一種半錐形下降段循環(huán)流化床的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及循環(huán)流化床裝置，尤其涉及一種下降段底部為半錐形的循環(huán)流化床。
【背景技術(shù)】
[0002]循環(huán)流化床廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、能源、環(huán)保等工業(yè)領(lǐng)域中的氣相加工和固相加工過程。循環(huán)流化床一般由依次連接的提升段、氣固分離器、下降段(也稱伴床)、顆粒循環(huán)控制設(shè)備組成。循環(huán)流化床穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，提升段內(nèi)顆粒在上行氣體作用下處于快速流化狀態(tài)，顆粒被上行氣體夾帶進(jìn)入氣固分離器，經(jīng)分離后顆粒相進(jìn)入下降段并在重力作用下向下運(yùn)動，后經(jīng)下降段底部顆粒循環(huán)控制設(shè)備進(jìn)入提升段完成循環(huán)，氣相從氣固分離器排出后放空或經(jīng)壓縮后循環(huán)使用。
[0003]如何快速、穩(wěn)定地建立顆粒循環(huán)是循環(huán)流化床平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。通常情況下，首先在下降段預(yù)填足以形成料封的物料量，再由提升段底部通入循環(huán)氣并調(diào)節(jié)顆粒循環(huán)控制裝置，從而快速建立循環(huán)。對于大型循環(huán)流化床鍋爐而言，在進(jìn)行鍋爐停爐檢修時(shí)，需要將爐內(nèi)物料放空，待檢修后重新裝填物料進(jìn)行啟動，這一過程耗時(shí)較長，并消耗大量人力、物力，推遲了機(jī)組啟動時(shí)間，增加了企業(yè)運(yùn)營成本。專利CN104728835A提供了一種大型循環(huán)流化床鍋爐外置床空床啟動技術(shù)，在啟動過程中逐步向鍋爐添加床料，通過物料外循環(huán)逐步建立外置床床料，直至鍋爐循環(huán)物料正常為止。這一技術(shù)縮短了機(jī)組啟動時(shí)間，減少啟動用油，并能防止鍋爐結(jié)焦。此外，對于某些化學(xué)反應(yīng)過程，例如烯烴聚合多區(qū)反應(yīng)過程，在啟動建立循環(huán)過程時(shí)，為避免下降段移熱困難形成結(jié)塊、過渡料多等問題同樣保證下降段為空床，通過聚合反應(yīng)生成的顆粒以及物料外循環(huán)逐步建立下降段料位直至建立顆粒循環(huán)。
[0004]然而在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，在外置床空床啟動過程中，循環(huán)流化床內(nèi)的氣固兩相流動異常復(fù)雜，較難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定操作。以循環(huán)流化床烯烴聚合反應(yīng)器為例，在工業(yè)裝置開車過程中，顆粒循環(huán)建立耗時(shí)四五個(gè)小時(shí)至十幾個(gè)小時(shí)不等。專利CN103776741A采用聲波、靜電及壓差檢測手段對顆粒循環(huán)建立過程進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)在建立顆粒循環(huán)過程中下降段顆粒流型會出現(xiàn)移動床流化床交替的不穩(wěn)定現(xiàn)象。究其原因發(fā)現(xiàn)，下降段內(nèi)聚合物顆粒以移動床狀態(tài)向提升段轉(zhuǎn)移時(shí)，容易在下降段底部形成氣栓，進(jìn)而引發(fā)節(jié)涌等不穩(wěn)定流化現(xiàn)象。節(jié)涌的出現(xiàn)一方面使得下降段顆粒被向上推動，若再次形成料封則需要一段時(shí)間用于顆?；芈?，使得顆粒循環(huán)建立時(shí)間加長；另一方面造成下降段內(nèi)大量顆粒被夾帶進(jìn)入循環(huán)氣管路，極易導(dǎo)致循環(huán)管路中換熱器的堵塞，嚴(yán)重影響了工業(yè)裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。已知該聚合反應(yīng)器所生產(chǎn)的聚合物顆粒粒徑較大，屬于Geldart D類顆粒，在該類顆粒的流化床內(nèi)氣泡直徑可達(dá)到床徑尺寸，因此無法通過簡單增加下降段管徑來消除節(jié)涌現(xiàn)象。因此，亟需探索一種新型循環(huán)流化床裝置，以減弱甚至消除節(jié)涌對顆粒循環(huán)建立過程的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有循環(huán)流化床在建立顆粒循環(huán)過程中由于出現(xiàn)節(jié)涌而引起的不穩(wěn)定特征，提供一種下降段底部為半錐形的循環(huán)流化床，該裝置可以減弱乃至消除下降段節(jié)涌，縮短循環(huán)建立時(shí)間、降低下降段顆粒夾帶。
[0006]本發(fā)明的半錐形下降段循環(huán)流化床，包括依次連接的提升段、旋風(fēng)分離段、下降段、顆粒循環(huán)段，所述下降段底部為半錐形。
[0007]所述下降段底部的半錐形呈下窄上寬，上下寬度之比η滿足l〈n〈20，進(jìn)一步優(yōu)選為2 ?10。
[0008]所述下降段底部的半錐形呈軸向非對稱分布。
[0009]所述下降段底部的半錐形高度a與下降段整體高度L之比為0.01?I，進(jìn)一步優(yōu)選為0.1?0.5。
[0010]所述下降段底部的半錐形錐角為1°?(90°— α)，其中α為顆粒內(nèi)摩擦角，進(jìn)一步優(yōu)選為30° ?(90° — α)。
[0011]所述下降段底部的半錐形起始位置距下降段底部距離為O?(L_a)，a為半錐形高度，進(jìn)一步優(yōu)選為O?0.1L。
[0012]與現(xiàn)有具有軸對稱下降段的循環(huán)流化床對比，可知下降段出現(xiàn)大量竄氣時(shí)，上升氣流在背離錐角的一側(cè)形成氣泡，并推動該側(cè)顆粒向上運(yùn)動。該側(cè)顆粒在上升過程中逐漸向另一側(cè)運(yùn)動，并在下降段半錐形內(nèi)形成顆粒內(nèi)循環(huán)，而未形成劇烈的節(jié)涌流化。由此可知，半錐形下降段減弱了節(jié)涌對下降段顆粒不穩(wěn)定流動的影響，并減弱了下降段顆粒夾帶。另一方面，下降段出現(xiàn)竄氣時(shí)，呈內(nèi)循環(huán)的顆粒相未被夾帶至下降段上部，從而能更快地再次形成料封，縮短處于不穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間、加快顆粒循環(huán)的建立。
【附圖說明】
:
[0013]圖1是本發(fā)明一種半錐形下降段循環(huán)流化床裝置示意圖；其中，I為提升段，2為旋風(fēng)分離段，3為半錐形下降段，4為顆粒循環(huán)段;L為下降段高度，a為半錐形高度，b為半錐形上段寬度，α為半錐角。
[0014]圖2是實(shí)施例1中一種半錐形下降段循環(huán)流化床裝置示意圖；其中，I為提升段，2為旋風(fēng)分離段，3為半錐形下降段，4為顆粒循環(huán)段;L為下降段高度，a為半錐形高度，b為半錐形上段寬度，α為半錐角，c為半錐形起始位置距下降段底部距離。
[0015]圖3是實(shí)施例2中下降段呈軸對稱分布的循環(huán)流化床。
[0016]圖4(a)、(b)是本發(fā)明中半錐形下降段出現(xiàn)大量竄氣時(shí)氣相(a)和顆粒相(b)速度矢量圖。
[0017]圖5是本發(fā)明中半錐形下降段顆粒相濃度隨時(shí)間的變化。
[0018]圖6是對比實(shí)施例中下降段中顆粒濃度隨時(shí)間的變化。
具體實(shí)施例:
[0019]實(shí)施例1:
[0020]如圖1所示，本發(fā)明的一種半錐形下降段循環(huán)流化床，包括提升段1、旋風(fēng)分離段2、半錐形下降段3、顆粒循環(huán)段4。實(shí)施例1中優(yōu)選的半錐形結(jié)構(gòu)滿足以下條件:半錐形呈下窄上寬結(jié)構(gòu)、上下寬度之比為4，半錐形高度b與下降段高度L之比為0.2，半錐形錐角α為50°，半錐形底部起始位置距下降段底部距離為O。提升段底部循環(huán)氣表觀氣速為7.86m/s。
[0021 ]圖4(a)、(b)為該實(shí)施例下降段處于大量竄氣狀態(tài)下氣相、顆粒相速度矢量圖。由圖4(a)可知，下降段竄氣集中在背離錐角的一側(cè)向上運(yùn)行，并推動該側(cè)顆粒向上運(yùn)動，如圖4(b)所示。圖4(b)同時(shí)表明，該側(cè)顆粒在上升過程中逐漸向另一側(cè)運(yùn)動，并在錐角一側(cè)向下運(yùn)動，從而在下降段的半錐形內(nèi)形成顆粒內(nèi)循環(huán)，由此減弱了節(jié)涌對下降段顆粒不穩(wěn)定流動的影響，進(jìn)而減弱下降段顆粒夾帶。圖5為半錐形下降段顆粒濃度分布隨時(shí)間的變化，由圖可知下降段處于竄氣狀態(tài)時(shí)，顆粒主要集中在底部，而未被夾帶至下降段上部，從而更快地再次形成料封(2.4s)，縮短處于不穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間，加快顆粒循環(huán)建立時(shí)間。
[0022]本發(fā)明中的半錐形下降段循環(huán)流化床結(jié)構(gòu)示意圖也可如圖2所示，即下降段底部的半錐形起始位置距下降段底部距離c不為O。
[0023]實(shí)施例2(對比實(shí)施例):
[0024]如圖2所示，下降段呈軸對稱分布的循環(huán)流化床，包括提升段1、旋風(fēng)分離段2、下降段3、顆粒循環(huán)段4。提升段底部表觀氣速為7.86m/s。圖6為該實(shí)施例下降段處于大量竄氣狀態(tài)下顆粒相濃度分布隨時(shí)間的變化。由圖6可知，下降段竄氣在底部形成氣栓，進(jìn)而使得下降段顆粒相形成節(jié)涌流化狀態(tài)，下降段顆粒相在節(jié)涌氣栓的推動下向上推進(jìn)，一方面加劇下降段顆粒相夾帶；另一方面使得下降段顆粒再次形成料封時(shí)間加長，此時(shí)下降段再次形成移動床的耗時(shí)為4.5s，較半錐形下降段形成移動床耗時(shí)增加近一倍，因而此時(shí)顆粒循環(huán)處于不穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間加長，不利于顆粒循環(huán)的建立。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半錐形下降段循環(huán)流化床，其特征在于，包括依次連接的提升段、旋風(fēng)分離段、下降段、顆粒循環(huán)段，所述下降段底部為半錐形。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半錐形下降段循環(huán)流化床，其特征在于，所述的下降段底部的半錐形呈下窄上寬結(jié)構(gòu)，上下寬度之比η滿足l〈n〈20。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種半錐形下降段循環(huán)流化床，其特征在于，所述的下降段底部的半錐形上下寬度之比η滿足2〈n〈10。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半錐形下降段循環(huán)流化床，其特征在于，所述的下降段底部的半錐形呈軸向非對稱分布。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半錐形下降段循環(huán)流化床，其特征在于，所述的下降段底部的半錐形高度a與下降段整體高度L之比為0.0l?I。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種半錐形下降段循環(huán)流化床，其特征在于所述的下降段底部的半錐形高度a與下降段整體高度L之比為0.1?0.5。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半錐形下降段循環(huán)流化床，其特征在于，所述的下降段底部的半錐形錐角為1°?(90° — α)，其中α為顆粒內(nèi)摩擦角。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種半錐形下降段循環(huán)流化床，其特征在于，所述的下降段底部的半錐形錐角為30°?(90° — α)，其中α為顆粒內(nèi)摩擦角。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半錐形下降段循環(huán)流化床，其特征在于，所述的下降段底部的半錐形起始位置距下降段底部距離為O?(L_a)，a為半錐形高度，L為下降段高度。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種半錐形下降段循環(huán)流化床，其特征在于，所述的下降段底部的半錐形起始位置距下降段底部距離c為O?0.1L，L為下降段高度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種半錐形下降段循環(huán)流化床，下降段底部為半錐形，下窄上寬且呈非軸對稱分布。錐度一側(cè)錐角大于0°小于顆粒流動安息角的余角，從而保障顆粒順暢流動。在該循環(huán)流化床進(jìn)行非預(yù)填料建立顆粒循環(huán)過程中，當(dāng)下降段處于竄氣狀態(tài)時(shí)，下降段顆粒能夠在半錐形內(nèi)形成顆粒內(nèi)循環(huán)，削弱節(jié)涌流化的強(qiáng)度，從而進(jìn)一步降低下降段節(jié)涌所引起的壓力波動以及顆粒跑損。同時(shí)，半錐形內(nèi)的顆粒內(nèi)循環(huán)能夠使得顆粒相集中于下降段底部，從而更快地形成料封、形成移動床，進(jìn)而縮短顆粒循環(huán)建立時(shí)間。
【IPC分類】F23C10/00, B01J8/24
【公開號】CN105617953
【申請?zhí)枴緾N201610013410
【發(fā)明人】黃正梁, 訾燦, 廖祖維, 王靖岱, 蔣斌波, 陽永榮, 葛世軼, 陳美 , 王浩同, 周冰潔, 范小強(qiáng), 沈旻, 張擎, 楊遙, 何樂路, 胡東芳, 時(shí)強(qiáng), 柳鶯
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年1月8日