專利名稱：用于強放熱反應過程密相循環(huán)流化床反應器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于強放熱反應過程密相循環(huán)流化床反應器，屬化工設備技術領域。
已有的快速循環(huán)流化床反應器，其結構原理如圖1所示，圖1中，1是反應器，2是旋風分離順，3是氣固快分器，4是再生器，5是提升管反應器，6是二次風進口，7是一次風進口，8是再生風進口。這種結構在能源、石油化工等領域已有廣泛的應用，典型的工業(yè)應用過程有催化裂解、流化裂角、丙烯腈合成[魏飛等，石油化工，27(1998)4，pp.276-280]等?？焖傺h(huán)流化床操作氣速遠大于湍動流化床的操作氣速，固體顆粒及反應氣流在床內的停留時間較短。另外，床層密度較小，一般床層固含率低于10％。因而，快速循環(huán)流化床反應器僅適用于某些特定的反應體系。通常，該類反應器多應用于催化劑快速失活且反應速度較快的氣相催化反應過程。但是，快速循環(huán)流化床反應器不能滿足強放熱氣固反應過程的工藝要求。
本實用新型的目的是設計一種用于強放熱反應過程密相循環(huán)流化床反應器，通過催化劑或引入惰性顆粒在反應器內大量循環(huán)，實現(xiàn)對催化或非催化氣固強放熱反應過程的反應速率及反應溫度的有效控制，避免反應溫度波動及“飛溫”現(xiàn)象，解決反應器選材、防腐、防爆及產品穩(wěn)定性等一系列問題。
本實用新型設計的是用于強放熱反應過程密相循環(huán)流化床反應器，其反應器的主床由上、下二部分組成，上部為擴大段，下部為主床和伴床，主床和伴床之間有連接管相能，擴大段的上部設有旋風分離器，下部設有冷卻風分布器，主床和伴床的下部均設有氣體分布器，伴床的上部為固相反應物入口，下部為冷卻風入口。其擴大段中的冷卻風分布器由內、外兩個環(huán)管組成，該環(huán)管與冷卻風入口相通，環(huán)管上分布有布氣孔管。
本實用新型設計的用于強放熱反應過程密相循環(huán)流化床反應器，新型反應器在鼓泡或湍動流化區(qū)域內操作，操作氣速一般低于0.5米/秒；床層密度較大，床層固含率一般在40％以上。通過催化劑或引入惰性顆粒在反應器內大量循環(huán)，實現(xiàn)對催化或非催化氣固強放熱反應過程的反應速率及反應溫度的有效控制，避免了反應溫度波動及“飛溫”現(xiàn)象，很好地解決了反應器選材、防腐、防爆及產品穩(wěn)定性等一系列問題。本實用新型的反應器適用于強放熱氣相或氣固兩相反應過程，可實現(xiàn)對反應過程的反應溫度及反應速率的有效控制，因而能滿足對反應溫度、反應速率穩(wěn)定性要求較高的工藝過程。


圖1是已有技術結構示意圖。
圖2是本實用新型設計的反應器的結構示意圖。
圖3是本實用新型的一個實施例。
圖4是圖3的A-A剖視圖。
圖5是圖3的B-B剖視圖。
以下結合附圖，詳細介紹本實用新型的內容。
圖2～圖5中，11是主床，12是伴床，13是氣體分布器，14是擴大段，15是冷卻風分布器，16是旋風分離器，17是一次風入口，18是二次風入口，19是伴床風入口，20是冷卻風入口，21是產物出口，22是固相反應物入口，23是主床和伴床之間的連接器，24是冷風分布器環(huán)管，25是布氣孔管。
如圖2所示，其反應器的主床11由上、下二部分組成，上部為擴大段14，下部為主床11和伴床12，主床和伴床之間有連接管23相連，擴大段的上部設有旋風分離器16，下部設有冷卻風分布器15，主床和伴床的下部都設有氣體分布器13，伴床的上部為固相反應物入口22，下部為冷卻風入口19。其擴大段中的冷卻風分布器由內、外兩個環(huán)管24組成，該環(huán)管與冷卻風入口20相通，環(huán)管上分布有布氣孔管25。
本實用新型設計的反應器的工作原理如下反應器內主床區(qū)域11由氣相反應物和少量惰性氣體進行流化，并在鼓泡或湍動流化區(qū)域操作。由于在流化過程中床層膨脹，床層密度減小，使主床區(qū)域的床層壓降小于伴床12區(qū)域。主床11與伴床12之間的這種壓力差形成巨大的顆粒循環(huán)驅動力，從而反應器內的顆粒可以主床與伴床之間實現(xiàn)高速循環(huán)。固體顆粒的高速循環(huán)，一方面可以改善床層的混合特性；另一方面亦可使體系溫度在整個反應器內趨于均一，有效控制反應器的熱點溫度。
操作過程中，固相反應物從伴床上部的進料口22加入，在循環(huán)下移過程與惰性顆粒進行預混合，進入主床混合區(qū)后，由于流化狀態(tài)的劇烈湍動使其進一步被混合均勻。通過調節(jié)固相顆粒與惰性顆粒的比例，即可控制進入反應區(qū)的固相反應物的濃度。在反應區(qū)固相反應物與氣相反應物相遇而發(fā)生化學反應。反應過程放出的熱量與流化顆粒進行熱交換。由于固體顆粒的體積熱容遠大于氣體的體積熱容，反應放熱對體系的升溫作用得到遏制。通過固體顆粒的大量循環(huán)，及時將化學反應放出的熱量移出反應區(qū)，從而有效地控制反應區(qū)的溫度升高幅度。在反應區(qū)被加熱升溫后的惰性顆粒被循環(huán)提升到頂部的換熱區(qū)，與冷卻介質進行直接或間接換熱，被冷卻后的惰性顆粒進入伴床循環(huán)區(qū)進行下一循環(huán)。而氣相反應物主要從一次風入口17進入主床，二次風18則視體系是否需要加入惰性流化介質而定，如需惰性流化介質，則惰性流化介質以二次風的形式加入主床；否則，二次風入口亦應引入氣相反應物。
適當調節(jié)一次風與二次風的流量比，配合對伴床風的調節(jié)，可實現(xiàn)對固體顆粒循環(huán)速率的定量控制，控制范圍30000千克/米2秒至200000千克/米2秒。通過引入惰性流化介質，可稀釋氣相反應物的濃度，因而亦是減緩強換熱快速反應劇烈程度的技術措施之一。反應得到的氣體產物上升穿過換熱區(qū)，經(jīng)反應器上部擴大段16與固體顆粒分離后，再經(jīng)旋風分離器16從出口21引出反應器。
在主床和伴床上部設擴大段14，既方便了在擴大段內安置換熱器件，如冷卻風分布器15，又利于氣固分離，減小氣流對流化顆粒的夾帶。因此，采用本實用新型設計時經(jīng)一級或二極旋風分離除塵后，氣相產物的含塵濃度很低，可滿足大多數(shù)工藝過程的要求。
在擴大段換熱區(qū)內，可根據(jù)工藝要求采用氣固流化直接換熱或經(jīng)內置換器間接換熱兩種方式。前者適用于冷卻介質需要加熱升溫，并可與反應產物直接混合后再進一步處理的過程；后者則適用于反應產物不允許與冷卻介質混合的情況。經(jīng)換熱區(qū)換熱后，使循環(huán)流化顆粒的溫度降低到工藝要求值。反應熱用來升溫待加熱介質或生產中、高壓蒸汽，蒸汽可作為干燥原料、產品及加熱其它物料的熱源，亦可用于發(fā)電。因此，本實用新型的新型反應器既可有效控制反應過程的反應溫度及反應速率，亦可有效地充分利用反應熱能。
新型密相循環(huán)流化床反應器的另一個特點是控制靈活，操作彈性大。反應體系內整體溫度通過調節(jié)冷卻介質的入口溫度及入口流量進行控制，反應區(qū)溫升通過流化顆粒的循環(huán)速率控制。對反應產物生成速率的控制通過調節(jié)固相反應物的加入速率、調節(jié)氣相反應物的加入速率或采用氣固兩相反應物加料速率的雙重控制來實現(xiàn)。由于固體顆粒的大量循環(huán)，使密相循環(huán)流化床反應器具有很好的緩沖作用，既使某反應物加料過程有所波動，亦能在反應器出口基本得到比較穩(wěn)定的反應產生成速率。
下面介紹本實用新型的實施例。
實施例1新型密相循環(huán)流化床反應器作為三氯化鋁發(fā)生器應用于氯化法鈦白粉生產過程，可以得到很好的效果。三氯化鋁作為鈦白粉合成過程的成核引發(fā)劑和晶體轉型劑，要求產品質量高、生成速率穩(wěn)定及大量反應熱用于加熱鈦自合成原料TiCl4。固相反應物鋁粉以基本穩(wěn)定的速率加入反應器，準確控制氣相反應物的加料速率以一次風的形式加入，惰性氣體TiCl4(鈦白粉合成原料)以二次風的形式加入主床并作為冷卻介質加入換熱區(qū)以流化形式直接冷卻循環(huán)流化顆粒。反應過程控制在530℃溫度下進行，反應區(qū)溫升小于10℃，全部鈦白粉合成原料TiCl4可被升溫80℃以上。該過程可以得到非常穩(wěn)定的三氯化鋁生成速率，所生成的三氯化鋁與TiCl4均勻混合進入合成鈦白粉氧化爐。
實施例2新型密相循環(huán)流化床反應器應用于由稻殼生產優(yōu)質白碳黑(SiO2)過程。由稻殼生產白碳黑的燒碳過程，對反應溫度的要求很高，一旦反應溫度超限，即使產品與雜質發(fā)生反應而不能除去，得不到合格的產品。利用本實用新型所述的新型密相循環(huán)流化床反應器的控溫特性，可將燒碳過程的溫度控制在±20℃的較小范圍內。從而能保證產品的質量，降低生產過程的成本。利用燒碳反應熱生產高壓蒸汽，部分用于原料及產品的干燥，剩余部分可用于發(fā)電。
權利要求1.一種用于強放熱反應過程密相循環(huán)流化床反應器，其特征在于，該反應器的主床由上、下二部分組成，上部為擴大段，下部為主床和伴床，主床和伴床之間有連接管相能，擴大段的上部設有旋風分離器，下部設有冷卻風分布器，主床和伴床的下部均設有氣體分布器，伴床的上部為固相反應物入口，下部為冷卻風入口。
2.如權利要求1所述的反應器，其特征在于，其中所述的擴大段中的冷卻風分布器由內、外兩個環(huán)管組成，該環(huán)管與冷卻風入口相通，環(huán)管上分布有布氣孔管。
專利摘要本實用新型涉及一種用于強放熱反應過程密相循環(huán)流化床反應器,該反應器的主床由上、下二部分組成,上部為擴大段,下部為主床和伴床,主床和伴床之間有連接管相能,擴大段的上部設有旋風分離器,下部設有冷卻風分布器,主床和伴床的下部均設有氣體分布器,伴床的上部為固相反應物入口,下部為冷卻風入口。本實用新型的反應器適用于強放熱氣相或氣固兩相反應過程,可實現(xiàn)對反應過程的反應溫度及反應速率的有效控制。
文檔編號B01J8/24GK2339296SQ9824085
公開日1999年9月22日 申請日期1998年9月25日 優(yōu)先權日1998年9月25日
發(fā)明者王金福, 金涌, 景山, 魏飛 申請人:清華大學