CN103328106B - 从气流中分离颗粒固体的方法 - Google Patents
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Abstract
一个典型实施方案可以为从气流中分离颗粒固体的方法。该方法可包括在再生器中使催化剂再生，在第一和第二旋风器阶段中分离颗粒固体，使来自第二旋风器阶段的气流进入外部第三阶段分离器中，和使来自外部第三阶段分离器的气流进入旋风再循环器中以得到干净气流。
Description
相关国家申请的优先权要求
本申请要求2011年2月1日提交的美国申请No.13/018,510的优先权。
发明领域
本发明一般性地涉及从气流中分离颗粒固体。
相关技术描述
工业标准是降低排放到环境中的颗粒物的量。通常排放气流如烟道气含有颗粒物。该标准要求释放料流中较低量的颗粒物以提高环境质量。
通常使用旋风系统降低颗粒排放。在旋风系统中，颗粒物收集效率可以为颗粒速度和粒度分布(下文可简称为为“PSD”)的函数。烟道气料流中固体的平均粒度越大，旋风系统的收集效率越好。一般而言，烟道气料流可含有平均粒度小于10μm的30-40μm的固体。一般而言，较小的颗粒可能更难通过使用现有技术如通常随一个或多个旋风阶段使用的外部第三阶段分离器俘获。因此，这些系统可能不满足要求较少颗粒排放的新环境标准和规则。因此，想要改进这些系统以提供具有低水平的颗粒，特别是较小且更难与气体分离的那些颗粒的气体流出物。
发明概述
一个典型实施方案可以为从气流中分离颗粒固体的方法。该方法可包括：在再生器中使催化剂再生，在第一和第二旋风器阶段中分离颗粒固体，使来自第二旋风器阶段的气流进入外部第三阶段分离器中，和使来自外部第三阶段分离器的气流进入旋风再循环器中以得到干净气流。
另一典型实施方案可以为从气流中分离颗粒固体的方法。该方法可包括：在再生器中使催化剂再生，在第一和/或第二旋风器阶段中分离颗粒固体，和使来自第一和/或第二旋风器阶段的气流进入外部阶段分离器中。外部阶段分离器可包括容器，所述容器又包括用于接收气流的入口和用于提供干净气流的第一出口和用于提供收集颗粒固体的第二出口。通常，容器含有位于入口与至少一个旋风器之间的电场。
又一典型实施方案可以为从气流中分离颗粒固体的方法。该方法可包括：在再生器中使催化剂再生，在第一和/或第二旋风器阶段中分离颗粒固体，使来自第一和/或第二旋风器阶段的气流进入外部阶段分离器中，和使来自外部阶段分离器的气流进入旋风再循环器中。旋风再循环器可引起0.1mA/m2的电流密度以得到干净气流和包含颗粒固体的另一气流。可将另一气流送入外部阶段分离器中。
本文提供的实施方案可除去在常规第三阶段分离系统中难以分离的较小颗粒。特别是，本文的实施方案可使用静电装载颗粒，同时使用离心力将颗粒分离成收集点的装置。特别地，该装置可使颗粒结块并在单一容器中分离它们以提高收集效率并降低系统成本。一般而言，这种装置特别用于除去粒度小于10μm的颗粒。在一个典型实施方案中，使用静电载荷和离心力的组合的旋风再循环器可使气流中的颗粒聚集并收集。然后可将收集的颗粒供入外部第三阶段分离器中。在这种情况下，可由旋风再循环器得到干净的烟道气并送入废气回收系统如换热器中以回收热能，并排到烟囱中。在另一典型实施方案中，第三阶段分离器可具有在容器上的多个小电线以产生静电荷以使颗粒聚集。当带电颗粒向下流动时，颗粒可聚集成较大的颗粒簇，然后收集并除去。
定义
如本文所用，术语“料流”可包括各种烃分子和/或其它物质，例如气体如氢气、二氧化碳、一氧化碳和氧气，或杂质如重金属以及硫和氮化合物。此外，料流可包含一个或多个相，例如分散体。一种典型的料流可包含气体和固体，例如气溶胶。
如本文所用，术语“毫克/标准立方米”可缩写为“mg/Nm3”。
如所述，图中的工艺流程线可互换地称为例如管线、管、进料、产物、流出物、馏分、部分或料流。
如本文所用，术语如“颗粒”、“颗粒物”和“颗粒固体”可互换地使用。
附图简述
图1为具有外部第三阶段分离器和旋风再循环器的典型流化催化裂化装置的示意性描述。
图2为具有静电荷场以提高收集效率的典型外部第三阶段分离器的横截面示意性描述。
详述
流化催化裂化(下文可称为“FCC”)装置100可包括反应容器120、再生器200、外部第三阶段分离器400、旋风再循环器500和过滤器550。通常反应容器120、再生器200和外部第三阶段分离器400可以为任何合适的容器，例如US7,048,782B1中所公开的那些。
在该典型实施方案中，反应容器120可包括提升器130、反应器旋风器140和汽提区150。一般而言，反应容器120含有内部压力通风系统160。另外，废催化剂竖管180连接在再生器200上以提供废催化剂，且再生催化剂竖管190将再生催化剂从再生器200转移至提升器130的底部。
再生器200可包括第一旋风器阶段210、第二旋风器阶段220、出口230和空气分配器250。一般而言，再生器200含有内部压力通风系统240。尽管描述了第一旋风器阶段210和第二旋风器阶段220，但可使用任何合适数目的阶段。一般而言，第一旋风器阶段210和第二旋风器阶段220容纳在再生器200内。第一旋风器阶段210和第二旋风器阶段220用于将燃烧气体与携带的催化剂分离。尽管第一旋风器阶段210通常与第二旋风器阶段220串联地使用，但可仅使用一个旋风器阶段210或220。
外部第三阶段分离器400可包括容纳一个或多个旋风器420的容器410，且如果仅一个阶段210或220进行它的话，可称为外部阶段分离器400。一般而言，气体进入外部第三阶段分离器400中并使用离心力，多数颗粒固体从容器410底部离开，同时可将气体从容器410的侧面除去。一般而言，两种料流从容器410中发出，其中底部料流具有其中携带的较大尺寸的颗粒物，且在容器410的侧面离开的料流具有其中携带的较小颗粒。
旋风再循环器500可包括通过高压直流电源供电的直通旋风器，例如浓缩器。一般而言，旋风再循环器500具有直流电源504和一系列电线506，其中至少一些或一部分电线506可并联放置且运行旋风再循环器500的长度或高度的至少一部分以产生电场。典型旋风再循环器500公开于例如WO2008/147233A2中。可将电压施加在放电电极上，其中放电电极的直径和它与浓缩器壁的距离可组合以引起0.1mA/m2以下的电流密度以产生电场。旋风再循环器500的性能提供于下表中：
表1
旋风再循环器500可基本水平或垂直取向。在该典型实施方案中，取向为基本垂直的。旋风再循环器500中的颗粒俘获可最小化或优选根本没有。静电循环从位于旋风再循环器500的垂直轴处的排气通道中清除颗粒，使得颗粒到达再循环器壁，而不收集在壁上。因此，颗粒可在出口聚集并返回外部第三阶段分离器400中。因此，再循环效率可通过在旋风再循环器500中执行直流电场以使颗粒聚集而提高，条件是设计排放和收集用于防止旋风再循环器500作为静电沉降器操作。旋风再循环器500与静电沉降器之间的区别公开于例如WO2008/147233A2中。
过滤器550可以为向下流过滤器，可与外部第三阶段分离器400连通。一般而言，管线570含有包含颗粒物的料流，且管线560含有包含一种或多种气体的额外气流560。通常额外气流560具有小于10mg/Nm3，优选小于5mg/Nm3的足够低的颗粒物含量并可送入废气回收系统和烟囱中。
FCC装置100可包括一个或多个文丘里收缩段310、450和540。第一文丘里收缩段310可使管线520中的分散体再循环。特别地，文丘里收缩段310可充当使用管线300中的流体作为发动流体的喷射器。第二文丘里收缩段450和任选文丘里收缩段540可用于控制分别来自外部第三阶段分离器400和旋风再循环器500的质量流速。通常，文丘里收缩段450和540将管线440和530中的质量流分别调整至分别来自外部第三阶段分离器400和旋风再循环器500的总流出物的3-5质量%。一般而言，使管线440和530中的流量最小化又足以容许颗粒流动。作为选择，一个或多个工艺流控制阀可用于文丘里收缩段450和/或540。
在操作中，一般而言，反应容器120可接收提升器130中的含有一种或多种烃的烃进料110。流化气体114可在提升器130的底部提供以驱使来自再生催化剂竖管190的催化剂向上至提升器130中。一种或多种烃和催化剂可与在提升器130内反应的烃混合。一般而言，可将反应产物在反应容器120中的提升器130出口处与催化剂分离。通常催化剂落向汽提区150，同时携带催化剂的反应产物可进入反应器旋风器140中。一般而言，反应产物可进入压力通风系统160中并作为料流170中的一种或多种裂化轻质烃离开。
汽提区150中的催化剂可通过废催化剂竖管180进入再生器200中。可将燃烧气体，通常空气供入空气分配器250中以使催化剂上的焦炭燃烧。任选，可将新鲜催化剂经由管线260供入再生器200中。气体和催化剂可上升至再生催化剂可落下并供入再生催化剂竖管190中的位置。与颗粒纠缠的燃烧气体可进入第一旋风器阶段210中。一部分催化剂可降至再生催化剂竖管190中，同时气体可通过导管214进入第二旋风器阶段220中。再生催化剂也可通过并落向再生器200的底部，同时气体可通过出口230，通常管上升至内部压力通风系统240中。尽管在再生器200中已将大部分催化剂和其它颗粒与烟道气分离，但一些颗粒仍可能保持夹带于烟道气中。一般而言，具有固体的烟道气可具有80-1,000mg/Nm3，更尤其是300-500mg/Nm3的浓度。通常，烟道气中的颗粒可具有如下表2所述的分布：
表2
粒度分布可取决于上游装置构型、操作条件和催化剂或其它添加剂而极大地变化。
管线300可将再生器200与外部第三阶段分离器400连通或连接。在该典型实施方案中，烟道气可从再生器200进入外部第三阶段分离器400中。烟道气可在入口414处进入外部第三阶段分离器400中并通过旋风器420。较大的颗粒物可与烟道气分离并作为另一料流440从外部第三阶段分离器400中离开。管线430可将外部第三阶段分离器400与旋风再循环器500连通。一般而言，该管线含有几乎具有粒度小于10μm的颗粒的烟道气。外部第三阶段分离器400中颗粒物的脱除速率可以为粒度分布的函数。
通常，粒度小于10μm的颗粒物最难以除去。通常，所有10μm或更大的颗粒物可通过外部第三阶段分离器400除去并稍后借助过滤器550俘获。可将在外部第三阶段分离器400中未分离的通常更小的颗粒送入旋风再循环器500中以进一步加工。一般而言，旋风再循环器500可提供在管线510中的干净气流和在管线520中的含有颗粒物的另一料流。可将干净气流510在经由烟囱排出以前送入废气回收系统中以回收热。通常，另一料流520含有大于10μm的颗粒物，因为较小的颗粒聚集在旋风再循环器500中。旋风再循环器500可提供颗粒浓度为不大于50mg/Nm3，优选不大于10mg/Nm3的干净气流510。总效率可随着将旋风再循环器500加在FCC装置100中而从60%提高至95%。另一料流520可进入第一文丘里收缩段310中，然后返回外部第三阶段分离器400中。或者，代替或除另一料流520外，另一料流530可通过文丘里收缩段540，然后直接送入过滤器550中。在每种情况下，来自外部第三阶段分离器400的另一料流440可通过第二文丘里收缩段450和/或可将另一料流530供入过滤器550中。一般而言，过滤器550可通过在管线570中收集颗粒以处理而收集进入外部第三阶段分离器400中的大多数颗粒。可将离开过滤器550的额外气流560送入废气热回收系统和烟囱中。
在另一典型实施方案中，外部第三阶段分离器600的另一方案描述于图2中。在该典型实施方案中，外部第三阶段分离器600可代替如图1所述的外部第三阶段分离器400和旋风再循环器500。
一般而言，外部第三阶段分离器600可包括围绕分配器624的容器610，和至少一个旋风器，通常多个旋风器642、644、646和648。在该典型实施方案中，取向为基本垂直的670，并可将来自再生器200的气流300直接供入外部第三阶段分离器600的入口620中。气体可借助分配器624分布在整个容器610中。提供例如直流电流的电流源634可与一个或多个电线630连通以提供容器610内的电场。电场可包括跨越容器610的一系列电线，其中电流流过电线。电流可产生使颗粒带电的场，导致它们聚集。任何合适的电流密度可用于使颗粒固体聚集。
提高的粒度可改进外部第三阶段分离器600的收集效率。这类电场可在旋风器上游提供，例如US4,718,923中所述。聚集颗粒可进入旋风器642、644、646和648中并收集在第二出口660中。可将收集颗粒从第二出口660供入如图1所述的过滤器550中。第一出口650可提供可基本不含颗粒，特别是小于10μm的那些的干净气流。可将干净气流供入废热回收系统，然后烟囱中。
说明性实施方案
以下实施例意欲进一步阐述主题实施方案。本发明实施方案的该阐述不意欲将本发明的权利要求限制在该实施例的具体细节。该实施例基于类似方法的工程计算和实际操作经验。
参考图1，如果气流300具有400mg/Nm3的颗粒物载荷和如第5页上表2所示粒度分布，则来自旋风再循环器500的干净气流510浓度可具有低至20mg/Nm3的颗粒物，而它在仅用外部第三阶段分离器400加工的料流430中可以高达160mg/Nm3。一些烟囱规则由于环保目的要求小于50mg/Nm3。
没有进一步描述，相信本领域技术人员可使用先前的描述，最完整程度地使用本发明。因此，前述优选的具体实施方案应理解为仅是说明性的，且不以任何方式限制公开内容的其余部分。
在前文中，除非另有指出，所有温度以℃描述，所有份和百分数以重量计。
由先前描述中，本领域技术人员可容易地确定本发明的主要特征，并可不偏离其精神和范围地作出本发明的各种变化和改进以使它适于各种用途和条件。
Claims (9)
1.从气流中分离颗粒固体的方法，其包括：
A)在再生器中使催化剂再生；
B)在第一和第二旋风器阶段中分离颗粒固体；
C)使来自第二旋风器阶段的气流进入外部第三阶段分离器中；和
D)使来自外部第三阶段分离器的气流进入旋风再循环器中以得到干净气流，其中旋风再循环器含有直流电场。
2.根据权利要求1的方法，其进一步包括使来自旋风再循环器的另一料流进入外部第三阶段分离器中。
3.根据权利要求1或2的方法，其进一步包括将来自外部第三阶段分离器的另一料流送入过滤器中。
4.根据权利要求3的方法，其进一步包括使来自过滤器的额外气流进入废热回收系统中以及然后烟囱中。
5.根据权利要求4的方法，其进一步包括将来自过滤器的颗粒固体送去处理。
6.根据权利要求1或2的方法，其进一步包括使来自旋风再循环器的另一料流进入过滤器中。
7.根据权利要求2的方法，其进一步包括使来自旋风再循环器的另一料流在进入外部第三阶段分离器中以前通过文丘里收缩段。
8.根据权利要求6的方法，其进一步包括使来自旋风再循环器的另一料流在进入过滤器中以前通过文丘里收缩段。
9.根据权利要求3的方法，其进一步包括使来自外部第三阶段分离器的另一料流在进入过滤器中以前通过文丘里收缩段。
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