CN216605195U - 床体反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种床体反应器，涉及化工反应器技术领域，本实用新型提供的床体反应器包括反应器本体，包括反应器本体，反应器本体具有由内致外分布的分气流道、颗粒床层和集气流道，其特征在于，还包括安装于分气流道内的上导流筒和下导流筒，上导流筒位于下导流筒的上方并与下导流筒上下间隔分布，上导流筒用于将进入分气流道内的气流导向至下导流筒的外部或内部，下导流筒与分气流道的底部以及侧端间隔设置，以使下导流筒内部与外部形成气体环流。本实用新型提供的床体反应器可在不影响反应器本体本身结构的前提下，改善床内颗粒速度分布同时消除分气流道底部的气体滞流区，进而改变移动床内压降和气速分布。

Description

床体反应器

技术领域

本实用新型涉及化工反应器技术领域，尤其是涉及一种床体反应器。

背景技术

径向床具有“分气流道-颗粒床层-集气流道”由内至外的套式结构，流体首先进入分气流道，在轴向流动的同时，穿过流道壁面孔道进入颗粒床层，径向穿过床层时完成相间接触，后在集气流道汇集并流出床体。颗粒床层内，流体流通横截面为面积较大的圆柱面，使其具有气体处理量大、压降低、占地少、易于大型化等优点，已广泛应用于合成氨、催化重整、催化裂解、烷烃脱氢、除尘等场合。

然而，分气和集气流道内流体的流出/汇入，使流道内气量发生变化，称为变质量流动。变质量流动过程中，气量的增大和减小伴随气速的改变，轴向方向的总动量发生变化；壁面阻力的存在，产生阻力压降；流体高度的变化，产生势能变化；气体径向穿过流道壁面对动量变化、壁面摩擦、边界层等的影响，也会反映在压力变化中。为有效利用装置空间，常压和低压径向反应器设计时端点动压一般小于20～50kgf/m²(17.89～28.28m/s)；高压径向反应器小于50kgf/m²(28.28m/s)。高气速下，类似于歧管系统，受变质量流动引起的动量变化、摩擦阻力、重力势能和穿流共同影响，极易引起颗粒床层内压力和气速分布不均，影响装置效率。

颗粒床层内压降和气速分布不均主要受主流道压力变化和床层压降(包括颗粒床层和气体穿孔压降)的共同影响。动量交换系数与轴向位置有关，在中间流场最为稳定，而在主流道底部会出现气速为零的滞流区，影响流道内压力变化，使局部动量交换系数明显增大。据此，学者们主要从两个角度改善颗粒床层内压降和气速分布不均的问题：

1)主流道压降减小

根据中心管与环形区横截面积比或动量交换项与摩阻项比等，选择合适的床体操作模式或者优化床体结构，使分气和集气流道压力变化趋势尽量保持一致，从而改善两者差值(即床层压降)沿轴向分布的均匀性。也可采用变截面流道(完全和不完全锥结构、厄流装置等)，使主流道内流通截面积沿轴向发生变化，影响动量交换项以改善主流道内压力分布均匀性。由于径向床内中心管截面积一般远小于环形管，变截面流道也主要用于中心管中。然而，当气量Q发生波动时，动量交换系数k几乎不变，但摩擦阻力系数λ改变，分气和集气流道两端压降会发生变化，因此很难保证颗粒床层内绝对的气速均布。

2)颗粒床层压降增大

通过减小颗粒床层内径、高度、颗粒粒径和床层空隙率，增大颗粒床层外径等，提高流体穿过颗粒层时的阻力；气体穿孔压降增大方面，可通过减小约翰逊网或孔板开孔率分布，增大流体穿孔时局部流速和阻力系数，使床层压降沿轴向分布更为均匀，但会引起床体能耗的增大。

此外，虽然上述两种方法均能改善颗粒床层内流场分布均匀性，但很难消除主流道内出现的气体滞流区。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种床体反应器，在不影响反应器本体本身结构的前提下，可改善床内流场分布均匀性同时消除流道端部的气体滞流区。

为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

本实用新型提供一种床体反应器，包括反应器本体，所述反应器本体具有由内致外分布的分气流道、颗粒床层和集气流道，还包括安装于所述分气流道内的上导流筒和下导流筒，所述上导流筒位于所述下导流筒的上方并与所述下导流筒上下间隔分布，所述上导流筒用于将进入所述分气流道内的气流导向至所述下导流筒的外部或内部，所述下导流筒与所述分气流道的底部以及侧端间隔设置，以使所述下导流筒内部与外部形成气体环流。

进一步地，所述上导流筒包括第一导流筒，所述第一导流筒沿逐渐靠近所述下导流筒的方向口径逐渐减小，且所述第一导流筒背离所述下导流筒的一端与分气流道的进气口连通，以将进入所述分气流道内的气流导向至所述下导流筒的内部。

进一步地，上导流筒包括第二导流筒，所述第二导流筒沿逐渐靠近所述下导流筒的方向口径逐渐增加，且所述第二导流筒背离所述下导流筒的一端封闭设置，所述第二导流筒靠近所述下导流筒的一端与所述分气流道的侧端间隔设置，以将进入所述分气流道内的气流导向至所述下导流筒的外部。

进一步地，所述下导流筒的底端与所述分气流道的底部之间连接有底座，所述底座具有连通所述下导流筒内部与外部的第一通气口。

进一步地，所述下导流筒的顶端与所述分气流道之间连接有限位座，所述限位座具有用于气体通过的第二通气口，所述限位座的周壁与所述分气流道的侧端相抵，以限定所述下导流筒相对于所述分气流道的径向位置。

进一步地，还包括提气结构，所述提气结构安装于所述下导流筒、所述底座或所述分气流道的底部，所述提气结构用于辅助气流循环。

进一步地，所述上导流筒的横截面为圆形、椭圆形或多边形；

所述下导流筒的横截面为圆形、椭圆形或多边形。

进一步地，所述反应器本体还具有外壳、中心管、第一约翰逊网和第二约翰逊网；

所述第一约翰逊网安装于所述外壳内；

所述中心管与所述外壳连接，且所述中心管与所述第一约翰逊网形成所述分气流道；

所述第二约翰逊网套设于所述第一约翰逊网外，所述第一约翰逊网与所述第二约翰逊网之间填充有所述颗粒床层，所述第二约翰逊网与所述外壳内壁之间形成所述集气流道。

进一步地，所述上导流筒与所述中心管连接。

进一步地，所述上导流筒与所述中心管之间通过连接座连接，所述连接座具有用于气体通过的第三通气口。

本实用新型提供的床体反应器能产生如下有益效果：

相对于现有技术来说，本实用新型提供的床体反应器在反应器本体内设置有上导流筒和下导流筒，上导流筒可将进入分气流道内的气流分流至下导流筒的外部或内部，并在导流筒内部与外部形成气体环流，可在不影响反应器本体本身结构的前提下，改善床内颗粒速度分布同时消除分气流道底部的气体滞流区，进而改变移动床内压降和气速分布。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施方式，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为现有技术中的径向移动床的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一提供的一种径向移动床的结构示意图；

图3为本实用新型实施例一提供的另一种径向移动床的结构示意图；

图4为本实用新型实施例二提供的一种径向移动床的结构示意图；

图5为本实用新型实施例二提供的另一种径向移动床的结构示意图；

图6为图5的A处局部放大图。

图标：1-反应器本体；11-分气流道；111-内循环段；112-外循环段；12-颗粒床层；13-集气流道；14-外壳；15-中心管；16-第一约翰逊网；17-第二约翰逊网；2-下导流筒；3-第一导流筒；4-第二导流筒；5-底座；6-限位座；7-提气结构；8-连接座。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

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，并不用于限制本实用新型。

本实用新型第一方面的实施例在于提供一种床体反应器，包括反应器本体1，反应器本体1具有由内致外分布的分气流道11、颗粒床层12和集气流道13，还包括安装于分气流道11内的上导流筒和下导流筒2，上导流筒位于下导流筒2的上方并与下导流筒2上下间隔分布，上导流筒用于将进入分气流道11内的气流导向至下导流筒2的外部或内部，下导流筒2与分气流道11的底部以及侧端间隔设置，以使下导流筒2内部与外部形成气体环流。

如图1所示，图1为现有技术中的径向移动床的结构示意图，在图1中，由于仅有中心管存在，床体内气体同时存在沿中心管轴向移动和穿过约翰逊网的径向移动，会出现上部流速快底部流速慢的不均匀流动状态，甚至在底部会存在气体滞流区。

图2至图5所示，图2至图5为本实用新型实施例中提供的床体反应器的结构示意图。本实用新型实施例中提供的床体反应器中下导流筒2的内部可以称为内循环段111，下导流筒2的外部与分气流道11的侧端之间可以称为外循环段112。在上述床体反应器工作时，在上导流筒的分流作用下，气体通过分气流道11的进气口进入内循环段111或者外循环段112，随后通过下导流筒2与分气流道11底端之间的空隙对应进入外循环段112或者内循环段111，在内循环段111不发生变质量流动，在外循环段112发生常规的变质量流动，通过环流消除气体滞流区，从而实现改变床内压降和气速分布的功能。

需要说明的是，床体反应器中的“床体”，可以为各种类型的床体，如固定床、移动床等进行气固两相流的床体，同样也可以为二维床和三维床等。

根据上导流筒的结构不同可以分为以下两个实施例：

实施例一

在本实施例一中，如图2所示，上导流筒包括第一导流筒3，第一导流筒3沿逐渐靠近下导流筒2的方向口径逐渐减小，且第一导流筒3背离下导流筒2的一端与分气流道11的进气口连通，以将进入分气流道11内的气流导向至下导流筒2的内部，将气流导向内循环段111，保证内循环段111内流场的稳定，气体可通过下导流筒2与分气流道11底端之间的空隙进入外循环段112，消除分气流道11底部的气体滞流区。

在本实施例一中，如图2所示，下导流筒2的底端与分气流道11的底部之间连接有底座5，底座5具有连通下导流筒2内部与外部的第一通气口，底座5对下导流筒2起到支撑的作用，保证下导流筒2的底端与分气流道11的底部之间具有一定的间隔，底座5上的第一通气口允许气体通过，以使得下导流筒2内部与外部的气流在分气流道11的底部处连通。

底座5可以具有多种结构形式，例如底座5可以包括上连接环、下连接环和多个支撑杆，上连接环与下导流筒2的底端连接或相抵，上连接环的周壁可以与分气流道11的侧端相抵，以限定下导流筒2底端相对于分气流道11的径向位置，下连接环与分气流道11的底部连接或相抵，各个支撑杆的两端分别与上连接环和下连接环连接，相邻的两个支撑杆之间形成第一通气口；或者底座5可以包括环形支撑件，环形支撑件的上下两端分别与下导流筒2的底端和分气流道11的底部连接或相抵，环形支撑件上开设有多个第一通气口。

当然底座5也可以采用其他结构形式，即凡是能够支撑下导流筒2且具有第一通气口的结构均可。

在本实施例一中，如图2所示，下导流筒2的顶端与分气流道11之间连接有限位座6，限位座6具有用于气体通过的第二通气口，限位座6的周壁与分气流道11的侧端相抵，以限定下导流筒2相对于分气流道11的径向位置。

限位座6的设置能够保证下导流筒2的顶端稳定置于分气流道11内，在使用时不会发生晃动，从而保证气流的稳定流动。

限位座6可以具有多种结构形式，例如限位座6包括内环、外环以及连接内环和外环的连接板，内环可以与下导流筒2的顶端连接，外环的周壁与分气流道11的侧端相抵，相邻的两个连接板之间形成第二通气口；或者限位座6包括与下导流筒2的顶端连接的多个限位杆，限位杆远离下导流筒2的一端与分气流道11的侧端相抵。

当然限位座6也可以采用其他结构形式，即凡是能够限定下导流筒2相对于分气流道11的径向位置的结构均可。

也就是说，第一导流筒3和上下导流筒2的固定方式并不唯一，上述方式仅为一种举例，凡是能够实现二者固定的结构均不脱离本实施例一技术方案的范围。

在本实施例一中，床体反应器还可以包括提气结构7，提气结构7安装于下导流筒2、底座5或分气流道11的底部，提气结构7用于辅助气流循环，保证气体的顺利转排。

需要说明的是，提气结构7的安装位置并不唯一，提气结构7的高度可以沿轴向改变，

以图3为例进行具体说明，提气结构7安装于分气流道11的底部，其具有进气孔和出气孔，其进气孔与外界气源连通，其出气孔面向外循环段112，提气结构7用于将外界气源中的气体喷射至外循环段112，加速分气流道11底部气体的流动。

其中，提气结构7可以为现有的气体分布器、风机、气泵等加快气体流动的结构，为节省篇幅，其具体结构在此不再进行详细说明。

需要说明的是，第一导流筒3以及下导流筒2优选为安装在分气流道11的轴向，二者的长度、延伸方向并不固定，可根据床体的大小以及颗粒的物性参数合理选择第一导流筒3以及下导流筒2的形状和结构。

第一导流筒3的横截面可以为圆形、椭圆形或多边形；下导流筒2的横截面可以为圆形、椭圆形或多边形。当然第一导流筒3和下导流筒2的横截面形状并不限于以上三种，二者还可以为其他形状。

在本实施例一中，第一导流筒3的内表面呈圆台形，下导流筒2为圆管状。

实施例二

在本实施例二中，如图4所示，与实施例一不同的是，上导流筒包括第二导流筒4，第二导流筒4沿逐渐靠近下导流筒2的方向口径逐渐增加，且第二导流筒4背离下导流筒2的一端封闭设置，第二导流筒4靠近下导流筒2的一端与分气流道11的侧端间隔设置，以将进入分气流道11内的气流导向至下导流筒2外部的外循环段112，气体可通过下导流筒2与分气流道11底端之间的空隙进入内循环段111，消除分气流道11底部的气体滞流区。

为了便于第二导流筒4的安装，如图4所示，第二导流筒4可以通过连接座8安装于分气流道11内，气体可以自连接座8上的第三通气口进入外循环段112。

连接座8可以包括连接环，连接环上开设有多个第三通气口；连接座8也可以包括多个连接杆，连接杆一端与第二导流筒4的底端连接，另一端与分气流道11的侧端连接，相邻的连接杆之间形成第三通气口。当然，连接座8也可以采用其他的结构形式，即凡是能够起到固定第二导流筒4以及具有多个第三通气口的结构均可。

也就是说，第二导流筒4的固定方式并不唯一，上述方式仅为一种举例，凡是能够实现第二导流筒4固定的结构均不脱离本实施例二技术方案的范围。

需要说明的是，第二导流筒4优选为安装在分气流道11的轴向，其长度、延伸方向并不固定，可根据床体的大小以及颗粒的物性参数合理选择第二导流筒4的形状和结构。

第二导流筒4的横截面可以为圆形、椭圆形或多边形，当然第二导流筒4的横截面形状并不限于以上三种，其还可以为其他形状。

在本实施例二中，第二导流筒4呈倒圆锥形。

本实施例二与实施例一的不同之处还在于提气结构7出气孔的朝向不同，在本实施例二中，如图5和图6所示，其出气孔面向内循环段111，以将外界气源中的气体转排至内循环段111内。

以下对反应器本体1进行具体说明：

在一些实施例中，如图2和图4所示，反应器本体1还具有外壳14、中心管15、第一约翰逊网16和第二约翰逊网17；第一约翰逊网16安装于外壳14内，且围设成分气流道11；中心管15与外壳14连接，并伸入分气流道11，用于为分气流道11供气；第二约翰逊网17套设于第一约翰逊网16外，第一约翰逊网16与第二约翰逊网17之间填充有颗粒床层12，第二约翰逊网17与外壳14内壁之间形成集气流道13。

在反应器本体1的内部，气体的流动方向参照图中的箭头方向。在实施例一中，气体优先进入内循环段111，随后进入外循环段112；在实施例二中，气体优先进入外循环段112，随后进入内循环段111。外循环段112内的气体穿过第一约翰逊网16进入颗粒床层12，径向穿过颗粒床层12时完成相间接触，最后穿过第二约翰逊网17在集气流道13汇集并流出床体。

在上述实施例的基础上，可选地，实施例一中的第一导流筒3可以与中心管15连接，实施例二中的第二导流筒4可以通过连接座8与中心管15连接。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种床体反应器，包括反应器本体(1)，所述反应器本体(1)具有由内致外分布的分气流道(11)、颗粒床层(12)和集气流道(13)，其特征在于，还包括安装于所述分气流道(11)内的上导流筒和下导流筒(2)，所述上导流筒位于所述下导流筒(2)的上方并与所述下导流筒(2)上下间隔分布，所述上导流筒用于将进入所述分气流道(11)内的气流导向至所述下导流筒(2)的外部或内部，所述下导流筒(2)与所述分气流道(11)的底部以及侧端间隔设置，以使所述下导流筒(2)内部与外部形成气体环流。

2.根据权利要求1所述的床体反应器，其特征在于，所述上导流筒包括第一导流筒(3)，所述第一导流筒(3)沿逐渐靠近所述下导流筒(2)的方向口径逐渐减小，且所述第一导流筒(3)背离所述下导流筒(2)的一端与分气流道(11)的进气口连通，以将进入所述分气流道(11)内的气流导向至所述下导流筒(2)的内部。

3.根据权利要求1所述的床体反应器，其特征在于，上导流筒包括第二导流筒(4)，所述第二导流筒(4)沿逐渐靠近所述下导流筒(2)的方向口径逐渐增加，且所述第二导流筒(4)背离所述下导流筒(2)的一端封闭设置，所述第二导流筒(4)靠近所述下导流筒(2)的一端与所述分气流道(11)的侧端间隔设置，以将进入所述分气流道(11)内的气流导向至所述下导流筒(2)的外部。

4.根据权利要求1-3任一项所述的床体反应器，其特征在于，所述下导流筒(2)的底端与所述分气流道(11)的底部之间连接有底座(5)，所述底座(5)具有连通所述下导流筒(2)内部与外部的第一通气口。

5.根据权利要求4所述的床体反应器，其特征在于，所述下导流筒(2)的顶端与所述分气流道(11)之间连接有限位座(6)，所述限位座(6)具有用于气体通过的第二通气口，所述限位座(6)的周壁与所述分气流道(11)的侧端相抵，以限定所述下导流筒(2)相对于所述分气流道(11)的径向位置。

6.根据权利要求4所述的床体反应器，其特征在于，还包括提气结构(7)，所述提气结构(7)安装于所述下导流筒(2)、所述底座(5)或所述分气流道(11)的底部，所述提气结构(7)用于辅助气流循环。

7.根据权利要求1所述的床体反应器，其特征在于，所述上导流筒的横截面为圆形、椭圆形或多边形；

所述下导流筒(2)的横截面为圆形、椭圆形或多边形。

8.根据权利要求1所述的床体反应器，其特征在于，所述反应器本体(1)还具有外壳(14)、中心管(15)、第一约翰逊网(16)和第二约翰逊网(17)；

所述第一约翰逊网(16)安装于所述外壳(14)内；

所述中心管(15)与所述外壳(14)连接，且所述中心管(15)与所述第一约翰逊网(16)形成所述分气流道(11)；

所述第二约翰逊网(17)套设于所述第一约翰逊网(16)外，所述第一约翰逊网(16)与所述第二约翰逊网(17)之间填充有所述颗粒床层(12)，所述第二约翰逊网(17)与所述外壳(14)内壁之间形成所述集气流道(13)。

9.根据权利要求8所述的床体反应器，其特征在于，所述上导流筒与所述中心管(15)连接。

10.根据权利要求8所述的床体反应器，其特征在于，所述上导流筒与所述中心管(15)之间通过连接座(8)连接，所述连接座(8)具有用于气体通过的第三通气口。

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