适用于超细颗粒的流化床换热器及方法

本发明涉及化工反应器和颗粒换热器，尤其有关于一种适用于超细颗粒的流化床换热器及方法。

背景技术：

1、在能源、化工、制药等技术领域，存在着大量需要维持反应温度的工艺过程。为了提高反应效率，通常使用具有密度和粒径均较小、易于附着在反应器表面且易团聚等特点的超细颗粒作为反应原料，但现有换热器难以满足前述超细颗粒的传热与控温要求。

2、因此，亟需开发一种适用于超细颗粒的流化床换热器，以满足超细颗粒的传热和控温要求，从而提高反应转化率、目标产品质量和收率。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种适用于超细颗粒的流化床换热器及方法，解决现有换热器难以满足密度和粒径均较小、且易发生壁面沉积和团聚的超细颗粒的传热与控温要求的问题。

2、本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

3、本发明提供一种适用于超细颗粒的流化床换热器，包括：

4、壳体，其上设有进料口、排气口和出料口，所述进料口倾斜向上设有进料管，所述壳体内部沿重力方向依次设置有进料区、颗粒有序环流区和颗粒无序环流区；

5、换热管，间隔插设于所述壳体内；

6、导流筒，设于所述颗粒有序环流区，所述导流筒将所述颗粒有序环流区分为中心导流区和环隙导流区，所述中心导流区位于所述导流筒内，所述环隙导流区位于所述导流筒和所述壳体之间；

7、整流板，设于所述进料口的下方，所述整流板能将自所述进料管进入所述进料区的颗粒汇集流向所述中心导流区；

8、气体分布器，设于所述颗粒无序环流区，所述气体分布器能将所述颗粒无序环流区分为第一无序环流区和第二无序环流区，所述第一无序环流区位于所述中心导流区的下方，所述第二无序环流区位于所述环隙导流区的下方；

9、自所述进料口进入的颗粒能在所述第一无序环流区和所述第二无序环流区的气速差值下沿所述导流筒在所述中心导流区和所述环隙导流区之间进行内循环运动。

10、在一具体实施例中，所述第一无序环流区的气速大于所述第二无序环流区的气速，颗粒在所述中心导流区的循环路径方向与重力方向相反，颗粒在所述环隙导流区的循环路径方向与重力方向相同。

11、在一具体实施例中，所述气体分布器为双气体分布器，所述双气体分布器包括中心气体分布器和边壁气体分布器，所述中心气体分布器和所述边壁气体分布器平行设置于所述换热管的下方，沿重力方向，所述导流筒的投影轮廓位于所述中心气体分布器的投影轮廓和所述边壁气体分布器的投影轮廓之间。

12、在一具体实施例中，所述整流板的延伸方向与重力方向的夹角为120°～165°。

13、在一具体实施例中，所述整流板上间隔设有与所述整流板的延伸方向相平行的多个导流挡板，或者，所述整流板上间隔设有与所述整流板的延伸方向相平行的多个导流槽。

14、在一具体实施例中，所述中心导流区设有竖立设置的第一换热管，所述环隙导流区设有水平设置或竖立设置的第二换热管。

15、在一具体实施例中，所述第一换热管为套管式换热管或热管式换热管，所述第二换热管为热管式换热管或盘管式换热管。

16、在一具体实施例中，所述第一换热管和所述第二换热管的表面结构为翅片管、钉头管和光管中的一种。

17、在一具体实施例中，所述导流筒具有恒径筒段和变径筒段，所述恒径筒段设于所述变径筒段的上方，沿重力方向，所述变径筒段的直径加扩设置。

18、在一具体实施例中，所述颗粒有序环流区设有环隙气体分布器，所述环隙气体分布器设置于所述环隙导流区。

19、本发明还提供一种适用于超细颗粒的流化床换热方法，所述方法适用于如上所述的适用于超细颗粒的流化床换热器，包括以下步骤：

20、开启所述换热管的传热介质供给，向所述换热管内通入传热介质；

21、开启所述气体分布器，向所述颗粒无序环流区通入流化气；

22、开启所述进料管的进料供给，向所述进料区通入气固混合物；

23、调节所述气体分布器的气速比，使颗粒沿所述导流筒进行内循环运动，传热介质与热颗粒换热后发生相变经所述换热管流入汽包。

24、本发明的特点及优点是：

25、1、本发明所提供的适用于超细颗粒的流化床换热器通过设置导流筒将壳体内部的颗粒有序环流区分为中心导流区和环隙导流区，并设置气体分布器将颗粒无序环流区分为与中心导流区和环隙导流区分别对应的第一无序环流区和第二无序环流区，通过调控气体分布器的气量，实现第一无序环流区和第二无序环流区之间气速差值的控制，使得颗粒在颗粒有序环流区和颗粒无序环流区分别进行有序内循环运动和无序内循环运动，增加颗粒在壁面的流动速度，减小颗粒在壁面的附着，同时提高颗粒在换热管表面的更新速度，提高整体传热系数和反应效率。

26、2、本发明所提供的适用于超细颗粒的流化床换热方法通过对气体分布器的气速比的调节，实现颗粒内循环运动过程中传热系数和反应效率的控制，使得流化床换热器还具备控温反应器的功能。

技术特征：

1.一种适用于超细颗粒的流化床换热器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的适用于超细颗粒的流化床换热器，其特征在于，所述第一无序环流区的气速大于所述第二无序环流区的气速，颗粒在所述中心导流区的循环路径方向与重力方向相反，颗粒在所述环隙导流区的循环路径方向与重力方向相同。

3.根据权利要求1所述的适用于超细颗粒的流化床换热器，其特征在于，所述气体分布器为双气体分布器，所述双气体分布器包括中心气体分布器和边壁气体分布器，所述中心气体分布器和所述边壁气体分布器平行设置于所述换热管的下方，沿重力方向，所述导流筒的投影轮廓位于所述中心气体分布器的投影轮廓和所述边壁气体分布器的投影轮廓之间。

4.根据权利要求1所述的适用于超细颗粒的流化床换热器，其特征在于，所述整流板的延伸方向与重力方向的夹角为120°～165°。

5.根据权利要求4所述的适用于超细颗粒的流化床换热器，其特征在于，所述整流板上间隔设有与所述整流板的延伸方向相平行的多个导流挡板，或者，所述整流板上间隔设有与所述整流板的延伸方向相平行的多个导流槽。

6.根据权利要求1所述的适用于超细颗粒的流化床换热器，其特征在于，所述中心导流区设有竖立设置的第一换热管，所述环隙导流区设有水平设置或竖立设置的第二换热管。

7.根据权利要求6所述的适用于超细颗粒的流化床换热器，其特征在于，所述第一换热管为套管式换热管或热管式换热管，所述第二换热管为热管式换热管或盘管式换热管。

8.根据权利要求7所述的适用于超细颗粒的流化床换热器，其特征在于，所述第一换热管和所述第二换热管的表面结构为翅片管、钉头管和光管中的一种。

9.根据权利要求1所述的适用于超细颗粒的流化床换热器，其特征在于，所述导流筒具有恒径筒段和变径筒段，所述恒径筒段设于所述变径筒段的上方，沿重力方向，所述变径筒段的直径加扩设置。

10.根据权利要求9所述的适用于超细颗粒的流化床换热器，其特征在于，所述颗粒有序环流区设有环隙气体分布器，所述环隙气体分布器设置于所述环隙导流区。

11.一种适用于超细颗粒的流化床换热方法，其特征在于，所述方法适用于如权利要求1至10任一项所述的适用于超细颗粒的流化床换热器，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种适用于超细颗粒的流化床换热器及方法，涉及化工反应器和颗粒换热器技术领域，该流化床换热器包括壳体、换热管、导流筒、整流板、气体分布器，其中，壳体内部沿重力方向依次设有进料区、颗粒有序环流区和颗粒无序环流区；换热管间隔插设于壳体内；导流筒设于颗粒有序环流区，导流筒内形成中心导流区，导流筒和壳体之间形成环隙导流区；气体分布器设于颗粒无序环流区，气体分布器能将颗粒无序环流区分为位于中心导流区下方的第一无序环流区和位于环隙导流区下方的第二无序环流区；进入的颗粒能在第一无序环流区和第二无序环流区的气速差值下沿导流筒在中心导流区和环隙导流区之间进行内循环运动，进而提高壳体内的传热系数。

技术研发人员：姚秀颖,闫子涵,卢春喜
受保护的技术使用者：中国石油大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/5/12