气固流态化耦合设备及利用该设备进行颗粒混合分级的耦合方法技术

本发明专利技术提供了一种气固流态化耦合设备，其至少包含一级气固流化床体，该流化床体为垂直设置的筒体，顶部为锥形缩径结构，该缩径结构上部形成小颗粒出口管，而该流化床体的底部设有大颗粒出口管，侧壁上开设颗粒进口管；在筒体内呈倒锥形设有气体分布板，其上部将流化床体下端封闭，下部连接大颗粒出口管，使气体分布板、大颗粒出口管与气固流化床体的部分筒体和下封头围成一个对颗粒的闭合空间，且此闭合空间对应的筒体壁上设有用于引入流化气体的入气管。本发明专利技术同时提供了一种利用本发明专利技术的设备实现大差异颗粒多级混合、换热、反应、分级的耦合方法。

Gas-solid fluidization coupling device and coupling method for particle mixing classification by using the equipment

The present invention provides a gas solid fluidization coupling device, comprising at least one stage gas solid fluidized bed, the fluidized bed body is vertically arranged at the top of the cylinder, a conical necking necking structure, the upper structure formation of small particles of outlet pipe, and the fluidized bed body is arranged at the bottom of large grain outlet pipe. Arranged on the side wall of particle inlet pipe in the cylinder body is an inverted cone; a gas distribution plate, the upper part of the fluidized bed body is connected to the lower part of the lower end is sealed, large particles in outlet pipe, the gas distribution plate, large particles in gas solid fluidized bed outlet and the body part of the cylinder body and the lower head in a closed space of particles and the cylinder wall, a closed space is arranged for introducing fluidizing gas into the trachea. The invention also provides a coupling method for realizing the multi-stage mixing, heat exchanging, reaction and grading of the large difference particles by utilizing the equipment of the invention.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种气固流态化耦合设备及利用该设备进行颗粒混合、分级的耦合方法，尤其是指一种既能将大小不同的颗粒完全混合以利于反应、换热等处理步骤的完成，又能使混合颗粒再次分级的耦合设备及方法，可广泛应用于涉及到颗粒物料处理的石油炼制、化工、冶金、农业等领域。
技术介绍
目前，颗粒状材料在很多行业都有着广泛的应用，如在石油炼制或其他化工行业中大量使用的固体催化剂、采矿业中的矿物以及农业中的谷物等，实际使用过程中基本上都对颗粒尺寸及粒经的分布有一定要求，而且颗粒尺寸分布往往对所涉及的过程或物料的使用性能或产品性能有很大甚至是至关重要的影响。因此，有时需要将不同尺寸分布的颗粒均匀混合，而有时则需要对混合状态的颗粒材料进行尺寸分级。目前工业上常用的颗粒分级方法有筛分法、离心法、沉降法等，其中应用最广泛的是筛分法。筛分法采用不同网孔尺寸的筛网配合，可以分选出不同粒度范围的颗粒材料，分选精度主要由网孔尺寸精度和颗粒形状决定。为强化筛分过程，有时还可配有振动等措施。但筛分法具有筛网易堵塞的缺点，同时分选精度与颗粒形状有很大关系，对于条棒型等长径比较大的异型颗粒，筛分精度难以得到保证。对于引入振动等外力的筛分过程，由于存在着运动部件，密封问题难以解决，难以适用于经常涉及到易燃、易爆介质和高温、高压操作场合的石油炼制或其他化工等行业的应用。相对来说，离心分级设备由于没有转动部件，结构简单，在石油炼制等化工行业得到了大量的应用，但离心分级设备存在着内部颗粒浓度低、颗粒停留时间短、大小不同的颗粒间不能混合的缺陷，对于需要将大、小不同的颗粒均匀混合以完成反应、换热等操作的场合难以适应。单纯的沉降法也存在着同样的问题。随着石油炼制等化工行业的发展，各种能大大提高设备利用率、节约能源的耦合技术越来越多的被采用。例如为降低汽油中烯烃含量而开发的“催化汽油辅助提升管反应器改质降烯烃技术”(《炼油技术与工程》2005，Vol.35，No.6，“滨州石化催化裂化汽油辅助提升管改质降烯烃技术工业化”，作者高金森，徐春明，卢春喜等)，是在现有的重油催化裂化装置中增加一根使用专用催化剂加工催化汽油的提升管反应器，通过提供不同于重油催化裂化的反应环境，使催化汽油中的烯烃含量降低，同时保证辛烷值、液收率不降低。该技术中存在的最大的工程问题，就是新开发的催化汽油反应过程中的催化剂结焦量较低，催化剂烧焦再生放出的热量不能维持自身反应-催化剂再生系统的热平衡，如通过外加燃料解决则能耗太高。另外，该新技术中需要同时设置反应器和再生器，设备投资较高。考虑到目前重油催化裂化过程催化剂结焦量高、催化剂烧焦再生放热除维持自身系统热平衡外还有大量剩余，需用外取热器取热的现状，若能开发出一种实用的技术和设备，既能使两个过程的催化剂混合换热，同时催化汽油改质过程的催化剂还能烧焦再生，然后又能将两种不同的催化剂重新分离，将既能解决新技术高能耗问题，又能将新技术中的再生器和原重油催化裂化装置的外取热器结合为一体，大大降低了新技术的设备投资。类似的问题在目前已开发和正在开发的多种新工艺，如催化汽油芳构化、C4烯烃芳构化以及催化汽油催化裂解制乙烯、丙烯等工艺过程中，都普遍存在。在类似的过程中，如何既保证气、固、固的良好混合，以高效完成反应、换热等处理步骤，同时又能将混合颗粒高效分级，成为目前制约耦合技术应用的瓶颈问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种可实现颗粒有效混合、分级的气固流态化耦合设备，利用该设备既能将具有不同粒径分布的颗粒物料均匀混合以完成反应、换热等处理步骤，又能将已被混合颗粒按预定粒度分布要求重新分级。本专利技术同时提供了利用上述设备实现颗粒的混合、分级的耦合方法。本专利技术提供了一种气固流态化耦合设备，其至少包含一级气固流化床体，该流化床体为垂直设置的筒体，顶部为锥形缩径结构，该缩径结构上部形成小颗粒出口管，而该流化床体的底部设有大颗粒出口管，侧壁上开设颗粒进口管；在筒体内设有呈倒锥形的气体分布板，其上部将流化床体下端封闭，下部连接大颗粒出口管，使气体分布板、大颗粒出口管与气固流化床体的部分筒体和下封头围成一个对颗粒的闭合空间，且此闭合空间对应的筒体壁上设有用于引入流化气体的入气管。上述设备中，颗粒进口管至少为一个，优选包括分别设置的大颗粒进口管和小颗粒进口管，用以分别向床体内引入大、小颗粒，且大颗粒进口管的设置位置高于小颗粒进口管。在实施颗粒的混合、分级处理时，对于事先被混为一体的颗粒，可以直接从颗粒进口管加入设备中，如果具有两个颗粒进口管，从其中一个加入(最好从大颗粒进口管加入)；对于粒径或尺寸差异较大的物料，将大颗粒和小颗粒分别从大颗粒进口管和小颗粒进口管送入气固流化床体内，经与通过气体分布板进入的气体相互作用，可形成完全混合的密相床和稀相床，很显然，稀相床形成于密相床上方。密相床中的部分小颗粒在气流作用下会向稀相床转移，并被气流夹带通过小颗粒出口管离开气固流化床体，而大颗粒则从大颗粒出口管排出，实现颗粒的混合和再分级。根据本专利技术的具体设计方案，所述气固流化床体顶部锥形缩径的斜边与垂直方向的锐角夹角可以设计为20°-60°；所述颗粒进口管管口倾斜向上且与流化床体的垂直筒体呈15°-45°的锐角夹角设置； 更优选，所述大颗粒进口管在床体的开口位置距气固流化床体顶部锥形缩径变径段大端口的距离至少为1000mm，以使被气流夹带进入稀相空间的大颗粒能有机会沉降重新返回密相，而小颗粒进口管距气体分布板倒锥上端处的距离至少为200mm，以避开分布板影响区；大、小颗粒进口管的设置角度可以相同或不相同，但可都与垂直筒体形成15°-45°的锐角夹角，一般可在30°-45°之间变化；所述气体分布板的倒锥形斜边与垂直方向的锐角夹角为45°-75°；更进一步，所述气体分布板的表面开有小孔，开孔方向不受限制，但优选与水平方向的夹角(锐角)控制在0°-75°之间，开孔率控制在0.5％-10％范围内(以气固流化床体截面为基准)。本专利技术所定义的开孔率定义为气体分布板上的开孔面积(所有孔面积之和)与床体内截面积之比。作为一个具体实施方案，颗粒进口管(如设置两个进口管，则指小颗粒进口管)与气体分布板之间的气固流化床体内设置有气体分布器，并另设进气口与其相连。优选地，所述气体分布器的开孔率为0.5％-10％，开孔朝下，与垂直方向夹角在±45°范围内。为实现预期的混合和/或分级效果，本专利技术的气固流态化耦合设备可以上述气固流化床体为基本单元，实施二级或多级串联设计，前一级的大颗粒出口管与后一级的颗粒进口管相连通，二级串联时也称二段式流化床体结构(更多级串联时也可相似称呼)。这样，前一级中脱除了部分小颗粒的大颗粒通过密相床底部的大颗粒出口管直接进入后一级流化床体内，在流化气体再次作用下再度形成密相床和稀相床，小颗粒再次从小颗粒出口管分出，大颗粒也再度从大颗粒出口管排出，直至达到预定的分级要求。所述多个分离单元可以分别具有单独的气固流化床体，也可以是两个或两个以上气固流化床体设置为一体式的两段式或多段式结构，以适用于不同的工艺要求或环境条件。为实现预期的混合和/或分级效果，本专利技术的设备还可以与其他实现颗粒分级的装置组合，具体地，本专利技术的设备还包括至少一个用于实现颗粒进一步分级的水平颗粒分级箱，流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气固流态化耦合设备，其至少包含一级气固流化床体，该流化床体为垂直设置的筒体，顶部为锥形缩径结构，该缩径结构上部形成小颗粒出口管，而该流化床体的底部设有大颗粒出口管，侧壁上开设颗粒进口管；在筒体内设有呈倒锥形的气体分布板，其上部将流化床体下端封闭，下部连接大颗粒出口管，使气体分布板、大颗粒出口管与气固流化床体的部分筒体和下封头围成一个对颗粒的闭合空间，且此闭合空间对应的筒体壁上设有用于引入流化气体的入气管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢春喜，张树青，高金森，徐春明，时铭显，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]