CN207872186U - 一种流态化气固换热器和吸附剂反应还原系统 - Google Patents

Abstract

一种流态化气固换热器及吸附剂反应还原系统，所述的流态化气固换热器包括上部的换热段(2)和下部的燃烧段(3)，所述的换热段(2)包括颗粒流动区和热气流区(7)，所述的颗粒流动区顶部设置颗粒物流进口(4)和松动气出口(1)，所述的颗粒流动区底部设有松动气进口(10)和颗粒物流出口(9)，所述的热气流区上部设置燃烧尾气出口(12)，所述的燃烧段(2)上设置有可燃气体入口。本实用新型提供的流态化换热器可以直接利用燃料燃烧所产生的热量为吸附剂加热，提高加热效率。

Description

一种流态化气固换热器和吸附剂反应还原系统

技术领域

本实用新型涉及一种流态化气固换热器和吸附剂反应还原系统。

背景技术

在连续循环的气固流化床式反应体系中，必须达到一定温度目标反应才能发生。为满足不同反应温位可以采取不同措施，如通过高温介质换热、自身的反应放热、外加热等方式。

CN200810113392.7和CN200910162162.4针对连续循环的气固流化床式反应体系提出了以催化裂化再生器中的高温再生催化剂为热源，采用间接或直接接触的方式来加热相对低温的颗粒物。

CN201010267428.4、CN201010267743.9和CN201010283120.9针对连续循环的气固流化床式反应体系提出了利用可燃性气体部分燃烧产生的高温混合气体和另一股还原气体一同进入吸附剂再生器，采用直接加热的方式来加热待生吸附剂并在高温下进行脱附再生。

此外可以采用电加热方式(如电加热棒或电加热炉)来加热流态化的颗粒物，但采用电加热损耗电能，加热负荷某种程度上受限，难以满足工业操作条件多变的情况。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种流态化气固换热器和吸附剂反应还原系统，本实用新型提供的流态化气固换热器可以直接利用燃烧所产生的热量，提高换热效率。

为了实现上述目的，本实用新型提供的流态化气固换热器，包括上部的换热段2和下部的燃烧段3，所述的换热段2包括颗粒流动区和热气流区7，所述的颗粒流动区顶部设置颗粒物流进口4和松动气出口1，所述的颗粒流动区底部设有松动气进口10和颗粒物流出口9，所述的热气流区上部设置燃烧尾气出口12，所述的燃烧段3设置有可燃气体入口13。

优选地，所述的松动气出口1下部设置过滤器11，所述的颗粒流动区经过滤器11连通所述的松动气出口1。

优选地，所述过滤器11为多孔陶瓷或多孔烧结金属管。

优选地，所述的颗粒流动区包括顶部的颗粒分散区5、至少一根加热管 6和底部的颗粒汇集区8，所述的颗粒分散区5经加热管6与所述的颗粒汇集区8相通。

优选地，所述的颗粒物流进口4和松动气出口1设置于所述的颗粒分散区5的顶部，所述的松动气进口10颗粒物流出口9设置于所述的颗粒汇集区8的底部。

优选地，所述的加热管的内径为5～200mm、更优选为10～150mm。

优选地，所述的颗粒汇集区8的底部形成向下弯曲的弧面，更优选为球面。

本实用新型提供的吸附剂反应还原系统，该系统包括依次连通的吸附反应器14、上述的流态化气固换热器和还原再生器15，所述吸附反应器14底部设置有再生烟气入口16、吸附剂入口17，上部设置有待生吸附剂出口18、再生烟气出口19，所述还原再生器15设置有还原气入口20、还原尾气出口 21、待生吸附剂入口22和再生吸附剂出口23，所述的吸附反应器14的待生吸附剂出口18与所述的流态化气固换热器的颗粒物流进口4连通，所述的流态化气固换热器的颗粒物流出口9与所述的还原再生器15的待生吸附剂入口22连通，所述的还原再生器15的再生吸附剂出口23与所述吸附反应器14的吸附剂入口17连通。

优选的，所述还原再生器15还设置有松动气入口25，所述的流态化气固换热器的松动气出口1与所述还原再生器的松动气入口25连通。

优选的，所述系统还设置有吸附剂冷却器24，所述还原再生器15的再生吸附剂出口通过所述的吸附剂冷却器24与所述吸附反应器14的吸附剂入口连通。

本实用新型提供的流态化气固换热器和吸附剂反应还原系统的有益效果为：

本实用新型提供的流态化气固换热器结构简单，将燃烧段和换热段合二为一，降低了能耗，节省了设备投资；加热器上部设置待生剂预热段，实现了热量的再利用，提高了热量的利用效率。同时，待生剂可以由松动气松动采用流化态操作，提高了气固间的换热效率，为固体颗粒物的加热方式增加一条可行的路线。

本实用新型的流态化换热器不限于吸附剂的加热，可以广泛适用于石油化工领域及环保行业中存在的气固换热需求可燃性气体在，本实用新型的流态化气固换热器燃烧段内发生完全燃烧，可产生700～900℃的燃烧尾气对待生剂进行加热，使得固态颗粒物的温度达到500～600℃。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1为流态化气固换热器的一种实施方式的结构示意图；

图2为吸附剂反应还原系统的流程示意图。

其中：

1-松动气出口； 2-换热段； 3-燃烧段；

4-颗粒物流进口； 5-颗粒分散区； 6-加热管；

7-热气流区； 8-颗粒汇集区； 9-颗粒物流出口；

10-松动气进口； 11-过滤器； 12-燃烧烟气出口；

13-可燃气体入口； 14-吸附反应器； 15-还原再生器；

16-再生烟气入口； 17-吸附剂入口； 18-待生吸附剂出口；

19-再生烟气出口； 20-还原气入口； 21-还原尾气出口；

22-待生吸附剂入口； 23-再生吸附剂出口， 24-吸附剂冷却器；

25-再生器松动器入口； 26～30为管线。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本发明。

本实用新型中，若无特殊说明，容器的上部是指由上至下容器的0-50％的位置，容器的下部是指由上至下容器的50-100％的位置，容器的顶部是指由上至下容器的0-10％的位置，容器的底部是指由上至下容器的90-100％的位置。

附图1为本实用新型提供的流态化气固换热器的一种实施方式的结构示意图，如附图1所示，流态化气固换热器包括上部的换热段2和下部的燃烧段3，所述的换热段2包括颗粒流动区和热气流区，所述的颗粒流动区包括顶部的颗粒分散区5、至少一根加热管6和底部的颗粒汇集区8，所述的颗粒分散区5经加热管6与所述的颗粒汇集区5相通。所述的颗粒物流进口4 和松动气出口1设置于所述的颗粒分散区5的顶部，所述的松动气进口10 颗粒物流出口9设置于所述的颗粒汇集区8的底部。所述的热气流区上部设置燃烧尾气出口12，所述的燃烧段3上设置有可燃气体入口13。所述的燃烧段上也可以分别设置可燃气体入口和空气入口。

所述的松动气出口1下部设置过滤器11，所述的颗粒流动区经过滤器11连通所述的松动气出口1。所述的过滤器可以是多孔陶瓷，亦可以是多孔烧结金属管，对此本实用新型没有限制。

所述的加热管6为供待加热的固体颗粒流动通过的管程，所述的加热管 6与换热器外壁围成的壳程为热气流区7，所述的颗粒分散区5为一圆台状结构，为将壳程与上封头分离，用于颗粒物向壳程或管程内的均匀分布。

所述的加热管可以是单根加热管，也可以是并列的多根加热管。冷介质固体颗粒物以流化态形式操作，可以选择热载体走壳程，冷介质走管程，也可以选择热载体走管程，冷介质走壳程。固体颗粒物走管程时，为方便颗粒物较好的流化，利于加热后颗粒物进入被颗粒汇集区，所以管程采用单程操作，热烟气走壳程，为充分利用热量，建议采用多程操作。

所述的单根换热管的内径为5～200mm，优选为10～150mm，具体单根换热管内径根据行业内公知的知识和具体工业实况进行确定。

所述的颗粒汇集区8底部形成向下弯曲的弧形，优选为半球状，利于加热后的颗粒物存储、输送。

本实用新型提供的换热器的具体运行流程如下：如附图1所示，待生吸附剂通过颗粒物流进口4从流态化换热器上部进入换热段2的颗粒分散区5，并向下流动进入加热管6中。空气和燃料一起经可燃气体入口13进入燃烧段3下部，或者空气经空气入口，燃料经可燃气体入口分别进入燃烧段中，在燃烧段内燃料和空气发生燃烧反应，送燃烧段的燃料，可以是可燃性气体，例如天然气、液化石油气和炼油厂中的干气。燃烧反应所产生的烟气的温度可以为700-900℃，从燃烧段3顶部的燃烧烟气出口12进入热气流区7中与颗粒流动区中的松动气所流化的待生吸附剂换热，换热至500-600℃的待生吸附剂从颗粒物流出口9送出，换热后的燃烧烟气经燃烧烟气出口12排出后经管线至后续脱硫脱硝处理。

本实用新型提供的流态化气固换热器在使用过程中，所述的松动气为还原性气体或惰性气体，所属的还原性气体选自氢气、一氧化碳和含有1-5个碳原子的烃类中的一种或几种。所述的惰性气体选自周期表中零族元素、氮气、二氧化碳和水蒸气中的一种或几种。所述的待生剂提升气优选惰性气体。

所述的松动气气体流速，颗粒物在换热器内的颗粒物密度根据行业内公知的知识和具体工业实况进行确定。

附图2为吸附剂反应还原系统的流程示意图。由附图2可见，吸附剂反应还原系统包括依次连通的吸附反应器14、上述的流态化气固换热器和还原再生器15，所述吸附反应器14底部设置有再生烟气入口16、吸附剂入口17，上部设置有待生吸附剂出口18、再生烟气出口19，所述还原再生器15设置有还原气入口20、还原尾气出口21、待生吸附剂入口22和再生吸附剂出口 23，所述的吸附反应器14的待生吸附剂出口18与所述的流态化气固换热器的颗粒物流进口4连通，所述的流态化气固换热器的颗粒物流出口9与所述的还原再生器15的待生吸附剂入口22连通，所述的还原再生器15的再生吸附剂出口23与所述吸附反应器14的吸附剂入口17连通。

所述的颗粒流动区中使用的松动气(也可以称为提升气或流化气)可以采用还原气体，因此所述还原再生器15还可以设置有松动气入口25，所述换热器顶部的松动气出口1可以与所述还原再生器15的松动气入口25连通，从而提高了松动气的利用率。

还原后的还原吸附剂(或称为再生吸附剂)温度高于吸附反应器的反应温度，如图2所示，所述系统还可以设置有吸附剂冷却器24，所述还原再生器15的还原吸附剂出口23可以通过所述吸附剂冷却器24与所述吸附反应器14的还原吸附剂入口17连通，从而将还原剂降温至合适的温度后再送入吸附反应器14中。

以下参照附图2，以烟气脱硫脱硝反应为例来说明气固换热器在系统中的使用：

将吸附剂加入到循环流化床的吸附反应器14内，待处理的烟气由吸附反应器14底部进入反应器，与吸附剂床层接触反应，吸附脱除烟气中含有的SO_X和NO_X，净化后的尾气经常规脱尘后排出吸附反应器14，吸附反应器14的操作温度在200℃左右。吸附后的待生吸附剂由管线29进入换热器中进行加热，松动气由松动气入口10对待生剂进行提升，形成流化态操作，提高换热效率。松动气由经过滤器11离开后由管线26输送至还原再生器15 底部。换热段2底部和还原再生器15的温度相同或相近，均在500-600℃。经过加热后的高温吸附剂经由管线30进入还原再生器15中进行还原再生，还原性气体由再生器底部的还原气体入口20通入，还原尾气经还原气体出口21进行常规脱尘后排出还原再生器15进行后续处理。经过还原后的吸附剂输送至吸附剂冷却器24经冷却至吸附反应温度后输送至吸附反应器14，完成一个循环过程。

Claims (11)

1.一种流态化气固换热器，其特征在于，包括上部的换热段(2)和下部的燃烧段(3)，所述的换热段(2)包括颗粒流动区和热气流区(7)，所述的颗粒流动区顶部设置颗粒物流进口(4)和松动气出口(1)，所述的颗粒流动区底部设有松动气进口(10)和颗粒物流出口(9)，所述的热气流区上部设置燃烧尾气出口(12)，所述的燃烧段(3)设置有可燃气体入口(13)。

2.按照权利要求1所述的流态化气固换热器，其特征在于，所述的松动气出口(1)下部设置过滤器(11)，所述的颗粒流动区经过滤器(11)连通所述的松动气出口(1)。

3.按照权利要求2所述的流态化气固换热器，其特征在于，所述的颗粒流动区包括顶部的颗粒分散区(5)、至少一根加热管(6)和底部的颗粒汇集区(8)，所述的颗粒分散区(5)经加热管(6)与所述的颗粒汇集区(8)相通。

4.按照权利要求3所述的流态化气固换热器，其特征在于，所述的颗粒物流进口(4)和松动气出口(1)设置于所述的颗粒分散区(5)的顶部，所述的松动气进口(10)和颗粒物流出口(9)设置于所述的颗粒汇集区(8)的底部。

5.按照权利要求3所述的流态化气固换热器，其特征在于，所述的加热管的内径为5～200mm。

6.按照权利要求4所述的流态化气固换热器，其特征在于，所述的加热管的内径为10～150mm。

7.按照权利要求3所述的流态化气固换热器，其特征在于，所述的颗粒汇集区(8)的底部为球面。

8.根据权利要求2所述的流态化气固换热器，其特征在于，所述过滤器(11)为多孔陶瓷或多孔烧结金属管。

9.一种吸附剂反应还原系统，其特征在于，该系统包括依次连通的吸附反应器(14)、权利要求1-8中任意一项所述的流态化气固换热器和还原再生器(15)，所述吸附反应器(14)底部设置有再生烟气入口(16)、吸附剂入口(17)，上部设置有待生吸附剂出口(18)、再生烟气出口(19)，所述还原再生器(15)设置有还原气入口(20)、还原尾气出口(21)、待生吸附剂入口(22)和再生吸附剂出口(23)，所述的吸附反应器(14)的待生吸附剂出口(18)与所述的流态化气固换热器的颗粒物流进口(4)连通，所述的流态化气固换热器的颗粒物流出口(9)与所述的还原再生器的待生吸附剂入口(22)连通，所述的还原再生器(15)的再生吸附剂出口(13)与所述吸附反应器(14)的吸附剂入口(17)连通。

10.按照权利要求9所述的吸附剂反应还原系统，其特征在于，所述还原再生器(15)还设置有松动气入口(25)，所述的流态化气固换热器的松动气出口(1)与所述还原再生器(15)的松动气入口(25)连通。

11.按照权利要求9或10所述的吸附剂反应还原系统，其特征在于，所述系统还设置有吸附剂冷却器(24)，所述还原再生器(15)的再生吸附剂出口通过所述的吸附剂冷却器(24)与所述吸附反应器(14)的吸附剂入口连通。