流体混合中的凝结减少制造技术

本发明专利技术公开了用于混合不同组成（１９）（２２）的流体流以最小化混合容器（１０）中流体凝结的装置和方法，其目标是产生全蒸汽混合产品（３４）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
流体混合中的凝结减少本专利技术的领域总体而言，本专利技术涉及通过混合不同成分的流体流而产生蒸汽流的改进方法，从而使流体凝结和可能相关的腐蚀得以减少或最小化，还涉及一种流体混合容器，该流体混合容器专门设计用于实施本专利技术的流体混合技术。该改进方法的步骤通常包括在靠近混合区出口端的地点将热蒸汽引入到围绕流体混合区的环形壳体或隔板区，然后在热蒸汽和一般较冷的一种或多种流体进行混合之前，通过该壳体区使热蒸汽流到混合区的入口端，并在其入口端流入或注入到混合区。隔板主要保护混合容器的整个内部压力壁，使其不能与注入的一种或多种流体和混合容器中心的流体混合物接触，同时隔板区中的热蒸汽使隔板保持足够热，以防止在隔板的混合区一侧产生凝结。本专利技术的方法和装置在某些情况下具有特殊效用，在这些情况下不同温度下多种流体流的混合能够导致某一流体的凝结，这种凝结对周围环境具有很高的腐蚀性。尽管本专利技术并不限于该应用，本专利技术的一个特殊应用是混合含碱的流体(液体或蒸汽)和一种供给包含催化剂的脱氢反应器的流体，并结合使用美国专利申请5,461,179，5,686,369，5,695,724和5,739,071教导的催化剂稳定技术，上述专利作为引用包含在此。本专利技术的背景在化学处理操作中，存在需要混合不同温度流体的各种情况，所述流体典型地为较高温度的蒸汽和较低温度的液体，由此通过接触该热蒸汽使液体汽化。尤其是所述液体当处于液态时对周围环境，例如容器壁、阀和类似物具有高腐蚀性，在上述情况下，需要尽可能快地汽化液体，以减少或最小化可能导致设备腐蚀的凝结。这些原理的一个重要应用与用于脱氢处理的催化剂的就地稳定和/或再生有关。例如，如美国专利申请5,461,179，5,686,369，5,695,724和5,739,071-->中所描述的，向催化剂脱氢反应系统的进料添加碱金属能够对催化剂的活性进行再生和/或稳定。上述专利的基本处理原理主要应用于乙苯的脱氢作用而转化为苯乙烯，所述脱氢化作用在蒸汽通过钾促(potassium-promoted)氧化铁催化剂的情况下发生。如这些专利给出的实施方案中所述，在该情况下，向进料流中添加钾以提高乙苯的转换和苯乙烯的选择性。可以通过钾金属方式，也可以通过钾化合物例如氢氧化钾(KOH)的方式而引入钾。如果使用金属，它可以作为固体、液体(熔点为64℃)或蒸汽(正常沸点为774℃)而引入，当钾金属接触反应器进料中的蒸汽时，它转化为氢氧化钾。如果使用氢氧化钾，它可以作为固体、液体(熔点为406℃)或水溶液而引入。然而无论采用何种钾源，在进料到达反应器中的催化剂之前，钾应当完全汽化并与反应器进料彻底混合，以获得提高或优化的结果。钾金属具有高反应性，因此为了安全考虑，在商业化的催化剂稳定操作中，在许多情况下优选氢氧化钾而不是钾金属。与使用固体或熔化的氢氧化钾相比，在许多情况下氢氧化钾水溶液是优选的，这是因为可在环境温度下容易地操作水溶液。然而使用氢氧化钾的一个难题是它作为水溶液或熔化的氢氧化钾都具有很大的腐蚀性，尤其是在高温时。一旦氢氧化钾完全汽化和保持在蒸汽状态，腐蚀性程度一般就被减小。如果水溶液直接注入主处理管道，那么可能发生主处理管道和设备的腐蚀。在作为固体、液体或盐溶液的氢氧化钾到达该壁之前，由于溶液注入点和管壁之间的短距离一般将不能容许足够的汽化时间，因此KOH溶液将接触容器壁。而且，如果注入系统直接是主处理管道的一部分，在需要维护注入喷嘴组件时，必须停止脱氢处理。为了避免脱氢处理单元的损坏和停工，其中该脱氢处理单元常常是大而昂贵的处理单元，根据本专利技术我们已经发现了下述方法是有利的，即获取供应脱氢处理的至少一部分蒸汽，向其中加入汽化的氢氧化钾，然后混合该含钾蒸汽和剩下的反应器进料。为了汽化KOH溶液，可以将氢氧化钾溶液喷洒到小的专用“混合容器”内的蒸汽部分，该混合容器可以停止以进行周期性的维护而不用停止整个脱氢处理。如果适当地设计混合容器和喷头组件，那么KOH溶液液滴能够在该液滴-->到达容器或容器出口管的壁之前汽化，因此至少在理论上，能够减少或最小化未汽化溶液导致的腐蚀。然而，在我们使用这种系统的经历中，我们发现该方法自身在避免混合设备的明显腐蚀上具有不足之处。在该应用中使用氢氧化钾的部分问题在于其蒸汽压力小，即使在高脱氢反应温度之下。例如在598℃，该温度为前面提到的美国专利5,461,179中实施例1的反应器入口温度，氢氧化钾的蒸汽压力仅为10帕斯卡。如果在该温度下的总压力为100千帕，那么在该高温下汽相氢氧化钾的浓度按摩尔计算不能够超过百万分之100。在514℃，饱和浓度按摩尔计算可能仅为百万分之10。因此钾必须由较大量的高温蒸汽稀释，以使钾全部进入汽相。即使供给混合容器的蒸汽平均条件足够汽化氢氧化钾水溶液，然而我们已经发现如果混合容器的内表面温度低于氢氧化钾的露点，氢氧化钾蒸汽能够重新凝结。由于液体氢氧化钾在汽化所需的高温下具有高腐蚀特性，因此混合容器壁上的这种凝结能够导致严重的腐蚀。尽管可以期望该混合容器中壁的温度可能几乎与经过内部的蒸汽温度相同，然而我们已经发现壁的温度可能会令人吃惊地低于平均蒸汽温度。我们将其归结于下述的技术因素：1)即使带有外部厚隔热层，热量仍然通过壁损失到环境中，这是重要的因素；2)热损失几乎总是在容器喷嘴和支座处较高，和3)由于容器体积和几何形状产生的低蒸汽压力，因此从蒸汽到壁的热传递可以很少，所述容器体积和几何形状需要用于完全汽化KOH溶液而不接触壁上的液滴。对于根据能量节约的工业标准进行隔热的传统设计容器，我们已经确定混合容器内部的蒸汽和容器壁之间的温差可以在50到100℃范围内。实际上，混合容器壁部分能够明显地比容器支持点和容器喷嘴处更冷，在那里热损失更大和/或来自处理蒸汽的热传递更小。例如该容器的入孔盖的温度可以大大小于容器主要部分的壁的温度，这是因为由于它是单一通道因而没有流动经过该入孔盖。相反，规则圆柱管的壁温度通常接近所容纳的流体流动的温度，这是因为管子经济的形状一般导致流体速率增大，这导致良好的热传递，从而导致封闭流动和管壁之间的较小温差。我们探索了许多可能的方法，试图通过使用商业上可获得的设备-->和应用传统技术来解决由于“冷”容器壁所造成的凝结问题。如下面所述，这些方法中没有一个被证明是可以完全令人满意的。首先，我们考虑增加蒸汽流，这通过将其稀释而减小氢氧化钾的露点温度，和稍微减小由于热损失而导致的通过系统的蒸汽的温度下降，如果热损失不会成比例地增加而超过蒸汽流的增加。然而，我们确定增加蒸汽流导致成比例的更大混合容器，从而保持液滴汽化所需的容器滞留时间；全部过程的加热费用增加，因为热损失随着更大的混合容器和更大直径的相关管道而增加；和甚至超过补偿额外热损失的费用，加热全部过程的费用更大，这是由于为混合容器加热该小蒸汽流的效率典型地将低于脱氢处理的效率。因此，增加足够的蒸汽流以在腐蚀保护中产生明显的差异实质上同时增加了资金和操作费用。我们考虑的第二种方法是，混合容器或许可以被更为有效地隔热以降低热损失，从而增加容器壁的温度。然而，我们确定增加隔热体厚度导致收率降低；而且在高温下，即使有厚隔热层，热损失仍然会很大。同时，在高温下容器上高度隔热的喷嘴和入孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
混合两种或多种流体的装置，当混合之后，所述流体产生包含一种或多种成分的蒸汽流，所述成分在高于周围环境的温度下能够凝结以形成液体和／或固体，所述装置包括：具有外壁的容器，所述外壁限定内部空间；位于所述内部空间之内的隔板壁，该隔 板壁靠近所述外壁，以在所述隔板壁和所述外壁的内侧之间产生环形空间，以用于容纳至少一种稀释流体，所述隔板壁具有限定混合空间的内侧和用于将所述稀释流体从所述环形空间输送到所述混合空间的隔板壁开口；至少一个稀释流体入口，该入口延伸通过所述 外壁以输送所述稀释流体，该稀释流体是蒸汽，该蒸汽具有小于混合蒸汽流温度的露点温度，并且该蒸汽的温度在流入所述环形空间的所述混合蒸汽流的露点温度之上；至少一个注入流体入口，该入口延伸通过所述外壁并通过所述隔板壁中的一个开口，以将注入流 体输送到所述混合空间；至少一个混合蒸汽流出口，该出口延伸通过所述外壁，以从所述容器释放所述混合蒸汽流。

【技术特征摘要】
US 2002-7-3 60/394,1771.混合两种或多种流体的装置，当混合之后，所述流体产生包含一种或多种成分的蒸汽流，所述成分在高于周围环境的温度下能够凝结以形成液体和/或固体，所述装置包括：具有外壁的容器，所述外壁限定内部空间；位于所述内部空间之内的隔板壁，该隔板壁靠近所述外壁，以在所述隔板壁和所述外壁的内侧之间产生环形空间，以用于容纳至少一种稀释流体，所述隔板壁具有限定混合空间的内侧和用于将所述稀释流体从所述环形空间输送到所述混合空间的隔板壁开口；至少一个稀释流体入口，该入口延伸通过所述外壁以输送所述稀释流体，该稀释流体是蒸汽，该蒸汽具有小于混合蒸汽流温度的露点温度，并且该蒸汽的温度在流入所述环形空间的所述混合蒸汽流的露点温度之上；至少一个注入流体入口，该入口延伸通过所述外壁并通过所述隔板壁中的一个开口，以将注入流体输送到所述混合空间；至少一个混合蒸汽流出口，该出口延伸通过所述外壁，以从所述容器释放所述混合蒸汽流。2.如权利要求1限定的装置，其中所述容器为圆柱形。3.如权利要求1限定的装置，其中所述注入流体入口相对于所述混合蒸汽流出口位于所述容器的相反端。4.如权利要求3限定的装置，其中所述注入流体入口进一步沿容器中心线布置。5.如权利要求1限定的装置，其中所述注入流体入口包括喷嘴。6.如权利要求1限定的装置，其中用于将所述稀释流体从所述环形空间输送到所述混合空间的所述隔板壁开口靠近所述注入流体入口布置。7.如权利要求1限定的装置，其中所述隔板壁在靠近所述混合蒸汽流出口处连接到所述容器壁。8.如权利要求1限定的装置，其中所述容器的外部设有隔热体。9.如权利要求5限定的装置，其中通向所述喷嘴的内部注入流体入口管设有隔热装置。10.如权利要求3限定的装置，其中该容器的所述出口端逐渐变细为更小的直径。11.混合两种或多种流体的方法，当混合之后，所述流体产生包含一种或多种成分的蒸汽流，所述成分在高于周围环境的温度下能够凝结以形成液体和/或固体，所述方法包括：(a)将至少一种稀释流体输送到所述容器中的环形空间，其中所述稀释流体包括蒸汽，该蒸汽具有小于最终的混合蒸汽流温度的露点温度，并且该蒸汽的温度在所述混合蒸汽流的露点温度之上，所述环形空间由容器壁的内侧和隔板壁的外侧形成，并允许所述稀释流体通过所述环形空间流到隔板壁开口并进入所述容器中的内部混合空间，其中所述混合空间由所述隔板的内侧形成；(b)将至少一种注入流体输送到所述内部混合空间；(c)在所述内部混合空间混合所述稀释流体和所述注入流体，以形成所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：DS胡贝尔，D皮兹利，EP亨特，GD纳斯曼，
申请(专利权)人：斯通维布斯特工艺技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]