适用于多相流反应器的气体分布器以及浆态反应装置的制作方法

本发明涉及化工设备领域，具体地，涉及一种适用于多相流反应器的气体分布器以及浆态反应装置。

背景技术：

费托合成(Fischer-Tropsch synthesis)是煤间接液化技术之一，可简称为FT反应，它是以合成气(CO和H2)为原料在催化剂(主要是铁系)和适当反应条件下合成以石蜡烃为主的液体燃料的工艺过程。

随着近年来石油价格不断攀升，人们越来越重视开发生产替代油品的技术，费托合成也得到了越来越广泛的应用。在生产替代油品的过程中，通常首先选用煤、天然气或其它物质生产合成气，再根据费托合成催化剂对合成气的要求，采用水煤气变换和合成气净化工艺对合成气进行处理，然后利用费托合成以处理后的合成气为原料生产烃类物资，同时还会产生含氧化合物的副产物，最后采用成熟的石油加工技术进行加工，生产出高质量且环境友好的油品。由此可以看出，费托合成技术对发展替代油品的生产技术具有非常重要的意义。

一般来讲，会选用浆态反应器进行费托合成，在合成过程中，气体原料以鼓泡的形式通过浆液(即液体和固体催化剂的混合物)，并带动反应器中的浆液运动发生催化反应，生成的液体产品经过滤分离或反应器顶部溢流离开反应器，气相产物及未反应的气体通过反应器顶部离开反应器，由此实现了气液固相反应过程。

以浆态反应器为例，其中安装的气体分布器是保证原料气体在床层中均匀分布的重要部件。由于费托合成是一种气液固三相反应，保证反应器中的气体均匀分布以使得气液固三相良好接触是费托合成技术的关键。现有气体分布器，虽然基本都能使得气体均匀分布，但是却会存在催化剂等颗粒易于沉积在反应器的底部的问题，明显降低了反应效率。通常情况下，要求进入浆态反应器入口空塔气速在15-40cm/s，另外，例如在专利CN101837270A中便提及了控制气速的重要性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种适用于多相流反应器的气体分布器，该适用于多相流反应器的气体分布器不仅能够使得气体均匀分布，而且能够将沉积的固体颗粒吹起，并使得固体颗粒不易被施加的喷吹力磨损。

为了实现上述目的，本发明提供一种适用于多相流反应器的气体分布器，该适用于多相流反应器的气体分布器包括具有开口端的通气管以及沿所述通气管的轴向分布的假板和至少一个气体分布层，其中，所述假板邻近所述开口端，与所述假板相邻的所述气体分布层的形状与所述假板的形状相一致，所述气体分布层与所述通气管相通且能够朝向所述假板喷出气体。

优选地，所述通气管竖直设置，所述开口端位于所述通气管的下端，所述假板的中心线与所述通气管的轴线重合，所述假板的顶面形成有朝向中心向下弯曲的第一弯曲面，与所述假板相邻的所述气体分布层形成有与所述第一弯曲面相适应的第二弯曲面。

优选地，该气体分布器包括邻近所述开口端的第一气体分布层和邻近与所述开口端相对的一端的第二气体分布层，每个所述气体分布层包括分布管，所述分布管包括以与所述通气管相通之处为起始点并向远离所述通气管延伸的多根主管，每根所述主管的两侧均连接有与该主管相通的多根支管，所述支管倾斜于相对应的所述主管且由与所述主管的连接之处向远离所述起始点延伸。

优选地，所述气体分布层包括均匀分布于同一所述起始点的主管，每根所述支管相对于对应的所述主管的倾斜角度均相同。

优选地，所述分布管上设置有与所述分布管相通并用于喷出气体的多个喷嘴，每个所述喷嘴包括喷嘴本体以及朝向所述假板的喷口，所述喷嘴本体远离所述分布管的一端具有开口，所述喷口形成于所述喷嘴本体的内部，并由所述喷嘴本体的内部向所述开口呈扩张状。

优选地，所述喷口形成为具有圆台状的内腔，所述圆台的母线与所述圆台的中心轴线所成的夹角为60-150°。

优选地，所述喷嘴沿竖直方向设置，所述分布管上设置有与所述分布管相通的多个侧喷嘴，所述侧喷嘴倾斜于所述喷嘴。

优选地，每两个所述侧喷嘴为一组，每组的两个所述侧喷嘴分别位于对应的所述喷嘴的两侧。

优选地，所述侧喷嘴的中心轴线与所述喷嘴的中心轴线所成的夹角为20-60°。

优选地，位于所述第一气体分布层中的主管的直径为位于所述第二气体分布层中的主管的直径的0.1-0.8倍，位于所述第一气体分布层中的支管的直径为位于所述第二气体分布层中的支管的直径的0.1-0.8倍，位于所述第一气体分布层中的喷口的内腔的上端的直径为位于所述第二气体分布层中的喷口的内腔的上端的直径的1-5倍。

优选地，所述第一气体分布层与所述第二气体分布层之间沿所述通气管的高度方向上的距离为50mm-200mm，所述第一气体分布层与所述假板之间沿所述通气管的高度方向上的距离为20mm-80mm。

在上述技术方案中，通过将与所述假板相邻的所述气体分布层的形状设置为与所述假板的形状相一致，则有利于由邻近所述假板的所述气体分布层喷出的气体能够将沉积于所述假板上的固体颗粒如催化剂吹起，如将该适用于多相流反应器的气体分布器安装于浆态反应装置中后，被吹起的催化剂能够均匀分布于位于所述假板上方的浆液(即液体和固体催化剂的混合物)中，并且由于所述假板和与其邻近的所述气体分布层的形状相一致，则向所述假板施加较小的喷吹力，便能够将沉积的固体颗粒吹起，而不易使得固体颗粒如催化剂受到磨损。

本发明的另一目的在于提供一种浆态反应装置，包括壳体和位于所述壳体内的气体分布器，所述气体分布器为本发明所提供的适用于多相流反应器的气体分布器，所述假板的外缘与所述壳体的侧壁连接，所述通气管沿所述壳体的高度方向延伸且开口端朝下。将本发明提供的适用于多相流反应器的气体分布器安装于浆态反应装置中，不仅能够使得气体均匀分布于位于所述假板的上方空间中，而且能够将沉积于所述假板上的固体颗粒如催化剂吹起，使其分布于浆液中，从而使得气液固三相保持良好的接触，提高了反应速率和反应产率。另外，由于与所述假板相邻的气体分布层与所述假板的形状相一致，通入较少以及速率较低的气体，便能将催化剂吹起，从而使得催化剂不易被磨损。

优选地，所述假板和所述壳体的底壁之间形成有与所述通气管的开口端相通的气腔。

优选地，所述浆态反应装置设置有进气组件，所述进气组件包括从所述壳体的侧壁插入所述气腔内的进气总管和与所述进气总管相通且朝向所述底壁的供气喷嘴。

优选地，所述壳体呈圆柱体，所述圆柱体的内径为D，所述气体分布层投影于水平面后呈圆盘状，所述气体分布器包括至少两个所述气体分布层，其中：与所述假板相邻的所述气体分布层的边缘与所述侧壁之间的距离为15％D-20％D，邻近与所述开口端相对的一端的所述气体分布层的边缘与所述侧壁之间的距离大于等于2.5％D。

本发明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发明的进一步理解，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发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明优选实施方式提供的浆态反应装置的整体结构示意图；

图2是根据本发明优选实施方式提供的适用于多相流反应器的气体分布器中的气体分布层的俯视结构示意图；

图3是图1中所示的气体分布层中的喷嘴与侧喷嘴的优选的分布结构示意图；

图4是图3中所示的喷嘴的剖面结构示意图。

附图标记说明

1 气体分布器 1131 喷口

10 通气管 1132 开口

100 开口端 114 侧喷嘴

101 盲端 12 假板

11 气体分布层 2 壳体

11a 第一气体分布层 20 底壁

11b 第二气体分布层 21 侧壁

110 起始点 22 气腔

111 主管 23 排污口

112 支管 3 进气组件

113 喷嘴 30 进气总管

1130 喷嘴本体 31 供气喷嘴

具体实施方式

以下结合附图对本发明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发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指结合实际应用中的方向或附图中所示的方向理解，“内、外”是指以朝向气体分布层的中心为“内”，以朝向气体分布层的外周方向为“外”。

本发明提供了一种适用于多相流反应器的气体分布器，该适用于多相流反应器的气体分布器1包括具有开口端100的通气管10以及沿通气管10的轴向分布的假板12和至少一个气体分布层11，其中，假板12邻近所述开口端100，与假板12相邻的气体分布层11的形状与假板12的形状相一致，气体分布层11与通气管10相通且能够朝向假板12喷出气体。通过将与假板12相邻的气体分布层11的形状设置为与假板12的形状相一致，则有利于由邻近假板12的气体分布层11喷出的气体能够将沉积于假板12上的固体颗粒如催化剂吹起，如将该适用于多相流反应器的气体分布器1安装于浆态反应装置中后，被吹起的催化剂能够均匀分布于位于假板12上方的浆液(即液体和固体催化剂的混合物)中，并且由于假板12和与其邻近的气体分布层11的形状相一致，则向假板12施加较小的喷吹力，便能够将沉积的固体颗粒吹起，而不易使得固体颗粒如催化剂受到磨损。可以理解的是，当假板12形成为水平面时，邻近假板12的气体分布层11也形成为与假板12相平行的水平面，而当假板12形成为弯曲面(记为第一弯曲面)时，邻近假板12的气体分布层11也形成为与第一弯曲面弯曲程度相同以及弯曲朝向相同的弯曲面(记为第二弯曲面)。当然假板12也可以形成为其他形状，只要符合实际需求即可，与此同时，使得假板12与假板12邻近的气体分布层11的形状保持一致。

优选地，通气管10竖直设置，开口端100位于通气管10的下端，假板12的中心线与通气管10的轴线R-R(如图1中所示)相重合，如图1中所示的方位，假板12的顶面形成有朝向中心向下弯曲的第一弯曲面，与假板12相邻的气体分布层11形成有与第一弯曲面相适应的第二弯曲面，关于对相适应的理解，在前述中已被提到，此处不再赘述。另外，将假板12与气体分布层11相对的表面设置为光滑的表面，则更有利于沉积的固体颗粒如催化剂被吹起。

为了能够进一步使得气体均匀分布于假板12的上方空间，通气管10的与开口端100相对的一端为盲端101。另外，适用于多相流反应器的气体分布器1包括邻近开口端100的第一气体分布层11a和邻近与开口端100相对的一端(即邻近盲端101)的第二气体分布层11b。另外，由于设置了第二气体分布层11b，不邻近假板12的第二气体分布层11b也能够向假板12喷出气体，于是与邻近假板12的第一气体分布层11a相配合，更加利于沉积的固体颗粒如催化剂被吹起。需要提到的是，催化剂磨损的一个原因是，当将适用于多相流反应器的气体分布器1应用于一些设备如浆态反应装置中，催化剂受到的喷吹力过大有可能会与浆态反应装置的壳体发生碰撞而受到磨损。由于非邻近假板12的第二气体分布层11b与假板12之间的距离相对较远，因此对假板12的喷吹力小，不仅更加有利于催化剂被吹起而且不易于磨损催化剂。当然，还可根据实际需求沿通气管10的轴向设置多个气体分布层11。需要提到的是，对于并不邻近假板12的气体分布层11的形成形状并没有特别限制，当然为了便于制备，优选并不邻近假板12的气体分布层11形成为平直面。

为了使得第一气体分布层11a与第二气体分布层11b之间进行更好的配合，使得气体均匀稳定的分布于假板12上方的空间，第一气体分布层11a与第二气体分布层11b之间沿通气管10的高度方向上的距离为50mm-200mm，进一步地优选为70mm-140mm，另外，第一气体分布层11a与假板12之间沿通气管10的高度方向上的距离为20mm-80mm，以便于向第一气体分布层11a中通入更少的气体便能够将沉积的固体颗粒如催化剂吹起，进一步地，第一气体分布层11a与假板12之间沿通气管10的高度方向上的距离优选为40mm-60mm。

在上述适用于多相流反应器的气体分布器1中，其中气体分布层11的形式可为多种，只要能够使得气体喷出即可。如图2中所示，每个气体分布层11包括分布管，其中所述分布管包括以与通气管10相通之处为起始点110并向远离通气管10延伸的多根主管111，每根主管111的两侧均连接有与该主管111相通的多根支管112，支管112倾斜于相对应的主管111且由与主管111的连接之处向远离起始点110延伸，选用这样的结构，气体至少能够均匀分布于该气体分布层11所覆盖的区域中。若将这样的气体分布层11应用于浆态反应装置中后，能够保证位于假板12的上方的气液固三相的良好接触，提高了反应效率以及反应产率。

进一步地，在气体分布层11中，多根主管111均匀分布于同一起始点110，也就是说，多根主管111均匀分布于通气管10的同一圆周面上，更具体地，如图2中所示，可使得四根主管111均匀分布于同一起始点110，另外，每根支管112相对于对应的主管111(即与支管112相连接的主管111)的倾斜角度均相同，由于主管111和支管112基本均匀分布于同一平面内，进一步使得气体均匀分布于假板12的上方空间中。可以理解的是，当与假板12相邻近的气体分布层11呈弯曲面时，所述分布管也会呈弯曲状。此外，为了便于应用于其他设备如浆态反应装置中，整体上来讲，每个气体分布层11投影于水平面后呈圆盘状。

另外，可将主管111和支管112远离起始点110的一端均形成为封闭端，以利于气体从气体分布层11中喷出。

为了能够使得气体喷出，可在所述分布管上开设气孔或者设置喷嘴，当然也可以为设置其他部件，只要使得气体喷出即可。优选在所述分布管上设置与所述分布管相通并用于喷出气体的多个喷嘴113，喷嘴113包括朝向假板12的喷口1131，设置喷嘴113后，能够使得气体更加均匀稳定的喷出，此外，还便于控制气体的喷出速度，不至于过大也不至于过小，可完全根据需求进行调节。

喷嘴113的优选结构可参见图4，喷嘴113包括喷嘴本体1130，喷嘴本体1130远离所述分布管的一端具有开口1132，喷口1131形成于喷嘴本体1130的内部，并由喷嘴本体1130的内部向开口1132呈扩张状，由于喷口1131设置于喷嘴本体1130的内部，且喷口1131呈扩张状，不仅有利于节省空间，而且使得气体向外喷出时，先通过小口，而后通过大口向外扩散，进一步提高了喷出的气体的均匀分布性，同时还降低了气体的流速，这样也能够减少对催化剂的磨损。

优选地，喷口1131形成为具有圆台状的内腔，所述圆台的母线与所述圆台的中心轴线r2-r2所成的夹角为60-150°。

当适用于多相流反应器的气体分布器1中包括有第一气体分布层11a和第二气体分布层11b时，位于第一气体分布层11a中的主管111的直径为位于第二气体分布层11b中的主管111的直径的0.1-0.8倍，由于第一气体分布层11a中的主管111的直径相对较小，这样由通气管10通入到第一气体分布层11a中的气体相对较少，使得第一气体分布层11a喷出的气流量较少，从而既能够吹起沉积于假板12的催化剂又不会磨损催化剂，进一步优选地，位于第一气体分布层11a中的主管111的直径为位于第二气体分布层11b中的主管111的直径的0.3-0.6倍；另外，还可使得位于第一气体分布层11a中的喷口1131的内腔的上端的直径为位于第二气体分布层11b中的喷口1131的内腔的上端的直径的1-5倍，这样便能够使得位于第一气体分布层11a中的喷嘴喷出的气流速度明显低于位于第二气体分布层11b中的喷嘴喷出的气流速度，同时使得固体颗粒如催化剂获得的速率也较低，即使撞击到器壁上，也不易被磨损，进一步优选地，位于第一气体分布层11a中的喷口1131的内腔的上端的直径为位于第二气体分布层11b中的喷口1131的内腔的上端的直径的2-3倍。更具体地，在第二气体分布层11b中，位于该层的喷口1131的内腔的上端的直径1mm-2mm，则该内腔的下端的直径为4mm-8mm。同样的，为了进一步减少进入邻近假板12的气体分布层11中的气体以及气体流速，位于第一气体分布层11a中的支管112的直径为位于第二气体分布层11b中的支管112的直径的0.1-0.8倍，进一步地，优选为0.3-0.6倍。当多相流反应器如浆态反应器入口空塔气速在15-40cm/s之间时，第一气体分布层11a中的喷嘴喷出的气体的速度可为2-5m/s，第二气体分布层11b中的喷嘴喷出的气体的速度可为10-15m/s。由此，与假板12相邻的气体分布层11的气速较小，既能将催化剂吹起又不会磨损催化剂，而远离假板12的气体分布层11的气速较大，也能够将催化剂吹起并且由于与假板12的距离较远，因此也不会磨损催化剂，与此同时，由于各个气体分布层11中的喷嘴喷出的气体速度不一致，使得反应器内的气体均匀分布。

此外，还可在所述分布管上设置与所述分布管相通的多个侧喷嘴114，其中，喷嘴113沿竖直方向设置，侧喷嘴114倾斜于喷嘴113。除了在所述分布管上设置喷嘴113外，还设置了倾斜的侧喷嘴114，这样使得气体能够从不同方向喷出，进一步提高了气体分布的均匀性。具体采用下述方式设置侧喷嘴114：每两个侧喷嘴114为一组，每组的两个侧喷嘴114分别位于对应的喷嘴113的两侧，即每组的两个侧喷嘴114分别位于与该两个侧喷嘴114基本排列在一起的喷嘴113的两侧，优选地，每组的两个侧喷嘴114对称分布于相对应的喷嘴113的两侧，以使得气体更加均匀的分布。另外，优选侧喷嘴114的结构与喷嘴113的结构一致，则便于喷出稳定均匀的气体，关于喷嘴113的结构在前述中以被提到，此处不再赘述。

如图3中所示，侧喷嘴114的中心轴线r1-r1与喷嘴113的中心轴线r-r所成的夹角为20°-60°，进一步地，优选为30°-45°。

本发明还提供了一种浆态反应装置，如图1中所示，包括壳体2和位于壳体2内的气体分布器1，气体分布器1为本发明所提供的适用于多相流反应器的气体分布器1，其中，假板12的外缘与壳体2的侧壁21连接，实际中，假板12可与壳体2为一体结构，通气管10沿壳体2的高度方向延伸且开口端100朝下。将本发明提供的适用于多相流反应器的气体分布器1安装于浆态反应装置中，不仅能够使得气体均匀分布于位于假板12的上方空间中，而且能够将沉积于假板12上的固体颗粒如催化剂吹起，使其分布于浆液中，从而使得气液固三相保持良好的接触，提高了反应速率和反应产率。另外，由于与假板12相邻的气体分布层11与假板12的形状相一致，通入较少以及速率较低的气体，便能将催化剂吹起，从而使得催化剂不易被磨损。

需要说明的是，在上述浆态反应装置中，包括底壁20和侧壁21的壁围合形成了壳体2。实际应用中，选用封头作为底壁20。

如图1中所示，假板12和壳体2的底壁20之间形成有与通气管10的开口端100相通的气腔22，当将外部的气源引入气腔22中时，由于气腔22的设置，不仅使得通入的气体能够在气腔22中得到缓冲以稳定的进入到通气管10中，而且当从外部引入的气体压力不稳或者中断时，能够使得位于假板12上方的浆液逆流进入气腔22中，更优选地，在壳体2的底壁20上设置排污口23，则逆流进入气腔22的浆液有排污口23排出，由此，避免了浆液逆流进入气体分布层11中进而堵塞气体分布层11中的分布管。

在所述浆态反应装置中还可设置进气组件3，进气组件3包括从壳体2的侧壁21插入气腔22内的进气总管30和与进气总管30相通且朝向底壁20的供气喷嘴31，其中供气喷嘴31优选形成为喇叭口。由于供气喷嘴31朝向底壁20喷气，气体在底壁20被折流后向上进入到通气管10中，进入气体分布层11后，再通过多个喷嘴113和侧喷嘴114喷出，到达假板12的上表面后再折流向上，最终均匀的分布于假板12的上方的浆液中，同时喷出的气体还能够吹扫沉积的催化剂。

进一步地，壳体2呈圆柱体，所述圆柱体的内径为D，气体分布层11投影于水平面后呈圆盘状，气体分布器1包括至少两个气体分布层11，其中：与假板12相邻的气体分布层11的边缘与侧壁21之间的距离为15％D-20％D，邻近与开口端100相对的一端的气体分布层11的边缘与侧壁21之间的距离大于等于2.5％D，于是，不仅使得气体分布器1便于安装，而且能够防止对气体在浆液中运动的干扰。另外，由于对气体分布层11的边缘与壳体2的侧壁21之间距离的设定，还是得气体分布的更加均匀，最大程度地防止催化剂沉降和催化剂被磨损。

下面通过具体的实例进一步说明本发明的所提供的适用于多相流反应器的气体分布器以及浆态反应装置的效果。

将本发明提供的适用于多相流反应器的气体分布器安装于浆态反应装置中，其中所述壳体2呈圆柱体，所述圆柱体的内径为0.5m，在所述第二气体分布层11b中：主管111的直径为40mm，支管112的直径为30mm，喷嘴本体1130的管径为4mm，该喷嘴本体1130的长度为10mm，喷口1131的内腔的上端的直径为2mm；在所述第一气体分布层11a中，主管111的直径为20mm，支管112的直径为15mm，喷嘴本体1130的管径为8mm，该喷嘴本体1130的长度为20mm，喷口1131的内腔的上端的直径为4mm。在上述浆态反应装置中进行下述试验：在所述假板12的上方加入由固体粉末状的催化剂和液体石蜡(作为介质)混合形成的浆液，其中，催化剂的粒度范围为30～150um，同时将通入的气速维持在0.25m/s。

经过检测可以得知，第二气体分布层11b中的喷嘴喷出的气体的速度为11m/s，第一气体分布层11a中的喷嘴喷出的气体的速度为3m/s。

另外，通观察发现所述假板12上没有催化剂沉积，并通过相关检测得知该浆态反应装置中的气体分布均匀，反应结束后，检测此时在该浆态反应装置中的催化剂粒径，与反应初始阶段加入的催化剂相比，几乎没有变化。

由此可以得知，本发明提供的的适用于多相流反应器的气体分布器以及浆态反应装置的结构合理，效果显著，不仅使得气体均匀分布，而且使得催化剂不易于沉积在假板上且基本不会被喷吹力磨损。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

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，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。