CN109925976A - 一种气固两相多级逆流接触系统及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气固两相多级逆流接触系统及其应用方法，该系统包括：至少两级反应器；其中，至少两级反应器梯形连接；至少两级反应器中的一级反应器，用于接收外部输送的气体反应物，并将部分所述气体反应物输送给梯形连接的上一级反应器；至少两级反应器中的最高级反应器，用于接收固体颗粒，并将部分固体颗粒输送给梯形连接的下一级反应器；每一级反应器，用于接收对应的上一级反应器输送的固体颗粒，以及对应的下一级反应器输送的气体反应物；调控气体反应物携带自身内部存在的所述固体颗粒产生涡流，使气体反应物与自身内部存在的固体颗粒接触，完成气固两相反应。本方案能提高气固两相反应的传递推动力。

Description

一种气固两相多级逆流接触系统及其应用方法

技术领域

本发明涉及化工技术领域，特别涉及一种气固两相多级逆流接触系统及其应用方法。

背景技术

在化工生产过程中会涉及到多种气相和固相共同参与的反应，通常使用气固流化床反应器例如气固相催化反应、干燥、吸附或结晶等。在气固两相反应过程中，在气固流化床反应器中，由于气体和固体颗粒的剧烈接触以及混合，势必造成剧烈的气固返混，使得传递推动力下降、中间产物的选择性下降气体反应物和固体颗粒之间的传递动力对反应的深度有重要影响。

气固两相反应也可在固定床反应器中进行，反应时首先在固定床反应器中装填固体颗粒，形成一定高度的堆积床层，然后向固定床反应器通入气体反应物，使得气体反应物通过固体颗粒的间隙流过堆积床层，实现气体反应物与固体颗粒的接触，完成气固两相反应。固定床反应器的主要缺点是取热能力太差，无法适应强放热或是强吸热的反应，同时由于催化剂颗粒不能流动，无法进行连续的反应再生，必须通过切换完成。在此过程中，由于固体颗粒相对静止并且堆积床层具有一定厚度，使得气体反应物与固体颗粒之间的传递推动力较小。固定床的另一缺点就是压降太大，意味着能耗非常高。

发明内容

本发明实施例提供了一种气固两相多级逆流接触系统及其应用方法，能提高气固两相反应的传递推动力。

第一方面，本发明实施例提供了一种气固两相多级逆流接触系统，包括：至少两级反应器；其中，

所述至少两级反应器梯形连接；

所述至少两级反应器中的一级反应器，用于接收外部输送的气体反应物，并将部分所述气体反应物输送给梯形连接的上一级反应器；

所述至少两级反应器中的最高级反应器，用于接收固体颗粒，并将部分所述固体颗粒输送给梯形连接的下一级反应器；

每一级所述反应器，用于接收对应的上一级反应器输送的所述固体颗粒，以及对应的下一级反应器输送的所述气体反应物；调控所述气体反应物携带自身内部存在的所述固体颗粒产生涡流，使所述气体反应物与自身内部存在的所述固体颗粒接触，完成气固两相反应。

优选地，

进一步包括：再生器；其中，

所述一级反应器和所述最高级反应器分别与所述再生器连接；

所述一级反应器，进一步用于将反应后的所述固体颗粒输送给所述再生器；

所述再生器，用于接收从底部输送的再生气体，利用所述再生气体对所述一级反应器输送的所述固体颗粒进行再生，并将再生后的所述固体颗粒输送给所述最高级反应器；

所述最高级反应器，用于接收所述再生器输送的再生后的所述固体颗粒。

优选地，

所述再生器包括：湍动流化床、第一旋风分离器和提升管；其中，

所述湍动流化床的底部设置有进料口和出料口，所述进料口设置在所述出料口的上方；

所述第一旋风分离器设置在所述湍动流化床内部；

所述提升管的一端与所述湍动流化床的出料口相连，所述提升管的另一端与所述最高级反应器相连；

所述一级反应器，用于将反应后的所述固体颗粒从所述湍动流化床的进料口输送至所述湍动流化床中；

所述湍动流化床，用于利用所述再生气体将内部存在的所述固体颗粒输送至所述第一旋风分离器中；将所述第一旋风分离器排出的所述固体颗粒通过所述出料口排出至所述提升管；

所述第一旋风分离器，用于利用自身产生的离心力，对内部存在的所述固体颗粒和所述再生气体进行分离，并将分离后的所述固体颗粒从底端的料腿排出至所述湍动流化床；

所述提升管，用于将所述湍动流化床排出的所述固体颗粒提升至所述最高级反应器。

优选地，

所述一级反应器包括：圆柱形筒体、切向入口和出气管；

所述切向入口设置在所述圆柱形筒体的底部；

所述出气管设置在所述圆柱形筒体的顶部；

所述圆柱形筒体，用于通过所述切向入口接收所述气体反应物，并通过所述出气管将部分所述气体反应物输送给对应的上一级反应器。

优选地，

所述圆柱形筒体，用于控制进入其内部的所述气体反应物形成涡流，通过所述涡流携带其内部存在的所述固体颗粒由底部向顶部旋转，以控制所述固体颗粒与所述气体反应物进行接触。

优选地，

所述反应器包括：第二旋风分离器；

所述第二旋风分离器，用于利用自身产生的离心力，控制所述气体反应物带动内部存在的所述固体颗粒旋转，将所述固体颗粒甩至边壁，使所述固体颗粒在重力作用下，通过底端料腿及连接管路进入对应的下一级所述反应器；将内部存在的气体反应物通过顶端的升气管输送至对应的上一级所述反应器。

优选地，

上述气固两相多级逆流接触系统应用于催化裂化反应，其中，

所述气体反应物包括：原油；

所述固体颗粒包括：催化剂。

优选地，

上述气固两相多级逆流接触系统应用于有机废气的吸附反应，其中，

所述气体反应物包括：携带有机废气的气体；

所述固体颗粒包括：吸附剂。

优选地，

上述气固两相多级逆流接触系统应用于有机气态物结晶，其中，

所述气体反应物为待结晶气态物；

所述固体颗粒为结晶核介质。

第二方面，本发明实施例提供了一种上述任一实施例提供的气固两相多级逆流接触系统的应用方法，包括：

利用一级反应器接收外部输送的气体反应物，并将部分所述气体反应物输送给上一级反应器；

利用最高级反应器接收固体颗粒，并将部分所述固体颗粒输送给下一级反应器；

利用各级反应器分别接收对应的上一级反应器输送的固体颗粒，以及下一级反应器输送的气体反应物，并调控所述气体反应物携带自身内部存在的所述固体颗粒产生涡流，使所述气体反应物与自身内部存在的所述固体颗粒接触，完成气固两相反应。

优选地，

进一步包括：

利用所述一级反应器将反应后的所述固体颗粒输送给再生器；

利用所述再生器对反应后的所述固体颗粒进行再生，并将再生后的所述固体颗粒输送给所述最高级反应器；

所述利用最高级反应器接收固体颗粒，包括：

利用所述最高级反应器接收所述再生器输送的再生后的所述固体颗粒。

优选地，

上述应用方法应用于催化裂化反应，其中，

所述气体反应物包括：原油；

所述固体颗粒包括：催化剂。

优选地，

上述应用方法应用于有机废气的吸附反应，其中，

所述气体反应物包括：携带有机废气的气体；

所述固体颗粒包括：吸附剂。

优选地，

上述应用方法应用于有机气态物结晶，其中，

所述气体反应物为待结晶气态物；

所述固体颗粒为结晶核介质。

本发明实施例提供了一种气固两相多级逆流接触系统及其应用方法，通过将至少两级反应器进行梯形连接，其中一级反应器接收外部输送的气体反应物，最高级反应器接收固体颗粒，各级反应器分别接收上一级反应器输送的固体颗粒以及下一级反应器输送的气体反应物，然后调控气体反应物携带固体颗粒产生涡流，以使气体反应物与固体颗粒接触，完成气固两相反应。由此，在反应过程中，气体反应物由一级反应器逐级向对应的上一级反应器输送，同时固体颗粒由最高级反应器逐级向对应的下一级反应器输送，使得气体反应物与固体颗粒进行逆流接触，从而提高了气固两相反应的传递推动力。

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气固两相多级逆流接触系统的结构示意图；

图2是本发明另一个实施例提供的一种气固两相多级逆流接触系统的结构示意图；

图3是本发明一个实施例提供的一种气固两相多级逆流接触系统中的再生器的结构示意图；

图4是本发明一个实施例提供的一种气固两相多级逆流接触系统中的第一类反应器的结构示意图；

图5是本发明一个实施例提供的一种气固两相多级逆流接触系统中的第二类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气固两相多级逆流接触系统的应用方法的流程图；

图7是本发明一个实施例提供的一种两级气固两相多级逆流接触系统的结构示意图；

图8是本发明另一个实施例提供的一种两级气固两相多级逆流接触系统的结构示意图；

图9是本发明一个实施例提供的一种三级气固两相多级逆流接触系统的结构示意图。

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气固两相多级逆流接触系统，包括：至少两级反应器；其中，

所述至少两级反应器梯形连接；

所述至少两级反应器中的一级反应器101，用于接收外部输送的气体反应物，并将部分所述气体反应物输送给梯形连接的上一级反应器；

所述至少两级反应器中的最高级反应器102，用于接收固体颗粒，并将部分所述固体颗粒输送给梯形连接的下一级反应器；

每一级所述反应器103，用于接收对应的上一级反应器输送的所述固体颗粒，以及对应的下一级反应器输送的所述气体反应物；调控所述气体反应物携带自身内部存在的所述固体颗粒产生涡流，使所述气体反应物与自身内部存在的所述固体颗粒接触，完成气固两相反应。

其中，可以理解的是，对于最高级反应器来说，不存在上一级反应器，对于一级反应器来说，不存在下一级反应器。对于两级反应器来说，最高级反应器即为二级反应器。

在上述实施例中，固体颗粒由最高级反应器逐级向下一级反应器输送，气体反应物由一级反应器逐级向上一级反应器输送，气体反应物与固体颗粒在此过程中进行逆流接触，相较于固体颗粒相对静止的情况，二者之间的传质和传热推动力都较大，由此提高了气固两相反应的传递推动力。

可以理解地，每一级反应器作为当前反应器时，该当前反应器对应的上一级反应器，位于该当前反应器梯形连接的上一个高位位置，即一级反应器、二级反应器，…，最高级反应器位置顺序升高。

如图2所示，本发明一个实施例中，该气固两相多级逆流接触系统可以进一步包括：再生器201；其中，

所述一级反应器101和所述最高级反应器102分别与所述再生器201连接；

所述一级反应器101，进一步用于将反应后的所述固体颗粒输送给所述再生器201；

所述再生器201，用于接收从底部输送的再生气体，利用所述再生气体对所述一级反应器101输送的所述固体颗粒进行再生，并将再生后的所述固体颗粒输送给所述最高级反应器102；

所述最高级反应器102，用于接收所述再生器输送的再生后的所述固体颗粒。

固体颗粒在反应过程中会逐渐降低反应活性，例如在催化裂化反应过程中，催化剂表面由于结焦而降低催化活性，或者在吸附过程中，吸附剂吸附了有机废气而失活。为了维持固体颗粒的反应活性，一级反应器将反应后的固体颗粒输送给再生器，再生器利用再生气体对固体颗粒进行再生。例如，利用高温干燥空气对分子筛等催化剂或吸附剂进行再生，利用高温水蒸气对活性炭或者石墨烯等吸附剂进行再生。再生器将再生后的固体颗粒输送给最高级反应器，由此不仅维持了固体颗粒的反应活性，还实现了固体颗粒的循环利用。

可以理解的是，在准备气固两相反应的初期，将固体颗粒加入到最高级反应器或者再生器中均可。在反应过程中，各级反应器与再生器之间没有严格的先后顺序，即反应过程中，各级反应器与再生器一直处于运行状态。另外，反应后的气体反应物可通过最高级反应器排出。

具体地，如图3所示，所述再生器201包括：湍动流化床301、第一旋风分离器302和提升管303；其中，

所述湍动流化床301的底部设置有进料口和出料口，所述进料口设置在所述出料口的上方；

所述第一旋风分离器302设置在所述湍动流化床301内部；

所述提升管303的一端与所述湍动流化床301的出料口相连，所述提升管303的另一端与所述最高级反应器102相连；

所述一级反应器101，用于将反应后的所述固体颗粒从所述湍动流化床301的进料口输送至所述湍动流化床301中；

所述湍动流化床301，用于利用所述再生气体将内部存在的所述固体颗粒输送至所述第一旋风分离器302中；将所述第一旋风分离器302排出的所述固体颗粒通过所述出料口排出至所述提升管303；

所述第一旋风分离器302，用于利用自身产生的离心力，对内部存在的所述固体颗粒和所述再生气体进行分离，并将分离后的所述固体颗粒从底端的料腿排出至所述湍动流化床301；

所述提升管303，用于将所述湍动流化床排出的所述固体颗粒提升至所述最高级反应器。

在这里，再生器为一个标准的湍动流化床，在湍动流化床的内部设置有第一旋风分离器，并且湍动流化床的出料口连接有提升管。一级反应器将反应后的固体颗粒从湍动流化床底部的进料口输送至湍动流化床中，固体颗粒可在湍动流化床中形成流动床层。当再生气体从湍动流化床的底部进入湍动流化床之后，可由下至上经过固体颗粒形成的流动床层，通过与再生气体的接触，固体颗粒的可恢复反应活性。例如，催化剂表面的积碳可被高温的再生气体去除，以恢复催化剂的催化活性。

值得一提的是，湍动流化床作为全混釜，一级反应器输送的固体颗粒一旦从进料口进入湍动流化床，则与其内部存在的流动床层均匀混合，即流动床层中的固体颗粒没有进入先后的区别。另外，湍动流化床底部的进料口设置在出料口的上方，使得固体颗粒从进料口流向出料口的过程中有一定高度差，从而保证再生气体与固体颗粒有足够的接触时间，以对固体颗粒进行充分再生。

在再生过程中，再生气体可能将部分固体颗粒吹至湍动流化床的中上部，这部分固体颗粒与再生气体将进入第一旋风分离器，通过第一旋风分离器分离后，固体颗粒通过第一旋风分离器底部的料腿落回湍动流化床的底部，再生气体则从第一旋风分离器顶端的升气管排出至湍动流化床顶部，从湍动流化床的顶部排出，由此避免再生气体在由下至上的流动过程中，将部分固体颗粒携带出湍动流化床，从而保证固体颗粒的循环量。

再生后的固体颗粒从湍动流化床的底端的出料口排出后，可进入连接的提升管，由提升管将再生后的固体颗粒提升至最高级反应器中，由此实现固体颗粒的循环利用。

其中，可以理解的是，湍动流化床接收一级吸附床输送的反应后的固体颗粒，第一旋风分离器对固体颗粒和再生气体进行分离，以及提升管对再生后的固体颗粒进行提升的各个步骤之间没有严格的先后顺序，即在再生过程中，湍动流化床、第一旋风分离器和提升管一直处于运行状态。

本发明实施例中采用的反应器可以分为两类：

第一类反应器可以包括：圆柱形筒体、切向入口和出气管；

所述切向入口设置在所述圆柱形筒体的底部；

所述出气管设置在所述圆柱形筒体的顶部；

所述圆柱形筒体，用于通过所述切向入口接收所述气体反应物，并通过所述出气管将部分所述气体反应物输送给对应的上一级反应器。

具体地，所述圆柱形筒体，用于控制进入其内部的所述气体反应物形成涡流，通过所述涡流携带其内部存在的所述固体颗粒由底部向顶部旋转，以控制所述固体颗粒与所述气体反应物进行接触。

这类反应器通常作为较低级反应器使用，以一级反应器为例，一级反应器通过设置于底端的切向入口接收气体反应物，使得气体反应物在圆柱形筒体内形成涡流，该涡流可以带动圆柱形筒体底部的固体颗粒由底部向顶部旋转，在顶部形成一个密相颗粒灰环。在旋转过程中，气体反应物与固体颗粒接触，以完成气固两相反应。然后，固体颗粒从顶端甩出一级反应器并进入再生器再生，气体反应物则会反转从一级反应器的升气管排出，进入二级反应器。其中，一类反应器的结构可如图4所示。

该反应器产生的离心力为重力的100-1000倍，其能够很好的分散固体颗粒，从而使气体反应物和固体颗粒接触的有效比表面积大大提高，从而有效地提高了气固两相反应的反应深度。另外，在离心力作用下，固体颗粒在高分散、高混合、强湍动的情况下与气体反应物以极大的相对速度接触，能够有效地提高传质效率，即极大加强了气固两相间的传递过程，在提高反应深度的同时，能够有效地提高反应速率。

另外，第二类反应器可以为：第二旋风分离器，其结构示意图如图5所示，所述第二旋风分离器，用于利用自身产生的离心力，控制所述气体反应物带动内部存在的所述固体颗粒旋转，将所述固体颗粒甩至边壁，使所述固体颗粒在重力作用下，通过底端料腿及连接管路进入对应的下一级所述反应器；将内部存在的气体反应物通过顶端的升气管输送至对应的上一级所述反应器。

第二旋风分离器一般作为较高级反应器使用，以最高级反应器为第二旋风分离器为例，下级反应器输送来的气体反应物以及再生器输送来的固体颗粒混合，然后切向进入第二旋风分离器。气体反应物带动固体颗粒进行旋转，通过离心力作用，固体颗粒被甩至边壁进而流入底端料腿，进入下级反应器，气体则反转通过升气管排出。由此，第二旋风分离器利用自身产生的离心力使得气体反应物与固体颗粒在短暂接触后分离，由于在此过程中离心力远远大于重力，因此气体反应物和固体颗粒之间的传质和传热较好，能够较快完成气固两相反应。

在实际应用场景中，可以将第一类反应器和第二类反应器任意组合使用，例如，对于两级反应器来说，一级反应器采用一类反应器，二级反应器采用第二旋风分离器；对于四级反应器来说，一级反应器采用一类反应器，二至四级反应器采用第二旋风分离器，或者一级反应器和二级反应器采用一类反应器，三级反应器和四级反应器采用第二旋风分离器。值得一提的是，为了使得排出的反应后的气体反应物中尽可能少的携带固体颗粒，因此在气固两相多级逆流接触系统中一般设置有至少一个第二旋风分离器，并且将第二旋风分离器设置为较高级反应器。

不管是第一类反应器还是第二类反应器，在反应器内，气态反应物与固体颗粒物逆流接触之后，快速分离，即在反应器内气态反应物与固体颗粒物接触时长一般控制在0.5s左右，能够有效地抑制气固返混。同时，级间气固逆流接触有效提高反应传递推动力。

另外，上述气固两相多级逆流接触系统为连续的气固反应-再生系统，而连续的气固反应器能够有效地保证气固反应完全。特别地，上述气固两相多级逆流接触系统适合高空速反应，即气体反应物的量较大，固体颗粒的循环量较小，即气体反应物的量与固体颗粒物的循环量之比较大，一般空速大于5。

特别地，由于第一类反应器和第二类反应器的存在，使得气固两相多级逆流接触系统压降较小，而且气态反应物与固体颗粒物逆流接触时长较短，使得在其内进行的气固反应能耗较低。

上述气固两相多级逆流接触系统可应用于催化裂化反应，其中，气体反应物包括：原油；固体颗粒包括：催化剂。

上述气固两相多级逆流接触系统可应用于有机废气的吸附反应，其中，气体反应物包括：携带有机废气的气体；固体颗粒包括：吸附剂。

上述气固两相多级逆流接触系统可应用于有机气态物结晶，其中，气体反应物为待结晶气态物；固体颗粒为结晶核介质。

如图6所示，本发明实施例提供了一种上述任一实施例提供的气固两相多级逆流接触系统的应用方法，该方法可以包括以下步骤：

步骤601：利用一级反应器接收外部输送的气体反应物，并将部分所述气体反应物输送给上一级反应器；

步骤602：利用最高级反应器接收固体颗粒，并将部分所述固体颗粒输送给下一级反应器；

步骤603：利用各级反应器分别接收对应的上一级反应器输送的固体颗粒，以及下一级反应器输送的气体反应物，并调控所述气体反应物携带自身内部存在的所述固体颗粒产生涡流，使所述气体反应物与自身内部存在的所述固体颗粒接触，完成气固两相反应。

本发明一个实施例中，该应用方法可以进一步包括：

利用所述一级反应器将反应后的所述固体颗粒输送给再生器；

利用所述再生器对反应后的所述固体颗粒进行再生，并将再生后的所述固体颗粒输送给所述最高级反应器；

步骤602的具体实施方式，可以包括：

利用所述最高级反应器接收所述再生器输送的再生后的所述固体颗粒。

本发明提供的应用方法可以于多种气固两相反应，下面通过几个具体的实施例进行详细说明。

当该方法应用于有机废气的吸附反应时，所述气体反应物包括：携带有机废气的气体；所述固体颗粒包括：吸附剂。

常用的吸附剂包括：分子筛、活性炭、石墨烯、硅胶、活性氧化铝等。

下面通过几个具体的实施例对利用本发明实施例提供的气固两相多级逆流接触系统进行吸附的方法进行详细说明。

实施例1：采用图7所示的吸附系统，利用活性炭对煤矿乏风中的甲烷进行吸附，具体过程如下：

在本发明实施例中，一级反应器为第一类反应器701，二级反应器为旋风分离器702。

在一个循环周期内：

旋风分离器702接收再生器703输送的吸附剂，并将其输送至第一类反应器701。

第一类反应器701通过设置于底部的切向入口接收外部输送的煤矿乏风，使煤矿乏风在反应器内形成涡流，该涡流可以将反应器底部的活性炭由底部向顶部旋转，在旋转过程中，活性炭与煤矿乏风接触，吸附所述煤矿乏风中的甲烷。煤矿乏风携带活性炭旋转至顶部，并在反应器顶部形成一个密相颗粒灰环，此时活性炭会从顶部甩出第一类反应器701并进入再生器703，煤矿乏风则会反转从升气管输送至旋风分离器702。

旋风分离器702通过筒体的边壁的入口接收第一类反应器701输送的煤矿乏风和再生器703输送的活性炭，利用产生的离心力控制煤矿乏风带动活性炭在其筒体内旋转，使所述活性炭与所述煤矿乏风接触，吸附所述煤矿乏风中的甲烷。旋风分离器利用离心力将活性炭甩至筒体的边壁，活性炭在重力的作用下，通过底端料腿及连接管路进入对应的第一类反应器701，吸附后的煤矿乏风通过旋风分离器702中的升气管输出。

吸附了甲烷的活性炭放置于再生器703的底部，170℃的水蒸气由底部通入再生器703，并穿过活性炭，使甲烷从活性炭上脱附，170℃的水蒸气和甲烷通过升气管排出再生器703，再生后的活性炭通过边壁的出口被提升至旋风分离器702。

实施例2：采用图8所示的吸附系统，利用分子筛对焦化甲苯中的二聚环戊二烯进行吸附，具体过程如下：

在本发明实施例中，一级反应器为第一类反应器801、二级反应器为第一类反应器802。

在一个循环周期内：

一级第一类反应器801通过设置于底部的切向入口接收外部输送的焦化甲苯，使焦化甲苯在反应器内形成涡流，该涡流可以将反应器底部的分子筛由底部向顶部旋转，在旋转过程中，分子筛与焦化甲苯接触，吸附所述焦化甲苯中的二聚环戊二烯。焦化甲苯携带分子筛旋转至顶部，并在反应器顶部形成一个密相颗粒灰环，此时分子筛会从顶部甩出反应器并进入再生器803，焦化甲苯则会反转从升气管输送至二级第一类反应器802。

二级第一类反应器802通过设置于底部的切向入口接收一级第一类反应器801输送的焦化甲苯，使焦化甲苯在反应器内形成涡流，该涡流可以将反应器底部的分子筛由底部向顶部旋转，在旋转过程中，分子筛与焦化甲苯接触，吸附所述焦化甲苯中的二聚环戊二烯。焦化甲苯携带分子筛旋转至顶部，并在反应器顶部形成一个密相颗粒灰环，此时分子筛会从顶部甩出二级第一类反应器802并进入再生器803，焦化甲苯则会反转从升气管输出。

吸附了二聚环戊二烯的分子筛放置于再生器803的底部，200℃的干燥空气由底部通入再生器803，并穿过分子筛，使二聚环戊二烯从分子筛上脱附，200℃的干燥空气和二聚环戊二烯通过升气管排出再生器803，再生后的分子筛通过边壁的出口被提升至二级第一类反应器802。

实施例3：采用图9所示的吸附系统，利用分子筛对空气中的甲醛进行吸附，并通过150℃的干燥空气对吸附了甲醛的分子筛进行再生。可以理解地，可以通过空气压缩机将空气输送到吸附系统内。

一级反应器为旋风分离器601、二级反应器为旋风分离器602、三级反应器为旋风分离器603。

在一个循环周期内：

三级旋风分离器603接收再生器604输送的吸附剂，并将其逐级输送至二级旋风分离器602、一级旋风分离器601。

一级旋风分离器601通过筒体的边壁的入口接收外部输送的空气和二级旋风分离器602输送的分子筛，利用产生的离心力控制空气带动分子筛在其筒体内旋转，使所述分子筛与所述空气接触，吸附所述空气中的甲醛。一级旋风分离器601利用离心力将分子筛甩至筒体的边壁，分子筛在重力的作用下，通过底端料腿及连接管路进入再生器604，吸附后的空气通过一级旋风分离器601中的升气管输送至二级旋风分离器602。

二级旋风分离器602通过筒体的边壁的入口接收一级旋风分离器601输送的空气和三级旋风分离器603输送的分子筛，利用产生的离心力控制空气带动分子筛在其筒体内旋转，使所述分子筛与所述空气接触，吸附所述空气中的甲醛。二级旋风分离器602利用离心力将分子筛甩至筒体的边壁，分子筛在重力的作用下，通过底端料腿及连接管路进入一级旋风分离器601，吸附后的空气通过二级旋风分离器602中的升气管输送至三级旋风分离器603。

三级旋风分离器603通过筒体的边壁的入口接收二级旋风分离器602输送的空气和再生器604输送的分子筛，利用产生的离心力控制空气带动分子筛在其筒体内旋转，使所述分子筛与所述空气接触，吸附所述空气中的甲醛。三级旋风分离器603利用离心力将分子筛甩至筒体的边壁，分子筛在重力的作用下，通过底端料腿及连接管路进入二级旋风分离器602，吸附后的空气通过三级旋风分离器603中的升气管输出。

吸附了甲醛的分子筛放置于再生器604的底部，300℃的水蒸气由底部通入再生器604，并穿过分子筛，使甲醛从分子筛上脱附，300℃的水蒸气和甲醛通过升气管排出再生器604，再生后的分子筛通过边壁的出口被提升至三级旋风分离器603。

实施例4：采用由两个第一类反应器和两个旋风分离器构成的吸附系统，对聚甲基丙烯酸甲酯裂解工艺废气中甲基丙烯酸甲酯、乙酸乙酯、甲酸甲酯进行吸附，其中，两个第一类反应器分别为一级反应器、二级反应器，两个旋风分离器分别为三级反应器、四级反应器。

在本发明实施例中，以活性炭为吸附剂，并利用120℃的水蒸气对吸附了甲基丙烯酸甲酯、乙酸乙酯、甲酸甲酯的活性炭进行再生。

由上述实施例可以看出，气体由一级反应器进入、经过二级反应器吸附……直至最高级反应器吸附，并由最高级反应器输出；吸附剂由最高级反应器进入，经过次高级反应器……直至进入一级反应器，并由一级反应器输送给再生器再生，再生后的吸附剂被输送至最高级反应器。在此过程中，气体与吸附剂实现逆流接触，相比于顺流接触，其传质推动力更大，提高了吸附效率。

并且，由于产生的离心力为重力的100-1000倍，较大的离心力能够使气体在反应器中快速流动，相比于现有技术，其在一定时间内，能够满足更大的气体处理量。并且，吸附过程与再生过程发生在不同的设备，有利于分别控制设备的温度，例如，利用低温环境加快吸附速度，利用高温环境加快再生速度。

同时，由于该方法的传质推动力较大，无需降低反应器的温度便能实现更高的吸附效率，因此，该方法能够降低能耗。

另外，当该方法应用于催化裂化反应时，气体反应物包括：原油；固体颗粒包括：催化剂；催化裂化催化剂为USY和助剂，均是75μm的细粉，堆密度大约为750kg/m³；原油通过预热成气态进入系统的最底部即一级反应器内；再生后的催化剂颗粒从顶部注入最高级反应器；气态原料油与催化剂颗粒进行气固逆流接触反应，控制每一级的停留时间约为0.5s。

另外，当该方法应用于有机气态物结晶时，气体反应物包括：待结晶气态物；固体颗粒包括：结晶核介质；比如，该待结晶气态物可为气态芳香化合物如气态间苯二甲腈、气态乙酰苯胺等，还可为醇类化合物如气态甘油等。

综上，本发明各个实施例至少具有如下效果：

1、在本发明实施例中，通过将至少两级反应器进行梯形连接，其中一级反应器接收外部输送的气体反应物，最高级反应器接收固体颗粒，各级反应器分别接收上一级反应器输送的固体颗粒以及下一级反应器输送的气体反应物，然后调控气体反应物携带固体颗粒产生涡流，以使气体反应物与固体颗粒接触，完成气固两相反应。由此，在反应过程中，气体反应物由一级反应器逐级向对应的上一级反应器输送，同时固体颗粒由最高级反应器逐级向对应的下一级反应器输送，使得气体反应物与固体颗粒进行逆流接触，从而提高了气固两相反应的传递推动力。

2、在本发明实施例中，一级反应器将反应后的固体颗粒输送给再生器，再生器利用再生气体对固体颗粒进行再生，并将再生后的固体颗粒输送给最高级反应器，由此不仅维持了固体颗粒的反应活性，还实现了固体颗粒的循环利用。

3、在本发明实施例中，利用切向入口在反应器中形成涡流，使离心力为重力的100-1000倍，增加气体反应物与固体颗粒之间的传质和传热，提高气固两相之间的反应速度及反应深度。

4、在本发明实施例中，在反应器内，气态反应物与固体颗粒物逆流接触之后，快速分离，即在反应器内气态反应物与固体颗粒物接触时长一般控制在0.5s左右，能够有效地抑制气固返混。同时，级间气固逆流接触有效提高反应传递推动力。

5、在本发明实施例中，气固两相多级逆流接触系统为连续的气固反应-再生系统，而连续的气固反应器能够有效地保证气固反应完全。特别地，该气固两相多级逆流接触系统适合高空速反应，即气体反应物的量较大，固体颗粒的循环量较小，即气体反应物的量与固体颗粒物的循环量之比较大。

6、在本发明实施例中，旋风分离器等作为反应器，能够使气固两相多级逆流接触系统压降较小，而且气态反应物与固体颗粒物逆流接触时长较短，使得在其内进行的气固反应能耗较低。

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)

1.一种气固两相多级逆流接触系统，其特征在于，包括：至少两级反应器；其中，

所述至少两级反应器梯形连接；

所述至少两级反应器中的一级反应器，用于接收外部输送的气体反应物，并将部分所述气体反应物输送给梯形连接的上一级反应器；

所述至少两级反应器中的最高级反应器，用于接收固体颗粒，并将部分所述固体颗粒输送给梯形连接的下一级反应器；

每一级所述反应器，用于接收对应的上一级反应器输送的所述固体颗粒，以及对应的下一级反应器输送的所述气体反应物；调控所述气体反应物携带自身内部存在的所述固体颗粒产生涡流，使所述气体反应物与自身内部存在的所述固体颗粒接触，完成气固两相反应。

2.根据权利要求1所述的气固两相多级逆流接触系统，其特征在于，进一步包括：再生器；其中，

所述一级反应器和所述最高级反应器分别与所述再生器连接；

所述一级反应器，进一步用于将反应后的所述固体颗粒输送给所述再生器；

所述再生器，用于接收从底部输送的再生气体，利用所述再生气体对所述一级反应器输送的所述固体颗粒进行再生，并将再生后的所述固体颗粒输送给所述最高级反应器；

所述最高级反应器，用于接收所述再生器输送的再生后的所述固体颗粒。

3.根据权利要求2所述的气固两相多级逆流接触系统，其特征在于，

所述再生器包括：湍动流化床、第一旋风分离器和提升管；其中，

所述湍动流化床的底部设置有进料口和出料口，所述进料口设置在所述出料口的上方；

所述第一旋风分离器设置在所述湍动流化床内部；

所述提升管的一端与所述湍动流化床的出料口相连，所述提升管的另一端与所述最高级反应器相连；

所述一级反应器，用于将反应后的所述固体颗粒从所述湍动流化床的进料口输送至所述湍动流化床中；

所述湍动流化床，用于利用所述再生气体将内部存在的所述固体颗粒输送至所述第一旋风分离器中；将所述第一旋风分离器排出的所述固体颗粒通过所述出料口排出至所述提升管；

所述第一旋风分离器，用于利用自身产生的离心力，对内部存在的所述固体颗粒和所述再生气体进行分离，并将分离后的所述固体颗粒从底端的料腿排出至所述湍动流化床；

所述提升管，用于将所述湍动流化床排出的所述固体颗粒提升至所述最高级反应器。

4.根据权利要求1至3任一所述的气固两相多级逆流接触系统，其特征在于，

所述一级反应器包括：圆柱形筒体、切向入口和出气管；

所述切向入口设置在所述圆柱形筒体的底部；

所述出气管设置在所述圆柱形筒体的顶部；

所述圆柱形筒体，用于通过所述切向入口接收所述气体反应物，并通过所述出气管将部分所述气体反应物输送给对应的上一级反应器。

5.根据权利要求4所述的气固两相多级逆流接触系统，其特征在于，

所述圆柱形筒体，用于控制进入其内部的所述气体反应物形成涡流，通过所述涡流携带其内部存在的所述固体颗粒由底部向顶部旋转，以控制所述固体颗粒与所述气体反应物进行接触。

6.根据权利要求1至3任一所述的气固两相多级逆流接触系统，其特征在于，

所述反应器包括：第二旋风分离器；

所述第二旋风分离器，用于利用自身产生的离心力，控制所述气体反应物带动内部存在的所述固体颗粒旋转，将所述固体颗粒甩至边壁，使所述固体颗粒在重力作用下，通过底端料腿及连接管路进入对应的下一级所述反应器；将内部存在的气体反应物通过顶端的升气管输送至对应的上一级所述反应器。

7.根据权利要求1至3任一所述的气固两相多级逆流接触系统，其特征在于，

应用于催化裂化反应，其中，

所述气体反应物包括：原油；

所述固体颗粒包括：催化剂；

和/或，

应用于有机废气的吸附反应，其中，

所述气体反应物包括：携带有机废气的气体；

所述固体颗粒包括：吸附剂；

和/或，

应用于有机气态物结晶，其中，

所述气体反应物为待结晶气态物；

所述固体颗粒为结晶核介质。

8.一种权利要求1至7任一所述的气固两相多级逆流接触系统的应用方法，其特征在于，包括：

利用一级反应器接收外部输送的气体反应物，并将部分所述气体反应物输送给上一级反应器；

利用最高级反应器接收固体颗粒，并将部分所述固体颗粒输送给下一级反应器；

利用各级反应器分别接收对应的上一级反应器输送的固体颗粒，以及下一级反应器输送的气体反应物，并调控所述气体反应物携带自身内部存在的所述固体颗粒产生涡流，使所述气体反应物与自身内部存在的所述固体颗粒接触，完成气固两相反应。

9.根据权利要求8所述的应用方法，其特征在于，

进一步包括：

利用所述一级反应器将反应后的所述固体颗粒输送给再生器；

利用所述再生器对反应后的所述固体颗粒进行再生，并将再生后的所述固体颗粒输送给所述最高级反应器；

所述利用最高级反应器接收固体颗粒，包括：

利用所述最高级反应器接收所述再生器输送的再生后的所述固体颗粒。

10.根据权利要求8所述的应用方法，其特征在于，

应用于催化裂化反应，其中，

所述气体反应物包括：原油；

所述固体颗粒包括：催化剂；

和/或，

应用于有机废气的吸附反应，其中，

所述气体反应物包括：携带有机废气的气体；

所述固体颗粒包括：吸附剂；

和/或，

应用于有机气态物结晶，其中，

所述气体反应物为待结晶气态物；

所述固体颗粒为结晶核介质。