CN117225310A - 允许在进行中的反应期间进行颗粒取样的流化床反应器系统 - Google Patents

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Abstract

一种流化气体反应器，包括反应室，反应室包括颗粒床；气体分配板，气体分配板具有多个贯穿其中的开口，其中，每个开口连通反应室；以及多个垂直的流化气体输入管，每个流化气体输入管与气体分配板的其中一个开口流体连通。每个流化气体输入管配置为接收流化气体并将流化气体输送至反应室。流化气源向流化气体输入管提供流化气体流。冷却系统防止流化气体在进入反应室之前发生反应。冷却系统具有流体入口；与流体入口流体连通的冷却液流路，冷却液流路配置为冷却每个流化气体输入管；以及与冷却液流路流体连通的流体出口。

Description

允许在进行中的反应期间进行颗粒取样的流化床反应器系统
分案申请
本申请为申请号202080057210.8，申请日为2020年6月25日，题为“允许在进行中的反应期间进行颗粒取样的流化床反应器系统”的中国发明专利申请的分案申请。
背景技术
1、公开领域
本公开一般涉及流化床反应器。在各种实施例中，本公开一般涉及一种用于在不中断正在进行的反应的情况下从流化床反应器中回收颗粒样品的系统。在各种实施例中，本公开涉及一种用于向流化床反应器中的流化床气体供应管提供冷却剂的系统。
2、相关技术描述
众所周知的是，流化床反应器系统与局部冷却的气体分配板连接使用，其中冷却通道允许冷却流体通过夹套进行输送，该夹套配置在气体喷射器周围。局部冷却的气体分配板有助于防止气体分配板孔口周围形成壁沉积物。然而，气体喷射器仅允许气体从增压室输送到反应室，并且不允许在气体继续喷射时回收颗粒样品。此外，气体喷射器在气体分配板处或附近冷却流化气体，并且可能无法有效防止反应气体在增压室内的反应。
同样众所周知的是，流化床反应器通过流化气体流经喷射器以及喷射器附近的颗粒提取通道使用，其中可使用流入反应器的气流来防止或减少通过颗粒提取通道的颗粒流。可将流化反应气体引入反应器底部，并且可通过减少通过颗粒提取通道的气流来启动颗粒提取。然而，这只允许从流化床中的单个点进行颗粒取样。最好是有选择地允许从流化床中的多个点中的任何一点提取颗粒。
本公开描述了一种用于在不中断正在进行的反应的情况下从流化床反应器中回收颗粒样品的系统。本公开还描述了一种用于向流化床反应器中的流化床气体供应管提供冷却剂的系统。这些系统可以通过本文公开的各种实施例来实现。这些实施例并不旨在穷举或限制可能的优点，这些可能的优点基于本公开的教导可以实现。本文公开的各种实施例的各种目的和优点将从本文的描述中显而易见，或者可以从实践各种实施例中学习，如本文所描述的或鉴于本领域技术人员可能显而易见的任何变化而修改的。因此，本发明存在于本文在各种实施例中公开的新颖方法、布置、组合和改进中。
发明内容
鉴于目前对从废气流中去除夹带颗粒的改进方法的需要，呈现各种示例性实施例的简要概述。在以下概述中可以进行一些简化和省略，其旨在突出和介绍各种示例性实施例的一些方面，但不限制本发明的范围。下文将详细描述足以允许本领域普通技术人员制造和使用本发明概念的优选示例性实施例。
本文公开的各种实施例涉及流化床反应器，其配置为允许在不中断正在进行的反应的情况下回收颗粒样品。在各种实施例中，流化床反应器包括反应室，所述反应室包括颗粒床；以及气体分配板，所述气体分配板具有贯穿其中的多个开口，其中每个所述开口连通所述反应室。所述反应器还包括多个流化气体输入管，每个所述流化气体输入管与所述气体分配板的其中一个所述开口流体连通，其中，每个流化气体输入管配置为接收流化气体并通过所述气体分配板将流化气体输送至所述反应室。流化气源配置为向流化气体输入管提供流化气体流。所述反应器的各种实施例包括多个颗粒出口，每个颗粒出口位于其中一个所述流化气体输入管中。所述流化气源配置为选择性地阻止流化气体流向任何一个流化气体输入管；并且每个颗粒出口配置为在阻止流化气体流向相应的流化气体输入管的同时，接收来自所述颗粒床的颗粒。
在各种实施例中，所述流化气源配置为选择性地阻止流化气体流向任何一个所述流化气体输入管，而不阻止流化气体流向其他的所述流化气体输入管。在各个实施例中，所述流化气源包括多个流化气体供应管，每个流化气体供应管与相应的流化气体输入管流体连通，其中每个流化气体供应管包括阀门，所述阀门配置为选择性地阻止流化气体流向相应的流化气体输入管。
在各种实施例中，所述流化气源包括多个流化气体供应管，每个流化气体供应管与相应的流化气体输入管流体连通。每个流化气体供应管包括配置为位于第一位置的第一阀门，其中：
所述第一位置选择性地阻止流化气体流向所述相应的流化气体输入管；和
其中，所述相应的流化气体输入管包括第二阀门，所述第二阀门配置为当所述第一阀门位于所述第一位置时，允许颗粒从所述颗粒床流向所述颗粒出口。类似地，在各种实施例中，所述第一阀门还配置为位于第二位置，其中，所述第二位置允许流化气体流向所述相应的流化气体输入管；并且所述第二阀门配置为当所述第一阀门位于所述第二位置时，阻止来自所述颗粒床的颗粒流向颗粒出口。在各种实施例中，所述第一阀门和所述第二阀门允许流化气体流向所述相应的流化气体输入管；或者允许颗粒从所述颗粒床通过所述流化气体输入管流向所述颗粒出口；不允许流化气体和颗粒同时通过所述流化气体输入管。
在各种实施例中，所述流化气体反应器包括冷却系统，所述冷却系统包括流体入口；与所述流体入口流体连通的冷却液流路，所述冷却液流路配置为冷却每个流化气体输入管；以及与所述冷却液流路流体连通的流体出口。所述流体入口可包括输入歧管。所述冷却液流路可包括多个冷却套，其中，每个冷却套围绕其中一个所述流化气体输入管；并且每个冷却套与所述输入歧管流体连通。所述流体出口可包括与每个冷却套流体连通的输出歧管。
在各种实施例中，所述流化气体反应器包括冷却系统，所述冷却系统包括流体入口；与所述流体入口流体连通的冷却液流路；以及与所述冷却液流路流体连通的流体出口。所述冷却液流路可包括多个冷却套，其中，每个冷却套围绕其中一个所述流化气体输入管；并且所述冷却液流路可配置为提供从所述流体入口到所述流体出口的冷却液流，其中所述冷却液流按顺序流过所述多个冷却套。在各种的实施例中，所述冷却液流路包括多个冷却套，其中，每个冷却套围绕其中一个所述流化气体输入管；并且所述冷却液流路配置为提供从所述流体入口到所述流体出口的冷却液流，其中所述冷却液流平行流过所述多个冷却套。
在一些实施例中，所述流化气体反应器可包括位于所述反应室上方的分离室；以及位于所述反应室与所述分离室之间的锥形减速室。在各种实施例中，所述分离室的直径比所述反应室的直径大1.5至10倍、2至5倍、2.25至4倍或约2.5倍。
在各种实施例中，所述流化气体反应器包括具有石墨壁的反应室，所述石墨壁配置为加热至约600℃至约2200℃，或800℃至约2000℃，或1250℃至约1800℃。所述流化气体反应器可包括具有石墨壁的反应室，所述石墨壁配置为加热至约600℃至约2200℃之间；以及所述减速室和所述分离室中的至少一个具有石墨壁，所述石墨壁配置为加热至约600℃和约2200℃之间。
本文公开的各种实施例涉及流化气体反应器，包括具有颗粒床的反应室；气体分配板，所述气体分配板具有多个贯穿其中的开口，其中每个开口连通所述反应室；以及多个流化气体输入管，每个所述流化气体输入管与所述气体分配板中的其中一个所述开口流体连通。每个流化气体输入管可配置为接收流化气体并将流化气体输送至所述反应室。所述反应器可包括流化气源，所述流化气源配置为向所述流化气体输入管提供流化气体流；以及冷却系统。在各种实施例中，所述冷却系统包括流体入口；与所述流体入口流体连通的冷却液流路，所述冷却液流路配置为冷却每个流化气体输入管；以及与所述冷却液流路流体连通的流体出口。
本文所公开的各种实施例涉及一种流化气体反应器，其配置为允许在不中断正在进行的反应的情况下回收颗粒样品，包括具有颗粒床的反应室；气体分配板，所述气体分配板具有多个贯穿其中的开口；以及多个流化气体输入管，其与所述气体分配板中的其中一个锥形管流体连通。在各种实施例中，每个流化气体输入管具有气体输入开口和颗粒输出开口。流化气源可配置为向所述流化气体输入管的所述气体输入开口提供流化气体流。在各种实施例中，所述反应器包括阀门系统，所述阀门系统配置为选择性地阻止流化气体流向任何一个所述流化气体输入管的所述气体输入开口；以及允许颗粒从所述颗粒床流向所述颗粒输出开口，同时阻止流化气体流向所述气体输入开口。所述阀门系统可配置为选择性地阻止流化气体流向任何一个所述流化气体输入管的所述气体输入开口，而不阻止流化气体流向其他所述流化气体输入管的所述气体输入开口。所述阀门系统可配置为阻止颗粒从所述颗粒床流向所述颗粒出口，除非流化气体停止流向所述气体输入开口。
附图说明
为了更好地理解各种示例性实施例，参考附图，其中：
图1示出了具有多个气体输入管的流化床反应器，每个气体输入管配置为将流化气体输送至反应室中；
图2示出了根据图1的具有多个气体输入管的流化床反应器，其中一个气体输入管配置为允许从流化床收集颗粒样品；
图3至图5示出了根据图1的流化床反应器的各种实施例，该流化床反应器具有多个气体输入管，其中所述气体输入管配置有冷却系统；
图6至图8示出了为流化床反应器提供气体输入管的系统的四个不同视图，所述气体输入管配置有冷却套系统；
图9示出了与图6至图8中的系统相连接的气体分配板；
图10A至图10F示出了气体输入管与图9所示的气体分配板的各种布置；
图11示出了与流化床反应器结合使用的装置，该装置用于从流化气体中分离细颗粒；和
图12示出了图10中的装置，其与流化床反应器一起使用。
具体实施方式
现在参考附图，其中相同的数字表示相同的组件或步骤，这里公开了各种示例性实施例的广泛方面。图1示出了流化床反应器，其配置为允许在不中断正在进行的反应的情况下回收颗粒样品。
1.流化过程中的颗粒取样
图1的流化床反应器包括反应室1，反应室1具有颗粒床2。气体分配板3形成反应室1的底部，并且气体分配板3具有贯穿其中的锥形气体输入开口9。多个可垂直布置的流化气体输入管4将流化气体输送至反应室1，每个流化气体输入管与气体分配板3中的其中一个开口9流体连通。流化气体通过流化气体供应管5从流化气源输送至每个流化气体输入管4。每个流化气体供应管5与相应的流化气体输入管4流体连通，并且每个流化气体供应管5配置为向相应的流化气体输入管4提供流化气体流。图1的流化床反应器还包括多个颗粒出口8，每个颗粒出口8位于或连接其中一个流化气体输入管4。
在各种实施例中，流化气源配置为选择性地阻止流化气体流向任何一个流化气体输入管4。每个颗粒出口配置为在阻止流化气体流向相应的流化气体输入管的同时，接收来自颗粒床的颗粒。参考图1，每个颗粒出口8通过阀门7连通其中一个流化气体输入管4，其中每个阀门7关闭。每个流化气体供应管5通过阀门6连接到其中一个流化气体输入管4。在图1中，每个阀门6打开，并且每个阀门7关闭。流化气体通过管5按箭头A的方向供应至流化气体输入管4，其中流化气体从流化气体供应管5的第一部分5a通过阀门6，然后通过流化气体供应管5的第二部分5b流向流化气体输入管4。然后，流化气体沿箭头A的方向流经流化气体输入管4，通过开口9进入反应室1，并使颗粒床2流化。
在各种实施例中，流化气体包括在颗粒2上沉积碳或陶瓷涂层的反应气体。在这种情况下，希望能够获得床中颗粒的样品，以分析涂层。还希望能够在不中断沉积反应的情况下获得床中颗粒的样品。如图2所示，图1装置中的阀门系统允许获得此类样品。
在图2中，流化气体沿穿过阀门6的箭头A的方向，通过两个管5供应至流化气体输入管4，然后流向流化气体输入管4。然后，流化气体沿箭头A的方向流过流化气体输入管4，通过开口9进入反应室1，并使颗粒床2流化。在从管5接收流化气体的流化气体输入管4中，阀门7关闭。如图2所示，在第三流化气体输入管4中，没有接收到流化气体，因为阀门6a(对应于图1中的其中一个阀门6)关闭，阻止流化气体从管5a流出。在第三流化气体输入管4中，颗粒出口8和流化气体输入管4之间的阀门7a打开。这允许反应室1中的颗粒样品2沿箭头C的方向，通过流化气体输入管4落到颗粒出口8，允许从颗粒出口8回收流化床中的颗粒样品。由于流化气体继续沿箭头B的方向通过其他管4进入反应室，颗粒样品的回收不会中断反应室1中正在进行的沉积反应。此外，当流化气体沿箭头B的方向通过管4进入反应室时，反应室中的正压可通过沿箭头C的方向吹送颗粒来帮助颗粒回收。
图3示出了带有反应室1的流化床反应器，其中流化床反应器具有颗粒床2。气体分配板3具有贯穿其中的锥形气体输入开口9。多个流化气体输入管4(两个如图3所示，尽管可以使用更多)沿箭头B的方向将流化气体输送至反应室1。流化气体通过流化气体供应管5，从流化气源输送至每个流化气体输入管4。每个流化气体供应管5与相应的流化气体输入管4流体连通，并且每个流化气体供应管5配置为向相应的流化气体输入管4提供流化气体流。图1的流化床反应器还包括多个颗粒出口8，每个颗粒出口8位于或连接其中一个流化气体输入管4。
在图3中，反应室1具有由导电材料(例如导电碳，例如石墨)制成的壁10。反应室的石墨壁是电阻式的(在图3中表示为电阻器10a)。电源11通过电路12向电阻式石墨壁10输送电流，将反应室1加热至约600℃至约2200℃之间的温度。
在各种实施例中，各种材料可沉积在反应室中的核心颗粒上。流化床化学气相沉积(FBCVD)可用于在核心流化床颗粒的单晶、多晶和非晶涂层中沉积材料。这些涂层包括硅、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化硅、热解碳、金刚石、石墨、氟碳化合物、钨、氮化钛和高介电性的电介质。
在各种实施例中，热解碳(PyC)可在1250至1450℃的沉积温度下，使用乙炔或乙炔/丙烯混合物，通过FBCVD沉积在核心颗粒上。硅可通过FBCVD沉积在核心颗粒上，利用硅烷的热解分解，然后在650℃下沉积在流化床上形成的硅。通过使用氢载气(hydrogencarrier gas)在1500℃下对CH3SiCl3进行FBCVD，碳化硅(SiC)可沉积在核心颗粒上。
在各种实施例中，核心颗粒可按顺序地涂覆有多层。例如，核燃料颗粒可通过按顺序涂覆UO2核心颗粒来产生。通过在1250℃的惰性载气中从乙烯中沉积碳，然后通过在1300℃的惰性载气中从乙炔/丙烯混合物中沉积碳来沉积致密碳层，UO2颗粒可涂覆有多孔碳层。通过在1500℃下使用氢载气从CH3SiCl3中提取，在致密碳层上沉积碳化硅层。最后，在1300°C的惰性载气中，从乙炔/丙烯混合物中沉积致密碳外层。产生的粒子称为三等结构(TRISO)涂覆颗粒。
在各种实施例中，根据权利要求1的流化床反应器中的流化床可包含核心颗粒，并且如图1所示，含有反应物的流化气体可从各种输入管4经由气体分配板3中的开口9流入反应室1。在允许反应进行一段时间后，可关闭一个阀门6(如图2中的阀门6a所示)，切断流经一个输入管4的流化气体流，在不中断颗粒床流化的情况下，流化气体流经剩余的输入管4。如图2所示，其中一个阀门7(如图2中的阀门7a所示)打开，该阀门7位于连接到阀门6a的输入管中，允许颗粒样品通过输入管4落到颗粒出口8，以进行回收和分析。例如，如果热解碳沉积在核心颗粒上，在允许反应持续一定时间后，碳涂覆的颗粒样品可通过输入管4和颗粒出口8回收，而不会中断通过剩余的输入管4的流化过程。如果分析后发现样品颗粒的涂层不均匀或不完整，则允许在反应室内继续沉积热解碳。如果发现颗粒具有完整的涂层，则可停止沉积，并可回收颗粒。
如果颗粒按顺序涂有多层，则可在不中断流化过程的情况下对颗粒进行取样，并在每个涂层步骤中进行分析。
2.冷却系统
在进行高温FBCVD反应时，将反应室1的内部加热到约600℃到约2200℃之间可能会产生不良副作用，即在流化气体进入反应室1之前加热流化气体输入管4中的流化气体。如果流化气体包含反应性气体，这可能导致反应产物，例如碳或陶瓷层，沉积在管4的内部，从而降低流化气体的流速或完全阻断流化气体的流动。这可以通过适当的冷却系统来减少或防止。
这种冷却系统如图3所示。每个流化气体输入管4进入气体分配板3下的增压室17。每个流化气体输入管4由空心护套14围绕。冷却液可以是水或蒸汽，其通过冷却液输入管13进入第一护套14。在加注第一护套14后，冷却液通过冷却液流管15流出护套14，流向第二护套14。在加注第二护套14后，冷却液通过冷却液输出管16流出第二护套14。在图3的实施例中，冷却液按顺序流经冷却套14。这降低了流化气体输入管4或这些管中的流化气体被反应室1内部的高温气体过度加热的可能性。这也降低了碳或陶瓷反应产物沉积在管4内表面上的速率。
另一种冷却系统如图4所示。每个流化气体输入管4进入气体分配板3下的增压室17。冷却液最好是蒸汽等气体18，其通过冷却液输入管13a进入增压室17。在加注增压室17后，冷却液通过冷却液输出管16流出增压室17。这降低了反应室1内部的高温气体对增压室17内部过度加热的可能性，并避免了反应室1内部的高温气体对流化气体输入管4中的流化气体过度加热。同样，这降低了反应产物沉积在管4内表面上的速率。
第三种冷却系统如图5所示。流化气体输入管4包含在增压室17中。每个流化气体输入管4由空心护套14围绕。冷却液可以是水或蒸汽，其从冷却液输入管13进入输入歧管19。冷却液流从输入歧管19分配到每个护套14(图5中示出了两个有夹套的输入管，但如果需要，可以使用更多有夹套的输入管)。在加注各个护套14后，冷却液从护套14流出并进入输出歧管20。冷却液通过冷却液输出管16从输出歧管20流出增压室17。在图5的实施例中，冷却液平行流过各个冷却套14。与冷却液按顺序经过各个冷却套14相比，这可以允许在增压室内的热量分布更均匀。如果冷却液按顺序流经冷却套，则与进入最后一个冷却套时相比，冷却液进入第一冷却套时从流化气体输入管4吸收热量的时间更短，因此随着与冷却液入口的距离增加，从流化气体输入管4排出热量的效率降低。如果冷却液平行流经冷却套，则冷却液大致同时到达每个冷却套14，因此热量以类似的效率从每个流化气体输入管4中排出。
如图3和图5所示，每个流化气体供应管5可在与相应的流化气体输入管4相交之前穿过冷却套14。这在流化气体进入输入管4之前冷却流化气体，防止流化气体中的反应物材料反应形成固体碳或陶瓷材料，该材料在供应管5和输入管4之间的开口处积聚。这降低了阻止流化气体流入输入管4的可能性。
同样如图3所示，流化气体输入管4可向下延伸，超出增压室17的下表面。对于每个输入管4，阀门7位于输入管4和颗粒出口8之间的接合处，位于增压室17下方。
如图3所示，每个流化气体供应管5都有阀门6，阻止流化气体流到相应的输入管4。每个阀门6独立操作。通过关闭相应供应管5中的阀门6，可阻止流化气体流向任何一个输入管4，而不阻止流化气体流向每个剩余的输入管。
在选择输入管4并阻止流化气体流向所选输入管后，打开所选输入管下端的阀门7，并且颗粒床中的颗粒样品通过所选输入管，以及通过打开的阀门7，落到颗粒出口7。当颗粒被收集时，它们通过由冷却套5冷却的输入管4的区域落下，从而减慢管4中任何反应气体与颗粒表面之间的反应速率。在收集颗粒样品后，关闭阀门7，并打开阀门6，允许流化气体流经所选输入管4。因此，该布置允许从连接到第一输入管4的颗粒出口8回收用于分析的颗粒样品，同时允许流化气体继续通过所有剩余的输入管流入反应室1。因此，颗粒样品的收集不会中断流化气体和腔室1中的颗粒床之间的反应。
图6和图7示出了一组包含流化气体输入管和冷却系统的组件，设计用于安装在流化气体反应器的增压室中，并位于气体分配板下方。在图6和图7的实施例中，有两个冷却套14。流化气体输入管4(如图7所示)穿过每个冷却套，通过穿过分配板3(图6和图7中未示出)的开口9将流化气体输送到反应室中。板22(如图7所示)使冷却套稳定，将它们保持在固定的相对方向上；板22也可以固定在增压室的内壁上。
每个冷却套的下端可终止于第二稳定板23(如图7所示)，每个冷却套的下端可固定在增压室底部(图6和图7中未示出)。每个外部冷却套14内的流化气体输入管4通向阀门7。当阀门7打开时，来自流化床反应器的颗粒通过阀门7进入颗粒输出管8，然后落入采样室24。
如图6和图7所示，冷却液入口13将冷却液输送至第一冷却套14。然后，冷却液从第一冷却套14流向第二冷却套14，然后通过冷却液出口16流出增压室。然后，冷却液通过管15在冷却套14之间流动。如图6和图7所示，流化气体通过相应的流化气体供应管5输送至每个流化气体输入管4，该流化气体供应管5可在与输入管4相交之前通过冷却套14。或者，如图7所示，流化气体供应管5可在与输入管4相交之前穿过实心圆柱体14c，其中圆柱体14c位于冷却液入口13下方。阀门6允许暂时停止向每个输入管供应流化气体，以使得通过打开阀门7，可在相应的取样室24中收集颗粒样品。
图8示出了从箭头8的方向看图7的组件。在图8的视图中，可以看到取样室24的上侧是冷却套14。第一冷却套14具有流体入口13，流体入口13将冷却液带入夹套14。冷却液通过管15离开第一冷却套14，进入第二冷却套14。然后，冷却液通过冷却液出口16离开第二冷却套。每个冷却夹套14的中心都有一个流化气体供应管4，以使得通过与冷却液的间接热交换来调节流化气体的温度。每个流化气体供应管4通过通向阀门6的供应管5a，然后通过管5b供应流化气体。
图9示出了图7的装置连同气体分配板3的横截面。如图9所示，板3具有圆柱形壁3a和锥形气体分布表面9，锥形气体分布表面9围绕流化气体供应管4的开口。相邻的气体分配孔9可在脊形边缘9a处相互接触。锥形气体分配孔9的表面可在边缘9b处与圆柱壁3a相交。
图10A至图10F示出了气体分配板3的各种配置，用于与三个流化气体供应管4(图10A和图10B)；四个流化气体供应管4(图10C和图10D)；或五个流化气体供应管4(图10E和图10F)一起使用。每个板具有多个开口，每个开口对应于流化气体供应管4的上开口；以及围绕板3底部每个开口的锥形表面9。每对相邻的锥形表面9在脊形边缘9a处相交。
回到图3，反应室1具有由导电材料制成的壁10，例如导电碳，例如石墨。流化气体沿箭头B的方向流过反应室1，并通过出口管1a离开反应室。当流化气体流过反应室1时，颗粒床中的颗粒2被流化。通常地，颗粒床包括具有一系列颗粒尺寸的颗粒，包括大颗粒和小颗粒。当流化气体流过颗粒床时，气流会导致较大的颗粒在颗粒床内移动，而不会从颗粒床的表面逸出。然而，较小的颗粒可能会夹带在流化气体流中，因为它们在流化气体流中具有较大的浮力。这些小颗粒从流化床的表面逸出，并可能通过管1a离开反应器1。这降低了流化床中颗粒与流化床中反应物之间反应的产率，并迫使在管1a出口处放置回收或再循环夹带小颗粒的装置。这有利于防止夹带的小颗粒进入流化气体出口管1a。
3.细颗粒的分离
图11示出了用于从流经管状流化气体反应器的流化气体流中回收夹带的小颗粒的装置25。装置25配置为位于管状流化气体反应器腔室1的上方。装置25包括下端，该下端具有直径为x的开口26，该开口26配置为接收来自反应室的流化气体；以及开口上方直径为nx的管状分离室30，其中n在1.5和10之间。在各种实施例中，分离室的内径比反应室的直径大1.5至10倍(n为1.5至10)、2至5倍、2.25至4倍或约2.5倍。在各种实施例中，锥形减速室连接开口26和减速室，定义分离室30下边界的平面m与减速室29的锥形内壁之间的角度y在15°和75°之间、25°和65°之间、30°和60°之间、40°和50°之间或约45°。分离室30壁上的的两个开口31允许流化气体在通过开口26进入减速室后离开分离室30。
开口26的边缘由凸起的边缘28限定。压痕27由边缘28的垂直外表面和减速室29的壁的外表面的下边缘处的水平表面限定。边缘28和压痕27用于将装置25安装到反应室1的上边缘。
如图12所示，装置25可与流化气体反应器一起使用，通常如图1所示。流化气体反应器具有反应室1，反应室1的上端具有开口35。在开口35的外围边缘周围，反应室1有凸起的边缘34，该边缘34安装在装置25的压痕27中。反应室1还具有压痕33，该压痕33容纳装置25中的凸起的边缘28。装置1顶部的开口可用盖32封闭。
如图11所示，流化气体从流化气体供应管5a流经流化气体输入管4，并通过气体分配板3中的开口9进入反应室1。然后，流化气体通过开口26离开反应室，进入装置25。在装置25中，流化气体以第一速度进入减速室29，在反应室1中携带来自流化床的夹带细颗粒。当流化气体通过减速室时，气体穿过的横截面积增加，并且气体速度降低，直到流化气体以第二速度离开减速室29并进入分离室30，其中第二速度比第一速度小。在图12的装置中，反应室1的横截面积为x，以及分离室30的横截面积为2.5x。当流化气体通过减速室29从反应室1流向分离室30时，气流速度降低10倍。
由于分离室30中的流化气体速度降低，流化气体通过反应室1时，夹带的细颗粒在分离室30的流化气体中的浮力变小。因此，在气流进入出口31之前，细颗粒有从流化气体流中脱落的趋势，即从流化气流中分离。分离的颗粒通过减速室29落入反应室1。减速室29的锥形内表面有助于将分离的颗粒从分离室30输送到反应室1。在细颗粒分离后，流化气体通过出口31离开分离室，进入出口管1a。如图12所示，出口管1a可将流化气体直接带出分离室30。或者，开口31可将流化气体从分离室30输送至外壳腔室，封闭反应室1和装置25。然后，流化气体可通过一组出口管离开外壳腔室。
尽管已经详细描述了各种实施例，但特别参考其某些方面，应当理解的是，本发明能够实施其他实施例，并且其细节能够在各种显而易见的方面进行修改。如本领域技术人员显而易见的，在保持在本发明的精神和范围内的同时，变化和修改可能会受到影响。因此，前述公开、描述和附图仅用于说明目的，并不以任何方式限制本发明，本发明仅由权利要求书定义。

Claims (6)

1.一种流化气体反应器，包括：
a.反应室，所述反应室包括颗粒床；
b.气体分配板，所述气体分配板具有多个贯穿其中的开口，其中每个开口连通所述反应室；
c.多个流化气体输入管，每个所述流化气体输入管与所述气体分配板的其中一个所述开口流体连通；
其中，每个流化气体输入管配置为接收流化气体并将所述流化气体输送至所述反应室；
d.流化气源，所述流化气源配置为分别向每个流化气体输入管提供流化气体流；
e.冷却系统，所述冷却系统包括：
流体入口；
与所述流体入口流体连通的冷却液流路，所述冷却液流路配置为冷却每个流化气体输入管；和
与所述冷却液流路流体连通的流体出口。
2.根据权利要求1中所述的流化气体反应器，其中：
所述流体入口包括输入歧管；
所述冷却液流路包括多个冷却套，其中：
每个冷却套围绕其中一个所述流化气体输入管；和
每个冷却套与所述输入歧管流体连通；和
所述流体出口包括与每个冷却套流体连通的输出歧管。
3.根据权利要求1中所述的流化气体反应器，其中：
所述冷却液流路包括多个冷却套，其中每个冷却套围绕其中一个所述流化气体输入管；和
所述冷却液流路配置为提供从所述流体入口到所述流体出口的冷却液流，其中所述冷却液流按顺序流过所述多个冷却套。
4.根据权利要求1中所述的流化气体反应器，其中：
所述冷却液流路包括多个冷却套，其中每个冷却套围绕其中一个所述流化气体输入管；和
所述冷却液流路配置为提供从所述流体入口到所述流体出口的冷却液流，其中所述冷却液流平行流过所述多个冷却套。
5.根据权利要求1中所述的流化气体反应器，还包括：
f.多个颗粒出口，每个颗粒出口位于其中一个所述流化气体输入管的下端；
其中，所述流化气源配置为选择性地阻止流化气体流向任何一个所述流化气体输入管；和
其中，每个颗粒出口配置为在阻止流化气体流向相应的流化气体输入管的同时，接收来自所述颗粒床的颗粒。
6.根据权利要求1中所述的流化气体反应器，其中，所述流化气体反应器还包括：
位于所述反应室上方的分离室；和
在所述反应室与所述分离室之间的锥形减速室；
其中，所述分离室的直径为所述反应室直径的1.5至10倍。
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