专利名称：气固流化床内构件的制作方法
技术领域：
本发明属于化工设备技术领域，特别涉及一种气固流化床内构件以及 设置有该型内构件的流化床。
背景技术：
流化床由于具有良好的传热和传质性能以及类似于流体的颗粒输送方 式，在工业上得到了广泛的应用。气固流化床是流化床中应用最广的一种， 但是由于气泡的存在，容易造成气体短路，使气体流动严重偏离活塞流， 对反应的影响比较明显。同时气泡的存在也造成固体颗粒的严重返混，当 固体颗粒需要连续移出时，会造成颗粒在反应器的停留时间分布不均的现 象，造成固体颗粒出口处的平均转化率降低。
为了破碎气泡和抑制气泡聚并，从而有效地提高流化质量；降低气体 和固体颗粒的返混，改善其停留时间分布，以更好地发挥气固流化床的优 势，添加内构件是通常采用的一种措施。
目前国内外已见报道的流化床内构件主要有水平构件、垂直构件以及 复合构件三种形式。水平构件和垂直构件只适于在较低的表观气速下使用， 常见的水平构件形式有多孔板、单旋或多旋导向内构件等，但在一些特殊 场合，也使用一些其他形式的内构件，例如催化裂化汽提器中多使用盘环 形挡板内构件。当超过一定的气速时，水平构件下方会出现含有少量颗粒 的"气垫"，而在垂直构件间将会出现"气节"。"气垫"和"气节"的 出现会降低反应器的生产强度，对传热和传质也有 一定的不利影响。
中国专利CN 85100040A提出了一种复合内构件，有两种塔形和脊形两 种型式，该型内构件据称是将水平挡板内构件和垂直内构件的有机溶合，可消除"气垫"和"气节"的出现，并可方便的进行工业放大。但根据该 专利文件的描述可以看出，该型内构件由于结构过于复杂，会在制造、安 装及维护过程造成不便，因而限制了其在工业上的广泛应用。
近年来出现了 一系列可适于工业应用的新型内构件形式，通过将床层 划分为众多较小的流动和传质单元，在反应中起到破碎气泡和限制气泡聚 并的作用，并且规范了气固两相的流动，改善了两相的停留时间分布。这 类内构件通过在工业装置上的应用，如催化裂化汽提器和再生器等，已经 显示出良好的使用效果。
USP 5,716,585提出了 一种波浪形填料内构件，用于催化裂化汽提器中。 该型内构件由波浪形的栅板交错排列而成，分成几层放置在汽提器中，气 固两相在填料中迂回流动的过程达到了强化接触和传质的目的。这种结构 的汽冲是填料有 一个缺点就是局部区域容易形成流化死区，在催化剂质量流 率较大的情况下，催化剂容易产生流动不畅、"架桥"等问题。
USP 6，224,833提出了一种由多组互为交叉的板状构件组成的流化床内 构件，据称可以大大提高流化床内气固传质效率，当用作催化剂汽提内构 件时，汽提效率可以提高近20个百分点。但这种汽提填料结构也存在局部 流化死区，当用于待生剂汽提时，易产生油气结焦等问题。
CN1403190A提出了 一种用于气液、气固和气液固系统强化传质的填料 式内构件，它由一系列开有舌形斜孔的构件板交叉而成，从而起到破碎气 泡的作用，达到提高传质效率的目的。但该型内构件同样因为结构过于复 杂，限制了其工业上的应用。
发明内容
本发明的目的之一是在现有技术的基础上提供一种改进型格栅内构 件，该内构件用于工业流化床，不仅可以有效地破碎气泡及抑制气泡的聚 并，提高传质效率，降低气固两相返混，提高反应的转化率及选择性；而且具有加工和安装方便的优点。
本发明的另 一个目的是提供设置有所述内构件的流化床。
为达到上述目的，本发明提供了一种用于气固流化床的内构件，该型 内构件包含至少二层水平格栅，每层水平格栅由多个流动区域组成，每个 流动区域内同向排列设置 一 系列导流叶片，这些导流叶片的设置与水平方 向呈一角度，且相邻流动区域内的导流叶片的设置方向相反，而上下相邻 两层水平格栅中相对应的流动区域内导流叶片互为反向设置。
为适应各类流化床的设计，本发明的内构件应与所欲应用的流化床内 壁相适应(一般为圓形)，而组成水平格栅的流动区域也可以有不同的形 状。根据本发明的优选具体实施方案，每层水平格栅由多个平行的流动区域组成；或者，每层水平格栅由多个同心的环形流动区域组成。
通过在流化床中设置本发明的内构件，在装置操作中相邻流动区域内 反向设置的导流叶片将使气固两相在经过每层格栅时产生交错流动，而上 下相邻两层格栅间相对应的流动区域内反向设置的导流叶片同时会使气固 两相在垂直方向上形成"之"字形流动。这样的流动方式将会达到破碎大 气泡和抑制气泡聚并的作用，从而强化了气固两相间的接触效果，同时也 有利于降低气固相的返混，从而大大提高气固间的传质效果以及流化床装 置的操作效率。
本发明的内构件可广泛应用于多种工业流化床装置，尤其适用于固体 颗粒不断移出的连续型装置。根据具体情况，本发明内构件优选的参数设计可以有
所述导流叶片的设置方向与水平方向的锐角夹角为30-75° ，相邻导流 叶片间的间距为20-200mm (每个流动区域内的导流叶片设置基本平行，该间距即指同一流动区域中相邻两叶片间的垂直距离)；格栅高度为20-250mm (也可称格栅厚度)；流动区域宽度为20-250mm (—般情况下， 该流动区域宽度基本上等于导流叶片的宽度)。
相邻两层水平格栅之间的间距为0-10倍的格栅高度(指上层格栅的下 缘与下层格栅上缘间的垂直距离)。另外，水平格栅一般最少需要设置两 层，但为了满足流化床装置的需要，也可以有2层以上。
在使用过程中可以根据装置在传质和气固返混等性能上的不同要求， 通过改变导流叶片的设置角度、叶片间距、流动区域宽度、格栅层数及间 距等参数的方式，满足不同装置操作的需要。
格栅的相邻流动区域间可选择设置有与该流动区域相适应的隔板，也可以不设置隔板，即，隔板的垂直高度为导流叶片高度的0-1倍， 一般也是垂直设置。当流动区域间设置隔板，隔板可与导流叶片等高或略低于导流叶片，此时导流叶片的侧边可与所述隔板相连接而固定；当流动区域之间 不设置隔板，相邻流动区域的导流叶片通过相交的侧边相互固接，例如， 通过焊接或插接方式将相邻流动区域呈相交设置的叶片相互连接固定。
本发明同时提供了一种流化床，其内设置有本发明所述的内构件。所 述内构件在流化床内设置时，优选将各层格栅在流化床的填料段内基本水 平设置，上下两层相邻的格栅之间的垂直间距为格栅自身高度的0-10倍。 根据流化床的具体形式和尺寸，可以将每层格栅组装加工成与反应器内壁 面相适应的外形，将各流动区域内的导流叶片按设计要求预先固定好，然 后将格栅层按设计要求固定到反应器内壁上。
本发明提供的内构件主要用于传统的气固流化床(相对于快速床和气 力输送床，操作线速较低)内， 一般在鼓泡与湍动流态化区域操作。更具 体地，工业上可应用的场合包括催化裂化装置的汽提器和再生器、费托合 成反应器，生产邻苯二曱酸酐、醋酸乙烯、丙烯氰、丁二烯、顺丁烯二酸 酐以及二氯乙烷等化工原料的合成反应器以及其他用于干燥、吸附过程的 流化床装置等。
综上所述，与现有技术相比，采用本发明所提供的气固流化床内构件 及设置有本发明的内构件的流化床，工作中可以有效地破碎和抑制流化床内的气泡，从而增强气固两相之间的接触效果；本发明的内构件结构简单，
可以通过任何公知的方式和手段加工和安装，同时也方便检修和维护；还 可以通过合理地调节结构参数，降低气固相间的返混，改善其停留时间分 布；并且，采用本发明的内构件，气固流动中床层没有流化死区，还可以 在较大的气速范围内减小气垫的体积，增加床层有效利用率，提高流化床 的操作弹性。
总之，本发明提供的内构件可广泛应用于多种流化床工业装置，尤其 适用于需要固体颗粒不断移出的连续型装置，可显著改善气固两相的流动 和传质。
图1A与图1B为本发明所述内构件的一种格栅形式。
图2为本发明所述内构件的另一种格栅形式的示例。
图3为本发明的格栅内构件在流化床内的排布方法示意图。
图4为设置了本发明内构件的循环流化装置进行冷态实验的示意图。
图5为采用本发明所述内构件的汽提器与传统盘环形挡板汽提器汽提 效率对比图。
具体实施例方式
下面结合附图进一 步说明本发明所提供的流化床内构件及采用该内构 件的流化床的特点，但本发明并不因此而受到任何限制。
实施例一
请参见图1A和图1B所示，给出了本发明一具体实施例的内构件的格 栅形式。该型格栅内构件整体形状为适应流化床内横截面的形状(通常为 圆形)而设计成圆形，组成每层格栅的主要构件包括隔板1和导流叶片2, 导流叶片2平行排设成多个列，每列叶片与水平方向成一定角度而基本平
行设置，而相邻两列叶片2之间的倾斜方式相反。隔板1是垂直设置，高 度与格栅高度基本相同或略低于格栅高度(如图2中虛线所示)，此时导 流叶片的一个侧边或双侧按照设定的角度焊接在隔板1，使叶片2与隔板1 连接固定为一体，隔板之间形成流动区域。也可以不设置隔板，此时可直 接将相邻两列导流叶片2分别以相交方式相互固接在一起，例如通过焊接、
插接等方式，每列导流叶片自身成为一个流动区域(即，图2中的结构不
包括虚线)。
如图1A所示，其中每块带斜线的方块区域代表每一片导流叶片，粗线 条表示叶片上方的边，细线条表示叶片下方的边。图1B给出了图1A中A-A 向的剖视图，反映了导流叶片在垂直方向上的布置结构。综合图1A和〗B 可以看出，该格栅(流化床截面)被分成多个平行的流动区域，每一流动 区域内设置一系列基本平行的导流叶片2,同一流动区域内的导流叶片2的 导流方向基本相同，而相邻的流动区域的叶片2的导流方向相反。
如图1A和1B所显示，流动区域宽度W为20-250mm,优选40-150mm、 每层格栅高度H为20-250mm,优选50-150mm、导流叶片间距D为 20-200mm，优选30-120mm,叶片2与水平面的锐角夹角α (可反映导流 方向)为30-75° ，优选35-70° 。
按照流化床截面形式将每层格栅加工好后，固定在流化床内，请参阅 图3所示，内构件在流化床内垂直方向上以一定间距的布置，各层格栅在 流化床内基本水平设置，且同 一垂直截面上相邻流动区域中的导流叶片的 设置方向相反，倾斜角度cc可基本相同，两层格栅之间的垂直间距HL为0-10 倍的格栅高度H，优选0.5-5倍的格栅高度H。安装的格栅层数根据流化床 装置的高度及对传质和返混的实际需要而定。
通过上述结构及设置方式， 一方面，在流化床汽提段内同一水平方向 上，由于每层格栅中相邻流动区域的导流叶片2的导流方向相反，而使气 固两相产生交错流动；另一方面，在流化床内的垂直方向上，由于上下相邻两层才各4册对应流动区域内的导流叶片的导流方向相反，而 <吏气固两相在 垂直方向上形成"之"字形流动，从而起到破碎气泡和抑制气泡聚并、降 低气固相返混的作用，且床内几乎没有流化死区，从而显著改善了气固两 相的流动和传质。
实施例二
请参见图2所示，给出了本发明的另一具体实施例的内构件的格栅形 式。为安装需求(适应流化床内横截面)，该实施例的格栅的整体形状基 本为圆形。与图1A和图1B不同的是，该实施例的格栅的流动区域设置为 —系列同心的环形，隔板1为圓环形。每一环形流动区域内设置一系列导 流叶片2(以图中每块带斜线的方块区域表示每一片导流叶片，其中粗线条 表示叶片上方的边，细线条表示叶片下方的边)，导流方向基本一致。而 相邻的环形流动区域内的导流叶片2的导流方向相反。同样，隔板l(或称 挡板)也可以取消，而直接将相邻的导流叶片2直接固接在一起。
在该型结构的格栅内构件中，中心曲率较小的圓形区域3由于叶片加 工的不便，可以采用百叶窗式水平构件，也可以为其他可改善流化行为的 内构件结构。当该中心区域不设置任何构件时，该实施例的格栅整体为环 形，因而特别适用于具有环形截面的流化床中，例如具有内提升管的催化 裂化汽提器中，该环形内构件套设于内提升管外壁。
本实施例中的格栅内构件的流动区域宽度W、格栅高度H、导流叶片 间距D、叶片与水平面的夹角cc，以及设置在流化床内时各层格栅之间的 垂直间距H^和导流叶片2的设置方式等结构设置参数的取值可参考实施例 一。在流化床操作过程中，通过气固两相在每层格栅的交错流动以及由于 上下相邻两层格栅对应流动区域内的导流叶片2的导流方向相反，而使气 固两相在垂直方向上形成"之"字形流动，从而起到破碎气泡和抑制气泡 聚并、降低气固相返混的作用，且床内几乎没有流化死区，从而显著改善 了气固两相的流动和传质。
实施例三
本实施例结合具体实验进一步说明本发明所述内构件的实施效果。
请参阅图4所示，显示本实施例所采用的冷态实验装置的大致结构， 该实验的目的是验证本发明的新型内构件对催化裂化待生催化剂汽提器汽 提效果的改进作用。如图所示，所述装置为一循环流化装置，催化剂在提 升管10中提升至沉降器5，经一级惯性分离器11和旋风分离器4的两级分 离后，进入汽提段6，汽提完毕后，进入储料仓7，经螺旋加料器8定量加 入预提升器9,再进入到提升管10,进行下一轮循环。实验所采用的提升 管10直径80mm，高4.5m;汽提段6直径为200mm,总高为1.5m;汽提 段6内设置有实施例一中记栽的内构件，流动区域20 40mm，叶片与水平 面的锐角倾角范围为35~60° ,格栅叶片间垂直距离范围为20~40mm， 格栅高度范围为30~60mm,格栅间距范围30 - 50为mm,该汽提段内共 设置格栅8层。实验中用二氧化碳气体作为汽提段6的流化气体，以从沉 降器5流下的催化剂颗粒夹带的空气模拟工业汽提器中催化剂夹带的油气 或烟气。催化剂夹带的空气中氮气的初始浓度为78%，在经过汽提后，氮 气浓度不断降低，以汽提段6底部的催化剂中夹带的气体中的氮气浓度的 降低值作为汽提效率的评价标准。汽提效率的计算方法如下<formula>see original document page 10</formula>其中，η一汽提效率，％
y0一从提升管出来的催化剂所夹带的气体中氮气的百分浓度，％ y 一汽提段内流化床乳化相间气体中氮气的百分浓度，％
采用与上述相同的试验装置，但在汽提段6釆用6层传统的盘环形挡 板进行对比实验，试验流程和其它操作条件均与上述采用本发明所述内构 件的实验相同，最后计算汽提效率。
图5给出了在催化剂质量流率为90kg.(m2 s)-1的条件下，采用上述
内构件的汽提器与传统盘环形挡板汽提器在不同表观气速条件下的汽提 效率对比图。由图可以看出，采用本发明所述内构件的汽提器的汽提效率 要比采用盘环形挡板结构的汽提效率平均高出20.9个百分点。且利用本发 明的内构件结构能在较宽操作范围内实现高效的汽提，显示了很好的操作弹性。
权利要求
1、一种用于气固流化床的内构件，其特征在于，包含至少二层水平格栅，每层水平格栅由多个流动区域组成，每个流动区域内同向排列设置一系列导流叶片，这些导流叶片的设置与水平方向呈一角度，且相邻流动区域内的导流叶片的设置方向相反，而上下相邻两层水平格栅中相对应的流动区域内导流叶片互为反向设置。
1、 一种用于气固流化床的内构件，其特征在于，包含至少二层水平格 栅，每层水平格栅由多个流动区域组成，每个流动区域内同向排列设置一系列导流叶片，这些导流叶片的设置与水平方向呈一角度，且相邻流动区域内的导流叶片的设置方向相反，而上下相邻两层水平格栅中相对应的流 动区域内导流叶片互为反向设置。
2、 根据权利要求1所述的内构件，其特征在于，每层水平格栅由多个平行的流动区域或组成。
3、 根据权利要求1所述的内构件，其特征在于，每层水平格栅由多个同心的环形流动区域或组成。
4、 根据权利要求1所述的内构件，其特征在于，相邻两层水平格栅之间的间距为0-10倍的格栅高度。
5、 根据权利要求1所述的内构件，其特征在于，所述导流叶片的设置方向与水平方向的锐角夹角为30-75°，相邻导流叶片间的间距为 20-200mm,格栅高度为20-250mm,流动区域宽度为20-250mm。
6、 根据权利要求l-3任一项所述的内构件，其特征在于，所述相邻流动区域间设置有与该流动区域相适应的隔板，该隔板的垂直高度为导流叶片高度的0-1倍。
7、 根据权利要求6所述的内构件，其特征在于，导流叶片的侧边与所述隔板相连接。
8、 根据权利要求6所述的内构件，其特征在于，相邻流动区域的导流叶片通过相交的侧边相互固接。
9、 一种气固流化床，其特征在于，其填料段内水平设置有权利要求1-8 任意一项所述的内构件，内构件的外缘与流化床内壁相适应。
全文摘要
一种用于气固流化床的内构件，包含至少二层水平格栅，每层水平格栅由多个流动区域组成，每个流动区域内同向排列设置一系列导流叶片，这些导流叶片的设置与水平方向呈一角度，且相邻流动区域内的导流叶片的设置方向相反，从而使气固两相产生交叉流动，而上下相邻两层水平格栅中相对应的流动区域内的导流叶片互为反向设置，使气固两相形成“之”字形流动。使用该型内构件不仅可以提高操作的稳定性，有效提高床层内气泡相和乳化相间的传质效率，同时还可大大减少床层内气相和颗粒相的轴向返混。
文档编号B01J8/24GK101172219SQ20061011415
公开日2008年5月7日 申请日期2006年10月31日 优先权日2006年10月31日
发明者卢春喜, 张永民 申请人:中国石油大学(北京)