专利名称:在转移固体的过程中保持气流的方法和装置的制作方法
本发明涉及固体流动和过程控制的工艺。特别是涉及对通过两个固体颗粒段的气流的控制，以及涉及当固体物质在两个段之间转移时对这两个段的内压的控制。本发明的一个具体应用是含有一个用于移动床烃类转化过程(包括催化重整过程)的催化剂处理系统。
据信，美国专利No.2，851，401(Payne)是与本发明关系最密切的参考资料，该专利涉及了固体颗粒物质从一个区段到另一个区段的转移，但该专利既不包含有涉及对通过所述区段气流的保持的知识，也不包含有对所述区段压力的保持方法，並且也没有讲到本发明那种气体导管的应用。美国专利No.2，851，402(Haddad)根据Payne专利(，401)所讲述的原理，提出了一种有关固体转移的知识。
本发明的一个重要应用涉及用于处理烃类转化过程的催化剂。美国专利No.2，423，411(Simpson);2，531，365(Simpson等人);2，854，156(Payne);2，854，161(Payne);及2，985，324(Balentine)是关于烃类转化过程中催化剂的转移和处理的典型参考资料。
美国专利No.3，647，680(Greenwood等人)及3，692，496(Greenwood等人)是关于催化重整过程和催化剂再生过程的补充参考资料。催化重整过程和催化剂再生过程是本发明的一个实施例所论及的。
有很多化学过程都必须使气体与固体颗粒物质、固体或颗粒相互接触。通常，化学反应及物理变化都在这种接触的情况下发生。在大多数情况下，气体与固体的接触必须持续一段最低限度的时间，如果接触时间短于这个限度，则化学反应或物理变化将不发生或者反应不完全。在某些情况下，还有一个最高的接触时间限度，如果超过这时间限度，则所获得的不是最好的结果或者是不需要的结果。最希望的是使气/固接触过程以一种连续的或半连续的方式进行而不是以批量的间歇方式进行。
通常要使接触段内的接触气体保持正压(高于大气压)，往正压段中加入或从其中取出颗粒时不能让接触气体损失到大气之中。通常需要使接触段的内压维持于一个特定的值或在某个确定的范围之内。接触段的压力可能高于向接触段提供固体的那个段的压力。要克服一个段的高压来往其中加入固体，这将引起很多的问题。当使用螺旋输送器或星形阀这类部件时，部件和固体之间的接触可以把固体颗粒压碎成更小的颗粒，因而使固体的粒度降级，並且还会引起设备的磨损。在此情况下要保持有效的密封以防止气体从接触段逸出是困难的，而且设备的维修费用也很高。当固体或气体，或者二者同时处于高温的条件下时，这些问题将变得更严重。为把固体加到高压段中去，使用一种带有能让固体通过的开关阀的压力闸系统是一个已有的较好的方法。但是这些阀门将是一个高维修费用的部件。下面将简单介绍一种应用阀门的系统。
美国专利No.2，851，401(上面已引)讨论了固体转移中的一些问题，并讲述了一种不用易于磨损或使固体粒度降级的机械设备而使固体转移的方法。但是该专利並没有触及如上所述气流的各种情况。並且，一般总是希望维持一个连续的气流，即使固体物流是在分批处理的情况下也是如此。使用连续气流可以更好地控制接触时间。由于连续地把新鲜的反应气体送到固体表面，因而使所进行的化学或物理过程得到加速。在某些情况下，很重要的一点是使新鲜气体与进来的固体直接接触。所谓新鲜气体是指那些基本上还没有与固体接触过的气体。
本发明适用于各种各样的实际过程，特别是适用于烃类的转化过程，例如催化重整过程。后一过程将于下面作详细的示例说明。可应用本发明的其它过程还有轻烷烃转变为轻烯烃的过程，例如一种可把丙烷转变为丙烯的催化脱氢过程。在另外的烃类催化转化过程中，轻烷烃和/或烯烃可被加工成为芳香烃及氢气。本发明可用于使这些过程中使用过的催化剂的再生。除了烃类转化过程之外，本发明还可应用于一种气流的处理过程，这种处理过程是使气流与一种固体颗粒接触而把气流中的一个组份除去。例如，为了从流化气流中除去二氧化硫，可把流化气体通过一个装有二氧化硫接受体(例如含铜的氧化铝小球)的容器。但是本发明最适宜应用于烃类的转化过程，特别是适用于移动床催化重整过程。
本发明所提供的方法和装置可以使一个气流保持基本上连续地以一个预先确定范围的速度向上流，先后通过一个下段和一个上段。而同时可把一些颗粒从上段转移到下段。
这下段具有比上段更高的内压，而这两个内压都是一个单独可变的参数。颗粒从上段到下段的转移过程，是在对这些颗粒或气体处理的实际过程中发生的。或者是两个段都可主要地应用于气/固的接触操作，或者是其中的一个段主要地用作贮存及供料的目的。
本发明的一个目的是避免使用与颗粒接触的活动机械部件。
本发明的另一个目的是避免使用昂贵的和复杂的控制设备来维持气体流动。
本发明还有一个目的是提供一种既能实现颗粒转移而又基本上不影响上段或下段内压的方法和装置。
在一个主要的实施例中，本发明的方法包含有如下的步骤(a)把气体通进反应器的下段，在此处气体经过一个下颗粒转移管从下段往上流入一个闸式漏斗段，该颗粒转移管在下段与闸式漏斗段之间起连通作用。往上的气流具有一定的流速，可以阻止颗粒通过下颗粒转移管向下流动。在闸式漏斗段与上段之间还有一个上颗粒转移管起连通作用。在上段的底部、上颗粒转移管、闸式漏斗段的底部及下颗粒转移管几处皆不断地有颗粒流进去，而当闸式漏斗段中的颗粒界面上升到上颗粒转移管的下端时，通过上颗粒转移管进入闸式漏斗段的颗粒流动即被阻止;(b)与步骤(a)同时，气体从闸式漏斗段经过上导气管进入上段，该导气管连接于这两个段之间並使这两个段的压力基本上相等;(c)当闸式漏斗段需要排空时，可用把闸式漏斗段中的内压增加到与下段压力相等的办法来实现关闭通过上导气管的气流，並让下段的气体经过下导气管进入闸式漏斗段，该导气管连接于这两个段之间，並使这两个段的压力基本上相等，这样就迫使闸式漏斗段中的颗粒通过下颗粒转移管向下流入下段，並迫使闸式漏斗段中的气体以一定的流速通过上颗粒转移管往上流入上段，以防止颗粒通过上颗粒转移管往下流;以及(d)当闸式漏斗段中的颗粒界面下降到预先确定的一个低界面点时，关闭通过下导气管的气流，並同时建立上导气管的气流，这样就迫使从下颗粒转移管向下段流出的颗粒流动停止，並迫使上段的颗粒通过上颗粒转移管流入闸式漏斗段。所说的这个颗粒流动一直进行到闸式漏斗段中的颗粒界面上升到上颗粒转移管的下端为止。
在另一个实施例中，本发明的方法包含有如下的步骤(a)把气体连续地通入下段;(b)使下段的气体通过一个下颗粒转移管向上流入闸式漏斗段，该转移管在下段与闸式漏斗段之间起连通作用。向上气流具有一定的流速，可以阻止颗粒通过下颗粒转移管向下流动。同时使闸式漏斗段中的气体通过上导气管流入上段，该导气管连接于这两个段之间並使它们的压力基本上相等，这样就可使上段的颗粒通过上颗粒转移管向下流进闸式漏斗段;(c)当闸式漏斗段中的颗粒界面上升到预先确定的高界面点时，用关闭上导气管气流的办法来增加闸式漏斗段中的内压，这就迫使闸式漏斗段的气体以一定的流速通过上颗粒转移管向上流入上段，阻止了颗粒通过上颗粒转移管流下来;(d)使下段的气体通过一个下导气管流入闸式漏斗段。该导气管连接于这两个段之间，並使它们的压力基本上相等，这就迫使颗粒通过下颗粒转移管往下流入下段;(e)当闸式漏斗段中的颗粒界面下降到一个预先确定的低界面点时，关闭下导气管的气流，同时建立上导气管的气流，这样就重新建立了步骤(b)的气流路线，这就迫使从下颗粒转移管流出的颗粒流动停止，並迫使上段的颗粒通过上颗粒转移管进入闸式漏斗段。
在本发明的一个主要的实施例中所采用的装置包括(a)一个含有颗粒的上段，该段维持一个独立可变的压力，称第一压力;(b)一个含有颗粒的下段，该段也维持一个独立可变的压力，称第二压力。第二压力高于第一压力;(c)一个闸式漏斗段，它处于上段之下和下段之上;(d)一个给下段连续供气的装置;(e)一个上颗粒转移管，它处于上段与闸式漏斗段之间，在这两个段之间起连通作用;(f)一个下颗粒转移管，它处于闸式漏斗段与下段之间，在这两个段之间起连通作用;(g)一个上导气管以及一个安装在这导管上的阻塞阀。该导气管连接于闸式漏斗段与上段之间;(h)一个下导气管以及一个安装在这导管上的阻塞阀。该导气管连接于闸式漏斗段与下段之间;(i)一个产生信号和传送该信号的装置。这个信号可以指令上段的颗粒开始向下转移;(j)一个颗粒界面传感装置。当闸式漏斗段中的颗粒界面下降到一个预先确定的低位点时，该装置能马上感知出来並发出一个信号;以及(k)一个控制上述阻塞阀开关位置的装置。对阻塞阀的控制是采用这样的一种方式，即指令一个阀门打开和另一个阀门关闭，以便控制上述进入下段的气体通过所需要的途径。这两条途径，或者是先经下颗粒转移管再经上导气管，或者是先经下导气管再经上颗粒导管。所用的阀门开关位置控制装置对上述的界面信号及上述的启动信号作出如下反应即(ⅰ)一收到上述的启动信号，就指令下导气管上的阻塞阀打开，迫使闸式漏斗段的颗粒通过下颗粒转移管流进下段;並指令上导气管的阻塞阀关闭，迫使闸式漏斗段的气体以一定的流速通过上颗粒转移管向上流动，这就阻止了颗粒通过上颗粒转移管往下流动;以及(ⅱ)一收到上述的界面信号，就指令下导气管的阻塞阀关闭，迫使下段的气体以一定的流速通过下颗粒转移管向上流动，这就阻止了颗粒通过下颗粒转移管向下流动。並且指令上导气管的阻塞阀打开，迫使颗粒通过上颗粒转移管向下流入闸式漏斗段。
图1是本发明的一个实施例的简图。图中画出一个上段、一个闸式漏斗段及一个下段。此处的每一个段都是一个互相分离的容器。
图2也是一个简图，图中把图1的各个段都画在一个共同的容器中。它画出了本发明实施例中的5步循环中的3个步骤。图2A、2B及2C分别画出了这循环中的步骤1、步骤3及步骤5。
为了帮助对本发明的原理的理解，现在给出一些实施例的附图，以供参考。对一个详细的示范性过程将使用一些专门的术语来叙述。但是，这些实施例及这个示范例，并非以任何方式对本发明的权限范围加以限制。附图中所画的仅仅是为了叙述本发明所必需的设备单元，专业技术人员完全有能力采用一些所需的附加金属构件。
利用铂系金属-三氧化二铝作催化剂来对烃类原料(如来自石油的石脑油馏分)进行重整，这是一个众所周知的工艺过程。此过程可简单地描述如下将一种石脑油原料与氢气混合並使其在符合重整条件的温度和压力下于反应段中与催化剂接触。这时至少有一部分石脑油原料可被升级为提高了辛烷值的产品。当这些催化剂在此过程中使用了一段时间以后，就必须加以再生。也就是说必须加以处理，使它的活性与稳定性恢复到一个满意的水平，以满足催化重整反应的要求。再生过程包括几个不同的步骤，其中的一个步骤是用一种包括氢的还原性气体与催化剂接触，以便实现还原反应。上面已引过的美国专利No.3，647，680(Greenwood等人)及No.3，692，496(Greenwood等人)可以作为重整过程及催化剂再生过程的基本资料来参考。
在很多现代的催化重整过程中，催化剂被连续地或半连续地通过一个或一系列的再生容器，在这些再生容器中完成再生循环的各个不同的步骤。众所周知，要把固体从一个区域转移到另一个区域是一个困难的问题。因此，正如上述，真正的连续过程是难以达到的。在上面引用的Greenwood的专利中，催化剂的再生过程是使催化剂在再生容器中某些确定的部位作半连续的移动，而在另外的一些部位作连续的移动。半连续的移动是指让一份相对地较少量的催化剂在一些互相靠近的点定时地作重复性的转移。例如，可以每隔两分钟从容器中转移出一批催化剂。假如在该容器中催化剂的贮存量足够大，那么这种催化剂的转移过程就接近是连续的了。本发明应用了这个原理。不需要提供有关再生过程的更具体的知识，因为这些知识在很多资料(如上面所引的Greenwood的专利)中都可查到。並且，也不一定要具备了这些知识，才能理解本发明。
下面是对本发明的一个实施例的叙述。可以图1作参考。此处使用专门的术语来描述上面所讨论过的重整过程。催化剂按箭头所示方向从上面进入容器(10)(或称上段(10))，並积累在上段(10)的底部。在上段(10)中，发生还原反应，它是催化剂再生循环的一部分。为了完成还原反应，必需让包括氢的气体在高温条件下于上段(10)与催化剂颗粒接触。
很重要的一点是必需保持一个不中断的气流通过还原段。倘若气流中断一段时间，不管时间多长，还原反应就可能进行不完全。其结果将是使催化剂在重整反应中的催化能力受到严重的损害。同样，如果还原性气体的流速过高，以致于使催化剂流化或部分地流化起来，这时催化剂也将受到机械损伤。
催化剂在上段(10)被还原以后，就把它转移到下段(12)。该段用作容纳已经通过了再生设备的催化剂的容器，同时还用来把催化剂送进空气传送装置，以便把催化剂送入重整反应器中。下段(12)的压力高于上段(10)的压力。例如，上段可以维持额定压力为5磅/吋2(表压)(34.5千帕(表压))，允许变化范围为2至8磅/吋2(表压)(13.8至55.2千帕(表压))。下段的额定压力可以为35磅/吋2(表压)(241.3千帕(表压))，正常范围为30至40磅/吋(表压)(206.9至275.8千帕(表压))。这样，上段与下段的压力差约在22至38磅/吋2(151.7至262千帕)之间。但是，当两个段之间的压力差比上述值大得多或小得多时，本发明仍然适用。也就是本发明可适用的压力差范围可在0.1磅/吋2至100磅/吋2或至200磅/吋2(0.7至689.5千帕或至1379千帕)之间，甚至可以更大。
一个被称为闸式漏斗的容器(11)可以用来帮助把催化剂从上段(10)转移至下段(12)。催化剂从上段(10)经过上颗粒转移管(15)进入闸式漏斗段(11)。上颗粒转移管(15)密封地伸进闸式漏斗(11)顶部的一个喷咀中，这样就可把催化剂注入到闸式漏斗段(11)中。从闸式漏斗段(11)出来的催化剂经过下颗粒转移管(16)进入下段(12)，该转移管(16)密封地伸进下段(12)中。正如下面所示，导管(16)不一定要伸到下段(12)中去，但它需要有一个最小的导管长度，这个导管可安装在容器的外面。而假如在闸式漏斗段(11)的一个较高的部位上安上一个颗粒界面监督装置，那么导管(15)也不必伸到闸式漏斗(11)中去。但是，如果没有一个高界面监督装置，那么导管(15)伸到闸式漏斗(11)中就是必要的了。在图1中没有把这样的一个高界面监督装置示出来，因为它对所示的这个实施例不是必须的。但是下面将对它进行叙述。
一个先前采用的一般的工艺流程，是在三个容器之间的导管(15)和导管(16)上装上阀门，以便当要使催化剂从上段(10)流入闸式漏斗段(11)中时把导管(16)上的阀门关闭，而在要把催化剂卸入下段(12)时把导管(15)上的阀门关闭。但是，正如上面所指出的，在转移催化剂颗粒的路途中，要竭力避免使用活动的部件，包括阀门在内。
还原性的气体通过导管(20)进入下段(12)。用阀门(21)调节进入下段(12)的气流量;本发明的装置可使上述的气体流速随意变化，以便控制下段(12)的压力。例如，下段(12)的压力可以在一个事先确定的范围内变化，这决定于从上述的气动传送装置所发出的信号。
从下段(12)来的气体交替地经过两条途径之一进入上段(10)。在这里，闸式漏斗段同时是每条途径的一部分。一条气流途径包括导管(16)、闸式漏斗(11)及上导气管(13)。另一条气流途径包括下导气管(14)、闸式漏斗(11)及导管(15)。在上面所述的第一条途径中，由于催化剂占据了容器(10)的底部，而气体是进入到催化剂界面的上空，因此在上段(10)需要安装一个引导气体向下並使它分散开的装置，以便使气体与催化剂之间发生接触。这个作用是由一个圆柱形的隔板装置(30)来完成的。这个装置的直径比上段容器(10)小，它被安装在容器(10)的内部，使它与容器(10)具有一个同心轴，以便构成一个环形的空间。在这个环形空间的顶部用一块环形的水平板密封以便把气流隔断。在环形板中心部位的开口处可以允许催化剂及气体二者通过。因此，气体从导管(13)进入环形空间后必须向下流到圆柱形隔板装置(30)的底部，然后作一个180°的转弯，通过催化剂层向上流动。
上段(10)的内压可以单独地进行控制，所用的控制装置在图中没有表示出来。例如，可以用一根导管把上段(10)与另一个用于催化重整过程的容器连接起来，以便使上段压力取决于该容器的压力並随后者而变化。
在闸式漏斗(11)上安装一个低界面传感器(17)，以使得当闸式漏斗段内催化剂界面处于预先确定的低界面点时能感知出来，並发出一信号给控制器(22)，控制器(22)就随之调节阀门(18)和(19)的开关位置。在本发明的这个实施例中，(18)和(19)是两个开关阀。控制器(22)还包括一个定时器，这个定时器能够产生或者引起产生一个启动循环的信号，其频率取决于对定时器的调节。循环启动信号可指令阀门(18)和(19)动作，以便使颗粒转移循环开始。这一点将于下面进行解释。
对下面所作的解释可以参考图1和图2。上面对图1的解释也适用于图2。可以看出，在图1中出现的参考号码数字也在图2中相应的位置上出现。为了画图方便起见，在图2中把某些部件(例如控制器(22)和阀门(21))删去。但是，很容易理解，这些部件对图2的实施例的操作是必不可少的。图2画出了一个较好的配置方式，它把图1中的三个段都设置在一个共同的容器中而不是配置成相互分离的容器。在图1中，下导气管(14)连接于下段(12)和闸式漏斗(11)之间，而上导气管(13)连接于闸式漏斗(11)和上段(10)之间。在图2中，这两个导气管具有一个共用的部分(26)。这样，在图2中，下导气管(14)包括有标记号码为(26)的那部分，上导气管(13)也包括了标记号码为(26)的那部分。
催化剂颗粒从还原段(10)到下段(12)的转移，可以不用阀门来实现而是用一个5步循环来实现，同时还能使通过这几个段的气流保持连续。这5步循环中的三个步骤示于图2，一批颗粒从上段转移到下段的全过程构成一个单独的循环。图2A示出了循环的步骤1，其中设备处于保持或准备状态。催化剂充满到闸式漏斗的最大容量处。在还原段(10)有一个催化剂贮存室，催化剂在这个段停留一段足够的时间以使它能达到充分的还原。接着催化剂流入转移导管(15)和(16)，使得催化剂不间断地占据着还原段(10)的底部、上转移管(15)、闸式漏斗段(11)的底部和下转移管(16)。然后上段(10)中的贮存室又被来自它上面的再生设备(没有画出)的催化剂重新充满。图中示出，催化剂积聚于下段(12)中。
在步骤1中，来自下段(12)的气体通过下转移管(16)进入闸式漏斗段(11)。下段及闸式漏斗段之间的压力差可以在0.1至100磅/吋2(0.7至689.5千帕)或者更大的压力范围内变化，而下段的压力值通常高于5磅/吋2(34.5千帕)。这时，通过下转移管(16)的向上气流阻止了颗粒从闸式漏斗段(11)流向下段(12)。当向上气流的流速很大而在转移管(16)上面的催化剂层的深度相对较小时，转移管(16)中的颗粒有可能被向上吹进闸式漏斗段(11)，这就会引起气流量大大增加並使得漏斗段(11)中的催化剂部分地流化。所以在设计这个设备的时候，必须根据通过转移管(16)的预计的气流最大流速/所需要的流速来定出转移导管(16)的最小长度以及紧挨在它上面的颗粒床的最小深度。为了使这个长度和深度高于其最小值，必需考虑所需的最小气体流速以及两个段之间的压力差。对于一个特定的压力差，导管越长，则气流速度越小。在给定导管长度及压力差的情况下，为要增加气体流速，可以把导管的直径加以扩大。
在步骤1的时候，由于在闸式漏斗段(11)中的颗粒界面达到了上转移管(15)的末端，上段(10)中的催化剂不会向闸式漏斗段(11)流动;所指的导管末端用号数(27)表示。由图2A可以看出，要使催化剂能从导管中流出来，就必须把导管末端及导管外侧的催化剂排开。但在这个情况下没有一个足够的力能使这些催化剂排开，因此催化剂的界面绝不会上升到高于导管末端的地方。
循环的步骤2(没有示出)可称为加压步骤。在此步骤中，阀门(18)关闭，而处于下导气管(14)上的阀门(19)打开。这就使闸式漏斗段及下段之间的压力达到平衡;这样，在此步骤中，闸式漏斗段的压力增加，使到它的内压大于上段的内压。在完成了闸式漏斗段的加压以后，就可进入循环的步骤3。
图2B示出了循环步骤3的最终位置。在此步骤中，闸式漏斗段(11)中的催化剂界面接近了它的正常最低点。步骤3可称为循环的“排空”阶段。在此步骤中，闸式漏斗中的催化剂被排空。流经上转移导管(15)的向上气流阻止了上段的颗粒流向闸式漏斗段，这情况与上面对导管(16)所作的讨论的情况相同。这时颗粒通过转移导管(16)流向下段(12)，因而闸式漏斗段中的颗粒界面随之降低。这时，经由管路(20)进来的气体，通过下导气管(14)和阀门(19)进入闸式漏斗段。虽然在这时候(步骤3)，下段与闸式漏斗段的压力基本上相同，但是还有一个较小的压差，因此还有气体流过导气管(14)。
可以看出，虽然步骤2及步骤3的气流路线与步骤1有所不同，但从步骤1转到步骤2时並不引起气流的中断。箭头(28)示出步骤1的气流途径，而箭头(29)示出步骤3的气流途径。在步骤2开始的时候，希望把阀门(18)的关闭过程推迟约几秒钟或更短些，这样就可保证，即使在阀门(19)打开得相对地比较慢的情况下，也不会由于阀门的操作而引起明显的瞬间气流的扰动。
当闸式漏斗段中的颗粒界面下降到事先确定的低位点时，步骤4(降压步骤)就开始。当颗粒界面一旦下降到这个位置时，低界面传感器(17)马上测出在低位点已没有颗粒存在，并立刻向控制器(22)发出信号。控制器指令阀门(19)关闭和阀门(18)打开。这样，闸式漏斗段(11)就开始降压，气流的途径也就改变到和步骤(1)相同的路线。当闸式漏斗段中的压力变得与上段的压力基本上相等时，步骤4即告结束。在步骤5中，催化剂经过转移导管(15)进入闸式漏斗段。步骤5不同于步骤1的地方是在步骤1中，闸式漏斗级(11)是充满的，而且根本没有催化剂的流动。而在步骤5中，催化剂从上段(10)流向闸式漏斗段(11)，直到颗粒界面上升到上转移导管(15)的末端为止，到此时该循环即告完成並恢复到步骤1所呈现的那种保持状态。
这个5步骤的循环有规律地不断重复。例如，从上段(10)转移一批催化剂到下段(12)大约需要50秒。控制器(22)可以按照由人指定的循环重复速度进行工作。它可以发出一个信号，指令一个循环启动。也就是说，指令阀门(18)和阀门(19)动作，使步骤(2)开始。如按50秒为一个循环周期，那么它的实际最长循环周期约为60秒。假如把闸式漏斗段的最大容量(界面位于转移导管(15)末端时)与界面位于低界面点时的容量差作为1单位体积来计算，那么催化剂的转移速度将是每分钟1体积。如果转移速度只有这最大速度的一半，那么必须使控制器每隔两分钟启动一次新的循环。
控制器(22)的作用是接受低界面传感器(17)发出的界面信号、控制阻塞阀(18)和(19)的开关位置，並按照操作人员指定的循环重复速度进行工作。能够完成控制器(22)的功能的设备有很多种不同的类型，如程序控制计算机及程序控制器等。並且，这些功能也可以用一个循环定时器和一个触发控制装置来完成，前者用来发出一个循环启动的信号，后者用来对低界面传感器(17)作出反应，发出一个进入步骤(4)的信号。
正如上面所解释的，导管(15)和导管(16)的长度对该系统的操作来说是十分重要的。在给定转移导管直径及颗粒类型的情况下，两个段之间所允许的压力差值主要取决于两个段之间的颗粒柱子的高度。两个段之间的颗粒柱子高度被定义为转移导管的高度加上它上面的该段的颗粒床高度。这个颗粒床高度是以该段的锥体底部作为颗粒床的最低点来计算的。假若这个压力差太大，则催化剂必将被从转移导管吹出去并进入它上面的这个段中。在实验工作中，当一个段的压力增加而使颗粒吹出时，会在该转移管上面的一个段内出现大的噪音，它可以清晰地听得到。假如这两个段之间的压力差太小，那么气流的速度将会过低，其结果是催化剂再生的情况不好。向上气流所通过的催化剂柱子，可以被看成一个对气流的阻碍体，气流通过这样一个阻碍体(或称节流体)的速度，随这节流体两端的压力降而变化。
在标准的设计情况下，通过一个闸式漏斗的压力差是可以知道的，因为它通常仅决定于一些与闸式漏斗系统无关的因素。这样，设计工作的起点就是给出上段和下段的压力。通过这些段的向上气流的最大和最小的允许流速，以及所需要的颗粒转移速度也是知道的，这为该过程所决定。然后考虑催化剂柱子的高度及颗粒转移管的直径。这个直径和高度必须匹配好，才能同时获得所需要的气体流速及所需要的颗粒瞬时流速。假如在其它参数不变的情况下把柱子的高度降低过多或把管子的直径扩大过多，其结果都会导致颗粒被吹出。在设计中的另一个重要参数就是构成颗粒柱子总高度的每一个设备单元的高度。气流通过颗粒转移导管时，每个单位高度所需要的压力降，明显地高于气流通过该管上面的颗粒床时的相应压力降。应该注意，必须使通过颗粒床的气体流速总是小于可引起颗粒流化的流速。至此，专业技术人员就可以很好地考虑各种参数的互相影响以及如何去调整每一个参数，以便获得一个满意的设计方案。固体的流动原理对这些专业技术人员来说是很熟悉的，此处不必加以讨论。本发明中所谈到的有关固体流动的补充知识，可参考在上面已引用的美国专利No.2，851，401，虽然该专利没有涉及气流的问题。必须指出，通常在实际进行有关固体流系统设计的时候，应该进行实验来测定所用的特定固体的流动特性。
可以看出，对本发明的系统的设计，需要进行仔细的计算。先是给定上段和下段的内压、过程所允许的最大和最小的气流速度、气体及颗粒的特性以及颗粒转移速度的变化范围。在此情况下，设计人员必须仔细地选择闸式漏斗段的大小，特别是要仔细选择可允许的被颗粒所占据的最小和最大容积、在转移导管上的闸式漏斗段的颗粒床的深度、转移管的直径以及转移管的长度。当然，设计人员还要选择其它一些参数(如气体导管的尺寸等)，但它们不是最重要的。
根据附图2及图2A、2B和2C上的箭头(28)、(29)及(32)所标明的气流途径，可以很容易地看出，从导管(20)至上段(10)的顶部之间的两条相互交替的气流途径，任何时候都具有基本上相同的压力降。气流在通过设备大直径部分中的催化剂时所产生的压力降，与它通过转移导管时所产生的压力降相比，只是一个很小的数值。
正如上面所讨论的，由于颗粒从上段到下段的流速是可变的，因此本发明所述的设备，可以用作为一个总体流程中的一个固体流速控制装置。
在颗粒转移管的下端，颗粒所通过的横截面积必须小于该导管的其余部分，可以把这小截面的部分看成一个节流结构。例如，在圆形导管的情况，其末端的内径可小于导管的其余部分，正象图2A中所示出的号码为(27)之处。这个节流结构的作用是保证当转移导管所连接的两个段之间的压力基本上相等时，转移导管被颗粒所允满。而当这两个段的压力不等和气体是向上流动时，颗粒又将留在导管之中。这是因为适当地选择了导管(15)和导管(16)的长度及体积，使之在两个段之间构成了有一定高度的颗粒柱子，因此就如同上面所解释的那样，防止了颗粒被吹出来。如果没有这个节流结构，那么颗粒将象稀相那样通过导管，而当两个段之间建立了压力差时，转移导管只有一部分被颗粒所充满，这样就失去了本发明的意义。
在本发明的另一个实施例中，使用一个高界面传感器把闸式漏斗段中颗粒的界面限制在低于上颗粒转移导管末端的地方。如果高界面点可在某个范围内进行调节，那么就可以使每批颗粒的转移量成为可调。当闸式漏斗段中的颗粒界面达到高界面点时，高界面传感器就发出一个信号给控制器(22)，随之控制器(22)就指令上导气管的阻塞阀关闭，並让下导气管的阻塞阀仍处于关闭的位置。这样在上段和下段之间的气流途径就同时包括了上、下两个颗粒转移管，这样就阻止了两个转移管中的颗粒流动。当欲使该系统从这个保持状态(包括两个关闭的阀门)转为开始循环时，就把下导气管的阀门打开，这就开始了闸式漏斗段的排空步骤。
之所以采用高界面装置，不让颗粒上升到上颗粒转移导管的末端，其中的一个理由是这样的，因为在这种情况下，沿导管往上流的气体倾向于搅动处于导管下端的颗粒。这种搅动可能损伤颗粒的物理性能。为了解决这个问题，还提出过另外一个方法，那就是在导管下端的部位钻孔。这样，全部或部分的气体就从这些孔通过，由于气体从催化剂侧面通过，这样就不会引起搅动。而催化剂的界面就不会上升到导管上钻孔的那部分的下限以上。
权利要求
1.一个可以使气流在下述工艺过程中保持基本上连续向上流动的方法，所说的这个工艺过程如下一个往上的气流，先通过高压的下段，然后通过低压的上段，这时有一些颗粒被不断地加入到上段，而同时又有一些颗粒连续不断地从上段经过一个闸式漏斗段向下转移到下段，闸式漏斗段与上段之间靠一个上颗粒转移导管连通，而与下段之间靠一个下颗粒转移导管连通，所说的方法其特征在于包括(a)把气体通进下段，气体于此处以一定的流速通过下颗粒转移管向上流入闸式漏斗段，它阻止颗粒通过下颗粒转移管向下流动，同时，让闸式漏斗段中的气体通过一个上导气管向上流入上段，这个上导气管接通这两个段並使它们之间的压力基本上相等，这样就能使颗粒流入上段的底部、上颗粒转移管、闸式漏斗段的底部及下颗粒转移管，直到由于闸式漏斗段中的颗粒界面上升到上颗粒转移管的末端而迫使经上颗粒转移管流入闸式漏斗的颗粒流动被阻止为止。(b)把闸式漏斗段的内压增加到基本上与下段的压力相等，所采用的方法是，关闭上导气管的气流，並让下段的气体通过下导管流入闸式漏斗段，下导气管接通了这两个段並使它们之间的压力基本上相等，这样就迫使颗粒通过下颗粒转移管向下流入下段，並迫使闸式漏斗段的气体以一定的流速通过上颗粒转移管向上流入上段，因而可以阻止颗粒通过上颗粒转移管向下流；以及(c)当闸式漏斗段中的颗粒界面下降到预先确定的低界面点，关闭通过下导气管的气流，並同时按步骤(a)所述的方法建立一个气流，因此就可迫使颗粒停止经下颗粒转移管流入下段，並迫使颗粒从上颗粒转移管流入闸式漏斗段。
2.在权利要求
1所述的方法中，其特征还在于包括步骤(a)到步骤C的整个循环，是以一定的速度连续地重复运行，使颗粒从上段到下段的转移速度达到要求。
3.一种能使气流在下述工艺过程中保持基本上连续向上流动的方法，所说的工艺过程如下这个往上的气流首先通过一个含有颗粒的下段，然后以一个预先确定范围的速度通过含有颗粒的上段，与此同时，有一些颗粒从上段往下转移到下段，此处下段的压力高于上段的压力，而且颗粒从上段到下段的转移，是在处理颗粒或气体的实际过程中进行的，所说的方法其特征在于包括如下步骤(a)连续把气体通进下段;(b)使下段的气体通过下颗粒转移管向上流入闸式漏斗段，该颗粒导管使下段与闸式漏斗段之间相互连通，向上流的气体具有一定的速度，它能阻止颗粒通过下颗粒转移管往下流，与此同时，又让闸式漏斗段的气体通过上导气管流向上段，该导气管接通了这两个段並使它们的压力基本上相等，这样就使得上段的颗粒可以通过上颗粒转移管向下流入闸式漏斗段，该颗粒转移管使上段与闸式漏斗段之间相互连通;(c)当闸式漏斗段中的颗粒界面上升到预先确定的高界面点时，用关闭上导管气流的方法来增加闸式漏斗段的内压，迫使闸式漏斗段的气体通过上颗粒转移管往上流入上段，该向上气流具有一定的流速，阻止了颗粒经由上颗粒转移管向下流动，(d)然后让下段的气体通过下导气管进入闸式漏斗段，该导气管把这两个段接通並使它们的压力基本上相等，这样就迫使闸式漏斗段的颗粒通过下颗粒转移管进入下段，以及(e)当闸式漏斗段中的颗粒界面下降到预先确定的低界面点时，马上关闭下导气管並同时建立上导气管的气流，如此就又重新建立了步骤(b)的气流路线，因而迫使从下颗粒转移管往下流的颗粒停止流动，並迫使上颗粒转移管的颗粒流出来，进入闸式漏斗段。
4.按照权利要求
3所述的方法，它的特征还在于包括步骤(b)到步骤(e)的整个循环是以一定的速度连续地重复运行，这个速度可使颗粒从上段到下段的转移速度达到要求。
5.能使气流在下述工艺过程中保持基本上连续向上流动的装置，所说的工艺过程如下这个往上的气流首先通过一个下段，然后以一个预先确定范围的速度通过上段，与此同时，有一些颗粒从上段向下段转移，而这种转移的实现，既不需用任何活动的部件去接触颗粒，也不会对上段或下段的压力产生明显的影响，而且，颗粒从上段到下段的转移，是在处理颗粒或气体的实际过程中进行的，所说设备的特征包括(a)一个含有颗粒的上段，该段维持一个独立可变的压力，称第一压力;(b)一个含有颗粒的下段，该段维持一个独立可变的压力，称第二压力，该压力高于上述的第一压力;(c)一个闸式漏斗段，它位于上段之下和下段之上;(d)一个向下段连续供气的装置;(e)一个上颗粒转移导管，该导管的下端具有一个节流结构，並使上段和闸式漏斗段之间互相连通;(f)一个下颗粒转移导管，该导管的下端具有一个节流结构，並使闸式漏斗段和下段之间互相连通;(g)一个上导气管及一个上阻塞阀，该阀装在所说的导管上，该导气管连接于上段与闸式漏斗段之间;(h)一个下导气管及一个下阻塞阀，该阀装在所说的导管上，该导管连接于闸式漏斗段与下段之间;(i)一个控制装置，该装置可以起如下作用指令上阻塞阀打开和下阻塞阀关闭，以便使颗粒开始流进闸式漏斗段;当闸式漏斗段中的颗粒界面升到了允许的最高值时能马上测出来，並指令上阻塞阀关闭和下阻塞阀打开，以便使闸式漏斗段中的颗粒流入下段;当闸式漏斗段中的颗粒界面下降到预先确定的低界面点时能马上测出来，並指令颗粒重新流入闸式漏斗段。
6.按照权利要求
5所述的设备，其中所说的控制装置的特征包括(a)一个可以产生信号和输送该信号的装置，该信号可指令上段的颗粒开始往下转移;(b)一个颗粒界面传感器，当闸式漏斗段中的颗粒界面下降到预先确定的低位点时，它能马上测出来，並发出一个信号;(c)能控制上述两个阻塞阀开关位置的装置，所用的控制方式是让一个阀门打开和另一个阀门关闭，以便控制已进入下段的气体所走的路线，让气流或者通过下颗粒转移管和上导气管，或者通过下导气管和上颗粒转移管，控制开关位置的装置对界面信号及上述启动信号作出反应，这些反应如下(ⅰ)一接到上述启动信号时，立即指令下导气管的阻塞阀打开，使闸式漏斗段的颗粒通过下颗粒转移管流到下段，並指令上导气管的阻塞阀关闭，迫使气体通过上颗粒转移管以一定的流速向上流，这样就可阻止颗粒通过上颗粒转移管流下来。以及(ⅱ)一接到上述界面信号时，立即指令下导气管的阻塞阀关闭，迫使气体通过下颗粒转移管以一定的流速向上流动，这样就可阻止颗粒通过下颗粒转移管流下来，並指令上导气管的阻塞阀打开，使上段的颗粒可通过上颗粒转移管流入闸式漏斗段。
专利摘要
本发明提供的方法和装置可使气流在通过两段固体颗粒层时保持基本上连续，而且能同时使低压段的固体向高压段内转移。所用的装置是一个独特的闸式漏斗系统。按照本发明可以不用任何象阀门之类的活动部件就能把固体从一个段转移到另一个段，并在此情况下保持气流的连续性。本发明特别适用于烃类转化过程(如催化重整过程)催化剂的再生工艺。
文档编号C10G9/00GK86101728SQ86101728
公开日1987年9月30日 申请日期1986年3月17日
发明者阿瑟·雷蒙德·格林伍德 申请人:环球油品公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan