CN101557870B - 在烯烃炉中用过热蒸气接触和蒸发含高沸点和不可蒸发积垢物的进料的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接触器/分离器，该接触器/分离器包括：容器；用于接收蒸气/液体混合物的入口；用于接收过热蒸气的入口；位于容器内的毂，该毂包括多个用于向蒸气/液体混合物或过热蒸气施加离心运动的翼片；位于容器底部用于排出液体的出口；和用于从容器中排出蒸气的出口。本发明还提供了一种用于加热和分离来自烃进料的液体及蒸气的方法，该方法包括：将烃进料引入接触器/分离器中；将过热蒸气引入接触器/分离器中，使得过热蒸气接触并且蒸发接触器/分离器内的进料的一部分；在接触器/分离器中使未蒸发的进料与蒸发的进料分离；经由第一出口排出蒸发的进料和过热蒸气；以及经由第二出口排出未蒸发的进料。

Description

在烯烃炉中用过热蒸气接触和蒸发含高沸点和不可蒸发积垢物的进料的装置和方法

技术领域

本发明涉及加热烃进料且将烃进料分离成液体和蒸气馏分。特别地，本发明涉及在热解烃进料之前预热烃进料。更特别地，本发明涉及接触和蒸发烯烃炉的烃进料以及机械分离出该进料的液体和蒸气组分。

背景技术

在文献中很好地建立了烃进料流与蒸汽接触及其随后热解的概念。另外，在文献中也很好地建立了使用旋风分离器或旋风式装置分离两相气-液混合物的概念。

在一种系统中，特别设计的离心式蒸气/液体分离器被用于炉中以分离出由烃和蒸汽形成的闪蒸混合物的蒸气和液体组分，使得在热解炉的辐射管中，仅蒸气流被供给到进一步的下游并且进行处理(参见美国专利6,376,732B1)。分离器的设计确保易于焦化的分离器的所有表面被进料的未蒸发液体部分充分湿润和洗涤。

在′732专利中公开的翼片结构被设计成向输入的气体/液体混合物提供非常平滑的空气动力加速度和旋转，而这是实现高分离效率和低压力损失所需要的。这种翼片设计的特征还在于其没有导致焦炭沉积区域的停滞区。此外，不同于通常具有单个不对称入口槽或管开口的常规切向进入式旋风分离器，该翼片本身包括一系列翼片构件或叶片，该翼片构件或叶片用于在沿蒸气/液体分离器的入口段的整个外周上对输入的气体/液体混合物施加均匀离心力。

在设备的分离段内的壁附近旋流的高温蒸汽和烃蒸气与壁上的油膜保持紧密接触。然而，由于在整个系统中的焦化问题，该系统仍在其使最大量烃进料蒸发的能力方面仍然受限。

发明内容

一种特别设计的蒸汽-接触/蒸发和离心蒸气/液体分离设备将这两种处理功能集成到一个单一紧凑的设备中以达成以下目的：a)用高温、过热蒸汽接触且物理蒸发烃进料流；b)机械分离所得液体和蒸气；以及c)获得在排出液体与蒸汽/蒸气相之间的高度热平衡。

在一个优选实施例中，本发明提供了一种接触器/分离器，其包括：

容器；

位于所述容器中用于接收蒸气/液体混合物的入口；

位于所述容器中用于接收过热蒸气的入口；

位于所述容器内的毂，该毂包括多个用于向所述蒸气/液体混合物或所述过热蒸气中的一个施加离心运动的翼片；

位于所述容器底部的用于排出液体的出口；和

用于从所述容器中排出蒸气的出口。

在另一实施例中，本发明提供了一种烃裂化器，其包括：

炉；和

接触器/分离器，所述接触器/分离器包括：

容器；

位于所述容器中用于接收蒸气/液体混合物的入口；

位于所述容器中用于接收过热蒸汽的入口；

位于所述容器内的毂，所述毂包括多个用于向所述蒸气/液体混合物或所述过热蒸汽中的一个施加离心运动的翼片；

位于所述容器底部用于排出液体的出口；和

用于从所述容器中排出蒸气的出口。

在另一实施例中，本发明提供了一种接触器/分离器，其包括：

容器；

位于所述容器中用于接收蒸气/液体混合物或液体的入口；

位于所述容器中用于接收过热蒸气的入口；

用于向所述蒸气/液体混合物、液体或所述过热蒸气中的至少一个施加离心运动的装置；

位于所述容器底部用于排出液体的出口；和

用于从所述容器中排出蒸气的出口。

在又一实施例中，本发明提供了一种加热和分离来自烃进料的液体和蒸气的方法，所述方法包括：

将烃进料引入接触器/分离器中；

将过热蒸气引入接触器/分离器中，使得过热蒸气接触且蒸发接触器/分离器内的进料的一部分；

在接触器/分离器中使用离心力使未蒸发的进料与蒸发的进料分离；

经由第一出口排出蒸发的进料和过热蒸气；以及

经由第二出口排出未蒸发的进料。

在另一实施例中，本发明提供了一种加热供入热解炉的进料的方法，所述方法包括：

在热解炉的对流段中预热烃进料以形成预热进料；

在接触器/分离器中用过热蒸气加热预热进料并且使用离心力将进料分离成蒸气馏分和液体馏分；及

在炉的对流段中进一步加热蒸气馏分。

在另一实施例中，本发明提供了一种裂化含沥青的烃进料的方法，所述方法包括：

在炉的对流段中预热含沥青的烃进料；

在接触器/分离器中用过热蒸气加热预热进料并且使用离心力将进料分离成蒸气馏分和液体馏分；

从接触器/分离器中排出液体馏分；以及

在炉的辐射段中裂化蒸气馏分。

在另一实施例中，本发明提供了一种接触器/分离器，包括：

容器；

位于所述容器中用于接收蒸气/液体混合物的入口；

位于所述容器中用于接收过热蒸气的入口；

位于所述容器内的毂，所述毂包括多个用于向所述蒸气/液体混合物或所述过热蒸气中的一个施加离心运动的翼片；

位于所述容器底部用于排出液体的出口；和

用于从所述容器中排出蒸气的出口，其中所述这些出口位于所述这些入口下方以使得液体和蒸气通过容器向下运动。

优选地，所述过热蒸气为蒸汽。

优选地，用于接收蒸气/液体混合物的入口位于所述容器的侧面，且用于接收过热蒸气的入口位于所述容器的顶部。

优选地，用于接收蒸气/液体混合物的入口位于所述容器的顶部，且用于接收过热蒸气的入口位于该容器的侧面。

优选地，用于接收蒸气/液体混合物的入口与用于接收过热蒸气的入口同心地定位在所述容器的顶部中。

优选地，用于接收蒸气/液体混合物的入口还包括滞留室，所述滞留室由外壳的内表面的一部分、顶盖段和突出部形成。

在另一实施例中，本发明提供了一种烃裂化器，其包括：

炉；和

如上所述的接触器/分离器。

优选地，所述烃裂化器包括两个或更多个接触器/分离器。

优选地，所述烃裂化器还包括用于接收来自该接触器/分离器的液体的收集器或用于冷却液体的热交换器，其中所述收集器包括用于降低收集器内压力的真空喷射器。

优选地，所述收集器包括位于所述收集器的上部段中的蒸汽喷射器，用于在接触器/分离器与所述收集器中的液体之间形成一隔层。

在另一实施例中，本发明提供了一种用于加热和分离来自烃进料的液体和蒸气的方法，所述方法包括：

将烃进料引入一如上所述的接触器/分离器中：

将过热蒸气引入接触器/分离器中，使得过热蒸气接触并且蒸发所述接触器/分离器内的所述进料的一部分；

在所述接触器/分离器中使用离心力将未蒸发的进料与蒸发的进料分离；

经由第一出口排出所述蒸发的进料和所述过热蒸气；以及

经由第二出口排出所述未蒸发的进料。

优选地，所述烃进料在大于400℃的温度下被蒸发。

优选地，所述烃进料在介于404℃与520℃之间的温度下被蒸发。

优选地，所述烃进料包括原油、原油馏分、重质烃进料、气体至液体工艺重质终馏分、壳牌中间馏分合成法重质终馏分、脱沥青油、源自沥青砂、油页岩和煤的油、费托产物或加氢裂化产物。

优选地，所述接触器/分离器中的温度通过调节过热蒸气的温度、通过调节供入接触器/分离器的过热蒸气的量或通过调节供入接触器/分离器的烃进料的温度来控制。

附图说明

图1是在可用于本发明的热解炉中进行的整个过程的示意性流程图。

图2是根据本发明的一个实施例的接触器/分离器的正视图，其中该进料流经由设备侧面上的切向槽进入，而蒸汽经由设备顶部的翼片组件进入。

图3是沿线A-A剖切的图2的俯视图。

图4是图2的局部正视图，其显示了旋转了90度的烃(进料)入口段。

图5是图4的接触器/分离器的四叶片式翼片组件的透视图。

图6是本发明第二实施例的正视图，其中进料与蒸汽都从翼片组件的上游进入设备。

图7是沿线A-A剖切的图6的俯视图。

图8是图6的局部正视图，其显示了旋转了90度的烃(进料)入口段。

图9是本发明的第三实施例的正视图，其中进料流进入用于改善液体分布和蒸汽接触的环状入口孔。

图10是沿线A-A剖切的图9的俯视图。

图11是图9的局部正视图，其显示了旋转了90度的烃(进料)入口段。

图12是图9的替代实施例的局部正视图，如所示，没有设置于在进料进入设备处的正上游的蒸汽管道的圆柱形段。

图13是图9的另一个替代实施例的局部正视图，其显示了可用于帮助将输入液体引导至设备的壁上的双曲面形插入物。

图14是本发明的第七实施例的正视图，其中进料和蒸汽流在翼片组件之前以同轴方式进入接触器/分离器25。

图15是沿线A-A剖切的图14的俯视图。

图16是本发明的第八实施例的正视图，其中具有同轴进入的进料和蒸汽流，分离地对同轴进入的进料和蒸汽流施加旋转，而且其中不允许进料和蒸汽流混合直至蒸汽流从内翼片构件排出。

图17是沿线A-A剖切的图16的俯视图。

图18是简单的等轴测图，其示出了多个具有分离的进料、蒸汽、沥青和蒸气出口集管的接触器/分离器单元的并联布置。

图19是沥青收集器的正视图，其显示了a)两种沥青再循环法，所述沥青再循环法可用于在用特别大量焦炭前驱物(precursor)处理进料时降低焦炭沉积；及b)使用真空喷射器来提高从沥青相中回收烃的回收率。

具体实施方式

在本专利说明书中所用的进料包括具有原油和/或含沥青的原油馏分的进料。进料还包括由较轻质原油(例如冷凝物)和/或原油馏分(例如石脑油、煤油及柴油)的较低沸点馏分与重质烃进料形成的混合物。重质烃进料(即“含不希望的焦炭前驱物的烃进料”)可包括一定范围的重质烃。适当进料的实例包括但不限于长短残渣、来自炼制过程的重质烃流、真空瓦斯油、重柴油和原油中的一种或多种。其它实例包括但不限于脱沥青油、源自沥青砂、油页岩和煤的油、SMDS(壳牌中间馏分合成法，Shell Middle Distillate Synthesis)重质终馏分、GTL(气体至液体)工艺重质终馏分、费托(Fischer Tropsch)产物、源自包含高沸点组分的烃的所有合成气、和加氢裂化产物。

原油不能在常规烯烃炉的对流段条件下完全被蒸发。其通常通过蒸馏进行处理，且仅来自蒸馏过程的较轻质可蒸发馏分用作烯烃厂进料。通过蒸馏从烯烃厂进料中去除重质终馏分的进料制备步骤需要额外资金和操作成本。本发明的设备和方法按照避免形成固体焦炭沉积物的堆积且同时有效地防止沥青与烃蒸气产物(该烃蒸气产物经热解以产生烯烃)一起带出的方式将蒸发、热平衡以及蒸气和液体流的物理分离集成在管的单个段中。如在此所使用的“沥青”包括石油沥青和所有存在于含焦炭前驱物或积垢物(foulants)的进料中的其它高沸点重质终馏分。在蒸发过程中使用的蒸汽和烃产物之间实现了快速热平衡，这是因为该两相在设备的分离段中紧密接触。本发明用改良的烯烃炉的进料预热段来集成蒸发、热平衡和分离步骤，从而允许仅重质进料的蒸气馏分进入炉的裂化区。此外，在高于通常可在真空蒸馏塔中达到的温度(750°F)的温度下用稀释蒸汽闪蒸烃的能力致使作为烯烃厂进料回收的原油馏分高于通过炼油厂所用的常规大气/真空蒸馏塔回收的原油馏分。本发明因此降低了较低价值沥青的产量。这通过根据本发明的集成式蒸汽蒸发和非焦化蒸气/液体分离器设计来实现。蒸气/液体分离器可在一定范围的蒸汽温度下操作，比如1000°F至1500°F(540℃至820℃)，其中1200°F至1250°F(650℃至680℃)为典型温度。排出分离器的蒸发部分的温度通常在800°F至900°F(430℃至480℃)的范围内。对于给定进料，最优条件由在所需温度范围上可接收的焦化速率来确定。

常规烯烃热解炉的对流段修改成使得重质烃进料可直接供入裂化炉中。重质烃进料包括但不限于原油、冷凝物、重质天然气液体和包含重质尾端烃的长短残渣，所述重质尾端烃在烯烃热解炉的对流段中可达到的正常操作条件下不能完全蒸发。

现在参照图1，图1是一种乙烯炉10的示意图，由重质烃进料组成的原始进料11经由乙烯炉10的对流段的冷进料预热器阶段(CFPH)12在80-300°F(27℃至150℃)的温度范围内进入，其中约250-300°F(约120℃至150℃)的温度最经常地施加于需要在位于炉的上游的脱盐器中去除盐和沉积物的进料。

在烃与蒸汽混合物14供入对流段的热进料预热器阶段(HFPH)16中之前，将来自蒸汽供应线13的少量稀释蒸汽15与排出CFPH的烃混合。将来自供应线13的稀释蒸汽17的大部分供入炉10的对流段的稀释蒸汽过热器(DSSH)阶段18中，在其中所述稀释蒸汽17的大部分被加热至约1250°F(680℃)。排出DSSH的过热蒸汽19的大部分20进入接触器/分离器25的顶部，其中翼片组件用于向输入蒸汽施加强旋流运动(或在如下所述的一个实施例中，帮助在进料及蒸汽流进入接触器/分离器25之后向其施加强旋流)。如果必要或需要，锅炉给水(BFW)22或任何其它清洁水源可注入进入接触器/分离器25的过热蒸汽20中，用于控制接触器/分离器内的蒸气/液体比。“清洁水”是指水不应含有将沉积在下游设备上的杂质并且在水通过与过热蒸汽接触而蒸发时不会产生设备污垢问题。在约760°F(404℃)的温度和约85psig的压力下，来自HFPH 16的热进料21也经由切向入口并且利用与向输入蒸汽施加的定向旋转相匹配的定向旋转被供入接触器/分离器25中，其中蒸汽与进料被紧密混合，通过这种作用，进料被大部分蒸发。所形成的两相蒸气/液体混合物在接触器/分离器25的下游分离段中通过离心作用进行分离。

蒸发的烃和蒸汽馏分27与一些来自DSSH的过热蒸汽23组合，其被分成多条流(多个分流)，其中每一个分流被供入阀门或其它流量控制设备(比如所显示的一个分流的阀门24)中，且随后将所述分流供入炉的混合进料预热段(MFPH)28中，在混合进料预热段中对它们进行进一步加热且随后供入炉的辐射段中，在高温下在炉的辐射段中对烃混合物进行热解。

与蒸发的烃和蒸汽馏分27分离的未蒸发液体馏分(重质烃或“沥青”)26从接触器/分离器25中被回收并且收集在沥青收集器29中(详见图19)，随后被送至炼焦器、催化裂化器或其它一个或多个残渣处理单元以便进行进一步处理或用作燃料。根据烃进料11的组成，可使用不同处理方案或工艺条件。沥青收集器29可从一个或多个接触器/分离器25接收沥青。这种设置可例如用于在对流段中使用多个流量控制的并联进料通道的炉中。每一个进料通道将配备有接触器/分离器且来自进料通道接触器/分离器的沥青流可经由减压阀导引至在比接触器/分离器低的压力下操作的普通沥青收集器中。

接触器/分离器25的入口处的操作条件取决于烃进料11的性质，其中要求始终存在足以湿润接触器/分离器25的内表面的未蒸发液体(占进料体积百分比的2％至40％、优选至少2％至5％的体积百分比)。该湿润壁要求对于防止在接触器/分离器25的表面上形成积垢物(尤其是形成焦炭)和沉积物来说是必不可少的。蒸发程度(或不可蒸发液体的比率)可通过调节稀释蒸汽/进料比和进入热进料预热器(HFPH)16的烃/蒸汽混合物14的闪蒸温度来控制。其也可通过在接触器/分离器25之前将洁净水(比如锅炉给水(BFW)22)注入高温过热蒸汽20中来控制。

集成的接触器/分离器25的接触器段被设计成使得包含在输入热进料21中的液态烃在进入时且在与过热蒸汽20接触之前立即湿润设备壁。这种设置防止形成振荡性湿润-干燥区界面，其中不可蒸发重质烃液体可蒸发且形成固体或半固体焦炭的沉积，若允许形成该焦炭的沉积，则将最终由于过度压降和伴随的进料和/或蒸汽流速率的下降或者由于固体对分离的不利影响而关闭设备。接触器/分离器25的分离区使输入油与分离器的内壁隔离，从而允许以如下方式分离闪蒸混合物的液相与气相：使得不允许焦化固体形成和随后淤塞接触器/分离器25或下游设备。

由于湿润壁接触器/分离器的相对紧凑的构造和防止形成焦炭沉积的能力，湿润壁接触器/分离器设计可实现比在常规真空蒸馏塔中的闪蒸更高温度的闪蒸。此外，在远远超过大气压的压力下的进行工艺操作使其对少量由在高温下热裂化进料所产生的轻质气体不敏感，该轻质气体通常在真空蒸馏塔中导致真空限制。在较高压力下进行的湿润壁接触器/分离器操作还允许大量的上升气体(比如稀释蒸汽)，以用于极大地降低气相中的高沸点烃的分压，由此实现对进料11的较高蒸发馏分27的回收以进行进一步下游处理。这增加了从炉的热解区排出的可用于产生较高价值产物的烃进料11的比率，并且降低了较低价值重质烃液体馏分26的比率。

在图2、图3、图4和图5中显示了接触器/分离器25的第一实施例。现在参照图2和图3，图2显示了接触器/分离器25的竖直剖视图，图3显示了接触器/分离器25的俯视图。接触器/分离器25包括具有主体外壳30的圆柱形容器或管段、用于接收输入两相热进料21的切向附接入口21a、用于接收输入蒸汽20的入口20a、用于将蒸发馏分27引导至炉10的MFPH段28的蒸气出口27a和用于将液体馏分26引导至沥青收集器的液体出口26a。

部分地包括圆柱形毂40的“翼片组件”42与入口20a紧邻地间隔开，该圆柱形毂40在其近端具有鼻状锥体40a并且在其远端具有后缘鼻状锥体40b。毂40包括多个围绕毂40周向对称间隔的翼片41，所述多个翼片41与鼻状锥体40a和40b一起构成在此所称的“翼片组件”42。在图5的透视图中更清楚地显示了翼片组件的一个实施例。

翼片组件42可部分地由两个或更多个重叠的翼片41构成。在本发明的优选实施例中，单个翼片41设计成使得它们的前端或近端向上弯曲，以便为进入构件近端的蒸气提供平滑的流动过渡。构件的近边缘应切成圆角以便提供甚至更平滑的流动过渡。在优选实施例中，在每一个翼片41的上弯曲段下游的是包括构件的剩余部分的恒定角度的螺线段。对于本发明，构件的该螺旋段相对于水平面或相对于与接触器/分离器25的主轴线以直角相交的平面形成30°角。也可能是其它角度，包括10°至60°范围内的角度。对于给定的喉部速度和外翼片直径而言，较小的角度向输入蒸气20施加较大旋转但流动能力较低。对于给定的喉部速度和外翼片直径而言，较大的角度施加较大旋转但流动能力较大。每一个翼片41的远端应与相邻构件的远端重叠至少30°，以便确保排出翼片组件42的蒸气以与叶片构件的远端和水平面所形的角度相同(或几乎相同)的角度这样工作。

鼻状锥体应具有与毂40相同的基部直径并且在优选实施例中应具有的高度为其基部直径的约一又三分之一倍。其它高度与直径比也是可能的，但是它们通常应处于0.5至2.0的范围内。鼻状锥体40a有助于为进入翼片组件42的蒸气提供的平滑过渡。鼻状锥体40b以及锥形段31防止排出翼片组件42的蒸气经受总的流动分离和伴随产生的流动漩涡。图2所示的鼻状锥体在大小及形状上是一致的，但是其它选择也是可能的。例如，鼻状锥体40a可以构造成半球形式且仍实现其为进入翼片组件42的蒸气提供平滑流动过渡的主要目的。

如图2、图3和图4所示，输入烃进料21沿切向经过入口21a进入外壳30内的环形空间，随后进入圆形-矩形过渡段21b，随后进入矩形管道21c。环形空间由外壳的内壁、“隔离圆柱体”33的外壁和环形顶盖段32形成。该进料以足以使液相完全湿润其入口附近的外壳内壁的速度和流动速率进入。

过热蒸汽20经由蒸汽入口20a进入外壳30的顶部且随后穿过上述翼片组件，其中以与施加到经由入口段21a、21b及21c进入外壳30的进料上的旋转方向相同的旋转方向对过热蒸汽20施加强旋流。该蒸汽接着以螺旋方式流经管道31的会聚段、流经隔离圆柱体33、随后流入由图2中的虚线34所指的圆柱形接触与分离段。排出隔离圆柱体33的蒸汽在隔离圆柱体33下方立即接触进料21的烃液体馏分，从而增强进料21在其沿切向进入外壳30时所获得的已有旋转，且在外壳30的接触与分离段34的长度上使进料21的挥发性馏分蒸发。由于对进入接触器/分离器25的流体混合物所施加的旋转，分离器中的基本上所有液体与蒸气脱离且沉积在旋风分离器的壁上，且输入进料21中的所有蒸气、进料21的可蒸发部分以及进入外壳30的蒸汽20经由涡流管60、出口弯头60b和蒸气出口27a以不含或基本上不含烃液体的混合蒸发馏分27形式排出外壳30。

如图1所示，蒸发馏分27进入热解炉的混合进料预热器(MFPH)段28，用于在进入炉的辐射段之前进行进一步加热。在任何液膜沉积在涡流管60的外壁上的情况下，围绕涡流管60的入口的锥形裙部60a有助于使液体朝外壳30的分离器壁向外偏转，从而防止任何液体进入涡流管60。

进入接触器/分离器25的不可蒸发烃液体沿接触器/分离器25的壁以螺旋状方式向下输送。这种液体沿接触器/分离器25的内壁的向下流动在存在于接触器/分离器的内壁附近的向下引导的对流力的影响下发生，且该对流力是由于作用在液体的重力而通常存在于所有旋风式设备中的典型对流力。当液相向下输送时，其使接触器/分离器的壁保持处于洗涤、湿润状态，从而防止在壁上形成焦炭沉积。该液体通过液体出口26a排出蒸气/液体分离器25。排出接触器/分离器25的液体馏分26的很小的再循环部分(未显示)可经由泵加压且注入接触器/分离器25的较低段中，必要时，以有助于保持接触器/分离器25的壁34处于湿润状态。此外，如果需要的话，一组入口喷嘴61可设在蒸气出口27a下方以提供骤冷油，从而冷却所收集的液体26且减少在下游形成焦炭。液体的这种再循环通常是不需要，但当处理具有低至不能够充分湿润设备的壁以防止形成焦炭的沥青含量的进料时这种再循环可能是有用的。此外，蒸汽可注入沥青收集器29的上部段中，用于将接触器/分离器容器25中的蒸气与沥青收集器隔离。如图2所示，接触器/分离器25可装配有一个或多个主体凸缘30a、30b和37以适应现场构造和在单元预防性修理期间的常规检查或维护。

图6、图7和图8中显示了设计的第二实施例。在此，进料21从翼片组件42上方进入接触/分离设备25。此外，毂40延伸至翼片41的远端下方以形成延长毂段40d。扩张式裙状锥形段43附接于延长毂段40d的远端。段40d及43用于防止任何可能从毂壁流下的液膜脱离毂并向下滴落到涡流管60中，从而经由混合进料预热器(MFPH)进入炉的热解段。相对于图2至图5所示的第一设计实施例而言，此设计由于其经过翼片组件的共有通道而提供了进料与蒸汽相之间的某些额外接触和平衡。然而重要的是设计翼片41的前缘角度，以使得它们相对于水平面的倾角尽可能接近地匹配液体恰好在翼片构件之前沿着外壳30的上部段螺旋下降的倾角。除了这些差异外，在该第二实施例中揭示的设计在功能上与图2至图5所示的第一实施例一致。

图9至图11显示了设计的第三实施例。该设计基本上与图2至图5所示的第一设计实施例一致，不同点在于环形“滞留”(holdup)室32a和出口扩散器33b。滞留室32a由顶盖段32、外壳30和突出部33a构成。腔室32a迫使包含在进料21中的沿切向进入的液体进入位于其界限内的旋转液体环中。与不包括该腔室的设计相比，液体以更均匀的方式排出腔室。由此，腔室的作用更类似于切向进入的雾化喷嘴，只是本设计中的液相不被雾化，而是其以液体的锥形薄层形式排出腔室。扩散器33b被包括在内以将锥形液膜轻轻地引导至设备的壁30上且还降低了跨越腔室的压降。除了这些差异外，在第三实施例中揭示的设计在功能上与图2至图5所示的第一实施例一致。

在图12中显示了设计的第四实施例。该设计具有与见于第三设计实施例中的特征相同的特征，不同点在于在此情况下缺少了将会聚段31(在翼片构件41的下游)连接至上述滞留室32a的管31a的圆柱形段。这提供了稍微更简单且更紧凑的设计(在纵向上)。除此之外，设计的第四实施例在功能上与图9、图10和图11所示的第三实施例一致。

在图13中显示了设计的第五实施例。该设计与图9、图10和图11所示的设计(即第三实施例)一致，不同点在于双曲面(或类似)形状的扩散器50被插入出口扩散器33b内，用于有助于引导所有液体排出滞留室32a至外壳30的壁。该扩散器可经由十字支撑52和中心支承柱51附接至外壳30。支撑53有助于将管柱51稳定在十字支撑52上。其它支撑装置也是可能的。图13所示的扩散器也可与图12所示的设计组合。该扩散器还适用于非设计条件期间，比如适用于启动和关闭期间，因为其位置防止来自进料入口的液体直接向下滴落到接触器/分离器的蒸气出口管中。

设计的第六实施例将进料流21与蒸汽流20进行互换，以使得进料流进入入口20a而蒸汽进入入口21a。虽然该实施例可应用于图2至图15所示的设备中的任一个，但其尤其适用于通过图2所揭示的设计的段31、33和34产生均匀液膜。

如图14的正视图和图15的俯视图所示，设计的第七实施例具有在入口翼片组件42之前同轴进入的进料流21与蒸汽流20。该设计与图6、图7和图8所示的第二实施例相似，因为其由于其经过翼片组件的共有通道而提供了进料与蒸汽相之间的一些额外接触和平衡。优选地，进料流将进入入口21a，而蒸汽流将进入入口35。替代地，进料流可进入入口35，而蒸汽流进入入口21a。然而，前一种入口分配是优选的，因为这种配置迫使进料的输入液体馏分冲击鼻状锥体40a，从而改善了经过翼片组件的液体分配。由于该第七实施例取消了较复杂的切向侧入口，所以其在制造上最为简单。该第七实施例还提供了进料流的更均匀分布(其通常经由切向、圆形-矩形入口斜道21a、21b和21c进入)。

如图16的正视图和图17的俯视图所示，设计的第八实施例也具有在入口翼片组件42之前同轴进入的进料流21与蒸汽20。在该设计中，进料21经由形成在进料管35内壁与蒸汽管36外壁之间的环形空间进入设备。在此环形空间内，必要时，可使用一个或多个流动分布或“校正”翼片(或调整片)38，以促进翼片组件42之前的进料流的均匀分布。

在排出同轴进料和蒸汽管之后，进料经受由其经过具有翼片41的翼片组件42所产生的强离心力。蒸汽流排出同轴管并且进入由进料翼片毂39a的内壁与内管39(在此称为“内翼片毂”)的封闭段的外壁形成的管的同轴段所形成的环状空间。在优选实施例中，内管39在其远端用圆盘40f密封且在其近端用圆头端帽40e密封。端帽可采取标准管帽或经特殊设计的鼻状锥体形式，以降低蒸汽相的压降且在帽的下游提供更均匀的蒸汽流动模式。可选地，内毂的远端可置于开放状态。螺旋状条带或翼片组件40g用于向蒸汽施加强离心力或旋转。翼片设计成使得蒸汽的旋转方向与由翼片41施加在进料流上的方向相同。

在设计的此特定实施例下，进料及蒸汽流并不彼此接触直至它们经由穿过内毂底板40f的假想水平面而交汇。该设计将输入两相进料与输入蒸汽蒸气之间的湿润-干燥表面接触限制成由管39在管远端的外边缘处所界定的圆环。这样，防止了热蒸汽与进料相之间的“漫游”界面，其又消除在这两种流首次彼此接触处形成壁或表面焦化的可能性。如同如上所述的其它设计实施例一样，紧跟它们的初次接触之后，蒸汽与进料相在分离段34内热平衡；未蒸发的沥青相26被离心至分离器的壁上且经由液体出口26a排出。混合的蒸汽与蒸发的进料相排出涡流管60。

如上所述，根据进料组成、操作温度及流动条件，可能必需使进料流与蒸汽在它们的接触面之前进行热隔离。该热隔离的目的在于防止在进料管35中和/或毂39a上发生焦化。热隔离可通过使进料管和毂形成“双层壁”来实现，以降低在进料与“炽热”蒸汽接触之前在蒸汽与进料流之间的传导性和对流性热传递速率。

该第八实施例消除了对在接触器/分离器25的外壳30的圆柱形壁中切成矩形开口的需要，从而简化了其构造。在无任何特殊内部构件来改善液体流动分布的情况下，其还为沿接触器/分离器25的壁30输入的油提供了与通常由简单矩形入口管道所产生的分布相比更均匀的分布。

尽管迄今关注的是单个接触器/分离器，但应理解的是可发生一个以上这种单元可并联安装的情况。其可由于以下各种原因而发生：

1.为了减小分离设备的尺寸以获得更好的机械/热坚固性；

2.为了处理特别高的进料和蒸汽速率；

3.为了改善分离“切点”直径和总沥青收集效率；

4.为了降低对于给定总进料和蒸汽速率的总压力损失；

5.为了允许一个或多个单元停止供入蒸汽以用于维护而同时一个或多个其它单元保持供入蒸汽；

6.为了更好地适应由于工艺条件和/或原料的变化而引起的进料和蒸汽速率的变化；

7.为了允许接触器/分离器安装在通常用于许多乙烯炉设计中的并联进料通道中。在这种设计中，每一个进料通道进行分离的流量控制且将总进料流动速率的相等部分分配至炉中。因此，对于具有6个进料通道的炉，将安装6个接触器/分离器。

图18示出了将接触器/分离器单元125排列成一并联组的若干种可能方式中的一种。在此，管集管110和112用于分别将蒸汽和进料提供至单元125的入口。类似地，管集管114和116用于排出沥青和蒸气馏分。如上所述，尽管图18说明了接触器/分离器第七设计实施例的应用，应该清楚的是本申请所描述的实施例中的任一个可并联地排列和操作。成功地操作该接触器/分离单元的并联组的关键在于合适的歧管设计。这包括与单个接触器/分离单元上的压降相比保持集管上的压降很小。其还包括设置管以使得相同数量和比率的进料和蒸汽传送至各个分离单元中的每一个。

现参照图19，必要时，收集在沥青收集器29中的液态沥青77通过穿过热交换器88进行冷却、通过泵80进行再循环，以及在收集器的顶壁70上通过液体分布器76进行喷洒或通过其他方式进行分布来进行湿润。必要时，冷却的沥青还可通过附接至处于蒸汽环74正下方的收集器29的内壁上的两个或更多个切向喷嘴(未显示)进入，用于湿润收集器的壁。此外，冷却的沥青91还可在沥青收集器29中的液态沥青77的水平之下通过分布环92进行再循环。而且，必要时，一些沥青83可再循环至接触器/分离器25以帮助冷却和保持接触器/分离器的壁处于湿润状态。单独的热沥青泵(未显示)可用于将来自接触器/分离器底部的热沥青再循环至接触器/分离器的分离区域以确保壁湿润。

此外，蒸汽73可通过蒸汽环74注入沥青收集器29的上部段中以便在接触器/分离器25与收集在沥青收集器29中的沥青77之间形成蒸汽隔层。通过使沥青与可通过其他方式进入收集器的任何夹带烃蒸气分离，可防止存在于旋风分离器中的较高温度的烃蒸气向下流动且冷凝在沥青收集器中的较冷液体上。

具有吸入口84、蒸汽入口86和排出喷嘴87的蒸汽驱动真空喷射器85可安装在沥青收集器29中以降低收集器的蒸气相70a内的压力，用于增加适合于供给烯烃厂的烃组分的回收率。尽管在图中未显示，但是为了允许安装真空喷射器，接触器/分离器的蒸气空间通过机械装置与在其下方的沥青收集器的蒸气空间隔离，从而允许它们在两种不同压力下进行操作。可以通过任何允许沥青从接触器/分离器自由地流动至沥青收集器的装置来实现分离。

虽然本发明已针对目前优选实施例进行了描述，但应该意识到可进行改变而仍处于本发明的范围内。例如，多个接触器/分离器可并联用于与单个炉结合。它们可各自经由炉连接至单独通道或可各自处理单个通道的一部分。另外地，多个切向进料入口可用于单个接触器/分离器中。此外，容器可以是如优选实施例中所说明的圆柱形或其可以是圆锥形，因为两者都利用离心力来分离蒸气和液体。

Claims (16)

1.一种接触器/分离器，包括：

容器；

位于所述容器中用于接收蒸气/液体混合物的入口；

位于所述容器中用于接收过热蒸气的入口；

位于所述容器内的毂，所述毂包括多个用于向所述蒸气/液体混合物或所述过热蒸气中的一个施加离心运动的翼片；

位于所述容器底部用于排出液体的出口；和

用于从所述容器中排出蒸气的出口，其中所述这些出口位于所述这些入口下方以使得液体和蒸气通过容器向下运动。

2.如权利要求1所述的接触器/分离器，其中所述过热蒸气为蒸汽。

3.如权利要求1所述的接触器/分离器，其中用于接收蒸气/液体混合物的入口位于所述容器的侧面，且用于接收过热蒸气的入口位于所述容器的顶部。

4.如权利要求1所述的接触器/分离器，其中用于接收蒸气/液体混合物的入口位于所述容器的顶部，且用于接收过热蒸气的入口位于该容器的侧面。

5.如权利要求1所述的接触器/分离器，其中用于接收蒸气/液体混合物的入口与用于接收过热蒸气的入口同心地定位在所述容器的顶部中。

6.如权利要求1所述的接触器/分离器，其中用于接收蒸气/液体混合物的入口还包括滞留室，所述滞留室由外壳的内表面的一部分、顶盖段和突出部形成。

7.一种烃裂化器，其包括：

炉；和

如权利要求1至6中任一项所述的接触器/分离器。

8.如权利要求7所述的烃裂化器，所述烃裂化器包括两个或更多个接触器/分离器。

9.如权利要求7所述的烃裂化器，所述烃裂化器还包括用于接收来自该接触器/分离器的液体的收集器或用于冷却液体的热交换器，其中所述收集器包括用于降低收集器内压力的真空喷射器。

10.如权利要求9所述的烃裂化器，其中所述收集器包括位于所述收集器的上部段中的蒸汽喷射器，用于在接触器/分离器与所述收集器中的液体之间形成一隔层。

11.一种用于加热和分离来自烃进料的液体和蒸气的方法，所述方法包括：

将烃进料引入一如权利要求1至6中任一项所述的接触器/分离器中：

将过热蒸气引入接触器/分离器中，使得过热蒸气接触并且蒸发所述接触器/分离器内的所述进料的一部分；

在所述接触器/分离器中使用离心力将未蒸发的进料与蒸发的进料分离；

经由第一出口排出所述蒸发的进料和所述过热蒸气；以及

经由第二出口排出所述未蒸发的进料。

12.如权利要求11所述的用于加热和分离来自烃进料的液体和蒸气的方法，其中所述烃进料在大于400℃的温度下被蒸发。

13.如权利要求12所述的用于加热和分离来自烃进料的液体和蒸气的方法，其中所述烃进料在介于404℃与520℃之间的温度下被蒸发。

14.如权利要求11至13中任一项所述的用于加热和分离来自烃进料的液体和蒸气的方法，其中所述烃进料包括原油、原油馏分、重质烃进料、壳牌中间馏分合成法重质终馏分、脱沥青油、源自沥青砂、油页岩和煤的油、费托产物或加氢裂化产物。

15.如权利要求11至13中任一项所述的用于加热和分离来自烃进料的液体和蒸气的方法，其中所述接触器/分离器中的温度通过调节过热蒸气的温度、通过调节供入接触器/分离器的过热蒸气的量或通过调节供入接触器/分离器的烃进料的温度来控制。

16.如权利要求14所述的用于加热和分离来自烃进料的液体和蒸气的方法，其中所述接触器/分离器中的温度通过调节过热蒸气的温度、通过调节供入接触器/分离器的过热蒸气的量或通过调节供入接触器/分离器的烃进料的温度来控制。

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