專利名稱：用于氣體和固體的逆流接觸的設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于氣體和流化固體的逆流接觸的設備，并特別涉及一種用于流體催化裂化工藝的汽提塔。
背景技術：
各種化學的、石油加工和燃燒的過程都要求將流化固體顆粒與上行氣體接觸，以獲得有效的質量和/或熱量傳遞。這些系統(tǒng)也可通過讓這些相有效地逆流接觸來實現(xiàn)化學反應。一個這樣廣泛使用的應用是在一個被稱作流體催化裂化(“FCC”)的非常重要的工藝中，該工藝已經(jīng)在石油加工上使用了許多年，以用于將較重(或者高沸點)的烴類化合物轉換成更有價值的較輕(或者低沸點)的組分。FCC裝置有許多不同的構造，但所有構造本質上都由具有相同功能部件的設備組成。通常，F(xiàn)CC裝置包括立管，它是一個垂直的管狀反應器，裂化反應就在該反應器內發(fā)生。通常呈液態(tài)形式的烴的進料被引入到立管的底部，并在該處與熱的再生催化劑接觸。所述催化劑呈細粉末狀，它容易油混合并產生熱量，以便使油蒸發(fā)并維持裂化反應。催化劑和烴都向上流過立管。有利的是，使催化劑對油的比達到最大，以改善在立管里的轉化。在立管里的停留時間一般小于約10秒鐘。位于立管頂部的立管終止設備將反應產物(以氣相形式)從催化劑中分離出來。該產物蒸汽離開FCC裝置并被輸送至后續(xù)工藝。在裂化反應中被焦炭覆蓋的催化劑顆粒被送至再生爐，其中焦炭在氧化氣體(通常為空氣)流中被燃燒掉。來自烴蒸汽氣氛的催化劑使烴進入催化劑的氣孔和催化劑顆粒之間。有利的是，在催化劑可以被送至再生爐之前，先從催化劑中汽提出夾帶烴或者位于催化劑氣孔中的烴。這通常是通過使下行催化劑顆粒與上行蒸汽相接觸而實現(xiàn)的。由于未回收/未除去的烴表示著有價值的產物的損失，因此汽提裝置的效率是非常重要的。由于燃燒更大質量的烴需要額外量的氧化或者燃燒空氣，因而未回收/未除去的烴還給再生爐增加了額外的負載。所述再生爐還可能會在較高的溫度下工作，這可能會降低催化劑對油的比并且降低該裝置在工作適應性和有價值產物產量方面的性能。而且，富氫的夾帶烴會在再生爐內產生較高的局部蒸汽壓力，這會增加催化劑的鈍化。
參照圖1，圖1顯示了現(xiàn)有技術的FCC裝置的示意圖。諸如柴油或者真空瓦斯油的高沸點進料，或者甚至更重的進料，被通過進料注入口2添加到立管反應器6，在進料注入口處，進料與再生催化劑顆粒混合。裂化反應在立管內完成，并且裂化的烴和反應后的催化劑由肘管10轉向通過旋風分離器12，該分離器使大部分反應后的催化劑從產物中分離出來。來自分離器12的蒸汽連同余下的催化劑顆粒一起被直接送到分離器16，該分離器去除大部分余下的催化劑。小量的裂化過的烴蒸汽連同被分離出的催化劑被一起從分離器的浸入管向下輸運。
反應后的催化劑從分離器12和16的浸入管流入催化劑汽提塔8，在該處發(fā)生一級或多級蒸汽汽提。通過管線19和21將汽提蒸汽注入該容器的底部或者在該容器的頂部和底部之間的某個中間點。汽提后的烴和汽提蒸汽向上進入分離裝置14，并在通過分離器12的專門開口后與裂化產物一起被除去。還有許多其它氣旋和非氣旋的布置和設備，它們用于在立管反應器的出口處分離催化劑和經(jīng)裂化的烴蒸汽。然而這些其它的設備和布置的目的是相同的，即都是為了將催化劑顆粒從經(jīng)裂化的烴蒸汽中分離出來。
汽提的催化劑通過豎管26向下流入水平的催化劑輸送管線27。催化劑的流動由閥36控制?？諝馔ㄟ^管線28注入所述輸送管線27內，這使得反應后的催化劑被以稀相形式穿過輸送管線道27和立管管線29而輸送到再生爐。本領域的技術人員能夠理解，還有其它合適的輸送催化劑的方法，可以可選地使用這些方法。
在再生爐24內，通過與經(jīng)由空氣管線和空氣分布板(未示出)添加的空氣接觸，使催化劑再生。催化劑冷卻器28可以這樣設置當處理較高沸點的進料時，熱量能夠在特定的操作下從再生爐中除去。
再生的催化劑被通過導管34從再生爐中回收，穿過料斗31、豎管33和閥組件30并被輸運穿過橫向管線32而進入立管反應器的底部。廢氣和一些夾帶的催化劑被排放到再生爐24上部內的一個稀相區(qū)域。夾帶廢氣的催化劑在分離器4的多級里被從廢氣中分離出來。分離的催化劑通過浸入管35回到再生爐內的催化劑床。廢氣通過增壓室20排出，被冷卻，以恢復焓并排入空氣中。
一般的FCC裝置催化劑汽提塔使用圓形、圓錐形的折流板，以便于催化劑與汽提蒸汽接觸。圓錐形的折流板通常深深地傾斜，以防止催化劑留在折流板上面。圖2顯示了一種典型的汽提塔40中的折流板布置，該汽提塔包括若干與向內傾斜的折流板42交錯的、向外傾斜的折流板41。所述折流板41和42會相對汽提氣體的上行流G來回地橫向地改變催化劑顆粒的下行流S。然而已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，質量傳遞(或者在FCC汽提塔中烴的去除)的效率會隨著通過汽提塔的催化劑質量流量的增加而減少。超過一個特定點，該效率就會極急劇降低。因此，需要一種在下行流化顆粒和上行氣體之間實現(xiàn)高效率的質量傳遞的設備和方法。

發(fā)明內容
這里提供了一種設備，其用于氣體和下行流化固體顆粒的逆流接觸。該設備包括殼體，其至少部分限定一個內部空間；以及多個在所述殼體的內部空間內放置和定向的折流板，所述多個折流板被布置在位于連續(xù)的下方位置上的至少第一和第二垂直間隔的層中。第一和第二層中的每一層都包括一行至少兩個相互平行并傾斜于水平方向地取向的折流板，以便使下行固體平穩(wěn)地流動通過殼體，并且不限制可用的橫截面面積。另外，折流板的連續(xù)層被布置成使得當顆粒從一層移動到下面的下一層時橫向改變下行顆粒的方向。連續(xù)層一般是相互垂直排列的，但是也可以采用其它的旋轉角度來滿足安裝或工藝的要求。
有利的是，設備可以與FCC裝置組合，以在上行氣體和下行流化顆粒之間實現(xiàn)更有效的質量傳遞。所述設備被設計成使各相之間最大限度地接觸，并且避免了各相的溝流。還得到了相之間質量傳遞的最大的“分界面”面積。


下面參照附圖對各個實施例進行描述，在附圖中圖1是現(xiàn)有技術中的FCC裝置的示意圖；圖2是現(xiàn)有技術中的汽提塔的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個折流板片的平面圖；圖4、圖5和圖6分別是根據(jù)本發(fā)明的氣-固接觸設備的透視圖、主視圖和側視圖；圖7是示出折流板之間的間距的圖；圖8是示出了氣-固接觸設備的一種可選構造的透視圖；圖9是示出了氣-固接觸設備的又一種構造的俯視圖；圖10是折流板性能-質量流量的曲線圖，顯示了本發(fā)明出眾的效率。
具體實施例方式
本發(fā)明所述的設備可以在任何氣體與固體顆粒的逆流流相接觸的應用中使用。這種接觸一般是出于在各相之間進行質量傳遞或者化學反應的目的，但也可以用于熱量轉換的目的。特別有利的是，本發(fā)明可以在FCC裝置的汽提塔中使用，并且有利的是，本發(fā)明可以與諸如圖1所示的FCC裝置結合，但是本發(fā)明的范圍并不限于這種使用。
本發(fā)明的所述接觸設備采用了成具有獨特構造的陣列的若干折流板片。參照圖3，圖3顯示了一個單獨的折流板100，其中，視工作溫度和其它操作條件而定，折流板100由諸如金屬、陶瓷或者工程塑料(例如，聚碳酸酯、丙烯酸、聚氯乙烯、尼龍、乙縮醛、聚砜及類似的材料)的適合材料的板片101制成。
板片101分別具有第一和第二直邊102和103。盡管可以可選地使用彎曲的板，但板片101優(yōu)選地是平的。上邊111優(yōu)選地是鋸齒狀的并包括交替的、大致呈V形構造的齒111a和凹槽111b。所述凹槽限定了角α，α角優(yōu)選的是從大約60°到120°，較優(yōu)選的是從大約80°到約100°，而更優(yōu)選的是從大約88°到92°。最優(yōu)選的是，α等于90°。優(yōu)選的是，所述板片101的下邊112也是鋸齒狀的并包括交替的齒112a和凹槽112b。凹槽112b也限定了如上所述的角α。邊112的所述鋸齒與邊111的那些鋸齒交替，使得下邊112的所述凹槽112b與下邊111的所述齒111a垂直地對齊，并且邊112的所述齒112a與邊111的所述凹槽111b垂直對齊。
折流板片101還包括處在錯開排列的一系列行中的多個孔115。在每個板片101里，至少有兩行并且優(yōu)選的是4、6行或者更多行的孔。為了示意地說明，圖3顯示了行115a、115b、115c和115d的孔。正如由孔115a’和115c’所示例的，行115a和115c的孔與所述齒111a和所述凹槽112b垂直對齊。正如由孔115b’和115d’所示例的，交替的行115b和115d的孔與凹槽111b和齒112a垂直對齊。
所述齒、凹槽和孔的尺寸可以根據(jù)固體顆粒的尺寸、產量等來選擇。例如，對于一般尺寸的FCC催化劑(例如，20-160微米的直徑)，孔115的直徑M可以任選地處在大約0.5英寸到大約6英寸的范圍內，并且一般是在大約1.5英寸到3.0英寸的范圍內。在適當?shù)臅r候，也可以采用這些范圍外的尺寸。
折流板100的長度L和寬度W可以根據(jù)設備的尺寸選擇。長度L一般在大約24英寸到大約240英寸的范圍內，而寬度W則在大約6英寸到大約24英寸的范圍內。齒與齒的距離D1可以任選地在大約2.0英寸到約12.0英寸的范圍內。在適當?shù)那闆r下，也可以采用這些范圍外的尺寸。
本發(fā)明通過使穿過所述設備內部的下行固體來促進固體接觸。由于固體流方向上的改變，進入限制區(qū)域的固體的溝流受到抑制，因而使得氣體固體可以在其中有效接觸的內部體積變?yōu)樽畲蟆?br> 參照圖4、圖5和圖6，示出了一種固-氣接觸設備200(例如，汽提塔)。設備200包括殼體205，其限定了內部空間并分別具有第一、第二、第三和第四邊201、202、203和204。內部框架208支撐著折流板100的第一、第二、第三和第四行(分別是210、220、230、240)?？梢砸远喾N方式中的任意一種來支撐所述折流板。內部框架208就是適合支撐裝置的一個實例。折流板每行的高度H可以任選地在大約3英寸到大約30英寸的范圍內，更典型的是處在大約10英寸到大約18英寸的范圍內。在適當?shù)那闆r下，也可以采用這些范圍外的尺寸。視設備的尺寸、所要求的產量和/或其它操作條件而定，可以在一行里放置任意數(shù)量的折流板。通常，每行包括5-15個折流板，盡管在認為合適的時候，也可以使用這個范圍外數(shù)量的折流板。正如由圖4-圖6可見的是，包括若干折流板100，使得一行內的若干折流板平行，但每行都沿不同的方向向下傾斜。例如，行210的若干折流板100朝著邊203向下傾斜；行220的若干折流板100朝著邊204向下傾斜；行230的若干折流板100朝著邊201向下傾斜；而行240的若干折流板100朝著邊202向下傾斜。因此，固體的下行方向朝著所述設備四邊中的每一邊改變。更具體而言，當顆粒從一層流動到下面的下一層時，固體顆粒流動方向的橫向分量改變90°。視折流板的連續(xù)層的轉角而定，橫向方向改變可以任選地在大約45°到大約180°之間變化。
折流板100的傾斜角β(即相對于水平取向的角)優(yōu)選的是從大約20°到大約80°，更優(yōu)選的是從大約50°到大約60°。角β應當大得足以阻止固體留在或者積累在折流板上。最佳的角β取決于固體的性質、顆粒尺寸和顆粒形狀。
折流板之間的間距D2由相鄰的折流板的上下邊之間的重疊或者間隙量限定。參照圖7，在沒有間隙和重疊的情況下，上和下邊可以直接對齊。可選的是，可能有重疊或者間隙尺寸D2’。因此，尺寸D2取決于重疊或者間隙量和角β及折流板片的寬度W，一般可以在3到30英寸的范圍內，盡管在適當?shù)那闆r下，也可以采用這些范圍外的尺寸。
當氣-固接觸設備200被用于在FCC裝置內從催化劑顆粒中汽提出夾帶烴蒸汽時，它一般被制作和構造成適應大約5秒到200秒的催化劑停留時間、大約5磅/秒·英尺2到大約50磅/秒·英尺2的催化劑流量、大約0.5磅/1000磅催化劑到大約5.0磅/1000磅催化劑的汽提氣流。這些范圍一般用于FCC裝置，其它工藝可能會需要更高或者更低的數(shù)值。
盡管在俯視圖上示出氣-固接觸設備200具有四邊形的橫截面，但也可以可選地使用其它構造。參照圖8，氣-固接觸設備200A包括大致呈圓筒形的殼體205A，其具有圓形的橫截面，若干折流板100被放置在該殼體里。圖9示出了環(huán)狀的氣-固接觸設備200B，其包括圓筒形的外殼體205B和軸向柱206，它可以是例如FCC裝置的立管部分或者其它的組件。汽提發(fā)生在內柱206和外殼體205B之間的環(huán)狀空間里，若干折流板100被放置在其中以用于氣-固接觸。在有或者沒有諸如206的軸向柱的情況下，都可以可選地使用諸如橢圓、三角形等其它的橫截面構造。
實例容量和效率之間的關系已由冷流測試的實驗可見。冷流模型實驗使用了實際的催化劑和空氣來模擬工業(yè)FCC汽提塔的實際操作。進行測試來研究現(xiàn)有技術的汽提塔和新設備的性能。實驗中，在進入汽提塔之前，將流化催化劑與氦示蹤氣體一起注入。使下行催化劑顆粒與上行氣體接觸。測得了在一定的催化劑流速范圍內和多種設備構造和條件下去除該示蹤氣體的能力。在汽提塔的入口和出口及汽提塔高度上的不同點處獲得試樣，并分析這些試樣的氦濃度。
圖10顯示了使用新的折流板布置的本發(fā)明的設備測得的性能與使用現(xiàn)有的標準折流板設計的現(xiàn)有的傳統(tǒng)汽提塔性能相比較的情況。在所測得的質量流量(磅/秒·英尺2)的范圍內，本發(fā)明的設備顯示出至少95％的效率，而現(xiàn)有的汽提塔設備具有的最高效率小于94％，而且還隨著質量流量的增加而迅速地減少。例如，在質量流量為18磅/秒·英尺2處，本發(fā)明的折流板設計的效率大約是96％，而現(xiàn)有的折流板設計的效率大約是93％。然而，在質量流量為22磅/秒·英尺2處，現(xiàn)有的折流板設計的效率減少至大約88％，在質量流量為28磅/秒·英尺2處，現(xiàn)有公知的折流板設計的效率減少至小于78％，而在相同范圍的質量流量上，本發(fā)明的折流板設計的效率則保持在95％以上。因此，現(xiàn)有的設備不僅具有較低的效率，而且效率還會隨著質量流量的增加而以快得多的速度下降。
盡管以上說明包括了很多細節(jié)，但這些細節(jié)不應當被視為對本發(fā)明范圍的限定，它們只不過是本發(fā)明優(yōu)選實施例的示例。本領域的技術人員可以在所附權利要求限定的本發(fā)明的范圍和精髓內想象到很多其它的可能。
權利要求
1.一種用于氣體和下行固體顆粒的逆流接觸的設備，其包括a)殼體，該殼體至少部分地限定一個內部空間；b)設置在所述殼體的該內部空間內的多個折流板，所述折流板被布置在處于連續(xù)的下方位置上的至少第一和第二垂直間隔的層中，所述第一和第二層中的每一層都包括一行至少兩個相互平行并傾斜于水平取向的折流板，以便于在顆粒從一層移動到下面的下一層時橫向改變下行顆粒的橫向方向。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，所述折流板是平的。
3.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，所述折流板具有多個孔，它們布置成至少兩行平行的行，以使得一行的孔與鄰行的孔交錯設置。
4.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，所述折流板每個都具有第一和第二相對且平行的鋸齒狀邊，它們限定了折流板的長度，每個鋸齒狀的邊緣包括交替的若干脊和凹槽。
5.根據(jù)權利要求4所述的設備，其特征在于，所述第一鋸齒狀邊的脊和凹槽與所述第二鋸齒狀邊的脊和凹槽交錯設置。
6.根據(jù)權利要求5所述的設備，其特征在于，所述若干凹槽限定了角α，其中α在大約60°到大約120°的范圍內。
7.根據(jù)權利要求3所述的設備，其特征在于，所述孔每個都具有在大約0.5英寸到大約6英寸范圍內的直徑。
8.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，所述設備包括至少四層，并且當顆粒從一層移動到下面的下一連續(xù)層時，顆粒下行的方向在橫向上改變一個在大約45°到大約180°角的范圍內的角度。
9.根據(jù)權利要求8所述的設備，其特征在于，所述角大約為90°。
10.根據(jù)權利要求9所述的設備，其特征在于，在第三層下行顆粒的橫向方向與在第一層下行顆粒的橫向方向相反，而在第四層下行顆粒的橫向方向與在第二層下行顆粒的橫向方向相反。
11.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，所述折流板與水平取向傾斜一個角β，其中β在大約20°到大約80°的范圍內。
12.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，所述殼體具有四邊形的橫截面。
13.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，所述殼體具有環(huán)狀的橫截面。
14.一種流體催化裂化裝置，其包括用于將夾帶的烴化合物蒸汽從下行的反應后的催化劑顆粒中除去的汽提塔，所述汽提塔包括a)汽提塔殼體；b)用于將汽提氣體引入所述汽提塔殼體內的裝置；和c)設置在所述汽提塔殼體內的多個平的折流板，所述多個折流板被布置在位于連續(xù)的下方位置上的至少第一和第二垂直間隔的層中，第一和第二層中的每一層都包括一行至少兩個相互平行并傾斜于水平取向的折流板，以便于在顆粒從一層移動到下面的下一層時橫向改變下行顆粒的橫向方向。
15.根據(jù)權利要求14所述的設備，其特征在于，所述多個折流板具有多個孔，它們設置成至少兩行平行的行，以使得一行的孔與鄰行的孔交錯設置。
16.根據(jù)權利要求14所述的設備，其特征在于，所述多個折流板每個都具有第一和第二相對并平行的鋸齒狀邊，它們限定了折流板的長度，每個鋸齒狀的邊包括交替的若干脊和凹槽。
17.根據(jù)權利要求16所述的設備，其特征在于，所述第一鋸齒狀邊的脊和凹槽與所述第二鋸齒狀邊的脊和凹槽交錯設置。
全文摘要
一種用于氣體和下行固體顆粒的逆流接觸的設備(200)，其包括殼體(205)和多個放置在所述殼體內的折流板(100)。所述多個折流板被布置在位于連續(xù)的下方位置上的至少第一和第二垂直地間隔的層中，第一和第二層中的每一層都包括一行至少兩個相互平行并傾斜于水平取向的折流板，以便促進固體顆粒運動并提供最大的流動區(qū)域。所述多個折流板這樣定向當顆粒從一層移動到下面的下一層時，橫向改變下行顆粒的橫向方向，避免了相的溝流。折流板的數(shù)量、長度和間距被優(yōu)化成使得相之間相互作用的分界面的面積最大。
文檔編號C10G11/00GK1735454SQ200380108375
公開日2006年2月15日 申請日期2003年11月18日 優(yōu)先權日2002年11月25日
發(fā)明者保羅·E·馬錢特, 達利普·S·索尼, 萊昂斯·卡斯塔尼奧斯 申請人:Abb路慕斯全球股份有限公司