CN109482132A - 设有槽和凹部的由平板构成的结构化填充元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有矩形平板形状的结构化填充元件(21)，其设置有槽(23)和凹部(22)。槽(23)旨在用于通过将结构化填充元件互锁在一起以便形成结构化填充件进行的组装。设置凹部(22)以便形成在结构化填充件内的通道。本发明还涉及通过组装这类填充元件(21)而获得的填充结构，这类填充件用于使气体和催化剂接触的操作的用途，和这类结构化填充件的制造方法。

Description

设有槽和凹部的由平板构成的结构化填充元件
技术领域
本发明涉及结构化填充件领域，该填充件具体地用于剥离夹带在或吸附在催化剂颗粒上的烃的操作。
背景技术
本发明可尤其涉及裂化法的领域。本发明可尤其在用于裂化重质原料、诸如真空残余物或真空馏分的流化催化裂化(FCC)工艺中实施，但也可用于处理较轻原料的FCC。本发明还可在石脑油催化裂化(NCC)单元中实施，或在其它深度催化裂化(DCC)或高强度流化催化裂化(HS-FCC)单元中实施，或另外在甲醇制烯烃(MTO)或甲醇制汽油(MTG)单元中实施。
更具体地，本发明可用于流化催化裂化单元，其在本说明书的其余部分中也称为FCC单元。
FCC单元可借助用于生产汽油的单个提升管反应器或下流反应器来操作，或者借助两个反应器来操作，主要反应器用于生产汽油，而次级反应器用于生产丙烯。
在FCC方法中，使烃与分割得很精细的催化剂在反应器中接触。在裂化反应期间，烃(其中一些为部***化)沉积在催化剂上。这些或多或少的裂化烃通常称为“焦炭”。因此，必须将催化剂输送到一个或多个再生器中，以便连续地除去这些烃(类)并且因而使催化剂再生。
然而，在将用过的催化剂送至再生器之前，必须预先除去已经渗透高孔隙率的催化剂或吸附在该催化剂表面上的全部或部分烃。这使得可减少和更好地控制在再生器处的温度，并改善源自裂化的可升级产物的回收。此操作在剥离器中进行，其中气体(通常为蒸汽)以逆流方式循环到催化剂流。所述气体载有气态烃，该烃因此从催化剂的表面或孔隙中除去。通过在剥离区中添加挡板或填充件来提高此操作的效率。
挡板或填充件通常以密相形式布置在剥离器的下部，以便减少固体颗粒向稀相的夹带。
存在于废催化剂上的烃和焦炭前体的有效剥离是至关重要的，因为所处理的原料越来越重，这需要更严格的裂化操作条件并导致在催化剂上形成更大量的焦炭。
在流化床催化单元中，设置在剥离区中的填充件的优点在于确保催化剂在剥离区中的良好分布并且使在废催化剂和剥离液之间具有良好接触效率。
在安装结构化填充件期间遇到的困难之一是需要将不同的层切割成扇形(扇段)，以便能够更容易地将扇形(扇段)引入剥离室。然后将该结构在该空间内逐层地重新组装。不同扇区的初始组装需要将构成这些扇区的元件放置到位，以便在每个连接点处焊接它们。因此，结构化填充件目前需要耗时且复杂的组装。
专利申请EP 0719850描述在剥离室中使用的这类结构化填充件的实例。然而，此专利申请中描述的填充结构具有上述缺点：耗时且复杂的组装。
此外，结构化填充件还用于使流体接触，特别是在气体处理、蒸馏、酸性气体捕获、脱水或空气分离领域中。对于这些用途领域，填充件实现与用于剥离的填充件类似的功能。对于这些用途，填充件还必须可简单且快速地在柱内组装。
发明内容
为了克服这些缺点，本发明涉及具有矩形平板形状的结构化填充元件，其具有槽和凹部。该槽旨在用于通过将结构化填充件的元件互锁在一起以形成结构化填充件进行的组装，因此，结构化填充件可通过互锁组装，这使得可有利于将填充元件放置和保持在位以进行焊接，甚至消除焊接。设置凹部以便在结构化填充件内形成通道，以便有利于在填充件内的交换。
本发明还涉及通过组装这类填充元件而获得的填充结构，这类填充件用于使气体和催化剂接触的操作的用途，和用于制造这类结构化填充件的方法。
根据本发明的装置
本发明涉及具有大致矩形平板形状的结构化填充元件。所述填充元件包括至少两个用于互锁两个相对于彼此倾斜的填充元件的槽，和至少两个用于形成在结构化填充件内的通道的凹部，所述槽和所述凹部关于所述平板的纵向轴线对称地在所述平板的两个长度上分布。
根据本发明的实施例，所述槽大致是矩形的。
根据实施方式，所述槽的高度h大致等于所述平板的厚度e。
根据一个方面，所述凹部大致为三角形。
根据特征，所述凹部布置在两个槽之间。
根据实施例，所述平板的长度L介于在25到100cm之间，优选地介于在45到55cm之间。
根据实施方式选项，所述平板的宽度l介于3和15cm之间，优选地介于5和10cm之间。
根据实施方式，所述平板的厚度e介于2mm和10mm之间，优选地介于4mm和8mm之间。
有利地，两个连续槽之间的距离d介于1至50cm之间，优选地介于10至30cm之间。
本发明还涉及形成三维物体(volume，一体积)的填充结构，该三维物体(该体积)包括根据前述特征之一的填充元件的布置。所述布置包括沿第一方向布置的第一系列填充元件，和沿相对于所述第一方向倾斜的第二方向布置的第二系列填充元件，使得所述第二系列的填充元件互锁在所述第一系列的填充元件的槽中，并且使得所述第一系列的填充元件互锁在所述第二系列的填充元件的槽中。
根据本发明的实施例，所述第一和第二系列的所述填充元件优选地通过焊接、通过粘接、通过螺纹连接或通过螺栓连接而固定在一起。
根据实施方式，结构化填充件的所述三维物体(所述体积)大致为圆柱体(圆筒)的角部分的形状。
根据一个方面，结构化填充件的所述三维物体(所述体积)的高度H介于10至200cm之间，优选介于15至150cm之间。
根据特征，由第一方向和第二方向形成的角度介于10°和90°之间，优选地介于30°和90°之间。
此外，本发明涉及根据前述特征之一的填充结构用于使气体与催化剂接触的用途，特别是用于所述催化剂的剥离操作的用途。
用于制造填充结构的方法，其中进行以下步骤：
a)制造根据前述特征之一的多个填充元件；
b)通过以下步骤构造所述填充元件的布置：
i)沿第一方向定位第一系列填充元件的至少两个填充元件；
ii)沿相对于所述第一方向倾斜的第二方向将第二系列填充元件的至少两个填充元件互锁在所述第一系列的所述填充元件的所述槽内；
iii)沿所述第一方向将第一系列填充元件的至少两个填充元件互锁在所述第二系列的所述填充元件的所述槽内；和
iv)重复步骤ii)和iii)以便形成所需的三维物体(体积)。
根据本发明的实施例，制造方法包括优选地通过焊接、通过粘接、通过螺纹连接或通过螺栓连接来固定所述填充元件的步骤。
根据实施方式，制造方法包括切割结构化填充件的所述三维物体(所述体积)以形成圆筒的角部分的步骤。
附图说明
通过参考下文描述的附图来阅读以下对非限制性实施实例的描述，本发明的装置和方法的其他特征和优点将变得显而易见。
图1示出根据本发明的实施例的剥离器。图1a是包括根据本发明的填充结构的剥离器的总体视图。图1b示出图1的剥离器的结构化填充件(结构化填充装置)。
图2表示根据本发明的实施例的填充元件。
图3表示根据本发明的实施例的填充结构的平面图。
图4表示根据本发明的实施例的填充结构的三维视图。
具体实施方式
填充元件
本发明涉及结构化填充元件。“结构化填充”意指以有序方式排列的几个单元元件(相同或不相同)的并置。根据本发明，结构化填充单元元件的形状为大致矩形的平板。换句话说，平板大致具有平行六面体的形状。“平板”意指这样的部件，该部件的厚度远小于板的其他尺寸。该板被称为平(坦)的，因为它未经折叠。
根据本发明，平板包括至少两个槽，槽旨在用于以相对于所考虑的填充元件的倾斜方式互锁另一个填充元件。换句话说，槽使得可将两个填充元件相对于彼此以倾斜的方式组装。因此，可通过互锁来组装结构化填充件，这使得可有利于将填充元件放置和保持在位以进行焊接，或甚至消除焊接。以这种方式，组装结构化填充件变得简单和快速。槽是在平板中形成的开口，其通向平板的边缘。优选地，设置槽用于***填充元件的厚度。
根据本发明，平板包括至少两个凹部，凹部旨在用于形成在结构化填充件内的通道。凹部使得可有利于结构化填充件内的交换(特别是通过增加结构化填充件的比表面积)以限制堵塞的影响，和有利于在结构化填充件内的优先通道。凹部是形成在平板中的开口，其通向平板的边缘上。
根据本发明，槽和凹部在平板的两个长度上关于平板的纵向轴线对称分布。换句话说，在平板的任一侧上设置槽和凹部，在平板的一侧上的槽面向另一侧上的其他槽，并且在平板的一侧上的凹部面向另一侧上的其他凹部。此对称性使得可在填充结构内形成填充元件的有序且规则的布置。优选地，槽和凹部可规则地分布在平板的各长度上。
填充元件的互锁还具有使结构模块化的优点，有利于选择填充结构的形状，并且还有利于填充结构的维护和维修。实际上，借助这些填充元件，可独立于结构的其余部分更换单个填充元件。
根据实施例，填充元件可由金属制成。II可通过机加工、通过模制或通过增材制造来成形。
根据本发明的实施例，槽可大致是矩形的，以便有利于两个填充元件的互锁。
另选地，凹部可具有其他形状，例如三角形、多边形、椭圆形、半圆形等。
有利地，为了确保在结构化填充件的构造期间将填充元件保持和放置在位，槽的高度可大致等于填充元件的厚度。
有利地，槽可通过机加工产生。
根据本发明的一个方面，凹部可具有大致三角形的形状，三角形的底边对应于平板的长度的边缘。此三角形形状易于产生，并且可形成在结构化填充件内的通道。另外，三角形形状使得可增加在固体和流体之间或两种流体之间的转移表面积。
另选地，凹部可具有其他形状，例如矩形、椭圆形(长圆形)、多边形、半圆形等。
优选地，凹部可比槽深。
有利地，凹部可通过机加工产生。
根据本发明的实施方式，凹部可放置在两个槽之间。换句话说，平板的每个长度包括交替的槽和凹部。因此，在结构化填充件内，在每个填充元件之间存在通道，这促进结构化填充件内的交换。
根据本发明的特征，填充元件(平板)的长度可介于25cm到100cm之间，优选介于45cm到55cm之间。因此，填充元件的长度可限定结构化填充结构的尺寸，其对应于一层结构化填充件的高度。
根据一个方面，填充元件(平板)的宽度可介于3cm至15cm之间，优选介于5cm至10cm之间。因此，在结构化填充件中形成的空间具有合适的尺寸，以促进在两种流体之间或流体与固体(例如催化剂)之间的交换。
根据本发明的实施例，填充元件(平板)的厚度介于2mm到10mm之间，优选地介于4mm到8mm之间。此厚度允许互锁，从而确保填充元件相对于彼此放置和保持在适当位置。
根据本发明的实施方式，将两个连续槽(并且如果合适，在两个连续凹部之间)隔开的距离介于1cm至50cm之间，优选地介于在10cm至30cm之间。此距离使得可保证填充元件之间的合适空间，以促进两种流体之间或流体与固体(例如催化剂)之间的交换。
根据实施例，槽的深度介于3mm到100mm之间，优选地介于10mm到50mm之间。此深度允许填充元件的简单且牢固的互锁。
图2示意性且非限制性地示出根据本发明实施例的填充元件。填充元件21具有长度为L、宽度为l的大致矩形形状(厚度(未示出)，小于长度L和宽度l)。填充元件21在其两个长度上包括多个高度为h且深度为p的大致矩形的槽23，其高度h大致等于填充元件的厚度(未示出)。槽有规律地(规则地)分布在填充元件的两个长度上，并且间隔了距离d。此外，填充元件包括多个大致三角形的凹部22。凹部22布置在槽23之间，大致在隔开两个槽的距离d的一半处。尺寸L、l、h、d和p优选地选自上述范围。根据非限制性实施例，长度L为50cm，宽度l为7cm，高度h为6mm，深度p为8mm，并且距离d为12cm。
填充结构
此外，本发明涉及形成一体积的填充结构，该体积包括根据上述特征的组合中任一种的填充元件的布置(几何形状、尺寸、槽和凹部的布置等)。该布置包括沿第一方向布置的第一系列填充元件，和沿相对于所述第一方向倾斜的第二方向布置的第二系列填充元件，以使得第二系列的填充元件互锁在第一系列的填充元件的槽中，并且使得第一系列的填充元件互锁在第二系列的填充元件的槽中。因此，填充结构由多个填充元件构成，这些填充元件以倾斜的方式相交，并且彼此互锁。
如此组装的两个系列的填充元件形成限定通道的三维规则网格，以促进交换。填充元件的凹部增加通道的横截面。
第一方向对应于第一系列的填充元件的纵向轴线，并且第二方向对应于第二系列的填充元件的纵向轴线。两个方向在填充件内倾斜。
根据本发明的方面，第一方向和第二方向之间的倾斜角度介于10°和90°之间，优选地介于30°和90°之间。这类倾斜允许固体颗粒的横向移动，该颗粒因此可更彻底地混合。
在第一方向大致垂直于第二方向的情况下，在结构化填充件内，横向轴线(即，根据填充元件的宽度)对齐，并且方位轴线(即，根据填充元件的厚度)相对于彼此垂直。
有利地，第二系列的填充元件与第一系列的填充元件相同。
有利地，为了促进填充元件的互锁，第一系列的填充元件的槽可***第二系列的填充元件的槽中。
借助于槽的互锁使得可具有稳定且牢固的填充结构，这是为什么根据实施例未实施填充元件的附加的形状匹配(刚性)的连接的原因。因此，有利于组装填充结构。
另选地，为了增强填充结构的稳定性和强度，通过固定填充元件，例如通过焊接、通过粘接、通过螺纹连接、通过螺栓连接或任何类似的方式，来实施结构的刚性连接。优选地，通过焊接实施固定。考虑到结构的强度，与根据现有技术的填充结构相比，需要更少的焊接，这有利于该填充结构的组装。
根据本发明的实施例，并且为了有利于将填充结构安装在塔内，结构化填充件的体积可大致具有圆筒的角部分的形状(即，大致是卡芒贝尔奶酪(camembert)的一部分的形状)。
根据本发明的一个方面，填充结构的体积可具有介于10cm至200cm，优选介于15cm至150cm，更优选介于20cm至100cm，非常优选介于20cm至50cm的高度。此尺寸允许将填充结构***塔中。另外，此尺寸大致对应于填充元件的长度。
图3和4以图解和非限制的方式表示根据本发明的实施例的填充结构。图3是填充结构24的侧视图，并且图4是填充结构24的三维视图。填充结构包括多个设置有槽23和凹部22的填充元件21。在所示实例的情况下，填充元件21对应于图2中所示的填充元件。填充结构包括沿第一方向D1定向的第一系列填充元件21a(方向D1在图3中是垂直的并且在图4中是水平的)，和沿第二方向D2定向的第二系列填充元件21b(方向D2垂直于图3的平面并且在图4中是水平的)。方向D2与方向D1正交。另外，横向轴线(即，根据填充元件的宽度)对齐，并且方位轴线(即，根据填充元件的厚度)是垂直的。在所示实施例的情况下，第一系列的填充元件21a的槽23互锁在第二系列的填充元件21b的槽23中，反之亦然。另外，槽23的高度h大致等于填充元件的厚度e。如此组装，填充元件21a和21b形成限定通道25的三维网格，以便促进交换。填充元件21a和21b的凹部23增加通道25的横截面。
在所示实施例的情况下，第一方向D1相对于第二方向D2的倾斜角度是90°(正交性)。另选地，此倾斜角可介于10°和90°之间，优选地介于30°和90°之间。
用途
此外，本发明涉及根据前述特征的任何组合的填充结构用于使气体与催化剂接触的用途，特别是用于催化剂的剥离操作的用途，例如用于FCC、NCC、DCC、HS-FCC、MTO、MTG过程或任何类似过程的用途。
在催化剂的此剥离操作过程中，除去已经渗透高孔隙率催化剂或吸附在催化剂表面上的全部或部分烃。这使得可减少和更好地控制在再生器处的温度(剥离后的操作)，并且改善源自裂化的可升级产物的回收。此操作在剥离器中进行，其中气体(通常为蒸汽)以与催化剂流动逆流的方式循环。所述气体载有气态烃，该烃因此从表面或催化剂的孔隙中除去。通过在剥离区中添加填充件来提高此操作的效率。
填充件以密相布置在剥离器的下部，以便减少固体颗粒向稀相的夹带(卷带/携卷)。
在流化床催化单元中，根据本发明的填充件具有以下优点：确保催化剂在剥离区中良好分布和具有在废(用过的)催化剂和剥离液(剥离流体)之间的良好接触效率。
对于此用途，剥离室可包括：
-用于分离催化剂和裂化气体的***，
-用于分离一部分催化剂的旋风分离器，
-如前所述的用于使催化剂与气体接触的填充件，目的是除去已经渗透催化剂或被催化剂吸附的烃，和
-至少一个气体***管，用于在填充件中分配气体。
图1a示意性且非限制性地示出包括根据本发明实施例的填充结构的剥离器S的总体视图。此图示出提升管反应器1的顶部部分，其通向分离***2，使得可分离催化剂和裂化气体。所述***可为本领域技术人员已知的任何类型。裂化气体经由管道3送入旋风分离器6并且经由管道5和17离开位于剥离器S的剥离区上方的脱离容器4。
另外一部分催化剂在旋风分离器6中分离并送入浸入管7中，以便到达在填充件15上方位置稍低的致密催化剂床8。如前所述，填充件15通过叠加若干结构化填充层得到。填充件15经由格栅或支撑件16保持在剥离器S中。催化剂通过经由导管9a、9b和9c进入的蒸汽剥离，然后经由管道11送到再生器(未示出)。可选元件12允许在剥离器顶部处注入蒸汽以便阻止焦炭的形成。元件13是引导件，从而使得可使分离***2远离脱离容器4的壁。
图1b以图解和非限制的方式示出图1a的填充件15的更详细视图。填充件15包括至少两个不同取向的填充层26a和26b，以优化交换。另外，在填充层26a中，第一方向相对于第二倾斜的倾斜角度大致为60°。在填充层26b中，第一方向相对于第二倾斜的倾斜角度大致为90°。
根据本发明的结构化填充件还用于使流体(例如气体和液体)接触，特别是在气体处理、蒸馏、酸性气体捕获、脱水或空气分离领域。
制造方法
本发明还涉及填充结构的制造方法，其中进行以下步骤：
a)例如通过机加工、通过模制或通过增材制造来制造根据前述特征的组合中任一种的多个填充元件；
b)通过以下步骤构造填充元件的布置：
i)沿第一方向定位第一系列填充元件的至少两个填充元件；
ii)沿相对于第一方向倾斜的第二方向将第二系列填充元件的至少两个填充元件互锁在第一系列的填充元件的槽中；
iii)根据第一方向将第一系列填充元件的至少两个填充元件互锁在第二系列的填充元件的槽内；和
iv)重复步骤ii)和iii)以便形成所需的体积。
如此组装的两个系列的填充元件形成限定通道的三维网格，以促进交换。填充元件的凹部增加通道的横截面。
第一方向对应于第一系列的填充元件的纵向轴线，并且第二方向对应于第二系列的填充元件的纵向轴线。两个方向在填充件内相对于彼此倾斜(以介于10°和90°之间的角度，优选地介于30°和90°之间)。
在其中第一方向大致垂直于第二方向的情况下，在结构化填充件内，横向轴线(即，根据填充元件的宽度)对齐，并且方位轴线(即，根据填充元件的厚度)是垂直的。
根据本发明的实施例，制造方法不包括将填充元件固定在一起的步骤。实际上，借助于槽的互锁使得可具有稳定且牢固的填充结构。因此，有利于组装填充结构。
作为变型，制造方法包括将填充元件固定在一起的步骤，特别是通过焊接、粘接、螺纹连接、螺栓连接或任何类似的方式。优选地，通过焊接实施刚性连接。考虑到结构的强度，与根据现有技术的填充结构相比，需要更少的焊接，这有利于填充结构的组装。
根据本发明的实施方式，制造方法包括将填充结构切割成所需形状的步骤，特别是根据圆筒(圆柱)的角部分(即，大致是卡芒贝尔奶酪的一部分的形状)。因此，有利于将填充件***塔中以及填充件的组装。

Claims (18)

1.一种结构化填充元件，所述结构化填充元件具有大致矩形平板形状，其特征在于，所述填充元件(21)包括用于互锁相对于彼此倾斜的两个填充元件的至少两个槽(23)，和用于形成在所述结构化填充件内的通道的至少两个凹部(22)，所述槽(23)和所述凹部(22)关于所述平板的纵向轴线对称地分布在所述平板的两个长度上。
2.根据权利要求1所述的填充元件，其中所述槽(23)大致为矩形。
3.根据前述权利要求中任一项所述的填充元件，其中所述槽(23)的高度(h)大致等于所述平板的厚度(e)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的填充元件，其中所述凹部(22)大致为三角形。
5.根据前述权利要求中任一项所述的填充元件，其中所述凹部(22)布置在两个槽(23)之间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的填充元件，其中所述平板的长度L介于25cm和100cm之间，优选介于45cm和55cm之间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的填充元件，其中所述平板的宽度l介于3cm和15cm之间，优选地介于5cm和10cm之间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的填充元件，其中所述平板的厚度e介于2mm和10mm之间，优选介于4mm和8mm之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的填充元件，其中两个连续槽(23)之间的距离d介于1cm和50cm之间，优选地介于10cm和30cm之间。
10.一种填充结构，所述填充结构形成包括根据前述权利要求中任一项所述的填充元件(21)的布置的体积，其特征在于，所述布置包括沿第一方向(D1)布置的第一系列填充元件(21a)，和沿相对于所述第一方向(D1)倾斜的第二方向(D2)布置的第二系列的填充元件(21b)，使得所述第二系列的所述填充元件(21b)互锁在所述第一系列的所述填充元件(21a)的槽(23)中，并且使得所述第一系列的所述填充元件(21b)互锁在所述第二系列的所述填充元件(21b)的槽(23)中。
11.根据权利要求10所述的填充结构，其中所述第一和第二系列的所述填充元件(21a，21b)固定在一起，优选通过焊接、通过粘接、通过螺纹连接或通过螺栓连接而固定在一起。
12.根据权利要求10或11中任一项所述的填充结构，其中结构化填充件(24)的所述体积大致具有圆柱的角部分的形状。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的填充结构，其中结构化填充件(24)的所述体积的高度(H)介于10cm和200cm之间，优选介于15cm和150cm之间。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的填充结构，其中在所述第一方向(D1)和所述第二方向(D2)之间形成的角度介于10°和90°之间，优选地介于30°和90°之间。
15.一种根据权利要求10-14中任一项所述的填充结构(24)用于使气体与催化剂接触的用途，特别是用于所述催化剂的剥离操作的用途。
16.一种用于制造填充结构的方法，其中执行以下步骤：
a)制造根据权利要求1至9中任一项所述的多个填充元件(21)；
b)通过以下步骤构造所述填充元件(21)的布置：
i)沿第一方向(D1)定位第一系列填充元件的至少两个填充元件(21a)；
ii)沿相对于所述第一方向(D1)倾斜的第二方向(D2)将第二系列填充元件的至少两个填充元件(21b)互锁在所述第一系列的所述填充元件(21a)的所述槽(23)内；
iii)沿所述第一方向(D1)将第一系列填充元件(21)的至少两个填充元件(21a)互锁在所述第二系列的所述填充元件(21b)的所述槽(23)内；和
iv)重复步骤ii)和iii)以便形成所需的体积。
17.根据权利要求15所述的制造方法，其中所述制造方法包括优选地通过焊接、通过粘接、通过螺纹连接或通过螺栓连接来固定所述填充元件的步骤。
18.根据权利要求15或16中任一项所述的制造方法，其中所述制造方法包括切割结构化填充件(24)的所述体积以便形成圆柱的角部分的步骤。
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