專利名稱：氣固分離器的制作方法
技術領域：
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：
自古就公知有將粒子狀的固體作為催化劑或熱介質，使其 與反應物接觸的反應系統。在這樣的反應系統一流化床式反應 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(短時間接觸反應)使用高速移動層?，F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。
再有，最近提出了一種下降流型高速移動層反應器。下降 流反應器能獲得均勻的氣固流，由于反應時間短，很理想。
在高速移動層反應器中，雖然生成物氣體和粒子狀固體催 化劑的混合物從反應器出口流出，但在要求短時間接觸反應的 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號公報
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號公報

發(fā)明內容
但是，人們弄清楚了現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 該內筒，在內筒的上端側形成有與外部連通的排氣口，在內筒 的下端側的側壁上沿圓周方向形成有多個沿軸向延伸的長孔， 在各長孔的一側的長邊緣部設有引導葉片，該引導葉片向外側 突出，并且向周向傾斜而覆蓋各長孔。而且，在外筒的圍著內 筒的多個長孔的部分，內筒下部的內徑D1大于內筒上部的內徑 D2。
根據本發(fā)明，從內筒的開口向下供給固體粒子和氣體的混 合物時，該混合物從內筒的各長孔向下、向外筒內排出。排出 的氣體沿引導葉片的內表面稍稍回旋，且進一步向下行進。在 此，混合物中的一部分固體粒子沖撞到引導葉片的內表面，沖 撞的固體粒子仍然沿引導板的內表面向下落下。由于在外筒的 上部設有排氣口 ，所以包含其它固體粒子的氣體的方向向上翻 轉，沿設置在相鄰的長孔的緣部上的引導葉片的外表面向上流 動，然后從排氣口排出。而且，在該氣體的流動從向下翻轉為 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壁下降。
特別是，在本發(fā)明中，在外筒的圍著多個長孔的部分，內 筒下部的內徑D1大于內筒上部的內徑D2。因此，氣體的流動 翻轉而上升時的氣體的上升速度慢，能有效地阻礙固體粒子隨 之上升，因此，能顯著地提高分離效率。
在此，出于在氣體的流動翻轉時有效地抑制固體粒子伴隨氣體的考慮，優(yōu)選滿足1.01< (Dl/D2) < 1.3。 (Dl/D2)為 l.Ol以下，效果難以顯現，若(Dl/D2)超過1.3則氣體的滯留 時間變長。這對于有意在短時間內反應的工藝來說不理想。
另外，優(yōu)選在內筒的外徑為D3時，各引導葉片的徑向突出 長度P滿足(D2-D3) x0.1<P< (D2-D3) x 0.5。由此，能 有效地形成翻轉流，很理想。若低于下限，則有難以產生翻轉 流的傾向。
另外，優(yōu)選外筒由內徑為D2的上部外筒和內徑為D1的下 部外筒上下連接而形成，下部外筒圍著長孔下部且圍著該長孔 的鉛直方向長度L的5 50%。若下部外筒圍著長孔的高度過 低，則抑制翻轉后的固體粒子伴隨氣體的效果差，另一方面， 即使高度過高，氣體的滯留時間也變長。這對于有意在短時間 內反應的工藝來說不理想。
根據本發(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l的氣固分離器的縱剖視圖。
圖3是圖2的m - m剖視圖。
圖4是圖l的引導葉片附近的放大立體圖。 圖5是表示圖3的引導葉片的變形例的剖視圖，(a)是平板 狀的引導葉片，(b)是折板狀的引導葉片。
圖6是表示圖2的氣固分離器的第1變形例的縱剖視圖。 圖7是表示圖2的氣固分離器的第2變形例的縱剖視圖。 圖8是第2實施方式的氣固分離器的縱剖視圖。 圖9是表示實施例1 - 6以及比較例1的條件和結果的表。圖10是表示實施例7- ll的條件和結果的表。 圖11是表示實施例12- 16的條件和結果的表。 附圖標記說明
2、外筒；2a、上部外筒；2b、下部外筒；3、排氣口； 5、 引導葉片；6、開口； 10、內筒；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i的氣固分離器的縱剖視圖，圖3是用m-in面剖
切氣固分離機的橫截面圖，圖4是表示引導葉片附近的流動的
立體圖。
氣固分離器100以固定成同軸狀的內筒IO以及兼作外圍器 的外筒2為主體，構成大致筒狀的雙層結構，以沿鉛直方向延
伸的姿態(tài)使用。
內筒
內筒10是沿鉛直方向延伸的有底圓筒狀，上端開口而形成
導入口l,從該導入口 l導入粒子和氣體的混合物。下端由底板 ll封閉。
在內筒10的朝底板11側的側面上，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 ~ 40m/s、優(yōu)選3~ 25m/s、最優(yōu)選3~ 15m/s。若確定了長孔4的面積，則可以據此確定長孔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40m/s的情況下，由于長孔4、引導葉片5、外筒2的側壁的磨損劇烈，所以不理想。
使用內筒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 = lmm ~ L x 1/4，優(yōu)選W = L x 1/16 ~ L x
1/64
另外，使用后述的上部外筒2a的高度La以及下部外筒2b的高度Lb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- (La+Lb) xa,在此，a是0.1 0.99,優(yōu)選0.7 ~ 0.95。
在這些長孔4的各自 一方的長邊緣部上設有向外側突出的長彎曲板狀的引導葉片5。即，引導葉片5與長孔4數量相同，分別沿長孔4的一長邊緣部設置。這些引導葉片5與內筒徑向成一定角度，即，各引導葉片5覆蓋各長孔4地向恒定的圓周方向傾斜設置。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。在引導葉片是彎曲的情況下，如圖3所示，面向長孔4的一側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，在內筒10的外徑為D3，上部外筒2a的內徑為D2時，優(yōu)選0.4x (D2-D3)《r《0.5x ( D2-D3 )。
各引導葉片5的徑向的突出長度P (參照圖3),即，((內筒10的中心C和引導葉片5的頂端F的距離R) - 0.5 x內筒IO的外徑D3)優(yōu)選上部外筒2a的內徑為D2而如下式那樣設定。
作為分離器整體，優(yōu)選全部引導葉片5為同一形狀，位于圓周等分點上地安裝于其上，以便獲得順利的動作。另外，也可以與 一個長孔4相對應，分別設置被分割為多個部分的結構的引導葉片5。
引導葉片的突出長度P- (R-0.5xD3) 二 (D2-D3) xb,在此，b為0.5以下，優(yōu)選0.1~0.5，更優(yōu)選0.35 ~ 0.495。
在b小于0.2，即在引導葉片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，不理想。在b大于0.495,即在引導葉片的徑向突出長度P過大的情況下，外筒和引導葉片的間隙過小，有時引導葉片和外筒接觸。
另外，對于引導葉片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。
引導葉片5的最小高度=長孔4的長度L/2
引導葉片5的最大高度=外筒2的長度
優(yōu)選引導葉片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。
關于長孔4的數量，雖然在圖示的例子中是12個，但并不限于此，長孔4的數量是2個以上即可。優(yōu)選8 16個，更優(yōu)選采用10 14個。長孔4的數量為一個(少于2個)，在內外筒的間隙中不能很好地形成分離所需要的氣流翻轉，不合適，而且，雖然也取決于內筒10的直徑等尺寸，但一般情況下，即使設置超過16個長孔，也僅僅是分離器白白地變得復雜、價格昂貴，看不出更提高分離效率。上述長孔12的數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果進行分析而綜合判斷的結果。本結構中的長孔的數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實驗確認。
例如，考慮通過內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的數量，能獲得在整個分離器
的穩(wěn)定的翻轉速度，分離效率提高。但是，作為相反效果，分離器變得復雜。根據以上事實，長孔的數量要綜合地判斷所要求的分離效率或腐蝕的程度、分離器的復雜度等，最終根據使用各種各樣的混合物的實驗結果來決定。
關于內筒IO的尺寸，雖然優(yōu)選其外徑D3與直接連接于上游側的未圖示的混合物輸送管或反應管相同，但為了獲得通過內筒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)選確定內筒的直徑，使得內筒10的混合物線速度為1 ~ 100m/s,優(yōu)選3 30m/s,更優(yōu)選10 20m/s。
外筒
外筒2從外側覆蓋該內筒10，是處于同軸狀的筒狀體。外筒2從上依次由氣體引導筒2c、上部外筒2a、下部外筒2b、圓錐筒2d、以及粒子排出管2e構成。特別是，上部外筒2a以及下部外筒2b形成為圍著內筒IO上形成有多個長孔4的部分10a。即，上部外筒2a形成為主要圍著形成有各長孔4的部分10a的上部。下部外筒2b被配置成主要圍著形成有各長孔4的部分10a的下部。優(yōu)選下部外筒2b比內筒10的底板11進一步向下延伸。
在本實施方式，特別是，下部外筒2b的內徑D1比上部外筒2a的內徑D2大。特別是，優(yōu)選滿足1.01< (Dl/D2)《1.3。另外，在內筒10的外徑為D3時，上部內筒2a的內徑D2為1.1 xD3 20xD3最恰當。具體地說，優(yōu)選D2是1.1 x D3 ~ 3 x D3。如果重視縮短滯留時間這方面，優(yōu)選與引導葉片5的徑向突出長度P相對應，盡可能減小D2。另外，在上部外筒2a的高度為La、下部外筒2b的長度為Lb時，使(La+Lb )為內筒10的內徑D3的0.8 ~ IO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地縮短(La+Lb)。具體地說，優(yōu)選(La+Lb)的l ~ 5倍。
另外，優(yōu)選Lb/ ( La+Lb )是0.05 ~ 0.6。并且，雖然下部外筒2b的至少 一部分需要圍著長孔4的下部，但優(yōu)選下部外筒2b圍著長孔4下部且圍著該長孔4的鉛直方向長度L的5 ~ 50%。在此，下部外筒2b中的面向內筒10的長孔4的部分的高度為套口 ( pocket)高度Lc。
另外，在本實施方式，上部外筒2a和下部外筒2b分別為恒定內徑的圓筒，上部外筒2 a以及下部外筒2 b由內緣和外緣配置在同一平面上的圓環(huán)2f連接，使得內徑在上下方向上急劇變化，但如圖6所示，上部外筒2a和下部外筒2b也可以由圓錐狀的圓環(huán)2f連接，另外，如圖7所示，上部外筒2a以及下部外筒2b作為整體也可以為越是朝向下方內徑越大的圓錐狀，主要是在外筒2的圍著多個長孔4的部分，下部的直徑D1比上部的直徑D2大即可。
在上部外筒2 a之上配置有直徑小于上部外筒2 a的直徑的圓筒狀的氣體引導筒2c,在氣體引導筒2c的側面的對峙位置的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，在下部外筒2b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)選是內筒10的外徑D3的0.8 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 的混合物導入口 l以^見定速度向下、向內筒10導入由氣體和固 體粒子構成的混合物。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1 ~ 500 ju 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。
內筒10的下端部被底板ll封閉，雖然僅在剛剛開始導入 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，產生向橫向(水平方向)的速度，從設置在內 筒10的側面的多個長孔(狹縫5),如圖2和圖4所示的那樣， 向側下方飛出。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，被引導葉 片5的內表面5a引導，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葉片5的內表面5a沖 撞，仍然沿著內表面向下移動。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，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，使下部外筒2b的內徑D1大于
上部外筒2a的內徑D2。由此，氣體的速度從向下翻轉為向上的 部分的內筒10和外筒2的間隙變大了 ，因此翻轉部分的氣體的 上升速度變小。因此，容易減少伴隨上升氣流的固體粒子，提 高分離效率。
另外，除此之外，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，在短時間接觸反應中，有時上述汽提裝置成為問題。 即，由于在汽提裝置內的催化劑的滯留時間一般較長，因此， 問題是到汽提結束之前的時間，反應仍然在繼續(xù)。因此，為了 避免這樣的多余的反應，還有，為了消除出現氣體的一部分從 粒子排出口被導入到汽提裝置之類的不理想的現象的情況下的 影響，有時優(yōu)選設置滯留時間短(裝置容積小)的預汽提裝置。
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汽提機構13而能在外筒2的下方進行預 汽提。
具體地說，在下部外筒2b的下部還i殳有外筒2g,同時，在內表面設置多級擋板14。另外，內筒10g還延伸到內筒10的底
板ll的下方，在內筒10g的周面上也設有多級擋板14。還在外 筒2g內且在內筒10g的下方設有環(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 進行預汽提。從該預汽提機構13產生的氣體以及油紙、汽提蒸 汽等并不從預汽提裝置排出到系統外部，而是直接被導入到該 氣固分離器。由此提高了預汽提效果，而且能節(jié)省設備。另夕卜， 即使使用預汽提機構，分離效率的降低也幾乎看不出來。
另外，在本實施方式，雖然使用由設在外筒2g和內筒10的 表面上的擋板14使固體粒子分散開這種方式的預汽提機構(裝 置)，但并限于此，也可以采用使用多孔盤(有孔盤)或濃厚流 動層方式的相當于預汽提裝置的機構等。
實施例
實施例1 ~ 6
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60pm、粒子體積密度0.7g/cm3的固體粒子 的溫度20。C的空氣分離實驗。氣固分離器的尺寸以及條件示于 圖9。長孔(引導葉片)數量為12。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)。 比凈交例1
除了使下部外筒2b的內徑Dl與上部外筒2a的內徑D2相同 之外，與實施例l相同。 實施例7 - 11除了如圖10所示改變引導葉片的徑向突出長度P之外，其 它與實施例l相同。 實施例12 - 16
除了改變套口高度之外，其它與實施例l相同。
權利要求
1. 一種氣固分離器，其包括沿鉛直方向延伸的內筒，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筒，并且在上述上端側形成有與外部連通的排氣口，在上述內筒的上述下端側的側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有引導葉片，該引導葉片向外側突出，并且向周向傾斜而覆蓋上述各長孔，在上述外筒的圍著上述內筒的多個長孔的部分，下部的內徑D1大于上部的內徑D2。
2. 根據權利要求l所述的氣固分離器，滿足1.01《(D1/D2)< 1.3。
3. 根據權利要求1或2所述的氣固分離器，在內筒的外徑為D3時，上述各引導葉片的徑向突出長度P滿足(D2-D3) xo.l《P< ( D2-D3 ) x 0.5。
4. 根據權利要求l ~ 3中的任意一項所述的氣固分離器，上述外筒由內徑為D2的上部外筒和內徑為D1的下部外筒上下連接而形成，上述下部外筒圍著上述長孔下部且圍著上述長孔的鉛直方向長度L的5 ~ 50%。
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筒(10)并且在內筒的上端側形成有與外部連通的排氣口(6)，在內筒(10)的下端(11)側的側面，沿圓周方向形成有多個沿軸向延伸的長孔(4)，在各長孔(4)的一長邊緣部設有向外側突出并且向周向傾斜而覆蓋各長孔(4)的引導葉片(5)，在外筒(2)的圍著內筒(10)的長孔(4)的部分，下部的內徑(D1)大于上部的內徑(D2)。
文檔編號B01D45/12GK101489645SQ200780026429
公開日2009年7月22日 申請日期2007年7月5日 優(yōu)先權日2006年7月12日
發(fā)明者奧原俊彰, 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