專利名稱：在容器中分配流體的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將流體引入到流料中以快速達(dá)到均勻的流體徑向分布的方法及其設(shè)備。
更具體地說，本發(fā)明涉及將流態(tài)化固體顆粒引入到流態(tài)化固體顆粒床層中，例如將催化劑顆粒引入到催化劑顆粒流態(tài)化床層中，如流化催化裂化(FCC)再生器或反應(yīng)器的床層中，以使引入的固體快速達(dá)到徑向均勻分布的方法及其設(shè)備。
流化催化裂化工藝是通過連續(xù)循環(huán)催化劑顆粒而進(jìn)行的，即從裂化烴原料成低沸點(diǎn)產(chǎn)品的反應(yīng)器(此時(shí)裂化生成的含碳物質(zhì)沉積在催化劑上)經(jīng)過燃燒含碳物質(zhì)以恢復(fù)催化劑活性的再生器，最后將催化劑顆粒再返回到反應(yīng)器中。再生器中的燃燒溫度部分取決于在催化劑上含碳物質(zhì)的量和在給定區(qū)域燃燒氣的供應(yīng)量。
雖然在其側(cè)壁有單個(gè)催化劑進(jìn)口孔的再生器的運(yùn)轉(zhuǎn)多年來還算令人滿意，但在傳統(tǒng)方法中改進(jìn)徑向分布所帶來的好處也是明顯的。對(duì)于有大直徑的再生器或在相對(duì)高溫下進(jìn)行再生的裝置來說，改進(jìn)催化劑的分布可得到的益處特別明顯。例如在加工渣油原料或者在受限的提升空間的場合或者特定的操作方式要求低的再生器流體床層高度與大床層直徑相結(jié)合的操作中，情況就是這樣。最優(yōu)化的再生條件是催化劑徑向混合時(shí)間應(yīng)小于焦炭燃燒時(shí)間。當(dāng)再生器溫度較高且加工較重的進(jìn)料時(shí)，焦炭的燃燒速率增加，因而需要降低徑向混合時(shí)間。當(dāng)流化床直徑增大時(shí)，催化劑分布必須更有效以防止徑向混合時(shí)間的相應(yīng)增加。如果這個(gè)條件不能滿足，則在流化床內(nèi)會(huì)形成焦炭、燃燒氣體和溫度的徑向梯度，從而對(duì)于給定的鼓風(fēng)機(jī)，導(dǎo)致煙道氣中的氧含量及后燃燒增加，并且焦炭燃燒能力下降。
在美國專利4，595，567中，公開了分布催化劑到FCC再生器床層中的設(shè)備(被稱作空氣/催化劑分配格柵)，它似乎有許多沿徑向延伸的格柵的長度分布的孔口。
美國專利4，150，090公開一種設(shè)備，它包括一個(gè)軸向安裝的輸送提升管，該管從FCC再生器下端部伸出并支撐多個(gè)徑向伸長的流化催化劑分布器凹槽，以向下傾斜的方向位于再生器床層表面。催化劑借助經(jīng)導(dǎo)管(該管沿凹槽的長度延伸并沿其長度上有幾個(gè)孔口)供給的流化用氣體沿頂部開口的凹槽縱向傳輸和排出。
在美國專利5，156，817中，公開了向一個(gè)或多個(gè)側(cè)開口的通道供給催化劑的設(shè)備，例如通道限定在例V-形橫截面的底部和頂部構(gòu)件之間，借此催化劑沿通道長度排出，通道在其近端被封死。單個(gè)通道在FCC再生器床中形成一個(gè)不完整的環(huán)形通道。多個(gè)通道有不同長度并從固定到床的側(cè)壁的進(jìn)料管以扇形擴(kuò)展，最長的通道伸到再生器床層的軸線。
這些設(shè)備的缺點(diǎn)在于正常操作時(shí)，催化劑沿分配長度即分別沿多個(gè)孔口、凹槽和通道排出是不均勻的，出現(xiàn)在分配長度的遠(yuǎn)端排出較少。這一操作性能可通過使用高壓力降來改進(jìn)，但這可能對(duì)裝置的壓力平衡是有害的。沿分配凹槽安裝通風(fēng)管增加了安裝和維持費(fèi)用。在后幾種情況，徑向混合受通道或凹槽中的流動(dòng)模型和流化床層的相互作用的影響，因此徑向混合對(duì)分配器中流率的變化很敏感，從而影響徑向分布的好壞。
我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，流體引入及隨后混入到流料中可用一種簡單且可控制的方式來完成，該方式對(duì)分配器中流體流量的變化很不敏感。這種方式基于在流料的特定區(qū)排出流體，同時(shí)一直到排出區(qū)以前避免床層和欲分配的流體間的相互作用。令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，用該方式，在流料中催化劑徑向分布梯度很快消失。在流體排出區(qū)，流體動(dòng)能可局部消除，此后流料正常的混合作用促進(jìn)了進(jìn)一步徑向混合。
因此，本發(fā)明提供了一種在流料中徑向分配流體的方法，其中流體沿徑向傳輸?shù)搅髁现星遗c流料隔離并經(jīng)位于流料徑向的多個(gè)分配區(qū)排出。
流體沿徑向路徑傳輸，每個(gè)路徑形成單個(gè)分配區(qū)，該分配區(qū)可為傳輸?shù)牧黧w和流料的接觸提供一個(gè)或多個(gè)場所。
在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，流體在距流料軸線至少四分之一的流料半徑處排出，更優(yōu)選的是在至少半徑的4/10處排出，例如在差不多半徑的一半處排出。
最好欲分布的流體的動(dòng)能借沖擊或膨脹來耗散。
用于本發(fā)明的術(shù)語“流體”指液體、氣體、固體在流體中的懸浮漿液或指流動(dòng)的氣體和由流動(dòng)氣體使其處于流態(tài)化狀態(tài)的細(xì)分散的固體的混合物。適宜的流體含有催化劑顆?；蚍磻?yīng)物或可燃物如燃料油，頁巖油或焦炭。優(yōu)選是流體含有流態(tài)化固體如流化裂化催化劑顆粒。
用于本發(fā)明的術(shù)語“流體”是指容器中的物料，按本發(fā)明流體注入到該容器中。這類容器可以有任何橫截面幾何形狀如圓形，正方形且優(yōu)選圓形。任何尺寸的流料都可從本發(fā)明受益，例如直徑高達(dá)20m或更高。適宜的流料是待處理或反應(yīng)的氣體或液體或漿化或流態(tài)化的含有催化劑和反應(yīng)物的固體物料，依據(jù)流體的性能流料可以有比較小或比較大的徑向橫截面積，流體可間歇或連續(xù)地引入到流料中并停留足夠的時(shí)間，為處理或反應(yīng)提供必需的接觸。適宜的流料是處于流動(dòng)狀態(tài)的物料，借助局部速度的波動(dòng)達(dá)到分散效果。優(yōu)選的是，流體床層包括流化催化裂化裝置的反應(yīng)器，汽提器或再生器的床層，夾帶產(chǎn)品氣體或帶有由裂化反應(yīng)生成的含碳沉積物的催化裂化顆粒引入到這些床層中，以便反應(yīng)，除去產(chǎn)品氣體或沉積物的燃燒。
適宜的含有細(xì)分散的固體顆粒的流體可呈稀相或密相傳輸，優(yōu)選呈稀相傳輸。
用于本發(fā)明的術(shù)語“徑向”是指有關(guān)流料軸線或單個(gè)流體進(jìn)料處(從該處流體傳輸?shù)椒峙鋮^(qū))的真正半徑或徑面。
用于本發(fā)明的術(shù)語“分配區(qū)”是指基本固定的分配區(qū)域，宜為徑向傳輸?shù)牧黧w料流橫截面的30-300%，它可為流體和流料的接觸提供一個(gè)或多個(gè)場所。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，提供一個(gè)徑向分配流體到流料中的設(shè)備，它有多個(gè)徑向延伸到流料中的流體輸送臂的供料管，其特征在于所述臂有封閉的長度和在距流體導(dǎo)管末端處或附近有一個(gè)或多個(gè)出口孔。
本發(fā)明的設(shè)備可以在流體導(dǎo)管上另有一個(gè)出口孔。
按照本發(fā)明適宜的設(shè)備有長度至少為流料半徑 1/4 ，例如至少為該半徑的 4/10 或該差不多半徑一半的流體輸送臂。
本發(fā)明的設(shè)備還可在出口孔處有用于耗散欲分配流體動(dòng)能的裝置。
優(yōu)選的用于耗散流體動(dòng)能的裝置是沖擊或膨脹裝置。用于本發(fā)明的術(shù)語“沖擊裝置”是指供與出口孔配合的裝置，借此從出口孔出來的流體沖擊在其上，例如它是位于流體料流流路上的一個(gè)沖擊面。沖擊裝置的例子包括防濺板和沖擊擋板，它可為經(jīng)分布的流體提供一個(gè)或多個(gè)沖擊面。用于本發(fā)明中的術(shù)語“膨脹裝置”是指膨脹流體體積的裝置，例如在徑向方向增大橫截面面積的流體輸送臂或放置在分配區(qū)或其下游的流體可滲透填料。導(dǎo)向裝置如隆起的邊緣或通道可安裝在流體輸送臂上，以促進(jìn)流體料流的膨脹。
適宜的沖擊裝置安裝在流體輸送臂上或在再生器壁上。防濺板和沖擊擋板應(yīng)與流體料流有一定的角度，以便與流體料流有一個(gè)沖擊表面存在，從而耗散料流流動(dòng)動(dòng)量和動(dòng)能。
沖擊表面與流體料流流動(dòng)方向的適宜角度取決于料流密度和速度。具體地說，沖擊裝置可安裝成與料流流動(dòng)方向成90到165度。
流體可以從靠近流體輸送臂端出口孔(例如在其底部或側(cè)部)分布，這里所述的臂有一個(gè)封閉的末端，或從流體輸送臂的末端壁的孔口分布。因此很清楚，所述臂沿整個(gè)長度封閉。
在本發(fā)明一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，流體輸送臂有一個(gè)靠近末端和在其底部或側(cè)部的開口。防濺板可安裝在底部開口下方。該設(shè)備提供了特別好的流體分散。防濺板防止催化劑穿過床層下端并防止由于對(duì)流化床內(nèi)部元件的沖擊而對(duì)其引起的磨蝕，這對(duì)于流態(tài)化催化劑在催化裂化催化劑再生器的催化床層的下部分布是特別有好處的。
沖擊裝置可為單面或多面結(jié)構(gòu)或可為錐形結(jié)構(gòu)甚或包括提供逐漸減小沖擊程度的一個(gè)或多個(gè)曲面。多面沖擊裝置的面彼此分開一定距離。
適宜的膨脹裝置包括公知的流體膨脹器，安裝在流體輸送臂出口處或與該出口一體化。因此可以預(yù)計(jì)這種臂結(jié)構(gòu)在徑向使橫截面積增大。臂出口要在橫截面上稍有水平伸長以限制流體的垂直分散。也可在流體分配區(qū)安裝流體可滲透的規(guī)整填料來實(shí)現(xiàn)膨脹。
供料導(dǎo)管可全部或部分位于流料中。優(yōu)選的是供料導(dǎo)管基本垂直安裝在流料中且優(yōu)選是一個(gè)下流管或提升管。優(yōu)選的是，導(dǎo)管基本上與流料同心安裝但也可偏心安裝，只需分布器臂出口在流料中規(guī)則排列以確保出口的徑向均勻性。按照本發(fā)明為分布一種或多種流體可在流料中安裝多個(gè)設(shè)備且可在流料中同心或偏心安裝，即可有一個(gè)主要設(shè)備同軸安裝在流料中，以便優(yōu)化徑向分布以及一個(gè)或多個(gè)偏心安裝在流料中的次要設(shè)備，以便部分徑向分布或分散。部分位于流料中的供料導(dǎo)管直宜經(jīng)裝有流體的容器底部軸向伸到流體中，且與外部輸送流體的直管相聯(lián)。全部位于流料中的供料導(dǎo)管可與輸送流體的直管相聯(lián)，該直管經(jīng)流體容器側(cè)壁伸到流體床層下部。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，導(dǎo)管可經(jīng)一個(gè)同軸環(huán)繞的降液管進(jìn)入到裝有流體容器中流料表面上方。
對(duì)于用于流態(tài)化固體輸送，流化用氣體宜在供料導(dǎo)管底部引入。優(yōu)選的傳輸氣體是諸如水蒸汽或空氣的惰性氣體。傳輸氣體的表觀速度要足以使提升管中的固體提升且不會(huì)導(dǎo)致流體中斷。對(duì)于傳輸流化裂化催化劑的適宜氣體表觀速度是1到25m/s，優(yōu)選2至12m/s。通過控制流化用氣體和固體的供量，可控制提升管中流化固體流動(dòng)。適宜的提升管固體流量維持在200到3000，優(yōu)選在600到1500kg/m2/s。
本發(fā)明的設(shè)備有多個(gè)沿徑向延伸到流料中的流體輸送臂。這些臂可基本在流料橫截面的真正半徑上延伸，或在徑向平面即與橫截面成一定角度(適宜在一直到60度)的平面上延伸。優(yōu)選的是，臂數(shù)目應(yīng)在設(shè)備機(jī)械負(fù)荷接受的條件給出最優(yōu)分布。本發(fā)明的設(shè)備優(yōu)選有2到10個(gè)臂，更優(yōu)選3到8個(gè)臂，例如4個(gè)臂。這些臂可有相同或不同的長度，且優(yōu)選有相同的長度。這些臂可以有任何所希望的橫截面形狀，但優(yōu)選的是連續(xù)無角的橫截面。
對(duì)于使用流態(tài)化固體，控制流體料流在流體輸送臂中的速度能減少料流中固體的沉積。在臂中適宜的料流速率維持在最小速率以上，宜大于3m/s，優(yōu)選大于6m/s。
流體供料導(dǎo)管在其頭部宜有一個(gè)管接頭，流體輸送臂從該接頭徑向伸長。在本發(fā)明設(shè)備的優(yōu)選的實(shí)施方案中，軸向提升管或下流管有均勻分配固體流到這些臂的設(shè)備。適宜的設(shè)備例如包括公知的提升管頂部盲孔T型彎頭，它可與導(dǎo)向葉片組合。最優(yōu)選的設(shè)備是包括一個(gè)倒錐形體的設(shè)備，其中固體流正中地撞擊在錐形體的頂部上，并徑向均勻地使流體分配到分配器臂中。內(nèi)部導(dǎo)向葉片宜從錐形體伸到管接頭區(qū)域，以改進(jìn)流體分散。這后一個(gè)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)在于，由于固體料流方向的動(dòng)量變化引起的壓力降被大大降低，由此降低了流態(tài)化固體的磨損和分配器設(shè)備的磨蝕。
現(xiàn)在參照

圖1-5通過非限制實(shí)施例說明本發(fā)明。
圖1是安裝在有流料的容器中的徑向臂分配器的俯視圖;
圖2是在臂(示出2個(gè)臂)下有防濺板的流體分配器設(shè)備的縱向截面視圖;
圖3是帶有導(dǎo)向葉片的提升管頂部管接頭視圖;
圖4是沿圖2X-X線的橫截面圖，示出了防濺板的裝配;
圖5是包括本發(fā)明催化劑分配器設(shè)備的流體催化裂化裝置的再生器側(cè)面示意圖。
如俯視圖1所示，流體分配設(shè)備優(yōu)選安裝在裝有流料的圓形橫截面容器中。分配器設(shè)備包括引流體到容器中的供料管(未示出)的管接頭(2)，流體輸送臂(3，4，5，6)從管接頭沿徑向延伸。在該優(yōu)選的實(shí)施方案中，示出4個(gè)臂，每個(gè)說明臂出口結(jié)構(gòu)的一個(gè)供選擇的實(shí)施方案。臂(3)在末端(3a)開口，使流體經(jīng)該開口端流出。臂(4)在末端的側(cè)壁有出口孔(4a)。臂(5)在其底部有一個(gè)出口孔(5a)。臂(6)在末端有增大橫截面區(qū)域，使流體經(jīng)開口端(6a)流出?？膳c臂(3，4，5，6)相連的沖擊裝置未示出。流體輸送臂(6)以增大橫截面臂端(6a)的形式提供流體料流膨脹的設(shè)備。在容器底部的流體排出孔口示為(7)，用于從容器(1)排出流體。孔口優(yōu)選位于引起分配流體最小擾動(dòng)的地方。
按照本發(fā)明使用圖1所示的流體分配設(shè)備的方法通常按如下步驟進(jìn)行。流體經(jīng)封閉管被引入到裝有流體的容器中并在管接頭(2)處分成幾股料流，在料流中(但不與料流接觸)徑向輸送到分配區(qū)，這四個(gè)分配區(qū)(3a，4a，5a，6a)說明四個(gè)實(shí)施方案。在分配區(qū)的流體出口分別用箭頭示出(臂(5)未用箭頭示出)。一旦注入，流體即與流料接觸并被流料的作用進(jìn)一步分布。通過進(jìn)入的流體在與流料接觸前傳輸?shù)诫x散的分配區(qū)可形成均勻的流體徑向分布。從容器(1)中排出流體對(duì)徑向分布的破壞作用可通過仔細(xì)確定排出口(7)位置而減小。
圖2所示的流體分布設(shè)備包括一個(gè)提升管進(jìn)料管(10)，它在其頂部有一個(gè)管接頭(2)，有多個(gè)臂(5)(示出2個(gè))從該接頭沿徑向分散。臂(5)在其底部有一個(gè)流體出口孔口(5a)，在該孔口安裝防濺板(8)，用于改進(jìn)徑向流體分散。管接頭(2)包括一個(gè)倒錐形體(9)，它有用于分配流體料流到流體輸送臂中的內(nèi)部導(dǎo)向葉片(未示出)。
使用圖2示出的流體分配設(shè)備的本發(fā)明方法通常按下方式進(jìn)行。流體經(jīng)密封導(dǎo)管(10)輸入到有流料的容器中并在導(dǎo)管頂部由管接頭(2)分離，經(jīng)密封的流體輸送臂(5)傳輸?shù)搅黧w分配區(qū)(5a)。流體在流體分配區(qū)(50)被排出并沖擊防濺板(8)，耗散其動(dòng)能，借此通過與流料相互作用進(jìn)行分布。通過在與提升管相鄰處安裝傾斜臂出口段減少催化劑堆的形成和磨蝕。
倒錐形體流體料流分配器示于圖3，它包括一個(gè)帶有4個(gè)導(dǎo)向葉片(12)的頂蓋，葉片應(yīng)安裝得使導(dǎo)向葉片之間的空間與流體輸送臂出口相聯(lián)。
如圖4所示，圖2的流體輸送臂出口包括在該臂底部有單個(gè)孔口(5a)，有兩個(gè)沖擊面(8)的防濺板由支撐構(gòu)件(14)經(jīng)該孔口懸吊著。
示于圖5中的流化催化裂化裝置的再生器包括一個(gè)裝有用于輸送流體催化裂化催化劑到流化床(15)中的提升管進(jìn)料管(10)的圓柱形容器(16)。流化氣體在進(jìn)料管(10)底部輸入。該進(jìn)料管在管接頭(2)處有一個(gè)流化催化劑分配器，管接頭(2)帶有出口孔(17)的流體輸送臂。催化劑排出孔口(7)示于容器底部。流態(tài)化噴嘴(18)用于使催化劑床層處于流化態(tài)。
本發(fā)明的方法，例如使用示于圖5的流態(tài)化催化劑分配裝置的方法，通常按如下方式進(jìn)行。流態(tài)化催化劑經(jīng)提升進(jìn)料管(10)輸入到再生器(16)中，并用在提升管底部輸入的流化氣體(未示出)傳輸?shù)焦芙宇^(2)。催化劑沿催化劑輸送臂(17)傳輸?shù)轿挥诹鲬B(tài)化催化劑床層中的分配區(qū)(17a)。催化劑進(jìn)行快速的徑向分布。催化劑床層借助經(jīng)噴嘴(18)引入的氣體維持在流態(tài)化狀態(tài)，并借助催化劑床層中流體的能量進(jìn)行催化劑的進(jìn)一步分布。
權(quán)利要求
1.一種將流體徑向分配到流料中的方法，其中流體在流料中徑向傳輸，并與流料隔離，再經(jīng)位于流料徑向的多個(gè)分配區(qū)排出。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中流體沿各個(gè)徑向路徑傳輸，每個(gè)路徑形成單個(gè)所述的分配區(qū)。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其中流體在距流料軸線至少四分之一流料半徑處排出。
4.按照權(quán)利要求1到3任一權(quán)利要求的方法，其中流體在每個(gè)分配區(qū)耗散流體動(dòng)能后排出。
5.按照權(quán)利要求1到4任一權(quán)利要求的方法，其中動(dòng)能的耗散是通過沖擊或膨脹待分配的流體來完成的。
6.按照權(quán)利要求1到5任一權(quán)利要求的方法，其中流體包括流化用氣體和流態(tài)化固體的混合物。
7.按照權(quán)利要求6的方法，其中流體含有流化催化裂化催化劑顆粒。
8.按照權(quán)利要求6或7任一權(quán)利要求的方法，其中流料包括流態(tài)化催化劑床層，例如流化催化裂化反應(yīng)器、汽提器或再生器的床層。
9.一種徑向分配流體到流料中的設(shè)備，包括有多個(gè)流體傳輸臂的流體導(dǎo)管，所述臂徑向延伸到流料中，其特征在于所述臂有一封閉長度和在距流體導(dǎo)管的末端或接近該末端有一個(gè)或多個(gè)出口孔。
10.按照權(quán)利要求9的設(shè)備，其中在流體導(dǎo)管上另加有一個(gè)或多個(gè)出口孔。
11.按照權(quán)利要求9或10任一權(quán)利要求的方法，其中流體傳輸臂的長度至少為流料半徑的四分之一。
12.按照權(quán)利要求9到10任一權(quán)利要求的方法，其中流體在每個(gè)出口孔耗散流體動(dòng)能后排出。
13.按照權(quán)利要求11的方法，其中耗散流體動(dòng)能的設(shè)備包括沖擊或膨脹設(shè)備，例如防濺板，沖擊擋板，在徑方向橫截面增大的流體輸送臂或裝有流體可滲透填料的出口孔。
14.按照權(quán)利要求9到13任一權(quán)利要求的方法，其中流體輸送臂在其底部或側(cè)部有一個(gè)出口孔，該臂有一個(gè)封閉的末端。
15.按照權(quán)利要求9到13任一權(quán)利要求的方法，其中流體輸送臂沿整個(gè)長度封閉并在末端壁有一個(gè)出口孔。
16.使用權(quán)利要求9到15任一權(quán)利要求的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備的應(yīng)用，這些設(shè)備用于分配流態(tài)化催化劑到流化床中例如流化催化裂化催化劑再生器的流化床中。
全文摘要
徑向分配流體到流料中的方法，其中流體沿徑向在流料中傳輸，并與流料隔離，再經(jīng)位于流料徑向的多個(gè)分配區(qū)排出。
文檔編號(hào)B65G53/52GK1094656SQ9410429
公開日1994年11月9日 申請日期1994年4月20日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月21日
發(fā)明者G·范德霍寧, F·H·H·克烏, W·M·范潑耶 申請人:國際殼牌研究有限公司