前后安装压力传感器，通过观察压力变化值对过滤网是否堵塞进行在线监测。

附图说明

图1为本发明气体均匀分布的气固流化床反应器的整体结构示意图；

图2为本发明中斜向进气管道的剖面图；

图3为本发明中收缩反应段的剖面图；

图4为本发明中封头结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术方案，下面将对实施例或技术方案中描述中所需要的附图进行简单介绍。显而易见地，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明提供了一种气体均匀分布的气固流化床反应器，以提高反应气与催化剂在反应器内部分布的均匀程度，同时降低催化剂的损耗率，提高设备整体运行效率。参见图1-4，本发明气体均匀分布气固流化床反应器由进气分布器、扩张分布段6、收缩反应段7、扩张分离段8、封头9、气体排出管10、催化剂过滤网11、螺旋换热管、返回管15组成，进气分布器焊接于扩张分布段6的底部，扩张分布段6的侧面上焊接有催化剂排出管18，用于停车过程更换催化剂。扩张分布段6的上部与收缩反应段7通过焊接连接，收缩反应段7为圆锥形，其侧壁与铅垂线之间的夹角θ＞0°。气体流动过程中会产生沿程阻力，导致速度逐渐降低，对于催化剂向上的剪切与推动力逐渐减小。通过对收缩反应段7进行结构优化，使之横截面从下至上逐渐减小，使得恒定流量的气体的流动速度保持恒定，可以保证催化剂稳定的悬浮于反应器中，有效延长了反应气与催化剂的接触反应时间，显著提高设备的整体运行效率。收缩反应段7内分布有螺旋换热管，收缩反应段7的下侧面焊接有螺旋换热管的介质进口16，收缩反应段7的上侧面焊接有螺旋换热管的介质出口17，螺旋换热管内可以通入加热介质或冷却介质，从而对收缩反应段7内的催化剂进行加热或冷却。收缩反应段7与扩张分离度段8通过焊接连接；收缩反应段7与扩张分离段8之间焊接有供催化剂回落的返回管15；气体运动过程中会裹挟部分直径较小的催化剂颗粒，在扩张分离段8中，反应器的横截面逐渐变大，导致气体运动速度降低，从而对催化剂颗粒向上的剪切与推动力减小，导致催化剂颗粒回落，通过返回管15进入收缩反应段7，重新与反应气进行接触反应，可以有效减小催化剂损耗。本发明中返回管15可以为圆管、椭圆管或方管。扩张分离段8与封头9通过焊接连接，封头9的内表面焊接有催化剂导流肋片91，催化剂导流肋片所对应的圆心角均小于90°。封头9的顶部焊接有气体排出管道10，气体排出管道10中固定有催化剂过滤网11, 催化剂过滤网11的上下侧气体排出管道10均设有压力传感器。通过观察压力传感器的读数，可以实时在线监测催化剂滤网11是否发生堵塞，以及堵塞程度，便于及时清理。

本发明中进气分布器包括：进气总管1、斜向进气管2、向上进气管3、斜向进气阀门4、向上进气阀门5，所述斜向进气管2、向上进气管3均与进气总管1连接，向上进气管3内嵌于斜向进气管2中，并通过焊接固定，向上进气管3的高度高于斜向进气管2的高度。斜向进气阀门4设置于斜向进气管2上，向上进气阀门5设置于向上进气管3上；向上进气管3的顶部开有进气孔，伸入扩张分布段6中，供反应气向上进入反应器中；斜向进气管2的侧壁的上开有斜向上的进气孔，伸入扩张分布段6中，供反应气斜向上呈螺旋状进入反应器内部。通过控制斜向进气阀门4、向上进气阀门5，可以改变向上进气管与斜向进气管的反应气流量，从而改变竖直向上与斜向上螺旋分布气体流量，使之进入收缩反应段7时分布趋于均匀。

实施例

以甲醇氧化制甲醛的催化反应为例。反应气为甲醇蒸汽与空气的混合气，反应气中甲醛蒸汽的含量大于36%。反应气经进气总管1，分别进入向上进气管3与斜向进气管2中。此时，若收缩反应段7内中心区域的催化剂腾涌剧烈，悬浮高度较高，而靠近反应器壁面区域的催化剂腾涌程度较低，悬浮高度较低，则减小向上进气管3的向上进气阀门5的开度，增大斜向进气管2的斜向进气阀门4开度，使螺旋向上的反应气流量增加，而竖直向上的反应气流量适当减小，从而使收缩反应段7内的反应气与化剂均匀分布。

收缩反应段7中甲醇蒸汽、空气与催化剂接触反应的区域，该反应所需的温度为300℃，因此，可使过热蒸汽从换热管进口进入，经螺旋换热管与反应器内悬浮的催化剂颗粒进行导热、对流与辐射换热后，使催化剂表面温度接近300℃，从而使甲醇蒸汽与空气进行氧化反应。部分直径较小的催化剂颗粒随甲醇蒸汽向上运动，进入扩张分离段8，由于反应器横截面逐渐变大，导致蒸汽流速降低，催化剂颗粒沉降到返回管15中，并最终回落至收缩反应段7中，再次与甲醇蒸汽进行接触反应。甲醇蒸汽与反应生成气进入封头9后，经催化剂导流肋片91的作用，气体中所含有的少量催化剂颗粒被拦截回落至反应器腔体内，而气体经由出口管道排出反应器。通过观察过催化剂过滤网11上下压力传感器的压力读数，实时监测并诊断催化剂过滤网的堵塞情况。通过本发明气体均匀分布气固流化床反应器提高了甲醇氧化制甲醛的催化反应效率，实现对催化剂过滤网是否堵塞的实时在线监测。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种气体均匀分布的气固流化床反应器，其特征在于，由进气分布器、扩张分布段（6）、收缩反应段（7）、扩张分离段（8）、封头（9）、气体排出管（10）、催化剂过滤网（11）、螺旋换热管、返回管（15）组成，所述进气分布器焊接于扩张分布段（6）的底部，所述扩张分布段（6）的侧面上焊接有催化剂排出管（18），所述扩张分布段（6）的上部与收缩反应段（7）通过焊接连接，所述收缩反应段（7）内分布有螺旋换热管，所述收缩反应段（7）的下侧面焊接有螺旋换热管的介质进口（16），所述收缩反应段（7）的上侧面焊接有螺旋换热管的介质出口（17）；所述收缩反应段（7）与扩张分离度段（8）通过焊接连接；所述收缩反应段（7）与扩张分离段（8）之间焊接有供催化剂回落的返回管（15）；所述扩张分离段（8）与封头（9）通过焊接连接，所述封头（9）的内表面焊接有催化剂导流肋片（91），所述封头（9）的顶部焊接有气体排出管道（10），所述气体排出管道（10）中固定有催化剂过滤网（11）。

2.根据权利要求1所述气体均匀分布的气固流化床反应器，其特征在于，所述进气分布器包括：进气总管（1）、斜向进气管（2）、向上进气管（3）、斜向进气阀门（4）、向上进气阀门（5），所述斜向进气管（2）、向上进气管（3）均与进气总管（1）连接，所述斜向进气阀门（4）设置于斜向进气管（2）上，所述向上进气阀门（5）设置于向上进气管（3）上；所述向上进气管（3）的顶部开有进气孔，伸入扩张分布段（6）中；所述斜向进气管（2）的侧壁的上半部分开有斜向上的进气孔，伸入扩张分布段（6）中。

3.根据权利要求2所述气体均匀分布的气固流化床反应器，其特征在于，所述向上进气管（3）内嵌于斜向进气管（2）中，并通过焊接固定，所述向上进气管（3）的高度高于斜向进气管（2）的高度。

4.根据权利要求1所述气体均匀分布的气固流化床反应器，其特征在于，所述收缩反应段（7）为圆锥形，其侧壁与铅垂线之间的夹角θ＞0°。

5.根据权利要求1所述气体均匀分布的气固流化床反应器，其特征在于，所述催化剂过滤网的上下侧气体排出管道（10）均设有压力传感器。

6.根据权利要求1所述气体均匀分布的气固流化床反应器，其特征在于，所述催化剂导流肋片（91）的圆心角均小于90°。

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