[发明专利]气固流化床复合内构件

说明书

技术领域

本发明属于化工设备技术领域，特别涉及一种气固流化床复合内构件以及设置有该型内构件的气固流化床。

背景技术

气固流化床由于具有良好的传热、传质性能以及类似于流体的良好颗粒输送能力，在工业上得到了广泛的应用。但是，流化床中由于气泡的存在，容易造成气体短路，气固间的接触效率因此降低。同时，气泡的存在也造成固体颗粒的严重返混，进而引起气体的二次返混，造成气固两相在流化床中的停留时间分布很不均匀，严重偏离活塞流。对于连续操作的化学反应器，这些将会显著降低反应的转化率和反应产物的选择性。

为改善上述气固流化床中存在的一些固有缺点，添加内构件是通常采用的一种方式。合理添加内构件可以强化气泡破碎和抑制气泡聚并，提高流化质量，改善气固接触效果；同时，还可以有效抑制气体和固体颗粒的返混，改善气固相的停留时间分布。

目前国内外已报道的流化床内构件主要有水平构件、垂直构件以及复合构件三类形式。

常见的水平构件形式有多孔板、单旋或多旋导向内构件等，这类构件一般适于在气速较低的流化床中使用，当气速超过一定程度后，水平构件下方会出现大量仅含少量颗粒的“气垫”。“气垫”的出现会显著降低流化床的空间利用率，对传热和传质会产生不利影响。

垂直构件一般为垂直设置的管束、翅片管和平板等。采用垂直构件的流化床虽然不会出现“气垫”，但是有时会出现粘附在垂直构件上的“气节”，“气节”对传热传质多是不利的。另外，与水平构件相比，垂直构件对传质的改善以及对返混的抑制能力相差较大。

复合构件结合了水平和垂直构件的优点，通过合理的设计，可同时消除这两类构件存在的缺点。近些年来，复合构件已经获得了越来越广泛的应用。

CN 85100040A提出了一种复合内构件，有塔形和脊形两种型式，该型内构件据称是融合了水平挡板内构件和垂直内构件的优点，并可消除“气垫”和“气节”的出现，并可方便的进行工业放大。但根据该专利文件的描述可以看出，该型内构件由于结构过于复杂，不便于安装和制造。

CN 100534602C提出了一种多层格栅式内构件，包含至少两层水平格栅，每层格栅由多个平行流动区域组成，每个流动区域内设置一系列与水平方向呈同一角度的导流叶片，而相邻流动区域内的导流叶片的设置方向相反，从而使气固两相产生交错流动。而上下相邻两层水平格栅中相对应的流动区域内的导流叶片互为反向设置，使气固两相在垂直方向上形成“之”字形流动。该型构件具有更好的气固接触效果，可显著抑制气固相的返混，且很容易制造、组装和检修。但是，这种内构件在较高的操作气速下，尤其是在高气速的湍动流化床中，其下方仍可能产生“气垫”，对气固接触效果不利。另外，该型构件的设计和流化床的操作参数(如表观气速和颗粒质量流量)是严格匹配的，当装置操作条件变化时，尤其是表观气速和颗粒质量流率显著增大时，必须重新设计和制造新的格栅构件。另一方面，由于换热、颗粒捕集及其他原因，很多工业流化床装置中都存在许多换热管、料腿以及气体管路等辅件，这些辅件的存在往往会对这型格栅内构件的安装造成很多不便。例如，由于这些辅件的存在，格栅层往往不能安装在最理想的轴向位置上。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种可适用于更宽操作域、更方便安装和改造的新型结构的复合内构件，以在维持高效气固传质效率、低气固相返混率的基础上，使内构件可适用于更高的操作气速和颗粒质量流率，增加内构件的操作范围。

本发明的另一目的在于提供设置了所述复合内构件的流化床。

本发明首先提供了一种用于气固流化床的复合内构件，该内构件由多个竖直平行排布的构件组单元构成，每个构件组单元均包括一个竖直构件(例如竖直的板条、杆或管等)，该竖直构件的两侧分别设置有多片与竖直构件呈一定倾斜角度的导流叶片。沿竖直构件高度方向，同侧上下相邻的两个导流叶片的倾斜方向相反，使气固两相介质在通过该内构件时形成“之”字形流动；并且，同一高度上竖直构件两侧设置两片基本对称的导流叶片，其倾斜方向也相反，使气固两相介质在通过这两个叶片时形成交错流动。

本发明的内构件不仅可以有效提高流化床中气固间的接触效果和抑制气固相的返混，而且可适用于更宽的操作域，在流化床中布置更灵活，更方便安装、检修和改造。

本发明中，“倾斜方向相反”是指两个导流叶片交叉设置，但与水平方向的锐角夹角都相等。