专利名称：用于强放热反应过程密相循环流化床反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于强放热反应过程密相循环流化床反应器，属化工设备技术领域。
已有的快速循环流化床反应器，其结构原理如图1所示，图1中，1是反应器，2是旋风分离顺，3是气固快分器，4是再生器，5是提升管反应器，6是二次风进口，7是一次风进口，8是再生风进口。这种结构在能源、石油化工等领域已有广泛的应用，典型的工业应用过程有催化裂解、流化裂角、丙烯腈合成[魏飞等，石油化工，27(1998)4，pp.276-280]等。快速循环流化床操作气速远大于湍动流化床的操作气速，固体颗粒及反应气流在床内的停留时间较短。另外，床层密度较小，一般床层固含率低于10％。因而，快速循环流化床反应器仅适用于某些特定的反应体系。通常，该类反应器多应用于催化剂快速失活且反应速度较快的气相催化反应过程。但是，快速循环流化床反应器不能满足强放热气固反应过程的工艺要求。
本实用新型的目的是设计一种用于强放热反应过程密相循环流化床反应器，通过催化剂或引入惰性颗粒在反应器内大量循环，实现对催化或非催化气固强放热反应过程的反应速率及反应温度的有效控制，避免反应温度波动及“飞温”现象，解决反应器选材、防腐、防爆及产品稳定性等一系列问题。
本实用新型设计的是用于强放热反应过程密相循环流化床反应器，其反应器的主床由上、下二部分组成，上部为扩大段，下部为主床和伴床，主床和伴床之间有连接管相能，扩大段的上部设有旋风分离器，下部设有冷却风分布器，主床和伴床的下部均设有气体分布器，伴床的上部为固相反应物入口，下部为冷却风入口。其扩大段中的冷却风分布器由内、外两个环管组成，该环管与冷却风入口相通，环管上分布有布气孔管。
本实用新型设计的用于强放热反应过程密相循环流化床反应器，新型反应器在鼓泡或湍动流化区域内操作，操作气速一般低于0.5米/秒；床层密度较大，床层固含率一般在40％以上。通过催化剂或引入惰性颗粒在反应器内大量循环，实现对催化或非催化气固强放热反应过程的反应速率及反应温度的有效控制，避免了反应温度波动及“飞温”现象，很好地解决了反应器选材、防腐、防爆及产品稳定性等一系列问题。本实用新型的反应器适用于强放热气相或气固两相反应过程，可实现对反应过程的反应温度及反应速率的有效控制，因而能满足对反应温度、反应速率稳定性要求较高的工艺过程。
图1是已有技术结构示意图。
图2是本实用新型设计的反应器的结构示意图。
图3是本实用新型的一个实施例。
图4是图3的A-A剖视图。
图5是图3的B-B剖视图。
以下结合附图，详细介绍本实用新型的内容。
图2～图5中，11是主床，12是伴床，13是气体分布器，14是扩大段，15是冷却风分布器，16是旋风分离器，17是一次风入口，18是二次风入口，19是伴床风入口，20是冷却风入口，21是产物出口，22是固相反应物入口，23是主床和伴床之间的连接器，24是冷风分布器环管，25是布气孔管。
如图2所示，其反应器的主床11由上、下二部分组成，上部为扩大段14，下部为主床11和伴床12，主床和伴床之间有连接管23相连，扩大段的上部设有旋风分离器16，下部设有冷却风分布器15，主床和伴床的下部都设有气体分布器13，伴床的上部为固相反应物入口22，下部为冷却风入口19。其扩大段中的冷却风分布器由内、外两个环管24组成，该环管与冷却风入口20相通，环管上分布有布气孔管25。
本实用新型设计的反应器的工作原理如下反应器内主床区域11由气相反应物和少量惰性气体进行流化，并在鼓泡或湍动流化区域操作。由于在流化过程中床层膨胀，床层密度减小，使主床区域的床层压降小于伴床12区域。主床11与伴床12之间的这种压力差形成巨大的颗粒循环驱动力，从而反应器内的颗粒可以主床与伴床之间实现高速循环。固体颗粒的高速循环，一方面可以改善床层的混合特性；另一方面亦可使体系温度在整个反应器内趋于均一，有效控制反应器的热点温度。
操作过程中，固相反应物从伴床上部的进料口22加入，在循环下移过程与惰性颗粒进行预混合，进入主床混合区后，由于流化状态的剧烈湍动使其进一步被混合均匀。通过调节固相颗粒与惰性颗粒的比例，即可控制进入反应区的固相反应物的浓度。在反应区固相反应物与气相反应物相遇而发生化学反应。反应过程放出的热量与流化颗粒进行热交换。由于固体颗粒的体积热容远大于气体的体积热容，反应放热对体系的升温作用得到遏制。通过固体颗粒的大量循环，及时将化学反应放出的热量移出反应区，从而有效地控制反应区的温度升高幅度。在反应区被加热升温后的惰性颗粒被循环提升到顶部的换热区，与冷却介质进行直接或间接换热，被冷却后的惰性颗粒进入伴床循环区进行下一循环。而气相反应物主要从一次风入口17进入主床，二次风18则视体系是否需要加入惰性流化介质而定，如需惰性流化介质，则惰性流化介质以二次风的形式加入主床；否则，二次风入口亦应引入气相反应物。
适当调节一次风与二次风的流量比，配合对伴床风的调节，可实现对固体颗粒循环速率的定量控制，控制范围30000千克/米2秒至200000千克/米2秒。通过引入惰性流化介质，可稀释气相反应物的浓度，因而亦是减缓强换热快速反应剧烈程度的技术措施之一。反应得到的气体产物上升穿过换热区，经反应器上部扩大段16与固体颗粒分离后，再经旋风分离器16从出口21引出反应器。
在主床和伴床上部设扩大段14，既方便了在扩大段内安置换热器件，如冷却风分布器15，又利于气固分离，减小气流对流化颗粒的夹带。因此，采用本实用新型设计时经一级或二极旋风分离除尘后，气相产物的含尘浓度很低，可满足大多数工艺过程的要求。
在扩大段换热区内，可根据工艺要求采用气固流化直接换热或经内置换器间接换热两种方式。前者适用于冷却介质需要加热升温，并可与反应产物直接混合后再进一步处理的过程；后者则适用于反应产物不允许与冷却介质混合的情况。经换热区换热后，使循环流化颗粒的温度降低到工艺要求值。反应热用来升温待加热介质或生产中、高压蒸汽，蒸汽可作为干燥原料、产品及加热其它物料的热源，亦可用于发电。因此，本实用新型的新型反应器既可有效控制反应过程的反应温度及反应速率，亦可有效地充分利用反应热能。
新型密相循环流化床反应器的另一个特点是控制灵活，操作弹性大。反应体系内整体温度通过调节冷却介质的入口温度及入口流量进行控制，反应区温升通过流化颗粒的循环速率控制。对反应产物生成速率的控制通过调节固相反应物的加入速率、调节气相反应物的加入速率或采用气固两相反应物加料速率的双重控制来实现。由于固体颗粒的大量循环，使密相循环流化床反应器具有很好的缓冲作用，既使某反应物加料过程有所波动，亦能在反应器出口基本得到比较稳定的反应产生成速率。
下面介绍本实用新型的实施例。
实施例1新型密相循环流化床反应器作为三氯化铝发生器应用于氯化法钛白粉生产过程，可以得到很好的效果。三氯化铝作为钛白粉合成过程的成核引发剂和晶体转型剂，要求产品质量高、生成速率稳定及大量反应热用于加热钛自合成原料TiCl4。固相反应物铝粉以基本稳定的速率加入反应器，准确控制气相反应物的加料速率以一次风的形式加入，惰性气体TiCl4(钛白粉合成原料)以二次风的形式加入主床并作为冷却介质加入换热区以流化形式直接冷却循环流化颗粒。反应过程控制在530℃温度下进行，反应区温升小于10℃，全部钛白粉合成原料TiCl4可被升温80℃以上。该过程可以得到非常稳定的三氯化铝生成速率，所生成的三氯化铝与TiCl4均匀混合进入合成钛白粉氧化炉。
实施例2新型密相循环流化床反应器应用于由稻壳生产优质白碳黑(SiO2)过程。由稻壳生产白碳黑的烧碳过程，对反应温度的要求很高，一旦反应温度超限，即使产品与杂质发生反应而不能除去，得不到合格的产品。利用本实用新型所述的新型密相循环流化床反应器的控温特性，可将烧碳过程的温度控制在±20℃的较小范围内。从而能保证产品的质量，降低生产过程的成本。利用烧碳反应热生产高压蒸汽，部分用于原料及产品的干燥，剩余部分可用于发电。
权利要求1.一种用于强放热反应过程密相循环流化床反应器，其特征在于，该反应器的主床由上、下二部分组成，上部为扩大段，下部为主床和伴床，主床和伴床之间有连接管相能，扩大段的上部设有旋风分离器，下部设有冷却风分布器，主床和伴床的下部均设有气体分布器，伴床的上部为固相反应物入口，下部为冷却风入口。
2.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，其中所述的扩大段中的冷却风分布器由内、外两个环管组成，该环管与冷却风入口相通，环管上分布有布气孔管。
专利摘要本实用新型涉及一种用于强放热反应过程密相循环流化床反应器,该反应器的主床由上、下二部分组成,上部为扩大段,下部为主床和伴床,主床和伴床之间有连接管相能,扩大段的上部设有旋风分离器,下部设有冷却风分布器,主床和伴床的下部均设有气体分布器,伴床的上部为固相反应物入口,下部为冷却风入口。本实用新型的反应器适用于强放热气相或气固两相反应过程,可实现对反应过程的反应温度及反应速率的有效控制。
文档编号B01J8/24GK2339296SQ9824085
公开日1999年9月22日 申请日期1998年9月25日 优先权日1998年9月25日
发明者王金福, 金涌, 景山, 魏飞 申请人:清华大学