一種多分區(qū)的氣固流化床反應(yīng)器及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多分區(qū)的氣固流化床反應(yīng)器及系統(tǒng)，所述流化床反應(yīng)器位于一個具有內(nèi)腔的筒體中，筒體的內(nèi)腔中設(shè)置有隔板，隔板設(shè)計為曲線型，該隔板位于筒體徑向1/2-1/3位置處，隔板將筒體分為左分區(qū)和右分區(qū)兩個區(qū)域，每個分區(qū)下的垂直投影部分設(shè)有一個豎直氣體分布器，豎直氣體分布器為管式分布器或板式分布器，兩個豎直氣體分布器的開孔率不同，布孔方式也不同，在兩個不同的分區(qū)各設(shè)有一個循環(huán)固體顆粒入口或在其中一個分區(qū)設(shè)有一個固體顆粒入口，整個流化床還設(shè)有一個循環(huán)固體顆粒出口。該流化床反應(yīng)器內(nèi)不會產(chǎn)生滑移區(qū)和死區(qū)，同時很好的解決了因熱脹冷縮而對筒體和隔板帶來的損壞問題。
【專利說明】—種多分區(qū)的氣固流化床反應(yīng)器及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多分區(qū)的氣固流化床反應(yīng)器，適合于固體顆粒和氣體在同一個流化床不同分區(qū)內(nèi)依次發(fā)生不同的反應(yīng)，或發(fā)生同一種反應(yīng)，但反應(yīng)的程度不同。屬于石油、化工、環(huán)境、生物等領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]在石油化工領(lǐng)域，固體顆粒經(jīng)常需要與不同的氣體依次發(fā)生反應(yīng)，或者依次與同一種氣體發(fā)生不同強度的反應(yīng)。在這種情況下，通常的做法是采用2個流化床反應(yīng)器，固體顆粒在2個流化床反應(yīng)器間循環(huán)，而氣體則根據(jù)工藝需要，分別通入2個流化床反應(yīng)器。這不僅會造成生產(chǎn)設(shè)備增多，工藝操作繁瑣，而且造成一次性投資增加。針對此類工藝過程，最好的辦法是使得兩種不同的反應(yīng)在同一個反應(yīng)器不同分區(qū)內(nèi)依次發(fā)生。為此，人們提出了各種帶有分區(qū)的流化床反應(yīng)器。
[0003]中國發(fā)明專利CN101274245A(申請?zhí)?200710152287.X)公開了一種環(huán)隙氣升式氣固環(huán)流反應(yīng)器，該發(fā)明專利通過環(huán)隙氣體分布器和導(dǎo)流筒將反應(yīng)器內(nèi)部分割為環(huán)隙區(qū)和內(nèi)環(huán)區(qū)，通過在環(huán)隙區(qū)和內(nèi)環(huán)區(qū)通入不同的風(fēng)量，使顆粒在內(nèi)環(huán)和環(huán)隙間環(huán)流流動，但是該設(shè)備存在的不足是:催化劑密度在導(dǎo)流筒區(qū)和環(huán)隙區(qū)沿徑向的分布具有一定的不均勻性，在導(dǎo)流筒投影區(qū)域內(nèi)顆粒未能充分流化，床層密度820kg/m3，在環(huán)隙投影區(qū)內(nèi)顆粒流化較好，床層密度小于450kg/m3，這種不均勻性容易在流化床底部區(qū)域產(chǎn)生滑移區(qū)，只有靠近滑移區(qū)的表面的顆粒才會發(fā)生滑移流動，這對顆粒的環(huán)流十分不利，同時還容易產(chǎn)生死區(qū)。
[0004]中國實用新型專利CN2487738Y(申請?zhí)?1248479.2)公開了一種通過在爐膛內(nèi)設(shè)置隔板使爐膛形成兩個反應(yīng)區(qū)，使物料能夠在兩個反應(yīng)區(qū)內(nèi)循環(huán)流動，這一技術(shù)方案存在的缺點是:由于工程應(yīng)用中，爐膛內(nèi)溫度較高，因此在爐膛和隔板連接處以及隔板上上會產(chǎn)生較大的熱脹冷縮效應(yīng)，數(shù)次使用后，隔板就會出現(xiàn)變形、損壞，維修頻繁，影響生產(chǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種多分區(qū)的氣固流化床反應(yīng)器，該流化床反應(yīng)器內(nèi)不會產(chǎn)生滑移區(qū)和死區(qū)，同時很好的解決了熱脹冷縮問題。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)設(shè)計方案:
[0007]多分區(qū)的氣固流化床，流化床位于一個具有內(nèi)腔的筒體中，筒體的內(nèi)腔中設(shè)置有隔板，隔板設(shè)計為曲線型，該隔板位于筒體徑向1/2-1/3位置處，隔板將筒體分為兩個區(qū)域，每個分區(qū)下的垂直投影部分設(shè)有一個豎直氣體分布器，豎直氣體分布器為管式分布器或板式分布器，兩個豎直氣體分布器的開孔率不同，布孔方式也不同，在兩個不同的分區(qū)各設(shè)有一個循環(huán)固體顆粒入口或在其中一個分區(qū)設(shè)有一個固體顆粒入口，整個流化床還設(shè)有一個循環(huán)固體顆粒出口。
[0008]進一步優(yōu)選的，隔板高度為反應(yīng)器高度的1/5 ；
[0009]進一步優(yōu)選的，隔板低端距離所述氣體分布器的距離為隔板高度的1/30-1/5 ；
[0010]進一步優(yōu)選的，所述隔板的形狀為圓弧形、正弦曲線形、波浪形或者拋物線形。
[0011]進一步優(yōu)選的，所述兩個氣體分布器的安裝高度不同，以避免兩個區(qū)域間的竄氣，其中對竄氣敏感的區(qū)域，氣體分布器安裝在隔板低端以下，對竄氣不敏感的區(qū)域，氣體分布器安裝在隔板低端以上。
[0012]本發(fā)明還提供一種多分區(qū)的氣固流化床反應(yīng)器系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用上述任一所述的多分區(qū)的氣固流化床反應(yīng)器。
[0013]所述的多分區(qū)的氣固流化床反應(yīng)器系統(tǒng)，其中一個優(yōu)選的實施例是，在所述右分區(qū)設(shè)置一下料管，經(jīng)過反應(yīng)的催化劑通過下料管進入再生器的右分區(qū)，催化劑在左右分區(qū)形成循環(huán)，進行多次再生，所述氣固流化床反應(yīng)器的上部設(shè)置一級快風(fēng)，具有快速分離的功能，再生過的催化劑經(jīng)過該裝置分離，然后進入二密相，該區(qū)域安裝有松動風(fēng)，使得催化劑顆粒在此區(qū)域處于流化狀態(tài)。
[0014]所述的多分區(qū)的氣固流化床反應(yīng)器系統(tǒng)，其中一個優(yōu)選的實施例是，固流化床反應(yīng)器的上部是大孔分布板，再生過的催化劑經(jīng)過該大孔分布板進入催化劑儲料倉。
[0015]所述的多分區(qū)的氣固流化床反應(yīng)器系統(tǒng)，其中一個優(yōu)選的實施例是，包括兩個氣固流化床反應(yīng)器，分別是第一再生器和第二在生器，其中第一再生器的一個分區(qū)設(shè)有催化劑顆粒進口，在另一個分區(qū)的分布板下方設(shè)有固體顆粒出口，催化劑從第一分區(qū)吹出之后，從第二再生器分布板中心的固體顆粒進口進入第二再生器，其中第二再生器的固體顆粒進口需高于分布板，避免催化劑顆粒對分布板的磨損，在第二再生器的另一分區(qū)設(shè)有固體顆粒出口，催化劑從該出口吹出進入預(yù)提升段。
[0016]實驗過程中通過調(diào)節(jié)兩個分布板的開孔率，使得兩個分區(qū)的表觀氣速不同，固體顆粒在表觀氣速較大的分區(qū)向上運動，當其流動至隔板的上端時，會向表觀氣速較低的分區(qū)聚集，并改變運動方向，表觀氣速較低的分區(qū)床層的顆粒濃度大于表觀氣速較高的分區(qū)，造成兩個分區(qū)在隔板的下端有一定的壓差，促使固體顆粒由表觀氣速較低的分區(qū)向表觀氣速較高的分區(qū)流動，使得固體顆粒在反應(yīng)器中形成循環(huán)，增加了固體顆粒在反應(yīng)器中停留時間，氣固接觸更加均勻，反應(yīng)更加徹底。固體顆粒由流化床的其中一個分區(qū)流入后，與分區(qū)內(nèi)原來的顆?；旌希⑴c氣體發(fā)生反應(yīng)，循環(huán)至另一個分區(qū)，與另一股氣體發(fā)生不同的反應(yīng)，或發(fā)生強度不同的反應(yīng)。最后，固體顆粒由設(shè)置在另一個分區(qū)底部的出口流出。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有著明顯的優(yōu)點和有益的效果:
[0018](I)在氣固流化床反應(yīng)器中通過設(shè)置曲線隔板，將流化床分為不同的兩個區(qū)域，兩個區(qū)域的氣固接觸效果截然不同，并可根據(jù)工藝條件調(diào)節(jié)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，避免熱脹冷縮帶來的危害。(2)在不同分區(qū)下垂直投影區(qū)，各設(shè)置一個分布板，采用不同的開孔率或設(shè)置兩個氣體分布器或采用氣體分布器和配套隔板的方法，不同的分區(qū)采用不同的表觀氣速，使得兩個分區(qū)形成顆粒循環(huán)，而且可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)循環(huán)流率。(3)當不同的分區(qū)通入不同的氣體時，氣固可以在不同的分區(qū)進行不同的反應(yīng)或者強度不同的同一反應(yīng)。(4)當反應(yīng)器應(yīng)用于再生器與汽提器耦合反應(yīng)時，再生劑可以在其中一個區(qū)域汽提之后，直接循環(huán)到另一個區(qū)域進行再生，兩個反應(yīng)之間的輸送時間顯著降低，并且兩個反應(yīng)器處于并列位置，避免了汽提氣與催化劑再次接觸。(5)當反應(yīng)器用于催化劑再生時，催化劑在不同的分區(qū)形成多次循環(huán)，增加了催化劑顆粒在反應(yīng)器中的停留時間，提高了催化劑的再生效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是一種多分區(qū)的氣固流化床結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是一種多分區(qū)的氣固流化床氣體分布器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是實施方案I的多分區(qū)氣固流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是實施方案2的多分區(qū)氣固流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5是實施方案3的多分區(qū)氣固流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]I循環(huán)固體顆粒出口，2筒體，3第一分區(qū)，4隔板，5氣固分離區(qū)，6第二分區(qū)，8第二分布板，9第二進氣管，10第一分布板，11第一進氣管，15a循環(huán)固體顆粒進口，21提升管，22再生器，23再生斜管，24預(yù)提升段，25 一級快風(fēng)，26再生催化劑入口，27大孔分布板，28 二密相；

【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。
[0026]一種多分區(qū)氣固流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，如圖1所示，流化床位于一個具有內(nèi)腔的筒體2中，筒體2的內(nèi)腔中設(shè)置有隔板4，隔板4設(shè)計為曲線型，該隔板4位于筒體2徑向1/2-1/3位置處，隔板4將筒體2分為第一分區(qū)3和第二分區(qū)6，第一分區(qū)3下的垂直投影部分設(shè)有一個豎直氣體分布器:第一分布板10 ;第二分區(qū)6下的垂直投影部分設(shè)有一個豎直氣體分布器:第二分布板8 ;所述兩個豎直氣體分布器的開孔率不同，布孔方式也不同；第一分布板10連接第一進氣管11，由第一進氣管11供氣，第二分布板8連接第二進氣管9，由第二進氣管9供氣，在第一分區(qū)3和第二分區(qū)6各設(shè)有一個循環(huán)固體顆粒進口 15a或在其中一個分區(qū)設(shè)有一個循環(huán)固體顆粒進口 15a，整個流化床還設(shè)有一個循環(huán)固體顆粒出口
I。圖2是該結(jié)構(gòu)下部俯視圖，可以看出，隔板為弧形板。
[0027]調(diào)整隔板4的高度，可以提高氣固反應(yīng)效果，隔板4高度優(yōu)選為反應(yīng)器高度的1/5 ；進一步優(yōu)選的，隔板4低端距離所述氣體分布器的距離為隔板高度的1/30-1/5 ;進一步優(yōu)選的，所述隔板4的形狀為圓弧形、正弦曲線形、波浪形或者拋物線形。進一步優(yōu)選的，所述兩個氣體分布器的安裝高度不同，以避免兩個區(qū)域間的竄氣，其中對竄氣敏感的區(qū)域，氣體分布器安裝在隔板低端以下，對竄氣不敏感的區(qū)域，氣體分布器安裝在隔板低端以上。
[0028]多分區(qū)的氣固流化床反應(yīng)器系統(tǒng)實施方案1，如圖3所示，在再生器的流化床反器的圓筒空腔內(nèi)設(shè)置一隔板，將再生器分為左右兩個分區(qū)，兩個分區(qū)下的垂直投影區(qū)均設(shè)置一個分布板，在右分區(qū)設(shè)置一下料管15a。經(jīng)過反應(yīng)的催化劑通過下料管進入再生器的右分區(qū)，催化劑在左右分區(qū)形成循環(huán)，進行多次再生，反應(yīng)器的上部設(shè)置一級快風(fēng)25，具有快速分離的功能，再生過的催化劑經(jīng)過該裝置分離，然后進入二密相28，該區(qū)域安裝有松動風(fēng)，使得催化劑顆粒在此區(qū)域處于流化狀態(tài)，根據(jù)需要，調(diào)節(jié)再生劑進入提升管的流量，這就使得催化劑在整個反應(yīng)裝置中循環(huán)利用。
[0029]多分區(qū)的氣固流化床反應(yīng)器系統(tǒng)實施方案2，如圖4所示，整個裝置與實施方案I相似，而兩個方案的不同之處在于再生器部分與催化劑儲料倉之間的連接裝置，該方案再生器上端為一帶孔的大孔分布板27，這樣結(jié)構(gòu)更加簡單，更有益于催化劑顆粒離開再生區(qū)進入再生劑儲料倉。
[0030]多分區(qū)的氣固流化床反應(yīng)器系統(tǒng)實施方案3，如圖5所示，設(shè)置兩個再生器，分別是第一再生器和第二在生器，每個再生器均是利用隔板將再生區(qū)分為兩個分區(qū)，每個分區(qū)下的垂直投影區(qū)均設(shè)置一個氣體分布器，其中第一再生器的一個分區(qū)設(shè)有催化劑顆粒進口15a，在另一個分區(qū)的分布板下方設(shè)有固體顆粒出口，催化劑從第一分區(qū)吹出之后，從第二再生器分布板中心的固體顆粒進口進入第二再生器，其中第二再生器的固體顆粒進口需高于分布板，避免催化劑顆粒對分布板的磨損，在第二再生器的另一分區(qū)設(shè)有固體顆粒出口，催化劑從該出口吹出進入預(yù)提升段。該設(shè)計將兩個再生器串聯(lián)再生，提高再生效率。
[0031]隨著石油資源日益枯竭和環(huán)境污染的日益嚴重，氫氣作為理想的清潔能源，在石油煉制、冶金、電子、醫(yī)藥、食品、航天、能源等多個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。甲烷水蒸氣重整反應(yīng)是目前工業(yè)上較成熟的制氫工藝，也是最簡單和最經(jīng)濟的制氫方法，得到了研究者的重視。該工藝是將甲烷與水蒸氣通入提升管中發(fā)生反應(yīng)，氣固混合物經(jīng)旋風(fēng)分離器分離，氫氣處理提純，催化劑則經(jīng)過流化床燃燒反應(yīng)器、再生器恢復(fù)活性，循環(huán)利用。整套工藝需要提升管、燃燒反應(yīng)器、再生器等多個設(shè)備，工藝線路較長。目前人們對該工藝的改進均是在催化劑開發(fā)上對其進行的優(yōu)化，本發(fā)明可以應(yīng)用于該工藝，簡化流程，提高生產(chǎn)效率。
[0032]最后應(yīng)說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說明書參照上述的各個實施例對本發(fā)明已進行了詳細的說明，但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，仍然可以對本發(fā)明進行修改或者等同替換，本發(fā)明實施的領(lǐng)域也不僅僅適用于催化裂化過程，而是適用于一切涉及多個流化床或多個提升管和流化床間顆粒循環(huán)、換熱的過程；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，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
【權(quán)利要求】
1.一種多分區(qū)的氣固流化床，其特征在于，流化床位于一個具有內(nèi)腔的筒體中，筒體的內(nèi)腔中設(shè)置有隔板，隔板設(shè)計為曲線型，該隔板位于筒體徑向1/2-1/3位置處，隔板將筒體分為左分區(qū)和右分區(qū)兩個區(qū)域，每個分區(qū)下的垂直投影部分設(shè)有一個豎直氣體分布器，豎直氣體分布器為管式分布器或板式分布器，兩個豎直氣體分布器的開孔率不同，布孔方式也不同，在兩個不同的分區(qū)各設(shè)有一個循環(huán)固體顆粒入口或在其中一個分區(qū)設(shè)有一個固體顆粒入口，整個流化床還設(shè)有一個循環(huán)固體顆粒出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多分區(qū)的氣固流化床，其特征在于，所述隔板高度為反應(yīng)器高度的1/5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多分區(qū)的氣固流化床，其特征在于，所述隔板低端距離所述氣體分布器的距離為隔板高度的1/30-1/5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多分區(qū)的氣固流化床，其特征在于，所述隔板的形狀為圓弧形、正弦曲線形、波浪形或者拋物線形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多分區(qū)的氣固流化床，其特征在于，所述兩個氣體分布器的安裝高度不同，以避免兩個區(qū)域間的竄氣，其中對竄氣敏感的區(qū)域，氣體分布器安裝在隔板低端以下，對竄氣不敏感的區(qū)域，氣體分布器安裝在隔板低端以上。
6.—種多分區(qū)的氣固流化床反應(yīng)器系統(tǒng),其特征在于,該系統(tǒng)米用權(quán)利要求1-5任一所述的多分區(qū)的氣固流化床反應(yīng)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多分區(qū)的氣固流化床反應(yīng)器系統(tǒng)，其特征在于，在所述右分區(qū)設(shè)置一下料管，經(jīng)過反應(yīng)的催化劑通過下料管進入再生器的右分區(qū)，催化劑在左右分區(qū)形成循環(huán)，進行多次再生，所述氣固流化床反應(yīng)器的上部設(shè)置一級快風(fēng)，具有快速分離的功能，再生過的催化劑經(jīng)過該裝置分離，然后進入二密相，該區(qū)域安裝有松動風(fēng)，使得催化劑顆粒在此區(qū)域處于流化狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多分區(qū)的氣固流化床反應(yīng)器系統(tǒng)，其特征在于，固流化床反應(yīng)器的上部是大孔分布板，再生過的催化劑經(jīng)過該大孔分布板進入催化劑儲料倉。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多分區(qū)的氣固流化床反應(yīng)器系統(tǒng)，其特征在于，包括兩個氣固流化床反應(yīng)器，分別是第一再生器和第二在生器，其中第一再生器的一個分區(qū)設(shè)有催化劑顆粒進口，在另一個分區(qū)的分布板下方設(shè)有固體顆粒出口，催化劑從第一分區(qū)吹出之后，從第二再生器分布板中心的固體顆粒進口進入第二再生器，其中第二再生器的固體顆粒進口需高于分布板，避免催化劑顆粒對分布板的磨損，在第二再生器的另一分區(qū)設(shè)有固體顆粒出口，催化劑從該出口吹出進入預(yù)提升段。
【文檔編號】B01J8/26GK104190332SQ201410472212
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】盧春喜, 劉夢溪, 孟振亮 申請人:中國石油大學(xué)(北京)