CN109847656B - 气固短接触分离装置、气固短接触系统及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气固短接触分离装置、气固短接触系统及应用方法，该气固短接触分离装置包括：筒体结构壳体、气体切向入口和颗粒入口、颗粒出口以及设置于筒体结构壳体顶部的升气管，其中，颗粒入口，用于向筒体结构壳体输送第一类固体颗粒，第一类固体颗粒包括：催化剂、吸附剂和结晶核介质中的任意一种；气体切向入口，用于向筒体结构壳体输送气体反应物；在筒体结构壳体内，气体反应物形成涡流，并携带固体颗粒从底部向顶部旋转，以实现气体反应物与第一类固体颗粒接触反应，形成气体产物以及第二类固体颗粒；颗粒出口，用于输出到达筒体结构壳体顶部的第二类固体颗粒；升气管，用于输出气体产物。

Description

气固短接触分离装置、气固短接触系统及应用方法

技术领域

本发明涉及石油化工技术领域，特别涉及一种气固短接触分离装置、气固短接触系统及应用方法。

背景技术

反应器是一种实现反应过程的设备，由于其可以用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程，因此被广泛应用于石油化工等领域。

目前，对于气固两相反应如催化裂化反应、吸附反应等采用的反应器来说，其内部设置有各种构件如气体分布器、固体颗粒分布板、搅拌器等等，而内构件的存在常常造成返混。

发明内容

本发明实施例提供了一种气固短接触分离装置、气固短接触系统及应用方法，解决了气固反应的返混问题。

一种气固短接触分离装置，包括：筒体结构壳体、位于所述筒体结构壳体侧壁下端的气体切向入口和颗粒入口、位于所述筒体结构壳体侧壁上端的颗粒出口以及设置于所述筒体结构壳体顶部的升气管，其中，

所述颗粒入口，用于向所述筒体结构壳体输送第一类固体颗粒，所述第一类固体颗粒包括：催化剂、吸附剂和结晶核介质中的任意一种；

所述气体切向入口，用于向所述筒体结构壳体输送气体反应物；

在所述筒体结构壳体内，所述气体反应物形成涡流，并携带所述固体颗粒从底部向顶部旋转，以实现所述气体反应物与所述第一类固体颗粒接触反应，形成气体产物以及第二类固体颗粒；

所述颗粒出口，用于输出到达所述筒体结构壳体顶部的第二类固体颗粒；

所述升气管，用于输出所述气体产物。

优选地，

所述筒体结构壳体的直径范围：150mm～1000mm。

优选地，

所述筒体结构壳体的高度范围：1000mm～5000mm。

优选地，

所述升气管的直径与所述筒体结构壳体的直径之比为0.2-0.7；

优选地，

所述升气管的一端位于所述筒体结构壳体内，所述升气管插入所述筒体结构壳体的长度与所述筒体结构壳体直径比为0.1～1。

优选地，所述气体切向入口，包括：设置于所述筒体结构壳体侧壁下端的第一穿孔以及与所述筒体结构壳体侧壁垂直的第一金属管，其中，

所述第一金属管一端与所述第一穿孔贴合，锚固于所述第一穿孔周围。

优选地，所述颗粒入口，包括：设置于所述筒体结构壳体侧壁下端的倒水滴状穿孔以及第二金属管，其中，

所述第二金属管的一端与所述倒水滴状穿孔贴合，锚固于所述倒水滴状穿孔周围，使所述第二金属管倾斜向上与水平面之间的夹角为15度～45度；

所述倒水滴状穿孔的下端到所述筒体结构壳体底部边缘的距离为0-150mm。

优选地，

所述颗粒出口，包括：设置于所述筒体结构壳体侧壁上端的第二穿孔以及与所述筒体结构壳体侧壁垂直的第三金属管，其中，

所述第三金属管一端与所述第二穿孔贴合，锚固于所述第二穿孔周围。

一种气固短接触系统，包括：至少一个上述任一所述的气固短接触分离装置和再生装置，其中，

每一个所述气固短接触分离装置，用于接收第一类固体颗粒以及气体反应物，利用所述气体反应物形成的涡流，携带所述固体颗粒从底部向顶部旋转，实现所述气体反应物与所述第一类固体颗粒接触反应，形成气体产物以及第二类固体颗粒；

所述再生装置，用于接收一个所述气固短接触分离装置输送的所述第二固体颗粒，将所述第二类固体颗粒再生为第一类固体颗粒，并将所述第一类固体颗粒输送给一个所述气固短接触分离装置。

优选地，

当所述气固短接触分离装置的个数为至少两个时，至少两个所述气固短接触分离装置之间高低串联，处于梯形最下端的一级气固短接触分离装置和处于梯形最顶端的最高级气固短接触分离装置分别与再生装置连接，

所述一级气固短接触分离装置，用于接收外部输送的气体反应物，并将部分气体反应物输送给高低串联的上一级气固短接触分离装置；

所述最高级气固短接触分离装置，用于接收所述第一类固体颗粒，并将所述第一类固体颗粒及产生的所述第二类固体颗粒输送给高低串联的下一级气固短接触分离装置；

每一级所述气固短接触分离装置，用于接收对应的上一级气固短接触分离装置输送的所述第一类固体颗粒，以及对应的下一级气固短接触分离装置输送的所述气体反应物，通过气固涡流接触，完成气固两相反应；

所述再生装置，用于接收所述一级气固短接触分离装置输送的第二类固体颗粒，并输送再生后的第一类固体颗粒给所述最高级气固短接触分离装置。

上述任一所述的气固短接触分离装置的应用方法，包括：

通过颗粒入口向筒体结构壳体输送第一类固体颗粒，所述第一类固体颗粒包括：催化剂、吸附剂和结晶核介质中的任意一种；

通过气体切向入口向所述筒体结构壳体输送气体反应物；

在所述筒体结构壳体内，所述气体反应物形成涡流，并携带所述固体颗粒从底部向顶部旋转，以实现所述气体反应物与所述第一类固体颗粒接触反应，形成气体产物以及第二类固体颗粒；

通过颗粒出口输出到达所述筒体结构壳体顶部的第二类固体颗粒；

通过升气管输出所述气体产物。

上述气固短接触系统的应用方法，包括：

利用至少一个气固短接触分离装置接收第一类固体颗粒以及气体反应物，利用所述气体反应物形成的涡流，携带所述固体颗粒从底部向顶部旋转，实现所述气体反应物与所述第一类固体颗粒接触反应，形成气体产物以及第二类固体颗粒；

利用再生装置接收一个所述气固短接触分离装置输送的所述第二固体颗粒，将所述第二类固体颗粒再生为第一类固体颗粒，并将所述第一类固体颗粒输送给一个所述气固短接触分离装置。

本发明实施例提供了一种气固短接触分离装置、气固短接触系统及应用方法，通过气固短接触分离装置的气体切向入口进入到筒体结构壳体内的气体反应物形成涡流，该涡流携带固体颗粒从底部向顶部旋转，以实现气体反应物与第一类固体颗粒接触反应，形成气体产物以及第二类固体颗粒，到达顶部的气体产物从升气管排出，到达顶部的第二类固体颗粒从固体颗粒出口排出，一方面在筒体结构壳体不存在构件阻挡气流，另一方面颗粒出口设置在筒体结构壳体侧壁的上端，由于涡流产生的离心力会使到达顶部的固体颗粒被甩到颗粒出口及筒体结构壳体内部侧壁上，从颗粒出口输出，固体颗粒将不会对涡流产生任何影响，从而避免了返混问题的产生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例提供的一种气固短接触分离装置的剖面图；

图2是本发明实施例提供的气固短接触分离装置中固体颗粒和气体走向及分布示意图；

图3是本发明实施例提供的筒体结构壳体侧壁与气体切向入口的关系结构图；

图4是本发明实施例提供的筒体结构壳体侧壁与颗粒入口的关系结构图；

图5是本发明实施例提供的一种筒体结构壳体侧壁与颗粒出口的关系结构图；

图6是本发明实施例提供的另一种筒体结构壳体侧壁与颗粒出口的关系结构图；

图7是本发明实施例提供的一种气固短接触系统的剖面结构示意图；

图8是本发明实施例提供的另一种气固短接触系统的剖面结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种气固短接触分离装置，该气固短接触分离装置包括：筒体结构壳体101、位于所述筒体结构壳体侧壁下端的气体切向入口102和颗粒入口103、位于所述筒体结构壳体侧壁上端的颗粒出口104以及设置于所述筒体结构壳体顶部的升气管105，其中，

所述颗粒入口103，用于向所述筒体结构壳体101输送第一类固体颗粒，所述第一类固体颗粒包括：催化剂、吸附剂和结晶核介质中的任意一种；

所述气体切向入口102，用于向所述筒体结构壳体101输送气体反应物；

在所述筒体结构壳体101内，所述气体反应物形成涡流，并携带所述固体颗粒从底部向顶部旋转，以实现所述气体反应物与所述第一类固体颗粒接触反应，形成气体产物以及第二类固体颗粒；

所述颗粒出口104，用于输出到达所述筒体结构壳体顶部的第二类固体颗粒；

所述升气管105，用于输出所述气体产物。

对于图1所示的气固短接触分离装置来说，通过气固短接触分离装置的气体切向入口进入到筒体结构壳体内的气体反应物形成涡流，该涡流携带固体颗粒从底部向顶部旋转，以实现气体反应物与第一类固体颗粒接触反应，形成气体产物以及第二类固体颗粒，到达顶部的气体产物从升气管排出，到达顶部的第二类固体颗粒从固体颗粒出口排出，一方面在筒体结构壳体不存在构件阻挡气流，另一方面颗粒出口设置在筒体结构壳体侧壁的上端，由于涡流产生的离心力会使到达顶部的固体颗粒被甩到颗粒出口及筒体结构壳体内部侧壁上，从颗粒出口输出，固体颗粒将不会对涡流产生任何影响，从而避免了返混问题的产生。

可以理解地，气体反应物形成涡流是通过气体切向入口这一特征结构实现的。

其中，在筒体结构壳体内，气体反应物形成涡流，并携带固体颗粒从底部向顶部旋转，使固体颗粒能够分散于筒体结构壳体内的反应空间，气体反应物形成的涡流及固体颗粒的分布如图2所示，从图2中可以看出，形成涡流的气体反应物与固体颗粒充分接触，在接触的过程中形成气体产物，当到达筒体结构壳体的顶部时，固体颗粒形成密相环，该密相环的存在使气体产物反流进入升气管，从升气管输出，同时，由于涡流产生的离心力使固体颗粒从颗粒出口输出。

其中，可以理解地，第二固体颗粒是由第一固体颗粒产生的，当第一固体颗粒为催化剂时，第二固体颗粒为失去部分活性的催化剂，当第一固体颗粒为吸附剂时，第二固体颗粒为吸附气体的吸附剂，当第一固体颗粒为结晶核介质时，第二固体颗粒为气体反应物的结晶体。

可以理解地，当第一固体颗粒为吸附剂时，气体反应物可以为工厂排出的废气等，气体产物为除去有毒废气如烷烃类、芳烃类、醇类、酮类、酚类、醛类、酯类、胺类、氰、腈等有机废气；当第一固体颗粒为结晶核介质时，气体产物为气体反应物中未被结晶的气体。

在发明中提及的筒体结构壳体侧壁下端，一般是指在筒体结构壳体侧壁上，靠近或者紧邻筒体结构壳体底部的区域。

在发明中提及的筒体结构壳体侧壁上端，一般是指在筒体结构壳体侧壁上，靠近或者紧邻筒体结构壳体顶部的区域。

另外，通过与现有的规格一致的分离装置对比发现，本发明提供的气固短接触分离装置能够使气体反应物与固体颗粒接触时长是现有的气固短接触分离装置的两倍以上，接触时间越长，使得气体反应物反应越完全，得到的气体产物越多，即收率越高。

在涡流携带固体颗粒从底部向顶部旋转过程中，涡流会使堆积的固体颗粒分散，与堆积的固体颗粒相比，使气体反应物与分散固体颗粒具有更大的接触比表面积，而固体颗粒的超大比表面积，一方面，在旋转的高离心力作用下，可使得气体反应物传递(传热和传质)极大增强，另一方面，进一步提高了气体反应物的反应率，即进一步提高了气体产物收率。

另外，本发明提供的气固短接触分离装置通过离心作用进行气固分离，满足大气固处理量。

在本发明一个实施例中，为了保证在筒体结构壳体内形成的涡流的流速，所述筒体结构壳体的直径范围：150mm～1000mm。

在本发明一个实施例中，为了能够使气体反应物能够与固体颗粒充分接触，同时满足工业生产需求，所述筒体结构壳体的高度范围：1000mm～5000mm。

在本发明一个实施例中，为了能够使气体产物能够顺利排出，同时避免返混的发生，所述升气管的直径与所述筒体结构壳体的直径之比为0.2-0.7。

在本发明一个实施例中，所述升气管的一端位于所述筒体结构壳体内，所述升气管插入所述筒体结构壳体的长度与所述筒体结构壳体直径比为0.1～1，这种设置可以进一步避免返混的发生。

在本发明一个实施例中，如图3所示，所述气体切向入口102，包括：设置于所述筒体结构壳体侧壁下端的第一穿孔1021以及与所述筒体结构壳体侧壁垂直的第一金属管1022，其中，

所述第一金属管1022一端与所述第一穿孔1021贴合，锚固于所述第一穿孔周围。即第一穿孔的直径与第一金属管的轴线垂直。其中，该金属管既可为圆柱状的也可为矩形的，则第一穿孔的形状与金属管的一端相匹配。可以理解地，图3给出的第一穿孔为圆孔结构，其他形状的孔可以对圆孔结构进行简单的替换即可实现，在此不再赘述

如图4所示，在本发明一个实施例中，颗粒入口103，包括：设置于所述筒体结构壳体侧壁下端的倒水滴状穿孔1031以及第二金属管1032，其中，所述第二金属管1032的一端与所述倒水滴状穿孔1031贴合，锚固于所述倒水滴状穿孔1031周围，使所述第二金属管1032倾斜向上与水平面之间的夹角为15度～45度；倒水滴状穿孔的下端到所述筒体结构壳体底部边缘的距离为0-150mm。其中，倒水滴状穿孔有利于气固之间的混合。

为了满足不同的需求，本发明提供两种类型的颗粒出口，该两种类型的颗粒出口均有利于第二固体颗粒的输出。

其中，一种类型颗粒出口如图5所示，颗粒出口104，包括：设置于所述筒体结构壳体侧壁上端的第二穿孔1041A以及与所述筒体结构壳体侧壁垂直的第三金属管1042A，其中，

所述第三金属管1042A一端与所述第二穿孔1041A贴合，锚固于所述第二穿孔1041A周围。

另一种类型颗粒出口如图6所示，颗粒出口104，包括：设置于所述筒体结构壳体侧壁上端的倾斜水滴状穿孔1041B以及第四金属管1042B，其中，

所述第四金属管1042B的一端与所述倾斜水滴状穿孔1041B贴合，锚固于所述倾斜水滴状穿孔1041B周围，使所述第四金属管1042B倾斜向下。

对于上述任一种气固短接触分离装置来说，颗粒入口与气体切向入口在筒体结构壳体侧壁下端的相对位置没有严格的限定，但是，一般来说，与颗粒入口相比，气体切向入口更靠近于筒体结构壳体底部。

上述任一气固短接触分离装置的应用方法流程，包括下述步骤A1～A5：

A1：通过颗粒入口向筒体结构壳体输送第一类固体颗粒，所述第一类固体颗粒包括：催化剂、吸附剂和结晶核介质中的任意一种；

A2：通过气体切向入口向所述筒体结构壳体输送气体反应物；

A3：在所述筒体结构壳体内，所述气体反应物形成涡流，并携带所述固体颗粒从底部向顶部旋转，以实现所述气体反应物与所述第一类固体颗粒接触反应，形成气体产物以及第二类固体颗粒；

A4：通过颗粒出口输出到达所述筒体结构壳体顶部的第二类固体颗粒；

A5：通过升气管输出所述气体产物。

为了能够更加清楚地说明上述气固短接触分离装置的应用方法，下面将以具体实施例进行说明。

分别以装置一：筒体结构壳体的直径150mm，筒体结构壳体的高度1000mm，升气管的直径与筒体结构壳体的直径之比为0.3的气固短接触分离装置；装置二：筒体结构壳体的直径300mm，筒体结构壳体的高度1000mm，升气管的直径与筒体结构壳体的直径之比为0.3的气固短接触分离装置；装置三：筒体结构壳体的直径600mm，筒体结构壳体的高度4000mm，升气管的直径与筒体结构壳体的直径之比为0.5的气固短接触分离装置；装置四：筒体结构壳体的直径800mm，筒体结构壳体的高度4000mm，升气管的直径与筒体结构壳体的直径之比为0.8的气固短接触分离装置；装置五：筒体结构壳体的直径300mm，筒体结构壳体的高度5000mm，升气管的直径与筒体结构壳体的直径之比为1.5的气固短接触分离装置；装置六：筒体结构壳体的直径1500mm，筒体结构壳体的高度1000mm，升气管的直径与筒体结构壳体的直径之比为0.3的气固短接触分离装置；装置七：筒体结构壳体的直径1500mm，筒体结构壳体的高度5000mm，升气管的直径与筒体结构壳体的直径之比为1.5的气固短接触分离装置进行催化裂化反应。

在催化裂化反应过程中，气体反应物包括：原油；所述固体颗粒包括：催化剂。其中，催化裂化催化剂为USY和助剂，均是75μm的细粉，堆密度大约为750kg/m³；原油通过预热成气态通过气体切向入口进入筒体结构壳体；气态原料油与催化剂颗粒进行气固逆流接触反应，控制接触停留时间约为0.5s，即可进行比较完善的催化裂化反应。

以筒体结构壳体的直径750mm，筒体结构壳体的高度5000mm，升气管的直径与筒体结构壳体的直径之比为0.3的气固短接触分离装置利用分子筛对空气中的甲醛进行吸附，具体过程：

通过颗粒入口向筒体结构壳体输送分子筛，通过气体切向入口向筒体结构壳体输送带有甲醛的空气；在筒体结构壳体内，空气形成涡流，并携带分子筛从底部向顶部旋转，以实现空气与分子筛接触反应；通过颗粒出口输出到达所述筒体结构壳体顶部的吸附甲醛后的分子筛；通过升气管输出吸附后的空气。通过检测发现，通过该气固短接触分离装置可使得分子筛对空气中甲醛的吸附率达85％。

以筒体结构壳体的直径500mm，筒体结构壳体的高度2000mm，升气管的直径与筒体结构壳体的直径之比为1.5的气固短接触分离装置，利用分子筛对焦化甲苯中的二聚环戊二烯进行吸附，具体过程：

通过颗粒入口向筒体结构壳体输送分子筛，通过气体切向入口向筒体结构壳体输送之前反应系统产生的焦化甲苯；在筒体结构壳体内，空气形成涡流，并携带分子筛从底部向顶部旋转，以实现焦化甲苯与分子筛接触反应；通过颗粒出口输出到达筒体结构壳体顶部的吸附二聚环戊二烯后的分子筛；通过升气管输出吸附后的焦化甲苯。通过检测发现，通过该气固短接触分离装置可使得分子筛对焦化甲苯中二聚环戊二烯的吸附率达90％。

以筒体结构壳体的直径1050mm，筒体结构壳体的高度4000mm，升气管的直径与筒体结构壳体的直径之比为1.2的气固短接触分离装置，通过活性炭，对聚甲基丙烯酸甲酯裂解工艺废气中甲基丙烯酸甲酯、乙酸乙酯、甲酸甲酯进行吸附，吸附结果表明，吸附后可使废气中甲基丙烯酸甲酯、乙酸乙酯以及甲酸甲酯的含量达到排放标准。

以筒体结构壳体的直径600mm，筒体结构壳体的高度5000mm，升气管的直径与筒体结构壳体的直径之比为0.5的气固短接触分离装置，对气态间苯二甲腈进行结晶，具体过程：

通过颗粒入口向筒体结构壳体输送晶态间苯二甲腈，通过气体切向入口向筒体结构壳体输送气态间苯二甲腈；在筒体结构壳体内，空气形成涡流，并携带晶态间苯二甲腈从底部向顶部旋转，以实现气态间苯二甲腈与晶态间苯二甲腈接触，气态间苯二甲腈在晶态间苯二甲腈表面富集生长；通过颗粒出口输出到达筒体结构壳体顶部的结晶产生的间苯二甲腈；通过升气管输出未被结晶的剩余气体。

以筒体结构壳体的直径900mm，筒体结构壳体的高度3000mm，升气管的直径与筒体结构壳体的直径之比为1.2的气固短接触分离装置，对气态乙酰苯胺进行结晶，具体过程：

通过颗粒入口向筒体结构壳体输送晶态乙酰苯胺，通过气体切向入口向筒体结构壳体输送气态乙酰苯胺；在筒体结构壳体内，空气形成涡流，并携带晶态乙酰苯胺从底部向顶部旋转，以实现气态乙酰苯胺与晶态乙酰苯胺接触，气态乙酰苯胺在晶态乙酰苯胺表面富集生长；通过颗粒出口输出到达筒体结构壳体顶部的结晶产生的乙酰苯胺；通过升气管输出未被结晶的剩余气体。

本发明提供一种气固短接触系统，包括：至少一个上述的任一种气固短接触分离装置和再生装置，其中，

每一个所述气固短接触分离装置，用于接收第一类固体颗粒以及气体反应物，利用所述气体反应物形成的涡流，携带所述固体颗粒从底部向顶部旋转，实现所述气体反应物与所述第一类固体颗粒接触反应，形成气体产物以及第二类固体颗粒；

所述再生装置，用于接收一个所述气固短接触分离装置输送的所述第二固体颗粒，将所述第二类固体颗粒再生为第一类固体颗粒，并将所述第一类固体颗粒输送给一个所述气固短接触分离装置。

下面将分别说明气固短接触系统中包含有一个气固短接触分离装置和至少两个气固短接触分离装置时，气固短接触分离装置与再生装置的连接关系。

如图7所示，一个气固短接触分离装置与再生装置的连接关系，气固短接触分离装置701的颗粒入口与再生装置702的颗粒出口通过管路连接，气固短接触分离装置701的颗粒出口与再生装置702的颗粒出口通过管路连接。

当所述气固短接触分离装置的个数为至少两个时，至少两个气固短接触分离装置与再生装置的连接关系，至少两个所述气固短接触分离装置之间高低串联，其中，

处于梯形最下端的一级气固短接触分离装置颗粒入口与再生装置的颗粒出口通过管路连接；处于梯形最顶端的最高级气固短接触分离装置与再生装置的颗粒入口通过管路连接。

至少两个气固短接触分离装置之间高低串联主要是，一级气固短接触分离装置的升气管与二级气固短接触分离装置的气体切向入口通过管路连接；针对一级气固短接触分离装置和最高级气固短接触分离装置之外的其他气固短接触分离装置，当前气固短接触分离装置的升气管与对应的上一级气固短接触分离装置的气体切向入口通过管路相连，当前气固短接触分离装置的颗粒出口与对应的下一级气固短接触分离装置的颗粒入口通过管路相连。则气固短接触系统的工作方式：

所述一级气固短接触分离装置，用于接收外部输送的气体反应物，并将部分气体反应物输送给高低串联的上一级气固短接触分离装置；

所述最高级气固短接触分离装置，用于接收所述第一类固体颗粒，并将所述第一类固体颗粒及产生的所述第二类固体颗粒输送给高低串联的下一级气固短接触分离装置；

每一级所述气固短接触分离装置，用于接收对应的上一级气固短接触分离装置输送的所述第一类固体颗粒，以及对应的下一级气固短接触分离装置输送的所述气体反应物，通过气固涡流接触，完成气固两相反应；

所述再生装置，用于接收所述一级气固短接触分离装置输送的第二类固体颗粒，并输送再生后的第一类固体颗粒给所述最高级气固短接触分离装置。

为了更加清楚地说明至少两个气固短接触分离装置与再生装置的连接关系，下面以图8所示的气固短接触系统包含三个气固短接触分离装置为例，展开说明。

从图中可以看出，三个气固短接触分离装置(801、802及803)高低串联，其中，处于梯形最下端的气固短接触分离装置为一级气固短接触分离装置801，按照梯形向上级数依次增加，处于最顶端的气固短接触分离装置为三级气固短接触分离装置803，该三级气固短接触分离装置也即为该气固短接触系统的最高级气固短接触分离装置。

一级气固短接触分离装置801的升气管与二级气固短接触分离装置802的气体切向入口通过管路连接；二级气固短接触分离装置802的升气管与三级气固短接触分离装置803的气体切向入口通过管路相连，二级气固短接触分离装置802的颗粒出口与一级气固短接触分离装置801的颗粒入口通过管路相连。

一级气固短接触分离装置801颗粒入口与再生装置804的颗粒出口通过管路连接；三级气固短接触分离装置803与再生装置804的颗粒入口通过管路连接。

可以理解地，对于再生装置来说，当气固短接触系统做催化系统时，其可为催化剂的再生器；当气固短接触系统做吸附系统时，其可为吸附剂的脱附塔；当气固短接触系统做结晶系统时，其可为结晶产物的冷却器。

可以理解地，每一级气固短接触分离装置对应的上一级气固短接触分离装置，位于其高位位置，即一级气固短接触分离装置、二级气固短接触分离装置，…，最高级气固短接触分离装置顺序升高。

下面分别对一个气固短接触分离装置和再生装置组成的气固短接触系统和至少两个气固短接触分离装置和再生装置组成的气固短接触系统的应用方法进行说明。

对于一个气固短接触分离装置和再生装置组成的气固短接触系统来说，其应用方法包括下述步骤B1和B2：

B1：利用气固短接触分离装置接收第一类固体颗粒以及气体反应物，利用气体反应物形成的涡流，携带固体颗粒从底部向顶部旋转，实现气体反应物与所述第一类固体颗粒接触反应，形成气体产物以及第二类固体颗粒；

B2：利用再生装置接收气固短接触分离装置输送的第二固体颗粒，将第二类固体颗粒再生为第一类固体颗粒，并将第一类固体颗粒输送给气固短接触分离装置。

对于至少两个气固短接触分离装置和再生装置组成的气固短接触系统来说，其应用方法包括下述步骤C1～C4：

C1：利用一级气固短接触分离装置接收外部输送的气体反应物，并将部分气体反应物输送给高低串联的上一级气固短接触分离装置；

C2：利用最高级气固短接触分离装置接收第一类固体颗粒，并将第一类固体颗粒及产生的第二类固体颗粒输送给高低串联的下一级气固短接触分离装置；

C3：利用每一级气固短接触分离装置接收对应的上一级气固短接触分离装置输送的第一类固体颗粒，以及对应的下一级气固短接触分离装置输送的气体反应物，通过气固涡流接触，完成气固两相反应；

C4：利用再生装置接收一级气固短接触分离装置输送的第二类固体颗粒，并输送再生后的第一类固体颗粒给最高级气固短接触分离装置。

为了能够清楚地说明气固短接触系统的应用方法，下面将以具体实施例展开说明。

以两个气固短接触分离装置与脱附塔组成气固短接触系统，利用活性炭对煤矿乏风中的甲烷进行吸附，具体过程如下：

在一个循环周期内：

二级气固短接触分离装置接收脱附塔输送的吸附剂，并将其输送至一级气固短接触分离装置。

一级气固短接触分离装置通过设置于底部的切向入口接收外部输送的煤矿乏风，使煤矿乏风在气固短接触分离装置内形成涡流，该涡流可以将气固短接触分离装置底部的活性炭由底部向顶部旋转，在旋转过程中，活性炭与煤矿乏风接触，吸附所述煤矿乏风中的甲烷。煤矿乏风携带活性炭旋转至顶部，并在吸附床顶部形成一个密相颗粒灰环，此时活性炭会从顶部甩出并进入脱附塔，煤矿乏风则会反转从升气管输送至二级气固短接触分离装置，并在二级气固短接触分离装置进一步对煤矿乏风中的甲烷进行吸附；

吸附了甲烷的活性炭进入到脱附塔的底部，170℃的水蒸气由底部通入脱附塔，并穿过活性炭，使甲烷从活性炭上脱附，170℃的水蒸气和甲烷通过升气管排出脱附塔，再生后的活性炭通过边壁的出口被提升至二级气固短接触分离装置。

以三个气固短接触分离装置与脱附塔组成气固短接触系统，利用分子筛对焦化甲苯中的二聚环戊二烯进行吸附，具体过程如下：

在一个循环周期内：

一级气固短接触分离装置通过设置于底部的切向入口接收外部输送的焦化甲苯，使焦化甲苯在吸附床内形成涡流，该涡流可以将吸附床底部的分子筛由底部向顶部旋转，在旋转过程中，分子筛与焦化甲苯接触，吸附所述焦化甲苯中的二聚环戊二烯。焦化甲苯携带分子筛旋转至顶部，并在吸附床顶部形成一个密相颗粒灰环，此时分子筛会从顶部甩出，并进入脱附塔，焦化甲苯则会反转从升气管输送至二级气固短接触分离装置，并在二级气固短接触分离装置内进行吸附，吸附后的气体从升气管进入到三级气固短接触分离装置以进一步吸附；三级气固短接触分离装置内的吸附剂顺次经过二级气固短接触分离装置，一级气固短接触分离装置进入到脱附塔，相应地，二级气固短接触分离装置内的吸附剂经过一级气固短接触分离装置进入到脱附塔。

吸附了二聚环戊二烯的分子筛进入到脱附塔的底部，200℃的干燥空气由底部通入脱附塔，并穿过分子筛，使二聚环戊二烯从分子筛上脱附，200℃的干燥空气和二聚环戊二烯通过升气管排出脱附塔，再生后的分子筛通过边壁的出口被提升至三级气固短接触分离装置。

采用两个气固短接触分离装置和一个冷却器组成的气固短接触系统，进行气态间苯二甲腈结晶，具体过程如下：

在一个循环周期内：

二级气固短接触分离装置接收冷却器输送的晶态间苯二甲腈，并将其输送至一级气固短接触分离装置。

一级气固短接触分离装置通过设置于底部的切向入口接收外部输送的气态间苯二甲腈，使气态间苯二甲腈在结晶器内形成涡流，该涡流可以将结晶器底部的晶态间苯二甲腈由底部向顶部旋转，在旋转过程中，晶态间苯二甲腈与气态间苯二甲腈接触，气态间苯二甲腈在晶态间苯二甲腈表面富集生长。气态间苯二甲腈携带晶态间苯二甲腈旋转至顶部，并在结晶器顶部形成一个密相颗粒灰环，此时晶态间苯二甲腈会从顶部甩出，并进入冷却器，气态间苯二甲腈则会反转从升气管输送至二级气固短接触分离装置，并在二级气固短接触分离装置中进一步结晶。

结晶产生的晶态间苯二甲腈进入冷却器的底部，25℃的空气由底部通入冷却器，并穿过晶态间苯二甲腈，使晶态间苯二甲腈冷却至30℃，吸热后的空气通过升气管排出冷却器。冷却后的部分晶态间苯二甲腈通过边壁的出口被提升至二级气固短接触分离装置，剩余的晶态间苯二甲腈输出。

采用三个气固短接触分离装置和一个冷却器组成的气固短接触系统，使气态乙酰苯胺结晶，具体过程如下：

在一个循环周期内：

三级气固短接触分离装置接收冷却器输送的晶态乙酰苯胺，并将其逐级输送至二级气固短接触分离装置、一级气固短接触分离装置。

一级气固短接触分离装置通过筒体的边壁的气体切向入口接收外部输送的气态乙酰苯胺和二级气固短接触分离装置输送的晶态乙酰苯胺，利用气态乙酰苯胺形成的涡流控制气态乙酰苯胺带动晶态乙酰苯胺在其筒体内旋转，使晶态乙酰苯胺与气态乙酰苯胺接触，气态乙酰苯胺在晶态乙酰苯胺表面富集生长。通过颗粒出口及连接管路进入冷却器，剩余的气态乙酰苯胺通过一级气固短接触分离装置中的升气管输送至二级气固短接触分离装置，二级气固短接触分离装置进一步进行结晶，二级气固短接触分离装置剩余的气态乙酰苯胺进入到三级气固短接触分离装置，以进一步结晶。

结晶得到的晶态乙酰苯胺进入到冷却器的底部，20℃的氮气由底部通入冷却器，并穿过晶态乙酰苯胺，使晶态乙酰苯胺冷却至25℃，吸热后的氮气通过升气管排出冷却器，冷却后的部分晶态乙酰苯胺通过边壁的出口被提升至三级气固短接触分离装置，剩余的晶态乙酰苯胺被输出。

以至少一个气固短接触分离装置与再生器组成的气固短接触系统进行催化裂化反应时，气体反应物包括：原油；固体颗粒包括：催化剂。

催化裂化催化剂为USY和助剂，均是75μm的细粉，堆密度大约为750kg/m³；

原油预热成气态进入系统的最底部的气固短接触分离装置(即一级气固短接触分离装置)；再生后的催化剂颗粒从顶部注入；气态原料油与催化剂颗粒进行气固逆流接触反应；

每一级的停留时间约为0.5s。

上述各个实施例，至少能够达到如下有益效果：

1、在本发明实施例中，通过气固短接触分离装置的气体切向入口进入到筒体结构壳体内的气体反应物形成涡流，该涡流携带固体颗粒从底部向顶部旋转，以实现气体反应物与第一类固体颗粒接触反应，形成气体产物以及第二类固体颗粒，到达顶部的气体产物从升气管排出，到达顶部的第二类固体颗粒从固体颗粒出口排出，一方面在筒体结构壳体不存在构件阻挡气流，另一方面颗粒出口设置在筒体结构壳体侧壁的上端，由于涡流产生的离心力会使到达顶部的固体颗粒被甩到颗粒出口及筒体结构壳体内部侧壁上，从颗粒出口输出，固体颗粒将不会对涡流产生任何影响，从而避免了返混问题的产生。

2、在本发明实施例中，气固的超短接触时间约为0.5s，即气固接触后快速分离，尤其适合失活非常快的反应，例如催化裂化反应等。

3、在本发明实施例中，在涡流携带固体颗粒从底部向顶部旋转过程中，涡流会使堆积的固体颗粒分散，与堆积的固体颗粒相比，使气体反应物与分散固体颗粒具有更大的接触比表面积，而固体颗粒的超大比表面积，一方面，在旋转的高离心力作用下，可使得气体反应物传递(传热和传质)极大增强，另一方面，进一步提高了气体反应物的反应率，即进一步提高了气体产物收率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个······”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种气固短接触分离装置，其特征在于，包括：筒体结构壳体、位于所述筒体结构壳体侧壁下端的气体切向入口和颗粒入口、位于所述筒体结构壳体侧壁上端的颗粒出口以及设置于所述筒体结构壳体顶部的升气管，其中，

所述颗粒入口，用于向所述筒体结构壳体输送第一类固体颗粒，所述第一类固体颗粒包括：催化剂、吸附剂和结晶核介质中的任意一种；

所述气体切向入口，用于向所述筒体结构壳体输送气体反应物；

在所述筒体结构壳体内，所述气体反应物形成涡流，并携带所述固体颗粒从底部向顶部旋转，以实现所述气体反应物与所述第一类固体颗粒接触反应，形成气体产物以及第二类固体颗粒；

所述颗粒出口，用于输出到达所述筒体结构壳体顶部的第二类固体颗粒；

所述升气管，用于输出所述气体产物；

所述筒体结构壳体的直径范围：150mm～1000mm；

所述筒体结构壳体的高度范围：1000mm～5000mm。

2.根据权利要求1所述的气固短接触分离装置，其特征在于，

所述升气管的直径与所述筒体结构壳体的直径之比为0.2-0.7；

和/或，

所述升气管的一端位于所述筒体结构壳体内，所述升气管插入所述筒体结构壳体的长度与所述筒体结构壳体直径比为0.1～1。

3.根据权利要求1至2任一所述的气固短接触分离装置，其特征在于，

所述气体切向入口，包括：设置于所述筒体结构壳体侧壁下端的第一穿孔以及与所述筒体结构壳体侧壁垂直的第一金属管，其中，

所述第一金属管一端与所述第一穿孔贴合，锚固于所述第一穿孔周围。

4.根据权利要求1至2任一所述的气固短接触分离装置，其特征在于，

所述颗粒入口，包括：设置于所述筒体结构壳体侧壁下端的倒水滴状穿孔以及第二金属管，其中，

所述第二金属管的一端与所述倒水滴状穿孔贴合，锚固于所述倒水滴状穿孔周围，使所述第二金属管倾斜向上与水平面之间的夹角为15度～45度；

所述倒水滴状穿孔的下端到所述筒体结构壳体底部边缘的距离为0-150mm。

5.根据权利要求1至2任一所述的气固短接触分离装置，其特征在于，

所述颗粒出口，包括：设置于所述筒体结构壳体侧壁上端的第二穿孔以及与所述筒体结构壳体侧壁垂直的第三金属管，其中，

所述第三金属管一端与所述第二穿孔贴合，锚固于所述第二穿孔周围。

6.一种气固短接触系统，其特征在于，包括：至少一个权利要求1至5任一所述的气固短接触分离装置和再生装置，其中，

每一个所述气固短接触分离装置，用于接收第一类固体颗粒以及气体反应物，利用所述气体反应物形成的涡流，携带所述固体颗粒从底部向顶部旋转，实现所述气体反应物与所述第一类固体颗粒接触反应，形成气体产物以及第二类固体颗粒；

所述再生装置，用于接收一个所述气固短接触分离装置输送的所述第二类固体颗粒，将所述第二类固体颗粒再生为第一类固体颗粒，并将所述第一类固体颗粒输送给一个所述气固短接触分离装置。

7.根据权利要求6所述的气固短接触系统，其特征在于，

当所述气固短接触分离装置的个数为至少两个时，至少两个所述气固短接触分离装置之间高低串联，处于梯形最下端的一级气固短接触分离装置和处于梯形最顶端的最高级气固短接触分离装置分别与再生装置连接，

所述一级气固短接触分离装置，用于接收外部输送的气体反应物，并将部分气体反应物输送给高低串联的上一级气固短接触分离装置；

所述最高级气固短接触分离装置，用于接收所述第一类固体颗粒，并将所述第一类固体颗粒及产生的所述第二类固体颗粒输送给高低串联的下一级气固短接触分离装置；

每一级所述气固短接触分离装置，用于接收对应的上一级气固短接触分离装置输送的所述第一类固体颗粒，以及对应的下一级气固短接触分离装置输送的所述气体反应物，通过气固涡流接触，完成气固两相反应；

所述再生装置，用于接收所述一级气固短接触分离装置输送的第二类固体颗粒，并输送再生后的第一类固体颗粒给所述最高级气固短接触分离装置。

8.权利要求1至5任一所述的气固短接触分离装置的应用方法，其特征在于，包括：

通过颗粒入口向筒体结构壳体输送第一类固体颗粒，所述第一类固体颗粒包括：催化剂、吸附剂和结晶核介质中的任意一种；

通过气体切向入口向所述筒体结构壳体输送气体反应物；

在所述筒体结构壳体内，所述气体反应物形成涡流，并携带所述固体颗粒从底部向顶部旋转，以实现所述气体反应物与所述第一类固体颗粒接触反应，形成气体产物以及第二类固体颗粒；

通过颗粒出口输出到达所述筒体结构壳体顶部的第二类固体颗粒；

通过升气管输出所述气体产物。

9.权利要求6或7所述的气固短接触系统的应用方法，其特征在于，包括：

利用至少一个气固短接触分离装置接收第一类固体颗粒以及气体反应物，利用所述气体反应物形成的涡流，携带所述固体颗粒从底部向顶部旋转，实现所述气体反应物与所述第一类固体颗粒接触反应，形成气体产物以及第二类固体颗粒；

利用再生装置接收一个所述气固短接触分离装置输送的所述第二类固体颗粒，将所述第二类固体颗粒再生为第一类固体颗粒，并将所述第一类固体颗粒输送给一个所述气固短接触分离装置。