用于木焦油沸腾床反应器的气液分布器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及反应器内构件领域，尤其涉及一种用于木焦油沸腾床反应器的气液分布器。
【背景技术】
[0002]生物质热裂解技术可以将低品位的生物质能(木质原料、农作物废料)转化为较高品质的液态的生物质焦油(木焦油)，该技术液体焦油产率高达65?70%。生产的生物质焦油组成复杂，水分含量高，具有高腐蚀性，热值较低且不稳定易缩聚，难与石油类产品(如汽油、柴油等)互溶。从上世纪90年代末开始，世界各国陆续开始生物质焦油提炼燃油的技术研究，其中沸腾床加氢裂化被认为是最具有发展潜力的方式之一。
[0003]气液固三相沸腾床反应器在工业反应过程中得到了广泛应用，对于反应热很大的反应过程，使用三相沸腾床反应器可以有效的移走反应热，实现反应器的等温操作，保证反应器的正常运行。在三相沸腾床反应器中，气液分布器是保证气体在床层中均匀分布的重要内构件，直接影响反应器的平稳运行和反应效率。目前国内外已公开专利和文献中沸腾床气液分布器主要是用于煤直接液化和渣油沸腾床加氢工艺中，不同原料加工特性差别较大，因此需要选用适应工艺条件的气液分布器。
[0004]已公开的沸腾床气液分布器根据功能特性分有两大类:截流型(例如US4874583、200910012453.5 和 201020636320.3 等)和非截流型(例如 200910012498.2)，现有文献显示目前工业装置上基本采用了美国Texaco公司的带止逆球的泡帽式气液分布器US4874583，中石化抚研院利用催化剂堆积角的特性开发了非截流型气液分布器，可以防止催化剂的大量逆流，但是无法完全回避隔板上方物流的逆流，容易发生进气孔堵塞，所以目前沸腾床气液分布器仍然倾向采用截流型分配器。
[0005]当沸腾床反应器中液相气含率相同时，气泡直径越小，则气液相界面积越大，传质速率越快，有利于提高反应效果和利用率。同时大气泡在液相中的上升速度高于小气泡，也会造成气体在反应器中的停留时间缩短，或者可以说大气泡使部分气体在反应器中没有与液相接触传质，在一定程度上形成短路。这些都会影响反应物之间的传质效果，并降低反应的转化率。因此现阶段学术界主要关心气液分布器如何使气体分布均匀，产生更多更小的气泡，同时应该具备防止反应器隔板上方带催化剂的物流发生逆流。气固液三相物料在反应器内有效均匀混合、传质效率及操作弹性是沸腾床反应器的重要性能指标，因此，性能优异的气液分布器是沸腾床反应器的关键内构件。
[0006]美国Texaco公司的专利US4874583介绍了一种用于沸腾床反应器的气液分布器，为泡帽分布器，主要由泡帽、上升管、止逆球和阀芯等部件组成。泡帽筒体的底部设有条缝，上升管上部和阀芯中部设有流体出口，阀芯下部设有球座。上升管的下部为带有进气槽(条缝)的气液预混合结构，上升管内设有用于气液混合的孔板混合器。多个泡帽分布器均匀地设置于分布板上。这种气液分布器直接应用到木焦油沸腾床加氢中主要会出现如下问题:(1)阀芯内腔的顶端行程较大，因此止逆球会在气液物流中上下跳动，造成止逆球和阀芯内腔的碰撞损伤。(2)上升管顶部和泡帽环形空间顶部物流死区较大，在运行过程中产生较多旋涡，导致气液进料不稳，床层波动较大，同时局部阻力导致分布器压降较大。(3)泡帽下方齿缝结构，安装后泡罩下沿距环板一定距离，工作时形成的气泡柱直径较小，且气泡较大。由于敞口较大，一方面气液混合物流出泡罩后，速度较小，对下方冲击力较小，易导致催化剂沉积，另一方面在发生逆流时催化剂逆流几率增大。
[0007]中石化抚研院的专利200910012453.5介绍的结构在气液混合结构上做了大量改进，气液混合进料平稳，止逆球工作稳定。但是上部开孔斜向上方，同时没有泡帽结构的折流，催化剂在隔板上方容易沉积，可能造成沸腾床反应器底部过热而烧坏催化剂，由于缺少泡帽的破碎和扩散气泡作用，气体扩散范围较小，气泡较大，由于分配器出口没有泡帽的折流阻挡作用，逆流时物流将瞬间逆流，中心进料管流速较大，止逆球不易迅速回位，需要一个短暂的回位过程。
[0008]神华煤制油公司申请的专利201020636320.3具有圆锥形泡罩，该圆锥泡罩通过多个角尺支腿与该分配盘连接。这种结构的特点是借助了浮阀的特点结构简单，易于操作，密封紧密，流体流量为零时，锥体完全覆盖了分配盘的开孔，隔绝了分配盘上的物料进入分配盘下。该气液分布器在使用过程中存在的问题:(I)缺少气液混合结构，环板下方的物流在泡帽浮起时进入床层，气泡较大，气泡尾迹影响范围较大，直接导致床层底部波动较大，分配不均；(2)泡罩通过角尺支腿与该分配盘连接，可以自由上下移动，同时在运行过程中存在旋转，旋转运动在破碎气泡和防止催化剂在泡罩上沉积有一定效果，但是长时间的旋转极易导致角尺支腿与分配盘开孔的磨损，可靠性降低，影响设备长周期安全运转，因此泡帽不宜自由旋转。
[0009]以上沸腾床气液分配器主要用于煤直接液化和渣油沸腾床加氢工艺中，都有自身的优缺点，但是沸腾床反应器因加工原料的性质、流体力学参数不尽相同，也需要对气液分配器局部结构进一步完善。
【发明内容】
[0010]为了解决现有技术存在的止逆球跳动较大、磨损严重，影响回位密封效果，泡帽下沿敞口较大时物流冲力较小，气泡较大，且停工导致催化剂逆流几率较大等技术问题，本发明提供了一种用于木焦油沸腾床反应器的气液分布器。
[0011]本发明提供的用于木焦油沸腾床反应器的气液分布器主要由中心管、泡帽、止逆球、锥形球座和限位座组成；泡帽为一底部敞口的筒状物，罩于中心管的上端并与中心管固定连接，中心管上端端部的管壁上设有物料出口，限位座设于物料出口下方的中心管内，锥形球座设于限位座下方的中心管管壁上，锥形球座上设有止逆球，泡帽、中心管、限位座、止逆球与锥形球座同轴设置，泡帽与中心管之间形成一环形通道，中心管下端设有物料进口。
[0012]作为进一步改进的方案，在泡帽下端的筒壁上设有向下倾斜的泡帽斜管，泡帽斜管与泡帽内的环形通道相连通。
[0013]作为更进一步改进的方案，在泡帽底部设有环板，环板与泡帽底部边缘相焊接并套于中心管上。环板可以为盲板、多孔环板或者楔形丝网环板。
[0014]采用本发明，具有如下的有益效果:
[0015](I)中心管内部设有锥形球座和限位座，止逆球在一定的空间内上下运动，避免止逆球在物流不稳时上下跳动剧烈，磨损严重，不利于气液稳定进料，同时可以防止碰撞导致逆流密封失效。
[0016](2)泡帽环形通道和中心管内部流道通畅，死区较少，一方面正常工作时压降较小，止逆球稳定，另一方面若气液进料中断时，止逆球缺少推力，迅速落回密封位置，使止逆球和锥形球座线接触实现密封。
[0017](3)增设泡帽斜管可以扩大分布器气泡流直径，使气液物流分布更均匀，保证整个床层各部分反应均一，提高反应效率。
[0018](4)泡帽下部增设环板，当环板是多孔环板或者楔形丝网板，一方面可以使气泡较小，提高床层气含率和物流冲击力，保证在停工重启时能冲起泡帽下催化剂，另一方面尽量减小发生逆流时催化剂进入泡帽环形通道。
[0019]本发明的气液分布器气液扩散面积广、结构简单合理、止逆球升降平稳、使用安全可靠；可用于沸腾床及相关反应器分配气液进料。
【附图说明】
[0020]图1为本发明的用于木焦油沸腾床反应器的气液分布器的结构示意图；
[0021]图2为泡帽的仰视示意图；
[0022]图3为A-A截面俯视示意图；
[0023]图4为限位座的结构示意图；
[0024]图5为图4的俯视示意图；
[0025]图6为本发明的气液分布器的另一种结构示意图。
[0026]图中:1-泡帽，2-中心管，21、22-纵向槽缝，23、24-槽齿，3_止逆球，4_锥形球座，41-球座孔，5-环形通道，6-进气孔，7-限位座，71-锥腿，72-支撑柱，8-环板，9-泡帽斜管，10-分布板，11-泡帽顶孔，25-通孔。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明的用于木焦油沸腾床反应器的气液分布器作进一步的说明。
[0028]如图1所示，本发明提供的用于木焦油沸腾床反应器的气液分布器主要由中心管2、泡帽1、止逆球3、锥形球座4和限位座7组成；泡帽I为一底部敞口的筒状物，罩于中心管2的上端并与中心管2固定连接，中心管2上端端部的管壁上设有纵向槽缝22作为物料出口，限位座7设于纵向槽缝22下方的中心管内，锥形球座4设于限位座7下方的中心管管壁上，锥形球座4上设有止逆球3，泡帽1、中心管2、限位座7、止逆球3与锥形球座4同轴设置，泡帽I与中心管2之间形成一环形通道5，中心管2下端设有物料进口。
[0029]在泡帽I下端的筒壁上设有向下倾斜的泡帽斜管9，泡帽斜管9与泡帽内的环形通道5相连通。如图2所示，泡帽斜管9沿泡帽外筒壁圆周方向均匀分布，一般设4?8个，内径一般为I?4毫米，倾斜角度α为30?60度。泡帽斜管可以扩大泡帽的分配范围，形成直径更大分布更均匀的气泡柱，使气液分布更均匀。
[0030]在泡帽I底部设有环板8，环板8与泡帽底部边缘相焊接并套于中心管上。环板8可以为盲板、多孔环板或楔形丝网环板。当环板8为盲板时，物料只能通过泡帽斜管9进入分布板上方。当环板8为多孔环板时，环板上筛孔直径一般为1.5?3毫米，可以沿多个同心圆均匀布置。当环板8为楔形丝网环板时，目数一般为20?60目，楔形丝网环板是目前通用的一种工业用条缝筛网，它由异形金属丝和不同形状的支持杆组成，由专门设计的电阻焊机连续地焊接而成；条缝筛网可制成各种形状，在本发明中应采用环形结构，可焊接在泡帽下端；条缝筛网作为气液分布器的泡帽分布网最大的优点是条缝结构不易发生催化剂堵塞。
[0031]如图2所示，泡帽I顶部开有泡帽顶孔11。所述的作为物料出口的纵向槽缝22沿中心管轴向贯穿上端端部，两相邻纵向槽缝22之间的中心管剩余部分形成槽齿23，如图1和图3所示，槽齿23作为支撑筋插入泡帽I顶部的泡帽顶孔11中，与泡帽顶部固定连接在一起。纵向槽缝22—般为竖置长方形(所述形状是指物料出口在与物料出口正对着的