本發(fā)明涉及一種適用于氣固兩相間傳質(zhì)傳熱過程的集成循環(huán)流化床設(shè)備，可用于氣固相催化反應(yīng)、氣固換熱、固體燃燒反應(yīng)等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

與固定床相比，流化床具有壓降低、傳質(zhì)傳熱效率高等特點(diǎn)，在傳質(zhì)、傳熱、干燥等技術(shù)領(lǐng)域有廣泛運(yùn)用，對于工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重要的意義。循環(huán)流化床作為一種特殊的流化床，能夠?qū)崿F(xiàn)固體物質(zhì)循環(huán)進(jìn)入流態(tài)化狀態(tài)，增加固體與氣體的接觸時間，提高傳質(zhì)、傳熱效率，并且有利于清潔生產(chǎn)，具有很好的應(yīng)用前景和研究價值。

現(xiàn)有循環(huán)流化床技術(shù)主要包含提升管、旋風(fēng)分離器及存料罐等設(shè)備，固體在提升管中實(shí)現(xiàn)流態(tài)化?？梢钥闯?，現(xiàn)有技術(shù)存在諸如設(shè)備數(shù)量多、工藝復(fù)雜等問題。較多的設(shè)備會導(dǎo)致設(shè)備投資的增加，以及工藝設(shè)計難度的提升。此外，現(xiàn)有設(shè)備中存在諸如氣體短路，氣體分布不均，氣固接觸不充分，停留時間不均，不能完全實(shí)現(xiàn)活塞流等問題。

cn201610467554.1提出一種氣固流化床，實(shí)現(xiàn)氣固兩相間的換熱，同時除去固體中的小顆粒雜質(zhì)。然而，該設(shè)備用途單一，且不能在設(shè)備內(nèi)部實(shí)現(xiàn)固相循環(huán)。cn201110326819.3提出一種內(nèi)循環(huán)氣固流化床反應(yīng)器，通過反應(yīng)氣體與提升介質(zhì)的汽提作用，與固體催化劑充分接觸進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過旋風(fēng)分離器或過濾器回收催化劑，回收的催化劑再次進(jìn)入汽提區(qū)與反應(yīng)氣體進(jìn)行反應(yīng)。該設(shè)備結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，催化劑汽提區(qū)容易堵塞，不便于設(shè)備維護(hù)，需要旋風(fēng)分離器實(shí)現(xiàn)氣固分離，未能實(shí)現(xiàn)流化床與氣固分離的集成。此外，設(shè)備內(nèi)部容易造成氣體短路，偏離活塞流，停留時間不均，影響反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。

因此，為解決現(xiàn)階段流化床設(shè)備的工業(yè)運(yùn)用中存在的諸多問題，本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上提出一種結(jié)構(gòu)簡單、效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、處理量大的氣固循環(huán)流化床設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種集成循環(huán)流化床，將流化床、氣固分離器、氣固輸送與循環(huán)系統(tǒng)集成為一體，解決了傳統(tǒng)循環(huán)流化床設(shè)備復(fù)雜、能耗大、設(shè)備費(fèi)用與操作費(fèi)用大、操作彈性小等缺點(diǎn)，既可實(shí)現(xiàn)固相流態(tài)化及活塞流的流動形式，避免氣體短路，又能及時完成氣固分離，還能實(shí)現(xiàn)固相的內(nèi)循環(huán)，更重要的是集成流化床具有很好的連續(xù)性、均勻性、適應(yīng)性。該發(fā)明能進(jìn)一步降低生產(chǎn)與設(shè)計成本，傳質(zhì)效率大幅度提升，擁有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種集成循環(huán)流化床設(shè)備，外套筒(9)上部為一上粗下細(xì)的圓臺形結(jié)構(gòu)，最大直徑與最小直徑比為1.1-5，下部為等徑圓筒，與內(nèi)套筒(5)間通過螺栓(6)連接；流化床設(shè)備內(nèi)自下到上依次為固體收集口(1)、中心氣體分布器(2)、環(huán)隙氣體分布器(3)、固體收集器(4)、內(nèi)套筒(5)、在外套筒(9)上部設(shè)置有氣體出口(7)和固體進(jìn)口(8)；中心氣體分布器(2)位于內(nèi)套筒(5)正下方，環(huán)隙氣體分布器(3)位于中心氣體分布器(2)四周、內(nèi)外套筒之間。

所述外套筒(9)上下兩部分通過法蘭連接，或通過焊接連接。

所述外套筒(9)上部形成氣固分離區(qū)(10)；外套筒(9)下部整體為一圓柱形，由內(nèi)套筒(5)分隔成提升區(qū)(11)和循環(huán)區(qū)(12)。

所述內(nèi)套筒(5)直徑與外套筒下部直徑比例為0.1-0.95。

所述固體收集器(4)上開孔，孔隙率為0.5-0.9，開孔大小為0.2-3cm。

本發(fā)明的循環(huán)流化床設(shè)備操作方法，固體顆粒由固體進(jìn)口(8)加入設(shè)備，氣相由中心氣體分布器(2)和環(huán)隙氣體分布器(3)通入；由中心氣體分布器(2)通入的氣體使固體顆粒在提升區(qū)(11)內(nèi)實(shí)現(xiàn)流態(tài)化，氣固兩相進(jìn)行傳熱傳質(zhì)過程；氣固兩相進(jìn)入氣固分離區(qū)(10)后，氣速下降，氣體經(jīng)過氣體出口(7)排出，固體顆粒下降至循環(huán)區(qū)(12)，通過調(diào)節(jié)環(huán)隙氣體分布器(3)的氣速，在與固相進(jìn)行傳質(zhì)傳熱的同時調(diào)節(jié)循環(huán)速率及空隙率；循環(huán)區(qū)內(nèi)的固體顆粒下降至固體收集器(4)后在重力作用下移至中心氣體分布器(2)的上方，再次被中心氣體分布器(2)的氣體帶入到提升區(qū)(11)，實(shí)現(xiàn)了固體顆粒在設(shè)備內(nèi)的循環(huán)。

內(nèi)套筒(5)內(nèi)部為氣固流化的提升區(qū)(11)，通過調(diào)整中心氣體分布器(2)的氣速調(diào)節(jié)提升區(qū)(11)內(nèi)的氣固兩相流動狀態(tài)以及上升速度，控制兩相傳質(zhì)傳熱效率，及反應(yīng)動力學(xué)性能。

氣固兩相由提升區(qū)(11)進(jìn)入由氣固分離區(qū)(10)，由于直徑增加導(dǎo)致氣速下降，氣體繼續(xù)上升通過氣體出口(7)排出，而固體向兩側(cè)下降至內(nèi)套筒(5)外部的循環(huán)區(qū)(12)，實(shí)現(xiàn)氣固兩相的分離。

循環(huán)區(qū)(12)內(nèi)，固體顆粒呈下降趨勢。在循環(huán)區(qū)(12)的下部設(shè)有圓環(huán)形環(huán)隙氣體分布器(3)，通過調(diào)節(jié)氣速，可以控制固體顆粒循環(huán)速率，并同時發(fā)生氣固兩相傳質(zhì)傳熱。在循環(huán)區(qū)(12)下部的固體收集器(4)保證固體顆粒全部回收重新進(jìn)入到提升區(qū)(11)。同時固體收集器(4)也起到氣體均布，破碎氣泡的作用。

循環(huán)區(qū)(12)內(nèi)的固體顆粒下降至設(shè)備底端后，被中心氣體分布器(2)的氣體再次帶入提升區(qū)(11)，實(shí)現(xiàn)了固體顆粒在設(shè)備內(nèi)的循環(huán)，即循環(huán)流化床。

所以設(shè)備可分為三個功能區(qū)：氣固分離區(qū)(10)，提升區(qū)(11)及循環(huán)區(qū)(12)。

此外，在開停車過程中，通過固體進(jìn)口(8)進(jìn)料，通過固體出口(1)排出固體。

本發(fā)明所具備的優(yōu)點(diǎn)：

1.集成了流化床、固體循環(huán)系統(tǒng)、氣固分離系統(tǒng)，節(jié)省了工藝占地面積，簡化了生產(chǎn)裝置，降低了能耗，減少了設(shè)計制造成本、生產(chǎn)操作成本。

2.可以通過調(diào)整設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)及工藝操作參數(shù)，使固相達(dá)到快速流態(tài)化，提高傳質(zhì)效率，并可以對如轉(zhuǎn)化率及動力學(xué)性能等進(jìn)行有效控制。

3.循環(huán)區(qū)下部的固體收集器可以均布?xì)怏w、破碎氣泡，使氣體呈現(xiàn)活塞流的流動狀態(tài)，使氣固兩相充分接觸，避免出現(xiàn)死區(qū)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明半剖圖。

圖2為本發(fā)明俯視圖。

其中，1-固體出口；2-中心氣體分布器；3-環(huán)隙氣體分布器；4-固體收集器；5-內(nèi)套筒；6-螺栓；7-氣體出口；8-固體進(jìn)口；9-外套筒；10-氣固分離區(qū)；11-提升區(qū)；12-循環(huán)區(qū)。

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖對本發(fā)明專利進(jìn)一步說明：

如圖1、2所示：一種集成循環(huán)流化床設(shè)備，自下到上依次為固體收集口(1)、中心氣體分布器(2)、環(huán)隙氣體分布器(3)、固體收集器(4)、內(nèi)套筒(5)、氣體出口(7)、固體進(jìn)口(8)。中心氣體分布器(2)位于內(nèi)套筒(5)正下方，環(huán)隙氣體分布器(3)位于中心氣體分布器(2)四周、內(nèi)外套筒之間。

外套筒(9)上部為一上粗下細(xì)的圓臺形結(jié)構(gòu)，最大直徑與最小直徑比為2，下部為等徑圓筒，與其上部通過焊接制成。內(nèi)套筒(5)直徑占外筒(9)下部直徑的30％，通過螺栓(6)與外套筒(9)下部焊接連接。

內(nèi)套筒(5)內(nèi)部為氣固流化的提升區(qū)(11)，通過調(diào)整中心氣體分布器(2)的氣速調(diào)節(jié)提升區(qū)(11)內(nèi)的氣固兩相流動狀態(tài)。

關(guān)閉固體出口(1)，由固體進(jìn)口(8)向設(shè)備內(nèi)加入占設(shè)備體積50％的固體顆粒，并由中心氣體分布器(2)和環(huán)隙氣體分布器(3)通入氣體，環(huán)隙氣體分布器(3)的氣相通量小于中心分布器(2)的氣相通量，以保證在提升區(qū)(11)內(nèi)固體實(shí)現(xiàn)快速流態(tài)化。固體由提升區(qū)(11)上升至氣固分離區(qū)(10)時，氣體速度降低，氣固分離，氣體由氣體出口(7)排出，進(jìn)入下一步工藝；固體向兩邊分散并下降至循環(huán)區(qū)(12)，并在循環(huán)區(qū)(12)內(nèi)呈下降趨勢。在循環(huán)區(qū)(12)下部設(shè)有圓環(huán)形環(huán)隙氣體分布器(3)，通過調(diào)節(jié)氣速，控制固體顆粒循環(huán)速率，并同時發(fā)生氣固兩相傳質(zhì)傳熱過程。之后，固相經(jīng)由循環(huán)區(qū)(12)降至固體收集器(4)，并由中心氣體分布器(2)處的氣體重新帶入提升區(qū)(11)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)流化床。所以，設(shè)備成功地實(shí)現(xiàn)了固體循環(huán)流化和氣固分離的集成，節(jié)省了占地面積和能耗，在保證高傳質(zhì)效率和轉(zhuǎn)化率的同時降低了設(shè)計、制造和操作的成本。

以上所述實(shí)例僅是充分說明本發(fā)明而所舉的較佳的實(shí)施例，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。