CN1080208A - 流化床催化氧化反应器的气体分布装置 - Google Patents

Abstract

一种用于流化床催化氧化反应器均匀布气的分 布器装置，属于化工反应器领域。由空气上、下分布 器及原料气分布器组成，适用于烃类催化氧化反应。 借助于空气流量在上、下分布器间合理的分配及三组 分布器特殊的结构，可以改善催化剂再生区的富氧气 氛，减少原料气向下的扩散速率，并加强原料气与空 气在反应区的充分混合。该分布器装置布气均匀，以 保证催化剂在反应区与再生区之间的充分循环、减少 堵塞、有利于催化氧化反应器的高效操作。

Description

本发明涉及一种流化床反应器中的气体分布器装置，该装置由上、下空气分布器及原料气分布器组成，适用于烃类催化氧化反应，属于化工反应器领域。

流化床反应器常用于化工、石油化工、能源工程、环保、冶金等工艺中。流化床的气体分布器是其中的关键结构，气体分布器布气的均匀程度是决定流化床反应器操作运转成败的关键之一。设计中根据不同的工艺要求，选用不同型式的流化床气体分布器或分布器体系。除均匀布气以提供良好的起始流化质量外，分布器还承受着反应器中重以数十吨计的催化剂，要求在开停车时不漏料或少漏料，不易堵塞，并具有较宽的操作弹性，适应操作条件的变化及事故性紧急停车的要求。

根据不同的工艺要求可以选用一组或多组气体分布器，不同型式的分布器各具特点，一般应作全面分析评价后，再经核算，选用适宜的型式，并确定开孔率及其他参数。

烃类催化氧化反应常见于化工及石油化工领域。这一类催化氧化反应需要反应后的催化剂颗粒能在富氧气氛中再生以补充晶格氧。考虑到流化床中颗粒循环的特性，通常在流化床反应器底部设置富氧区，有利于反应后催化剂的再生，充分发挥晶格氧氧化反应选择性高的优势，有利于烃类催化氧化反应选择性的改善。

通常烃类催化氧化流化床反应器选用的气体分布器装置由设于上部的原料气分布器及设于下部的空气分布器组成。附图1为已有萘氧化流化床反应器，它采用从底部空气分布器1送入空气，在空气分布器上方用萘喷枪2送入萘，在喷枪下方形成再生区，在喷枪上方为反应区。由于喷枪数目限制，所以原料分布均 匀性较差（参见化学工程手册（5），P-20-320，化学工业出版社，1989年。）

附图2至附图6为另一类气体分布器装置装配图。图中3为直孔型空气分布器，4为直孔型空气分布器喷嘴，7为管栅型原料气分布器，7a为管栅型原料气分布器的分流道，5为管口，8为反应区，9为一级旋风分离器的下料腿出料口，10为一级旋风分离器。附图4为管栅型原料气分布器的平面图和其管口的局部放大图。附图5和附图6为直孔型空气分布器的平面图和其喷嘴和局部放大图（参见化学工程手册（5），P-20-138，化学工业出版社，1989）。这时由于分布器喷嘴数目较多，原料气在床内分布较采用喷枪2时均匀。

采用管栅型原料气分布器（附图2和附图4中之7）与直孔型空气分布器（附图2和附图5中之3）。前者设于反应器中相对较高位置，主流道为管栅型（附图4中之6），横贯于反应截面中央的主流道上设有多排支流道，在支流道下面设有管口，气体向下喷射（附图2和附图4中之5和7a）。原料气中若含两种或两种以上组份时，未经预混合，直接进入分布器主流道。

催化氧化反应所需空气，由设于反应器底部的空气分布器一次进入，在反应器上部未设空气分布器，即未作分段布气的安排，也没有催化剂的再生区，空气分布器为直孔型、无角型或其他形状档板（附图3，附图5和附图6中的3和4）。

采用管栅型原料气分布器（附图4中之7和7a），气体经主流道进入反应器后，再经栅型支流道分布，然后进入喷嘴（附图4中之5）向下喷入流化床层。气体的流动为变质量流，设计时应对流道管径作适当调整变动，才能保持流量均布，喷嘴为一短管，无特殊自洁设施。

在上述反应器中，空气分布器为直孔型，如附图5和附图6中之3和4所示，无附加档板。流化床反应器开停车时，必须将催化剂卸出，否则将造成催化剂颗粒沿小孔泄漏到反应器下锥体中。颗粒装卸操作不仅消耗人力，也将造成催化剂的损耗。

一级旋风分离器（附图2中之10）的下料腿出口（附图2中之9）安排在原料气分布器之上，如附图2所示，不利于催化剂的循环流动。

本发明的目的在于保证烃类流化床催化氧化反应器中，原料气与空气的均匀分布，加快反应区内气体均匀混合的速度，并在反应器底部形成良好的催化剂再生区，促进颗粒在反应区与再生区之间的循环流动，减少催化剂因漏料、堵塞、装卸频繁造成的损失，进而达到提高反应选择性的效果。

本发明为一种流化床催化氧化反应器的气体分布装置，其特征在于由设于上部的原料气分布器、位于原料气分布器下面并与之轴向重叠的空气上分布器和设于下部的空气下分布器组成，流化床中的第一级旋风分离器下料腿出口位于空气上分布器下方;所说原料气分布器和空气上分布器为多重圆环形分布管，它由主流道、与主流道相连的多重圆环管式分流道和连在分流道两侧并交错排布的喷嘴组成，原料气分布器的喷嘴出口与空气上分布器的喷嘴出口相连，并设有预混盖筒;所说空气下分布器为带有角型挡板的直孔型分布器。

所说空气下分布器的角型挡板的排列方式为相邻角型挡板成90°角，空气下分布器的开孔率最好为0.05～0.5%。

所说多重圆环形分布管的开孔率最好为0.05-0.5%，其喷嘴最好呈45～90°角。

所说轴向重叠的原料气分布器和空气上分布器的圆环管式分流道最好两两对应，上下重叠并且曲率半径相同。

所说原料气分布器与空气上分布器上的喷嘴采用***式与相应的圆环管式分流道相联接。

所说空气下分布器的空气流量与空气上分布器的空气流量之比最好为0.2～5。

当原料气与空气混合后不在***范围时，上述原料气分布器和空气上分布器可以合并为一个分布器，但需将原料气与部分空气予混合后引入原料气分布器。这时气体分布装置由设于上部的原料气分布器和设于下部的直孔型空气下分布器组成，其特征在于所说原料气分布器为多重圆环形分布管，它由主流道、与主流道相连的多重圆环管式分流道和连在分流道两侧并交错排布的喷嘴组成，喷嘴采用***式与相应的圆环管式分流道相联接，并且呈45～90°角，所说直孔型分布器带有角型挡板，相邻角型挡板成90°角，流化床中第一级旋风分离器下料腿出口位于原料气分布器下方。

若原料气中含有两种以上组份，则在原料气进入反应器之前，先进入静态混合器，予混合再引入所述的原料气分布器主流道。

现在对附图进行说明。

附图7为本项发明的气体分布装置。由空气上分布器11、空气下分布器12与原料气分布器13三组分布器组成。图中并给出一级旋风分离器料腿及其出料口位置15。

附图8为空气下分布器剖面图和平面图，分布器为直孔型16，上有角型挡板17，相邻两块挡板的排列互成90°。

附图9为原料气分布器及空气上分布器的结构图，图中18为主流道，19为多重环管式分流道，20和21为空气喷嘴或原料气喷嘴，它们排布在环形管式分流道两侧。

附图10为本项发明中具体部位结构，附图10之Ⅰ和Ⅱ中的16为空气下分布器的直孔型喷嘴，17为附设的角型挡板，相邻两块互呈90°角。附图10之Ⅱ为原料气分布器与空气上分布器组成的多重圆环形上气体分布体系，图上显示了进气***主流道18，环管式分流道19、空气喷嘴20与原料气喷嘴21，原料气分布器与空气上分布器在轴向位置上下重叠排布，喷嘴采用***方式与环形流道联接。

现在结合附图对本发明进行详细描述。

由附图可以明确看出，本项发明技术具有鲜明的工艺和结构特色。

1.本项发明中对氧化所用空气采用两段分步布气方案，将空气分布器分为上、下两组，与原料气分布器共同组成新型气体分布器体系，总体安排见附图7。

2.本项发明中的原料气分布器及空气上分布器采用多重圆环形侧喷或上喷式，其结构形式如附图9、附图10-Ⅲ所示。进入主流道18的原料气或空气分别进入圆环管式分流道19，喷嘴20或21，排布于多重环管式分流道两侧，喷嘴21或20与环管式分流道采用***式联接（附图10-Ⅲ），原料气分布器与空气上分布器在轴向位置上为上下重叠式排布（附图10-Ⅲ）。

3.本项技术中采用的空气下分布器为直孔型，附有角型挡板，如附图7、附图8所示，角型挡板可使喷出空气由直喷射流式改为侧喷，防止在两个相邻喷嘴间形成死区，同时角型挡板将减少停车时催化剂颗粒沿小孔漏料现象，避免开停车时繁琐的卸料操作，减少催化剂损耗，由附图8中之17可见，相邻的两块角型挡板，相互呈90°角排列。

4.由附图7可见，烃类氧化流化床反应器中分为反应区（Ⅰ）与再生区（Ⅱ），原料气分布器13与空气上分布器11进入的气体，经喷嘴侧喷或上喷射出后，立即混合相遇发生化学反应。本发明的特征之一在于使原料气与一部分空气在形成气泡前相遇，减少因形成气泡后所受束缚，有利于提高反应传质速率，特征之二在于喷嘴方向为侧喷或上喷，减少原料气在流化床内向下传递的速率，有利于在再生区内催化剂再生。

5.流化床中一般设有旋风分离器回收扬析到稀相区的细颗粒，经反应后的催化剂细粉回收后由旋风分离器料腿（附图7之14）返回床层，一则有利于改善流化质量，减少损耗，二则反应后的催化剂能在再生区得到再生。与附图1对比可见，本发明技术中，将原有技术中的料腿位置，由原料气分布器上方延伸至空气上分布器下方，便于反应后催化剂进入再生区，亦有利于强化颗粒在反应区与再生区之间循环流动。

6.由附图9可见，原料气分布器与空气上分布器采用相同结构，若两种气体进入反应器混合后，不在***范围以内时，两组分布器也可以合并为一组，将原料气与一部分空气在反应器外预混后，再由多重环形分布管侧喷或上喷式喷嘴布入。

本发明达到了予想的效果。

综上所述，本发明采用空气上、下分布器与原料气分布器组成的新型气体分布装置，可以达到在烃类催化氧化流化床反应器中均匀布气，提高反应区内原料气与空气混合速率，减少原料气向下扩散，强化颗粒循环、改善催化剂再生效果，提高了催化剂的活性和选择性、降低了再生区中原料气的浓度和其过氧化损耗等目的。

1.本项发明在提供氧化反应所需空气方案方面，为两段分步布气，除由反应器底部的空气下分布器布入部分空气外，另有部分风量由空气上分布器布入，其位置与原料气分布器喷嘴相近，目的在于使原料气与空气在射流内相遇并立即混合，避免在各自形成气泡后再行接触，提高反应区内原料气与空气的混合速率。

2.本发明提供的结构形式保证原料气向上或向侧面喷射，减少向下扩散的速率，配合上述第一项说明，减少原料气在再生区高氧比条件下过度氧化而损耗。

3.空气下分布器进入的部分空气，因反应区上移主要可用于维持再生区氧浓度，形成富氧再生区，有利于催化剂再生。

4.本发明采用附加角型挡板的直孔型下空气分布器，藉助于 角形挡板，不仅可使空气喷射方向由上喷改为侧喷，减少两喷嘴之间形成死区的可能，同时因角形挡板的阻挡作用，可以防止或减少停车时催化剂颗粒沿小孔漏料，减少损耗，并可避免开停车时的卸料操作，有利于减少催化剂颗粒的损失。

5.本项技术中采用将一次旋风分离器下料腿出料口位置向下延伸的措施，将出料口设于空气上分布器下方，有利于反应后需要再生的催化剂细颗粒返回再生区，加强颗粒循环并使再生过程强化，有利于选择性的改善。

本项发明适用于烃类催化氧化的流化床反应器，特别适用于多组份原料气采用晶格氧氧化反应。

本发明操作简单、投资少，效果好，易于实施。

Claims (7)

1、一种流化床催化氧化反应器的气体分布器装置，其特征在于由设于上部的原料气分布器、位于原料气分布器下面并与之轴向重叠的空气上分布器和设于下部的空气下分布器组成，流化床中第一级旋风分离器下料腿出口位于空气上分布器下方；所说原料气分布器和空气上分布器为多重圆环形分布管，它由主流道、与主流道相连的多重圆环管式分流道和连在分流道两侧并交错排布的喷嘴组成，原料气分布器的喷嘴出口与空气上分布器的喷嘴出口相连，并设有预混盖筒；所说空气下分布器为带有角型挡板的直孔型分布器。

2、按照权利要求1所说的气体分布装置，其特征在于所说空气下分布器的角型挡板的排列方式为相邻角型挡板成90°角，空气下分布器的开孔率为0.05-0.5%。

3、按照权利要求1所说的气体分布装置，其特征在于所说轴向重叠的原料气分布器和空气上分布器的圆环管式分流道两两对应，上下重叠并且曲率半径相同。

4、按照权利要求1所说的气体分布装置，其特征在于所说多重圆环形分布管的开孔率为0.05-0.5%。

5、按照权利要求1所说的气体分布装置，其特征在于所说原料气分布器和空气上分布器的喷嘴采用***式与相应的圆环管式分流道相联接，并且呈45-90°角。

6、按照权利要求1、2、3、4和5所说的气体分布装置，其特征在于所说空气下分布器的空气流量与空气上分布器的空气流量之比为0.2-5。

7、一种流化床催化氧化反应器的气体分布装置，由设于上部的原料气分布器和设于下部的直孔型空气下分布器组成，其特征在于所说原料气分布器为多重圆环形分布管，它由主流道、与主流道相连的多重圆环管式分流道和连在分流道两侧并交错排布的喷嘴组成，喷嘴采用***式与相应的圆环管式分流道相联接，并且呈45-90°角，所说直孔型分布器带有角型挡板，相邻角型挡板成90°角;流化床中第一级旋风分离器下料腿出口位于原料气分布器下方，原料气应事先与部分空气予混合后进入原料气分布器。

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