阅读说明：本技术 一种用于卧式反应器的气体分布器 (Gas distributor for horizontal reactor ) 是由 方晨辰 倪昊尹 刘英民 于 2020-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于卧式反应器的气体分布器,包括设于进气口处的锥形导流板以及设于锥形导流板与催化剂床层之间的开孔分布板,其中开孔分布板包括平行于反应器筒体轴向设置的水平分布板、沿宽度方向分别设于水平分布板两侧的倾斜分布板。与现有技术相比,本气体分布器可有效降低进口气体流速,减小高速气体对进口下方催化剂床层的冲击而造成的催化剂破碎粉化、床层塌陷等问题；有效提高大长径比卧式反应器轴向气体分布的均匀性。(The invention relates to a gas distributor for a horizontal reactor, which comprises a conical guide plate arranged at a gas inlet and an open pore distribution plate arranged between the conical guide plate and a catalyst bed layer, wherein the open pore distribution plate comprises a horizontal distribution plate arranged in parallel with the axial direction of a reactor barrel body and inclined distribution plates respectively arranged at two sides of the horizontal distribution plate along the width direction. Compared with the prior art, the gas distributor can effectively reduce the flow velocity of inlet gas and reduce the problems of catalyst crushing and pulverization, bed layer collapse and the like caused by the impact of high-speed gas on a catalyst bed layer below an inlet; effectively improving the axial gas distribution uniformity of the horizontal reactor with large length-diameter ratio.)

一种用于卧式反应器的气体分布器

技术领域

本发明属于煤化工及石油化工技术领域，涉及一种用于卧式反应器的气体分布器。

背景技术

针对“少油、有气、多煤”的我国化石资源特点以及“大规模、低能耗、高效率、低污染”的当今煤化工发展趋势，固定床反应器向着扩大单台产能，改良工艺路线，减少排放污染的目标发展。例如，随着煤制乙二醇项目的产能不断扩大，草酸二甲酯合成固定床反应器的单台产能也相应提高。传统立式固定床反应器已很难满足产能扩大的要求，而卧式反应器能够适应单台大规模生产的需求。

目前中国专利CN1035201140B和CN106475018A分别公开了适用于立式固定床反应器的气体分布器，其主要改善反应器顶部封头内气流流动的均匀性。

不同于立式固定床反应器的轴对称结构，卧式反应器在流动方向上的长径比远小于1，气体流动截面由立式反应器的圆形变为卧式反应器的矩形，因此进口气体分布器对于卧式反应器的正常运行影响更大。进口气体流动的均匀性决定反应器的每个通道内反应的均匀性，进而导致反应放热(吸热)的一致性，最终影响反应器的效率和安全性。至今，针对大规模卧式固定床反应器的气体分布器的专利极为少见，但发展大规模卧式固定床反应器是必然趋势。

发明内容

本发明的目的就是通过提高气体在卧式反应器轴向上的流动均匀性，避免高速气体对进口下方催化剂床层的冲击而导致床层塌陷问题，而提供一种用于卧式反应器的气体分布器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于卧式反应器的气体分布器，该气体分布器设于卧式反应器内，所述的卧式反应器包括反应器筒体、设于反应器筒体上的进气口，以及设于反应器筒体内的催化剂床层，所述的气体分布器包括：

锥形导流板，设于进气口处，用于使气体沿进气口的径向向四周均匀扩散；及

开孔分布板，设于锥形导流板与催化剂床层之间，用于使气体沿反应器筒体轴向均匀分布，包括平行于反应器筒体轴向设置的水平分布板、沿宽度方向分别设于水平分布板两侧的倾斜分布板；所述的水平分布板及倾斜分布板上均开设有气体分布孔。

作为优选的技术方案，所述的倾斜分布板对称布设于水平分布板两侧。

作为优选的技术方案，所述的反应器筒体内还设有支撑梁，所述的开孔分布板通过螺栓安装于支撑梁上，以便于实现开孔分布板的装卸便捷可靠。

进一步地，所述的锥形导流板包括导流挡板与环形斜板；

所述的导流挡板垂直于进气口轴向设置，用于避免高速气体对催化剂床层的直接冲击导致床层塌陷问题；

所述的环形斜板沿周向布设于导流挡板边缘，使气体能够沿环形斜板向四周均匀扩散。

作为优选的技术方案，所述的导流挡板占进气口截面积的1/10-1/8。

进一步地，所述的环形斜板与进气口轴向之间的夹角为10-80°，该夹角过小，则无法起到气体均匀扩散的作用，夹角过大则导致气体的进气压降损失过大，使得反应器整体阻力增大。

作为优选的技术方案，所述的锥形导流板还包括设于环形斜板与进气口侧壁之间的锥形导流板支撑梁，所述的锥形导流板通过锥形导流板支撑梁固定于进气口处。

进一步地，所述的导流挡板与环形斜板上均开设有直径为1-100mm的疏气孔；该疏气孔用于消除锥形导流板下方的气体负压回流现象，避免锥形导流板受高速气体涡流而产生振动，减小反应器压力损失，提高进气口下方气体的流动均匀性。

进一步地，所述的倾斜分布板与水平面之间的夹角为-75°至75°。当反应器筒体内上部气体分布区域过小，水平分布板与反应器筒体的上部筒壁的距离过小时，为便于增加开孔分布板面积，增强气体分布器作用，选用向下倾斜分布板(-75°至0°)；其余情况选用向上倾斜分布板(0°至75°)。

进一步地，所述的开孔分布板沿反应器筒体轴向分割成依次连接的减速段、导流段及扩散段；

所述的减速段与进气口相对设置；

所述的导流段、扩散段依次对称布设于减速段两侧；

所述的减速段、导流段及扩散段上的气体分布孔的开孔率分别为2-20％、 20-60％及10-60％；

所述的导流段上还设有多个竖立于水平分布板的导流片，使气体能够均匀地流经分布板。

作为优选的技术方案，所述的水平分布板的开孔率与倾斜分布板的开孔率不相同，在减速段中，水平分布板的开孔率高于倾斜分布板，在导流段及扩散段中，倾斜分布板的开孔率高于水平分布板，有助于使气体均匀地通过整个分布器。

进一步地，所述的气体分布孔包括孔径为1-150mm的圆孔、孔面积为100-5000 mm²的矩形孔，以及长度为10-500mm、宽度为2-10mm的条形孔。

作为优选的技术方案，所述的减速段中开孔形式为正三角形排列的圆孔，导流段和扩散段中开孔形式为菱形排列的矩形孔或条形孔。

所述的减速段与进气口相对设置，因距离进气口较近，该处气体流速较大，为避免高速气流对催化剂床层的直接冲击作用，减速段的开孔率设为2-20％并采用正三角形排列的圆孔的开孔形式，引导少量气体通过减速段后低速均匀进入催化剂床层中；未进入催化剂床层的主体气流通过减速段后呈辐射状向四周扩散，由于分布板上方空间限制会产生气体涡流，导流段上的导流片即可对该气体涡流进行破坏，并进一步引导气体分布板上方的气体均匀流动，使一部分气流改变方向流经导流段分布板进入催化剂床层。扩散段则是引导剩余气体均匀流经分布板进入反应器两侧的催化剂床层。导流段和扩散段的开孔率分别为20-60％和10-60％，开孔形式为菱形排列的矩形孔或条形孔。

进一步地，所述的减速段、导流段及扩散段均包括多个平行于反应器筒体轴向依次可拆卸连接的分布单元板；各分布单元板之间可通过常用的卡槽与卡子结构、或螺栓结构可拆卸连接；

所述的分布单元板包括水平分板以及设于水平分板两侧的倾斜分板；

多个水平分板依次连接组成水平分布板，多个倾斜分板依次连接组成倾斜分布板；

所述的气体分布孔设于水平分板及倾斜分板上。

进一步地，所述的导流片根据反应器尺寸和流量设计高度在5-100mm范围内，所述的导流片设于开孔分布板上方，与反应器筒体径向平面之间的夹角范围为 -75°至75°，以保证按比例将气体分配到导流段和扩散段。

作为优选的技术方案，所述的导流段上各个导流片的宽度及与反应器筒体轴向之间的夹角各不相同。

工作原理：气体物料自进气口进入卧式反应器筒体，通过锥形导流板向四周均匀扩散，并流动至开孔分布板，通过减速段使高速气体降低流速并改变流动方向，少量气流穿过减速段上的气体分布孔进入催化剂床层，主体气流向四周扩散进入导流段；导流段上设有多个导流片，通过导流片破坏开孔分布板上方的气体涡流，并进一步引导开孔分布板上方的气体按比例一部分均匀地流动进入扩散段，另一部分穿过导流段上的气体分布孔进入催化剂床层；扩散段具有较高的开孔率，保证气体均匀地流入反应器两侧的催化剂床层。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)本气体分布器可有效降低进口气体流速，减小高速气体对进气口下方催化剂床层的冲击而造成的催化剂破碎粉化、床层塌陷等问题；

2)本发明采用导流挡板与环形斜板的组合作为卧式反应器进口处的导流板，相较于常规的仅含有环形斜板的锥形导流板结构，导流挡板可有效避免高速气体对催化剂床层的直接冲击导致床层塌陷问题；同时导流挡板上开设的疏气孔的疏气作用强于环形斜板上的疏气孔，更有利于消除锥形导流板下方的气体负压回流现象，提高减速段气体流动均匀性，并引导小部分流体通过减速段的水平分布板，进入催化剂床层；

3)提高气体在反应器轴向上的流动均匀性，使其能够平均分配到每个装有催化剂的通道内，有利于催化剂床层内化学反应的均一性，使工业生产控制调节更为准确快速；

4)适用于任何产能规模的卧式固定床反应器，可根据卧式反应器的轴向长度以及气体进口数量对开孔分布板中不同开孔率及开孔形式的分布单元板的数量和排布进行相应组合，满足气体流速均匀分布的要求；

5)适用于任何流动物性的气体，可根据气体流动的粘度、可压缩性和压力等对分段可拆开孔分布板的开孔形状、大小、排布，以及锥型导流板的环形斜板倾角进行调整，满足气体流速均匀分布的要求；

6)分段可拆开孔分布板装拆便捷可靠，解决固定床反应器内催化剂床层上部空间不足问题，为催化剂装填提供足够的操作空间。

附图说明

图1为本发明中一种用于卧式反应器的气体分布器的结构示意图；

图2为锥形导流板的结构示意图；

图3为开孔分布板的结构示意图；

图4为图3中A-A断面图；

图中标记说明：

1-进气口、2-锥形导流板、201-锥形导流板支撑梁、202-导流挡板、203-环形斜板、3-支撑梁、4-开孔分布板、401-导流片、402-倾斜分布板、403-水平分布板、 404-扩散段、405-减速段、406-导流段、5-反应器筒体、6-催化剂床层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

如图1所示的一种用于卧式反应器的气体分布器，该卧式固定床包括直径为4.5m、长度为12m的反应器筒体5、设于反应器筒体5顶部的单个进气口1、设于进气口1下方1.6m处的催化剂床层6，以及焊接于反应器筒体5内并位于催化剂床层6上方的支撑梁3，气体分布器包括设于进气口1处的锥形导流板2以及通过螺栓可拆卸连接于支撑梁3上的开孔分布板4。开孔分布板4实现装卸便捷，无需焊接，为装卸催化剂提供足够的操作空间。

如图2所示，锥形导流板2包括垂直于进气口1轴向设置并占进气口截面积 1/8的导流挡板202、沿周向布设于导流挡板202边缘的环形斜板203，以及设于环形斜板203与进气口1侧壁之间的锥形导流板支撑梁201；其中环形斜板203与进气口1轴向之间的夹角为70°，导流挡板202与环形斜板203上均开设有多个直径为20mm的疏气孔(根据实际需要可选择孔径不小于20mm的圆孔)，用于消除锥形导流板下方的气体负压回流现象，避免锥形导流板受高速气体涡流而产生振动，减小反应器压力损失，提高锥形导流板2下方气体的流动均匀性。

如图3所示，开孔分布板4包括平行于反应器筒体5轴向设置的水平分布板 403、对称布设于水平分布板403两侧的倾斜分布板402；水平分布板403及倾斜分布板402上均开设有气体分布孔。其中，水平分布板403设于催化剂床层上方 1.3m处，倾斜分布板402与水平面之间的夹角为45°(即倾斜分布板402向上倾斜)。

此外，开孔分布板4沿反应器筒体5轴向可分割成依次连接的减速段405、导流段406及扩散段404；其中减速段405与进气口1相对设置，导流段406、扩散段404依次对称布设于减速段405两侧。

具体地，减速段405长度为2m，包括4个依次连接的减速段分布单元板，该减速段分布单元板上开设多个正三角形排布的孔径为20mm的圆形气体分布孔 (根据实际需要可选择孔径不大于20mm的圆孔)，开孔率为5％；导流段406长度为2.5m，包括5个依次连接的导流段分布单元板，该导流段分布单元板上布设有多个导流片401并开设多个菱形排列的长25mm、宽20mm的矩形孔(根据实际需要可选择孔面积不大于500mm²的矩形孔)，开孔率为40％，其中导流片401 的高度依次为50、75、100mm(如图4所示，根据实际需要可控制导流片401高度在50-100mm范围内)，与反应器筒体5的径向平面之间的夹角依次为-15°(向减速段405倾斜)、0°、15°(向扩散段倾斜404)(根据实际需要可控制导流片401与反应器筒体5的径向平面之间的夹角为-15°至15°)；扩散段404长度为2.5m，包括5个依次连接的扩散段分布单元板，该扩散段分布单元板上开设有多个菱形排列的长20mm、宽20mm的矩形孔(根据实际需要可选择孔面积不大于400mm²的矩形孔)，开孔率为45％。

其中，减速段分布单元板、导流段分布单元板及扩散段分布单元板均包括水平分板以及设于水平分板两侧的倾斜分板，各分布单元板之间可通过卡槽与卡子结构可拆卸连接，多个水平分板依次连接组成水平分布板403，多个倾斜分板依次连接组成倾斜分布板402。

工作原理：气体物料自进气口1进入卧式反应器的反应器筒体5，通过锥形导流板2向四周均匀扩散，并流动至开孔分布板4，通过减速段405使高速气体降低流速并改变流动方向，少量气流穿过减速段405上的气体分布孔进入催化剂床层6，主体气流向四周扩散进入导流段406；导流段406上设有多个导流片401，通过导流片401破坏开孔分布板4上方的气体涡流，并进一步引导开孔分布板4上方的气体按比例一部分均匀地流动进入扩散段404，另一部分穿过导流段406上的气体分布孔进入催化剂床层6；扩散段404具有较高的开孔率，保证气体均匀地流入反应器两侧的催化剂床层6。

实施例2：

本实施例的一种气体分布器，设于某卧式固定床反应器中，该卧式固定床包括直径为4.2m、长度为10m的反应器筒体5、设于反应器筒体5顶部的单个进气口 1、设于进气口1下方1.2m处的催化剂床层6。

水平分布板403设于催化剂床层上方0.6m处，倾斜分布板402与水平面之间的夹角为-45°(倾斜分布板402向下倾斜，并可根据实际需要将该夹角控制在-45°至-30°)。由于筒体5上部气体分布区域过小，水平分布板与筒体5上部筒壁的距离过小，为了便于增加开孔分布板面积，增强气体分布器作用，因此倾斜分布板 402向下倾斜。

减速段405长度为1m，包括2个依次连接的减速段分布单元板；导流段406 长度为2m，包括4个依次连接的导流段分布单元板，该导流段分布单元板上布设有多个导流片401并开设长度为100mm、宽度为2mm的条形孔；扩散段404长度为2.5m，包括5个依次连接的扩散段分布单元板，该扩散段分布单元板上开设长100mm、宽2mm的条形孔。

其余同实施例1。

实施例3：

本实施例的一种气体分布器，设于某卧式固定床反应器中，该卧式固定床包括直径为4.8m、长度为15m的反应器筒体5、设于反应器筒体5顶部的2个进气口 1、设于进气口1下方1.6m处的催化剂床层6，气体分布器包括安装分别在2个进气口1处的锥型导流板2，以及安装于支撑梁3上分段可拆式开孔分布板4，分布板4位于催化剂床层6上方1.3m高度处。

锥型导流板2包括水平设于进气口1处的导流挡板202、沿周向设于导流挡板 202边缘并与进气口1轴向成60°夹角倾斜设置的环形斜板203。其中导流挡板202 和环形斜板203上均开设有多个直径为40mm的疏气孔(根据实际需要可选择含有多个直径为5-50mm不等的疏气孔)，开孔率为10％。

倾斜分布板402与水平面之间的夹角为20-40°(即倾斜分布板402向上倾斜，并可根据实际需要将该夹角控制在20-40°)。

此外，开孔分布板4沿反应器筒体5轴向可分为三类区间段，包括位于进气口 1下方区域的减速段405，依次对称设于减速段405两侧的导流段406、扩散段404，即对于本实施例中设有2个进气口1的卧式固定床反应器，开孔分布板4沿反应器筒体5轴向依次分为：扩散段404、导流段406、减速段405、导流段406、扩散段 404、导流段406、减速段405、导流段406、扩散段404。

其中，减速段405长度为1.5m，由3个减速段分布单元板由螺栓并列连接组成，在减速段分布单元板上开设有多个孔径为15mm的气体分布孔(根据实际需要可选择含有多个直径为5-20mm不等的气体分布孔)。

导流段406长度为2m，由4个导流段分布单元板由螺栓并列连接组成，在导流段406分布单元板上布设有多个导流片401并开设有多个气体分布孔，其中导流片401的高度依次为50、75、90mm，与筒体5径向平面倾斜角度依次为-10°、0°、 10°，气体分布孔的孔径为50mm(根据实际需要可控制气体分布孔的孔径在30-50 mm)。

扩散段404长度为1m，由2个扩散段分布单元板由螺栓并列连接组成，开设有多个孔径为50mm的气体分布孔(根据实际需要可选择含有多个直径为40-60 mm不等的气体分布孔)。

其余同实施例1。

实施例4：

如图1所示的一种气体分布器，设于某卧式反应器内，该卧式反应器包括反应器筒体5、设于反应器筒体5顶部的单个进气口1、设于进气口1下方的催化剂床层6，以及焊接于反应器筒体5内并位于催化剂床层6上方的支撑梁3，气体分布器包括设于进气口1处的锥形导流板2以及通过螺栓可拆卸连接于支撑梁3上的开孔分布板4。

如图2所示，锥形导流板2包括垂直于进气口1轴向设置的导流挡板202、沿周向布设于导流挡板202边缘的环形斜板203，以及设于环形斜板203与进气口1 侧壁之间的锥形导流板支撑梁201；其中，导流挡板202占进气口1截面积的1/9，环形斜板203与进气口1轴向之间的夹角为60°，导流挡板202与环形斜板203 上均开设有直径为80mm的疏气孔；该疏气孔用于消除锥形导流板2下方的气体负压回流现象，避免锥形导流板2受高速气体涡流而产生振动，减小反应器压力损失，提高进气口1下方气体的流动均匀性。

如图3所示，开孔分布板4包括平行于反应器筒体5轴向设置的水平分布板 403、沿宽度方向对称布设于水平分布板403两侧的倾斜分布板402。其中，水平分布板403及倾斜分布板402上均开设有气体分布孔，倾斜分布板402与水平面之间的夹角为10°。

此外，开孔分布板4沿反应器筒体5轴向分割成依次连接的减速段405、导流段406及扩散段404；其中减速段405与进气口1相对设置；导流段406、扩散段 404依次对称布设于减速段405两侧；减速段405中气体分布孔的开孔形式为正三角形排列的、孔径为100mm的圆孔，开孔率为12％(其中水平分布板403的开孔率为15％，倾斜分布板402的开孔率为8％)；导流段406中气体分布孔的开孔形式为菱形排列的、长300mm、宽5mm的条形孔，开孔率为37％(其中水平分布板403的开孔率为25％，倾斜分布板402的开孔率为42％)；扩散段404中气体分布孔的开孔形式为菱形排列的、孔面积为2000mm²的矩形孔，开孔率为19％(其中水平分布板403的开孔率为15％，倾斜分布板402的开孔率为28％)；

导流段406上还设有多个竖立于水平分布板403的导流片401，导流片401高度依次为5、30、75mm，导流片401与反应器筒体5径向平面之间的夹角依次为 -75°、0°、75°，以保证按比例将气体分配到导流段406和扩散段404。

减速段405与进气口1相对设置，因距离进气口1较近，该处气体流速较大，为避免高速气流对催化剂床层6的直接冲击作用，减速段405的开孔率设为2％并采用正三角形排列的圆孔的开孔形式，引导少量气体通过减速段405后低速均匀进入催化剂床层6中；未进入催化剂床层6的主体气流通过减速段405后呈辐射状向四周扩散，由于分布板上方空间限制会产生气体涡流，导流段406上的导流片401 即可对该气体涡流进行破坏，并进一步引导气体分布板上方的气体均匀流动，使一部分气流改变方向流经导流段406分布板进入催化剂床层6。扩散段404则是引导剩余气体均匀流经分布板进入位于反应器内部两侧的催化剂床层6。

减速段405、导流段406及扩散段404均包括多个平行于反应器筒体5轴向依次可拆卸连接的分布单元板；各分布单元板之间可通过卡槽与卡子结构、或螺栓结构可拆卸连接；

分布单元板包括水平分板以及设于水平分板两侧的倾斜分板；

多个水平分板依次连接组成水平分布板403，多个倾斜分板依次连接组成倾斜分布板402；气体分布孔设于水平分板及倾斜分板上。

其余同实施例1。

实施例5：

本实施例中，锥形导流板2包括占进气口1截面积1/8的导流挡板202以及与进气口1轴向之间呈80°夹角的环形斜板203，导流挡板202与环形斜板203上所开设的疏气孔直径为1mm；开孔分布板4包括水平分布板403以及与水平面之间呈-75°夹角(即向下倾斜)的倾斜分布板402。

减速段405中气体分布孔的开孔形式为正三角形排列的、孔径为1mm的圆孔，开孔率为3％(其中水平分布板403的开孔率为5％，倾斜分布板402的开孔率为 2％)；导流段406中气体分布孔的开孔形式为菱形排列的、孔面积为100mm²的矩形孔，开孔率为22％(其中水平分布板403的开孔率为20％，倾斜分布板402 的开孔率为25％)；扩散段404中气体分布孔的开孔形式为菱形排列的、长500mm、宽2mm的条形孔，开孔率为13％(其中水平分布板403的开孔率为10％，倾斜分布板402的开孔率为25％)

导流段406中，导流片401高度依次为50、75、100mm，导流片401与反应器筒体5径向平面之间的夹角依次为-60°、0°、60°。

其余同实施例4。

实施例6：

本实施例中，锥形导流板2包括占进气口1截面积1/10的导流挡板202以及与进气口1轴向之间呈10°夹角的环形斜板203，导流挡板202与环形斜板203 上所开设的疏气孔直径为100mm；开孔分布板4包括水平分布板403以及与水平面之间呈75°夹角(即向上倾斜)的倾斜分布板402。

减速段405中气体分布孔的开孔形式为正三角形排列的、孔径为150mm的圆孔，开孔率为19％(其中水平分布板403的开孔率为20％，倾斜分布板402的开孔率为3％)；导流段406中气体分布孔的开孔形式为菱形排列的、孔面积为5000 mm²的矩形孔，开孔率为58％(其中水平分布板403的开孔率为21％，倾斜分布板402的开孔率为60％)；扩散段404中气体分布孔的开孔形式为菱形排列的、长10mm、宽10mm的条形孔，开孔率为60％(其中水平分布板403与倾斜分布板40的开孔率均为60％)。

导流段406中，导流片401高度为5、35、75mm，导流片401与反应器筒体5径向平面之间的夹角范围为-45°、0°、75°。

其余同实施例4。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。