CN114485224A - 自洁式流化床换热器颗粒连续循环回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种颗粒连续循环回收的自洁式流化床换热器以及一种自洁式流化床换热器颗粒循环回收方法。通过辅助喷管补充和平衡来自主路管的液固颗粒的动能来实现颗粒在自洁式流化床换热器的循环回收，实现固体颗粒的有效循环。
Description
技术领域
本发明属于化工领域，具体的，属于化工换热设备长周期运行领域，涉及一种自洁式流化床换热器颗粒循环回收方法，广泛应用于解决传统换热器及管道清堵过程固体颗粒的回收。
背景技术
换热器在石油、化工、能源等行业被广泛使用。然而，随着使用时间增加，换热器不可避免的存在污垢粘附现象，从而导致换热器换热效率降低，阻力增加，影响换热器正常运行。
开发自洁式流化床换热器颗粒循环回收方法，具有颗粒回收率高、节能环保的优点，能够有效提高生产企业的经济效益。
在换热器液相流速范围内，固体颗粒在流化床换热器内能否有效循环和均匀分布是制约流化床换热器正常运行和大规模工业应用的前提。传统外循环式流化床换热器中，由于管路阻力及其分配，固体颗粒在下降管中很容易在循环过程中被水平管流向的液体柱封住，造成下降管管路流体局部短路，阻止固体颗粒的有效循环，影响外循环式流化床换热器的应用。文献CN202709856U公开了一种应用Kenics静态混合器的水平液固循环流化床换热器。该流化床换热器固体颗粒不能有效循环，且只能用于卧式换热器。文献US6350928公开了一种外循环式流化床换热器，没有设置明确的固体颗粒循环构件，换热器在运行周期下维持传热效果能力不强或不能正常运行。文献CN102921179公开了一种外循环式流化床换热器，采用下降管和水平管之间的缩径喷嘴产生负压实现固体颗粒循环，该结构的外循环式流化床换热器涉及的喷嘴结构，匹配的工艺条件操作弹性空间较小，很难实现固体颗粒的有效循环。
发明内容
本发明提供一种流化床换热器颗粒连续循环回收装置，通过辅助喷管补充和平衡来自主路管的液固颗粒的动能来实现颗粒在自洁式流化床换热器的循环回收，有针对性的解决了上述问题。
本发明所要解决的技术问题之一是传统技术中外循环式流化床换热器固体颗粒不能连续循环回收的技术问题，提供一种自洁式流化床换热器颗粒连续循环回收装置。该回收装置具有固体颗粒回收率高和节能环保的优点。
为解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种颗粒连续循环回收的自洁式流化床换热器，包括：
固体加料罐，用于储存固体颗粒；
换热器列管，其依次通过下管箱、主管路与所述固体加料罐连接；
液固分离器，其通过管道和上管箱与所述换热器连接，用于将来自换热器的液体固体混合物进行液固分离；
所述液固分离器分离得到的固体经由管道进入清洗槽，并将清洗后的固体返回至所述固体加料罐中；
所述液固分离器分离得到的液体经由管道进入储液槽；
所述储液槽还通过管道和下管箱与所述换热器连接；
其中，所述下管箱中设置有辅助喷管，所述辅助喷管包括：
支路管，所述支路管的一端与支路加料装置连接，用于接收来自外部的支路加料液；
圆环柱，所述圆环柱的一端与所述支路管的另一端连接；
所述圆环柱的另一端设有连接圆片，所述连接圆片与圆环柱同心同轴，连接圆片一端与圆环柱密闭相连，另一端与下管箱密闭连接。
在本发明的一个优选实施方式中，所述圆环柱的上平面对称分布有分布孔。
在本发明的一个优选实施方式中，所述分布孔等比表面当量直径与圆环柱宽度比值为0.1～0.9；所述分布孔的孔隙率为0.2～1。
在本发明的进一步的一些优选实施方式中，所述分布孔上表面分布有滤网，滤网孔径与颗粒直径比为0.2～0.9。
在本发明的一个优选实施方式中，所述支路管被设置成其液相流量与主路管流量比为0.5～10。
在本发明的一个优选实施方式中，所述流化床换热器还包括安装位于下管箱的1/3～2/3位置处分布器。
在本发明的进一步的一个优选实施方式中，所述分布器为平面板型、蓬蓬头型、旋叶型、旋流型或组合型中的一种。
本发明还提供了一种自洁式流化床换热器颗粒回收率的计量方法，采用上述解决技术问题所述技术方案中的自洁式流化床换热器颗粒连续循环回收装置，关闭下降管阀12、主路阀25，打开洗前阀14、下料阀16、出料阀26，固体颗粒排出后称重法收集，完成计量。
颗粒回收率计算公式：
颗粒回收率＝收集颗粒的质量/固体颗粒的加入量*100％
附图说明
图1为本发明所述自洁式流化床换热器颗粒回收流程示意图。
图1中，1:固体颗粒加料罐；2：换热器；3：液固分离器；4：储液槽；5：清洗槽；6：液相加料泵；7：支路泵；8：下管箱；9：上管箱；10：滤网；11：水平管；12：下降管阀；13：下降管；14：洗前阀；15:清洗液；16：下料阀；17：洗涤残液；18：辅助喷管；19：止回阀；20：支路加料液；21：主路管；22：分布器；23：水平管阀；24：储液阀；25：主路阀；26：出料阀。
其中，上管箱9连接液固分离器3，液固分离器3分出来三路，一路固相连接位于下降管13，一路连接清洗槽5，经液固分离器3分离后的固相颗粒在清洗槽5中用清洗液5洗涤完成后进入固体颗粒加料罐1循环使用，洗涤残液17返回储液槽4；从液固分离器3出来的一路液相从颗粒滤板10上部连接固体颗粒槽4，固体颗粒槽4连接液体循环泵6，液体循环泵6连接水平管11。支路加料液20经过支路泵7抽出，经辅助喷管18进入下管箱8。液固颗粒从主路管21进入下管箱后和从辅助喷管喷出的液相在下管箱8中汇合，经过分布板22后进入换热器2。
图2为循环喷管的结构示意图。其中，27为支路管，28为圆环柱，29为分布孔，30为圆环片。圆环片30与圆环柱28同心同轴，圆环片30外缘与上管箱9密闭连接。圆环柱28上平面对称分布了分布孔29。支路加料液20由支路泵7抽出，经支路管27进入圆环柱28，然后从圆环柱28平面上的分布孔29喷出，由此进入上管箱9。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面通过实施例对本发明中的方案进行清楚完整的描述。
如图1所示，一种颗粒连续循环回收的自洁式流化床换热器，包括：固体加料罐(1)、换热器(2)、液固分离器(3)、储液槽(4)、清洗槽(5)、液体循环泵(6)、支路循环泵(7)、下管箱(8)、水平管(11)、下降管(13)、下料管(16)、辅助喷管(18)；其中，所述水平管(11)一端与下管箱(8)连接，另一端连接液体循环泵(6)，下管箱(8)一端连接水平管(11)，一端连接辅助喷管(18)；液体循环泵(6)与下管箱(8)之间的水平管(11)上连接有连通液固分离器(3)的下降管(13)以及连接有连通固体加料罐(1)的下料管(16)。
上述技术方案中，所述辅助喷管(18)包含支路管(27)、圆环柱(28)和连接圆片(30)。
上述技术方案中，所述的辅助喷管(18)，其特征在于，所述支路管(27)和下管箱(8)相连，支路加料液经过支路管(27)进入圆环柱(28)，圆环柱(28)位于下管箱(8)内部。
上述技术方案中，所述的辅助喷管(18)，其特征在于，所述圆环柱(28)宽度与主路管(21)直径比不低于0.5。
上述技术方案中，所述的辅助喷管(18)，其特征在于，所述圆环柱(28)上平面对称分布有分布孔(29)。
上述技术方案中，所述分布孔(29)为中心对称结构；优选圆形、菱形、正六边形、正八边形中的至少一种或一种以上的组合。分布孔(29)等比表面当量直径与圆环柱(28)宽度比值为0.1～0.9；分布孔(29)孔隙率为0.2～1。
上述技术方案中，所述分布孔(29)上表面分布有滤网，滤网孔径与颗粒直径比为0.2～0.9。
上述技术方案中，所述圆环柱(28)内壁和主路管(21)的出口相连。
上述技术方案中，所述主路管(21)出口不超过圆环柱(28)上平面，主路管(21)出口距离圆环柱(28)上平面的高度与圆环柱(28)高度的比值为0～0.5。
上述技术方案中，所述连接圆片(30)与圆环柱(28)同心同轴，连接圆片(30)内壁与圆环柱(28)密闭相连，连接圆片(30)外缘与下管箱(8)密闭连接。
上述技术方案中，所述支路管(27)液相流量与主路管(21)流量比为0.5～10。
上述技术方案中，所述分布器(22)为平面板型、蓬蓬头型、旋叶型、旋流型或组合型中的一种。优选平板直筒组合式分布器，分布器(22)安装位于下管箱(8)的1/3～2/3位置处。
上述技术方案中，所述清洗槽(5)所用清洗液(15)为反应中间产物或反应终产物中的一种。
上述技术方案中，所述液固加速分离器(3)选自重力沉降式分离器或者旋流分离器中的一种。
上述技术方案中，所述液固加速分离器(3)中设置颗粒滤板(10)，位于液体管路(17)管口下方、管口或管内。
上述技术方案中，所述颗粒滤板孔径与颗粒直径比优选为0.2～0.9。
上述技术方案中，所述流化床换热器使用的固体颗粒优选为不与使用场合***内介质发生反应的惰性颗粒，固体颗粒的堆密度大于液相密度。更进一步优选为硅酸锆珠、刚玉球、瓷球、氧化铝珠、硅酸锆珠、玻璃珠、钢球、工程塑料、聚甲醛颗粒、聚四氟乙烯颗粒、小石子、切碎的金属丝、胶球中的一种或多种，更优选玻璃珠、氧化铝珠和硅酸锆珠。颗粒平均粒径为1mm～5mm；颗粒在所述流化床换热器内的平均体积固含率为0.1％～6％。
上述技术方案中，流化床换热器的换热器列管2中循环水流速操作范围优选为0.8m/s～4m/s。
采用上述技术方案中的颗粒连续循环回收的自洁式流化床换热器，在辅助喷管(18)的动力补充作用下，主管路(21)中的液固混合物和由支路泵(7)抽出的液体一起经过下管箱(8)进入换热器列管(2)；液固混合物经过换热器列管(2)流出从上管箱(9)进入液固分离器(3)；分离的液体循环水从颗粒滤板(10)溢出后一部分进入液体储槽(4)，一部分进入清洗槽(5)；在清洗液(15)的清洗作用下，固体颗粒在清洗槽(5)中完成清洗并进入颗粒加料罐(1)，完成固体颗粒的循环回收。
下面结合实施例，进一步说明本发明的方法。
实施例1
采用图1所示颗粒连续循环回收的自洁式流化床换热器。该流化床换热器内设40根换热列管，每根管长1000mm，管径为Φ22×1.5mm，管子呈正方形排列。水平管管径50mm，下降管管径25mm，主管直径50mm，下管箱直径为400mm。固体颗粒为10000g的直径约为3mm的氧化锆。液相为水。主管路流量为4m3/h。
辅助喷管中，支路管管径50mm。圆环柱内径为50mm，外径为150mm，圆环柱宽度为100mm，圆环柱宽度与主路管直径比为2。圆环柱上平面中心对称分布圆形分布孔，分布孔等比表面当量直径为50mm，分布孔等比表面当量直径与圆环柱宽度比为0.5，设置4个分布孔，分布孔的孔隙率为0.5。分布孔中滤网孔径与颗粒直径比为0.5，主管路出口距离圆环柱上平面的高度为5mm，主管路出口距离圆环柱上平面的高度与圆环柱高度比为0.05。支路管液相流量为4m3/h，支路管液相流量与主路管流量比为1。该条件下，稳定运行后，测得出料阀出口收集到的固体颗粒为8352g，颗粒回收率为83.52％。
实施例2～12
采用图1所示颗粒连续循环回收的自洁式流化床换热器。在实施例1的基础上，改变圆环柱宽度与主路管直径比(R1)、分布孔等比表面当量直径与圆环柱宽度比(R2)、分布孔孔隙率(S)、分布孔中滤网孔径与颗粒直径比(R3)、管路出口距离圆环柱上平面的高度与圆环柱高度比(R4)、支路管液相流量与主路管流量比(R5)。稳定运行后，计量料阀出口收集到的固体颗粒质量(M)，其结果列于表1。
表1
实施例13～14
采用图1所示自洁式流化床换热器颗粒回收装置。改变分布孔类型(A)，其结果列于表2。
表2
| 实施例 | A | M/g | 回收率 |
| 1 | 圆形 | 8352 | 80.52％ |
| 13 | 正六边形 | 8176 | 81.76％ |
| 14 | 正八边形 | 8277 | 82.77％ |
对比例1
采用图1所示自颗粒连续循环回收的自洁式流化床换热器。该流化床换热器内设40根换热列管，每根管长1000mm，管径为Φ22×1.5mm，管子呈正方形排列。水平管管径50mm，下降管管径25mm。液相为水。在实施例1的基础上，保留主管路液相流量，去除辅助喷嘴结构。稳定运行后，计量料阀出口收集到的固体颗粒质量，发现颗粒在换热器中不循环，无法循环回收。
对比例2-6
采用图1所示自洁式流化床换热器颗粒回收装置。在实施例1的基础上，改变圆环柱宽度与主路管直径比(R1)、分布孔等比表面当量直径与圆环柱宽度比(R2)、分布孔孔隙率(S)、分布孔中滤网孔径与颗粒直径比(R3)、管路出口距离圆环柱上平面的高度与圆环柱高度比(R4)、支路管液相流量与主路管流量比(R5)。稳定运行后，计量料阀出口收集到的固体颗粒质量(M)，其结果列于表3。由表3可知循环效果不佳。
表3
对比例7
采用图1所示自洁式流化床换热器颗粒回收装置。该流化床换热器内设40根换热列管，每根管长1000mm，管径为Φ22×1.5mm，管子呈正方形排列。水平管管径50mm，下降管管径25mm。液相为水。在实施例1的基础上，只改变支路管液相流量与主路管流量比。稳定运行后，计量料阀出口收集到的固体颗粒质量，发现颗粒在换热器中不循环，无法循环回收。
Claims (10)
1.一种颗粒连续循环回收的自洁式流化床换热器，包括：
固体加料罐，用于储存固体颗粒；
换热器列管，其依次通过下管箱、主管路与所述固体加料罐连接；
液固分离器，其通过管道和上管箱与所述换热器连接，用于将来自换热器的液体固体混合物进行液固分离；
所述液固分离器分离得到的固体经由管道进入清洗槽，并将清洗后的固体返回至所述固体加料罐中；
所述液固分离器分离得到的液体经由管道进入储液槽；
所述储液槽还通过管道和下管箱与所述换热器连接；
其中，所述下管箱中设置有辅助喷管，所述辅助喷管包括：
支路管，所述支路管的一端与支路加料装置连接，用于接收来自外部的支路加料液；
圆环柱，所述圆环柱的一端与所述支路管的另一端连接；
所述圆环柱的另一端设有连接圆片，所述连接圆片与圆环柱同心同轴，连接圆片一端与圆环柱密闭相连，另一端与下管箱密闭连接。
2.根据权利要求1所述的流化床换热器，其中，所述圆环柱的上平面对称分布有分布孔。
3.根据权利要求2所述的流化床换热器，其中，所述分布孔等比表面当量直径与圆环柱宽度比值为0.1～0.9；所述分布孔的孔隙率为0.2～1。
4.根据权利要求2所述的流化床换热器，其中，所述分布孔上表面分布有滤网，滤网孔径与颗粒直径比为0.2～0.9。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的流化床换热器，其中，所述支路管被设置成其液相流量与主路管流量比为0.5～10。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的流化床换热器，其中，所述流化床换热器还包括安装位于下管箱的1/3～2/3位置处分布器。
7.根据权利要求6所述的流化床换热器，其中，所述分布器为平面板型、蓬蓬头型、旋叶型、旋流型或组合型中的一种。
8.一种自洁式流化床换热器颗粒循环回收方法，其采用权利要求1-7任一所述的自洁式流化床换热器，包括；
在所述辅助喷管的动力补充作用下，所述主管路中的液固混合物和由来自所述支路管的所述支路加料液一起经过下管箱进入所述换热器列管；
所述液固混合物和所述支路加料液混合后经过所述换热器列管流出从上管箱进入所述液固分离器；经过所述固液分离器分离的液体循环水进入液体储槽，分离的固体颗粒进入所述清洗槽；在清洗液的清洗作用下，所述固体颗粒在清洗槽中完成清洗并进入颗粒加料罐中，完成固体颗粒的循环回收。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述换热器列管中循环水流速操作范围为0.8m/s～4m/s。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述固体颗粒的平均粒径为1mm～5mm；且所述固体颗粒在所述流化床换热器内的平均体积固含率为0.1％～6％。
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