CN101678370B

CN101678370B - 气固分离器

Info

Publication number: CN101678370B
Application number: CN2008800182318A
Authority: CN
Inventors: 陈岳孟; H·W·A·德赖斯; K-K·富
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2028-05-27
Also published as: WO2008145657A1; US20100212274A1; EP2164641A1; RU2009149453A; RU2471565C2; US8287613B2; CN101678370A

Abstract

本发明公开了一种气固分离器，包括：管状外壳；入口，位于所述外壳的一端，用于导入气固混合物，该入口制成使得其向该气固混合物施加涡旋；位于所述外壳相对端的固体出口开口；和位于所述外壳的一端的、同轴设置的管状气体出口管道，该分离器还包括涡流稳定器，该涡流稳定器包括设置在稳定板上的销状部，在该分离器中，该销状部沿该管状外壳的轴线延伸，并且其中设置穿过稳定板和销状部的通道。

Description

气固分离器

技术领域

本发明涉及一种气固分离器。更特别地，本发明涉及一种气固分离器，其包括：管状外壳；入口，位于所述外壳的一端，用于导入气固混合物，该入口制成使得其向气固混合物施加涡旋；位于所述外壳相对端的固体出口开口；和位于所述外壳的一端的、同轴设置的管状气体出口管道，该分离器还包括涡流稳定器，该涡流稳定器包括放置在稳定板上的销状部。

背景技术

这种分离器可从EP-A 360360中获知。该专利申请公开了一种涡旋管分离器，其中涡流稳定器布置在管状外壳内以保持涡流，该涡流终止于其上连接有销状部的板上。根据WO-A 2004/009244的教导，销状部可沿管状外壳的轴线延伸以提高涡流的稳定性。该说明书公开了延伸过轴线的20％到100％的销状部。它进一步公开了销状部延伸到气体出口管道内部的一位置处。

根据上述专利申请的分离器可用于流化催化裂化(FCC)过程。在这些过程中，烃原料在提升管(riser)中与热裂化催化剂接触。供料被裂化成较低沸点产品，比如煤气、液化天然气、汽油和循环油。而且，焦炭和不挥发性产品沉淀在催化剂上，从而导致产生废催化剂。从提升管出来进入分离器中，在分离器中，废催化剂与反应产物分离。在下一步骤中，废催化剂通常利用蒸汽进行汽提(stripped)以从催化剂中去除不挥发性烃产物。汽提过的催化剂被送到再生器，焦炭和剩余的烃材料在再生器中被燃烧掉并且其中催化剂被加热到裂化反应所需的温度。其后，热的再生催化剂返回到提升管反应器区域。在再生期间，产生包含催化剂颗粒的废气。

FCC再生器通常配有在一个或若干个阶段中提供气固分离的分离器。根据上述专利申请的分离器可被用于所谓的三级分离器(TSS，third stage separator)中以去除夹带在前一分离阶段的气流中的细催化剂颗粒。TSS可包括一容器，其中容纳大量涡旋管分离器。这些分离器是轴流式旋风分离器。进入分离器管的废气经过涡旋叶片，该涡旋叶片向气流施加旋转运动。所产生的力使催化剂颗粒运动到管壁，催化剂颗粒在该管壁处从气流分离。分离出的颗粒通过管的底部落下并且收集在分离器容器的锥形底部中。分离出的颗粒连同少量的废气一起从该容器排出。该富颗粒流也被称为TSS底流。

目前已经发现存在于TSS底流中的废气量可有利地经由涡流稳定器减少。

发明内容

因此，本发明提供了一种气固分离器，其包括：管状外壳；入口，位于所述外壳的一端，用于导入气固混合物，该入口制成使得其向气固混合物施加涡旋；位于所述外壳相对端的固体出口开口；和位于所述外壳的一端的、同轴设置的管状气体出口管道，其中该分离器还包括涡流稳定器，该涡流稳定器包括放置在稳定板上的销状部，在该分离器中，该销状部沿该管状外壳的轴线延伸，并且其中设置穿过稳定板和销状部的通道。

已经发现的是，在紧靠稳定板下方的区域中的气体实际上是没有固体的。通过提供穿过涡流稳定器的稳定板和销状部的通道，洁净气体可经由该通道从该系统有效地移出。这可具有固体不需要进一步脱气的优势。在FCC过程中，按照惯例，在所谓的四级分离器(fourth-stage separator)中对来自TSS的固体进行脱气。本发明揭示了不需要安装四级分离器的可能性。

对普通技术人员来说显而易见的是本发明的分离器还可用于其他应用。改进的涡流和气体从固体的有效分离的优势可在其他技术领域中实现，比如在火力发电厂、煤气化厂、金属矿厂等。

本发明的分离器随着销状部沿着外壳的轴线延伸更长而工作得更好。因此，该销状部适宜地设置为沿着管状外壳的轴线的至少20％，优选从30％到100％，更优选从80％到100％，所述轴线被定义为从气体出口管道的入口开口一直延伸到稳定板。因为如果从稳定板下方分离出的洁净气体不与含固体的气体接触是最方便的，最选优的是，销状部从稳定板延伸到超过气体出口管道的入口，也就是说，销状部延伸到气体出口管道内或者甚至可比气体出口管道更长。

在这种情况下，销状部优选通过支承装置固定在气体出口管道内。所述支承装置优选为涡旋装置，比如叶片体，其中该涡旋装置设置成使得它们减小正经由气体出口管道排放的气体的涡旋运动。可选地，该销状部还固定在管状外壳中。优选通过放置在气体出口管道中的叶片体进行固定。在使用中，该叶片体在气体出口管道中将正从管状外壳排放的气体的涡旋运动转变成叶片体下游的压力增加。因此，设有这种叶片体的分离器将具有减小的压降。

为了控制流经该通道的气体量，该通道的内径不需要是均一不变的。通道的内径可包括扼流部(restriction)以保证使气体的希望流动从该通道经过。当提供扼流部时，该扼流部可设置在通道中的任一位置处。然而，其优选设置在该通道的进口处，即设置在稳定板处。那样，洁净气体的量在开始处就受到控制，而经过通道其余部分的流动不会提供任何阻碍。扼流部的性能可根据该通道其余部分的内径和根据经过该通道的气体的希望流动方式进行选择。优选地，该扼流部具有较小的直径，其直径处于该通道最大内径的95％到75％的范围内。该通道适当地构造为使得流入分离器的气体的11％到3％流经涡流稳定器。

根据EP-A 360360和WO-A 2004/009244的分离器都是涡旋管分离器。这意味着气体入口与管状外壳是同轴的。为了向气固混合物施加涡旋，该分离器设有涡旋发生装置，比如叶片，其从气体入口管的外部延伸到管状外壳的壁。在用于FCC过程的三级分离器中，通常使用大量涡旋管分离器。因此，对于这种应用，使用涡旋管分离器是非常显而易见的。然而，可将本发明的分离器用于其他应用中。因此，本发明的分离器不限于涡旋管分离器。适当地，根据本发明的分离器是一种其中用于导入气固混合物的入口沿管状外壳切向布置的分离器。由此，该分离器是一种切向旋风分离器。气固混合物的切向导入方式向混合物施加涡旋。由这种涡旋形成的涡流通过销状部和稳定板来稳定。替代地，根据本发明的分离器可构造成涡旋管分离器，其中用于导入气固混合物的入口同轴地布置在管状外壳中并且设有涡旋发生装置。合适的涡旋发生装置是叶片。

涡流稳定器位于固体出口附近。优选地，稳定板布置在分离器的管状外壳内。该稳定板适当地位于离固体出口开口一段距离处，所述距离为管状外壳长度的5％到25％，所述长度被定义为固体出口开口和气体出口管道的入口开口之间的距离。稳定板适当地垂直于管状外壳的纵轴线布置。它的形状优选为盘状形状。

如上所述，本发明的分离器可有利地用于FCC过程，特别是用于所谓的三级分离器(TSS)。在这种实施例中，TSS包括大量根据本发明的分离器。在WO-A 2004/009244和US-A-6174339中已经描述了TSS单元的实施例。因此，本发明还提供了一种分离装置，包括容器、总气体入口、总气体出口和总固体出口，其中该容器设有上部管板和下部管板，这两个管板限定了与总气体出口流体连通的上部空间、与总气体入口流体连通的气密的中间空间和与总固体出口流体连通的下部空间，各具有气体入口、气体出口和固体出口的大量分离器布置成使得分离器的气体入口与中间空间流体连通、分离器的固体出口与下部空间流体连通且分离器的气体出口与上部空间流体连通，在该分离装置中，分离器是根据本发明的分离器。优选地，该类型的分离器包括用于导入气固混合物的入口，该入口同轴设置在该分离器的管状外壳中并且设有涡旋发生装置。

分离器的气体入口与管板之间的中间空间流体连通，该中间空间又与三级分离器的总气体入口流体连通。气体包含固体，比如催化剂颗粒。分离器的固体出口与下部空间流体连通，该下部空间是位于容器下部的固体收集空间，也被称为收集腔(catch chamber)。该收集腔设有固体出口。每个分离器的气体出口管道与洁净气体收集空间(即上部空间)流体连通，该洁净气体收集空间又与三级分离器的总气体出口流体连通。

这种分离装置中的分离器可包括延伸到不同于上部空间的空间中的销状部。一些或所有销状部可延伸到其中的一个空间是总气体出口。按照这种方式，有利于通过销状部中的通道的气体流动。另一种合适选择是为分离装置提供第四空间，销状部延伸到第四空间中。通过这种方式，流经该通道并收集在该第四空间中的气体的清洁度可得以确定，并且，根据气体中的固体含量，普通技术人员可决定将收集在第四空间中的气体连同通过总气体出口的气体一起排放。替代地，普通技术人员可决定使来自第四空间的气体进行进一步气固分离，例如，过滤、浮选或进一步离心式分离。第四空间可设在分离装置中，例如，作为上部和中间空间之间的一空间或者位于上部空间上方的一空间。第四空间还可布置在该分离装置的容器的外部。第四空间适当地具有与该分离装置的总气体出口流体连通的气体出口或者具有单独的气体出口。

存在于三级分离器中的分离器的数量将取决于供料的流速。在一个容器中通常存在1到200个分离器。

根据本发明的分离器和包括大量这种分离器的分离装置可适当地用于各种类型的气固分离。尤其是在需要较低的每单位体积的固体排放量时，可有利地使用该分离器。根据本发明的分离器有利地用于从气流中分离出直径处于1×10^-6m到40×10^-6m范围的固体。该气流通常具有100mg/Nm³到500mg/Nm³的固体含量。离开该改进分离器的净化气体可具有低于50mg/Nm³，甚至低于30mg/Nm³的排放水平。

因此，本发明还提供一种从气固混合物中分离固体的方法，所述方法通过使该气固混合物经过根据本发明的分离器或经过包括大量这种根据本发明的分离器的分离装置来实现。该方法适当地用于其中气固混合物具有100mg/Nm³到500mg/Nm³的固体含量的过程中，从而得到含有每Nm³小于50mg固体的气体流。

根据本发明的一个方面，提供了一种气固分离器，其包括气固分离器，所述气固分离器包括：管状外壳；入口，所述入口位于所述外壳的一端，用于导入气固混合物，该入口制成使得该入口向气固混合物施加涡旋；位于所述外壳相对端的固体出口；和位于所述外壳的一端的、同轴设置的管状气体出口管道，其中该分离器还包括涡流稳定器，该涡流稳定器包括放置在稳定板上的销状部，在该分离器中，该销状部沿该管状外壳的轴线延伸，并且其中设置穿过稳定板和销状部的通道。

优选地，在所述气固分离器中，该销状部沿该管状外壳的轴线的至少20％设置，所述轴线从该气体出口管道的入口一直延伸到该稳定板。

优选地，在所述气固分离器中，该销状部沿该管状外壳的轴线的30％到100％设置。

优选地，在所述气固分离器中，该销状部从该稳定板延伸到超过该气体出口管道的入口。

优选地，在所述气固分离器中，该销状部通过支承装置固定在该气体出口管道内，所述支承装置是涡旋装置，所述涡旋装置设置成使得所述涡旋装置降低正经由该气体出口管道排放的气体的涡旋运动。

优选地，在所述气固分离器中，该通道的内径包括扼流部。

优选地，在所述气固分离器中，用于导入气固混合物的入口沿该管状外壳切向布置。

优选地，在所述气固分离器中，用于导入气固混合物的入口同轴布置在该管状外壳中并设有涡旋发生装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种分离装置，所述分离装置包括容器、总气体入口、总气体出口和总固体出口，其中该容器设有上部管板和下部管板，这两块管板限定了与总气体出口流体连通的上部空间、与总气体入口流体连通的气密的中间空间和与总固体出口流体连通的下部空间，其中大量各具有用于导入气固混合物的入口、气体出口和固体出口的分离器设置成使得分离器的用于导入气固混合物的入口与该中间空间流体连通、分离器的固体出口与该下部空间流体连通并且分离器的气体出口与该上部空间流体连通，其中所述分离器是根据如上所述的气固分离器，其中该通道的内径包括扼流部。

优选地，在所述分离装置中，分离器包括的用于导入气固混合物的入口同轴设置在分离器的管状外壳内并设有涡旋发生装置。

优选地，在所述分离装置中，分离器包括的销状部延伸到一不同于上部空间的空间中。

优选地，在所述分离装置中，设有第四空间，销状部延伸到第四空间中。

根据本发明的另一个方面，提供了一种从气固混合物中分离固体的方法，所述方法通过使气固混合物经过根据如上所述的气固分离器或分离装置来实现。

优选地，在所述方法中，气固混合物具有100MG/NM3到500MG/NM3的固体含量，从而获得每NM3含有小于50MG固体的气体流。

在FCC过程操作中，很多精炼机使用高效TSS设备来减小FCC催化剂颗粒的损耗。甚至在这种情况下，使用四级分离器来净化从TSS设备中排出的底流(富固体部分)也并不罕见。在TSS中分离出的固体被传送至四级分离器，使用少量气体作为用于输送催化剂颗粒的手段，所述少量气体由通常位于四级分离器下游的喷嘴控制。用来处理TSS底流的设备通常是四级旋风分离器或设计用于高温的陶瓷过滤器。四级旋风分离器通常不会从TSS底流中去除所有催化剂颗粒从而导致最终的催化剂排放。陶瓷过滤器就能基本上100％地去除催化剂，但是连续操作的成本和可靠性使其在很多情况下具有较小吸引力。陶瓷过滤器趋于是一件易于停止运转的设备。

本方法具有的一个优点在于，通过稳定板和销状部可移出如此多的气体以致于可不使用四级分离器。在根据本发明的分离设备中分离出的固体可仅进行收集和排放即可。因此，本发明提供了一种通过使气固混合物经过如上所述的分离装置，从而获得洁净气体和分离出的固体，并且排出该分离出的固体，以从气固混合物中分离固体的方法，尤其是从FCC过程中的废气中分离催化剂颗粒的方法。适当地，分离出的固体在排放前被收集在固体料斗中。此外，特别是在FCC催化剂颗粒的情况下，分离出的固体可在排放前由固体料斗中的惰性气体进行净化。在这些情况下，固体不进行任何进一步的气固分离步骤。

附图说明

通过图1-3进一步说明本发明。

图1公开了本发明的分离器的一个实施例，其中气固混合物的导入通过切向入口实现。

图2公开了一种根据本发明的分离器，其中用于导入气固混合物的入口同轴设置在该分离器的管状外壳中并且设有涡旋发生装置。

图3显示了一种设有大量根据本发明的分离器的分离装置。

具体实施方式

图1显示了一种包括管状外壳1的分离器。气固入口2已经布置成使得气固混合物沿切向被供入该外壳1，从而向该混合物施加涡旋。

容器还设有气体出口管道3、截头圆锥形部件4和固体出口5。混合物在涡流稳定器周围涡旋，该涡流稳定器包括稳定板6和销状部7。管状外壳中的涡旋在销状部周围是稳定的。由于离心力而分离出的固体经由固体开口5从该外壳排放。一些气体夹带有固体。在稳定板下方的区域中，气体实际上没有固体。经由穿过稳定板和销状部的通道8，这些气体可连同借助于离心力净化的气体一起通过气体入口开口9、经由气体出口管道3排放。销状部、气体出口通道和外壳都是同轴的。该图并未显示真正的比例；为了清楚起见，销状部和稳定板被表示成比使用时更大。然而，该图正确地表示出销状部沿从入口开口9到稳定板6(即通道8的端部)所限定的轴线延伸大约85％。

图2显示了一种不同类型的分离器。该分离器包括管状外壳11和同轴的气体出口管道13。经由限定在管状外壳11和气体出口管道13之间的环形空间12，气固混合物可被导入该分离器。涡旋通过叶片20施加到气固混合物。涡旋在涡流稳定器周围形成稳定的涡流，该涡流稳定器包括稳定板16和销状部17。销状部延伸穿过出口管道13的入口开口19进入出口管道13。销状部和稳定板已设有通道18。在该销状部的端部设有扼流部21。没有固体的气体经过该扼流部21和通道18并最终经由气体出口管道13排放。分离出的固体经由固体出口开口15从该管状外壳11移出。

图3示意性地显示了一种三级分离器。该分离装置包括容器31、总气体入口32、总气体出口33和总固体出口34。容器进一步包括上部管板35和下部管板36。这些管板限定了三个空间：与总气体出口33连通的上部空间37、与总固体出口34连通的下部空间38和与总气体入口32连通的中间空间39。在管板35和36之间布置大量(在该图中为四个)分离器40。每个分离器包括管状外壳41、同轴的气体出口管道42和旋涡稳定器43，该旋涡稳定器包括销状部和稳定板。分离器的入口是由限定在气体出口管道42和管状外壳41之间的环形开口构成的。经由总气体入口32进入的含固体的气体混合物分布在空间39中。经由多个分离器40的环形入口开口，气体经过多个分离器。环形开口中的涡旋发生装置(未示出)对气体产生涡旋，从而引起气体和固体之间的分离。涡旋通过涡流稳定器43得到稳定，分离出的固体离开分离器并落入空间38，以经由总固体出口34移出。没有固体的气体经由气体出口管道42离开分离器40。由于已经提供穿过涡流稳定器43的通道，曾夹带有固体的气体可加入没有固体的气体并且也经由气体出口管道42移出。净化的气体收集在空间37中并经由总气体出口33从该容器31移出。

Claims

1.一种气固分离器，所述气固分离器包括：管状外壳；入口，所述入口位于所述外壳的一端，用于导入气固混合物，该入口制成使得该入口向气固混合物施加涡旋；位于所述外壳相对端的固体出口；和位于所述外壳的一端的、同轴设置的管状气体出口管道，其中该分离器还包括涡流稳定器，该涡流稳定器包括放置在稳定板上的销状部，在该分离器中，该销状部沿该管状外壳的轴线延伸，并且其中设置穿过稳定板和销状部的通道，其中该通道的内径包括扼流部。

2.根据权利要求1所述的气固分离器，其中该销状部沿该管状外壳的轴线的至少20％设置，所述轴线从该气体出口管道的入口一直延伸到该稳定板。

3.根据权利要求2所述的气固分离器，其中该销状部沿该管状外壳的轴线的30％到100％设置。

4.根据权利要求2所述的气固分离器，其中该销状部从该稳定板延伸到超过该气体出口管道的入口。

5.根据权利要求4所述的气固分离器，其中该销状部通过支承装置固定在该气体出口管道内，所述支承装置是涡旋装置，所述涡旋装置设置成使得所述涡旋装置降低正经由该气体出口管道排放的气体的涡旋运动。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的气固分离器，其中用于导入气固混合物的入口沿该管状外壳切向布置。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的气固分离器，其中用于导入气固混合物的入口同轴布置在该管状外壳中并设有涡旋发生装置。

8.一种分离装置，所述分离装置包括容器、总气体入口、总气体出口和总固体出口，其中该容器设有上部管板和下部管板，这两块管板限定了与总气体出口流体连通的上部空间、与总气体入口流体连通的气密的中间空间和与总固体出口流体连通的下部空间，其中大量各具有用于导入气固混合物的入口、气体出口和固体出口的分离器设置成使得分离器的用于导入气固混合物的入口与该中间空间流体连通、分离器的固体出口与该下部空间流体连通并且分离器的气体出口与该上部空间流体连通，其中所述分离器是根据权利要求1-7中任一项所述的气固分离器。

9.根据权利要求8所述的分离装置，其中分离器包括的用于导入气固混合物的入口同轴设置在分离器的管状外壳内并设有涡旋发生装置。

10.根据权利要求8或9所述的分离装置，其中分离器包括的销状部延伸到一不同于上部空间的空间中。

11.根据权利要求10所述的分离装置，其设有第四空间，销状部延伸到第四空间中。

12.一种从气固混合物中分离固体的方法，所述方法通过使气固混合物经过根据权利要求1-7中任一项所述的气固分离器或者经过根据权利要求8-11任一项所述的分离装置来实现。

13.根据权利要求12所述的方法，其中气固混合物具有100mg/Nm³到500mg/Nm³的固体含量，从而获得每Nm³含有小于50mg固体的气体流。