用于木焦油沸騰床反應(yīng)器的氣液分布器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件領(lǐng)域，尤其涉及一種用于木焦油沸騰床反應(yīng)器的氣液分布器。
【背景技術(shù)】
[0002]生物質(zhì)熱裂解技術(shù)可以將低品位的生物質(zhì)能(木質(zhì)原料、農(nóng)作物廢料)轉(zhuǎn)化為較高品質(zhì)的液態(tài)的生物質(zhì)焦油(木焦油)，該技術(shù)液體焦油產(chǎn)率高達(dá)65?70%。生產(chǎn)的生物質(zhì)焦油組成復(fù)雜，水分含量高，具有高腐蝕性，熱值較低且不穩(wěn)定易縮聚，難與石油類產(chǎn)品(如汽油、柴油等)互溶。從上世紀(jì)90年代末開始，世界各國陸續(xù)開始生物質(zhì)焦油提煉燃油的技術(shù)研究，其中沸騰床加氫裂化被認(rèn)為是最具有發(fā)展?jié)摿Φ姆绞街弧?br>[0003]氣液固三相沸騰床反應(yīng)器在工業(yè)反應(yīng)過程中得到了廣泛應(yīng)用，對于反應(yīng)熱很大的反應(yīng)過程，使用三相沸騰床反應(yīng)器可以有效的移走反應(yīng)熱，實現(xiàn)反應(yīng)器的等溫操作，保證反應(yīng)器的正常運(yùn)行。在三相沸騰床反應(yīng)器中，氣液分布器是保證氣體在床層中均勻分布的重要內(nèi)構(gòu)件，直接影響反應(yīng)器的平穩(wěn)運(yùn)行和反應(yīng)效率。目前國內(nèi)外已公開專利和文獻(xiàn)中沸騰床氣液分布器主要是用于煤直接液化和渣油沸騰床加氫工藝中，不同原料加工特性差別較大，因此需要選用適應(yīng)工藝條件的氣液分布器。
[0004]已公開的沸騰床氣液分布器根據(jù)功能特性分有兩大類:截流型(例如US4874583、200910012453.5 和 201020636320.3 等)和非截流型(例如 200910012498.2)，現(xiàn)有文獻(xiàn)顯示目前工業(yè)裝置上基本采用了美國Texaco公司的帶止逆球的泡帽式氣液分布器US4874583，中石化撫研院利用催化劑堆積角的特性開發(fā)了非截流型氣液分布器，可以防止催化劑的大量逆流，但是無法完全回避隔板上方物流的逆流，容易發(fā)生進(jìn)氣孔堵塞，所以目前沸騰床氣液分布器仍然傾向采用截流型分配器。
[0005]當(dāng)沸騰床反應(yīng)器中液相氣含率相同時，氣泡直徑越小，則氣液相界面積越大，傳質(zhì)速率越快，有利于提高反應(yīng)效果和利用率。同時大氣泡在液相中的上升速度高于小氣泡，也會造成氣體在反應(yīng)器中的停留時間縮短，或者可以說大氣泡使部分氣體在反應(yīng)器中沒有與液相接觸傳質(zhì)，在一定程度上形成短路。這些都會影響反應(yīng)物之間的傳質(zhì)效果，并降低反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。因此現(xiàn)階段學(xué)術(shù)界主要關(guān)心氣液分布器如何使氣體分布均勻，產(chǎn)生更多更小的氣泡，同時應(yīng)該具備防止反應(yīng)器隔板上方帶催化劑的物流發(fā)生逆流。氣固液三相物料在反應(yīng)器內(nèi)有效均勻混合、傳質(zhì)效率及操作彈性是沸騰床反應(yīng)器的重要性能指標(biāo)，因此，性能優(yōu)異的氣液分布器是沸騰床反應(yīng)器的關(guān)鍵內(nèi)構(gòu)件。
[0006]美國Texaco公司的專利US4874583介紹了一種用于沸騰床反應(yīng)器的氣液分布器，為泡帽分布器，主要由泡帽、上升管、止逆球和閥芯等部件組成。泡帽筒體的底部設(shè)有條縫，上升管上部和閥芯中部設(shè)有流體出口，閥芯下部設(shè)有球座。上升管的下部為帶有進(jìn)氣槽(條縫)的氣液預(yù)混合結(jié)構(gòu)，上升管內(nèi)設(shè)有用于氣液混合的孔板混合器。多個泡帽分布器均勻地設(shè)置于分布板上。這種氣液分布器直接應(yīng)用到木焦油沸騰床加氫中主要會出現(xiàn)如下問題:(1)閥芯內(nèi)腔的頂端行程較大，因此止逆球會在氣液物流中上下跳動，造成止逆球和閥芯內(nèi)腔的碰撞損傷。(2)上升管頂部和泡帽環(huán)形空間頂部物流死區(qū)較大，在運(yùn)行過程中產(chǎn)生較多旋渦，導(dǎo)致氣液進(jìn)料不穩(wěn)，床層波動較大，同時局部阻力導(dǎo)致分布器壓降較大。(3)泡帽下方齒縫結(jié)構(gòu)，安裝后泡罩下沿距環(huán)板一定距離，工作時形成的氣泡柱直徑較小，且氣泡較大。由于敞口較大，一方面氣液混合物流出泡罩后，速度較小，對下方?jīng)_擊力較小，易導(dǎo)致催化劑沉積，另一方面在發(fā)生逆流時催化劑逆流幾率增大。
[0007]中石化撫研院的專利200910012453.5介紹的結(jié)構(gòu)在氣液混合結(jié)構(gòu)上做了大量改進(jìn)，氣液混合進(jìn)料平穩(wěn)，止逆球工作穩(wěn)定。但是上部開孔斜向上方，同時沒有泡帽結(jié)構(gòu)的折流，催化劑在隔板上方容易沉積，可能造成沸騰床反應(yīng)器底部過熱而燒壞催化劑，由于缺少泡帽的破碎和擴(kuò)散氣泡作用，氣體擴(kuò)散范圍較小，氣泡較大，由于分配器出口沒有泡帽的折流阻擋作用，逆流時物流將瞬間逆流，中心進(jìn)料管流速較大，止逆球不易迅速回位，需要一個短暫的回位過程。
[0008]神華煤制油公司申請的專利201020636320.3具有圓錐形泡罩，該圓錐泡罩通過多個角尺支腿與該分配盤連接。這種結(jié)構(gòu)的特點是借助了浮閥的特點結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，密封緊密，流體流量為零時，錐體完全覆蓋了分配盤的開孔，隔絕了分配盤上的物料進(jìn)入分配盤下。該氣液分布器在使用過程中存在的問題:(I)缺少氣液混合結(jié)構(gòu)，環(huán)板下方的物流在泡帽浮起時進(jìn)入床層，氣泡較大，氣泡尾跡影響范圍較大，直接導(dǎo)致床層底部波動較大，分配不均；(2)泡罩通過角尺支腿與該分配盤連接，可以自由上下移動，同時在運(yùn)行過程中存在旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動在破碎氣泡和防止催化劑在泡罩上沉積有一定效果，但是長時間的旋轉(zhuǎn)極易導(dǎo)致角尺支腿與分配盤開孔的磨損，可靠性降低，影響設(shè)備長周期安全運(yùn)轉(zhuǎn)，因此泡帽不宜自由旋轉(zhuǎn)。
[0009]以上沸騰床氣液分配器主要用于煤直接液化和渣油沸騰床加氫工藝中，都有自身的優(yōu)缺點，但是沸騰床反應(yīng)器因加工原料的性質(zhì)、流體力學(xué)參數(shù)不盡相同，也需要對氣液分配器局部結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的止逆球跳動較大、磨損嚴(yán)重，影響回位密封效果，泡帽下沿敞口較大時物流沖力較小，氣泡較大，且停工導(dǎo)致催化劑逆流幾率較大等技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于木焦油沸騰床反應(yīng)器的氣液分布器。
[0011]本發(fā)明提供的用于木焦油沸騰床反應(yīng)器的氣液分布器主要由中心管、泡帽、止逆球、錐形球座和限位座組成；泡帽為一底部敞口的筒狀物，罩于中心管的上端并與中心管固定連接，中心管上端端部的管壁上設(shè)有物料出口，限位座設(shè)于物料出口下方的中心管內(nèi)，錐形球座設(shè)于限位座下方的中心管管壁上，錐形球座上設(shè)有止逆球，泡帽、中心管、限位座、止逆球與錐形球座同軸設(shè)置，泡帽與中心管之間形成一環(huán)形通道，中心管下端設(shè)有物料進(jìn)口。
[0012]作為進(jìn)一步改進(jìn)的方案，在泡帽下端的筒壁上設(shè)有向下傾斜的泡帽斜管，泡帽斜管與泡帽內(nèi)的環(huán)形通道相連通。
[0013]作為更進(jìn)一步改進(jìn)的方案，在泡帽底部設(shè)有環(huán)板，環(huán)板與泡帽底部邊緣相焊接并套于中心管上。環(huán)板可以為盲板、多孔環(huán)板或者楔形絲網(wǎng)環(huán)板。
[0014]采用本發(fā)明，具有如下的有益效果:
[0015](I)中心管內(nèi)部設(shè)有錐形球座和限位座，止逆球在一定的空間內(nèi)上下運(yùn)動，避免止逆球在物流不穩(wěn)時上下跳動劇烈，磨損嚴(yán)重，不利于氣液穩(wěn)定進(jìn)料，同時可以防止碰撞導(dǎo)致逆流密封失效。
[0016](2)泡帽環(huán)形通道和中心管內(nèi)部流道通暢，死區(qū)較少，一方面正常工作時壓降較小，止逆球穩(wěn)定，另一方面若氣液進(jìn)料中斷時，止逆球缺少推力，迅速落回密封位置，使止逆球和錐形球座線接觸實現(xiàn)密封。
[0017](3)增設(shè)泡帽斜管可以擴(kuò)大分布器氣泡流直徑，使氣液物流分布更均勻，保證整個床層各部分反應(yīng)均一，提高反應(yīng)效率。
[0018](4)泡帽下部增設(shè)環(huán)板，當(dāng)環(huán)板是多孔環(huán)板或者楔形絲網(wǎng)板，一方面可以使氣泡較小，提高床層氣含率和物流沖擊力，保證在停工重啟時能沖起泡帽下催化劑，另一方面盡量減小發(fā)生逆流時催化劑進(jìn)入泡帽環(huán)形通道。
[0019]本發(fā)明的氣液分布器氣液擴(kuò)散面積廣、結(jié)構(gòu)簡單合理、止逆球升降平穩(wěn)、使用安全可靠；可用于沸騰床及相關(guān)反應(yīng)器分配氣液進(jìn)料。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的用于木焦油沸騰床反應(yīng)器的氣液分布器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為泡帽的仰視示意圖；
[0022]圖3為A-A截面俯視示意圖；
[0023]圖4為限位座的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5為圖4的俯視示意圖；
[0025]圖6為本發(fā)明的氣液分布器的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖中:1-泡帽，2-中心管，21、22-縱向槽縫，23、24-槽齒，3_止逆球，4_錐形球座，41-球座孔，5-環(huán)形通道，6-進(jìn)氣孔，7-限位座，71-錐腿，72-支撐柱，8-環(huán)板，9-泡帽斜管，10-分布板，11-泡帽頂孔，25-通孔。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的用于木焦油沸騰床反應(yīng)器的氣液分布器作進(jìn)一步的說明。
[0028]如圖1所示，本發(fā)明提供的用于木焦油沸騰床反應(yīng)器的氣液分布器主要由中心管2、泡帽1、止逆球3、錐形球座4和限位座7組成；泡帽I為一底部敞口的筒狀物，罩于中心管2的上端并與中心管2固定連接，中心管2上端端部的管壁上設(shè)有縱向槽縫22作為物料出口，限位座7設(shè)于縱向槽縫22下方的中心管內(nèi)，錐形球座4設(shè)于限位座7下方的中心管管壁上，錐形球座4上設(shè)有止逆球3，泡帽1、中心管2、限位座7、止逆球3與錐形球座4同軸設(shè)置，泡帽I與中心管2之間形成一環(huán)形通道5，中心管2下端設(shè)有物料進(jìn)口。
[0029]在泡帽I下端的筒壁上設(shè)有向下傾斜的泡帽斜管9，泡帽斜管9與泡帽內(nèi)的環(huán)形通道5相連通。如圖2所示，泡帽斜管9沿泡帽外筒壁圓周方向均勻分布，一般設(shè)4?8個，內(nèi)徑一般為I?4毫米，傾斜角度α為30?60度。泡帽斜管可以擴(kuò)大泡帽的分配范圍，形成直徑更大分布更均勻的氣泡柱，使氣液分布更均勻。
[0030]在泡帽I底部設(shè)有環(huán)板8，環(huán)板8與泡帽底部邊緣相焊接并套于中心管上。環(huán)板8可以為盲板、多孔環(huán)板或楔形絲網(wǎng)環(huán)板。當(dāng)環(huán)板8為盲板時，物料只能通過泡帽斜管9進(jìn)入分布板上方。當(dāng)環(huán)板8為多孔環(huán)板時，環(huán)板上篩孔直徑一般為1.5?3毫米，可以沿多個同心圓均勻布置。當(dāng)環(huán)板8為楔形絲網(wǎng)環(huán)板時，目數(shù)一般為20?60目，楔形絲網(wǎng)環(huán)板是目前通用的一種工業(yè)用條縫篩網(wǎng)，它由異形金屬絲和不同形狀的支持桿組成，由專門設(shè)計的電阻焊機(jī)連續(xù)地焊接而成；條縫篩網(wǎng)可制成各種形狀，在本發(fā)明中應(yīng)采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，可焊接在泡帽下端；條縫篩網(wǎng)作為氣液分布器的泡帽分布網(wǎng)最大的優(yōu)點是條縫結(jié)構(gòu)不易發(fā)生催化劑堵塞。
[0031]如圖2所示，泡帽I頂部開有泡帽頂孔11。所述的作為物料出口的縱向槽縫22沿中心管軸向貫穿上端端部，兩相鄰縱向槽縫22之間的中心管剩余部分形成槽齒23，如圖1和圖3所示，槽齒23作為支撐筋插入泡帽I頂部的泡帽頂孔11中，與泡帽頂部固定連接在一起。縱向槽縫22—般為豎置長方形(所述形狀是指物料出口在與物料出口正對著的