[发明专利]一种采用管壁补气与排气实现循环流化床多段化操作的方法及其装置

说明书

本发明涉及循环流态化领域，特别是涉及循环流化床提升管内气固流动的整体轴向和径向分布不均匀性进行改进的工艺和装置。

循环流化床提升管反应器系统(附图1)是70年代以后迅速发展起来的一种气固两相流反应器，和传统的鼓泡床、湍动床反应器相比，它具有无气泡、温度分布均匀、处理量大、操作弹性好等优点，曾被认为是一种较理想的气固接触反应器，广泛应用于许多工业部门。80年代以来对循环流化床流体动力学行为的深入研究发现，在循环流化床提升管内存在显著的流动不均匀性。它在整体上表现为：颗粒浓度分布轴向顶稀底密(如呈S型分布)，径向中心稀边壁浓(如环核结构)，同时部分颗粒沿提升管边壁向下滑落、返混。提升管中心区与边壁的颗粒浓度差有时可达一、两个数量级之多。在局部则表现为颗粒团聚、局部稀相与密相共存并不断变化。由于流动的不均匀性，使得循环流化床提升管内产生相当的气固返混，造成气固停留时间分布不均，从而影响气固接触效果；尤其是对象石油催化裂化等选择性快速反应的反应转化性能有着不可忽视的影响。

为改善循环床提升管内气固流动的这种不均匀性，人们现已尝试过多种措施，如在CN1051129A,1990；JP04314831,1991中介绍的是在流化床的提升管内设置各式内构件，或者是在CN2093031U,1991；US5622677A,1991文献中介绍的，将提升管横截面交替渐缩渐扩变化。这些措施虽对改善提升管内不均匀的流动分布有帮助，但也带来加工与操作上的缺陷，如内构件难以耐提升管长期运转的磨损，提升管截面交替变化制造起来困难；同时容易产生提升管截面平均浓度变稀而降低气固接触效率。

本发明目的在于克服上述已有技术的缺点和不足之处，提出一种通过人为主动地向提升管边壁区补充能量、弥补气固流动在管壁处的能量损失，从而使提升管内流动重新分布，达到改变提升管内颗粒浓度轴、径向不均匀分布的方法。本发明的目的还在于提供一种高浓度、低返混、在提升管内无内构件的多段循环流化床装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的一种不用内构件即可实现多段循环流态化操作的装置；包括提升管(主床)和下行管(副床)以及气固分离部分；提升管的顶端与气固分离部分相接，气固分离部分再与下行管连接，下行管下端再通过斜管与提升管下端相接；提升管和下行管的底部与带阀或流量计的进气管相连。其特征在于提升管中至少有一段由一段外管套装在提升管上(这段提升管也称作内管)组成的多孔管段。该多孔管段的内管管壁上有许多小孔或将内管直接用可透气的多孔材料制成；外管为普通光壁管用作储气管；外管壁上有一接管或有一与外界相联的管口。内管管壁上的小孔应均匀分布，比如各小孔之间呈正三角形分布。小孔可以垂直于内管管壁开制，或与内管管壁成一角度开制，最好是顺提升管内气固流动方向开制。内管壁面上开制的小孔大小从1μ-10mm；以开孔直径小、开孔数目多、开孔分布均匀为佳。内管管壁的开孔数目可按开孔率在0.1～20％范围内选择。根据实际需要还可以在提升管上制造出n-1个多孔管段，或者将整个提升管都制成多孔管。这里，n=H/(h+L)；H=提升管的有效高度，L=多孔管段的长度，h=相邻两多孔段的间距。

本发明提供的一种改善循环流化床提升管内流动不均匀性的方法，是把具有高于提升管内压力的气体，从气体入口进入流量计计量后，再经管壁多孔段的多个小孔注入到提升管内(简称为壁面补气或管壁多孔注气)。管壁多孔注气旨在提升管内壁面附近形成一注入气体的薄层，该薄层的作用是将原先提升管气固流动与固体管壁的摩擦转变为提升管内气固流动与该气体薄层间的摩擦；从而减少气固流动的阻力。同时因管外气体的不断注入，使得注气段管壁面上的速度不再为零，即补充了管壁处的能量损失，达到改善颗粒浓度分布的目的。管壁多孔注气的速度通过连接在注气管线上的阀或流量计等改变注气量来控制。一般可按管壁多孔注气速度占提升管内表观气速的0～20％来选择。

本发明提供的一种改善循环流化床提升管内流动不均匀性的方法，还可以通过改变管壁多孔气体的流向，使气体由提升管管壁上的多个小孔处向外排泄(简称为壁面泄气或管壁多孔排气)来实现。具体排泄操作是在提升管中多孔管段的外管上接一排气管，排气管的另一端与压力低于该多孔管段的结构件相连。排气管中安有阀门。通过调节阀门或排气端的压力便可调节排气量大小，即改变提升管管壁多孔排气的速度，同样也可达到改变提升管管壁流动状态，改善流动不均匀性的目的。多孔排气量越大，对提升管整个轴径向分布的影响就越大。一般管壁多孔排气量达到提升管内主气量的1～2％就有明显的效果。

本发明的方法还包括：