一种流化床用气体分布装置的制作方法

本发明涉及一种流化床用气体分布装置，属于固体颗粒流态化技术领域。

背景技术：

固体流态化技术由于可以实现气固两相的充分接触，因此在干燥、催化反应、气化和燃烧领域具有广泛的应用。流化床是一种能够将固态颗粒流态化的常用设备，相比于传统的气固接触设备如固定床反应器，流化床具有两相接触面积大，传质迅速，体系压力降小，作为气固催化反应设备时，具有反应速度快，催化剂用量少等优点，是实现固体流态化技术的理想设备。然而，使用流化床进行气固接触反应传质时仍然存在着一些缺陷，比如，反应气体的分布不均匀会导致流化床内往往存在着大量的“气泡”，由于这些“气泡”中固态颗粒含量很少，导致两相接触不充分，因此影响催化、反应和传质效果。“气泡”也同样会影响气体与固体的反应热的传递过程，从而使得整个反应体系温度分布趋于复杂，进一步影响反应效果。此外，传统的气体分布器还存在着气体分布不均，催化剂往往在气体分布器的边缘死角堆积，产生反应器“死区”等问题。

申请号为20140787543.2的中国专利公开了一种双轴搅拌立式流化床反应器，在该装置中，流化床反应器采用在流化床的直筒段安装搅拌桨叶来搅拌固态粒料，左右两个桨叶之间又相互嵌合，通过下部的电机带动。该装置可以避免固体颗粒形成大的聚团，防止粒料之间的粘附，改进了流化稳定性。但是，该装置中的流化床虽然对粘性固态物料有一定混合效果，但是对于流动性强的固态粒料混合改进效果却非常有限，同时存在制造复杂的问题。

申请号为201410255842.1的中国专利公开了一种双气体分布器催化流化床反应器，在该装置中，流化床设置了两层气体分布器来强化气固两相混合效果，同时还在流化床中设置了换热管来实现等温换热效果。气体分布板采用爪状交叉筛型设计，该种设计虽然能达到一定的换热效果，但是也存在着设计复杂，使流化床压降增大的问题。

申请号为201010252650.7的中国专利公开了一种气固流化床复合内构件，该装置中的复合内构件包含多个竖直平行排布单元，在竖直平行单元两侧设置有多片倾斜的导流叶片，其目的是使气固两相介质在通过竖直构件时产生“之”字型流动，形成交错流，进而强化气固两相混合效果。虽然复合内构件能提高流化床中的两相湍流程度，抑制气固相的返混，对气固相“气泡”产生破碎作用，但是该复合内构件的厚度远大于分布板，而且单个构件单元制作较为复杂，仅能作为气体分布器的补充内构件进行安装。此外，该装置还会增大床层的压力降，增加系统能耗。

申请号为201510772116.1的中国专利公开了一种用于流化床反应器的多管式气体分布器的导流结构，多管式气体分布器由主进气管、多路支进气管和导流杆组成。其中，支进气管平行并排安装，主进气管与支进气管交叉连接，主支进气管相互连通，导流杆设置在支进气口内部，导流杆上部呈倒圆锥型。虽然该装置可以防止漏料，增强耐磨性，解决局部堵料问题，但是，在颗粒流化方面并没有多大改进，同时容易在边角形成固体颗粒的死区。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种流化床用气体分布装置，能够降低流化床内的“气泡”尺度，减少流化床内的“死区”，强化气固两相之间的接触，从而强化气固相际反应、传质和换热效果。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种流化床用气体分布装置，其特征在于：它包括气体分布盘，在所述气体分布盘的中心设置有中心分布通孔，在所述气体分布盘的顶面上沿径向设置有顶面分布通孔；在所述中心分布通孔和所述顶面分布通孔的上方均设置有用于防止固体颗粒通过的直孔帽，在所述直孔帽的顶部设置有气体通孔。

在所述气体分布盘的顶面沿周向间隔设置有多个沿径向延伸的楔形沟槽，在所述气体分布盘的底面沿周向间隔设置有多个沿径向延伸的“几”字形沟槽，所述楔形沟槽与所述“几”字形沟槽呈交替分布；在所述“几”字形沟槽的其中一侧壁上设置有一个以上的侧面分布通孔，各所述侧面分布通孔的侧壁均位于所述“几”字形沟槽的同向侧；在所述楔形沟槽的侧壁上位于所述侧面分布通孔上方的位置紧固连接用于防止固体颗粒通过的侧孔帽，所述侧孔帽底部与所述楔形沟槽的底部边缘之间留有间距。

所述楔形沟槽的深度由所述气体分布盘边缘处到所述气体分布盘中心位置呈线性减小。

位于每一所述“几”字形沟槽顶面的所述顶面分布通孔的数目均为多个，在每一顶面分布通孔的顶部均设置有用于防止固体颗粒通过的直管。

各所述顶面分布通孔沿径向间隔分布在同一直线上，所述顶面分布通孔的直径沿所述气体分布盘径向逐渐增大，位于靠近所述气体分布盘边缘位置的所述顶面分布通孔的直径大于位于靠近所述气体分布盘顶部中心位置的所述顶面分布通孔的直径。

所述直孔帽为截面呈梯形的防护罩装置；所述直孔帽顶部的中心与所述中心分布通孔或所述顶面分布通孔顶部的中心对齐；所述直孔帽顶部的所述气体通孔呈圆形布置，各所述圆形的圆心与所述直孔帽顶部的中心重合；所述直孔帽的底部活动连接在所述气体分布盘的顶部。

所述“几”字形沟槽设置有所述侧面分布通孔的侧壁与所述“几”字形沟槽顶面之间的夹角为90度，所述“几”字形沟槽的另一侧壁与所述“几”字形沟槽顶面的夹角为120～150度。

所述侧孔帽倾斜焊接在所述楔形沟槽设置有所述侧面分布通孔的侧壁上，所述侧孔帽与所述楔形沟槽设置有所述侧面分布通孔的所述侧壁之间的夹角为5～30度，所述侧孔帽在所述楔形沟槽设置有所述侧面分布通孔的所述侧壁上的投影面积大于所述侧面分布通孔的面积。

所述气体分布盘的厚度与所述流化床的直径之比为0.05～0.3；各所述顶面分布通孔之间的距离与所述流化床的直径之比为0.001～0.01。

所述气体分布盘的上、下表面均为凹球面；所述侧面分布通孔为圆形或长条形。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明设置了中心分布通孔和顶面分布通孔，在中心分布通孔和顶面分布通孔的上方均设置有用于防止固体颗粒通过的直孔帽，在直孔帽的顶部设置有气体通孔，直孔帽的底部紧固连接在气体分布盘的顶部，在气流作用下，气体能够将直孔帽的帽罩顶开，气体不仅可以从气体通孔和中心分布通孔中垂向通过，还可以从直孔帽底部与气体分布盘顶面之间的侧缝中切向通过，该分布板的设计能防止固体颗粒漏料，减少分布板上固体颗粒流化死区。2、本发明设置了多个楔形沟槽和多个“几”字形沟槽，在每一“几”字形沟槽的侧壁上均设置有一个以上的侧面分布通孔，在楔形沟槽上位于侧面分布通孔的上方设置有用于防止固体颗粒通过的侧孔帽，在侧面分布通孔的斜向导流作用下，能够使气体形成涡旋型运动，并且对催化剂等固体颗粒流化过程中形成的“气泡”具有斜向剪切拉伸作用，在中心分布通孔和顶面分布通孔的垂向剪切作用下，“气泡”被拉伸和剪碎破裂，导致流化形成的“气泡”尺度更小，气固两相接触面积更大，从而强化了气固两相之间的传质、传热和反应效果。3、本发明气体分布盘的上、下表面均为球面，能够防止气体分布盘与流化床的内壁之间形成死角，提高了催化剂等固体颗粒的利用效率。4、本发明每一直孔帽均为截面呈梯形的保护罩装置，能够将顶面分布通孔罩住，从而防止催化剂等固体颗粒通过顶面分布通孔。5、本发明侧孔帽在楔形沟槽的侧壁上的投影面积大于侧面分布通孔的面积，各侧面分布通孔的底部边缘与楔形沟槽的底部边缘之间均留有间距，能够防止催化剂等固体颗粒通过侧面分布通孔。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明的俯视示意图

图3是本发明直孔帽的结构示意图

图4是本发明直孔帽的俯视示意图

图5是本发明侧孔帽的结构示意图

图6是本发明设置在流化床内的结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1、图2所示，本发明提出了一种流化床用气体分布装置，它包括一气体分布盘1，在气体分布盘1的中心设置有一个以上的中心分布通孔2，能够防止在气体分布盘1的中心位置形成流化“死区”。在气体分布盘1的顶面沿周向间隔设置有多个沿径向延伸的楔形沟槽3。在气体分布盘1的底面沿周向间隔设置有多个沿径向延伸的“几”字形沟槽4。楔形沟槽3和“几”字形沟槽4呈交替分布。在每一“几”字形沟槽4的顶面沿径向设置一个以上的顶面分布通孔5。在每一“几”字形沟槽4的其中一侧壁上设置有一个以上的侧面分布通孔6，各侧面分布通孔6的侧壁均位于“几”字形沟槽4的同向侧，能够使气体产生切向剪切速度。在中心分布通孔2和顶面分布通孔5的上方均设置有用于防止固体颗粒通过的直孔帽7(如图3、图4所示)，在直孔帽7的顶部设置有一圈以上的气体通孔8。在每一楔形沟槽3的侧壁上位于各侧面分布通孔6的上方均紧固连接一侧孔帽9(如图5所示)。

上述实施例中，如图1所示，当顶面分布通孔5为多个时，各顶面分布通孔5的圆心间隔分布同一直线上，并且，顶面分布通孔5的直径沿气体分布盘1径向逐渐增大。位于靠近气体分布盘1边缘处的顶面分布通孔5的直径大于位于靠近气体分布盘1顶部中心处的顶面分布通孔5的直径。

上述实施例中，如图2所示，楔形沟槽3位于气体分布盘1边缘处的深度大于位于靠近气体分布盘1顶部中心处的深度。其中，每一楔形沟槽3在距离气体分布盘1顶部中心1/5半径范围内的深度为零，楔形沟槽3在气体分布盘1边缘处的深度为气体分布盘1直径的1/10。

上述实施例中，如图3所示，每一顶面分布通孔5的顶部均设置有直管51，每一直孔帽7均为截面呈梯形的保护罩装置，能够将直管51罩住，从而防止催化剂等固体颗粒通过顶面分布通孔5。

上述实施例中，如图3、图4所示，每一直孔帽7顶部的中心与气体分布盘1顶面分布通孔5的中心对齐。当气体通孔8为多圈时，各圈气体通孔8呈间隔分布，各圆圈的圆心均与直孔帽7的中心重合。直孔帽7的底部活动连接在气体分布盘1的顶部，在气流作用下，气体能够将直孔帽7的底部顶开，气体不仅可以从气体通孔8中垂向通过，还可以从直孔帽7底部与气体分布盘1顶面之间的侧缝中通过。

上述实施例中，如图2所示，“几”字形沟槽4设置有侧面分布通孔6的侧壁与“几”字形沟槽4顶面之间的夹角为90度，“几”字形沟槽4另一侧的侧壁与“几”字形沟槽4顶面的夹角为135度。

上述实施例中，如图5所示，各侧孔帽9均倾斜焊接在楔形沟槽3设置有侧面分布通孔6的侧壁上，侧孔帽9与楔形沟槽3设置有侧面分布通孔6的侧壁之间的夹角为5～30度，侧孔帽9在楔形沟槽3设置有侧面分布通孔6的侧壁上的投影面积大于侧面分布通孔6的面积，各侧面分布通孔6的底部边缘与楔形沟槽3的底部边缘之间均留有间距，能够防止催化剂等固体颗粒通过侧面分布通孔6。

上述实施例中，如图6所示，气体分布盘1的厚度与流化床10的直径之比为0.05～0.3。

上述实施例中，各顶面分布通孔5之间的距离于流化床10的直径之比为0.001～0.01。

上述实施例中，气体分布盘1的上、下表面均为球面，能够防止气体分布盘1与流化床10的内壁之间形成死角。

上述实施例中，每一侧面分布通孔6为圆形或长条形。

上述实施例中，气体分布盘1采用冲压成型。

如图6所示，本发明在使用时，气体分布盘1紧固连接在流化床10的内壁上。在位于气体分布盘1下部的流化床10的侧壁上设置有一进气管11，进气管11能够实现单独进气。进气管11一端的进气孔12设置在整个流化床中心位置，进气孔12朝下进气。气体经过进气孔12向下进气后，通过气体分布盘1对流化床10内部的固体颗粒进行流化，在进行流化时，气体通过气体分布盘1的中心分布通孔2、顶面分布通孔5和侧面分布通孔6，可以在气体分布盘1的上部形成涡旋型流化形态。由于侧面分布通孔6的斜向导流导致固体颗粒在流化过程中形成的“气泡”为斜长型，在中心分布通孔2和顶面分布通孔5的垂直剪切作用下，“气泡”被斜向拉伸和垂直剪切，因此有效地降低了流化时形成的“气泡”尺度，使气固两相接触面积增大，简化流化床内的“死区”，强化气固相之间的传质、传热和反应效果。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。