本发明涉及一种吸附塔的气体分布器，特别是用于净化煤气的吸附塔的气体分布器。
背景技术：
轴向流固定床吸附塔的主要优点是床层内流体的流动接近活塞流，化学反应速度较快；可用较少量的吸附剂和较小的吸附塔容积获得较大的生产能力；流体的停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，有利于提高化学反应的转化率和选择性。此外，轴向固定床吸附塔结构简单、操作方便，投资费用低，床中吸附剂机械磨损小，可在高温高压下操作，因此在石油化工中获得广泛的应用。
近年来随着石油化学工业的发展和规模的扩大，轴向固定床吸附塔的直径不断增大，吸附塔内流体的均布问题就成为工程开发的关键问题之一，特别是对于要求压力低或负压的薄吸附剂床层的反应系统，其吸附塔内的流体均布问题就更困难。床层内的流体分布直接影响床层中的传热传质以及化学反应等过程，影响吸附剂及吸附塔的利用效率，影响吸附剂的选择性和转化率。因此，固定床吸附塔内的流体均布技术越来越为人们所重视。现在出现的流体分布结构可分为两大类：一类是增加流体流动阻力，如在吸附剂床层前设置填料层或一块开孔率较小的多孔板。此种方法的实质是使气体由进口管道进入吸附塔时，形成的射流撞击在填料层或多孔板上，造成径向压力梯度，迫使气流改变流向，分散至整个吸附塔截面。由于气流中有相当一部分能量耗散在与均布作用无关的摩擦及旋涡损失中，效率较低；并且不适用于薄层吸附塔。另一类是在固定床吸附塔的流体进口处设置流体分布器，如cn2075277u、us4938422、us368597，其优点是即能使流体较均匀地分布于吸附塔截面上，又不导致过大的能量损耗。但对大直径薄层吸附塔，其吸附塔进口处设置的流体分布器要求比较高，分布器结构比较复杂。
焦炉煤气主要是焦化厂副产的含有烃类、甲烷、氢气的高热能可燃气体，一般作为燃气发电使用。由于燃机发电的热效率高于蒸汽轮机，一般焦化厂的焦炉煤气发电选用燃机发电。但燃机发电对煤气的纯度要求较高，要去除焦炉煤气中的苯、甲苯、二甲苯、萘、焦油等有机物，防止堵塞燃机喷嘴，还要去除焦炉煤气中的硫化物，防止燃烧后的烟气二氧化硫排放超标，为了防止氮化物超标，还需要脱除焦炉煤气中的氨气。所以煤气燃烧发电前，需要进行净化，脱除煤气中携带的芳烃、焦油、硫化物、氨气等。
现有的焦炉煤气净化工艺，先用氧化铁吸附剂脱除焦炉煤气中的硫化氢，然后用活性炭脱除其中的萘、再用活性炭脱除其中的苯，然后送入燃机发电，但是脱出硫化氢、苯、萘的效果不好。
文献cn201410651179.7公开了一种焦炉煤气净化的方法，过程是：焦炉煤气通过初冷器用水间接冷却到300～500℃，脱水塔脱水至水含量5～10ppm进入焦油回收塔，冷凝析出液态焦油外排，进入液氨回收塔冷却到-30～-50℃析出液态氨外排，经过甲醇洗涤塔脱除杂质，洁净焦炉煤气进净煤气罐。焦炉煤气净化的装置包括初冷器、脱水塔、焦油回收塔、液氨回收塔和甲醇洗涤塔并依次相连。焦油回收塔和液氨回收塔分别与液态二氧化碳管路连接，焦油回收塔的塔底出口与焦油回收设备连接，液氨回收塔的塔底出口与液氨回收设备连接。该发明通过冷却、脱水、分离焦油和氨，再经甲醇洗涤过程，脱除煤气中的杂质及有害物质，没有涉及采用吸附剂净化焦炉煤气。
文献cn201210012179.3涉及一种燃气轮机发电焦炉煤气综合净化系统及其净化方法，燃气轮机发电焦炉煤气综合净化系统，煤气管内的焦炉煤气依次经脱硫系统、压缩机过滤系统和煤气过滤系统进入燃气轮机中，脱硫系统是四组干脱硫塔并联在煤气管上，压缩机过滤系统是由四台压缩机过滤器串联在从脱硫系统出来的第一输气管上；利用煤气综合净化系统的净化方法，包括如下步骤：a、将煤气脱硫；b、将步骤a所得的煤气过滤压缩；c、将步骤b所得煤气等压升温；d、将步骤c所得煤气预过滤；e、将步骤d所得煤气精过滤，得到符合燃机要求的煤气。本发明系统在粗苯净化处理的基础上，新设四组干脱硫塔，与本发明的一塔式同时脱硫脱苯不同。
文献cn201110250178.8报道了一种多功能原料气净化剂及其制备和应用方法。该多功能原料气净化剂以活性氧化铝为载体，负载钼酸铵，同时负载醋酸铜、醋酸锌、醋酸铅、草酸镍、偏钒酸铵中的1～2种，同时还负载氯化镁、碳酸钾、碳酸钠中的一种制成，该多功能原料气净化剂的原组成以载体质量计，负载的钼酸铵为载体质量的1％～10％，其它2～3种金属化合物总量为载体质量的10％～25％。该多功能原料气净化剂的制备方法是先用金属化合物溶液浸渍载体2～6小时，经过120℃干燥2～4小时，280～350℃焙烧4～6小时后即制得该多功能净化剂。该多功能原料气净化剂用于水煤气、半水煤气、焦炉煤气或igcc发电燃气原料气中净化cos、cs2、hcn、so2、so3和o2等杂质，其中cos、cs2、hcn、so2、so3转化率均≥90％，o2脱除率≥95％。该文献并没有报道净化剂对芳烃具有吸附作用。
现有技术没有使用分子筛类吸附剂净化煤气的报道，更没有公开使用分子筛吸附剂的吸附塔，同时脱除硫化物和芳烃的报道，本发明煤气吸附塔，完全脱除硫化物和芳烃，有针对性的解决了目前存在煤气发电时净化不干净的技术问题。
目前对大直径薄层吸附塔，其吸附塔进口处设置的流体分布器要求比较高，分布器结构比较复杂，很少有文献报道。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中存在的吸附剂床层气体分布不均匀，吸附效果差的技术问题，本发明提供一种新的吸附塔的气体分布器。该吸附塔用于吸附塔产中，具有气体分布不均匀，吸附效果好，吸附剂使用效率高及设备成本较低的优点。
为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种吸附塔的气体分布器，包括进料管1、预分布器2、气体分布管3，预分布器2一端连接进料管，另一端深入吸附塔的内部，预分布器2包括环形间隙5和中间出气管6，中间出气管6靠近吸附塔直径处开有圆孔，气体分布管3连接在预分布器2上，和环形间隙5贯通；气体分布管3上包含圆形开孔7。
上述技术方案中，优选的技术方案为气体分布管3为圆环形，和吸附塔共圆心；气体分布管3的数量为n，其中n=d/（al），n为≥1的正整数，d为吸附塔直径，l为吸附塔高度，a为气体在塔内的速度，气体分布管3沿吸附塔直径等距离分布。
上述技术方案中，优选的技术方案为气体分布管3从连接预分布器两端开始，沿着气体分布管3的半圆环，向远端具有不等距开孔，孔与孔的间距逐渐缩小，后一段的间距为相邻的前一段间距的0.5~1倍。
上述技术方案中，优选的技术方案为气体分布管3从连接预分布器两端开始，沿着气体分布管3的半圆环，后一个开孔面积是前一个开孔面积的1.0~1.5倍，直到开孔的直径等于气体分布管的直径。
上述技术方案中，优选的技术方案为不同直径的气体分布管3上的开孔交错布置。
上述技术方案中，优选的技术方案为预分布器2的最外部直径为进料管直径的0.5~2倍，预分布器2的最外部直径为中间出气管6直径的1.1~3倍。
上述技术方案中，优选的技术方案为中间出气管6靠近进料管一端，开孔率为20%~100%；中间出气管6靠近吸附塔直径处开开孔率优选范围为30%~80%。
上述技术方案中，优选的技术方案为气体分布管3的直径为预分布器2外圈直径的5%~50%，外圈气体分布管的直径是相邻内圈分布管直径1.05~2倍。
上述技术方案中，优选的技术方案为气体分布管3的开孔上部有圆锥顶盖，圆锥顶盖由直立短管固定在气体分布管3上，圆锥顶盖与气体分布管3的开孔之间留有供气体进出的空隙。
本发明所要解决的技术问题之二是提供一种含有解决上述技术问题之一的气体分布器的吸附塔。
上述技术方案中，优选的技术方案为，吸附塔包括壳体、进料口、出料口、排污口、卸料孔、装料孔、吸附剂支撑板和温度计套管、气体分布器组成；进料口位于壳体的下部侧面，排污口位于壳体的下部正中间位置，吸附剂支撑板位于壳体内部的进料口的上部；卸料孔位于吸附剂支撑板上部壳体的侧边；温度计套管位于壳体的侧方中间位置，出料口位于壳体的上封头正中间位置，装料孔位于壳体的上封头上部，出料口的旁边。
壳体内部包含有不同的填料层，吸附剂支撑板7上部装填有瓷球，形成下部气体分布层ⅱ，瓷球上部装填有阻挡粉尘和焦油的填料a，形成粗过滤层ⅲ，填料a上部装有吸水的填料b，形成吸水层ⅳ，填料b上部装有脱硫填料c，形成脱硫层ⅴ，其中填料c为分子筛吸附剂，所述的分子筛类吸附剂中含有元素周期表中第ⅰa、ⅱa、ⅴa、ⅰb、ⅱb、ⅲb、ⅳb、ⅴb、ⅵb、ⅶb或第ⅷ族元素中的至少一种元素。
上述技术方案中，优选的技术方案为，所述的填料c上部还装有脱芳烃的填料d，形成脱芳烃层ⅵ，其中，填料d为分子筛吸附剂，所述的分子筛选自x型分子筛、y型分子筛、a型分子筛、zsm型分子筛、丝光沸石、β型分子筛、sapo型分子筛、mcm-22、mcm-49、mcm-56、zsm-5/丝光沸石、zsm-5/β沸石、zsm-5/y、mcm-22/丝光沸石、zsm-5/magadiite、zsm-5/β沸石/丝光沸石、zsm-5/β沸石/y沸石或zsm-5/y沸石/丝光沸石中的至少一种。
上述技术方案中，优选的技术方案为所述的填料d上部还装有瓷球，形成上部气体分布层ⅶ。
上述技术方案中，优选的技术方案为所述的吸附塔的气体分布器，上部气体分布层ⅵ上部还有上部气体混合空间ⅷ。
上述技术方案中，优选的技术方案为所述的吸附剂支撑板7下部和壳体1的下封头之间还具有下部气体混合空间ⅰ。
上述技术方案中，优选的技术方案为所述的吸附塔的高度和直径的比例大于5；吸附剂支撑板7上面有开孔，开孔率优选范围为20%~70%。
上述技术方案中，优选的技术方案为所述的吸附塔的下部气体分布层ⅱ高度优选范围为50~500mm，上部气体分布层ⅶ的高度优选范围为50~500mm。
上述技术方案中，优选的技术方案为所述的填料b、填料c和填料d为分子筛吸附剂，所述的分子筛选自x型分子筛、y型分子筛、a型分子筛、zsm型分子筛、丝光沸石、β型分子筛、sapo型分子筛、mcm-22、mcm-49、mcm-56、zsm-5/丝光沸石、zsm-5/β沸石、zsm-5/y、mcm-22/丝光沸石、zsm-5/magadiite、zsm-5/β沸石/丝光沸石、zsm-5/β沸石/y沸石或zsm-5/y沸石/丝光沸石中的至少一种。
上述技术方案中，优选的技术方案为所述的填料a和填料b为同一种吸附剂。
上述技术方案中，优选的技术方案为所述的填料a和填料b为活性炭或者焦炭中的至少一种。
上述技术方案中，优选的技术方案为所述的填料b、填料c、填料d的分子筛硅铝摩尔比比范围为2~2000。
上述技术方案中，优选的技术方案为所述的填料b、填料c、填料d组分不同时相同。
上述技术方案中，优选的技术方案为所述的分子筛类吸附剂为疏水型分子筛吸附剂。
上述技术方案中，优选的技术方案为所述的填料b、填料c、填料d中含有元素周期表中第ⅰa、ⅱa、ⅴa、ⅰb、ⅱb、ⅲb、ⅳb、ⅴb、ⅵb、ⅶb或第ⅷ族元素中的至少一种元素。
上述技术方案中，优选的技术方案为所述的元素周期表中第ⅱa元素选自镁和钙中的至少一种；第ⅰb族元素选自铜、银中的至少一种；第ⅲb族元素选自镧、铈、钇中的至少一种。
上述技术方案中，优选的技术方案为所述的填料b、填料c、填料d中分子筛选自x型分子筛、y型分子筛、a型分子筛、zsm型分子筛、丝光沸石、β型分子筛、sapo型分子筛、mcm-22、mcm-49、mcm-56、zsm-5/丝光沸石、zsm-5/β沸石、zsm-5/y、mcm-22/丝光沸石、zsm-5/magadiite、zsm-5/β沸石/丝光沸石、zsm-5/β沸石/y沸石或zsm-5/y沸石/丝光沸石中的至少一种。
上述技术方案中，优选的技术方案为所述的填料b、填料c、填料d中zsm型分子筛包括zsm-5、zsm-23、zsm-11、zsm-48中的至少一种。
上述技术方案中，优选的技术方案为所述的填料c、填料d剂同时脱除煤气中的焦油、氰化物、氨气、芳烃。
上述技术方案中，优选的技术方案为所述的芳烃为苯、甲苯、二甲苯、乙苯、三甲苯、萘、蒽、菎中的至少一种；硫化物为硫化氢、二氧化硫、硫醇、硫醚、噻吩、甲基硫醇、甲基硫醚中的至少一种。
上述技术方案中，优选的技术方案为所述的填料c、填料d为可再生吸附剂；所述的填料c、填料d在100~600℃再生3~60小时后继续使用。
根据气体均布要求，瓷球设置由直径5毫米、直径9毫米、直径16毫米三种瓷球分层装填而构成的下部气体分布层和上部气体分布层，其中每种瓷球层厚度均为200毫米。吸附剂床层为8.35米。起支承和气体均布双重作用的下层瓷球层也由直径分别为5毫米、9毫米、和16毫米的三种瓷球分层装填而构成。其中5毫米直径的瓷球层厚200毫米，9毫米直径的瓷球层厚150毫米，16毫米直径的瓷球层表面至出口气体收集器上端距离为150毫米以上。
净化煤气的方法，包括如下几个步骤：
a.炼焦炉出来的焦炉煤气进入吸附塔下部气体混合空间和下部气体分布层，气体混合均匀，形成物流ⅰ；
b.物流ⅰ进入粗过滤层ⅲ，脱除粉尘和焦油，形成物流ⅱ；
c.物流ⅱ进入吸水层ⅳ，脱除焦炉煤气中的部分水份后，形成物流ⅲ；
d.物流ⅲ进入脱硫层ⅴ，脱除硫化氢、部分芳烃和部分有机硫；形成物流ⅳ；
e.物流ⅳ进入脱芳烃层ⅵ，脱除剩余部分芳烃和剩余部分有机硫，然后从出料口3离开净化塔。
上述技术方案中，优选的技术方案为煤气还通过下部气体混合空间ⅰ。
上述技术方案中，优选的技术方案为煤气还通过脱芳烃层ⅵ。
上述技术方案中，优选的技术方案为煤气还通过上部气体分布层ⅶ。
上述技术方案中，优选的技术方案为煤气还通过上部气体混合空间ⅷ。
本领域所公知的，在煤气净化工艺过程中，采用传统工艺净化煤气，采用再脱硫塔中用氧化铁脱硫；采用脱萘塔中用活性炭脱萘；再采用脱苯塔用活性炭脱苯；一共使用3个吸附单元，依次净化煤气。装置运行中，装置出口处硫化氢、苯和萘浓度很高，压缩机冷却管道经常堵塞，需要停机疏通，影响生产效率。
采用本发明的气体分布器，具有如下优点：（1）气体分布均匀，吸附剂使用效率高；（2）解决了气体分布器管道堵塞的问题。（3）气体不会发生短路和沟流，降低了生产成本。
采用本发明的技术方案：炼焦炉出来的焦炉煤气进入含有该分布器的吸附塔，塔内含有分子筛类吸附剂，同时脱除掉煤气中的芳烃和硫化物，再进入压缩机压缩后，送到燃气轮机发电。脱萘塔出口处硫化氢含量为0mg/m3，萘含量为0mg/m3，焦油含量为0，气体中携带的有机硫也被脱除，燃机烟气中二氧化硫排放在10m以下，装置运行稳定，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为的本发明的气体分布器的示意图。
图1中，1为进料管，2为预分布器，3气体分布管，4为筛孔，5为环形间隙，6为中间出气管，7为圆形开孔。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
[实施例1]
一种吸附塔的气体分布器，如附图1所示，包括进料管1、预分布器2、气体分布管3，预分布器2一端连接进料管，另一端深入吸附塔的内部，预分布器2包括环形间隙5和中间出气管6，中间出气管6靠近吸附塔直径处开有圆孔，气体分布管3连接在预分布器2上，和环形间隙5贯通；气体分布管3上包含圆形开孔7。
气体分布管3为圆环形，和吸附塔共圆心；气体分布管3的数量为4，气体分布管3沿吸附塔直径等距离分布。
实施例2]
一种吸附塔的气体分布器，如附图1所示，包括进料管1、预分布器2、气体分布管3，预分布器2一端连接进料管，另一端深入吸附塔的内部，预分布器2包括环形间隙5和中间出气管6，中间出气管6靠近吸附塔直径处开有圆孔，气体分布管3连接在预分布器2上，和环形间隙5贯通；气体分布管3上包含圆形开孔7。
气体分布管3为圆环形，和吸附塔共圆心；气体分布管3的数量为4，气体分布管3沿吸附塔直径等距离分布。
气体分布管3从连接预分布器两端开始，沿着气体分布管3的半圆环，向远端具有不等距开孔，孔与孔的间距逐渐缩小，后一段的间距为相邻的前一段间距的0.6倍。
气体分布管3从连接预分布器两端开始，沿着气体分布管3的半圆环，后一个开孔面积是前一个开孔面积的1.05倍，直到开孔的直径等于气体分布管的直径。不同直径的气体分布管3上的开孔交错布置。
实施例3]
如附图1所示，一种吸附塔的气体分布器，包括进料管1、预分布器2、气体分布管3，预分布器2一端连接进料管，另一端深入吸附塔的内部，预分布器2包括环形间隙5和中间出气管6，中间出气管6靠近吸附塔直径处开有圆孔，气体分布管3连接在预分布器2上，和环形间隙5贯通；气体分布管3上包含圆形开孔7。
气体分布管3为圆环形，和吸附塔共圆心；气体分布管3的数量为4，气体分布管3沿吸附塔直径等距离分布。
气体分布管3从连接预分布器两端开始，沿着气体分布管3的半圆环，向远端具有不等距开孔，孔与孔的间距逐渐缩小，后一段的间距为相邻的前一段间距的0.6倍。
气体分布管3从连接预分布器两端开始，沿着气体分布管3的半圆环，后一个开孔面积是前一个开孔面积的1.05倍，直到开孔的直径等于气体分布管的直径。不同直径的气体分布管3上的开孔交错布置。
预分布器2的最外部直径为进料管直径的0.6倍，预分布器2的最外部直径为中间出气管6直径的1.13倍。
中间出气管6靠近进料管一端，开孔率为30%；中间出气管6靠近吸附塔直径处开开孔率为40%。
气体分布管3的直径为预分布器2外圈直径的10%，外圈气体分布管的直径是相邻内圈分布管直径1.1倍。
气体分布管3的开孔上部有圆锥顶盖，圆锥顶盖由直立短管固定在气体分布管3上，圆锥顶盖与气体分布管3的开孔之间留有供气体进出的空隙。
实施例4]
一种吸附塔的气体分布器，包括进料管1、预分布器2、气体分布管3，预分布器2一端连接进料管，另一端深入吸附塔的内部，预分布器2包括环形间隙5和中间出气管6，中间出气管6靠近吸附塔直径处开有圆孔，气体分布管3连接在预分布器2上，和环形间隙5贯通；气体分布管3上包含圆形开孔7。气体分布管3为圆环形，和吸附塔共圆心；气体分布管3的数量为4，气体分布管3沿吸附塔直径等距离分布。气体分布管3从连接预分布器两端开始，沿着气体分布管3的半圆环，向远端具有不等距开孔，孔与孔的间距逐渐缩小，后一段的间距为相邻的前一段间距的0.6倍。气体分布管3从连接预分布器两端开始，沿着气体分布管3的半圆环，后一个开孔面积是前一个开孔面积的1.05倍，直到开孔的直径等于气体分布管的直径。不同直径的气体分布管3上的开孔交错布置。预分布器2的最外部直径为进料管直径的0.6倍，预分布器2的最外部直径为中间出气管6直径的1.13倍。中间出气管6靠近进料管一端，开孔率为30%；中间出气管6靠近吸附塔直径处开开孔率为40%。气体分布管3的直径为预分布器2外圈直径的10%，外圈气体分布管的直径是相邻内圈分布管直径1.1倍。气体分布管3的开孔上部有圆锥顶盖，圆锥顶盖由直立短管固定在气体分布管3上，圆锥顶盖与气体分布管3的开孔之间留有供气体进出的空隙。
实施例5]
一种吸附塔，包含气体分布器，所述的的气体分布器，包括进料管1、预分布器2、气体分布管3，预分布器2一端连接进料管，另一端深入吸附塔的内部，预分布器2包括环形间隙5和中间出气管6，中间出气管6靠近吸附塔直径处开有圆孔，气体分布管3连接在预分布器2上，和环形间隙5贯通；气体分布管3上包含圆形开孔7。气体分布管3为圆环形，和吸附塔共圆心；气体分布管3的数量为4，气体分布管3沿吸附塔直径等距离分布。气体分布管3从连接预分布器两端开始，沿着气体分布管3的半圆环，向远端具有不等距开孔，孔与孔的间距逐渐缩小，后一段的间距为相邻的前一段间距的0.6倍。气体分布管3从连接预分布器两端开始，沿着气体分布管3的半圆环，后一个开孔面积是前一个开孔面积的1.05倍，直到开孔的直径等于气体分布管的直径。不同直径的气体分布管3上的开孔交错布置。预分布器2的最外部直径为进料管直径的0.6倍，预分布器2的最外部直径为中间出气管6直径的1.13倍。中间出气管6靠近进料管一端，开孔率为30%；中间出气管6靠近吸附塔直径处开开孔率为40%。气体分布管3的直径为预分布器2外圈直径的10%，外圈气体分布管的直径是相邻内圈分布管直径1.1倍。气体分布管3的开孔上部有圆锥顶盖，圆锥顶盖由直立短管固定在气体分布管3上，圆锥顶盖与气体分布管3的开孔之间留有供气体进出的空隙。
实施例6]
炼焦炉出来的焦炉煤气进入粗脱苯单元，粗脱苯后形成物流ⅰ，其中物流ⅰ中苯浓度在1000～3500mg/m3之间，萘浓度在200～500mg/m3之间，硫化氢浓度在100～500mg/m3之间；物流ⅰ进入实施例5的吸附塔，所述的吸附塔内含有铜改性的zsm-5分子筛和锌改性的y分子筛类吸附剂，同时脱除掉煤气中的芳烃和硫化物，形成物流ⅱ，物流ⅱ中苯浓度小于60mg/m3，萘浓度小于1mg/m3之间，硫化氢浓度小于1mg/m3；物流ⅱ进入压缩机压缩后，送到燃气轮机发电，装置连续运行3个月以上，综合净化塔出口处苯、萘、硫化氢浓度稳定，煤气压缩机也未出现堵管现象，燃机的尾气排放中二氧化硫浓度小于5mg/m3。