專利名稱：一種提升管與氣-固環(huán)流床耦合反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提升管與氣-固環(huán)流床耦合反應(yīng)裝置，特別涉及一種氣固 高效接觸、反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)或可調(diào)節(jié)的反應(yīng)體系，屬于能源、化工或固體顆粒燃 燒領(lǐng)域。
技術(shù)背景提升管作為一種無(wú)氣泡氣固接觸形式的反應(yīng)器，具有氣固接觸效率高、傳 質(zhì)傳熱性能好、輸送能力大等優(yōu)點(diǎn)。與提升管相比，流化床層內(nèi)由于大氣泡的 存在，氣固接觸效率有所降低，但由于流化床操作氣速相對(duì)較低，使得氣固接 觸及反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，對(duì)于氣固反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)的反應(yīng)而言，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率得到了保 證，因此兩種形式的反應(yīng)器在化工、石油、冶金、燃燒等領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用，例如在流化催化裂化(FCC)技術(shù)中的反應(yīng)器和再生器，循環(huán)流化床鍋 爐等。對(duì)于一種需要催化劑連續(xù)進(jìn)行反應(yīng)-再生且反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)的反應(yīng)而言，采 用單獨(dú)的提升管反應(yīng)器操作，難以滿足反應(yīng)時(shí)間的要求，采用單獨(dú)的流化床層 反應(yīng)器操作，難以滿足系統(tǒng)壓力平衡的要求，因此充分結(jié)合提升管和流化床層 的優(yōu)點(diǎn)，釆取提升管與流化床層耦合的反應(yīng)器形式是一種較好的選擇。設(shè)立提 升管第一，作為反應(yīng)器的一部分，可實(shí)現(xiàn)氣固充分的混合、換熱及反應(yīng)，優(yōu) 化進(jìn)入流化床層的氣固特性，同時(shí)還可以調(diào)控流化床層內(nèi)反應(yīng)時(shí)間及總反應(yīng)時(shí) 間；第二，作為輸送管，保證了催化劑顆粒在流化床層反應(yīng)器和再生器之間順 暢循環(huán)，克服了系統(tǒng)壓力平衡的限制。設(shè)立流化床，可以滿足較長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間的 要求。目前工業(yè)應(yīng)用的提升管與流化床層耦合反應(yīng)器主要有中國(guó)石油化工科學(xué)研究院(RIPP)開發(fā)的重油深度催化裂化DCC工藝(De印Catalytic Cracking) 及中國(guó)石油大學(xué)(北京)開發(fā)的催化裂化汽油輔助反應(yīng)器改質(zhì)降烯烴工藝，國(guó) 外尚無(wú)此類報(bào)道。上部流化床層和下部提升管作為耦合反應(yīng)器的重要組成部 分，其中的氣固流動(dòng)特性對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行及反應(yīng)效率的提高有重要影響。盡 管提升管與流化床層耦合反應(yīng)器在工業(yè)應(yīng)用顯示出了一定的優(yōu)越性，但在操作 和調(diào)控上也存在一定的不足，主要表現(xiàn)為第一，經(jīng)過提升管出口分布器的活 性較高的催化劑和原料氣體與流化床層內(nèi)原有催化劑混合后， 一部分還未來得 及反應(yīng)，就進(jìn)入了后續(xù)的汽提和再生系統(tǒng)，不僅降低了高活性催化劑的利用率 及原料氣體的轉(zhuǎn)化率，還增加了后續(xù)汽提系統(tǒng)的負(fù)荷；第二，流化床層內(nèi)的催 化劑對(duì)提升管出口氣固流動(dòng)阻力較大，影響到流化床層內(nèi)操作的穩(wěn)定性，造成 裝置振動(dòng)；第三，分布器上方氣泡合并長(zhǎng)大，降低了氣固接觸效率；第四，提 升管反應(yīng)區(qū)的靈活調(diào)控能力有待提高。對(duì)于熱值很高，但又難于燃燒的固體顆粒，如高硫石油焦氣化余焦，其平 均粒徑只有10 30jam，如果用傳統(tǒng)的循環(huán)流化床鍋爐來燃燒，會(huì)造成氣化余 焦在爐內(nèi)的停留時(shí)間太短，燃燒不完全，爐內(nèi)所需的起燃溫度建立不起來；而 且由于循環(huán)流化床鍋爐本身的循環(huán)倍率較低，加之氣化余焦粉粒徑太細(xì)造成其 本身的流化性能差，則循環(huán)倍率會(huì)更低，會(huì)嚴(yán)重降低燃燒效率。國(guó)外 Foster-Wheeler 7>司設(shè)計(jì)建造的美國(guó)Nisco375t/h蒸發(fā)量的全燃石油焦的循 環(huán)流化床鍋爐(100Mwe),在燃燒高硫石油焦時(shí)存在很多問題，如顆粒在流化床 內(nèi)停留時(shí)間短、灰渣量大、飛灰跑損嚴(yán)重、燃燒不完全、循環(huán)流化床后部易成 團(tuán)結(jié)渣而堵塞、磨損大和循環(huán)倍率低等。美國(guó)M.W. Kellogg公司將催化裂化提 升管技術(shù)移植用于煤和石油焦的燃燒與氣化。與循環(huán)流化床鍋爐相比，提升管 燃燒技術(shù)具有操作氣速高、循環(huán)倍率大、氣固間的傳質(zhì)速率高、熱輸入強(qiáng)度大、Ca/S比及操作溫度低等有利于高硫石油焦燃燒的優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)又具有床內(nèi)顆粒 濃度較小、返混較少、顆粒停留時(shí)間較短、單位質(zhì)量顆粒所產(chǎn)生的熱值較低、 加料速率低及提升管內(nèi)藏量不易維持穩(wěn)定等一些不利于高疏石油焦或氣化余 焦燃燒的缺點(diǎn)。上述兩類反應(yīng)， 一類是以氣相加工為目的， 一類是以固相加工為目的，二 者都需要較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)還要保證系統(tǒng)壓力平衡或循環(huán)倍率的要求，單 一的提升管或流化床層反應(yīng)器均難以滿足反應(yīng)要求，提升管與常規(guī)流化床層耦 合反應(yīng)器也存在一定的不足。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，為反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)、受系統(tǒng)壓力平衡或循環(huán)倍率限制的 氣固催化反應(yīng)或難燃固體顆粒的燃燒反應(yīng)提供一種調(diào)控靈活、氣固高效接觸的 提升管與氣-固環(huán)流床耦合反應(yīng)裝置。本發(fā)明的目的通過下列途徑實(shí)現(xiàn)一種提升管與氣-固環(huán)流床耦合反應(yīng)裝置，至少包括提升管、蓮蓬頭式 分布器、導(dǎo)流筒、環(huán)隙氣體分布環(huán)、外筒體、內(nèi)循環(huán)管、外循環(huán)流化床、外循 環(huán)管及氣固分離系統(tǒng)。顆粒和氣體沿提升管向上輸送，經(jīng)蓮蓬頭式分布器進(jìn)入 上部環(huán)流床中，在導(dǎo)流筒-環(huán)隙間密度差的作用下形成中心氣升式環(huán)流，氣體 經(jīng)后續(xù)的氣固分離系統(tǒng)引出。外筒體下方的顆粒一部分經(jīng)內(nèi)循環(huán)管進(jìn)入提升 管， 一部分進(jìn)入外循環(huán)流化床與其中原有顆粒混合，混合后的顆粒經(jīng)外循環(huán)管 進(jìn)入提升管，內(nèi)、外循環(huán)管進(jìn)入提升管的位置可靈活設(shè)置。所述的提升管出口與蓮蓬頭式分布器相連，并伸入環(huán)流床外筒體下部，伸 入距離視生產(chǎn)要求而定；環(huán)流床外筒體直徑Dl與提升管直徑"之比DL/Dr = 2 ~ 10;提升管內(nèi)操作氣速U, (4.0-20.0) m/s，導(dǎo)流筒內(nèi)操作氣速U, ( 0. 3 ~1.8) m/s，環(huán)隙操作氣速Ua- ( 0.05 - 0.30 ) m/s;環(huán)流床內(nèi)顆粒靜床高度 距導(dǎo)流筒上沿的距離為-O. 5Hd~+0. 5Hd,其中Hd為導(dǎo)流筒總高度，"-"表示導(dǎo) 流筒上沿以下，"+"表示導(dǎo)流筒上沿以上；由環(huán)隙進(jìn)入導(dǎo)流筒的顆粒環(huán)流質(zhì)量 流率與由內(nèi)循環(huán)管進(jìn)入提升管的顆粒質(zhì)量流率之比為(1~20): 1。所述的蓮蓬頭式分布器為倒錐形，置于環(huán)流床外筒體內(nèi)導(dǎo)流筒下方，下部 與提升管出口相連，倒錐形錐體母線與豎直方向的夾角a,15。 ~75° ;分布 板面可為凹形球面板、凸形球面板或平面直孔板，分布板面水平投影直徑Df =(0.5~1.2) Dd,"是導(dǎo)流筒直徑，凹形或凸形球面板上開孔中心線的延長(zhǎng) 線指向球心，凹陷或凸起高度h, (0. 15~0. 75) Dr，基于導(dǎo)流筒截面積的開 孔率為(0. 5 ~ 2. 5 ) % 。所述的導(dǎo)流筒在環(huán)流床外筒體內(nèi)蓮蓬頭式分布器上方，下沿距蓮蓬頭式分 布器分布板面的距離為(0.2~1.0)D"導(dǎo)流筒可為單段或多段的形式，總高 度H, (1. 5~15)Dd，單段或多段最下方導(dǎo)流筒直徑Dd= (0.7-0. 95) DL。 導(dǎo)流筒為多段結(jié)構(gòu)時(shí)，各段可為等徑直筒型，也可為縮徑直筒型。在各段間設(shè) 有環(huán)縫或槽孔，環(huán)縫或槽孔面積與環(huán)流床環(huán)隙面積之比為0. 5 ~ 2. 0;槽孔為圓 形孔或長(zhǎng)方形孔，圍繞導(dǎo)流筒圓周進(jìn)行均布，當(dāng)圍繞導(dǎo)流筒進(jìn)行多行布置時(shí)， 各行間槽孔為正方形或正三角形排列。當(dāng)為等徑直筒型多段導(dǎo)流筒時(shí)，各段直 徑相同，在相鄰兩段環(huán)縫或槽孔的下方(100~ 500 ) mm處設(shè)置輔助氣體分布 環(huán)，輔助氣體分布環(huán)中心圓直徑與導(dǎo)流筒直徑之比為(0. 3~0.7): 1,基于導(dǎo) 流筒截面積的開孔率為(0. 05~1. 0) %,開孔方向向下并斜向外側(cè)，孔中心 線與豎直方向的夾角a2 = 5° ~80° 。當(dāng)為縮徑直筒型多段導(dǎo)流筒時(shí)，沿導(dǎo)流 筒向上，各段導(dǎo)流筒直徑逐段縮減，相鄰兩段導(dǎo)流筒，小直徑導(dǎo)流筒直徑Dd,s 與大直徑導(dǎo)流筒直徑Dd，b之比Dd，s/Dd,b=0. 4~0. 9。兩段之間靠變徑段連接，變徑段高度為h2 - ( 0. 2 ~ 1. 0 ) Dd, s;環(huán)縫或槽孔:^殳置在變徑、敬以上(100 ~ 500 ) mm處的小直徑導(dǎo)流筒上。所述的環(huán)隙氣體分布環(huán)置于導(dǎo)流筒與環(huán)流床外筒體形成的環(huán)隙中，分布環(huán) 中心圓距導(dǎo)流筒外壁的距離與距環(huán)流床外筒體內(nèi)壁的距離之比為(1. 0 ~ 2. 0 ): 1，距導(dǎo)流筒下沿的垂直距離為-0. 5DL~+0. 5DL,"-，，表示導(dǎo)流筒下沿以下，"+，， 表示導(dǎo)流筒下沿以上；基于環(huán)隙截面積的開孔率為(0. 05~1.0) %，開孔方 向向下并斜向外側(cè)，孔中心線與豎直方向的夾角ct3 = 5° -80° 。所述的外筒體可分為環(huán)流床外筒體和沉降空間外筒體，環(huán)流床外筒體下部 與一個(gè)倒錐體相連，沉降空間外筒體與環(huán)流床外筒體相比，可為等直徑形式， 也可為擴(kuò)徑形式，二者直徑之比Ds/D, U~1.5): 1。所述的外循環(huán)流化床兩端與外循環(huán)管相連，尺寸、安裝位置及操作條件根 據(jù)具體生產(chǎn)要求確定，可作為催化劑的再生器、催化劑的換熱器或不同性質(zhì)顆 粒的混合器等。所述的內(nèi)循環(huán)管顆粒入口與環(huán)流床下部倒錐體外側(cè)壁連接，顆粒出口與提 升管相連，連接位置可與外循環(huán)管在同一截面高度上，也可在不同截面高度上。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，存在明顯的優(yōu)點(diǎn)在于(1)對(duì)于以氣相加工為目的的氣固催化反應(yīng)，由于導(dǎo)流筒的存在，強(qiáng)化 了氣體和催化劑顆粒向上運(yùn)動(dòng)，從而降低了由提升管出口分布器進(jìn)來的氣體和 活性較高的催化劑顆粒未經(jīng)反應(yīng)即進(jìn)入后續(xù)汽提及再生系統(tǒng)的幾率，大大提高 了高活性催化劑的利用率及原料氣體的轉(zhuǎn)化率，并降低了后續(xù)汽提系統(tǒng)的負(fù) 荷。(2)對(duì)于以固相加工為主要目的的反應(yīng)，由于顆粒的環(huán)流，為顆粒提供了 多次與新鮮氣體接觸的機(jī)會(huì)，延長(zhǎng)了顆粒的反應(yīng)時(shí)間，提高了顆粒的轉(zhuǎn)化率， 同時(shí)，設(shè)立提升管大大提高了系統(tǒng)的循環(huán)倍率。(3)由于環(huán)隙顆粒對(duì)導(dǎo)流筒內(nèi)顆粒流動(dòng)的推動(dòng)作用，降低了提升管出口分布器上方區(qū)域氣固流動(dòng)的阻力，提高了操作的穩(wěn)定性。(4)在導(dǎo)流筒底部、分布器上方的區(qū)域，顆粒由環(huán)隙流入 導(dǎo)流筒，對(duì)即將進(jìn)入導(dǎo)流筒反應(yīng)區(qū)的氣泡形成了較大的剪切破碎作用，從而使 導(dǎo)流筒內(nèi)氣泡更小，氣固接觸更加均勻。(5)通過調(diào)節(jié)導(dǎo)流筒的高度或顆粒的 環(huán)流速度，可以調(diào)節(jié)顆粒在環(huán)流床內(nèi)的反應(yīng)時(shí)間。(6)通過調(diào)節(jié)由環(huán)隙進(jìn)入導(dǎo) 流筒的顆粒環(huán)流質(zhì)量流率、由內(nèi)循環(huán)管進(jìn)入提升管的顆粒質(zhì)量流率、由外循環(huán) 流化床進(jìn)入提升管的顆粒質(zhì)量流率及內(nèi)、外循環(huán)管與提升管的連接位置，可以 靈活調(diào)控導(dǎo)流筒及提升管內(nèi)的反應(yīng)。


圖1是提升管與氣-固環(huán)流床耦合反應(yīng)裝置實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖； 困2是提升管與氣-固環(huán)流床耦合反應(yīng)裝置實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是提升管與氣-固環(huán)流床耦合反應(yīng)裝置實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是蓮蓬頭式分布器結(jié)構(gòu)示意圖； . 圖5是環(huán)隙氣體分布環(huán)及輔助氣體分布環(huán)布孔方向示意圖； 圖6是等徑直筒型多段導(dǎo)流筒段間結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是縮徑直筒型多段導(dǎo)流筒段間結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過幾個(gè)具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明。 實(shí)施例1參見附圖1,本實(shí)施例的提升管與氣-固環(huán)流床耦合反應(yīng)裝置包括提升 管2，外循環(huán)管3，外循環(huán)流化床4，蓮蓬頭式分布器6，環(huán)隙氣體分布環(huán)7， 導(dǎo)流筒8，外筒體9，氣固分離器IO,并十腿ll,倒錐體12,內(nèi)循環(huán)管13及控 制閥1、 5和14。提升管2出口端伸入環(huán)流床外筒體9下部的倒錐體12中，出口端與蓮蓬頭式分布器6相連，蓮蓬頭式分布器6置于環(huán)流床外筒體9下部或 倒錐體12中。導(dǎo)流筒8采用單段形式，安置在蓮蓬頭式分布器6上方，為保 證環(huán)隙顆粒順暢流入導(dǎo)流筒8內(nèi)，同時(shí)為使環(huán)隙流入導(dǎo)流筒8下方投影區(qū)域的 顆粒對(duì)蓮蓬頭式分布器6射流形成剪切破碎作用，導(dǎo)流筒8下沿和蓮蓬頭式分 布器6分布板面之間應(yīng)留有(0. 2 ~ 1. 1) Dl的距萬(wàn)。在導(dǎo)流筒8和環(huán)流床外筒 體9之間的環(huán)隙內(nèi)設(shè)置環(huán)隙氣體分布環(huán)7，其距導(dǎo)流筒下沿的垂直距離為 -0. 5Dr+0. 5D"為減少氣固分離器10的負(fù)荷，導(dǎo)流筒8上方應(yīng)留有至少大于 3m的顆粒沉降空間，沉降空間外筒體與環(huán)流床外筒體部分采用等徑形式，氣 固分離器IO采用單級(jí)形式，并外置于沉降空間外筒體外側(cè)，料腿ll顆粒返回 口設(shè)在環(huán)流床外筒體9上，其位置在環(huán)隙氣體分布環(huán)7以上，環(huán)隙上方床面以 下，應(yīng)避開環(huán)隙氣體分布環(huán)7影響區(qū)和床面不穩(wěn)定區(qū)。外循環(huán)管3上部與環(huán)流 床外筒體9下部的倒錐體12相連，下部與提升管2下部相連，中間的外循環(huán) 流化床4把外循環(huán)管3分為上、下兩部分；內(nèi)循環(huán)管13上部與環(huán)流床外筒體9 下部的倒錐體12相連，下部與提升管2下部相連。蓮蓬頭式分布器6為倒錐形(參見附圖4 )，倒錐形錐體母線與豎直方向的 夾角為Cd-15。 ~75° ，分布板面圓水平投影直徑Df- (0. 5~1.2)Dd。蓮蓬 頭式分布器6分布板面可為平面直孔板，也可為凹形球面板或凸形球面板，凹 陷或凸起高度h, (0. 15~0. 75)Dr，基于導(dǎo)流筒8截面積的開孔率為(0. 5 ~ 2. 5 ) % 。環(huán)隙氣體分布環(huán)7 (參見附圖5 )基于環(huán)隙截面積的開孔率為(0. 1 ~ 1.0) %。本實(shí)施例的具體才喿作流程為先關(guān)閉內(nèi)、外循環(huán)管線上的控制閥5和14，打開外循環(huán)管線上的控制閥1, 把顆粒由外循環(huán)流化床4經(jīng)提升管2引入導(dǎo)流筒8中，引入環(huán)流床的顆粒量，取開啟外循環(huán)管3、關(guān)閉內(nèi)循環(huán)管13的操作形式。 氣體和顆粒邊進(jìn)行反應(yīng)邊沿提升管2向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)蓮蓬頭式分布器6后進(jìn)入導(dǎo) 流筒8下方投影區(qū)域，與由環(huán)隙進(jìn)來的顆粒進(jìn)行強(qiáng)烈的混合、換熱及反應(yīng)，混 合后的氣體和顆粒進(jìn)入導(dǎo)流筒8中繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)。在導(dǎo)流筒8上方，氣體和顆 粒分離,氣體經(jīng)后續(xù)氣固分離系統(tǒng)引出，顆粒進(jìn)入環(huán)隙中向下運(yùn)動(dòng)，到達(dá)環(huán)隙 底部時(shí)， 一部分顆粒密度差作用下進(jìn)入導(dǎo)流筒8形成導(dǎo)流筒-環(huán)隙的中心氣升 式顆粒環(huán)流，另 一部分顆粒通過外循環(huán)管3經(jīng)外循環(huán)流化床4進(jìn)入提升管2中。 反應(yīng)器停運(yùn)前，關(guān)閉外循環(huán)管3上的控制閥1，把環(huán)流床內(nèi)的顆粒卸放入外循 環(huán)流化床4中。 實(shí)施例2參見附圖2，本實(shí)施例的提升管與氣-固環(huán)流床耦合反應(yīng)裝置包括提升 管2,外循環(huán)管3，外循環(huán)流化床4，蓮蓬頭式分布器6，環(huán)隙氣體分布環(huán)7， 導(dǎo)流筒8，環(huán)流床外筒體9，沉降空間外筒體IO，氣固分離器ll,輔助氣體分 布環(huán)12，倒錐體13，內(nèi)循環(huán)管14及控制閥1、 5和15。提升管2出口端伸入 環(huán)流床外筒體9下部的倒錐體13中，出口端與蓮蓬頭式分布器6相連，蓮蓬 頭式分布器6置于環(huán)流床外筒體9下部或倒錐體13中。導(dǎo)流筒8采用等徑直 筒型多段導(dǎo)流筒，安置在蓮蓬頭式分布器6上方，為保證環(huán)隙顆粒順暢流入導(dǎo) 流筒8內(nèi)，同時(shí)為使環(huán)隙流入導(dǎo)流筒8下方投影區(qū)域的顆粒對(duì)蓮蓬頭式分布器 6射流形成剪切破碎作用，導(dǎo)流筒8下沿和蓮蓬頭式分布器6分布板面之間應(yīng) 留有(0. 2 ~ 1. 1) Dt的距離。在導(dǎo)流筒8和環(huán)流床外筒體9之間的環(huán)隙內(nèi)設(shè)置 環(huán)隙氣體分布環(huán)7，其距導(dǎo)流筒下沿的垂直距離為-O. 5DL~+0. 5DL。在相鄰兩段導(dǎo)流筒內(nèi)部環(huán)縫或槽孔的下方(100 - 500 ) mm處i殳置輔助氣體分布環(huán)12。氣 固分離器11采用多級(jí)串聯(lián)的形式，內(nèi)置于沉降空間外筒體IO內(nèi)部，沉降空間 外筒體采用擴(kuò)徑形式，為減少氣固分離器11的負(fù)荷，導(dǎo)流筒8上方應(yīng)留有至 少大于3 m的顆粒沉降空間。外循環(huán)管3上部與環(huán)流床外筒體9下部的倒錐體 13相連，下部與提升管2下部相連，中間的外循環(huán)流化床4把外循環(huán)管3分為 上、下兩部分；內(nèi)循環(huán)管14上部與環(huán)流床外筒體9下部的倒錐體13相連，下 部與提升管2中部相連。等徑直筒型多段導(dǎo)流筒8 (參見附圖6)，各單段導(dǎo)流筒直徑相同。在各段 間留有環(huán)縫或槽孔形式的顆粒通道。槽孔為圓形孔或長(zhǎng)方形孔，圍繞導(dǎo)流筒圓周進(jìn)行均布。環(huán)縫或槽孔面積與環(huán)流床環(huán)隙面積之比為0. 5 ~ 2. 0。輔助氣體分 布環(huán)12 (參見附圖5)中心圓直徑與導(dǎo)流筒直徑之比為(0. 3~0.7): 1,基于 導(dǎo)流筒截面積的開孔率為(0.05-1.0) %，開孔方向向下并斜向外側(cè)，孔中 心線與豎直方向的夾角a2 = 5° -80° 。 .本實(shí)施例的具體操:作流程為先關(guān)閉內(nèi)、外循環(huán)管線上的控制閥5和15，打開外循環(huán)管3上的控制閥1， 把顆粒由外循環(huán)流化床4經(jīng)提升管2引入導(dǎo)流筒8中，引入環(huán)流床的顆粒量， 至少應(yīng)滿足等體積的顆粒在堆積狀態(tài)下能高出導(dǎo)流筒8上沿的距離為(0 ~ 0. 5 ) Hd。待達(dá)到環(huán)流床內(nèi)所需的顆粒量后，再打開外循環(huán)管3和內(nèi)循環(huán)管14上的控 制閥5和15，并調(diào)節(jié)控制閥1、 5和15的開度，采取外循環(huán)管3和內(nèi)循環(huán)管 14同時(shí)開啟的操作形式。由外循環(huán)管3進(jìn)入提升管的顆粒向上運(yùn)動(dòng)一段距離后 與由內(nèi)循環(huán)管14進(jìn)來的顆粒混合，混合后的氣體和顆粒邊進(jìn)行反應(yīng)邊沿提升 管2向上運(yùn)動(dòng)，氣體和顆粒經(jīng)蓮蓬頭式分布器6后進(jìn)入導(dǎo)流筒8下方投影區(qū)域， 與由環(huán)隙進(jìn)來的顆粒進(jìn)行強(qiáng)烈的混合、換熱及反應(yīng)，在此混合后的氣體和顆粒進(jìn)、導(dǎo)流筒8中繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)。在導(dǎo)流筒8上方，氣體和顆粒分禽，氣體經(jīng)后 續(xù)氣固分離系統(tǒng)引出，顆粒進(jìn)入環(huán)隙中向下運(yùn)動(dòng)，到達(dá)環(huán)隙底部時(shí)， 一部分顆 粒在密度差作用下進(jìn)入導(dǎo)流筒8形成導(dǎo)流筒-環(huán)隙的中心氣升式顆粒環(huán)流。另 一部分顆粒進(jìn)入外循環(huán)流化床4經(jīng)外循環(huán)管3進(jìn)入提升管2的下部，還有一部 分顆粒通過內(nèi)循環(huán)管14進(jìn)入提升管的中部。反應(yīng)器停運(yùn)前，關(guān)閉外循環(huán)管3 上的控制閥1和內(nèi)循環(huán)管14上的控制閥15， ^fe環(huán)流床內(nèi)的顆粒卸放入外循環(huán) 流化床4中。 實(shí)施例3參見附圖3，本實(shí)施例的提升管與氣-固環(huán)流床耦合反應(yīng)裝置包括提升 管2，外循環(huán)管3，外循環(huán)流化床4，蓮蓬頭式分布器6，環(huán)隙氣體分布環(huán)7， 導(dǎo)流筒8，環(huán)流床外筒體9，沉降空間外筒體IO，氣固分離器ll,倒錐體12， 內(nèi)循環(huán)管13及控制閥1、 5和14。提升管2出口端伸入環(huán)流床外筒體9下部的 倒錐體12中，出口端與蓮蓬頭式分布器6相連，蓮蓬頭式分布器6置于環(huán)流 床外筒體9下部或倒錐體12中。導(dǎo)流筒8采用縮徑直筒型多段導(dǎo)流筒，安置 在蓮蓬頭式分布器6上方，為保證環(huán)隙顆粒順暢流入導(dǎo)流筒8內(nèi)，同時(shí)為使環(huán) 隙流入導(dǎo)流筒8下方^:影區(qū)域的顆粒對(duì)蓮蓬頭式分布器6射流形成剪切破碎作 用，導(dǎo)流筒8下沿和蓮蓬頭式分布器6分布板面之間應(yīng)留有(0. 2~1,1)"的 距離。在導(dǎo)流筒8和環(huán)流床外筒體9之間的環(huán)隙內(nèi)設(shè)置環(huán)隙氣體分布環(huán)7，其 距導(dǎo)流筒下沿的垂直距離為-0. 5Dl~+0. 5Dl。氣固分離器11采用多級(jí)串聯(lián)的形 式，內(nèi)置于沉降空間外筒體10內(nèi)部，沉降空間外筒體采用擴(kuò)徑形式，為減少 氣固分離器11的負(fù)荷，導(dǎo)流筒8上方應(yīng)留有至少大于3 m的顆粒沉降空間。 外循環(huán)管3上部與環(huán)流床外筒體9下部的倒錐體12相連，下部與提升管2中 部相連，中間的外循環(huán)流化床4把外循環(huán)管3分為上、下兩部分；內(nèi)循環(huán)管13上部與環(huán)流床外筒體9下部的倒錐體12相連，下部與提升管2下部相連。.縮徑直筒型多段導(dǎo)流筒8 (參考附圖7)，沿導(dǎo)流筒向上，各段導(dǎo)流筒直徑 逐段縮減，相鄰兩段導(dǎo)流筒，小直徑導(dǎo)流筒直徑Dd,s與大直徑導(dǎo)流筒直徑Dd,b 之比Dd,s/Dd，b=0. 4 ~ 0. 9。兩段之間靠變徑段連接，變徑段高度為h2 = ( 0. 2 ~ 1. 0 ) Dd, s。相鄰兩段導(dǎo)流筒，在變徑段以上(100 - 500 ) mm處的小直徑導(dǎo)流筒上設(shè) 置環(huán)縫或槽孔，環(huán)縫或槽孔面積與d、直徑導(dǎo)流筒與環(huán)流床外筒體間形成的環(huán)隙 面積之比為0. 5~2. 0。槽孔為圓形孔或長(zhǎng)方形孔，圍繞導(dǎo)流筒圓周進(jìn)行均布。 本實(shí)施例的具體操作流程為先關(guān)閉內(nèi)、外循環(huán)管線上的控制閥5和14，打開外循環(huán)管3上的控制閥1， 把顆粒由外循環(huán)流化床4經(jīng)提升管2引入導(dǎo)流筒8中，引入環(huán)流床的顆粒量， 至少應(yīng)滿足等體積的顆粒在堆積狀態(tài)下能高出導(dǎo)流筒8上沿的距離為(0 ~ 0. 5 ) Hd。待達(dá)到環(huán)流床內(nèi)所需的顆粒量后，再打開外循環(huán)管3和內(nèi)循環(huán)管13上的控 制閥5和14，并調(diào)節(jié)控制閥1、 5和14的開度，采取外循環(huán)管3和內(nèi)循環(huán)管 13同時(shí)開啟的操作形式。由內(nèi)循環(huán)管13進(jìn)入提升管的顆粒向上運(yùn)動(dòng)一段距離 后與由外循環(huán)管3進(jìn)來的顆?；旌?，混合后的氣體和顆粒邊進(jìn)行反應(yīng)邊沿提升 管2向上運(yùn)動(dòng)，氣體和顆粒經(jīng)蓮蓬頭式分布器6后進(jìn)入導(dǎo)流筒8下方投影區(qū)域， 與由環(huán)隙進(jìn)來的顆粒進(jìn)行強(qiáng)烈的混合、換熱及反應(yīng)，在此混合后的氣體和顆粒 進(jìn)入導(dǎo)流筒8中繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)。在導(dǎo)流筒8上方，氣體和顆粒分離，氣體經(jīng)后 續(xù)氣固分離系統(tǒng)引出，顆粒進(jìn)入環(huán)隙中向下運(yùn)動(dòng)，到達(dá)環(huán)隙底部時(shí)， 一部分顆 粒在密度差作用下進(jìn)入導(dǎo)流筒8形成導(dǎo)流筒-環(huán)隙間的中心氣升式顆粒環(huán)流。 另一部分顆粒通過外循環(huán)管3經(jīng)外循環(huán)流化床4進(jìn)入提升管2的中部，還有一 部分顆粒通過內(nèi)循環(huán)管13進(jìn)入提升管2的下部。反應(yīng)器停運(yùn)前，關(guān)閉外循環(huán) 管3上的控制閥1和內(nèi)循環(huán)管13上的控制閥14，把環(huán)流床內(nèi)的顆粒卸放入外循環(huán)流化床4中。最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述 的抹術(shù)方案；因此，盡管本說明書參照上述的各個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明已進(jìn)行了詳 細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修 改或者等同替換；而一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其 均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1、一種提升管與氣-固環(huán)流床耦合反應(yīng)裝置，至少包括提升管、蓮蓬頭式分布器、導(dǎo)流筒、環(huán)隙氣體分布環(huán)、外筒體、內(nèi)循環(huán)管、外循環(huán)流化床、外循環(huán)管及氣固分離系統(tǒng)。其特征在于顆粒和氣體沿提升管向上輸送，經(jīng)蓮蓬頭式分布器進(jìn)入上部環(huán)流床中，形成導(dǎo)流筒-環(huán)隙間的中心氣升式環(huán)流。外筒體下方的顆粒一部分經(jīng)內(nèi)循環(huán)管進(jìn)入提升管，一部分進(jìn)入外循環(huán)流化床與其中原有顆?；旌希旌虾蟮念w粒經(jīng)外循環(huán)管進(jìn)入提升管，內(nèi)、外循環(huán)管進(jìn)入提升管的位置可靈活設(shè)置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升管與氣-固環(huán)流床耦合反應(yīng)裝置，其特 征在于所述的提升管出口與蓮蓬頭式分布器相連，并伸入環(huán)流床外筒體下部， 伸入距離視生產(chǎn)要求而定；環(huán)流床外筒體直徑Dl與提升管直徑"之比DL/Dr = 2 ~ 10;提升管內(nèi)操作氣速Ur = ( 4. 0 ~ 20. 0 ) m/s，導(dǎo)流筒內(nèi)操作氣速Ud = ( 0. 3 ~ 1.8) m/s,環(huán)隙操作氣速Ua= (0.05-0.30) m/s;環(huán)流床內(nèi)顆粒靜床高度 距導(dǎo)流筒上沿的距離為-0. 5Hd~+0. 5Hd，其中Hd為導(dǎo)流筒總高度,"-"表示導(dǎo) 流筒上沿以下，"+，，表示導(dǎo)流筒上沿以上；由環(huán)隙進(jìn)入導(dǎo)流筒的顆粒環(huán)流質(zhì)量 流率與由內(nèi)循環(huán)管進(jìn)入提升管的顆粒質(zhì)量流率之比為(1 ~ 20 ): 1。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升管與氣-固環(huán)流床耦合反應(yīng)裝置，其特 征在于所述的蓮蓬頭式分布器為倒錐形，置于環(huán)流床外筒體內(nèi)導(dǎo)流筒下方， 下部與提升管出口相連，倒錐形錐體母線與豎直方向的夾角0^ = 15° ~75° ; 分布板面可為凹形球面板、凸形球面板或平面直孔板，分布板面水平投影直徑 Df= (0.5-1.2) Dd, Dd是導(dǎo)流筒直徑，凹形或凸形球面板上開孔中心線的延 長(zhǎng)線指向球心，凹陷或凸起高度h, (0.15-0. 75) Dr，基于導(dǎo)流筒截面積的 開孔率為(0. 5 ~ 2. 5 ) % 。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升管與氣-固環(huán)流床耦合反應(yīng)裝置，其特 征在于所述的導(dǎo)流筒在環(huán)流床外筒體內(nèi)蓮蓬頭式分布器上方，下沿距蓮蓬頭 式分布器分布板面的距離為(0.2-1.0) D"導(dǎo)流筒可為單段或多段的形式， 總高度H, (1. 5~15)Dd，單段或多段最下方導(dǎo)流筒直徑D, (0. 7~0. 95) Dl。導(dǎo)流筒為多段結(jié)構(gòu)時(shí)，各段可為等徑直筒型，也可為縮徑直筒型。在各段 間設(shè)有環(huán)縫或槽孔，環(huán)縫或槽孔面積與環(huán)流床環(huán)隙面積之比為0. 5~2. 0;槽孔 為圓形孔或長(zhǎng)方形孔，圍繞導(dǎo)流筒圓周進(jìn)行均布，當(dāng)圍繞導(dǎo)流筒進(jìn)行多行布置 時(shí)，各行間槽孔為正方形或正三角形排列。所述的等徑直筒型多段導(dǎo)流筒，各段直徑相同，在相鄰兩段環(huán)縫或槽孔的 下方(100 - 500 ) mm處設(shè)置輔助氣體分布環(huán)，輔助氣體分布環(huán)中心圓直徑與 導(dǎo)流筒直徑之比為(0. 3 ~ 0. 7 ): 1，基于導(dǎo)流筒截面積的開孔率為(0. 05 ~ 1. 0 ) %，開孔方向向下并斜向外側(cè)，孔中心線與豎直方向的夾角a2 = 5° ~80° 。所述的縮徑直筒型多段導(dǎo)流筒，沿導(dǎo)流筒向上，各^^導(dǎo)流筒直徑逐段縮減， 相鄰兩段導(dǎo)流筒，小直徑導(dǎo)流筒直徑DM與大直徑導(dǎo)流筒直徑Dd,b之比 Dd,s/Dd,b=0.4~0. 9。兩段之間靠變徑段連接，變徑段高度為h2= (0.2-1.0) Dd, s;環(huán)縫或槽孔設(shè)置在變徑段以上(100~ 500 ) mm處的小直徑導(dǎo)流筒上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升管與氣-固環(huán)流床耦合反應(yīng)裝置，其特 征在于所述的環(huán)隙氣體分布環(huán)置于導(dǎo)流筒與環(huán)流床外筒體形成的環(huán)隙中，分 布環(huán)中心圓距導(dǎo)流筒外壁的距離與距環(huán)流床外筒體內(nèi)壁的距離之比為(1. 0~ 2.0): 1，距導(dǎo)流筒下沿的垂直距離為-0. 5DL~+0. 5DL，"-，，表示導(dǎo)流筒下沿以 下，"+，，表示導(dǎo)流筒下沿以上；基于環(huán)隙截面積的開孔率為(0.05-1.0) %, 開孔方向向下并斜向外側(cè)，孔中心線與豎直方向的夾角oc3 = 5° ~80° 。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升管與氣-固環(huán)流床耦合反應(yīng)裝置，其特征在于所述的外筒體可分為環(huán)流床外筒體和沉降空間外筒體，環(huán)流床外筒體 下部與一個(gè)倒錐體相連，沉降空間外筒體與環(huán)流床外筒體相比，可為等直徑 形式，也可為擴(kuò)徑形式，二者直徑之比Ds/D^ (1~1.5): 1。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升管與氣-固環(huán)流床耦合反應(yīng)裝置，其特 征在于所述的外循環(huán)流化床兩端與外循環(huán)管相連，尺寸、安裝位置及操作條 件根據(jù)具體生產(chǎn)要求確定，可作為催化劑的再生器、催化劑的換熱器或不同性 質(zhì)顆粒的混合器等。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升管與氣-固環(huán)流床耦合反應(yīng)裝置，其特 征在于所述的內(nèi)循環(huán)管顆粒入口與環(huán)流床下部倒錐體外側(cè)壁連接，顆粒出口 與提升管相連，連接位置可與外循環(huán)管在同一截面高度上，也可在不同截面高 度上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種提升管與氣-固環(huán)流床耦合反應(yīng)裝置，至少包括提升管、蓮蓬頭式分布器、導(dǎo)流筒、環(huán)隙氣體分布環(huán)、外筒體、內(nèi)循環(huán)管、外循環(huán)流化床、外循環(huán)管及氣固分離系統(tǒng)。顆粒和氣體沿提升管向上輸送，經(jīng)蓮蓬頭式分布器進(jìn)入上部環(huán)流床中，形成導(dǎo)流筒-環(huán)隙間的中心氣升式環(huán)流。外筒體下方的顆粒一部分經(jīng)內(nèi)循環(huán)管進(jìn)入提升管，一部分進(jìn)入外循環(huán)流化床與其中原有顆?；旌?，混合后的顆粒經(jīng)外循環(huán)管進(jìn)入提升管，內(nèi)、外循環(huán)管進(jìn)入提升管的位置可靈活設(shè)置。提升管與氣-固環(huán)流床耦合反應(yīng)裝置克服了系統(tǒng)壓力平衡和短反應(yīng)時(shí)間的限制，具有各區(qū)操控靈活、環(huán)流床區(qū)氣固接觸效率高、分布器上方阻力小等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于能源、化工、顆粒燃燒等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)F23C10/00GK101259398SQ20081008440
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月21日
發(fā)明者盧春喜, 王德武, 王祝安, 高金森 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)