CN107281981A - 一种内构件、流化床反应器及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种内构件以及含有这种内构件的流化床反应器及应用方法，通过该内构件中挡板将流化床反应器划分为上下串联的至少两个反应空间，挡板中每一个孔道连通与内构件相邻的两个反应空间。当与内构件相邻的第一反应空间中裹挟颗粒的气泡进入构件孔道时，孔道挤压破碎气泡，使气泡破碎后的气体均匀进入与内构件相邻的第二反应空间，并使气泡携带的大部分催化剂颗粒沉降回第一反应空间。由于该内构件不仅在工作中能够有效地破碎气泡，从而增强气固两相之间的接触效果，同时使第一反应空间的气体直接进入第二反应空间，有效地防止第一反应空间的催化剂颗粒进入第二反应空间，使气固相分离，从而有效地抑制气固返混。

Description

一种内构件、流化床反应器及应用方法

技术领域

本发明涉及化工设备技术领域，特别涉及一种内构件、流化床反应器及 应用方法。

背景技术

流化床是一种流固接触状态，即，将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之 中，从而使固体颗粒具有流体的某些表观特征。由于流化床具有良好的传热 和传质性能，在工业上获得了广泛应用。但是，由于气泡的存在，使得流化 床反应器中固体颗粒和气泡剧烈搅动和混合，造成气相和固相有较长的停留 时间，并且不易建立起浓度与温度梯度。同时气泡会造成固体颗粒的严重返 混，使目标产物的收率下降。

为了破碎气泡和抑制气泡聚并，从而有效提高流化质量，降低气体和固 体颗粒的返混，更好的发挥气固流化床的优势，添加内构件是通常采用的一 种措施。

目前，现有的一种屋脊形复合内构件，气泡被屋脊板的齿形边缘破碎， 但是该内构件由于结构过于复杂，会在制造、安装及维护过程中造成不便， 因而限制了其在工业上的应用，并且不能有效地抑制气固返混。

然而，现有的另一种用于气液、气固和气液固系统强化传质的填料式内 构件，它由多个具有舌形斜孔的构件板交叉而成，从而起到破碎气泡的作用。 但是该内构件同样由于结构过于复杂，限制了其在工业上的应用，并且不能 有效地抑制气固返混。

发明内容

本发明实施例提供了一种内构件、流化床反应器及使用方法，不仅能够 破碎气泡，并且结构简单，提高了在工业上的应用，同时能有效地抑制气固 返混。

第一方面，本发明实施例提供了一种内构件，包括：挡板和设置于所述 挡板上的至少一个非直行孔道，其中，

所述挡板，用于将所述流化床反应器的反应腔室划分为上下排列的至少 两个反应空间；

每一个所述非直行孔道，用于连通与所述挡板相邻的两个所述反应空间， 当接收到与所述挡板相邻的第一反应空间中的气泡进入时，挤压破碎所述气 泡，使所述气泡破碎后的气体进入与所述挡板相邻的第二反应空间，并使所 述气泡携带的催化剂颗粒沉降回所述第一反应空间。

优选地，所述非直行孔道的孔口大小为5mm～50mm。

优选地，所述挡板一侧的所有非直行孔道的孔口总面积占所述挡板一侧 表面积的5％～50％。

优选地，所述非直行孔道，包括：

形、形、形、“”和形中的一种或多种。

优选地，当所述孔道为形时，两端的孔道段垂直于所述挡板 的板面；中间孔道段与所述挡板的板面的夹角为15°～75°。

优选地，当所述孔道为“”形时，一端的孔道端从垂直于所述挡 板的板面逐渐减小与所述挡板的板面的夹角，直到与所述挡板的板面平行； 另一端的孔道端从平行于所述挡板的板面逐渐增大与所述挡板的板面 的夹角，直到与所述挡板的板面垂直。

第二方面，本发明实施例提供了一种流化床反应器，该流化床反应器包 括：反应腔室和至少一个第一方面中任一所述的内构件，其中，

所述反应腔室，与每一个所述内构件相连，被所述内构件划分为上下排 列的至少两个反应空间；

每一个所述反应空间，用于装载催化剂，并与反应原料气体进行气固催 化反应。

优选地，该流化床反应器进一步包括：气体分布器，位于所述反应器的 底端，用于将反应原料气体均匀分布于流化床反应器中。

优选地，该流化床反应器进一步包括：溢流装置，通过连接口与每一个 所述反应空间连通，用于调节所述反应空间中催化剂的量。

优选地，当所述流化床反应器包括所述气体分布器时，

和所述气体分布器相邻的所述内构件与所述气体分布器的距离为所述反 应器直径的1.5倍～10倍。

优选地，当所述流化床反应器包括所述溢流装置和所述气体分布器时，

所述溢流装置的每一个第一连接口，分别位于每一个所述内构件的上方， 且与每一个所述内构件的间距为所述反应腔室直径的0.2倍～3倍；

所述溢流装置的第二连接口，位于所述气体分布器的上方，且与所述气 体分布器的间距为所述反应器直径的0.05倍～0.7倍。

优选地，相邻的两个所述内构件之间的距离为所述反应器直径的1.5倍 ～10倍。

优选地，该流化床反应器进一步包括：至少一个内构件固定部，其中，

每一个所述内构件固定部，均固定于所述反应腔室的内壁上，用于固定 所述内构件，其中，所述内构件的外缘与所述反应腔室的内壁之间的空隙由 陶瓷玻璃纤维填充。

第三方面，本发明实施例提供了一种内构件的使用方法，该内构件的使 用方法包括：

通过挡板将流化床反应器的反应器划分为上下串联的至少两个反应空间；

通过每一个孔道连通与所述内构件相邻的两个所述反应空间，当与内构 件相邻的第一反应空间中裹挟颗粒的气泡进入构件孔道时，孔道挤压破碎气 泡，使气泡破碎后的气体均匀进入与内构件相邻的第二反应空间，并使气泡 携带的大部分催化剂颗粒沉降回第一反应空间。

本发明实施例提供了一种内构件、包含该内构件的流化床反应器及使用 方法，通过内构件将流化床反应器划分为上下串联的至少两个反应空间，每 一个孔道连通与内构件相邻的两个反应空间，当与内构件相邻的第一反应空 间中裹挟颗粒的气泡进入构件孔道时，孔道挤压破碎气泡，使气泡破碎后的 气体均匀进入与内构件相邻的第二反应空间，并使气泡携带的大部分催化剂 颗粒沉降回第一反应空间。由于该内构件不仅在工作中能够有效地破碎气泡， 从而增强气固两相之间的接触效果；并且通过控制孔道结构在内构件下方形 成一定程度的气垫，形成气固分相从而有效抑制返混；其截面设计为特殊的 三弧形结构，适用于内构件需承载大量催化剂颗粒的其结构简单大型流化床 反应器；此外，连接弧形板下方接有支撑板，并添加陶瓷纤维以消除流化床 反应器内部与边壁的热应力。其内构件结构简单，直接在挡板上设置孔道即 可，可以同任何公知的方式和手段简单加工而成，因此提高了在工业上的应 用。同时使第一反应空间的气体直接进入第二反应空间，并且有效地防止第 一反应空间的催化剂颗粒进入第二反应空间，形成气垫，使气固相分离，从 而有效地抑制气固返混。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不 付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例提供的一种内构件的结构示意图；

图2是本发明一个实施例提供的另一种内构件的结构示意图；

图3是本发明一个实施例提供的一种流化床反应器的结构示意图；

图4是本发明一个实施例提供的另一种流化床反应器的结构示意图；

图5是本发明一个实施例提供的再一种流化床反应器的结构示意图；

图6是本发明一个实施例提供的一种流化床反应器固体催化剂存在状态 的示意图；

图7是本发明一个实施例提供的一种具有波浪形内构件的流化床反应器 的结构示意图；

图8是本发明一个实施例提供的一种内构件应用方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发 明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所 获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种内构件，该内构件可以包括：挡 板101和设置于所述挡板上的至少一个非直行孔道102，其中，

所述挡板101，用于将所述流化床反应器的反应腔室划分为上下排列的 至少两个反应空间；

每一个所述非直行孔道102，用于连通与所述挡板101相邻的两个所述 反应空间，当接收到与所述挡板101相邻的第一反应空间中的气泡进入时， 挤压破碎所述气泡，使所述气泡破碎后的气体进入与所述挡板101相邻的第 二反应空间，并使所述气泡携带的催化剂颗粒沉降回所述第一反应空间。

在图1所示的实施例中，通过挡板将流化床反应器的反应腔室划分为上 下排列的至少两个反应空间，每一个非直行孔道连通与挡板相邻的两个反应 空间，当接收到与挡板相邻的第一反应空间中的气泡进入时，挤压破碎气泡， 使气泡破碎后的气体进入与挡板相邻的第二反应空间，并使气泡携带的催化 剂颗粒沉降回第一反应空间。由于该内构件不仅在工作中能够有效地破碎气 泡，从而增强气固两相之间的接触效果，并且其结构简单，直接在挡板上设 置至少一个非直行孔道即可，可以使用公知的方式和手段简单加工而成，因此提高了在工业上的应用。同时使第一反应空间的气体直接进入第二反应空 间，并且有效地防止第一反应空间的催化剂颗粒进入第二反应空间，形成气 垫，使气固相分离，从而有效地抑制气固返混。

可以理解地，上述挡板以及非直行孔道口可以是任意形状，并不限定为 图1所示的圆形或方形。

可以理解地，流化床反应器通常垂直于水平面放置，而挡板则平行于水 平面放置于流化床反应器中，从而将流化床反应器的反应腔室划分为上下排 列的反应空间。此外，气泡到达挡板时，由于与挡板发生碰撞和变形并最终 破碎。由于内构件对气泡的多种破碎机制，使得流化床反应器在较高的气速 下也可以保持良好的相间分散和接触效果，提高了流化床反应器的操作弹性 和生产强度。

在本发明一个实施例中，为了保证气泡的破碎效果，并且获得较高的生 产效率，所述非直行孔道的孔口大小为5mm～50mm。

在该实施例中，非直行孔道的孔口和孔道的大小对气泡的破碎和反应进 程密切相关。因此在没有特殊要求时，孔口和孔道的大小应该是大致一致的。 若孔口和孔道太大，使挡板相邻的第一反应空间中压力较小，在气泡进入时， 一方面由于孔口和孔道太大，另一方面由于第一反应空间中压力较小，使得 破碎气泡的作用明显下降。若孔口和孔道太小，使挡板相邻的第一反应空间 中压力较大，而此时若想将气体从第一反应空间输送到第二反应空间，则需 要较大的耗能，使得反应耗能增大。因此，只有合适的孔口和孔道大小才能 使流化床反应器发挥良好的生产优越性。

值得说明的是，若孔口是圆形则圆的直径就是孔口的大小，若孔口是正 方形则边长就是孔口大小。总之，不论是任何形状只要孔口任意两点之间的 连线在上述孔口的大小范围内即可。

在本发明一个实施例中，为了进一步保证气泡的破碎效果，且获得较高 的生产效率，所述挡板一侧的所有非直行孔道的孔口总面积占所述挡板一侧 表面积的5％～50％。

在该实施例中，挡板一侧的所有非直行孔道的孔口总面积占挡板一侧表 面积在此称为开孔率。挡板设置的孔道太多，即开孔率过大，会造成与挡板 相邻的第一反应空间中压力较小，削弱破碎气泡的作用；而挡板设置的孔道 太少，即开孔率过小，会造成与挡板相邻的第一反应空间中压力较大，使得 反应耗能增大。因此，同样需要合适的开孔率才能使流化床反应器发挥良好 的生产优越性。

例如，现有一个圆内构件，内构件的直径为100cm，孔口同样是圆形， 且孔口数量为2000个，大小为10mm，则，显然在上述开孔率内，能够正常 使用。

在本发明一个实施例中，为了方便制作内构件，所述非直行孔道，包括： 形、形、形、“”和形中的一种或多种。

在该实施例中，内构件的非直行孔道可以是各种各样的，不限于上面给 出的五种形状，还可以螺线形形等。只要不是孔口和孔道大小相等的直行孔 道均可。除此之外，孔口端的大小小于中间端的大小的孔道也是不能被使用 的。

值得说明的是，上述给出得各种形状均代表一类孔道结构，并不仅限于 特定长度和特定角度的一种孔道结构。同时，通过控制内构件的孔隙率与孔 道结构，可以在内构件下方的反应空间产生一定的“气垫”，也就是催化剂 稀相区，从而实现了催化剂的密相－稀相－密相循环相间的床层结构，既能 够保证流化床反应器的传热性能，同时又可以有效地避免返混的造成的不利 影响。

在本发明的一个实施例中，当所述孔道为形时，两端的孔道段垂直于所述挡板的板面；中间孔道段与所述挡板的板面的夹角为15° ～75°。

在该实施例中，对形通孔在挡板中的角度进行限制，而对两端孔 道段及中间孔道段的长度没有进行特殊说明，因为均大于0即可，因此无需 特殊进行说明。

值得说明的是，对于形通孔来说，与形通孔相似，均可称 为“直-斜-直”形通孔，只是拐角方向相反，因此不予特殊说明。同时具有 特定开孔率的上述通孔结构的内构件，在其下方的反应空间容易形成“气垫”， 也就是我们想得到的催化剂稀相区；并且在其上方的反应空间，过孔气速高 于床层表观气速，且与开孔率成反比，容易形成气体射流将催化剂颗粒吹起， 降低催化剂颗粒落料的频率；同时，“直-斜-直”形孔道对催化剂颗粒落料 增加了阻力，进一步阻止催化剂颗粒的大循环。因此，该内构件不仅能够达 到破碎气泡和抑制气泡聚并的作用，并且有利于降低气固相的返混，从而强 化了气固两相间的接触效果，从而大大提高气固两相间的传递效果。

如图2所示，本发明实施例提供了一种内构件，2-1是该内构件孔道的 截面图，2-2是该内构件的垂直截面图。其中，101为挡板，102为非直行孔 道。从2-1中可以看出内构件中间斜端段，也就是与挡板的板面的夹 角为45°。从2-2中可以看出内构件的孔道在挡板上均匀分布，也是最理想 的一种分布方式。除此还可以根据不同的反应类型和条件对孔道的分布进行 调整。

在本发明一个实施例中，当所述孔道为“”形时，一端的孔道端从 垂直于所述挡板的板面逐渐减小与所述挡板的板面的夹角，直到与所述挡板 的板面平行；另一端的孔道端从平行于所述挡板的板面逐渐增大与所 述挡板的板面的夹角，直到与所述挡板的板面垂直。

在该实施例中，孔道是光滑的，没有绝对的棱角。从而降低了催化剂颗 粒堵塞通孔的情况。

如图3所示，本发明实施例提供了一种流化床反应器，该流化床反应器 可以包括：反应腔室301和至少一个上述任一实施例所述的内构件302，其 中，

所述反应腔室301，与每一个所述内构件302相连，被所述内构件302 划分为上下排列的至少两个反应空间；

每一个所述反应空间，用于装载催化剂，并接收外部输入的反应气，进 行气固催化反应。

在该实施例中，内构件将反应腔室划分为上下排列的至少两个反应空间， 从而可以在不同的反应区间可以有不同量的催化剂，不相同的反应温度等等， 增大了流化床反应器的操作弹性，可根据不同的反应过程，以及不同的工艺 要求，从而进行调节，增加了反应的可控性。

如图4所示，在本发明一个实施例中，该流化床反应器可以进一步包括： 气体分布器401，位于所述反应腔室301的一端，用于混合反应气并将混合 后的反应气输入所述反应腔室301。

在该实施例中，由于流化床反应器通常垂直于水平面放置，反应腔室同 样也是垂直于水平面，流化床反应器的气体分布器大多数情况下位于反应腔 室的底端，使反应气从下向上进入反应腔室中。

如图5所示，在本发明一个实施例中，该流化床反应器可以进一步包括： 溢流装置501，通过连接口与每一个所述反应空间连通，用于调节所述反应 空间中固体催化剂的量。

在该实施例中，当气速较小时，有无溢流管对流化床反应器的影响较小； 而当气速较高时，由于溢流管能够有效地返回内构件上方反应空间中的催化 剂颗粒，从而可以有效地增加操作稳定性。

值得说明的是，随着气速的增加，对于至少两层流化床反应器的主体中 可能存在四种状态。这里以两层化床反应器为例，请参考图6。随着气速的 增加，气流中夹带的催化剂颗粒逐渐增加，从而在内构件302上形成密相。 起初，在状态a时，第二密相602高度低于第一密相601高度。然后进入状 态b，两个密相高度相等。进入状态c，第二密相602高度高于第一密相601 高度。最后在状态d时，第一密相不存在。状态a和状态b两种状态是稳定 操作状态。而状态c和状态d两种状态是不稳定操作状态。当内空间的开孔 率、外溢流装置回料高度一定，旋风工作正常时，四种操作状态与气速具有 单一对应关系。实际操作中，在状态a时，由第二密相区602进入溢流装置 501的颗粒量较少，由于流化床反应器的连通器原理，溢流装置501中的固 体催化剂颗粒的高度与第一密相区601内的高度相同。在状态b时，由于气 流的夹带作用增加，溢流装置501中的通量增加，其固体催化剂颗粒的高度 有可能高于第一密相高度。在状态c时，由于溢流装置501达到最大的通量， 出现全充满状态。而到达状态d时，过高的气速将第一密相区601及溢流装 置中的固体催化剂颗粒全部吹空。因此，在实际生产过程中应控制一定的气 速，避免后两种状态出现。但是，在无溢流装置流化床反应器中，两个密相 高度只能靠内构件的空隙率与气速的相互作用调节。当出现状态c或状态d 两种操作状态时，无法自动返回稳定操作状态。而存在溢流装置时，在一定 范围内可将第一密相区602中的固体催化剂颗粒有效地返回第一密相区601。 从而形成了内构件上方和下方的气固柔性调节，提高了流化床反应器的操作 弹性和生成能力。

在本发明一个实施例中，当所述流化床反应器包括所述气体分布器时， 和所述气体分布器相邻的所述内构件与所述气体分布器的距离为所述反应腔 室直径的1.5倍～10倍。

在该实施例中，在内构件和气体分布器之间留出一定的距离，使得在气 体分布器上方的反应腔室中形成反应空间，进行气固催化反应，并且有足够 的空间形成密相区和稀相区。

在本发明一个实施例中，当所述流化床反应器包括所述溢流装置和所述 气体分布器时，

所述溢流装置的每一个第一连接口，分别位于每一个所述内构件的上方， 且与每一个所述内构件的间距为所述反应腔室直径的0.2倍～3倍；

所述溢流装置的第二连接口，位于所述气体分布器的上方，且与所述气 体分布器的间距为所述反应腔室直径的0.05倍～0.7倍。

在该实施例中，由于溢流装置可以有效地对各个反应空间中的固体催化 剂颗粒的量进行调节，因此可以根据不同的工艺要求，对溢流装置的连接口 的高度进行调节。

值得说明的是，流化床反应器通常垂直于水平面放置，内构件的上方指 的是与水平面垂直的方向。并且连接口与反应腔室的内壁连通，从而实现固 体催化剂颗粒在不同反应空间中高度的调节。

在本发明一个实施例中，相邻的两个所述内构件之间的距离为所述反应 腔室直径的1.5倍～10倍。

在该实施例中，由于不同的流化床反应器的长度可能不一样，有的流化 床反应器可能过长，而内构件具有一定的有效距离，因此在较长的流化床反 应器中需要以一定的间隔设置多个内构件，根据实际需要内构件和内构件之 间的距离在反应腔室直径的1.5倍～10倍之间变化。

在本发明一个实施例中，进一步包括：至少一个内构件固定部(图中未 示出)，其中，

每一个所述内构件固定部，均固定于所述反应腔室的内壁上，用于固定 所述内构件，其中，所述内构件的外缘与所述反应腔室的内壁之间的空隙由 陶瓷玻璃纤维填充。

在该实施例中，内构件需要加工为与反应腔室的内壁相匹配的形状，从 而使得内构件可以放入并固定在反应腔室的内壁中。而内构件则通过固定在 反应腔室内壁上的内构件固定部与流化床反应器相连。而在固定时，由于工 艺的原因内构件和反应腔室的内壁之间可能会存在空隙，或者在内构件和反 应腔室的内壁之间直接预留空隙，此时，可以使用陶瓷玻璃纤维填充内构件 的外缘与反应腔室的内壁之间的空隙。由于陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火 材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点，能够很好的解决热应力问题，也就是说流化床反应器内部的反应温 度很高，但是经过陶瓷纤维的隔绝使得反应腔室的内壁依旧保持相对较低温 度。

值得说明的是，对于大型流化床反应器，内构件自身需要承载固体催化 剂颗粒的重量非常巨大，所以内构件的结构需要进行特殊的设计，以满足其 应力要求。从而，内构件的表面可以制作成凹凸不平的波浪形，使得内构件 可以承载更多的固体催化剂颗粒，从而能够很好的应对大型工业反应，能够 进一步提高内构件在工业生产上的应用。然而，波浪形包括多种构型，不一 定为均匀地上下起伏的波浪。请参考图7，其中7-1为本发明实施例提供的 一种波浪形的内构件，7-2为本发明实施例提供的一种流化床反应器，其中 301为反应腔室，302为内构件。

本发明提供的内构件可以广泛的应用于工业流化床反应器装置，尤其适 用于对温度要求较高、对反应气氛围要求较高以及对转化率要求较高等的工 艺。尤其用于传统的密相气固流化床反应器内，一般在鼓泡与湍动流态化区 域操作。更具体地，工业上可广泛应用的场合包括：进行硝基苯气相加氢、 间苯二甲苯氨氧化、甲醇合成、乙炔法制备氯乙烯以及化学气相沉积法制备 碳纳米管等化工产品生成的流化床反应器中。

如图8所示，本发明实施例提供了一种内构件的使用方法，该内构件的 使用方法可以包括：

步骤801：通过挡板将流化床反应器的反应腔室划分为上下排列的至少 两个反应空间。

步骤802：通过每一个非直行孔道连通与所述挡板相邻的两个所述反应 空间，当接收到与所述挡板相邻的第一反应空间中的气泡进入时，挤压破碎 所述气泡，使所述气泡破碎后的气体进入与所述挡板相邻的第二反应空间， 并使所述气泡携带的催化剂颗粒沉降回所述第一反应空间。

为了能够进一步说明本发明实施例提供的内构件在应用于流化床反应器 时，对原料转化率、催化反应选择性及产物收率等的影响，进行了中试实验。 通过中试实验，将本发明实施例提供的内构件及溢流装置分别应用于间二甲 苯气相氨氧化制备间苯二腈的1000t/a流化床反应器、合成气制甲醇的2000t/a 流化床反应器、硝基苯加氢制备苯胺的36wt/a流化床反应器、乙炔氯化制备 氯乙烯的10wt/a流化床反应器、化学气相沉积法制备碳纳米管的1000kg/a 流化床反应器。

(一)将本发明实施例提供的内构件及溢流装置应用于间二甲苯气相氨氧 化制备间苯二腈的1000t/a流化床反应器，中试结果表明，间二甲苯转化率 可达99.5％以上，产物的选择性可达97％以上，间苯二腈收率可达96.5％。

(二)将本发明实施例提供的内构件及溢流装置应用于合成气制甲醇的 2000t/a流化床反应器，中试结果表明，流化床反应器出口的甲醇浓度可提高 到20％以上，与现有的流化床反应器出口的甲醇浓度7％相比，有明显的提 高。

(三)将本发明实施例提供的内构件及溢流装置应用于硝基苯加氢制备苯 胺的36wt/a流化床反应器，中试结果表明，有效抑制了气固返混，且有利于 消除催化剂上的积碳。经过流化床反应器转化后的粗苯胺产品中，硝基苯含 量长期稳定在10mg/kg以下，催化剂再生周期由原来的3～4个月延长至7～10 个月。

(四)将本发明实施例提供的内构件及溢流装置应用于乙炔氯化制备氯 乙烯的10wt/a流化床反应器，中试结果表明，流化床反应器中气固返混明显 下降，提高了乙炔转化的推动力，能够使乙炔的转化率保持在90％以上。

(五)将本发明实施例提供的内构件及溢流装置应用于化学气相沉积法制 备碳纳米管的1000kg/a流化床反应器，中试结果表明，能够使催化剂快速裂 解甲烷生成碳，当所生成的碳大于催化剂所能迁移的碳时，内构件上方的催 化剂由于重力作用自然下落到构件下方。此过程可有效控制催化剂生成碳纳 米管的过程，催化剂在高温段的有效寿命由数秒延长到数十小时。

综上，本发明的各实施例，至少具有如下有益效果：

1、在本发明的实施例中，通过挡板将流化床反应器的反应腔室划分为上 下排列的至少两个反应空间，每一个非直行孔道连通与挡板相邻的两个反应 空间，当接收到与挡板相邻的第一反应空间中的气泡进入时，挤压破碎气泡， 使气泡破碎后的气体进入与挡板相邻的第二反应空间，并使气泡携带的催化 剂颗粒沉降回第一反应空间。由于该内构件不仅在工作中能够有效地破碎气 泡，从而增强气固两相之间的接触效果，并且其结构简单，直接在挡板上设 置至少一个非直行孔道即可，可以同任何公知的方式和手段简单加工而成， 因此提高了在工业上的应用。同时使第一反应空间的气体直接进入第二反应 空间，并且有效地防止第一反应空间的催化剂颗粒进入第二反应空间，形成 气垫，使气固相分离，从而有效地抑制气固返混。

2、在本发明的实施例中，通过将内构件的非直行孔道的孔口和孔道设置 合适的大小，既能起到破碎气泡的作用，又可以降低能耗，使得流化床反应 器在较高的气速下也可以保持良好的相间分散和接触效果，能够发挥流化床 反应器的生产优越性，有效的提高生产能力。

3、在本发明的实施例中，通过控制内构件的孔隙率与孔道结构，可以在 内构件下方的反应空间产生一定的“气垫”，也就是催化剂稀相区，从而实 现了催化剂的密相－稀相－密相循环相间的床层结构，既能够保证流化床反 应器的传热性能，同时又可以有效地避免返混的造成的不利影响。

4、在本发明的实施例中，通过将孔道设计为非直行孔道，并且过孔气速 高于床层表观气速，且与开孔率成反比，容易形成气体射流将催化剂颗粒吹 起，降低催化剂颗粒落料的频率。

5、在本发明的实施例中，通过设置溢流装置，可以在反应腔室形成内构 件上方和下方的气固柔性调节，增强了流化床反应器的稳定性，提高了流化 床反应器的操作弹性和生成能力。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将 一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这 些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、 “包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系 列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明 确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有 的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个······”限定 的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另 外的相同因素。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本 发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原 则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种内构件，其特征在于，应用于流化床反应器，包括：挡板和设置于所述挡板上的孔道，其中，

所述挡板，用于将所述流化床反应器划分为上下串联的至少两个反应空间；

每一个所述孔道，用于连通与所述内构件相邻的两个所述反应空间，当与内构件相邻的第一反应空间中裹挟颗粒的气泡进入构件孔道时，孔道挤压破碎气泡，使气泡破碎后的气体重新均匀进入与内构件相邻的第二反应空间，并使气泡携带的催化剂颗粒沉降回第一反应空间。

2.根据权利要求1所述的内构件，其特征在于，

所述孔道的孔口大小为5mm～50mm。

3.根据权利要求1或2所述的内构件，其特征在于，

所述内构件一侧所有孔道的孔口总面积占所述挡板一侧表面积的5％～50％。

4.根据权利要求1至3任一所述的内构件，其特征在于，所述孔道，包括：

直行孔道以及非直行孔道形、形、形、和形中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的内构件，其特征在于，

当所述孔道为形时，两端的孔道段垂直于所述挡板的板面；中间孔道段与所述挡板的板面的夹角为15°～75°；

和/或，

当所述孔道为形时，一端的孔道端从垂直于所述挡板的板面逐渐减小与所述挡板的板面的夹角，直到与所述挡板的板面平行；另一端的孔道端从平行于所述挡板的板面逐渐增大与所述挡板的板面的夹角，直到与所述挡板的板面垂直。

6.一种流化床反应器，其特征在于，包括：反应器和至少一个权利要求1至5任一所述的内构件，其中，

所述反应器，与每一个所述内构件相连，被所述内构件划分为上下串联的至少两个反应空间；

每一个所述反应空间，用于装载催化剂，并与外部输入的反应原料气体进行气固催化反应。

7.根据权利要求6所述的流化床反应器，其特征在于，

进一步包括：气体分布器，位于所述反应器的底端，用于反应原料气均匀分布进入流化床反应器；

和/或，

进一步包括：溢流装置，通过连接口与每一个所述反应空间连通，用于调节所述反应空间中催化剂的量。

8.根据权利要求7所述的流化床反应器，其特征在于，

当所述流化床反应器包括所述气体分布器时，

和所述气体分布器上方的所述内构件与所述气体分布器的距离为所述反应器直径的1.5倍～10倍；

和/或，

当所述流化床反应器包括所述溢流装置和所述气体分布器时，

所述溢流装置的每一个第一连接口，分别位于每一个所述内构件的上方，且与每一个所述内构件的间距为所述反应器直径的0.2倍～3倍；

所述溢流装置的第二连接口，位于所述气体分布器的上方，且与所述气体分布器的间距为所述反应器直径的0.05倍～0.7倍。

9.根据权利要求6至8任一所述的流化床反应器，其特征在于，

相邻的两个所述内构件之间的距离为所述反应器直径的1.5倍～10倍；

和/或，

进一步包括：至少一个内构件固定部，其中，

每一个所述内构件固定部，均固定于所述反应腔室的内壁上，用于固定所述内构件，其中，所述内构件的外缘与所述反应腔室的内壁之间的空隙由陶瓷玻璃纤维填充。

10.一种内构件的使用方法，其特征在于，包括：

通过内构件将流化床反应器划分为上下串联的至少两个反应空间；

通过每一个孔道连通与所述内构件相邻的两个所述反应空间，当与内构件相邻的第一反应空间中裹挟颗粒的气泡进入构件孔道时，孔道挤压破碎气泡，使气泡破碎后的气体重新均匀进入与内构件相邻的第二反应空间，并使气泡携带的催化剂颗粒沉降回第一反应空间。