[发明专利]一种具有独立可调内外循环流率的流化床反应器

说明书

技术领域

本发明是应用于能源、化工等领域的一种流化床反应装置，该反应装置可对固体物料的内循环流率和外循环流率进行方便、独立的控制和调节，并对流化床反应器稀相区空间进行充分利用。

背景技术

气固流态化技术自半个多世纪前诞生以来已经在现代能源、化工、石油、轻工、冶金、材料和环保等各个领域发挥了巨大的作用，为适应各个领域中不同生产工艺的特点，气固反应器形式也在不断的发展和完善。

鼓泡流化床反应器是一种被大量应用在工业上的经典的气固密相流化床反应器，它由于气泡流动所引起的强烈搅动，使得气固接触效率较高，密相床层具有良好的传热传质性能，而且床层内部温度均匀。然而也正是这些气泡的存在，使得部分气体反应物以气泡形式通过床层，减少了气-固相之间的接触机会，降低了反应转化率。

环流反应器是在鼓泡流化床反应器的基础上发展而来的。最早一类的环流反应器是一种气-液、气-固-液或液-固的多相反应器，被广泛应用于石油化工、生物、冶金和环境化工等相关领域。环流反应器综合了鼓泡塔和机械搅拌釜的优点，具有气含率高、传质速率快、气液混合好、结构简单等特点。研究者们借鉴了环流反应器的环流原理，将其拓展到气固流态化领域，提出了用于气-固两相体系的气固环流反应器。气固环流反应器的结构与上述环流反应器相似，共同特点都是在常规流化床反应器内部同心设置导流筒，气固环流反应器由于内部导流筒的存在，实现了可控的平推流与有限全混流的有机结合，具有高效的气固接触效率、有序的颗粒流动、可控的颗粒停留时间、优秀的传热、传质性能以及结构简单等诸多优点。

气固环流类型的内循环反应器虽然改善了气固接触效率和传热传质特性，具有较长的固体停留时间，但难以实现固体物料的外循环，因此对于一些需要实现固体物料外循环(比如将失活的催化剂再生、CO₂捕集工艺等)的工艺技术来说，显然是不适用的，而且常规的气固环流类型的内循环反应器其稀相区的空间也未能充分利用。工业上实现固体物料外循环多采用操作气速较高的循环流化床反应器。相对于气固环流类型的内循环反应器，循环流化床反应器可以实现物料外循环流率的有效控制和调节，但由于循环流化床反应器通常处于快速流态化或密相气力输送流态，其较高的操作气速和较大的固体物料循环流率使得气体和固体的停留时间都很短，因此不利于气固反应的深度进行，固体和气体物料的利用转化率不高。同时，在设计该类反应器时，为保证反应所需的气固接触时间，反应器通常设计得较高，导致反应器空间布置不够紧凑；另外，较高的反应器高度也进一步增大了运行中风机能耗，降低了运行的经济性。输运床是在循环流化床的基础上继续提高流化风速而形成的一种新型的流态化反应器，其流型特征是循环流率大，提升管内截面固体净通量都向上，而且固体颗粒间以及气固两相间具有强烈的动量和能量交换，因此与传统的循环流化床反应器相比，输运床技术的床内气固接触好、传热/传质速率快、气固返混小。但是由于该形式的反应器需要的操作风速更高，因此也存在诸如传统的循环流化床物料停留时间短、反应器整体高度高、风机能耗大等缺点。

综上所述，常规的气固环流类型的内循环反应器、循环流化床反应器及新型的输运床都存在着一定的缺点，固体物料的内循环和外循环流率难以兼顾，并且由于气固环流类型的内循环反应器操作气速低，床料夹带量小，导致稀相区物料颗粒浓度低，使得稀相区的空间不能得到充分的利用。因此，常规的气固环流类型的内循环反应器和提升管式循环流化床并不能满足一些工艺技术对可控的固体物料内循环流率和外循环流率的需求，而且常规的气固环流类型的内循环反应器反应器稀相区空间也未能得到充分的利用，降低了生产工艺的经济性。但是目前并没有看到相关可对内循环流率和外循环流率进行独立控制和调节，并能够对反应器稀相区空间进行充分利用的反应器类型的报道。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的一项技术问题是提供一种具有独立可调内外循环流率的流化床反应器，该反应装置可对固体物料的内循环流率和外循环流率进行独立控制和调节，并对反应器稀相区空间进行充分利用。

技术方案：本发明是一种具有独立可调内外循环流率的流化床反应器，该反应装置包括风室、布风板、流化床反应器本体、提升管、过渡段、输运床、旋风分离器、立管、返料阀A、返料阀B；