专利名称：用于气体和固体的逆流接触的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于气体和流化固体的逆流接触的设备，并特别涉及一种用于流体催化裂化工艺的汽提塔。
背景技术：
各种化学的、石油加工和燃烧的过程都要求将流化固体颗粒与上行气体接触，以获得有效的质量和/或热量传递。这些系统也可通过让这些相有效地逆流接触来实现化学反应。一个这样广泛使用的应用是在一个被称作流体催化裂化(“FCC”)的非常重要的工艺中，该工艺已经在石油加工上使用了许多年，以用于将较重(或者高沸点)的烃类化合物转换成更有价值的较轻(或者低沸点)的组分。FCC装置有许多不同的构造，但所有构造本质上都由具有相同功能部件的设备组成。通常，FCC装置包括立管，它是一个垂直的管状反应器，裂化反应就在该反应器内发生。通常呈液态形式的烃的进料被引入到立管的底部，并在该处与热的再生催化剂接触。所述催化剂呈细粉末状，它容易油混合并产生热量，以便使油蒸发并维持裂化反应。催化剂和烃都向上流过立管。有利的是，使催化剂对油的比达到最大，以改善在立管里的转化。在立管里的停留时间一般小于约10秒钟。位于立管顶部的立管终止设备将反应产物(以气相形式)从催化剂中分离出来。该产物蒸汽离开FCC装置并被输送至后续工艺。在裂化反应中被焦炭覆盖的催化剂颗粒被送至再生炉，其中焦炭在氧化气体(通常为空气)流中被燃烧掉。来自烃蒸汽气氛的催化剂使烃进入催化剂的气孔和催化剂颗粒之间。有利的是，在催化剂可以被送至再生炉之前，先从催化剂中汽提出夹带烃或者位于催化剂气孔中的烃。这通常是通过使下行催化剂颗粒与上行蒸汽相接触而实现的。由于未回收/未除去的烃表示着有价值的产物的损失，因此汽提装置的效率是非常重要的。由于燃烧更大质量的烃需要额外量的氧化或者燃烧空气，因而未回收/未除去的烃还给再生炉增加了额外的负载。所述再生炉还可能会在较高的温度下工作，这可能会降低催化剂对油的比并且降低该装置在工作适应性和有价值产物产量方面的性能。而且，富氢的夹带烃会在再生炉内产生较高的局部蒸汽压力，这会增加催化剂的钝化。
参照图1，图1显示了现有技术的FCC装置的示意图。诸如柴油或者真空瓦斯油的高沸点进料，或者甚至更重的进料，被通过进料注入口2添加到立管反应器6，在进料注入口处，进料与再生催化剂颗粒混合。裂化反应在立管内完成，并且裂化的烃和反应后的催化剂由肘管10转向通过旋风分离器12，该分离器使大部分反应后的催化剂从产物中分离出来。来自分离器12的蒸汽连同余下的催化剂颗粒一起被直接送到分离器16，该分离器去除大部分余下的催化剂。小量的裂化过的烃蒸汽连同被分离出的催化剂被一起从分离器的浸入管向下输运。
反应后的催化剂从分离器12和16的浸入管流入催化剂汽提塔8，在该处发生一级或多级蒸汽汽提。通过管线19和21将汽提蒸汽注入该容器的底部或者在该容器的顶部和底部之间的某个中间点。汽提后的烃和汽提蒸汽向上进入分离装置14，并在通过分离器12的专门开口后与裂化产物一起被除去。还有许多其它气旋和非气旋的布置和设备，它们用于在立管反应器的出口处分离催化剂和经裂化的烃蒸汽。然而这些其它的设备和布置的目的是相同的，即都是为了将催化剂颗粒从经裂化的烃蒸汽中分离出来。
汽提的催化剂通过竖管26向下流入水平的催化剂输送管线27。催化剂的流动由阀36控制。空气通过管线28注入所述输送管线27内，这使得反应后的催化剂被以稀相形式穿过输送管线道27和立管管线29而输送到再生炉。本领域的技术人员能够理解，还有其它合适的输送催化剂的方法，可以可选地使用这些方法。
在再生炉24内，通过与经由空气管线和空气分布板(未示出)添加的空气接触，使催化剂再生。催化剂冷却器28可以这样设置当处理较高沸点的进料时，热量能够在特定的操作下从再生炉中除去。
再生的催化剂被通过导管34从再生炉中回收，穿过料斗31、竖管33和阀组件30并被输运穿过横向管线32而进入立管反应器的底部。废气和一些夹带的催化剂被排放到再生炉24上部内的一个稀相区域。夹带废气的催化剂在分离器4的多级里被从废气中分离出来。分离的催化剂通过浸入管35回到再生炉内的催化剂床。废气通过增压室20排出，被冷却，以恢复焓并排入空气中。
一般的FCC装置催化剂汽提塔使用圆形、圆锥形的折流板，以便于催化剂与汽提蒸汽接触。圆锥形的折流板通常深深地倾斜，以防止催化剂留在折流板上面。图2显示了一种典型的汽提塔40中的折流板布置，该汽提塔包括若干与向内倾斜的折流板42交错的、向外倾斜的折流板41。所述折流板41和42会相对汽提气体的上行流G来回地横向地改变催化剂颗粒的下行流S。然而已经发现，质量传递(或者在FCC汽提塔中烃的去除)的效率会随着通过汽提塔的催化剂质量流量的增加而减少。超过一个特定点，该效率就会极急剧降低。因此，需要一种在下行流化颗粒和上行气体之间实现高效率的质量传递的设备和方法。
发明内容
这里提供了一种设备，其用于气体和下行流化固体颗粒的逆流接触。该设备包括壳体，其至少部分限定一个内部空间；以及多个在所述壳体的内部空间内放置和定向的折流板，所述多个折流板被布置在位于连续的下方位置上的至少第一和第二垂直间隔的层中。第一和第二层中的每一层都包括一行至少两个相互平行并倾斜于水平方向地取向的折流板，以便使下行固体平稳地流动通过壳体，并且不限制可用的横截面面积。另外，折流板的连续层被布置成使得当颗粒从一层移动到下面的下一层时横向改变下行颗粒的方向。连续层一般是相互垂直排列的，但是也可以采用其它的旋转角度来满足安装或工艺的要求。
有利的是，设备可以与FCC装置组合，以在上行气体和下行流化颗粒之间实现更有效的质量传递。所述设备被设计成使各相之间最大限度地接触，并且避免了各相的沟流。还得到了相之间质量传递的最大的“分界面”面积。
下面参照附图对各个实施例进行描述，在附图中图1是现有技术中的FCC装置的示意图；图2是现有技术中的汽提塔的示意图；图3是根据本发明的一个折流板片的平面图；图4、图5和图6分别是根据本发明的气-固接触设备的透视图、主视图和侧视图；图7是示出折流板之间的间距的图；图8是示出了气-固接触设备的一种可选构造的透视图；图9是示出了气-固接触设备的又一种构造的俯视图；图10是折流板性能-质量流量的曲线图，显示了本发明出众的效率。
具体实施例方式
本发明所述的设备可以在任何气体与固体颗粒的逆流流相接触的应用中使用。这种接触一般是出于在各相之间进行质量传递或者化学反应的目的，但也可以用于热量转换的目的。特别有利的是，本发明可以在FCC装置的汽提塔中使用，并且有利的是，本发明可以与诸如图1所示的FCC装置结合，但是本发明的范围并不限于这种使用。
本发明的所述接触设备采用了成具有独特构造的阵列的若干折流板片。参照图3，图3显示了一个单独的折流板100，其中，视工作温度和其它操作条件而定，折流板100由诸如金属、陶瓷或者工程塑料(例如，聚碳酸酯、丙烯酸、聚氯乙烯、尼龙、乙缩醛、聚砜及类似的材料)的适合材料的板片101制成。
板片101分别具有第一和第二直边102和103。尽管可以可选地使用弯曲的板，但板片101优选地是平的。上边111优选地是锯齿状的并包括交替的、大致呈V形构造的齿111a和凹槽111b。所述凹槽限定了角α，α角优选的是从大约60°到120°，较优选的是从大约80°到约100°，而更优选的是从大约88°到92°。最优选的是，α等于90°。优选的是，所述板片101的下边112也是锯齿状的并包括交替的齿112a和凹槽112b。凹槽112b也限定了如上所述的角α。边112的所述锯齿与边111的那些锯齿交替，使得下边112的所述凹槽112b与下边111的所述齿111a垂直地对齐，并且边112的所述齿112a与边111的所述凹槽111b垂直对齐。
折流板片101还包括处在错开排列的一系列行中的多个孔115。在每个板片101里，至少有两行并且优选的是4、6行或者更多行的孔。为了示意地说明，图3显示了行115a、115b、115c和115d的孔。正如由孔115a’和115c’所示例的，行115a和115c的孔与所述齿111a和所述凹槽112b垂直对齐。正如由孔115b’和115d’所示例的，交替的行115b和115d的孔与凹槽111b和齿112a垂直对齐。
所述齿、凹槽和孔的尺寸可以根据固体颗粒的尺寸、产量等来选择。例如，对于一般尺寸的FCC催化剂(例如，20-160微米的直径)，孔115的直径M可以任选地处在大约0.5英寸到大约6英寸的范围内，并且一般是在大约1.5英寸到3.0英寸的范围内。在适当的时候，也可以采用这些范围外的尺寸。
折流板100的长度L和宽度W可以根据设备的尺寸选择。长度L一般在大约24英寸到大约240英寸的范围内，而宽度W则在大约6英寸到大约24英寸的范围内。齿与齿的距离D1可以任选地在大约2.0英寸到约12.0英寸的范围内。在适当的情况下，也可以采用这些范围外的尺寸。
本发明通过使穿过所述设备内部的下行固体来促进固体接触。由于固体流方向上的改变，进入限制区域的固体的沟流受到抑制，因而使得气体固体可以在其中有效接触的内部体积变为最大。
参照图4、图5和图6，示出了一种固-气接触设备200(例如，汽提塔)。设备200包括壳体205，其限定了内部空间并分别具有第一、第二、第三和第四边201、202、203和204。内部框架208支撑着折流板100的第一、第二、第三和第四行(分别是210、220、230、240)。可以以多种方式中的任意一种来支撑所述折流板。内部框架208就是适合支撑装置的一个实例。折流板每行的高度H可以任选地在大约3英寸到大约30英寸的范围内，更典型的是处在大约10英寸到大约18英寸的范围内。在适当的情况下，也可以采用这些范围外的尺寸。视设备的尺寸、所要求的产量和/或其它操作条件而定，可以在一行里放置任意数量的折流板。通常，每行包括5-15个折流板，尽管在认为合适的时候，也可以使用这个范围外数量的折流板。正如由图4-图6可见的是，包括若干折流板100，使得一行内的若干折流板平行，但每行都沿不同的方向向下倾斜。例如，行210的若干折流板100朝着边203向下倾斜；行220的若干折流板100朝着边204向下倾斜；行230的若干折流板100朝着边201向下倾斜；而行240的若干折流板100朝着边202向下倾斜。因此，固体的下行方向朝着所述设备四边中的每一边改变。更具体而言，当颗粒从一层流动到下面的下一层时，固体颗粒流动方向的横向分量改变90°。视折流板的连续层的转角而定，横向方向改变可以任选地在大约45°到大约180°之间变化。
折流板100的倾斜角β(即相对于水平取向的角)优选的是从大约20°到大约80°，更优选的是从大约50°到大约60°。角β应当大得足以阻止固体留在或者积累在折流板上。最佳的角β取决于固体的性质、颗粒尺寸和颗粒形状。
折流板之间的间距D2由相邻的折流板的上下边之间的重叠或者间隙量限定。参照图7，在没有间隙和重叠的情况下，上和下边可以直接对齐。可选的是，可能有重叠或者间隙尺寸D2’。因此，尺寸D2取决于重叠或者间隙量和角β及折流板片的宽度W，一般可以在3到30英寸的范围内，尽管在适当的情况下，也可以采用这些范围外的尺寸。
当气-固接触设备200被用于在FCC装置内从催化剂颗粒中汽提出夹带烃蒸汽时，它一般被制作和构造成适应大约5秒到200秒的催化剂停留时间、大约5磅/秒·英尺2到大约50磅/秒·英尺2的催化剂流量、大约0.5磅/1000磅催化剂到大约5.0磅/1000磅催化剂的汽提气流。这些范围一般用于FCC装置，其它工艺可能会需要更高或者更低的数值。
尽管在俯视图上示出气-固接触设备200具有四边形的横截面，但也可以可选地使用其它构造。参照图8，气-固接触设备200A包括大致呈圆筒形的壳体205A，其具有圆形的横截面，若干折流板100被放置在该壳体里。图9示出了环状的气-固接触设备200B，其包括圆筒形的外壳体205B和轴向柱206，它可以是例如FCC装置的立管部分或者其它的组件。汽提发生在内柱206和外壳体205B之间的环状空间里，若干折流板100被放置在其中以用于气-固接触。在有或者没有诸如206的轴向柱的情况下，都可以可选地使用诸如椭圆、三角形等其它的横截面构造。
实例容量和效率之间的关系已由冷流测试的实验可见。冷流模型实验使用了实际的催化剂和空气来模拟工业FCC汽提塔的实际操作。进行测试来研究现有技术的汽提塔和新设备的性能。实验中，在进入汽提塔之前，将流化催化剂与氦示踪气体一起注入。使下行催化剂颗粒与上行气体接触。测得了在一定的催化剂流速范围内和多种设备构造和条件下去除该示踪气体的能力。在汽提塔的入口和出口及汽提塔高度上的不同点处获得试样，并分析这些试样的氦浓度。
图10显示了使用新的折流板布置的本发明的设备测得的性能与使用现有的标准折流板设计的现有的传统汽提塔性能相比较的情况。在所测得的质量流量(磅/秒·英尺2)的范围内，本发明的设备显示出至少95％的效率，而现有的汽提塔设备具有的最高效率小于94％，而且还随着质量流量的增加而迅速地减少。例如，在质量流量为18磅/秒·英尺2处，本发明的折流板设计的效率大约是96％，而现有的折流板设计的效率大约是93％。然而，在质量流量为22磅/秒·英尺2处，现有的折流板设计的效率减少至大约88％，在质量流量为28磅/秒·英尺2处，现有公知的折流板设计的效率减少至小于78％，而在相同范围的质量流量上，本发明的折流板设计的效率则保持在95％以上。因此，现有的设备不仅具有较低的效率，而且效率还会随着质量流量的增加而以快得多的速度下降。
尽管以上说明包括了很多细节，但这些细节不应当被视为对本发明范围的限定，它们只不过是本发明优选实施例的示例。本领域的技术人员可以在所附权利要求限定的本发明的范围和精髓内想象到很多其它的可能。
权利要求
1.一种用于气体和下行固体颗粒的逆流接触的设备，其包括a)壳体，该壳体至少部分地限定一个内部空间；b)设置在所述壳体的该内部空间内的多个折流板，所述折流板被布置在处于连续的下方位置上的至少第一和第二垂直间隔的层中，所述第一和第二层中的每一层都包括一行至少两个相互平行并倾斜于水平取向的折流板，以便于在颗粒从一层移动到下面的下一层时横向改变下行颗粒的横向方向。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述折流板是平的。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述折流板具有多个孔，它们布置成至少两行平行的行，以使得一行的孔与邻行的孔交错设置。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述折流板每个都具有第一和第二相对且平行的锯齿状边，它们限定了折流板的长度，每个锯齿状的边缘包括交替的若干脊和凹槽。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述第一锯齿状边的脊和凹槽与所述第二锯齿状边的脊和凹槽交错设置。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述若干凹槽限定了角α，其中α在大约60°到大约120°的范围内。
7.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述孔每个都具有在大约0.5英寸到大约6英寸范围内的直径。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括至少四层，并且当颗粒从一层移动到下面的下一连续层时，颗粒下行的方向在横向上改变一个在大约45°到大约180°角的范围内的角度。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述角大约为90°。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，在第三层下行颗粒的横向方向与在第一层下行颗粒的横向方向相反，而在第四层下行颗粒的横向方向与在第二层下行颗粒的横向方向相反。
11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述折流板与水平取向倾斜一个角β，其中β在大约20°到大约80°的范围内。
12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述壳体具有四边形的横截面。
13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述壳体具有环状的横截面。
14.一种流体催化裂化装置，其包括用于将夹带的烃化合物蒸汽从下行的反应后的催化剂颗粒中除去的汽提塔，所述汽提塔包括a)汽提塔壳体；b)用于将汽提气体引入所述汽提塔壳体内的装置；和c)设置在所述汽提塔壳体内的多个平的折流板，所述多个折流板被布置在位于连续的下方位置上的至少第一和第二垂直间隔的层中，第一和第二层中的每一层都包括一行至少两个相互平行并倾斜于水平取向的折流板，以便于在颗粒从一层移动到下面的下一层时横向改变下行颗粒的横向方向。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述多个折流板具有多个孔，它们设置成至少两行平行的行，以使得一行的孔与邻行的孔交错设置。
16.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述多个折流板每个都具有第一和第二相对并平行的锯齿状边，它们限定了折流板的长度，每个锯齿状的边包括交替的若干脊和凹槽。
17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述第一锯齿状边的脊和凹槽与所述第二锯齿状边的脊和凹槽交错设置。
全文摘要
一种用于气体和下行固体颗粒的逆流接触的设备(200)，其包括壳体(205)和多个放置在所述壳体内的折流板(100)。所述多个折流板被布置在位于连续的下方位置上的至少第一和第二垂直地间隔的层中，第一和第二层中的每一层都包括一行至少两个相互平行并倾斜于水平取向的折流板，以便促进固体颗粒运动并提供最大的流动区域。所述多个折流板这样定向当颗粒从一层移动到下面的下一层时，横向改变下行颗粒的横向方向，避免了相的沟流。折流板的数量、长度和间距被优化成使得相之间相互作用的分界面的面积最大。
文档编号C10G11/00GK1735454SQ200380108375
公开日2006年2月15日 申请日期2003年11月18日 优先权日2002年11月25日
发明者保罗·E·马钱特, 达利普·S·索尼, 莱昂斯·卡斯塔尼奥斯 申请人:Abb路慕斯全球股份有限公司