CN107249721A - 用于热交换和/或传质柱的气体分布器 - Google Patents

用于热交换和/或传质柱的气体分布器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及调节高入口速度的过热进料气体的装置，所述过热进料气体包含一些高沸点组分，例如易于在凝结并暴露于过热进料气体温度时焦化的沥青质和多核芳族化合物。过热进料气体还包含固体催化剂细粉，其从单一或多个进料喷嘴至气体均匀分布的静止流态，直至主分馏塔(MF)柱内的接触装置。

Description

用于热交换和/或传质柱的气体分布器
技术领域
本发明大体上涉及“F-笛形(F-Flute)”设计的气体分布器，其在热交换和/或传质柱中提供均匀的气流；并且具体地涉及这样的气体分布器，其将均匀的气流提供至流化催化裂解单元(FCCU)设备中主分馏塔(MF)柱的塔盘或填料。
背景技术
在高容量分馏塔中提供均匀的蒸汽分布是设计高性能柱的最具挑战性的方面之一。在该行业内的传统装置已经尝试将入口进料气体均匀地分布到MF柱中进料喷嘴正上方的部分。例如，蒸汽喇叭和Schoepentoeter分别是将气/液混合物引入容器或柱中的专有蒸汽入口喇叭和叶片式入口装置。然而，这些装置经证明是有问题的，因为随着进料气体在这两种装置内冷却，最重的组分例如沥青质开始凝结并沉积或粘附到装置的冷却表面。随着进一步且持续地接触热进料气体，有较轻的材料从沉积物中剥离，以及氢原子从聚合的沥青质中分离从而使其转化为焦炭。随着时间的推移，焦炭沉积物增长到显著的尺寸，并对气体的流动造成干扰，因此必须将这些装置从MF柱中取出。
试图解决确保良好混合和均匀分布的问题的典型现有技术的装置公开于以下专利中：Lee等人的美国专利号8,286,952公开一种用于气-液接触柱的蒸汽分布器；Kooijman等人的美国专利号8,025,718公开一种流体入口装置；Kurukchi等人的美国专利号7,744,067公开一种三相蒸汽分布器；Christiansen等人的美国专利号7,459,001公开一种叶片式扩散器；Jacobs等人的美国专利号7,281,702公开用于混合流体并使其分布的方法和装置；Laird等人的美国专利号7,104,529描述一种蒸汽分布器装置，其蒸汽喇叭包括一系列叶片，这些叶片的大小随着与蒸汽分布器的入口喷嘴的距离而增加；美国专利号6,997,445公开用于将液体-蒸汽混合物引入径向进料圆柱形分馏柱的方法和装置；Lee等人的美国专利号6,948,705描述一种气-液接触装置，其中将气体流(例如蒸汽)经由环形蒸汽喇叭输送到柱中；Laird等人的美国专利号6,889,961描述一种改良的蒸汽分布器，其在较低的中间过渡部分中具有挡板，以减少进料的旋转，从而改进分布；Laird等人的美国专利号6,889,962公开一种环形入口蒸汽喇叭，其使入口进料循环，以便去除任何液滴，同时提供更均匀分布的入口流经过柱；Lanting等人的美国专利号6,309,553公开具有多个分离单元的相分离器、上升流反应器装置和相分离方法；Moser的美国专利6,341,765公开一种用于将流体输送到装置中的方法；Yeoman等人的美国专利号5,632,933描述一种环形双向气流装置，其具有：在壳体的内壁处的多个出口，以及用于使入口蒸汽流分布于柱的整个宽度的一系列导流叶片；Hsieh等人的美国专利5,605,654公开一种具有环形壳体的蒸汽分布器，所述环形壳体具有用于以分布方式供给蒸汽流的一系列端口；Gohara等人的美国专利5,558,818公开一种具有均匀分布的烟气入口的湿烟气洗涤器；Yeoman的美国专利5,632,933公开用于在传质和热交换柱中蒸汽分布的方法和装置；Lee等人的美国专利号5,106,544描述一种具有360度环形壳体的入口喇叭与定向流叶片的组合；Pielkenrood的美国专利4,435,196公开一种用于处理不混溶气态、液态和/或固态组分的混合物的多相分离器，其包括气密和耐压罐；Miura的美国专利3,651,619公开一种用于净化气体的装置；以及Henby的美国专利号3,348,364公开一种具有液体分离器的气体洗涤器。
试图解决上述问题的一些其它现有技术的装置包括：Laird等人的美国公开申请2005/0146062公开用于促进在传质和热交换柱中的均匀蒸汽分布的方法和装置；Laird等人的美国公开申请2005/0029686公开一种用于传质柱的流体流进料装置；以及Laird等人的美国公开申请2003/0188851公开用于在传质和热交换柱中均匀分布的方法和装置。
在这方面另外的现有技术参考文献包括：McPherson,L.J.:“Causes of FCCReactor Coke Deposits Identified”；O&GJ,1984年9月10日，第1 39页；NPRA Questionand Answer Session,1986,(Transcripts)Heavy Oil Processing,第12个问题，第45页；Lieberman,N.P.:“Shot Coke:its origins and prevention”:O&GJ,1985年7月8日，第45页；Christopher Dean等“FCC Reactor Vapor Line Coking,”Petroleum TechnologyQuarterly Autumn 2003；Christopher Dean等“Process Equipment Specification andSelection,”Petroleum Technology Quarterly Autumn2004；Hanson D.W.等“De-Entrainment and Washing of Flash-Zone Vapor in Heavy Oil Fractionators,”HCP,1999年7月，55-60；Scott W.Golden等“Correcting Design Errors can Prevent Cokingin Main Fractionators,”Oil&Gas J.1994年11月21日,72-82；Dana G.Laird.“Benefitof Revamping a Main Fractionator,”Petroleum Technology Quarterly Winter 2005；David Hunt等,“Minimizing FCC Slurry Exchanger Fouling,”Petroleum TechnologyQuarterly Winter 2008；Mark Pilling等,“Entrainment Issues in vacuum ColumnFlash Zones,”Petroleum Technology Quarterly Winter 2010。
值得注意的是，在大多数使用蒸汽喇叭的装置中入口流是单向的，对蒸汽进料具有气旋效果。在这些类型的装置中，挡板或叶片用于使入口流的圆形流动改变方向或中断。
就此而论，如果气体分布器可以使通向MF柱的高速过热进料气体冷却并使其均匀地分布到浆料填充部的底部，而在进料分布器装置内没有结垢和焦炭沉积，则它将表示现有技术的进步，并且解决了本领域的长期所需。
发明内容
本发明涉及用于热交换和/或传质柱的气体分布器。该气体分布器位于柱内，并且包括延伸穿过柱的壳壁的至少一个进料气体入口喷嘴，所述进料气体入口喷嘴用于将进料气体引导至基本上垂直的内部圆柱形导向壁，所述内部圆柱形导向壁包括通向在气体分布器内的环形内部开放区域的至少一个开口。气体分布器进一步包括底端部，其使内部圆柱形导向壁延伸并且适形于壳壁的轮廓。底端部包括通向柱内柱槽的开口，而在内部圆柱形导向壁与柱壳之间的进料气体入口喷嘴上方具有大体水平的顶棚，其界定形成在壳壁与内部圆柱形导向壁之间的大体周向的气流通道，所述顶棚包括至少一个开口。
另外，本发明涉及用于在热交换和/或传质柱中分布进料气体的方法。该方法包括以下步骤：将过热进料气体通过进料气体入口喷嘴输送到大体周向的气流通道中，其中所述进料气体入口喷嘴延伸穿过柱的壳壁，所述气流通道形成在壳壁、内部圆柱形导向壁以及在壳壁与内部圆柱形导向壁之间的入口喷嘴上方的顶棚之间，所述内部圆柱形导向壁具有底端部以及通向柱内环形内部开放区域的至少一个开口，所述顶棚具有多个开口；当液体穿过顶棚中的多个开口并进入周向的气流通道时，通过使气体与逆流流动的液体接触来冷却过热进料气体；在液体穿过多个顶棚开口之后，用逆流流动的液体润湿形成周向的气流通道的内部圆柱形导向壁和壳壁的内侧；以及通过内部圆柱形导向壁的至少一个开口和顶棚中的多个开口，将过热进料气体排放至顶棚上方的区域以及柱内环形内部区域，从而提供过热进料气体在柱内基本上均匀的分布。
所要求保护的气体分布器具有简单的设计，并且可以容易地安装在柱中，以提供进入柱的气体的均匀水平分布和垂直分布。当前所要求保护的F-笛形气体分布器有利地提供：通过与来自F-笛形气体分布器顶棚的喷淋浆液紧密接触，使F-笛形气体分布器内的过热反应器多相进料气体冷却；立即降低进料气体温度，以减小主分馏塔壳的高表皮温度超过其设计温度的可能性；F-笛形气体分布器将在进料喷嘴与浆料填充部之间所需的距离减小约2.5米或更多，并且缩短整体塔的T-T长度；在改进中使用F-笛形气体分布器是针对增加进料喷嘴和耐火材料衬里气体输送管线的尺寸而言的成本有效的替代方案；完全润湿的F-笛形气体分布器内部构件防止造成焦炭沉积和生长的干热点；通向浆料填充部的气体分布不均的消除，有助于使液体更均匀地分布在填料上并且致使浆料部中的热传递更为有效，这使得缩短了所需的浆料填充部长度；以及浆料填充部中的均匀气体分布减少将浆液夹带至洗油部，并且可以一起消除对洗油部的需要。
附图说明
本专利申请文件包含至少一个以彩色完成的附图。具有彩色附图的该专利或专利申请出版物的副本将由事务所根据要求提供并支付必要的费用。
图1A是所要求保护的具有F-笛形设计的气体分布器实施方案的横截面图，其通常在用于热交换和/或传质的柱内进行描绘。
图1B是F-笛形气体分布器的等距3D图并且显示本发明的以下实施方案：其具有多孔平板顶棚部、带有烟道和高帽的多孔平板顶棚部以及内部圆柱形导向壁区段、排气窗口及使内部圆柱形导向壁延伸的底端部。
图1C是所要求保护的F-笛形气体分布器的实施方案中带有烟道和高帽的多孔平板顶棚部的3D图。
图2A是所要求保护的F-笛形气体分布器的实施方案中杆-板顶棚部的3D图。
图2B是F-笛形气体分布器的等距3D图并且显示本发明的以下实施方案：其具有杆-板顶棚部以及内部圆柱形导向壁区段、排气窗口及使内部圆柱形导向壁延伸的底端部。
图3A是所要求保护的F-笛形气体分布器的实施方案中多孔平板顶棚部的3D图。
图3B是F-笛形气体分布器的等距3D图并且显示本发明的以下实施方案：其具有多孔平板顶棚部以及内部圆柱形导向壁区段、排气窗口及使内部圆柱形导向壁延伸的底端部。
图4A是所要求保护的F-笛形气体分布器的实施方案中多孔波纹板顶棚部的3D图。
图4B是F-笛形气体分布器的等距3D图并且显示本发明的以下实施方案：其具有多孔波纹板顶棚部以及内部圆柱形导向壁区段、排气窗口及使内部圆柱形导向壁延伸的底端部。
图5表示在填料入口、气体分布器出口(即笛形出口)、气体分布器入口(即笛形入口)处的过热进料气体和浆液温度(℃)以及过热进料气体和液体流速(以kg/hr表示)的图。
图6表示用当前所要求保护的F-笛形气体分布器改进三个不同尺寸的主分馏塔，即具有双通道的37KBPD系统、90KBPD系统和125KBPD系统的成本比的图。
图7示出在没有所要求保护的F-笛形气体分布器实施方案的情况下，在填料入口下方主分馏塔柱的横截面中气体分布速度大小轮廓的彩色计算流体动力学模拟。
图8示出在具有所要求保护的F-笛形气体分布器实施方案的情况下，在填料入口下方主分馏塔柱的横截面中气体分布速度大小轮廓的彩色计算流体动力学模拟。
图9示出在没有所要求保护的F-笛形气体分布器实施方案的情况下，在填料入口下方主分馏塔柱的横截面中气体分布垂直速度大小轮廓的彩色计算流体动力学模拟。
图10示出在具有所要求保护的F-笛形气体分布器实施方案的情况下，在填料入口下方主分馏塔柱的横截面中气体分布垂直速度大小轮廓的彩色计算流体动力学模拟。
图11示出在具有所要求保护的F-笛形气体分布器实施方案的情况下，在进料气体入口喷嘴水平处的气体分布速度大小轮廓的彩色计算流体动力学模拟。
图12是具有F-笛形设计的所要求保护的气体分布器的横截面图，其具有以毫米表示的示例性尺寸，并且标记示出高高液位(HHLL)，高液位(HLL)和低液位(LLL)位置。
具体实施方式
所要求保护的本发明涉及用在热交换和/或传质柱中的气体分布器，其使来自进料气体流的气体围绕柱内部均匀地分布。特别地，本发明涉及以下气体分布器，所述气体分布器调节高入口速度的过热进料气体流，以使得来自进料气体流的气体均匀地分布在柱的内部周边内。
所要求保护的气体分布器特别有效地避免在将FCCU反应器产物的沸点组分冷却至非常接近其露点时的焦炭形成。这些产物能够在有冷点的地方凝结，或者一些反应产物组分能够聚合以形成在进料气体入口温度下变得不挥发的大分子。冷点能够归因于隔热不足或者在配件如法兰附近的高热损失，其促进凝结。如果这些沉积的液体在容器的固体表面上具有足够的停留时间，则焦炭开始积聚在输送管线的内侧以及容器壁上。一旦焦炭形成，另外的焦炭就具有更容易生长的表面。
在通向FCC反应器的原料中的环烷烃未被FCC催化剂有效裂解，所以用热反应器流出气体将它们携带至MF柱。FCC催化剂配方近年来已经致使更多地使用高氢转移反应催化剂以及在更高反应器温度下运行，这有利于产生更多的烯烃，并且连同更重的芳族化合物进料易于产生更高沸点的多核芳族化合物(PNA)，它们在进入MF柱时更有可能凝结。一旦这些PNA凝结在柱内的固体表面上，它们就容易形成焦炭。作为二次氢转移反应的结果，高稀土沸石FCC催化剂有助于从环烷烃形成芳族化合物。这些芳族化合物能够经历进一步的热反应以形成焦炭。
焦炭形成已通过以下两种独立的机理来说明：(i)“沥青焦炭”形成于：增溶油热裂解，而剩余的大沥青质和树脂分子沉淀出来，从而形成在形式上未有大变化的固体结构(焦炭)；以及(ii)“热焦炭”是通过芳香环的交联产生的。
来自通向气体分布器的过热反应器进料气体流中首先凝结的液滴可能是富含沥青质和树脂的重油。如果该材料到达在MF柱的低速区域中的粗糙金属表面，则在此长时间的停留会使得溶剂油缓慢蒸发并通过沉淀形成焦炭。一旦焦炭沉积，它就成为更多凝结液滴沉积在其粗糙表面上并引起焦炭位点生长的理想位点。
有两个在本发明中利用的基本原理用于使焦炭形成最小化：第一个是通过防止裸露金属表面的热损失来避免死点，而第二个是保持固体表面是润湿的。在本发明中，反应器流出物(即通向气体分布器的过热进料气体)进入主柱并通过与冷浆料循环回流的直接接触进行冷却。MF柱使用填料、棚(挡板)或圆盘和圆环塔盘使两个流即来自进料气体流的气体与浆液接触。填料/塔盘通过产生热气体必须穿过的液体片来起作用。理想地，气体和液体均匀分布。然而，在实践中，这种均匀的气体和液体分布不会发生。液体和气体分布通常很差，因此填料、棚或圆盘和圆环塔盘的溢流远低于其额定容量。
由于现有技术装置中液体和气体的分布不均，在一些情况中，大于50％的MF柱入口喷嘴被焦炭阻塞，从而使气体速度升高到远超过70m/sec，其是设计速度的两倍。因此，更多的气体流动于柱的距入口喷嘴180度上，即直接与进料喷嘴相对的柱中区域，这能够导致在高气体速度区中填料或棚(挡板)塔盘的局部溢流。假设初始液体分布到顶部填料/塔盘是均匀的，则离开填料/塔盘的气体温度因气体分布不均而在距入口喷嘴180度处更高。配有以下热电偶的柱具有至多50℃的温度差，所述热电偶位于填料/塔盘上方的气体空间中，并且定向于距入口喷嘴180度处及其正上方。一旦填料塔盘溢流，就将冷浆料夹带到位于浆料部填料正上方的洗油塔盘中。因此，穿过洗油塔盘的压降增加，从而进一步影响单位压力平衡。
上述在进料气体入口上方的浆料部中气体和液体的分布不均由当前所要求保护的F-笛形气体分布器来解决。本气体分布器使得更加均匀地流入浆料循环回流床，可承受高温侵蚀环境，并抵抗损坏和焦化。
传统的切向分布器(例如蒸汽喇叭、叶片入口装置和V-挡板)和径向流多叶片分布器(例如Schoepentoeter)已证明在FCCU主分馏塔中因焦化、侵蚀或这两者而不起作用。设计不良的分布器焦化到气体流被阻塞而导致过早关机的程度。
发明人注意到，交错管板分布器是能够在整个运行期间大致上分布气体并同时保持无焦炭的气体分布器。交错管板分布器包括放置在椭圆形环上的交错管，在该处进料气体与来自浆料填充部的浆液逆流地流过分布器，其中所述椭圆形环以与进料喷嘴上方的气体上升流方向形成的角度放置在柱中。该分布器在抗焦化方面的成功是由于通过流动的浆液对凝结在分布器管上的沥青质液滴即时且持续的冲洗作用。然而，该分布器为气体分布至上述填充部提供的改进有限。
如果浆料循环回流部设计恰当，则将几乎没有夹带，并且不需要有冲洗部。然而，当存在高夹带时，正确的解决方案是安装浆料循环回流部以减少夹带。因此，洗油部不起任何作用，可以将其略去。
有两个主要机制导致洗油部焦化。第一个是将浆料循环回流液体夹带到洗油部中，而第二个是在洗油塔盘上的局部热区域。在某些情况中，两者同时发生，从而导致焦炭快速形成，最终导致非计划性的关机。
当浆料循环回流液体变得夹带有来自循环回流部的气体并且由于洗油塔盘负载沉重而不能排出，或者发生吹气(即高气体速率和低液体速率)时，形成焦炭。单独的夹带不是问题，因为夹带的液体必须经受延长时间的停留和较高的局部温度。此外，局部温度能够非常高，同时液体流速非常低，从而为焦炭形成提供理想的条件。
现有技术的装置，例如蒸汽喇叭和Schoepentoeter，并没有成功地将进料气体流均匀地分布到MF柱中进料气体入口喷嘴正上方的部分。这是因为当进料气体流在这些装置内冷却时，包括沥青质的最重组分开始凝结并沉积/粘附在装置的冷却表面上。通过与热进料气体的连续接触，有较轻的材料从沉积物中剥离。此外，从聚合的沥青质中分离氢原子使其转化为焦炭。随着时间的推移，焦炭沉积物增长到显著的尺寸，并且对气体的流动造成干扰。因此，必须将这些装置从MF柱中取出。
为了提高在进料气体流的气体与浆液之间发生的热交换和传质的效率，重要的是气体均匀地分布于柱的整个水平横截面上，特别是在气体进入填料的较低气液界面处。当将进料气体流从进料气体入口喷嘴引入到在填料下方没有气体分布器的柱中时，气体的动量能够阻碍气体在进入填料之前所期望的水平分布。
另外，为了优化主分馏塔柱中浆料填充部的操作，需要液体膜和气体分布均匀地流过填料。尽管适当的液体分布的作用从未有争议，但是现有技术的装置忽略了柱内气体的初始分布。因为考虑到具有短底端部的大柱直径和具有较低压降的填料，所以柱体内初始气体分布的重要性变得更加明显。因此，本F-笛形气体分布系统将例如过热FCC反应器气体(即过热进料气体流)引入柱中并使其均匀地分布在柱的整个横截面上。
为了实现该目的，进料气体流的速度需要在进料气体入口喷嘴与上面的填料和/或塔盘部之间的短距离内减小。同时，进料气体入口喷嘴不应过度阻塞柱横截面或导致过大的压降。出于经济原因，需要使在喷嘴与填料/塔盘之间的距离最小化，由此有效的气体分布器装置高度可取。
当前所要求保护的气体分布器提供针对现有技术装置的问题的解决方案。该气体分布器用于热交换和/或传质柱。F-笛形设计利用具有大体垂直的中心轴线的开放内壳柱来提供过热进料气体流的均匀分布。至少一个进料气体入口喷嘴延伸穿过柱壳壁，并将过热进料气体流引导至大体环形的垂直内部圆柱形导向壁，从而使得进料气体以周向方向运行，其中所述内部圆柱形导向壁与进料气体入口喷嘴径向向内间隔开。气体分布器进一步包括在内部导向壁与柱壳之间延伸的顶棚和底部，以基本上封闭顶部并将圆柱形或圆锥形底端部中的分布器底部延伸到柱槽。因此，F-笛形气体分布器防止进料气体直接绕过到上面的填充部。
所要求保护的气体分布器具有“F-笛形”设计，其通过使进料气体流与来自气体分布器上方的柱浆料部的逆流流动浆液接触来冷却进料气体流。就此而言，浆液在与进料气体流接触时部分蒸发，从而导致进料气体流冷却。如果固体催化剂细粉存在于进料气体流中，则向下流动的浆液“冲洗”并分离出固体催化剂细粉。
进料气体流的冷却气体通过排气窗口和气体开口离开F-笛形气体分布器，其中所述排气窗口在周向的内部圆柱形导向壁中，所述气体开口在F-笛形气体分布器的顶棚中。F-笛形气体分布器的顶棚(即顶部)占据在基本垂直的周向内部圆柱形导向壁的顶部与柱壳的内壁之间的空间。就此而言，顶棚界定进料气流通道的顶部，并且将进料气流通道与柱内F-笛形气体分布器上方的内部完整横截面开放区域分离。根据顶棚的类型，来自内部完整横截面开放区域上方的填充部的浆液部分地收集在顶棚的顶部上至约25mm至约50mm的水平。通过各种方式，如在下文更全面地描述，浆液通过进料气流通道中的进料气体流倾泻或“喷淋”而下。
根据本发明的实施方案，F-笛形气体分布器的顶棚包括多孔平板部分或由扁平金属片制成的区段，其包含多个约1英寸至约1.5英寸的穿孔，即孔洞，它们均匀地分布在平板部分上。这些部分或区段设计成被安装或连接在一起，以在大体环形的周向内部圆柱形导向壁与柱壳壁的内侧之间形成顶棚。例如，能够将形成顶棚的部分焊接到周向边缘。在使收集在顶棚的顶部上的浆液量减少的情况下，多孔平板部分或区段使得进料气体流的冷却气体与浆液均流过穿孔(孔洞)。具体地，顶棚中的孔洞使得气体和浆液交替穿过相同的穿孔并提供快速的冲洗效果。任何形成的焦炭颗粒由接触的液体捕获并随着流动的浆液向下冲走，否则其将被气体带走。在该方面，顶棚中的多个孔洞以喷淋型方式分布向下流动的浆液，并产生液体的很大表面接触面积，以增强与进料气体流中向上流动的气体的传热/传质相互作用。使用多孔平板部分减少或最小化滞留在顶部上的液体。
在本发明的另一实施方案中，除了多个孔洞之外，F-笛形气体分布器的顶棚还可以包括气体烟道，其使得来自进料气流通道内的进料气体的冷却气体进入柱的内部完整横截面开放区域，所述内部完整横截面开放区域在气体分布器上方并在填料塔盘浆料部下方。在顶棚中的烟道被多个顶棚孔洞包围，而当浆液穿过多个孔洞以喷淋进料气体流时，来自浆料填充部的浆液收集在顶棚的顶部上。
根据本发明的另一实施方案，F-笛形气体分布器的顶棚能够设置有杆-板部分或区段，其包括间隔开至少约一英寸并且焊接到周向边缘的交错杆。杆-板部分使得气体和浆液均流过在交错杆之间的间隔。该设计促使向上流动的气体与向下流动的浆液紧密接触，从而在杆-板部分的顶部引起泡沫形成，但是伴随着最少量的浆液收集或滞留在杆的顶部。
仍然根据本发明的另一实施方案，F-笛形气体分布器的顶棚包括多孔波纹板部分或区段，其由焊接到周向边缘的多孔波纹片金属制成。波纹板上的穿孔(即孔洞)使得气体和浆液均交替穿过。此外，波纹片提供增加的表面和开放区域(即更多的孔洞)，以使气体和液体均穿过顶棚。此外，波纹片使收集或滞留在顶部上的液体最小化。
本发明进一步考虑上述顶棚设计的组合，例如，除了烟道之外，还具有多孔平板部分和杆-板部分的多孔波纹板部分。此外，本发明与现有技术的气体分布装置的不同之处在于，当前所要求保护的F-笛形气体分布器由非常光滑和/或经抛光的金属表面构成，并且提供完全被浆液润湿的表面以防止焦炭沉积。
F-笛形气体分布器产生前所未有的气体均一并均匀地分布至分布器上方的浆料填充部。当前所要求保护的F-笛形气体分布器的优点能够通过下面对本文示出的附图的描述来更充分地理解。
图1A描述本发明的一个实施方案。在图1A中，大体上描绘出F-笛形气体分布器10，其在用于热交换和/或传质的柱1内。柱1能够是任何类型的用于热交换和/或传质的柱，包括但不限于主分馏塔，蒸馏、吸收、汽提、淬火油和/或淬火水塔，除焦塔以及超分馏塔。柱1能够具有任何期望的形状，包括但不限于圆形，椭圆形、正方形、矩形或其它多边形横截面。图1A的柱1为开放的内壳，具有大体垂直的中心轴线和大体环形的形状。F-笛形气体分布器10能够设计成适应任何形状的任何传热和/或传质柱。
在图1A中，进料气流通道14形成在柱1的壳壁15内部、内部圆柱形导向壁12与顶棚11之间。F-笛形气体分布器10进一步包括底端部13，其能够是圆锥形状以适应柱壳壁15的轮廓。以大体垂直于柱1高度的方向，高速过热进料气体30通过至少一个气体入口喷嘴20被引入进料气流通道14中。由于离心力和过热进料气体30被引入F-笛形气体分布器10中的高速率，过热进料气体30周向地沿着柱1的大体圆柱形外部柱壳壁15运行通过进料气流通道14。
F-笛形气体分布器10的内部圆柱形导向壁12和顶棚11可以由任何适用于传热和/或传质过程的高温钢材构成，所述高温钢材将不受高速过热气体30中流动的挥发性化学物质、液体和固体颗粒降解的影响，如本领域技术人员所公知的。
如在图1A中所示，过热进料气体30围绕F-笛形气体分布器10内的气流通道14周向地流动。来自气体入口喷嘴20的过热进料气体30流过气流通道14，其中固体和液体在过热气体冷却时被分离出。通过多种工具将过热进料气体30的气体从进料气流通道14中除去。第一种工具包括设置在内部圆柱形导向壁12中的排气窗口21。排气窗口21使得冷却的气体离开进料气流通道14。在本发明的实施方案中，排气窗口21的数量为约10个至约30个。排气窗口21能够是多达约1米×0.6米的任何尺寸。通过排气窗口21离开进料气流通道14的气体流入内部开放区域23，所述内部开放区域23由内部圆柱形导向壁12的圆柱形形状与F-笛形气体分布器10的环形结构形成。然后气体向上行进至柱1的内部完整横截面开放区域25以及位于F-笛形气体分布器10上方的柱1的接触填料和/或塔盘40。
通过在图1A中所示的附加工具，来自过热进料气体30的气体被分离并引导至F-笛形气体分布器10上方柱1中的内部完整横截面开放区域25中，所述附加工具位于F-笛形气体分布器10的顶棚11中。根据本发明的一个实施方案，顶棚11包括烟道24，所述烟道24使得来自过热进料气体30的冷却气体向上行进至柱1的内部完整横截面开放区域25和位于F-笛形气体分布器10上方的柱1的接触填料和/或塔盘40。
烟道24能够配备有高帽41(参见图1C)，以调节允许来自多相过热进料气体30的气体通过烟道24离开气流通道14的速率。根据发明的实施方案，烟道24的数量为进料气流通道14长度中每米约1个至约3个。烟道24具有约0.1至约0.4m2的横截面积，而高帽41构造在烟道24上方约100mm至约300mm处，并具有约0.1至约0.4m2或更大的横截面积。
图1A示出F-笛形气体分布器10的圆锥形底端部13，其包括底端部开口16和至少一个溢流开口27，所述溢流开口27进料至柱1中位于F-笛形气体分布器10正下方的柱槽28中。溢流开口27用于将已经与在内部开放区域23内及其上方的气体分离的液体排出到柱槽28中。根据本发明的实施方案，溢流开口27的数量为约4个至约6个。溢流开口27的尺寸形成为适于以下所有液体，即喷淋或大量落下到F-笛形气体分布器10的内部开放区域23中的所有液体，并且如果与底端部开口16流体连通的排放管18变得堵塞，则溢流开口27的尺寸为适于起到溢流泄洪道的作用。图1A还示出标记指示的高高液位(HHLL)、正常液位(NLL)和低液位(LLL)位置。
图1B是柱1中F-笛形气体分布器10外部的等距3D图，其包括顶棚11、内部圆柱形导向壁12，所述顶棚11包括顶棚部29A和29C(图1B中未示出29B、29D)，所述内部圆柱形导向壁12由通过本领域技术人员已知的常规技术连接在一起的壁段12A组成，所述壁段12A以环形方式提供内部圆柱形导向壁12。图1B还示出F-笛形气体分布器10的圆锥形底端部13。在本发明的实施方案中，内部圆柱形导向壁12包括壁段12A，所述壁段12A的尺寸形成为提供能够通过给定人行走道的宽度。排气窗口21位于围绕内部圆柱形导向壁12的数个壁段12A中。排气窗口21能够被切割到壁段12A或内部圆柱形导向壁12中。当段12A用于提供内部圆柱形导向壁12时，它们以包括排气窗口21的环形方式延续，直到它们形成F-笛形气体分布器10的内部开放区域23。构成进料气流通道14的段12A在尺寸即高度和宽度上是大体一致的。
图1B示出包括顶棚部29A、29C的顶棚11，其能够包括一个或多个实心金属板(未示出)、金属多孔平板部分29C以及具有烟道和高帽的多孔平板部分29A(参加图1C)，所述多孔平板部分29A使得气体从F-笛形气体分布器10流出并流入柱1的内部完整横截面开放区域25中。
如在图1C中所示的每个具有烟道和高帽的多孔平板部分29A配备有至少两个烟道24和多个穿孔，即孔洞42。孔洞42在烟道之间钻出，并且其尺寸形成为滞留恰好足够的液体以产生气体密封。
在图1A和图1B中，F-笛形气体分布器10的圆锥形底端部13成圆锥形状以适应柱1的下部，并且其进料至柱槽28中。此外，圆锥形底端部13能够包括底端部区段13A，所述底端部区段13A连接在一起，并且以在进一步适应柱1形状的同时形成通向进料气流通道14下部的圆锥形状的方式，使内部圆柱形导向壁12延伸。尽管F-笛形气体分布器10的底端部13成圆锥形状，如在图1A和图1B中所示，但是可设想到能够使用以下所需的任何形状，即所述形状用以适应热交换和/或传质柱的下部并且使内部圆柱形导向壁12延伸以将液体和固体颗粒供给到柱槽。圆锥形底端部13的区段的尺寸形成为提供能够通过人行走道的宽度。
圆锥形底端部13用于两个目的：为了防止来自进料气体入口喷嘴20的气体绕过F-笛形气体分布器10的开口，即排气窗口21和烟道24；以及为了促进将液滴排到F-笛形气体分布器10中通向柱槽28的内部开放区域23，而不会液体夹带。换言之，气体与落在F-笛形气体分布器外侧的液滴分离。圆锥形状适形于塔锻模部分(swage section)的轮廓，使得快速排出液体，并有助于防止液体再次夹带到蒸汽流中。
根据本发明的实施方案，过热进料气体30在F-笛形气体分布器10的进料气流通道14内循环时，通过浆液“液滴”的逆流流动来冷却，所述浆液“液滴”是来自柱浆料部的液体从顶棚部中的孔洞42落下的。当与不含气体分离器的柱相比时，这种效果在F-笛形气体分布器10内提供更多的热传递，因为：(i)F-笛形气体分布器10内的过热进料气体30的速度高于柱中气体的速度(经过浆液液滴的过热进料气体30的速度增加的该效果改进热传递速率)；(ii)过热进料气体30的这种更高的速度和湍流易于在空气动力学上分解F-笛形气体分布器10内的浆液液滴，从而增加它们用于传热和传质的界面表面积；(iii)F-笛形气体分布器10提供更大的润湿表面积用以更大的对流热传递；以及(iv)F-笛形气体分布器10引起气体均匀地分布到填料，并且防止由喷嘴喷入空塔中引起的液滴与气体分离。所有这些优点的有益结果是F-笛形气体分布器增加了从气体到浆液液滴的热传递速率，并且这使得更小长度的塔/柱用于给定量的传热和传质。
或者，本发明F-笛形气体分布器10的顶棚11能够由如在图2A中所示的杆-板部分29B构成。如在图2A中所示的杆-板部分29B包括交错杆43，它们间隔开最小约1至约1-1/2英寸，并且能够焊接至周向边缘。交错杆43能够设置成一种或多种组合的图案，例如人字形、对角线等，如在图2B中所示。杆-板部分29B使得气体和浆液均流过在杆之间的间隔。这促使来自进料气流通道14的向上流动的气体与向下流动的浆液紧密接触，从而在杆-板部分29B的顶部引起泡沫形成。有少量的浆液滞留在交错杆43上。然而，与在图1B中示出的具有烟道和高帽的多孔平板部分相比，图2B的顶棚设计减少了滞留在顶棚部上的浆液。
图3A示出F-笛形气体分布器10的另一种替代方案，其中顶棚部包括多孔平板部分29C。多孔平板部分29C穿孔有孔洞42。多孔平板部分29C能够由金属片制成并焊接到周向边缘。多孔平板部分29C中的孔洞42使得气体和浆液均交替穿过。交替通过相同穿孔的气体和液体的逆流流动提供对形成并由气体携带的任何焦炭颗粒的快速冲洗效果。固体颗粒由接触的液体捕获并由流动的浆液向下冲走。如在图3B中所示，多孔平板部分29C是最简单的构造并且使得滞留在顶棚11的顶部的液体最小化。
图3B是柱1中F-笛形气体分布器10外部的等距3D图，其包括顶棚11、内部圆柱形导向壁12，所述顶棚11包括顶棚部29C(图3B中未示出29A、29B、29D)，所述内部圆柱形导向壁12由通过本领域技术人员已知的常规技术连接在一起的壁段12A组成，所述壁段12A以环形方式提供内部圆柱形导向壁12。图3B还示出F-笛形气体分布器10的圆锥形底端部13。内部圆柱形导向壁12包括壁段12A，排气窗口21位于围绕内部圆柱形导向壁12的数个壁段12A中。构成进料气流通道14的段12A在尺寸即高度和宽度上是大体一致的，并且使得气体进入内部开放区域23。
图4A还示出另外一种替代类型的F-笛形气体分布器10的顶棚11，其包含多孔波纹板部分29D。在图4A中，多孔波纹板部分29D由金属片制成并且能够焊接到周向边缘。波纹板上的穿孔(即孔洞42)使得气体和浆液均交替穿过。多孔波纹板部分29D的波纹片为气体和液体提供增加的有效面积以穿过顶部。交替通过相同波纹孔洞的气体和液体的逆流流动提供对形成并由气体携带的任何焦炭颗粒的快速冲洗效果。这样的颗粒由接触的液体捕获并由流动的浆液向下冲洗至柱槽28。此外，多孔波纹板部分29D使滞留在顶部上的液体最小化。这种类型的F-笛形气体分布器10如在图4B中所示，具有多孔波纹板部分29D，代表用于主分馏塔柱中的优选选项，因为它提供了最高的耐焦炭结垢性。
当前所要求保护的F-笛形气体分布器10的发明能够使用前述顶棚部的任何组合。
图5表示过热进料气体和浆液的温度(℃)与流量(即以kg/hr表示的气体和液体流速)的图。温度和流速测自F-笛形气体分布器的入口区域(即在图1A的气体入口喷嘴处的过热进料气体)直至填料入口。浆液(其通过图1A的浆液分布器44进入柱1)和过热气体流进出F-笛形气体分布器的模拟流量和温度。该图示显示过热进料气体在约560℃的温度下进入所要求保护的F-笛形气体分布器，并且通过蒸发浆液而在F-笛形气体分布器的进料气流通道内立即淬灭到约420℃。因此，气体的质量流从约500000kg/hr增加到最大约1600000kg/hr，并且类似地，液体速率从约1100000kg/hr增加到1550000kg/hr，再下降至450000kg/hr。来自过热进料气体的气体以约1200000kg/hr的速度、在约410℃的温度下离开F-笛形气体分布器(笛形出口)。
图6表示用当前所要求保护的图1A中的F-笛形气体分布器改进三个不同尺寸的主分馏塔的成本比图。现有主分馏塔的常规改进需要更换塔的进料喷嘴，并对通往进料喷嘴的耐火材料衬里输送管线长度的一部分进行模锻，该部分具有相当于进料喷嘴直径5-7倍的长度，横截面积与改进/原设计容量的比率成比例。通过安装所要求保护的F-笛形气体分布器能够避免这种复杂的加工，因为它使得经淬灭的过热进料气体在进料喷嘴上方并在填料之下均匀分布。与更换进料喷嘴并对输送管线管道系统进行旋锻相较而言，如在图6中所示，使用要求保护的F-笛形气体分布器的成本优势是显著的：即在每天37000桶(“KBPD”)单元中有约100％的成本节约，在90KBPD单元中有大于400％的成本节约，以及在双通道125KBPD单元中有约400％的成本节约。
为了显示图1A中所要求保护的F-笛形气体分布器的改进的气体分布，制备了计算流体动力学(CFD)模拟，其结果在图7至图11中示出。图7至图11中的计算流体动力学模拟示出主分馏塔柱的横截面中的三维气体分布速度大小轮廓。在图7至图10中所示的模拟分别示出在有和没有F-笛形气体分布器的情况下，填料入口下方5cm处的主分馏塔柱的横截面中的气体分布。进料气体入口喷嘴位于每个图，即图7至图11的左侧。计算流体动力学模拟基于尺寸以毫米(mm)表示的所要求保护的F-笛形气体分布器，如在图12中所示。然而，在当前所要求保护的F-笛形设计的气体分布器成比例地适应容器时，能够为任何尺寸的该容器改进气体分布。
图7和图8分别示出在有和没有所要求保护的F-笛形气体分布器的情况下，填料入口下方5cm处的主分馏塔柱的横截面中气体分布的气体分布速度大小轮廓(即气体分布模式)的CFD模拟模型。能够使用峰值-平均速度(PAV)水平来测得对比。对于图7和图8，PAV水平的数值范围为0.00至8.38。空柱，即图7中没有F-笛形气体分布器的柱具有的PAV大小是平均速度水平的8.38倍。图7显示具有高PAV水平的大椭圆形轮廓所示的突出速度大小轮廓，离开进料气体入口喷嘴并且被引导至分馏塔柱的相对侧。大椭圆轮廓由具有低PAV水平的窄速度大小轮廓分开。图7中速度大小轮廓的模式表明柱的横截面内气体的速度分布极不均匀。然而，具有所要求保护的F-笛形气体分布器的柱的模拟(即图8)具有的PAV大小为4.45，比空柱要低47％。在图8中所示的柱横截面内的基本均匀的速度大小轮廓通过所示轮廓的均匀性和不存在高PAV水平而得以表明。
图9和图10是在柱的填料下方5cm处的垂直气体分布速度大小轮廓(即气体分布模式)的CFD模拟模型。图9示出空柱，即没有所要求保护的F-笛形气体分布器的柱的垂直气体分布速度大小轮廓，而图10示出安装有所要求保护的F-笛形气体分布器的柱的垂直气体分布速度大小轮廓。PAV水平的数值范围为-0.50至2.81。图9中空柱的模拟测得的PAV垂直分量是平均速度水平的2.8倍，由具有高PAV水平的显著椭圆形速度大小轮廓所示，离开进料气体入口喷嘴并被引导至分馏塔柱的相对侧。这些垂直速度大小轮廓表明柱的填料下方气体的速度分布极不均匀。然而，图10中具有F-笛形气体分布器的柱测得的PAV垂直分量为2.1，比空柱要低25％。这些模拟模型清楚地表明所要求保护的F-笛形气体分布器改进速度的均匀性，并由此改进在安装有所述F-笛形气体分布器时通向填料区域的气体分布。
图11是示出在所要求保护的本发明的F-笛形气体分布器内在进料气体入口喷嘴水平处的过热进料气体速度大小轮廓(即气体分布模式)的CFD模拟模型。该模拟清楚地表明均匀的速度大小轮廓遍及所要求保护的F-笛形气体分布器的大部分进料气流通道和内部开放区域。
另外，所要求保护的F-笛形气体分布器将通过降低液滴分布的索特平均直径(SMD)来增强传热和传质。基于空气动力学分解的估量表明，F-笛形气体分布器内液滴的SMD将比没有F-笛形气体分布器的柱要小33％。这增加了在液体与气体之间的界面表面积，从而增加传热和传质。
下表1示出在有和没有图1A中的F-笛形气体分布器的情况下，SMD和热传递的估算差异。
表1
设计 SMD-mm 热传递-W/oK
空柱 4.0 4.2E 05
F-笛形气体分布器10 2.7 5.5E 05
F-笛形气体分布器中的多个排气窗口设置于整个内部圆柱形导向壁以及位于整个顶棚上的烟道，使得经冷却分离的过热进料气体离开分布器进入柱的内部完整横截面开放区域，以极慢且均匀的速度分布到位于柱内和F-笛形气体分布器上方的填料或塔盘。
F-笛形气体分布器的壁，即内部圆柱形导向壁、使内部圆柱形导向壁延伸的圆锥形底端部以及包括F-笛形气体分布器外壁的柱壳壁内侧，完全由浆液润湿。由于顶棚通过连接装置例如榫钉、轮辋、焊接杆或支架等连接到内部圆柱形导向壁和柱壳壁内侧，以包括多个开口，使得浆液能够垂直向下落在内部圆柱形导向壁、底端部和柱壳壁内侧并保持其润湿，所以内部圆柱形导向壁、底端部和柱壳壁内侧完全润湿。
F-笛形气体分布器内的过热进料气体组分中高沸点组分的任何凝结将发生在液体浆料相中，并且将立即与流动的浆液混合并被冲洗至MF柱的柱槽。这将防止作为引起现有技术的气体分布装置失效的焦炭颗粒形成和生长的以下主要原因，即含沥青质的过热进料气体的凝结液滴粘附到固体壁表面并长时间暴露于热的过热进料气体。
另外，来自进料气体入口喷嘴的过热进料气体的膨胀与来自F-笛形气体分布器内顶棚部的浆液的喷淋共同为固体催化剂细粉提供用以以下的手段，即用以使固体催化剂细粉从过热进料气体中分离，并使其由大的浆液流向下带至柱槽，而不会对柱壁和内部构件造成侵蚀问题。如果固体催化剂细粉和焦炭颗粒在进入柱时未从过热进料气体中有效地分离，而随过热进料气体传到浆料填充部并沉积在其填料上，则柱的冷却进料气体的效率降低。此外，该柱需要更频繁的清洁以去除固体催化剂细粒和焦炭颗粒。
此外，当前所要求保护的F-笛形气体分布器已显示使在位于F-笛形气体分布器上方的柱中的填料部分下方，即在内部完整横截面开放区域的冷却过热进料气体的最大局部气体速度显著降低。局部气体速度的这种降低致使气体压力更均匀的分布，并且最终在浆料部中更有效的热传递以及在较高的柱部分中更好的分馏。气体在填料和塔盘上的均匀分布对于适当的传热和传质是至关重要的。通过使用本发明的F-笛形气体分布器，能够实现均匀的分布用以更高程度的热交换和分馏，本发明的F-笛形气体分布器使得给定的传质和/传热柱/MF柱的常规设计的容量分布远超出其传统上接受的极限值。相对于未使用本发明的气体分布装置的类似装置而言，这致使相同柱内的容量更高。本发明的F-笛形气体分布器将显着降低柱中填料或塔盘下方的最大局部速度，从而改进填料/塔盘下方的速度分布。
本发明进一步提供气体流向浆料填充部的较低温度以及更均匀的分布，这两个因素致使所需柱直径降低。底部气体更均匀地分布到上方塔部分改进柱内部构件的传热和传质效率，并致使整体柱高度下降。
本发明的新颖特征显示以高于任何已知现有技术的气体分布器的水平产生该均匀的气体压力分布。当前所要求保护的F-笛形气体分布器通过在F-笛形气体分布器内进入柱时先用喷淋的浆液冷却进料气体来提供低柱表皮温度。
所要求保护的气体分布器减少或消除过热进料气体的“喷射”，通过所述“喷射”过热进料气体撞击柱壁产生干点，并使柱壁达到高于柱壳设计温度的温度。在这方面，所要求保护的F-笛形气体分布器还通过消除含侵蚀性催化剂细粉的过热进料气体的喷射效应来避免柱壳(即壁)侵蚀，所述侵蚀性催化剂细粉连续且高速地冲击柱壁并引起局部侵蚀和/或在与进料喷嘴直接相对的区域中使柱壳变薄。使用所要求保护的F-笛形气体分布器将在F-笛形气体分布器内通过喷淋的浆液除去催化剂细粉，并且不会使过热进料气体与柱壳壁直接接触。
虽然就其某些变体而言已经相当详细地描述了本发明，但是其它变体也是可以的，并且在阅读本说明书和研究本附图之后，所示变体的改变、重排和等同形式对于本领域技术人员将变得显而易见。此外，本文中的变体的各种特征能够以各种方式组合以提供本发明的另外的变体。此外，已使用的某些术语是为了描述清楚的目的，而不是为了限制本发明。因此，任何所附权利要求不应限于本文中包含的优选变体的描述，并且应包括落在本发明的真实精神和范围之内的所有这样的改变、重排和等同形式。

Claims (28)

1.一种用于热交换和/或传质柱的气体分布器，所述气体分布器位于所述柱内，并且包括：延伸穿过柱的壳壁的至少一个进料气体入口喷嘴，其用于将进料气体引导至基本上垂直的内部圆柱形导向壁，所述内部圆柱形导向壁包括通向在气体分布器内的环形内部开放区域的至少一个开口；底端部，其使内部圆柱形导向壁延伸并且适形于壳壁的轮廓，所述底端部包括通向柱内柱槽的底端部开口；以及在内部圆柱形导向壁与壳壁之间的进料气体入口喷嘴上方的大体水平的顶棚，其用以界定形成在壳壁与内部圆柱形导向壁之间的大体周向的气流通道，所述顶棚包括至少一个开口。
2.根据权利要求1所述的气体分布器，其中热交换和/或传质柱是主分馏塔柱，并且进料气体是过热的。
3.根据权利要求1所述的气体分布器，其中底端部是圆锥形状并且适形于柱的壳壁轮廓。
4.根据权利要求1所述的气体分布器，其中柱进一步包括在气体分布器上方的填料和/或塔盘。
5.根据权利要求1所述的气体分布器，其中内部圆柱形导向壁包括壁段。
6.根据权利要求5所述的气体分布器，其中至少一个壁段包括开口。
7.根据权利要求1所述的气体分布器，其中顶棚包括至少一个顶棚部。
8.根据权利要求7所述的气体分布器，其中至少一个顶棚部是具有至少一个穿孔和/或烟道的平板。
9.根据权利要求8所述的气体分布器，其中至少一个烟道具有高帽。
10.根据权利要求7所述的气体分布器，其中顶棚部包括间隔开至少约1英寸的杆。
11.根据权利要求7所述的气体分布器，其中顶棚部成波纹状，具有至少一个穿孔和/或烟道。
12.根据权利要求1所述的气体分布器，其中在顶棚与内部圆柱形导向壁以及顶棚与壳壁之间有多个开口。
13.根据权利要求7所述的气体分布器，其中顶棚部是选自以下中的至少一种：具有至少一个穿孔和/或烟道的平板，包括间隔开至少约1英寸的杆的部分，以及具有至少一个穿孔和/或烟道的波纹顶棚部。
14.根据权利要求6所述的气体分布器，其中开口是排气窗口。
15.根据权利要求1所述的气体分布器，其中底端部进一步包括至少一个溢流开口。
16.根据权利要求5所述的气体分布器，其中壁段的尺寸形成为适于通过人行走道。
17.根据权利要求7所述的气体分布器，其中顶棚部的尺寸形成为适于通过人行走道。
18.根据权利要求1所述的气体分布器，其中底端部包括底端部区段。
19.根据权利要求1所述的气体分布器，其中过热进料气体以基本均匀的方式分布到气体分布器上方的区域。
20.根据权利要求1所述的气体分布器，其进一步包括与底端部开口流体连通的排放管。
21.一种改进进料气体分布并减少热交换和/或传质柱中的焦炭形成的方法，其包括将高速过热进料气体输送到根据权利要求1所述的气体分布器的步骤。
22.一种用于在热交换和/或传质柱中分布进料气体的方法，所述方法包括以下步骤：
通过进料气体入口喷嘴将过热进料气体输送到大体周向的气流通道中，其中所述进料气体入口喷嘴延伸穿过柱的壳壁，所述气流通道形成在壳壁、内部圆柱形导向壁以及在壳壁与内部圆柱形导向壁之间的入口喷嘴上方的顶棚之间，所述内部圆柱形导向壁具有底端部以及通向柱内环形内部开放区域的至少一个开口，所述顶棚具有多个开口；
当液体穿过顶棚中的多个开口并进入周向的气流通道时，通过使气体与逆流流动的液体接触来冷却过热进料气体；
在液体穿过多个顶棚开口之后，用逆流流动的液体润湿形成周向的气流通道的内部圆柱形导向壁和壳壁的内侧；以及
通过内部圆柱形导向壁的至少一个开口和顶棚中的多个开口，将过热进料气体排放至顶棚上方的区域以及柱内环形内部区域，从而提供过热进料气体在柱内基本上均匀的分布。
23.根据权利要求22所述的方法，其中进料气体入口喷嘴通过壳壁进入柱并且基本上垂直于柱的纵向轴线。
24.根据权利要求22所述的方法，其中进料气体流速从在进入气流通道时的约500000Kg/h增加到在离开顶棚中的多个开口和内部圆柱形导向壁的至少一个开口时的约1200000Kg/h。
25.根据权利要求22所述的方法，其中进料气体温度从在进入气流通道时的约560℃下降到在离开顶棚中的多个开口和内部圆柱形导向壁的至少一个开口时的约420℃。
26.根据权利要求22所述的方法，其中在顶棚与内部圆柱形导向壁以及顶棚与壳壁之间有多个开口。
27.根据权利要求22所述的方法，其中底端部使内部圆柱形导向壁延伸并且适形于柱的壳壁的轮廓。
28.根据权利要求22所述的方法，其中底端部是圆锥形状。
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