CN113613774A - 三维环形旋转流化床流-固接触器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种包括环形旋转流化床的流‑固接触器及其使用方法。流‑固接触器包括容器和设置在容器上的多个进料口。容器包括固定内壁、外壁和形成在固定内壁与外壁之间的腔室。进料口被配置为当固体颗粒和流体进料到腔室中时形成具有固体和流体的混合物的环形旋转床。容器的固定内壁对流体是可渗透的，使得来自腔室的流体能够连续从固体抽离，至容器的固定内壁内的空间中。

Description

三维环形旋转流化床流-固接触器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年2月13日提交的美国临时专利申请No.62/805,213的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及一种流-固接触器及其用途。更具体地，本发明涉及一种包括具有大离心力的旋转流化床的流-固接触器。
背景技术
流化床被用于许多化学生产过程，包括石油化工原料的催化和非催化转化、干燥、涂覆、气相聚合、固体分离、固-流分离、流化床燃烧、界面改性和固体脱气。通常，流化床包括展现类似流体特性的固-流混合物。在操作时，流化床可以被认为是具有单一密度的物体。与固定床、填充床或移动床相比，流化床能够增加床中流体和固体颗粒的接触、固体的连续再生，以及改进整个流化床的热传递。
然而，流化床在工业应用中存在几个问题。首先，由于常规流化床中的气体速度不能随意增加，所以进料气体的停留时间不能降低到流体动力学规定的极限值以下。因此，将这些流化床反应器用于需要非常短停留时间的反应是极具挑战性的。此外，由于固体再循环、气体返混等，对气体和固体停留时间不存在独立控制。此外，从包含流化床的流-固接触器和/或反应器释放的流出物通常包含流-固混合物。因此，需要附加的分离过程来回收产物，这会增加流化床的资本支出及其操作成本。
总的来说，虽然在化学生产过程中存在利用流化床的技术，但鉴于流化床技术的至少上述缺点，该领域的改进需求仍然存在。
发明内容
已经发现了与流化床应用相关联的至少一些上述问题的解决方案。该解决方案驻留在流-固接触器中，该流-固接触器包含流体驱动的旋转环形流化床。流-固接触器包括环形容器，该环形容器适用于通过经由多个进气口注入气体来旋转固体颗粒。流化床颗粒在容器的固定内壁与外壁之间形成的腔室中以螺旋轨迹运动，而流体从外壁上的喷射器运动到固定内壁并随后通过固定内壁内的空间排出。因此，流-固接触器能够限制流体和固体的返混并能够独立控制气体和固体停留时间分布。此外，可以操作流-固接触器以明显增加流体与固体颗粒之间的滑移速度。因此，能够实现流体在流-固接触器中的短停留时间。此外，该流-固接触器能够通过离心力在流化床中将流体与固体颗粒分离，由此降低在流-固接触器外部分离流化床的流体和固体的操作和支出成本。此外，流-固接触器可以在一个容器中集成多个单元的功能。例如，流-固接触器可以划分成多个区域。第一区域可以用于存在固体催化剂时的气相反应，第二区域可以用于使用再生气体来再生废催化剂，与在系统之间进行固体输送的传统系统的不同单元中进行这些不同的过程相比，进一步降低了操作成本和资本支出。因此，本发明的方法为与目前可用的基于流化床的流-固接触器相关联的至少一些问题提供了技术解决方案。
本发明的实施例包括适用于形成流化床的流-固接触器。流-固接触器包括容器，该容器包括外壁和固定内壁，该容器在壁之间形成腔室。流-固接触器包括在容器的第一端处的固体入口，其适用于将固体颗粒接收到腔室中。流-固接触器包括一个或更多个进料口，该进料口适用于将流体沿一定方向注入到腔室中，使得当流体在腔室中流动时，固体颗粒在外壁与固定内壁之间旋转。容器的固定内壁适用于稳定旋转的固体颗粒，并且将流体径向连续抽吸到由固定内壁所限定的空间中。
本发明的实施例包括处理材料的方法。该方法包括提供流-固接触器。流-固接触器包括容器，该容器包括外壁和固定内壁，该容器在壁之间形成腔室。流-固接触器在容器的第一端处包括固体入口，其适用于将固体颗粒接收到腔室中。流-固接触器包括一个或更多个进料口，该进料口适用于将流体沿一定方向注入到腔室中，使得当流体流入到腔室中时，固体颗粒在外壁与固定内壁之间旋转。容器的固定内壁对流体是可渗透的，并且适用于稳定旋转的固体颗粒，以及将流体径向连续抽吸到由固定内壁限定的空间中。该方法还包括操作流-固接触器，以使得其具有功能不同的至少两个区域。每个区域包括一个或更多个流体入口。该方法还包括通过每个区域的一个或更多个进料口将流体进料到流-固接触器的每个区域中。该方法还包括在容器的第一端处的固体入口处，将固体颗粒进料到流-固接触器中，使得每个区域中的流体和固体颗粒形成旋转的致密固体床。该方法还包括在流-固接触器的每个区域内，在足以形成产物的工艺条件下使流体与固体颗粒接触。对于具有用于不同功能的多个区域的反应器，流-固接触器可以包括可选的净化区域或适用于利用净化气体对来自其中的固体颗粒的间质气体进行净化的多个区域。
本发明的实施例包括处理化学品的方法。该方法包括提供流-固接触器。流-固接触器包括容器，该容器包括外壁和固定内壁，该容器在壁之间形成腔室。流-固接触器在容器的第一端处包括固体入口，其适用于将固体颗粒接收到腔室中。流-固接触器包括一个或更多个进料口，该进料口适用于将流体沿一定方向接收到腔室中，使得当流体在腔室中流动时，流体和固体颗粒在容器的腔室中以螺旋轨迹旋转。容器的固定内壁对流体是可渗透的，并且适用于稳定旋转的固体颗粒，以及将流体径向抽吸到由固定内壁所限定的空间中。该方法包括操作流-固接触器以使其具有功能不同的一个或更多个区域。每个区域包括一个或更多个进料口。该方法还包括通过每个区域的一个或更多个进料口将流体进料到流-固接触器的每个区域中。该方法还包括在容器的第一端处的固体入口处将固体颗粒进料到流-固接触器中，使得固体颗粒在腔室中以螺旋轨迹旋转。该方法包括在环形旋转流化床的每个区域内，在足以处理流体和/或固体颗粒并形成产物流的操作条件下使流体与固体颗粒接触。
下文包括贯穿本说明书所使用的各种术语和短语的定义。
如本领域普通技术人员所理解的，术语“约”或“大约”被定义为接近。在一个非限制性实施例中，该术语被定义为在10％以内，优选地，在5％以内，更优选地，在1％以内，并且最优选地，在0.5％以内。
术语“wt.％”、“vol.％”或“mol.％”分别指代组分基于包括该组分的材料的总重量、总体积或总摩尔数的重量、体积或摩尔百分比。在非限制性示例中，100摩尔材料中的10摩尔组分为10mol.％组分。
术语“基本上”及其变型被定义为包括10％以内、5％以内、1％以内或0.5以内的范围。
当在权利要求和/或说明书中使用时，术语“抑制”或“减少”或“防止”或“避免”或这些术语的任何变型包括任何可测量的减少或完全抑制以实现所期望的结果。
当在说明书和/或权利要求中使用术语“有效”时，意指足以实现所期望的、预期的或打算的结果。
当在说明书和/或权利要求中使用术语“间质组分”或“间质气体”时，意指固体颗粒之间的中间空间之间的组分或气体。
当在权利要求或说明书中与术语“包括”、“包含”、“含有”或“具有”结合使用时，词语“一”或“一个”的使用可以意指“一个”，但它也符合“一个或更多个”、“至少一个”和“一个或多于一个”的含义。
词语“包括(comprising)”(以及任何形式的包括，例如“包括(comprise)”和“包括(comprises)”)、“具有(having)”(以及任何形式的具有，例如“具有(have)”和“具有(has)”)、“包含(including)”(以及任何形式的包含，例如“包含(includes)”和“包含(include)”)或“含有(containing)”(以及任何形式的含有，例如“含有(contains)”和“含有(contain)”)是包含性的或开放式的，并且不排除附加的、未提及的元件或方法步骤。
本发明的处理可以“包括”在整个说明书中公开的特定成分、组分、组合物等，可以“大体上由”或“由”其构成。
当在说明书和/或权利要求中使用术语“主要”时，意指大于50wt.％、50mol.％和50vol.％中的任何一种。例如，“主要”可以包含50.1wt.％至100wt.％及其间的所有值和范围，50.1mol.％至100mol.％及其间的所有值和范围，或50.1vol.％至100vol.％及其间的所有值和范围。
本发明的其他目的、特征和优点将通过以下附图、详细描述和示例变得显而易见。然而，应当理解，附图、详细描述和示例虽然指示了本发明的具体实施例，但仅以说明的方式给出，并不意味着是限制性的。此外，可以想到，从这些详细描述中，本发明的精神和范围内的改变和修改对于本领域技术人员来说将变得显而易见。在另外的实施例中，来自特定实施例的特征可以与来自其他实施例的特征组合。例如，来自一个实施例的特征可以与来自任何其他实施例的特征组合。在另外的实施例中，附加特征可以被添加到这里描述的特定实施例。
附图说明
为了更全面的理解，现结合附图参考以下描述，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的流-固接触器的示意图；
图2示出了根据本发明的实施例的使用流-固接触器的方法的示意流程图；
图3示出了根据本发明的实施例的用作流体催化裂化器的流-固接触器的示意图；以及
图4示出了根据本发明的实施例的用作两个聚合反应器的流-固接触器的示意图。
具体实施方式
目前，基于流化床的流-固接触器对于其中的流体和/或固体来说，通常具有宽的停留时间分布。此外，常规流-固接触器需要单独的仪器来将流体产物与固体颗粒分离。此外，单个常规基于流化床的流-固接触器通常缺乏同时用于多项任务的能力。本发明为这些问题中的至少一些提供了解决方案。该解决方案以流-固接触器为前提，该流-固接触器包括环形旋转流化床，该流化床在接触器的固定内壁与外壁之间形成的腔室中。接触器中的颗粒主要以螺旋轨迹流动，由此最小化了固体(在切向方向上)和/或流体(在径向方向上)的返混，并提供了对固体和/或流体的停留时间分布的很大程度上独立的控制。接触器的固定内壁对流体是可渗透的，使得流体能够穿过并进入由固定内壁所限定的空间。流-固接触器能够通过离心力在流化床中分离固体颗粒和流体，由此避免用于额外分离单元的资本支出。此外，流-固接触器可以划分为不同的区域，这些区域同时用于不同的过程。本发明的这些和其他非限制性方面将在下文部分中进一步详细讨论。
A.具有三维环形旋转流化床的流-固接触器
在本发明的实施例中，流-固接触器可以包括容器，该容器包括固定内壁、外壁和在它们之间形成的腔室。流-固接触器可以包括环形旋转流化床，该环形旋转流化床包括主要径向向内流动的流体和以螺旋轨迹移动的固体颗粒。参照图1，示出了包含三维环形旋转流化床的流-固接触器100的示意图。根据本发明的实施例，流-固接触器100包括容器101，容器101包括外壁102和固定内壁103。
在本发明的实施例中，固定内壁103具有多个开口，这些开口可以是圆形、正方形、矩形或其他多边形形状。固定内壁103的开口的有效直径(基于开口面积)可以为1mm至10mm以及其间的所有范围和值，包括1至2mm、2至3mm、3至4mm、4至5mm、5至6mm、6至7mm、7至8mm、8至9mm和9至10mm。开口面积与固定内壁103的总面积之比可以为1至90％以及其间的所有范围和值，包括1至5％、5至10％、10至15％、15至20％、20至25％、25至30％、30至35％、35至40％、40至45％、45至50％、50至55％、55至60％、60至65％、65至70％、70至75％、75至80％、80至85％和85至90％。固定内壁103的厚度可以为0.5mm至20cm以及其间的所有范围和值，包括0.5mm至1mm、1mm至2mm、2mm至3mm、3mm至4mm、4mm至5mm、5mm至6mm、6mm至7mm、7mm至8mm、8mm至9mm、9mm至1cm、1至2cm、2cm至4cm、4cm至6cm、6cm至8cm、8cm至10cm、10cm至12cm、12cm至14cm、14cm至16cm、16cm至18cm和18cm至20cm。在本发明的实施例中，开口沿着固定内壁103的厚度直接钻孔或弯曲以配合固定内壁103的各种花键。
在本发明的实施例中，容器101可以是轴对称的。在本发明的实施例中，容器101可以是圆柱形、椭圆形或卵形。根据本发明的实施例，由内壁和外壁所限定的体积的横截面可以具有圆形、椭圆形或卵形形状，或者拟合具有第一边长和第二边长的矩形轮廓的任何二维形状，其面积小于第一边长和第二边长的乘积并且等于或大于第一边长和第二边长的乘积的π/4(＝大约78.5％)。第一边长和第二边长可以具有基本上相同的值。在本发明的实施例中，由内壁和外壁所限定的体积的横截面可以具有圆形、椭圆形或卵形形状，或者拟合具有第一边长和第二边长的矩形轮廓的任何二维形状，其面积小于第一边长和第二边长的乘积。第一边长和第二边长可以具有基本上相同的值。
在本发明的实施例中，容器101可以由耐火内衬钢、钢、玻璃内衬钢、铝及其合金、其他合金和化学设备中常见的构造材料或它们的组合制成。根据本发明的实施例，外壁102和固定内壁103形成腔室104，该腔室适用于容纳包括固体颗粒和流体的流化床。
根据本发明的实施例，流-固接触器100包括设置在容器101第一端处的固体入口105。固体入口105可以适用于将固体颗粒接收到腔室104中。在本发明的实施例中，固体入口105可以与容器101的轴线对齐。在本发明的实施例中，固体颗粒包括活性催化剂颗粒、聚合物颗粒、废催化剂颗粒、惰性载热颗粒、吸附剂颗粒、化学吸附颗粒、需要氧化的材料颗粒、需要减少的材料颗粒、需要燃烧或气化的颗粒、需要涂覆的颗粒或者其组合。固体颗粒的平均粒径可以为1至3000μm及其间的所有范围和值，包括1至150μm、150至300μm、300至450μm、450至600μm、600至750μm、750至900μm、900至1050μm、1050至1200μm、1200至1350μm、1350至1500μm、1500至1650μm、1650至1800μm、1800至1950μm、1950至2100μm、2100至2250μm、2250至2400μm、2400至2550μm、2550至2700μm、2700至2850μm以及2850至3000μm。
在本发明的实施例中，容器101包括穿过外壁102设置的一个或更多个进料口106。一个或更多个进料口106可以沿着容器101的外壁102的长度对齐。根据本发明的实施例，进料口106适用于将流体沿一定方向进料到腔室104中，使得当流体在腔室104中流动时，流体使腔室104中的固体颗粒旋转。在本发明的实施例中，进料口106适用于将流体进料到腔室104的外部部分。流体在腔室中流动的方向可以与容器101的纵向轴线成一锐角。流-固接触器100在每个流体入口轴向位置处包括的进料口106可以为1至128个及其间的所有范围和值，包括1至8、8至16、16至24、24至32、32至40、40至48、48至56、56至64、64至72、72至80、80至88、88至96、96至104、104至112、112至120以及120至128。在本发明的实施例中，容器101可以包括1至50个流体入口轴向位置，取决于反应器的长度，该长度可以为1-50m。根据本发明的实施例，在每个流体入口轴向位置处围绕外壁102的圆周来设置多个流体入口。在本发明的实施例中，容器101是圆柱形的，并且进料口106在预定的轴向位置处沿圆柱形容器的方位角方向设置。根据本发明的实施例，每个进料口106与流体源流体连通。在本发明的实施例中，外壁102是可旋转的，因为外壁102的旋转增强了环形旋转流。优选地，外壁具有附加到其上的促进与固体流接触的结构(未示出)。
在本发明的实施例中，流体可以包括单体、共聚单体、助催化剂和/或链转移剂，并且固体颗粒可以包括用于单体聚合的催化剂。单体和共聚单体的非限制性示例可以包括乙烯、丙烯、直链和支链C4-C20α-烯烃，或它们的组合。链转移剂的非限制性示例可以包括氢、烷基铝化合物或其组合。助催化剂的非限制性示例可以包括三乙基铝。在本发明的实施例中，固体颗粒可以包括溶质和聚合物的混合物，流体可以包括适用于将溶质从聚合物中脱气的汽提气体。溶质的非限制性示例可以包括水、直链和支链C3-C20链烷烃，以及其组合。汽提气体的非限制性示例可以包括氮气、蒸汽及其组合。聚合物的非限制性示例可以包括线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、全同立构聚丙烯、聚丙烯无规和嵌段共聚物以及乙烯-丙烯二烯单体橡胶。在本发明的实施例中，流体包括烃，固体颗粒包括用于催化裂化烃的催化剂。催化剂的非限制性示例可以包括具有窄孔径分布的固体酸、具有宽孔径分布的固体酸、金属浸渍的固体酸、磷浸渍的固体酸及其组合。在本发明的实施例中，固体颗粒可以包括废催化剂，流体可以包括适用于再生该废催化剂的再生气体。再生气体的非限制性示例可以包括空气、稀释空气、氧气、蒸汽及其组合。
在本发明的实施例中，流-固接触器100在容器101的第二端处包括固体出口107，其适用于从容器101中去除固体颗粒。在本发明的实施例中，固体出口107沿容器101的轴线方向对齐。根据本发明的实施例，固定内壁103适用于稳定致密旋转流化床并产生环形配置。在本发明的实施例中，固定内壁103由耐火内衬钢、钢、玻璃内衬钢、铝及其合金、化学设备中常见的其他合金和构造材料或其组合制成。在本发明的实施例中，容器101适用于将流体从腔室104径向抽吸到由固定内壁103所限定的空间中。根据本发明的实施例，从腔室104抽吸流体对流化床的固体颗粒的流动基本上没有影响。在本发明的实施例中，流-固接触器100是圆柱形的并且确定了包括内外半径在内的径向尺寸以形成稳定的致密旋转床。根据本发明的实施例，流-固接触器100的内外半径可以部分地确定在流-固接触器100的横截面表面的径向方向上的离心力的均匀性。
在本发明的实施例中，流-固接触器100还包括控制阀108，其适用于控制在容器101的固定内壁103内排放的流体的流速。根据本发明的实施例，流-固接触器100还包括流速控制阀109，其适用于经由第一流体出口110可控地释放由壁103限定的空间中的约1％至99％的流体，并且经由第二流体出口111可控地释放由壁103限定的空间中的剩余的99至1％的流体。穿过流速控制阀的流体部分被设置成使得流体组分之一的极限摩尔或质量分数保持恒定。限制性组分可以包括用于催化裂化流-固接触器中的烃的氮气或二氧化碳。限制性组分可以包括用于流-固接触器中的聚合的共聚单体或链转移剂。限制性组分可以包括用于流-固接触器中的颗粒干燥的脱气溶剂。
B.使用流-固接触器处理材料的方法
已经发现了一种使用流-固接触器处理化学品的方法。与常规的基于流化床的流-固接触器相比，该方法能够降低操作成本、设备占地面积、更好的产物质量和/或资本支出。如图2所示，本发明的实施例包括用于处理化学品的方法200。方法200可以由流-固接触器100来实施，如图1所示。在方法200中，流-固接触器100可以被用作催化裂化器、聚合物脱气器、聚合反应器和/或催化剂再生单元。根据本发明的实施例，如框201中所示，方法200可以包括提供流-固接触器100。在本发明的实施例中，流-固接触器100可以沿任何方向放置，包括水平、竖直或以一定角度倾斜。
根据本发明的实施例，如框202中所示，方法200包括操作容器101，使得其具有功能不同的一个或更多个区域，每个区域包括一个或更多个进料口106。在本发明的实施例中，每个区域包括的进料口106为1至102个以及它们之间的所有范围和值。
在本发明的实施例中，如框203中所示，方法200包括通过每个区域的一个或更多个进料口106，将流体进料到流-固接触器100的每个区域中。在本发明的实施例中，每个区域中的进料口106包括一个或更多个相邻的进料口106。根据本发明的实施例，进料到一个或更多个区域中的流体是不同的。根据本发明的实施例，如框204中所示，方法200包括在容器101第一端处的固体入口105处，将固体颗粒进料到流-固接触器100中，使得进料到容器101(的每个区域)中的流体和固体催化剂颗粒形成环形旋转流化床。在本发明的实施例中，将进料到容器101中的流体以一定的速度和角度注入，使得环形旋转流化床中的流体和固体颗粒的旋转速度在足以基本上防止固体颗粒附着到外壁102的内表面、且基本上防止固体颗粒附着到固定内壁103的外表面的范围内。
根据本发明的实施例，流-固接触器100竖直放置，并且固体颗粒以螺旋轨迹流动。在竖直放置的流-固接触器100中，固体在轴向方向(或颗粒的螺旋轨迹的节距)上的净流速可以通过离心力与轴向重力的比率、经由固体入口105进入和经由固体出口106离开的固体的速率来调节，和/或通过在将流体注入到腔室104时调节流体的仰角以增加或减少固体颗粒的轴向流速来调节。在本发明的实施例中，流-固接触器100可以水平放置，并且固体颗粒以螺旋轨迹流动。在水平放置的流-固接触器100中，固体在轴向方向(或颗粒的螺旋轨迹的节距)上的净流速可以通过压降、通过固体入口105进入和通过固体出口106离开的固体的速率和/或流体在腔室104中流动的方向的仰角来调节。在本发明的实施例中，容器101中固体颗粒的平均负载为50至1500kg/m3及其间的所有范围和值，包括50至100kg/m3、100至200kg/m3、200至300kg/m3、300至400kg/m3、400至500kg/m3、500至600kg/m3、600至700kg/m3、700至800kg/m3、800至900kg/m3、900至1000kg/m3、1000至1100kg/m3、1100至1200kg/m3、1200至1300kg/m3、1300至1400kg/m3以及1400至1500kg/m3。在本发明的实施例中，容器101中固体颗粒的平均负载是腔室104中所含有的固体质量与腔室104的总体积之比。根据本发明的实施例，流体和固体颗粒在环形旋转流化床的每个区域中的旋转速度足以维持基本上均匀的环形固体流。在本发明的实施例中，通过流体注入来减轻固体颗粒的磨损，这在外壁102的内表面处提供气垫以减少颗粒-壁碰撞。
根据本发明的实施例，方法200包括在流-固接触器的每个区域内，在足以形成产物的工艺条件下，使流体与固体颗粒接触，如框205所示。在本发明的实施例中，进料到一个或更多个区域中的流体包括一种或更多种烃，固体颗粒包括用于催化裂化该烃的催化剂，并且接触步骤中的条件足以催化裂化该烃。烃的非限制性示例可以包括原油、石脑油、减压瓦斯油、天然气凝析油及其组合。用于催化裂化烃的催化剂可以包括具有窄孔径分布的固体酸、具有宽孔径分布的固体酸、金属浸渍的固体酸、磷浸渍的固体酸或其组合。框205处的工艺条件可以包括催化裂化温度为400至800℃及其间的所有范围和值，包括400至420℃、420至440℃、440至460℃、460至480℃、480至500℃、500至520℃、520至540℃、540至560℃、560至580℃、580至600℃、600至620℃、620至640℃、640至660℃、660至680℃、680至700℃、700至720℃、720至740℃、740至760℃、760至780℃以及780至800℃。框205处的工艺条件可以包括催化裂化压力为0.1至10bar及其间的所有范围和值，包含0.1至0.2bar、0.2至0.3bar、0.3至0.4bar、0.4至0.5bar、0.5至0.6bar、0.6至0.7bar、0.7至0.8bar、0.8至0.9bar、0.9至1bar、1至2bar、2至3bar、3至4bar、4至5bar、5至6bar、6至7bar、7至8bar、8至9bar以及9至10bar。框205处的工艺条件可以包括用于催化裂化的催化剂的停留时间为1至3600s及其间的所有范围和值，包括1至200s、200至400s、400至600s、600至800s、800至1000s、1000至1200s、1200至1400s、1400至1600s、1600至1800s、1800至2000s、2000至2200s、2200至2400s、2400至2600s、2600至2800s、2800至3000s、3000至3200s、3200至3400s以及3400至3600s。框205处的工艺条件可以包括用于催化裂化的流体的停留时间能够为0.01至10s及其间的所有范围和值，包含0.01至0.1s、0.1至0.2s、0.2至0.3s、0.3至0.4s、0.4至0.5s、0.5至0.6s、0.6至0.7s、0.7至0.8s、0.8至0.9s、0.9至1s、1至2s、2至3s、3至4s、4至5s、5至6s、6至7s、7至8s、8至9s以及9至10s。
在本发明的实施例中，进料到一个或更多个区域中的流体包括再生气体，固体颗粒包括废催化剂，并且框205的工艺条件是足以再生该废催化剂的再生条件。再生条件可以包括再生温度为400至1000℃及其间的所有范围和值，包括400至450℃、450至500℃、500至550℃、550至600℃、600至650℃、650至700℃、700至750℃、750至800℃、800至850℃、850至900℃、900至950℃以及950至1000℃。框205处的再生条件可以包括再生压力为0.1至10bar及其间的所有范围和值，包括0.1至0.2bar、0.2至0.3bar、0.3至0.4bar、0.4至0.5bar、0.5至0.6bar、0.6至0.7bar、0.7至0.8bar、0.8至0.9bar、0.9至1bar、1至2bar、2至3bar、3至4bar、4至5bar、5至6bar、6至7bar、7至8bar、8至9bar以及9至10bar。框205处的再生条件可以包括停留时间为0.01至100s及其间的所有范围和值。根据本发明的实施例，再生的催化剂通过固体入口流回一个或更多个区域。
在本发明的实施例中，进料到一个或更多个区域中的流体包括一种或更多种单体和/或链转移剂，固体颗粒包括用于催化嵌入在新生聚合物中的单体聚合的催化剂，并且框205处的工艺条件包括足以聚合单体以形成聚合物的反应条件。反应条件可以包括聚合温度为20至200℃及其间的所有范围和值，包括20至40℃、40至60℃、60至80℃、80至100℃、100至120℃、120至140℃、140至160℃、160至180℃以及180至200℃。反应条件可以包括聚合压力为2至60bar及其间的所有范围和值。反应条件可以包括聚合颗粒的停留时间为60至7200s及其间的所有范围和值，包括60至600s、600至1200s、1200至1800s、1800至2400s、2400至3000s、3000至3600s、3600至4200s、4200至4800s、4800至5400s、5400至6000s、6000至6600s以及6600至7200s。
在本发明的实施例中，进料到一个或更多个区域中的流体包括汽提气体，固体颗粒包括溶质和聚合物的混合物，并且框205处的处理条件包括足以将溶质从聚合物中基本脱气以形成干燥的固体聚合物的脱气条件。框205处的脱气条件可以包括温度为20至200℃及其间的所有范围和值，包括20至40℃、40至60℃、60至80℃、80至100℃、100至120℃、120至140℃、140至160℃、160至180℃以及180至200℃。脱气条件可以包括压力为0.1至10bar及其间的所有范围和值，包括0.1至0.2bar、0.2至0.3bar、0.3至0.4bar、0.4至0.5bar、0.5至0.6bar、0.6至0.7bar、0.7至0.8bar、0.8至0.9bar、0.9至1bar、1至2bar、2至3bar、3至4bar、4至5bar、5至6bar、6至7bar、7至8bar、8至9bar以及9至10bar。脱气条件可以包括固体颗粒的停留时间为300至7200s及其间的所有范围和值，包括300至600s、600至1200s、1200至1800s、1800至2400s、2400至3000s、3000至3600s、3600至4200s、4200至4800s、4800至5400s、5400至6000s、6000至6600s以及6600至7200s。
在本发明的实施例中，进料到一个或更多个区域中的流体包括适用于净化一个或更多个区域的净化气体。净化气体可以包括氮气、氩气、蒸汽、氢气、甲烷、乙烷、丙烷或它们的组合。根据本发明的实施例，在方法200中，流-固接触器100可以包括用于催化裂化烃并再生催化剂的一个或更多个区域、用于催化聚合单体的一个或更多个区域、用于净化间质气体的一个或更多个区域，该间质气体具有固体颗粒从中离开的区域的组分，和/或用于聚合物固体脱气的一个或更多个区域。在任何区域中，流体可以通过轴向方向上的多个入口引入容器101中。
虽然已经参照图2的框描述了本发明的实施例，但应当理解，本发明的操作不限于图2所示的特定框和/或框的特定顺序。因此，本发明的实施例可以使用与图2不同次序的各种框来提供如本文所述的功能。
作为本发明公开内容的一部分，以下包括具体示例。该示例仅用于说明目的，并不旨在限制本发明。本领域普通技术人员容易认识到，参数可以改变或修改以产生基本相同的结果。
示例1
(用于流体催化裂化的环形旋转流化床)
包含环形旋转流化床的流-固接触器的示意图在图3中示出。流-固接触器可以用于裂化石油馏分。催化剂颗粒被引入到接触器顶部处的固定内壁与外壁之间的腔室中。流-固接触器包括三个区域，包括裂化区域、净化区域和再生区域。烃进料流可选地被蒸汽稀释，进料到裂化区域中并在催化剂颗粒的存在下被催化地裂化，以生成包括轻质烯烃、C6-C8芳烃和在催化剂表面形成的焦炭的产物流。废催化剂颗粒从裂化区域流动到使用净化气体净化的净化区域。净化气体可以包括氮气、蒸汽、燃料气体或它们的组合。当氮气和燃料气体都用作净化气体时，在净化气体被进料到净化区域中之前，氮气和燃料气体不混合。然后，在间质气体净化之后，催化剂颗粒进一步流动到再生区域。再生区域中的净化后的催化剂颗粒在再生区域中使用空气经由燃烧再生。然后，再生后的催化剂流回到裂化区域。在竖直流-固接触器中，固体催化剂以螺旋轨迹从裂化区域向下流动到再生区域。来自再生区域的燃烧产物和来自净化区域的部分蒸汽可被引导至流-固接触器固定内壁内的空间，并朝向更靠近再生区域的一端离开流-固接触器固定内壁内的空间。来自接触器的流出物包括产物和未反应的进料，被引导至流-固接触器固定内壁内的空间，并朝向更靠近裂化区域的一端离开流-固接触器固定内壁内的空间。从裂化区域径向抽吸到由固定内壁所限定的空间中的流出物可以借助于位于由固定内壁所限定的空间内的冷却装置来冷却。冷却装置可以是管，或盘管，或板，冷却剂流过冷却装置，并且可以像在用于公用事业和其他目的的常规热交换器中一样回收热量。冷却剂可以是冷却水、导热油、沸水、饱和蒸汽或空气。未反应的进料可以从产物中分离出来并循环到裂化区域。总体而言，与常规流体催化裂化器相比，包含环形旋转流化床的流-固接触器可以提高热传递速率，减少流体与固体催化剂之间的接触时间，并提高固体催化剂在每个区域中的停留时间的均匀性。
示例2
(用于气相聚合的环形旋转流化床)
包含环形旋转流化床的流-固接触器的示意图在图4中示出。流-固接触器可以用作用于气体单体的聚合反应器。流-固接触器包括第一聚合区域、净化区域和聚合反应区域。聚合催化剂颗粒进料到接触器的腔室中至第一聚合区域的入口。聚合催化剂颗粒沿着流固接触器的轴线以螺旋轨迹移动，并被嵌入生长的聚合物颗粒内。聚合催化剂可以作为干粉、作为催化剂颗粒在矿物油中的浆液或作为已经嵌入在流-固接触器上游的预聚合反应器中所形成的一些聚合物中的催化剂而被注入。包括第一单体、可选地链转移剂、可选地第二单体、可选地第三单体和可选地C2-C8链烷烃的单体进料流动到第一聚合区域中以接触聚合催化剂并形成固体聚合物。聚合催化剂和固体聚合物从第一聚合区域流动到净化区域，在净化区域中，使用净化气体从聚合物颗粒中对具有在第一聚合区域中占优势的组分的气体进行净化。净化气体可以是氮气、氩气、甲烷、C2-C8链烷烃、第一单体和可选地第一单体与链转移剂和第二单体或第三单体的混合物。聚合催化剂从净化区域流动到第二聚合区域。包括第一单体、可选地第二单体、可选地第三单体、可选地链转移剂和可选地C2-C8链烷烃的第二进料流动到第二聚合区域以接触聚合催化剂并形成与在第一聚合区域中生成的聚合物不同的聚合物。形成第二进料的组分可以与形成第一进料的组分相同，但其链转移剂与第一单体、第二单体与第一单体以及第三单体与第一单体的摩尔或质量比不同。通过使用这种流-固接触器，可以在没有稀释剂的情况下生成小粒径聚合物，例如具有单峰或双峰分子量分布的高密度聚乙烯(HDPE)和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，从而降低分离成本并降低最终产物中的残留挥发物。链转移剂、第一单体以及第二单体和第三单体可以通过沿流-固接触器的轴向方向的多个入口进料，以控制链转移剂与第一单体、第二单体与第一单体以及第三单体与第一单体的比。与常规流化床反应器相比，流-固接触器还可以产生具有窄粒度分布的聚合物颗粒，因为所有颗粒在每个反应区域中将具有基本上相同的停留时间。在本发明的实施例中，一部分固体颗粒从出口再循环到入口(参见图4)。
在本发明的上下文中，描述了至少以下25个实施例。实施例1是适于形成环形旋转流化床的流-固接触器。该流-固接触器包括容器，该容器包括形成腔室的外壁和固定内壁。流-固接触器还在容器的第一端处包括固体入口，其适于将固体颗粒接收到腔室中。流-固接触器还包括一个或更多个进料口，该进料口适于沿一方向将流体注入到腔室中，使得当流体在腔室中流动时，固体颗粒形成环形旋转床，其中，容器的固定内壁对流体是可渗透的，使得容器被配置为将流体径向地抽吸到由固定内壁限定的空间中。实施例2为根据实施例1的流-固接触器，其中，一个或更多个进料口和固体入口适于沿与容器的纵向轴线成一锐角的方向注入进料气体和固体颗粒。实施例3是根据实施例1或2中任一项的流-固接触器，其还在容器的第二端处包括出口，该出口适于从容器中去除固体颗粒。实施例4为根据实施例1至3中任一项的流-固接触器，其中，该流-固接触器适于被操作为使得纵向轴线为以下之一：水平的、竖直的或以一定角度倾斜的。实施例5为根据实施例1至4中任一项的流-固接触器，其中，固体入口沿容器的轴向方向或径向方向取向。实施例6为根据实施例1至5中任一项的流-固接触器，其中，容器第一端处的固体入口适于接收粒度分布为1至3000微米的固体颗粒。实施例7为根据实施例1至6中任一项的流-固接触器，其中，流-固接触器在不同轴向位置处包括沿着容器的纵向轴线的一个或更多个入口，每个入口单独地与流体源流体连通。实施例8为根据实施例1至7中任一项的流-固接触器，其中，流-固接触器包含1至128个入口，该入口沿容器的方位角方向设置，在预定轴向位置处并与流体源流体连通，该容器长度为1至50m。实施例9为根据实施例1至8中任一项的流-固接触器，其还包括旋风分离器以分离气体和固体颗粒。实施例10为根据实施例1至8中任一项的流-固接触器，其中反应器为单程反应器或循环反应器。
实施例11是一种处理材料的方法。该方法包括提供流-固接触器，该流-固接触器包括：容器，其包括形成腔室的外壁和固定内壁；在容器的第一端处的固体入口，其适于将固体颗粒接收到该腔室中；以及一个或更多个进料口，该进料口适于沿一方向将流体注入到腔室中，使得当流体在腔室中流动时，固体颗粒形成环形旋转床，其中容器的固定内壁对流体是可渗透的，使得容器被配置成将流体径向地抽吸到固定内壁内的空间中。该方法还包括操作流-固接触器以使其具有功能不同的至少两个区域，其中每个区域包括一个或更多个进料口。另外，该方法包括通过每个区域的一个或更多个进料口，将流体进料到流-固接触器的每个区域中，并且在容器的第一端处的固体入口处将固体颗粒进料到流-固接触器中，使得每个区域中的流体和固体颗粒形成环形旋转流化床。该方法还包括在流-固接触器的每个区域内，在足以形成产物的工艺条件下使流体与固体颗粒接触，其中至少两个区域包括适于利用净化气体从其中的固体颗粒中净化间质气体的至少一个净化区域。实施例12为根据实施例11的方法，其中净化气体包括氮气、二氧化碳、氩气、蒸汽氢气、甲烷、C2-C8链烷烃或其组合。实施例13为根据实施例11或12中任一项的方法，其中一个或更多个区域中的流体包括一种或更多种烃，固体颗粒包括用于催化裂化烃的催化剂，并且接触步骤中的条件足以催化裂化烃。实施例14为根据实施例11至13中任一项的方法，其中一个或更多个区域中的流体包括再生气体，固体颗粒包括废催化剂，并且接触步骤中的条件足以使废催化剂再生以形成再生的催化剂。实施例15为根据实施例11至14中任一项的方法，其中一个或更多个区域中的流体包括一种或更多种单体，固体颗粒包括用于催化单体聚合的催化剂，并且接触步骤中的工艺条件足以引起单体聚合。实施例16为根据实施例11至15中任一项的方法，其中进料到一个或更多个区域中的流体包括汽提气体，固体颗粒包含溶质和聚合物的混合物，并且接触步骤中的处理条件足以使溶质从聚合物中脱气以形成干燥的固体聚合物。实施例17为根据实施例11至16中任一项的方法，其还包括将流体抽吸到由固定内壁所限定的空间中以将流体与固体颗粒分离，其中固体颗粒通过离心力保持在腔室中。该方法还包括以受控的固体旋转和排放速率来从圆柱形容器第二端处的出口中去除固体颗粒。实施例18为根据实施例11至17中任一项的方法，其中装置的每个区域中的固体颗粒的旋转速度在足以维持均匀环形固体流的范围内。实施例19为根据实施例11至18中任一项的方法，其中通过流体注入来减轻固体颗粒的磨损，这在外壁的内表面处提供气垫以减少颗粒-壁碰撞。实施例20为根据实施例11至19中任一项的方法，其中进料到一个或更多个区域中的流体包括适于从一个或更多个区域中的固体颗粒中净化间质气体的净化气体。实施例21为根据实施例17的方法，还包括将一部分固体颗粒从出口再循环到入口的步骤。实施例22为根据实施例11至21中任一项的方法，其还包括旋转外壁以增强环形旋转流。实施例23为根据实施例22的方法，其中外壁是附着于其上的促进与固体流接触的结构。实施例24为根据实施例11至23的方法，其中利用旋风分离器从气体中分离颗粒。实施例25为根据实施例1至7中任一项的流-固接触器，其中外壁是可旋转的。
尽管已经详细描述了本申请的实施例及其优点，但是应当理解，在不脱离如所附权利要求所限定的实施例的精神和范围的情况下，能够在本文中进行各种改变、替换和变更。此外，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。由于本领域普通技术人员将容易地从上述公开中理解，因此可以利用执行基本上与这里描述的相应实施例功能相同或实现基本上与其相同结果的目前存在的或以后将开发的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这样的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包括在其范围内。

Claims (19)

1.一种适于形成环形旋转流化床的流-固接触器，所述流-固接触器包括：
容器，其包括形成腔室的外壁和固定内壁；
固体入口，其在所述容器的第一端处，适于将固体颗粒接收到所述腔室中；以及
一个或更多个进料口，其适于将流体沿一方向注入到所述腔室中，使得当所述流体在所述腔室中流动时，所述固体颗粒形成环形旋转床；
其中，所述容器的固定内壁对所述流体是可渗透的，使得所述容器被配置成将所述流体径向地抽吸到所述固定内壁内的空间中。
2.根据权利要求1所述的流-固接触器，其中，所述一个或更多个进料口和所述固体入口适于将进料气体和固体颗粒沿与所述容器的纵向轴线成锐角的方向注入。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的流-固接触器，还包括：
出口，其在所述容器的第二端处，适于从所述容器中去除所述固体颗粒。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的流-固接触器，其中，所述流-固接触器适于操作为使得纵向轴线是以下之一：水平的、竖直的或以一定角度倾斜的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的流-固接触器，其中，所述固体入口沿所述容器的轴向方向或径向方向取向。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的流-固接触器，其中，所述容器的第一端处的所述固体入口适于接收粒度分布为1至3000微米的固体颗粒。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的流-固接触器，其中，所述流-固接触器包括在不同轴向位置处沿所述容器的纵向轴线的一个或更多个入口，每个入口单独地与流体源流体连通。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的流-固接触器，其中，所述流-固接触器包括沿所述容器的方位角方向设置的1至128个入口，所述容器长度为1至50m，所述入口在预定轴向位置处与流体源流体连通。
9.一种处理材料的方法，所述方法包括：
提供流-固接触器，所述流-固接触器包括：
容器，其包括形成腔室的外壁和固定内壁；
固体入口，其在所述容器的第一端处，适于将固体颗粒接收到所述腔室中；以及
一个或更多个进料口，其适于将流体沿一方向注入到所述腔室中，使得当所述流体在所述腔室中流动时，所述固体颗粒形成环形旋转床；
其中，所述容器的固定内壁对所述流体是可渗透的，使得所述容器被配置成将所述流体径向地抽吸到所述固定内壁内的空间中；
操作所述流-固接触器以使其具有功能不同的至少两个区域，其中每个区域包括所述一个或更多个进料口；
通过每个区域的一个或更多个进料口，将流体进料到所述流-固接触器的每个区域中；
在所述容器的第一端处的固体入口处，将固体颗粒进料到所述流-固接触器中，使得每个区域中的所述流体和所述固体颗粒形成环形旋转流化床；以及
在所述流-固接触器的每个区域内，在足以形成产物的工艺条件下使所述流体与所述固体颗粒接触；
其中，所述至少两个区域包括至少一个净化区域，所述净化区域适于利用净化气体从其中的固体颗粒中净化间质气体。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述净化气体包括氮气、二氧化碳、氩气、蒸汽氢气、甲烷、C2-C8链烷烃或其组合。
11.根据权利要求9至10中任一项所述的方法，其中，一个或更多个区域中的所述流体包括一种或更多种烃，所述固体颗粒包括用于催化裂化烃的催化剂，并且接触步骤中的条件足以催化裂化烃。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，一个或更多个区域中的所述流体包括再生气体，所述固体颗粒包括废催化剂，并且接触步骤中的条件足以使所述废催化剂再生以形成再生的催化剂。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其中，一个或更多个区域中的所述流体包括一种或更多种单体，所述固体颗粒包括用于催化单体聚合的催化剂，并且接触步骤中的工艺条件足以引起所述单体聚合。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其中，进料到一个或更多个区域中的所述流体包括汽提气体，所述固体颗粒包括溶质和聚合物的混合物，并且接触步骤中的处理条件足以使聚合物中的溶质脱气以形成干燥的固体聚合物。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，还包括：
将流体抽吸到由所述固定内壁限定的空间中，以使所述流体与所述固体颗粒分离，其中，所述固体颗粒通过离心力保持在所述腔室中；以及
以受控的固体旋转和排放速率从圆柱形容器的第二端处的出口去除所述固体颗粒；以及可选地将一部分固体颗粒从所述出口再循环到所述入口。
16.根据权利要求9至15中任一项所述的方法，其中，装置的每个区域中的固体颗粒的旋转速度在足以维持均匀环形固体流的范围内。
17.根据权利要求9至16中任一项所述的方法，其中，通过流体注入减轻所述固体颗粒的磨损，所述流体注入在所述外壁的内表面处提供气垫以减少颗粒-壁碰撞。
18.根据权利要求9至17中任一项所述的方法，其中，进料到一个或更多个区域中的流体包括适于从所述一个或更多个区域中的固体颗粒中净化间质气体的净化气体。
19.根据权利要求1至7中任一项所述的流-固接触器，其中，所述外壁是可旋转的。
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