[发明专利]一种高充气率的气固流化床反应器、实现在流化床中高充气率的方法及其应用

说明书

本发明提出了一种高充气率的气固流化床反应器、实现在流化床中高充气率的方法及其应用，反应器包括浓相和稀相，浓相包括气体和固体颗粒，浓相中充气率高达60％‑85％，显著高于普通流化床反应器，固体颗粒为Csupgt;+/supgt;类颗粒，包括50％以上的Geldart C类超细粉和少量纳米颗粒，纳米颗粒部分均匀或非均匀地、以单一颗粒或团聚物形态暂时性或永久性附着在所述Geldart C类超细粉颗粒表面。或者，Csupgt;+/supgt;类颗粒至少包括表面粗糙的Geldart C类超细粉，所述的Geldart C类超细粉表面粗糙是由于颗粒形状不规则或者表面具有微米级突起所引起的。本发明的反应器中浓相充气率极高，且颗粒比表面积极大，可显著提高气固两相的接触效率，利于气固两相反应及物理性的气固接触过程。

技术领域

本发明涉及一种气固流化床反应器，具体而言是一种具有高充气率的气固流化床反应器。该反应器也可以作为气固接触器应用于其他物理性的气固接触过程。

背景技术

在过程工程及其他许多工业过程中，经常需要用到多相流系统，包括气-液、气-固、液-固、气-液-固等多相体系。在这些体系中，各相之间往往需要充分的接触以保证其具有较高的效率。而利用流态化技术将固体颗粒悬浮于气体或者液体中可使各相间得以充分接触，因此流化床反应器在工业中的应用十分广泛，无论是在物理过程还是化学过程，催化过程或非催化过程都能达到较好的效果。

以气固相系统为例，比如在某个气固化学反应中，固体以颗粒的形式与气体接触，其中至少部分反应是在气固界面上进行的，为了提高气体与固体的反应效率，可以通过流态化将固体颗粒尽量悬浮在气体中，使更多的固体颗粒与气体接触。又比如在某个气相催化反应中，固体催化剂以颗粒的形式与气体接触，一种或多种以上的气体组分在固体颗粒(催化剂)的表面进行反应。在这种情况下，为了提高气体间的催化反应效率，也是需要将固体颗粒尽量悬浮于气体中，使被反应的气体有更多的机会与固体颗粒表面接触。在其他物理过程中，比如在某个气固吸附分离过程中，为了提高吸附效率，更需要将固体颗粒尽量悬浮于气体中，使吸附剂有更多的机会与气体接触而发生吸附反应。

在上述的气固系统中，采用流态化技术可以使固体颗粒和气体有效接触。气体自流化床底部进入，自下而上流动。随着气体流速的增加，流化床中的颗粒受气体向上流动所形成的曳力的作用由静止状态转为运动状态，悬浮于气体中。当气体通过床层时的压力降等于单位床截面上颗粒重量时，颗粒开始流态化，此时的气速为最小流态化速度。通过合理调整气速，使气体的气速高于最小流化速度而低于最小夹带速度或最小有效夹带速度，就可以有效的将颗粒比较均匀的悬浮在流化床内，或至少流化床的一部分空间内。当气速高于最小流化速度后，随着气速的进一步增加，气固流化床可以分为鼓泡床、湍动床等低气速流化床，快速流化床等高气速流化床以及气力输送等，本发明中气固流化床反应器的流型为低气速流化床。当固体颗粒完全流态化后，低气速流化床内存在明显的浓相和稀相(气泡相)，其中稀相主要由气体组成，含有少量的固体颗粒，浓相则主要由固体颗粒组成，含有一定的气体。流态化过程中，浓相中颗粒间所含气体体积占浓相体积(包括颗粒体积和气体体积)的百分比即为充气率。对于中空颗粒，该充气率不包括颗粒外轮廓之内的滞留气体。