一種凹形氣流分布板及其反應器的製作方法

2023-12-01 09:02:16

本申請涉及用於石油煉製與化工、煤化工、化肥工業及其它各種化工裝備中的各種大型高等級反應器技術領域，例如，流化床氣相反應器、通過催化劑進行反應的加氫反應器或脫硫反應器等，特別是涉及一種凹形氣流分布板及其反應器。

背景技術：

化工反應器，包括有包括筒體、設置於筒體兩端的封頭、設置於封頭的物料進出口，設置於筒體內的氣流分布板及用於支承氣流分布板的內支承結構，或者筒體內催化劑的支承結構，有的還包括壓力容器內表面堆焊耐腐蝕襯裡。

近年來隨著石油化工裝置向著規模化的方向發展，反應器的容積變的越來越大，不僅佔地面積大，而且高大的設備結構給設計、製造、運輸、安裝、維護帶來一系列的問題。另一種問題是反應過程物流量大、氣流速快而容易引起振動，維護困難。

此外，隨著社會經濟對新牌號反應器的需求，採用傳統反應器已不能滿足工藝需求。新工藝簡單、操作條件溫和，簡化了工序，因此，產量高，而且原料、能量消耗比低，流化床反應器則代表了最新技術的發展趨勢之一，其結構和技術的關鍵在於反應器內部的工藝氣分布板。

流化床生產工藝中，氣體分布板是保證氣固流化床具有良好而穩定的流態化狀態的重要構件，直接影響流化床內顆粒的流動模式和流化均勻性，是流化床反應器設計所必需考慮的關鍵部件。氣體分布板決定了氣泡的產生頻率及氣-固接觸的初始狀態，內部構件則直接影響整個流態。

現有技術中，反應器內部的氣固流化床分布板是圓平板狀的結構、圓臺型分布板和漏鬥狀的倒圓錐形等結構，或多或少存在著抗沉積能力不強、穩定性不高、易被活性物質堵塞等缺陷，也存在原來的分布板結構在反應器筒體結構大型化後的功能適應性等問題。其中可將氣體流態化床的不穩定性問題，區分為原生不穩定性和次生不穩定性等兩大類。

分布板是圓平板狀的結構存在兩方面主要問題是：一是產能受到限制，要在同一塊平板上設計兩種通孔，在平板底下的氣流穿過通孔往穩定上流的同時，讓平板上面的顆粒產品穿過通孔順暢地往下流，隨著產能的提升，上升和下降的兩條通道會隨機出現阻塞；二是圓平板的側面受力較筒體差，容易變形，結構和氣流偏離原來的設計。但是平板型分布板由於其結構簡單、製造方便，而得到了廣泛的應用。但該結構在流化床造粒過程中有著一定的缺陷，在分析平板型分布板不足的基礎上，圓臺型分布板和漏鬥圓錐形結構進行了改進。產品顆粒匯集從漏鬥中間底部的出口送出，工藝氣則通過分布板上沿周向開口的氣流孔流出。

分布板是漏鬥狀的倒圓錐形結構存在三方面主要問題：

一是工藝氣流化床的三維非均衡性，工藝氣在分布板漏鬥內形成螺旋上升的氣流，旋流在上升運動中因能量耗損而引起周向流態和軸向流態都不均衡，使得從上而下的物料在反應中逐步生成顆粒，在旋流的離心作用下粗大的顆粒流向周邊的殼壁，容易引起徑向流態不均衡。第二，是分布板上開口處的氣流壓力調控困難，這是由於漏鬥狀的倒圓錐形結構使得分布板下面的空間在上升的過程中逐漸擴大，而分布板下面的工藝氣在上升的過程中，因為部分從徑向開口流出而使分布板下面的工藝氣總量逐漸減少，從而氣壓明顯降低。第三，是分布板漏鬥深入下封頭內形成重疊的套裝關係，從封頭進來的工藝氣因空間限制強烈衝刷漏鬥底部，引起氣流流態的強烈變化和漏鬥的振動，振動疲勞引起的結構鬆動或開裂又產生一些附加的工藝氣流道，擾亂原來的流化床設計，進入結構和工藝惡性循環。此外，原來的分布板還存在一些不便於安裝調整的其他問題。

分析上述問題的原因，是分布板結構設計中主要突出了漏鬥形對於收集產品顆粒的功能，而輕視了其對氣流的影響，從強調結果的視角出發而忽略了過程的作用。有分析指出，二維流化床由於受到邊壁效應的影響，其流動結構與三維流化床存在較大差別，氣渦只能在二維空間發展，床內更容易出現大尺寸扁平氣渦。因此，在二維床中容易形成節湧等不穩定流化狀況，並且不能形成類似三維床的整體循環。也有研究綜合分析後指出，增強分布板中心區域的氣速是關鍵。

除分布板結構外，分布板上的氣孔也是影響流化床狀態的關鍵。在各不均勻布孔流化床中，大小孔間隔排布布風板流化床內產生的氣渦相對較小且分散性較好，氣相速度矢量分布較分散均一，流化效果最好。

因此，針對上述問題缺陷，研發一種氣流分布板，能夠使工藝氣在圓筒形反應器內均衡分布向上流動，同時使生成的顆粒產品通過分布板匯集從底部排出，還能抵抗物流量大、氣流速快而引起的振動疲勞，將滿足壓降穩定性及流化質量良好的抗沉積分布板，應用於石油化工領域反應器，對穩定生產和經濟效益具有重要的工程意義。

技術實現要素：

本申請的目的之一在於避免現有技術中的不足之處而提供一種凹形氣流分布板，能夠使工藝氣在反應器內均衡分布向上流動，同時使生成的物料顆粒產品通過該凹形氣流分布板匯集從底部排出，還能抵抗物流量大、氣流速快而引起的振動疲勞，其為滿足壓降穩定性及流化質量良好的抗沉積分布板。

本申請的目的之二在於避免現有技術中的不足之處而提供一種具有上述凹形氣流分布板的反應器，其能夠同時兼具氣流均衡性好、顆粒產品流動性好和內部結構耐疲勞性好。

本申請的目的之一通過以下技術方案實現：

提供了一種凹形氣流分布板，由平板形氣流分布板改進形成，其中，所述凹形氣流分布板包括沿所述凹形氣流分布板的中軸線向下凹進的凹形結構，以及所述凹形氣流分布板的周側向下彎折形成的彎折結構。

其中，所述凹形結構為倒圓錐結構。

其中，所述凹形結構為球面結構。

其中，所述凹形結構為對稱設置的內凸雙曲面組成的凹形結構。

其中，所述凹形氣流分布板的凹形結構向下凹進的高度大於所述凹形氣流分布板的彎折結構向下彎折的高度。

其中，所述彎折結構與筒體內壁之間的底部開設有導料孔。

其中，所述凹形結構一體成型設置或者由若干個弧片板拼接連接設置，所述彎折結構一體成型設置或者由若干個弧片板拼接連接設置。

其中，所述凹形結構設置有沿周向排布的氣流孔，所述彎折結構設置有沿徑向排布的氣流孔。

其中，所述彎折結構和所述凹形結構相對區域上的氣流孔相互交錯設置。

本申請的目的之二通過以下技術方案實現：

還提供了一種反應器，包括筒體、設置於筒體兩端的封頭、設置於封頭的物料進出口，設置於筒體內的氣流分布板及用於支承氣流分布板的內支承結構，其中，所述氣流分布板為上述所述的一種凹形氣流分布板，所述內支承結構包括設置於所述筒體的內壁的支承環、設置於所述一種凹形氣流分布板下方的氣流分配管，工藝氣沿所述筒體的水平切向設置的工藝氣進口進入所述氣流分配管，再通過所述一種凹形氣流分布板的氣流孔上升與該反應器上部下來的物料充分接觸。

本申請的有益效果：本申請的一種凹形氣流分布板及其反應器，由平板形氣流分布板改進形成，其中，所述凹形氣流分布板包括沿所述凹形氣流分布板的中軸線向下凹進的凹形結構，以及所述凹形氣流分布板的周側向下彎折形成的彎折結構。有利於從反應器底部進來的工藝氣通過這些氣流孔流出，使從反應器上部下來的物料與從下面上升的工藝氣形成均衡且充分接觸，維持相對穩定的氣壓，凹形氣流分布板同時兼顧氣流均衡性、顆粒產品流動性和內部結構耐疲勞性，具有抗沉積能力強、物料流化充分、基本沒有死區、生產穩定、操作靈活和生產周期長等優點，且組合結構簡單，安裝和維護方便，其支承件受力更合理，穩定性高，空間布局更加安全科學，反應器的操作彈性更大，產品顆粒大小及成分品質均勻，且能更敏捷地撤出反應熱，保護殼壁安全，延長使用壽命。

附圖說明

利用附圖對本申請作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本申請的任何限制，對於本領域的普通技術人員，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得其它的附圖。

圖1是本申請的一種凹形氣流分布板的其中一種結構示意圖。

圖2是圖1的另一視角的結構示意圖。

圖3是本申請的一種凹形氣流分布板的其中一種結構示意圖。

圖4是本申請的一種凹形氣流分布板的其中一種結構示意圖。

圖5是本申請的一種凹形氣流分布板的其中一種結構示意圖。

圖6是本申請的一種反應器的其中一種結構示意圖。

在圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6中包括有：

筒體1，上封頭2，球形下封頭3，上開口4，下開口5，支座6，支承環7，工藝氣進口8，氣流分配管9，凹形氣流分布板10，凹形結構11，彎折結構12，導料孔13，氣流孔14，弧片板接縫15，球面結構16，內凸雙曲面組成的凹形結構17，橢圓形下封頭18，圓錐形下封頭19。

具體實施方式

結合以下實施例對本申請作進一步詳細描述。

實施例1

本申請的一種凹形氣流分布板的具體實施方式之一，參考圖1和圖2所示，其由平板形氣流分布板改進形成，本申請的創新之處在於，所述凹形氣流分布板10包括沿所述凹形氣流分布板10的中軸線向下凹進的凹形結構11，以及所述凹形氣流分布板10的周側向下彎折形成的彎折結構12。

具體的，所述凹形結構11為倒圓錐結構。該凹形氣流分布板10由位於中部的凹形結構以及位於周側的彎折結構12組成類似M形的氣流分布板，研究表明，類似M形結構具有徑向彈性，可以適應反應器的變形位移而不會被扭曲變形，因此其周邊可以與反應器內壁固定連接，便於密封；該M形結構的組合結構，通過改變氣體分布板形狀來改善布氣方式，設計了內圓-外環相同面積的兩路不同進氣方式，相比單純的大圓錐結構，整體高度可矮化，既使其具有自穩性，也可擴大反應區空間。

具體的，所述凹形氣流分布板10的凹形結構11向下凹進的高度大於所述凹形氣流分布板10的彎折結構12向下彎折的高度。

具體的，所述彎折結構12與反應器筒體的內壁之間的底部開設有導料孔13。其作用是引導顆粒下滑流到反應器下部從封頭底部的開口接管出去。

具體的，所述凹形結構11一體成型設置或者由若干個弧片板拼接連接設置，所述彎折結構12一體成型設置或者由若干個弧片板拼接連接設置。弧片板間的弧片板接縫15為無縫連接。弧片板方便顆粒產品在自重作用下流向底部，也便於顆粒產品和氣體分流，具體安裝時，將小塊的弧片板被螺栓緊固到底下的支承結構上。為便於加工，根據承制工廠的生產裝備能力，凹形氣流分布板10不僅可以在徑向分為若干個圓環板，而且每一塊圓環板又可以沿著周向分為若干個弧片板，靈活設置，方便組裝與運輸。

另，所述凹形氣流分布板10上的部分弧片通過改變傾角可以在線調整工藝氣的流態。同時所述凹形氣流分布板10上的弧片的厚度根據弧片所在徑向位置可以有不同的優化。靠近反應器殼壁的折邊弧片承受反應器中間的弧片的重量作用，也承受更多的產品重量作用，需要更強的厚度。

具體的，所述凹形結構11設置有沿周向排布的氣流孔14，所述彎折結構12設置有沿徑向排布的氣流孔14。氣流孔14可應用雷射切割或衝壓成孔。從反應器底部進來的工藝氣通過這些氣流孔14流出，使從反應器上部下來的物料與從下面上升的工藝氣形成均衡且充分接觸的流化床。

另，徑向開口可以包括正徑向開口和負徑向開口，水平徑向開口、上傾徑向開口和下傾徑向開口，或這些開口的組合。周向開口包括順周向開口和逆周向開口，相互錯流的方向在運行中可以相互抵消部分氣流作用力，大大降低振動的可能性。

另，所述凹形氣流分布板10的弧片上的徑向排布設置的氣流孔14的開口尺寸根據弧片所在徑向位置有不同的優化。靠近反應器的殼壁的徑向氣流孔14的氣壓與靠近反應器中間的徑向氣孔孔的氣壓略有差異，需要通過開口尺寸的大小來調節其氣壓和流速，使分布板以上的流化床工況均衡。

另，所述凹形氣流分布板10的弧片上的徑向排布設置的氣流孔14的開口形狀根據弧片所在徑向位置有不同的優化。也是為了使分布板以上的流化床工況均衡，開口形狀可以是彎月形、舌形、裂縫、圓形、扁圓形、三角形、長條形、矩形，也包括這些開口的組合，等等。

具體的，所述彎折結構12和所述凹形結構11相對區域上的氣流孔14相互交錯設置。研究表明，凹形分布板的振動與氣流的作用反力有關。由於類似M形的氣流分布板由倒V形組成，倒V形兩側的弧板面上的氣流孔14如果是徑向相互錯開對流的方向，工藝氣體與物料在螺旋混合的動力作用下，使物料在不斷的翻滾中獲得充分接觸，同時,運行中可以相互抵消部分氣流作用力，大大降低結構振動的可能性。

實施例2

本申請的一種凹形氣流分布板的具體實施方式之二，本實施例的主要技術方案與實施例1相同，在本實施例中未解釋的特徵，採用實施例1中的解釋，在此不再進行贅述。參考圖3所示，本實施例與實施例1的區別在於，其中，所述凹形結構11為球面結構16。能夠使工藝氣在反應器內均衡分布向上流動，同時使生成的物料顆粒產品通過該凹形氣流分布板匯集從底部排出，還能抵抗物流量大、氣流速快而引起的振動疲勞，其為滿足壓降穩定性及流化質量良好的抗沉積分布板。

實施例3

本申請的一種凹形氣流分布板的具體實施方式之三，本實施例的主要技術方案與實施例1相同，在本實施例中未解釋的特徵，採用實施例1中的解釋，在此不再進行贅述。參考圖4所示，本實施例與實施例1的區別在於，其中，所述凹形結構11為對稱設置的內凸雙曲面組成的凹形結構17。能夠使工藝氣在反應器內均衡分布向上流動，同時使生成的物料顆粒產品通過該凹形氣流分布板匯集從底部排出，還能抵抗物流量大、氣流速快而引起的振動疲勞，其為滿足壓降穩定性及流化質量良好的抗沉積分布板。

實施例4

本申請的一種反應器的具體實施方式之一，參考圖6所示，包括筒體1、設置於筒體1兩端的上封頭2和球形下封頭3、設置於上封頭2的上開口4、設置於球形下封頭3的下開口5，上開口4為物料進口，下開口5為物料出口，設置於筒體1內的氣流分布板及用於支承氣流分布板的內支承結構，上述技術結構特徵與現有技術中的反應器的結構基本相同，且本申請的一種反應器也具備現有技術中的反應器的其它基本結構。

本申請的創新之處在於，所述氣流分布板為上述實施例1所述的一種凹形氣流分布板10，所述內支承結構包括設置於所述筒體的內壁的支承環7、設置於所述一種凹形氣流分布板10下方的氣流分配管9，工藝氣沿所述筒體1的水平切向設置的工藝氣進口8進入所述氣流分配管9，再通過所述一種凹形氣流分布板10的氣流孔14上升與該反應器上部下來的物料充分接觸。從反應器底部進來的工藝氣進入下封頭後，仍然沿著氣流分配管9靠近凹形氣流分布板10的底部進行相對合理的分配，不會與封頭內的構件發生直接的衝刷。

另，所述氣流分布板的支承結構與底部工藝氣的氣流分配管9可以一體化設置。根據具體的設計，可以專門設置支承網架或者支架形的氣流分配管9，一個部件兩種功能，既有支承氣流分布板的作用，也有分配工藝氣的作用，從反應器底部進來的工藝氣進入下封頭後，仍然沿著管網靠近凹形分布板的底部進行相對合理的分配。為保持穩定的氣壓提供了結構保證。

上述凹形氣流分布板10的建造過程：(1) 按反應器的結構參數和產品顆粒大小，初步設計凹形氣流分布板10的傾斜角及其他主體尺寸，並根據凹形氣流分布板10的尺寸初步設計支承結構尺寸；(2)根據反應器的工藝參數和產能確定工藝氣流量及其彈性範圍，進一步估算工藝氣流量沿凹形氣流分布板10的分布；(3)設計凹形氣流分布板10上的氣流孔14，進行流態的數值模擬分析，並調整優化結構；(4) 設計導料孔13的大小和數量，必要時可在開孔組焊一段接管，把產品顆粒引導到出口；(5)根據確定的凹形氣流分布板10結構設計其支承網架或將其與底部工藝氣的氣流分配管9合二為一形成支架形氣流分配管9；(6)衝壓凹形氣流分布板10弧片，預組裝檢測其整體組裝性，檢測弧片接縫15的嚴密性；(7)組焊各構件，避免過大的焊接殘餘應力；(8)提供包裝和運輸說明書，預防轉運中導致分布板鬆動或變形；(11)提供安裝說明書，反應器投料運行前拆下用於包裝的臨時緊固螺栓。

另，支承環7可以是整環的，也可以是分段的，但是段與段的端部不保留間隙，一般可以焊接在反應器的筒體的內壁上；凹形氣流分布板10可緊固安放在該支承環7上。

另，反應器直徑較大時，位於筒體下部的球形下封頭3或者橢圓形下封頭18可以採用圓錐形下封頭19（參考圖5所示）的結構，在功能上，相比於前者，有利於產品顆粒在凹形氣流分布板10的下方聚集，在設備製造上有利於簡化工藝技術。

實施例5

本申請的一種反應器的具體實施方式之二，本實施例的主要技術方案與實施例4相同，在本實施例中未解釋的特徵，採用實施例4中的解釋，在此不再進行贅述。本實施例與實施例4的區別在於，所述氣流分布板為上述實施例2所述的一種凹形氣流分布板10。

實施例6

本申請的一種反應器的具體實施方式之三，本實施例的主要技術方案與實施例4相同，在本實施例中未解釋的特徵，採用實施例4中的解釋，在此不再進行贅述。本實施例與實施例4的區別在於，所述氣流分布板為上述實施例3所述的一種凹形氣流分布板10。

最後應當說明的是，以上實施例僅用以說明本申請的技術方案，而非對本申請保護範圍的限制，儘管參照較佳實施例對本申請作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本申請的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本申請技術方案的實質和範圍。