一种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，流化床聚合反应器、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壳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壳体差，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：

提供了一种气流分布板，由平板形气流分布板改进形成，其中，所述气流分布板包括沿所述气流分布板的中轴线向上凸起的凸起结构以及沿所述凸起结构的周沿向下延伸至反应器的筒体内壁的分布板本体结构。

其中，所述凸起结构为拱形结构。

其中，所述分布板本体结构为上凸的双曲面结构、下凹的双曲面结构和圆锥面结构中的任一种或者任几种的组合。

其中，所述分布板本体结构与水平面之间的夹角设置为20°至30°。

其中，所述气流分布板设置有沿径向排布的气流孔。

其中，所述气流分布板包括位于中间设置的极板以及沿所述极板的周沿延伸设置的分布板本体结构，该分布板本体结构为由若干个折边瓦片拼接连接设置的分布板本体结构。

其中，所述折边瓦片的周侧开设有导料孔。

本申请的目的之二通过以下技术方案实现：

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气流分布板。

其中，所述内支承结构包括设置于所述筒体的内壁的支承环、用于承载所述气流分布板的支承网架以及设置于所述支承网架上方的密封支承导料结构。

其中，所述密封支承导料结构包括L形设置的料槽堰板以及从所述料槽堰板倾斜至所述气流分布板的导料体，所述料槽堰板密封连接于所述筒体的内壁。

本申请的有益效果：本申请的一种气流分布板，由平板形气流分布板改进形成，其中，所述气流分布板包括沿所述气流分布板的中轴线向上凸起的凸起结构以及沿所述凸起结构的周沿向下延伸至反应器的筒体内壁的分布板本体结构。本申请的气流分布板和下封头形成口对口的围闭大空间关系，淘汰原来的漏斗形分布板深入下封头内形成重叠的套装窄小间隙关系的结构，改善了从反应器底部进来的工艺气进入大空间后的流态，流速减缓，压力均衡，避免冲击振动，然后再通过气流分布板上的径向开口流出，使从反应器上部下来的物料形成均衡的流化床。本申请的气流分布板空间在上升的过程中逐渐收缩，为保持稳定的气压提供了结构保证，而原来的漏斗状的倒圆锥形结构正好相反，气流分布板下面的空间在上升的过程中逐渐扩大，很难调控气压。相比之下，本技术非常有利于径向开口流出的工艺气以及分布板上面的工艺气维持相对稳定的气压的工况，除此之外，本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，使得具有该气流分布板的反应器的操作的弹性更大，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是本申请的一种气流分布板的其中一种结构示意图。

图2是本申请的一种气流分布板的其中一种结构示意图。

图3是本申请的一种气流分布板的内支承结构沿周向A向视角的结构示意图。

图4是本申请的一种气流分布板的内支承结构沿俯视B向视角的结构示意图。

图5是本申请的一种气流分布板的其中一种结构示意图。

图6是本申请的一种气流分布板的其中一种结构示意图。

图7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、图6和图7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，气流分布板9，凸起结构91，分布板本体结构92，支承网架11，料槽堰板12，导料体13，折边瓦片14，气流孔15，导料孔16，支承桁架17，椭圆形封头18，圆锥形封头19。

A是气流分布板的支承结构周向方向，B是气流分布板的支承结构的俯视方向，C是产品颗粒在气流分布板上表面的移动方向。

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。

本申请的一种气流分布板的具体实施方式之一，参考图1所示，其结构由平板形气流分布板改进形成，本申请的创新之处在于，所述气流分布板包括沿所述气流分布板的中轴线向上凸起的凸起结构91以及沿所述凸起结构91的周沿向下延伸至反应器的筒体1内壁的分布板本体结构92。本申请创新的气流分布板和下封头形成口对口的围闭大空间关系，淘汰原来的漏斗形分布板深入下封头内形成重叠的套装窄小间隙关系的结构，改善了从反应器底部进来的工艺气进入大空间后的流态，流速减缓，压力均衡，避免冲击振动，然后再通过气流分布板上的径向开口流出，使从反应器上部下来的物料形成均衡的流化床。本申请的气流分布板空间在上升的过程中逐渐收缩，为保持稳定的气压提供了结构保证，而原来的漏斗状的倒圆锥形结构正好相反，气流分布板下面的空间在上升的过程中逐渐扩大，很难调控气压。相比之下，本技术非常有利于径向开口流出的工艺气以及分布板上面的工艺气维持相对稳定的气压的工况，除此之外，本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，使得具有该气流分布板的反应器的操作的弹性更大，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。

具体的，所述凸起结构91为拱形结构。具有尖顶而且高耸的圆锥形分布板会造成流化床风速分布不均匀，其不良表现是在高风速区，高速气流携带固体颗粒以气涡形式自下而上运动，在低风速区，固体颗粒在自身重力作用下缓慢下降，从而形成循环运动。区别于现有技术，本申请采用拱形顶的结构，避免了上述记载的问题缺陷。

具体的，参考图1、图5和图6所示，所述分布板本体结构92为圆锥面结构。本申请创新的具有拱形顶的圆锥结构和下封头形成口对口的围闭大空间关系，淘汰原来的漏斗形分布板深入下封头内形成重叠的套装窄小间隙关系的结构，改善了从反应器底部进来的工艺气进入大空间后的流态，流速减缓，压力均衡，避免冲击振动，然后再通过气流分布板上的径向开口流出，使从反应器上部下来的物料形成均衡的流化床。

具体的，所述分布板本体结构92与水平面之间的夹角设置为20°至30°。具有尖顶而且高耸的圆锥形分布板会造成流化床风速分布不均匀，其不良表现是在高风速区，高速气流携带固体颗粒以气泡形式自下而上运动，在低风速区，固体颗粒在自身重力作用下缓慢下降，从而形成循环运动。综合考虑固体颗粒体积分数与速度，宜设计为矮小的小山坡结构的分布板，选择分布板倾斜角度在20~30°之间较为合适。

具体的，参考图2所示，所述气流分布板设置有沿径向排布的气流孔15。径向排布的气流孔15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。上述开口的设置可以考虑相互错开的方式，便于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。工艺气进入反应器底部后通过气流分布板上的上述径向设置的气流孔15喷出，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产品流化床状态。

具体的，参考图2、图3和图4所示，所述气流分布板包括位于中间设置的极板以及沿所述极板的周沿延伸设置的分布板本体结构92，该分布板本体结构92为由若干个折边瓦片14拼接连接设置的分布板本体结构92。如图2所示，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，中间较高的呈拱形结构的极板使其具有自稳性，折边瓦片14方便颗粒产品在自重作用下流向周边，也便于颗粒产品和气体分流。

另，上述气流孔15的开口尺寸根据折边瓦片14所在径向位置有不同的优化。靠近反应器的筒体1内壁的径向设置的气流孔15的气压与靠近反应器中间的径向设置的气流孔15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，使气流分布板以上的流化床工况均衡。

另，上述气流孔15的开口形状根据折边瓦片14所在径向位置有不同的优化。也是为了使气流分布板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。

另，所述气体分布板折边瓦片14的厚度根据瓦片所在径向位置有不同的优化。靠近反应器壳壁的折边瓦片14承受反应器中间的瓦片的重量作用，也承受更多的产品重量作用，需要更强的厚度。

具体的，参考图3所示，所述折边瓦片14的周侧开设有导料孔16。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。

实施例2。

本申请的一种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。本实施例与实施例1的区别在于，参考图7反应器结构中的气流分布板所示，其中，所述分布板本体结构92为上凸的双曲面结构。

实施例3。

本申请的一种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。本实施例与实施例1的区别在于，其中，所述分布板本体结构92为下凹的双曲面结构。

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7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9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9为上述实施例1所述的一种气流分布板9。当然还可以选择上述实施例2和实施例3中的任一种气流分布板9结构。

具体的，所述内支承结构包括设置于所述筒体1的内壁的支承环7、用于承载所述气流分布板9的支承网架11以及设置于所述支承网架11上方的密封支承导料结构。其中，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要保留间隙，一般可以焊接在反应器筒体1的内壁上；支承网架11则安放在支承环7上，两者之间的支承接触面可以径向滑动，但是不能周向转动，滑动设置可以避免支承网架11被反应器的变形位移而引起扭曲变形。

该气体分布板是由中间的极板和周边的折边瓦片14的组合结构，所述气流分布板9的极板和瓦片的支承结构是由梁组成的拱网结构，极板和瓦片被螺栓紧固到底下的支承网架11上。还可以是，所述气体分布板极板和瓦片的支承结构是柱和梁组成的桁架结构，支承桁架17通过焊接或其他方式固定在反应器的筒体1内壁面上。如图6所示，则支承桁架17固定在反应器的筒体1的内壁面上。

如图1所示，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，中间较高的呈拱形结构的极板使其具有自稳性，瓦片方便颗粒产品在自重作用下流向周边，也便于颗粒产品和气体分流，靠近反应器壳壁的圆锥面倾斜角与反应器中间的圆锥面倾斜角可以不同，以便降低整个拱形的高度，扩大反应区空间，圆锥面倾斜角的大小可通过产品颗粒的自锁角测定，只要圆锥面倾斜面使产品颗粒无法堆积滞留即可。支承网架11支承在支承环7上，两者之间的支承接触面可以径向滑动，以免支承网架11被反应器的变形位移扭曲变形，支承环7则焊接在反应器的内壁面上。

具体的，所述密封支承导料结构包括L形设置的料槽堰板12以及从所述料槽堰板12倾斜至所述气流分布板9的导料体13，所述料槽堰板12密封连接于所述筒体1的内壁。如图5所示，其中料槽堰板12的L形状使得与反应器筒体1的内壁接触具有弹性，始终与筒体1的内壁接触，没有间隙，避免工艺气沿筒体1的内壁短路上升。导料体13的作用是引导下滑到周边的导料槽的颗粒进一步集中到瓦片的料口，流到反应器下部从封头底部的开口接管出去。

该密封支承导料结构与气流分布板9配套的周边结构，参考图2的气流分布板9周边支承结构立体图，图3的气流分布板9周边支承结构沿周向A的视图，图4的气流分布板9周边支承结构沿俯视B向的视图，其中料槽堰板12的L形状使得与反应器的筒体1内壁接触具有弹性，料槽堰板12应在气流分布板9中的折边瓦片14安装检查无误后，才能安装，通过螺栓紧固到支承网架11或折边瓦片14上，注意调整料槽堰板12的L形状，使得其被拧紧后与壳体内壁有一定的弹性压紧接触，没有间隙，避免工艺气沿反应器筒体1的内壁短路上升。导料体13则通过小参数的施焊焊接到料槽堰板12，组焊中要注意消除间隙，避免产品颗粒通过间隙藏匿。

因此，相比之下，本技术非常有利于径向开口流出的工艺气以及气流分布板9上面的工艺气维持相对稳定的气压的工况，具有上述气流分布板9的反应器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，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。

上述气流分布板9的建造过程包括：(1) 按反应器的结构参数和产品颗粒大小，初步设计气流分布板9的倾斜角及其他主体尺寸，并根据气流分布板9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气流分布板9的分布；(3)设计气流分布板9上的气流孔15，进行流态的数值模拟分析，并调整优化结构；(4) 设计导料孔16；(5)根据确定的分布板结构设计其支承网架11和支承环7；(6)冲压分布板瓦片，预组装检测其整体组装性；(7)组焊支承环7，避免过大的焊接残余应力，必要时通过热处理消除焊接残余应力，并修磨支承环7的支承面平整；(8) 同时采用底参数组焊支承网架11，避免过大的焊接残余应力；(9)临时固定支承网架11到支承环7上，安装分布板瓦片和极板后，再安装料槽堰板12和导料体13；(10)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紧固支承网架11和支承环7的临时螺栓，使两者能相对滑动。

另，反应器直径较大时，位于筒体1下部的球形下封头3或者椭圆形下封头18（参考图6所示）可以采用圆锥形下封头19（参考图7所示）的结构，在功能上，相比于前者，有利于产品颗粒在气流分布板9的下方聚集，在设备制造上有利于简化工艺技术。

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。