專利名稱：從氣流中分離細微固態(tài)顆粒的技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的旋風分離器，其用于從氣流中除去細微的固態(tài)顆粒。該分離器尤其適于用在第三級分離設備中，其通常被用來對從煉油廠流化床催化裂化(FCC)催化劑再生器排出的、含有催化劑細塵的煙氣氣流進行凈化。
背景技術(shù)：
按照由聯(lián)邦、州以及當?shù)卣疄闇p少污染物排放而頒布的法規(guī)，必須要嚴格地控制工業(yè)氣流中的顆粒排放物。在提煉石油的工程領(lǐng)域內(nèi)，涉及顆粒排放的主要環(huán)節(jié)在于從流化床催化裂化(FCC)機組的催化劑再生器區(qū)段排出的煙氣。目前美國聯(lián)邦法規(guī)對顆粒度的限度為催化劑再生器中每燃燒1000公斤焦炭產(chǎn)生的固體顆粒為1kg，或者等價于約為80-110mg/Nm3的煙氣的顆粒濃度。與此相應的歐洲法規(guī)目前也在進行重大的改動，目前的規(guī)定為80-500mg/Nm3，但預計該數(shù)值有可能被減小到50mg/Nm3。
FCC工藝已具有了50多年的應用歷史，多年來，人們一直在對這種工藝進行改進，在很多煉油廠，這種工藝仍然是汽油生產(chǎn)的主要來源。汽油以及其它輕質(zhì)油品是對較重(即分子量較大)的、價值較小的碳氫化合物原料執(zhí)行裂解而制得的產(chǎn)品，其中的原料例如是柴油。盡管FCC是一種涉及到很多因素的龐大而復雜的處理過程，但由于本發(fā)明與其相關(guān)，本文將對該工藝的基本原理作一介紹。
在大多數(shù)常規(guī)的形式中，F(xiàn)CC工藝包括一反應器，其與一催化劑再生器緊鄰地連接起來，隨后再在下游處分離碳氫化合物制品。這種工藝的一個主要區(qū)別特征在于大量催化劑持續(xù)的流態(tài)化和循環(huán)流動，其中，這些催化劑的平均顆粒直徑在50-100微米之間，在顆粒尺寸和外觀方面，催化劑等同于非常細的沙粒。每裂解生產(chǎn)一噸油品，約需要5噸催化劑，因而，對催化劑的循環(huán)使用具有相當高的要求。對于這一需要使用很大總量的催化劑、且循環(huán)使用小顆粒直徑催化劑的需求而言，一個與此相關(guān)的、很急迫的挑戰(zhàn)就在于防止這些催化劑從反應器/再生器系統(tǒng)進入到排出的氣流中。
總的說來，在反應器和再生器的內(nèi)部采用旋風分離器對固態(tài)催化劑具有99％的分離效率。一般情況下，再生器包括第一級分離器和第二級分離器(即主分離器和輔分離器)，用以防止催化劑對再生器煙氣的催化劑污染，其中，再生器的煙氣基本上是催化劑焦炭在空氣中的燃燒產(chǎn)物。盡管顆粒尺寸為一般值的催化劑顆粒能被再生器內(nèi)部的旋風器有效地分離掉，但細微的材料(通常是尺寸小于50微米的催化劑碎粒，出現(xiàn)這些顆粒的原因是粗糙而磨蝕性的反應器/再生器環(huán)境中的磨擦作用和腐蝕作用)則基本上很難被分離出去。結(jié)果就是，F(xiàn)CC煙氣的顆粒濃度通常在200-1000mg/Nm3的范圍內(nèi)。不論是為了達到已生效的法定排放標準、還是希望從煙氣氣流回收能量，這樣的固體含量水平都會造成困難。在后者的情況下，如果實際上選擇能量回收流程，則FCC煙氣中的固態(tài)含量可能足以對再生器中鼓風機的渦輪葉片造成損壞。
因而，通常需要確保FCC煙氣中的細塵含量能被進一步地降低，且可利用一帶有多管旋風器的第三級分離器(TSS)裝置來實現(xiàn)此目的。公知的是靜電濾塵器能有效地完成該氣體/固體分離作業(yè)，但其成本要遠高于TSS，其中，TSS的工作依賴于富含顆粒氣流的向心加速度的作用，該向心加速度迫使密度較高的固體移動到渦旋流的外邊緣處。為了提高效率，用于對FCC煙氣流進行排放的旋風分離器一般包括許多(可能為100)個獨立的小型圓筒旋風器本體，這些旋風器本體被安裝在作為多管的單個容器內(nèi)。固定著旋風器上端和下端的管板具有將污染氣體分配到旋風器入口中的作用，并具有將容器內(nèi)的區(qū)間分隔成幾段、以收集分離開的氣相和固相的功能。
在有關(guān)旋風器設計的技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，重要的研究都集中在所謂的“返向逆流”型旋風器上，在這種旋風器中，將入流氣體圍繞著一氣體出口管加入到旋風器中，氣體出口管從圓筒形旋風器本體的入口一側(cè)延伸來?？蓮男L器本體側(cè)壁上的開孔提取富含顆粒的氣體，而清潔的氣體則基本上從其初始時的流動路徑反向流向旋風器本體上與進氣口相反的一端—即逆向流向出氣口。出氣口是一根管體，其一般與旋風器本體同軸，并被設置在旋風器本體內(nèi)。在專利US 5514271 B1和US5372707 B1中描述了這些類型的旋風器，在這兩個專利中，發(fā)明的技術(shù)主題集中于側(cè)壁上開孔的形狀和分布，以便于減少會將固體重新輸送到清潔氣體出口中的湍流渦旋現(xiàn)象。在美國專利US 5643537B1和US 5538696B1中，設計了用于與這種基本的旋風器配合使用的裝置，以便于進一步地擴展渦流的流型或者提高渦流流型的均勻性，進而提高分離效率。
但不幸的是，使氣流反向而從與進氣口相同的一側(cè)流出旋風器本體的設計需求就其自身而言會對流動造成擾動，而此擾動是不容易被克服的。在專利US 5690709B1中描述了所謂的“單向直通”型旋風分離器，這種分離器消除了與氣體反向流動相關(guān)的固體再混入問題。在此情況下，凈化的氣體持續(xù)地向下流動，并在下管板的下方從旋風器本體中排出，下管板作為被分離出的顆粒與凈化后氣體之間的物理邊界。但是，這樣的設計也會加劇非穩(wěn)態(tài)的流型，此情況下，非均勻的流型與這樣的現(xiàn)象有關(guān)經(jīng)過圓筒旋風器本體的開口底部，以基本為直角的角度將顆粒排送向含顆粒的氣體渦流。此外，此情況下旋風器的基本工作過程會涉及到氣流方向的改變，而在理想情況下，應當避免出現(xiàn)方向的改變。另外，在一由多個旋風器組成的總體設備(例如TSS)中，開口底部的設計形式會為“臟”氣體外排而進入到相鄰旋風本體中提供相對較大的表面積。這種允許氣體在各個旋風筒體之間互通的設計形式會降低分離的效率。
除了上文中針對旋風器設計需要考慮到的一般事項(例如引入向心加速度、以及保持流型的均勻性)之外，如要針對任何特殊的旋風器結(jié)構(gòu)來進一步地改進效能，則必須要通過實際試驗來對改進進行驗證。事實上，某些在原理上被認為能減輕非均勻流型、并限制渦流形成的設計方案在實驗室試驗中的表現(xiàn)非常差。在某些情況下，發(fā)現(xiàn)甚至復雜的流體動力學計算機軟件對TTS分離效率的預測也很差。因而，經(jīng)過了大量的反復試驗和修正，并輔以對旋風器內(nèi)部流型進行細化研究的總體目標，目前從氣流中分離細微顆粒的技術(shù)已經(jīng)獲得了顯著的改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種改進的旋風器，其用于將固態(tài)顆粒從氣流中分離出去?？蓪⒃S多個這樣的旋風器組合到一個容器中，以便于被用作第三級分離器，用于對受固體污染的氣流(尤其是指從煉油廠流化催化裂化單元排出的煙氣或其它被固體污染的氣流)進行處理。在這種旋風器中，由于使含顆粒的氣體產(chǎn)生了渦旋，并使氣體渦旋在流經(jīng)裝置時其流型受到擾動最小，所以，該旋風分離器具有很高的分離效率。在整個分離過程中，進氣與外排的清潔氣體都在同一方向上移動，且利用一排氣管將在進氣中占據(jù)了大部分體積的清潔氣體從渦流的中心部位移走，其中，該排氣管沿著旋風器本體進行延伸。另外，固態(tài)顆粒被從旋風器本體側(cè)壁上的開孔送出，而并非沿軸向排出，這樣就能防止其發(fā)生回流，并能防止在相鄰的旋風器之間出現(xiàn)氣體相通現(xiàn)象。
采用一板件或其它的結(jié)構(gòu)來封閉旋風器本體的底部，這就意味著含顆粒的氣體只能經(jīng)圓筒壁上的開孔排出。因而，通過氣體排出區(qū)域的壓力降通常要高于開口的底部設計的情況。壓力降和氣體速度的增大會導致將顆粒經(jīng)圓筒壁噴排出去的作用更強，從而可防止固體再次進入到旋風器本體或相鄰旋風器基于相同工作原理而運行。有效地，含顆粒的氣體從一些狹槽排出，這些狹槽起到了“單向閥”的作用，其可防止氣體發(fā)生回流以及顆粒再次進入到旋風筒體內(nèi)。
本發(fā)明的旋風器具有這樣的功效能將直徑小達4-5微米的非常細微的塵粒從進氣流中分離出去。不然的話，這樣的固態(tài)污染物將使受污染氣體無法符合環(huán)境法規(guī)，或者還可能對功率回收渦輪的正常工作造成損壞。


圖1表示了現(xiàn)有技術(shù)中FCC機組的簡化示意圖；圖2中的簡化示意圖表示了現(xiàn)有技術(shù)中第三級分離器；圖3是本發(fā)明旋風器的剖視圖；圖4是沿圖3中的A-A線所作的剖面圖；圖5中的圖線表明本發(fā)明的旋風器相比于現(xiàn)有技術(shù)中的旋風器其分離性能得到了提高；以及圖6表示了在d50值方面本發(fā)明所實現(xiàn)的改善，其中的d50值是指能被去掉50％的顆粒的直徑測量值。
具體實施例方式
本發(fā)明適于對很大范圍內(nèi)的含固體的污染氣流執(zhí)行分離凈化，尤其適于對所含塵粒在1-10·m范圍的氣流進行處理。在本文的描述中，會提到很多種生產(chǎn)性的氣體凈化作業(yè)，這些作業(yè)包括對從固態(tài)催化劑流化床工藝、煤燃燒加熱器、以及火力發(fā)電站排出的氣流所作的處理。某些公知的煉油工作依賴于流化床技術(shù)，例如在文件US 6137022B1所描述的、用于將甲醇轉(zhuǎn)變?yōu)檩p質(zhì)烯烴的工藝的優(yōu)選實施方式中，就采用了固態(tài)的沸石催化劑組合物。本發(fā)明另一個特別針對的領(lǐng)域在于對流化催化裂化(FCC)的外排氣流進行凈化，這種排出氣流中夾含有催化劑顆粒，而這些顆粒則來自于反應器內(nèi)工藝條件下的磨擦、腐蝕、和/或磨蝕作用。
如上文提到的那樣，流化催化裂化(FCC)技術(shù)是公知的石油煉化工藝，在大多數(shù)情況下，依賴該工藝來生產(chǎn)汽油。工藝參數(shù)變量一般包括裂解反應溫度，該溫度在400-600℃的范圍內(nèi)；催化劑再生溫度，該溫度在500-900℃范圍內(nèi)。不論是裂化反應、還是再生過程，都是在絕對壓力低于5個大氣壓的環(huán)境下進行的。圖1表示了現(xiàn)有技術(shù)中一種典型的FCC工藝設備，在該設備中，管線12輸送來的重質(zhì)碳氫化合物進料或原油與從再生的催化劑立管14進入的、剛剛被再生的催化劑相接觸。沿著從反應器10底部延伸出的狹窄管段(其被稱為反應器提升管16)發(fā)生著這樣的接觸。催化劑攜帶的熱量將油料蒸發(fā)，而后，在存在催化劑的條件下，石油被裂解，此過程中，油料與催化劑沿著反應器提升管向上移動而進入到反應器10本體中，此處的工作壓力略低于提升管16中的壓力。而后，利用位于反應器內(nèi)部的第一級旋風分離器18和第二級旋風分離器20將裂化后形成的輕質(zhì)碳氫化合產(chǎn)物與催化劑分離開，并將裂化后形成的輕質(zhì)碳氫化合產(chǎn)物經(jīng)管線22從反應器10中排出，以便于執(zhí)行后序的分餾操作。在這一點上，某些在反應器提升管16中不可避免地發(fā)生的副反應會在催化劑上留下有害的焦炭沉積物，這將會降低催化劑的活性。之后，將催化劑稱為已用過的催化劑(或至少被部分地用過了)，需要對催化劑進行再生以便于再次使用。用過的催化劑在被與碳氫化合物產(chǎn)物分離開之后落入到一氣提段24中，在這一區(qū)段中，由管線26噴入蒸汽，以便于清除掉任何殘余的碳氫化合物蒸汽。在經(jīng)過氣提處理之后，利用一用過的催化劑立管32將用過的催化劑輸送到催化劑再生器30中。
在催化劑再生器30中，從管線34輸送來的空氣氣流通過一空氣分配器28被引導而與使用過的催化劑相接觸，并將沉積在催化劑上的焦炭燃燒掉，從而能提供再生后的催化劑。催化劑再生過程向催化劑提供了大量的熱量，這些熱量提供能量來抵消反應器提升管16中所發(fā)生的吸熱的裂化反應過程。從管線36向再生器30的底部加入一些新的催化劑，以補充那些以細末或夾帶顆粒的形式而從反應器中流失出去的催化劑。催化劑和氣流沿著再生器30中的燃燒器提升管38一起向上流動，在經(jīng)過再生(即將焦炭燃燒掉)之后，通過使混合流流經(jīng)一“T”型料斗40來對它們初步地進行分離，其中，上部料斗40也位于再生器30中。對從上部料斗40中排出的再生后催化劑與煙氣進行精細分離的工作是由位于催化劑再生器30內(nèi)部的第一級和第二級再生旋風分離器44和46來完成的。再生后的催化劑被經(jīng)再生后催化劑立管14再次回送到裂化反應器10中。由于燃燒了焦炭，從再生器頂部管線42排出的煙蒸氣中包含二氧化碳和水，并帶有少量其它成分。盡管第一、第二級再生旋風分離器44和46能將絕大部分再生后的催化劑從管線42中的煙蒸氣中分離出去，但細微的催化劑顆粒(大多數(shù)是由磨擦作用產(chǎn)生的)總是會污染該外排氣流。因而，含細塵的污染的煙氣中一般含有200-1000mg/Nm3的顆粒，大部分這些顆粒的直徑小于50微米。鑒于這一污染度水平，由于既需要考慮環(huán)保法規(guī)，也需要照顧從煙氣中回收能量的選擇性設計，利用一第三級分離器(TSS)對煙氣執(zhí)行進一步凈化的要求是很迫切的。
圖2表示了現(xiàn)有技術(shù)中一種典型的TSS，其包括數(shù)目眾多的獨立旋風器。TSS容器50的內(nèi)部通常襯有耐火材料52，以減輕所夾帶催化劑顆粒對金屬表面的腐蝕作用。從FCC再生器排出的、含細塵的煙氣從頂部的入口54進入到TSS的頂部中，入口54位于上管板56的上方，上管板56保持著各個圓筒形旋風器本體62的上端58。然后，含細塵的氣流被分配到在各個旋風器的氣體入口60中，并與靠近這些入口的一個或多個渦旋葉片64相接觸，以便于促使含顆粒的氣體產(chǎn)生一定的向心加速度。渦旋葉片是位于旋風器本體內(nèi)的結(jié)構(gòu)，其具有對入流氣體的流經(jīng)通道進行限制的特性，由此來使氣流的流動加速。渦旋葉片還能改變含細塵氣流的流動方向，使氣流在流經(jīng)旋風器本體的長度范圍內(nèi)為螺旋流或渦流的形式。氣體的這一渦旋運動會將高密度的固態(tài)相甩向旋風器本體62的壁面。
圖2所示的旋風器設計代表了所謂的“單向流”設備，在這種設備中，旋風器本體62的底端66是開口的，這樣就使得被拋到該旋風筒體筒壁附近的固態(tài)顆粒落入到上、下管板之間的空間68中。沿著旋風器本體中線流動的清潔氣體則在到達旋風器本體62的底端66之前先流過一排氣管72的進口70中。然后，清潔氣體從排氣管72流到下管板74的下方。然后，占含細塵煙氣中絕大部分體積的清潔的混合氣流從位于TSS容器50底部的排氣口76排出。被分離出的顆粒和少量(通常小于含細塵煙氣的10％)底流氣體則從位于TSS50底部的分離顆粒及底流氣體出口78排出。
圖3中表示了根據(jù)本發(fā)明的一個獨立的旋風分離器100，其也被固定在上管板102與下管板104之間。旋風器100包括一基本上豎立著的旋風器本體106，其底端108是封閉的，而且，旋風器本體的上端110被固定到上管板102上。優(yōu)選地是封閉的底端108為平面板件的形式。旋風器本體在其上端110處限定了一個進氣口112，用于從上管板102的上方接收含顆粒的氣流(即含細塵的煙氣氣流)。另外，旋風器本體上還限定了多個用于排出氣體的孔口114。這些孔口114位于上管板102與下管板104之間，且所處位置基本上位于旋風器本體106的下部。優(yōu)選地是，這些孔口114靠近底端108并從底端向上延伸。這些孔口允許顆粒以及少量的底流氣體(在含顆粒氣體中所占的體積通常小于10％)排出到上管板102與下管板104之間。由于底端108被封閉，所以，為外排氣體的逸散所提供的表面就相對較小，從而導致氣體流速很高，排出孔口114兩側(cè)的壓力降很大。這將帶來分離效果的改善。
在位于旋風器頂部的進氣口附近，設置了一個或多個渦旋葉片116，以便于使含顆粒的氣流產(chǎn)生向心加速度。排氣管118所在位置與旋風器本體106同軸，其延伸穿過封閉的底端108，并向下進一步地延伸穿過下管板104。該排氣管118的上端和下端分別限定了一個清潔氣體進口120和一清潔氣體出口122，清潔氣體進口120用于接收旋風器本體106內(nèi)、靠近其中線的凈化后氣流，清潔氣體出口122位于下管板104的下方，用于排出凈化后的氣流。清潔氣體進口120通常位于排出孔口114的上方。清潔氣體出口122可位于任何位置，只要其低于下端108即可。如上文提到的那樣，旋風器本體106的定向狀態(tài)基本上是豎立的，因而，對固態(tài)相的分離還能得到重力作用的協(xié)助。優(yōu)選地是，旋風器本體為垂直圓筒的形式，但是，其它的形狀肯定也是可行的，這些形狀例如包括錐形。
如上文指出那樣，這種設計的主要優(yōu)點在于使旋流氣體形成了非常均勻的渦旋，在該渦旋沿旋風器本體和排氣管向下移動的過程中，其基本上不會受到任何干擾。另一方面的優(yōu)點與壓力降的增大相關(guān)，此壓力降是指富含顆粒的氣體經(jīng)圓筒壁上孔口向外噴射時的壓力降。相比于上文提到的直通型旋風器設計中旋風器本體與排氣管之間較大的底部環(huán)形表面，本發(fā)明中這些孔口為氣體的排出所提供的表面區(qū)域較小。結(jié)果就是，每個孔口都形成了一種“逆止閥”結(jié)構(gòu)，其基本上可阻止排出氣體的逆流，而排出氣體的逆流則是分離效率降低的原因。
氣流得以保持均勻性的原因在部分上是通過在圓筒旋風器本上設置了多個孔口，這些孔口用于排出顆粒和少量的底流氣體?？卓趯嶋H上可以是任何形狀，且可位于圓筒旋風器本體的任何部位，但優(yōu)選地是至少部分孔口靠近旋風器的封閉底端，以防止固態(tài)顆粒聚積在該區(qū)域內(nèi)?？卓谶€可以是各種形狀，例如為狹槽或孔洞，且可處于旋風器本體的各個高度上。如圖3所示，優(yōu)選地是至少部分孔口為矩形槽的形狀，其較大的尺寸(長度)基本上平行于旋風器本體的軸線。這些狹槽沿旋風器本體的圓周以相等的間隔均勻地分布著。另外，狹槽的垂直長度在旋風器本體長度的5％到25％的范圍內(nèi)。在一優(yōu)選實施方式中，矩形狹槽的下端靠近旋風器本體封閉的底端。
為了進一步促進流動的均勻性、進而提高固態(tài)-氣態(tài)的總體分離效率，將排氣孔口相對于徑向方向設置成傾斜的。這就使氣體能沿切線流動方向、基本上不改變旋流狀態(tài)地從旋風筒體中排出，就如同在旋風器本體中流動一樣。圖4表示出了這種理想結(jié)構(gòu)的一種示例，在圖4中，狹槽114的邊緣200是斜面(即并非垂直于在狹槽114所處位置處旋風器本體106圓形橫截面的切線)。相對于旋風器本體106曲率的這一斜面產(chǎn)生了這樣的理想效果使氣體在從旋風器本體106中排出時具有很大的切向速度分量，氣體在旋風器本體內(nèi)時的流動方向也只被小量地改變。另外，各個矩形狹槽主體長度方向的前導邊緣可從旋風器本體總體曲面略微地突起，以便于使氣流轉(zhuǎn)向理想的切線方向。作為替換措施或并行措施，還可將狹槽的后邊緣設計成陷入到總體曲面內(nèi)，以實現(xiàn)類似的效果。
另外，已經(jīng)確定當將孔口設置在清潔氣體進口的下方時，則能獲得良好的固態(tài)/氣體分離效率，圖3中也表示了這樣的情況。優(yōu)選地是，允許旋流氣體經(jīng)此排出的總開孔面積為旋風器本體表面面積的0.05％到5％。當然，這一參數(shù)取決于很多因素，這些因素包括固體污染物的濃度、平均顆粒尺寸、氣流流速、以及壓力。當多個本發(fā)明的旋風器被用在FCC煉油機組的第三級分離器(TSS)中時，該分離器的性能效率優(yōu)選為其d50顆粒尺寸小于5微米。如現(xiàn)有技術(shù)中定義的那樣，d50值代表能被從TSS底流氣體中去除50％的塵粒的直徑。因此，在一優(yōu)選實施方式中，凈化后氣流中具有5微米或5微米以上顆粒的濃度，該濃度小于含催化劑微塵的煙氣氣流中5微米或5微米以上的顆粒濃度的50％。
從下文的實例可進一步地清楚領(lǐng)會采用本發(fā)明的旋風器所能達到的性能優(yōu)點，下文的實例提供了一些基于實驗的實驗室測試數(shù)據(jù)，其中的實驗被設計成可模擬FCC煙氣向外排流時的條件。盡管如下的實例表示了本發(fā)明旋風分離器幾種具體的實施方式，但這些實施方式并不能被用來限制由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明總體范圍。
對比實例1-7將上文提到的、現(xiàn)有技術(shù)中的“單向直通”型旋風分離器與根據(jù)本發(fā)明的各種旋風分離器進行性能比較。研究了從流動的氣流中分離直徑為40微米或更小的顆粒物的情況。每次實驗中，旋風分離器都包括一280mm內(nèi)尺寸(i.d.)的圓筒體和一130mm的排氣管，排氣管與圓筒體同軸，且在圓筒體底部的上方延伸到下方250mm。
在對比性實驗中，除了排氣管的延伸長度之外，圓筒體的底部被制成開通的—盡管在排氣管的外部安裝了一個盤體，其位于圓筒體底部下方的130mm處。將被分離出的顆粒以及少量的底流氣體收集到一個環(huán)繞著旋風器本體的塵粒漏斗中，其中，分離出的顆?；旧鲜且耘c旋流進氣流成直角的角度排出的。對含顆粒氣體以及從排氣管排出的清潔氣體(溢流氣體)進行分析，以確定其固態(tài)污染物水平、以及這些污染物中顆粒尺寸的分布狀況。類似地，對進氣也執(zhí)行類似的分析。
在每一次分離實驗中，旋風器進氣流速都被保持為0.45-0.50Nm3/s。該進氣中的固體含量為300-400mg/Nm3，且顆粒的平均直徑為10-20微米。在從靠近進氣口的渦旋葉片中流出之后，由于葉片對氣流具有限流作用，所以氣流的速度增大了。被稱為底流氣體的排氣中含有大部分被分離出的固體，這部分氣流只占進氣體積的1％到3％，具體的數(shù)值取決于特定的實驗。在每次實驗之后，計算出固態(tài)顆粒的去除效率—即底流氣體中所去掉的固體占輸入固體的重量比。還確定出直徑小于10微米的固態(tài)顆粒在氣流中的所占比例，并計算估計出多大直徑的顆粒能達到50％的去除率(d50值)。
表1列出了這些對比實例的實驗結(jié)果。
表1

實例8-12通過將本發(fā)明的旋風分離器設置在一旋風器中進行測試，其中的旋風器具有一個用于封閉旋風器本體底端的水平基座。根據(jù)本發(fā)明的描述，在此情況下，固態(tài)顆粒是經(jīng)制在旋風圓筒體側(cè)壁上的孔口而從旋流的進氣中排出的。通過制出兩條90mm長、10mm寬的矩形狹槽來實現(xiàn)本發(fā)明的設計。狹槽的長度方向平行于旋風圓筒本體的軸線，且下部的寬度尺寸部分靠近旋風器本體底部附近的水平基座。進氣流速、顆粒度、以及平均顆粒直徑等參數(shù)條件被保持在對比實例中所設定的范圍內(nèi)。此外，利用體積為1％到3％的底流值進行研究。同樣的性能指標也被計算并列在表2中。
表2

從上文的實驗結(jié)果可清楚地看出相比于現(xiàn)有技術(shù)中底部開口的“直通”型旋風器，在1％和3％的底流條件下，本發(fā)明的旋風器對固態(tài)顆粒都具有更高的去除效率。這一結(jié)果被表示在圖5中的圖線上。另外，本發(fā)明的旋風分離器在去除直徑為4-5微米的顆粒方面具有優(yōu)勢，這與FCC第三級分離器設計的總體性能是相應的。根據(jù)d50性能參數(shù)可看出本發(fā)明的旋風分離器對小顆粒的分離能力提高了，圖6表示出了這一特性。最后，與現(xiàn)有技術(shù)中旋風分離器對比實例的實驗結(jié)果相反，本發(fā)明的旋風分離器能獲得固體含量低于50mg/Nm3的清潔(溢流)氣體，這一結(jié)果將符合現(xiàn)有、甚至將來的環(huán)保法規(guī)。
權(quán)利要求
1.一種被用在上管板與下管板之間的旋風分離器，該旋風器包括a)一基本上垂直的旋風器本體，其具有一封閉的底端和一頂端，頂端被相對于上管板固定，旋風器本體在其頂端處限定了一個進氣口，進氣口延伸到上管板的上方，用于從此處接收被顆粒污染的氣流，旋風器本體還限定了旋風器本體的側(cè)壁，側(cè)壁上限定有多個排出孔口，這些孔口位于上管板與下管板之間，用于排出顆粒以及少量底流氣流；b)一個或多個靠近所述進氣口的渦旋葉片，用于使被顆粒污染的氣流產(chǎn)生向心加速度；以及c)一排氣管，其限定一清潔氣體進口端，該進口端位于旋風器本體的中心，用于接納凈化后的氣流，該排氣管還限定了一清潔氣體出口，其位于下管板的下方，用于排出凈化后的氣流，排氣管延伸穿過旋風器本體封閉的底端，且進一步延伸穿過下管板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋風分離器，其特征在于所述排出孔口的總開口面積為旋風器本體表面積的0.05％到5％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋風分離器，其特征在于旋風器本體的形狀基本為圓筒狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋風分離器，其特征在于封閉的底端基本上為水平的平面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋風分離器，其特征在于清潔氣體進口位于排出孔口的上方。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋風分離器，其特征在于排出孔口相對于徑向方向是傾斜的，從而使氣體能排出，其在旋風器本體內(nèi)的切線方向基本不改變。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋風分離器，其特征在于排出孔口限定了一些基本為矩形的狹槽，這些狹槽的長度方向基本上平行于旋風器本體的軸線，狹槽圍繞著旋風器本體的周長均勻地間隔開。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的旋風分離器，其特征在于狹槽垂直長度為旋風器本體長度的5％到25％。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的旋風分離器，其特征在于矩形狹槽的下端靠近旋風器本體的封閉底部。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的旋風分離器，其特征在于矩形狹槽的下端延伸到旋風器本體的封閉底部。
11.一種利用權(quán)利要求1所述的旋風分離器對被固體污染的氣流進行凈化的方法。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于凈化后氣流中具有5微米或大于5微米顆粒的濃度，該濃度小于被顆粒污染的煙氣氣流中5微米或5微米以上的顆粒濃度的50％。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于少量的底流氣流小于被顆粒污染的氣流的10％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種被用在上管板(102)與下管板(104)之間的旋風分離器，該旋風分離器(100)包括一基本上垂直的旋風器本體(106)，其具有一封閉的底端(108)和一頂端(110)，頂端被相對于上管板(102)固定著，旋風器本體(106)在其頂端(110)處限定了一個進氣口(112)，進氣口(112)延伸到上管板(102)的上方，用于從此處接收被顆粒污染的氣流，旋風器本體(106)還限定了旋風器本體的側(cè)壁，側(cè)壁上限定有多個排出孔口(114)，這些孔口位于上管板(102)與下管板(104)之間，用于排出顆粒以及少量底流氣體；一個或多個靠近所述進氣口(112)的渦旋葉片(116)，用于使含顆粒的氣流產(chǎn)生向心加速度；以及一排氣管(118)，其限定一清潔氣體進口(120)，且位于旋風器本體(106)的中心，用于接納凈化后的氣流，該排氣管還限定了一清潔氣體出口(122)，其位于下管板(104)的下方，用于排出凈化后的氣流，排氣管(118)延伸穿過旋風器本體(106)封閉的底端(108)，且進一步延伸穿過下管板(108)。
文檔編號B04C3/04GK1622860SQ02828591
公開日2005年6月1日 申請日期2002年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月24日
發(fā)明者保羅·A·西克里斯特, 布賴恩·W·赫德里克 申請人:環(huán)球油品公司