專利名稱：水平流化床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使流體接觸粒狀固體的反應(yīng)器，具體涉及一種其中 粒狀固體至少部分流化的反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
術(shù)語"流化床"用于描述具有反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)器，在該反應(yīng)區(qū)中，流 體穿過粒狀顆粒的床，從而使粒狀顆粒在一定程度上運(yùn)動(dòng)。固體運(yùn)動(dòng)的
程度導(dǎo)致不同類型的流化床反應(yīng)器，包括
初始流化床(固體滾動(dòng)，但是很少垂直或橫向運(yùn)動(dòng)) 鼓泡或部分流化或騰涌流化床 完全流化床
流化床通常用于在流體處理流和固體處理流之間傳熱或傳質(zhì)。對于 這類應(yīng)用，流化床非常有效，但是它們通常是昂貴的可選方式，其原因 是所涉及的設(shè)備成本高，例如需要大型風(fēng)扇、床下管道復(fù)雜和設(shè)計(jì)復(fù)雜。
流化床用于各種應(yīng)用，包括氣體洗滌、固體干燥、熱解、氣化、煅 燒、催化反應(yīng)、催化凈化(catalysis cleaning)和/或固體的燃燒。其中 固體接觸熱氣體的工藝(例如干燥)經(jīng)常導(dǎo)致固體爆裂，即它們破裂并 碎成更小的顆粒。這種固體爆裂導(dǎo)致產(chǎn)生過量的微粒，該微粒不能使用 而成為廢品。
因此，本發(fā)明旨在提供一種使流體接觸固體的反應(yīng)器，該反應(yīng)器比 典型的流化床反應(yīng)器相對廉價(jià)，并且同時(shí)保持傳熱和/或傳質(zhì)速率。本 發(fā)明還旨在提供一種使流體接觸固體的反應(yīng)器，該反應(yīng)器減少了與流體 接觸的固體的任何爆裂。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了 一種用于使流體接觸粒狀固體的反 應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括-反應(yīng)器殼，包括其中流體和粒狀固體一起接觸的反應(yīng)區(qū)；
-粒狀固體入口，適于將粒狀固體床輸送到反應(yīng)區(qū)中，其中該粒狀 固體床的高度和/或?qū)挾瘸叽缁旧闲∮谠摯驳拈L度；
-多個(gè)流體入口 ，用于將流體輸送到反應(yīng)區(qū)中，使得流體進(jìn)入反應(yīng) 區(qū)的輸送使粒狀固體床至少部分流化；
-粒狀固體出口，用于接收穿過反應(yīng)區(qū)之后的粒狀固體床；和
—流體出口 ，用于在流體穿過反應(yīng)區(qū)之后接收流體和所有夾帶的顆 粒。
反應(yīng)區(qū)可以包括由流體與粒狀固體接觸引起的化學(xué)和/或物理反應(yīng)。
優(yōu)選地，該反應(yīng)器用于使流體與粒狀固體接觸的連續(xù)過程，由此粒 狀固體入口適于將連續(xù)的粒狀固體床輸送到反應(yīng)區(qū)中。
優(yōu)選地，粒狀固體床以相對于水平方向的一定傾斜角從粒狀固體入 口朝粒狀固體出口穿過反應(yīng)區(qū)，由此重力輔助粒狀固體床從固體入口向 固體出口運(yùn)動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的該優(yōu)選方面，粒狀固體入口位于比粒狀固 體出口更高的位置處。優(yōu)選地，從粒狀固體出口到粒狀固體出口的傾斜 角為3°~15°,更優(yōu)選為5°~10°。
優(yōu)選地，多個(gè)入口將流體沿粒狀固體床長度尺寸的位置處輸送到反 應(yīng)區(qū)中。優(yōu)選地，用于將流體輸送到反應(yīng)區(qū)中的多個(gè)入口沿粒狀固體床 的長度尺寸斜對置和/或不伸入或基本上不伸入粒狀固體床中。在其它 優(yōu)選形式中，多個(gè)入口與粒狀固體床成一定角度布置，以促進(jìn)粒狀固體 床穿過反應(yīng)區(qū)的運(yùn)動(dòng)。
優(yōu)選地，粒狀固體床的高度尺寸基本上小于該床的長度。優(yōu)選床的 長度基本上大于寬度。
優(yōu)選地，流體進(jìn)入反應(yīng)區(qū)中的輸送使粒狀固體床差異流化，其中粒 狀固體床基本上不分離。
優(yōu)選地，當(dāng)粒狀固體床運(yùn)動(dòng)穿過反應(yīng)區(qū)時(shí)，反應(yīng)區(qū)包括高接觸區(qū)和 低接觸區(qū)，在高接觸區(qū)中粒狀固體接觸流體并且粒狀固體基本上流化，在低接觸區(qū)中流體與粒狀固體的接觸大大減少且粒狀固體基本不流化 或不流化。根據(jù)該方面，反應(yīng)區(qū)內(nèi)的高接觸區(qū)的位置靠近所述多個(gè)流體 入口。
可以布置本發(fā)明的反應(yīng)器，使得流體和粒狀固體以并流形式、逆流 形式或錯(cuò)流形式進(jìn)行接觸。
優(yōu)選地，反應(yīng)器可以與一個(gè)或更多個(gè)另外的反應(yīng)器一起布置，以形 成串聯(lián)反應(yīng)器。該串聯(lián)反應(yīng)器可以增加流體和粒狀固體之間的傳熱和/ 或傳質(zhì)以適合于不同應(yīng)用的特定需求。
反應(yīng)器可以使流體與粒狀固體接觸以用于各種目的，包括氣體洗 滌、固體干燥、熱解、氣化、煅燒、催化反應(yīng)、催化凈化、冷卻、傳質(zhì) 和/或燃燒。


結(jié)合附圖，從本發(fā)明的以下優(yōu)選但非限制性實(shí)施方案的詳細(xì)說明中
會(huì)更好地理解本發(fā)明，在附圖中
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的反應(yīng)器的示意圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的串聯(lián)反應(yīng)器的示意圖3示出了根據(jù)本發(fā)明另一方面的串聯(lián)反應(yīng)器的三種布置；
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)內(nèi)部的示意圖；以及
圖5是描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方案的碎煤行為性能的圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖中詳細(xì)示出的本發(fā)明實(shí)施方案，明顯降低了常規(guī)流化床的復(fù) 雜性，從而降低了制造和運(yùn)行反應(yīng)器的固有成本。也降低了床的高度和/ 或?qū)挾葟亩档退璧娘L(fēng)扇成本，使用重力來幫助粒狀固體運(yùn)動(dòng)穿過反應(yīng) 區(qū)，并且將用于流體流的任意管路移到床的外部。而且，本發(fā)明的流化 床反應(yīng)器可以容許比常規(guī)流化床更大的上限尺寸和更寬的尺寸分布，同 時(shí)碎屑從系統(tǒng)中自動(dòng)分選出去。這明顯降低了準(zhǔn)備進(jìn)料的成本。此外，在本發(fā)明中，通過在流體和粒狀固體之間設(shè)置高接觸區(qū)和低接觸區(qū)，減 少了顆粒的爆裂。
參照圖1，其顯示了包括多個(gè)沿斜對置的流體入口 (或風(fēng)口 ) 15的單 個(gè)模塊化反應(yīng)器10，通過該流體入口吹iH/泵送足量的流體以使粒狀固體 部分或差異流化，從而作為床來運(yùn)動(dòng)穿過反應(yīng)器10主體部分中的反應(yīng)區(qū)。 流體入口 15將流體引入粒狀固體床中，但AA口管自身不i^床體。因此， 床中通常沒有將流體輸送到床上的噴射管。在該實(shí)施方案中，當(dāng)干燥磨料 或^*料反應(yīng)時(shí)，該特征提供了顯著的優(yōu)點(diǎn)。然而，本發(fā)明還包括一種布 置，其中當(dāng)床材料不是特別有磨蝕作用時(shí)，從流體入口引入的噴射管可以 ^床中一小彭巨離，例如長度為噴射管(或流體入口 )直徑1 3倍，以 改善床的混合(如果需要的話)。
此外，在該實(shí)施方案中，流體入口 15以一定角度引入床以促進(jìn)床運(yùn)動(dòng) 穿it^應(yīng)區(qū)。在該布置中，流體和粒狀固體以錯(cuò)流的方式接觸。
用于粒狀固體的入口 25位于比出口 30高的位置處，由此^Jl運(yùn)動(dòng)穿 過反應(yīng)區(qū)的角度相對于水平方向傾斜。在該布置中，重力也幫助粒狀固體 床滑動(dòng)穿過反應(yīng)器10的反應(yīng)區(qū)。
因?yàn)榇驳母叨缺却驳拈L度和寬度小，所以床運(yùn)動(dòng)穿it反應(yīng)器10的M 區(qū)被稱為水平流化。因此，與常規(guī)流化床反應(yīng)器相比，存在跨床的低的壓 降，由此需要的風(fēng)扇容量減少，從而降^Jl應(yīng)器10的資金和運(yùn)行成本。床 的長度比寬度要長得多。這還有減小本發(fā)明支承結(jié)構(gòu)的效果，盡管所占面 積(footprint)可能比目前已知的技術(shù)要大。
因?yàn)樵谡麄€(gè)所述床上的流化程度不均勻，所以該床被稱為差異流化床。 這樣，固體也不像常規(guī)流化床反應(yīng)器那樣分離。
從床側(cè)面i^床的入口 15的布置可以與豎槽(verticalspout) —起使 用，以增加所需的床寬度或容納鍋爐或灰堆。
除了流體入口以外，本發(fā)明的《k應(yīng)器還可以包括在粒狀固體和位于管 內(nèi)的其它流體之間的非接觸熱交換或其它非接觸熱交換布置。典型地，管 被垂直地引導(dǎo)穿過床，并且可包括諸如流(stream)的加熱流體從而為反 應(yīng)區(qū)提供其它加熱源。或者，如果需要冷卻，則可以使用諸如水的冷卻流 體來減少反應(yīng)區(qū)中的熱。
現(xiàn)在參照圖2，其示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的6個(gè)反應(yīng)器50系列。本發(fā)明反應(yīng)器的模塊化性質(zhì)是指，如果對具體應(yīng)用而言需要額外的傳
熱，則不會(huì)有按比例放大的風(fēng)險(xiǎn)。例如，如果單個(gè)模塊具有0.8MW的傳 熱，則5個(gè)模塊具有4.0MW的傳熱。
現(xiàn)在參照圖3，其顯示了三個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)的三種結(jié)構(gòu)。在第一結(jié)構(gòu)100 中，固體通過位于明顯高于粒狀固體出口 120的點(diǎn)處的粒狀固體入口 110 引入。這提供了幫助顆粒固體^:動(dòng)穿過串^i^應(yīng)器100的重力。而且， 在該結(jié)構(gòu)中，以并流方式引入流體，使得流體速度除了在反應(yīng)區(qū)130中使 固體流化之外，還在粒狀固體床穿過反應(yīng)區(qū)130時(shí)幫助它運(yùn)動(dòng)。
在第二結(jié)構(gòu)150中，粒狀固體以相同的方式引入>^應(yīng)器中，但是，流 體以逆流方式引入，使得流體的路徑與運(yùn)動(dòng)穿過串聯(lián)反應(yīng)器150的粒狀固 體床的路徑相反。
最后，在第三結(jié)構(gòu)170中，以一定的方式布置流體入口 180， 4吏得它 在垂直于粒狀固體床運(yùn)動(dòng)穿過>^應(yīng)區(qū)l卯的方向上引入^JL區(qū)中。這些不 同的結(jié)構(gòu)增加了本發(fā)明的通用性，并且拓寬了可以使用本發(fā)明的潛在應(yīng) 用。
從本發(fā)明的以下優(yōu)選但非限制性實(shí)施方案的實(shí)例中將會(huì)更好地理解本 發(fā)明。
以下實(shí)施例是關(guān)于由根據(jù)本發(fā)明不同方面的單個(gè)或串^應(yīng)器制成的 整體式煤干燥器、焦化器和炭冷卻器(char cooler )。
實(shí)施例1
，
將濕度為28%的碎煤(100% -15 mm)以49叱/小時(shí)的速率在16.5 m 長的5個(gè)單元流化床干燥器中干燥約9 ~ 10分鐘。該干燥器用10 MW燃 燒器加熱。該燃燒器產(chǎn)生約28500 kg/h的800'C廢氣(含1.6% (M/M) 的氧)和25000 kg/h的800°C空氣。最后一個(gè)干燥器單元用來自焦化器的 廢氣加熱。
煤經(jīng)過一系列回轉(zhuǎn)閥1干燥器并向東運(yùn)動(dòng)，并向東北方向沿著干燥 器往下移。該干燥器是差異流化的。每個(gè)單元在每側(cè)具有四個(gè)風(fēng)口，熱的 惰性氣體經(jīng)風(fēng)口吹入。這意味著具有與40個(gè)低接觸活性區(qū)分隔的40個(gè)高 接觸活性區(qū)。參見圖4。在高接觸活性區(qū)中，靠近煤顆粒表面的水分被閃蒸出來，煤被充分流 化。煤顆粒是通過蒸發(fā)水分被冷卻。在煤顆粒之間存在較大的平均距離。 在這些區(qū)中具有高的傳熱和傳質(zhì)速率。
在低接觸活性區(qū)中，允許煤顆粒從高活性區(qū)的熱沖擊中恢復(fù)。在煤顆 粒內(nèi)部深處的水分運(yùn)動(dòng)到煤的外部。大的和小的煤顆粒再混合。較小的熱 顆粒有助于較大和較冷的煤顆粒干燥。煤顆粒表現(xiàn)出滾動(dòng)和滑移運(yùn)動(dòng)，并 相對緊密地堆積在一起。該區(qū)的重要之處在于它與連續(xù)施加熱相比減少了 細(xì)煤粉的形成。
與將熱連續(xù)施加到煤的工藝相比，漆A高接觸活性區(qū)到低接觸活性區(qū) 運(yùn)動(dòng)具有顯著降低運(yùn)動(dòng)穿過反應(yīng)器的,裂的效果。
干燥器底部襯有耐火材料，并且整個(gè)主體用包封在外金屬皮中的礦物
纖維隔絕。干燥器的熱流化氣體通過兩個(gè)卯kW的帶驅(qū)動(dòng)熱氣風(fēng)扇提供， 并具有第三個(gè)卯kW風(fēng)扇用于將冷的濕氣體吸出干燥器?？绺稍锲鞯目倝?降在啟動(dòng)期間是4kPa，在正常運(yùn)行期間是3kPa。參見圖5。
實(shí)施例2
煤焦化器(coal carboniser)
干燥器將150'C的干煤經(jīng)氣栓ii^器^ 13.2 m長的襯有耐火材料的 焦化器中。將煤焦化(carbonised)至1300。C。將800'C的熱空氣iH^焦 化器中，該熱空氣與一些煤氣一起燃燒。煤氣與煤/碳流逆流流動(dòng)。高于 卯0'C的總停留時(shí)間是11 12分鐘。產(chǎn)生約24500 kg/h的干(焦)炭。收 集過量的煤氣和燃燒氣體。
實(shí)施例3
炭冷卻器
焦化器向三個(gè)9.9 m長的襯有耐火材料的冷卻器*，該冷卻器使炭 溫度從1300。C降低到低于500'C。為這些冷卻器逆流iW冷卻惰性氣體。 然后，村有耐火材料的冷卻器向另外六個(gè)襯有鋼耐火材料的冷卻器進(jìn)扦。 這將氣體溫度降低到低于70°C。炭的水分升高至6%以抑制粉塵。
該焦化系統(tǒng)具有l(wèi)卯OOO叱/年的6%濕度和2%揮發(fā)物的炭的額定生產(chǎn) 能力。
最后，應(yīng)當(dāng)理解，可以將本發(fā)明任一方面中的構(gòu)思應(yīng)用到許多不同結(jié)構(gòu)中，使得前述說明的一般性不被附圖細(xì)節(jié)所取代?？梢詫⒏鞣N替代方 案、修改方案和/或附加方案并入各種結(jié)構(gòu)和部件布置中，而不脫離本發(fā)明 的精神或范圍。
權(quán)利要求
1. 一種用于使流體接觸粒狀固體的反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括-反應(yīng)器殼，包括其中所述流體和所述粒狀固體一起接觸的反應(yīng)區(qū)；-粒狀固體入口，適于將所述粒狀固體床輸送到所述反應(yīng)區(qū)中，其中所述粒狀固體床的高度和/或?qū)挾瘸叽缁旧闲∮谒龃驳拈L度；-多個(gè)流體入口，用于將所述流體輸送到所述反應(yīng)區(qū)中，使得所述流體進(jìn)入所述反應(yīng)區(qū)的輸送使所述粒狀固體床至少部分流化；-粒狀固體出口，用于接收穿過所述反應(yīng)區(qū)之后的所述粒狀固體床；和-流體出口，用于在所述流體穿過所述反應(yīng)區(qū)之后接收所述流體和所有夾帶的顆粒。
2. 根據(jù)權(quán)利要求i所述的反應(yīng)器，其中所述粒狀固體入口適于將連續(xù) 的粒狀固體床輸送到所述反應(yīng)區(qū)中，使得所述反應(yīng)器以連續(xù)的過程操作。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的反應(yīng)器，其中所述粒狀固體床以相對于 水平方向呈一定傾斜角從所述粒狀固體入口朝所述粒狀固體出口穿過 所述反應(yīng)區(qū)，由此使得重力輔助所述粒狀固體床從所述固體入口向所述 固體出口運(yùn)動(dòng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的反應(yīng)器，其中相對于水平方向的所述傾斜角 為3。 ~ 15。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中所述多個(gè)入口將所 述流體在沿所述粒狀固體床的長度尺寸的位置處輸送到所述反應(yīng)區(qū)中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的反應(yīng)器，其中用于將流體輸送到所述反應(yīng)區(qū) 中的所述多個(gè)入口沿所述粒狀固體床的長度尺寸而呈斜對置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中用于輸送流體的所 述多個(gè)入口不伸入或基本上不伸入所述粒狀固體床中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1 7中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中所述多個(gè)入口以與所述粒狀固體床成一定角度布置，以促進(jìn)所述粒狀固體床穿過所述反應(yīng) 區(qū)的運(yùn)動(dòng)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1~8中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中所述粒狀固體床的 高度尺寸基本上小于所述床的長度尺寸。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1~9中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中所述床的長度尺寸 基本上大于所述寬度尺寸。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1~10中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中所述流體進(jìn)入所 述反應(yīng)區(qū)中的輸送使所述粒狀固體床差異流化，其中所述粒狀固體床基 本上不分離。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1~11中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中所述反應(yīng)區(qū)包括 高接觸區(qū)和低接觸區(qū)，在所述高接觸區(qū)中，所述粒狀固體接觸所述流體 并且基本上 被流化，在所述低接觸區(qū)中，所述流體與所述粒狀固體的接 觸明顯減少且所述粒狀固體基本上不流化或不流化。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的反應(yīng)器，其中所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)的所述高接觸區(qū) 的位置靠近所述多個(gè)流體入口。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1~13中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中所述反應(yīng)區(qū)包括 化學(xué)和/或物理反應(yīng)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1~14中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中所述流體和所述 粒狀固體以并流方式、逆流方式或錯(cuò)流方式進(jìn)行接觸。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1~15中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中所述反應(yīng)器與一 個(gè)或更多個(gè)另外的反應(yīng)器一起布置以形成串聯(lián)反應(yīng)器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1~16中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中所述反應(yīng)器用于 使流體與粒狀固體接觸以用于選自氣體洗滌、固體干燥、熱解、氣化、 煅燒、催化反應(yīng)、催化凈化、冷卻、傳質(zhì)和/或燃燒的工藝。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1~16中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中所述反應(yīng)器用于
全文摘要
一種用于使流體接觸粒狀固體的反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括反應(yīng)器殼，其包括其中流體和粒狀固體接觸在一起的反應(yīng)區(qū)；粒狀固體入口，其適于將粒狀固體床輸送到反應(yīng)區(qū)中，其中粒狀固體床的高度和/或?qū)挾瘸叽缁旧闲∮诖驳拈L度；多個(gè)流體入口，用于將流體輸送到反應(yīng)區(qū)中，使得流體進(jìn)入所述反應(yīng)區(qū)的輸送使粒狀固體床至少部分流化；粒狀固體出口，用于接收穿過反應(yīng)區(qū)之后的粒狀固體床；和流體出口，用于在流體通過反應(yīng)區(qū)之后接收流體和所有夾帶的顆粒。
文檔編號(hào)B01J8/36GK101479028SQ200780024299
公開日2009年7月8日 申請日期2007年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
發(fā)明者大衛(wèi)·科克 申請人:考奇碳與燃燒私人有限公司