專利名稱：氣體-固體接觸器的重啟裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明大體涉及氣體和固體接觸，更具體地說，涉及一種用于重啟氣體-固體接觸器的裝置，其中所述接觸器的進氣口被固體填滿。
背景技術(shù)：
在原料處理過程中，為了不同目的而使氣體和固體接觸的方法包括但不限于在許多行業(yè)中很常用的干燥、加熱、冷卻、粒化或進行化學反應，而使用額外的固體顆粒來增加固體物料表面面積通常是有利的。上述的接觸器可以是填充床、流化床、噴動床，其差別主要在于進氣口和氣體分布的設計。進氣口可以小于或大于所述的額外的固體顆粒。當進氣口大于固體顆粒的粒度時，進氣口可能會被固體物料顆粒堵塞，這是因為在供氣被中斷時，所述顆粒會逆向流經(jīng)所述進氣口。當供氣恢復時，部分或全部進氣口可能仍被固體堵塞。這可能需要將固體從接觸器排空，使氣體重新開始流入空的接觸器，然后加回固體。若干接觸器，通常稱為噴動床接觸器，可能只有一個大的進氣口 ；所述接觸器非常有利于某些 應用，但其在氣流中斷時特別容易堵塞。所述的接觸器變得較適合用于高溫和高壓工作，諸如煤或生物質(zhì)氣化以及四氯化硅和氫氣與固態(tài)硅的化學反應?，F(xiàn)有技術(shù)主要依靠防止氣流中斷或修改進氣口的大小或結(jié)構(gòu)。最常用的手段是通過將進氣口做得極小、使用進氣口上的自閉閥(諸如在Beranek的US 3，921，663中所示的蓋件,或Zhuber-Okrog的US 4, 334, 898中的球件)來防止顆粒進入所述進氣口。另一種方法為通過設置如Marcellini的US3，818，606中的虹吸管來限制固體于倒流入進氣口時所通過的距離。又一種方法為如Delebarre的US 4，880，311中允許進氣口堵塞，然后再提供獨立的去除堵塞的氣流。其它技術(shù)為設置備用設備以確保供氣不會中斷(即使是短時間的中斷)。對于只有一個或少數(shù)進氣口的接觸器，可以在進氣口上放置固體閥，如果氣流消失，就迅速關(guān)閉所述固體閥。所有的現(xiàn)有技術(shù)皆涉及相當高的成本并具有公知的問題。設置如Beranek和Zhuber-Okrog所示的蓋件會大大增加成本，而這樣的器件本質(zhì)上易于在固體物質(zhì)環(huán)境中堵塞，因為顆粒會堵塞或妨礙活動部件。如Marcellini所提供的虹吸管不能阻止固體倒流，因為當流入所述接觸器的氣體供應中斷時，業(yè)已在所述接觸器內(nèi)的固體和氣體會以流化態(tài)流出所述接觸器以及流過所述虹吸管。因此，如Marcellini所述的每一虹吸管皆需要斷流閥。由Delebarre提供的方法為每一孔口設置用于去除堵塞的獨立的管道以及用于操作它們的閥，因此需要額外的設備，而且仍然依賴于不適用于流化態(tài)固體的彎管或虹吸管來中止固體流。顯然，Delebarre像Marcellini —樣也仍需要斷流閥。對于具有大的單進氣口的接觸器(這是噴動床的典型特征)而言，氣流需要是豎向的，以便產(chǎn)生噴流。因此，蓋罩器件不適用，因為它們會將氣流導引到邊側(cè)，正如Beranek所示。因此，所述的接觸器的主要成本在于擁有備用設備和靠近進氣口的控制固體閥，而且所述固體閥還不能截斷固體流或者可能會在不需要時被無意地啟動。所述固體閥的開啟和關(guān)閉的時機選擇尤其困難。此外，由于所述閥部分開啟，所述閥內(nèi)可能會出現(xiàn)顆粒噴射，這會迅速沖蝕所述閥的氣門密封件。過快地或無意地關(guān)閉所述閥會將有潛在的破壞性的壓力波(也稱為“水錘”)發(fā)送回氣源系統(tǒng)。太遲將其關(guān)閉或太早將其打開則可能會堵塞進氣口，導致接觸器要關(guān)閉和進行清理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為在不需去除部分或所有顆粒床和清理入口管道系統(tǒng)的情況下可啟動或重啟氣體-固體接觸器。本發(fā)明的另一目的為排除對位于入口或多個入口上的固體閥的需要。本發(fā)明的另一目的為可緊急中斷通往接觸器的氣流而不會產(chǎn)生問題。通過下面的說明以及相關(guān)的附圖，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將顯而易見，其中通 過圖解和舉例來揭示本發(fā)明的實施例。根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，公開一種用于啟動或重啟氣體-固體接觸器的裝置，其中所述接觸器基本充滿大量固體顆粒，所述接觸器包括一個或多個直徑大于所述固體顆粒的進氣口，所述裝置包括設于所述氣體-固體接觸器的進氣口之下的腔室；圍繞所述腔室的氣室；將所述氣室連接到氣源的一個或多個導管；大量顆粒(也稱為珠)，在通往所述接觸器的氣源中斷時，所述顆粒大體填滿所述
腔室；大量在所述腔室的壁中的通路，所述通路提供從所述氣室到所述腔室的內(nèi)部的氣體流路，所述通路的直徑小于所述的大部分床顆粒的直徑。在氣流中斷后，在顆粒床中的所述顆粒落入所述腔室內(nèi)，但被阻止而不會進入所述氣室或所述氣體導管內(nèi)，因為在所述腔室和所述氣室之間的通路比所述顆粒小。當氣流重啟時，氣體進入所述氣室并通過所述通路流入所述腔室之內(nèi)，在最接近所述通路之處的所述顆粒(珠)開始局部流化，所述珠被逐步地向上推而全部進入所述接觸器內(nèi)，繼而恢復噴流。


附圖構(gòu)成本說明書的一部分且包括本發(fā)明的示例性實施例，本發(fā)明可以以不同的形式來實施。應該明白，在某些情況下，本發(fā)明的各個方面可放大或擴大顯示而有助于理解本發(fā)明。圖I所示為現(xiàn)有技術(shù)的單入口式氣體-固體接觸器的運作的示意圖。圖2所示為未結(jié)合本發(fā)明的單入口式氣體-固體接觸器的重啟問題的示意圖。圖3所示為結(jié)合本發(fā)明的特征的接觸器是如何重啟的示意圖。圖4所示為使用加強件來支承織物過濾器的示意剖面圖。圖5所示為結(jié)合本發(fā)明的特征的在單入口上使用倒錐形件的實施例的用法的示意圖。圖6所示為在具有多個入口的接觸器中使用倒錐形件的示意圖。圖7所示為結(jié)合部分可以開啟以便移除顆粒的腔室的實施例的示意圖。
圖8所不為具有多個入口的格子板的俯視不意圖。
具體實施例方式應該明白，本發(fā)明可以以各種形式來實施。因此，本文所揭示的具體細節(jié)不應被認為是限制性的，而是應作為權(quán)利要求的根據(jù)以及作為代表性的基礎，以啟示本領域的技術(shù)人員來將本發(fā)明用于幾乎任何適當具體化的系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)或方法。圖I所示為現(xiàn)有技術(shù)的具有單一入口 102的氣體-固體接觸器101的示意圖，所述入口的直徑103大于填充所述接觸器101的固體顆粒105的直徑104，流化的所述顆粒會將所述接觸器充填至床高(bed height) 106。流動氣體107通過所述入口 102進入顆粒床以及在所述顆粒床中形成氣體和顆粒噴流108，這可阻止所述顆粒105回落入所述入口102中。當噴流高度109超過所述床高106時，所述接觸器可稱為噴動床接觸器，因為所述噴流可噴出所述床的頂部。圖I中的噴流高度109未達到所述床頂,所以所述床不會噴動，而是會形成氣泡110，這種工作方式稱為鼓泡或流化床接觸器。還可能的是，所述氣體流經(jīng)·所述顆粒至所述噴流上方而不會鼓泡，這種床稱為填充床。上述的所有設計皆有同樣的問題，即所述顆粒105會在氣流損耗時落回入所述入口 102中。還可能的是，設置一個以上的入口，其中某些入口的直徑小于所述顆粒的直徑104，而其它入口的直徑大于所述顆粒的直徑 104。圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)的具有單一入口 202的氣體-固體接觸器201，所述入口的直徑203大于固體顆粒205的直徑204，所述顆粒會將所述接觸器201充填至床高206。其中氣流207太小而不能防止所述顆粒落入所述入口 202中。因此，從所述入口 202 —直到下面的閥208都被充填，所述閥是封閉的以阻止所述顆粒更進一步地向后流動。所述的在顆粒床中的顆粒的重量會下壓所述的在所述入口 209中的顆粒并使它們推壓壁210。當所述閥208打開以及氣流增大到一定程度而足以形成噴流時，所述的在所述氣流前面的顆粒會相互擠壓以及向所述壁210施壓。這種行為類似于摩擦且常常會導致栓塞而阻礙流動，即使施加更大的壓力也不能移動所述栓塞。由此可以看出，為了清除所述的在所述入口中的顆粒的栓塞，必須對抗所述床的重量所施加的力以將所述栓塞中的所述珠推入所述接觸器。圖3所示為結(jié)合本發(fā)明的特征的接觸器的運作的示意圖。接觸器301的單一入口302的直徑303大于固體顆粒305的直徑304，其中所述固體顆粒在所述接觸器301內(nèi)形成顆粒床306。具有透氣壁313的腔室300設于所述單一入口 302內(nèi)并沿著所述入口的長度延伸。氣室310充填所述入口 302的在所述腔室的透氣壁313之外的區(qū)域。當沒有氣流或氣流307不足時，所述顆粒305會形成栓塞314，其填滿所述腔室300。在所述腔室300的透氣壁313中的通道308 (也可互換地稱為通路308)的直徑309比所述顆粒的平均直徑304小。在第一實施例中，所述通道的直徑沿著所述腔室壁的長度是相對均勻的。然而，在所述壁中的所述通路可具有不同數(shù)值的開口面積，而在第二實施例中，所述腔室的頂部的開口面積大于所述腔室的底部的開口面積，但是它們都小于所述顆粒的直徑或小于所述大多數(shù)顆粒的直徑。所述顆粒305的所述床的重量壓向所述的在所述腔室300內(nèi)的顆粒而使所述顆粒305推壓所述透氣壁313。不過，所述氣室310仍大體保持為不含有所述顆粒。一些直徑317小于所述通道30的直徑309的小顆粒316可進入所述氣室。然而，如本文所述，這些較小的顆粒316的尺寸或數(shù)量不足以干擾本實施例重啟。為了重啟圖3所示的所述實施例，可啟動氣流307以使氣體從氣源318 (未示出)流過導管318。如箭頭320所示，所述氣體318然后通過在所述氣室310的頂部311 (該處的壓力較低)附近的所述部分通路308，并開始沿所述壁313的內(nèi)表面形成氣泡312，從而移動所述顆粒305以及抵觸所述的在所述壁313處的顆粒305之間的某種相互作用力，以降低所述的在所述腔室300中的所述栓塞之內(nèi)的珠顆粒之間的摩擦力。所述氣流箭頭320表示在初始啟動期間出現(xiàn)的氣體流動路徑。所述氣流307的流量然后增大，形成更多的氣泡，這些額外的氣泡在所述腔室300的較低處形成，最終使所述整個栓塞升高而進入所述接觸器300內(nèi)以及使噴流重現(xiàn)。在所述腔室300的底部315可以包括貫穿的通路或者可以是諸如圖8所示的穿孔板，還可以作為閥(圖3中未示出)來排出所述固體顆粒。所述穿孔板800和固體顆粒排出閥也可以結(jié)合成一個裝置，例如，可通過使用滑閥，其中滑板是穿孔的，而氣流則通過穿孔注入。圖4所示為實施例的放大的示意圖，其中入口 402的一面壁401與通路403利用復合方法來形成。細小的通路404由絲網(wǎng)405提供，所述絲網(wǎng)可具有較低的強度和具有小孔406。所述絲網(wǎng)405由穿孔板409支承，所述穿孔板具有較大的孔407和較高的強度。此·實施例可提供足夠的強度來抵擋在氣流408中斷期間由顆粒床的重量向所述入口的壁上所施加的力以及在正常操作期間由氣流導致的貫穿所述通路的壓降所施加的力。在另一備選方案中，腔室的壁由燒結(jié)金屬板做成，所述金屬板具有大小適中的貫穿式通路。在又一備選方案中，腔室的壁由帶有或不帶有加強材料的三角楔形線構(gòu)成，上述的器件的其中一個制造商名為Johnson Screens。圖5所示為結(jié)合本發(fā)明的特征的又一實施例。接觸器501包括入口 502，所述入口 502具有位于所述接觸器501的底部和氣室503上的匹配的凸緣504，所述凸緣通過諸如螺母和螺栓的緊固件505而相互連接。透氣通路506 (由于它的形狀，通常被稱為女巫帽)包括由穿孔板507構(gòu)成的倒錐形件，其與實心環(huán)508焊接。所述環(huán)固定在所述凸緣504之間的適當位置。所述氣室設有氣源509，如圖所示，所述氣源由通過緊固件505 (如螺母和螺栓)而固定的第二副凸緣504連接。此實施例易于維護，因為所述氣室503可以打開并且所述的“女巫帽”形的通路506可以取出和清洗或更換。該錐形的設計也適于從底部吹起顆粒。圖6所示為結(jié)合本發(fā)明的特征的具有多個入口的實施例。接觸器601具有多個入口 602，每一所述入口包括與格子板603的底部連接的透氣腔室604。所述透氣腔室604包括由穿孔板材料607構(gòu)成的倒錐形件，其與實心的上環(huán)608焊接。所述上環(huán)通過緊固件605與所述格子板603的底面連接。氣室610通過氣源609來供氣。在重啟后，若干顆粒611可能會留在所述腔室604中，但是這對所述接觸器的性能沒有或只有很小的影響。圖7所示為另一實施例。接觸器701具有氣室710和單一入口 702，所述入口具有腔室703，其下部可以打開以用作顆粒排出器。所述腔室703包括由穿孔板704構(gòu)成的圓柱形管，所述圓柱形管包括在其下端的鉸鏈708和底板705，所述底板可以是實心或穿孔的且與該底部的鉸鏈708連接。該鉸接的板705由活塞706打開和關(guān)閉，所述活塞延伸通過位于所述氣室710的壁711的底部的氣密密封件707。所述氣室710通過氣源709來供氣。圖8所示為具有多個入口 802的格子板800的俯視圖，所述入口可放置在接觸器801的外殼之內(nèi)。結(jié)合本發(fā)明特征的接觸器的特定實施例包括高約20英尺和直徑約8英寸的接觸器，所述接觸器具有D型截面與透明的前板，以使內(nèi)部的流動模式可通過在所述接觸器前端的所述平板來觀察。所述接觸器具有半球形底部與在中心設置的直徑為I. 25英寸的底部入口。所述接觸器包括由玻璃珠構(gòu)成的顆粒床，其中所述玻璃珠的粒度介于700-850微米之間，所述顆粒床的床高約為10英尺。所述入口包括氣室以及位于所述氣室和腔室的穿孔金屬壁之間的大體氣密的密封件，如本文所述的所述腔室位于所述氣室內(nèi)。所述穿孔金屬壁具有多個直徑為O. 0166”的開口，所述開口的面積占所述壁的30 %的面積。
除了所述接觸器具有D型截面和所述腔室具有四英寸長的實心部分之外，所述的在中心的底部入口的設計如圖3所示，其中所述的實心部分位于所述接觸器的所述入口和所述壁的穿孔部分的起始部分之間。所述氣室為矩形盒，其截面為1.25”X2.5”，而氣體從所述氣室的側(cè)面饋入。所述腔室為半圓柱形(D型)，其直徑為I. 25英寸。所述腔室的所述金屬壁的穿孔長度為8英寸以及開口面積占30%，結(jié)果產(chǎn)生了 4. 77平方英寸的開口面積，與之相比，用于饋氣的導管318的截面開口為O. 39平方英寸。所述腔室充滿的顆粒足以產(chǎn)生10英尺的流化床高度，而流入所述入口的氣體可慢慢地打開，以便觀察所述流化床的狀態(tài)。在所述穿孔金屬壁的內(nèi)頂端處會迅速地形成氣泡。如表I所示，慢慢增大氣流，可觀察到氣泡高度會增大。根據(jù)觀察，隨著氣流的增大，氣體壓力不會顯著地變化，而所述穿孔金屬的沒有顆粒珠的開口區(qū)域的高度(間隙高度)會緩慢地提聞。表I流量測試
權(quán)利要求
1.一種改進的氣體-固體接觸器，所述氣體-固體接觸器包括大體充滿大量具有限定的直徑或直徑范圍的固體顆粒的內(nèi)部空間，所述固體顆粒在所述內(nèi)部空間內(nèi)被氣流流化，所述氣流通過一個或多個入口而饋送到所述氣體-固體接觸器，所述一個或多個入口的直徑大于所述固體顆粒的所述的限定的直徑或直徑范圍，所述改進包括 置于所述一個或多個入口和所述氣體-固體接觸器的所述內(nèi)部空間之間的氣室；置于所述氣室之內(nèi)以及置于所述氣室和所述內(nèi)部空間之間的一個或多個腔室，所述一個或多個腔室包括具有大量貫穿的通路的壁以及用于在所述氣室的氣源中斷時接納來自所述內(nèi)部空間的固體顆粒的內(nèi)部容積，所述腔室壁中的每一所述大量通路的直徑小于所述的大多數(shù)固體顆粒的直徑，所述大量通路的截面面積的總和至少等于所述一個或多個入口的截面面積的總和，其中從氣體入口進入所述氣室的所有氣體必須通過包括在所述腔室壁中的所述大量通路的通道以進入所述接觸器的內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接觸器，其特征在于所述通道提供開口區(qū)域，所述開口區(qū)域用于傳送來自所述氣室的氣體以通過所述腔室的所述壁，所述開口區(qū)域的面積至少與進入所述接觸器的流路的截面面積相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接觸器，其特征在于所述腔室的截面面積小于正常工作時的氣體的實際體積流量除以所述大多數(shù)顆粒的末速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接觸器，其特征在于所述壁中的所述通道在所述腔室的頂部和所述腔室的底部具有不同數(shù)值的開口面積。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接觸器，其特征在于所述腔室的所述壁包括纖維網(wǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接觸器，其特征在于所述通道為穿孔板中的孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接觸器，其特征在于所述腔室的所述壁包括用于提供貫穿式通路的燒結(jié)金屬板。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接觸器，其特征在于所述腔室的部分面或全部面被強化以抵抗由所述固體顆粒所施加的力和/或在所述氣室和所述腔室之間的氣體壓力差所施加的力。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接觸器，其特征在于所述腔室的一部分可以開啟以提供用于移除所述的來自所述接觸器和所述腔室的顆粒的通道。
全文摘要
本發(fā)明敘述了一種改進的氣體-固體接觸器，所述接觸器設置成用于在其充滿固體顆粒時啟動或重啟流向其的氣流，同時防止所述固體顆粒進入和阻塞一個或多個直徑大于所述固體顆粒直徑的進氣口。所述的改進的氣體-固體接觸器包括氣室以及在所述氣室之內(nèi)的且位于所述接觸器入口和所述進氣口之間的一個或多個腔室。所述腔室的壁具有多個貫穿的通路，其直徑小于大多數(shù)的顆粒床顆粒。饋送入所述氣室的氣體在進入所述接觸器前必須通過在所述腔室壁中的通路。在一個實施例中，所述通路的總開口面積至少與所述進氣口和所述接觸器的入口的截面面積相同。
文檔編號B01J8/44GK102892491SQ201180012501
公開日2013年1月23日 申請日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
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