CN104226200A - 流体分送装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及流体分送装置(1)，包括：包括开口(7)并且具有第一端部(3)和第二端部(4)的至少一个入口管(2)；盖(5)，其包括具有透镜形状且具有圆形截面的主体(6)，主体(6)由沿入口管(2)的第二端部(4)朝第一端部(3)的方向延伸的裙部(8)伸长，所述盖(5)具有外表面和内表面，盖经由内表面与管的第二端部(4)集成，并且主体(6)设有多个孔(10)；并且其中盖(5)包括至少一个偏转器件(14)，其设置在盖(5)的外表面上，并且构造成朝所述盖(5)的外周或在所述盖(5)的外周处引导或保持气体。

Description

流体分送装置
技术领域
本发明涉及一种用于在单相或多相环境介质中分送单相或二相流体的装置，该单相或多相环境介质具有高于待分送的流体的体积密度的体积密度。
具体而言，本发明的装置应用于炼油或石化单元中遇到的反应器，或用于处理从生物质的处理中获得的进料的单元中。
具体而言，本发明的装置可用于改进液体介质或包括流化固体的介质中的气体或气体混合物的分送。作为实例，其特别适合于在以下设备中使用：
·用于FCC(流化催化裂化)过程的反应器；
·用于催化剂再生的反应器，例如，用于催化裂化催化剂；
·包括催化剂的流化床的反应器；
·以上流模式操作的具有在容器的底部中的用于二相气体/液体或气体/固体流的入口的加氢处理或加氢裂化反应器；
·浆液反应器；
·汽提塔、干燥机、曝气器或增湿器。
背景技术
当气体或气体混合物必须以均一的方式分送以便确保气体与为液体或固体的另一相之间的溶解和均匀混合时，大体上使用气体分送装置。
例如，此类装置用于反应器的容器中，以便执行需要气体与液体之间或气体与流化固体之间的均一分布的反应。作为实例，可引用加氢处理反应，其在催化剂存在的情况下使用为氢的气体和为烃馏分的液体。为了获得卓越的催化性能和较高的转换，氢必须在二相H2/烃混合物与催化床接触之前以均一方式在液态烃相中分送。
这些装置还可安装在反应器中，用于使用气体的催化剂的再生或活化。可引用的实例为用于通过氧氯化的再生的过程，或用于通过硫化的活化和/或催化剂还原的过程。
最后，气体分送器可用于将"流化"气体喷射到催化床中，以便将催化剂的颗粒保持在流化状态。
文献US 5 571 482公开了用于在其再生期间控制催化剂的温度的设备(催化剂冷却器)。该设备与两级催化剂再生***一起使用，并且在流化床催化裂化过程(FCC)的背景下使用。在该文献中，"蘑菇"型分送器用于在再生器的流化床的密相中分送催化剂和流化气体。
参照图1，现有技术的"蘑菇"型分送器包括：
·具有第一端部和第二端部的中空气体入口管，管设有开口以允许经由管供应的气体的一部分穿过；
·盖，其具有透镜形圆形截面，并且具有凸形外表面和凹形内表面，盖经由内凹形表面与所述管的第二端部集成。盖还设有通孔，其可允许气体穿过，并且还包括在其自由端处的朝中空管的第一端部延伸的圆形裙部。内部容积限定为由盖界定的容积，并且用作待通过通孔分送的气体的储存器。
在操作中，通过入口管的开口散逸的气体在入口管下方累积直到下缘附近的某一高度。因此，压差建立在盖的上面与下面之间，并且等于气穴的高度(Hgas)乘以气体与环境介质之间的密度差(rhoambient- rhogas)并且乘以重力常数(g)：
dP = Hgas*(rhoambient - rhogas)*g
该压差有助于累积在盖下方和其整个突出区域上面的气体借助于校准的通孔分送，通孔的数量和间距计算成以便孔的总传送表面不足以允许进入容器的所有气体穿过。
因此，被喷射且从管散逸的气体的一部分溢出盖的裙部的下缘，以确保盖下方的气穴一直存在，以及分送器的操作的连续性。
尽管其在功能上是可行的，但该气体分送装置可进行改进。事实上，已经示出了在分送器的下缘(裙部处)下方溢出的气体不使其自身与该边缘快速地分开，而相反，保留在盖的上表面附近，并且继续沿其从边缘移动非常远，以便产生施加在气体上的向心移动。因此，气体具有变成朝气体与其分离的装置的中心轴线集中的趋势，并且通过烟囱效应在容器的中心处形成单个射流。此外，穿过盖的孔的气体的一小部分的部分接着由来自下缘的该气体卷流获取，以便其也朝分送器的中心轴线被拖拽，从而在盖上方的气体的分送中产生非均匀性。
本发明的一个目的在于改进上文所述的流体分送器的操作，并且具体是提出了"蘑菇"型分送器，其产生了离开所述分送器的流体的均匀分布，同时减少了离开分送器的流体的中心卷流的形成的现象。
发明内容
因此，本发明关于一种流体分送装置，其包括：
·用于导送流体的至少一个器件，其包括开口并且具有第一端部和第二端部；
·包括钟形的主体的盖，主体具有外表面和内表面，并且与器件的第二端部集成用于经由内表面导送流体，所述主体由沿流体导送器件的第二端部朝第一端部的方向延伸的裙部伸长，并且设有多个孔；
并且其中盖包括至少一个偏转器件，其设置在其外表面上，并且构造成朝所述盖的外周或在所述盖的外周处引导或保持流体。
本发明的装置由于添加了设置在盖的外表面上的偏转器件而为对图1的现有技术的分送器的大致改进。在本发明的背景下，用语"偏转器件"旨在不但表示可防止从裙部的下缘(或自由端)散逸的流体免于沿盖的外表面上升的器件，而且表示设计成使从裙部的下缘(或自由端)散逸的流体从盖的中心偏转和除去的器件。
因此，该偏转器件可用于迫使从裙部的下缘溢出的流体与上表面分开，并且因此可减小或消除具有产生流体的中心卷流的效果的向心力。因此改进了流体的均匀分布，因为穿过孔的流体的一小部分不再经受朝分送器的中心轴线的吸力，而相反形成独立的流体球(例如，流体为气体时的泡)，其以理想的方式根据所述孔的放置分布在分送器的整个突出区域上面。
作为优选，偏转器件设置在主体的外表面上，并且与所述主体集成。
作为优选，流体导送器件为管。
作为优选，主体为具有圆形截面的透镜形，并且由圆柱形裙部伸长。作为备选，主体具有由圆柱形裙部伸长的截锥形。
偏转器件包括偏转表面，并且偏转器件与裙部的轴线形成0°到70°的范围中的角α。
有利的是，偏转表面基本上与所述裙部对准，并且角α基本上等于0°。在该实施例中，偏转器件因此相对于裙部沿向上和实际上垂直的方向延伸。
在优选实施例中，偏转器件形成布置在盖的外周处的连续的圆形凸缘。作为优选，凸缘相对于裙部沿向上和实际上垂直的方向延伸。
有利的是，裙部包括位于所述裙部的自由端处的凹口，以便保持流体/环境介质界面，其在分送装置的盖下方是稳定的(以限制界面处的波动)。作为优选，凹口在形状上为三角形或矩形。
当分送装置的裙部包括凹口时，偏转器件设置在位于所述凹口上方的水平处。
有利的是，为了确保越过盖的流体的均一分布，形成在盖中的通孔以规则图案以同心的方式设置在主体上面。作为优选，通孔具有圆形截面。
在本发明的背景下，流体优选为气体、液体、气体/液体混合物或气体/固体混合物。装置可用于在具有高于待分送的流体的体积密度的单相或多相环境介质中分送流体。例如，环境介质为气体、液体、气体/液体混合物，或气体和气体中流化的固体的混合物。
本发明的分送器特别适用于如下情况，其中流体为必须在可为液体或包括由气体流化的固体的相的环境介质中以均一方式分送的气体。
具体而言，分送装置适用于执行需要气相和液相的良好混合的催化反应。可引用的非限制性实例为烃的加氢处理，其中待分送的气相主要包括氢，并且环境液体介质由烃的混合物构成。例如，用语"加氢处理"旨在表示加氢裂化、加氢脱硫、加氢脱氮、选择性或完全氢化，或烃馏分的加氢脱金属。
本发明的装置还适用于如下情况：来自蒸汽裂化的汽油的选择性加氢、脂肪族和/或环烷馏分中的苯化合物的加氢，以及芳族馏分中的烯烃的加氢。本发明的装置还适用于需要气相和液相的良好混合的其它反应，例如，部分或完全氧化反应、胺化作用、乙酰氧化、氨氧化和卤化反应，特别是氯化反应。
最后，本发明的分送装置具体适用于流化的环境介质中的气体的分送，该流化的环境介质包括悬浮在气体中的固体(例如，催化剂颗粒)，该气体可与借助于装置分送的气体相同或不同。
本发明还关于包括容器和本发明的分送装置的反应器。在本发明的背景下，用语"反应器"表示包括可收纳分送装置的容器的任何装置。例如，其可为化学转变反应在其中执行的反应器。
在一个实施例中，本发明的反应器包括粒状床，其置于所述分送器的下游。用语"粒状床"意思是颗粒形状的固体粒子的组件；这些颗粒可具有任何形状，但通常是近似圆柱形或球形，并且具有大约几毫米的典型大小。这些粒状固体有利地具有催化活性。作为优选，本发明的混合和分送装置集成到反应器中，该反应器可包含连续的且一个与另一个分开的一个或更多个固定粒状床。
作为备选，反应器可包括催化剂的流化床，并且分送装置浸入其中。例如，该类型的反应器用于使用再生气体来再生催化剂；在该情况下，名词"再生器"可替代"反应器"使用。
本发明还关于如上文在用于处理烃进料的过程中，或在用于处理容纳在粒状床中的催化剂的过程中，或在用于处理流化床中的催化剂的过程中限定的反应器的使用。在本发明的背景下，用语"催化剂的处理"旨在表示改变催化剂的化学成分的任何处理，诸如例如催化剂的硫化或还原。
附图说明
本发明的其它特征和优点将从参照附图进行的以下描述而更好理解并且变得更显而易见，在该附图中：
·图1代表现有技术的分送装置的透视图；
·图2代表容器的内部的透视图，该容器例如可为装备有现有技术的分送装置的反应器或再生器的容器；
·图3代表穿过现有技术的分送装置的液体和气体流的使用CFD(计算流体力学)计算机建模的模拟的实例；
·图4代表根据本发明的分送装置的第一实施例的透视图；
·图5代表图4的分送装置的截面视图；
·图6代表穿过图4的分送装置的液体和气体流的使用CFD(计算流体力学)计算机建模的模拟的实例；
·图7代表根据本发明的分送装置的第二实施例的截面视图；
·图8为由箱包围的图7的分送装置的裙部的部分的放大视图。
大体上，相同的元件由图中的相同附图标记表示。
具体实施方式
图1示出了由金属或金属合金(碳钢、低合金钢、奥氏体钢)生产的"蘑菇"型的根据现有技术的用于流体(例如，气体或气体混合物)的分送装置1。该装置包括具有第一端部3和第二端部4的入口管2，以及安装在所述管2的第二端部4上(例如，通过焊接、螺接、楔入或夹持)的盖。
盖5由呈钟形式的主体6形成，主体6通过沿入口管2的第一端部3的方向延伸的裙部8伸长。在图1的特定实施例中，主体6为具有圆形截面的透镜形，并且由圆柱形裙部伸长。在另一个实施例中，本发明的装置的主体还可为截锥形。
盖5的大小使得盖住大于入口管2的区段的表面面积的表面面积。主体的直径还根据装置置于其中的反应器的内径(ID)来选择。作为优选，主体的直径与反应器的内径(ID)之间的比率在0.1到0.8的范围中，优选为在0.5到0.7的范围中。作为实例，主体的直径在1到3米的范围中。
盖具有在盖上面且沿与入口管2相对的方向突出的凸形外表面，以及沿入口管2的方向突出的凹形内表面。
如图2中可见，入口管2可供应流体(例如，气体或二相混合物(气体/液体)或(气体/固体))至所述装置1置于其中的容器的内部。
入口管2优选为设置在盖的中心，即，主体6的中心处。管2还包括开口7，其截面可为圆形或矩形(如图1中可见)，或允许流体离开入口管2的任何其它形状。开口7优选为设置在管2的上半部分中。
如图1中可见，裙部8的方向和入口管2的方向大致平行于彼此。然而，在本发明的背景下，两个方向可形成在0°到45°的范围中的角。
裙部8还包括凹口或切口9(例如，具有三角形截面)，其与裙部8的自由端连通。
主体6设有多个通孔或孔口10，其以同心方式设置并且优选为具有规则图案。孔口10优选为具有校准直径的圆形截面，其大体上在5到50mm的范围中，优选为在10到20mm的范围中。孔的密度可为20到200个每平方米。
分送装置1在反应器中使用，其中流体的均匀扩散必须在所述反应器的容器中产生。具体而言，该装置能够执行需要气体(或气体混合物)与液体和/或固体之间的密切接触的反应。
本发明的装置大体上设置在反应器中，其中例如执行催化转化反应或催化剂转变反应，例如通过还原或硫化来活化，或使用气体或气体混合物来执行再生处理。
如图2中可见，分送装置1布置在反应器11的容器12的下部部分中，反应器11使用形成反应器11的组成部分的套筒13，其收纳装置1的入口管2的一部分。因此，待分送的流体发送至容器12来作为向上流动的流。
反应器11可为流化床类型，其包括容器12，容器12容纳催化剂的流化床，即，催化剂的颗粒悬浮在容纳在容器中的气相中。此类流化床反应器(或再生器)具体用于催化剂的再生，例如，使用燃烧气体的FCC。在此类应用中，浸没于基本上由气体和悬浮固体构成的环境介质中的本发明的分送装置1供有二相混合物，其包括传送的气体和待再生的固体催化剂。
在另一个应用中，容器12包括在固定催化床反应器类型的反应器11中，其中由板支承的催化剂(未示出)的粒状床设置在分送装置1的下游。此类上流类型的反应器例如用于烃进料的加氢处理，这需要催化剂的床上游的气体(氢)和液体(烃进料)的良好分送。对于本申请，作为与待处理的液态烃进料的混合物的含有反应气体的二相混合物借助于反应器11的容器12中的分送装置1发送至反应器。
参照图2，将注意的是，盖5的直径小于容器12的内径，以便喷射的流体的一部分可从入口管2的开口7散逸，并且在容器12中自由地移动。
分送装置的操作在如下情况下在下面描述，其中分送至气体和环境介质的流体为比气体密的液体。
气体经由入口管2发送，并且经由管的开口7散逸，以便气体在盖5下方累积到裙部8的下缘附近的一定高度。因此，在盖的上面与下面之间建立了压差，其等于气穴的高度(Hgas)乘以气相与液相之间的密度差(rhoambient – rhogas)且乘以重力常数(g)：
dP = Hgas*(rhoambient – rhogas) *g
该压差有助于分送累积在盖5下方的待分送的流体，其接着可借助于校准孔10在其整个突出区域上面散逸，并且校准孔10的数量和间距计算成以便孔的总传送表面不允许进入容器的所有气体穿过。因此，喷射的气体的一部分从管散逸，并且从盖的裙部的下缘溢出，以保证气穴存在于盖下方和分送装置1的连续操作。
实际上，确保了在以减慢的速率(典型为正常流速的50%)操作时，气体仍从下缘溢出并且气穴仍形成在盖下方。
压降公式dP=½ K rhogas(Vgas)2用于计算孔中的流速，并且因此确定所需的孔的总数。
转化该公式得出了孔的数量的以下方程：
其中
·Qv：穿过所有孔的气体的体积流速，其自身为总气体流速的一小部分；
·dhole：孔的直径；
·rhogas：气体密度；
·dP：由气穴施加的压差；
·K：压降系数，其取决于孔的几何形状大体上在1.5到2.7之间。
图3为使用"Fluent"CFD(计算流体力学)类型计算机模拟软件的模拟的结果，示出了在现有技术的分送装置的盖5处的材料流的分送。在图3中，附图标记"G"、"L"和"L+G"指出材料流基本上分别由气体、液体或气体/液体混合物构成。
现在参照图3，将看到的是，在分送器1的下缘(在裙部8处)下方溢出的气体G不使其自身与该边缘快速分离，而相反保持接近盖5的上表面，并且以一种方式继续远离边缘跟随其很远，使得产生了施加在气体G上的向心移动。因此，气体具有变成朝气体本身与其分离的装置的中心轴线集中的趋势，并且通过通道效应在容器的中心处形成单个射流。此外，穿过盖5的孔10的气体的一小部分由源于下缘的气体的该卷流部分地获取，以便其也朝分送器1的中心轴线被拖拽，从而沿催化床的方向产生了盖5上方的液体中的气体的非均匀分送。
为了限制或消除沿盖的外表面流动的流体的卷流的形成，申请人开发了改进的分送装置。
图4和图5分别为根据本发明的分送装置的第一实施例的透视图和沿图4中的线A-A的截面图。
本发明的装置与图1的装置基本上不同在于存在偏转器件14，其设置在盖5的外表面上。因此，相对于图1的装置描述的特征及其操作原理适用于本发明的装置，除非说明书中另外指出。
在本发明的背景下，偏转器件14构造成将溢出裙部8的流体流朝盖5的外周引导，或将溢出裙部8的流体流保持在盖5的外周处，从而防止其免于沿外表面上升。如图4、图5和图7中指出的，偏转器件14优选为以集成方式设置在主体6的外表面上。
偏转器件大体上与裙部8的轴线D形成0°到70°的范围中的角α。
偏转器件14优选为连续的凸缘，其围绕盖5延伸，具有基本上平坦的偏转表面15。
在图4和图5的实施例中，偏转器件14为形成等于0°的角α的圆形凸缘，使得偏转表面15沿平行于裙部8的方向和沿与所述裙部8的端部相反的方向延伸。在优选实施例中，偏转器件为设置在裙部8的延伸部(线性)中并且与其垂直的凸缘。
例如，该偏转凸缘焊接于分送装置的盖5。
在特定实施例中，偏转器件(或凸缘)的上自由边缘设有凹口(例如，在形状上为三角形或矩形)，这促进了流体(例如，气体)的小气泡通过湍流效应生成。
图4和图5的实施例中的偏转器件的存在对配备有分送装置的反应器中的液体和气体的流的效果在图6中示出，其中，附图标记"G"、"L"和"L+G"指出了介质基本上分别由气体、液体或气体和液体的混合物构成。
将观察到，本发明的装置可用于将从裙部8溢出的气体流保持在盖的外周处，同时防止其返回至盖的中心，以便防止其如同现有技术的分送器一样产生气体中心射流。偏转器件的存在还确保了从盖5的上表面经由孔口10散逸的气泡的环境介质(例如，液体介质或气体/或固体介质)中的均一分送和均一混合。事实上，穿过孔口10的气体由于从裙部沿盖的表面散逸的升高气体而不经受朝盖的中心的吸入，而是形成了以理想的方式分布在分送器的整个突出区域上面的独立的泡。
图7中示出了气体分送装置的另一个实施例。该装置类似于图5的实施例，并且不同之处在于凸缘14与裙部8的轴线D形成大约45°的角α。
在该实施例中，偏转表面构造成将从裙部溢流的流体流朝盖5的外周外侧引导，以便限制或甚至消除上文的吸入现象。
参照图4和图5，偏转器件14的偏转表面15的长度l选择成使得l小于0.5Hprinciple body，并且更优选为大于2/3Hprinciple body，其中Hprinciple body限定为主体6的下端与裙部8的交点与主体6的峰部之间的距离。当满足上文提到的条件时，观察到流体沿轨迹偏转，该轨迹在偏转表面15为垂直方向上的裙部8的延伸部时实际上是垂直的。
例如，如图5、图7和图8所示的形状为三角形的凹口9形成在裙部8中。这些凹口9可有利地用于限制在待分送的流体/较密的环境介质界面处在盖5下方界定的体积中的振荡现象。作为优选，凹口9离彼此有足够的距离，以便待分送的流体的独立射流形成并且从所述凹口散逸，而不在到达盖5的峰部之前混合在一起。
现在参照图8，在裙部包括凹口的情况中，偏转表面15的长度l还满足以下条件：
Ideflector > 0.4 Bmax，优选为Ideflector> 0.5 Bmax，更优选为Ideflector > 0.7 Bmax，Bmax为从裙部8的端部测量的凹口的宽度。
在裙部8包括凹口时的优选实施例中，裙部的圆周上的凹口的数量选择成以便两个连续凹口之间的距离E大于Bmax的2/3，并且优选为大于Bmax的3/4。
有利的是，E和Bmax选择成以便E + Bmax>0.5(Hprinciple body+Hskirt)，其中Hskirt为裙部8的长度。
经由实例，根据本发明的分送装置具有以下特性：
·钟的直径：1到3米；
·入口管的长度：0.5到2米；
·Hprinciple body：0.3到1米；
·Ideflector：0.2到0.5米；
·穿过主体的孔的直径：5到50mm；
·穿过主体的孔的密度：20到200个每平方米；
·凹口的数量：10到30个；
·两个连续凹口之间的距离E：50到300mm；
·凹口宽度Bmax：50到250mm。

Claims (15)

1.一种流体分送装置(1)，包括：
用于导送流体的至少一个器件(2)，其包括第一端部(3)和第二端部(4)及开口(7)；
盖(5)，其包括钟形的主体(6)，所述主体(6)具有外表面和内表面，并且与所述器件(2)的第二端部(4)集成用于经由所述内表面导送流体，所述主体由裙部(8)伸长，所述裙部(8)沿所述流体导送器件(2)的第二端部(4)朝所述第一端部(3)的方向延伸，并且所述主体设有多个孔(10)；
并且其中，所述盖(5)包括至少一个偏转器件(14)，其设置在所述盖(5)的外表面上，并且构造成朝所述盖(5)的外周或在所述盖(5)的外周处引导或保持所述流体。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述偏转器件(14)设置在所述主体(6)的外表面上，并且与所述主体(6)集成。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其特征在于，所述偏转器件(14)包括偏转表面(15)，并且其中所述偏转器件与所述裙部(8)的轴线D形成0°到70°的范围中的角α。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述偏转表面(15)基本上与所述裙部(8)对准，并且所述角(α)基本上等于0°。
5.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于，所述偏转器件(14)形成布置在所述盖(5)的外周处的连续的圆形凸缘。
6.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于，所述裙部(8)包括位于所述裙部(8)的自由端处的凹口(9)。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述凹口(9)在形状上为三角形或矩形。
8.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于，所述主体(6)上面的通孔(10)以规则图案设置。
9.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于，所述通孔(10)具有圆形截面。
10.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于，所述主体(6)为具有圆形截面的透镜形，并且通过圆柱形裙部(8)伸长。
11.一种反应器(11)，包括容器(12)和设置在所述容器(12)中的根据前述权利要求中的一项所述的分送装置，并且其中所述分送装置的盖(5)的截面小于所述容器(12)的内部截面。
12.根据权利要求11所述的反应器，其特征在于，所述分送装置置于所述反应器(11)的底部处。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的反应器，其特征在于，还包括设置在所述分送装置(1)下游的催化剂的粒状床。
14.根据权利要求11或权利要求12所述的反应器，其特征在于，所述反应器包括催化剂的流化床。
15.根据权利要求11至权利要求14中的一项的反应器的在处理烃进料的过程中或催化剂处理过程中的使用。
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