CN1050780C - 固体-流体分离设备 - Google Patents

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Abstract

一种固体—流体分离设备，包括许多竖直地位于外壳内的管形部件；位于外壳底部并与管形部件和外壳之间的空间相联的入口装置；许多管形的流体出口装置。该装置下部同轴地位于所说管形部件的上部内，从而确定了环形空间。该空间中有涡流发生器，流体出口装置下部与外壳上部的开口相联。固体出口装置与管形部件的下部和外壳底部的开孔相联。本发明用上述设备从气态烃转化产物和/或烟道气中分离裂化催化剂颗粒。

Description

固体—流体分离设备
本发明涉及一种固体—流体分离设备、方法和用该方法制备的产品。
使固—气混合物基本上沿水平切向进入一个竖直的圆柱体(例如：旋风分离器)中，使该混合物一起产生旋转运动，然后从圆柱体顶部排出气体、从底部排出固体从而把固体从气体中分离出来，这个方法是已知的。
为了更彻底地从气体中分离出细小的固体颗粒(例如：催化剂细粒)，例如在催化裂化过程中，甚至当大部分固体已经在前一分离步骤(例如：使用折流板或旋风器)分离出来后，通常也还需要许多旋风器。因为水平进料口装置是相切于每一旋风器本体而伸出的，因此外壳(例如：反应器)需要较大尺寸以容纳下许多旋风器。
否则，上述旋风器得放在反应器的外部，这就需要有非常复杂的套合联接，以抵抗在相对高的操作温度(例如：旋风器内部为400～600℃)下出现的压力差。
此外，对于上述两种情况，在上述方法的大设备中，例如从重烃蒸汽中分离含烃催化剂颗粒的设备中，在所说高温条件下和较长的停留期间，在各个死角有可能产生不希望生成的焦碳和氢(即在裂化后)。
人们还知道使用带有下部轴向入口的圆柱形旋风器进行固—气分离。在惯用的多旋风器设计中，含有固体的输送气流水平或者与水平面成一小角(例如：小于45度)从一侧进入旋风器装置，在上述旋风器是排列在反应器内部的情况下，就如以上讨论的具有切向输入口的旋风器那样，该侧将需要附加空间。此外，上述的排列将在输入口一侧附近的旋风器和后面的旋风器之间引起压力差。这样，将导致含有固体的流体在不同旋风器上形成不均匀分布。
已经发现，通过特定地排列外壳内的管形部件和入口及出口，可以克服各种旋风器本身固有的前述缺点，从而对于给定的固体—流体分离能力形成了一种具有紧凑结构的固体—流体分离设备。
因此，本发明涉及一种适合于固体—流体分离的设备，该设备包括许多基本竖直地位于外壳内的管形部件；位于外壳底部并与管形部件和外壳之间的空间相联的入口装置；许多管形的流体出口装置，该装置各下部基本同轴地位于所说管形部件的各上部之内，从而确定了各个环形空间，并且在所说环形空间中装有涡流发生装置，流体出口装置各上部与外壳各上部的开口相联；固体出口装置与管形部件的下部並与外壳底部的开孔相联。
本发明装置能够使用于从流体中(特别从升温和加压的气体中)分离固体的过程，例如：催化裂化、页岩转化处理和煤或重油的气化。
本发明装置的优点是使需分离的流体和固体具有相对短的停留时间，当装置用于流化床催化裂化过程中，用以从烃蒸汽中分离催化剂(细粒)时，这点是特别重要的。因为烃类裂化后停留时间短，(在催化剂颗粒上形成的碳将减少)，因此能提高产品的产量并能减小催化剂的惰性化。此外，停留时间的扩展将相对受到限制，因而导致废品减少，并且与使用停留时间扩展相对较大的分离设备得到的催化剂相比，该催化剂寿命较长。
而且，本发明设备从气体中分离含量相对少的细小的固体颗粒是相当有效的，这是由于设备中对称的流型导致了每一管形部件中负载基本相等的缘故。因此，转入分离后气体中固体的量是非常小的，这样，在流化床催化裂化过程中，它就有可能消除悬浮油(例如：液态烃中的催化剂细粒)从下游的烃分馏塔再循环至裂化反应器，这样就再次提高了产品产量。
入口装置(固体—流体混合物由该口进入分离设备)最好装在外壳底部的中心，且低于管形部件，以确保向上流动的固体—流体混合物最佳分布于所有的管形部件中。在很大程度上，有效的分离在管形部件中发生。
管形部件和分离装置的合适数目是在3和80之间，特别是在5和20之间，最好是在6和12之间。管形部件最好装在一个或多个(同心)圆周上。
以下将描述本发明装置的实施例。在图1至图4中，相同的部件使用同一标号。
图1表示的是一个全封闭式单一分离设备的轴向截面。
图2表示的是一个组合设备的轴向截面，其上部分离装置与图1所示相同。
图3和图4分别表示的是图2设备沿AA′和BB′的横截面。
图1所示装置包括外壳(1)，外壳(1)其底部(3)上具有向上流动的固体—流体混合物的入口(2)，许多分离后的固体出口(4)和混合流体出口(5)。将许多(图3为8个)基本直立的管形部件(6)对称地排列在外壳内，最好是使其能容易地通过孔(2或5)从外壳内卸下，这些管形部件(6)的下部(7)最好是向下缩小的。涡流稳定器(8)最好安装在管形部件(6)的下部，在操作过程中，管形部件(6)中的固体—流体混合物呈螺旋运动。将涡流发生装置(9)(最好是向外弯曲的涡流叶片)装在管形部件的上部，最好是联在基本同轴地装在管形部件上部中的管形流体出口装置(10)上。此外，向内伸出的涡流发生装置能够联在管形部件(6)的上部。
最好仅将少量(例如：1、2或3个)的管形部件(6)联于一个共用固体出口(4)，以避免不同管形部件之间的流体和(或)固体的喘动(干扰)。
各管形部件(6)的长度与直径之比可在1至10的范围内，最好是在2至5的范围内。管形部件(6)和管形流体出口装置(10)其直径比可在1、5至4的范围内，最好是在2至3的范围内。
外壳(1)上部(11)最好装有一个其中心向下伸出的流体折流装置(12)；装在壁(13)上的一个截头的反锥形物，将各管形部件(6)之间的空间(14)跟流体收集空间(15)分开。在固体—流体混合物进入管形部件(6)和管形流体出口装置(10)之间的各环形空间之前，当向上流动固体—流体输入混合物反向时，由于高速固体对壁(13)的冲击作用，将会使它产生磨损，而装上流体折流装置则会减少此磨损。此外，在某些情况下，流体折流装置(12)将减少设备操作过程中的压力降。
本发明设备进一步包括有下部的预分离装置(如图2和图4所示)，该装置适合于从流体中分离较大的(例如：催化剂)颗粒。上述实施例特别适用于流化床催化裂化过程。下分离装置包括圆顶形上盖(16)；向上指向的进料入口装置(17)，它基本上相切地联于该圆顶形上盖；装有出口装置(19)的中央部件(18)，出口装置(19)与管形部件(6)和外壳之间的空间(14)相联；在分离装置下部(21)的固体出口(20)。
圆顶形上盖(16)、中央部件(18)和下部件(21)最好共同形成一个基本为球形的球形体，并且该球形体具有两个竖直的平侧，用于在中央部件(18)和外壳(1)之间形成空间(22)，空间(22)把空间(14)与出口装置(19)最好为管形的)联接起来。使用上述的基本上为球形的球形体可以得到固体和液体流的最佳流型，从而可获得高的分离效率、短的固体停留时间(为避免不希望的反应)和设备中低的压力降。
下部件(21)最好至少包括一个联于空间(24)的流体排放口(23)。在操作过程中，在下分离装置中从流体中分离出的大固体颗粒与由固体出口(4)流出的相对较小的颗粒(细粒)一起被收集进入所说的空间(24)。欧洲专利申请NO.86201003详细描述了上述分离装置。
当图2至图4所示装置使用于流化床催化裂化过程中时，进料口装置(17)形成于流化床催化裂化竖管式反应器(25)的上部，从而，在空间(24)中可以用蒸汽或其他汽提气体实现从裂化催化剂颗粒中任意地汽提烃类，当然所用气体应适合于通过气体入口装置(未示出)进入外壳(1)的一个或多个下部。汽提(预提)了催化剂颗粒的蒸汽可以通过流体排放口(23)进入圆顶形分离装置中。
但是，在装置上没有所说开口时，也可使汽提蒸汽(预提)与竖管式反应器的蒸汽分离。如果需要的话，可通过给汽提蒸汽(预)提供一个单独的蒸汽出口来实现。
本发明组合式装置包括一个或多个最好为基本水平的出口装置(19)，用以流出含有一些细粒(催化剂)的流体，而大的颗粒已从流体中被分离出去了。最好，出口装置(19)形成一个伸过中央部件(18)的管子，并且它至少包括一个开口(26)，开口(26)最好位于管子底部的中央部位，以避免催化裂化过程开始时，由于圆顶中催化剂颗粒速度较低，烃类蒸汽对催化剂颗粒的挟带。
在本发明装置规定的操作过程中，(催化剂)颗粒遵循这样的流道，即，在一个基本竖直的平面内沿圆顶形部件(16)的内壁流动，并且通过固体出口(20)离开部件(18)。为了防止带有流体的固体直接从进料口装置(17)通过下部件(21)流到固体出口(20)，出口(20)最好装有一个挡板(27)，该挡板(27)最好与垂直面成15°至45°角而被斜置，以作为最佳的固体折流方式(参看图2)。
圆顶与进料口装置(17)的最大内宽之比可为1.5至6，最好为2至4。
本发明进一步涉及一种从流体中分离固体的方法，特别涉及一种从气态烃转化产物中分离流化床裂化催化剂颗粒的方法，该方法包括：使固体颗粒和流体的混合物向上流入管形部件之间的空间，接着使其向下流入装有涡流发生装置的圆环形空间中，也就是管形部件上部与基本同心地安装在所说上部内的管形流体出口装置之间的空间，使固体—流体混合物(例如：含在气体中的催化剂细粒)在管形部件中形成螺旋运动，以便从流体中分离固体，从管形部件的下部排出固体，并且使流体向上通过管形流体出口装置排出。
最好使从流化床催化裂化区排出的固态裂化催化剂颗粒和含烃气体的混合物经过这样的预处理，即，使该混合物向上相切地进入一个基本为圆球形的预处理区，在该区中，混合物在一个基本垂直的平面内经过旋转运动，从预处理区的下部的开孔中排出催化剂颗粒，并使含催化剂细粒的气体从预处理区的中央部分向上通过下一分离区的管形部件间的空间。
除去气态烃转化产物以外，其他气体，例如烟道气或页岩转化过程中和煤或重油气化过程中得到的气体也能够用上述方法使其与固体颗粒分离。
最好使用上述方法分高过的催化剂颗粒和(或)细粒通过至少一个汽提区，该汽提区与第一和(或)第二分离区有气体联通道，并在汽提区使颗粒与汽提气(例如：蒸汽)接触。
此外，本发明涉及用上述方法分离的烃类转化产品。
以下实施例将用于进一步说明本发明。
                  实施例
一股重量比为40的烃蒸汽和裂化催化剂颗粒的流体进入图1所示分离装置的进料口(2)，温度为520℃，压力为2巴，流速为6米/秒。催化剂颗粒从固体出口(4)排出，按重量计算分离效率为95％。

Claims (9)

1.一种用于固体—流体分离的设备，包括许多基本竖直地位于外壳内的管形部件；位于外壳底部并与管形部件和外壳之间的空间相联的入口装置；许多管形的流体出口装置，该装置的各下部基本同轴地位于所说管形部件的各上部之内，从而确定了环形空间，其中，设有涡流发生装置，流体出口装置的上部与外壳上部的开口相联，而固体出口装置与管形部件的下部相联，该设备特征在于外壳的底部还包括一个固体—流体分离装置，该装置具有一圆顶形上盖；向上进料的入口装置，它基本相切地联于圆顶形上盖，装有出口装置的中央部件，它与管形部件和外壳之间的空间相联，以及在分离装置下部的固体出口。
2.按照权利要求1所说的设备，其中，该入口装置是位于外壳底部中心且低于所说管形部件。
3.按照权利要求1或2所说的设备，其中，涡流稳定装置被装在所说管形部件的下部。
4.按照权利要求1或2所说的设备，其中，管形部件的下部是向下缩小的。
5.按照权利要求1或2所说的设备，其中，管形部件的长与直径之比是在1至10的范围内，最好是在2至5的范围内。
6.按照权利要求1或2所述的设备，其中，所说管形部件和管形流体出口装置直径之比在1.5至4的范围内，最好是在2至3的范围内。
7.按照权利要求1或2所述的设备，其中，流体出口装置的底部装有向外伸出的涡流叶片。
8.按照权利要求1或2所述的设备，包括许多单独的固体出口装置。
9.按照权利要求1或2所述的设备，其中，所说外壳的上部装有中部向下伸出的流体折流装置，围绕其周围装有流体出口装置的开孔。
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