一种气液固三相分离器及含有其的沸腾床反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种气液固三相分离器。所述三相分离器包括三个内径不同的同心直圆筒和反应器器壁；最内侧为导流筒，用于将含有气液固的物流导入分离器；中间的为内支撑筒，所述内支撑筒为直筒结构；最外侧的为外支撑筒，所述外支撑筒亦为直筒结构；自内而外，三个直圆筒的下端依次升高；在外支撑筒的筒壁外侧、贯穿反应器器壁设置有液体出口管；其中，在所述内支撑筒和所述外支撑筒之间，设置有Z形挡板结构。本发明专利技术的三相分离器能够有效阻挡气泡进入具有Z形挡板的分离空间，并基本消除外部流场对液固分离的影响，对于微米级至毫米级固体颗粒都能进行高效的在线分离。

A gas-liquid solid three phase separator and a fluidized bed reactor containing the same

The invention discloses a gas liquid solid three phase separator. The three-phase separator includes three concentric straight cylinder and reactor wall with different inner diameter; the most inside is the flow guide tube, which is used to import the gas and liquid solid logistics into the separator; the inner support tube is the inner support tube, the inner support tube is the straight tube structure; the outer support tube is the outer support tube, and the outer support tube is also the straight tube structure; self inside. In addition, the lower end of the three straight cylinders is elevated in turn; a liquid outlet pipe is arranged on the outside of the cylinder wall of the outer supporting cylinder and the wall of the penetrating reactor; among the inner support cylinders and the outer support barrel, a Z shaped baffle structure is arranged. The three-phase separator of the invention can effectively prevent the bubble from entering the separation space of the Z shaped baffle, and basically eliminate the influence of the external flow field on the liquid-solid separation, and the solid particles in the micron to millimeter level can be efficiently separated on line.

【技术实现步骤摘要】
一种气液固三相分离器及含有其的沸腾床反应器
本专利技术涉及一种分离器，尤其是一种在有机合成、废水处理、石油炼制、煤化工等领域广泛应用的气液固三相沸腾床反应器，其中不同种类的液体和气体物质在通过与固体颗粒接触进行不同种类的化学反应，反应混合物通过设在反应器内部的三相分离器进行液固分离，得到不夹带固体颗粒的液体产品。
技术介绍
沸腾床反应器是一种在湍流状态下操作的气-液-固三相流化床，用途十分广泛。例如，当用厌氧生物法处理污水时，污水从池底进入厌氧反应器，在反应区中与厌氧细菌接触，细菌将污水中的有机物分解产生气体(CH4、C02、H2S等)及固体颗粒，液体、气体携带固体颗拉上升，在三相分离器处气体上升聚集，在集气室通过排气管排出，液体和固体进入沉淀区进行固液分离，下沉的固体污泥则回流到反应区。三相沸腾床反应器在21世纪新型能源化工领域正在发挥越来越重要的作用。例如，在煤化工领域合成气（CO、H2）通过悬浮在液体介质中催化剂可以合成汽油、柴油、石蜡。在石油化工领域高金属、高沥青质含量的减压渣油通过沸腾床反应器加氢处理可脱除金属、残炭、硫、氮等杂质。沸腾床反应器的优点是，压力降小、温度分布均匀、可保持整个运转周期内催化剂活性恒定、可在运转中加入新鲜催化剂和取出废催化剂等特点。以上反应体系虽然各不相同，但共同特点是反应器顶部需要设置三相分离器，并且规定流出液中不含催化剂或固体颗粒。由于反应器中气液固处于沸腾状态，因此，催化剂的在线分离也是沸腾床设计的重点和难点。对于粒径大于1mm的催化剂颗粒来说，由于催化剂沉降速度远远高于流体上升速度，因此，床层顶部会必然出现清液层，为分离创造了条件。例如，美国专利US4753721公开了一种用于沸腾床加氢反应器的气液固三相分离器，主要由下降管和位于其顶部的循环杯、流出产物管线和循环泵组成。这种分离器的气液固分离效率较好，但存在如下问题：分离器占据反应器的容积较大，使催化剂装填量一般只有反应器容积的35%。另外，循环泵的造价和维护费用都很高。为了避免使用循环泵，催化剂必须易于悬浮，应采用粒径小于1mm的催化剂，但同时带来催化剂在反应器内部无法自然沉降的问题。因此，开发一种使催化剂完全分离的三相分离器是至关重要的。技术专利CN201505526U公开了一种气液固三相分离器，由置于反应器顶部的内外套筒组成。气液固三相混合物先向上进入分离器的内套筒下锥段，在内套筒直筒段中加速。之后进入内套筒上锥段并减速，形成气液固三相的沸腾层。沸腾层中的催化剂颗粒被条形孔阻挡，大部分向下回落。CN1448212A公开了一种不同的三相分离器结构，它是由内径不同的两个同心直圆筒连同反应器壳体的内壁共同构成。内筒直径小于外筒直径，内筒及外筒的上下全部开口，其中外筒的上部开口高于内筒的上部开口。物流首先进入三相分离器内筒构成的导流筒，当该物流上升到达导流筒顶部开口时，气泡因其浮力作用在从液体中逸出并聚集于反应器壳体上部，液固相进入分离器内筒与外筒之间的环状空间，折流向下的液体一小部分进入分离器外筒与反应器壳体内壁之间的环状空间，构成向上的液体流动，由于该液速远低于使固体颗粒沸腾的临界速度，故折流向下的固体颗粒不至于进入清液层中。CN101172220A保留了CN1448212A的主要结构特点，所设计的三相分离器是由内径不同的两个同心直圆筒-内筒、外筒，以及连接在外筒上的浮筒连同反应器壳体的内壁共同构成。内筒构成该三相分离器的导流筒，内筒与外筒之间的环状空间组成该三相分离器的折流筒，外筒与反应器壳体内壁之间的环状空间为澄清液体产品收集区。为了进一步改善分离效果，CN101618305A、CN101721960A、CN101721961A、CN101721962A、CN201529519U公开了由扩大段和直筒段组成的沸腾床反应器，其中三相分离器设置于扩大段内，扩大段的直径为直筒段直径的1.2~2倍，扩大段的直径与高之比为0.3~2.0:1。反应器扩大段和三相分离器的有机结合，增加了三相分离器的操作弹性，确保三相分离器的高效分离。在CN101721960A中，三相分离器内筒和外筒的上段均为倒置的锥台形结构，内筒和外筒的下段均为正置的锥台形结构。CN101721961A中，三相分离器内筒和外筒的上段均为倒置的锥台形结构，下段均为圆柱筒形结构，外筒的上端开口高于内筒的上端开口。US2009/0220389Al针对费托合成反应的催化剂分离问题采用了不同于以上方法的器外分离技术，即通过一根倾斜管将含固体浆液引入到一圆筒状容器中，借助液固密度差使固体颗粒与液体分层，浓缩的固体浆料在合成气的夹带下返回反应器。据报道，采用这种方法可分离粒径0.02mm的催化剂。综上所述，采用内置式三相分离器将遇到反应器内部流场复杂，三相分离器直接受到外部流场强烈扰动的问题，最佳解决方案是在反应器顶部设置一扩大段以避开向上流体的直接冲击，形成一个较为安静的固体沉降区。然而，扩大段的直径用最少是沸腾床直径的1.2倍，最大要达到2倍，这对于大型化和高温高压设备的加工和安全性都是不利的。另一方面，对于外置式三相分离器来说，虽然避开了反应器内部的流场复杂性，但设在反应器外部的液固分离器仍体积较大，其中清液层下部的浓缩固体浆料与反应器之间的循环是最大的困难，浆料循环引起的阀门磨损和密封都是必须考虑的实际问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是克服现有技术存在的缺陷，提供一种既易于在工业中实现、又能对催化剂分离有特效作用的气液固三相分离器。本专利技术构思如下：从降低投资，增加设备运行安全性等因素考虑，内置式结构优于外置式，因此，本专利技术的目标是开发一种内置式气液固三相分离器。根据对现有专利CN101172220A、CN1448212A、CN101618305A、CN101721960A、CN101721961A、CN101721962A、CN201529519U等的分析理解，本专利技术认为，这些专利的共同特征是：在反应器顶部设置大小不同的两个同心直圆筒作为导流筒，其中内筒作为气液固三相上升通道，内筒与外筒间环隙作为液固返回通道，外筒与器壁间环隙作为液固分离通道，其中不含气体。这种分离器设计在一定程度上符合流体力学原理，但实际情况总比理论分析要复杂。本申请的专利技术人从大量实验中观察到液固分离通道中总是伴随时断时续的气泡群，而且一旦出现气泡群，分离效果随即恶化。根据流体力学原理，气泡在液体中运动时，气泡前后压力分布不均匀，其中气泡顶部压力大，尾部压力小，因此在尾部会形成尾涡，将周围的液体和固体颗粒吸引到此处，随气泡一起上升，造成液固无法分离。因此，本专利技术的重点是设计一种阻止气泡上升的内构件，解决现有专利无法在液固分离区消除气泡的问题。阻止气泡的运动是消除气泡影响的最好方式。根据气泡运动特性，本专利技术提出阻止气泡上升的内构件为“Z”型结构，或多个“Z”型结构的迭加，与导流筒组合在一起构成三相分离器，见说明书附图。基于上述发现，本专利技术提出了一种具有改进结构的气液固三相分离器。具体技术方案如下。一种气液固三相分离器，包括三个内径不同的同心直圆筒和反应器器壁；最内侧为导流筒，用于将含有气、液、固三相的物流导流入分离器；中间的为内支撑筒，所述内支撑筒为直筒结构；最外侧的为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气液固三相分离器，其特征在于，所述三相分离器包括三个内径不同的同心直圆筒和反应器器壁；最内侧为导流筒，用于将含有气、液、固三相的物流导流入分离器；中间的为内支撑筒，所述内支撑筒为直筒结构；最外侧的为外支撑筒，所述外支撑筒亦为直筒结构；自内而外，三个直圆筒的下端依次升高；在外支撑筒的筒壁外侧、贯穿反应器器壁设置有液体出口管；其中，在所述内支撑筒和所述外支撑筒之间，设置有Z形挡板结构，所述Z形挡板包括若干交错设置在内支撑筒和外支撑筒之间的一组翅片，所述翅片为固定在内支撑筒和外支撑筒上的圆台筒结构，所述翅片的上端固定在支撑筒上，翅片的下端往内支撑筒和外支撑筒构成的环形空间内伸展，且各翅片伸展所达到的长度应使得翅片间彼此有一定交错，以形成曲折通道。

【技术特征摘要】
1.一种气液固三相分离器，其特征在于，所述三相分离器包括三个内径不同的同心直圆筒和反应器器壁；最内侧为导流筒，用于将含有气、液、固三相的物流导流入分离器；中间的为内支撑筒，所述内支撑筒为直筒结构；最外侧的为外支撑筒，所述外支撑筒亦为直筒结构；自内而外，三个直圆筒的下端依次升高；在外支撑筒的筒壁外侧、贯穿反应器器壁设置有液体出口管；其中，在所述内支撑筒和所述外支撑筒之间，设置有Z形挡板结构，所述Z形挡板包括若干交错设置在内支撑筒和外支撑筒之间的一组翅片，所述翅片为固定在内支撑筒和外支撑筒上的圆台筒结构，所述翅片的上端固定在支撑筒上，翅片的下端往内支撑筒和外支撑筒构成的环形空间内伸展，且各翅片伸展所达到的长度应使得翅片间彼此有一定交错，以形成曲折通道。2.按照权利要求1所述的气液固三相分离器，其特征在于，最下面的翅片设置于内支撑筒下端，与其相邻的翅片则设置在外支撑筒的下端，二者相对设置。3.按照权利要求2所述的气液固三相分离器，其特征在于，所述最下面的翅片为正置圆台筒结构，相邻的翅片为倒置的圆台筒结构。4.按照权利要求1所述的气液固三相分离器，其特征在于，所述翅片的个数为6～10对。5.按照权利要求1所述的气液固三相分离器，其特征在于，所述的导流筒、内支撑筒和外支撑筒通过支撑构件彼此固定，以及与反应器器壁进行固定。6.按照权利要求1所述的气液固三相分离器，其特征在于，所述的导流筒为直筒结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：程振民，方向晨，黄子宾，石岩，杨涛，于坤，刘建锟，葛海龙，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11