[发明专利]三维环形旋转流化床流-固接触器

说明书

公开了一种包括环形旋转流化床的流‑固接触器及其使用方法。流‑固接触器包括容器和设置在容器上的多个进料口。容器包括固定内壁、外壁和形成在固定内壁与外壁之间的腔室。进料口被配置为当固体颗粒和流体进料到腔室中时形成具有固体和流体的混合物的环形旋转床。容器的固定内壁对流体是可渗透的，使得来自腔室的流体能够连续从固体抽离，至容器的固定内壁内的空间中。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年2月13日提交的美国临时专利申请No.62/805,213的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及一种流-固接触器及其用途。更具体地，本发明涉及一种包括具有大离心力的旋转流化床的流-固接触器。

背景技术

流化床被用于许多化学生产过程，包括石油化工原料的催化和非催化转化、干燥、涂覆、气相聚合、固体分离、固-流分离、流化床燃烧、界面改性和固体脱气。通常，流化床包括展现类似流体特性的固-流混合物。在操作时，流化床可以被认为是具有单一密度的物体。与固定床、填充床或移动床相比，流化床能够增加床中流体和固体颗粒的接触、固体的连续再生，以及改进整个流化床的热传递。

然而，流化床在工业应用中存在几个问题。首先，由于常规流化床中的气体速度不能随意增加，所以进料气体的停留时间不能降低到流体动力学规定的极限值以下。因此，将这些流化床反应器用于需要非常短停留时间的反应是极具挑战性的。此外，由于固体再循环、气体返混等，对气体和固体停留时间不存在独立控制。此外，从包含流化床的流-固接触器和/或反应器释放的流出物通常包含流-固混合物。因此，需要附加的分离过程来回收产物，这会增加流化床的资本支出及其操作成本。

总的来说，虽然在化学生产过程中存在利用流化床的技术，但鉴于流化床技术的至少上述缺点，该领域的改进需求仍然存在。

发明内容

已经发现了与流化床应用相关联的至少一些上述问题的解决方案。该解决方案驻留在流-固接触器中，该流-固接触器包含流体驱动的旋转环形流化床。流-固接触器包括环形容器，该环形容器适用于通过经由多个进气口注入气体来旋转固体颗粒。流化床颗粒在容器的固定内壁与外壁之间形成的腔室中以螺旋轨迹运动，而流体从外壁上的喷射器运动到固定内壁并随后通过固定内壁内的空间排出。因此，流-固接触器能够限制流体和固体的返混并能够独立控制气体和固体停留时间分布。此外，可以操作流-固接触器以明显增加流体与固体颗粒之间的滑移速度。因此，能够实现流体在流-固接触器中的短停留时间。此外，该流-固接触器能够通过离心力在流化床中将流体与固体颗粒分离，由此降低在流-固接触器外部分离流化床的流体和固体的操作和支出成本。此外，流-固接触器可以在一个容器中集成多个单元的功能。例如，流-固接触器可以划分成多个区域。第一区域可以用于存在固体催化剂时的气相反应，第二区域可以用于使用再生气体来再生废催化剂，与在系统之间进行固体输送的传统系统的不同单元中进行这些不同的过程相比，进一步降低了操作成本和资本支出。因此，本发明的方法为与目前可用的基于流化床的流-固接触器相关联的至少一些问题提供了技术解决方案。

本发明的实施例包括适用于形成流化床的流-固接触器。流-固接触器包括容器，该容器包括外壁和固定内壁，该容器在壁之间形成腔室。流-固接触器包括在容器的第一端处的固体入口，其适用于将固体颗粒接收到腔室中。流-固接触器包括一个或更多个进料口，该进料口适用于将流体沿一定方向注入到腔室中，使得当流体在腔室中流动时，固体颗粒在外壁与固定内壁之间旋转。容器的固定内壁适用于稳定旋转的固体颗粒，并且将流体径向连续抽吸到由固定内壁所限定的空间中。