[发明专利]快速流化床空隙率再分配工艺

说明书

本发明属于快速流态化领域，主要是对快速流化床中空隙率的径向和轴向分布进行改进的工艺和装置。应用领域为石油、化工、冶金、能源和环境等。

快速流化床以其无气泡、返混小和温度均匀等特征，一直被认为是一种比较理想的气固接触设备，在工业生产中已有广泛的应用。但近年来对快速流态化流动现象的研究表明，在快速流化床中不仅存在着空隙率轴向分布的不均匀性，还存在径向分布的不均匀性。在轴向，空隙率呈“S-型”分布，即床层上都为稀相，下部为浓相，浓稀相之间通过一个转折点逐步过渡（Y.Li    and    M.Kwauk，1980，in    FLUIDI-ZATION，J.Grace    &    J.M.Matson（Eds.），Plcnum    Press，P.537）;在径向，空隙率为中心稀、边壁浓的抛物型分布（Y.Tung，J.Li    and    M.Kwauk，1988，in    FLUIDIZATION-Sciencc&    Tcchnology，M.Kwauk    &    D.Kunii（Eds.），Science    Press，P.139）。其中，边壁低速区颗粒以团聚物的形态向下运动，返混是不可忽视的（J.Li    and    H.Wcinstcin，1989，Chem.Eng.Sci.，Vol.44，No.8，P.1697）。因此，这种不均匀分布会对化学反应产生不可忽视的影响，工业界对此也有所认识。

虽已知道，稀、浓界面的相际颗粒交换远小于稀相或浓相内部的颗粒交换（郭慕孙，1979，流态化浸取与洗涤，科学出版社）。但一方面由于对快速床的不均匀性，尤其对径向不均匀性，在1988年于法国召开的第二届国际循环流化床会议上才有统一的认识（Basu    and    Large，1988，in    CIRCULATING    FLUIDIZED    BED    TECHNOLOGY    Ⅱ，P.Basu&    J.F.Large（Eds.），Pergamon    Press，P.6），因而，对不均匀性改善的工作起步不久;另一方面，由于人们的研究一开始就注重改善径向空隙率分布，没有将轴向空隙率分布的改善作为一个整体联系起来，更不具备实施快速床多段化的前提条件，没有人提出过这一方案。

对径向分布改善的研究（郑传根、董元吉，1990，化工冶金，11（4），P.296）表明，在内部构件的作用下，伴随空隙率径向分布曲线变平的结果却是截面平均浓度下降，这将使设备效率降低，是不希望的。因此，目前还没有一种比较理想的方法解决这种不均匀性问题。

本发明的目的是利用内部构件使截面平均浓度下降和浓相区扩展的特点，发明一种多段快速床工艺及设备，使快速床内的空隙率重新分布，以实现高浓度、低返混的多段快速流态化操作。

本发明首次提出“快速流化床多段化”这一技术方案。其前提条件是多孔板、锥斗、横向圆环、锥子和纵向圆环等构件使构件处的截面平均颗粒浓度下降，更重要的是将壁区刮下的颗粒转向上部的稀相区。这样，不但我们没有损失这部分颗粒（它们仍然保留在整体快速床内），而实现了快速床的多段化。

本发明提出的快速流化床空隙率再分配工艺，其特征在于在快速床浓相区设置能抑制床层边壁区颗粒回流，使截面平均浓度下降、浓相区扩展的内部构件，从而使稀、浓相多次重复，形成以稀、浓为单元的分段;稀、浓界面的相际颗粒交换远小于稀相或浓相内部的颗粒交换。因此，其装置的特征在于在快速床浓相区设置内部构件，构件可用螺杆、焊接或法兰等形式固定在床内，或作为预置构件吊装在床内，形成稀、浓相间的多段快速床。各种构件的设计要点如下：

（1）多孔板构件-这种构件起到均布气体的作用，关键要提高边壁低速区气体的速度，本发明采取的辅助措施是让多空板的直径略小于快速床的直径，在它们之间留出一圈狭缝。

（2）倒锥斗构件-这种构件是上面的多空板构件的改型。因为出现颗粒回流的区域主要在径向位置75%以外的环区，为减轻颗粒与构件之间的摩擦及构件的阻力，本发明着眼于对边壁气流分布的改善，同样在锥斗上圆与管壁之间留出一圈狭缝。

（3）横向圆环构件Ⅰ-这种构件着眼于阻挡边壁颗粒倒流，因此在紧贴管壁处设置横向圆环型挡圈。

（4）横向圆环构件Ⅱ-这种构件是上面的横向圆环构件1的改型，目的是减轻颗粒与构件之间的摩擦。

（5）横向圆环构件Ⅲ-目的同上。

（6）锥子构件-目的是将中心的气流向壁区集中，从而吹走壁区回流的颗粒。