CN2350119Y - 多层流化移动床反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于流化床反应器,特别具有固定床和流化床的优点和特性,对于处理粉料和细颗粒物料较为合适,可以成为气固相间的传质、传热和化学反应过程的反应器。包括塔体、塔板,反应器采用塔式结构,横截面采用方形或圆形,每层塔板均具有3—6°的倾斜度,塔板上有滑动清扫器。该反应器气体的空塔流速小于固体颗粒的最小流态化速度,在塔板上流动的固体颗粒不足以形成鼓泡床或形成沟流,有利于气体在颗粒间均匀通过。

Description

多层流化移动床反应器

本实用新型属于流化床反应器，特别涉及一种具有固定床和流化床的优点和特性，对于处理粉料和细颗粒物料较为合适，可以成为气固相间的传质、传热和化学反应过程的多层流化移动床反应器。

目前，铁精矿粉的预还原过程多采用流化床，该技术的难点在于铁精矿粉在还原过程中，会发生粘结，从而失去流化状态，所以克服粘结是流态化铁精矿粉预还原工艺的关键技术。另外，从经济效益角度考虑，如何充分有效地利用还原气体中的能量，对于该工艺取得成功也很重要。在现有的各种气固反应器中，固定床和流化床反应器各具特色，二者皆具有较高的传质、传热系数和反应界面积，并在各种化工、冶金、石油以及轻工过程中均有广泛地使用。

固定床反应器的特点是颗粒流动过程接近活塞流。它的优点是具有气固相对流热交换能力强，气体的压降不大，是应用最广的一种反应器和换热器。但是，它的局限性是处理对象仅限于对于均匀、块状、有一定承载强度的固体物料的连续处理，并且当反应放热量较大时，固定床反应器的传热能力具有一定的局限性。所以对大量放热和吸热的反应，反应器的直径受到限制，只能用多根列管来完成。

流化床反应器具有整个床层温度分布均匀的特点，便于气固相的连续操作。特别是对于需要温度均匀的催化反应，尤为适用。但是，单层流化床具有返混大，不宜同时在一个反应器内，同时进行反应和逆流换热等弱点。多层流化床克服了上述固定床和单层流化床的缺点，适用于气相或固相加工深度要求较高的情况。但是，因为气固流化床多为鼓泡床，容易产生沟流、腾涌、分层和夹带等不利现象，而且磨损和腐蚀也比较厉害。同时为了维持流化状态，需要提供的动能要比固定床大很多。

本实用新型的目的在于充分利用前述两反应器的优点和原理，克服前述两种反应器在处理粉状和细颗粒物料时的一些特定的要求及存在的弱点，通过对反应器的形状、塔板结构等因素的改进，构造出兼反应器或处理器的优点和特性，并适用于各种对象和用途的多层流化移动床反应器，从而能为很多粉状和细颗粒物料的加工提供方便。

本实用新型的目的是这样实现的：

多层流化移动床反应器包括塔体、塔板，反应器采用塔式结构，横截面可采用方形或圆形，与塔壁连接的塔板可采用直孔式分布板、填料式分布板或直孔帽式分布板。每层塔板均具有一定的倾斜度，并可实时调整，调整范围一般为3-6°。由塔顶加入的固体颗粒均匀地分布于塔板之上，在重力和上行斜喷的气体带动下流过塔板，并通过塔板之间的溢流管流到下层塔板。由塔底进入的气体经由气体分布板进入颗粒床层，气体的空塔流速小于床层的最小鼓泡速度，一般为最大颗粒的最小流态化速度的0.2-0.8倍。

倾斜安装的多孔塔板之上，设计了滑动清扫器，由设在塔外的驱动装置推动滑动清扫器沿固体流动方向往复运动，以便清除塔板之上可能的黏附物或堵塞物。塔板孔径及分布样式、溢流管和进出料口的设计均有利于反应器的稳定操作。塔板的倾斜角度，安装时可根据具体情况调节3-6°的角度，以便控制颗粒的流动速度。塔体侧壁设有观察孔和入孔，用于观察塔内流动状况和处理可能发生的异常和故障。塔体所用材料可根据用途适当选择，所处理的固体颗粒具有广泛的粒度和形状范围，从50微米到几厘米，规则与不规则的形状。

本发明的优势在于：

固体颗粒自塔顶加入后，经各层塔板折流向下，与上行的气体逆错流接触，进行传热、传质和化学反应。固相在下行的过程中，与上行的气相始终保持相对均匀的传质、传热或化学势推动力，从而能够使反应器高效地运行。

气固相均匀接触：在每一层塔板上，因为气体流速小于最小鼓泡流速，气体以近于活塞流的方式穿过颗粒床，返混小，效率高。

颗粒夹带少：由于气速低，上行气体除了在通过塔板空隙时流速较高外，在塔内主体流区不足以夹带固体颗粒，如果颗粒中有超细颗粒的存在，则需在气体出口安装气固分离装置。

易于控制：固体颗粒颗粒和气体的加料，流量的控制，过程的停止及故障的排除都易于进行。

所以，本反应器具有能量利用率高，结构简单，设备投资低气体能量利用率高，动力消耗少，易于控制等优点。是进行铁精矿粉的直接还原、烟气的脱硫和粮食的干燥的理想设备。

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的描述。

附图1：圆形多层流化移动床。

附图2：方型多层流化移动床。

附图3：铁精矿粉预还原过程示意图

其中：(1)固定塔板      (2)旋转塔板(3)热气体进口    (4)尾气出口(5)上升气流      (6)冷却水进口(7)冷却水出口    (8)水冷旋转轴(9)滑动清扫器    (10)上料罐(11)塔体

如图1圆形多层流化移动床所示，由塔体(11)、上料罐(10)、水冷旋转轴(8)、冷却水出口(7)、冷却水进口(6)、进气口(3)和出气口(4)旋转塔板(2)、固定塔板(1)等部件组成。该设备的特点在于：固体颗粒自上向下，依次流过具有3°倾斜角的旋转塔板(2)和固定塔板(1)，气体则自下而上穿过固定塔板(2)和流动着的固体床层。以缓慢速度转动的旋转塔板(2)起着再分布器的作用，能够促进颗粒的流动，使其分布更加均匀，同时可避免黏结、堵塞和流动不畅等异常情况的发生，也可促进气固相间的接触效率。

如图2方型多层流化移动床所示，由塔体(11)、上料罐(10)、滑动清扫器(9)、固定塔板(1)、进气口(3)和出气口(4)等部件组成。该设备的特点在于：沿塔体向上顺序设置了相互衔接的倾斜5°的塔板，塔板之上安装了滑动清扫器(9)，通过塔外的驱动装置带动滑动清扫器(9)在塔板上做往复运动，可定期清扫塔板表面，以防止固体颗粒的黏结和气孔的堵塞。

本实用新型能够很好地解决铁精矿粉在还原过程中，发生的粘结问题，如附图3所示，首先，利用在500-600℃温度范围内发生的CO歧化反应

                                在铁精矿粉表面沉积大量的微碳粉，同时生成部分碳化铁，可以避免在后续的流化还原过程中产生粘结现象，同时，也消耗了还原气体中的化学能；其次，该设备能够为还原气体与铁精矿粉提供充分的反应空间和时间，在逆错流接触过程中，进行还原反应的同时，铁矿粉升温至750℃，还原气体则从850℃降至400℃，充分地利用了还原气体的显热。在生产过程中，由于还原气体的表观速度小于固体颗粒的最小鼓泡速度，所以夹带问题较小，动力消耗也较小。当铁矿石的平均粒度为120微米时，最小流态化速度为0.08米/秒。当向下流动的固体颗粒为脱硫剂时，本实用新型则可用于烟道气或其它含硫气体的脱硫。同样，本实用新型也可用于粮食干燥。

Claims (3)

1．一种多层流化移动床反应器，包括塔体、塔板，其特征在于：反应器采用塔式结构，横截面采用方形或圆形，每层塔板均具有3-6°的倾斜度。

2．按权利要求1所述的多层流化移动床反应器，其特征在于：所述的塔板上有滑动清扫器。

3．按权利要求1所述的多层流化移动床反应器，其特征在于：所述的塔板采用直孔式分布板、填料式分布板或直孔帽式分布板。

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