CN110418871A - 提升管分离系统 - Google Patents

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    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/34—Arrangements for separating materials produced by the well

Abstract

本发明涉及一种装置和一种紧凑的提升管分离系统，用于将从中央提升管反应器进入的气态混合物与颗粒流分离，所述中央提升管反应器用于利用颗粒流裂化碳氢化合物进料。该装置提供改进的气体固体分离效率并且最大限度地控制碳氢化合物并且最小化在分离系统中的停留时间，从而最小化所不期望的后提升管裂化反应。

Description

提升管分离系统
技术领域
本文公开的实施方案涉及使用高速，稀相提升管线(或提升管反应器)的任何蒸汽-颗粒操作，例如流化催化裂化(FCC)工艺。在这样的工艺中，需要一种改进的装置，其用于通过提升管反应器出口处的反应终止装置(RTD)来分离催化剂和蒸汽相。除了气固分离之外，RTD还应当提供一种最小化分离的蒸汽的停留时间的方法，以防止不希望的后提升管反应器反应。在本装置中，蒸汽-催化剂混合物经过一系列独特的外形和腔室，所述外形和腔室提供促进气体固体分离的平滑的流动轮廓。分离装置还最大化蒸汽的抑制，并且由于它的非常紧凑的设计，蒸汽在系统内的停留时间减少。还期望该设计解决在这种系统中可能出现的固有的流动不平衡，这是在一种新的催化剂分离室设计中实现的，该设计最小化分离的催化剂的二次夹带。
背景技术
FCC工艺在石油炼制工业中已经成熟，用于将低价值高沸点石油馏分转化为高价值的低沸点产物，尤其是汽油、丙烯和其他轻质烯烃。
在FCC工艺中，细碎的固体催化剂颗粒通过提供反应热和催化活性来促进裂化反应。可以使细碎形式的催化剂表现得像流体(因此称为流化催化裂化)，并且它在裂化区域(提升管反应器)与单独的再生区之间以闭合循环流动。
FCC单元的反应区域通常由两部分组成；提升管反应器和RTD，以快速分离催化剂和反应产物。RTD系统通常容纳在用于机械因素的反应器容器中，该容器还包括对于该工艺的操作重要的其他装置。一旦与催化剂分离，反应产物从容器中排出以进行骤冷并且分成所需的馏分。
在提升管反应器中，热催化剂与液体油进料接触，使其蒸发并且使所需的气相裂化反应能够进行，并且形成各种气相碳氢化合物产物，以及催化剂上的固体焦炭沉积物。在提升管反应器的末端，需要从碳氢化合物产物中快速分离催化剂以控制反应时间，从而避免碳氢化合物蒸汽过度裂化。限制提升管反应器的碳氢化合物转化时间是合乎需要的，因为该区域被设计成确保蒸汽和固体催化剂的紧密混合。一旦混合物离开提升管反应器，在抑制/分离容器中可能发生较小的紧密接触，并且可能发生不希望的热裂化反应，这导致有价值的产物的损失和低价值副产物的产生。在RTD中含有碳氢化合物蒸汽并且尽可能直接将它们排出系统，可以最大限度地减少导致热降解的高温下的停留时间。还希望快速和完全地将碳氢化合物蒸汽与催化剂分离，以结束催化裂化反应。需要两个阶段的蒸汽-催化剂分离，以实现非常高的催化剂回收率；RTD被认为是分离的初级阶段，第二级分离步骤包括多个高效旋风分离器。在初级分离期间，碳氢化合物蒸汽与大部分催化剂分离，并且通过直接连接到二级分离步骤的腔室离开RTD。分离的催化剂在初级分离器的下端处的另一个腔室(称为料腿)向下流入汽提塔床。当催化剂沿着料腿向下流动时，它夹带着碳氢化合物蒸汽。催化剂和夹带的碳氢化合物离开RTD并且流入汽提区域，它们在汽提区域被进一步分离。当催化剂经过汽提区域时，通过汽提蒸汽的逆流流动去除颗粒之间和颗粒内部的碳氢化合物蒸汽。不含碳氢化合物蒸汽但被固体碳氢化合物焦炭污染的催化剂离开汽提区域并且进入再生区。
初级分离通过本领域技术人员已知的装置进行，该装置是位于提升管反应器出口处的反应或提升管终止装置(RTD)。在这种情况下，初级分离器被称为提升管分离系统(RSS或RS2)，并且通常接着是第二级分离阶段，第二级分离阶段通常包括旋风分离器。
在初级气体催化剂分离之后，催化剂流入RTD下方的汽提塔床，它在汽提塔床与汽提气体逆流接触，以除去催化剂夹带的任何残留的挥发性碳氢化合物。将含有固体焦炭沉积物的碳氢化合物汽提催化剂(通常称为废催化剂)送入催化剂再生区域，在该催化剂再生区域中烧掉焦炭，并且恢复催化剂活性。再生步骤释放能量并且提高催化剂温度，在焦炭沉积物烧掉之后，热的再生催化剂流回反应区域。从催化剂中分离出的碳氢化合物蒸汽流入下游蒸馏系统，以分馏成几种产物。包括提升管反应器再生器组件的FCC单元是自热平衡的，因为由再生器中的焦炭燃烧产生的热量与进料蒸发所需的热量以及用于裂化反应的热量相匹配。
现有技术的提升管分离系统通常具有至少两个分离室，所述分离室具有随附的料腿和分别用于分离气体和催化剂材料的至少两个循环室。Gauthier等人的美国专利No.6,296,812提供了一种用于分离以及汽提气体和颗粒的混合物的装置，该装置具有包括分离室和与提升管分离系统连接分布的循环室。每个分离室的上部具有与提升管反应器连通的入口开口和用于在竖直平面内旋转混合物的中间区域和称为料腿的下部区域，以收集分离的催化剂颗粒。每个分离室包括两个侧壁，所述侧壁也是用于循环室的壁，每个室的壁中的至少一个包括侧向出口开口，该侧向出口开口用于将气体和颗粒混合到相邻的循环室中。循环室具有两个额外的开口，一个在顶部连接到气体出口管，该气体出口管进一步连接到第二级分离器，下部开口与下面的汽提塔床连通。该装置应用于提升管中的碳氢化合物的流化床催化裂化。
Gauthier等人的装置具有多个分离室和循环室，每个分离室具有其自己的料腿，该料腿包括在分离室下方通过汽提塔床连通的颗粒出口开口。在Gauthier等人的装置中，提升器蒸汽和催化剂混合物在通过提升管顶部的窗口进入分离室之前被迫减速并且改变方向，在彼此分离之前进行四分之一(1/4)转向。然后，蒸汽在分离室的偏转器下方进行额外的180°转向之后进入收集室。催化剂沿分离室向下流入料腿中，该料腿设计成用于低质量通量，以最大化气体脱离。该装置主要用作用于催化剂和蒸汽的初级分离装置，以用于反应器/汽提塔床容器内的内部提升管系统。从分离室料腿夹带至反应器中的汽提气体和碳氢化合物蒸汽，通过下部管道进入收集室，在进入气体出口管/收集器之前与来自分离室的提升管蒸汽混合，然后流入到用于最终的气体/催化剂分离的旋风分离器-第二级分离器中。上述系统与低催化剂收集效率相关。分离室的入口从提升管顶部90°转向，并且仅提供用于气体和催化剂彼此分离的1/4转向，导致分离效率低。方向的90°变化在入口处产生湍流催化剂流动状态，并且需要时间来开发必要的流动结构，以实现裂化气体与固体催化剂颗粒的良好分离。在分离室之间没有连接，产生不均匀的压力分布的可能性，导致每个室的不均匀负载，从而导致低的分离效率。
另一种类型的提升管分离系统，例如Leonce F.Castagnos的U.S.4,664,888，包括一种偏转装置。Castagnos的专利涉及用于流体催化剂裂化提升管的粗馏催化剂-蒸汽分离器，其位于提升管的出口处并且使油-催化剂混合物经历紧密的180°向下转向。离心分离器相当于旋风分离器内部的二分之一转向，并且使大部分催化剂移动到壁上。大多数油蒸汽都被挤出壁外。在分离器的末端是刮削铲，刮削铲定位为分离主要油相与主要催化剂相。刮削铲使催化剂相远离容器的中央并且将其沉积在容器壁附近，在容器壁中其在重力作用下继续向下流动。油蒸汽相继续向下流动一段时间，但是然后必须经过180°转向并且向上流动，以通过一系列传统的旋风分离器离开容器。然而，第二次180°转向的油蒸汽可能重新夹带分离的催化剂，这抵消了初始的气体固体分离。
Castagnos还公开了一种开放的半环形偏转装置，离开提升管的气体/催化剂混合物撞击在偏转器的表面上，其中催化剂颗粒被压缩在其上，并且假设分离的气相进入偏转器边缘下方的开放区域。当气体与颗粒相分离时，固体倾向于减慢并且重力的作用抵消了实现的初始分离。任何剩余的压缩颗粒相流到收集表面上，然后颗粒向下流动并且朝向容器壁离开表面。假设分离的气体在导管中向上流动而不与颗粒相重新接触。因此，冲击表面和收集表面下方的压力高于它们上方的压力。该压差不仅迫使气体通过导管而且还通过偏转器的边缘和收集表面下方的开口区域，因此进一步抵消已经实现的分离。随后，“未包含”分离的气体，因为它进入容器并且经历相当长的停留时间并且经历后提升管裂化。
因此，在工业中仍然需要具有改进效率的提升管分离系统。本发明人已经发现了一种方法和装置，以实现改进的催化剂和蒸汽相分离，以及改进的气体收集效率，利用具有新颖设计的提升管分离系统，提供改进的流动分布，促进气体固体分离并且改善操作稳定性。
发明内容
本文公开的实施方案涉及用于将气态混合物与从中央提升管反应器进入的颗粒流分离的方法和设备，碳氢化合物进料与颗粒流在所述中央提升管反应器中发生裂化。所述装置包括：反应容器(100)，其包括下部汽提塔床区域(29)以及上部第二级分离器区域(29a)、中央提升管反应器(4)，所述中央提升管反应器(4)在一端处包括用于接收碳氢化合物进料和颗粒流的中央提升管反应器入口(26)，在相对端处包括用于排出裂化气体和固体颗粒的混合物的至少一个中央提升管反应器出口(5)；分离容器(1)，其以交替的方式包括至少一个分离室(2)和至少一个收集室(3)，所述至少一个分离室(2)和至少一个收集室(3)围绕中央提升管反应器(4)轴向地分布，并且靠近用于分离裂化气体和固体颗粒的中央提升管反应器出口(5)；每个分离室(2)包括两个基本上竖直的侧壁(9)，所述两个基本上竖直的侧壁(9)还包括相邻的收集室的壁(3)、分离室入口(27)、分离室偏转器(8)，所述分离室入口(27)在分离室的与中央提升管反应器出口(5)连通的上部区域(2a)中，以用于接收裂化气体和固体颗粒；裂化气体和颗粒经过所述分离室偏转器(8)，分离室偏转器(8)靠近分离室入口(27)，并且每个腔室的至少一个竖直侧壁(9)包括在分离室偏转器(8)下方的侧向出口(10)，使得来自分离室(2)的裂化气体和一小部分固体颗粒能够与相邻的收集室(3)连通；每个收集室(3)包括收集室外壁(4)，该收集室外壁包括汽提气体入口窗口(15)、收集室底板(16)以及至少一个收集室管道(17)，所述汽提气体入口窗口(15)使来自靠近下部汽提塔床区域(29)的至少一个汽提气体喷射器(40)的汽提气体能够进入收集室(3)；所述收集室底板(16)与收集室外壁(14)、竖直的侧壁(9)以及中央提升管反应器(4)一起限定收集室(3)；所述至少一个收集室管道(17)在收集室的上部区域(3a)中，该上部区域用于将裂化气体和一小部分固体颗粒从收集室(3)排出到气体出口收集器(18)；每个分离室(2)进一步包括分离室外壁(11)，分离室外壁从分离室入口(27)朝向下部汽提塔床区域(29)延伸，并且与侧向竖直壁(9)和中央提升管反应器(4)一起在分离室(2b)的与共用的催化剂出口区域(37)连通的下部区域处形成分离室出口(36)，所述共用的催化剂出口区域(37)围绕中央提升管反应器(4)环形地定位，共用的催化剂出口区域(37)包括共用的催化剂区域壁(38)，共用的催化剂区域壁(38)从靠近分离室出口(36)的分离室外壁(11)和靠近收集室壁底板(16)的收集室外壁(14)朝向下部汽提塔床区域(29)延伸，并且周向地环绕中央提升管反应器(4)，以将固体颗粒引导到下部汽提塔床区域(29)；反应容器(100)进一步包括至少一个第二级分离器(28)，所述至少一个第二级分离器(28)在上部第二级分离器区域(29a)中，与用于接收裂化气体和少部分固体颗粒的气体出口收集器(18)连通，所述第二级分离器(28)包括至少一个气体排出管道(32)和至少一个料腿(30)，气体排出管道(32)与用于排出裂化气体的气体收集器(33)连通，所述气体收集器(33)包括用于从反应容器(100)中排出裂化气体的气体出口(35)，所述料腿(30)具有料腿出口(31)，料腿出口(31)延伸到下部汽提塔床区域(29)，用于将分离的固体返回到反应容器(100)的下部汽提塔床区域(29)中。
本文公开的实施方案进一步涉及一种用于将气态混合物与从中央提升管反应器进入的颗粒流分离的装置，碳氢化合物进料与FCC催化剂在提升管反应器中发生裂化。所述装置包括：反应容器(100)，其包括下部汽提塔床区域(29)以及上部第二级分离器区域(29a)、中央提升管反应器(4)，所述中央提升管反应器(4)在一端处包括用于接收碳氢化合物进料和颗粒流的中央提升管反应器入口(26)，在相对端处包括用于排出裂化气体和固体颗粒的混合物的至少一个中央提升管反应器出口(5)；分离容器(1)，其以交替的方式包括至少一个分离室(2)和至少一个收集室(3)，所述至少一个分离室(2)和至少一个收集室(3)围绕中央提升管反应器(4)轴向地分布，并且靠近用于分离裂化气体和固体颗粒的中央提升管反应器出口(5)；每个分离室(2)包括两个基本上竖直的侧壁(9)，所述两个基本上竖直的侧壁(9)还包括相邻的收集室(3)的壁、分离室入口(27)、分离室偏转器(8)，所述分离室入口(27)在分离室(2a)的与中央提升管反应器出口(5)连通的上部区域中，以用于接收裂化气体和固体颗粒；分离室偏转器(8)朝向裂化气体和固体颗粒所经过的下部汽提塔床区域(29)弧形地远离中央提升管反应器(4)的纵向轴线，分离室偏转器(8)靠近分离室入口(27)，并且每个腔室的至少一个竖直侧壁(9)包括在分离室偏转器(8)下方的侧向出口(10)，使得来自分离室(2)的裂化气体和一小部分固体颗粒能够与相邻的收集室(3)连通；所述中央提升管反应器出口(5)进一步包括提升管出口弯曲表面(42)和提升管出口锥形凹形偏转器(20)，提升管出口弯曲表面(42)弧形地远离中央提升管反应器(4)的纵向轴线并且延伸到每个分离室(2)的分离室偏转器(8)，以引发裂化气体和固体颗粒的基本上180°的连续方向变化，将中央提升管反应器(4)排空，所述裂化气体和固体颗粒通过中央提升管反应器出口(5)和分离室入口(27)进入到到每个分离室(2)中；所述提升管出口锥形凹形偏转器(20)具有顶点(25)，所述顶点(25)靠近中央提升管反应器出口(5)的中央并且指向中央提升管反应器入口(26)，从顶点(25)开始，提升管出口锥形凹形偏转器(20)弧形地远离中央提升管反应器(4)的纵向轴线，所述中央提升管反应器(4)延伸到每个分离室入口(27)的上部区域(27a)并且与每个分离室入口(27)的上部区域(27a)连通，促进排空中央提升管反应器(5)的裂化气体和固体颗粒的方向改变；每个收集室(3)包括至少一个收集室管道(17)和收集室外壁(14)，所述收集室管道(17)在收集室的上部区域(3a)中，与用于从收集室(3)排出裂化气体和一小部分固体颗粒的气体出口收集器(18)连通；所述收集室外壁(14)从收集室管道(17)延伸并且与竖直侧壁(9)和中央提升管反应器(4)一起限定汽提气体入口(39)，以使汽提气体能够从靠近下部汽提塔床区域(29)的至少一个汽提气体喷射器(40)进入收集室(3)；每个分离室(2)进一步包括分离室外壁(11)，所述分离室外壁(11)从分离室入口(27)朝向下部汽提塔床区域(29)延伸，并且与侧向竖直壁(9)和中央提升管反应器(4)一起在分离室的下部区域(2b)处限定分离室(2)和分离室出口(36)，固体颗粒从所述分离室的下部区域排出到下部汽提塔床区域(29)；反应容器(100)进一步包括至少一个第二级分离器(28)，所述至少一个第二级分离器(28)在上部第二级分离器区域(29a)中，与用于接收裂化气体和少部分固体颗粒的气体出口收集器(18)连通，所述第二级分离器(28)包括至少一个气体排出管道(32)和至少一个料腿(30)，气体排出管道(32)与用于排出裂化气体的气体收集器(33)连通，所述气体收集器(33)包括用于从反应容器(100)中排出裂化气体的气体出口(35)，所述料腿(30)具有料腿出口(31)，料腿出口(31)延伸到下部汽提塔床区域(29)，用于将分离的固体返回到反应容器(100)的下部汽提塔床区域(29)中。
本文公开的其他实施方案还涉及一种用于将气态混合物与从中央提升管反应器进入的颗粒流分离的装置，碳氢化合物进料与FCC催化剂在提升管反应器中发生裂化。所述装置包括：反应容器(100)，其包括下部汽提塔床区域(29)以及上部第二级分离器区域(29a)、中央提升管反应器(4)，所述中央提升管反应器(4)在一端处包括用于接收碳氢化合物进料和颗粒流的中央提升管反应器入口(26)，在相对端处包括用于排空裂化气体和固体颗粒的混合物的至少一个中央提升管反应器出口(5)；分离容器(1)，其以交替的方式包括至少一个分离室(2)和至少一个收集室(3)，所述至少一个分离室(2)和至少一个收集室(3)围绕中央提升管反应器(4)轴向地分布，并且靠近用于分离裂化气体和固体颗粒的中央提升管反应器出口(5)；每个分离室(2)包括两个基本上竖直的侧壁(9)，所述两个基本上竖直的侧壁(9)还包括相邻的收集室(3)的壁、分离室入口(27)、分离室偏转器(8)，所述分离室入口(27)在分离室的与中央提升管反应器出口(5)连通的上部区域(2a)中，以用于接收裂化气体和固体颗粒；分离室偏转器(8)朝向裂化气体和固体颗粒所经过的下部汽提塔床区域(29)弧形地远离中央提升管反应器(4)的纵向轴线，分离室偏转器(8)靠近分离室入口(27)，并且每个腔室的至少一个竖直侧壁(9)包括在分离室偏转器下方的侧向出口(10)，使得来自分离室(2)的裂化气体和一小部分固体颗粒能够与相邻的收集室(3)连通；所述中央提升管反应器出口(5)进一步包括提升管出口弯曲表面(42)和提升管出口锥形凹形偏转器(20)，提升管出口弯曲表面(42)弧形地远离中央提升管反应器(4)的纵向轴线并且延伸到每个分离室(2)的分离室偏转器(8)，以引发裂化气体和固体颗粒的基本上180°的方向变化，将中央提升管反应器(4)排空，所述裂化气体和固体颗粒通过中央提升管反应器出口(5)和分离室入口(27)进入到每个分离室(2)中；所述提升管出口锥形凹形偏转器(20)具有顶点(25)，所述顶点(25)靠近中央提升管反应器出口(5)的中央并且指向中央提升管反应器入口(26)，从顶点(25)开始，提升管出口锥形凹形偏转器(20)弧形地远离中央提升管反应器(4)的纵向轴线，所述中央提升管反应器(4)延伸到每个分离室入口(27)的上部区域(27a)并且与每个分离室入口(27)的上部区域(27a)连通，促进排空中央提升管反应器的裂化气体和固体颗粒的方向改变；每个收集室(3)包括收集室外壁(14)，该收集室外壁(14)包括汽提气体入口窗口(15)、收集室底板以及至少一个收集室管道，所述汽提气体入口窗口(15)使来自从靠近下部汽提塔床区域(29)的至少一个汽提气体喷射器(40)的汽提气体能够进入收集室(3)；所述收集室底板(16)与收集室外壁(14)、竖直的侧壁(9)以及中央提升管反应器(4)一起限定收集室(3)；所述至少一个收集室管道(17)在收集室的上部区域(3a)中，所述上部区域(3a)用于将裂化气体和一小部分固体颗粒从收集室(3)排出到气体出口收集器(18)；每个分离室(2)进一步包括分离室外壁(11)，分离室外壁从分离室入口(27)朝向下部汽提塔床区域(29)延伸，并且与侧向竖直壁(9)和中央提升管反应器(4)一起在分离室的与共用的催化剂出口区域(37)连通的下部区域(2b)处形成分离室出口(36)，所述共用的催化剂出口区域(37)围绕中央提升管反应器(4)环形地定位，共用的催化剂出口区域(37)包括共用的催化剂区域壁(38)，共用的催化剂区域壁(38)从靠近分离室出口(36)的分离室外壁(11)和靠近收集室壁底板(16)的收集室外壁(14)朝向下部汽提塔床区域(29)延伸，并且周向地环绕中央提升管反应器(4)，以将固体颗粒引导到下部汽提塔床区域(29)；反应容器(100)进一步包括至少一个第二级分离器(28)，所述至少一个第二级分离器(28)在上部第二级分离器区域(29a)中，与用于接收裂化气体和少部分固体颗粒的气体出口收集器(18)连通，所述第二级分离器(28)包括与用于排出裂化气体的气体收集器(33)连通的至少一个气体排出管道(32)，所述气体收集器(33)包括用于从反应容器(100)中排出裂化气体的气体出口(35)以及至少一个料腿(30)，所述料腿(30)具有料腿出口(31)，料腿出口(31)延伸到下部汽提塔床区域(29)，用于将分离的固体返回到反应容器(100)的下部汽提塔床区域(29)中。
本文公开的方法和装置由于中央提升管反应器出口的轮廓可以提供完全180°转向和更平稳的流入分离室的流动，因此提供改进的气体催化剂分离效率。更平滑的流动促使产生更好的蒸汽/催化剂流动模式和流体力学(即，降低提升管出口处的湍流、流动脉动和波动)从而改善气体固体分离。新的弯曲提升管反应器出口部分和提升管出口锥形凹形偏转器有助于固体颗粒沿着提升管反应器和中央提升管反应器出口的壁流动，因为它使提升管反应器排空并且使气体能够在催化剂平稳地进行180°转向的时候分离。
所要求保护的装置允许非常紧凑的设计，即与现有技术相比尺寸减小，例如直径减小20-25％，高度减少10-15％。所要求保护的装置的更紧凑的设计可以有利地用于替换旧系统并允许封闭容器在增加单元容量的同时被重复使用。此外，紧凑的设计减少了后提升管停留时间，从而减少了不希望的热裂化。在共用的催化剂出口区域中的催化剂床上方使用有和没有孔的单个或多个挡板，例如，共用的催化剂出口区域绕在提升管反应器周围，或者位于提升管反应器上的不同位置，如本文附图所示。所要求保护的装置减少了分离的催化剂颗粒沿壁向下流动的动量并且重新引导它们，从而降低了分离的催化剂颗粒的二次夹带的可能性。
所开发的具有通向共用的催化剂出口区域的出口来基本上提供“单个料腿”的多个分离室，能够在所有分离室之间实现同步，从而使每个室的压降均衡。共用的催化剂出口区域，即“单个料腿”平衡了裂化气体和固体催化剂颗粒(即气体催化剂流)的从中央提升管反应器到每个分离室入口的流动。此外，共用的催化剂出口区域将使压力不平衡最小化并且减少气体催化剂流过每个分离室入口的不均匀性的可能性。
附图说明
从附图中将更好地理解本发明，附图示意性地示出了该装置，其中：
图1为反应容器内的分离容器的收集室的立体图，提升管分离系统具有多个分离室，多个分离室具有共用的催化剂出口/排出区域，即共用的料腿或单个料腿。
图2为反应容器内的分离容器的分离室的立体图，提升管分离系统具有提升管出口弯曲表面、分离室偏转器和提升管出口锥形凹形偏转器，每个分离室具有带或不带挡板的独立料腿。
图3为反应容器内的分离容器的分离室的立体图，提升管分离系统具有提升管出口弯曲表面、分离室偏转器和提升管出口锥形凹形偏转器以及具有共用的催化剂出口/排放区域(即共用的料腿或单个料腿)的多个分离室。
图4A为分离容器的截面图，示出了90°中央提升管反应器出口，该90°中央提升管反应器出口将裂化气体和固体颗粒分配到具有共用的催化剂出口/排出区域(即共用的料腿或单个料腿)的两个分离室中。
图4B为分离容器的截面图，示出了裂化气体的分布和排出以及从分离室的侧向出口进入两个收集室的一小部分催化剂以及进入收集室的汽提气体入口窗口的汽提气体。
图4C为分离容器的截面图，示出了中央提升管反应器出口，该中央提升管反应器出口具有由提升管出口弯曲表面、分离室偏转器和提升管出口锥形凹形偏转器提供的独特轮廓。
图5为使用CFD比较现有技术分离容器与本发明实施方案的分离效率的模拟研究结果的图表。
具体实施方式
如下面参考附图更全面地解释，用于从FCC催化剂中分离裂化的碳氢化合物蒸汽的改进装置包括提升管分离系统，该提升管分离系统提供气固分离效率、气体容纳和操作稳定性。所要求保护的装置提供快速的和改进的气体催化剂分离以及提高的气体收集效率，然而，由于分离容器可以制造得更小，停留时间减少以及不希望的后提升管热裂化减少，提供额外的性能益处。
如下面在一个实施方案中更全面地描述的，所要求保护的装置具有中央提升管反应器出口的独特轮廓，利用对于裂化气体和固体颗粒的平滑的180°过渡，使中央提升管反应器出口中的湍流状态最小化。提升管分离系统的另外的实施方案包括多个收集室连同料腿中的分离室和挡板。
多个分离室和收集室，例如分离容器中的两个分离室和两个收集室，具有共用的催化剂出口区域/排出区域，即“单个料腿”，提供较小尺寸的分离容器(直径和长度)并且较低容积的分离容器减少了后提升管停留时间。此外，所要求保护的装置通过减少中央提升管反应器出口中的湍流来提供改进的操作稳定性。连接到“单个料腿”的多个分离室提供所有分离室入口和单个料腿之间的同步。此外，共用的排放出口区域使分离容器内的压力不平衡最小化，并且降低通过与分离室入口流体连通的每个中央提升管反应器出口的气体催化剂流动不均匀分布的可能性。
在图中，相同的附图标记表示相同的装置部件。
本文所公开的实施方案特别用于在出口处分离出来自碳氢化合物裂化过程的流出物，包括但不限于来自碳氢化合物原料(油)的热再生裂化(TRC)或流化催化裂化(FCC)，所述碳氢化合物原料(油)在热催化颗粒固体(通常为二氧化硅-氧化铝基催化剂)存在下裂化，通常含有沸石作为添加剂。
图1示出的用于从FCC反应器部分的中央提升管反应器进入的颗粒流中分离气态混合物的装置的实施方案。根据该实施方案，反应容器(100)包括下部汽提塔床区域(29)、中央提升管反应器(4)以及至少一个中央提升管反应器出口(5)，所述中央提升管反应器(4)在一端处具有中央提升管反应器入口(26)，中央提升管反应器入口(26)用于接收碳氢化合物进料和颗粒流，例如，可流化的粉末，例如典型的FCC催化剂；所述至少一个中央提升管反应器出口(5)在相对端，用于排出裂化气体和固体颗粒的混合物。至少一个中央提升管反应器出口(5)形成在中央提升管反应器(4)的上端，恰好位于中央提升管反应器(4)的顶点下方。
图1的中央提升管反应器(4)优选地具有基本上竖直的长形形状，其底部配备用于从再生器接收热再生催化剂(或其他颗粒)、用于将雾化的碳氢化合物原料供给到提升管(或用于将原料引入提升管反应器的其他装置)的喷嘴和任选的提升气体。
中央提升管反应器(4)的直径范围为约1英寸至约10英尺以及更大，在另一个实施方案中，范围为约3英尺至约6英尺。
反应容器(100)包括分离容器(1)。提升管终端装置(RTD)，即分离容器(1)包括至少一个或多个分离室(2)和至少一个或多个收集室(3)。根据一个实施方案，分离容器(1)包括四个分离室(2)和四个收集室(3)，然而，根据反应容器(100)的需求，可以有多于或少于四个。
特别地，分离室(2)和收集室(3)围绕中央提升管反应器(4)轴向分布并且以交替的方式靠近中央提升管反应器出口(5)，即分离室(2)在收集室(3)旁边，使得每个分离室(2)在每一侧都有收集室(3)，每个收集室(3)在每一侧都有分离室(2)。
在图1中可以看出，每个分离室(2)具有两个基本竖直的侧壁(9)，每个侧壁(9)是相邻的收集室(3)的壁。因此，分离室(2)和收集室(3)共用竖直的侧壁(9)。每个分离室(2)在分离室的上部区域(2a)中具有分离室入口(27)，其限定了与中央提升管反应器出口(5)接近并且与中央提升管反应器出口(5)流体连通的区域。分离室入口(27)限定分离室(2)的用于裂化气体和固体颗粒进入的区域。分离室(2)还包括分离室偏转器(8)，裂化气体和固体颗粒(例如废催化剂)经过该分离室偏转器。分离室偏转器(8)是传统的偏转器，其将使用在用于裂化碳氢化合物的装置中并且位于由分离室入口(27)限定的区域的底部附近。中央提升管反应器出口(5)形成在中央提升管反应器入口(26)远端的中央提升管反应器(4)末端处的区域中，并且为来自中央提升管反应器(4)的裂化气体和固体颗粒提供出口并且与分离室入口(27)流体连通。分离室入口(27)可以是例如中央提升管反应器(4)的壁中与中央提升管反应器出口(5)连通的开口。
每个腔室的竖直侧壁(9)在分离室偏转器(8)下方具有侧向出口(10)，即开口或窗口。侧向出口(1)使得来自分离室(2)的裂化气体和小部分固体颗粒(例如，废催化剂)与相邻的收集室(3)连通。
如图1所示，收集室(3)具有收集室外壁(14)，收集室外壁(14)包括汽提气体入口窗(15)。汽提气体入口窗口(15)使来自位于下部汽提塔床区域(29)中(通常在汽提塔床(12)下方)的至少一个汽提气体喷射器(40)的汽提气体，能够进入收集室(3)。此外，每个收集室(3)具有收集室底板(16)，收集室底板(16)与收集室外壁(14)、竖直侧壁(9)以及中央提升管反应器(4)一起限定收集室(3)。
另外，每个收集室(3)在收集室的上部区域(3a)中具有至少一个收集室导管(17)，用于从收集室(3)中排出裂化的气体和小部分夹带的固体颗粒到气体出口收集器(18)。收集室导管(17)可以是例如中央提升管反应器(4)的壁中与气体出口收集器(18)连通的开口。
在图1中，反应容器(100)在反应容器(100)的上部第二级分离器区域(29a)中具有与气体出口收集器(18)连通的至少一个第二级分离器(28)。第二级分离器(28)从气体出口收集器(18)接收裂化气体和少量夹带的固体颗粒。此外，第二级分离器(28)包括至少一个用于排出裂化气体的气体排出管道(32)以及至少一个料腿(30)和料腿出口(31)。料腿(30)将分离的固体颗粒返回到反应容器(100)的下部汽提塔床区域(29)。气体排出管道(32)与气体收集器(33)流体连通，气体收集器(33)具有气体出口(35)，该气体出口(35)从反应容器(100)排出裂化气体。
可选择地，所述至少一个第二级分离器(28)可以在反应容器(100)的外部(未示出)，并且从气体出口收集器(18)接收裂化气体和少量夹带的固体颗粒。外部第二级分离器(28)包括至少一个气体排出管道(32)，气体排出管道(32)用于排出裂化气体以进行进一步处理。外部第二级分离器(28)进一步包括至少一个料腿(30)，该料腿(30)具有料腿出口(31)，料腿出口(31)通过反应容器(100)中的端口(未示出)延伸到反应容器(100)中，用于将分离的固体颗粒返回到反应容器(100)的下部汽提塔床区域(29)。
分离室(2)具有分离室外壁(11)，分离室外壁(11)从由分离室入口(27)限定的区域的顶部朝向下部汽提塔床区域(29)延伸并且与侧向竖直壁(9)一起延伸，中央提升管反应器(4)在分离室的下部区域(2b)形成分离室出口(36)。分离室出口(36)与共用的催化剂出口区域(37)连通，该共用的催化剂出口区域(37)环绕中央提升管反应器(4)环形地定位。
裂化气体和固体颗粒通过中央反应器提升管出口(5)排出中央提升管反应器(4)，该中央反应器提升管出口(5)与分离室入口(27)流体连通。当裂化气体和固体颗粒进入分离室(2)时，裂化气体和固体颗粒通过分离室偏转器(8)上面的离心流动结构分离。由于在通过分离室(2)的上部期间流动方向的变化，存在施加在固体颗粒上的惯性效应。裂化气体和催化剂颗粒的流动变化通过其进入分离室(2)并且在分离室偏转器(8)上面移动来实现。
在一个实施方案中，提升管反应器流出物(即裂化气体和固体颗粒)沿具有基本平坦的竖直壁的中央提升管反应器(4)向上行进，并且在靠近分离室入口(27)的分离室偏转器(8)上面以大约90°的角度(34)排空中央提升管反应器出口(5)，参见例如图4A。裂化气体和固体颗粒在遇到分离室偏转器(8)和分离室外壁(11)时开始分离，分离室外壁(11)朝向下部汽提塔床区域(29)弯曲。
在图1中可以注意到，共用的催化剂出口区域(37)包括共用的催化剂区域壁(38)，该共用的催化剂区域壁(38)从分离室外壁(11)和收集室外壁(14)延伸，分离室出口(36)开始于所述分离室外壁(11)，收集室外壁(14)朝向下部汽提塔床区域(29)与收集室底板(16)连接。共用的催化剂区域壁(38)也围绕中央提升管反应器(4)周向地延伸，因此围绕共用的催化剂出口区域(37)。实质上，共用的催化剂区域壁(38)从分离室外壁(11)和收集室底板(16)以环形方式围绕中央提升管反应器(4)延伸。因此，来自每个分离室出口(36)的固体颗粒分布到共用的催化剂出口区域(37)中，该共用的催化剂出口区域(37)用作“单个料腿”，用于将固体颗粒排出到下部汽提塔床区域(29)中的汽提塔床(12)。
以这种方式，夹带少量碳氢化合物蒸汽的大部分固相从每个分离室(2)经由共用的催化剂出口区域(37)流到下部汽提塔床区域(29)。因此，分离室出口(36)在收集室底板(16)下方和共用的催化剂出口区域(37)内彼此连通。
为了使分离的催化剂(即固体颗粒)与催化剂汽提塔床(12)上方的共用的催化剂出口区域(37)和下部汽提塔床区域(29)中的汽提气体紧密地接触，在料腿出口开口下方的提升管反应器(4)周围形成的料腿偏转器(22)可以用于加强汽提气体与从分离室(2)向下流入到共用的催化剂出口区域(37)(即，单个料腿)的固体颗粒的混合。另外，在料腿部分的催化剂床上方可以使用单个或多个挡板(21a和/或21b)或带孔和不带孔的挡板，所述单个或多个挡板(21a和/或21b)或带孔和不带孔的挡板附接到提升管反应器(4)和/或共用的催化剂区域壁(38)，以减少催化剂从床催化剂床中的二次夹带。具体而言，所要求保护的装置中的挡板(21a和/或21b)使沿壁向下流动的分离的催化剂的动量偏转并且使它们重新定向，从而降低二次夹带分离的催化剂颗粒的可能性。发明人认为所要求保护的装置包括各种类型的并且位于最佳位置的料腿偏转器和/或挡板，以提供上述益处。
用于引入汽提气体(例如但不限于氮气或蒸汽或燃料气体或轻质碳氢化合物蒸汽)以促进包含在催化剂颗粒的孔内的液体或气态碳氢化合物的解吸的汽提气体喷射器(40)位于挡板装置(21a和/或21b)或料腿偏转器(22)下方并且位于共用的催化剂出口区域(37)以及汽提塔床(12)下方。用于引入汽提气体的汽提气体喷射器(40)不受限制，并且可以是本领域已知的任何气体喷射装置。
如果该装置用于一种工艺，例如真空汽油的FCC裂化(当然，其它含碳氢化合物原料也可用于本发明，例如但不限于本领域技术人员所熟知的石脑油、常压汽油、循环油和残油)，在中央提升管反应器(4)中的停留时间为约0.1秒至约10秒，在另一个实施方案中，为约1.5秒至约2.5秒。
根据一个实施方案，提升管出口温度可以为约900°F至约1090°F和更高，并且在另一个实施方案中为约950°F至约1050°F。在一个实施方案中，中央提升管反应器(4)中的压力范围从约几psig(磅力/平方英寸表压)到约30psig和更高，在另一个实施方案中范围从约10psig至约30psig。通常，流化催化裂化中央提升管反应器(4)中的压力范围在15psig至35psig之间，25psig是常规压力。
图2示出了用于从中央提升管反应器中分离气态混合物和颗粒流，以裂化碳氢化合物进料的装置的实施方案。更具体地，图2示出了一个实施方案，其中中央提升管反应器出口(5)包括提升管出口锥形凹形偏转器(20)和提升管出口弯曲表面(42)，所述提升管出口弯曲表面(42)弧形地远离中央提升管反应器(4)的纵向轴线，并且延伸到每个分离室(2)的分离室偏转器(8)并且与每个分离室(2)的分离室偏转器(8)连通。同时，提升管出口弯曲表面(42)、提升管出口锥形凹形偏转器(20)、分离室外壁(11)的弯曲形状和分离室偏转器(8)从中央提升管反应器(4)内提供独特的基本上180°的轮廓到分离室(2)的每一个中。
提升管出口弯曲表面(42)(参见，例如图4C)从中央提升管反应器(4)内引发裂化气体和固体颗粒基本上180°的方向变化。分离室偏转器(8)朝向下部汽提塔床区域(29)弯曲，并且与提升管出口弯曲表面(42)一起完成裂化气体和固体颗粒的基本上180°的方向变化。独特的轮廓为裂化气体和固体颗粒进入每一个分离室(2)提供平滑的180°转向，并且最小化中央提升管反应器出口(5)处的流动湍流。
提升管出口锥形凹形偏转器(20)位于中央提升管反应器出口(5)的中央，并且提升管出口锥形凹形偏转器(20)的顶点(25)朝向中央提升管反应器入口(26)向下指向中央提升管反应器(4)。提升管出口锥形凹形偏转器(20)的外观特征在图2中示出为弧形地远离顶点(25)以及中央提升管反应器(4)和中央提升管反应器入口(26)的纵向轴线。提升管出口锥形凹形偏转器(20)延伸到每一个分离室入口(27)的上部区域(27a)，以便于改变裂化气体和固体颗粒的方向和流动，从而在它们仍在中央提升管反应器出口(5)中的时候，排空中央提升管反应器(4)。非限制性地，设想其他中央提升管反应器出口(5)偏转器形状，用于促进裂化气体和固体颗粒从中央提升管反应器出口(5)流出的方向和流动的改变，只要该形状最小化中央提升管反应器出口内的湍流状态(5)即可。中央提升管反应器出口(5)偏转器形状是环形的，但是可以使用其他光滑表面。例如，非限制性形状包括椭圆形和旋转的轮廓、扁平环面以及有利于气体和固体颗粒从中央提升管反应器出口(5)均匀流动到分离室入口(27)的角度形状三角形、五角形或六角形金字塔形状。
类似于图1、图2示出了具有下部汽提塔床区域(29)的反应容器(100)、上部第二级分离器区域(29a)、中央提升管反应器(4)，所述中央提升管反应器(4)在一端处包括用于接收碳氢化合物进料和颗粒流的中央提升管反应器入口(26)以及在相对端处包括用于排空裂化气体和固体颗粒的混合物的至少一个中央提升管反应器出口(5)。
在图2中，提升管终端装置(RTD)(即分离容器(1))具有分离室(2)和收集室(3)，它们以交替方式围绕中央提升管反应器(4)在轴向上分布并且靠近中央提升管反应器出口(5)。图2中所示装置的另一个实施方案是汽提气体入口(39)，汽提气体入口(39)位于收集室导管(17)的远端，收集室导管(17)使汽提气体能够进入汽提室(3)。汽提气体入口(39)由收集室外壁(14)形成，收集室外壁(14)从收集室导管(17)延伸并且与竖直侧壁(9)和中央提升管反应器(4)一起限定汽提气体入口(39)。通过位于下部汽提塔床区域(29)中的汽提气体喷射器(40)提供汽提气体。
如图1中所示，图2的分离室偏转器(8)位于由分离室入口(27)限定的区域的底部附近，并且朝向下部汽提塔床区域(29)延伸。每个腔室的竖直侧壁(9)在分离室偏转器(8)下方具有侧向出口(10)，使得裂化气体和来自分离室(2)的一小部分固体颗粒与相邻的收集室(3)连通。每个收集室(3)在收集室的上部区域(3a)中具有至少一个收集室导管(17)，收集室导管(17)与气体出口收集器(18)连通。裂化气体和一小部分固体颗粒从收集室(3)排出到气体出口收集器(18)。
在图2中，每个分离室(2)进一步包括分离室外壁(11)，分离室外壁(11)从分离室入口(27)朝向下部汽提塔床区域(29)延伸，并且与侧向竖直壁(9)和中央提升管反应器(4)一起在分离室(2b)的位于汽提气体入口(39)的远端的下部区域处形成分离室出口(36)，固体颗粒从汽提气体入口(39)被排出到下部汽提塔床区域(29)。因此，图2的分离容器(1)包括多个料腿，因为每个分离室(2)提供料腿以将固体颗粒排出到下部汽提塔床区域(29)和汽提塔床(12)。图2中呈现的实施方案包括在反应容器(100)的上部第二级分离器区域(29a)中的与气体出口收集器(18)连通的至少一个第二级分离器(28)。第二级分离器(28)从气体出口收集器(18)接收裂化气体和少量夹带的固体颗粒。此外，第二级分离器(28)包括至少一个用于排出裂化气体的气体排出管道(32)和至少一个料腿(30)以及料腿出口(31)。料腿(30)将分离的固体颗粒返回到反应容器(100)的下部汽提塔床区域(29)。气体排出管道(32)与气体收集器(33)流体连通，气体收集器(33)具有气体出口(35)，该气体出口(35)从反应容器(100)排出裂化气体。
如上面更充分地描述的，至少一个第二级分离器(28)可以在反应容器(100)的外部(未示出)，至少一个料腿(30)具有料腿出口(31)，料腿出口(31)通过反应容器(100)中的端口(未示出)延伸到反应容器(100)中，以将分离的固体颗粒返回到反应容器(100)的下部汽提塔床区域(29)。
图3示出了用于从中央提升管反应器中分离气态混合物和颗粒流的装置，其中反应容器(100)包括下部汽提塔床区域(29)和上部第二级分离器区域(29a)。中央提升管反应器(4)在一端处包括用于接收碳氢化合物进料和颗粒流的中央提升管反应器入口(26)，在相对端处包括用于排出裂化气体和固体颗粒的混合物的至少一个中央提升管反应器出口(5)。提升管终端装置(RTD)(即分离容器(1))以交替方式将至少一个分离室(2)和至少一个收集室(3)轴向地放置在中央提升管反应器(4)周围并且接近中央提升管反应器出口(5)。
在图3中，中央提升管反应器出口(5)具有提升管出口弯曲表面(42)，该提升管出口弯曲表面(42)弧形地远离中央提升管反应器(4)的纵向轴线并且延伸到每个分离室(2)的分离室偏转器(8)并且与每个分离室(2)的分离室偏转器(8)连通，以引发裂化气体和固体颗粒的基本上180°的方向变化。分离室偏转器(8)朝向下部汽提塔床区域(29)弯曲，并且与提升管出口弯曲表面(42)一起完成裂化气体和固体颗粒的180°的方向变化。
图3中的中央提升管反应器出口(5)还包括具有顶点(25)的提升管出口锥形凹形偏转器(20)。提升管出口锥形凹形偏转器(20)位于中央提升管反应器出口(5)的中央，并且提升管出口锥形凹形偏转器(20)的顶点(25)朝向中央提升管反应器入口(26)向下指向中央提升管反应器(4)。如上面更充分描述的，提升管出口弯曲表面(42)、提升管出口锥形凹形偏转器(20)、分离室外壁(11)的弯曲形状和分离室偏转器(8)从中央提升管反应器(4)内提供独特的基本上180°的轮廓到分离室(2)的每一个中。
在图3中，提升管出口锥形凹形偏转器(20)弧形地远离顶点(25)以及中央提升管反应器(4)和中央提升管反应器入口(26)的纵向轴线。提升管出口锥形凹形偏转器(20)延伸到每一个分离室入口(27)的上部区域(27a)，以便于改变裂化气体和固体颗粒的方向和流动，从而在它们仍在中央提升管反应器出口中的时候，排空中央提升管反应器(4)。
类似于图1和图2，图3的分离室(2)具有两个基本竖直的侧壁(9)，所述两个基本竖直的侧壁(9)也是相邻的收集室(3)的壁。每个腔室壁(9)中的至少一个在分离室偏转器(8)下方具有至少一个侧向出口(10)，使得裂化气体和来自分离室(2)的一小部分固体颗粒与相邻的收集室(3)连通。每个分离室(2)在分离室的上部区域(2a)中具有分离室入口(27)，分离室入口(27)与用于接收裂化气体和固体颗粒的中央提升管反应器出口(5)连通。
在图3中，每个收集室(3)具有收集室外壁(14)，收集室外壁(14)包括汽提气体入口窗口(15)，以使汽提气体能够进入收集室(3)。汽提气体由下部汽提塔床区域(29)附近的至少一个汽提气体喷射器(40)提供。收集室底板(16)与收集室外壁(14)、竖直侧壁(9)以及中央提升管反应器(4)一起限定收集室(3)。收集室(3)在收集室的上部区域(3a)中具有至少一个收集室导管(17)，用于排出裂化的气体和小部分固体颗粒到气体出口收集器(18)。
在图3中，每个分离室(2)具有分离室外壁(11)，分离室外壁(11)从分离室入口(27)朝向下部汽提塔床区域(29)延伸，并且与侧向竖直壁(9)和中央提升管反应器(4)一起在分离室(2b)的位于分离室入口(27)的远端并且与共用的催化剂出口区域(37)连通的下部区域处形成分离室出口(36)。共用的催化剂出口区域(37)(即排出口)围绕中央提升管反应器(4)环形地定位，并且共用的催化剂出口区域(37)具有共用的催化剂区域壁(38)。
在图1和图3中，共用的催化剂区域壁(38)从靠近分离室出口(36)的分离室外壁(11)和靠近收集室壁底板(16)的收集室外壁(14)朝向下部汽提塔床区域(29)延伸，并且周向地环绕中央提升管反应器(4)。共用的催化剂区域壁(38)限定了共用的催化剂出口区域(37)的将固体颗粒引导到下部汽提塔床区域(29)的区域。如图1的实施方案中所述，来自每个分离室出口(36)的固体颗粒分布到共用的催化剂出口区域(37)中，共用的催化剂出口区域(37)作为用于将固体颗粒排出到下部汽提塔床区域(29)中的汽提塔床(12)的“单个料腿”。
多个分离室(2)具有通向共用的催化剂出口区域(37)的出口，该出口基本上提供单个料腿，平衡来自中央提升管反应器出口(5)的每个分离室入口(27)之间的裂化气体和固体催化剂颗粒的流动。
在图3中，反应容器(100)进一步包括在上部第二级分离器区域(29a)中的至少一个第二级分离器(28)，所述至少一个第二级分离器(28)与用于接收裂化气体和少部分固体颗粒的气体出口收集器(18)连通。第二级分离器(28)具有至少一个气体排出管道(32)，至少一个气体排出管道(32)与用于排出裂化气体的气体收集器(33)连通。气体收集器(33)包括用于从反应容器(100)中排出裂化气体的气体出口(35)。第二级分离器(28)还具有至少一个料腿(30)，该料腿(30)具有延伸到下部汽提塔床区域(29)中的料腿出口(31)，用于将分离的固体返回到反应容器(100)的下部汽提塔床区域(29)。
如前所述，第二级分离器(28)可以在外部与反应容器(100)相适应，反应容器(100)与用于进一步处理裂化气体和分离固体颗粒的适当装置连接。
图4A是分离容器(1)的截面图，示出了中央提升管反应器出口(5)将裂化气体和固体颗粒分配到两个分离室(2)中。裂化气体和固体颗粒通过与分离室入口(27)连通的中央提升管反应器出口(5)进入分离室(2)并且通过分离室偏转器(8)。裂化气体和固体颗粒以90°角度(34)从中央提升管反应器出口(5)离开中央提升管反应器(4)。当裂化气体和固体颗粒进入分离室入口(27)时，裂化气体和固体颗粒朝向共用的催化剂出口区域(37)向下转向，任选地在挡板(21a和/或21b)上或具有孔的挡板上或料腿偏转器(22)上，以减少催化剂在行进至下部汽提塔床区域(29)(未示出)的途中从下方二次夹带。另外，图4A提供了中央提升管反应器出口(5)的截面视图，并且在该实施方案中，中央提升管反应器出口(5)终止于中央提升管反应器(4)的与中央上升反应器入口(26)相对的端部。图4A中的中央提升管反应器出口(5)包括用垂直于流化裂化气体和固体颗粒的表面(即，与中央提升管反应器(4)相似或相同的材料)“盖住”或使中央提升管反应器(4)终止的区域。中央提升管反应器出口(5)与每个分离室(27)流体连通。
图4B是分离容器(1)的横截面图，示出了从侧向出口(10)进入到两个收集室(3)中的裂化气体和固体颗粒的分布，以及进入收集室(3)的汽提气体入口窗口(15)的汽提气体和进入气体出口收集器(18)的气体和部分固体颗粒。形成单个料腿的共用的催化剂出口区域(37)将固体颗粒引导至下部汽提塔床区域(29)。另外，图4B提供了中央提升管反应器出口(5)的截面视图，并且在该实施方案中，中央提升管反应器出口(5)包括具有顶点(25)的提升管出口锥形凹形偏转器(20)。提升管出口锥形凹形偏转器(20)延伸到每个分离室入口(27)(未示出)并与每个分离室入口(27)流体连通，以提供平滑的180°转向。这样，当中央提升管反应器出口(5)被与图4A所示的表面垂直的平面“盖住”或者终止时，提升管出口锥形凹形偏转器(20)改善了在中央提升管反应器出口(5)中产生的裂化气体和固体颗粒流的湍流。
图4C是分离容器(1)的截面图，示出了中央提升管反应器出口(5)，该中央提升管反应器出口(5)具有提升管出口弯曲表面(42)(与图4A的中央提升管反应器(5)区域之外的直角90°相反)，该提升管出口弯曲表面(42)弧形地远离中央提升管反应器(4)的纵向轴线并且延伸到分离室偏转器(8)。在该实施方案中，中央提升管反应器出口(5)还包括提升管出口锥形凹形偏转器(20)，提升管出口锥形凹形偏转器(20)具有顶点(25)，该顶点(25)将裂化气体和固体颗粒分配到分离室(2)中。裂化气体和固体颗粒从中央提升管反应器以平滑的180°转向到每个分离室(2)中，向下至形成单个料腿的共用的催化剂出口区域(37)，将固体颗粒引导至下部汽提塔床区域(29)。
预示的例子
可以用以下预示性实施方案进一步描述本发明的实施方案。尽管模拟示例涉及特定实施方案，但是不应将其视为在任何特定方面限制本发明。
图5中的曲线图表示计算流体动力学(“CFD”)模拟结果。CFD模拟广泛用于模拟气体和/或固体液体流场流动，并且用于模拟来自流化催化裂化器的提升管反应器的蒸汽/催化剂的流动，所述流化催化裂化器的提升管反应器连接到本文所述的分离容器。
图5中呈现的图是模拟的CFD结果，其显示了本发明的具有挡板的当前要求保护的提升管分离系统(或提升管终端装置“RTD”)的分离效率的百分比增加，在提升管顶部处的轮廓包括：延伸到分离室偏转器的提升管出口弯曲表面，以及现有技术的提升管分离系统上具有90°提升管出口排放口的提升管出口锥形凹形偏转器。两个提升管分离系统都使用具有单独的料腿的分离室。使用相同的商业操作条件模拟本申请的提升管分离系统和现有技术的提升管分离系统。结果清楚地表明，用目前要求保护的提升管分离系统改善了蒸汽催化剂分离效率并且减少了催化剂流动震动。
本文公开的各种实施方案，例如“单个料腿”，提升管出口锥形凹形偏转器以及提升管出口弯曲表面可以单独使用或组合使用在本发明中高度紧凑的提升管分离系统中，即分离容器中。提升管分离系统可以使用提升管分离系统外部的第二级分离系统，或者提升管分离系统和第二级分离系统可以包含在反应容器内。本文公开的提升管分离系统能够实现高效的分离效率，由于设备的改进的紧凑性，最大限度地容纳和快速排出分离的碳氢化合物。
从前面的描述中，本领域技术人员可以容易地确定本发明的基本特征，并且在不脱离其精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种改变和修改以使其适应各种用途和条件。

Claims (29)

1.一种用于从颗粒流中分离气态混合物的装置，所述颗粒流从中央提升管反应器进入，所述中央提升管反应器用于裂化具有所述颗粒流的碳氢化合物进料，所述装置包括：
反应容器，其包括下部汽提塔床区域以及上部第二级分离器区域、中央提升管反应器，所述中央提升管反应器在一端处包括用于接收碳氢化合物进料和颗粒流的中央提升管反应器入口，在相对端处包括用于排出裂化气体和固体颗粒的混合物的至少一个中央提升管反应器出口；
分离容器，其以交替的方式包括至少一个分离室和至少一个收集室，所述至少一个分离室和至少一个收集室围绕中央提升管反应器轴向地分布，并且靠近用于分离裂化气体和固体颗粒的中央提升管反应器出口；
每个分离室包括两个基本上竖直的侧壁，所述两个基本上竖直的侧壁还包括相邻的收集室的壁、分离室入口、分离室偏转器；所述分离室入口在分离室的与中央提升管反应器出口连通的上部区域中，以用于接收裂化气体和固体颗粒；裂化气体和颗粒经过所述分离室偏转器，分离室偏转器靠近分离室入口，并且每个腔室的至少一个竖直侧壁包括在分离室偏转器下方的侧向出口，使得来自分离室的裂化气体和一小部分固体颗粒能够与相邻的收集室连通；
每个收集室包括收集室外壁，该收集室外壁包括汽提气体入口窗口、收集室底板以及至少一个收集室管道；所述汽提气体入口窗口使来自靠近下部汽提塔床区域的至少一个汽提气体喷射器的汽提气体能够进入收集室；所述收集室底板与收集室外壁、竖直的侧壁以及中央提升管反应器一起限定收集室；所述至少一个收集室管道在收集室的上部区域中，用于将裂化气体和一小部分固体颗粒从收集室排出到气体出口收集器；
每个分离室进一步包括分离室外壁，所述分离室外壁从分离室入口朝向下部汽提塔床区域延伸，并且与侧向竖直壁和中央提升管反应器一起在分离室的下部区域处形成分离室出口，所述分离室与围绕中央提升管反应器环形地定位的共用的催化剂出口区域连通，共用的催化剂出口区域包括共用的催化剂区域壁，共用的催化剂区域壁从靠近分离室出口的分离室外壁和靠近收集室壁底板的收集室外壁朝向下部汽提塔床区域延伸，并且周向地环绕中央提升管反应器，以将固体颗粒引导到下部汽提塔床区域；反应容器进一步包括上部第二级分离器区域中的至少一个第二级分离器，第二级分离器与用于接收裂化气体和一小部分固体颗粒的气体出口收集器连通，第二级分离器包括与用于排出裂化气体的气体收集器连通的至少一个气体排出管道，该气体收集器包括用于从反应容器中排出裂化气体的气体出口以及至少一个料腿，所述料腿具有延伸到下部汽提塔床区域的料腿出口，用于将分离的固体颗粒返回到反应容器的下部汽提塔床区域。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述共用的催化剂出口区域进一步包括至少一个挡板和/或至少一个偏转器。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，至少一个挡板和/或至少一个偏转器包括孔。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个第二级分离器在所述反应容器外部，并且所述第二级分离器包括至少一个气体排出管道和至少一个料腿，所述气体排出管道用于排出所述裂化气体，所述料腿具有通过反应容器中的端口延伸到反应容器中的料腿出口，用于将分离的固体颗粒返回到反应容器的下部汽提塔床区域。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述固体颗粒是FCC催化剂。
6.一种用于从颗粒流中分离气态混合物的装置，所述颗粒流从中央提升管反应器进入，所述中央提升管反应器用于裂化具有所述颗粒流的碳氢化合物进料，所述装置包括：
反应容器，其包括下部汽提塔床区域以及上部第二级分离器区域、中央提升管反应器，所述中央提升管反应器在一端处包括用于接收碳氢化合物进料和颗粒流的中央提升管反应器入口，在相对端处包括用于排出裂化气体和固体颗粒的混合物的至少一个中央提升管反应器出口；
分离容器，其以交替的方式包括至少一个分离室和至少一个收集室，所述至少一个分离室和至少一个收集室围绕中央提升管反应器轴向地分布，并且靠近用于分离裂化气体和固体颗粒的中央提升管反应器出口；每个分离室包括两个基本上竖直的侧壁，所述两个基本上竖直的侧壁还包括相邻的收集室的壁、分离室入口、分离室偏转器，所述分离室入口在分离室的与中央提升管反应器出口连通的上部区域中，以用于接收裂化气体和固体颗粒；分离室偏转器朝向裂化气体和固体颗粒所经过的下部汽提塔床区域弧形地远离中央提升管反应器的纵向轴线，分离室偏转器靠近分离室入口，并且每个腔室的至少一个竖直侧壁包括在分离室偏转器下方的侧向出口，使得来自分离室的裂化气体和一小部分固体颗粒能够与相邻的收集室连通；
所述中央提升管反应器出口进一步包括提升管出口弯曲表面和提升管出口锥形凹形偏转器，提升管出口弯曲表面弧形地远离中央提升管反应器的纵向轴线并且延伸到每个分离室的分离室偏转器，以引发裂化气体和固体颗粒的基本上180°的方向变化，将中央提升管反应器排空，所述裂化气体和固体颗粒通过中央提升管反应器出口和分离室入口进入到每个分离室中；所述提升管出口锥形凹形偏转器具有顶点，所述顶点靠近中央提升管反应器出口的中央并且指向中央提升管反应器入口，从顶点开始，提升管出口锥形凹形偏转器弧形地远离中央提升管反应器的纵向轴线，所述中央提升管反应器延伸到每个分离室入口的上部区域并且与每个分离室入口的上部区域连通，促进排空中央提升管反应器的裂化气体和固体颗粒的方向改变；
每个收集室包括至少一个收集室管道和收集室外壁，所述收集室管道在收集室的上部区域中，与用于从收集室排出裂化气体和一小部分固体颗粒的气体出口收集器连通；所述收集室外壁从收集室管道延伸并且与竖直侧壁和中央提升管反应器一起限定汽提气体入口，以使汽提气体能够从靠近下部汽提塔床区域的至少一个汽提气体喷射器进入收集室；
每个分离室进一步包括分离室外壁，所述分离室外壁从分离室入口朝向下部汽提塔床区域延伸，并且与侧向竖直壁和中央提升管反应器一起在分离室的下部区域处限定分离室和分离室出口，固体颗粒从所述分离室的下部区域排出到下部汽提塔床区域；
反应容器进一步包括至少一个第二级分离器，所述至少一个第二级分离器在上部第二级分离器区域中，与用于接收裂化气体和少部分固体颗粒的气体出口收集器连通，所述第二级分离器包括至少一个气体排出管道和至少一个料腿，所述气体排出管道与用于排出裂化气体的气体收集器连通，所述气体收集器包括用于从反应容器中排出裂化气体的气体出口，所述料腿具有料腿出口，料腿出口延伸到下部汽提塔床区域，用于将分离的固体返回到反应容器的下部汽提塔床区域中。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述反应器容器进一步包括在所述分离室出口上方的至少一个挡板和/或偏转器。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述挡板和/或偏转器包括孔。
9.根据权利要求6所述的装置，其中，所述至少一个第二级分离器在所述反应容器外部，并且所述第二级分离器包括至少一个气体排出管道和至少一个料腿，所述气体排出管道用于排出所述裂化气体，所述料腿具有通过反应容器中的端口延伸到反应容器中的料腿出口，用于将分离的固体颗粒返回到反应容器的下部汽提塔床区域。
10.根据权利要求6所述的装置，其中，所述固体颗粒是FCC催化剂。
11.一种用于从颗粒流中分离气态混合物的装置，所述颗粒流从中央提升管反应器进入，所述中央提升管反应器用于裂化具有所述颗粒流的碳氢化合物进料，所述装置包括：
反应容器，其包括下部汽提塔床区域以及上部第二级分离器区域、中央提升管反应器，所述中央提升管反应器在一端处包括用于接收碳氢化合物进料和颗粒流的中央提升管反应器入口，在相对端处包括用于排出裂化气体和固体颗粒的混合物的至少一个中央提升管反应器出口；
分离容器，其以交替的方式包括至少一个分离室和至少一个收集室，所述至少一个分离室和至少一个收集室围绕中央提升管反应器轴向地分布，并且靠近用于分离裂化气体和固体颗粒的中央提升管反应器出口；每个分离室包括两个基本上竖直的侧壁，所述两个基本上竖直的侧壁还包括相邻的收集室的壁、分离室入口、分离室偏转器，所述分离室入口在分离室的与中央提升管反应器出口连通的上部区域中，以用于接收裂化气体和固体颗粒；分离室偏转器朝向裂化气体和固体颗粒所经过的下部汽提塔床区域弧形地远离中央提升管反应器的纵向轴线，分离室偏转器靠近分离室入口，并且每个腔室的至少一个竖直侧壁包括在分离室偏转器下方的侧向出口，使得来自分离室的裂化气体和一小部分固体颗粒能够与相邻的收集室连通；
所述中央提升管反应器出口进一步包括提升管出口弯曲表面和提升管出口锥形凹形偏转器，提升管出口弯曲表面弧形地远离中央提升管反应器的纵向轴线并且延伸到每个分离室的分离室偏转器，以引发裂化气体和固体颗粒的基本上180°的方向变化，将中央提升管反应器排空，所述裂化气体和固体颗粒通过中央提升管反应器出口和分离室入口进入到每个分离室中；所述提升管出口锥形凹形偏转器具有顶点，所述顶点靠近中央提升管反应器出口的中央并且指向中央提升管反应器入口，从顶点开始，提升管出口锥形凹形偏转器弧形地远离中央提升管反应器的纵向轴线，所述中央提升管反应器延伸到每个分离室入口的上部区域并且与每个分离室入口的上部区域连通，促进排空中央提升管反应器的裂化气体和固体颗粒的方向改变；
每个收集室包括收集室外壁，该收集室外壁包括收集气体入口窗口、收集室底板以及至少一个收集室管道，所述收集气体入口窗口使来自从靠近下部汽提塔床区域的至少一个汽提气体喷射器的汽提气体能够进入收集室；所述收集室底板与收集室外壁、竖直的侧壁以及中央提升管反应器一起限定收集室；所述至少一个收集室管道在收集室的上部区域中，用于将裂化气体和一小部分固体颗粒从收集室排出到气体出口收集器；
每个分离室进一步包括分离室外壁，分离室外壁从分离室入口朝向下部汽提塔床区域延伸，并且与侧向竖直壁和中央提升管反应器一起在分离室的与共用的催化剂出口区域连通的下部区域处形成分离室出口，所述共用的催化剂出口区域围绕中央提升管反应器环形地定位，所述共用的催化剂出口区域包括共用的催化剂区域壁，共用的催化剂区域壁从靠近分离室出口的分离室外壁和靠近收集室壁底板的收集室外壁朝向下部汽提塔床区域延伸，并且周向地环绕中央提升管反应器，以将固体颗粒引导到下部汽提塔床区域；
反应容器进一步包括至少一个第二级分离器，所述至少一个第二级分离器在上部第二级分离器区域中，与用于接收裂化气体和少部分固体颗粒的气体出口收集器连通，所述第二级分离器包括至至少一个气体排出管道和至少一个料腿，所述气体排出管道与用于排出裂化气体的气体收集器连通，所述气体收集器包括用于从反应容器中排出裂化气体的气体出口，所述料腿具有料腿出口，料腿出口延伸到下部汽提塔床区域，用于将分离的固体返回到反应容器的下部汽提塔床区域中。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述共用的催化剂出口区域进一步包括至少一个挡板和/或至少一个偏转器。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述至少一个挡板和/或所述至少一个偏转器包括孔。
14.根据权利要求11所述的装置，其中，所述至少一个第二级分离器在所述反应容器外部，并且所述第二级分离器包括至少一个气体排出管道和至少一个料腿，所述气体排出管道用于排出所述裂化气体，所述料腿具有通过反应容器中的端口延伸到反应容器中的料腿出口，用于将分离的固体颗粒返回到反应容器的下部汽提塔床区域。
15.根据权利要求11所述的装置，其中，所述固体颗粒是FCC催化剂。
16.一种利用权利要求1的装置分离气态混合物和颗粒流的方法。
17.一种利用权利要求6的装置分离气态混合物和颗粒流的方法。
18.一种利用权利要求11的装置分离气态混合物和颗粒流的方法。
19.根据权利要求1所述的装置，其中，所述汽提气体是选自蒸汽、氮气、燃料气体和碳氢化合物蒸汽中的至少一种。
20.根据权利要求1所述的装置，其中，反应器中的温度为约450℃至约750℃。
21.根据权利要求1所述的装置，其中，气态混合物以约9m/s至约26m/s的速度经过反应器。
22.根据权利要求1所述的装置，进一步包括分馏塔，所述分馏塔用于分馏离开所述第二级分离器的气体中所存在的至少一种不同的碳氢化合物馏分。
23.一种将气态混合物与颗粒流分离的方法，所述方法包括在权利要求1的装置中用所述颗粒流裂化碳氢化合物进料的步骤。
24.一种将气态混合物与颗粒流分离的方法，所述方法包括在权利要求6的装置中用所述颗粒流裂化碳氢化合物进料的步骤。
25.一种将气态混合物与颗粒流分离的方法，所述方法包括在权利要求11的装置中用所述颗粒流裂化碳氢化合物进料的步骤。
26.根据权利要求6所述的装置，其中，每个分离室朝向下部汽提塔床区域延伸，以提供料腿，固体颗粒从所述料腿排出到下部汽提塔床区域。
27.根据权利要求1所述的装置，其中，所述固体颗粒是可流化的粉末。
28.根据权利要求6所述的装置，其中，所述固体颗粒是可流化的粉末。
29.根据权利要求11所述的装置，其中，所述固体颗粒是可流化的粉末。
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