專利名稱:用于立式流動(dòng)的流體固體接觸的混合裝置的制作方法
本發(fā)明一般地涉及流體-固體接觸的領(lǐng)域。更準(zhǔn)確地說(shuō)，本發(fā)明涉及細(xì)顆粒材料床之間的流體混合問(wèn)題。本發(fā)明所包括的范圍是單相或兩相流體的混合。
液體-固體接觸設(shè)備具有廣泛的應(yīng)用范圍。這類設(shè)備在碳?xì)浠衔锏霓D(zhuǎn)換過(guò)程和流體組分的分離用的吸附塔中獲得普遍的應(yīng)用。當(dāng)流體-固體接觸設(shè)備是一個(gè)吸附塔時(shí)，細(xì)顆粒材料將包括一種吸附劑，流體通過(guò)該吸附劑流過(guò)。在碳?xì)浠衔锏霓D(zhuǎn)換中，流體-固體接觸設(shè)備是一個(gè)典型的含有催化劑的反應(yīng)器。經(jīng)過(guò)典型的碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)換反應(yīng)可以完成氫化作用，加氫處理，氫化裂解，加氫脫烷基化作用等。
本發(fā)明所采用的流體-固體接觸設(shè)備的設(shè)置是一個(gè)立式細(xì)長(zhǎng)的筒體，通過(guò)該筒體能夠保持流體的垂直流動(dòng)。在這種容器內(nèi)的細(xì)顆粒材料處于若干個(gè)在垂直方向間隔開的反應(yīng)床。流體通過(guò)至少一個(gè)進(jìn)口和在其對(duì)面端部的一個(gè)出口進(jìn)入容器。流體可以上流式或下流式流經(jīng)反應(yīng)器。由兩個(gè)細(xì)顆粒床之間加入或排出流體，也是一般人們所熟知的。當(dāng)流體的組分流過(guò)顆粒床之間正在進(jìn)行變化或在碳?xì)浠衔锏霓D(zhuǎn)換過(guò)程中，則一個(gè)急冷系統(tǒng)被用來(lái)冷卻流過(guò)各個(gè)反應(yīng)床之間的流體，這也是在吸附作用方案中一般所采用的方法。
流經(jīng)細(xì)顆粒區(qū)的流體的組分與性能的變化，只要這些變化是均勻地發(fā)生，就不會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題。在吸附系統(tǒng)中，這些變化是在吸附劑中的流體的停留或置換的結(jié)果。對(duì)于反應(yīng)系統(tǒng)中的溫度以及流體組分的變化都是由于在反應(yīng)床中所含有的顆粒狀催化劑材料所造成的。
進(jìn)入反應(yīng)床的流體的初始混合不良，或穿過(guò)細(xì)顆粒床的流動(dòng)阻力的變化可以導(dǎo)致通過(guò)這些反應(yīng)床的流體流動(dòng)不均勻。通過(guò)反應(yīng)床的流體阻力的變化能夠改變?cè)诩?xì)顆粒中流體的接觸時(shí)間，由此導(dǎo)致通過(guò)反應(yīng)床的流體流道的反應(yīng)或吸附作用的不均勻性。在情況嚴(yán)重時(shí)，這就是所說(shuō)的液態(tài)化溝流(channeling)，在該溝流中流體越過(guò)反應(yīng)床的一個(gè)有限的部分，可以流入一個(gè)實(shí)際上無(wú)流動(dòng)阻力的細(xì)小的開放區(qū)域。當(dāng)溝流發(fā)生時(shí)，通過(guò)反應(yīng)床的流體的一部分將與反應(yīng)床的細(xì)顆粒物質(zhì)非常小的接觸。假如該過(guò)程是吸附作用之一，則流經(jīng)溝流區(qū)的流體將不能被吸收，由此，改變了這部分流體相對(duì)于那些流經(jīng)吸附床的其它部分流體的組分。對(duì)于催化劑反應(yīng)，催化劑接觸時(shí)間的減少，當(dāng)流體離開催化劑床的不同部位上所產(chǎn)生的流體的組分也將被改變了。
除了流體組分的問(wèn)題以外，細(xì)顆在反應(yīng)床中的不均勻性也能影響通過(guò)該反應(yīng)床的流體的密度和溫度。對(duì)于許多分離過(guò)程，在流體中保留的和置換的組分具有不同的密度，這就會(huì)促使反應(yīng)床的流動(dòng)模型的破壞。與吸附劑顆粒的不均勻接觸將通過(guò)導(dǎo)致流經(jīng)反應(yīng)床的流體密度的進(jìn)一步改變，使問(wèn)題更為嚴(yán)重，并由些使流體通過(guò)顆粒床時(shí)的流動(dòng)模型受到進(jìn)一步的破壞。
在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，由于該系統(tǒng)的吸熱或放熱特性的不同，溫度的變化經(jīng)常會(huì)伴隨著催化劑接觸的不均勻性。對(duì)于催化劑的不均勻接觸，由于反應(yīng)劑的過(guò)熱或過(guò)冷，將對(duì)反應(yīng)過(guò)程的進(jìn)行產(chǎn)生有害的影響。這種問(wèn)題在放熱反應(yīng)中最為嚴(yán)重，那樣會(huì)處于較高的溫度能夠進(jìn)一步導(dǎo)致送入的原料的反應(yīng)或其它流體的組分產(chǎn)生非所要求的產(chǎn)物或者能夠造成局部熱點(diǎn)，這些熱點(diǎn)將對(duì)催化劑和/或機(jī)械部件造成破壞。
所以，為了減少與通過(guò)顆粒材料床的流體的變化有關(guān)方面的問(wèn)題，不同的催化劑或吸附劑床之間流體的再混合方法已經(jīng)結(jié)合在許多種反應(yīng)過(guò)程中。用于收集和重新混合流過(guò)一系列顆粒床的一部分流體的裝置如在美國(guó)專利3，652，450號(hào)和4，087，252號(hào)所示。在這些參考文獻(xiàn)中，流體的再混合是連同另外混入兩個(gè)反應(yīng)床之間的區(qū)域內(nèi)的第二種流體進(jìn)行的。在這些參考文獻(xiàn)中，對(duì)流過(guò)各個(gè)反應(yīng)床之間的流體和外加的流體的混合是在許多個(gè)精心考慮的，位于上部反應(yīng)床的下邊界之內(nèi)或在下部反應(yīng)床的上邊界之內(nèi)或在它們二者之間的若干混合室中進(jìn)行的。
在斯密史(Smith)的美國(guó)專利3，824，080號(hào)中，揭示了一種內(nèi)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)用于混合物流過(guò)各個(gè)反應(yīng)床之間的流體的，而這些流體與在該區(qū)域內(nèi)外加的第二種流體無(wú)關(guān)。這種斯密史設(shè)備收集流入顆粒床之間一種混合相流體，該顆粒床是具有一個(gè)帶中央開口(用于使流體通過(guò)反應(yīng)床之間)的水平節(jié)流口。這種中央開口具有一個(gè)流體分流器裝置，該裝置引導(dǎo)所有蒸汽流過(guò)反應(yīng)室的頂部而所有的液體經(jīng)側(cè)面流入。在斯密史的發(fā)明中，蒸汽與液體互相垂直地進(jìn)行撞擊，由此起再混合的作用。經(jīng)過(guò)再混合的蒸汽和液體流過(guò)節(jié)流器的開口處，它與其它水平的一系列節(jié)流器相接觸，以便提供一個(gè)流體的均勻流動(dòng)流過(guò)下游的顆粒床。
亨乃莫斯等人(Hennemuth et al)的美國(guó)專利3，598，541號(hào)教導(dǎo)流過(guò)各個(gè)顆粒材料床之間的流體的再混合是通過(guò)對(duì)加入混合區(qū)域中的急冷流體直接撞擊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在一個(gè)中央空間內(nèi)進(jìn)行混合，所有的流體都通過(guò)該中央空間。該中央空間包括由兩個(gè)立式筒體確定的一個(gè)環(huán)形區(qū)域。流過(guò)反應(yīng)床之間的流體通過(guò)水平方向設(shè)置的若干孔進(jìn)入，而急冷流體經(jīng)水平方向設(shè)置的孔進(jìn)入內(nèi)筒。環(huán)形混合區(qū)域的下端與下游顆粒區(qū)相連通，以便混合流體通過(guò)。
這里所公開的本發(fā)明的一個(gè)目的是改進(jìn)顆粒材料的反應(yīng)床之間的各種流體的混合。本發(fā)明的另一個(gè)目的是使流過(guò)反應(yīng)床之間的流體達(dá)到混合，而與加入顆粒床之間的區(qū)域中的第二種流體無(wú)關(guān)。本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一個(gè)簡(jiǎn)單的裝置用于達(dá)到反應(yīng)床之間的流體的混合，這種混合很容易在各個(gè)顆粒床之間的一個(gè)最小的空間內(nèi)進(jìn)行。
因此，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案包括一個(gè)流體混合室用以在具有流體進(jìn)口和在其對(duì)面端部有一流體出口的一個(gè)立式流動(dòng)的流體-固體接觸器，和兩個(gè)或更多的在垂直方向隔離開的分立的顆粒材料床。
在一個(gè)更具體的實(shí)施方案中，流體的混合室包括一個(gè)立式流動(dòng)屏障位于兩個(gè)顆粒床之間，具有一個(gè)基本上無(wú)孔的外部區(qū)域和至少一個(gè)中央開口用于流過(guò)兩個(gè)區(qū)域之間的流體;一個(gè)流體撞擊艙位于上述屏障的中心，該艙具有立式側(cè)壁其上至少有兩個(gè)相同的進(jìn)入開口，該開口的尺寸限制在于使其能產(chǎn)生一個(gè)流體射流，該開口與所述屏障的上游端相連通，以便接受被屏障阻擋的流體，艙的垂直側(cè)壁的設(shè)置要能使所有進(jìn)口開口軸向中心線的投影都處于一個(gè)公共的水平面內(nèi)并在一個(gè)預(yù)選的點(diǎn)上相交，以便導(dǎo)致進(jìn)入撞擊艙的流體集中在與各個(gè)進(jìn)入開口等距離的中心點(diǎn)上，并在流體的射流范圍內(nèi);至少有一個(gè)來(lái)自撞擊艙的流體出口，該出口的面積比各進(jìn)入開口的面積總和要大些，該出口與屏障的下游端相連通，并為屏障的下游區(qū)域提供一個(gè)平衡的流動(dòng);在上述屏障的上游端有一個(gè)裝置用于傳送等量的流體從屏障的周邊流向每個(gè)進(jìn)入開口;和一個(gè)裝置用于重新分配流體由撞擊艙的出口流過(guò)顆粒床的下游。
本發(fā)明的更局限的實(shí)施方案包括各種不同的裝置用于施加，分配;收集或排出那些進(jìn)入或者排出于撞擊艙的流體以及在顆粒床和撞擊艙之間的流體收集屏障的特殊裝置或結(jié)構(gòu)。
所以，在其最廣義方面，本發(fā)明是致力于設(shè)置在中央部位的混合部件用于接受流入下游床的流體的全部的流動(dòng)。該混合部件的作用在于流體的完全的混合，并將混合過(guò)的流體以平衡的狀態(tài)流向顆粒床的下游，以便促進(jìn)流體的再分配。流體的混合基本上是由混合區(qū)域的結(jié)構(gòu)所取得的。在該區(qū)域內(nèi)流體以等量的射流被相互導(dǎo)入，由此產(chǎn)生湍流，湍流將促進(jìn)在混合區(qū)域內(nèi)有力的混合，并提供一個(gè)均勻組分的流體流出物。這樣則本發(fā)明的一個(gè)重要的組成部分是提供一種裝置用于引導(dǎo)以等量射流的流體相互導(dǎo)入，以便使混合過(guò)程中加大湍流?？紤]到這一基本構(gòu)思，本發(fā)明的其它目的，實(shí)施方案和優(yōu)點(diǎn)對(duì)那些熟習(xí)本專業(yè)技術(shù)的人們通過(guò)下面的具體描述將是一清二楚了。
圖1是本發(fā)明的立式流動(dòng)接觸塔的局部剖示的立視圖，該接觸塔具有多級(jí)催化劑床和位于各個(gè)顆粒床之間的混合裝置;
圖2是由圖1中的接觸塔的內(nèi)部構(gòu)件的支架上取下來(lái)的一個(gè)混合裝置的透視圖;
圖3是帶局部剖示部分的一個(gè)下流式反應(yīng)器的部分立式圖，顯示混合室的一個(gè)更局限的實(shí)施方案，該混合室具有許多平行的通道用于收集流過(guò)一個(gè)矩形混合區(qū)域的流體;
圖4是表示用于圖3中所示的混合區(qū)域的通道式收集系統(tǒng)的平面圖;
圖5是一個(gè)透視圖用以顯示圖3和圖4中在通道部分內(nèi)的混合區(qū)域。
如上所述，本發(fā)明涉及一種在流體-固體接觸設(shè)備中的顆粒床之間的流體混合裝置。本發(fā)明的基本元件包括一個(gè)密封容器，一個(gè)或更多的顆粒材料床，該顆粒床設(shè)在垂直方向間隔開的區(qū)域內(nèi)和一個(gè)位于各個(gè)顆粒材料床之間的混合室。本發(fā)明本身歸屬于混合室和在其中的構(gòu)件的特殊設(shè)置。對(duì)混合室內(nèi)和立式流動(dòng)塔內(nèi)的各種元件之間的相互關(guān)系的更完全的了解可以通過(guò)參考附圖得到。
具體參考圖1，該剖示的立視圖顯示接觸塔1，其上帶有一個(gè)流體進(jìn)入噴嘴位于塔的頂部，和一個(gè)流體出口位于塔的底部。位于反應(yīng)室內(nèi)的是催化劑水平的區(qū)域2，12和14。
每個(gè)顆粒床是由顆粒構(gòu)成的，該顆?？梢允峭枇?，圓柱形或其它擠壓出的形狀。顆粒的實(shí)際性能將取決于在密封容器內(nèi)實(shí)現(xiàn)的作用過(guò)程。一般地說(shuō)，這里所指顆粒應(yīng)包括吸附劑或催化劑。在每個(gè)顆粒床的上面是一層支承材料3，該支承材料用于將顆粒壓住并加強(qiáng)整個(gè)反應(yīng)床的流動(dòng)分配。這種支承材料(是經(jīng)常采用的，但不是基本材料)通常是由陶瓷小球或其它具有規(guī)則形狀的惰性物質(zhì)。支承材料4還經(jīng)常被用來(lái)置于顆粒床的下面以便阻止催化劑顆粒通過(guò)一個(gè)帶孔的模板或屏蔽元件5(該元件用于限定顆粒床的下部邊界的)進(jìn)行遷移。在催化劑床底部的支承材料在形狀上和構(gòu)成上都與反應(yīng)床上面的支承材料是一樣的。
位于各個(gè)反應(yīng)床之間的是流體收集和混合區(qū)域。緊挨著顆粒保持板5下面設(shè)有流體收集區(qū)6。該流體收集區(qū)可使流體的輸送通過(guò)屏蔽板8進(jìn)入撞擊艙7。如圖1所示，收集區(qū)可由一個(gè)空的空間構(gòu)成，以便讓流體在水平方向流動(dòng)。但是在結(jié)合圖3，4和5的進(jìn)一步詳細(xì)論述時(shí)，該收集區(qū)可以與屏蔽板8形成一個(gè)整體，以便使限制流體流動(dòng)的各個(gè)元件也可以引導(dǎo)流體進(jìn)入撞擊艙。因此，流體收集裝置并非受某一構(gòu)造的限制，而是考慮流體通往撞擊艙的任意方法。在其最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)型式中，該流動(dòng)屏蔽板8將包括一個(gè)平板安裝并密封在接觸塔的側(cè)壁上，該平板具有一個(gè)中心開口，撞擊艙7就是通過(guò)該中心開口設(shè)置的。但是，該屏蔽板可以采取任何要求的形狀以使其除了允許通過(guò)撞擊艙的開口外，阻止流體在任何位置上流過(guò)。屏蔽或擋板用于阻止流體流動(dòng)的限制是考慮到由各種不同反應(yīng)床的顆粒材料經(jīng)常由容器底部通過(guò)鋪設(shè)的各種顆粒床進(jìn)行卸載。為了完成這種卸載，通常是在各個(gè)反應(yīng)床之間的格柵內(nèi)設(shè)置若干垂直的導(dǎo)管，以便形成由一個(gè)床到下一個(gè)床的顆粒材料的通道，借以從接觸塔中排出。屏蔽中含有幾個(gè)這樣的導(dǎo)管是在本發(fā)明的構(gòu)思范圍內(nèi)。這些導(dǎo)管通常是開口的但填充以上面所述的惰性支承材料。所以，通過(guò)這些導(dǎo)管對(duì)流體流動(dòng)的阻力要比上述撞擊艙和收集系統(tǒng)的阻力大得多，最終結(jié)果是流體通過(guò)這些導(dǎo)管的量將低于流體在各個(gè)反應(yīng)床之間的流動(dòng)總量的5%。
該撞擊艙，(下面還將更詳細(xì)地介紹)由收集空間6接受流體，經(jīng)過(guò)充分混合之后，以使其通過(guò)屏蔽板8，在該屏蔽板的下面是另一個(gè)空間10，通過(guò)該空間對(duì)流體進(jìn)行重新分配。再一次在最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)型式中，此重新分配區(qū)是在撞擊艙的出口和其下游的催化劑床頂部之間的一個(gè)簡(jiǎn)單的空間。不過(guò)，包括其它裝置如擋板，流量分流器或蒸汽-液體槽板以便進(jìn)一步幫助流過(guò)下游的催化劑床頂部的流體進(jìn)行重新分配也是可能的。在重新分配區(qū)10內(nèi)顯示出一個(gè)噴嘴和一個(gè)管道系統(tǒng)9用于向接觸塔加入流體或排出流體。在分離過(guò)程中，該噴嘴可以用于有選擇地加入或排出各種組分的流體。對(duì)下流式的反應(yīng)器，該噴嘴的特殊用途是加入急冷介質(zhì)以便對(duì)進(jìn)入下一個(gè)催化劑床的反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)行冷卻。圖1所示的噴嘴和管路系統(tǒng)設(shè)置在屏蔽板8的下面;而把噴嘴和管路系統(tǒng)設(shè)置在屏蔽板8的上面，而且可能設(shè)置在下游的催化劑床的最上部或放在上游的催化劑床的最下部都是屬于本發(fā)明的構(gòu)思范圍內(nèi)的?；旌虾蟮牧黧w進(jìn)入下一個(gè)顆粒材料床，由該顆粒材料床，在通過(guò)一個(gè)適當(dāng)?shù)某隹陔x開接觸塔之前，可以繼續(xù)通過(guò)隨后的重新混合區(qū)和各個(gè)顆粒材料床。
圖2顯示一個(gè)撞擊艙的實(shí)施方案。該撞擊艙是由帶有兩個(gè)進(jìn)入開口16和17的兩個(gè)側(cè)壁;一個(gè)金屬絲濾網(wǎng)出口20位于底部;一個(gè)無(wú)孔的頂板15和無(wú)孔的兩個(gè)側(cè)壁18和19所組成。該撞擊艙是對(duì)任何具體形狀不加限制。例如撞擊艙可以由一個(gè)在側(cè)面上帶幾個(gè)進(jìn)口和一個(gè)底部出口的立式筒體構(gòu)成。不過(guò)要具有某些一般的尺寸限制，將在下面進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。撞擊艙的基本功能是對(duì)通過(guò)各個(gè)顆粒材料床之間的流體提供均勻的混合。通過(guò)對(duì)進(jìn)入開口16和17的確定方向和尺寸大小以達(dá)到這樣的均勻混合。這些開口尺寸的確定是使通過(guò)每個(gè)開口進(jìn)入的流體形成一個(gè)射流或一個(gè)集中的流道。進(jìn)口位置的設(shè)置要使流體射流在撞擊艙的中心點(diǎn)上以相互對(duì)著的方向進(jìn)行撞擊。圖2中只顯示出兩個(gè)進(jìn)入開口，但可以設(shè)置多于兩個(gè)的進(jìn)入開口以對(duì)稱的形式設(shè)置，使它們?cè)谒蟹较蛏系纳淞鞯淖矒袅Χ蓟ハ嗟咒N了。進(jìn)入開口的垂直定位對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)也是很重要的。所有的進(jìn)口都應(yīng)當(dāng)設(shè)置在同一高度上。這種等高度是為提供不帶不平衡分量的等速撞擊速度所必需的。最后，關(guān)于形狀方面，沒有必要非把進(jìn)入開口制成圓的不可。對(duì)進(jìn)入開口的基本要求僅僅是要限制其截面尺寸，以便形成所要求的流體射流。
顯然，開口的數(shù)量和大小對(duì)任何給定的通過(guò)撞擊艙的壓力降將會(huì)決定流體射流的長(zhǎng)度。但是，由于通常希望減小在立式流動(dòng)塔中的壓力降，實(shí)際考慮將限制噴射流的長(zhǎng)度。正如對(duì)本專業(yè)領(lǐng)域的人員所熟知的即壓力降是流體速度和平均流體密度的函數(shù)。射流長(zhǎng)度和通過(guò)一個(gè)開口或許多個(gè)開口的壓力降的各種計(jì)算方法都是熟悉本專業(yè)的人員早已知道的。對(duì)于本發(fā)明所應(yīng)用的絕大部分流體其開口尺寸的確定應(yīng)使其速度在4.6至15.2米/秒范圍內(nèi)?；旌鲜业某叽绱笮”仨毷蛊浔ＷC流體的射流將以足夠的速度相沖擊以便使流體得到充分的混合。所以，任何進(jìn)入開口和撞擊艙的中心點(diǎn)之間的距離必須不超過(guò)射流計(jì)算長(zhǎng)度的60%。這樣，則對(duì)壓力降和射流長(zhǎng)度的考慮將決定著撞擊艙的長(zhǎng)度或直徑。
雖然任何形狀的撞擊艙都可以使用，只帶有兩個(gè)進(jìn)入開口的方形的或矩形的撞擊艙是特別適用的，是由于它對(duì)下面所描述的通道收集裝置的簡(jiǎn)易性和適用性。當(dāng)撞擊艙內(nèi)僅僅具有兩個(gè)圓的開口時(shí)，則兩個(gè)開口之間的最大距離不應(yīng)超過(guò)進(jìn)入開口直徑的六倍，最好是小于三倍進(jìn)入開口直徑。減小兩個(gè)進(jìn)口之間的間隔將促使增加渦流和促進(jìn)較好的混合。當(dāng)然兩個(gè)進(jìn)入開口間的某些距離必須予以保持。最小距離需要考慮，以便具有足夠的排出開口面積而且還要保持必要的用于撞擊艙的長(zhǎng)度寬度比。
另外，為了增大渦流或混合，混合艙的整個(gè)高度應(yīng)不超過(guò)進(jìn)入開口的垂直方向尺寸的四倍。同樣地，為了防止在矩形結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)停滯區(qū)，撞擊艙的寬度也應(yīng)限制在進(jìn)入開口的水平方向尺寸的四倍以內(nèi)。當(dāng)撞擊艙以橫截面積為圓形的立式筒體構(gòu)成的情況下，無(wú)論對(duì)進(jìn)入開口及間隔的限制或者對(duì)最大寬度的限制，都可以控制撞擊艙的直徑。
再參看圖2，撞擊艙至少含有一個(gè)排出開口20。對(duì)排出開口的最重要的限制就是其打開的橫截面積要超過(guò)進(jìn)入開口總的橫截面積。要使流體的射流在撞擊艙的各個(gè)進(jìn)口處形成，這方面當(dāng)然是必要的。關(guān)于速度，通常所要求的是出口速度的設(shè)計(jì)，使該速度不要超過(guò)4.6米/秒而且最好是低于3米/秒。盡管對(duì)整個(gè)出口的形狀任何限制是不必要的，其開口可以帶金屬絲型的如圖2所示，或是多孔板或金屬絲濾網(wǎng)。這些對(duì)出口的限制往往是為了改善流動(dòng)分布，擋住顆粒材料或減小由于某些流體的渦流混合所產(chǎn)生的泡沫。另外排出開口的位置在撞擊艙的那一邊是不受限制的，而且排出開口實(shí)際上可以是多開口的。一個(gè)或幾個(gè)排出開口可以設(shè)置在撞擊艙的任何側(cè)壁上，該艙是與混合室的下游部分相連通，只要是該開口或這些開口與撞擊艙的中心線對(duì)稱就可以。對(duì)于一個(gè)或多個(gè)排出開口的唯一的限制就是要對(duì)下游床的位置相對(duì)稱以便將從撞擊艙出來(lái)的流體處于平衡狀態(tài)的流動(dòng)送入下游顆粒床。在這種情況下，對(duì)流體在整個(gè)顆粒材料床的重新分布是有利的。
雖然圖1一般是顯示一個(gè)用作下流式反應(yīng)器的設(shè)備，本發(fā)明并不受通過(guò)該反應(yīng)塔的單一流動(dòng)方向的限制。在一個(gè)上流式的反應(yīng)器中，其進(jìn)口必須與下顆粒床相連通，而撞擊艙倒過(guò)來(lái)，以便使撞擊艙的出口通向一個(gè)上部重新分配區(qū)域。這樣則本發(fā)明的混合室同樣可用于上流式或下流式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
如在先有技術(shù)中所指出的，許多中間混合裝置采用另外的一個(gè)外部流體作為混合操作過(guò)程的一個(gè)整體部分。相反地，本裝置不需要任何外加的流體通過(guò)各個(gè)顆粒材料床之間使其對(duì)流體的混合發(fā)揮作用。這樣本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是為通過(guò)各個(gè)顆粒床之間的流體提供良好的混合，而不要另外加入或排出流體。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是撞擊艙的整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和緊湊。這些特點(diǎn)使其有可能與本發(fā)明的混合室相配合以便裝入現(xiàn)有的多個(gè)顆粒床之間的空間內(nèi)而不需要對(duì)接觸區(qū)域的內(nèi)部結(jié)構(gòu)擴(kuò)大。
除了撞擊艙以外，混合室的其它構(gòu)件包括前面所提到的分配器，支承材料，屏蔽板，和管道網(wǎng)。這些構(gòu)件的設(shè)計(jì)決定于許多因素。在這些因素中有設(shè)備中允許的壓力降，通過(guò)各個(gè)顆粒床之間的流體的組分，以及在接觸區(qū)域內(nèi)的工作條件。此外，對(duì)于混合后的相系，流過(guò)各個(gè)顆粒床之間的蒸汽或液體的量將在很大程度上決定著所需要的屏蔽的型式，通過(guò)屏蔽的進(jìn)入和排出開口的尺寸大小以及合適的重新分布裝置。其它的考慮將影響混合室的總體尺寸和結(jié)構(gòu)的是一個(gè)外加的急冷器。急冷分配系統(tǒng)的安置和控制將需要在混合區(qū)內(nèi)的另外的空間。當(dāng)然，這里所提到的因素，絲毫不排除一系列機(jī)械方面和處理過(guò)程方面的考慮，那將納入混合室的設(shè)計(jì)中。但是，這類問(wèn)題的考慮對(duì)熟悉本專業(yè)的人員是熟知的，不需要再詳述。
本發(fā)明的混合裝置是特別適用于下流式反應(yīng)器并配合以一個(gè)濾網(wǎng)或由一系列通道組成的屏蔽板。這種反應(yīng)器用于完成氫化作用，加氫處理，氫化裂解和加氫脫烷基化反應(yīng)是很適合的。當(dāng)完成放熱反應(yīng)時(shí)，諸如加氫處理和氫化裂解，通常是將急冷流施加于催化劑床之間以控制各種反應(yīng)劑的溫度?；旌蠀^(qū)的作用過(guò)程(與本發(fā)明所提供的急冷流無(wú)關(guān))對(duì)這類放熱的反應(yīng)是特別適合的。當(dāng)催化劑隨著其在反應(yīng)區(qū)連續(xù)作用發(fā)生的鈍化，急冷劑的量和溫度，(該急冷劑通常含有氫)必須減小。用于急冷的冷卻需要量的減小對(duì)再混合區(qū)內(nèi)那些以提供冷卻劑作為混合作用的一部分的場(chǎng)合會(huì)造成許多問(wèn)題。在這種系統(tǒng)中，經(jīng)常需要變化冷卻劑的溫度以便達(dá)到減小冷卻的目的，同時(shí)，在一個(gè)混合區(qū)內(nèi)仍然要保持一個(gè)外加的急冷介質(zhì)的合適的液體體積。由于在本發(fā)明中的急冷劑的加入與撞擊艙是無(wú)關(guān)的，變化急冷劑的量將對(duì)反應(yīng)劑的混合不會(huì)產(chǎn)生多大影響。
然而得到急冷劑流道和反應(yīng)劑的良好混合也是很重要的。如此則當(dāng)有可能通過(guò)一個(gè)位于撞擊艙下游的管路分配系統(tǒng)得到急冷劑的合適的混合時(shí)，將急冷劑分配系統(tǒng)設(shè)置在撞擊艙的上游是特別有利的。將急冷劑流道設(shè)置在撞擊艙的前頭，有兩次機(jī)會(huì)使急冷介質(zhì)與反應(yīng)劑相混合。急冷介質(zhì)的第一次混合發(fā)生在急冷劑進(jìn)入反應(yīng)劑的初次分配點(diǎn)上，而再一次混合是當(dāng)急冷劑和反應(yīng)劑流經(jīng)撞擊艙時(shí)。
現(xiàn)在可將注意力轉(zhuǎn)向圖3，4和5，其中一個(gè)急冷系統(tǒng)的專門的組合件，立式流動(dòng)屏蔽和撞擊艙以恰當(dāng)?shù)呐浜涎b入一個(gè)下流式反應(yīng)器。在本實(shí)施方案中，提供一個(gè)按圖1所示的總體流動(dòng)方案圖。這樣，反應(yīng)劑進(jìn)入一個(gè)立式細(xì)長(zhǎng)的反應(yīng)器，并流經(jīng)若干催化劑床和中間混合室?，F(xiàn)在參看圖3，圖中顯示中間混合部分的具體結(jié)構(gòu)。
在本裝置中，反應(yīng)劑通過(guò)催化劑床，向下流動(dòng)，與此同時(shí)急冷介質(zhì)施加在噴嘴23并通過(guò)管道分配系統(tǒng)24在整個(gè)催化劑床的下部截面積上進(jìn)行分配。反應(yīng)劑連續(xù)通過(guò)支承材料25，該支承材料鋪設(shè)在金屬絲濾網(wǎng)21上。在通過(guò)濾網(wǎng)以后，反應(yīng)劑和急冷介質(zhì)被收集在串接的平行通道27，61和62中，該通道是在水平方向設(shè)置并向著催化劑床的上部打開。流體從外部通道27開始輸送通過(guò)中間通道61進(jìn)入中心通道62，輸送過(guò)程是通過(guò)使流體在通道與通道之間流動(dòng)的導(dǎo)管28和29來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由撞擊艙把中心通道62分成兩部分如圖4所示。為了對(duì)撞擊艙的每邊提供等量的流體，采用四個(gè)導(dǎo)管以便向撞擊艙的每邊提供等流量的流體。流體離開撞擊艙的出口后，進(jìn)入重新分配區(qū)40，在該分配區(qū)將蒸汽和液體在下部催化劑床的整個(gè)面積上進(jìn)行重新分配。為了促進(jìn)混合過(guò)的蒸汽和液體流道較好的分布，一個(gè)蒸汽液體再分配器槽板51設(shè)置在下部催化劑床的頂部。這些槽板的各種型式對(duì)于熟悉本專業(yè)的人員是非常清楚的，并包括水平槽板部分51和置于其中的垂直導(dǎo)管50。該導(dǎo)管中還帶有一個(gè)頂蓋，V形槽開口在其上部用于接受蒸汽，和多孔的側(cè)面部分靠近上槽板表面用作液體的通道。通過(guò)蒸汽液體再分配器槽板，該流體進(jìn)入另一個(gè)開放區(qū)域52，在該區(qū)域內(nèi)可以進(jìn)行進(jìn)一步的重新分布。然后流體流經(jīng)一層支承材料53并繼續(xù)通過(guò)下一個(gè)催化劑床54。
對(duì)收集通道和撞擊艙的裝置的更完全的了解可以通過(guò)圖4達(dá)到，圖4是顯示這些裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一個(gè)平面圖。通道的兩端具有隔板，這些隔板與容器外殼的輪廓形相匹配。外部收集空間27可以通過(guò)一個(gè)單一的導(dǎo)管28與下一個(gè)向內(nèi)的通道相連結(jié)。連結(jié)在通道上的導(dǎo)管的設(shè)計(jì)都要滿足最小壓力降的要求。通過(guò)導(dǎo)管28和29的流體最大速度不應(yīng)超過(guò)4.6米/秒，而且最好是低于3米/秒。收集在中間通道61中的流體連同由外部通道27來(lái)的流體一起流經(jīng)中央通道62，該通道包括撞擊艙30。流體被導(dǎo)入中央通道是以對(duì)稱的狀態(tài)向著撞擊艙的兩側(cè)提供等體積的流體。圖4還顯示出立式導(dǎo)管55，該導(dǎo)管都是用于卸載由上面所述的反應(yīng)器中來(lái)的催化劑。
圖5表示設(shè)置在中央通道62中的撞擊艙。由圖中可以清楚地看出，撞擊艙與在三個(gè)側(cè)面56，57和58上的通道形成一個(gè)整體。這些側(cè)面含有一個(gè)多孔的部件位于撞擊艙的區(qū)域內(nèi)，該部件用作混合過(guò)的流體的出口。在本具體的實(shí)施例中兩對(duì)面的邊59和63帶有一個(gè)進(jìn)入開口60(是圓孔形的);開口的高度都低于通道的深度。此降低的高度使附加的流體能通過(guò)撞擊艙的頂部，它用來(lái)補(bǔ)償流體流向進(jìn)口的任何不平衡。但是，設(shè)有若干進(jìn)入開口的各個(gè)端板完全把通道的橫斷面積閉鎖起來(lái)也是可能的。
本實(shí)施例并非意味著限制一個(gè)通道可以與撞擊艙構(gòu)成一個(gè)整體的方式。本發(fā)明的撞擊艙和通道可以結(jié)合于任何數(shù)量的裝置中。其它可能性包括帶有通向撞擊艙進(jìn)口流道流入與通道主軸線相垂直的方向或采用帶有設(shè)置在兩個(gè)中央通道之間的撞擊艙的偶數(shù)通道。
對(duì)那些熟悉反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的技術(shù)人員能夠很容易理解圖3所示的裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。首先是流體的收集通道，該通道還構(gòu)成屏蔽或擋板用于流動(dòng)的垂直流路都是緊縮的而且在反應(yīng)器內(nèi)幾乎不需要垂直方向的空間。另外，這些通道帶有一個(gè)支承法蘭部分42以便與許多平行的支承柱26相配合(該支承柱通常是用于支持催化劑床)是很容易制造的。而且，撞擊艙不需要另外增加空間，它可以很方便地設(shè)置在中央通道內(nèi)。通道收集系統(tǒng)的設(shè)置也是有好處的，該系統(tǒng)不與急冷分配系統(tǒng)在支承柱的上部相干涉。這樣，則無(wú)論置于下流式的反應(yīng)器中或者更一般的是置于垂直流動(dòng)的流體固體接觸塔中，收集通道和撞擊艙對(duì)中間混合區(qū)域提供獨(dú)特的好處。
權(quán)利要求
1.一種流體混合裝置用于垂直流動(dòng)的流體-固體接觸塔，該接觸塔至少具有一個(gè)流體進(jìn)口和在其對(duì)面的一端的一個(gè)流體出口，兩個(gè)或更多的在垂直方向間隔開的顆粒材料床，所述混合室包括a)一個(gè)流動(dòng)屏蔽板，用于基本上防止位于任何兩個(gè)挨近的反應(yīng)床之間流體的垂直方向流動(dòng)，該流動(dòng)屏蔽板具有一個(gè)無(wú)孔的外部面積和至少一個(gè)中央開口用于使各個(gè)反應(yīng)床之間的流體通過(guò)；b)一個(gè)流體撞擊艙位于上述屏蔽板的中心，它帶有至少含有兩個(gè)相同的進(jìn)入開口的垂直側(cè)壁，該進(jìn)入開口與屏蔽板的上游端相連通，用于接受通過(guò)屏蔽板擋住的流體流入撞擊艙內(nèi)，上述各側(cè)壁和進(jìn)入開口的設(shè)置，應(yīng)當(dāng)使所有的進(jìn)口的軸向中心線的投影處于一個(gè)公共的水平面內(nèi)，并且在一個(gè)預(yù)先選定的點(diǎn)上相交，以便使進(jìn)入撞擊艙的流體將集中在與所有進(jìn)入開口等距離的中心點(diǎn)上，上述進(jìn)入開口的尺寸大小要限制到使其產(chǎn)生的流體射流的長(zhǎng)度至少要等于進(jìn)入開口到中心點(diǎn)的距離；并且至少有一個(gè)排出開口，它包括一個(gè)上述屏蔽板的中央開口，該中央開口具有一個(gè)大于所有進(jìn)入開口的面積總和的開口面積，該中央開口與上述屏蔽板的下游端相連通，并提供一個(gè)平衡的向著屏蔽的下游區(qū)的流動(dòng)；c)所述屏蔽板上游一側(cè)的裝置用于傳送等量的流體由屏蔽的周邊流向每個(gè)進(jìn)入開口；d)一種裝置用于將來(lái)自撞擊艙出口的流體對(duì)著整個(gè)下游顆粒床進(jìn)行重新分配。
2.如權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征是撞擊艙的出口由多孔板，成型金屬絲，或?yàn)V網(wǎng)材料構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征是撞擊艙基本上是矩形的，它帶有若干個(gè)圓形進(jìn)入開口設(shè)置在兩個(gè)相對(duì)的垂直側(cè)壁上，和若干個(gè)排出開口設(shè)置在另外兩側(cè)壁的任何一個(gè)上。
4.如權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征是所述傳送和重新分配裝置是由屏蔽板和顆粒區(qū)域的上，下邊界之間的自由區(qū)域組成。
5.如權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征是所述撞擊艙的進(jìn)入開口的尺寸大小要滿足其流入速度在4.6至15.2米/秒范圍內(nèi)，而撞擊艙的排出開口的尺寸大小要滿足其最大速度低于4.6米/秒。
6.如權(quán)利要求
3所述的裝置，其特征是兩個(gè)相對(duì)的進(jìn)入開口之間的距離應(yīng)不大于進(jìn)入開口直徑的六倍。
7.如權(quán)利要求
6所述的裝置，其特征是撞擊艙在垂直于進(jìn)入開口中心線方向的最大尺寸不應(yīng)超過(guò)進(jìn)入開口直徑的三倍。
8.如權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征是所述屏蔽板包括許多開口平行的通道凹向上游顆粒區(qū)域，并通過(guò)導(dǎo)管連結(jié)起來(lái)，以便使流體收集在該通道內(nèi)并向著撞擊艙輸送。
專利摘要
一種流體混合裝置用于立式流動(dòng)的流體-固體接觸塔，該接觸塔具有一個(gè)流體進(jìn)口和在其對(duì)面一端的一個(gè)流體出口。兩個(gè)或更多的不同的顆粒材料床，并在工作過(guò)程中以單相的或兩相的流體流過(guò)。該混合裝置包括一個(gè)立式流動(dòng)屏蔽以及一個(gè)位于屏蔽中心的撞擊艙。撞擊艙使流體流道產(chǎn)生渦流沖擊，使混合作用得以改進(jìn)。離開撞擊艙的流體通過(guò)一個(gè)包括屏蔽的中央開口的出口，該中央開口與屏蔽的下游一側(cè)相連通，并提供一個(gè)平衡的流動(dòng)由撞擊艙流出。
文檔編號(hào)C10G11/00GK87103951SQ87103951
公開日1988年12月14日 申請(qǐng)日期1987年5月29日
發(fā)明者克勞德·F·佩羅德 申請(qǐng)人:環(huán)球油品公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan