从气相中分离固体的方法和设备的制作方法

专利名称：从气相中分离固体的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及两种物相彼此分离的方法以及适合实施上述方法的设备。本发明具体涉及如权利要求1前言所述的用于分离气流中固体和/或液体或用于分离液流中固体的方法。按照此方法，使携带例如催化剂或其它固相或液相的气相流体通过一分离装置，在该分离装置中通过离心力的作用使其它物相与气相分离。为分离液相流体中的固体，使液体流体以类似方式通过分离装置，在该分离装置中通过离心力的作用使固体与液体分离。
本发明还涉及如权利要求15前言中所述的用于在分离流化床设备中的气/液流体中的固体和/或液体的设备。
用于使两种物相彼此分离的具有很大工业价值的实施例是流化床反应堆。流化床反应堆一般用在烃族转换工艺中以及产能工艺中。在这些装置中，利用气态碳氢化合物或废气流可以使催化剂或能够改进热传递性或物料流化性的类似含有固体的材料保持在流化状态。随后可利用旋流器使固体与气态流体分离。
应用最多的流化床反应堆是沸腾床反应堆，在这种反应堆中，流体介质的线流速度通常是最小流化速度的5～10倍，最小流化速度是使大部分固体保持在反应堆流化床上的速度。最小沸腾速度被定义为大部分气体流体开始以沸腾方式穿过流化床的线性气体流速度。此最小沸腾速度取决于流化气体和有关固体的特性。
当气体流速超过最小沸腾速度时，流化床的顶部将变得不太清晰，事实上变成一个往上固体量逐渐减小的梯度区域。在很高的流速下，形成流化流体，在这种流体中实际上所有的固体均夹带在保持流化状态的气体流体中。随后必须使用旋流器从此气体流中分离出的固体返回到反应空间的底部，以使质量平衡不发生变化。
如上所述，可以在例如处理碳氢化合物的工艺中应用本发明的方法和设备。这种工艺的例子包括催化和热裂解、脱氢、Fischer-Tropsch合成、顺丁烯二酸酐的制造以及甲烷的氧化二聚合。
通常用在产能方面的流化床是锅炉，在这种锅炉中，采用燃烧空气流以及工艺中释放的废气使流化物料例如矿砂和或固体燃料粒子流化。在这种技术中通常应用循环流化床(CFB)，这种流化床利用沸腾流化床技术和夹带流化技术两种技术。在这些装置中利用旋流器除去废气流中的固体和未燃烧粒子。这里术语“夹带流化”是指在快速涡流流化范围以及气动传输范围两个范围内发生的流化。
碳氢化合物转换工艺采用固定床反应堆和流化床反应堆(流化催化反应堆)运行。在本文中术语“流化催化工艺装置”是指在一种工艺中所用的装置，在这种工艺中使细粉化的催化剂浮悬在例如缓慢上升的气体流中，其中催化剂促使发生要求的反应。
在这种技术中用得最多的一种流化催化反应堆系统是FCC装置，即流化催化裂解装置，它主要包括起反应堆作用的竖管以及预热器，前者操作在快速流化流状态，而后者操作在密集状态的沸腾床状态。
在流化床反应堆中，浮悬固体的颗粒物和产品气体的旋流器中利用离心力彼此分离。通常必须沿气流方向串联许多旋流器，以提高总的收集效率，因为正常结构的单一旋流器对于小于15μm的粒子表现出低劣的分离能力。在本文中如果旋流器能够从气流中分离出这些小粒径的粒子则认为这种旋流器是有效的。
除关于流化床反应堆的应用外，旋流器还用于例如分离流体系统中的液滴、分离干燥处理废气中的固体、两种物相流中的物相分离(除雾装置)、分离气体中的固体(除尘器)，以及用作粗分离废水中固体的水力旋流器。
旋流分离器或者为线圈结构或者为螺旋结构，在旋流分离器中，粒子浮悬物作为切线流进入旋流器的圆筒部分，这样，当气流在旋流器的圆筒部分以及构成其连续部分的圆锥部中一般循环约7-9圈时，催化剂粒子便从气体中推到靠近旋流器的内壁。还已知轴向旋流器，在这种旋流器中，利用叶片迫使流经管子的气体形成循环流动，这样便可利用离心力驱使固体移向管壁而与气流分离。
最普通型的旋流器是称作Zens旋流器的单入口螺旋旋流器，在这种旋流器中，旋流器不同部分的比例是标准化的，所以可根据图形和计算公式确定旋流器的尺寸。由于气流在旋流室中转动较多的圈数，在入射喷口的流量大，固体的密度较大，入射喷口较窄以及气体的粘度较低，所以可以提高这种旋流器的收集效率。
在流化催化裂解装置的预分离旋流室中，实验已证明气体从竖管顶端到旋流器出口的存留时间约为1.0～2.0s，此后催化剂仍滞留在高温分离容器中，滞留时装达4～40s。在此期间，作为热反应结果将损耗有价值的化合物。最后，汽油产品将热裂解，形成可燃烧气体，尤其是形成C2型的碳氢化合物。热反应的其它副产品是二烯烃例如丁二烯，这些副产品在烃化装置中造成酸的消耗显著增加。戊二烯还特别具有反应性，其危害作用表现为减少了FCC汽油的氧化阻力。使用常规FCC装置的其它问题涉及该装置不能很好地控制反应时间、催化剂粒子/循环固体的侵蚀以及反应堆的结构。
作为分离气体和固体/催化剂的分离装置，问题大部分涉及这种重要的设备部件即旋流器，在大多数情况，该旋流器作成为单入口装置。此处术语“单入口旋流器”是指只有一个将气流引入旋流器的入射喷口的旋流器结构。为达到要求的流过能力，一般将许多这样的装置并联起来，然后将两个或三个串联起来。
常规旋流器结构除复杂或成本高而外还需要很大的地方。另外，在旋流器的内部必须衬以陶瓷化合物，以防止腐蚀。
本发明的目的是克服上述缺点，提供一种完全新型的用于分离气流中固体的方法和设备。
用具有多个进气开口的旋流器(也称作多入口旋流器或多口旋流器)，或用许多串联一个或多个的这种多入口旋流器来代替至少一个流化催化工艺的常规旋流器便可达到本发明的目的。本文中术语“多入口旋流器”是指最少具有两个最好具有4～8个入口的旋流器结构，这些入口用定向气流，使其大体作为切线气流冲击旋流器的内壁。多入口旋流器的收集效率在低气流速度时比较高，而且与常规旋流器相比其结构更为简单，价格更为便宜。另外，安装多口旋流器所需的地方也较小。
在E.I.Du Pont de Nemours and Company公司在1974年提出的专利公告(美国专利No.3969096)首次提到多入口旋流器。所引用的专利公告说明了一种旋流分离器，该分离器具有多叶片气体入口，上述旋流器用于分离内燃机(汽车)废气中的浮悬固体。
然而E.I.Du Pont de Nemours and Company公司在该专利公告中没有提出能够解释为什么在较低压降时多口旋流器具有较好收集效率的理论。按照他们的设想，入口导流叶片在靠近旋流器外壳的内壁以薄层流的方式引入到旋流分离器，因此夹带的粒子在分离前只需运动较短的距离。另外，该发明人还认为，上述薄层入口气流在向上和向下的螺旋进入气流之间形成更明晰的质量界限，由此流体形成涡流的倾向减小，这种涡流减小的倾向减小了进入气流的减速阻力，从而增加了分离效率。
用在本发明中的分离设备或旋流器包括旋流室，该室具有至少基本上直立的轴线和最好基本上为圆形横截面的内部空间，因此分离室相对于其中心轴线是旋转对称的。处理气体的进入喷口连接于该分离室，上述喷口基本上为圆形横截面，该横截面定中于分离室的中心轴线。另外，分离室包括用于排气的中心管和用于回收气相中分离的固体的向下返回支管。分离室装有一组导流叶片，该叶片形成一种通气窗驱使待处理气体形成靠近旋流室内壁循环的气流，从而在离心力作用实现固体和气相的分离。
该设备最好由多个配置成彼此共轴的圆筒外壳构成，因此具有环形横截面的外壳之间的通道起流化空间和反应堆的向下返回支管的作用。由于多口旋流器位于轴向环形外壳间流体通道的紧上方，所以可以使催化剂或固体与射出反堆的气相悬浮体分离。
本文中术语“固体”系指在反应空间中形成浮悬物的物质。如果反应堆用在催化反应中则固体一般由催化剂粒子组成。当反应堆用在物理处理或热处理时固体可以是将热量或物料送入或送出反应空间的不参与反应的颗粒物，或者为固体燃料颗粒。按照运行的工艺选择催化剂。
多口旋流器最好连接于反应空间的上部。旋流器中待处理物料经多个进气口进入旋流气室。进气口绕旋流器的中心轴线对称配置或非对称配置。这些入口最好对称配置，竖直空间其横截面最好是环形的，因此在整个流体通道横截面内气流是均匀的。在这种情况下，旋流器装有导流叶片，该片驱使流体进行离心分离所必需的螺旋运动。该导流叶片以通气窗的形式沿着旋流器室内壁的四周配置，从而形成包含许多引入气流的平行进气通道的通气窗。这样，多入口旋流器的进气口包括一种用于偏转径向进入旋流器进气流的装置。这种装置可以利用例如装在旋流器上部分的导流叶片构成，使得用于偏转冲击流体的至少一部分叶片面积将流体的主要高速度分量偏转到对着旋流器的中心轴线，从而使气流从旋流器的外周偏转到旋流器的中央。
在Kvaerner Pulping Oy(前身为Tumptlla Power Oy)公司提出的CYMIC循环床锅炉中，采用这种多入口旋流器来除去气体中夹带的流化床物料中的颗粒物，并使这些颗粒物返回到锅炉。旋流器配置在锅炉的内部空间中并用水冷却。
可以在第一多口旋流器的或者还可在常规旋流器的内部空间中安装第二多入口旋流器，因为旋流器中的气流是对称的，使得气流可以在第二旋流器的导流叶片系统上以对称方式分布。因为在第二旋流器中较低的催化剂浓度使得后一旋流器可以操作在比前面上游旋流器高的流速，所以这种配置提供了更有利的流动特性和结构特性。根据可利用的工厂空间以及收集效率可以串联要求数目的旋流器。
在本发明的优选实施例中，用于分配待处理气体的本发明所用进入喷口基本上为环形横截面，该进入喷口可以这样配置，使得用于偏转径向进入气流的装置沿径向方向在旋流器回外周延伸。另外，在本发明的特别有利实施例中，上述装置例如包括导向叶片系统的进入喷口在旋流器的外部空间中延伸，从旋流器的顶部向下沿着旋流器外壳的四外周延伸。位于旋流器外表面上并沿该表面向下伸的那部分导向叶片系统适合于使进入旋流器的气流沿向上方向流出包围上述旋流器的前辈旋流器。本发明中的流动方向是指例如流体导向方向、稳定方向和/或偏向方向。导流叶片系统还可只部分放在入口通道内，或者完全地或只部分地放在旋流器内。
在本发明的优选实施例中，共轴配置的旋流器的向下返回支管以同样方式配置成共轴线。在本发明的具有至少两个共轴配置多入口旋流器的另一优选实施例中，旋流器最好设计成使得任何内侧旋流器的导向叶片系统总是位于各自上游外侧旋流器导向叶片系统的上面。
因此，将至少一个多入口第二级旋流器装在第一级旋流器内或装在另一个前面的第二级旋流器内便可达到本发明的目的。
具体是，本发明的方法其特征在于权利要求1的特征部分所述的特征。另外，本发明的组件其特征在于权利要求15的特征部分所述的特征。
本发明具有极好的优越性。因此，基于利用多入口旋流器的本发明的装置结构在流体动力学以工艺工程方面与常规装置以及常规使用的单入口旋流器相比具有显著的优点。这是因为，在常规单入口旋流器中，固体流像均匀的高流速气悬浮喷流一样冲击在旋流器内壁上，该气流速度在第一级旋流器中通常在20～25m/s之间，在第二级旋流器中约为35m/s，而在第三级旋流器中约为40m/s。冲击喷流的流率必须很高，因为旋流器进入喷口宽度(喷流宽度)例如在标准化Zenz旋流器中一般约为旋流器直径的四分之一，而且必须将颗粒物引到靠近旋流器内壁的冲击喷流的整个宽度，以达到固体与气流的分离。在这种旋流器中，对腐蚀最敏感的位置是受浮悬催化剂粒子喷流冲击的旋流器内壁区域。
与此相反，按照本发明的结构，由于改进了流体动力学，所以消除了腐蚀问题，即常规单入口大通量的固体流被分成许多冲击在多入口旋流器内壁上的较小通量质流量，这样腐蚀效应分布在较大区域上。由于采用多入口结构，所以旋流器进气口可以作得较窄，这样催化剂层变得较薄，而且在任何一个进气口的流速也显著小于常规单入口旋流器中的速度，在常规单入口旋流器中减小进气口宽度则需要增加通道高度，这样便造成旋流器装得较高，并需要加长的不灵便的进气通道。为进一步降低腐蚀率还可采用较小的旋流器进气流速，按照出版的文献，腐蚀率是液体速度4～5次方的函数。
在室温下进行的试验中，直径465mm的本发明的具有全区域近气口和直叶片的旋流器当催化剂的横截面质量流量根据差压测量高于200kg/m2s时其收集效率在5.6m/s的流速时为99.99％。而在具有适合尺寸和流速的常规Zenz旋流器中，其收集效率为99.10％，如按粒子粒级计算的。比较这些收集效率可以清楚看出，本发明的具有多个窄入口的新型旋流器可以提供极好的收集效率，同时其设计目的是避免高流速造成的剥蚀。
本发明的优选结构具有直接连接于旋流器进气管的反应堆竖管(以后简称为竖管)，在这种优选结构中，可以准确控制滞留时间，因为催化剂可以从各个进气管的位置同时进入旋流器。因此本发明的旋流器其容积可设计为标准旋流器容积的一半。由于旋流器共轴地放置在另一个旋流器内，所以与旋流器以并联方式或叠置方式配置在压力容器内部空间的装置相比较可以减小压力容器的有用内部容积。因为本发明的旋流器由于其改进的流体动力学特性而具有较短的结构，所以其高度和相应的保持时间可以是例如标准旋流器相应值的一半。这样便可减小可能的不需要的热反应。另外，如果需要，产品可以直接在旋流器排放管中冷却。
按照本发明的第一优选实施例，多入口旋流器可用于分离流化催化裂解(FCC)工艺产品气体中的催化剂。多入口旋流器也可以用在FCC设备的预热装置中，用于分离炼焦燃烧气体中的回收催化剂。
除此之外，其它适合的流化催化工艺是苯二酸酐、顺丁烯二酸酐或甲烷的催化重整氧化二聚合；Fischer Tropsch合成；甲烷、乙烷和其它碳氢化合物的氯化和溴化以及使甲醇转换为烯族物的转换工艺。
用许多串联的旋流器(例如2～10个，最好2～5个)进行固体的分离。用在本发明中的旋流器由于其结构可以同轴地装在另一个旋流器内，使得例如在下游串联旋流器中的任一旋流器的向下返回支管可以配合在前一旋流器向下返回支管的内部，本发明中所用旋流器中至少一个是多入口旋流器。由于旋流器在压力壳体内形成纵向重叠共轴配置，所以相对于常规旋流器结构可以显著减小体积，常规结构是并排配置旋流器。多入口旋流器比常规旋流器具有较大直径。多入口旋流器的直径可以超过1m，甚至达到若干米，而常规旋流器的直径一般限于最大为1m。但在本发明的实施例中不需要增加反应容器的直径，与此相反，甚至可以作得小一点。
旋流器进入喷口可以形成在位于两个共轴安装的圆筒形或局部圆锥形表面之间的外壳间空间内，这样，上述环形空间可利用轴向延伸的导流板分成平行的流体扇形部分。在两个共轴的圆筒表面之间沿径向安装纵向准直的导流板便可获得这种流体扇形部分。沿圆周等距离间隔开地安装一组平行的进气通道管也可形成具有环形横截面的进入喷口，这样也可获得同样结果。
旋流器的导流叶片的圆形通气窗的方式围绕旋流器室壁四外周部分地或完全地装在竖管通道内，从而形成一种通气窗，这种窗包括许多引入气流的平行进气通道。
本发明的旋流器(一个或多个)可直接连接于流化催化工艺反应堆的竖管通道，这种方式是本发明的优选实施例，或者使旋流器(一个或多个)的进入喷口(一个或多个)与流化催化工艺反应堆的气体空间连通，如同常规装置的情况那样。
本发明的优选实施例具有用于使进入旋流器的气流向径向方向偏转的装置，该装置配置成沿径向向外伸到旋流器的外侧空间，在这种优选实施例中，流体在进入旋流器之前便可有效地控制流向。另外，在本发明的特别有利实施例中，上述装置从旋流器的顶部高度向下延伸，在这种实施例中可进一步增强流体的受控作用，流体开始受控时间早于常规结构。最后造成可以在较早阶段有效控制离开前面外侧旋流器涡流区域的流体，使其向上流动。由于采用这种有效流体控制装置，所以气流可以以要求的流动状态进入内侧旋流室，不会受到外侧旋流器流型中任何可能紊乱的影响。另外，由导流叶片形成的有力流体控制作用尤其是在内侧旋流器外边的直立部分中的控制作用有助于在分离设备的外侧和内侧旋流器之间达到极好的预分离。
因为进入内侧旋流器的进入气流在开始便具有切向速度分量，所以可以有利地不使导向叶片伸到内侧旋流器的进气通道边缘。
本发明的另一好处在于，直立的偏转或导流装置装在旋流器的周边上，上述装置包括用于在管状外包面和上述内侧旋流器的上述周边之间的外壳间空间内形成气流通道的管形外包面，所以上述装置有利于将多入口旋流器共轴配置在另一个旋流器内，使得各个相继内侧旋流器的导流叶片系统配置在相应前面一个旋流器导流叶片系统的上面。本发明中很容易实现一种结构，在这种结构中，内侧旋流器的向下返回支管包括柱形的固体柱，该粒子柱高于以同样方式在外侧旋流器的向下返回支管中由已分离成品固体形成的固体柱。固体柱顶部之间的高度差是必需的，以便补偿在旋流器向下返回支管的底端伸出同一空间时在旋流器内部空间中压力之间的差。在旋流器内部空间之间的压力差主要是由导流叶片系统或类似的偏转系统中发生的压降以及流体通道内因流体速度改变发生的压力损失造成的。利用旋流器向下返回支管中聚集的不同高度固体柱上不同的流体静压力可以补偿这种压差。采用这种方式，利用上述实施例可使固体返回到旋流器床上。
下面参考附图通过例示实施例考察本发明，这些附图是

图1示出本发明的第一实施例以及在相同应用中应用的等效先有技术旋流器；图2示出本发明第二实施例以及在相同应用中应用的等效先有技术旋流器；图3示出本发明第三实施例以及在相同应用中应用的等效先有技术旋流器；图4示出本发明的一个实施例，该实施例组装成在内侧和外侧旋流器之间形成的流体静压力高于图3所示实施例中产生的静压力。另外，导向叶片系统只部分伸入进气通道内部，这样便可利用第一级旋流器在气流上施加的切线速度分量。
例1图1B和2B示出本发明的第一和第二优选实施例，它们适合于与流化床催化裂解装置FCC联用。FCC装置包括两个反应堆，一个反应堆是循环流化床式反应堆，而另一个是沸腾流化床预热器。作同样目的用的常规结构示于图1A和2A。
FCC反应堆图1B示出本发明的旋流器结构，而图1A示出常规旋流器装置，此装置具有直接串联在FCC反应堆竖管上的两个旋流器(第一级和第二级旋流器)。很明显，旋流器串联数目可以大于或小于两个。
先有技术旋流器装置的作用预流化气体与已反应的和正反应的碳氢化合物质蒸发态的混合物成气相沿竖管12向上流，这样，夹带的催化剂进入装在反应容器15内部空间中的第一级旋流器13。气相中的固体在反应室的壁上被分离，并从该处掉入第一级旋流器13的向下返回支管。该催化剂从返回支管中被传送到碳氢化合物分离部分和预热器。进入第一级旋流器13的气流经其中心管流出旋流器13，进入第二级旋流管14。颗粒物由于冲击在室壁上而与气体分离，然后从该处掉入第二级旋流器14的返回支管。该气体从第二级旋流器14进入可能的收集室，然后经出气喷口16排出反应容器15。
本发明的旋流器设备及其功能图1B所示的设备中，反应堆11包括第一级旋流器、第二级旋流器以及使气体流出第二级旋流器并将其从整个反应堆设备11中排出的排放管10。第一级旋流器包括环形空间2，该空间形成在竖管1的上端，位于反堆11的内部空间中，该旋流器还包括导流叶片系统3，该系统至少装在上述环形空间2的上部分，而室4位于上述导向叶片系统3的下面，以便迫使反应混合物流体通过上述导向叶片系统3，形成涡旋流体，该涡旋流体沿着上述室4的内壁以及连接于上述室4下部分的向下返回支管5流动。
第二级旋流器装在第一级旋流器的内部空间中，包括中央管6，该管形成轴向环形流道，使进入第一级旋流器的气流从第一级旋流器流到第二级旋流器；导流叶片系统7，连接于上述中央管6形成的上述轴向环形流道；旋流室8，连接于上述导流叶片系统7，所有这些部件均用于迫使进入上述第二级旋流器的气流形成涡旋运动，使该涡旋流扫过上述室8的内壁。第二级旋流器还包括返回支管9，该支管从上述室8向下延伸，最好共轴地配置在上述第一级旋流器的上述返回支管5的内部空间中。
在上述设备操作时，预流化气体与已反应的和正反应的碳氢化合物蒸发相的混合物成气态沿竖管1往上流，因此夹带的催化剂随气体流入位于反应堆11内部空间中的环形空间2，该气流从该处进一步向上流，流入第一级旋流器的导流叶片系统3。该导流叶片的作用是形成涡旋流，在该涡旋流中夹带的颗粒物在离心力作用下碰到室4的内壁，并从该处掉入第一级旋流器的向下返回支管5中。催化剂从该返回支管5进一步流入碳氢化合物分离部分和预热器。进入第一级旋流器的气流经中央管6离开该旋流器，流体从中心管道6进一步沿环形横截面的流道向上流，进入第二级旋流器的导流叶片系统7。颗粒物由于碰在旋流室8的内壁上而与气相分离，并从该处掉入第二级旋流器的返回支管9。第二级旋流器的返回支管9最好装在第一级旋流器返回支管5的内部空间中。流入第二级旋流器的气流经出气喷口10离开该旋流器和反应堆11。
FCC预热器图2A示出常规旋流器结构，而图2B示出本发明的旋流器设备，两种装置均具有在FCC预热容器内部空间中串联的两个旋流器(第一级旋流器和第二级旋流器)。串联旋流器的数目可以变化，或者多于两个，或者只有一个旋流器或许多并联的旋流器。因为常规旋流器的直径最大约为1m，所以多于一个以上的这种常规旋流器必须根据以下情况进行并接。
常规旋流器的配置此处，流过底部格栅27的进入空气在沸腾床条件下可使装在预热器28中的催化剂流化，同时可向焦碳燃烧反应引入氧气。夹带浮悬催化剂粒子的气体随后进入装在预热器28内部空间中的第一级旋流器29。气相中的颗粒物流由于冲击分离室的内壁而被分离，并从该处落入第一级旋流器的向下返回支管29，催化剂然后从该返回支管返回到流化床。进入第一级旋流器29的气流经进入第二级旋流器30的中央管离开旋流器29。气相中的颗粒物由于碰到旋流室的内壁而被分离，并从该处掉入第二级旋流器30的向下返回支管。该气流然后从第二级旋流器30进入收集室，最后经出口喷口31离开反应堆。
本发明的旋流器设备及其功能在图2B所示的设备中，预热器18包括第一级旋流器、第二级旋流器、使空气流入预热器18的格栅17以及使气流流出第二级旋流器和同时流出整个预热器18的排气喷口26。第一级旋流器包括导流叶片系统19和旋流室20，前者至少装在旋流室的上部，位于预热器18的内部空间中，后者位于上述导向叶片系统19的下面，上述导流叶片系统19用于迫使进入旋流室的气流形成涡旋流，使该涡旋流扫过上述室的内壁。第一级旋流器还包括连接于上述室20下部的向下返回支管21。
第二级旋流器装在第一级旋流器的内部空间中，并包括中央管22，该管形成轴向的环形流道并使进入第一级旋流器的气流从第一级旋流器流到第二级旋流器；导流叶片系统23，该系统连接于由上述中央管22形成的上述轴向环形流道；旋流室24，该室连接于上述导流叶片系统23，所有这些部件用于迫使进入上述第二级旋流器的气流形成涡旋运动，使得这种涡旋流扫过上述旋流室的内壁。第二级旋流室还包括返回支管25，该支管从上述室24向下延伸，最好共轴地配置在上述第一级旋流器的上述返回支管21的内部。
在上述设备操作时，穿过底部格栅17的进入空气在沸腾床条件下使装在预热器18中的催化剂催化，并向焦炭燃烧反应送入氧气。夹带浮悬催化剂粒子的气流向上流入形成在第一级旋流器内部空间内的导流叶片系统19。导流叶片系统19的作用是形成涡旋流，在此涡旋流中的颗粒物受离心力的作用碰在旋流室20的内壁上而与气相分离，然后从该处落入第一级旋流器的向下返回支管21内。该催化剂然后返回到流化床。进入第一级旋流器的气流经中央管22离开该旋流器，该气流然后流过环形横截面的通道，进入第二级旋流器的导流叶片系统23。颗粒物由于冲击旋流室24的内壁而与气相分离，并从该处掉入第二级旋流器的向下返回支管25中。该第二级旋流器返回支管25装在第一级旋流器返回支管21的内部空间中。气流从第二级旋流器经出气喷口26流出该旋流器和预热器。
例2此例子说明了与常规单入口旋流器联用的多入口旋流器。图3A示出第一级和第二级旋流器之间的常规连接。图3B相应示出本发明的连接，在这种连接中，多入口旋流器完全装在单入口旋流器的内部空间中。由于气流在旋流器内部空间中对称分布，因此多入口旋流器可以装在单入口旋流器中，这样便使得气流对第二级旋流器的导流叶片系统对称地分开。
图3B所示的设备包括单入口第一级旋流室46、使反应混合气流流入上述旋流室46的喷口40、从上述旋流室46向下延伸的返回支管44以及装在上述旋流室46内部空间中的多入口第二级旋流器。该第二级旋流器包括中央管41、连接于上述中央管的导流叶片系统42、在上述导流叶片系统42下面的位于气流上游方向的旋流室43、从上述旋流室43向下延伸的返回支管47以及从上述旋流室43向上伸的排气喷口45。
尽管图4所示的设备在其它方面类似于图3B的设备，但其中第二级旋流器部分地装在第一级旋流器的上面、使得形成在返回支管44和47内的固体柱之间形成较高的流体静压差。另外，第二级旋流器导流系统42只部分伸向中央管41的内部。
权利要求
1．一种使两种物相彼此分离的方法，上述方法包括以下步骤使一种工艺的物料流流入至少一个第一分离装置，然后流入至少一个第二分离装置，该物料流包括处于第一物相的物料和处于浮悬或分散的第二物相的物料，其中使处于浮悬或分散物相的物料在离心力的作用下与第一物相的物料分离，方法的特征在于，第二分离装置的至少一个单元是多入口旋流器，该旋流器装在第一分离装置内，待处理的物料流经横截面为环形的进入喷口被输入该旋流器。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，可用多入口旋流器作上述第一分离装置。
3．如权利要求1所述的方法，其特征在于，可用一单入口旋流器作上述第一分离装置。
4．如权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，上述待处理的物料流包括气体、液体和/或固体。
5．如权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，上述待处理的物料流是包括浮悬态固体的气流。
6．如权利要求4所述的方法，其特征在于，上述待处理的物料流是包含待除去之固体的液流。
7．如权利要求5所述的方法，其特征在于，上述待处理的气流包括从待再生的催化剂的焦碳燃烧工艺中放出的废气，上述废气夹带浮悬粒子态的催化剂。
8．如权利要求5所述的方法，其特征在于，上述待处理的所述气流是流化催化工艺的成品气体，包含待处理的气体，液体组分和/或固体。
9．如权利要求8所述的方法，其特征在于，上述流化催化工艺是在流化床催化裂解装置中进行的碳氢化合物催化裂解工艺。
10．如权利要求5所述的方法，其特征在于，上述待处理气流是作为废气从用于产生能量的锅炉中排出的，从该废气中颗粒物必须被除去。
11．如权利要求5所述的方法，其特征在于，上述待处理气流是干燥工艺的排气，从该排气中颗粒物必须除去。
12．如权利要求5所述的方法，其特征在于，上述待处理气流是其中液滴必须除去的蒸气系统的排放蒸气。
13．如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，使用许多串联旋流器来分离上述第一物相的物料中的第二物相的物料。
14．如权利要求13所述的方法，其特征在于，可以应用2～5个旋流器，在下游串联的旋流器中的任何一个旋流器其向下返回支管装在前面旋流器的向下返回支管内部。
15．如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，至少两个接连串联的旋流器的向下返回支管适合于将分离的粒子排列一个共同空间。
16．如权利要求15所述的方法，其特征在于，通过在上述旋流器的向下返回支管中保持不同高度的固体柱，补偿接连串联的旋流器内部空间之间的压差，该旋流器适合于使它们的固体部分返回到该同一空间。
17．如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，物料流经上述进入喷口进入上述多入口旋流器，使得可以借助装在上述进入喷口上的偏转装置使从旋流器外部进入多入口旋流器内部空间的物料流被导向和偏转，从而使之完全地或至少部分地位于旋流器的外侧。
18．如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，使上述物料流进入上述第二级多入口旋流器，使得借助偏转或导流装置引导物料流从第一级旋流器向上流向第二级旋流器的顶边缘，该偏转和/或导流装置例如管状导流部件装在第二级旋流器的外表面上，该导流部件可包括用于引导和偏转向上运动的物料流的导流叶片部件。
19．如权利要求18所述的方法，其特征在于，物料流从上述多入口的第一级旋流器流入上述多入口的第二级旋流器，使得借助于装在第二级旋流器外表面上的偏转和/或导流装置，引导物料流从上述第一级旋流器的导流叶片系统的下面流到上述第二级旋流器的导向叶片系统，后者位于上述第一级旋流器的导流叶片装置的上面。
20．一种组件，用于在流化催化工艺设备中从料流中分离气体、液体和/或固体，上述设备包括至少一个第一和一个第二分离装置，各个分离装置具有基本上直立对齐的分离室(4；8；20,24；43,46)；一待处理物料流的进入喷口(1；17；40)，上述喷口连接于上述分离装置；一出口喷口(10；26；45)，连接于至少一个上述第二分离装置，用将处理后的物料流排出上述分离装置；该设备的特征在于至少一个上述第二分离装置装在上述第一分离装置内；装在上述第一分离装置内的该分离装置至少具有一导流叶片系统(3,7；19,23；42)，该系统用以迫使待处理的物料流进入涡旋运动，该涡旋流扫过上述分离室(4,8；20,24；43)的内壁，从而在离心力的作用下从物料流中分离出气体、液体和/或固体。
21．如权利要求20所述的组件，其特征在于，各个分离室(4,8；20,24；43,46)的与室内壁的垂直中心轴线成直角的横截面基本为圆形。
22．如权利要求20或21所述的组件，其特征在于，上述导流叶片系统(3,7；19,23；42)包括径向向外取向的导流板，该导流板绕上述分离室(4,8；20,24；43)的直立中心轴线装配，从而将到上述分离室(4,8；20,24；43)的正处理物料流的通道分成平行的扇形流道。
23．如权利要求22所述的组件，其特征在于，上述平行的扇形流道由在两个共轴配置圆筒壳体之间横跨的径向导流板形成，上述导流板平行于反应器空间的纵轴线对齐。
24．如权利要求20～23中任一项所述的组件，其特征在于，装在上述第一分离装置内的上述至少分离装置包括基本上为环形横截面的进入喷口(2,6；22；41)，该喷口用于将上述物料流输入上述导流叶片系统(3,7；23；42)，并再从该处输入上述分离室(4,8；20，24；43)。
25．如权利要求24所述的组件，其特征在于，上述横截面基本上为环形的进入喷口(2,6；22；41)由沿圆周等距间隔开的平行进入流道管构成。
26．如权利要求20～25中任一项所述的组件，其特征在于，上述第一分离装置包括导流叶片系统(3,7；19,23；42)，该系统迫使待处理的物料流进入涡旋运动，该涡旋流扫过上述分离室(4,8；20,24；43)，从而在离心力的作用力下从物料流中分离出气体、液体和/或固体。
27．如权利要求20～26中任一项所述的组件，其特征在于，上述第一分离装置是一多入口旋流器。
28．如权利要求20～26中任一项所述的组件，其特征在于，上述第一分离装置是一单入口旋流器。
29．如权利要求20～28中任一项所述的组件，其特征在于，上述组件包括至少再一个类似的第二分离装置，此装置装在上述第二分离装置的内部空间中。
30．如权利要求20～29中任一项所述的组件，其特征在于，上述第一分离装置以及各个装在上述第一分离室内部空间中的上述第二分离装置具有向下返回支管，所述支管共轴地相互设置在内部、由此可使已分离的固体从各个上述分离装置返回到一共同的收集空间。
31．如权利要求30所述的组件，其特征在于，任何一个内分离装置的返回支管沿垂直方向安装成比相应共轴地最靠近的前一个外分离装置的顶边缘延伸的更高。
32．如权利要求20～31中任一项所述的组件，其特征在于，上述分离装置的导流叶片系统至少部分地装在上述分离装置的外侧和上面，从而沿径向方向从上述分离装置的外侧向内延伸直到到达该分离装置的内部空间。
33．如权利要求20～32中任一项所述的组件，其特征在于，上述组件包括一偏转和/或导流装置例如管状的导流部件，其至少连接于装在上述第一分离装置内部空间中的分离装置的导流叶片系统(3,7；19,23；42)并且以朝下取向的方式封闭地包围上述分离装置的外表面，上述偏转和/或导流装置沿向上的方向引导正处理物料从外分离装置的底部到随后内分离装置的导流叶片系统。
34．如权利要求33所述的组件，其特征在于，上述偏转和/或导流装置包括导流叶片部件，该叶片部件装在上述导流装置上，用于导向和偏转竖直流动的物料流。
35．如权利要求20～34中任一项所述的组件，上述组件具有至少两个作为上述分离装置的共轴配置的多入口旋流器，其特征在于，各个接连的内多入口旋流器的导流叶片系统装在相应前面的外多入口旋流器的导流叶片系统的上面。
全文摘要
本发明涉及使两种不同物相的物料彼此分离的方法以及实现这种方法的设备。按照本发明的一个实施例,第二物相具有浮悬态或分散态物料,使该第二物相流入分离装置(2～5;6～9),在分离装置中浮悬/分散物相通过离心力的作用而与上述第一物相分离。其中至少一个上述分离装置(2～5;6～9)包括多入口旋流器,使待处理的物料流径横截面为环形的进入喷口(2,6)进入该旋流器。在例如FCC工艺中应用多入口旋流器与应用常规标准的单入口旋流器相比在流体动力学和工艺受控性方面具有重要的优点。
文档编号B04C5/02GK1321108SQ99811724
公开日2001年11月7日 申请日期1999年8月12日 优先权日1998年8月12日
发明者J·希尔图宁, I·埃尔奥斯, V·尼米 申请人:福图石油及煤气公司