CN107107015A - 用于错流反应器的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

公开了用于错流工艺反应器的一种方法(700)和设备(100；300；500；600)。公开的示例包括具有入口和出口以允许流体流流过其中的处理室(102；302；504；604)，和在处理室(102；302；504；604)内设置的并容纳处置流体的散装材料的多个塔盘(123、124、125；326；502、530、532；608)。示例性设备还包括将流分成多个部分流分流的流引导器(123、124、125；326；502、530、532；608)，其中每个部分流分流被引导朝向多个塔盘中的至少一个塔盘(108、110、112、114；312、316、318、320、322、324；508、510；612)。

Description

用于错流反应器的方法和设备
技术领域
本公开大体上涉及反应器，更具体地，涉及用于错流反应器的方法和设备。
背景技术
通常，作为错流反应器的示例的整体式催化剂反应器例如用于处理由用于产生蒸汽以发电的诸如燃烧过程的工业过程产生的流体(例如气体)。通常，某些化合物需要从工业过程的合成流体中减少和/或消除以满足某些环境和/或调节标准。
通常使用整体陶瓷蜂窝催化剂反应器，但是其相对昂贵并且对催化剂毒物和抑制剂具有降低的抗性。通常，由于陶瓷催化剂和含有和/或定位陶瓷催化剂的钢载体结构之间的热膨胀中的显著差异，整体蜂窝催化剂具有高的破裂率。这些已知的整体式催化剂蜂窝反应器通常用于避免通常与散装催化剂(例如随机填充的催化剂等)相关的较低的气体速度。这种较低速度和/或高压降通常由粉碎和/或损坏的催化剂材料产生。当将已知的整体过滤器具与散装过滤系统相比时，特别是在过滤热流体或流体具有波动的温度时，或者在将包括整体式热回收介质的再生热反应器与具有散装热回收介质的这种反应器进行比较时，相同的原理可以适用。
本文公开了错流反应器的方法和设备。通常，诸如整体式蜂窝催化反应器的催化反应器例如用于处置和/或处理由诸如燃烧燃料产生电力的工业过程产生的气体。该反应器通常使用具有通道的催化剂块，并且由催化剂材料(例如贵金属等)组成。通道通常通过整个催化剂块延伸。这些整体式蜂窝催化剂反应器通常由于例如陶瓷型催化剂块和保持和/或安装催化剂块的钢支撑结构之间的热膨胀中的差异而引起的催化剂损坏而经历高的破裂率。
通常使用整体式蜂窝催化剂反应器以避免与已知示例中使用的散装材料催化剂相关的降低的速度。通常遇到降低的速度，这是因为粉碎或损坏的散装催化剂材料和/或工艺气体移动通过单个通道(例如通路)的流动，从而当处理流体流经散装催化剂材料的常常是单个隔室时导致显著的压降。当将已知的整体式过滤器具与散装过滤系统相比时，特别是当过滤热流体或流体具有波动温度的时，或者在将包括整体式热回收介质的再生热反应器与具有体热回收介质的这种反应器进行比较时，同样可以成立。
发明内容
本文公开的本发明要解决的任务是提供一种用于散装过滤系统的错流反应器和/或方法以克服或至少减少上述缺点。
本发明的另一个目的是提供在错流反应器和/或散装过滤系统的应用中实现提高的工业效率的改进的方法和设备。
该目的分别通过包括附加权利要求1或特征的设备和包括附加权利要求24的特征的方法来实现。本发明的有利配置在从属权利要求和/或下面的描述中限定。
在一个方面，该任务可以通过根据权利要求1的设备来实现，设备至少包括：
处理室，处理室具有入口和出口以允许流体流流过处理室；
多个塔盘，多个塔盘设置在处理室内并容纳用于与流体相互作用或处置流体的散装材料；以及
流引导器，流引导器将流分成多个部分流分流，其中每个部分流分流被引向多个塔盘中的至少一个塔盘。
本文公开的实施例允许使用散装材料，特别是散装材料催化剂(例如随机包装的催化剂)，其优选允许相对于整体类型的显著的成本节约，同时保持通常未见于已知的散装材料系统中的显著高的流体速度(例如工艺气体速度)。本文公开的示例允许工艺流体通过设置在催化剂反应器器皿内的催化剂的多个塔盘的高效流动。本文公开的示例还减少和/或消除散装材料的破碎和/或损坏(例如，由于热膨胀和/或热膨胀差异造成的损坏等)，这可导致通过散装材料速度降低和/或显著的压降(例如，较低流速等)。本文公开的示例还允许反应器机组具有更小的占地面积或大小。特别地，与已知的整体蜂窝块反应器相比，本文公开的示例可具有类似的尺寸和/或紧凑性。
如本文所使用的，术语“处理室”是指包围用于处理、处置、过滤例如流过处理室的诸如液体或气体的流体(例如工艺流体，工艺副产物等)和/或与流体反应的材料和/或结构的室、器皿、容器(例如中空容器)和/或外壳。如在本文公开的示例中所述，处理室可以是任何适当的形状，并且具有塔盘的任何布置以处理流体。特别地，处理室的塔盘可以布置为相对于彼此沿垂直配置(例如，连续或顺序布置)、彼此沿水平布置(例如，彼此平行等)、对角线布置、任何其它合适的空间布置或前述位置布置的任何组合。
如本文所用，术语“散装材料”是指离散的散装材料，其可以是在容器或器皿中放置和/或随机分布(例如，堆叠和/或堆积)的许多物体(例如颗粒、薄片、小球、球、盘、鞍形物和/或环等)，并且其中流体(例如液体和/或气体)可以围绕、通过物体流动、在物体内或之间流动。散装材料例如可包括但不限于不规则和/或规则形状的实心体材料、鞍型、球型、盘型或环型材料和/或磨碎的材料等的分离件(例如颗粒)。散装材料可以包括例如指定尺寸、尺寸分布和具有或不具有指定形状的颗粒。特别地，散装材料可以由陶瓷、玻璃或玻璃类材料、塑料、催化剂材料和/或经处置以具有催化活性(例如结晶、气相沉积和/或其它涂覆或种植技术等)。散装材料还可包括催化和/或催化活化的材料或由催化和/或催化活化的材料组成，其中催化材料本身在一些化学体系下是催化活活的，而催化活化的材料是在一些化学体系中被处置成具有催化活性的基材或者由该基材组成。因此，“催化活化”可包括掺杂工艺(例如，向散装材料的基础结构添加催化剂)和/或表面处置工艺(例如表面沉积、涂覆、耗尽(depletion)等)和/或增加散装材料的下面的基础材料的催化活性的化学、电化学和/或一些其它转化工艺。
如本文所使用的，术语“流引导器”是指用于分开和/或重新引导一个或多个流体流的几何特征或装置或结构。几何特征可包括但不限于环形间隙、器皿的形状、引导件等。装置或结构可包括但不限于开口、管道、阀，翻板和/或导向元件，诸如导流板、挡板、管、孔口或偏转板等。此外，“分开”或“重新导向”也应理解为由所述流引导器选择和/或可控制分开流。因此，可以通过包括或形成/构建所述流引导器的被动和/或主动工具来实现流的分开。被动工具的示例可包括突出部、前缘、凸出部、凹陷、开口、网格、网状物、不可调节的盲孔或孔口或类似物，而活动工具的示例可包括翻板、舱口、活板(trap)、阻尼器、遮板、阀、可调节的盲孔或孔口或类似物。
如本文所使用，“处置流体”可以指通过例如物理原理(例如吸收、吸附、过滤、热扩散、重力、惯性、热传递、电和/或磁力)、化学品(例如反应物、催化剂)和/或化学反应(例如催化支持的化学反应)处理、还原化合物和/或净化流体)。如本文所使用，“处置流体”还可指流体的处置，其可涉及流体的总化学组成的改变、过滤、分馏和/或分离等。如本文所使用，“与流体相互作用”还可指流体与散装材料或散装材料的部分的化学和/或物理相互作用或化学反应。
在第一有利的改进中，多个塔盘的塔盘数等于多个部分流分流的部分流分流的数量。在设备的一些替代应用或变型中，如果多个塔盘的塔盘数量小于多个部分流分流的部分流分流的数量，那么这也是有利的。
在本发明设备的另一个优选的改进中，至少一个或多个、优选地每个部分流分流特别是通过流引导器作为受到引导的部分流分流被引导至多个塔盘的专用塔盘，同时绕过多个塔盘中的至少一些的其它的塔盘。最优选地，受到引导的部分流分流中的每个被引导绕过多个塔盘中的任何塔盘，除了多个塔盘中的专用塔盘。
在改进根据本发明的设备的基本概念的另一个可替换的或另外的方面中，设备包括流收集器或返回部，藉此部分流分流、特别是受到引导的部分流分流在穿过多个塔盘中的一塔盘之后、特别是在穿过在塔盘中的散装材料之后或在由塔盘中的散装材料处置之后，被引向流收集器或返回部。优选地，流收集器或返回部在部分流分流由塔盘中的散装材料处置之后将部分流分流引导至处理室的出口。
在根据本发明的设备的一些应用或变型中，如果设备还包括回流引导器，那么可能是有益的，藉此，所述回流引导器引导部分流分流的至少一部分，特别是朝向流收集器或返回部的受到引导的部分流分流作为朝向设备的入口的至少一个部分回流被引导至流引导器或者被引导至多个塔盘中的至少一个塔盘的进入侧。所述回流引导器可允许在设备内部的部分流分流的一些部分的重复使用或重复处置，以提高设备中的工艺运行的效率。
在本发明的另一个可替代的或另外的方面中，第一和第二流分流具有大致相同的流速。
在本发明的另一方面，设备还包括返回部，其中第一和第二塔盘具有开口以允许相应的部分流分流流至返回部，并且其中返回部与出口流体连通。
在设备的优选应用中，如果散装材料包括不规则或规则形状的实心体，那么是有利的，藉此不规则或规则形状的实心体优选包括球型、环型或盘型体或鞍形物。在一些特定应用中，如果散装材料包含催化剂，那么可能是进一步有利的。此外，设备的第一或第二塔盘可以优选地具有包括小于散装材料的穿孔的表面。
在本发明的另一改进中，设备的流引导器还包括围绕第一或第二塔盘中的至少一个的环形间隙。
在本发明的一些优选实现中，塔盘沿着处理室的纵向方向相对于彼此定位。
在本发明的第二、可替代的或另外的构思中，目的可以通过设备实现，设备包括：错流反应器的多个塔盘，塔盘包含散装材料，其中错流反应器具有入口和出口以允许流体流过错流反应器；以及设备包括限定塔盘和壳体之间的环形间隙的错流反应器的壳体；其中在塔盘中的至少一部分中，流体的一部分流过每个塔盘并且由散装材料处置，并且流体的另一部分围绕塔盘流动并且流过环形间隙。在设备的优选组件中，处理室和多个塔盘是错流反应器的部件，特别地，错流反应器包括处理室和多个塔盘。
该第二构思的有益的改进包括返回部，其中至少一部分塔盘具有与返回部流体连通的开口，返回部将流体从塔盘引导至出口。优选地，该返回部沿着错流反应器的纵向长度具有变化的直径，这是容易但高效的措施，以允许对错流反应器内的流速及其分布的优选设置、调节或控制，并且特别是在各个塔盘之间或横穿各个塔盘。
在第二构思的另一替代或另外的、优选改进中，塔盘中的至少一部分在开口附近具有逐渐缩小的形状。
在第二构思的另一替代或另外的优选改进中，塔盘和壳体之间的环形间隙沿着错流反应器的纵向长度变化，这是另一替代或另外的方式，以允许优选的设置、调节或控制流动错流反应器内的速率及其分布，并且特别是在各个塔盘之间或横穿各个塔盘。
在本发明的第三、可替代的或另外的构思中，目的可通过设备实现，该设备包括：错流反应器的多个塔盘、错流反应器的壳体以及返回部，塔盘包含散装材料，其中错流反应器具有入口和出口以允许流体流过错流反应器，并且其中塔盘分别沿着错流反应器的纵向方向由间隙分开，并且其中塔盘具有大致筒形的形状；设备包括错流反应器的壳体，错流反应器的壳体限定塔盘和壳体之间的环形间隙，壳体具有大致筒形形状；设备包括返回部，返回部与塔盘的至少一部分以及出口流体连通，其中在塔盘的至少一部分中，流体的一部分流入塔盘中、由散装材料处置、并被引导至返回部，并且流体的另一部分围绕塔盘流动。在该设备的优选组件中，处理室和多个塔盘是错流反应器的部件，特别地，错流反应器包括处理室和多个塔盘。当返回部相对于错流反应器位于中心时，可实现该构思的优选实施例。
在另一方面，前述任务可通过根据权利要求24的方法来实现，所述方法至少包括：
通过处理室将流体流分成部分分流，每个分流具有预定义的流速；以及
将每个分流引导到设置在处理室内的并且沿处理室的纵向方向彼此布置的塔盘，每个塔盘具有与流体相互作用的或处置流体的散装材料，其中部分流中的至少两个具有预定义的、调节的、可调节的流速或流速比。
优选地，部分分流中的至少两个被引导到专用的单独的隔开的塔盘或相邻的塔盘。
此外，可优选的是，部分分流中的至少两个具有大致相同的流速。
在发明方法的一些优选应用中，处理室可包含催化剂反应器。催化剂反应器可包含或选自催化活性的散装材料(即其自身具有催化活性的材料)、催化活化的或制备的散装材料(即已经制备为携带或显示一些催化活性部分-例如通过表面涂覆或沉积等)和/或其混合。
在方法的另一个改进中，还可包括将离开塔盘的部分分流组合至离开流中的步骤。
当塔盘中的至少一部分具有与处理室的中心返回部流体连通的开口以用于部分分流离开处理室时，可以执行该方法的另一改进。
在该方法的一些优选应用中，与流体相互作用的或处置流体的散装材料选自或包括不规则和/或规则形状的实心体，其中不规则或规则形状的实心体优选选自球型、环型、盘型体或鞍形物。
在该方法的另一个改进中，可进一步包括分开流体流的步骤，步骤包括允许流的部分流过围绕塔盘的外表面的环形间隙。
附图说明
图1示出了根据本公开的教导的示例性错流反应器。
图2A示出了图1的示例性错流反应器的示例性塔盘和返回部的一部分的剖视图。
图2B示出了图1的错流反应器沿着错流反应器的纵向方向的局部剖视图。
图3示出了根据本公开的教导的另一个示例性错流反应器的剖视图。
图4A是图3的错流反应器的示例性塔盘的剖视图。
图4B是图3的示例性塔盘沿着图4A的线A-A的另一剖视图。
图4C是图3的示例性塔盘的外表面的详细视图。
图5示出了沿水平构造的示例性错流反应器。
图6示出了沿水平构造的另一个示例性错流反应器。
图7是根据本公开的教导的示例方法的流程图。
具体实施方式
附图不是按比例的。相反，为了阐明多个层和区域，可以在附图中扩大层的厚度。只要有可能，在整个附图和所附书面描述中将使用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。如在本发明中所使用的，说明任何部件(例如层、膜、区域或板)以任何方式定位在(例如定位在、位于、设置在或形成在等)另一部件上意味着指代的部件与另一部件接触，或者指代的部件在另一部件上方，具有一个或多个中间部件位于其间。说明任何部件与另一部件接触意味着在两个部件之间没有中间部件。
如本文阐述，图1示出了根据本公开的教导的示例性错流反应器100。示例性错流反应器100包括处理室(例如壳体、器皿、外壳、外表面等)102、入口(例如流体入口)104、出口(例如流体出口、排气口等)106、塔盘(例如催化剂塔盘、具有半锥形或逐渐缩小部分的筒形塔盘等)108、110、112、底部塔盘(例如底部催化剂塔盘)114，在该示例中塔盘大体上是筒形。所示示例的塔盘108、110、112、114包含散装材料(例如随机分布的材料)。储存在塔盘108、110、112、114内的散装材料可以是鞍型、球型催化剂、盘型、环型催化剂和/或任何其它合适类型的实心体。在一些优选的示例中，散装材料包含或包括散装催化剂和/或催化活化的散装材料。
在该示例中，塔盘108、110、112从几何形状视角(例如相同的设计和/或尺寸等)大致相同。
所示示例的塔盘108、110、112、114每个分别具有顶表面116、118、120、122，每个顶表面被穿孔以允许流体流过其中。在该示例中，顶表面116、118、120、122是可移除的盖。示例性塔盘108、110、112分别具有带有半锥形逐渐缩小部分的大体上筒形形状，并且围绕塔盘相对于室102的周边限定相应的环形间隙123、124、125。在该示例中，塔盘108、110、112分别经由开口(例如错流开口、返回部开口等)128、130、132与中心返回部(例如中心管)126流体连通。在该示例中，中心返回部具有与出口106流体连通的底表面(例如离开开口)134。所示示例的底部塔盘114还具有允许流体流过其中的底部穿孔表面136，并与塔盘108、110、112相反不具有环形间隙(例如顶表面122密封至处理室102的内壁)。所示示例的中心返回部126是流收集器或返回部的一个示例。
在操作中，将流体(例如工艺流体、工艺气体、工艺液体等)提供至入口104，并且沿朝向出口106的向下方向大体上流动。因此，从入口流分开的至少第一流体部分分流(例如第一部分，第一分开的分流等)朝向第一塔盘108的顶表面116流动，从而经由在顶表面116上存在的允许流体流过其中的穿孔、格栅和/或任何类型的开口流入塔盘108中，然后通过容纳在塔盘108内的处理流体的催化剂材料。箭头138大体上表示第一流体部分分流的流方向。在第一流体部分分流流过顶部塔盘108并且被催化剂材料处置之后，第一流体部分分流然后经由开口128被引向中心返回部126。当第一流体部分分流流从入口流分开时，流体的第二流体部分分流也从入口流分开，并且如由箭头140大致所示通过围绕第一塔盘108流动绕过第一塔盘108，从而流过环形间隙123并朝向塔盘110。
然后第二流体部分分流被进一步分成另外的第三和第四流体部分分流。类似于对应于顶部塔盘108的流分开，如由箭头142大致所示，第三流体部分分流流入塔盘110中以穿过塔盘110内的催化剂材料，并经由开口130进入中央返回部126，而第四流体部分分流如由箭头144大致所示绕过塔盘110，并流过围绕第二塔盘108的环形间隙124朝向塔盘112。在该示例中，将整体流体流分成第二和第四分流分别通过塔盘108和110使得能够相对相等地流过塔盘108和110，从而通过减少压降允许更高效流过错流反应器，如果入口流和/或部分分流未被再分，那么会遭遇压降。
在一些示例中，将分流再分允许相邻塔盘的至少一部分具有大致相同的流速。另外地或可替代地，将流体流再分可导致贯穿整个错流反应器的大致相同的流速(例如最顶部塔盘具有与底部处塔盘大致相同的流速)。如本文所使用的，“大致相同”意味着可相邻或不相邻的两个流体流部分分流之间的容积流速、流体速度或压力比等于约0.5至1.5的范围，优选等于约0.75至1.25的范围，甚至更优选等于至少1.0±10％的或更好的范围。
与通过本文公开的错流反应器100的各个塔盘的大致相同的流速相比，在本发明的一些替代应用中，在错流反应器100的各个塔盘中限定的和/或可限定的和/或可调节的流速比可能是有益的。如果各个塔盘的性能特征随着时间的推移以一些扩展和/或非均匀演变，那么可调节的流速将特别允许更好地控制错流反应器100的整体性能。此外，各个塔盘可以通过例如调节流量比的机械装置(例如旁通阀)关闭而不处理进入的流体，以允许该塔盘的、尤其是该塔盘内的散装材料的单独维护(要施加于散装材料的清洁和/或再活化过程、散装材料的更换等)。
类似地，所示示例的流的第五分流如箭头146大致所示流入塔盘112中，并且第六分流如由箭头148大致所示绕过塔盘112并流过围绕第三塔盘112的环形间隙125，并朝向底部塔盘114的顶表面122，底部塔盘的顶表面相对于室102不具有环形间隙。然后，第六部分流体分流如由箭头150大致所示朝向底部塔盘114流动，并通过容纳在底部塔盘114内的散装催化剂材料，并通过底表面136。第六部分流体分流经由出口106自错流反应器100离开。特别地，离开底部塔盘114的流与来自中心返回部126的流结合。
在一些示例中，每个塔盘108、110、112的直径与室102的内直径(例如内部直径、室直径等)之间的比率可从0.6至0.99变动、优选地从0.8到0.99变动。引导到围绕塔盘的环形间隙中的流量可分别基于塔盘108、110、112、114的入口顶表面116、118、120、122上使用的穿孔和/或格栅而不同和/或基于塔盘114的底表面134上使用的穿孔和/或格栅而不同。已经大体上观察到，大致类似的流来自于将部分分流围绕或通过塔盘108、110、112，通过底部塔盘114和/或通过返回部126。特别地，在一些示例中，塔盘的环形间隙与流过相应塔盘的量之间的流速比可从0.2至1变动。在一些示例中，流速比可以是大约0.25(例如流的25％流入塔盘中，并且流的75％流入塔盘周围的相应环形间隙中)。所描述的比率仅是说明性示例并且可以相应地变化。每个塔盘的流速比可以或可以不取决于根据本示例的特定实施例中的塔盘的数量，并且因此，本文公开的示例不限于所示示例中示出的塔盘的数量。
在一些示例中，塔盘108、110、112、114具有不同的高度和/或容纳在其内的催化剂的量以保持填充高度的相对确定(例如，塔盘114的填充高度比塔盘108、110、112的填充高度高约2-10％等)。在该示例中，塔盘108、110、112具有大约1150mm的散装材料(例如散装催化剂材料)的高度，而塔盘114具有大约1225mm的散装材料(例如散装催化剂材料)的高度。在所示示例中示出的尺寸仅仅是尺寸，并且因此可以相对于应用和/或特定工艺而显著变化。
通过将流分成部分分流并将部分分流引向不同的塔盘，错流反应器100允许通过塔盘108、110、112、114的高效流(例如相对低损失流)，而没有沿着错流反应器100全部长度的显著的压力损失。将散装材料(例如散装催化剂材料)分隔到单独的塔盘中允许沿着错流反应器100的相应长度的显著更小的压力损失，并且避免可以进一步导致流体的额外压力损失和/或速度损失的散装材料催化剂的破碎。特别地，满足临界高度与重量比以防止催化剂材料破碎。已经确定，在一些示例中，高度与重量的期望范围可以从0.0至2.0变动。一旦流体已经穿过塔盘108、110和112和/或被处理，所示示例的中心返回部126还通过提供用于流体流过其中的相对低损失的中心导管来促进压力损失的减小。
尽管所示示例的塔盘108、110、112中的每一个相对于室102限定了大致均匀的环形间隙，但是在其他示例中，围绕塔盘108、110、112的环形间隙沿着错流反应器100的纵向长度可变化(例如变窄或加宽)，和/或围绕塔盘108、110、112的环形间隙可以彼此不同。尽管所示示例的环形间隙被用作将流重新引导或分成部分分流的分配装置，但是可以使用任何适当类型的流引导器来分开部分分流和/或将部分分流引向它们各自的塔盘108、110、112和/或114。某些示例可以使用分配装置，包括但不限于开口、管道、阀、翻板和/或引导元件，诸如导流板、挡板、管、孔口或偏转板等。尽管塔盘108、110、112在该示例中大体相同，但是塔盘108、110、112的几何形状、形状、大小、类型和/或数量可以相对于彼此变化。特别地，塔盘108、110、112和/或114可具有变化的几何形状和/或塔盘内具有不同量的散装材料(例如散装催化剂材料)以更均匀地分配塔盘108、110、112和/或114之间的流。
图2A示出了图1的示例性错流反应器100的示例性塔盘108和示例性返回部126的一部分的剖视图。如上面结合图1所述，塔盘108具有在该示例中被穿孔的顶表面116。所示示例的塔盘108还具有限定催化剂储存隔室206的外筒形壁202、格栅化的平台208、第二穿孔表面209、经由开口128与返回室212(例如返回部126的中心开口等)流体连通的锥形部分210。尽管所示示例的返回部212示出在反应器100的中心位置中，但是返回部212可以位于反应器100内的偏心位置或者任何适当位置。所示示例的返回室212是流收集器或返回部的另一示例。
在该示例中，穿孔的顶表面116防止储存在催化剂储存隔室206中的散装材料(例如散装催化剂材料)流动和/或移出塔盘108。在一些示例中，容纳在塔盘108内的球型催化剂的大小可以为大约1/8"至3/16"，并且足够轻以甚至最小流体运动或其内流体的波动而从塔盘108出来，并且因此顶表面116防止催化剂流出塔盘108。所示示例的格栅化的平台208具有定位在沿图2A的观察方向的取向上方的穿孔表面209。穿孔表面209可以具有与格栅化的顶表面116类似或相同的穿孔图案，以防止储存隔室206的散装材料(例如散装催化剂材料)流入中心返回部212中。在其他示例中，穿孔表面209在格栅化的平台208之下。在一些示例中，格栅化的平台208为底部穿孔表面209提供机械和/或结构支撑。在一些示例中，例如中心返回部126、格栅化的平台208和/或穿孔表面209耦接(例如焊接)到塔盘108。
在操作中，部分流体分流流入塔盘108中，通过顶表面116的穿孔并沿着由箭头214大体上指示的方向流向锥形区段210，并且如由箭头216大体上指示经由开口128流入中心返回部开口212中。特别地，部分流体分流经由顶表面116的开口(例如穿孔、格栅、圆形开口和/或矩形开口、六边形开口等)进入塔盘108，穿过储存在催化剂储存隔室206内的散装材料(例如散装催化剂材料)，然后穿过穿孔表面209并通过格栅化的平台208以进入在该示例中不容纳散装材料(例如散装催化剂材料)的锥形区段210。在部分分流流入中心返回部212之后，部分分流朝向出口106通过中心返回部212向下前进。所示示例的催化剂储存隔室206的高度和/或宽度可以设计和/或规定为满足催化剂材料的必要要求(例如高度与重量比、必要的停留时间和/或最大允许压降要求等)。
在该示例中，为了将塔盘108的高度与直径比保持为大约0.7，塔盘108的总高度尺寸为大约2000mm(毫米)，并且具有大约2800mm的直径。尽管塔盘108被示出为半锥形或筒形形状，但是可以使用包括但不限于矩形、球形、筒形、平行四边形的任何适当的形状等。在一些示例中，所示示例的塔盘108可具有排放装置(例如排放管)、填充装置(例如另一入口)、加热或冷却装置和/或再生装置。在一些示例中，塔盘108可以将储存隔室206内的部分分流发送至另一个塔盘、至入口装置、至分配装置(例如流体分配装置)和/或冷却和/或加热。在一些示例中，测量和/或控制塔盘108内和/或塔盘108外部的流体用于待移除化合物的浓度等。
图2B示出了图1的反应器100沿着反应器100的纵向方向的局部剖视图。从该视图可以看出，室102和塔盘108的外筒形壁202限定了环形间隙123以允许部分流体分流从环形间隙中流过。
在该示例中，格栅化的平台208具有比顶表面116上的穿孔和/或邻近格栅化的平台208的穿孔表面209上的穿孔更宽开口。此外，所示示例的格栅化的平台208具有比穿孔顶表面116和穿孔表面209相对更厚的厚度。在一些示例中，顶表面116的和/或穿孔表面209的穿孔可以是正方形、六边形、椭圆形、槽形、三角形、五边形或蜂窝形等)。在一些示例中，中心返回部212的直径沿着错流反应器100的长度变化。
图3示出了根据本公开的教导的另一示例性错流反应器300的剖视图。示例性错流反应器300包括室(例如壳体、外壳、处理室等)302、入口304、出口306和塔盘组件308。在该示例中，塔盘组件308包括储存塔盘(例如环形形状储存塔盘、环形圈形储存塔盘等)312、316、318、320、322、324，并且限定了中心返回部(例如中心通道)311。在该示例中，塔盘组件还包括机械安装件和/或部件(例如在塔盘312、316、318、320、322、324的顶部上的安装支柱、唇缘和/或凸缘)，机械安装件和/或部件以竖直堆叠支撑塔盘312、316，318、320、322、324和/或将塔盘312、316，318、320、322、324安装至室302。在如图3的取向上观察时沿向下的方向前进的散装材料(例如散装催化剂材料)储存塔盘312、316，318、320、322、324具有增加的直径，具有增加的直径，并且因此具有相对于腔室302沿图3中所示的取向的向下方向的减小的环形间隙326。在一些示例中，环形间隙沿朝向出口的方向相对恒定或者反而增加。另外，在该示例中，中心返回部311的直径沿指示的向下方向增加。在一些示例中，中心返回部的直径可相对恒定或甚至反而减小。
所示示例的散装材料(例如散装催化剂材料)储存塔盘312、316、318、320、322、324储存在该实施例中为环型催化剂的散装材料。可以使用其它散装材料(例如散装催化剂材料)配置。所示示例的每个散装材料(例如散装催化剂材料)储存塔盘312、316、318、320、322、324分别具有穿孔的外环形表面328、330、332、334、336、338，以允许围绕塔盘312、316、318、320、322、324的环形间隙中的流体通过穿孔的外环形表面进入并由散装材料(例如散装催化剂材料)处理。所示示例的塔盘312、316、318、320、322、324还分别具有也被穿孔的内环形表面340、342、344、346、348、350。
在操作中，流体(例如工艺流体)进入入口304，然后流体流过环形间隙326，并且被再分成流向和流入塔盘312、316、318、320、322、324、324的部分流体分流，从而经由部分流体分流将流体流分配通过多个塔盘以例如减少压力损失和/或散装材料(例如散装催化剂材料)破碎。所示示例的箭头360大体上指示进入塔盘312、316、318、320、322、324中的流路径。每个部分分流经由在该示例中被穿孔的外环形表面328、330、332、334、336、338进入塔盘312、316、318、320、322、324，并且穿过各自的散装材料(例如散装催化剂材料)储存区域以由储存在其内的散装材料(例如散装催化剂材料)处理。然后，部分分流穿过各自塔盘的相应内环形开口340、342、344、346、348、350以进入中心返回部311，其中部分分流合并并经由出口306离开错流反应器300。在一些示例中，塔盘312、316、318、320、322、324和/或其一部分可以彼此流体连通(例如在堆叠的塔盘312、316、318、320、322、324之间可以有穿孔表面)。
类似于图1的错流反应器100，错流反应器300允许隔开催化剂塔盘以接收部分分流来避免整体流的显著压力和/或速度损失。此外，例如，以特定的高度与重量比诸如0.0至2.0的比率保持散装材料(例如散装催化剂材料)减少和/或消除了散装材料(例如散装催化剂材料)的破碎。
图4A是图3的错流反应器300沿着错流反应器300的纵向方向的示例性塔盘312的剖视图。结合图3如上面所述，所示示例的塔盘312包括在该示例中被穿孔的外环形表面328、限定内室(例如中心返回部、返回管等)311的内穿孔环形表面340以及跨越部(例如支撑件、跨越部支撑件等)406，跨越部将外环形表面328耦接(例如在结构上耦接、机械耦接等)至内环形表面340。外环形表面328、跨越部406和内环形表面340限定其中储存散装材料(例如散装催化剂材料、环型催化剂)的散装材料储存区域411。在一些示例中，跨越部406是穿孔的。外环形表面328和内环形表面340的穿孔表面允许从外环形表面328至内室311的径向错流，内室在该示例中是至出口306的中心返回部。
图4B是图3的示例性塔盘312沿图4A的线A-A的另一剖视图。在该视图中，示出了中心室311和散装材料储存区域(例如散装催化剂材料储存区域)411。另外，所示示例的顶表面(例如可移除顶表面)412大体上是平坦的，并且不具有穿孔或格栅，从而引导流体的错流沿大体上径向向内的方向(例如，朝向塔盘312的中心的错流等)，与上文结合图1所述的示例性反应器100相关的上文所示的至少部分竖直流相对照。在该示例中，塔盘312具有大约800mm(毫米)的高度和约300mm的直径，但是这些尺寸可以在其他示例中变化，并且仅针对该说明性示例提及。
图4C是图3的示例性塔盘312的外环形表面328的详细视图。在该示例中，外环形表面328的穿孔414大约为8mm长，其中相应的半径为2mm。在一些示例中，穿孔可以彼此间隔开约4mm。在一些示例中，穿孔414的位置和/或间隔可沿塔盘312的不同方向变化以控制流通过塔盘312。内环形表面340上的穿孔也可具有类似的尺寸。在一些示例中，为了针对某种类型的散装材料选择合适的穿孔尺寸(例如穿孔直径)，通常考虑散装材料尺寸分布(例如散装材料的最小直径)和/或压力分布等。
在一些示例中，内环形表面340的穿孔的尺寸和/或间距可以不同于外环形表面328以控制流过容纳在散装材料(例如散装催化剂材料)储存区域411中的散装材料的流体的反应(例如停留时间、流的层流和/或流动分布等)。尽管以上描述了某些示例尺寸，但是任何适当的尺寸、几何形状布置、空间布置和/或开口几何形状可以用于任何穿孔或格栅。
图5是沿水平取向操作的另一个示例性错流反应器500的示例。所示示例的错流反应器500包括引至外壳504的入口通道502、从外壳504引出的出口通道506以及设置在外壳504内的塔盘508、510。塔盘508具有顶表面520和底表面524。同样，塔盘510具有顶表面526和底表面528。
在操作中，由错流反应器500待处置的流体被提供到入口通道502，并且流向出口530、532并进入塔盘508、510，由储存在塔盘中的散装材料处置。在该示例中，入口通道502沿朝向出口532的方向具有减小的横截面。当流体移出出口530时，流体穿过例如可以是穿孔的或具有单个开口的顶表面520，并进入流体由塔盘508中的散装材料处置的塔盘508。同样，来自出口532的流体经由顶表面526流入塔盘510中，以由塔盘510中的散装材料处置。来自塔盘508、510的处置的流体分别通过塔盘508、510的底表面524、528离开并流入出口通道506，其中处置的流体离开示例性错流反应器500。
图6是另一个示例性错流反应器600的示例，其类似于图1的示例性错流反应器100，但沿水平配置。与错流反应器100对比，示例性错流反应器600具有引向外壳(例如，壳体器皿等)604的入口602和离开外壳604的出口606。在该示例中，入口602和出口606大致平行于一般流方向通过外壳604。与错流反应器100对比，错流反应器具有带有导管入口610和导管出口611的一个或多个导管608，导管出口通向塔盘612，塔盘容纳处置流体的散装材料并与在入口602附近被盖住并在出口606附近打开的返回部613流体地连通。导管608还包括出口614，出口用于流体流入带有穿孔的离开表面618的最后的塔盘616中。在该示例中，导管608沿朝向出口606的方向具有减小的横截面和/或直径。
在操作中，流体流入入口602中并且经由入口610流入导管608中。流体然后流过导管608，并且流体的一部分流过塔盘612，以由容纳在每个塔盘612内的散装材料处置。流体的另一部分流至出口614，流入也包含散装材料的最后的塔盘616，并且经由穿孔的离开表面618流出最后的塔盘，以在经由出口606离开错流反应器之前与来自返回部613的流体汇聚。
在该实施例中，在被放置到错流反应器600中之前，用散装材料填充和/或部分填充塔盘612、614。另外地或替代地，塔盘612、614具有可进出的门(例如，检修门)，以在塔盘612、614在外壳604内时触用和/或维护塔盘612、614中的散装材料。附加地或替代地，外壳604具有开口(例如门、进入门等)，以进出塔盘612、614和/或进出塔盘612、614的门。尽管所示示例的塔盘612、614和外壳604具有大致圆形的形状(例如圆形或椭圆形形状)，但在一些示例中，塔盘612、614和/或外壳604可具有矩形或多边形。
图7是根据本公开的教导的示例方法的流程图。当来自工业过程(例如燃烧、通过燃烧蒸汽驱动等)的流体将被处置(例如通过催化剂材料处理等)时，图7的示例处理700开始(框图702)。流体经由处理室的入口(例如入口104、入口304、入口通道502、入口602等)被提供至处理室(例如处理室102、处理室302、处理室504、处理室604等)(框图704)。
流然后被分成部分分流(框图706)。部分分流的分开例如可以通过围绕处理室的塔盘的诸如示例性错流反应器100和300所示的环形间隙发生。在该示例中，导至相邻塔盘的部分分流中的至少两个具有预限定的、调节的和/或可调节的流速和/或流量比。在一些示例中，诸如挡板、管道和/或流重导向器等的装置用于分开和/或进一步引导部分分流。在一些示例中，处理室的塔盘相对于彼此的大体位置限定了流和/或流分成部分分流(例如彼此平行定位的塔盘等)。
然后部分分流被引导至其相应的塔盘(框图708)。特别地，例如，流体流的部分分流移动到其相应的塔盘中，以通过流过容纳在塔盘内的散装材料(例如散装催化剂材料)而被处置。
在一些示例中，部分分流的至少一部分在流过它们各自的塔盘之后被引导到诸如图2A的中心返回部212、图3的中心返回部311或图6的中心返回部613的返回部(框图710)。在一些示例中，在离开处理室之前已经流过它们各自的塔盘的部分分流合并成合并的离开流(框图712)。在一些示例中，合并的离开流被引向处理室的出口(框图714)。接下来，确定处理是否应该结束(框图716)。如果确定处理结束(框图716)，那么处理结束(框图718)。可替代地，如果确定处理未结束(框图716)，那么重复处理(框图702)。
从上述内容可以理解，上述公开的方法和设备使得能够使用便宜的散装材料的错流反应器以最小的压力和/或速度损失处置流体。
尽管本文已经公开了某些示例性方法、设备和制造物品，但是本发明的覆盖范围不限于此。相反，本发明覆盖了完全落入本发明的权利要求的范围内的所有方法、设备和制造物品。

Claims (32)

1.一种设备(100；300；500；600)，其包括：
处理室(102；302；504；604)，处理室具有入口(104；304；502；602)和出口(106；306；506；606)以允许流体流流过处理室；
多个塔盘(108、110、112、114；312、316、318、320、322、324；508、510；612)，多个塔盘设置在处理室(102；302；504；604)内，并容纳与流体相互作用的或处置流体的散装材料；以及
流引导器(123、124、125；326；502、530、532；608)，流引导器将流分成多个部分流分流，其中，每个部分流分流被引向多个塔盘(108、110、112、114；312、316、318、320、322、324；508、510；612)中的至少一个塔盘。
2.如权利要求1所述的设备(100；300；500；600)，其中，多个塔盘(108、110、112、114)的塔盘的数量等于多个部分流分流的部分流分流的数量。
3.如权利要求1所述的设备(100；300；500；600)，其中，多个塔盘(108、110、112、114；312、316、318、320、322、324；508、510；612)的数量小于多个部分流分流的部分流分流的数量。
4.如权利要求1、2或3所述的设备(100；300；500；600)，其中，至少一个或多个、优选地每个部分流分流特别地通过流引导器作为受到引导的部分流分流被引导至多个塔盘(108、110、112、114；312、316、318、320、322、324；508、510；612)的专用塔盘，同时绕过多个塔盘(108、110、112、114)中的至少一些其它的塔盘。
5.如权利要求4所述的设备(100；300；500；600)，其中，受到引导的部分流分流中的每个被引导以绕过多个塔盘(108、110、112、114；312、316、318、320、322、324；508、510；612)中的除其专用塔盘以外的任何塔盘。
6.如前述权利要求中至少一项所述的设备(100；300；500；600)，还包括流收集器或返回部(126；212；311；506)，藉此部分流分流、特别是受到引导的部分流分流在穿过多个塔盘(108、110、112、114；312、316、318、320、322、324；508、510；612)中的一塔盘之后、特别是在穿过塔盘中的散装材料之后或在由塔盘中的散装材料处置之后被引向流收集器或返回部。
7.如权利要求6所述的设备(100；300；500；600)，藉此，流收集器或返回部在部分流分流由塔盘中的散装材料的处置之后将部分流分流引导至处理室(102；302；504；604)的出口。
8.如权利要求6或7所述的设备(100；300；500；600)，还包括回流引导器，藉此，所述回流引导器引导部分流分流中的至少一部分，特别是朝向流收集器或返回部的受到引导的部分流分流作为朝向设备的入口的至少一个部分回流被引导至流引导器或者被引导至多个塔盘中的至少一个塔盘的进入侧。
9.如前述权利要求中至少一项所述的设备(100；300；500；600)，其中，第一和第二流分流具有大致相同的流速。
10.如前述权利要求中至少一项所述的设备(100；300；500；600)，还包括返回部，其中，第一和第二塔盘具有开口以允许相应的部分流分流流至返回部，并且返回部与出口流体连通。
11.如前述权利要求中至少一项所述的设备(100；300；500；600)，其中，散装材料包括不规则或规则形状的实心体。
12.如权利要求10所述的设备(100；300；500；600)，其中，不规则或规则形状的实心体包括球型、环型或盘型体或鞍形物。
13.如权利要求11所述的设备(100；300；500；600)，其中，散装材料包括催化剂。
14.如前述权利要求中至少一项所述的设备(100；300)，其中，流引导器包括围绕第一或第二塔盘中的至少一个的环形间隙(123、124、125；326)。
15.如前述权利要求中至少一项所述的设备(100；300；500；600)，其中，第一或第二塔盘中的至少一个具有包括小于散装材料的穿孔的表面。
16.如前述至少一项所述的设备(100；300；500；600)，其中，塔盘沿处理室(102；302；504；604)的纵向方向相对于彼此定位。
17.如前述至少一项所述的设备(100；300；500；600)，其中，处理室(102；302；504；604)包括催化反应器。
18.如前述权利要求中至少一项所述的设备(100；300；600)，其中，处理室(102；302；604)和处理室中的多个塔盘(108、110、112、114；312、316、318、320、322、324；508、510；612)是错流反应器的部件，错流反应器具有入口和出口以允许流体流过错流反应器；设备包括错流反应器的壳体(102；302；504；604)，错流反应器的壳体在塔盘和壳体(102；302；504；604)之间限定环形间隙(123、124、125；326)；其中，在塔盘(108、110、112、114；312、316、318、320、322、324；508、510；612)中的至少一部分中，流体的一部分流过每个塔盘并由散装材料处置，并且流体的另一部分围绕塔盘(108、110、112、114；312、316、318、320、322、324；508、510；612)流动并流过环形间隙(123、124、125；326)。
19.如权利要求18所述的设备(100；300；600)，还包括返回部，其中，塔盘中的至少一部分具有与返回部流体连通的开口，返回部将流体从塔盘(108、110、112、114；312、316、318、320、322、324；508、510；612)引导至出口。
20.如权利要求18或19中至少一项所述的设备(100；300；600)，其中，返回部沿着错流反应器的纵向长度具有变化的直径。
21.如权利要求18至20中的至少一项所述的设备(100；300；600)，其中，塔盘中的至少一部分在开口附近具有逐渐缩小的形状。
22.如权利要求18至21中至少一项所述的设备(100；300；600)，其中，塔盘和壳体(102；302；604)之间的环形间隙(123、124、125；326)沿着错流反应器的纵向长度变化。
23.如权利要求1至17中至少一项所述的设备(100；300；600)，其中，处理室(102；302；604)和处理室中的多个塔盘(108、110、112、114；312、316、318、320、322、324；612)是错流反应器的部件，塔盘容纳散装材料，其中，错流反应器具有入口和出口以允许流体流过错流反应器，并且其中，塔盘分别沿着错流反应器的纵向方向由间隙隔开，并且其中，塔盘具有大致筒形形状；错流反应器的壳体(102；302；604)在塔盘和壳体(102；302；604)之间限定环形间隙(123、124、125；326)，壳体(102；302；604)具有大致筒形形状；返回部与塔盘中的至少一部分以及出口流体连通，其中，在塔盘(108、110、112、114：312、316、318、320、322、324：612)中的至少一部分中，流体的一部分流入塔盘(108、110、112、114；312、316、318、320、322、324；612)中、由散装材料处置、并被引导至返回部，并且流体的另一部分围绕塔盘(108、110、112、114；312、316、318、320、322、324；612)流动，并且其中，返回部优选地相对于错流反应器在中心定位。
24.一种方法(700)，其包括：
通过处理室(102；302；504；604)将流体流分成部分分流，每个分流具有预限定的流速；并且
将每个部分分流引导至设置在处理室(102；302；504；604)内设置的并沿处理室(102；302；504；604)的纵向方向彼此布置的塔盘(108、110、112、114；312、316、318、320、322、324；508、510；612)，每个塔盘(108、110、112、114；312、316、318、320、322、324；508、510；612)具有与流体相互作用的或处置流体的散装材料，其中，至少两个的部分分流具有预限定的、调节的、可调节的流速或流速比。
25.如权利要求24所述的方法，其中，部分分流中的至少两个被引导至专用的单独的、隔开的塔盘或相邻的塔盘。
26.如权利要求24或25中至少一项所述的方法，其中，部分分流中的至少两个具有大致相同的流速。
27.如权利要求24至26中至少一项所述的方法，其中，处理室(102；302；504；604)包括催化剂反应器。
28.如权利要求24至27中至少一项所述的方法，还包括将离开塔盘的部分分流合并到离开流中。
29.如权利要求24至28中至少一项所述的方法，其中，塔盘(108、110、112、114；312、316、318、320、322、324；508、510；612)中的至少一部分具有与处理室(102；302；504；604)的中心返回部流体连通的开口，用于部分分流离开处理室(102；302；504；604)。
30.如权利要求24至29中至少一项所述的方法，其中，与流体相互作用的或处置流体的散装材料选自或包括不规则和/或规则形状的实心体，其中，不规则或规则形状的实心体优选选自球型、环型、盘型体或鞍形物。
31.如权利要求24至30中至少一项所述的方法，其中，塔盘(108、110、112、114；312、316、318、320、322、324；508、510；612)中的至少一部分具有包括比散装材料更小的穿孔的表面。
32.如权利要求24至31中至少一项所述的方法，其中，将流体的流分开包括允许流的部分流过围绕塔盘(108、108、110、112、114；312、316、318、320、322、324；508、510；612)的外表面的环形间隙(123、124、125；326)。
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