CN110769927A - 用于在含有流化介质的室内分配多相混合物的新型装置 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于在含有处于流化状态的重相的反应室（5）内将轻相分配到所述重相中的装置，该装置包括用于输送轻相的管道（1），所述管道（1）为圆柱形并经由在所述管道（1）的侧壁中穿孔的第一和第二矩形开口（7、8）在其上部中开口，第二开口（8）由垂直于反应室（5）的对称轴线的支路（6）延伸，并且管道（1）在其上部处由凸形头部（9）覆盖。

Description

用于在含有流化介质的室内分配多相混合物的新型装置
技术领域
本发明属于改进用于在密相中分配轻相的分配器的设计的范围。一般而言，轻相为气相，而密相为液相，但更一般而言，在流化床的情况下，轻相为气相、气固相或液相，而密相为流化床本身，即分散在气体或液体中的固体颗粒的乳化液。
背景技术
在反应室为流化床的情况下，该流化床含有固相（其可能是或可能不是催化的），该固相在伪流体状态中由气态流体或液态流体、气态流体和液态流体的混合物或包括含有悬浮颗粒的气体或液体的伪流体的通过而保持悬浮，该分配具有维持反应器中固体流化的重要作用。
因此，至关重要的是确保流体相进入反应器时的良好分配。
题为“流化和流体颗粒系统手册”（Yang编辑，2003版）的作品的第6章给出了用于多相系统中的各种分配器的示例。
举例来说，专利US4760779报道了一种用于供应流化床的孔板型分配器。文献US2841476和US3672577给出了配备有安装在每个孔上的保护圆顶以防止固体返回和射流破碎的分配器的示例。
发明内容
本发明的目的是描述一种系统，该系统允许轻流体相分配在含有流化固态或液态相的反应室中，其特征在于比待分配的轻相具有更高的密度。该系统不仅使得可以在引入轻相附近消散速度，而且使得可以将轻相分配在反应器的整个横截面上。
更具体地，根据本发明的系统包括允许将轻流体相带入反应器的管道。导向器布置在该管道的端部处，以将较轻的流体相分配在反应器中的各个径向位置处。
本发明特别适合于轻流体相（气体或气体/液体）在三相沸腾流化床反应器中的分配，在该反应器中，催化剂通过由气体和液体组成的反应流体的混合物流化。
本发明可用于在由多孔板系统组成的分配器的上游在液体中分配轻相。当轻流体为氢气，且当重流体为石油残渣时，本发明特别适合用于在包括三相流化反应器的沸腾床加氢转化反应器中实施。
本发明还特别适于在流化床反应器中在高温下分配气固或气液相。例如在R2R过程中催化剂的分阶段再生的情况中，其中催化剂在流化床反应器中经历第一步燃烧，然后同样在流化床中经历第二步再生，在该流化床中，催化剂需要在第二再生阶段的整个横截面上均匀分配，以便促进燃烧反应并限制温度差。
更一般地，根据本发明的装置可以非限制性地用于以下反应器中：
–用于FCC（流体催化裂化）方法的反应器，
–用于催化剂（例如催化裂化催化剂）再生的反应器，
–包含催化剂流化床的反应器，
–在上升流中运行的加氢处理或加氢裂化反应器，其中，在反应器室底部中引入了两相气体/液体或气体/固体流，
–“浆料”型反应器，
–汽提塔，干燥机，曝气机或加湿器，以及
–催化热解反应器。
附图说明
图1为根据本发明的多相分配装置的轮廓视图。开口（7）和（8）、头部（9）和进料管（2）可在其中辨别；
图2a提供了分配器的更详细的轮廓视图，特别是示出了尺寸E、F和H；
图2b为分配器的从下方看的视图，该视图示出了从开口（8）延伸的支路（6）且示出了凹口（10）；
图2c为根据本发明的分配器的从下面看的视图，其提供了对支路（6）如何组织以及开口（7）和（8）如何交替的更好的理解。在此图中介绍了尺寸A、B、C、D；
图2d为分配器的轮廓视图，该视图示出了开口（8）的高度K和支路（6）的高度L；
图3为从3D仿真得出的可视化图，其使得可以借助于根据现有技术的分配器来监测引入到室中的流体的分散；
图4为从3D仿真得出的可视化图，其使得可以借助于根据本发明的分配器来监测引入到室（5）中的流体的分散；
图3和图4用来说明本文结尾处给出的比较示例。
具体实施方式
现有技术的检查
多相介质中的分配器的领域中的现有技术相当丰富，并且只有最接近的现有技术将作为现有技术，以下列两个文献的形式被采用：
– 专利US 5,571,482描述了使用称为“吊锚冷却器”("cat cooler")的流化床热交换装置在FCC再生器中进行温度控制。该专利简要提到了再生器中上升管顶部的“蘑菇盖”型分配器（第6列/第40行），而未指定其尺寸。
– 专利FR 3,006,607描述了一种适用于H油和FCC工艺的“蘑菇盖”型分配器。该专利要求保护轻相在密相中的分配（气体在液体中或气体在流化床中），其中再次存在一种用于输送待引入的流体的装置，具有主体（6）的盖（5）呈圆顶状，以及偏转装置（14）被构造成将流体引向盖（5）的周边。指定了关键元件的尺寸。与专利FR 3,006,607中描述的装置相比，根据本发明的装置显著改善了反应器中轻相的分配。
本发明的简要说明
本发明可以定义为一种用于在含有处于流化状态中的重相的反应室（5）内将轻相分配到所述重相中的装置。
轻相可以为气体、气固悬浮物或液体，且流化重相可以为气固乳化液，或甚至为三相气固液介质，就像在用于石油馏分的加氢处理的方法中遇到的那种三相气固液介质。
根据本发明的分配装置在其下部中包括用于输送轻相进入反应室（5）中的管道（1），所述管道（1）为圆柱形并且大体上沿着室（5）的对称轴线居中，并经由在所述管道（1）的侧壁中穿孔的第一和第二矩形开口（7、8）在其上部中开口。
开口（7）直接通到反应室（5）的流化介质中，而第二开口（8）由垂直于室（5）的对称轴线的支路（6）延伸，使得可以到达室（5）的周边。
管道（1）在其上部处由凸形头部（9）覆盖，该凸形头部具有沿其下边缘均匀分配的凹口（10），并允许伸出超出所述头部（9）的圆周的支路（6）通过。
第一矩形开口（7）具有宽度B和高度J，即通过横截面B*J，且第二矩形开口（8）具有宽度A和高度K，即通过横截面A*K，其确定方式使得轻相通过第一和第二开口时的速度v在0.3V至20V之间，并且优选地在0.5V至10V之间，V表示所述轻相在管道（1）中的速度。该速度V在1m/s至100m/s之间，且优选地在3m/s至30m/s之间。
第一和第二开口（7、8）交替地布置，并且优选地总数为偶数且数量相同。
头部（9）的直径I通常在0.05G至0.95G之间，优选地在0.2G至0.8G之间，并且仍更优选地在0.25G至0.75G之间，G表示反应室（5）的内径。
从装置的中心O（其与反应室（5）的对称轴线重合）测得的支路（6）的直到其出口端为止的长度D在0.55G至0.48G之间，且支路（6）在其出口端处的高度L在1K至10K之间。
凹口（10）通常为三角形或矩形形状。
当凹口（10）为矩形时，其宽度在0.01F至0.9F之间，且其高度在0.01F至0.9F之间。
当凹口（10）为三角形时，三角形的高度在0.01F至0.9F之间，且三角形的底边在0.01F至0.9F之间。
头部（9）通常在其上圆顶上设置有孔口（11），所述孔口（11）的直径在1至100mm之间，优选地在10至50mm之间。
在用于具有两个再生阶段的催化裂化的方法的背景下，根据本发明的装置可用于将催化剂从第一再生区域转移至第二湍流流化床再生区域。
在用于处理生物质的方法的背景下，根据本发明的装置可以用于将气相或气固悬浮物引入生物质处理反应器的流化介质中。
在用于加氢处理重质石油馏分的方法的背景下，根据本发明的装置可用于将氢引入含有催化剂颗粒和待处理的重烃相的流化介质中。
更一般地，根据本发明的分配装置可以用于：
– 用于流体催化裂化（FCC）工艺的反应器，
– 用于催化剂（例如催化裂化（FCC）催化剂）再生的反应器，
– 包含催化剂流化床的反应器，
– 在上升流中运行的加氢处理或加氢裂化反应器，其中，在反应器室底部引入了两相气体/液体或气体/固体流，
–“浆料”型反应器，
– 汽提塔，干燥机，曝气机或加湿器，以及
– 催化热解反应器。
本发明的详细描述
本发明涉及一种用于在表观密度高于待分配的流体的表观密度的单相或多相流化介质中分配单相或两相流体的装置。轻流体相可以为气体或液体或气固或气液悬浮物或液固悬浮物，其特征在于，悬浮物的密度低于反应室中的密度。本文的其余部分将简称为待分配的轻相。
下面的图1示出了根据本发明的装置的构型。它为一种室（5），例如，其可以为反应器的室或配备有分配装置的再生器的室。
管（1）允许将轻流体相（2）输送到含有密流体相（4）的反应室（5）中。
如果管（1）正在运送多相流，则其优选为竖直的。
优选地，管（1）的最后部分相对于反应室（5）同轴布置。
流体（2）借助于在图1中大致示出并且在图2中更详细示出的分配器（3）被引入室（5）中。
分配装置（3）放置在管道（1）的上端处。流体（2）通过两种类型的开口（7）和（8）被引入室（5）中。
– 类型（7）的开口的宽度为B且高度为J，
– 类型（8）的开口的宽度为A且高度为K，
类型（8）的开口连接到长度为D的支路（6），其端部的宽度为C。
由圆顶头部（9）组成的防溅板布置在管道（1）的顶部处，以使通过开口（7）引入的流体（2）通过经过布置在头部（9）的顶部中的孔口（11）或经过布置在该头部侧壁中的凹口（10）而更好地分配到室（5）的中心部分中。
为了允许流体（2）到达位于头部（9）周围的外围部分，支路（6）（其开口与开口（8）相对应）输送流体经过开口（8）。这些支路（6）经由其宽度为C的出口端将流体（2）分配到环形区域中。
管道（1）中的流体（2）的速度表示为V。
在气体的情况下，速度V在1至100m/s之间，并且优选地在3至30m/s之间。
在气固悬浮物的情况下，气体的速度在3至30m/s之间，并且优选地在6至25m/s之间，且所运送的固体流量在5至1000kg/s/m2之间，优选地在50至600kg/s/m2之间。
开口（7）和（8）的总数优选为偶数，并且将在2至48之间，优选地在4至24之间，并且作为优选，在8至12之间。
开口（8）连接到支路（6）。类型（8）的开口的数量可占开口总数的10％至80％之间，优选地占开口总数的40％至60％之间，并且作为优选，占开口总数的50％。
选择类型（7）开口的尺寸（B，J）和类型（8）开口的尺寸（A，K），以使开口中的流体（2）的速度在0.3V至20V之间，且优选地在0.5V至10V之间，并且作为优选，等于V。
优选地，类型（7）开口的数量等于类型（8）开口的数量，并且开口在管1的周边均匀地交替。
类型（7）开口的尺寸（B，J）可与类型（8）开口的尺寸（A，K）不同。类型（7）开口的表面积和类型（8）开口的表面积与这两种类型的开口之间的流体（2）的期望体积分配成比例。因此，如果头部（9）覆盖反应器（5）的通过横截面的一半，那么经过供应由头部（9）覆盖的横截面的类型（7）开口的流速将等于经过开口（8）和供应周边部分的支路（6）的流速。在具有相同数量的开口（7）和（8）的情况下，两种类型的开口可以具有相似的尺寸。
头部（9）的直径I在0.05G至0.95G之间，优选地在0.2G至0.8G之间，并且仍更优选地在0.65G至0.75G之间。孔（11）的设计、凹口（10）的设计和头部（9）的高度的设计根据文献FR 3 006 607来进行。
支路（6）的上壁优选为水平的。支路（6）的下段优选为开口的，以避免在气体/固体流的情况下出现盐析现象。
侧壁的高度L在1至10K之间，优选地在1至7K之间，并且作为优选，在1.2至3K之间。
为了确保流体（2）主要地经过支路（6）的端部，优选的是用于经过支路所需的动能等于或小于用于使流体（2）流经支路的侧壁所需的势能：
<i>ρ</i><sub><i>4</i></sub><i>gL≥1/2 ρ</i><sub><i>2</i></sub><i>v</i><sup><i>2</i></sup> <i>（a）</i>
v为开口（8）中的流体速度，ρ4为表示为（4）的密流体相的密度，以及ρ2为表示为（2）的待分配的流体相的密度。
由支路形成的通过横截面可为恒定的或可变的。
支路（6）的端部的宽度C在0.1A至10A之间，优选地在0.5A至7A之间，且作为优选，在1至5A之间，A为类型（8）开口的入口处的宽度。
长度E在0至F之间，优选地在0.1至0.9F之间，并且作为优选，在0.2至0.7F之间，F为头部（9）的下部的高度。
E为支路的上段与凹口（10）的底部之间的距离，且F为头部（9）的下部的高度，即更具体地说头部的不含有诸如（11）的孔眼的那部分的高度。
根据本发明的分配装置可以由位于分配器（3）上方或下方的分配环补充，以根据工艺需要引入额外的气体。优选地，所述环（当其存在的时候）位于开口（7）和（8）的最下部下方以促进混合。
根据本发明的示例
下文中的两个示例对应于根据现有技术的一种情况和根据本发明的一种情况。
与轻相相对应的流体（2）被分配到反应室内所含有的更稠密的流化介质中。
一方面根据现有技术并且另一方面根据本发明进行3D CFD仿真，并且可以分别借助于图3和图4可视化。
下表1给出了根据现有技术和根据本发明的分配器的运行条件和尺寸。特定值为在示例中使用的那些值。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表1：根据现有技术和根据本发明的装置的尺寸。
图3和图4分别示出了在根据现有技术的装置（图3）的情况下和根据本发明的装置（图4）的情况下来自入口管（1）的待分配在更高密度流体中的轻相的路径。
利用根据本发明的装置，来自入口管的气体的分配更好，其中大部分反应室（5）被覆盖。流体2占据分配器（3）上方约70％的体积，而对于现有技术的装置为27％。
因此，与现有技术的专利相比，轻相良好地分散并且与密相更有效地相互作用，这改善了反应器的性能。

Claims (12)

1.一种在含有处于流化状态的重相的反应室（5）内用于在所述重相中分配轻相的装置，所述装置在其下部中包括用于输送轻相进入反应室（5）中的管道（1），所述管道（1）为圆柱形并且大体上沿着室（5）的对称轴线居中，并经由在所述管道（1）的侧壁中穿孔的第一和第二矩形开口（7、8）在其上部中开口，第二开口（8）由垂直于反应室（5）的对称轴线的支路（6）延伸，并且管道（1）在其上部处由凸形头部（9）覆盖，所述凸形头部具有沿其下边缘均匀分配的凹口（10），并允许伸出超出所述头部（9）的圆周的支路（6）通过。
2.根据权利要求1所述的用于分配轻相的装置，其中，所述第一开口（7）具有宽度B和高度J，并且第二开口（8）具有宽度A和高度K，其确定方式使得轻相通过第一开口和第二开口时的速度在0.3V至20V之间，且优选地在0.5V至10V之间，V表示所述轻相在管道（1）中的速度。
3.根据权利要求1所述的用于分配轻相的装置，其中，支路（6）的从装置的中心O开始测量的直到其出口端为止的长度D在0.6G至0.95G之间，装置的中心O与反应室（5）的对称轴线重合，G表示反应室（5）的内径，并且支路（6）在其出口端处的高度L在1至10K之间，K表示第二开口（8）的高度。
4.根据权利要求1所述的用于分配轻相的装置，其中，第一开口（7）和第二开口（8）交替地布置，并且优选地总数为偶数，并且优选地数量相同。
5.根据权利要求1所述的用于分配轻相的装置，头部（9）的直径I在0.05G至0.95G之间，优选地在0.2G至0.8G之间，并且仍更优选地在0.25G至0.75G之间，G表示反应室（5）的内径。
6.根据权利要求1所述的用于分配轻相的装置，其中，凹口（10）具有三角形或矩形形状。
7.根据权利要求1所述的用于分配轻相的装置，其中，当凹口（10）为矩形时，其宽度在0.01F至0.9F之间，其高度在0.01F至0.9F之间，F为头部（9）的下部的高度。
8.根据权利要求1所述的用于分配轻相的装置，其中，当凹口（10）为三角形时，三角形的高度在0.01F至0.9F之间，并且三角形的底边在0.01F至0.9之间，F为头部（9）下部的高度。
9.根据权利要求1所述的用于分配轻相的装置，其中，头部（9）在其上圆顶上设置有孔口（11），所述孔口（11）的直径在1至100mm之间，优选地在10至50mm之间。
10.一种用于具有两个再生区域的催化裂化的方法，所述方法使用根据权利要求1至9中的任一项所述的装置将催化剂从第一再生区域转移至第二湍流流化床再生区域。
11.一种用于处理生物质的方法，所述方法使用根据权利要求1至9中的任一项所述的装置将气相或气固悬浮物引入流化介质中。
12.一种用于对重质石油馏分进行加氢处理的方法，所述方法使用根据权利要求1至9中的任一项所述的装置将氢引入含有催化剂颗粒和待处理的重烃相的流化介质中。
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