帶有渦流增強銷的旋風分離器的制作方法

專利名稱：帶有渦流增強銷的旋風分離器的制作方法
技術領域：
本發明涉及經改進的渦流管分離器。本發明還涉及對含有該經改進的渦流管分離器的三級分離器的改進設計。這種三級分離器可以在例如流化床催化裂化(FCC)過程中使用。
背景技術：
在氣體通過具有氣體變向墻的流體動力裝置，如在增強器處的膨脹渦輪的幾乎任何系統中，為了防止腐蝕該系統，需要將細碎粒狀的固體顆粒從進入氣體中去除。另外，從環境保護的角度來講，如果進入氣體完全被排放到大氣中，將固體顆粒去除也是非常重要的。由于這些環境限制，有時需要將排放水平保持在50mg/Nm3以下。
用于從進入氣體中去除細碎粒狀固體顆粒的適合分離器是例如在1985年1月，51-54，烴加工(Hydrocarbon Processing)中所描述的所謂三級分離器。三級分離器達到可接受的水平，在離開僅位于增大器渦輪或煙道氣燃燒器上游的流化床催化裂化交流熱交換器的氣流中仍然含有微粒。已經發現，三級分離器也可以應用于將細碎粒狀固體顆粒從進入氣體中分離出來的其它過程。這些過程的例子是，鐵粉直接還原過程、煤的氣化過程、燃煤發電站，以及如鋁的煅燒之類的煅燒過程。
例如上面所描述的三級分離器，包括數個并行設置的渦流管分離器。渦流管分離器為帶有固體-氣體混合物軸向入口的圓柱形旋風分離器，并且在例如EP-B-360360、US-A-4863500、US-A-5681450、GB-A-1411136和US-A-3541766中所述。在EP-B-360360中描述了一渦流管分離器裝置，它包括軸向設置在垂直管狀外殼上部的氣體輸出管，其中在位于氣體輸出管和垂直設置的管狀外殼之間的環形空間旁邊，設置有軸向氣體輸入裝置，并且在所述環形空間中設置有渦流發生裝置。在EP-B-360360的附圖2中示出的渦流管分離器具有渦旋穩定器，該渦旋穩定器包括設置在基座元件上的銷。由于該渦流的下端將在該銷處終止，所以認為渦流將會保持在管狀外殼的中央處。
已經發現，當這種旋風分離器用于含有一定數量固體的進料時，如在三級分離器的情況下，可以發生非軸對稱的渦旋展開。這種非優選的操作將導致旋風分離器分離固體的效果不會象需要的那樣好。而且，該旋風分離器管狀部分的內部會出現腐蝕。
US-A-4810264公開了一旋風分離器，它具有成切線設置的氣體和固體入口。在氣體輸出管的下方，設置有處于平板形或盤形的可調渦流穩定器。在該穩定器上設置有渦流探測器。根據該公開，要經常調節渦流穩定器和氣體輸出開口之間的距離，以改變從氣體輸出開口排出的氣體的顆粒含量。
US-A-1753502公開了一個氣體灰塵收集器。該灰塵收集器包括具有成切線設置的氣體-固體輸入開口的旋風分離器。一根桿從該氣體輸出管延伸到設置在氣體輸出開口下方的盤上。
EP-A-052042公開了一個渦流管分離器，它具有安裝在分離器外殼內壁上的抗腐蝕裝置。
US-A-4795561公開了一個旋風分離器，它具有成切線設置的氣體-固體入口，和帶有封閉底部的圓柱狀外殼，在該圓柱狀外殼的底部上具有一閥。該閥固定到一個銷上。該銷的相對端位于氣體輸出管中，該氣體輸出管在圓柱狀外殼的上端。這樣，該銷機械地設置閥的位置和閥在分離器中的運動。
US-A-4072481公開了一種用于將氣體從液體、固體和氣體的混合物中分離出來的裝置。該混合物的入口為切向的。在用于氣相的出口的下方一定距離處設置有所謂的支架，該支架在其上方端處設置有一個板。
本發明的目的是提供一個渦流管分離器，它具有改進的分離效果，并具有較小的趨勢在非對稱渦流條件下工作。
發明概述本發明關注下述渦流管分離器。用于將固體從含有氣體-固體的進料中分離出來的渦流管分離器，包括一管狀外殼，和在所述外殼的一個端處用于將氣體-固體混合物導入的軸向進氣口，其中所述用于將氣體-固體混合物導入的軸向進氣口設置有渦流發生裝置，還包括在所述外殼的相對端處的固體輸出開口，和設置在所述外殼端的同軸定位管狀氣體輸出管，其中渦流增強銷沿著管狀外殼的軸線設置。
本發明還涉及含有數個上述渦流管分離器的多級分離器。本發明還涉及該渦流管分離器和/或多級分離器的使用。
優選實施例的詳細描述申請人發現，與不具有上述銷的渦流管分離器相比，上述渦流管分離器與更穩定操作相結合具有改良的分離效果。當多個渦流管分離器并行工作時，也可以觀察到該穩定操作狀態，其中每個渦流管分離器的固體輸出開口都與該容器的共同固體收集空間液體連接，如US-A-5538696和上述引用文件中所示。
該渦流增強器沿著管狀外殼軸線的實際位置并不是非常嚴格，只要銷沿著軸的一定長度延伸即可。申請人已經發現，該銷可以位于固體輸出開口和/或氣體輸出開口處，或者從氣體輸出開口向固體輸出開口延伸。這樣，這兩個分離銷中的一個從頂部開始延伸，另一個從底部開始延伸，并且都沿著管狀外殼的軸線，它們都將被看作本發明的一個可能的實施例。很明顯當使用本發明所述的渦流管分離器時，旋風分離器會更加穩定地延伸和工作。
從結構的角度來看，將銷設置在氣體輸出管的氣體輸入開口處更加有利，其中該銷延伸進入管狀外殼。這樣，該銷可以恰當地用固定裝置固定在氣體輸出管內部。
已經發現，最好使用具有最小長度的銷，從而可以充分導向該渦流。該銷沿著軸的長度(1)可以盡可能的長。申請人發現，較長的銷長度(1)對于獲得較好的分離效果是有利的。然而，如果不沿著長度方向支撐它們的話，過長的銷將出現機械故障。另一方面，由于它們會對分離效果產生負面影響，所以在管狀外殼中的這些支架不是優選的。這樣，該最大長度將由例如銷的材料強度、振動趨勢以及所選擇的銷支架的性質之類的因素來決定。出于這種原因，由于可以只在氣體輸出管內部進行固定，所以在氣體輸出管內延伸的銷是優選的，從而在該管狀外殼中沿著銷對渦流的影響最小。固定在氣體輸出管中并沿著軸線的100％延伸的優選銷也可以在其下端進行支撐。更為優選的是，這種長銷延伸到管狀外殼下方的位置處，以允許下方的支架與所述外殼略微間隔設置。這種銷的長度可以達到軸長度的兩倍。由于空心銷更剛性，所以更適合使用。
該銷最好固定在氣體輸出管內部。可選的是，該銷也可以固定在管狀外殼中。最好利用設置在氣體輸出管中的葉片體進行固定。在使用中，該葉片體將改變從氣體輸出管中的管狀外殼(2)排放到該外殼的壓力增加下游壁中的氣體的渦流運動。這種渦流管也稱之為反向流型渦流管。該軸向氣體固體混合物入口將定位在該管狀外殼的一個端處，該固體輸出口最好定位在該外殼的相對側上。最好是，該固體輸出開口定位在該管狀外殼上相對于氣體輸出管的相對側上。可選的是，該管狀外殼能夠在該端處延伸成錐形部分，從而使得固體輸出開口較小。然而，更為優選的是，使用開放端的管狀外殼，從而使得積聚在該外殼壁處的固體能夠在該固體輸出開口處從外殼中自由排放出去。
如果該氣體輸出口定位在與氣體-固體入口(反向流渦流管)相同的端處，那么該固體輸出口可以簡單地設置在相對端上與開放端管狀外殼相鄰的位置處。該直流(co-current)型分離器的固體輸出口，像例如US-A-5690709中所描述的那樣，可以合適地定位在中央定位的氣體輸出管和所述外殼壁之間的空間中。
本發明尤其關注渦流管設計的渦流管分離器，該渦流管分離器具有定位在該管狀外殼的同一端處的軸向氣體-固體入口和氣體輸出管。固體輸出口最好設置在相對端上靠近開放端管狀外殼的地方。本發明還關注氣體-固體和固體輸出口都定位在該管狀外殼的同一端處的情況。在所述固體輸出開口中最好不設置板或其他障礙物。
該渦流管的大多數尺寸，如氣體/固體入口、氣體輸出口和管狀外殼的尺寸，都采用常規尺寸。根據本發明，該渦流管分離器的優選尺寸如下。渦流管分離器的管狀外殼的內徑(d2)可以在0.15至1.5米之間的范圍內。當該渦流管分離器用于從氣流中分離直徑范圍在1*10-6米至40*10-6米之間的固體時，該直徑(d2)最好在0.15至0.3米之間。至1.5米的較大直徑范圍可以應用于如US-A-5328592所述的FCC結構中使用的渦流管中。
已經發現，該管狀外殼的下端和氣體輸出管的入口之間的距離，也就是軸的距離(d3)是獲得均勻的最佳分離效果的重要設計參數。d3/d2的比例最好在1.5和5之間，更為優選的是在2和5之間，最優選的是在2.5至4之間。較大的距離d3能夠導致渦流不穩定，而較小的距離能夠使得分離效果較差。
氣體輸出管的入口直徑(d4)最好在0.3*d2與0.6*d2之間。
本發明所述的渦流管分離器適合用于各種類型的氣體-固體分離。特別是，當需要每個體積單位中的固體排放較低時，可以方便地使用該分離器。本發明所述的分離器可以方便地用于從氣流中分離直徑在1*10-6米至40*10-6米之間的固體。該氣流中的固體含量通常在100至500mg/Nm3之間。離開該經改進的分離器的潔凈氣體可以具有50mg/Nm3以下的排放水平，甚至低于30mg/Nm3。
本發明還涉及經改進的三級分離器，它包括數個上述本發明所述的旋風分離器，其中旋風分離器管并行工作，并安裝在壓力容器中兩個管板之間。可以通過加入如上所述的銷的現有三級分離器的例子在US-A-3541766、US-A-5690709、US-A-5372707、US-A-5514271和US-A-6174339中進行了描述。該渦流管的軸向氣體入口將與位于管板之間的氣體-固體輸入空間進行流體連接，該氣體-固體輸入空間將依次流體連接到該三級分離器的氣體-固體入口上。該差動渦流管的外殼的開放底部端與在壓力容器下部的固體收集空間流體連接，該固體收集空間也稱為接收腔。該接收腔還設置有固體輸出口。該氣體輸出管與潔凈氣體收集空間流體連接。該潔凈氣體收集空間依次流體連接到該三級分離器的潔凈氣體輸出口上。
在該三級分離器中的渦流分離器裝置的數量將取決于進料的流速。一個壓力容器中的渦流管分離裝置的數量一般在1和200之間。
該管狀外殼可以垂直定位、以一定角度定位或者甚至水平定位。如果所述外殼垂直定位或以0°至90°之間的角度定位的話，那么該固體輸出口最好定位在管狀外殼的下端處。
附圖的簡要描述本發明將參照附

圖1-6進行描述。
附圖1是現有渦流管分離器的狀態。
附圖2是本發明所述的逆流渦流管分離器，它具有從氣體輸出管延伸的銷。
附圖3是本發明所述的逆流渦流管分離器，它具有從固體輸出管延伸的銷。
附圖4是本發明所述的逆流渦流管分離器，其中銷在整個軸線上延伸。
附圖5是直流(co-current)渦流管分離器，其中銷在整個軸線上延伸。
附圖6顯示了具有數個本發明所述渦流管分離器的容器。
具體實施例的詳細描述附圖1示出了現有軸向渦流管的狀態，它包括管狀外殼1、氣體-固體進入開口9，渦流發生裝置(swirl Imparting means)10位于管狀外殼1和氣體輸出管4之間的環形空間中。該管狀外殼1連接到截頭圓錐體部件8上，該截頭圓錐體部件終止于固體輸出開口3。該氣體輸出管具有氣體進入開口7。在軸線5上設置有渦流穩定板12和渦流穩定銷11。
附圖2示出了如附圖1中所示的逆流渦流管分離器，其中沿著軸線5設置有渦流增強銷(vortex extender pin)6，該軸線從氣體進入開口7延伸至固體輸出開口3。該銷6利用旋轉體(swirl body)13固定在氣體輸出管4內部。該旋轉體13在使用中時，該氣體流入所述管4中的渦流運動減小。優選的是，該旋轉體從氣體輸出管4開始延伸一定距離至氣體進入開口7(未示出)下方的某個位置處。更為優選的是，該旋轉體13的不到75％的長度從管4開始延伸。其它附圖標記與附圖1中具有同樣的含義。
附圖3示出了如附圖2中所示的逆流渦流管分離器，只是渦流增強銷6位于固體輸出開口3處。而且不具有截頭圓錐體部件8。銷6利用固定桿14固定。固定桿14最好設計成不影響可能在該位置發生的固體和氣體的旋轉流。其它附圖標記與附圖1中具有同樣含義。
附圖4示出了如附圖3中所示的逆流渦流管分離器，其中銷6沿著軸線的整個長度設置。該銷固定在氣體輸出管4中。小的水平板15可以設置在銷6的下端處。由于銷6延伸相當長的距離，所以最好在氣體進入開口7下方超過軸的80％的距離處發生長渦流。可以使用這樣的板，以使這種伸長的渦流端處于預定位置處。為了不影響從管狀外殼中排出的固體，最好該板15較小。其它附圖標記與附圖1中具有同樣含義。
附圖5是直流渦流管分離器，其中氣體-固體入口9設置在管狀外殼1的一個端處，并且固體3和氣體輸出管4設置在該管狀外殼1的另一端處。在該氣體-固體入口9處設置有渦流發生裝置10。如圖所示，該裝置10可以包括一中心體，該中心體上設有葉片。固體輸出開口3通過位于管狀外殼1和氣體輸出管4之間的環狀空間形成。銷6經過在氣體輸出管4內部的渦流裝置13固定到兩個渦流裝置10上。該雙重固定對于限制銷的振動是有利的。優選的是，該旋轉體從氣體輸出管4開始延伸一定距離至氣體輸入開口7(未示出)上方的某個位置處。更為優選的是，該旋轉體13的小于75％的長度從管4開始延伸。
非常清楚，在附圖1-5的任意一個中所示的特征可以發現用于已說明的不具有該特征的渦流管中。例如，附圖4的渦流管也可以具有附圖2的旋轉裝置13。
附圖6示出了具有數個本發明所述渦流管分離器17的容器16。該容器具有氣體-固體輸入管18，該管與空間19流體連接，該空間利用管板20、21與容器的其它部分相隔離。該空間與渦流管分離器17的各個氣體-固體輸入開口9流體連接。該氣體輸出管4與氣體輸出收集空間22流體連接，并且固體輸出開口與固體收集空間23流體連接。該氣體輸出收集空間連接到氣體出口24上，并且固體收集空間23與固體出口25相連接。
權利要求
1.用于將固體從含有氣體-固體的進料中分離出來的渦流管分離器，包括一管狀外殼，和在所述外殼的一個端處用于將氣體-固體混合物導入的軸向入口，其中所述用于將氣體-固體混合物導入的軸向入口設置有渦流發生裝置，還包括在所述外殼的相對端處的固體輸出開口，和設置在所述外殼端的同軸定位管狀氣體輸出管，其特征在于，渦流增強銷沿著管狀外殼的軸線設置。
2.根據權利要求1所述的渦流管分離器，其特征在于，該銷沿著管狀外殼軸線的至少20％設置，所述軸線從氣體輸出管的入口開始向上延伸至和所述氣體輸出管相對的管狀外殼的端。
3.根據權利要求2所述的渦流管分離器，其特征在于，該銷沿著管狀外殼軸線的30％至100％設置。
4.根據權利要求3所述的渦流管狀分離器，其特征在于，該銷沿著管狀外殼軸線的100％設置。
5.根據權利要求1-4中的任意一項所述的渦流管分離器，其特征在于，該銷從氣體輸出管的內部延伸到管狀外殼中，其中該銷利用支承裝置固定在氣體輸出管內部，所述支承裝置為渦流裝置，該渦流裝置定位使得經氣體輸出管排出的氣體的渦流運動減小。
6.根據權利要求1-5中的任意一項所述的渦流管分離器，其特征在于，用于導入氣體固體混合物的入口和氣體輸出管設置在管狀外殼的一個端處，該固體輸出開口定位在所述外殼的相對端處。
7.根據權利要求1-5中的任意一項所述的渦流管分離器，其特征在于，用于導入氣體固體混合物的入口設置在管狀外殼的一個端處，該固體輸出開口和氣體輸出管定位在所述外殼的相對端處，從而該固體輸出開口定位在氣體輸出管和所述外殼的壁之間。
8.多級分離器，具有數個并行工作的渦流管分離器，該渦流管分離器為權利要求1-7中任意一項所述的渦流管分離器。
9.在根據權利要求1-7中的任意一項所述的渦流管分離器中，或者在權利要求8所述的多級分離器中，將固體從充滿固體的氣態混合物中分離出來，以獲得每Nm3含有少于50mg固體的氣態流的方法，該氣態混合物所具有的固體含量在100至500mg/Nm3之間。
全文摘要
用于將固體從含有氣體－固體的進料中分離出來的渦流管分離器，包括一管狀外殼，在所述外殼的一個端處用于將氣體－固體混合物導入的入口，在所述外殼相對端處的固體輸出開口，和設置在所述外殼一端處的同軸定位的管狀氣體輸出管，其中渦流增強銷沿著該管狀外殼的軸線設置。
文檔編號B04C5/13GK1668380SQ03817276
公開日2005年9月14日 申請日期2003年7月17日 優先權日2002年7月19日
發明者T·S·德威茨, H·W·A·德賴斯, A·埃克爾, J·卡特, R·A·桑伯恩, A·C·霍夫曼, 彭維明 申請人:國際殼牌研究有限公司