CN1524623A - 用于去除微粒的分离装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种具有减少的固体颗粒再夹带的多旋流器式气/固分离器。该分离器使用了多个与相邻旋流器水平间隔开的旋流器以处理含有残余催化剂微粒的烟道气。各旋流器具有主体，该主体具有用于允许气体和所夹带的固体颗粒进入到由旋流器主体的侧壁和与旋流器主体轴向对齐的圆柱形排气管形成的环形空间内的进料口。位于旋流器主体另一端处的固体颗粒出口具有供固体颗粒和少量气体穿过旋流器主体侧壁的切向出口。气体回流开口与出口管轴向对齐。多个旋流器共享用于从固体颗粒出口中排出的固体颗粒的共用收集腔和用于气体和所夹带的固体颗粒的共用歧管。在收集腔内设有多个护罩，以阻止固体颗粒从相邻旋流器的切向出口排放到气体回流开口的入口附近。

Description

用于去除微粒的分离装置
技术领域
本发明涉及装有多个封底旋流器的旋风分离器，各封底旋流器均具有固体颗粒排放装置和气体回流装置，用于从重烃供应物的流化催化裂化中回收催化剂微粒。更具体地说，本发明涉及发现和阻止固体颗粒排放装置和气体回流装置之间的穿透泄漏。
背景技术
旋风分离用于从气体中分离出微粒。将含有微粒的气流引入到圆柱形腔中。通过涡流叶片在切向或轴向上对气体上施加旋转。固体颗粒被惯性被抛至腔壁上，而洁净的气体从旋流器的中央区域处离开。一些气体随固体颗粒排出。固体颗粒可经由穿过旋流器侧壁的切向出口排出，或者是轴向地排出。
存在着许多类型的旋风分离器，但它们可被随意地分成开底式或封底式。本发明尤其可用于改进封底旋流器的操作。封底旋流器具有大致圆柱形的主体，该主体除了一个或多个进料口之外基本上是封闭的，并通常只具有一个气体出口和固体颗粒出口。封底旋流器与装有该旋流器的容器内的空气有效地隔离。封底旋流器通常在比旋流器周围的容器内的空气稍高或稍低的压力下工作。如果旋流器主体内的压力比旋流器外部的压力更高，那么该旋流器为正压力旋流器。如果旋流器主体内的压力比旋流器外部的压力更低，那么该旋流器为负压力旋流器。
在封底旋流器中，进气通常被切向地添加至旋流器主体的端部。气体出口通常是与旋流器主体的纵向轴线轴向对齐的管，该管穿过旋流器的用于接收进气的相同端部。固体颗粒通常经由处于旋流器主体的与气体出口相反一端处的细长料腿而排出。在下面将讨论的第三级分离器(TSS)中，固体颗粒有时会经由旋流器主体壁中的水平狭缝或狭槽而排出，这些狭缝或狭槽通常处于与气体出口相对的一端。
关于开底和封底旋流器之间的差异的一个方面是，旋流器出尘口是与气体入口共享相同的空间(或容器体积)还是被隔开。当旋流器从流化床如流化催化裂化(FCC)再生器中接收进气以及将气体排出到其中时，随固体颗粒穿过料腿排出的气体在从流化床到处于同一空间内的旋流器入口上再循环。气体产生从固体颗粒出口到进气口上的循环，这是因为固体颗粒出口和进气口共享反应器内的相同蒸气体积。当进气口与固体颗粒出口流体式地隔离时，就不会产生这种类型的气体循环。当固体颗粒排放到封闭容器如TSS的底部时，随固体颗粒经由旋流器出尘口而排出的气体不会返回到旋流器的入口。通常这样认为，由于除尘器基本上是密封的，因此经由固体颗粒出口逸出的气体不会多于与从除尘器中排出的固体颗粒一起排出的气体，这种情况直到如授予Chitnis等人的美国专利5681450所述地在旋流器的出口端使用气体回流的创新为止，该专利通过引用整体地结合于本文中。
简短地说，Chitnis等人的专利所解决的问题如下所述。在一些类型的旋流器和一些旋流器设置中，从固体颗粒出口到进气口的蒸气循环并不是很大的问题。在开底旋流器中，压力在旋流器内、外基本上保持平衡。一些气体总是与排出固体颗粒流一起离开，或者夹杂或吸入在固体颗粒流中。除了最终将与分离出的固体颗粒一起排出的以外，这种气体会容易地返回到旋流器的敞开主体中。在出尘口与旋流器进气口共享同一蒸气空间的封底或开底旋流器中，气体循环决不会成为问题。问题出现在从装置中随固体颗粒排出的气体无法容易地返回到旋流器中的通常封闭的旋流器中，然而这一问题也会一定程度地出现在开底旋流器中。
在流化催化裂化中，具有类似海滩沙的粒度和颜色的催化剂在裂化反应器和催化剂再生器之间循环。在反应器中，所供应的烃与热的再生催化剂的供应源接触。热催化剂在425℃到600℃、通常是460℃到560℃下使烃蒸发和裂化。裂化反应将焦沉积在催化剂上，因而使其去活化。裂化产物与结焦催化剂分隔开。通常用蒸汽在催化剂汽提塔中使结焦催化剂被汽提去挥发物，这样，汽提催化剂就被再生。催化剂再生器用含氧气体通常是空气来从催化剂中燃烧掉焦。除焦工艺恢复了催化剂的活性，同时将催化剂加热到例如500℃到900℃，通常是600℃到750℃。这一被加热的催化剂被循环到裂化反应器中，以便对更多的烃进行裂化。可对通过在再生器中燃烧焦而形成的烟道气进行处理，以便去除颗粒和进行一氧化碳的转变，之后通常将烟道气排放到大气中。
FCC的一种失效方式是旋流器的腐蚀，这是由含有催化剂微粒的高速气体穿过旋流器的多年操作而引起的。精炼机通常不会使用较高的内部旋流速度，但是由于需要提高旋流器的效率，因而要被驱动到较高的速度。FCC装置必须在不超过地方性的颗粒排放限制的情况下工作。催化剂的价格有些贵，大多数FCC装置都存放有数百吨催化剂。FCC装置每分钟循环数吨催化剂。由于供料速度较大，因此需要有较高的循环率，对于每吨待裂化的油来说，大约需要5吨催化剂。
必须从裂化产物中除去这些大量的催化剂，以免重烃产物被催化剂微粒所污染。即使采用多级旋风分离，在裂化产物中也不可避免会残留一些催化剂微粒。由于存在这么多催化剂，因此这些催化剂集中在最重的产物部分中，通常集中在主FCC的分馏塔底产物中，这种产物有时称为油浆。精炼机可使这一材料留在罐中，以允许一些所夹带的催化剂排出，生成CSO或澄清油浆。
这些问题在再生器中变得更为严重。除了满足裂化反应器所需的大量催化剂循环之外，还必须处理额外的内部催化剂循环。在大多数鼓泡床催化剂再生器中，每15-30分钟就有其量等于整个催化剂库存量的催化剂从再生器的旋流器中通过。大多数装置具有数百吨的催化剂库存。任何采用通常包括两级旋流器的再生器旋流器都无法回收的催化剂将残留在再生器的烟道气中，除非以相当高的成本为代价增设第三级分离器、静电除尘器或某些类型的除尘部件。
许多精炼机使用了动力回收系统。FCC再生器的烟道气中的能量驱动鼓风机为再生器提供空气。如果安装了动力回收系统的话，离开再生器的大多数FCC烟道气流中的微粒量和粒度足以腐蚀涡轮机叶片。在涡轮机的上游处通常安装了第三级分离器，以便减少催化剂含量并保护涡轮机叶片尤其不受尺寸大于10μm的微粒的侵袭。目前，一些精炼机甚至还在第三级分离器和涡轮机的下游安装了静电除尘器或一些其它的颗粒去除部件，以便进一步降低微粒的排放。
许多精炼机目前使用了高效率的第三级旋流器，以便降低FCC催化剂微粒的损失和/或保护动力回收的涡轮机叶片。应当注意的是，在采用第三级分离器来净化再生器的烟道气时，通常使用第四级分离器来处理第三级分离器所排出的底流(富含固体颗粒的部分)。第四级分离器中的气体体积较小，这是因为第三级旋流器设计成可减少随固体颗粒排出的气体量。通常有0.5-3％烟道气随着从第三级分离器中排出的固体颗粒一起排出。第三级分离器使随固体颗粒排出的气体(底流中的气体)被限制成需要被流化并从第三级分离器中排出固体颗粒的气体。
出于这些原因即较小尺寸的微粒和相对较低的气体体积，第四级分离器通常包括小直径的旋流器、热烧结的金属或陶瓷过滤器，或袋滤器。
大多数精炼机均可通过其初级和次级旋流器或等效装置而满足从烟道气中回收催化剂和将所回收的催化剂排放回到再生器中的要求。容易出问题的分离处于第三级分离器或TSS装置中的再生器的下游。TSS必须产生基本上没有超过10微米的微粒的气体(在使用动力回收涡轮机时)和/或实现足够的微粒去除，以满足排放颗粒的规定限制。
现代的高效率的第三级分离器通常具有50到100或更多个小直径的旋流器。在文献“用于催化裂化装置烟道气的改进的热气膨胀器，Hydrocarbon Processing，1976年3月”中介绍了一种第三级分离器。这种装置相当大，为26英尺直径的容器。含有催化剂的烟道气穿过许多个旋涡管。催化剂在离心力的作用下被抛至管壁上。洁净的气体经由中心排气管向上排出，而固体颗粒经由外部管底部中的两个排放槽而排出。该装置可除去大多数10微米和更大的微粒。该装置每小时可处理约550000磅的烟道气，这些烟道气含有从亚微米微粒到60微米大小的催化剂微粒的300磅/小时的颗粒。这相应于约680mg/Nm3的进料负载。
在FCC工艺的各个环节中处于各个旋流器上的固体颗粒含量变化得很大。在粒度方面第三级分离器最难进行分离，而初级分离器通常完成了99％的固体颗粒回收。这通过考虑在代表性FCC装置中所发生的情况来进行研究。在这种代表性装置中，分离工艺如下表A所示，其显示了从用于在再生器中从烟道气中初步分离出催化剂的初级和次级旋流器到作为最终分离气流的TSS的情况。从TSS中分离出的粉尘排放到第四级中。来自第四级的气体与来自第三级的气体混合到一起。总排放率为0.0474吨/小时，其相应于215mg/Nm3的负载。
表A
旋风分离级
第一级                   第二级         第三级       第四级
旋流器入口
吨/小时  固体颗粒
500                       5.0            0.15         0.108
平均粒度，微米
65                        40             13           17
吨/小时气体
275                       275            275          8
气体重量/固体颗粒重量
0.55                         55           1833          74
旋流器排气口
吨/小时  固体颗粒
5.0                          0.15         0.042         0.0054
平均粒度，微米
40                           13           1.5           5
吨/小时  气体
275                          275          267           8
经由排气口的％气体
100                          100          97            100
除去固体颗粒的百分率/级
99                           97           72            95
旋流器的固体颗粒出口
吨/小时  固体颗粒
495                          4.85         0.108         0.1026
平均粒度，微米
65                           41           17            18
吨/小时  气体
～0                          ～0          8             ～0
经由固体颗粒出口的％气体
～0                          ～0          3             ～0
气体重量/固体颗粒重量
～0                          ～0          74            ～0
每个旋流器的总固体颗粒处理量用吨/小时来表达。供应给各旋流器的固体颗粒的平均粒度存在显著的变化。优先除去了较大的微粒，这样在直到第三级的各下游级中均可观察到更少的固体颗粒，其具有小得多的粒度分布。
第一级或初级旋流器完成大部分工作，通常在这一级中回收超过总固体颗粒的99％。第一级旋流器完成的还是最简单的工作，这是因为微粒相对较大，处于60-80微米左右，存在着大量的可用气体以产生离心力，并且大量烟道气沿旋流器料腿的向下排放不会造成负面影响。固体颗粒的含量较高。第一级旋流器采用大量的气体来产生离心力，从而除去大量的固体颗粒。一些气体随固体颗粒排出，这是因为需要有气体来保持所回收的固体颗粒的流化。这些夹带的气体仅通过再生器中的催化剂床而循环，并返回到第一级或初级旋流器的入口喇叭口中。
次级FCC再生器旋流器处理与初级旋流器一样多的气体，但固体颗粒大小的数量级更小。次级旋流器通常回收排放到其中的约95-98％的固体颗粒。次级级旋流器可从由第一级旋流器所排出的气体中回收额外量的颗粒。这是因为次级旋流器中的固体颗粒含量较低，这就允许在次级旋流器中使用比初级旋流器更高的气体速度。更高的气体速度产生了更高的离心力，从而提高了效率。次级旋流器具有与初级旋流器相同的气体流量，但固体颗粒流量的数量级更小。从次级旋流器的料腿中排出的固体颗粒的量较少，气体量也较少。与初级中的情况相同，这些气体只是再次进入到FCC再生器的周围大气中。这些气体成为提供给初级旋流器的一小部分气体。
由于初级和次级旋流器的效率都很高，因此在两级旋风分离之后基本上所有容易去除的微粒都被除去了。只有微粒即FCC催化剂的不规则形状碎片才残留在送到第三级分离器的气体中。第三级分离器的旋流器操作的特征在于，存在着体积庞大的气体和少量的非常微小的颗粒，大多数这些颗粒小于5微米。从第一级到第三级的各下游级均具有更少的固体颗粒和更小的微粒。与再生器中的旋流器相比，每固体颗粒单位重量中有多得多的气体经由第三级分离器中的固体颗粒出口排出。以重量来计，对于每1克微粒而言，有超过10克的气体被排放到TSS旋流器的收集腔中。将这一情况与FCC再生器中的第一和第二级旋流器的操作相比，在后者中1克气体可将1000克FCC催化剂中向下传送到料腿中。可以认为，在第三级分离器的固体颗粒排放流体中存在着比经由初级旋流器的料腿排出的固体颗粒多10000到100000倍的气体。部分地由于所涉及到的固体颗粒相对较少，并且气体的体积较大，通常气体相对固体颗粒来说大5个数量级，因此许多TSS旋流器是开底的。
在气体离开第三级分离器的气体出口之后，与离开第一级旋流器的气体相比，固体颗粒的含量显著下降。虽然在此时没有太大的固体颗粒含量，然而固体颗粒的量仍可能足以破坏或损坏动力回收涡轮机，并可能超过关于颗粒排放的地方现行或计划限值，在一些地方这一限值低至50mg/Nm3。
考虑到在旋流器效率和催化剂特性方面的诸多提高，这些发展是令人吃惊的。旋流器的效率在FCC于精炼机中使用的50年中已经得到了一定的提高。FCC催化剂的性能更强并更耐磨损。如果仅单独地考虑的话，这些因素(更好的旋流器、性能更强的催化剂)能够使FCC烟道气更洁净。负面因素包括催化剂循环率的提高，这增加了旋流器上的负载。通过在旋流器中使用更高的速度以产生更大的离心力，就可实现更高的旋流器效率。高速度甚至会使现代的耐磨催化剂断裂或破裂，从而产生了更多的更难回收并容易磨损旋流器的微粒。高效率(和高速度)的旋流器增强了微粒回收，但气体在旋流器主体内循环了更多圈，这增加了催化剂的磨损。
与FCC再生器相关的传统大直径旋流器中的颗粒回收已达到一个稳定的阶段。精炼机采用了具有许多小直径旋流器的第三级分离器(TSS)来提高从FCC烟道气中去除颗粒的性能。第三级分离器在机械方面是较复杂的。需要许多个TSS旋流器来处理在FCC烟道气流中会遇到的较大体积。各旋流器的直径较小并垂直地或水平地安装。一个旋流器制造商采用了许多个直径为10英寸的小旋流器，以便增大离心力并减小到能够收集固体颗粒的壁的径向距离。由于需要许多个旋流器，因此通常需要将它们安装在一个容器内，使之如歧管一样地起作用。TSS装置通过减小到旋流器壁的距离而使微粒更容易到达旋流器的壁处。负面因素是压力降存在一定程度的增大，并且对于只能中等程度地提高微粒去除的装置来说存在着相当大的资本费用。
TSS装置允许精炼机在固体颗粒回收方面达到新的水准，但已知的TSS装置对希望使用动力回收涡轮机的精炼机而言并不总是足够的。精炼机在提高TSS旋流器效率的方面陷入僵局。于是，Chitnis等人的创新(美国专利5681450)改进了旋流器的操作，尤其是其针对小于5微米的微粒的操作，这种微粒在传统旋流器中是很难除去的，并且在使用静电除尘器来去除时是存在困难且成本较高的。这些改进减少了来自TSS装置的粉尘的再夹带。TSS旋流器无法令人满意地解决如何处理随固体颗粒排出的气体的问题。不论固体颗粒经由筒体侧壁中的槽形切口切向地排出，或者是经由与洁净气体出口相对的开底固体颗粒出口轴向地排出，都有相对较大量的气体随固体颗粒排出。在一些TSS旋流器中未设置料腿，也没有供固体颗粒脱气的位置。固体颗粒以相对较高的速度排出，并可能吸入了大量的气体。这样，固体颗粒携带了过量的气体，而不是气体使固体颗粒流化。在TSS旋流器的固体颗粒出口处，固体颗粒中的相当多的动能将气体从旋流器主体中带出。Chitnis等人对这些气体所发生的情况表示惊奇，并观察到明显的波动气流流入和流出试验用旋流器的纵向槽中，这种流动似乎是混乱的。来自一个旋流器的气体流入到收集腔中，然后再进入到同一旋流器以及其它旋流器中。较小长度和宽度的槽似乎能够减少气体流量以及旋流器之间的相互作用。
Chitnis等人认识到，所排出的催化剂总是携带着气体进入到收集腔中，而在收集腔中其无处可去。只需要很少量的这种气体用于底流。更大量的气体离开旋流器并以某些方式再进入到旋流器中。Chitnis等人认识到，催化剂/气体排放的局部脉冲与气体到筒体槽中的反向流动交替地产生。这是随富含固体颗粒的部分一起排出的气体从收集腔返回到旋流器中的唯一方式，这是因为没有足够的气体随固体颗粒部分从装置底部排出以平衡旋流器的质量。Chitnis推断出，所有TSS旋流器无意识地将气体经由固体颗粒出口循环或回流到旋流器主体中。回流气体夹带着固体颗粒回到旋流器的内旋涡中并排出排气管。由气体返回到旋流器的旋流器主体中的方式引发了问题。在没有一些其它用于气体回流的装置的情况下，在空间和时间上无序或随机波动的反向流使该气体经由固体颗粒出口而回流。这种气体回流的流动与固体颗粒排放的流出相反。旋流器可以在较高的固体颗粒排放阶段和较低的固体颗粒回流阶段之间交替变化。另一选择是出口槽的一端排放固体颗粒，而槽的另一端允许回到旋流器中的回流。在任一情况下，经由固体颗粒出口的无序回流的效果是干扰了旋流器主体内的切向流动的气体流线。
Chitnis等人能够稳定旋流器的操作，并大致将从排气管中排出的微粒量等分，这是通过最好在旋流器主体的底部设置单独的气体回流装置来实现的。然而，仍然需要进一步改进Chitnis等人的第三级分离器的旋流器的固体颗粒分离。
发明内容
本发明涉及发现第三级分离器的旋流器中的催化剂微粒的二次再夹带，并且使用护罩来增强固体颗粒的分离和减少固体颗粒夹杂在从无序度低的气/固旋风分离器内排出的气体中。冷流研究表明，安装在Chitnis等人的旋流器上的护罩可以显著地提高其性能。护罩能够防止已从沉降腔中分离出的催化剂产生二次再夹带。这种二次再夹带现象称为“穿透泄漏”。最好为管形式的护罩用作回流管底端周围的隔板，以便基本上阻止这种穿透泄漏的发生。尤其在旋流器相互间较紧密地隔开并终止于不同的高度处时，护罩基本上能够防止从相邻旋流器的固体颗粒出口中排出的固体颗粒在气体循环中被再夹带到旋流器的气体回流开口中。
在一个方面，本发明提供了一种外部分离器，其在一个外部分离器容器中容纳了多个旋流器。分离器例如用于流化催化裂化工艺，在该工艺中烃料通过与裂化反应器中的再生裂化催化剂接触而被催化裂化，从而生成更轻的产物和废催化剂，废催化剂在具有一个或多个用于从烟道气中回收催化剂和微粒的分离器的催化剂再生器中再生，从而生成被循环到裂化反应器中的再生催化剂，以及含有催化剂微粒的再生器烟道气。外部分离器从再生器的烟道气流中除去至少一部分微粒。各旋流器均具有旋流器主体、烟道气入口、排气管、气体回流开口和护罩。旋流器主体具有一定的长度、纵向轴线、入口端和出口端。烟道气入口与旋流器主体的入口端流体式相通。旋流器主体的入口端处的排气管具有与旋流器主体的纵向轴线对齐的纵向轴线，用于排出具有较少微粒含量的气体。固体颗粒出口设于旋流器主体的出口端处，用于将微粒和少量气体排放到处于外部分离器容器的下部的收集腔中。气体回流开口设于旋流器主体的出口端中，其与旋流器主体的入口端处的烟道气入口流体式隔开，用于将从收集腔中随固体颗粒经由固体颗粒出口排出的一部分气体循环回到旋流器主体中。护罩从旋流器主体的出口端处在气体回流开口的周围向下延伸，以防止固体颗粒夹杂在经由气体回流开口而循环到旋流器主体中的气体中。
旋流器主体最好为圆柱形的，固体颗粒出口包括处于侧壁中的开口以便将微粒和少量气体切向地排放到收集腔中。气体回流开口可以是孔或圆柱形管，其具有与旋流器主体的纵向轴线对齐的纵向轴线，并且穿过旋流器主体的出口端中的密封。气体回流管最好将气体回流切向地排放到旋流器主体中。进气口最好将气体切向或轴向地排放到旋流器主体中。
当气体回流开口为管时，它可在旋流器主体中延伸过0到1个旋流器主体的长度，和/或延伸到旋流器主体的外部进入到收集腔内达0到1个旋流器主体的长度。旋流叶片与气体回流开口流体式相关。进入气体回流管的气体回流和离开气体回流管的气体回流中的任一项或全部均为切向的。最好，气体回流管和进气口的切向排放均会在旋流器主体内引发相同方向的旋转。
护罩可以为任何适当的形状，但最好为带有敞开下端的圆柱形，并最好具有比气体回流开口更大的截面积。护罩的下端最好终止于气体回流管的其中任何一个下端之下。护罩的上端最好与旋流器的出口端连成一体。护罩的下端最好终止于其下端处，该下端处于收集腔内的任何密相固体颗粒的上方并与之间隔开。
在另一方面，本发明提供了一种旋风分离器，其具有封底的旋流器主体，该主体具有一定的长度和纵向轴线。进气口设于用于气流和所夹带的固体颗粒的旋流器主体的入口端处。入口端中的排气管具有与旋流器主体的纵向轴线对齐的纵向轴线，用于排出具有较低的夹带固体颗粒含量的气体。固体颗粒出口设于旋流器主体的侧壁上，用于从封底旋流器中将固体颗粒和少量气体切向地排放到收集腔中。气体回流开口与进气口流体式地隔离，以便将来自收集腔的气体循环回到旋流器主体中。护罩从旋流器主体中围绕着气体回流开口向下延伸。气体回流开口可包括在旋流器主体中延伸过0到1个旋流器主体长度，并延伸到旋流器主体的外部进入到收集腔内达0到1个旋流器主体长度的管。护罩最好从旋流器主体向下延伸到气体回流管的任一下端之下。
在另外一个方面，本发明提供了一种旋风分离器，其具有穿过至少部分为圆柱形的旋流器主体的封闭端且密封式地固定在其上的气体回流管，该主体具有一定的长度、直径和纵向轴线。回流管具有：(a)比旋流器主体的直径更小的直径，(b)位于旋流器主体之外的回流入口，和(c)位于旋流器主体内的回流出口。圆柱形旋流器主体具有作为其一端的密封端，以及穿过旋流器主体的另一端且密封式地固定于其上的排气管。排气管具有比旋流器主体的直径更小的直径，以及与旋流器主体轴向对齐的纵向轴线。回流出口处于与排气管轴向对齐的气体回流管的一部分中。切向气体和固体颗粒入口与旋流器主体上的所述另一端流体式相连，用于接受气体和夹带固体颗粒。固体颗粒出口设置用于经由旋流器主体侧壁上的靠近密封端的至少一个开口来排放来自旋流器主体的集中固体颗粒流和少量气体。固体颗粒出口和气体回流入口在旋流器主体的外部流体式相连。护罩设于固体颗粒出口和气体回流入口之间，用于阻止将固体颗粒从固体颗粒出口夹带到气体回流入口中。最好，回流管在旋流器主体的任一侧上延伸过等于旋流器主体长度的0到100％的距离，并且护罩从旋流器主体中向下延伸到旋流器主体下方的气体回流管的任一下端之下。
本发明的另外一个方面是，提供了一种多旋流器式的气/固分离器，其具有多个与相邻旋流器水平间隔开的旋流器。各旋流器均具有旋流器主体，包括允许气体和所夹带的固体颗粒进入到由旋流器主体的侧壁和与旋流器主体轴向对齐的圆柱形排气管所形成的环形空间内的进料入口端。旋流器主体的另一端处的固体颗粒出口具有供固体颗粒和少量气体穿过旋流器主体侧壁的切向出口。气体回流开口与出口管轴向地对齐。多个旋流器共享用于从固体颗粒出口中排出的固体颗粒的共用收集腔，以及用于供应气体和所夹带的固体颗粒的共用歧管。位于收集腔内的多个护罩可阻止固体颗粒从相邻旋流器的切向出口排放到气体回流开口的入口附近。气体回流开口最好包括具有处于旋流器主体内的内侧部分和延伸到收集腔中的外侧部分的管，其中内侧部分包括无孔的侧壁和开口端，而外侧部分具有圆柱形管，其在向下延伸到收集腔内的一端处被密封，并且被直径大于向下延伸的圆柱形管的所述护罩所包围。护罩最好具有终止于向下延伸的圆柱形管的最下端之下的下端。
此外，在另一方面，本发明提供了对多旋流器式的气/固分离器的改进，该分离器包括多个与相邻旋流器水平间隔开的旋流器，各旋流器均包括旋流器主体，旋流器主体具有：(i)允许气体和所夹带的固体颗粒进入到由旋流器主体的侧壁和与旋流器主体轴向对齐的圆柱形排气管所形成的环形空间内的进料入口端；(ii)位于旋流器主体的另一端处的固体颗粒出口，其具有供固体颗粒和少量气体穿过旋流器主体的侧壁的切向出口；以及(iii)与出口管轴向对齐的气体回流开口，其中多个旋流器共享用于从固体颗粒出口中排出的固体颗粒的共用收集腔，以及用于气体和所夹带的固体颗粒的共用歧管。所述改进包括多个位于收集腔内以阻止固体颗粒从相邻旋流器的切向出口排放到气体回流开口的入口附近的护罩。护罩最好为圆柱形管，其从旋流器主体的固体颗粒出口端处围绕气体回流开口向下延伸。护罩可具有比气体回流开口更大的直径和敞开的下端。护罩的下端最好终止于气体回流开口的下端之下，并处于收集盘中的密相固体颗粒的层位之上。从旋流器主体中垂下来的护罩的下端最好终止在收集盘中的约同一高度处。
本发明的另一方面是提供了用于分离气-固混合物的装置。该装置包括封底的旋流器、处于旋流器下端中的气体回流开口，以及在气体回流开口的周围从旋流器的下端中垂下来的护罩。护罩最好与旋流器连成一体以围绕着气体回流开口。气体回流开口最好包括管状通道。护罩可以是内径比管状通道的外壁更大的同心管。管最好终止于管状通道的最下端之下。
本发明的另一方面是用于分离气-固混合物的方法。该方法包括步骤：将混合物引入到多个相邻的封底旋流器的各自入口中，从各旋流器的上端排出含有固体颗粒的气体，从各旋流器下端处的切向出口中排出含有夹杂气体的固体颗粒，使一部分夹杂气体经由形成于各旋流器下端中的回流开口而回流到旋流器中，以及将回流开口与切向出口屏蔽开以阻止穿透泄漏。
本发明的另一方面是用于分离气-固混合物的装置。该装置包括用于将混合物引入到多个相邻的封底旋流器的各自入口中的装置，用于从各旋流器的上端排出含有固体颗粒的气体的装置，用于从各旋流器下端处的切向出口中排出含有夹杂气体的固体颗粒的装置，用于使一部分夹杂气体经由形成于各旋流器下端中的回流开口而回流到旋流器中的装置，以及用于将回流开口与切向出口屏蔽开以阻止穿透泄漏的装置。
附图说明
图1(现有技术)是现有技术的第三级分离器的简化示意图，其显示了具有再进入管的封底旋流器。
图2是根据本发明的一个实施例的原理对图1所示第三级分离器作出改进以使其包括护罩管的简化示意图。
图3是根据本发明的一个实施例的具有再进入护罩的旋流器的简化侧视图。
图4是图3所示旋流器沿线4-4的简化平面图。
图5是用于本发明旋流器的冷流建模的试验设备的简化示意图。
图6是显示了图5所示试验设备中的旋流器和入口管的布局的简化平面图。
图7是根据本发明的装备有护罩(_◇_◇_◇_)和根据现有技术的无护罩(-●-●-●-)的第三级分离器旋流器的气体出口中的粒度分布的图形表示。
具体实施方式
图1(现有技术)显示了与Chitnis等人的美国专利5681450的低无序性的旋风分离器类似的第三级分离器(TSS)。TSS100经由入口102接收含有微粒的FCC烟道气。进气在压力室104内分布到多个旋流器106的入口中。各旋流器106均装有入口旋流叶片(未示出；见图3)，以便在筒体108内引发切向流动模式。微粒聚集在各筒体108的壁上，并从形成于其下端的各个固体颗粒出口槽110中排出。随固体颗粒一起排放到收集盘112中的气体经气体回流管114再次进入到各筒体108中。洁净气体经各出口管116排出，并经气体出口118从容器中排出。聚集在收集盘112上的固体颗粒经由固体颗粒出口120被除去。
各旋流器106具有大致相同的尺寸，即各筒体108具有相同的长度和直径。由于压力室104的高度通常随着离开容器中心向外延伸而减小，因此固体颗粒出口槽110的高度也同样地变得更低。因此，外侧位置处的旋流器106具有处于内侧位置处的比旋流器106的底部更低的固体颗粒出口槽110。发明人认为，旋流器106的高度差会促进固体颗粒出口槽110和再进入管114的下端之间的穿透泄漏。将固体颗粒出口槽110设成离开相邻旋流器106不会消除穿透泄漏，这是因为在TSS100中通常有数百个相对紧密隔开的旋流器106。而且，旋流器106在每一水平方向上均相对隔开，对处于TSS100的中心与外周之中的旋流器106来说尤其如此。
图2显示了图1所示的TSS，其中在图1和2中采用后两位数字相同的标号来表示对应的类似部分。已经根据本发明的原理用各自的护罩管222对旋流器206进行了改装。虽然旋流器206的各筒体208在收集腔212内相对于靠近或远离TSS200中心的相邻那个旋流器206来说终止于不同的高度处，然而护罩222具有相反的对应长度，使得护罩222的下端均终止于大约相同的高度处，最好处于收集腔212内的固体颗粒的任何密相之上。
图3显示了本发明的优选旋流器的简化剖视图，图4显示了同一旋流器的底视图。进气和所夹带的固体颗粒轴向地进入到筒体208和排气管216之间的环形部分中，在此处它们被旋流叶片224切向地引导。气流螺旋式地从出口管216中流出。离心力将颗粒抛至筒体208的壁上。固体颗粒聚集成相对较薄的循环微粒层，其经由一个或多个切向出尘口210排出。旋流器206具有封闭的底部226，其最好为封口法兰228，其在筒体208的下端处用螺栓连接到配对法兰230上。气体的再进入由穿过和/或固定在封口法兰228上的中心管214来提供。虽然不是必须的，然而护罩管222应具有与筒体208相同的直径，并焊接或以其它方式固定在封口法兰228上。在改装Chitnis等人的旋流器中，例如可通过将护罩管222焊接到支撑再进入管214的封口法兰228的底面上，这样就可将护罩222增设到各旋流器上。
虽然已经参考如图2-4所示的旋流器206的具体特征在一个示例中对护罩式再进入旋流器206进行了介绍，然而可以容易地理解，护罩式旋流器可以采取任何形式的如Chitnis等人所介绍的气体回流式封底旋流器，其被改进以包括本发明的护罩222。
通过参考下述示例来进一步理解本发明。
示例-冷流建模
在大型冷流装置中对具备和不具备护罩的轴向进入式旋流器进行了研究。该冷流装置比商用设计的装置更小一些，并代表Chitnis等人的现有第三级分离器(TSS)设计，其中催化剂微粒聚集在一些TSS旋流器的气体回流管内。冷流模型具有四个操作用旋流器和两个非操作旋流器，它们的尺寸、进气速度和粉尘含量均为商用FCC再生器的出口处的典型值，这由表1中所述的设计基础的对比来表示：
表1精炼机TSS冷流装置的设计基础
  TSS冷流模型 精炼机TSS设计
入口
窗口数量   2     16
分流比(公称)(上/下)，％   60/40     60/40
窗口速度，英尺/秒   91     91
窗口，高/宽
上   1.125     0.95
下   0.75     0.61
压力室停留时间，秒   0.36     0.48
旋流器
数量   6     169
内径，英寸   10     10
长度，英尺   5     5
入口结构   旋流叶片     旋流叶片
旋流叶片速度，英尺/秒   244     248
底流，％   3     3
出尘(高/宽)   1.67     1.67
尘槽大小   1.5英寸×2.5英寸     1.5英寸×2.5英寸
再进入管大小   1英寸sch40     1英寸sch40
再进入管中的气体速度，英尺/秒   42     49
护罩内径，英寸     10     无护罩
护罩管中的气体速度，英尺/秒     0.4     无护罩
在图5中显示了试验设备的示意图。催化剂通过空气离析送入到进口管310中。试验设备在真空下工作，这是通过将排气过滤器的排放管314与鼓风机316的入口相连来实现的。进口管310通过折流式窗口322与入口压力室320相连。折流板保证了所进入的含尘空气很好地分布到入口压力室320中。入口压力室320以商用TSS设计的典型方式弯曲。含有催化剂的空气通过旋流叶片324进入到轴流旋流器322中。图6显示了入口管310和旋流器322(在图6中标示为旋流器322A到322F)在沉降腔328上的布置。旋流器322A-322F如典型TSS那样布置成三角形间距。旋流器主体326终止于沉降腔(保持容器)328内的入口压力室320之下，入口压力室320具有与典型商用TSS的上流部分相匹配的直径。聚集的粉尘和所夹带的气体经由固体颗粒出口槽323离开旋流器322而进入到沉降腔328中。一部分带有聚集粉尘的气体经由底流罐330而排出，然后在332处被过滤，之后与来自排气过滤器334的洁净气体相结合，再进入到鼓风机316的抽吸部分中。通过蝶形阀(未示出)来测量和控制通过底流管线336的气体流率。底流气体中的粉尘在底流过滤器332处被除去。
经固体颗粒出口槽进入沉降腔328的多余气流通过位于旋流器322底部的再进入管340而流回到旋流器322中。旋流器322上的包括出尘槽323和再进入管340的部分设计成单独的线管件，以允许对经由尘槽的排放进行快速的再定向。洁净气体经管342离开旋流器而进入到出口压力室344中，洁净气体从此处流过排气过滤器334以除去任何所夹带的催化剂微粒。洁净气体然后与洁净的底流气体相结合，并经管线314进入到鼓风机316的抽吸部分中。测量气体流量但并不对其进行控制。通过位于鼓风机316出口处的调节风门346来人工地控制通过该装置的整体气体流率(及单位压力)。采用用于流量和压力测量的热线风速计、皮托管、压力计和压力表来对该装置进行监测，包括进行氦气跟踪工作和以及转换旋流器322内和压力室内的气体速度。
各旋流器322具有10英寸的内径和5英尺的长度。出尘槽测得为2.5英寸高和1或1.5英寸宽。再进入管340为公称的1英寸、2英寸或3英寸的管。流经旋流叶片324的气体速度约为240-250英尺/秒，粉尘含量为0.332格令每实际立方尺。在气体的底流比率为3％时，1英寸的再进入管340中的气体速度约为40-50英尺/秒。
将22.5％重量的新鲜FCC平衡催化剂、44％重量的精炼机的第四级捕获物(catch)和33.5％重量的精炼机的静电除尘器捕获物混合在一起，制备出催化剂进料混合物。这些比例选择成与典型的商用TSS入口粒度分布尽可能地相匹配，并且在使用前完全地混合。在进料混合物中添加约0.002lb/lb的LAROSTAT 519，以便减少静电效应。采用Coulter测量器来进行粒度测量，并采用扫描电镜来对一些选出的测量结果进行校验。
护罩335具有与旋流器322的主体相同的内径和外径，各护罩335终止于与其它护罩335相同的高度处，并且比再进入管340的下端低很多但高于沉降腔328内的密相床层的上方层位。TSS的旋流器并不终止于沉降腔328内的相同高度处，这是因为入口压力室320存在着一定的曲率。因此，一些尘槽朝向一些再进入管340的入口排放。从沉降腔328进入到旋流器322中的气体也夹带有催化剂，这时因为在腔328中存在着向上的净速度。试验结果显示，护罩335对TSS的操作来说是很有利的。它们将旋流器322的整体收集效率提高了几乎6％，并且消除了从无护罩335的旋流器322中离开的洁净气流中的所有大于10μm的微粒。如图7所示，在设置和未设置护罩335时TSS部件的颗粒分布之间的比较表明，在安装了护罩335后在洁净气体中不存在大于10μm的微粒。护罩335的安装基本上没有改变界限粒径(TSS所排出的洁净气体中的最大粒度)。换句话说，护罩335并未对旋流器322的初级操作造成负面影响；它们只是消除或减少了来自沉降腔328的二次颗粒再夹带。冷流建模的结果表明，通过安装护罩消除了来自沉降腔的二次再夹带，从而增强了TSS的整体性能。二次再夹带是从相邻旋流器的气体回流管附近的一个旋流器中离开并通过其回流管被吸入到相邻旋流器中的催化剂微粒所带来的结果。
粉尘沉降腔328显示出空气的强烈的顺时针(顶视图)环流，这由较宽的尘带沿腔壁以下降的方式运动所表示出。尘带被提升到出尘口旋流器322E，322F的附近，并向下流动到旋流器322A的附近，这表示各旋流器322的出口到腔328的壁的接近程度和旋流器出尘口槽的定位主要地确定了旋转速度和方向。配对使用左旋旋流器和右旋旋流器并不足以消除腔328内的旋转。当旋流器322E与气流路径隔开时，沉降腔328内的这一旋转运动并不会改变。沉降腔328内的旋转在切断底流后仍相当强烈，这表明有相当一部分空气经旋流器的尘槽离开，然后经再进入管340再进入。增大再进入管340的尺寸、增加护罩335或堵住一些再进入管340不会改变沉降腔328内的颗粒循环模式。
将在此示例中测试的不同旋流器结构的性能在其收集效率和洁净气体中的尺寸大于10μm的残余催化剂方面进行比较。所测试的结构为：
◆基本设计(1英寸的再进入管340，无护罩335)
◆带有1英寸的再进入管340和护罩335的旋流器
◆带有3英寸的再进入管340和护罩335的旋流器
在带有1英寸的再进入管340的旋流器322上增设护罩335可将效率从83.7％提高到90％。将再进入管340的直径从1英寸的公称尺寸扩大到3英寸的公称尺寸使收集效率几乎降低了2％。
还研究了改变底流的百分率(1-5％)、旋流器的公称入口速度(100-250英尺/秒)、粉尘含量、堵住的再进入管、堵住的旋流叶片、堵住的入口窗口、更小的粒度和更大的再进入管尺寸(2英寸和3英寸)的效果。
系统地研究了无护罩的基本旋流器设计在旋流器入口速度为195英尺/秒的情况下的底流比率对旋流器322性能的影响。结果显示，旋流器效率在底流比率增大到4％时增加，然后该效率呈现出随着底流比率的增大而稍稍降低。具有3英寸再进入管的旋流器的旋流器效率呈现出对高于4％的底流比率不敏感。对于基本设计来说，底流比率高于4％时效率会稍稍降低是由于所分离的催化剂微粒使沉降腔内的湍流增大而引起的。对于带有3英寸的再进入管和护罩的旋流器而言，护罩的存在和再进入速度的减小呈现出随着底流比率的增大而减少了催化剂微粒的再夹带。在恒定的旋流器入口速度下，增大底流比率不会增大洁净气体中超过10μm的材料的量。
在3％的恒定底流比率下旋流器入口速度对基本旋流器设计的性能的影响表明，随着旋流器入口速度从110英尺/秒提高到249英尺/秒，旋流器的效率就从约81％提高到最大为87％，然后稍稍降低。最大效率产生在旋流器入口速度为200英尺/秒下。在旋流器入口速度低于185英尺/秒时，从洁净气体中收集到的所有催化剂微粒的直径均小于10μm。洁净气体中大于10μm的微粒浓度在超过190英尺/秒的旋流器入口速度下急剧地增加。在所研究的最大速度下，大于10μm的微粒浓度为10mg/Nm3。
入口和出口压力室之间的旋流器压力降随旋流器322的入口速度而增加。旋流器322的压力降通过下述等式与旋流器322的入口速度大体上相关：
ΔP＝0.00107ρVel1.8                          (1)
入口和沉降腔328之间的压力降也随入口速度而增加。该压力降随再进入管340的尺寸的增大而增加。这是因为来自固体颗粒出口槽的旋流器322的气体流出随再进入管直径的增大而增加。
旋流叶片324的压力降与旋流器322的入口速度相关：
ΔP＝1×10-5Vel1.96                          (2)
在旋流叶片324上大约产生了25％的旋流器322的压力降。
在195英尺/秒(6个旋流器)和244英尺/秒(4个旋流器)下洁净气体中的催化剂的粒度分布(PSD)表明，当旋流器在更高的入口速度下工作时，在洁净气体中存在着大于10μm的微粒。在244英尺/秒的入口速度下PSD显示出两种界限粒径，一种为约6μm，另一种约为50μm。当旋流器入口速度增大时，6和50μm之间的材料似乎源于来自沉降腔328的催化剂的再夹带。这些旋流器并不具有护罩335。较高旋流器入口速度的第一分离直径小于较低旋流器入口速度的分离直径。这表明，旋流器效率随入口速度的增大而增加。
从氦气跟踪器测量中在恒定的3％的底流比率下确定再进入管340的速度。当旋流器入口速度增大时再进入管340的速度也增大，这是因为更多气体通过尘槽离开而进入到沉降腔328中。在精炼机的旋流器入口的设计速度下，从氦气跟踪器中测得的再进入管340的速度比所假定的高几个数量级。
通过注射微粒研究了具有更细入口粉尘粒度分布的TSS性能，并将其与用于测试的其余部分的供给混合物的PSD进行比较。微粒具有66％的小于10μm的催化剂微粒，而正常供料混合物只具有24％的小于10μm的催化剂微粒。试验在具有3英寸的再进入管340和护罩335的旋流器322中进行。在大约相同的入口速度和含尘量下，在提供更细粒度分布时旋流器的效率下降了21％。然而，洁净气体中催化剂微粒的尺寸分布并不受供料尺寸的影响。甚至在对旋流器供应66％的小于10μm的微粒时，在洁净气体中也不存在大于10μm的微粒。这表明旋流器322的分离率是稳定的，并且不受入口粒度分布的影响。
通过研究在不同入口含尘量下的收集效率而表征了入口含尘量对旋流器性能的影响。入口含尘量在400mg/Nm3到900mg/Nm3之间变化。所用的旋流器322具有护罩335和3英寸的再进入管340。结果表明，当旋流器322的含尘量加倍时，旋流器322的效率随入口含尘量而增加了约6％。
还研究了再进入管340的直径对旋流器性能的影响。除了基本设计的1.049英寸(公称尺寸为2英寸)的再进入管340之外，还研究了内径为2.02英寸(公称尺寸为2英寸)和2.97英寸(公称尺寸为3英寸)的两个再进入管340。在旋流器322上还安装了护罩335。对具有这三种再进入管340尺寸的旋流器322的性能的研究表明，当再进入管340的内径从1.029英寸扩大到2.97英寸时，旋流器的效率稍稍下降。最大的再进入管340的性能与带有1英寸的再进入管340但没有护罩335的旋流器322的性能大致相同；然而，在洁净的出口气体中不存在大于10μm的微粒。
再进入管340从1.049英寸扩大到2.97英寸导致了再进入管340的速度从400英尺/秒降低到100英尺/秒。虽然再进入管340的速度下降，然而从尘槽离开的气体量也增加，这导致了在恒定的底流比率下有更多的气体净流量经再进入管340进入到旋流器322中。因此，在恒定的底流比率下，沉降腔328中的湍流随再进入管340的尺寸增大而增加。然而，再进入气体的速度降低减少了来自沉降腔328中的催化剂再夹带的量。
对再进入管340的直径对TSS的出口粒度分布(PSD)的影响的研究表明，当再进入管340从1.049英寸扩大到2.02英寸或2.97英寸时，出口PSD的分开点从5μm下降到3μm。扩大再进入管340的尺寸可以提高装置的操作性，不会使旋流器322的效率显著下降。
进行了未设置入口折流板的试验以确定取消入口折流板是否会导致气体和催化剂在旋流器322内分布不均且影响旋流器的性能。这是响应于入口折流板的存在会导致上方窗口被难熔碎片堵住的怀疑而进行的。用于该试验的旋流器322具有护罩335和3英寸公称尺寸的再进入管340。结果表明，取消入口折流板不会对旋流器的收集效率造成负面影响，在离开旋流器的洁净气流中不存在大于10μm的微粒。入口压力降在无入口折流板时减小。
还进行了一项试验来研究出尘槽尺寸对旋流器性能的影响。该试验在3％的底流下通过带有3英寸公称尺寸的再进入管340和护罩335的旋流器322来进行。出尘槽的宽度从用于基本设计的1.5英寸降低到1.0英寸。2.5英寸的槽高保持不变。将结果与具有1.5英寸标准槽宽的旋流器322进行比较。在恒定的底流比率下降低槽宽导致了旋流器322的效率下降了约4％；但旋流器322上的压力降不受影响。气体流出槽的流率不会变化，但其速度因槽面积的减小而增大了约87英尺/秒。这可能会导致沉降腔328内的湍流增加，因而引起了更高的催化剂再夹带。同样似乎可能的是，当槽宽减小时，它会阻止粉尘从旋流器322中流出，使得内部再夹带到涡流中的粉尘增加。
将堵住再进入管340、即将25％的再进入管340(一个再进入管340)堵住的结果与未堵住再进入管340时在相似条件下进行的两项试验的数据相比较。根据这些数据，堵住每4个再进入管340中的1个不会对旋流器系统的有效性造成负面影响。它也不会改变旋流器322上的压力降。
采用弯曲的胶质玻璃板(未示出)来覆盖住上方的入口窗320，以便模拟在商用装置中入口窗被堵住时的影响。结果表明，堵住入口窗既不会影响旋流器的收集效率，也不会导致洁净气体中的大于10μm的微粒减少。然而，它增大了入口管上的压力降，这是因为所有气体均穿过下方的窗口。
还进行了另一试验来研究完全地堵住一些旋流器322的旋流叶片324、同时使它们的出尘槽、再进入管322和排气管敞开的影响。试验采用四个工作旋流器322来进行，同时将另两个非工作的旋流器(322B，322E)堵住，而其出尘槽、再进入管340和排气管敞开。结果表明，旋流器收集效率的显著下降导致了离开旋流器322的洁净气体中的大于10μm的微粒急剧增加。堵住或阻塞旋流叶片324使得沉降腔328和出口压力室344之间的总气体和固体颗粒产生短路。这就形成了真空效果，其可清除在运行后粘附在壁和法兰上的所有尘粒，并且在沉降腔328中只有很少的粉尘聚集。在所研究的三种失效模式中的这一失效模式对旋流器系统的操作来说是最具灾害性的。它导致了性能即刻恶化。部分地阻塞旋流叶片324会产生相同的效果，但不那么突然。
上述冷流建模的结果表明，无护罩式TSS的洁净出口气体中大微粒的存在是由已从沉降腔中分离的催化剂微粒的再夹带所引起的。在沉降腔中存在着强烈的湍流和分离颗粒的顺时针运动。已经发现，气体/固体颗粒离开旋流器的速度比设计速度更高，结果，所离开的催化剂微粒很接近地投射到相邻旋流器的气体再进入管的入口处。气体经再进入管进入旋流器的速度比设计所假定的高几个数量级，这引起了来自沉降腔的催化剂微粒的二次再夹带。已经发现，在旋流器底部上增设护罩能够消除穿透泄漏并减少二次再夹带，这就从洁净气体中消除了大于10微米的颗粒。
除了安装护罩之外，还发现下述两项附加改进能提高装置的操作性：(1)将再进入管从1英寸的公称尺寸扩大到3英寸的公称尺寸，这会稍稍降低TSS的整体收集效率，但却降低了再进入管被堵住的趋势；以及(2)取消入口折流板可以减少上方窗口被难熔碎片堵住的可能性。这不会影响冷流装置中的旋流器性能。
示例-假定的催化剂微粒
护罩对TSS性能的影响的另一例子是，可以根据冷流建模结果通过在入口气流中采用假定的催化剂微粒组分来估计TSS的性能。假定均匀粒度为5，10，20和60微米，在表3和4中分别显示了基于冷流建模数据的有护罩和无护罩式回流管的效率、收集率和洁净气体中的颗粒损失。
                       表3 无护罩的TSS的性能
颗粒大小    进料速率      收集率               洁净气体中的损耗
                                     效率(％)
(微米)     (磅/小时)     (磅/小时)              率(磅/小时)
5             30           24.1       80.3        5.9
10            20           17.6       88.2        2.4
20            20           19.6       97.8        0.4
60            30           29.9       99.5        0.1
                      表4  带有护罩式回流管的TSS的性能
颗粒大小   进料速率    收集率                   洁净气体中的损耗
                                     效率(％)
(微米)    (磅/小时)    (磅/小时)                率(磅/小时)
5            30          29.5        98.4       0.5
10           20          20          100        0
20           20          20          100        0
60           30          30          100        0
在无护罩时，一些较大的微粒从收集腔中再夹带出旋流器。在具有根据本发明安装的护罩时，这种再夹带被消除。

Claims (36)

1.一种用于流化催化裂化工艺的外部分离器，其在一个外部分离器中容纳了多个旋流器，其中烃料通过与裂化反应器中的再生裂化催化剂接触而被催化裂化，从而生成更轻的产物和废催化剂，所述废催化剂在具有一个或多个用于从烟道气中回收催化剂和微粒的分离器的催化剂再生器中再生，从而生成被循环到所述裂化反应器中的再生催化剂和含有催化剂微粒的再生器烟道气，其中，所述外部分离器从所述再生器的烟道气流中去除至少一部分微粒，所述旋流器包括：
具有一定的长度、纵向轴线、入口端和出口端的旋流器主体；
与所述旋流器主体的入口端流体相通的烟道气入口；
处于所述旋流器主体的入口端处的排气管，用于排出具有较少微粒含量的气体；
所述排气管的纵向轴线与所述旋流器主体的纵向轴线对齐；
处于所述旋流器主体的出口端处的固体颗粒出口，用于将微粒和少量气体排放到处于所述外部分离器容器的下部的收集腔中；
处于所述旋流器主体的出口端处的气体回流开口，用于将从所述收集腔中随固体颗粒经由所述固体颗粒出口排出的一部分气体循环回到所述旋流器主体中；
其中，所述气体回流开口在所述旋流器主体的入口端处与所述烟道气入口隔开；
从所述旋流器主体的出口端处围绕所述气体回流开口向下延伸的护罩；
其中，所述护罩防止固体颗粒夹杂在经由所述气体回流开口而循环的气体中进入所述旋流器主体。
2.根据权利要求1所述的外部分离器，其特征在于，所述旋流器主体为圆柱形，所述固体颗粒出口包括侧壁中的开口，用于将微粒和少量气体切向地排放到所述收集腔中。
3.根据权利要求1所述的外部分离器，其特征在于，所述气体回流开口包括孔。
4.根据权利要求1所述的外部分离器，其特征在于，所述气体回流开口包括圆柱形管，其具有与所述旋流器主体的纵向轴线对齐的纵向轴线，并且穿过所述旋流器主体的出口端中的密封。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的外部分离器，其特征在于，所述气体回流管将回流气体切向地排放到所述旋流器主体中。
6.根据权利要求1所述的外部分离器，其特征在于，所述进气口将气体切向地排放到所述旋流器主体中。
7.根据权利要求1所述的外部分离器，其特征在于，所述进气口将气体轴向地排放到所述旋流器主体中。
8.根据权利要求1所述的外部分离器，其特征在于，所述气体回流开口为管，其在所述旋流器主体内延伸过0到1个旋流器主体的长度，并且延伸到所述旋流器主体的外部进入到所述收集腔中达0到1个旋流器主体的长度。
9.根据权利要求1所述的外部分离器，其特征在于，所述外部分离器包括与所述气体回流开口流体式相关的旋流叶片。
10.根据权利要求9所述的外部分离器，其特征在于，所述外部分离器包括进入到所述气体回流管中的切向气体回流进口。
11.根据权利要求9所述的外部分离器，其特征在于，所述外部分离器包括从所述气体回流管中出来的切向气体回流出口。
12.根据权利要求11所述的外部分离器，其特征在于，所述气体回流管和进气口的切向排放均会引发在所述旋流器主体内沿相同方向的旋转。
13.根据权利要求1所述的外部分离器，其特征在于，所述护罩为带有敞开下端的圆柱形。
14.根据权利要求13所述的外部分离器，其特征在于，所述护罩具有比所述气体回流开口更大的截面积。
15.根据权利要求9所述的外部分离器，其特征在于，所述护罩具有处于所述气体回流管的任一下端之下的下端。
16.根据权利要求3所述的外部分离器，其特征在于，所述护罩的上端与所述旋流器的出口端连成一体。
17.根据权利要求1所述的外部分离器，其特征在于，所述护罩终止于下端处，所述下端处于所述收集腔内的固体颗粒的密相之上且与之间隔开。
18.一种旋风分离器，包括：
具有一定的长度和纵向轴线的封底旋流器主体；
用于气流和所夹带的固体颗粒的进气口；
其中所述进气口处于所述旋流器主体的入口端；
处于所述入口端中的排气管，用于排出具有降低的夹带固体颗粒含量的气体；
其中所述排气管具有与所述旋流器主体的纵向轴线对齐的纵向轴线；
处于所述旋流器主体的侧壁中的固体颗粒出口，用于将固体颗粒和少量气体从所述封底旋流器切向地排放到收集腔中，
与所述进气口流体式隔开的气体回流开口，用于将气体从所述收集腔循环回到所述旋流器主体中；
从所述旋流器主体中围绕所述气体回流开口向下延伸的护罩。
19.根据权利要求18所述的旋风分离器，其特征在于，所述气体回流开口包括管，所述管在所述旋流器主体内延伸过0到1个旋流器的主体长度，并且延伸到所述旋流器主体的外部进入到所述收集腔中达0到1个旋流器主体长度，所述护罩从所述旋流器主体中向下延伸到所述气体回流管的下端之下。
20.一种旋风分离器，包括：
至少部分为圆柱形的旋流器主体，其具有一定的长度、直径和纵向轴线；
气体回流管，其穿过所述旋流器主体的封闭端并密封式地固定于其上，所述回流管具有：
(a)比所述旋流器主体的直径更小的直径，
(b)位于所述旋流器主体之外的回流入口，和
(c)位于所述旋流器主体内的回流出口；
所述圆柱形旋流器主体具有：
(a)为其一端的封闭端，
(b)穿过所述旋流器主体的另一端且密封式地固定于其上的排气管，
所述排气管具有比所述旋流器主体的直径更小的直径；
所述排气管具有与所述旋流器主体轴向对齐的纵向轴线；
其中所述回流出口处于与所述排气管轴向对齐的所述气体回流管的一部分中，
切向气体和固体颗粒的入口，其与所述旋流器主体上的所述另一端流体式相通，用于接受气体和夹带固体颗粒，
固体颗粒出口，其用于排放来自所述旋流器主体的集中在一起的固体颗粒流和少量气体；
其中，所述集中在一起的固体颗粒流经由所述旋流器主体上的靠近密封端的侧壁中的至少一个开口排出；
所述固体颗粒出口和气体回流入口在所述旋流器主体的外部流体式相通；
设在所述固体颗粒出口和气体回流入口之间的护罩；
所述护罩用于阻止将固体颗粒从所述固体颗粒出口夹带到所述气体回流入口中。
21.根据权利要求20所述的旋风分离器，其特征在于，所述回流管在所述旋流器主体的任一侧上延伸过等于所述旋流器主体长度的0到100％的距离，并且所述护罩从所述旋流器主体中向下延伸到所述气体回流管的下端之下。
22.一种多旋流器式的气体/固体颗粒分离器，包括：
多个与相邻旋流器水平间隔开的旋流器，各所述旋流器均包括旋流器主体，所述旋流器主体具有：
允许气体和所夹带的固体颗粒进入到环形空间内的进料口，
其中所述环形空间由所述旋流器主体的侧壁和圆柱形排气管所形成；
所述排气管与所述旋流器主体轴向对齐；
设于所述旋流器主体的相对端处的固体颗粒出口，
所述固体颗粒出口包括供固体颗粒和少量气体穿过所述旋流器主体侧壁的切向出口；
与所述出口管轴向对齐的气体回流开口；
所述多个旋流器共享用于从所述固体颗粒出口中排出的固体颗粒的共用收集腔；
所述多个旋流器共享用于气体和所夹带的固体颗粒的共用歧管；
多个护罩，其可阻止固体颗粒从相邻旋流器的切向出口排放到所述气体回流开口的入口附近；
其中所述多个护罩位于所述收集腔内。
23.根据权利要求22所述的分离器，其特征在于，所述气体回流开口包括管，所述管具有处于所述旋流器主体内的内侧部分和延伸到所述收集腔中的外侧部分，其中所述内侧部分包括无孔的侧壁和开口端，而所述外侧部分包括圆柱形管，所述外侧部分被所述护罩包围，所述护罩具有比向下延伸的圆柱形管更大的直径，所述护罩具有终止于所述外侧部分的最下端之下的下端。
24.一种对多旋流器式的气体/固体颗粒分离器的改进，所述分离器包括多个与相邻旋流器水平间隔开的旋流器，各所述旋流器均包括旋流器主体，所述旋流器主体具有：(i)允许气体和所夹带的固体颗粒进入到环形空间内的进料口，所述环形空间由所述旋流器主体的侧壁和与所述旋流器主体轴向对齐的圆柱形排气管所形成；(ii)位于所述旋流器主体的另一端处的固体颗粒出口，所述固体颗粒出口具有供固体颗粒和少量气体穿过所述旋流器主体的侧壁的切向出口；以及(iii)与所述出口管轴向对齐的气体回流开口，其中所述多个旋流器共享用于从所述固体颗粒出口中排出的固体颗粒的共用收集腔，并且所述多个旋流器共享用于气体和所夹带的固体颗粒的共用歧管；所述改进包括：
多个位于所述收集腔内的护罩；
其中所述多个护罩可阻止固体颗粒从相邻旋流器的切向出口排放到所述气体回流开口的入口附近。
25.根据权利要求24所述的改进，其特征在于，所述护罩包括圆柱形管，其从所述旋流器主体的固体颗粒出口端处围绕所述气体回流开口向下延伸。
26.根据权利要求25所述的改进，其特征在于，所述护罩具有比所述气体回流开口更大的直径和敞开的下端。
27.根据权利要求26所述的改进，其特征在于，所述护罩的下端终止于所述气体回流开口的下端之下，并处于所述收集盘中的密相固体颗粒的层位之上。
28.根据权利要求27所述的改进，其特征在于，从所述旋流器主体中垂下来的所述护罩的下端终止在所述收集盘中的同一高度处。
29.根据权利要求28所述的改进，其特征在于，所述气体回流开口的下端的高度在从一个旋流器到相邻旋流器上有所变化。
30.根据权利要求26所述的改进，其特征在于，所述护罩的直径约等于所述旋流器主体的直径。
31.一种用于分离气-固混合物的装置，包括：
封底旋流器；
处于所述旋流器的下端中的气体回流开口；
围绕着所述气体回流开口从所述旋流器的下端中垂下来的护罩。
32.根据权利要求31所述的装置，其特征在于，所述护罩与所述旋流器连成一体以包围着所述气体回流开口。
33.根据权利要求32所述的装置，其特征在于，所述气体回流开口包括管状通道。
34.根据权利要求33所述的装置，其特征在于，所述护罩是内径比所述管状通道的外壁更大的同心管，所述管终止于所述管状通道的最下端之下。
35.一种用于分离气-固混合物的方法，包括：
将混合物引入到多个相邻的封底旋流器的各自入口中；
从各所述旋流器的上端排出带有减少的固体颗粒的气体；
从各所述旋流器的下端处的切向出口中排出含有夹杂气体的固体颗粒；
使一部分所述夹杂气体经由形成于各所述旋流器下端中的回流开口而回流到所述旋流器中；
将所述回流开口与所述切向出口屏蔽开以阻止穿透泄漏。
36.一种用于分离气-固混合物的装置，包括：
用于将混合物引入到多个相邻的封底旋流器的各自入口中的装置；
用于从各所述旋流器的上端排出带有减少的固体颗粒的气体的装置；
用于从各所述旋流器的下端处的切向出口中排出含有夹杂气体的固体颗粒的装置；
用于使一部分所述夹杂气体经由形成于各所述旋流器下端中的回流开口而回流到所述旋流器中的装置；
用于将所述回流开口与所述切向出口屏蔽开以阻止穿透泄漏的装置。
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