一种气固流化床反应器气固预分离器的制作方法

本发明涉及气固分离技术领域，具体涉及一种气固流化床反应器气固预分离器，尤其适用于催化剂价格高、需要控制催化剂破碎少、催化剂排放少的反应过程的催化剂分离过程。

背景技术：

在气固流化床反应过程中，无论是环保对粉尘排放的限制还是降低催化剂消耗费用的需要，都需要气固分离器。尤其对像甲醇制烯烃等催化剂价格高的过程，催化剂跑损的经济性更加突出。

气固流化床反应过程中常用的气固分离器有旋风分离器、L型分离器、旋流分离器等离心或惯性分离器。

已有技术中气固分离设备以分离效率高为目标，气固离心分离器设计也按效率最高的条件进行，没有考虑分离过程中造成的催化剂破碎问题。

通常把气固流化床反应过程催化剂排放消耗归结为气固分离设备的效率低，通过采用更“高效分离设备”，或再增加分离设备解决。当要求降低粉尘排放量时，已有技术中靠增加催化剂回收设备的方法提高气固分离效果。

尺寸越小的固体气固分离越难。气固分离效果与固体颗粒的尺寸，尤其是微小颗粒的数量有关。其实催化剂排放消耗更重要的原因可能是装置运行过程中造成催化剂破碎偏多；而气固分离设备本身是造成这些催化剂破碎、产生小颗粒的重要原因，增加了催化剂回收难度。离心气固分离的原理是密度差产生的惯性或离心力差，与速度平方成正比，但速度同时又造成破碎。已有离心或惯性气固分离设备，如旋风分离器、旋流分离器等，气体流速在16m/s～23m/s，并且是旋转流动。在气固分离过程中离心力的作用使催化剂发生相互碰撞并与分离设备固体材料的碰撞，必然造成催化剂磨损破碎。旋风分离器、旋流分离器等很难回收小于15微米以下的小颗粒。为了降低催化剂损耗，中石化洛阳工程公司在DMTO反应器外单独设置了通常在FCC再生器才使用的“第三级旋分器”，进一步回收10微米左右的小催化剂颗粒；另外还在产品气洗涤环节设置了洗涤水除尘设备，目的是进一步回收微小颗粒的催化剂，提高催化剂回收率，降低催化剂损耗。虽然提高了催化剂回收效果，但靠重复增加设备增加了投资和能耗。

对气固流化床反应器，把催化剂破碎控制好，自然就降低了气固分离难度，会明显降低催化剂跑损率，并且气固分离设备问题就变的简单了。控制和降低催化剂破碎是工程上应当考虑解决的问题，对甲醇制烯烃等催化剂价格高的技术也有明显的效益。

技术实现要素：

发明目的：

本发明的目的是为气固相反应器或催化剂再生器等流化床反应器提供一种低固体破损率的气固预分离器，降低气固流化床反应器气体催化剂的携带量，降低后续气固分离入口气体的含尘量，从而降低催化剂消耗和排放含尘量。

本发明的气固流化床反应器气固预分离器结构如下：

由外罩、中心管、物流分配管、气固分离元件、气体出口管组成，竖直安装的中心管圆周设置两个以上横截面为矩形的物流分配管，物流分配管上侧为物流分配管上板，下侧为物流分配管下板，物流分配管水平两侧分别为物流分配管前板和物流分配管后板；物流分配管出口分别连接气固分离元件，气固分离元件外周竖直设置外罩，外罩上端设置气体出口管；外罩下端与中心管之间为催化剂流出口。

上述的气固流化床反应器气固预分离器，进一步地，物流分配管上板和物流分配管下板为平板，物流分配管下板的倾角为α1和物流分配管上板的倾角为α2；或者物流分配管上板和/或物流分配管下板为圆弧板，物流分配管下板的圆心角为α3，曲率半径为R3，物流分配管上板的圆心角为α3，曲率半径为R4；α1和α2小于45°；α3和α4不大于90°

上述的气固流化床反应器气固预分离器，进一步地，物流分配管前板为倾角为β1的平板，物流分配管后板为倾角为β2的平板，β1和β2小于30°；或物流分配管前板和/或物流分配管后板为圆弧板，即圆心角分别为β3和β4的圆弧板，β3和β4不大于90°。

上述的气固流化床反应器气固预分离器，进一步地，中心管为锥体，中心管底部入口与气固流化床反应器的物流入口引管连接，中心管顶部设封头。更进一步地，中心管的半倾角Θ小于15°。

上述的气固流化床反应器气固预分离器，进一步地，气固分离元件采用旋风分离器或旋流分离器；采用旋流分离器时，旋流分离器设计为在中心管外沿中心管轴线周向旋转结构，靠近中心管的内侧曲率半径为R1，外侧曲率半径为R2；气固分离元件出口横截面为圆形或矩形，优先选用矩形。

上述的气固流化床反应器气固预分离器，进一步地，在外罩和中心管之间设置气体引出管，气固分离元件出口在气体引出管外部，在气体引出管和外罩间形成气固分离区，在气体引出管和中心管间形成气体引出区，气体引出管上端与气体出口管连通，气体出口管直径≤气体引出管直径。

本发明作为流化床反应或催化剂再生过程催化剂预分离器使用，与后面设置的两级旋风分离器组成完整的气固分离系统，具体使用时，中心管下端入口与来自反应器或再生器的物流入口引管连接；具体实施时，气固预分离器各部件材料表面设置耐磨衬里。具体实施时，气体引出管直径按气流引出区气体流速小于12m/s确定；气固分离元件入口流速小于12m/s，外罩直径按对应横截面积的气体流速小于5m/s确定；物流分配管入口气体流速小于12m/s，优选的为小于9m/s；物流分配管出口气体流速小于12m/s，优选的小于10m/s。

发明的效果：

本发明为气固流化床反应器提供了一种低破损率的气固预分离器，该气固预分离器既有利于流化床反应的快速终止，也降低流化床反应器气体的催化剂携带量，与两级旋风分离器组合形成低催化剂排放的气固分离系统。

附图说明

图1为具体实施方式一的气固预分离器结构示意图。

图2为图1中A-A向视图。

图3为具体实施方式二的气固预分离器结构示意图。

图4为图3中物流分配管放大图。

图5为图4中B向物流分配管横截面示意图。

图6为具体实施方式三的气固预分离器结构示意图。

图7为图6中物流分配管下板和物流分配管上板放大图。

图8为具体实施方式四的气固预分离器结构示意图。

图9为图8中C-C向的物流分配管前板和物流分配管后板放大及中心管位置关系示意图。

图中符号说明：

0气固流化床反应器，20反应气聚集区，11预分离器入口物流，11B气固预分离后的物流，11C流出物流，2气固预分离器，21中心管，21A物流入口引管，22旋风分离器入口，22A物流分配管，22A-1物流分配管下板，22A-3物流分配管上板，22A-2物流分配管前板，22A-4物流分配管后板，23气固分离元件，23B旋风分离器气体出口管，23C分离催化剂下降管，24气体引出区，25气体出口管，27外罩，28气体引出管，α1物流分配管下板角度，α2物流分配管上板角度，α3物流分配管下板圆心角(圆弧形)，α4物流分配管上板圆心角(圆弧形)，Θ中心管半锥角，β1物流分配管前板角度、β2物流分配管后板角度，β3物流分配管前板圆心角(圆弧形)，β4物流分配管后板圆心角(圆弧形)，R1内侧曲率半径，R2外侧曲率半径，R3物流分配管下板曲率半径，R4物流分配管上板曲率半径，D1中心管物流入口直径，D2中心管顶端直径，D3气体引出管直径，D4气体出口管直径，D5外罩直径。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，旨在帮助读者理解本发明的特点和实质，但附图和具体实施方式内容并不限制本发明的可实施范围。

以甲醇制取烃类反应为例说明本发明的实施过程。

实施方式一：

如图1所示，本发明的气固流化床反应器气固预分离器2，由外罩27、中心管21、物流分配管22A、气固分离元件23、气体出口管25组成；

本实施方式中，中心管21为锥体，中心管物流入口直径D1小于中心管顶端直径D2，中心管21的半倾角Θ小于15°；中心管21底部与气固流化床反应器0的物流入口引管21A连接，气固流化床反应器0与物流入口引管21A之间设有反应气聚集区20，在中心管21顶部设封头；

竖直安装的中心管21圆周设置两个以上横截面为矩形的物流分配管22A，本实施方式设置为三个物流分配管22A，物流分配管22A下侧为物流分配管下板22A-1，上侧为物流分配管上板22A-3，物流分配管水平两侧分别为物流分配管前板22A-2和物流分配管后板22A-4；

具体实施时，物流分配管下板22A-1和物流分配管上板22A-3为平板，或者物流分配管下板22A-1和/或物流分配管上板22A-3为圆弧板，物流分配管前板22A-2和物流分配管后板22A-4为平板，或物流分配管前板22A-2和/或物流分配管后板22A-4为圆弧板；本实施方式中，如图1-2所示，物流分配管下板22A-1、物流分配管上板22A-3、物流分配管前板22A-2和物流分配管后板22A-4均为平板，物流分配管下板22A-1的倾角为α1，物流分配管上板22A-3的倾角为α2(图中未示出)，α1和α2小于45°，物流分配管前板22A-2的倾角为β1，物流分配管后板22A-4的倾角为β2，β1和β2小于30°；

物流分配管出口分别连接气固分离元件23，气固分离元件23外周竖直设置外罩27，外罩27上端设置气体出口管25；

具体实施时，气固分离元件23可采用旋风分离器或旋流分离器，本实施方式采用旋流分离器，旋流分离器设计为在中心管外沿中心管轴线周向旋转结构；如图2所示，靠近中心管21的内侧曲率半径为R1，外侧曲率半径为R2，气固分离元件23出口横截面为圆形或矩形；

本实施方式中，在外罩27和中心管21之间设置气体引出管28，气固分离元件23出口在气体引出管28外部，在气体引出管28和外罩27间形成气固分离区，在气体引出管28和中心管21间形成气体引出区24，气体引出管28上端与气体出口管25连通，气体出口管直径D4≤气体引出管直径D3；在外罩27下端与中心管21之间为催化剂流出口。

具体实施时，来自气固流化床反应器0反应气聚集区20的气体和催化剂即预分离器入口物流11自物流入口引管21A进入气固预分离器2，先经直径为D1的中心管物流入口进入中心管21，然后从圆周均布的物流分配管22A进入气固分离元件23，在气固分离元件23中通过旋转产生的离心力，使气体和固体分离，固体在重力作用下向下降落，气体即气固预分离后的物流11B则从气体引出区24引出，经气体出口管25形成流出物流11C流出气固预分离器2。

实施方式二：

如图3-5所示，本发明的气固流化床反应器气固预分离器2，由外罩27、中心管21、物流分配管22A、气固分离元件23、气体出口管25组成；

本实施方式中，中心管21为直筒，中心管物流入口直径D1等于中心管顶端直径D2；

如图4-5所示，竖直安装的中心管21圆周设置三个物流分配管22A，物流分配管22A下侧为物流分配管下板22A-1，上侧为物流分配管上板22A-3，物流分配管水平两侧分别为物流分配管前板22A-2和物流分配管后板22A-4；本实施方式中，物流分配管下板22A-1、物流分配管上板22A-3、物流分配管前板22A-2和物流分配管后板22A-4均为平板，物流分配管下板22A-1的倾角为α1，物流分配管上板22A-3的倾角为α2，α1和α2小于45°，物流分配管前板22A-2的倾角和物流分配管后板22A-4的倾角小于30°；

物流分配管出口分别连接气固分离元件23，气固分离元件23外周竖直设置外罩27，外罩27上端设置气体出口管25；

具体实施时，气固分离元件23采用旋风分离器，设有旋风分离器入口22、旋风分离器气体出口管23B和分离催化剂下降管23C；

具体实施时，来自气固流化床反应器的气体和催化剂即预分离器入口物流11进入气固预分离器2，先进入中心管21，然后从圆周均布的物流分配管22A经旋风分离器入口22进入气固分离元件23，在气固分离元件23中通过旋转产生的离心力，使气体和固体分离，固体在重力作用下沿分离催化剂下降管23C向下降落，气体即气固预分离后的物流11B则从旋风分离器气体出口管23B引出，经气体出口管25形成流出物流11C流出气固预分离器2。

实施方式三：

如图6-7所示，本发明的气固流化床反应器气固预分离器，由外罩27、中心管21、物流分配管22A、气固分离元件23、气体出口管25组成；

中心管21为锥体，中心管物流入口直径D1小于中心管顶端直径D2，中心管21的半倾角Θ小于15°；中心管21底部与气固流化床反应器的物流入口引管21A连接，在中心管21顶部设封头；

竖直安装的中心管21圆周设置三个物流分配管22A，物流分配管22A下侧为物流分配管下板22A-1，上侧为物流分配管上板22A-3，物流分配管水平两侧分别为物流分配管前板和物流分配管后板；本实施方式中，如图7所示，物流分配管下板22A-1、物流分配管上板22A-3为圆弧板，物流分配管前板和物流分配管后板为平板，物流分配管下板22A-1的圆心角为α3，物流分配管上板22A-3的圆心角为α4，α3和α4不大于90°，物流分配管下板曲率半径为R3，物流分配管上板曲率半径为R4；物流分配管前板的倾角和物流分配管后板倾角小于30°；

物流分配管出口分别连接气固分离元件23，气固分离元件23外周竖直设置外罩27，外罩27上端设置气体出口管25；具体实施时，气固分离元件23采用旋流分离器，旋流分离器设计为在中心管外沿中心管轴线周向旋转结构；

本实施方式中，在外罩27和中心管21之间设置气体引出管28，气固分离元件23出口在气体引出管28外部，在气体引出管28和外罩27间形成气固分离区，在气体引出管28和中心管21间形成气体引出区24，气体引出管28上端与气体出口管25连通，气体出口管直径D4≤气体引出管直径D3；在外罩27下端与中心管21之间为催化剂流出口。

具体实施时，来自气固流化床反应器的气体和催化剂即预分离器入口物流11自物流入口引管21A进入气固预分离器，先经直径为D1的中心管物流入口进入中心管21，然后从圆周均布的物流分配管22A进入气固分离元件23，在气固分离元件23中通过旋转产生的离心力，使气体和固体分离，固体在重力作用下向下降落，气体则从气体引出区24引出，经气体出口管25形成流出物流11C流出气固预分离器。

实施方式四：

如图8-9所示，本发明的气固流化床反应器气固预分离器2，由外罩27、中心管21、物流分配管22A、气固分离元件23、气体出口管25组成；中心管21为锥体，中心管21的半倾角Θ小于15°；中心管21底部与气固流化床反应器的物流入口引管21A连接，在中心管21顶部设封头；

竖直安装的中心管21圆周设置两个以上横截面为矩形的物流分配管22A，物流分配管22A下侧为物流分配管下板22A-1，上侧为物流分配管上板22A-3，物流分配管水平两侧分别为物流分配管前板22A-2和物流分配管后板22A-4；本实施方式中，物流分配管下板22A-1和物流分配管上板22A-3为平板，物流分配管下板22A-1的倾角为α1，物流分配管上板22A-3的倾角为α2，α1和α2小于45°，物流分配管前板22A-2和物流分配管后板22A-4为圆弧板，如图9所示，物流分配管前板22A-2的圆心角为β3，物流分配管后板22A-4的圆心角为β4，β3和β4不大于90°；

物流分配管出口分别连接气固分离元件23，气固分离元件23外周竖直设置外罩27，外罩27上端设置气体出口管25；气固分离元件23采用旋流分离器时旋流分离器设计为在中心管外沿中心管轴线周向旋转结构；

本实施方式中，在外罩27和中心管21之间设置气体引出管28，气固分离元件23出口在气体引出管28外部，在气体引出管28和外罩27间形成气固分离区，在气体引出管28和中心管21间形成气体引出区24，气体引出管28上端与气体出口管25连通；在外罩27下端与中心管21之间为催化剂流出口。

具体实施时，来自气固流化床反应器的气体和催化剂即预分离器入口物流11自物流入口引管21A进入气固预分离器2，先进入中心管21，然后从圆周均布的物流分配管22A进入气固分离元件23，在气固分离元件23中通过旋转产生的离心力，使气体和固体分离，固体在重力作用下向下降落，气体即气固预分离后的物流11B则从气体引出区24引出，经气体出口管25形成流出物流11C流出气固预分离器2。

实施例：

甲醇制烯烃反应。甲醇进料180万吨/年，产品为乙烯和丙烯。

气固预分离器参数：

中心管物流入口直径D1＝3200mm，中心管半锥角Θ＝10°；设旋流分离器和物流分配器各6个，物流分配管入口截面积2.0㎡，物流分配管出口面积1.6㎡，旋流分离器出口面积1.5㎡，气固预分离器外罩直径D5＝6500mm，气体引出管直径D3＝4500mm，气体出口管直径D4＝3200mm；

物流分配管和旋流分离器横截面为矩形，高宽比＝2.2，物流分配管上板和物流分配管下板采用圆弧板，α3＝20°，α4＝15°。