專利名稱：氣固分離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將固體粒子和氣體的混合物分離成固 體粒子和氣體的氣固分離器。
背景技術(shù)：
自古就公知有將粒子狀的固體作為催化劑或熱介質(zhì)，使其 與反應(yīng)物4妻觸的反應(yīng)系統(tǒng)。在這樣的反應(yīng)系統(tǒng)一流化床式反應(yīng) 器中，有的使用濃厚流動層(氣泡流動層)，有的使用高速移動 層(高速流動層)等。需要縮短固體粒子和氣體的接觸時間的 反應(yīng)(短時間接觸反應(yīng))使用高速移動層?，F(xiàn)在，在以重油等 為原料油制造汽油的流動接觸分解裝置中，被稱為上升裝置
(riser)的上升流型高速移動層反應(yīng)器成為主流。其理由在于 隨著催化劑性能的提高，能縮短接觸時間，由此汽油等理想生 成物的選擇性上升，能抑制不理想的過分解反應(yīng)。
在高速移動層反應(yīng)器中，雖然生成物氣體和粒子狀固體催 化劑的混合物從反應(yīng)器出口流出，但在要求短時間接觸反應(yīng)的 這種裝置中，如何能迅速地從混合物中分離出粒子狀的固體催 化劑是重要的課題，成為分離器的重要性能。
作為這樣的氣固分離器，眾所周知的是例如專利文獻l ~ 3 所示的氣固分離器。
專利文獻l:日本特開平10-249122號乂>才艮
專利文獻2:美國專利6146597號說明書
專利文獻3:日本特開平10—249121號7^凈艮
發(fā)明內(nèi)容但是，人們弄清楚了現(xiàn)有的氣固分離器分離效率并不充分。 本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，提供一種與以前相比，氣體 和固體的分離效率更高的氣固分離器。
本發(fā)明的氣固分離器，包括沿鉛直方向延伸的內(nèi)筒，其 下端被封閉并且上端開口；以及外筒，其從外側(cè)同軸狀覆蓋該 內(nèi)筒，在內(nèi)筒的上端側(cè)形成有與外部連通的排氣口 ，在內(nèi)筒的 下端側(cè)的側(cè)壁上沿圓周方向形成有多個沿軸向延伸的長孔，在 各長孔的一側(cè)的長邊緣部設(shè)有引導(dǎo)葉片，該引導(dǎo)葉片向外側(cè)突 出，并且向周向傾斜而覆蓋各長孔。而且，內(nèi)筒的處于長孔與 長孔之間的部分向內(nèi)筒的中心方向凹。
根據(jù)本發(fā)明，從內(nèi)筒的開口向下供給固體粒子和氣體的混 合物時，則該混合物從內(nèi)筒的各長孔向下、向外筒內(nèi)排出。排 出的氣體沿引導(dǎo)葉片的內(nèi)表面稍稍回旋，且進一步向下行進。 在此，混合物中的一部分固體粒子沖撞引導(dǎo)葉片的內(nèi)表面，沖 撞的固體粒子仍然沿引導(dǎo)板的內(nèi)表面向下落下。由于在外筒的 上部設(shè)有排氣口 ，所以包含其它固體粒子的氣體的方向向上翻 轉(zhuǎn)，沿設(shè)置在相鄰的長孔的緣部上的引導(dǎo)葉片的外表面向上流 動，然后/人排氣口排出。而且，在該氣體的流動/人向下翻轉(zhuǎn)為 向上時，伴隨著氣體的固體粒子由于其慣性或自重而與氣體分 離，向下方回旋著主要沿內(nèi)壁下降。
特別是，在本發(fā)明中，內(nèi)筒的處于長孔與長孔之間的部分 向內(nèi)筒的中心方向凹。因此，氣體的流動翻轉(zhuǎn)而上升時的水平 截面積變大，氣體的上升速度變慢，能有效地阻礙固體粒子偕 同上升，因此，能顯著地提高分離效率。
在此，優(yōu)選凹部沿長孔的鉛直方向長度的50%以上形成。 由此，提高分離效率的效果更高。
另外，優(yōu)選凹部至少形成在長孔和長孔之間的下側(cè)。氣體的流動在該下側(cè)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，因此分離效率上升的效果更高。
另外，優(yōu)選從內(nèi)筒的軸向看來，凹部的截面呈圓弧狀。由
此能與引導(dǎo)葉片順利地連接，能夠減少多余的流動的紊亂等。 根據(jù)本發(fā)明，能提供一種與以前相比，氣體和固體的分離
效率更高的氣固分離器。


圖l是第一實施方式的氣固分離器的局部剖立體圖。
圖2是圖1的氣固分離器的縱剖視圖。
圖3是圖2的III - m剖視圖。
圖4是圖1的引導(dǎo)葉片附近的放大立體圖。
圖5是表示圖3的引導(dǎo)葉片的變形例的剖視圖，(a)是平 板狀的引導(dǎo)葉片，(b)是折板狀的引導(dǎo)葉片。
圖6是表示第2實施方式的氣固分離器的縱剖視圖。
圖7是表示實施例以及比較例的條件和結(jié)果的表。
附圖標記說明
2、外筒；2a、中央外筒；3、排氣口； 4、長孔；5、引導(dǎo) 葉片；6、開口； 10、內(nèi)筒；100、 102、氣固分離器。
具體實施例方式
第l實施方式
以下使用附圖詳細地對本發(fā)明進行說明。圖1 ~ 4是表示第 l實施方式的氣固分離器的一種方式的圖，圖l是局部剖立體 圖，圖2是圖l的氣固分離器的縱剖視圖，圖3是用III-III面剖 切氣固分離機的橫截面圖，圖4是表示引導(dǎo)葉片附近的流動的
5立體圖。
氣固分離器100以呈同軸狀固定的內(nèi)筒10以及兼作外圍器 的外筒2為主體，構(gòu)成大致筒狀的雙層結(jié)構(gòu)，以沿鉛直方向延 伸的姿態(tài)使用。
內(nèi)筒
內(nèi)筒10是沿鉛直方向延伸的有底圓筒狀，上端開口而形成
導(dǎo)入口l,從該導(dǎo)入口 l導(dǎo)入粒子和氣體的混合物。下端由底才反 ll封閉。
關(guān)于內(nèi)筒IO的尺寸，雖然優(yōu)選其外徑D3與直接連接于上游 側(cè)的未圖示的混合物輸送管相同，但為了獲得通過內(nèi)筒10的混 合物的適度的線速度，既可以減小尺寸，也可以增加尺寸。具 體地說，優(yōu)選確定內(nèi)筒的直徑，使得內(nèi)筒10的混合物線速度為 3~30m/s，優(yōu)選10 20m/s。
在內(nèi)筒10的朝底板11側(cè)的側(cè)面上，在其圓周等分部位上形 成有多個(在圖中是12個)沿軸向延伸的窄幅矩形狀的長孔(狹 縫)4。
長孔4的開口面積根據(jù)混合物的供給量確定，以使通過長 孔4的混合物的線速度為1 ~ 50m/s、優(yōu)選3 ~ 30m/s、最優(yōu)選5 ~ 15m/s。若確定了長孔4的面積，則可以據(jù)此確定長孔4的寬度 W和長度L 。在通過長孔4的混合物的線速度小于1 m / s的情況 下，由于混合物的速度慢，分離不充分，所以不理想。另外， 在線速度大于50m/s的情況下，由于長孔4、引導(dǎo)葉片5、外筒2 的側(cè)壁的磨損劇烈，所以不理想。
使用內(nèi)筒10的圓周長L1用下式來表示適合于實用的長孔4 的水平方向的寬度W。
狹縫的寬度W = 3mm ~ L x 1/4，優(yōu)選W = L x 1/16 ~ L x
1/64另外，使用后述的中央外筒2a的高度La用下式表示實用的 長孔4的鉛直方向長度L。
狹縫的長度L:Laxa，在此，a是O.l ~ 0.99,優(yōu)選0.7~ 0.95。
在這些長孔4的各自 一長邊緣部上設(shè)有向外側(cè)突出的長彎 曲板狀的引導(dǎo)葉片5。即，引導(dǎo)葉片5與長孔4數(shù)量相同，分別 沿長孔4的一長邊緣部設(shè)置。這些引導(dǎo)葉片5與內(nèi)筒徑向成一定 角度，即，各引導(dǎo)葉片5覆蓋各長孔4地向一定的圓周方向傾斜 設(shè)置。傾斜形狀既可以如圖1和圖3所示那樣彎曲，還可以如圖 5的(a)橫截面圖所示那樣是平板狀，再有，也可以如圖5的 (b)所示那樣是在中途折曲的板狀。在引導(dǎo)葉片是彎曲的情 況下，如圖3所示，面向長孔4的一側(cè)最好是為凹面那樣的曲面， 特別優(yōu)選截面為圓弧。在截面為圓弧的情況下，半徑是r，頂角 是70~ 120度，在內(nèi)筒10的外徑為D3，中央外筒2a的內(nèi)徑為D2 時，優(yōu)選0.4x (D2-D3)《r《0.5x ( D2—D3 )。
各引導(dǎo)葉片5的徑向的突出長度P (參照圖3),即，((內(nèi)筒 10的中心C和引導(dǎo)葉片5的頂端F的距離R) -0.5x內(nèi)筒10的外 徑D3)優(yōu)選中央外筒2a的內(nèi)徑為D2而如下式那樣設(shè)定。
作為分離器整體，優(yōu)選全部引導(dǎo)葉片5為同一形狀，位于 圓周等分點上，以便獲得順利的動作。另外，也可以與一個長 孔4相對應(yīng)，分別設(shè)置被分割為多個部分的結(jié)構(gòu)的引導(dǎo)葉片5。
引導(dǎo)葉片的突出長度P = ( R - 0.5 x D3 )=0.5 x ( D2 - D3 ) xb,在此，b為0.2 0.99,優(yōu)選0.7~0.95。
在b小于0.2,即在引導(dǎo)葉片5的徑向突出長度P過小的情況 下，從長孔4噴出的氣流不能明確地進行翻轉(zhuǎn)，不理想。在b大 于0.99,即在引導(dǎo)葉片的徑向突出長度P過大的情況下，外筒 和引導(dǎo)葉片的間隙過小，引導(dǎo)葉片和外筒接觸，因此不理想。另外，對于引導(dǎo)葉片5的鉛直方向長度來說，雖然優(yōu)選與
長孔4的鉛直方向長度L相同的程度，但可以如以下那樣規(guī)定。 引導(dǎo)葉片5的最小高度=長孔4的長度L/2 引導(dǎo)葉片5的最大高度=外筒2的長度
優(yōu)選引導(dǎo)葉片5的高度為長孔4的長度L以上且是0.8 x外 筒2的長度。
關(guān)于長孔4的數(shù)量，雖然在圖示的例子中是12個，但并不 限于此，長孔4的數(shù)量是2個以上即可。優(yōu)選8 16個，更優(yōu)選 采用10 14個。長孔4的數(shù)量為一個(少于2個)，在內(nèi)外筒的 間隙中不能很好地形成分離所需要的氣流的翻轉(zhuǎn)，不合適，而 且，雖然也取決于內(nèi)筒10的直徑等尺寸，但一般情況下，即使 設(shè)置超過16個長孔，也僅僅是分離器白白地變得復(fù)雜、價格昂 貴，看不出更提高分離效率。上述長孔12的數(shù)量是對用以重油 等為原料油制造汽油的流動接觸分解裝置所使用的混合物的實 驗結(jié)果進行分析而綜合判斷的結(jié)果。本結(jié)構(gòu)中的長孔的數(shù)量直 接影響所要求的分離效率， 一般情況下，優(yōu)選最終也考慮了開 口面積等而根據(jù)實驗確認。
例如，考慮通過內(nèi)筒的混合物的線速度為恒定的場合。該 場合，a)如果長孔的數(shù)量是相同的，則減小長孔的開口面積、 增大通過長孔的混合物的線速度，由于氣流的翻轉(zhuǎn)而引起的速 度變化會變大，分離效率提高。但是，作為相反效果，有加重 腐蝕的傾向。b )如果來自長孔的線速度是相同的，則減小每 個長孔的開口面積，增加長孔4的數(shù)量，能獲得在整個分離器 的穩(wěn)定的翻轉(zhuǎn)速度，分離效率提高。但是，作為相反效果，分 離器變得復(fù)雜。根據(jù)以上事實，長孔的數(shù)量要綜合地判斷所要 求的分離效率或腐蝕的程度、分離器的復(fù)雜度等，最終根據(jù)使 用各種各樣的混合物的實驗結(jié)果來決定。
8并且，在本實施方式中，如圖3和圖4所示，在內(nèi)筒4上， 在長孔4和長孔4之間的部分形成有向內(nèi)筒4的中心方向凹陷而 成的凹部10b。
具體而言，在本實施方式中，凹部10b對應(yīng)于長孔4的鉛直 方向長度L而沿鉛直方向延伸地形成， <旦特別優(yōu)選凹部10b遍及 長孔4的長度L中的50%以上地形成。另外，優(yōu)選凹部10b至少 形成在長孔4與長孔之間的下側(cè)。
特別是，在本實施方式中，從內(nèi)筒的軸向看來，凹部10b 是內(nèi)筒4的壁向內(nèi)筒的中心方向彎曲成截面呈圓弧狀而成的。 并且，引導(dǎo)葉片5與凹部10b —體地形成，^v鉛直方向看來，它 們的截面呈S字形狀。另外，凹部的形態(tài)不進行特別地限定， 也可以如圖5 ( a)所示那樣截面呈折線形狀。
另外，以沒有凹部時的內(nèi)筒IO和中央外筒4a之間的截面積 為基準，優(yōu)選凹部10b形成為使內(nèi)筒10和中央外筒2a之間的截 面積為101% ~ 140%左右。優(yōu)選凹部10b也以同樣的形態(tài)分別 沿圓周方向設(shè)在各長孔4之間。
外筒
外筒2從外側(cè)覆蓋該內(nèi)筒IO，是處于同軸狀的筒狀體。外 筒2從上依次由氣體引導(dǎo)筒2c、中央外筒2a、圓錐筒2d、以及 粒子排出管2e構(gòu)成。特別是，中央外筒2a形成為圍著內(nèi)筒10上 形成有多個長孔4的部分10a。優(yōu)選中央外筒2a從內(nèi)筒IO的底板 ll進一步向下延伸。
在本實施方式，特別是，在內(nèi)筒10的外徑為D3時，中央內(nèi) 筒2a的內(nèi)徑D1為1.1 x D3 ~ 5 x D3為合適。具體地"i兌，優(yōu)選D1 是l.l x D3 ~ 3 x D3。如果重視縮短滯留時間這方面，優(yōu)選與引 導(dǎo)葉片5的徑向突出長度P相對應(yīng)，盡可能減小D1。另外，在中 央外筒2a的高度為La時，使La為內(nèi)筒IO的內(nèi)徑D3的0.8 ~ 10倍較佳。如果重視縮短滯留時間這方面，優(yōu)選與長孔4的鉛直
方向長度相對應(yīng)地縮短La。具體地說，優(yōu)選La為D3的1 ~ 5倍。 在中央外筒2a之上配置有直徑小于中央外筒2a的直徑的 圓筒狀的氣體引導(dǎo)筒2c,在氣體引導(dǎo)筒2c的側(cè)面的對峙位置的 2處形成有排氣口 6。在排氣口 6上分別連接有與外部連通并向 徑向延伸的抽氣管7。抽氣管7也可以向上方或向下方傾斜。
另一方面，在中央外筒2a的下端依次連接有直徑向下方縮 小的圓錐部2d、以及小直徑的粒子排出管2e。粒子從粒子排出 管2e下端的粒子排出口3排出。從粒子排出管2e的粒子排出口3 并不穩(wěn)定地排放氣體，僅通過抽氣管7穩(wěn)定地排出氣體。另夕卜， 外筒2和內(nèi)筒10僅通過長孔4連通。粒子排出管2e的粒子排出口 3的開口直徑優(yōu)選是內(nèi)筒10的外徑D3的0.6 ~ 2倍。
鋼加工性優(yōu)異、耐藥性也好，因此可以說是合適的材料。除此
得必要的剛性和耐性就足夠了 。
接著對本實施方式的作用進行說明。從氣固分離器的上方 的混合物導(dǎo)入口 l以規(guī)定速度向下、向內(nèi)筒10導(dǎo)入由氣體和固 體粒子構(gòu)成的混合物。固體粒子雖然沒有特別的限定，但例如 可以列舉出平均直徑是l ~ 500 ia m左右、粒子體積密度是0.6 ~ 0.9g/cm3左右的流動接觸催化劑(FCC)等。
內(nèi)筒IO的下端部被底板ll封閉，雖然僅在剛剛開始導(dǎo)入 后，固體粒子的一部分直接沖擊該底板，但會漸漸形成固體粒 子層(催化劑床)，保護底板以免其受到固體粒子的沖撞或沖擊。
穩(wěn)定地從圖的上方朝向下方去的混合物的流動被底板以及 粒子層所遮擋，產(chǎn)生向橫向(水平方向)的速度，從設(shè)置在內(nèi) 筒10的側(cè)面的多個長孔(狹縫5),如圖2和圖4所示的那樣，
10向側(cè)下方飛出。在此，實線箭頭表示氣體的流動，虛線箭頭表 示固體粒子的流動。
然后，如圖4所示，在氣體從長孔4向下流出后，被引導(dǎo)葉 片5的內(nèi)表面5a引導(dǎo)，從上方看氣體繞鉛直軸線稍微向圖示的 順時針方向回旋，然后，沿順時針，沿鄰接的引導(dǎo)葉片5的外 表面5b上升，然后從排氣口6排出。
另 一方面，固體粒子的一部分與引導(dǎo)葉片5的內(nèi)表面5a沖 撞，仍然沿著內(nèi)表面向下移動。另外，其它粒子的大部分在氣 體的流動從向下翻轉(zhuǎn)為向上時，由于粒子的慣性或自重，速度 并不與氣體一起翻轉(zhuǎn)，而是脫離氣體的流動，仍然向下方行進， 如圖2所示，沿圓錐部2d的內(nèi)表面回旋，從粒子排出口3排出。
這樣一來，氣體和固體粒子的混合物被分離成氣體和固體 粒子。
而且，在本發(fā)明中，特別是，在內(nèi)筒10中，在長孔4與長 孔4之間的部分上形成有向內(nèi)筒的中心方向凹的凹部10b。由 此，氣體的速度從向下翻轉(zhuǎn)為向上的部分的內(nèi)筒10和外筒2之 間的水平截面積變大，因此氣體的上升速度變小。因此能容易 減少隨著上升氣體的固體粒子，能提高分離效率。
另外，影響分離效率的因素還有粒子直徑、粒子密度、氣 體和粒子的密度差等。這些因素，任意一個大，都會提高分離 效率。
第2實施方式
以下，參照圖8對第2實施方式進行說明。當(dāng)在以重油為原 料油制造汽油的流動接觸催化裝置上再生本氣固分離器時，從 粒子排出口3排出的催化劑在粒子群的間隙中含有氣體，同時， 粒子上吸附有重油。因此，來自粒子排出口 3的催化劑通常供 給到未圖示的汽提(stripping)裝置，由蒸汽等的惰性氣體將其除去。
而且，在短時間接觸反應(yīng)中，有時上述汽提裝置成為問題。 即，由于在汽提裝置內(nèi)的催化劑的滯留時間一般較長，因此， 問題是到汽提結(jié)束之前的時間，反應(yīng)仍然在繼續(xù)。因此，為了 避免這樣的多余的反應(yīng)，還有，為了消除出現(xiàn)氣體的一部分從 粒子排出口被導(dǎo)入到汽提裝置之類的不理想的現(xiàn)象的情況下的 影響，有時優(yōu)選設(shè)置滯留時間短(裝置容積小)的預(yù)汽提裝置。
本實施方式的固氣分離器與第一實施方式不同之處是在氣 固分離器的下部組裝預(yù)汽提機構(gòu)13而能在外筒2的下方進行預(yù) 汽提。
具體地說，在下部外筒2b的下部還設(shè)有外筒2g，同時，在 內(nèi)表面設(shè)置多級擋板14。另外，內(nèi)筒10g還延伸到內(nèi)筒10的底 板ll的下方，在內(nèi)筒10g的周面上也設(shè)有多級擋板14。還在外 筒2g內(nèi)且在內(nèi)筒10g的下方設(shè)有環(huán)狀的蒸汽供給部件12。而且， 粒子排出口 3與外筒2g的預(yù)汽提裝置13的下方連接。從粒子排 出口 3排出的固體粒子被導(dǎo)入到未圖示的汽提裝置中。
在這樣的固氣分離器中，在外筒2的上部被分離出的固體 粒子被擋板14分散開且落下，由從蒸汽供給部件12供給的蒸汽 進行預(yù)汽提。從該預(yù)汽提機構(gòu)13產(chǎn)生的氣體以及油紙、汽提蒸 汽等并不從預(yù)汽提裝置排出到系統(tǒng)外部，而是直接被導(dǎo)入到該 氣固分離器。由此提高了預(yù)汽提效果，而且能節(jié)省設(shè)備。另夕卜， 即使使用預(yù)汽提機構(gòu)，分離效率的降低也幾乎看不出來。
另外，在本實施方式，雖然使用由設(shè)在外筒2g和內(nèi)筒10的 表面上的擋板14使固體粒子分散開這種方式的預(yù)汽提機構(gòu)(裝 置)，但并限于此，也可以采用使用多孔盤(有孔盤)或濃厚流 動層方式的相當(dāng)于預(yù)汽提裝置的機構(gòu)等。
實施例實施例
使用圖1 ~圖4那樣方式的氣固分離器，進行了以下條件
的、含有平均粒徑60iam、粒子體積密度0.7g/cm3的固體粒子 的溫度20。C的空氣分離。氣固分離器的尺寸以及條件示于圖7。 另外，引導(dǎo)葉片的截面形狀為l/4圓，凹部的截面形狀為半圓狀， 凹部與引導(dǎo)葉片形成為一體而呈S形狀。催化劑補修率(單位 %)=(從固體排出口排出的固體的重量)/ (供給到分離器的 催化劑的重量)。 比較例
除了未在內(nèi)筒上形成凹部之外，與計算例l相同。利用凹 部提高了收集率。
權(quán)利要求
1. 一種氣固分離器，其包括沿鉛直方向延伸的內(nèi)筒，其下端被封閉并且上端開口；以及外筒，其從外方以同軸狀覆蓋上述內(nèi)筒，并且在上述上端側(cè)形成有與外部連通的排氣口，在上述內(nèi)筒的上述下端側(cè)的側(cè)壁上沿圓周方向形成有多個沿軸向延伸的長孔，在上述各長孔的一長邊緣部設(shè)有引導(dǎo)葉片，該引導(dǎo)葉片向外側(cè)突出，并且向周向傾斜而覆蓋上述各長孔，上述內(nèi)筒的處于長孔與長孔之間的部分向上述內(nèi)筒的中心方向凹。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氣固分離器，上述凹部沿上述長 孔的鉛直方向長度的5 0 %以上形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣固分離器，上述凹部至少形
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項所述的氣固分離器，從 上述內(nèi)筒的軸向看來，上述凹部的截面呈圓弧狀。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氣固分離器，其包括沿鉛直方向延伸的內(nèi)筒(10)，其下端(11)被封閉并且上端(1)開口；和外筒(2)，其從外方以同軸狀覆蓋內(nèi)筒(10)并且在內(nèi)筒的上端側(cè)形成有與外部連通的排氣口(6)，在內(nèi)筒(10)的下端(11)側(cè)的側(cè)面，沿圓周方向形成有多個沿軸向延伸的長孔(4)，在各長孔(4)的一長邊緣部設(shè)有向外方突出并且向周向傾斜而覆蓋各長孔(4)的引導(dǎo)葉片(5)，內(nèi)筒(10)的處于長孔(4)與長孔(4)之間的部分向內(nèi)筒(10)的中心方向凹。
文檔編號B01D45/12GK101489643SQ200780026269
公開日2009年7月22日 申請日期2007年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月12日
發(fā)明者奧原俊彰(死亡), 藤山優(yōu)一郎 申請人:財團法人國際石油交流中心;新日本石油株式會社