CN117143633A - 重整剂分布器及具有其的含碳物质转化重整反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤化工技术领域，公开了一种重整剂分布器及具有其的含碳物质转化重整反应器，重整剂分布器包括：壳体；耐火砖体结构，其外侧周壁与壳体的内侧周壁间隔设置并形成容纳间隙；布料环，设置于容纳间隙内，布料环在壳体的内侧周壁上周向设置；布料环包括多个弯曲部，多个弯曲部沿布料环周向均匀设置，弯曲部适于在壳体和/或耐火砖体结构产生膨胀差时发生形变以补偿膨胀差；耐火填充料，由非凝固型可塑料制成，耐火填充料内置于容纳间隙内并包覆布料环，耐火填充料适于在壳体和/或耐火砖体结构产生膨胀差时发生形变以补偿膨胀差。本发明重整剂分布器能够从轴向和/或径向针对膨胀差予以完全补偿，从而保证各部件正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及煤化工技术领域，具体涉及一种重整剂分布器及具有其的含碳物质转化重整反应器。
背景技术
含碳物质转化重整反应器以含碳颗粒物为原料，采用蒸汽、氧气、二氧化碳及其混合物等物料作为氧化剂，通过反应器非圆柱形的变径设计形成混合床，加入蒸汽、氧气、二氧化碳、氢气、焦油及其混合物等重整剂实现二次转化重整，按预定产品工艺路线需要调节产品气组份并提高反应器效率，采用带催化功能的复合气膜砖引入气膜气体，利用气膜气体冷却气膜砖保护炉墙的同时被加热提温、断链转化。
含碳物质转化重整反应器的重整剂需要采用重整剂分布器引入和分配。含碳物质转化重整反应器的外壳是承压容器本体，内置耐温衬里及重整剂分布器等部件，其工况与非工况切换、正常工况运行时，各部件均存在着不同的温度变化从而产生温差；同时工况下由重整剂分布器引入和分布的重整剂为蒸汽、氧气、二氧化碳、氢气、焦油及其混合物等中的一中或几种，存在各种重整剂的交替切换，而各种重整剂的温度不同导致重整剂分布器本身存在温度反复改变。前述温度变化和温差改变使承压容器壳体、内置耐温衬里及重整剂分布器等部件产生了膨胀差，导致含碳物质转化重整反应器无法正常工作。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种重整剂分布器及具有其的含碳物质转化重整反应器，以解决现有的含碳物质转化重整反应器容易因温度变化和温差改变而产生膨胀差的问题。本发明所提供的重整剂分布器，通过在布料环上设置弯曲部，当壳体和/或耐火砖体结构因温度改变和/或温差变化而产生膨胀差时，弯曲部能够发生形变，并从轴向和/或径向针对膨胀差予以完全补偿；通过在耐火砖体结构的外侧周壁与壳体的内侧周壁之间填充耐火填充料，使得耐火填充料包覆布料环，不仅能够对布料环形成隔离保护，而且耐火填充料由非凝固型可塑料制成，当壳体和/或耐火砖体结构因温度改变和/或温差变化而产生膨胀差时，耐火填充料能够与弯曲部一起发生形变，并从轴向和/或径向针对膨胀差予以完全补偿，从而保证各部件正常工作。
第一方面，本发明提供了一种重整剂分布器，包括：
壳体；
耐火砖体结构，其外侧周壁与壳体的内侧周壁间隔设置并形成容纳间隙；
布料环，设置于容纳间隙内，布料环在壳体的内侧周壁上周向设置；
布料环包括多个弯曲部，多个弯曲部沿布料环周向均匀设置，弯曲部适于在壳体和/或耐火砖体结构产生膨胀差时发生形变以补偿膨胀差；
耐火填充料，由非凝固型可塑料制成，耐火填充料内置于容纳间隙内并包覆布料环，耐火填充料适于在壳体和/或耐火砖体结构产生膨胀差时发生形变以补偿膨胀差。
通过在布料环上设置弯曲部，当壳体和/或耐火砖体结构因温度改变和/或温差变化而产生膨胀差时，弯曲部能够发生形变，并从轴向和/或径向针对膨胀差予以完全补偿；通过在耐火砖体结构的外侧周壁与壳体的内侧周壁之间填充耐火填充料，使得耐火填充料包覆布料环，不仅能够对布料环形成隔离保护，而且耐火填充料由非凝固型可塑料制成，当壳体和/或耐火砖体结构因温度改变和/或温差变化而产生膨胀差时，耐火填充料能够与弯曲部一起发生形变，并从轴向和/或径向针对膨胀差予以完全补偿，从而保证各部件正常工作。
在一种可选的实施方式中，布料环与壳体的内侧周壁之间的距离为H，H满足10mm≤H≤80mm，既利于布料环30与壳体10的内侧周壁之间的热传递控制，又能够保证含碳物质转化重整反应器的有效利用截面，提高含碳物质转化重整反应器的空间利用率，同时保证重整剂分布器的装配结构的协调性。
在一种可选的实施方式中，重整剂分布器还包括固定夹，固定夹固定设置于壳体的内侧周壁上，固定夹适于对布料环进行定位；通过固定夹50对布料环30进行定位，从而保证布料环30与壳体10的内侧周壁之间的距离，不仅能够保证布料环30上的弯曲部31在补偿膨胀差过程中的可靠性，而且利于布料环30与壳体10的内侧周壁之间的热传递控制。
在一种可选的实施方式中，重整剂分布器还包括进料管，进料管设置于布料环沿径向靠近壳体的一侧，进料管适于穿过壳体并向布料环内通入物料；
进料管与壳体之间形成配合间隙，配合间隙内填充有陶瓷纤维；通过在进料管60与壳体10之间填充陶瓷纤维61，一方面能够使得相关部件温升变化下自由涨缩，另一方面能够进一步防止重整剂热量向壳体10传递以减少热损失并保护壳体10。
在一种可选的实施方式中，耐火砖体结构包括第一砖体，第一砖体的外侧周壁适于与壳体的内侧周壁间隔设置并形成容纳间隙，第一砖体的内侧周壁适于围合形成反应容腔；
重整剂分布器还包括射流组件，射流组件的径向一端与布料环相连通，另一端适于沿径向穿过第一砖体并向反应容腔内进行射流；若干射流组件70沿布料环30周向均匀设置，以使重整剂向反应容腔内的分布趋于均匀，有效保证重整反应效率，同时能够使得重整剂分布器形成无冷媒冷却结构，使得热能得以综合利用，有利于提高反应效率，节约能源。
在一种可选的实施方式中，耐火砖体结构还包括第二砖体，第二砖体设置于射流组件与第一砖体之间，第二砖体包覆于射流组件的外侧周壁上；第二砖体22和第一砖体21的耐磨、耐腐蚀、耐高温抗氧化性能能够保护重整剂分布器免受反应容腔内的工况的破坏。
在一种可选的实施方式中，射流组件包括分流管和喷嘴，分流管的一端与布料环相连通，另一端与喷嘴相连通；
分流管的流通截面积大于喷嘴的流通截面积；重整剂由分流管71进入喷嘴72后喷射而出，流速增加，从而使得重整剂从喷嘴72高速喷出后离开耐火砖体结构20一定安全距离，然后再进行反应，能够有效避免耐火砖体结构20和喷嘴72免受正常工况下的磨蚀、高温和氧化危害。
在一种可选的实施方式中，喷嘴包括出口区段和过渡区段，过渡区段的一端与分流管相连通，另一端与出口区段相连通；
其中，过渡区段的流通截面积大于出口区段的流通截面积，且过渡区段的流通截面积小于分流管的流通截面积，以使得重整剂由分流管71进入喷嘴72后喷射而出，重整剂的流速动能增加而压力能下降；出口区段的长径比为γ，γ满足3≤γ≤6，以维持重整剂絮流稳定的喷射动能并把阻力降控制在指定工作范围内，通过设置出口区段721和过渡区段722，保证和提升了重整剂离开喷嘴72时的速度和动能，同时能够控制阻力降，也就控制并节约了能耗，与此同时，出口区段721的长径比通过满足3≤γ≤6，进一步稳定了喷射动能，使得重整剂从喷嘴72高速喷出后离开耐火砖体结构20一定安全距离，然后再进行反应，能够有效避免耐火砖体结构20和喷嘴72免受正常工况下的磨蚀、高温和氧化危害。
第二方面，本发明还提供了一种含碳物质转化重整反应器，包括：含碳物质转化重整反应器本体，以及如上述的重整剂分布器。
在一种可选的实施方式中，含碳物质转化重整反应器还包括绝热材料复合层，绝热材料复合层设置于重整剂分布器与含碳物质转化重整反应器本体的内部工艺介质接触的表面，通过绝热材料复合层80的强化作用，能够使得重整剂分布器具有较长的无故障使用周期。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种重整剂分布器的剖面结构示意图；
图2为图1所示的布料环和进料管的俯视结构示意图；
图3为图2中A-A截面的剖面结构示意图；
图4为图2中B-B截面的剖面结构示意图。
附图标记说明：
10、壳体；
20、耐火砖体结构；21、第一砖体；22、第二砖体；
30、布料环；31、弯曲部；
40、耐火填充料；
50、固定夹；
60、进料管；61、陶瓷纤维；62、进料法兰；63、安装法兰；
70、射流组件；71、分流管；72、喷嘴；721、出口区段；722、过渡区段；
80、绝热材料复合层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1至图4，描述本发明的实施例。
根据本发明的实施例，一方面，提供了一种重整剂分布器，包括：
壳体10；
耐火砖体结构20，其外侧周壁与壳体10的内侧周壁沿径向间隔设置并形成容纳间隙，容纳间隙内适于容纳耐火填充料40；
布料环30，设置于容纳间隙内，布料环30在壳体10的内侧周壁上周向设置；
布料环30包括多个弯曲部31，请参见图3所示，弯曲部31为U型结构，弯曲部31的设置方向沿轴向设置；多个弯曲部31沿布料环30周向均匀设置，弯曲部31的数量可以根据布料环30的直径大小进行设定，具体地，布料环30上可周向均匀设置3～24个弯曲部31，从而在实现完全补偿膨胀差的同时保证含碳物质转化重整反应器的经济效能；弯曲部31适于在壳体10和/或耐火砖体结构20产生膨胀差时发生形变以补偿膨胀差；
进一步地，布料环30可采用钢管弯曲组焊或钢管与弯头管件组焊成圆环，承压性能优良，能承受所需要的各种内外压差；布料环30也可采用耐磨耐腐蚀合金材质，布料环30的壁厚可根据工作压力、温度等参数进行确定。
耐火填充料40，由非凝固型可塑料制成，耐火填充料40内置于容纳间隙内并包覆布料环30，耐火填充料40适于在壳体10和/或耐火砖体结构20产生膨胀差时发生形变以补偿膨胀差。
本实施例所提供的重整剂分布器，通过在布料环30上设置弯曲部31，当壳体10和/或耐火砖体结构20因温度改变和/或温差变化而产生膨胀差时，弯曲部31能够发生形变，并从轴向和/或径向针对膨胀差予以完全补偿；通过在耐火砖体结构20的外侧周壁与壳体10的内侧周壁之间填充耐火填充料40，使得耐火填充料40包覆布料环30，不仅能够对布料环30形成隔离保护，而且耐火填充料40由非凝固型可塑料制成，当壳体10和/或耐火砖体结构20因温度改变和/或温差变化而产生膨胀差时，耐火填充料40能够与弯曲部31一起发生形变，并从轴向和/或径向针对膨胀差予以完全补偿，从而保证各部件正常工作。
在一个实施例中，布料环30与壳体10的内侧周壁之间的距离不能过小，否则不仅不利于布料环30与壳体10的内侧周壁之间的热传递控制，而且容易降低重整剂分布器的装配结构的协调性，因此，布料环30与壳体10的内侧周壁之间的距离H需满足H≥10mm；布料环30与壳体10的内侧周壁之间的距离也不能过大，否则容易导致含碳物质转化重整反应器的有效利用截面缩小，降低含碳物质转化重整反应器的空间利用率和重整剂分布器装配结构的协调性，因此，布料环30与壳体10的内侧周壁之间的距离H还需满足H≤80mm；请参见图1所示，本实施例中布料环30与壳体10的内侧周壁之间的距离H满足10mm≤H≤80mm，既利于布料环30与壳体10的内侧周壁之间的热传递控制，又能够保证含碳物质转化重整反应器的有效利用截面，提高含碳物质转化重整反应器的空间利用率，同时保证重整剂分布器的装配结构的协调性。
在一个实施例中，重整剂分布器还包括固定夹50，请参见图1所示，固定夹50固定设置于壳体10的内侧周壁上，通过固定夹50对布料环30进行定位，从而保证布料环30与壳体10的内侧周壁之间的距离，不仅能够保证布料环30上的弯曲部31在补偿膨胀差过程中的可靠性，而且利于布料环30与壳体10的内侧周壁之间的热传递控制。
在一个实施例中，重整剂分布器还包括进料管60，进料管60可根据工作压力及温度、介质特性选用无缝钢管，也可选用耐磨耐腐蚀合金材质，请参见图1和图2所示，进料管60设置于布料环30沿径向靠近壳体10的一侧，进料管60适于穿过壳体10并向布料环30内通入物料；
进料管60沿径向远离布料环30的一端设置有进料法兰62，进料法兰62可根据工作压力及温度、介质特性选用耐磨耐腐蚀合金材质，进料法兰62适于连接外部管道并引入重整剂；进料管60适于连接进料法兰62与布料环30并定位进料法兰62与布料环30之间的距离；
请参见图1所示，进料管60与壳体10之间形成配合间隙，配合间隙内填充有陶瓷纤维61；通过在进料管60与壳体10之间填充陶瓷纤维61，一方面能够使得相关部件温升变化下自由涨缩，另一方面能够进一步防止重整剂热量向壳体10传递以减少热损失并保护壳体10。
具体地，重整剂分布器还包括安装法兰63，布料环30、进料管60、进料法兰62和安装法兰63可通过焊接连接为一个整体。
在一个实施例中，请参见图1所示，耐火砖体结构20包括第一砖体21，第一砖体21为普通结构的耐火砖，第一砖体21的外侧周壁适于与壳体10的内侧周壁间隔设置并形成容纳间隙，第一砖体21的内侧周壁适于围合形成反应容腔；第一砖体21的耐磨、耐腐蚀、耐高温抗氧化性能能够保护重整剂分布器免受反应容腔内的工况的破坏；
重整剂分布器还包括射流组件70，射流组件70的径向一端与布料环30相连通，另一端适于沿径向穿过第一砖体21并向反应容腔内进行射流；射流组件70可根据布料环30的直径设置若干组，若干射流组件70沿布料环30周向均匀设置，以使重整剂向反应容腔内的分布趋于均匀，有效保证重整反应效率，同时能够使得重整剂分布器形成无冷媒冷却结构，使得热能得以综合利用，有利于提高反应效率，节约能源。
具体地，射流组件70可采用合金、金属陶瓷或合金与金属陶瓷的组合材质，保证射流组件70在工况环境下的耐温、耐磨、耐腐蚀以及抗氧化性能，延长射流组件70的使用寿命。
具体地，射流组件70与布料环30可通过螺纹连接或焊接连接。
在一个实施例中，请参见图1所示，耐火砖体结构20还包括第二砖体22，第二砖体22为异形结构的耐火砖，第二砖体22设置于射流组件70与第一砖体21之间，第二砖体22包覆于射流组件70的外侧周壁上，第二砖体22和第一砖体21的耐磨、耐腐蚀、耐高温抗氧化性能能够保护重整剂分布器免受反应容腔内的工况的破坏。
在一个实施例中，射流组件70的内通道为渐缩式的圆柱与圆锥组合结构，请参见图4所示，射流组件70包括分流管71和喷嘴72，分流管71和喷嘴72可采用整体加工成型结构，也可采用分体组合结构；分流管71的一端与布料环30相连通，另一端与喷嘴72相连通；分流管71的流通截面积大于喷嘴72的流通截面积；重整剂由分流管71进入喷嘴72后喷射而出，流速增加，从而使得重整剂从喷嘴72高速喷出后离开耐火砖体结构20一定安全距离，然后再进行反应，能够有效避免耐火砖体结构20和喷嘴72免受正常工况下的磨蚀、高温和氧化危害。
具体地，由于喷嘴72所处的工况更为恶劣，射流组件70可采用分体组合结构，分流管71和喷嘴72采用可拆连接，并局部提高喷嘴72的材质性能，且易于制造和检修更换，有利于降低使用维护成本。
在一个实施例中，请参见图4所示，喷嘴72包括出口区段721和过渡区段722，过渡区段722的一端与分流管71相连通，另一端与出口区段721相连通；其中，过渡区段722采用截锥体结构，以使得重整剂在各个射流组件70及其喷嘴72内实现均匀分配；
其中，过渡区段722的流通截面积大于出口区段721的流通截面积，且过渡区段722的流通截面积小于分流管71的流通截面积，以使得重整剂由分流管71进入喷嘴72后喷射而出，重整剂的流速动能增加而压力能下降；出口区段721的长径比为γ，γ满足3≤γ≤6，以维持重整剂絮流稳定的喷射动能并把阻力降控制在指定工作范围内，通过设置出口区段721和过渡区段722，保证和提升了重整剂离开喷嘴72时的速度和动能，同时能够控制阻力降，也就控制并节约了能耗，与此同时，出口区段721的长径比通过满足3≤γ≤6，进一步稳定了喷射动能，使得重整剂从喷嘴72高速喷出后离开耐火砖体结构20一定安全距离，然后再进行反应，能够有效避免耐火砖体结构20和喷嘴72免受正常工况下的磨蚀、高温和氧化危害。
根据本发明的实施例，另一方面，还提供了一种含碳物质转化重整反应器，包括：含碳物质转化重整反应器本体，以及如上述的重整剂分布器。
在一个实施例中，含碳物质转化重整反应器还包括绝热材料复合层80，绝热材料复合层80可采用硅酸盐纳米气溶胶和抗水溶性绝热材料复合层，该复合层为一种绝热纤维填充硅酸盐纳米气溶胶近零孔隙率绝热材料，具有绝热性能好、抗水蒸气侵蚀、耐高温抗氧化的特点，绝热材料复合层80设置于重整剂分布器的金属部件与含碳物质转化重整反应器本体的内部工艺介质接触的表面，通过绝热材料复合层80的强化作用，能够使得重整剂分布器具有较长的无故障使用周期。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种重整剂分布器，其特征在于，包括：
壳体(10)；
耐火砖体结构(20)，其外侧周壁与所述壳体(10)的内侧周壁间隔设置并形成容纳间隙；
布料环(30)，设置于所述容纳间隙内，所述布料环(30)在所述壳体(10)的内侧周壁上周向设置；
所述布料环(30)包括多个弯曲部(31)，多个所述弯曲部(31)沿所述布料环(30)周向均匀设置，所述弯曲部(31)适于在所述壳体(10)和/或所述耐火砖体结构(20)产生膨胀差时发生形变以补偿膨胀差；
耐火填充料(40)，由非凝固型可塑料制成，所述耐火填充料(40)内置于所述容纳间隙内并包覆所述布料环(30)，所述耐火填充料(40)适于在所述壳体(10)和/或所述耐火砖体结构(20)产生膨胀差时发生形变以补偿膨胀差。
2.根据权利要求1所述的重整剂分布器，其特征在于，所述布料环(30)与所述壳体(10)的内侧周壁之间的距离为H，H满足10mm≤H≤80mm。
3.根据权利要求2所述的重整剂分布器，其特征在于，所述重整剂分布器还包括固定夹(50)，所述固定夹(50)固定设置于所述壳体(10)的内侧周壁上，所述固定夹(50)适于对所述布料环(30)进行定位。
4.根据权利要求1所述的重整剂分布器，其特征在于，所述重整剂分布器还包括进料管(60)，所述进料管(60)设置于所述布料环(30)沿径向靠近所述壳体(10)的一侧，所述进料管(60)适于穿过所述壳体(10)并向所述布料环(30)内通入物料；
所述进料管(60)与所述壳体(10)之间形成配合间隙，所述配合间隙内填充有陶瓷纤维(61)。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的重整剂分布器，其特征在于，所述耐火砖体结构(20)包括第一砖体(21)，所述第一砖体(21)的外侧周壁适于与所述壳体(10)的内侧周壁间隔设置并形成容纳间隙，所述第一砖体(21)的内侧周壁适于围合形成反应容腔；
所述重整剂分布器还包括射流组件(70)，所述射流组件(70)的径向一端与所述布料环(30)相连通，另一端适于沿径向穿过所述第一砖体(21)并向所述反应容腔内进行射流。
6.根据权利要求5所述的重整剂分布器，其特征在于，所述耐火砖体结构(20)还包括第二砖体(22)，所述第二砖体(22)设置于所述射流组件(70)与所述第一砖体(21)之间，所述第二砖体(22)包覆于所述射流组件(70)的外侧周壁上。
7.根据权利要求5所述的重整剂分布器，其特征在于，所述射流组件(70)包括分流管(71)和喷嘴(72)，所述分流管(71)的一端与所述布料环(30)相连通，另一端与所述喷嘴(72)相连通；
所述分流管(71)的流通截面积大于所述喷嘴(72)的流通截面积。
8.根据权利要求7所述的重整剂分布器，其特征在于，所述喷嘴(72)包括出口区段(721)和过渡区段(722)，所述过渡区段(722)的一端与所述分流管(71)相连通，另一端与所述出口区段(721)相连通；
其中，所述过渡区段(722)的流通截面积大于所述出口区段(721)的流通截面积，且所述过渡区段(722)的流通截面积小于所述分流管(71)的流通截面积；所述出口区段(721)的长径比为γ，γ满足3≤γ≤6。
9.一种含碳物质转化重整反应器，其特征在于，包括：
含碳物质转化重整反应器本体，以及如上述权利要求1-8中任一项所述的重整剂分布器。
10.根据权利要求9所述的含碳物质转化重整反应器，其特征在于，所述含碳物质转化重整反应器还包括绝热材料复合层(80)，所述绝热材料复合层(80)设置于所述重整剂分布器与所述含碳物质转化重整反应器本体的内部工艺介质接触的表面。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311320103.1A CN117143633A (zh) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 重整剂分布器及具有其的含碳物质转化重整反应器 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| CN117143633A true CN117143633A (zh) | 2023-12-01 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202311320103.1A Pending CN117143633A (zh) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 重整剂分布器及具有其的含碳物质转化重整反应器 |
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| Country | Link |
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-
2023
- 2023-10-12 CN CN202311320103.1A patent/CN117143633A/zh active Pending
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