流化床反应器的制作方法

本实用新型属于化工技术领域，特别是涉及一种流化床反应器。

背景技术：

由于甲醇制烯烃和芳烃反应的放热量大、催化剂易失活的特性，现开发有固定床和流化床两种反应器。早期Mobil开发的甲醇制汽油、Lurgi的MTP工艺、中科院山西煤化所的甲醇制芳烃采用的固定床工艺；Mobil后期在美国和德国政府的资助下开发了流化床工艺、中科院大连化学物理研究所已经工业化的甲醇制烯烃(MTO)、清华大学工业化示范的甲醇制芳烃项目(MTA)均采用的是流化床工艺。大体是根据其研发的催化剂性能和掌握的反应器技术进行的工艺选择。

山西煤化所开发的第一代固定床制芳烃专利(200610048298.9)装置产物中BTX含量约25％。在第一代固定床反应器中上部和中部催化剂由于积炭失活导致甲醇不能完全转化而需要进行再生，而反应器下部催化剂却得不到完全利用，并且反应产物继续流经下部的催化剂时会发生副反应，使得产物的收率以及经济性下降。为了充分利用反应器内的催化剂活性以及降低整体反应器催化剂再生频率，于是第二代多段进口和出口的固定床反应器(200710185469.7)运应而生：该反应器采用多段进口和出口每段进口和出口将催化剂床层分割成单独的反应区，这样反应产物可以及时的移到反应器外部，避免发生次生反应。

为了克服单体固定床设备芳构化反应间歇操作的缺点，清华大学提出了一种采用流化床连续反应再生的方法(200810102684.0)，该装置实现了甲醇芳构化和催化剂再生连续性，并于2012年在华电煤业化工基地万吨级的甲醇制芳烃工业试验装置试车成功。FMTA技术与固定床相比有如下优势：芳构化反应器和催化剂再生器的在催化剂再生过程中运行平稳；催化剂再生设备小，能源消耗少；芳烃可以连续生产，过程紧凑。在加压操作的过程中，反应产生的热绝对量较大，单个流化床的换热面积有限，不能无限增加，为后续设备放大一大障碍，而后设计了多段流化床(201310346922.3)，各个反应段可以看做单独操作，固其放大效应也较小。多段流化床与单段流化床相比，因为其上下两段使用分布板进行隔离，可以阻止气体的返混，故得到的芳烃产率比较高。

从上面的固定床和流化床工艺的改进路线可以看到，将反应器进行分割，采用多段进行反应是提高反应转化率和产物选择性的一个比较好的方法。故设计一个颗粒浓度大，轴向返混少的流化床反应器是该非常适合该反应体系的。从现有的甲醇制芳烃的小试和中试结果也可以看到采用流化床装置进行反应，芳烃产物的选择性高于固定床。流化床按照气固两相的运动状况可以分为鼓泡、湍动、循环等操作状态，尤以湍动和循环两种状态应用的较多。循环流化床颗粒可以进行循环但轴向存在着上稀下浓、径向上中间稀边壁浓的“环核结构”，整体上颗粒浓度也较稀，固含率低、传热效果差。湍动流化床颗粒浓度较高，但其返混比较严重。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种流化床反应器，用于解决现有技术中的循环流化床固含率低、传热效果较差以及湍动流化床的气固返混严重现象，并可以流化段径向颗粒分布不均等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种流化床反应器，所述流化床反应器包括：

气体均布装置，所述气体均布装置包括进口端及出口端；

流化段，所述流化段的底部与所述气体均布装置的出口端相连通；

扩大段，所述扩大段的底部与所述流化段的顶部相连通；

气固分离装置，所述气固分离装置包括进口端及出口端；所述气固分离装置的进口端与所述扩大段的顶部相连通；

三通阀，所述三通阀包括一个进口端及两个出口端，所述三通阀的进口端与所述气固分离装置的出口端相连通；

储料罐，所述储料罐的顶部与所述三通阀的一出口端相连通；

返料装置，位于所述储料罐的下方，所述返料装置包括进口端及出口端；

立管，位于所述储料罐与所述返料装置之间，所述立管的一端与所述储料罐的底部相连通，另一端与所述返料装置的进口端相连通；

第一开关阀，位于所述立管内；

返料管，所述返料管的一端与所述返料装置的出口端相连通，另一端与所述流化段的内部相连通；

第二开关阀，位于所述返料管内。

作为本实用新型的流化床反应器的一种优选方案，所述气体均布装置为文丘里气体均布器。

作为本实用新型的流化床反应器的一种优选方案，所述气固分离装置与所述扩大段的顶部经由C型接口相连通。

作为本实用新型的流化床反应器的一种优选方案，所述扩大段的底部呈60°～90°锥角；所述扩大段的顶部呈25°～30°锥角。

作为本实用新型的流化床反应器的一种优选方案，所述气固分离器为旋风气固分离器。

作为本实用新型的流化床反应器的一种优选方案，所述返料管与所述流化段的连通处至所述流化段底部的距离为所述流化段总长度的1/4。

作为本实用新型的流化床反应器的一种优选方案，所述返料装置为U型返料装置。

作为本实用新型的流化床反应器的一种优选方案，所述返料装置的底部还设有第一进气口及第二进气口，所述第一进气口及所述第二进气口均与所述返料装置内部相连通。

作为本实用新型的流化床反应器的一种优选方案，所述流化床反应器还包括第三开关阀及第一法兰；所述储料罐的顶部与所述三通阀的一出口端相连通；所述第三开关阀位于所述三通阀内，且靠近所述三通阀与所述储料罐顶部相连通的出口端；所述第一法兰覆盖于所述储料罐的顶部。

作为本实用新型的流化床反应器的一种优选方案，所述流化床反应器还包括分布板及分形布气装置；所述分布板位于所述气体均布装置与所述流化段之间；所述分形布气装置位于所述分布板与所述流化段之间。

作为本实用新型的流化床反应器的一种优选方案，所述流化床反应器还包括二次进气装置，所述二次进气装置位于所述扩大段底部。

作为本实用新型的流化床反应器的一种优选方案，所述流化床反应器还包括：

测量管，所述测量管的顶部与所述三通阀的另一出口端相连通；

第四开关阀，位于所述三通阀内，且靠近所述三通阀与所述测量管顶部相连通的出口端；

连接管，所述连接管一端与所述测量管的底部相连通，另一端与所述立管相连通。

作为本实用新型的流化床反应器的一种优选方案，所述第一开关阀、所述第二开关阀、所述第三开关阀及第四开关阀均为蝶阀。

作为本实用新型的流化床反应器的一种优选方案，所述流化床反应器还包括第五开关阀，所述第五开关阀位于所述测量管的底部。

作为本实用新型的流化床反应器的一种优选方案，所述第五开关阀为球阀。

作为本实用新型的流化床反应器的一种优选方案，所述流化床反应器还包括排料管及第二法兰；所述排料管与所述测量管底部相连通，所述第二法兰位于所述排料管的底部。

如上所述，本实用新型提供一种流化床反应器，具有如下有益效果：

本实用新型的流化床反应器的流化段及扩大段上未设置进料管路及出料管路，避免了几何结构对流态化质量的影响；

流化段的底部设置气体均布装置，可以确保流化段颗粒径向分布比较均一；

通过在扩大段设置二次进气装置，可以降低流化床整体压降，从而减少动力消耗；

储料罐下方设置U型返料装置，在返料侧整体高度不足以依靠物料颗粒自重进入流化段时，采用U型返料装置能有效的控制进入流化段的物料颗粒量，确保流化床稳定运行；

本实用新型的流化床反应器适用于气固两相，固体循环量大，固含率高，气固接触效率高，轴向颗粒返混少，具有较为均一的宏观流动结构，可以满足碳一催化转化反应高放热、催化剂易失活的反应特性。

附图说明

图1显示为本实用新型提供的流化床反应器的结构示意图。

图2显示为本实用新型提供的流化床反应器中的气体线路图。

元件标号说明

10 气体均布装置

11 流化段

12 扩大段

13 气固分离装置

14 三通阀

15 储料罐

16 返料装置

161 第一进气口

162 第二进气口

17 立管

18 第一开关阀

19 返料管

20 第二开关阀

21 第三开关阀

22 第一法兰

23 分布板

24 分形布气装置

25 二次进气装置

26 测量管

27 第四开关阀

28 连接管

29 第五开关阀

30 排料管

31 第二法兰

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1及图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，虽图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，本实用新型提供一种流化床反应器，所述流化床反应器包括：气体均布装置10，所述气体均布装置10包括进口端及出口端；流化段11，所述流化段11的底部与所述气体均布装置10的出口端相连通；扩大段12，所述扩大段12的底部与所述流化段11的顶部相连通；气固分离装置13，所述气固分离装置13包括进口端及出口端；所述气固分离装置13的进口端与所述扩大段12的顶部相连通；三通阀14，所述三通阀14包括一个进口端及两个出口端，所述三通阀14的进口端与所述气固分离装置13的出口端相连通；储料罐15，所述储料罐15的顶部与所述三通阀14的一出口端相连通；返料装置16，所述返料装置16位于所述储料罐15的下方，所述返料装置16包括进口端及出口端；立管17，所述立管17位于所述储料罐15与所述返料装置16之间，所述立管17的一端与所述储料罐15的底部相连通，另一端与所述返料装置16的进口端相连通；第一开关阀18，所述第一开关阀18位于所述立管17内；返料管19，所述返料管19的一端与所述返料装置16的出口端相连通，另一端与所述流化段11的内部相连通；第二开关阀20，所述第二开关阀20位于所述返料管19内。本实用新型的流化床反应器的所述流化段11及所述扩大段12上未设置进料管路及出料管路，避免了几何结构对流态化质量的影响；同时，所述流化段11的底部设置所述气体均布装置10，可以确保所述流化段11颗粒径向分布比较均一。

作为示例，所述气体均布装置10可以为但不仅限于文丘里气体均布器。

作为示例，所述气固分离装置13与所述扩大段12的顶部经由C型接口相连通。

作为示例，所述扩大段12的底部呈倒梯台形，所述扩大段12的底部呈60°～90°锥角；所述扩大段12的顶部呈梯台形，所述扩大段12的顶部呈25°～30°锥角。

作为示例，所述流化段11及所述扩大段12的尺寸可以根据实际需要进行设定，在一示例中，所述流化段11与所述扩大段12的总高度可以为但不仅限于5m，所述流化段11的直径可以为但不仅限于0.1m，所述扩大段12的直径可以为但不仅限于0.2m。

作为示例，所述流化段11及所述扩大段12的材料可以为但不仅限于有机玻璃。

作为示例，所述气固分离器13可以为但不仅限于旋风气固分离器。

作为示例，所述返料装置16与所述流化段11的连通处至所述流化段11底部的距离可以根据实际需要进行设定；优选地，本实施例中，所述返料装置16与所述流化段11的连通处至所述流化段11底部的距离为所述流化段11总长度的1/4。

作为示例，所述返料装置16的出口端的高度高于所述返料装置16与所述流化段11的连通处的高度，即所述返料装置16的出口端位于所述返料装置16与所述流化段11的连通处的上方。

作为示例，所述返料装置16的形状可以根据实际需要进行设定；优选地，本实施例中，所述返料装置16为U型返料装置。将所述返料装置16设置为U型返料装置，在设备开始运行前通过所述返料装置16将一定的物料颗粒返送到所述流化段11，让其流化前保有一定初始床层高度；同时，在返料侧整体高度不足以依靠物料颗粒自重进入所述流化段11时，U型返料装置能有效的控制进入所述流化段11的物料颗粒量，确保流化床稳定运行。

作为示例，所述返料装置16的底部还设有第一进气口161及第二进气口162，所述第一进气口161及所述第二进气口162均与所述返料装置16内部相连通。所述第一进气口161及所述第二进气口162适于在需要返料时通入气体，以将所述返料装置16中的物料颗粒经由所述返料管19返回至所述流化段11内。

作为示例，所述流化床反应器还包括第三开关阀21及第一法兰22；所述储料罐15的顶部与所述三通阀14的一出口端相连通；所述第三开关阀21位于所述三通阀14内，且靠近所述三通阀14与所述储料罐15顶部相连通的出口端；所述第一法兰22覆盖于所述储料罐15的顶部。

作为示例，所述流化床反应器还包括分布板23及分形布气装置24；所述分布板23位于所述气体均布装置10与所述流化段11之间；所述分形布气装置24位于所述分布板23与所述流化段11之间。

作为示例，所述分布板23可以为钢板做成的上面铺设有一定目数的筛网的结构，所述筛网的目数可以为但不仅限于300目。

作为示例，所述分形布气装置24可以为现有技术中的任一种分形布气装置，譬如，所述分形布气装置24可以为申请号为201611048160.9专利中的分形结构的流体均布装置。

作为示例，所述流化床反应器还包括二次进气装置25，所述二次进气装置25位于所述扩大段12底部，且与所述扩大段12的内部相连通。通过在所述扩大段12设置所述二次进气装置25，可以降低流化床整体压降，从而减少动力消耗。所述二次进气装置25可以为但不仅限于环形二次进气装置。

作为示例，所述流化床反应器还包括：测量管26，所述测量管26的顶部与所述三通阀14的另一出口端相连通；第四开关阀27，所述第四开关阀27位于所述三通阀14内，且靠近所述三通阀14与所述测量管26顶部相连通的出口端；连接管28，所述连接管28一端与所述测量管26的底部相连通，另一端与所述立管17相连通。

作为示例，所述第一开关阀18、所述第二开关阀20、所述第三开关阀21及第四开关阀27均为蝶阀。

作为示例，所述流化床反应器还包括第五开关阀29，所述第五开关阀29位于所述测量管26的底部，且位于所述连接管28的上方。

作为示例，所述第五开关阀29可以为但不仅限于球阀。

作为示例，所述流化床反应器还包括排料管30及第二法兰31；所述排料管30与所述测量管26底部相连通，所述第二法兰31位于所述排料管30的底部。需要说明的是，所述第二法兰31可以用其他的开关装置替换，只要能实现开关，并在打开时可以用于所述排料管30内的物料颗粒排出的开关装置均可以替换所述第二法兰31。

请参阅图2，本实用新型的所述流化床反应器中，从气体储罐出来的气体(如图2中的箭头①所示)分成三路：第一路气体(如图2中的箭头③所示)经由所述气体均布装置10的底部进入所述流化段11；第二路气体(如图2中的箭头②所示)经由所述二次进气装置25进入所述扩大段12；第三路气体(如图2中的箭头④所示)进入所述返料装置16中，用于将物料颗粒返回到所述流化段11内，具体的，第三路气体进入所述返料装置16之前分成两路，其中，一路气体(如图2中的箭头⑤所示)经由所述第一进气口161进入所述返料装置16中，另一路气体(如图2中的箭头⑥所示)经由所述第二进气口162进入所述返料装置16中，这两路气体中，一路作为返料风，一路作为松动风。关闭所述第一开关阀18及所述第二开关阀20，打开所述第一路气体进气，即可实现所述流化床反应器在鼓泡或湍动流化状态下操作；打开所述第一开关阀18及所述第二开关阀20，并打开所述第一路气体及所述第三路气体进气，调节各路气体的进气量即可实现对不同颗粒的物料颗粒循环量大小的调节。

本实用新型的所述流化床反应器的工作原理如下：将物料颗粒从所述储料罐15上方的所述第一法兰22加入到所述储料罐15中，待物料颗粒加入一定量后，打开所述第一开关阀18，使物料颗粒进入所述立管17及所述返料装置16中；打开所述第二开关阀20，通过所述返料装置16下方的第一进气口161及所述第二进气口162进气(进入的气体分别用作松动风和返料风)，将物料颗粒输送到所述流化段11，物料颗粒在所述流化段11内有一定高度后，停止所述第一进气口161及所述第二进气口162的进气；若不进行物料颗粒循环，关闭所述第二开关阀20，开始从所述气体均布装置10的底部进气使得物料颗粒流化，调节进气大小，可以进行鼓泡或湍动操作；若要进行物料颗粒循环，开启所述第二开关阀20及所述第三开关阀21，打开所述第一进气口161及所述第二进气口162的进气，松动风较返料风要小，同时，打开所述二次进气装置25进气，调节进气量，可以使运行到所述扩大段12下部的物料颗粒被输送到所述气固分离装置13内，经由所述气固分离装置13分离后，物料颗粒进入所述储料罐15中，可继续当做原料返回到所述流化段11；进行物料颗粒循环量测量时，关闭所述第三开关阀21，打开所述第四开关阀27，即可根据运行时间及物料颗粒在所述测量管26的体积计算物料颗粒循环量。进入到所述测量管26的物料颗粒，可以通过开启所述第五开关阀29进入到所述立管17并返回至所述返料装置16中；若要排放出测量后的物料颗粒，测量结束后，可以将所述第二法兰31打开，所述物料颗粒经由所述排料管30从所述测量管26的下部排出。

如上所述，本实用新型提供一种流化床反应器，所述流化床反应器包括：气体均布装置，所述气体均布装置包括进口端及出口端；流化段，所述流化段的底部与所述气体均布装置的出口端相连通；扩大段，所述扩大段的底部与所述流化段的顶部相连通；气固分离装置，所述气固分离装置包括进口端及出口端；所述气固分离装置的进口端与所述扩大段的顶部相连通；三通阀，所述三通阀包括一个进口端及两个出口端，所述三通阀的进口端与所述气固分离装置的出口端相连通；储料罐，所述储料罐的顶部与所述三通阀的一出口端相连通；返料装置，位于所述储料罐的下方，所述返料装置包括进口端及出口端；立管，位于所述储料罐与所述返料装置之间，所述立管的一端与所述储料罐的底部相连通，另一端与所述返料装置的进口端相连通；第一开关阀，位于所述立管内；返料管，所述返料管的一端与所述返料装置的出口端相连通，另一端与所述流化段的内部相连通；第二开关阀，位于所述返料管内。本实用新型的流化床反应器的流化段及扩大段上未设置进料管路及出料管路，避免了几何结构对流态化质量的影响；流化段的底部设置气体均布装置，可以确保流化段颗粒径向分布比较均一；通过在扩大段设置二次进气装置，可以降低流化床整体压降，从而减少动力消耗；储料罐下方设置U型返料装置，在返料侧整体高度不足以依靠物料颗粒自重进入流化段时，采用U型返料装置能有效的控制进入流化段的物料颗粒量，确保流化床稳定运行；本实用新型的流化床反应器适用于气固两相，固体循环量大，固含率高，气固接触效率高，轴向颗粒返混少，具有较为均一的宏观流动结构，可以满足碳一催化转化反应高放热、催化剂易失活的反应特性。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。