CN112023839A - 一种流化床反应器的气体预分布器 - Google Patents

一种流化床反应器的气体预分布器 Download PDF

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王超
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Abstract

本发明公开了一种流化床反应器的气体预分布器，属于流化床设计领域，所述气体预分布器包括沿流化床反应器的气体进口管道的中轴线依次独立且同轴设置的水平环状挡板和多层锥型台导流结构。该预分布器能够提高气体分布和液相分布的均匀性，以及流化床反应器操作的稳定性。

Description

一种流化床反应器的气体预分布器
技术领域
本发明涉及一种用于流化床反应器的气体预分布器。
背景技术
流化床反应器具有传质传热效率高、温度分布相对均匀、操作范围较宽等特点。随着流化床反应器在各个工业领域中的发展和装置规模的扩大，流化床反应器中气液的均匀分布问题成为其大规模工业化设计的关键问题之一。
工业流化床反应器多在反应器底部的气体进口上方设置预分布器，以改善反应器底部的气流分布，避免气体直接冲击气体分布板，造成分布板下方气液分布不均匀。分布板下方气流分散的均匀性直接影响流化床反应器内的流化质量以及正常操作。在实际生产过程中，往往会在分布板下方形成较高液含量区域，进而出现严重的粒子沉积和颗粒结块现象，导致分布器被聚合物堵塞，直接威胁着装置的稳定操作。
现有技术中流化床使用的气体预分布器结构较为简单，主要由导气管和导流器组成。其中，导流器可以是将军帽型、锥形环、环状挡板或锥形帽。如CN102350275B采用的预分布器就是锥形帽和导流管的形式。CN102847491A采用的气体预分布器是结合了筒状结构和锥形结构。CN205517661U则是采用一种特殊的圆环形导流器。然而工业装置运行结果表明，在高液含量条件下现有预分布器不能实现气液两相的均匀分布，导致分布板出现结块堵塞现象。因此，需要开发一种具有更宽操作范围，在高液含量条件下也能保证气液均布分布的新型预分布器，以提高流化床反应器操作的稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种流化床反应器的气体预分布器，该预分布器可以使入口气体或气液混合物扩散以及到达分布板的气体或气液混合物分布较为均匀，保证流化床反应器分布板下方液相分布能够相对均匀，继而保证流化床反应器的流化质量，并减少气体预分布器的粘壁和堵塞，保障装置的长期稳定运行。
一种流化床反应器气体预分布器，包括沿流化床反应器的气体进口管道的中轴线依次独立且同轴设置的水平环状挡板和多层锥型台导流结构，所述的水平环状挡板和多层锥型台导流结构均位于流化床反应器的气体进口与气体分布板之间的区域，所述的水平环状挡板靠近气体进口；所述的多层锥型台导流结构其中一端靠近水平环状挡板并处于相同高度，另一端远离水平环状挡板。
气体或气液混合物通过气体进口管道进入所述的预分布器内部时，先通过多层锥型台导流结构进行气体疏导，但由于多层锥型台导流结构不是紧接气体进口管道，所以会有气体或气液混合物从多层锥型台导流结构外侧通过，为了使多层锥型台导流结构外侧气体或气液混合物分布均匀，加入水平环状挡板。同时，避免入口气体直冲分布板，进而造成分布板下方液相分布不均匀，将多层锥型台导流结构设置为锥形帽结构。
所述的水平环状挡板和多层锥型台导流结构均位于流化床反应器的气体进口与气体分布板之间的区域；
所述的水平环状挡板靠近气体进口，中间开有直径Di0的圆孔，外径为DO0；
所述的多层锥型台导流结构的底端与水平环状挡板处于同一水平高度；
所述的多层锥型台导流结构内部至少有两层结构，内外结构锥形面平行且两两之间存在间隙，多层锥形台导流结构的底端和顶端均开有圆孔，其中底端圆孔直径为Dbi，顶端圆孔直径为Dui，i＝1,2,……,n，n≥2。
所述的多层锥形台导流结构在底部圆孔直径关系为Di0>Db1>Db2>……>Dbn，顶部圆孔直径关系为Du1>Du2>……>Dun。
为了使来自底部进口的气体或气液混合物能够通过水平环状挡板与多层锥形台导流结构的空隙，向反应器四周扩散，保证到达分布板的气体或气液混合物分布均匀，所述的多层锥型台导流结构的第一层锥形台导流结构底端圆孔直径的取值范围为：Di0≥Db1，顶端圆孔直径Du1的取值范围为：Di0≤Du1≤DO0。
所述的多层锥型台导流结构的锥形面与气体进口管道的中轴线的夹角为15°～75°，优选15°-60°，能够保证气体或气液混合物受到导流作用向反应器四周扩散。
所述水平环状挡板外侧与流化床反应器底部之间的竖直距离为h，记面积S1＝hπDO0；S1表示水平环状挡板外侧与流化床反应器底部之间的竖直圆筒侧面积，水平环状挡板与第一层锥形台导流结构底部之间的圆环面积为S2＝π(Di0 2-Db1 2)/4，第一层锥形台导流结构底端圆孔面积为S3＝πDb1 2/4，S1、S2、S3之间的关系是S3≤S2≤S1，能够减少分布板下方的低液相含量区，实现液相的均匀分布。
所述的锥型台导流结构层数n＝2时，第一层与第二层之间的底部圆环面积为S4＝π(Db1 2-Db2 2)/4，第二层锥形台导流结构底端圆孔面积为S5＝πDb2 2/4，第一层锥形台导流结构与第二层锥形台导流结构之间的底部圆环面积S4≥第二层锥形台导流结构底部圆形孔面积S5，其中优选1.5≤S4/S5≤10，保证通过第二层锥形台导流结构的气体和通过两层锥形台导流结构之间的气体量均匀分配。
所述的锥型台导流结构层数n≥3，第1层锥形台导流结构与第2层锥形台导流结构之间的底部圆环面积S4≥第2层锥形台导流结构与第3层锥形台导流结构之间的底部圆环面积S5≥……≥第n层锥形台导流结构底部圆形孔面积Sn+3。
对不同大小反应器，要采用不同尺寸的气体预分布器。具体尺寸可通过计算流体力学软件Fluent模拟优化。
本发明提供的气体预分布器与现有预分布器相比，通过设置水平环状挡板和多层锥型台导流结构，改变气体流场，可以改善分布板下方气相特别是液相分布不均匀的现象，减少流体对分布板局部的冲击，提高流化床反应器操作的稳定性。
附图说明
图1是本发明提供的一种具有两层锥型台导流结构的流化床反应器气体预分布器示意图；其中，1为气体分布板，2为第二层锥型台导流结构，3为第一层锥型台导流结构，4为水平环状挡板，5为气体进口管道；
图2是本发明提供的一种具有两层锥型台导流结构的流化床反应器气体预分布器的结构参数示意图；
图3是使用图1所示的预分布器的流化床反应器分布板下方的液相分布云图；其中上图是侧剖面液相分布云图，下图是分布板下方液相分布云图。
图4是使用单个锥形帽的预分布器的流化床反应器分布板下方的液相分布云图；其中上图是侧剖面液相分布云图，下图是分布板下方液相分布云图。
图5是使用图1所示的预分布器的流化床反应器分布板下方的液相体积分率分布图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明流化床反应器气体预分布器，包括沿流化床反应器的气体进口管道的中轴线依次独立设置的水平环状挡板4和多层锥型台导流结构(外层3和内层2)，所述的水平环状挡板4与多层两层锥型台导流结构均位于流化床反应器的气体进口5与气体分布板1之间的区域，所述的水平环状挡板4靠近气体进口5；所述的多层锥型台导流结构其中一端靠近水平环状挡板4并处于相同高度，另一端远离水平环状挡板4。锥型台导流结构之间、锥型台导流结构与环形板之间、环形板与流化床反应器底部封头之间均通过筋板连接。
对内径为3000m的反应器，其气体预分布器优化后结构选用：水平水平环状挡板4的结构参数分别为Di0＝700mm,DO0:Di0为2-2.5。选取两层锥型台导流结构，其外层2的高度为280mm，两层锥型台导流结构2和3与气体进口管道4的中轴线间的夹角为15°-60°。两层锥型台导流结构2和3远离水平环状挡板4的顶部圆孔直径Du1和Du2最大，两层锥型台导流结构2和3的间隙面积S3与内层靠近水平环状挡板4的底部圆孔面积S5之比为1.5-10，两层锥型台导流结构2和3靠近水平环状挡板4的底部圆孔直径Db2:Db1之比为1.5-2，两层锥型台导流结构2和3靠近和远离水平环状挡板4的底部和顶部圆孔Dui:Dbi直径之比为2-5。
实施例2
在直径为3039mm的气固流化床反应器中，以空气作为气相流化相，流化床表观操作气速0.6489m/s，入口气速17.7m/s，使用Fluent流体力学模拟计算软件进行模拟。采用气体预分布器的形式如图1：其中，水平环状挡板4的内径和外径分别为700mm和1500mm，离气体进口距离为140mm；选取两层锥型台导流结构，锥型台导流结构的2和3靠近气体进口管道1的一端端口的内外直径分别为200mm和395mm，两层锥型台导流结构2和3的间隙为50mm，两层锥型台导流结构2和3远离气体进口管道1的一端端口的内外直径分别为800mm和995mm。两层锥型台导流结构2和3与气体进口管道5的中轴线间的夹角为45°，锥型台导流结构的高度为282.84mm。
对比例1
在直径为3039mm的气固流化床反应器中，以空气作为气相流化相，流化床表观操作气速0.6489m/s，入口气速17.7m/s，使用Fluent流体力学模拟计算软件进行模拟。采用单层锥形帽的气体预分布器作为对比例，其中，水平环状挡板4的内径和外径分别为500mm和1500mm，离气体进口距离为140mm；锥型帽结构靠近和远离气体进口管道的直径分别为395mm和700mm；锥形帽与中轴线间的夹角为24°，锥型台导流结构的高度为369.72mm。
图3是生产DGDA6098牌号高密度聚乙烯塑料条件操作下实施例2流化床反应器的液相分布云图，液相体积分率在0.007-0.01之间。由图3可以看出，位于流化床反应器底部的水平环状挡板4将进口气流压向封头壁面，45°倾角的两层锥型台导流结构2和3将进口气流压向水平环状挡板4，两层锥型台导流结构的外层2和内层3避免了进口气流对气体分布板1的直接冲击。整个气体预分布器内气速分布比较均匀，因此在气相带动下的液相分布相对均匀合理。同时，图4是采用CN102350275B中设计的水平导流片、导流管和锥形帽的结合形式，生产DGDA6098牌号高密度聚乙烯塑料条件操作下对比例流化床反应器的液相分布云图，液相体积分率在0.007-0.01之间。由图4可以看出，采用单个锥形帽的设计，会使液相分布均匀性差，出现局部低速区和液含量高的区域。而在水平环状挡板结合多层锥型台导流结构的形式下得到的液相分布更加均匀合理，不会出现局部低速区和液含量高的区域。
图5是流化床反应器采用实施例2气体预分布器后分布板下方液相体积分率分布。在两层锥型台导流结构2和3和水平环状挡板4的作用下，气液分布较为合理，两层锥型台导流结构2和3要对中心区域气流有明显的阻挡分流作用，避免了入口气体直冲分布板1，得到的分布板下方液相体积分率均在0.0097-0.0099之间，分布较为均匀。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种流化床反应器的气体预分布器，包括沿流化床反应器的气体进口管道的中轴线依次独立且同轴设置的水平环状挡板和多层锥型台导流结构，其特征在于：
所述的水平环状挡板和多层锥型台导流结构均位于流化床反应器的气体进口与气体分布板之间的区域；
所述的水平环状挡板靠近气体进口，中间开有圆孔；
所述的多层锥型台导流结构的层数至少为两层，且每层锥型台导流结构的底端均与平环状挡板处于同一水平高度；
每层锥形台导流结构的底端和顶端均开有圆孔。
2.根据权利要求1所述的流化床反应器的气体预分布器，其特征在于，各层锥型台导流结构的顶端均位于水平环状挡板上方且处于同一高度。
3.根据权利要求1或2所述的流化床反应器的气体预分布器，其特征在于，设每层锥形台导流结构的底端圆孔直径为Dbi，顶端圆孔直径为Dui，层序号i＝1,2,……,n，n≥2，水平环状挡板的外径为DO0，其上开设的圆孔直径为Di0，则Di0>Db1>Db2>……>Dbn，Du1>Du2>……>Dun。
4.根据权利要求3所述的流化床反应器的气体预分布器，其特征在于，第一层锥形台导流结构顶端圆孔直径Du1的取值范围为：Di0≤Du1≤DO0。
5.根据权利要求1-4任一项所述的流化床反应器的气体预分布器，其特征在于，各层锥型台导流结构的锥形面平行且两两之间存在间隙。
6.根据权利要求1-5任一项所述的流化床反应器的气体预分布器，其特征在于，所述的多层锥型台导流结构的锥形面与气体进口管道的中轴线的夹角为15°～75°。
7.根据权利要求1-6任一项所述的流化床反应器的气体预分布器，其特征在于：
所述水平环状挡板外侧与流化床反应器底部之间的竖直距离为h，记面积S1＝hπDO0；
所述水平环状挡板与第一层锥形台导流结构底部之间的圆环面积为S2＝π(Di0 2-Db1 2)/4；
所述第一层锥形台导流结构底端圆孔面积为S3＝πDb1 2/4；
所述S1、S2、S3之间的关系是S3≤S2≤S1。
8.根据权利要求1-7任一项所述的流化床反应器的气体预分布器，其特征在于，所述的锥型台导流结构层数n＝2，第一层锥形台导流结构与第二层锥形台导流结构之间的底部圆环面积S4≥第二层锥形台导流结构底部圆形孔面积S5。
9.如权利要求8所述的流化床反应器的气体预分布器，其特征在于，1.5≤S4/S5≤10。
10.根据权利要求1-7任一项所述的流化床反应器的气体预分布器，其特征在于，所述的锥型台导流结构层数n≥3，第1层锥形台导流结构与第2层锥形台导流结构之间的底部圆环面积S4≥第2层锥形台导流结构与第3层锥形台导流结构之间的底部圆环面积S5≥……≥第n层锥形台导流结构底部圆形孔面积Sn+3。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115212812A (zh) * 2021-04-15 2022-10-21 中国石油天然气股份有限公司 一种流化床反应器气体预分布器
CN116078275A (zh) * 2023-01-03 2023-05-09 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 一种高效气体分布器及立式大型反应器

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995017952A1 (en) * 1993-12-27 1995-07-06 Borealis Polymers Oy Fluidized-bed reactor
CN1286136A (zh) * 1999-08-30 2001-03-07 中国石油化工集团公司 流化床聚合反应器的改进
CN102350275A (zh) * 2011-07-19 2012-02-15 浙江大学 一种流化床反应器气体预分布器
CN103071433A (zh) * 2013-01-17 2013-05-01 浙江大学 用于正丁烷氧化制顺酐的固定床反应器的气体预分布器
CN203417668U (zh) * 2013-08-08 2014-02-05 上海森松新能源设备有限公司 流化床反应器用预分布器
CN205032155U (zh) * 2015-10-09 2016-02-17 罗田广惠化工有限责任公司 一种轴向固定床反应气体再分布器
CN109433116A (zh) * 2018-12-29 2019-03-08 常州瑞凯化工装备有限公司 用于强放热化学反应过程的管壳式轴向列管反应器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995017952A1 (en) * 1993-12-27 1995-07-06 Borealis Polymers Oy Fluidized-bed reactor
CN1286136A (zh) * 1999-08-30 2001-03-07 中国石油化工集团公司 流化床聚合反应器的改进
CN102350275A (zh) * 2011-07-19 2012-02-15 浙江大学 一种流化床反应器气体预分布器
CN103071433A (zh) * 2013-01-17 2013-05-01 浙江大学 用于正丁烷氧化制顺酐的固定床反应器的气体预分布器
CN203417668U (zh) * 2013-08-08 2014-02-05 上海森松新能源设备有限公司 流化床反应器用预分布器
CN205032155U (zh) * 2015-10-09 2016-02-17 罗田广惠化工有限责任公司 一种轴向固定床反应气体再分布器
CN109433116A (zh) * 2018-12-29 2019-03-08 常州瑞凯化工装备有限公司 用于强放热化学反应过程的管壳式轴向列管反应器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘后启等: "《电收尘器 理论、设计、使用》", 31 December 1987, 中国建筑工业出版社 *
袁一: "《化学工程师手册》", 31 January 2001, 机械工业出版社 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115212812A (zh) * 2021-04-15 2022-10-21 中国石油天然气股份有限公司 一种流化床反应器气体预分布器
CN116078275A (zh) * 2023-01-03 2023-05-09 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 一种高效气体分布器及立式大型反应器
CN116078275B (zh) * 2023-01-03 2024-06-07 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 一种高效气体分布器及立式大型反应器

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