本实用新型涉及煤油化工领域，具体地，涉及一种反应器。
背景技术：
煤直接液化和煤油共炼技术是实现煤炭清洁化、高效化利用的重要方法。现有商业化的煤直接液化和煤油共炼装置中采用主要的反应器形式为悬浮床或沸腾床。为避免大颗粒沉积，反应器中采用循环元件分离气体和油煤浆并实现油煤浆的循环。
目前的悬浮床或沸腾床反应器中，循环元件在气液分离过程中会形成大量的泡沫，泡沫聚集破碎以及雾沫夹带会造成局部结焦或者结渣。由于存在流动死区，导致随着运转时间的增加结焦或者结渣情况越来越严重。最终，循环元件被堵塞，必须停工检修，致使正常生产受到影响。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种设备，该设备可以较好地实现气液分离，同时能够强化冲刷，减少结渣或者结焦的生成，延长循环元件正常运转时间。
为了实现上述目的，本实用新型提供一种反应器，包括壳体和设置在所述壳体中的循环元件，所述壳体的内壁面和所述循环元件的外壁面之间形成有适合多相流流过的流道，其特征在于，所述流道从始端到末端依次设置有主体段和狭缝段，所述主体段的流通面积远大于所述狭缝段的流通面积。
优选地，所述主体段的流通面积是所述狭缝段的流通面积的10倍到50倍。
优选地，所述循环元件上开设有敞口，所述敞口的边缘形成所述流道的末端；所述壳体上开设有排出口，以允许从所述敞口的边缘冲出所述流道的一部分多相流离开所述反应器。
优选地，在所述反应器的水平投影上，所述排出口的投影落在所述敞口的投影中，所述敞口的投影面积为所述排出口的投影面积的2.5倍至5倍。
优选地，所述循环元件包括：围堰部，所述围堰部的外壁面和所述壳体的内壁面之间形成所述流道的所述狭缝段，所述敞口开设在所述围堰部的顶端；以及集液部，所述集液部的外壁面和所述壳体的内壁面之间形成所述流道的所述主体段，所述集液部连接在所述围堰部的底端。
优选地，所述围堰部的外壁面平行于所述壳体的内壁面，两者之间的间距为1厘米至20厘米中的任一数值。
优选地，所述循环元件为回转面围合成的中空结构，沿所述循环元件的轴线方向，所述集液部的长度大于所述围堰部的长度。
优选地，所述壳体包括柱状的躯干部和连接在所述躯干部的一端的端部，该端部的内壁面为穹顶面；所述围堰部的外壁面包括与所述端部的内壁面相平行地设置的穹顶面；其中，所述排出口开设在所述端部的穹顶部位，所述敞口开设在所述围堰部的穹顶部位。
优选地，所述躯干部的内壁面为柱面；所述围堰部的外壁面包括与所述躯干部的内壁面相平行的柱面。
优选地，所述集液部呈漏斗状，包括远离所述围堰部设置的下降管，以及连接在所述下降管和所述围堰部之间的锥形件。
优选地，所述锥形件的锥顶夹角为60度至150度。
优选地，所述反应器为沸腾床反应器或者悬浮床反应器。
通过上述技术方案，气体和油煤浆的混合物从始端到末端依次流过主体段和狭缝段，由于主体段的流通面积远大于狭缝段的流通面积，使得多相流从主体段流动到狭缝段时，流通面积急剧变小、流体速度迅速提高(数十倍甚至百倍)。藉此，可以对装置的壁面产生强烈的冲刷效果，消除流动死区，减少结渣或者结焦的生成，抑制焦体的生长，从而有效的避免装置在长期运行时的结焦堵塞，提高了装置运行时的稳定性。同时，由于狭缝段为流道的末端，使得多相流冲出狭缝段进入气液分离区时流通面积骤然增大，液相与气相的流速差显著增加。这样，在惯性和重力的同时作用下，可以有效促进气液分离，改善气液分离效果，进一步提高了装置运行时的稳定性。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1是根据本实用新型的反应器的主视图。
附图标记说明
1主体段 2狭缝段 3敞口
4排出口 5围堰部 6集液部
7端部 8下降管 9锥形件
10躯干部
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
参考图1，本实用新型提供一种反应器。该反应器包括壳体和循环元件。在图1所示的实施方式中，反应器的最外层线条为壳体，壳体内部的异形件为循环元件。壳体的内壁面和循环元件的外壁面之间形成流道，以供多相流(尤其是气体和油煤浆的混合物)从该流道中流过。在图1所示的实施方式中，纸面的下部为流道的始端，纸面的上部为流道的末端。多相流从流道的始端进入反应器，一边发生反应一边从流道的始端向流道的末端流动；在流道的末端发生气液分离，一部分气相夹带液相的反应产物从流道末端处离开反应器，一部分液相分离物从循环元件的内部回流后重新进入流道中参与反应。这样，反应器中的反应物始终处于流动状态，从而可以减少大颗粒沉积。
如图1中所示，本实用新型提供的反应器的流道包括主体段1和狭缝段2。主体段1和狭缝段2从流道的始端到末端依次设置。也就是说，多相流从纸面下方的主体段1流入流道，继续上行后到达纸面上方的狭缝段2，在狭缝段2的末端冲出流道，进行气液分离。根据本实用新型的实施方式，主体段1的流通面积远大于狭缝段2的流通面积。此处的远大于，理解为数倍甚至数十倍。例如但不限于，根据本实用新型的优选设计，主体段1的流通面积是狭缝段2的流通面积的10倍到50倍。从图1中可以看到，当多相流从主体段1流动到狭缝段2时，流通面积急剧变小，使得流体速度迅速提高。对于塔径为5m的工业装置(例如悬浮床或沸腾床式多相流反应器)，如果将壳体的内壁面和循环元件的外壁面之间间距设计为10cm，则当表观气速与液速约为5cm/s时，狭缝段2内的流速能达到1～3m/s。这种迅速变大的流速能够对流道的壁面产生强烈的冲刷效果，从而能够消除流动死区，减少结渣或者结焦的生成，抑制焦体的生长，有效避免装置在长期运行时的结焦堵塞。
另外，如图1中所示，狭缝段2为流道的末端，当多相流从狭缝段2冲出流道时，流通面积又骤然变大，使得液相与气相的流速差显著增加。此时，多相流处于气液分离的节点，在流速显著不同的前提下，由于惯性和重力的同时作用，使得气相和液相更加容易分离，从而有效改善气液分离效果。
继续参考图1。根据本实用新型的实施方式，在循环元件上开设有敞口3。如图1中所示，敞口3开设在循环元件的顶部，敞口3的边缘形成流道的末端。多相流从狭缝段2冲出后，在敞口3处形成惯性和重力各不相同的气相分离物和液相分离物，实现气液分离。也就是说，本实用新型的毗邻敞口3的区域是多相流从狭缝段2冲出后流通面积骤然变大的区域，可以认为是本实用新型的结构中的气液分离区。在该气液分离区，在惯性和重力的共同作用下，液相分离物因惯性和重力较大而从敞口3处向下汇集，气相分离物因惯性和重力较小而从敞口3处向上汇集。
根据本实用新型的实施方式，壳体上开设有排出口4，以允许从敞口3的边缘冲出流道的一部分多相流离开反应器。如前所述，液相分离物从敞口3处向下汇集，从循环元件的内部流向反应器外部，然后参与下一轮循环；而大部分气相夹带液相的反应产物则从排出口4离开反应器，进入下一反应工序。优选地，在反应器的水平投影上，排出口4的投影落在敞口3的投影中，即，排出口4开设在壳体的与气液分离区相对应的部位，排出口4与敞口3口对口地相对设置。由此，排出口4紧邻敞口3，极大地减小了气室空间，使得大部分气相分离物能够迅速地从排出口4离开反应器，可以防止其再次与液相分离物混合。
优选地，在反应器的水平投影上，敞口3的投影面积为排出口4的投影面积的2.5倍至5倍。也就是说，在本实用新型的实施方式中，在反应器的水平投影上，敞口3的边缘围绕在排出口4周围，并且敞口3的边缘与排出口4的边缘之间的间距较小。换句话说，流道的末端，即循环元件的开口边缘，已经延伸到了排出口4附近。这样不仅可以如上所述使得大部分气相分离物能够迅速地从排出口4离开，并且，从狭缝段2中冲出的固体颗粒也可以被携带而从排出口4排出。从而，可以有效防止长期运行时固体颗粒在反应器内部形成堆积，减少结渣或者结焦的生成。
继续参考图1。形成主体段1和狭缝段2的方式可以有多种。例如但不限于，可以将壳体和/或循环元件设计成变径结构来改变流道的流通面积。根据本实用新型的实施方式，循环元件包括相互连接的围堰部5和集液部6。围堰部5的外壁面与壳体的内壁面之间构成狭缝段2，集液部6的外壁面与壳体的内壁面之间构成主体段1。敞口3开设在围堰部5的顶端，集液部6连接在围堰部5的底端。这样，通过将围堰部5和集液部6设计成不同的外径，可以获得流道的不同的流通面积。在此实施方式下，壳体既可以是变径结构，也可以是内径均匀结构，可以任意选择。藉此可以降低反应器的制造难度，并且易于设计壳体的形状，使得反应器可以具有较为广泛的适用范围。如图1所示，集液部6的横截面积显著小于围堰部5的横截面积，从而，在壳体为均匀的柱状结构的情况下，集液部6的外壁面与壳体的内壁面所形成的流通面积显著大于围堰部5的外壁面与壳体的内壁面所形成的流通面积。在该实施方式中，围堰部5的外壁面用以形成狭缝段2，围堰部5的内部用作气液进一步分离的空间。集液部6的外壁面用以形成主体段1，集液部6的内部用作液相分离物的收集器。
根据本实用新型的实施方式，沿着从靠近围堰部5的部位到远离围堰部5的部位的方向，集液部6的横截面积逐渐变小。例如图1中的实施例，在远离围堰部5的部位，集液部6为横截面积较小的管件；在靠近围堰部5的部位，集液部6形成为横截面积逐渐由大到小过渡的形状。藉此，一方面，从循环元件的外部来讲，可以使主体段1的流通面积尽可能地增大，从而尽可能提升狭缝段2的流速，实现较好的冲刷效果；另一方面，从循环元件的内部来讲，集液部位管径变小，有助于使得被液相分离物夹带的气体有机会从液相分离物中逃逸，可以改善气液分离效果，还能避免循环泵抽空。
更详细地，根据本实用新型的实施方式，集液部6呈漏斗状。如图1所示，集液部6包括远离围堰部5设置的下降管8，和连接在下降管8和围堰部5之间的锥形件9。下降管8用于将液相分离物排出，锥形件9用作围堰部5和下降管8之间的过渡连接件。优选地，锥形件9的锥顶夹角为60度至150度。锥顶夹角在该范围内取值，一方面，可以形成多相流从主体段1进入到狭缝段2时的合理的缓冲引导面；另一方面，可以在循环元件内部形成合理的液相分离物收集引导面。藉由漏斗状设计，可以尽可能保证主体段1具有较大的流通面积，还可以促进进一步的气液分离。应该理解的是，此处的漏斗状结构以说明为目的，并非以限定为目的。集液部6可以是其他形状，例如但不限于，集液部6整体为锥形的结构。
另外，根据本实用新型的实施方式，循环元件为回转面围合成的中空结构。沿循环元件的轴线方向，集液部6的长度大于围堰部5的长度。藉此，可以使得流道的主体段1的容积较大，能够容纳的多相流较多，从而具有较大的压力来推动流道的狭缝段2内的多相流前行。换句话说，可以保证狭缝段2中的多相流具有较大的流速，从而实现较好的冲刷效果和气液分离效果。
仍然参考图1，根据本实用新型的实施方式，壳体包括柱状的躯干部10和连接在躯干部10的一端的端部7。优选地，端部7的内壁面设置成穹顶面结构，与端部7的内壁面的穹顶面相适应的，围堰部5的至少一部分外壁面可以设置成穹顶面，围堰部5的外壁面的穹顶面与端部7的内壁面相平行地设置。这样，端部7的内壁面和围堰部5的一部分外壁面之间就可以形成环形的间隙均匀的狭缝段2。优选地，将排出口4开设在端部7的穹顶部位，将敞口3开设在围堰部5的穹顶部位。由于狭缝段2设置成了穹顶状，使得多相流在狭缝段2中具有流畅的流动路径，避免形成冲刷死区。由于排出口4和敞口3都设置在穹顶部位，一方面使得气液分离后的液相分离物具有较长的下落距离，夹带在其中的气相分离物有机会从液相分离物中逃逸出来；另一方面可以在壳体顶部出现气相分离物的藏匿死角，使得分离出来的气相分离物能够尽快离开反应器。应该理解的是，此处的实施方式是本实用新型的优选实施例，仅以描述清楚为目的，不以穷尽为目的。端部7的内壁面和围堰部5的外壁面还可以是其他任何合适的形状，例如但不限于，可以是锥形。
另外，如图1中所示，躯干部10的内壁面设置成柱面，包括圆柱面或棱柱面等适当的形式。与躯干部10的内壁面的柱面形状相适应的，围堰部5的至少一部分外壁面可以设置成柱面，围堰部5的外壁面的柱面与壳体的躯干部10的内壁面相平行地设置。这样，躯干部10的内壁面和围堰部5的一部分外壁面之间也可以形成环形的间隙均匀的狭缝段2。
在上述实施方式中，对于围堰部5而言，其外壁面包括至少两个部分，一部分为穹顶面，一部分为柱面。柱面的部分连接在穹顶面的部分的底部，形成穹顶面的部分的延长部分。与穹顶面相对应的围堰部5的内部空间为气液分离的主要分离空间，而与柱面相对应的围堰部5的内部空间则构成气液分离区的延伸空间，为液相分离物中夹带的气相分离物提供更多的逃逸机会。也就是说，围堰部5中的较大空间，为气液分离提供了更多的机会，使得被液相分离物夹带的气相分离物能够在密度差的作用下进一步分离，有利于改善气液分离效果。
另外，根据本实用新型的实施方式，围堰部5的外壁面与壳体的内壁面之间的间距为1厘米至20厘米中的任一数值。围堰部5的外壁面与壳体的内壁面之间的间距可以根据装置的运行参数和运行环境合理选择。狭缝段2在此范围内取值时，可以使主体段1具有较合理的数值范围，并且保持较好的冲刷效果。
另外，根据本实用新型的实施例，上述反应器为沸腾床反应器或者悬浮床反应器，用以分离气体和油煤浆，减少结渣或者结焦，延长正常运转时间。
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。