一种凹形气流分布板及其反应器的制作方法

本申请涉及用于石油炼制与化工、煤化工、化肥工业及其它各种化工装备中的各种大型高等级反应器技术领域，例如，流化床气相反应器、通过催化剂进行反应的加氢反应器或脱硫反应器等，特别是涉及一种凹形气流分布板及其反应器。

背景技术：

化工反应器，包括有包括筒体、设置于筒体两端的封头、设置于封头的物料进出口，设置于筒体内的气流分布板及用于支承气流分布板的内支承结构，或者筒体内催化剂的支承结构，有的还包括压力容器内表面堆焊耐腐蚀衬里。

近年来随着石油化工装置向着规模化的方向发展，反应器的容积变的越来越大，不仅占地面积大，而且高大的设备结构给设计、制造、运输、安装、维护带来一系列的问题。另一种问题是反应过程物流量大、气流速快而容易引起振动，维护困难。

此外，随着社会经济对新牌号反应器的需求，采用传统反应器已不能满足工艺需求。新工艺简单、操作条件温和，简化了工序，因此，产量高，而且原料、能量消耗比低，流化床反应器则代表了最新技术的发展趋势之一，其结构和技术的关键在于反应器内部的工艺气分布板。

流化床生产工艺中，气体分布板是保证气固流化床具有良好而稳定的流态化状态的重要构件，直接影响流化床内颗粒的流动模式和流化均匀性，是流化床反应器设计所必需考虑的关键部件。气体分布板决定了气泡的产生频率及气-固接触的初始状态，内部构件则直接影响整个流态。

现有技术中，反应器内部的气固流化床分布板是圆平板状的结构、圆台型分布板和漏斗状的倒圆锥形等结构，或多或少存在着抗沉积能力不强、稳定性不高、易被活性物质堵塞等缺陷，也存在原来的分布板结构在反应器筒体结构大型化后的功能适应性等问题。其中可将气体流态化床的不稳定性问题，区分为原生不稳定性和次生不稳定性等两大类。

分布板是圆平板状的结构存在两方面主要问题是：一是产能受到限制，要在同一块平板上设计两种通孔，在平板底下的气流穿过通孔往稳定上流的同时，让平板上面的颗粒产品穿过通孔顺畅地往下流，随着产能的提升，上升和下降的两条通道会随机出现阻塞；二是圆平板的侧面受力较筒体差，容易变形，结构和气流偏离原来的设计。但是平板型分布板由于其结构简单、制造方便，而得到了广泛的应用。但该结构在流化床造粒过程中有着一定的缺陷，在分析平板型分布板不足的基础上，圆台型分布板和漏斗圆锥形结构进行了改进。产品颗粒汇集从漏斗中间底部的出口送出，工艺气则通过分布板上沿周向开口的气流孔流出。

分布板是漏斗状的倒圆锥形结构存在三方面主要问题：

一是工艺气流化床的三维非均衡性，工艺气在分布板漏斗内形成螺旋上升的气流，旋流在上升运动中因能量耗损而引起周向流态和轴向流态都不均衡，使得从上而下的物料在反应中逐步生成颗粒，在旋流的离心作用下粗大的颗粒流向周边的壳壁，容易引起径向流态不均衡。第二，是分布板上开口处的气流压力调控困难，这是由于漏斗状的倒圆锥形结构使得分布板下面的空间在上升的过程中逐渐扩大，而分布板下面的工艺气在上升的过程中，因为部分从径向开口流出而使分布板下面的工艺气总量逐渐减少，从而气压明显降低。第三，是分布板漏斗深入下封头内形成重叠的套装关系，从封头进来的工艺气因空间限制强烈冲刷漏斗底部，引起气流流态的强烈变化和漏斗的振动，振动疲劳引起的结构松动或开裂又产生一些附加的工艺气流道，扰乱原来的流化床设计，进入结构和工艺恶性循环。此外，原来的分布板还存在一些不便于安装调整的其他问题。

分析上述问题的原因，是分布板结构设计中主要突出了漏斗形对于收集产品颗粒的功能，而轻视了其对气流的影响，从强调结果的视角出发而忽略了过程的作用。有分析指出，二维流化床由于受到边壁效应的影响，其流动结构与三维流化床存在较大差别，气涡只能在二维空间发展，床内更容易出现大尺寸扁平气涡。因此，在二维床中容易形成节涌等不稳定流化状况，并且不能形成类似三维床的整体循环。也有研究综合分析后指出，增强分布板中心区域的气速是关键。

除分布板结构外，分布板上的气孔也是影响流化床状态的关键。在各不均匀布孔流化床中，大小孔间隔排布布风板流化床内产生的气涡相对较小且分散性较好，气相速度矢量分布较分散均一，流化效果最好。

因此，针对上述问题缺陷，研发一种气流分布板，能够使工艺气在圆筒形反应器内均衡分布向上流动，同时使生成的颗粒产品通过分布板汇集从底部排出，还能抵抗物流量大、气流速快而引起的振动疲劳，将满足压降稳定性及流化质量良好的抗沉积分布板，应用于石油化工领域反应器，对稳定生产和经济效益具有重要的工程意义。

技术实现要素：

本申请的目的之一在于避免现有技术中的不足之处而提供一种凹形气流分布板，能够使工艺气在反应器内均衡分布向上流动，同时使生成的物料颗粒产品通过该凹形气流分布板汇集从底部排出，还能抵抗物流量大、气流速快而引起的振动疲劳，其为满足压降稳定性及流化质量良好的抗沉积分布板。

本申请的目的之二在于避免现有技术中的不足之处而提供一种具有上述凹形气流分布板的反应器，其能够同时兼具气流均衡性好、颗粒产品流动性好和内部结构耐疲劳性好。

本申请的目的之一通过以下技术方案实现：

提供了一种凹形气流分布板，由平板形气流分布板改进形成，其中，所述凹形气流分布板包括沿所述凹形气流分布板的中轴线向下凹进的凹形结构，以及所述凹形气流分布板的周侧向下弯折形成的弯折结构。

其中，所述凹形结构为倒圆锥结构。

其中，所述凹形结构为球面结构。

其中，所述凹形结构为对称设置的内凸双曲面组成的凹形结构。

其中，所述凹形气流分布板的凹形结构向下凹进的高度大于所述凹形气流分布板的弯折结构向下弯折的高度。

其中，所述弯折结构与筒体内壁之间的底部开设有导料孔。

其中，所述凹形结构一体成型设置或者由若干个弧片板拼接连接设置，所述弯折结构一体成型设置或者由若干个弧片板拼接连接设置。

其中，所述凹形结构设置有沿周向排布的气流孔，所述弯折结构设置有沿径向排布的气流孔。

其中，所述弯折结构和所述凹形结构相对区域上的气流孔相互交错设置。

本申请的目的之二通过以下技术方案实现：

还提供了一种反应器，包括筒体、设置于筒体两端的封头、设置于封头的物料进出口，设置于筒体内的气流分布板及用于支承气流分布板的内支承结构，其中，所述气流分布板为上述所述的一种凹形气流分布板，所述内支承结构包括设置于所述筒体的内壁的支承环、设置于所述一种凹形气流分布板下方的气流分配管，工艺气沿所述筒体的水平切向设置的工艺气进口进入所述气流分配管，再通过所述一种凹形气流分布板的气流孔上升与该反应器上部下来的物料充分接触。

本申请的有益效果：本申请的一种凹形气流分布板及其反应器，由平板形气流分布板改进形成，其中，所述凹形气流分布板包括沿所述凹形气流分布板的中轴线向下凹进的凹形结构，以及所述凹形气流分布板的周侧向下弯折形成的弯折结构。有利于从反应器底部进来的工艺气通过这些气流孔流出，使从反应器上部下来的物料与从下面上升的工艺气形成均衡且充分接触，维持相对稳定的气压，凹形气流分布板同时兼顾气流均衡性、颗粒产品流动性和内部结构耐疲劳性，具有抗沉积能力强、物料流化充分、基本没有死区、生产稳定、操作灵活和生产周期长等优点，且组合结构简单，安装和维护方便，其支承件受力更合理，稳定性高，空间布局更加安全科学，反应器的操作弹性更大，产品颗粒大小及成分品质均匀，且能更敏捷地撤出反应热，保护壳壁安全，延长使用寿命。

附图说明

利用附图对本申请作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本申请的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本申请的一种凹形气流分布板的其中一种结构示意图。

图2是图1的另一视角的结构示意图。

图3是本申请的一种凹形气流分布板的其中一种结构示意图。

图4是本申请的一种凹形气流分布板的其中一种结构示意图。

图5是本申请的一种凹形气流分布板的其中一种结构示意图。

图6是本申请的一种反应器的其中一种结构示意图。

在图1、图2、图3、图4、图5和图6中包括有：

筒体1，上封头2，球形下封头3，上开口4，下开口5，支座6，支承环7，工艺气进口8，气流分配管9，凹形气流分布板10，凹形结构11，弯折结构12，导料孔13，气流孔14，弧片板接缝15，球面结构16，内凸双曲面组成的凹形结构17，椭圆形下封头18，圆锥形下封头19。

具体实施方式

结合以下实施例对本申请作进一步详细描述。

实施例1

本申请的一种凹形气流分布板的具体实施方式之一，参考图1和图2所示，其由平板形气流分布板改进形成，本申请的创新之处在于，所述凹形气流分布板10包括沿所述凹形气流分布板10的中轴线向下凹进的凹形结构11，以及所述凹形气流分布板10的周侧向下弯折形成的弯折结构12。

具体的，所述凹形结构11为倒圆锥结构。该凹形气流分布板10由位于中部的凹形结构以及位于周侧的弯折结构12组成类似M形的气流分布板，研究表明，类似M形结构具有径向弹性，可以适应反应器的变形位移而不会被扭曲变形，因此其周边可以与反应器内壁固定连接，便于密封；该M形结构的组合结构，通过改变气体分布板形状来改善布气方式，设计了内圆-外环相同面积的两路不同进气方式，相比单纯的大圆锥结构，整体高度可矮化，既使其具有自稳性，也可扩大反应区空间。

具体的，所述凹形气流分布板10的凹形结构11向下凹进的高度大于所述凹形气流分布板10的弯折结构12向下弯折的高度。

具体的，所述弯折结构12与反应器筒体的内壁之间的底部开设有导料孔13。其作用是引导颗粒下滑流到反应器下部从封头底部的开口接管出去。

具体的，所述凹形结构11一体成型设置或者由若干个弧片板拼接连接设置，所述弯折结构12一体成型设置或者由若干个弧片板拼接连接设置。弧片板间的弧片板接缝15为无缝连接。弧片板方便颗粒产品在自重作用下流向底部，也便于颗粒产品和气体分流，具体安装时，将小块的弧片板被螺栓紧固到底下的支承结构上。为便于加工，根据承制工厂的生产装备能力，凹形气流分布板10不仅可以在径向分为若干个圆环板，而且每一块圆环板又可以沿着周向分为若干个弧片板，灵活设置，方便组装与运输。

另，所述凹形气流分布板10上的部分弧片通过改变倾角可以在线调整工艺气的流态。同时所述凹形气流分布板10上的弧片的厚度根据弧片所在径向位置可以有不同的优化。靠近反应器壳壁的折边弧片承受反应器中间的弧片的重量作用，也承受更多的产品重量作用，需要更强的厚度。

具体的，所述凹形结构11设置有沿周向排布的气流孔14，所述弯折结构12设置有沿径向排布的气流孔14。气流孔14可应用激光切割或冲压成孔。从反应器底部进来的工艺气通过这些气流孔14流出，使从反应器上部下来的物料与从下面上升的工艺气形成均衡且充分接触的流化床。

另，径向开口可以包括正径向开口和负径向开口，水平径向开口、上倾径向开口和下倾径向开口，或这些开口的组合。周向开口包括顺周向开口和逆周向开口，相互错流的方向在运行中可以相互抵消部分气流作用力，大大降低振动的可能性。

另，所述凹形气流分布板10的弧片上的径向排布设置的气流孔14的开口尺寸根据弧片所在径向位置有不同的优化。靠近反应器的壳壁的径向气流孔14的气压与靠近反应器中间的径向气孔孔的气压略有差异，需要通过开口尺寸的大小来调节其气压和流速，使分布板以上的流化床工况均衡。

另，所述凹形气流分布板10的弧片上的径向排布设置的气流孔14的开口形状根据弧片所在径向位置有不同的优化。也是为了使分布板以上的流化床工况均衡，开口形状可以是弯月形、舌形、裂缝、圆形、扁圆形、三角形、长条形、矩形，也包括这些开口的组合，等等。

具体的，所述弯折结构12和所述凹形结构11相对区域上的气流孔14相互交错设置。研究表明，凹形分布板的振动与气流的作用反力有关。由于类似M形的气流分布板由倒V形组成，倒V形两侧的弧板面上的气流孔14如果是径向相互错开对流的方向，工艺气体与物料在螺旋混合的动力作用下，使物料在不断的翻滚中获得充分接触，同时,运行中可以相互抵消部分气流作用力，大大降低结构振动的可能性。

实施例2

本申请的一种凹形气流分布板的具体实施方式之二，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。参考图3所示，本实施例与实施例1的区别在于，其中，所述凹形结构11为球面结构16。能够使工艺气在反应器内均衡分布向上流动，同时使生成的物料颗粒产品通过该凹形气流分布板汇集从底部排出，还能抵抗物流量大、气流速快而引起的振动疲劳，其为满足压降稳定性及流化质量良好的抗沉积分布板。

实施例3

本申请的一种凹形气流分布板的具体实施方式之三，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。参考图4所示，本实施例与实施例1的区别在于，其中，所述凹形结构11为对称设置的内凸双曲面组成的凹形结构17。能够使工艺气在反应器内均衡分布向上流动，同时使生成的物料颗粒产品通过该凹形气流分布板汇集从底部排出，还能抵抗物流量大、气流速快而引起的振动疲劳，其为满足压降稳定性及流化质量良好的抗沉积分布板。

实施例4

本申请的一种反应器的具体实施方式之一，参考图6所示，包括筒体1、设置于筒体1两端的上封头2和球形下封头3、设置于上封头2的上开口4、设置于球形下封头3的下开口5，上开口4为物料进口，下开口5为物料出口，设置于筒体1内的气流分布板及用于支承气流分布板的内支承结构，上述技术结构特征与现有技术中的反应器的结构基本相同，且本申请的一种反应器也具备现有技术中的反应器的其它基本结构。

本申请的创新之处在于，所述气流分布板为上述实施例1所述的一种凹形气流分布板10，所述内支承结构包括设置于所述筒体的内壁的支承环7、设置于所述一种凹形气流分布板10下方的气流分配管9，工艺气沿所述筒体1的水平切向设置的工艺气进口8进入所述气流分配管9，再通过所述一种凹形气流分布板10的气流孔14上升与该反应器上部下来的物料充分接触。从反应器底部进来的工艺气进入下封头后，仍然沿着气流分配管9靠近凹形气流分布板10的底部进行相对合理的分配，不会与封头内的构件发生直接的冲刷。

另，所述气流分布板的支承结构与底部工艺气的气流分配管9可以一体化设置。根据具体的设计，可以专门设置支承网架或者支架形的气流分配管9，一个部件两种功能，既有支承气流分布板的作用，也有分配工艺气的作用，从反应器底部进来的工艺气进入下封头后，仍然沿着管网靠近凹形分布板的底部进行相对合理的分配。为保持稳定的气压提供了结构保证。

上述凹形气流分布板10的建造过程：(1) 按反应器的结构参数和产品颗粒大小，初步设计凹形气流分布板10的倾斜角及其他主体尺寸，并根据凹形气流分布板10的尺寸初步设计支承结构尺寸；(2)根据反应器的工艺参数和产能确定工艺气流量及其弹性范围，进一步估算工艺气流量沿凹形气流分布板10的分布；(3)设计凹形气流分布板10上的气流孔14，进行流态的数值模拟分析，并调整优化结构；(4) 设计导料孔13的大小和数量，必要时可在开孔组焊一段接管，把产品颗粒引导到出口；(5)根据确定的凹形气流分布板10结构设计其支承网架或将其与底部工艺气的气流分配管9合二为一形成支架形气流分配管9；(6)冲压凹形气流分布板10弧片，预组装检测其整体组装性，检测弧片接缝15的严密性；(7)组焊各构件，避免过大的焊接残余应力；(8)提供包装和运输说明书，预防转运中导致分布板松动或变形；(11)提供安装说明书，反应器投料运行前拆下用于包装的临时紧固螺栓。

另，支承环7可以是整环的，也可以是分段的，但是段与段的端部不保留间隙，一般可以焊接在反应器的筒体的内壁上；凹形气流分布板10可紧固安放在该支承环7上。

另，反应器直径较大时，位于筒体下部的球形下封头3或者椭圆形下封头18可以采用圆锥形下封头19（参考图5所示）的结构，在功能上，相比于前者，有利于产品颗粒在凹形气流分布板10的下方聚集，在设备制造上有利于简化工艺技术。

实施例5

本申请的一种反应器的具体实施方式之二，本实施例的主要技术方案与实施例4相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例4中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例4的区别在于，所述气流分布板为上述实施例2所述的一种凹形气流分布板10。

实施例6

本申请的一种反应器的具体实施方式之三，本实施例的主要技术方案与实施例4相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例4中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例4的区别在于，所述气流分布板为上述实施例3所述的一种凹形气流分布板10。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。