CN1208668A - 一种混合装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种装置,包括反应器,该反应器的上部有一个圆形开口,通过该圆形开口输入颗粒,还包括一个移动床形成部分,该部分配置在反应器上并且与反应器连通,以便通过在将颗粒散布成圆形的同时使颗粒下落到反应器中,这样使颗粒形成圆筒形高速移动床,还包括一个内部流体输入部分,其定位得可将喂入料喷射到经过反应器的圆筒形的移动床的整个上部外表面上,还包括一个内部流体输入部分,其定位得可将流体喷射到圆筒形移动床的与外表面对应的整个上部内表面上。

Description

一种混合装置
本发明涉及一个装置，用来将一种流体，如重油与一种颗粒，如被高温加热的催化剂进行混合。
在已有公知的反应系统中，固体颗粒作为一种催化剂或加热介质与反应物接触。移动床型的反应器是这种反应系统的一个典型，该反应器被分类成一种采用浓缩流化床(气泡-流化床)的类型和另一种采用高速移动床(流化床)的类型。在高速移动床所用于的反应中，固体和气体必须在很短的时间内接触。现在，在用于从一种喂入料，如重油生产汽油的流体催化裂解装置中，主要采用向上流动类型的高速移动床反应器，即所谓的“上升型”。该反应器能够以改善的催化剂性能来减少接触时间，从而加强了对最终产品的选择率和对不良的过度裂解反应的抑制。
现在，对加强汽油或轻烯族烃的有选择性的生产有很强的需求，而且对于采用向下流动型的高速移动床反应器进行了一个调查，该反应器可以避免回混对改善选择率的不利影响。
对于采用装备已有的向上流动型并具有高速移动床的反应器的流体催化裂解装置来说，其中的接触反应需要花几秒钟的时间。而生产轻烯烃的反应时间约需要减少0.1到1.5秒。为了在很短的反应时间内进行接触，在反应器的入口处迅速将喂入料与催化剂进行混合，并在此使其气化是必不可少的。另外，需要增加催化剂从一种油中的回收率，以便补偿在缩短的反应时间内转化的减少。从这个缺点来看，需要一种装置，它能够在已有的向上流动型的反应器的入口处迅速混合和汽化喂入料和催化剂，形成一个高速移动床，并可以使催化剂从油中的回收率比用来以一种喂入料，如重油生产汽油的催化裂解装置的该回收率(催化剂/油为5-8)高数倍。
从已有技术的观点来看存在上述困难，本发明的目的是提供一种装置，该装置可以均匀并迅速地将一种流体和一种固体颗粒进行混合。
根据本发明，提供了一种装置，用来将一种喂入料流体，如重油与一种使该流体在反应器中气化的催化剂颗粒进行混合，该装置包括反应器，该反应器的上部有一个圆形开口，通过该圆形开口输入颗粒，还包括一个移动床形成部分，该部分配置在反应器上并且与反应器连通，以便通过在将颗粒散布成圆形的同时使颗粒下落到反应器中，这样使颗粒形成圆筒形高速移动床，还包括一个外部流体输入部分，该部分这样定位，以便将喂入料喷射到经过反应器的圆筒形的移动床的整个上部外表面上，还包括一个内部流体输入部分，该部分这样定位，以便将流体喷射到圆筒形移动床的与外表面对应的整个上部内表面上。
根据本发明的另一个特征，提供了一种装置，用来将一种喂入料流体，如重油与使该流体气化的催化剂颗粒进行混合，该装置包括一组垂直延伸的立管、一个用来均匀地将颗粒分配到立管中的分配装置，还包括一个位于该分配装置之下的混合部分，立管从该分配部分的内部延伸到混合部分内的上部，以便向此处输入颗粒，还包括配置在混合部分中并且在立管之下的一组板，该板用来将下落到此的颗粒在径向上向外散布，还包括一个在混合部分中包围着各立管的外表面的流体输入腔，以便以靠近并平行于来自立管以圆筒形状流动的颗粒的外表面的方式，在垂直方向上向下喷射流体，以样使该流体与被板散布后的颗粒相碰撞。
根据本发明的另一个特征，提供了一种装置，用来将一种喂入料流体，如重油与使该流体气化的催化剂颗粒进行混合，该装置包括一组垂直延伸的立管、一个用来均匀地将颗粒分配到立管中的分配装置，还包括一个位于该分配装置之下的混合部分，立管从该分配部分的内部延伸到混合部分内的上部，以便向此处输入颗粒，还包括配置在混合部分中并且在立管之下的一组板，该板用来将下落到此的颗粒在径向上向外散布，还包括一个在混合部分中包围着各立管外表面的流体输入腔，以便将该流体喷射到从各立管下落的圆筒形颗粒的整个外表面上。
对于一个很短的接触反应来说，需要在反应器的入口处使喂入料和颗粒(催化剂)进行迅速而均匀的混合和气化。因此，需要以细微的小滴的形式提供喂入料。在一个宽广的空间中可以进行均匀的混合，但是在有限的空间中却不能完全完成均匀的混合。为寻找另一种方案来解决该问题，进行了大量的研究和研制，产生了如下结论。
在该另外的解决方法中，在液滴形式的喂入料通过喷嘴细化到一定的程度后，该被喷射的喂入料与固体颗粒进行碰撞，从而被碰撞产生的冲击进一步细化。重要的是，固体颗粒的表面积被尽可能地增大了，这样其表面能够完全与被喷射的喂入料碰撞。以下将要描述让颗粒有何种形状使其在有限的空间内具有大的表面积。
参考图9、11和13，其中显示了管状反应器所处的状态，颗粒153向下流动，其体积被控制住。图10、12和14显示了图9、11和13中各管状反应器150、151和152的横截面视图。如这些图所示，在管状反应器的横截面中流动颗粒取简单的形式，其中图10(c)、12和14所示的形式是适合均匀混合的。图10(a)和(b)所显示的流动颗粒在管状反应器横截面中的形状是不适合的，因为颗粒局部在反应器150的一侧流动。适于流动颗粒迅速混合的形状要具有大的外表面。如图14所示，圆流动颗粒形成的圆筒形状具有最大的外表面，因此被发现适合于迅速混合。从前述的观点来看，当待混合颗粒被控制在一定的数量时，呈圆筒形式的流动颗粒最适合于在管状反应器中迅速均匀地混合。
通过阅读以下参考附图进行的详细描述可以更好地理解本发明的上述的和其它的优点。
图1是本发明的一个装置的实施例的示意图：
图2是本发明的一个装置的改进的实施例的示意图；
图3是本发明的一个装置的进一步改进的实施例的示意图；
图4是本发明的装置的管状反应器的上部的示意图；
图5是本发明的装置的管状反应器的上部改进型的示意图；
图6是管状反应器的剖视图，显示的是流体向颗粒喷射的状态；
图7是本发明的一个装置的进一步改进的实施例的示意图；
图8是本发明的一个装置的进一步改进的实施例的示意图；
图9是一个说明性的视图，显示了颗粒在管中向下的流动；
图10(a),(b)和(c)是图9所示管的剖视图，显示了颗粒在管中向下的流动；
图11是一个说明性的视图，显示了颗粒在管中向下的流动；
图12是一个图11所示管的剖视图，显示了颗粒在管中的流动；
图13是一个说明性视图，显示了颗粒在管中向下的流动；
图14是一个图13所示管的剖视图，显示了颗粒在管中向下的流动；
图15是实施本发明另一特征的实施例的装置的剖视图；
图16是沿图15中A-A线的剖视图；
图17是沿图15中B-B线的剖视图；
图18是一个根据本发明的装置的主要部分的示意图；
图19是沿图18中C-C线的剖视图。
现在具体参考图1，图中显示了一个用于混合流体喂入料，如重油和催化剂颗粒的装置，它可以使重油在管状反应器102中汽化。
反应器102是一个垂直延伸的圆管(垂直向下流动型反应器)，在其上部有一个开口103，通过该开口提供催化剂颗粒。在反应器102上有混合装置101，并带有一个移动床形成部分105，以便使催化剂颗粒从开口103下落同时循环地分配该催化剂颗粒，从而形成如图4所示的圆筒形高速移动床104。
只要在反应器102中能形成高速移动床104，形成部分105的结构不仅限于此。例如，在图1中颗粒是通过采用空气或气体使其流化而形成在移动床中的。移动床形成部分105包括一个控制部分107，以便通过流化催化剂颗粒来调整移动床106的密度，还包括一个圆筒成形管109，它有一个通道108，在此颗粒形成为一个圆筒形状，垂直延伸。
控制部分包括一个腔110，该腔垂直延伸并具有圆形的、多边形的、矩形的或圆筒形的横截面。在腔110内的下部有一个带孔板型的散布装置，该装置采用气体和混合型的散布器。在图1中的腔110中提供了一个带孔板111。另外，在腔110的中上部有一个输入孔112，该孔与输入管113相连，通过该输入管输入被高温加热的颗粒，如硅铝催化剂颗粒，该颗粒的粒度尺寸为1-500μm并且被加热到450-700℃的高温。安装在输入孔112之下并且在该腔的中部之上的是一个接受器114，它接受由输入管113提供的颗粒。该颗粒从接受器114溢出，然后下落到带孔板111上。腔110的下部与一个流动气体输入管115相连，该管提供流动气体，如空气或不活泼的气体，该气体穿过带孔板到达腔110中，这样使板111上的颗粒流化，以便形成流化床106。
在其底部中心处，腔110与穿过带孔板111的圆筒形成管109同心地相连。该圆筒管109为双壁结构，包括彼此同心的一个内管116和一个外管117，在两管之间形成的管状通道108。内管116垂直地延伸到靠近接受器114处，并从此处水平地延伸，穿过腔110的侧壁与重油供给装置(没有显示)，如泵相连。外管117穿过带孔板111到达一定的水平高度，该水平高度比带孔板111的位置高，该外管用作为一个溢流管，这样流化床的高度增加，然后涌入通道108中，当其通过外管117时就形成了高速移动床。不用说，外管117的长度是由高速移动床的长度决定的。
腔110也可以是如图2所示的结构。更具体地说，就是一个用来输入颗粒的输入管119与腔110的侧壁相连，这样将颗粒直接输入到带孔板111上，而内管116直线地延伸穿过腔110的顶壁。即使以这样的结构，也能够形成流化床106。
如图1所示，分别带有一个内壁120和外壁121的内和外管116和117的下端汇合，将输入孔103分成几个部分，通过这些部分，颗粒以高速移动床104的形式进入反应器102。外管117的直径是根据颗粒的输入速度决定的，它可能小于反应器102的直径，如图1和图2所示。另一种情况是，如图3所示当颗粒被大量输入时，外管的直径可能比反应器的直径大。内管的直径也是根据颗粒的输入速度决定的。
如图1至图3所示，提供了一个外部流体输入部分122，它在外部围绕着外壁121的外圆周并且在反应管102之上。流体输入装置对圆筒形移动床104的整个外圆周上喷射流体。在内圆周壁120上提供另一种流体输入部分123，以便对移动圆筒形移动床104的整个内圆周上喷射流体。只要这些流体输入部分122和123能够将一种液体喂入料，如一种重油喷射到移动床104的整个内外圆周表面上，其结构可以是任何形式的，因此，其结构可以如图4和图5所示。
图4图示了喂入料被一个采用环吹喷嘴的液力喷射系统喷射，这种喷射是通过增加喂入料的线速度完成的。在该系统中，不用雾化蒸气作为喷射介质。更具体地说，提供一个与反应器102成整体的圆形输入腔125，用来输入喂入料，该腔围绕着外壁121的外圆周。圆形输入腔也可以是与反应器102分开设置的。在圆形输入腔125的内壁(即反应器102的外圆周壁121)上有一组外部喷嘴126，喂入料通过该喷嘴被喷向圆筒形移动床104。喷嘴以一定的间距分开配置。只要流体可以通过与颗粒的碰撞冲击被进一步细化，不必限制外部喷嘴126的喷射角度。最好是使喷嘴以相对于水平方向向下15-75°的角度喷射液体。在图4中，喷射角度是相对于水平方向向下45°。如果液体能够被喷射到移动床的整个外表面上，可以对喷嘴126的数量进行选择。
内圆周壁120基本上是内管116的下部，它还作为圆筒输入腔127，用来输入一种喂入料。该内圆周壁的下端(末梢)为圆锥形，尖头向下并且带有一组内喷嘴128，通过该喷嘴将喂入料向圆筒形移动床104喷射。喷嘴128以相等的间隔分布在内圆周壁的周边方向上，以便将喂入料喷射到移动床104的整个内表面上。如果通过与颗粒的碰撞冲击可以使被喷射的材料进一步细化，对内喷嘴的喷射角度没有限制。最好是使内喷嘴以相对于水平方向向下15-75°的角度喷射喂入料。在图4中，内喷嘴的喷射角度被设成45°。如果液体能够被喷射到移动床的整个内表面上，可以对内喷嘴128的数量进行选择。如果喂入料可以被喷射到移动床104的整个内和外表面上，对外部流体输入部分122与内部流体输入部分123的喷射流量之比没有限制。最好该喷射流量之比在1∶1到3∶1的范围。
外部和内部流体输入部分122和123由一种隔热元件130包围，该元件防止因催化剂颗粒传导的热导致的喂入料的焦化，该催化剂颗粒被加热到450-700℃的温度。对隔热元件130的结构没有限制，只要它的结构能够防止被高温加热的颗粒对喂入料产生不利影响。例如，采用传统的隔热材料，如空气或蒸气，可以实现隔热。图4显示，通过让蒸气进入由圆筒形输入腔125的上下部分所形成的空间而使实现隔热。更具体地说，在输入腔125的上部配置了一个上部圆形蒸气输入腔131，该腔与垂直延伸的小空间(间隙)132连通，该小空间限定在输入腔125和被包围在输入腔中的形成管109之间。供给到蒸气输入腔131中的蒸气，通过小空间132向下流到反应器102中，小空间的下端向孔103打开，这样使输入腔125的上部隔热。另外，输入腔125的下部环形地配置了一个下部圆形蒸气输入腔133，该腔与水平延伸的小空间134连通，该小空间限定在蒸气输入腔133和反应器102之间。供给到达蒸气输入腔133中的蒸气，通过小空间134水平地流到反应器102中，小空间的下端向反应器102打开，这样使输入腔的下部隔热。在内管116的内壁和输入腔127的外壁之间限定了一个垂直延伸的通道135。换句话说，内管116有双层结构。通过通道116蒸气被向下地输入到反应器102中，通道116的下端向反应器102打开，以便使通过输入腔127被喷射的喂入料隔热。
图5显示了一个用于以下方法的外喷嘴和内喷嘴的例子，此方法是采用一种介质，如气体或雾化蒸气将流体，如喂入料喷射。为简短起见，图5中与图3相对应的部分由相同的符号表示。
图5中，外部流体输入部分122与图4中的外部流体输入部分的不同之外在于：直接向其提供喂入料的一组喷嘴136以一定的间隔环形地配置，以便向移动床的整个外表面喷射喂入料。喷嘴136属于内混合结构型，喂入料从其中心流过，其外侧有雾化的蒸气流到喷嘴的末端，以便使喂入料隔热。
图5中内部流体输入部分123采用了一种内混合结构，雾化器138被安装在内混合腔137中，以便加强喷射效果。雾化器138有一组喷嘴139，该组以一定的间隔设置的喷嘴环形地配置在该雾化器的末端，以便对圆筒形流动颗粒的整个内表面喷射喂入料。蒸气通道140由内管116的内壁和混合腔137的外壁限定，以便利用雾化蒸气的一部分作为隔热装置以及外部喷嘴136。
随后将描述一种方法，该方法用装置101将加热到450-700℃的硅铝催化剂颗粒与喂入料(重油)进行接触混合。
催化剂颗粒由输入管113提供，并且通过一个输入口112连续地下落到接受器114中，从接受器溢流出的催化剂颗粒进一步下落到带孔板111上。当圆形床中形成了移动时，在周边方向密集地堆积在在带孔板111上的催化剂颗粒可以均匀地分布到密度低的地方。
高度增加的流化床流过外管117，从外管的所有圆周方向进入到通道108中，并在经过通道108时形成了圆筒形的高速移动床104。然后流化床通过孔103进入到反应器102中。
如图6所示，外喷嘴126和内喷嘴128从移动床的所有圆周方向上将喂入料喷射到移动床104的整个内和外表面上。由于在外和内喷嘴的外侧提供了一个隔热装置130，从喷嘴进行喷射的喂入料被隔绝了与被加热的(450-700℃)催化剂颗粒的热交换，从而避免了被喷射的喂入料的焦化。被喷射的喂入料与催化剂颗粒碰撞，形成圆筒形的移动床104，并随后通过该碰撞的冲击雾化成更小的颗粒。因此，催化剂颗粒和重油的混合可以有效地进行。所产生的混合物向下运动到反应器102中。
本发明的装置可以使反应器102中颗粒对油的回收率增加到50∶1，这是具有上升型高速移动床的传统反应器的流体催化裂解装置的回收率(5-8∶1)的数倍。
在本发明的装置中，将喂入料喷射到将要被接触和混合的颗粒的圆筒形移动床的内外圆周表面上，使得喂入料与颗粒能进行有效的接触。另外，喂入料还可以迅速并均匀地与颗粒混合，因为喂入料通过与圆筒形流动的颗粒的接触所产生的冲击而被进一步细化。由于可以对圆筒形颗粒床的内外圆周表面喷射喂入料，所以要使用的颗粒的比例可以增加，这样，颗粒对喂入料的重量比可达到50∶1。
因此，可以在很短的时间内均匀地进行接触反应，这是因为可以减少用于使喂入料与催化剂颗粒相接触的时间(约为0.1至1.5秒)，这样可以避免不良的过度裂解反应，从而可使生产的汽油的质量提高。
图7中显示的是一个改进的控制部分107，其中散布仅通过使催化剂颗粒自由下落来完成，而不是通过流化来完成。
更具体地说，控制部分107包括一个容器142，该容器是一个垂直的圆筒，在其上部的输入口112与喂入颗粒的输入管连接，还包括一个接受器114，以便在输入口112的下面将颗粒接受在容器的上部。该容器142的下部为料斗的形式，该料斗的直径在朝着底的方向逐渐地减小。在其底部是一个排出口143，该排出口与外管117的末端部相连，组成一个移动床形成管109。同样组成形成管109的内管在接受器114的附近延伸然后弯折到水平方向延伸，穿过容器142的侧壁。在内管116和容器142之间，限定了一个圆筒形的通道144，颗粒向下通过该通道。在通道144中，在纵向以一定的间隔配装置有一组挡板145和146，以便改变颗粒的流动方向，从而将其均匀地散布在圆周方向上。对挡板145和146的形状和数量没有限制，只要它们能够改变颗粒的流动方向并且能够将颗粒均匀地散布在圆周方向上即可。在图7所示的实施例中，配置了两个圆形挡板145和146，它们在垂直方向以一定的间隔分开。更具体地说，圆形上挡板145在径向方向向内并向下倾斜，其外圆周边沿固定在容器142的内壁上，在其内圆周边沿和内管116之间限定了一个开口。圆形下挡板146在径向方向向外并向下倾斜，其内圆周边沿固定在内管116的外壁上，在其外圆周边沿和容器142的内壁之间限定了一个开口。通过入口112与颗粒一起供应气体。在供给小量的催化剂颗粒的情况下，在没有输入气体时它们也可以依靠自重顺利地通过成形部分109。然而，如果想要输入大量的催化剂颗粒而不输入一种气体，在形成部分109将发生压力损失，并由于有该组挡板的存在而导致容器被催化剂颗粒充满。因此，需要与催化剂一起输入一种气体，以提供压力克服在形成部分109处的压力损失。另外，输入一种气体的原因还在于有利于使颗粒的密度均匀。
在这种结构中，溢出接受器114的颗粒下落到上挡板145上，并且在径向上向内移动到圆周边沿，从此处颗粒通过开口下落到下挡板146上。在下挡板上的颗粒在径向上向外移动到圆周边沿，从此处颗粒通过开口下落到料斗的下部。以这种方式，使颗粒在移动过挡板145和146时，在径向方向上以均匀的密度散布。
密度均匀的颗粒连续地流入并通过通道108，并且在通过通道108时以上述方式形成一个圆筒形的高速移动床。
圆筒形移动床形式的颗粒与喂入料相接触，这是通过对该移动床的内外圆周表面喷射喂入料来完成的，这样能够有效地实现接触。另外，被喷射的喂入料被接触时的冲击进一步细化，使接触更加有效，这样就可以迅速地进行喂入料与颗粒的混合。
图8显示了一个图7所示装置的改进型，其不同之处在于反应器102的上部147的直径加大到与容器142的直径相同，并且提供了一个外部流体输入部分122，喂入料从此处沿水平方向，而不是以向下45°的角度喷射。
现在参考图15至19，它们显示了本发明的混合装置101的另一个实施例。
图15所示的混合装置201基本上包括散布装置202、一组立管203，每个立管都有一个上部，该上部垂直延伸，通过该散布装置202的底部到达该散布装置的上部，还包括一个混合部分204，催化剂颗粒从立管向下流到该混合部分中，每根立管的下部进入到混合部分204中，还包括一组板205，这些板配置在混合部分204中，并且在立管下部之下，以便在径向方向上散布从此处输入的颗粒，还包括一个流体输入腔206，该流体输入腔配置在混合部分，以便喷射如喂入料(重油)这样的流体，这样将该流体与颗粒混合。
散布装置202不只限于这种结构，只要它能够在立管中均匀地分配颗粒即可。在图15所示的实施例中，采用了流化床来分配颗粒。
分配装置202包括一个腔207，该腔是垂直的，其横截面可能是圆的、多边形的或矩形的。图15中的腔207是圆筒形的，并且在其下部有一个带孔板型的分配器或一个栅管分配器。在此实施例中，采用了带孔板208。腔207的侧壁与输入管相连，该输入管用来将如硅铝催化剂的颗粒输入到带孔板上，这种颗粒具有的直径为1-50μm并且被加热到450-700℃。腔207的下部与流化气体输入管210相连，该管用来输入一种流体气体，如蒸气、空气或不活泼的气体，使气体穿过带孔板208进入到腔207中，以便使颗粒流化，从而形成一个流化颗粒床211。每根立管203垂直延伸，通过腔207的底部和带孔板208，其上末端延伸到腔207的中部。
虽然没有限制，但立管的数量为3至30根较好，最好是3至7根。立管在腔207中以一定的间隔配置。在图16中，例如，配置了七根立管，其中的六根在圆周方向以相等的间隔(60°)隔开，而一根被配置在中心。各立管203的直径根据颗粒的输入流量来选定。然而，不用说，在此后所描述的反应器212的直径和立管的数量不变的条件下，立管的直径随着颗粒的输入流量的增加而增加，随着颗粒的输入流量的减小而减小。颗粒对油的流量比值在5-50的范围，最好为20-30。该比值小于5，将由于接触时间短而导致反应不足。该比值超过50，将带来诸如压力损失和磨损等问题。
腔207下面是混合腔204，用来混合喂入料和催化剂颗粒，每根立管的下端部延伸到混合腔204的上部。因此，流化的颗粒向下通过混合腔204。混合腔204为圆筒形，其下部与反应器212相连(垂直向下流动型的反应器)，该反应器与混合腔具有相同的直径。
用来在圆周方向上散布来自立管203的颗粒的一组板205被配置在立管之下、在混合腔204的中部。这些板205安装在相同的水平高度上。虽然没有限制，但该板可能是圆盘形的，其直径等于或大于立管下端的直径，或者其中心凹到外圆周的水平面之下，或为一个碟形盘或为圆锥形。
另外，在这此板之下配置了另一组板213，以便在水平方向进一步散布从散布板205下来的颗粒。这些散布板213应该安装在这种位置，使颗粒集中流动，例如散布板213配置在如图15所示的散布板205之间的空间下。该散布板可以与位于上游的散布板205相同或不相同。在图15中，散布板205和213被分别配置在同一层。层数的最佳数量为1至5个，因为太多层可以增加混合效率，但会导致压力损失。
在混合腔中围绕着立管203提供了流体输入腔206，以便喷射喂入料，如重油。只要该流体输入腔206对例如以圆筒形式流动的颗粒的整个外表面上喷射喂入料，对腔206的结构没有限制。如图15和18所示，喷射方向可以从0(水平方向)到90°(垂直方向)的范围内选择。更具体地说，图15中的流体输入腔206的结构是为了以靠近并平行于来自立管以圆筒形状流动的颗粒的外表面的方式向下喷射喂入料，这样喷射的喂入料与被板205和213散布后的颗粒相接触。
图18中，流体输入腔206采用一种喷射介质，如气体或蒸气，以0°即以平行于水平面的方向喷射喂入料。
流体腔206还带有一个隔热装置214，如图18所示。在混合部分204的上部，提供了浅盘215-218，它们分别装有隔热蒸气、用于喷射的蒸气、喂入料和用于隔热和喷射的蒸气。浅盘215-218在垂直方向上相互重叠配置并且围绕着立管。因此，立管延伸通过这些浅盘215-218。在各重叠的浅盘215-218与各个立管的外圆周表面之间，提供了小的圆筒空间或间隙219，该间隙的上部与隔热蒸气浅盘215相连，这样隔热蒸气沿各立管202的外圆周表面向下流动，从而使喂入料与立管隔热。
配置在隔热和喷射蒸气浅盘218之下的是一个用于隔热的隔板220，该隔板在水平方向上延伸并且对着立管的下端。更具体地说，该隔板220为圆盘形状，在与立管下端一致的位置上有圆形开口。在隔板220与隔热和喷射蒸气浅盘218之间有间隙221，这样从此处来的蒸气径向向内地流过间隙221，以便使混合部分与来自喂入料浅盘217的喂入料隔热。隔热装置214由浅盘217和218组成。隔热装置214不仅限于此结构，只要它能够使喂入料与立管隔热即可。
围绕空间219的是圆筒形的喷射腔222，该腔的上部与喷射蒸气腔216相通，这样来自此处的喷射介质蒸气可以以高速度向下流过腔222。在喂入料浅盘217的侧壁上有很多喷嘴223，这样此处的喂入料被喷射到喷射腔222中与蒸气混合。所产生的混合物与隔热板221碰撞，随后水平地流过从立管输入的颗粒的整个外表面。该混合物以一个在0°(水平地到90°(垂直地)、最好是0°到45°的范围内的角度喷射。通过改变隔板的位置可以改变该角度。在图18所示的实施例中，混合物以0°即在水平方向上喷射。如图19所示，一组喷嘴在圆周方向上以一定的间隔配置，以便对整个喷射腔喷射喂入料。在垂直方向有相等的间隔，并配置一组喷嘴223的层的数量可以在1至6最好是1至3的范围内选择。
下面描述采用如图15所示装置的工作过程。
经过输入管209连续地将催化剂颗粒输入到带孔板215上，随后该颗粒被在流化床211中形成的流动气体流化。通过以这种方式形成流化床211，当被流化时，在某一特殊位置上过量输入的颗粒可以被散布到颗粒较少的部位，这样颗粒可以在水平方向以均匀密度散布。
随着流化颗粒床的高度增加，一部分颗粒从所有的圆周方向上超过立管的上边沿流入立管203中。由于这种在水平方向上密度均匀的颗粒的高度增加并随后流入一组立管中，各立管中可以分配到等量的颗粒。
各立管中的颗粒向下流过下开口到达混合腔204。
该颗粒在混合腔204中继续连续地往下流。这样颗粒以圆筒的形式流动，尽管这依赖于颗粒的数量。因此，几乎所有的颗粒都与散布板205碰撞并且随后被沿径向向外散布。例如，在采用盘形或碟形的板205的情况下，颗粒以向下变宽的锥形堆积在其上，并且有一个相应的约为20°的角，如图18中的虚线所示，这样下落到堆上的颗粒沿其斜面径向向外地下落。在采用有下凹中心的盘形或碟形的板205的情况下，聚集在板205的中间的颗粒起了缓冲垫的作用，吸收了由于颗粒从立管落下所施加的冲击，对于减小磨损是有利的。
因此，用相应的板将从一组立管下落的颗粒径向向外散布，可以有效地将颗粒进行散布。
在图15所示的实施例中，以靠近并包围从各立管以圆筒形状输入的颗粒的外表面的方式，将喂入料从流体输入腔206垂直喷射。在此，由于在喷射腔206中提供了隔热装置214，而该隔热装置能够使喂入料与被加热到450-700℃的催化剂颗粒隔热，所以能够喷射喂入料而不使其焦化。
这样喷射的喂入料随后与径向向外散布的颗粒碰撞，并且被该碰撞的冲击进一步细化地分散，这样喂入料可以均匀并迅速地与颗粒混合。所进行的混合在接触效率上有所改进，而且喂入料的气化也能够充分地进行。另外，由于提供了多组散布板205和213，颗粒被进一步散布并且与喂入料接触(碰撞)，从而进一步加强了接触效率，致使混合以一种令人满意的方式进行。所产生的混合物向下流到反应器212中。
在如图18所示结构的流体输入腔206中，从蒸气喷射浅盘216输入的蒸气流入喷射腔222的上部，然后以高速度在其中向下流动，同时在喂入料浅盘217中的喂入料被喷射到喷射腔222中以便与其中的蒸气混合。该混合物与隔板221碰撞，并且与来自隔热和喷射蒸气浅盘218的蒸气一起被喷射到整个颗粒的外表面上，该颗粒是被以圆筒的形式从水平方向输入到立管中的。换句话说，喂入料是与颗粒流动方向成直角地被喷射的，而这些颗粒以圆筒形状输入到各立管203中。
通过与以圆筒形式输入的颗粒的碰撞，这样喷射的喂入料被进一步细化，随后，在分散到颗粒外表面的附近之后，向下流动。通过散布板205使颗粒径向向外散布，并且再次与细化的喂入料碰撞，这样喂入料被进一步细化地分散，从而有效地散布了喂入料。
因此，催化剂颗粒和喂入料能够均匀并迅速地混合，并且有效地相互接触，这是因为催化剂颗粒被均匀地分配在立管203组中，并且在通过立管203之后被散布板散布，而喂入料与被散布的颗粒接触随后被细化地分散。本发明的装置要应用于这样的场合，即相对于喂入料来说使用催化剂颗粒的比例较大，催化剂颗粒与喂入料的最大比例可达50。
另外，接触反应可以在非常短的时间内均匀地进行，这是因为可以减少用于使喂入料与催化剂颗粒接触的时间(约为0.1至1.5秒)，这样可以避免不良的过度裂解反应，从而能够生产出高质量的汽油。
下面将以的实施例的形式对本发明作进一步的描述，提供这些实施例仅是为了说明的目的。
实验1
采用五种类型的混合装置，其形式如图1、2、7、8和3所示，每种类型分别表示为装置A、B、C、D和E。各装置的主要尺寸如表1所示。
所采用的催化剂颗粒是通常从重油中生产汽油的流动催化剂裂解装置中所使用的。该催化剂平均的颗粒尺寸为63微米、容积密度为0.85g/cm3。采用常温下的空气而不是喂入料作为被喷射的流体。
实验条件是在这样的假设下建立起来的，即假设通过将喂入料喷射到被加热到600℃的催化剂颗粒上时，完成了混合和气化，但反应尚未发生。改变以上述假设为基础的实验条件，即使催化剂的输入流量从10kg/min到100kg/min变化、使空气的输入流量从5m3/h到50m3/h变化。通过改变一个内喷嘴对一个外喷嘴的喷射率来调整空气的输入流量。这些装置都由氯乙烯制成。通过采用视频摄像机并进行观测来观察混合的状态。
实施例1
在上述的各种条件下用装置A进行实验。以30kg/min的流量输入的催化剂流化床流过成形部分的上边沿并自由地在此处下落。输入流量超过30kg/min将导致流化床增高，其结果是对流化床起散布作用的空气强行地使流过成形部分边沿的颗粒流入成形部分。这大概是由成形部分的压力损失所引起的。然而，加大输入流量和减少输入流量输入的颗粒在通过该成形腔之后，形成了很好的圆筒形状。观察到当仅采用外喷嘴进行混合时，颗粒局部流向反应器的中心。与此相反，当仅用内喷嘴时，观察到颗粒与反应器的内壁碰撞。当内喷嘴对外喷嘴的喷射率为2比1时，混合能力最优。混合能力还随着空气的输入流量的增加而改善。
实施例2
用装置B进行与实施例1相同的实验。与装置A一样，装置B的使颗粒成为圆筒形的能力以及使颗粒与空气混合的能力也是优良的。由装置A形成的颗粒的圆筒的直径为60mm，而由装置B形成的颗粒的圆筒的直径为70mm。然而，对于混合来说，没有观察到由于直径不同而引起的差别。
实施例3
用装置C进行与实施例1相同的实验。装置C提供了一个控制部分，用挡板来调整颗粒的密度，以便以均匀的密度分配颗粒，装置C的结构使得颗粒自由下落地通过成形部分。就此而论，当催化剂颗粒以超过20kg/min的流量输入时，催化剂颗粒开始聚集在控制部分。而当输入流量增加到30kg/min时，充满控制部分并且以其自重通过移动床形成部分的催化剂颗粒就增加，同时颗粒的聚集高度也增加。然而，通过从某处导入空气到输入管的中部，可以避免此问题。在这两种情况下，颗粒均匀形成了很好的圆筒形状，并且出色地与空气混合。
实施例4
采用装置D进行实验。在此观察颗粒与空气的混合能力的实验中，只用外喷嘴。使外喷嘴在与其它装置不同的水平方向上喷射空气。颗粒与空气混合不好，因为它们局部沿反应器的中心流动。
实施例5
用装置E进行与实施例1相同的实验，装置E增加了圆筒形移动床形成部分的直径，这样来处理催化剂颗粒的输入流量增加的情况。在此装置中，即使颗粒的输入流量增加到100kg/min颗粒也不会增加到该腔所在的水平面，这样颗粒就可以顺利地超过组成成形部分的外管的边沿而通过成形部分。与实施例1相同，颗粒形成了一个很好的圆筒形状，并且与空气进行出色的混合。
实验2
用于此实验的装置是一个二维模型。二维模型B、C和E对应着图2、7和3中所示的装置。各二维模型的尺寸均是各对应装置的1.5倍，厚度为10mm。喷嘴总共配置了四个。两个外喷嘴与两个内喷嘴反向地成对配置。所有的喷嘴都相对于颗粒流动方向以向下45°的角度喷射。各二维模型的主要尺寸如表2所示。
实施例6
在模型B中，以催化剂和空气的各种输入流量对颗粒流动的圆筒以及颗粒与空气混合的能力进行观察。在此模型中形成的以圆筒形状流动的颗粒实际上是一个二次棱柱，但为了方便起见还是被称为“圆筒形的”。观察到，当以低流量输入时，以圆筒形流动的颗粒在外周边处有密度增加的趋势。当外喷嘴与内喷嘴的空气输入比为1∶1时，反应器中的混合能力得到了极大的改善。
实施例7
用模型C进行实施例6的实验，该模型C带有挡板，以便使颗粒的密度均匀。由于挡板的存在，颗粒以均匀的密度进行散布，这样形成了一个像实施例6那样很好的圆筒形状。反应器的混合能力也与实施例6同样地出色。
实施例8
用模型E进行实施例6的实验。对应着装置E的该模型有一个形成区，其直径比反应器的直径大，以便处理以极高的流量输入颗粒的情况。颗粒这样形成的圆筒的直径比反应器的直径大，从而当外喷嘴和内喷嘴的喷射率为1∶1时，圆筒形状的颗粒在外表面的密度增加。随着外喷嘴的喷射流量逐渐增加，混合能力得到了改善。当进一步增加该喷射流量时，混合能力下降。因此，观察到存在一个外喷嘴和内喷嘴的最佳喷射率。最佳喷射率基本上为1.5∶1。在此喷射率时混合能力良好。
实验3
采用一个图18中所示的装置(装置F)，该装置由透明的氯乙烯制成。该装置的主要尺寸如表3所示。
所采用的催化剂颗粒是通常从重油中生产汽油的流动催化剂裂解装置中所使用的。该催化剂平均的颗粒尺寸为63微米、容积密度为0.85g/cm3。采用常温下的空气而不是喂入料作为被喷射的流体。
实验条件是在这样的假设下建立起来的，即假设通过将喂入料喷射到被加热到600℃的催化剂颗粒上时，完成了混合和气化，但反应尚未发生。改变以上述假设为基础的实验条件，即使催化剂的输入流量从50kg/min到350kg/min变化、使空气的输入流量从20m3/h到120m3/h变化。空气从第二、第三、第四喷嘴输入，这些喷嘴配置成垂直的层，各喷嘴的输入流量也不同。通过采用视频摄像机并进行观测来观察混合的状态。
实施例9
用装置F进行上述的实验，结果如下：
(1)观察到来自散布装置的催化剂颗粒均匀地流入七个立管中。
(2)虽然仅从输入腔而不从浅盘输入空气，但由于有散布板的存在，混合能力很好。
(3)颗粒的散布随着浅盘输入的空气流量的增加而改善。
(4)在从各喷嘴输入的空气流量不变的条件下，随着从第四喷嘴输入的空气流量的增加，混合能力得到改善。
实施例10
采用装置F的二维模型进行该实验，该模型的主要尺寸与装置F相同，厚度为1厘米。颗粒和空气的输入流量是实施例9中的十五分之一，以便使装置F的横截面积对模型的横截面积之比保持一致。通过如实施例9那样采用视频摄像机并进行观测来观察混合能力。结果如下：
(1)来自输入腔的颗粒均匀地流入七个立管中。然而，当以低流量输入时，这些颗粒倾向于沿立管的外侧而不是其中心流动。
(2)虽然识别出了配置为两层的散布板的作用，但当空气仅从输入腔输入而不从浅盘输入时，混合能力不能令人满意。随着从浅盘输入的空气的增加，混合能力得到极大的改善。
(3)如同实施例9那样，随着从第四浅盘输入的空气流量的增加，混合能力得到改善。
(4)通过立管的颗粒下落到散布板上并且形成了一个堆集，其对应的角度约为20°。在此实施例中的散布板采用了浅盘的形式。聚集在该板上的颗粒成为了一个缓冲垫，吸收了由颗粒从立管下落而产生的冲击。这有利于避免磨损。表1                                  装置的尺寸
装置A 装置B 装置C 装置D 装置E
控制部分直径   mm 200 200 100 100 320
控制部分长度   mm 300 300 250 250 300
外管直径       mm 60 70 70 70 100
外管长度       mm 100 100 50 50 100
内管直径       mm 30 40 40 40 60
喂入料喷嘴直径 mm 100
反应器直径     mm 80 80 80 80 80
外喷嘴直径     mm 2 2 2 2 2
外喷嘴数量 32 32 32 32 32
内喷嘴直径     mm 2 2 2 2 2
内喷嘴数量 16 16 16 16 16
向下喷射喂入料的角度        度 45 45 45 水平0 45
表2                        二维模型混合装置尺寸
二维模型B 二维模型C 二维模型E
控制部分直径        mm 300 150 320
控制部分长度        mm 300 250 300
外管直径            mm 100 100 150
外管长度            mm 150 70 150
内管直径            mm 60 60 90
喂入料喷嘴直径      mm 150
反应器直径          mm 120 120 120
混合部分和反应器厚度mm 10 10 10
外喷嘴直径          mm 3.5 3.5 3.5
外喷嘴数量 2 2 2
内喷嘴直径          mm 3.5 3.5 3.5
内喷嘴数量 2 2 2
向下喷射喂入料的角度 度 45 45 45
表3            装置的尺寸
装置
散布装置直径mm 320
立管直径    mm 30
混合部分直径mm 160
散布板直径  mm 30
反应器直径  mm 160
喷嘴直径    mm 2
喷嘴数量    (16×2×7) 224

Claims (13)

1．一种装置，用来将一种喂入料流体，如重油与一种使该流体在反应器中气化的催化剂颗粒进行混合，该装置包括所说反应器，所说反应器的上部有一个圆形开口，通过所说圆形开口输入所说颗粒，还包括一个移动床形成部分，该移动床形成部分配置在所说反应器上并且与所说反应器连通，以便在将颗粒散布成圆形的同时使颗粒下落到所说反应器中，这样使颗粒形成圆筒形高速移动床，还包括一个外部流体输入部分，该外部流体输入部分这样定位，以便将喂入料喷射到经过所说反应器的圆筒形的移动床的整个上部外表面上，还包括一个内部流体输入部分，该部分这样定位，以便将流体喷射到圆筒形移动床的与所说外表面对应的整个上部内表面上。
2．根据权利要求1的装置，其特征在于：所说流化床形成部分包括一个控制部分，在此控制部分中通过流化颗粒形成流化床，并且通过在水平方向上均匀地散布颗粒来调整密度，一个圆筒形成管在该部分中限定了一个通道，该管的上端延伸到流化床的上部，其下端与所说反应器的所说圆形开口连通。
3．根据权利要求1的装置，其特征在于：所说流化床形成部分包括一个控制部分，在此控制部分中，有在垂直方向上间隔相等的一组挡板，以便通过改变颗粒的流动方向，在圆周方向均匀地散布颗粒，一个圆筒形成管在该部分中的限定了一个通道，该管的上端延伸到流化床的上部，其下端与所说反应器的所说圆形开口连通。
4．根据权利要求1至3的任意之一的装置，其特征在于：所说外部流体输入部分包括一组外喷嘴，这些外喷嘴对着所说圆形开口的外表面，并且在圆周方向上以一定的间隔分隔开，以便以相对于水平方向向下成15-75°的角度朝所说移动床喷射流体，还包括一组内喷嘴，这些内喷嘴对着所说圆形开口的内表面，并且在圆周方向上以一定的间隔分隔开，以便以相对于水平方向向下成15-75°的角度朝所说移动床喷射流体。
5．根据权利要求2和3的装置，其特征在于：所说圆筒形成部分有一个双层结构，该结构包括一个外管，移动床流过该外管，还包括一个内管，喂入料流过该内管。
6．根据权利要求2的装置，其特征在于：所说控制部分包括一个腔，在其下部提供了一个带孔板，由一个输入管输入的流化气体经过该带孔板。
7．根据权利要求1至4的任意之一的装置，其特征在于：围绕所说流体部分提供了一个隔热装置，以便防止被喷射到其中的流体受到被加热到300℃以上的颗粒的热的影响。
8．一种装置，用来将一种喂入料流体，如重油与使该流体气化的催化剂颗粒进行混合，该装置包括一组垂直延伸的立管、一个用来均匀地将颗粒分配到所说立管中的分配装置，还包括一个位于所说分配装置之下的混合部分，所说立管从该分配部分的内部延伸到所说混合部分内的上部，以便向此处输入颗粒，还包括配置在所说混合部分中并且在所说立管之下的一组板，该板用来将下落到此的颗粒在径向上向外散布，还包括一个在所说混合部分中包围着各立管的外表面的流体输入腔，以便以靠近并平行于来自立管以圆筒形状流动的颗粒的外表面的方式，在垂直方向上向下喷射流体，这样使该流体与被板散布后的颗粒相碰撞。
9．一种装置，用来将一种喂入料流体，如重油与使该流体气化的催化剂颗粒进行混合，该装置包括一组垂直延伸的立管、一个用来均匀地将颗粒分配到所说立管中的分配装置，还包括一个位于所说分配装置之下的混合部分，所说立管从该分配部分的内部延伸到所说混合部分内的上部，以便向此处输入颗粒，还包括配置在所说混合部分中并且在所说立管之下的一组板，该板用来将下落到此的颗粒在径向上向外散布，还包括一个在所说混合部分中包围着各立管的外表面的流体输入腔，以便将该流体喷射到从各所说立管下落的圆筒形颗粒的整个外表面上。
10．根据权利要求8至9的装置，其特征在于：所说流体输入部分是一个喷射装置，用来喷射用作喷射介质的流体，如蒸气和空气。
11．根据权利要求9的装置，其特征在于：圆盘形的板配置在所说立管之下，并且在该立管的下端正下方有一个开口。
12．根据前述任一权利要求的装置，其特征在于：围绕所说流体部分提供了一个隔热装置，以便防止被喷射到其中的流体受到被加热到300℃以上的颗粒的热的影响。
13．根据权利要求8至9的装置，其特征在于：所说混合部分中在所说板之下还有一另组板，用来散布已被上板散布过的颗粒，该板至少配置在颗粒以较大密度下落的地方。
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