具有螺旋螺线形状的规整填料元件的制作方法

本发明涉及规整填料领域，尤其用于被夹带或吸附在催化剂颗粒上的烃的汽提操作。

具体地，本发明可以涉及裂化工艺领域。具体地，可以在流化床催化裂化（根据英文术语fcc：fluidcatalyticcracking）工艺中实施本发明，以裂化重质载料（例如减压渣油或减压馏分油等），也适用于用于处理较轻质载料的fcc。也可以在以下单元中实施本发明：石脑油裂化单元（根据英文术语ncc或naphthacatalyticcracking单元）或强转换裂化（根据英文术语dcc：deepcatalyticcracking（深度催化裂化）或hs-fcc：highseverityfluidcatalyticcracking（高苛刻度流体催化裂化））单元或者甲醇制烯烃（根据英文术语mto：methanoltoolefins）转换单元或甲醇制汽油（根据英文术语mtg：methanoltogasoline）转换单元。

更具体地，本发明可以用于流化床催化裂化（根据英文术语fluidcatalyticcracking）单元中，本说明书下文中也称为fcc单元。

背景技术：

fcc单元可以与取向至汽油生产的单个的上行式（提升管）反应器或下流式反应器一起工作，或者与两个反应器一起工作，取向至汽油生产的一个主反应器和取向至丙烯生产的一个副反应器。

在fcc工艺中，烃在反应器中与细分的催化剂接触。在烃的裂化反应期间，烃沉积在催化剂上，其中一些烃是部分裂化的。这些或多或少裂化的烃通常被称为“焦炭”。因此，有必要将催化剂输送到一个或多个再生器，以便持续地除去这些烃，且由此再生催化剂。

然而，在将已使用的催化剂输送到再生器之前，有必要预先除去已经渗透到催化剂的大量孔隙中或吸附在其表面上的全部的或部分的烃。这允许降低以及更好地控制再生器的温度，并提高源自裂化的可增值产物的回收率。该操作在汽提塔中进行，其中气体（通常为蒸气）与催化剂流逆流流通。所述气体变得载有气态烃，从而从催化剂的表面或孔隙中除去气态烃。通过在汽提区中添加挡板（英文术语为baffle）或填料（英文术语为packing）来提高该操作的效率。

挡板或填料通常布置在汽提塔的处于密相的下部部分中，以使得减少固体颗粒向稀相的夹带。

已使用的催化剂上存在的烃和焦炭前体的有效汽提是至关重要的，因为经处理的原料越来越重，这需要更苛刻的裂化操作条件，并导致在催化剂上形成更大的焦炭量。

在以流化床进行操作的催化单元中，布置在汽提区中的填料具有的优点在于：确保催化剂在汽提区中良好分布；以及已使用的催化剂与汽提流体之间具有良好接触效率。

此外，规整填料还用于使流体接触的应用，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。对于这些应用领域，填料实现与用于汽提的填料类似的功能。对于这些应用，填料也必须是简单且快速地组装在柱内。

技术实现要素：

本发明涉及一种具有螺旋螺线形状的规整填料元件。

本发明还涉及通过组装这种填料元件所获得的填料结构，这种填料在使气体和催化剂接触的操作中的使用，以及制造此类规整填料的方法。

根据本发明的填料结构允许获得接触的固体和/或流体的更好和均匀的径向分布，尤其是催化剂颗粒沿螺旋螺线的分布，且由此改善在汽提的情况下催化剂颗粒与气相之间的接触。

附图说明

通过参考下面的描述一级附图，在阅读下面对非限制性实施例的描述时，根据本发明的装置和方法的其它特征和优点将显现出来。

图1示出了根据本发明实施例的汽提塔。图1a是包括根据本发明的填料结构的汽提塔的大体视图。图1b示出了图1的汽提塔的规整填料。

图2示出了根据本发明实施例的填料元件。

图3示出了根据本发明实施例的填料结构的一个端部的平面图。

图4示出了根据本发明实施例的填料结构的三维视图。

图5示出了根据本发明实施例的一组两个填料结构的三维视图。

具体实施方式

填料结构

本发明涉及规整填料结构。“规整填料”是指以有序方式布置的几个相同或不同的单位元件（也称为填料元件）的并置。根据本发明，规整填料的单位元件是大体具有螺旋螺线形状的经扭转的板。选择板的尺寸，使得允许通过扭转所述板来获得螺旋螺线。

根据本发明，填料结构包括数量为n的并置填料元件的竖直系列，其中n至少等于2。每个系列包括m个在其高度方向上邻接的填料元件，其中m至少等于2。两个分开的竖直系列的填料元件在高度方向上以大体平行的方式并置。从上方看，在一个系列中，填料元件是对齐的。

根据本发明的填料结构允许获得沿螺旋螺线处于接触的固体和/或流体的优化且均匀的径向分布，这允许改善固体和/或流体之间的交换。特别地，根据本发明的填料结构允许获得催化剂颗粒沿螺旋螺线的均匀径向分布，并因此改善对于汽提的情况下的催化剂颗粒与气相之间的接触。

优选地，填料结构包括n个填料元件竖直系列，所述系列独立地包括数量m个邻接的填料元件，其中，

n包括在1至300之间，优选在2至300之间，且更优选在10至250之间，以及

m包括在2至300之间，优选在15至200之间。

根据本发明的一个方面，填料结构的高度可以在20至50cm之间，优选在20至40cm之间。该尺寸允许将填料结构插入柱中。此外，该尺寸大体对应于填料元件的长度。

为了加强填料结构的稳定性和强度，通过固定填料元件，例如通过焊接、粘接、螺纹连接、螺栓连接或任何类似的方式，实施结构的刚性连接。优选地，通过焊接实施固定。

填料元件

根据本发明，填料元件优选地包括具有螺旋螺线形状的经扭转的板，且由其构成。优选地，经扭转的板在扭转之前大体是矩形的。所述填料元件的特征尤其在于其高度、其宽度、限定扭转的节距值以及经扭转的板的厚度。

优选地，填料元件的板的表示为e的厚度包括在2至10mm之间，优选地在4至8mm之间。该厚度允许通过本领域技术人员已知的任何方式将板扭转成螺旋螺线。

优选地，填料元件的表示为h的高度包括在20至100cm之间，优选在22至80cm之间，且优选在25至50cm之间。该高度允许插入柱（例如，汽提塔）中。

优选地，填料元件的表示为l的宽度包括在5到30cm之间，且优选地在8到25cm之间。因此，在规整填料中形成的空间具有的尺寸适于促进两种流体之间或流体和固体（例如催化剂）之间的交换。

优选地，填料元件的表征螺旋的节距p包括在10至30cm之间，且优选在10至20cm之间。“节距”是指平行于所述螺旋的高度的螺旋螺线的两个相邻顶点之间间隔的距离。

优选地，同一系列的所有填料元件的节距是相同的。优选地，构成填料结构的所有填料元件的节距是相同的，且因此有利地允许获得规则的结构。

优选地，填料元件的两个端部的两个边缘是平行的。“边缘”（22和23）是指填料元件的端部，其尺寸对应于板的宽度。因此，填料元件形成了整数个螺旋。

优选地，同一个竖直系列的填料元件的端部边缘是彼此平行的。

优选地，填料元件的两个端部的边缘垂直于所述填料元件的高度。

优选地，当第一竖直系列的填料元件的边缘是彼此平行的时，并置的第二竖直系列的填料元件的边缘垂直于第一系列的边缘。因此，填料结构可以包括具有多个填料元件系列的填料元件，其中包括端部边缘沿第一方向定向的填料元件系列，以及还有端部边缘沿垂直于第一方向的第二方向定向的填料元件系列。对于该实施例，沿着第二方向的系列并置在沿着第一方向的系列之间。

优选地，并置的两个系列的四个相邻填料元件的边缘形成正方形，该正方形的边缘由所述四个元件的边缘构成。

优选地，填料结构（20）的高度（h）等于具有最高节距值（p）的填料元件（21）的螺旋螺线的节距（p）的至少两倍。因此，填料元件包括至少两个螺旋卷。

根据一个实施例，填料元件可以由金属制成。它可以通过机械加工、模制、平板的塑性变形或增材制造来形成。

根据本发明，通过本领域技术人员已知的任何方式将填料元件组装成填料结构。

本发明的另一主题涉及一种规整填料，其包括根据本发明的填料结构，优选由根据本发明的填料结构构成。

根据优选实施例，规整填料包括多个填料结构，这些填料结构独立地包括数量n个系列，每个系列独立地包括数量m个填料元件，其中n和m可以取如前面所定义的值。

有利地，规整填料具有适于其在催化剂汽提操作中使用的圆形形状。

图2示意性而非限制性地示出了根据本发明实施例的填料元件。填料元件21具有螺旋螺线形状，具有表示为h的高度、表示为l的宽度、表示为p的节距、下边缘22和上边缘23（未示出的厚度小于高度h且小于宽度l）。

图3、图4和图5示意性而非限制性地示出了根据本发明实施例的填料结构。

图3是填料结构20的下端部的视图。所述结构包括4个系列（表示为n），每个系列包括2个填料元件（21）（表示为m）。同一系列的填料元件（21）的边缘（22）是平行的，并且邻接的两个系列的填料元件的边缘是垂直的。

图4是填料结构20的三维视图。填料结构包括4个系列（表示为n），每个系列包括2个填料元件（21）（表示为m）。同一系列的填料元件（21）的下边缘（22）是平行的，并且并置的两个系列的填料元件的下边缘（22）是垂直的。上边缘（23）以与下边缘（22）相同的方式布置。

图5是由2个填料结构组成的填料的三维视图，每个结构包括4个系列（表示为n），每个系列包括2个填料元件（21）（表示为m）。同一系列的填料元件（21）的下边缘（22）是平行的，并且并置的两个系列的填料元件的下边缘（22）是垂直的。上边缘（23）以与下边缘（22）相同的方式布置。

应用

此外，本发明涉及根据前述特征的任何组合的填料结构的用于使气体与催化剂接触的用途，特别是用于催化剂的汽提操作，例如用于fcc、ncc、dcc、hs-fcc、mto、mtg工艺或任何类似工艺。

在催化剂的该汽提操作期间，除去了已经渗透到催化剂的大量孔隙中或吸附在其表面上的全部的或部分的烃。这允许降低以及更好地控制再生器的温度（汽提之后的操作），并提高源自裂化的可增值产物的回收率。该操作在汽提塔中进行，其中气体（通常为蒸气）与催化剂流以逆流方式流通。所述气体变得载有气态烃，从而从催化剂的表面或孔隙中除去气态烃。通过在汽提区添加填料，提高了该操作的效率。

填料布置在汽提塔的处于密相的下部部分，以使得减少固体颗粒至稀相的夹带。

在以流化床形式操作的催化单元中，根据本发明的填料具有的优点在于：确保催化剂在汽提区中的良好分布；以及已使用的催化剂与汽提流体之间具有良好的接触效率。

为此用途，汽提室可以包括：

-用于分离催化剂和裂化气体的分离系统，

-用于分离一部分催化剂的旋风分离器，

-如前所述的填料，以使催化剂与气体接触，目的在于除去已经渗透或被催化剂吸附的烃，以及

-至少一个气体插入管道以将气体分配至填料上。

图1a示意性地而非限制性地示出了包括根据本发明实施例的填料结构的汽提塔s的大体视图。反应器1的顶部部分在该图上是可见的，该反应器以上行方式运行（提升管），且通向分离系统2，该分离系统2允许分离催化剂和经裂化气体。所述系统可以是本领域技术人员已知的任何类型。经裂化气体通过管道3被送入旋风分离器6，并通过管道5和17离开位于汽提塔s的汽提区上方的脱离容器（英文中的disengagingvessel）4。

补充的一部分催化剂在旋风分离器6中被分离，并被送入料腿（英文中的dipleg）7，以便到达位于填料15上方稍低一点的致密催化剂床8。填料15是通过叠加如前所述的几层填料结构所获得的。填料15通过格栅或支撑件16保持在汽提塔s中。催化剂通过经由管道9a、9b和9c进入的蒸气被汽提，然后经由管道11被输送到再生器（未示出）。可选的元件12允许在汽提塔顶部处注入蒸气，以便不利于焦炭的形成。元件13是引导件，使得能够保持分离系统2远离脱离容器4的壁。

图1b示意性地而非限制性地示出了图1a的填料15的更详细的视图。

通常，通过多层填料结构的叠加和/或并置获得规整填料，优选2至20层填料结构，更优选3至15层填料结构，且非常优选4至10层填料结构。

根据本发明的规整填料还用于使流体（例如气体和液体）进行接触的应用，特别是在气体处理、蒸馏、酸性气体捕获、脱水或空气分离的领域。

制造方法

本发明还涉及一种填料结构的制造方法，其中执行以下步骤：

a）制造根据前述特征的组合中任一种制造多个填料元件，例如通过机械加工、模制、平板的塑性变形或增材制造；

b）通过以下步骤构造填料元件的布置：

i）沿着一个方向定位第一系列填料元件中的至少两个填料元件；

ii）在第一系列的元件的高度方向上组装第二系列填料元件的至少两个填料元件；

iii）重复步骤i）和ii）以形成所期望的体积。

如此组装，这两个系列的填料元件形成了三维网格，该三维网格界定用于促进交换的通道。填料元件的螺旋螺线允许元件更好地径向分布以便于接触（特别地，对于具有已使用催化剂颗粒的气体）。

优选地，制造方法包括将填料元件固定在一起的步骤，特别地，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。

根据本发明的实施方式，制造方法包括将填料结构切割成期望形状的步骤，特别是沿着圆筒的角度部分（即，大体是卡门培尔奶酪的一部分的形状）。因此，有利于将填料插入到柱中，以及有利于其安装。

优选地，第一系列填料元件的端部边缘大体垂直于第二系列填料元件的端部边缘。