CN116272683A - 一种盘轨式固定床反应装置的填料方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种盘轨式固定床反应装置的填料方法，包括：颗粒填料填装；反应装置正常工作；粉尘聚集并排出；颗粒填料更，包括：梯次更换过程和全部更换过程。本发明反应器的装填区设置螺旋形的盘轨，将装填区从上到下分割为多条螺旋形通道，形成装填区多个分层，对于各个分层中的颗粒填料可以根据其老化程度分别予以更换，即节省了颗粒填料的成本有节约了更换时间，提高了设备利用率。

Description

一种盘轨式固定床反应装置的填料方法

技术领域

本发明涉及一种盘轨式固定床反应装置的填料方法，是一种环保装置构成方法，是一种用于煤气燃烧预处理、脱硫处理、催化转化处理的装置的反应剂或催化剂的装填方法。

背景技术

高炉煤气干法脱硫是近年来在钢铁企业广泛试验、应用的环保装置，其主要目的是通过在煤气燃烧前处理掉其中的含硫污染物，从而使后端使用高炉煤气的用户在燃烧后产生的烟气中二氧化硫浓度直接满足烟气排放标准，无需进行脱硫处理。通过前端集中性的脱硫治理，取代后端多用户点分散的脱硫治理，从而实现环保成本的控制。

在高炉煤气干法脱硫工艺系统中，核心的三个反应装置就是预处理反应装置（脱除煤气中对后续反应不利的氯、氧成分）、水解转化反应装置（将煤气中的有机硫转化为无机硫，使得煤气中的主要含硫污染物均转化为H2S）和脱硫反应装置（脱除硫化氢污染物）。

目前常见的反应器一般为两种形式：径向反应装置（煤气沿反应器径向流动）和轴向反应装置（煤气沿反应器轴向流动），但不管是哪种形式的反应塔，其中装填的固体反应催化剂的装填方式都是一致的，采用散堆装填的形式，即将散状的颗粒填料（反应剂或催化剂）通过反应器顶端的进料口送入装填区内。在反应装置运行一段时间后，反应剂或催化剂效率下降到一定程度（饱和）需要更换时，在装填区底部通过预设排料口进行排放。

现有颗粒填料的这种装填方法存在以下缺点：

1、料剂装填过程中，由于装填高度比较高，前期倒入的料剂下坠高度比较高，可能造成催化剂的磕碰损坏，而在装填的整个过程中，由于料剂间的摩擦，也会造成部分料剂磨出粉末的状况，不仅造成催化剂的损耗、同时也需要增加底部排灰的频次。

2、对于轴向填料反应器，尚可以通过部分料剂的刚换来维持一个较平稳的污染物排放曲线，但径向填料反应器由于其煤气流通路径，只能选择在料剂失效后进行整体更换，这样净化后的煤气浓度会呈现波峰波谷的曲线循环，不够稳定。由于上述原因，反应器不仅需要设计备用塔或者停机才能进行换料，且净化后煤气污染物很难呈现平稳曲线。

3、在填料反应塔这种一定高度内的催化剂堆积，会导致底部催化剂堆积更扎（密）实，但上部催化剂堆积比较宽松，在煤气通过过程中，会导致填料不同高度内煤气通过的阻力不同，煤气会更加倾向于从阻力低的上部通过催化剂层。同时，这种阻力的不平均随着运行时间的增加，催化剂颗粒间摩擦产生粉末，同时粉末在重力作用下堆积在催化剂区域底部，进一步加重这种阻力的不均匀。

4、不管是采用径向装填反应塔，或者是采用轴向装填反应塔，都会存在催化剂随着运行时间的增加，颗粒间相互摩擦产生粉末，而这些粉末在重力的作用下堆积在催化剂装填区底部，而在这种情况下，一旦煤气温度降低，有水汽冷凝出来，就会造成这些粉末板结在催化剂间，造成脱硫能力的进一步下降。

如何快速更换已经老化的填料又要避免浪费和磕碰颗粒填料是一个需要解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种盘轨式固定床反应装置和方法。所述的装置和方法通过在颗粒填料装填区增加盘轨，从而减少颗粒填料的堆积高度并对颗粒填料进行分块划分，实现颗粒填料分区域更换，减少了颗粒填料的磕碰，降低了成本。

本发明的目的是这样实现的：一种盘轨式固定床反应装置的填料方法，所述方法所使用的装置包括：设置在反应器顶部的颗粒填料的进料口和反应性底部的颗粒填料的出料口，所述的反应器中部的颗粒填料的装填区设有至少一头螺旋线的螺旋形的盘轨，所述的盘轨上端与所述的进料口连接，盘轨下端与所述的出料口连接；所述的盘轨使用隔断分为至少两个槽道；所述的盘轨使用通透性材料构成，所述的盘轨各个槽道分别在与出料口衔接处设有活门，所述的通透性材料是丝网，所述的盘轨呈圆筒状螺旋盘绕，圆筒中心设置气体流出通道，圆筒外圆周设置气体流入通道，所述的盘轨上隔出三道槽道，与气体流入通道衔接的是外槽道，与气体流出通道衔接的是内槽道，内、外槽道中间为中间槽道，所述的反应器顶部设置套管，所述的套管内管为气体输出管，外管为气体输入管，所述的气体输入管与气体流入通道连接，所述的气体输出管与气体流出通道连接，所述的颗粒填料是球型颗粒，所述的反应器底部设置排灰口，所述的方法的步骤如下：

步骤1，颗粒填料填装：在反应器中没有煤气的状态下，各个料槽的活门和出料口均处于关闭状态；打开进料口，导入球型的颗粒填料，颗粒填料沿盘轨螺旋线槽道呈滚动状态下降，由于活门的阻挡，催化剂逐渐填满各个槽道；关闭进料口，反应装置进入正常工作状态；

步骤2，反应装置正常工作：煤气经由气体输入管进入反应装置的流入通道，并在压力下依次穿越盘轨的外槽道、中间槽道、内槽道，煤气与各槽道中的催化剂反应，消除污染物，之后进入气体流出通道经由气体输入管流出反应装置；

步骤3，粉尘聚集并排出：反应装置在煤气催化的过程中，槽道和催化剂会产生微微的震动，震动能使催化剂在流动的相互摩擦中产生的粉尘逐渐的下降，直至落入反应器的底部，反应装置经过一段时间的使用后，会在反应器底部沉积一些粉尘，经过一段使用后，适时停止反应，打开排灰口，排出沉积的灰粉，以比较板结；

步骤4，颗粒填料更换：颗粒填料更换的过程包括：梯次更换过程和全部更换过程。

进一步的，所述的梯次更换：第一次更换只打开外槽道的活门，第二次更换打开中间槽道和外槽道活门，第三次更换则打开外槽道、中间槽道和内槽道的活门。

进一步的，所述的全部更换：一次性打开三个槽道的活门。

本发明的优点和有益效果是：本发明反应器的装填区设置螺旋形的盘轨，将装填区从上到下分割为多条螺旋形通道，形成装填区多个分层，对于各个分层中的颗粒填料可以根据其老化程度分别予以更换，即节省了颗粒填料的成本有节约了更换时间，提高了设备利用率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例一应用所述填料方法进行填料的装置结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种盘轨式固定床反应装置的填料方法，本所述方法所使用的盘轨式固定床反应装置，如图1所示，包括：设置在反应器1顶部的颗粒填料的进料口2和反应性底部的颗粒填料的出料口3，所述的反应器中部的颗粒填料的装填区设有至少一头螺旋线的螺旋形的盘轨4，所述的盘轨上端与所述的进料口连接，盘轨下端与所述的出料口连接；所述的盘轨使用隔断401分为至少两个槽道402；所述的盘轨使用通透性材料构成。

本实施例所述的反应器主要指本实施例所述反应装置的壳体以及相应的支撑部件。由于高炉煤气本身特性，压力一般在0.15MPa以上，因此煤气净化所使用的三种反应装置必须符合压力容器的标准，一般都要采用带上下拱形的圆柱反应器。反应器通常设有气体输入管和气体输出管。轴向反应装置的气体输入管通常设置在反应器的底边，气体输出管设在反应器的顶板，反应的气体从底部输入，上升过程中通过装有反应剂或催化剂的装填区而产生反应，之后通过反应器顶部的气体输出管输出。而径向反应装置设置气体输入管、气体输出管的位置有多种选择，可以采用底部设置气体输入管、顶板设置气体输入管，或者相反，或者使用套管，即：气体输入管外层套气体输出管等方案，只要能够反应气体径向流过装填区的反应剂或催化剂即可。

所述的颗粒填料主要是指反应所使用的固体催化剂或反应剂。催化剂或反应剂为颗粒状的固体散料，颗粒的形状可以是球型、短圆柱形或条形（长圆柱形），直径一般在3~5毫米，具有较好的流动性，能够从反应器顶端的入料口进入，利用重力，顺着盘轨在重力作用下向下滚动送入底部，这种输送方式可以避免在较高的高度落差下，催化剂倒入后坠落产生的磕碰损伤。

所述的装填区是指反应器内充斥颗粒填料的位置。传统的反应器中用通透性材料围成圆柱形或圆筒形，只是将散料状的颗粒填料约束在一起，没有任何分割的作用。而本实施例则利用通透材料在装填区形成螺旋形的分割带，即减轻了颗粒填料进入装填区时可能出现的严重磕碰，也使有选择的更换颗粒填料成为可能。

所述的盘轨为螺旋线形的道槽盘绕为圆柱形（中心为实心）或圆筒形（中心为空心）。盘轨道槽的截面形式有多种选择：可以只设置一条道槽，盘绕为螺旋形，道槽的螺旋角即为道槽的高度与道槽外圆周之比。

也可以设置多条道槽，而多条道槽又有更多种选择：如将道槽沿圆柱形或圆筒形的径向分割为多条道槽（水平分割），或者将道槽沿圆柱形或圆筒形的轴向分割多条道槽（竖直分割）。

水平分割的道槽相当于将装填区沿径向分为内外多层，对于煤气从装填区外圆向内流动反应的径向反应装置，可以分层更换颗粒填料，最外层的颗粒填料由于首先接触到为经过处理的煤气，比较容易老化，需要经常更换，而内层的颗粒填料可以减少更换的次数，提高了颗粒填料的利用率。为此，可以在出料口处为各个道槽分别设置各自的活门，利用开闭各自的活门实现各个道槽能够分别排放颗粒填料，以到达内外分层更换颗粒填料的目的。

轴向分割多条道槽相当于增加了螺旋线的头数，而螺旋线头数的增加实际效果是增加了螺旋线的螺旋升角，而螺旋升角的增加意味着道槽的倾斜度增加，而道槽倾斜度的增加有利用颗粒填料在道槽中的下滑，这对于非球状的颗粒填料的运动有利。

构成道槽的通透性材料与构成圆柱或圆筒的材料相同，可以是金属或非金属丝网，以达到既能够透过空气又能够阻挡颗粒填料的效果。由于构成圆柱或圆筒的丝网袋内有螺旋形的道槽相互牵引，甚至可以不使用硬质的框架也能够使丝网袋在充满颗粒填料后形成理想的形状。各个槽道的底部设置能够打开的活门，活门的作用是有选择的打开道槽，活门也可以采用通透材料。

本实施例所述的盘轨各个槽道分别在与出料口衔接处设有活门403，见图1，图中的盘轨由两道隔断分为三个道槽，三个道槽分别在底部设置三个活门，分别控制三个道槽中的颗粒填料的放出。

本实施例所述的通透性材料是丝网。丝网可以是金属丝网，也可以是非金属丝网。由于丝网是柔性材料，因此可以使用金属框架支撑丝网，约束颗粒填料装填后的形状。

本实施例所述的盘轨呈圆筒状螺旋盘绕，圆筒中心设置气体流出通道，圆筒外圆周设置气体流入通道。盘轨整体形状为圆筒形（截面形状为环形），圆筒形的外圆面和中间有气体流动的通道。气体从外圆面穿过圆筒形的反应剂或催化剂达到中间的气体流动空间，即所谓径向流动，如图1中虚线箭头所示。

本实施例所述的盘轨上隔出三道槽道，与气体流入通道衔接的是外槽道4021，与气体流出通道衔接的是内槽道4023，内、外槽道中间为中间槽道4022，如图1所示。本实施例是利用两个隔断将盘轨分为内、外、中间三条槽道，三条槽道分别设置三个活门，以便能够根据需要分别打开活门更换颗粒填料。

本实施例所述的反应器顶部设置套管，所述的套管内管101为气体输出管，外管102为气体输入管，所述的气体输入管与气体流入通道103连接，所述的气体输出管与气体流出通道104连接，如图1所示。为减少在压力容器上开孔，采用套管的形式是一种较好的选择。本实施例采用套管安排气体的输入管和输出管，气体的流动如图1中虚线箭头的流向，也可以反方向流动，即套管的外管为输出管，内管为输入管。

本实施例所述的颗粒填料是球型颗粒。由于球型颗粒外形是各向同性的，球型颗粒的流动性较好，是一种常用的催化剂或反应剂的颗粒形状。

本实施例所述的反应器底部设置排灰口104，如图1所示，颗粒填料在通入气体的过程中会发生微微的震动，这种震动会使颗粒由于某种原因而析出的粉末向下跌落，最终落入反应器的底部形成粉末堆。本实施例设置排灰口将这些粉末排出，以防止过多的堆积影响反向效率。

本实施例所述的方法的具体步骤如下：

步骤1，颗粒填料填装：在反应器中没有煤气的状态下，各个料槽的活门和出料口均处于关闭状态；打开进料口，导入球形颗粒状的颗粒填料，颗粒填料沿盘轨螺旋线槽道呈滚动状态下降，由于活门的阻挡，催化剂逐渐填满各个槽道；关闭进料口，反应装置进入正常工作状态。

球形颗粒流动性较好，可以采用一条柔性的管子插入道槽中，导入颗粒填料。

步骤2，反应装置正常工作：煤气经由气体输入管进入反应装置的流入通道，并在压力下依次穿越盘轨的外槽道、中间槽道、内槽道，煤气与各槽道中的催化剂反应，消除污染物，之后进入气体流出通道经由气体输入管流出反应装置。

正常工作过程中，由于气体有外圆面穿越各个道槽，使最外层的颗粒填料最容易老化。

步骤3，粉尘聚集并排出：反应装置在煤气催化的过程中，槽道和催化剂会产生微微的震动，震动能使催化剂在流动的相互摩擦中产生的粉尘逐渐的下降，直至落入反应器的底部，反应装置经过一段时间的使用后，会在反应器底部沉积一些粉尘，经过一段使用后，适时停止反应，打开排灰口，排出沉积的灰粉，以比较板结。

由于在正常工作过程中，极可能产生灰粉，还会有一些水蒸汽凝结为水，存留到底部，与灰粉混合形成板结，因此需要经常清理灰粉和凝结的水分。

步骤4，颗粒填料更换：颗粒填料更换的过程包括：梯次更换过程和全部更换过程：

梯次更换：第一次更换只打开外槽道的活门，第二次更换打开中间槽道和外槽道活门，第三次更换则打开外槽道、中间槽道和内槽道的活门。

反应装置在经过一段使用后，催化剂的效率逐渐降低。由于有内、外、中间三条道槽，可以分别更换颗粒填料，因此采用梯次更换的方式。

全部更换：一次性打开三个槽道的活门。

活门打开后放空槽道中的颗粒填料，再关上活门，等待装填。

在一些情况下，需要更换反应装置所进行的反应，如将催化反应改为其他反应，则需要全部更换颗粒填料，则采用一次打开所有活门，放空所有颗粒填料。

应用实例：

某工程项目为例，该工程项目采用传统径向固定床反应器，催化剂装填量约110m³，催化剂装填区域外径直径为4.3m，内径直径为1.7m，高度为9m。如采用本实施例方案进行改造，则可以改为催化剂装填区域外径直径4.3m不变，内径直径1.3m，即轨道宽度500mm，而装填区域的盘轨由三个并行的道槽组成，螺旋向下。

球状颗粒填料在重力的作用下滚动向轨道底部，也就是催化剂装填区域的下部，完成装填后，封闭催化剂装填进出口，即可进行调试工作。

因为催化剂安装轨道采用丝网材料，与堆积后的球状催化剂通气空间基本一致，因此不会对系统阻力造成明显的影响。

根据业主运行习惯，可以采用两种换料方式：

1、在脱硫效率明显下降后，采用整理（体）更换催化剂。

2、在脱硫效率有一定下降后，对最外侧道槽，也就是外道槽内的催化剂进行更换。

不管是采用哪种换料方式，本实施例的应用都可以实现原系统的优化：首先是球状催化剂在轨道内呈滚动式运动，减少了重力下降时的冲击，避免大量粉尘逸散影响换料工人的工作环境；其次是分区域的催化剂布置不会使位于底部的催化剂被压实，不管是上层还是下层的催化剂都会在煤气的流通过程中微微振动，产生的粉尘顺丝网和催化剂间隙向下运动，由反应器底部的排灰口排放，避免产生大规模板结。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案（比如反应器内进行的何种反应、反应器的形式、步骤的先后顺序等）进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种盘轨式固定床反应装置的填料方法，所述方法所使用的装置包括：设置在反应器顶部的颗粒填料的进料口和反应性底部的颗粒填料的出料口，所述的反应器中部的颗粒填料的装填区设有至少一头螺旋线的螺旋形的盘轨，所述的盘轨上端与所述的进料口连接，盘轨下端与所述的出料口连接；所述的盘轨使用隔断分为至少两个槽道；所述的盘轨使用通透性材料构成，所述的盘轨各个槽道分别在与出料口衔接处设有活门，所述的通透性材料是丝网，所述的盘轨呈圆筒状螺旋盘绕，圆筒中心设置气体流出通道，圆筒外圆周设置气体流入通道，所述的盘轨上隔出三道槽道，与气体流入通道衔接的是外槽道，与气体流出通道衔接的是内槽道，内、外槽道中间为中间槽道，所述的反应器顶部设置套管，所述的套管内管为气体输出管，外管为气体输入管，所述的气体输入管与气体流入通道连接，所述的气体输出管与气体流出通道连接，所述的颗粒填料是球型颗粒，所述的反应器底部设置排灰口，其特征在于，所述的方法的步骤如下：

步骤1，颗粒填料填装：在反应器中没有煤气的状态下，各个料槽的活门和出料口均处于关闭状态；打开进料口，导入球型的颗粒填料，颗粒填料沿盘轨螺旋线槽道呈滚动状态下降，由于活门的阻挡，催化剂逐渐填满各个槽道；关闭进料口，反应装置进入正常工作状态；

步骤2，反应装置正常工作：煤气经由气体输入管进入反应装置的流入通道，并在压力下依次穿越盘轨的外槽道、中间槽道、内槽道，煤气与各槽道中的催化剂反应，消除污染物，之后进入气体流出通道经由气体输入管流出反应装置；

步骤3，粉尘聚集并排出：反应装置在煤气催化的过程中，槽道和催化剂会产生微微的震动，震动能使催化剂在流动的相互摩擦中产生的粉尘逐渐的下降，直至落入反应器的底部，反应装置经过一段时间的使用后，会在反应器底部沉积一些粉尘，经过一段使用后，适时停止反应，打开排灰口，排出沉积的灰粉，以比较板结；

步骤4，颗粒填料更换：颗粒填料更换的过程包括：梯次更换过程和全部更换过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的梯次更换：第一次更换只打开外槽道的活门，第二次更换打开中间槽道和外槽道活门，第三次更换则打开外槽道、中间槽道和内槽道的活门。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的全部更换：一次性打开三个槽道的活门。

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