專利名稱：流化床催化氧化反應(yīng)器的氣體分布裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流化床反應(yīng)器中的氣體分布器裝置，該裝置由上、下空氣分布器及原料氣分布器組成，適用于烴類催化氧化反應(yīng)，屬于化工反應(yīng)器領(lǐng)域。
流化床反應(yīng)器常用于化工、石油化工、能源工程、環(huán)保、冶金等工藝中。流化床的氣體分布器是其中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，氣體分布器布?xì)獾木鶆虺潭仁菦Q定流化床反應(yīng)器操作運(yùn)轉(zhuǎn)成敗的關(guān)鍵之一。設(shè)計(jì)中根據(jù)不同的工藝要求，選用不同型式的流化床氣體分布器或分布器體系。除均勻布?xì)庖蕴峁┝己玫钠鹗剂骰|(zhì)量外，分布器還承受著反應(yīng)器中重以數(shù)十噸計(jì)的催化劑，要求在開停車時(shí)不漏料或少漏料，不易堵塞，并具有較寬的操作彈性，適應(yīng)操作條件的變化及事故性緊急停車的要求。
根據(jù)不同的工藝要求可以選用一組或多組氣體分布器，不同型式的分布器各具特點(diǎn)，一般應(yīng)作全面分析評(píng)價(jià)后，再經(jīng)核算，選用適宜的型式，并確定開孔率及其他參數(shù)。
烴類催化氧化反應(yīng)常見(jiàn)于化工及石油化工領(lǐng)域。這一類催化氧化反應(yīng)需要反應(yīng)后的催化劑顆粒能在富氧氣氛中再生以補(bǔ)充晶格氧?？紤]到流化床中顆粒循環(huán)的特性，通常在流化床反應(yīng)器底部設(shè)置富氧區(qū)，有利于反應(yīng)后催化劑的再生，充分發(fā)揮晶格氧氧化反應(yīng)選擇性高的優(yōu)勢(shì)，有利于烴類催化氧化反應(yīng)選擇性的改善。
通常烴類催化氧化流化床反應(yīng)器選用的氣體分布器裝置由設(shè)于上部的原料氣分布器及設(shè)于下部的空氣分布器組成。附

圖1為已有萘氧化流化床反應(yīng)器，它采用從底部空氣分布器1送入空氣，在空氣分布器上方用萘噴槍2送入萘，在噴槍下方形成再生區(qū)，在噴槍上方為反應(yīng)區(qū)。由于噴槍數(shù)目限制，所以原料分布均勻性較差(參見(jiàn)化學(xué)工程手冊(cè)(5)，P-20-320，化學(xué)工業(yè)出版社，1989年。)附圖2至附圖6為另一類氣體分布器裝置裝配圖。圖中3為直孔型空氣分布器，4為直孔型空氣分布器噴嘴，7為管柵型原料氣分布器，7a為管柵型原料氣分布器的分流道，5為管口，8為反應(yīng)區(qū)，9為一級(jí)旋風(fēng)分離器的下料腿出料口，10為一級(jí)旋風(fēng)分離器。附圖4為管柵型原料氣分布器的平面圖和其管口的局部放大圖。附圖5和附圖6為直孔型空氣分布器的平面圖和其噴嘴和局部放大圖(參見(jiàn)化學(xué)工程手冊(cè)(5)，P-20-138，化學(xué)工業(yè)出版社，1989)。這時(shí)由于分布器噴嘴數(shù)目較多，原料氣在床內(nèi)分布較采用噴槍2時(shí)均勻。
采用管柵型原料氣分布器(附圖2和附圖4中之7)與直孔型空氣分布器(附圖2和附圖5中之3)。前者設(shè)于反應(yīng)器中相對(duì)較高位置，主流道為管柵型(附圖4中之6)，橫貫于反應(yīng)截面中央的主流道上設(shè)有多排支流道，在支流道下面設(shè)有管口，氣體向下噴射(附圖2和附圖4中之5和7a)。原料氣中若含兩種或兩種以上組份時(shí)，未經(jīng)預(yù)混合，直接進(jìn)入分布器主流道。
催化氧化反應(yīng)所需空氣，由設(shè)于反應(yīng)器底部的空氣分布器一次進(jìn)入，在反應(yīng)器上部未設(shè)空氣分布器，即未作分段布?xì)獾陌才?，也沒(méi)有催化劑的再生區(qū)，空氣分布器為直孔型、無(wú)角型或其他形狀檔板(附圖3，附圖5和附圖6中的3和4)。
采用管柵型原料氣分布器(附圖4中之7和7a)，氣體經(jīng)主流道進(jìn)入反應(yīng)器后，再經(jīng)柵型支流道分布，然后進(jìn)入噴嘴(附圖4中之5)向下噴入流化床層。氣體的流動(dòng)為變質(zhì)量流，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)流道管徑作適當(dāng)調(diào)整變動(dòng)，才能保持流量均布，噴嘴為一短管，無(wú)特殊自潔設(shè)施。
在上述反應(yīng)器中，空氣分布器為直孔型，如附圖5和附圖6中之3和4所示，無(wú)附加檔板。流化床反應(yīng)器開停車時(shí)，必須將催化劑卸出，否則將造成催化劑顆粒沿小孔泄漏到反應(yīng)器下錐體中。顆粒裝卸操作不僅消耗人力，也將造成催化劑的損耗。
一級(jí)旋風(fēng)分離器(附圖2中之10)的下料腿出口(附圖2中之9)安排在原料氣分布器之上，如附圖2所示，不利于催化劑的循環(huán)流動(dòng)。
本發(fā)明的目的在于保證烴類流化床催化氧化反應(yīng)器中，原料氣與空氣的均勻分布，加快反應(yīng)區(qū)內(nèi)氣體均勻混合的速度，并在反應(yīng)器底部形成良好的催化劑再生區(qū)，促進(jìn)顆粒在反應(yīng)區(qū)與再生區(qū)之間的循環(huán)流動(dòng)，減少催化劑因漏料、堵塞、裝卸頻繁造成的損失，進(jìn)而達(dá)到提高反應(yīng)選擇性的效果。
本發(fā)明為一種流化床催化氧化反應(yīng)器的氣體分布裝置，其特征在于由設(shè)于上部的原料氣分布器、位于原料氣分布器下面并與之軸向重疊的空氣上分布器和設(shè)于下部的空氣下分布器組成，流化床中的第一級(jí)旋風(fēng)分離器下料腿出口位于空氣上分布器下方;所說(shuō)原料氣分布器和空氣上分布器為多重圓環(huán)形分布管，它由主流道、與主流道相連的多重圓環(huán)管式分流道和連在分流道兩側(cè)并交錯(cuò)排布的噴嘴組成，原料氣分布器的噴嘴出口與空氣上分布器的噴嘴出口相連，并設(shè)有預(yù)混蓋筒;所說(shuō)空氣下分布器為帶有角型擋板的直孔型分布器。
所說(shuō)空氣下分布器的角型擋板的排列方式為相鄰角型擋板成90°角，空氣下分布器的開孔率最好為0.05～0.5%。
所說(shuō)多重圓環(huán)形分布管的開孔率最好為0.05-0.5%，其噴嘴最好呈45～90°角。
所說(shuō)軸向重疊的原料氣分布器和空氣上分布器的圓環(huán)管式分流道最好兩兩對(duì)應(yīng)，上下重疊并且曲率半徑相同。
所說(shuō)原料氣分布器與空氣上分布器上的噴嘴采用插入式與相應(yīng)的圓環(huán)管式分流道相聯(lián)接。
所說(shuō)空氣下分布器的空氣流量與空氣上分布器的空氣流量之比最好為0.2～5。
當(dāng)原料氣與空氣混合后不在爆炸范圍時(shí)，上述原料氣分布器和空氣上分布器可以合并為一個(gè)分布器，但需將原料氣與部分空氣予混合后引入原料氣分布器。這時(shí)氣體分布裝置由設(shè)于上部的原料氣分布器和設(shè)于下部的直孔型空氣下分布器組成，其特征在于所說(shuō)原料氣分布器為多重圓環(huán)形分布管，它由主流道、與主流道相連的多重圓環(huán)管式分流道和連在分流道兩側(cè)并交錯(cuò)排布的噴嘴組成，噴嘴采用插入式與相應(yīng)的圓環(huán)管式分流道相聯(lián)接，并且呈45～90°角，所說(shuō)直孔型分布器帶有角型擋板，相鄰角型擋板成90°角，流化床中第一級(jí)旋風(fēng)分離器下料腿出口位于原料氣分布器下方。
若原料氣中含有兩種以上組份，則在原料氣進(jìn)入反應(yīng)器之前，先進(jìn)入靜態(tài)混合器，予混合再引入所述的原料氣分布器主流道。
現(xiàn)在對(duì)附圖進(jìn)行說(shuō)明。
附圖7為本項(xiàng)發(fā)明的氣體分布裝置。由空氣上分布器11、空氣下分布器12與原料氣分布器13三組分布器組成。圖中并給出一級(jí)旋風(fēng)分離器料腿及其出料口位置15。
附圖8為空氣下分布器剖面圖和平面圖，分布器為直孔型16，上有角型擋板17，相鄰兩塊擋板的排列互成90°。
附圖9為原料氣分布器及空氣上分布器的結(jié)構(gòu)圖，圖中18為主流道，19為多重環(huán)管式分流道，20和21為空氣噴嘴或原料氣噴嘴，它們排布在環(huán)形管式分流道兩側(cè)。
附圖10為本項(xiàng)發(fā)明中具體部位結(jié)構(gòu)，附圖10之Ⅰ和Ⅱ中的16為空氣下分布器的直孔型噴嘴，17為附設(shè)的角型擋板，相鄰兩塊互呈90°角。附圖10之Ⅱ?yàn)樵蠚夥植计髋c空氣上分布器組成的多重圓環(huán)形上氣體分布體系，圖上顯示了進(jìn)氣系統(tǒng)主流道18，環(huán)管式分流道19、空氣噴嘴20與原料氣噴嘴21，原料氣分布器與空氣上分布器在軸向位置上下重疊排布，噴嘴采用插入方式與環(huán)形流道聯(lián)接。
現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
由附圖可以明確看出，本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)具有鮮明的工藝和結(jié)構(gòu)特色。
1.本項(xiàng)發(fā)明中對(duì)氧化所用空氣采用兩段分步布?xì)夥桨?，將空氣分布器分為上、下兩組，與原料氣分布器共同組成新型氣體分布器體系，總體安排見(jiàn)附圖7。
2.本項(xiàng)發(fā)明中的原料氣分布器及空氣上分布器采用多重圓環(huán)形側(cè)噴或上噴式，其結(jié)構(gòu)形式如附圖9、附圖10-Ⅲ所示。進(jìn)入主流道18的原料氣或空氣分別進(jìn)入圓環(huán)管式分流道19，噴嘴20或21，排布于多重環(huán)管式分流道兩側(cè)，噴嘴21或20與環(huán)管式分流道采用插入式聯(lián)接(附圖10-Ⅲ)，原料氣分布器與空氣上分布器在軸向位置上為上下重疊式排布(附圖10-Ⅲ)。
3.本項(xiàng)技術(shù)中采用的空氣下分布器為直孔型，附有角型擋板，如附圖7、附圖8所示，角型擋板可使噴出空氣由直噴射流式改為側(cè)噴，防止在兩個(gè)相鄰噴嘴間形成死區(qū)，同時(shí)角型擋板將減少停車時(shí)催化劑顆粒沿小孔漏料現(xiàn)象，避免開停車時(shí)繁瑣的卸料操作，減少催化劑損耗，由附圖8中之17可見(jiàn)，相鄰的兩塊角型擋板，相互呈90°角排列。
4.由附圖7可見(jiàn)，烴類氧化流化床反應(yīng)器中分為反應(yīng)區(qū)(Ⅰ)與再生區(qū)(Ⅱ)，原料氣分布器13與空氣上分布器11進(jìn)入的氣體，經(jīng)噴嘴側(cè)噴或上噴射出后，立即混合相遇發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。本發(fā)明的特征之一在于使原料氣與一部分空氣在形成氣泡前相遇，減少因形成氣泡后所受束縛，有利于提高反應(yīng)傳質(zhì)速率，特征之二在于噴嘴方向?yàn)閭?cè)噴或上噴，減少原料氣在流化床內(nèi)向下傳遞的速率，有利于在再生區(qū)內(nèi)催化劑再生。
5.流化床中一般設(shè)有旋風(fēng)分離器回收揚(yáng)析到稀相區(qū)的細(xì)顆粒，經(jīng)反應(yīng)后的催化劑細(xì)粉回收后由旋風(fēng)分離器料腿(附圖7之14)返回床層，一則有利于改善流化質(zhì)量，減少損耗，二則反應(yīng)后的催化劑能在再生區(qū)得到再生。與附圖1對(duì)比可見(jiàn)，本發(fā)明技術(shù)中，將原有技術(shù)中的料腿位置，由原料氣分布器上方延伸至空氣上分布器下方，便于反應(yīng)后催化劑進(jìn)入再生區(qū)，亦有利于強(qiáng)化顆粒在反應(yīng)區(qū)與再生區(qū)之間循環(huán)流動(dòng)。
6.由附圖9可見(jiàn)，原料氣分布器與空氣上分布器采用相同結(jié)構(gòu)，若兩種氣體進(jìn)入反應(yīng)器混合后，不在爆炸范圍以內(nèi)時(shí)，兩組分布器也可以合并為一組，將原料氣與一部分空氣在反應(yīng)器外預(yù)混后，再由多重環(huán)形分布管側(cè)噴或上噴式噴嘴布入。
本發(fā)明達(dá)到了予想的效果。
綜上所述，本發(fā)明采用空氣上、下分布器與原料氣分布器組成的新型氣體分布裝置，可以達(dá)到在烴類催化氧化流化床反應(yīng)器中均勻布?xì)?，提高反?yīng)區(qū)內(nèi)原料氣與空氣混合速率，減少原料氣向下擴(kuò)散，強(qiáng)化顆粒循環(huán)、改善催化劑再生效果，提高了催化劑的活性和選擇性、降低了再生區(qū)中原料氣的濃度和其過(guò)氧化損耗等目的。
1.本項(xiàng)發(fā)明在提供氧化反應(yīng)所需空氣方案方面，為兩段分步布?xì)?，除由反?yīng)器底部的空氣下分布器布入部分空氣外，另有部分風(fēng)量由空氣上分布器布入，其位置與原料氣分布器噴嘴相近，目的在于使原料氣與空氣在射流內(nèi)相遇并立即混合，避免在各自形成氣泡后再行接觸，提高反應(yīng)區(qū)內(nèi)原料氣與空氣的混合速率。
2.本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)形式保證原料氣向上或向側(cè)面噴射，減少向下擴(kuò)散的速率，配合上述第一項(xiàng)說(shuō)明，減少原料氣在再生區(qū)高氧比條件下過(guò)度氧化而損耗。
3.空氣下分布器進(jìn)入的部分空氣，因反應(yīng)區(qū)上移主要可用于維持再生區(qū)氧濃度，形成富氧再生區(qū)，有利于催化劑再生。
4.本發(fā)明采用附加角型擋板的直孔型下空氣分布器，藉助于角形擋板，不僅可使空氣噴射方向由上噴改為側(cè)噴，減少兩噴嘴之間形成死區(qū)的可能，同時(shí)因角形擋板的阻擋作用，可以防止或減少停車時(shí)催化劑顆粒沿小孔漏料，減少損耗，并可避免開停車時(shí)的卸料操作，有利于減少催化劑顆粒的損失。
5.本項(xiàng)技術(shù)中采用將一次旋風(fēng)分離器下料腿出料口位置向下延伸的措施，將出料口設(shè)于空氣上分布器下方，有利于反應(yīng)后需要再生的催化劑細(xì)顆粒返回再生區(qū)，加強(qiáng)顆粒循環(huán)并使再生過(guò)程強(qiáng)化，有利于選擇性的改善。
本項(xiàng)發(fā)明適用于烴類催化氧化的流化床反應(yīng)器，特別適用于多組份原料氣采用晶格氧氧化反應(yīng)。
本發(fā)明操作簡(jiǎn)單、投資少，效果好，易于實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種流化床催化氧化反應(yīng)器的氣體分布器裝置，其特征在于由設(shè)于上部的原料氣分布器、位于原料氣分布器下面并與之軸向重疊的空氣上分布器和設(shè)于下部的空氣下分布器組成，流化床中第一級(jí)旋風(fēng)分離器下料腿出口位于空氣上分布器下方；所說(shuō)原料氣分布器和空氣上分布器為多重圓環(huán)形分布管，它由主流道、與主流道相連的多重圓環(huán)管式分流道和連在分流道兩側(cè)并交錯(cuò)排布的噴嘴組成，原料氣分布器的噴嘴出口與空氣上分布器的噴嘴出口相連，并設(shè)有預(yù)混蓋筒；所說(shuō)空氣下分布器為帶有角型擋板的直孔型分布器。
2.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的氣體分布裝置，其特征在于所說(shuō)空氣下分布器的角型擋板的排列方式為相鄰角型擋板成90°角，空氣下分布器的開孔率為0.05-0.5%。
3.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的氣體分布裝置，其特征在于所說(shuō)軸向重疊的原料氣分布器和空氣上分布器的圓環(huán)管式分流道兩兩對(duì)應(yīng)，上下重疊并且曲率半徑相同。
4.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的氣體分布裝置，其特征在于所說(shuō)多重圓環(huán)形分布管的開孔率為0.05-0.5%。
5.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的氣體分布裝置，其特征在于所說(shuō)原料氣分布器和空氣上分布器的噴嘴采用插入式與相應(yīng)的圓環(huán)管式分流道相聯(lián)接，并且呈45-90°角。
6.按照權(quán)利要求1、2、3、4和5所說(shuō)的氣體分布裝置，其特征在于所說(shuō)空氣下分布器的空氣流量與空氣上分布器的空氣流量之比為0.2-5。
7.一種流化床催化氧化反應(yīng)器的氣體分布裝置，由設(shè)于上部的原料氣分布器和設(shè)于下部的直孔型空氣下分布器組成，其特征在于所說(shuō)原料氣分布器為多重圓環(huán)形分布管，它由主流道、與主流道相連的多重圓環(huán)管式分流道和連在分流道兩側(cè)并交錯(cuò)排布的噴嘴組成，噴嘴采用插入式與相應(yīng)的圓環(huán)管式分流道相聯(lián)接，并且呈45-90°角，所說(shuō)直孔型分布器帶有角型擋板，相鄰角型擋板成90°角;流化床中第一級(jí)旋風(fēng)分離器下料腿出口位于原料氣分布器下方，原料氣應(yīng)事先與部分空氣予混合后進(jìn)入原料氣分布器。
全文摘要
一種用于流化床催化氧化反應(yīng)器均勻布?xì)獾姆植计餮b置，屬于化工反應(yīng)器領(lǐng)域。由空氣上、下分布器及原料氣分布器組成，適用于烴類催化氧化反應(yīng)。借助于空氣流量在上、下分布器間合理的分配及三組分布器特殊的結(jié)構(gòu)，可以改善催化劑再生區(qū)的富氧氣氛，減少原料氣向下的擴(kuò)散速率，并加強(qiáng)原料氣與空氣在反應(yīng)區(qū)的充分混合。該分布器裝置布?xì)饩鶆颍员ＷC催化劑在反應(yīng)區(qū)與再生區(qū)之間的充分循環(huán)、減少堵塞、有利于催化氧化反應(yīng)器的高效操作。
文檔編號(hào)B01J8/24GK1080208SQ92105000
公開日1994年1月5日 申請(qǐng)日期1992年6月25日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月25日
發(fā)明者金涌, 姚文虎, 俞芷青, 魏飛 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工總公司, 清華大學(xué)