一種新型氣體分布器及包含該氣體分布器的氣體分布系統的製作方法

2023-10-11 13:05:09 2

本實用新型涉及化工設備技術領域，尤其涉及一種可用於鼓泡塔的新型氣體分布器及包含該氣體分布器的氣體分布系統。

背景技術：

在石油化工、煤化工等工業生產中，以液相為連續相、氣相為分散相的氣液兩相或氣液固三相反應器是一類重要的傳質設備。在這些設備中，可使氣體以鼓泡形式通過懸浮有固體細粒的液體層從而實現氣液固三相反應過程的漿態床反應器以其結構簡單、分散效果均勻、傳遞性能良好、操作方便等優點受到了越來越多的關注，尤其是近年來在以合成氣為原料生產液態和固態烴的費—託反應、以對二甲苯為原料合成對苯二甲酸等工藝中產業化的成功顯示了漿態床反應器在石油化工領域的巨大發展潛力。漿態床反應器中的流體力學特徵，如流型、氣含率、氣泡大小及分布、氣泡在液相中的停留時間等，都直接影響反應器內部的傳遞性質，而決定上述流體特徵的反應器部件無疑是氣體分布器。

目前，國內主流的氣體分布器可分為四種結構：板式、管式、泡罩式和噴嘴式，上述現有的氣體分布器雖然在一定程度上能夠實現氣體的均勻分布，但它們的共同缺點是，氣體在反應器的整個豎直空間內的均勻分布面積較小，且氣泡大小不一，由此導致反應器中心氣泡多而周邊氣泡少，同時還會引起液相或液固相的嚴重返混，造成反應液與氣體接觸反應的範圍變小，降低了反應效率。因此，研究與開發一種可將氣體轉變為大小均一、分布均勻的小氣泡、並能提供更多氣體分布面積、同時還可避免液相返混的新型氣體分布器，依然是本領域技術人員亟待解決的一個技術難題。

技術實現要素：

本實用新型解決的技術問題在於克服現有的氣體分布器所存在的氣泡大小不一、分布不均勻、且氣泡分布面積較小、易造成液相返混的缺陷，進而提供一種可獲得大小均一、分布均勻的小氣泡、且氣泡分布面積大、可避免液相返混的結構新穎的氣體分布器及包含該氣體分布器的氣體分布系統。

為此，本實用新型實現上述目的的技術方案為：

一種氣體分布器，包括至少一個氣體分布盤，所述氣體分布盤為由若干波紋片組裝而成的盤式結構，所述波紋片的波稜不沿豎直方向設置，相鄰兩個所述波紋片的波稜的傾斜方向相反。

所述波紋片的波峰高度為4～20mm；所述波紋片的波面角為70～90°；所述波紋片的傾角為25～50°，所述傾角指的是所述波紋片的波稜與豎直方向的夾角。

在所述波紋片上設置有通孔，所述通孔的開孔率為3～15％。

所述通孔為直徑3～5mm的圓孔，或者所述通孔為(5～7)mm×(2～3)mm的長方孔。

波紋片的材質可為各種金屬和合金、塑料、陶瓷，當採用金屬和合金時，波紋片的厚度一般為0.2mm。

所述氣體分布盤的高度為150～350mm。

所述氣體分布器由上下兩個所述氣體分布盤組裝而成，所述兩個氣體分布盤中的所述波紋片互相垂直。

一種包含上述氣體分布器的氣體分布系統，包括，沿氣體流動方向依次設置的氣體預分布器和所述氣體分布器；所述氣體預分布器的相鄰兩個氣體出口間的距離D與所述氣體分布器中的所述氣體分布盤的高度H、及所述波紋片的傾角α之間滿足如下關係：H×tgα≤D≤2×H×tgα。

所述氣體預分布器與所述氣體分布器之間的距離不超過300mm。

所述氣體分布系統還包括氣體再分布器，所述氣體再分布器的結構與所述氣體分布器的結構相同。

所述氣體分布器與所述氣體再分布器之間的距離為1～4m，優選為1.5～3m；

當所述氣體再分布器為兩個或多個時，相鄰兩個所述氣體再分布器之間的距離為1～4m，優選為1.5～3m。

本實用新型的上述技術方案具有如下優點：

1、本實用新型所述的氣體分布器包括氣體分布盤，該氣體分布盤為由若干波紋片組裝而成的盤式結構，波紋片的波稜不沿豎直方向設置，且相鄰兩個波紋片的波稜的傾斜方向相反，由此可使氣體分布器中的相鄰兩個波紋片的流體通道相互交錯，從而有利於在通道中流動的流體連續地進行混合，這樣一方面可使大小不一的氣泡在流經氣體分布器後變成大小相近的小氣泡，並被均勻地分布在設備的整個橫截面上，有利於提高傳質速率，也即是本實用新型的氣體分布器具有氣泡大小均一、分布均勻且分布面積大的優點，另一方面還可促進流體的組成、溫度、流速等參數在傳質設備徑向上趨於一致，以減少甚至避免流體的返混。

2、在本實用新型的氣體分布器中，波紋片的傾角越小，氣體經氣體分布器分布後所形成的氣泡在設備徑向上的分布面積也就越小，而為了儘可能地獲得分布面積大的小氣泡，本實用新型限定波紋片的傾角為25～50°。另外，本實用新型的氣體分布器在波面角一定的條件下，波紋片的波峰高度越大，使得由相鄰波面形成的液流通道的截面積越大，從而導致所形成的氣泡尺寸也越大，但阻力卻越小，因此為平衡氣泡產生時所面臨的阻力與其尺寸間的矛盾關係，本實用新型還進一步限定波紋片的波峰高度為4～20mm、波面角為70～90°。

3、本實用新型所述的氣體分布器通過在其波紋片上設置通孔，可使波紋片兩側的流體在存在壓力差或流速差時，壓力或流速較高一側的流體會通過波紋片上的通孔自動流向壓力或流速較低的一側，從而消除上述壓力差或流速差，以進一步降低液相的返混，提高傳質效率。

4、本實用新型所述的氣體分布器由上下兩個氣體分布盤組裝而成，且這兩個氣體分布盤中的波紋片互相垂直，如此可使經下方的氣體分布盤分布後的氣泡再次進入上方的氣體分布盤中實現氣泡的二次分布，從而更有利於產生大小均一、分布均勻的小氣泡、且氣泡的分布面積也更為廣泛。

5、本實用新型所述的氣體分布系統，通過在氣體的流動方向上依次設置氣體預分布器和氣體分布器，且氣體預分布器的相鄰兩個氣體出口間的距離D與氣體分布器中的氣體分布盤的高度H、及波紋片的傾角α之間滿足H×tgα≤D≤2×H×tgα，如此使得進入傳質設備的氣體先經氣體預分布器分布成大小不一、分布不均勻的氣泡，這些氣泡再進入上述氣體分布器中，從而被分布成大小均一、在整個設備橫截面上分布均勻的小氣泡。

進一步地，當氣體分布器上方的液相高度較大時，經氣體分布器分布後獲得的小氣泡在上升過程中會不斷的發生聚並，使得小氣泡變成大氣泡，而大氣泡的上升速度快，小氣泡上升速度慢，這樣氣泡便不斷地向設備中心聚攏，導致設備橫截面上的氣體分布變得不均勻，並加劇了液相或含固體的液相的返混，此時就需要再設置一個或多個與氣體分布器具有相同結構的氣體再分布器，相鄰兩個氣體再分布器之間的距離為1～4m，優選為1.5～3m，這樣氣體經再分布器進行再分布後，又可變成大小均一、分布均勻的小氣泡，從而實現整個設備內的氣泡均勻化。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型所述的氣體分布器中的氣體分布盤的示意圖；

圖2為構成圖1的氣體分布盤的波紋片的示意圖；

圖3為圖1中的相鄰兩個波紋片所形成的流體通道的示意圖；

圖4為圖2中的波紋片的法截面圖；

圖5為一種安裝有本實用新型所述的氣體分布系統的漿態床反應器的示意圖；

圖6為圖5中的氣體預分布器的俯視圖，其還示出了相鄰兩個氣體出口間的距離。

其中，附圖標記如下所示：

1-漿態床反應器；2-催化劑入口；3-液體進口；4-氣體入口；5-集氣罩；6-氣體出口；7-沉降區；8-溢流口；9-氣體預分布器；10-氣體分布器；11-第一氣體再分布器；12-第二氣體再分布器；13-氣體噴嘴；14-人孔；h-波峰高度；α-波紋片的傾角；β-波面角；H-氣體分布盤的高度；D-氣體預分布器的相鄰兩個氣體出口間的距離。

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。此外，下面所描述的本實用新型不同實施方式中所涉及的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互結合。

實施例1

如圖1所示，本實施例所述的氣體分布器包括一個氣體分布盤，所述氣體分布盤為由若干波紋片組裝而成的盤式結構；請同時參見圖2和圖3，所述波紋片的波稜(如圖2中的直線B1B2，即兩個波面A1A2B2B1與B1B2C2C1的交線)不沿豎直方向設置，相鄰兩個所述波紋片的波稜的傾斜方向相反。波紋片的材質可根據設備中介質的性質來選擇，一般可以是各種金屬或合金，當介質的腐蝕性較強且溫度較低時可選用合適的塑料，而介質的腐蝕性較強且溫度較高時可選擇陶瓷；當波紋片的材質為金屬或合金時，波紋片的厚度一般為0.2mm。

本實施例中的氣體分布器的結構可使氣體分布器中的相鄰兩個波紋片的流體通道(如圖3中的△A2B2C2和△B2C2D2)相互交錯，從而有利於在通道中流動的流體連續地進行混合，這樣一方面可使大小不一的氣泡在流經氣體分布器後變成大小相近的小氣泡，並被均勻地分布在設備的整個橫截面上，有利於提高傳質速率，另一方面還可促進流體的組成、溫度、流速等參數在傳質設備徑向上趨於一致，以減少甚至避免流體的返混。

在本實施例的氣體分布器中，波紋片的傾角越小，氣體經氣體分布器分布後所形成的氣泡在設備徑向上的分布面積也就越小，並且在波面角一定的條件下，波紋片的波峰高度越大，則由相鄰波面形成的液流通道的截面積越大，導致所形成的氣泡尺寸也越大，因此，為了儘可能地獲得分布面積大的小氣泡，如圖2和圖4所示，可將波紋片的傾角α設置為25～50°，波紋片的波峰高度h設置為4～20mm、波面角β(即兩個波面間的夾角)為70～90°。在本實施例中，作為優選的實施方式，波紋片的傾角α為30°，波紋片的波峰高度h為12mm、波面角β為80°。

作為可選擇的實施方式，本實施例中的氣體分布器還在其波紋片上設置通孔，所述通孔的開孔率為3～15％，以使波紋片兩側的流體在存在壓力差或流速差時，壓力或流速較高一側的流體會通過波紋片上的通孔自動流向壓力或流速較低的一側，從而消除上述壓力差或流速差，以進一步降低液相的返混，提高傳質效率。所述通孔可以為直徑3～5mm的圓孔，也可以根據實際情況選擇為(5～7)mm×(2～3)mm的長方孔，在本實施例中所述通孔為直徑4mm的圓孔，其開孔率為10％。

為進一步產生大小均一、分布均勻且分布面積廣的小氣泡，本實施例所述的氣體分布器還可以由上下兩個所述氣體分布盤組裝而成，兩個所述氣體分布盤中的所述波紋片互相垂直，例如，下方氣體分布盤中的波紋片呈東西方向設置，而上方氣體分布盤中的波紋片則南北方向設置，如此可使經下方的氣體分布盤分布後的氣泡再次進入上方的氣體分布盤中實現氣泡的二次分布，具體地講，請參見圖3，進入氣體分布器的第一個氣體分布盤上的某個「點」(如圖3所示的A2B2D2C2所圍成的面)的氣體，在流出該氣體分布盤時被分布在長度為(2×H×tgα)的一條「線」上(如圖3中B3至C1的「線」上，即圖中△B3D3C3至△A1B1C1的多個三角形組成的面上)，該「線」上的氣體進入氣體分布器的第二個氣體分布盤進行分布後，在流出第二個氣體分布盤時被分布在一個邊長為(2×H×tgα)的正方形的「面」上，從而達到更好的氣體分布效果。

實施例2

圖5所示為安裝有實施例1的氣體分布系統的漿態床反應器的結構示意圖，所述漿態床反應器1的直徑為2000mm，催化劑從催化劑入口2加入反應器內，液體由位於反應器底部的液體進口3進入反應器內，氣體通過反應器下部的氣體入口4進入反應器中，經所述氣體分布系統分布後大小均一、分布均勻的小氣泡鼓泡穿過液層，催化劑在向上流動的液流和氣泡的共同作用下被均勻地分散在液相中，或稱懸浮在液相中；上升的氣泡進入設置在反應器上部的集氣罩5後穿過液面通過反應器頂部的氣體出口6逸出，液流則流入沉降區7進行液固分離，不含或含少量催化劑微粒的液體由溢流口8流出。

所述氣體分布系統包括沿氣體流動方向依次設置的氣體預分布器9、氣體分布器10、第一氣體再分布器11、及第二氣體再分布器12，所述氣體預分布器9的相鄰兩個氣體出口間的距離D與所述氣體分布器10中的氣體分布盤的高度H、及波紋片的傾角α之間滿足如下關係：H×tgα≤D≤2×H×tgα，所述氣體預分布器9與所述氣體分布器10之間的距離不超過300mm，所述第一氣體再分布器11分別與所述氣體分布器10、所述第二氣體再分布器12之間的距離為1～4m，優選為1.5～3m。在本實施例中，所述氣體預分布器3為噴嘴式氣體分布器，如圖6所示，相鄰兩個氣體噴嘴13之間的距離D為300mm，且噴嘴口朝下設置；再請見圖5，在所述氣體預分布器9上方200mm處設置所述氣體分布器10，其與第一氣體再分布器11和第二個氣體再分布器12之間的距離分別為2500mm、5000mm；上述氣體分布器10、第一氣體再分布器11和第二個氣體再分布器12均由上下兩個所述氣體分布盤組裝而成，每個氣體分布盤的高度H為300mm、直徑為1995mm，構成所述氣體分布盤的波紋片由厚度為0.2mm的不鏽鋼製成，所述波紋片的波峰高度h為6mm、波面角β為75°、波紋片的傾角α為45°。本實施例的上述結構使得進入漿態床反應器的氣體先經氣體預分布器分布成大小不一、分布不均勻的氣泡，這些氣泡再進入氣體分布器中，從而被分布成大小均一、在整個反應器橫截面上分布均勻的小氣泡；在小氣泡的上升過程中會不斷的發生聚並，使得小氣泡變成大氣泡，而大氣泡的上升速度快，小氣泡上升速度慢，這樣氣泡便不斷地向反應器中心聚攏，導致反應器橫截面上的氣體分布變得不均勻，並加劇了液相或含固體的液相的返混，此時再設置一個或多個氣體再分布器，氣體經再分布器進行再分布後，又可變成大小均一、分布均勻的小氣泡，從而實現整個反應器內的氣泡均勻化。

為固定好上述氣體分布器和氣體再分布器，可將二者分別設置在支撐件和壓緊件之間，所述支撐件和所述壓緊件均固定於傳質設備中並沿所述傳質設備的徑向設置。在本實施例中，所述氣體分布器10、第一氣體再分布器11、及第二氣體再分布器12均由直接或間接固定在反應器側壁上的柵格板支撐，當然也可用其他方法支撐，它們的上方再用柵格板壓緊。

在實際工況中可根據具體條件選擇氣體分布器及氣體分布系統的組裝方式，在本實施例中，氣體分布盤的組裝可在反應器內進行，在氣體分布器、氣體再分布器上方的反應器側壁上均設置有人孔14，組裝氣體分布盤的波紋片材料及裝配人員由人孔14進入；另外在其它實施例中，也可將氣體分布盤在塔外分成小塊組裝，然後由人孔送入塔內進行拼裝。尤其當塔徑較小(如小於1000mm)，在塔內組裝或拼裝氣體分布盤有困難時，可將塔設計成用法蘭連接的數段，待塔內的氣體分布系統等內件安裝好後，再進行塔的組裝。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本實用新型創造的保護範圍之中。