СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗА СО ВСТАВКОЙ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ МАССОГО ПОТОКА
METHOD AND DEVICE FOR GAS CLEANING WITH NOZZLE FOR MASS FLOW FORMATION

Перекрестная ссылка на родственные заявки
По настоящей заявке испрашивается приоритет предварительной заявки US 61/200261, поданной 26 ноября 2008 года, содержание которой целиком включено в данную заявку путем ссылки.
Область техники
Изобретение в общем относится к введению и (или) удаления газа из смеси твердая фракция/газ, протекающей через сосуд. В частности, данное описание относится к использованию обратного конуса и вкладыша (вставки), формирующих массовый поток твердой фазы (твердых частиц) и обеспечивающих свободные пространства, служащие для введения и (или) удаления газа из смеси твердая фракция/газ, проходящей через сосуд.
Уровень техники
Как правило, процессы полимеризации полиолефина предусматривают использование очистного резервуара после реакторной емкости для удаления нежелательных летучих компонентов из полимерных соединений. Очистной резервуар представляет собой сосуд, в верхнюю часть которого поступает смесь полимеров, подвергающаяся воздействию очистного газа, подаваемого через каналы или отверстия, расположенные у нижней части сосуда и, возможно, вдоль его сторон и на других участках сосуда, и предназначенного для удаления летучих компонент за счет действия эффекта очистки (смотри, например, патенты US 3797707, 4286883, 4758654 и 5462351).
Однако простая накачка очистного газа в полимер без учета распределения потока твердых фракций, распределения очистного газа, проходящего через полимер, режимов течения полимера и возможного эффекта нагрева очистного газа может привести к порче полимера и возможно приведет к получению некондиционного или неконкурентоспособного полимерного продукта. Кроме того, время, в течение которого полимер подвергается воздействию очистного газа, также влияет на степень удаления из полимера летучих компонент.
Граница между полимером и очистным резервуаром, на которой могут иметься выступающие части (например, газовые каналы, трубки, крепления и т.д., которые могут выдаваться в путь течения полимера), также оказывает воздействие на распределение скорости потока полимера по очистному резервуару. Так как летучие компоненты выводятся из полимера со скоростью, зависящей от времени контакта между полимером и очистным газом, любая неоднородность распределения потока полимера (например, ускорение или замедление потока) влияет на количество выведенных из полимера летучих компонент. Соответственно, количество удаленных летучих компонент для одной части очистного резервуара отличается от другой части в зависимости от режима потока полимера.
Следовательно, поток полимера через очистной резервуар должен быть снижен так, чтобы часть полимера, подвергающаяся воздействию очистного газа в течение наиболее короткого промежутка времени (например, часть полимера, двигающаяся через очистной резервуар с наибольшей скоростью), имела время контакта с очистным газом, достаточное для удаления необходимого количества летучих компонент. Это снижение скорости потока всей твердой фазы через очистной резервуар приводит к тому, что больше времени требуется на очистку полимера после полимеризации, и, следовательно, к снижению производительности всего процесса.
Поэтому желательно получить более постоянную в сечении скорость потока полимера через очистной резервуар для достижения одинакового времени нахождения в нем полимера и более равномерное распределение очистного газа в полимере, так чтобы требовалось меньшей времени для очистки до приемлемого уровня полимера от летучих компонент.
Раскрытие изобретения
По одному из вариантов выполнения устройство содержит
защитную/ограждающую конструкцию (далее - защита); размещенный в защите обратный конус; и размещенный под обратным конусом элемент, имеющий размеры, обусловливающие продольное прохождение твердой фазы между элементом и защитой с приблизительно постоянным профилем скорости в сечении.
В другом варианте выполнения устройство содержит защиту, имеющую центральную часть, находящуюся между противолежащими верхним и нижним концами сосуда и имеющую приблизительно постоянный внутренний диаметр; элемент, размещенный в защите в направлении нижнего края сосуда, причем наружный диаметр элемента составляет приблизительно от 50 до 95% от внутреннего диаметра близлежащей к элементу части сосуда; и обратный конус, предназначенный для отклонения твердой фазы от верхнего края элемента.
В соответствии с одним из вариантов при выполнении способа удаления газа из смеси твердая фаза/газ вводят твердую фазу в защиту, имеющую внутри себя обратный конус и элемент, размещенный под обратным конусом, при этом твердая фаза, проходящая вдоль элемента, имеет приблизительно постоянный профиль вертикальной скорости в сечении, а также вдувают очистной газ в твердую фазу из по меньшей мере одной зоны, находящейся вблизи элемента.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых в качестве примера показано:
на фиг.1 - схематическое поперечное сечение устройства для введения газа в смесь твердая фаза/газ и (или) отвода от нее;
на фиг.2 - схематическое поперечное сечение устройства для введения газа в смесь твердая фаза/газ и (или) отвода от нее;
на фиг.3 - схематическое поперечное сечение устройства для введения газа в смесь твердая фаза/газ и (или) отвода от нее;
на фиг.4 - схематическое поперечное сечение юбки, служащей для введения газа в смесь твердая фаза/газ и (или) отвода от нее;
на фиг.5 - схематическое поперечное сечение устройства для введения газа в смесь твердая фаза/газ и (или) отвода от нее;
Подробное описание осуществления изобретения
Прежде чем приступить к рассмотрению имеющихся структур, компонентов, композиций, устройств, оборудования, конфигураций, схемотехники, систем и (или) способов, нужно понимать, что, до тех пор пока не оговорено иное, настоящее изобретение не ограничено конкретными вариантами структур, компонент, композиций, устройств, оборудования, конфигураций, схемотехники, систем, способов и т.д., которые могут изменяться до тех пор, пока не определено иное. Нужно также понимать, что используемая здесь терминология служит только для целей описания конкретных вариантов выполнения и не предназначена для ограничения объема изобретения.
Следует также понимать, что в описании и приложенной формуле изобретения объекты, приведенные в единственном числе, включают множественность объектов, до тех пор пока не оговорено иное.
В общем описанные варианты выполнения относятся с способам и устройствам добавления и (или) удаления газа из очистного резервуара. Например, описанные варианты выполнения относятся к устройствам и способам удаления летучих примесей из полимера при его прохождении через очистной резервуар предпочтительно в режиме поршневого течения.
Другие основные варианты выполнения включают способы очистки газа из смеси твердая фаза/газ, в которых смесь твердая фаза/газ протекает через очистной резервуар, контактирует с обратным конусом, снабженным находящимся под конусом элементом, и имеет приблизительно постоянный профиль вертикальной скорости в сечении. Описанные варианты выполнения включают также вдувание очистного газа в твердую фазу по меньшей мере в одной зоне, близлежащей к элементу.
Термин ″очистка″, как он используется в данном описании, относится к процессу отделения нежелательных растворенных и нерастворенных газов, включая углеводороды и (или) летучие компоненты, от твердого гранулированного полимера, имеющего внутренние поры, заполненные газом. Кроме внутрипорового газа углеводороды могут быть растворены в полимере. Операция очистки состоит в создании достаточной побудительной причины для того, чтобы вызвать диффузию поглощенного углеводорода из полимера. Внутрипоровые углеводороды быстро замещаются очистным газом, но растворенные углеводороды выходят медленно при относительной скорости диффузии, зависящей от молекулярного веса (MB) углеводорода (большие молекулы диффундируют наружу медленнее).
Термин ″летучие компоненты″, как он используется в данном описании, относится к компоненте или соединению, имеющему относительно низкую точку кипения по сравнению с окружающими компонентами или соединениям. В качестве иллюстрации можно привести, но не ограничиваясь этим, азот, воду, аммиак, метан, диоксид углерода и все соединения кислорода, углероды и водорода.
Термин ″твердая фаза″, как он используется в данном описании, относится к твердому материалу, такому как полимер, гранула, металлические частицы и т.д. Например, твердая фаза, входящая в смесь твердая фаза/газ, может быть полимерным соединением, полученным в форме, включающей летучие компоненты, которые должны быть удалены, прежде чем полимер будет отправлен на склад или подвергнут дальнейшей обработке.
Термин ″смесь твердая фаза/газ″, как он используется в данном описании, относится к любой субстанции, включающей любое твердое, жидкое или газообразное вещество, в том числе любую их смесь. Например, понятие смесь ″твердая фаза/газ″ может относится к смеси легкоиспаряющихся газов, полимерных соединений и очистного газа, или в некоторых случаях может относится только к полимерному соединению и (или) очистному газу, и т.д.
Термин ″полимер″, как он используется в данном описании, относится к промежуточному или конечному материалу, получаемому в процессе полимеризации. Полимер может быть твердым или представлять собой смесь твердой фазы и внутрипорового газа или газов. Например, полимер может включать любой мономер олифина, включая замещенные и незамещенные алкилены, имеющие от двух до десяти атомов углерода, такие как этилен, пропилен, 1-бутилен, 1-пентен, 1-гексен, 1-октен, 1-декан, 1-додекан, стирол и их производные и смеси, а также другие примеси, такие как летучие компоненты, жидкости и т.д. Как не вступившие в реакцию мономеры (алкилены), так и инертные алканы могут быть растворены в полимере, и как алканы, так и алкены могут составлять часть внутрипорового газа. В качестве примера инертные алканы включают, но не ограничиваются этим, пропан, бутан, изобутан, пентан, изопентан, гексан, их изомеры и производные.
Термин ″массовый поток″, как он используется в данном описании, относится к специфическому режиму потока, при котором гладкие поверхности и крутой наклон стенок сосуда дают возможность всей твердой фазе, заключенной в емкости, находиться в движении при ее выгрузке из сосуда.
Термин ″поршневое течение″, как он используется в данном описании, относится к набору параметров массового потока, при котором в основном все находящиеся в сосуде конкретные материалы, твердая фаза, жидкость, газ или их сочетание в данном месте имеют приблизительно одинаковый профиль скорости. Например, в вертикально ориентированном очистном резервуаре поршневое течение может быть получено, если смесь твердая фаза/газ в очистном резервуаре на данном уровне проходит вниз по существу с одинаковой скоростью. В другом варианте в вертикально ориентированном очистном резервуаре поршневое течение может быть получено, если твердая фаза(ы) (материалы), входящие в смесь твердая фаза/газ, в очистном резервуаре на данном уровне проходит вниз приблизительно с одинаковой скоростью.
Термин ″граничная поверхность″, как он используется в данном описании, относится к области контакта между газообразным окружением и поверхностью твердого или полутвердого материала. Например, ниже каждой зоны вдувания газа может быть область смеси твердая фаза/газ, где вдуваемый газ взаимодействует с поверхностью смеси твердая фаза/газ.
Устройство по одному из основных вариантов выполнения содержит защитную конструкцию (защиту), размещенный в защите обратный конус, и размещенный под обратным конусом элемент, имеющий размеры, обусловливающие продольное прохождение твердой фазы между элементом и защитой с приблизительно постоянным профилем скорости в сечении.
В другом основном варианте выполнения устройство содержит защиту, имеющую центральную часть, находящуюся между противолежащими верхним и нижним торцами (концами) защиты и имеющую приблизительно постоянный внутренний диаметр; элемент, размещенный в защите в направлении нижнего ее торца, причем наружный диаметр элемента составляет приблизительно от 50 до 95% от внутреннего диаметра близлежащей к элементу части защиты; и обратный конус, предназначенный для отклонения твердой фазы от верхнего края элемента.
В другом основном варианте при выполнении способа удаления газа из смеси твердая фаза/газ вводят твердую фазу в защиту, имеющую внутри себя обратный конус и элемент, размещенный под обратным конусом, при этом твердая фаза, проходящая вдоль элемента, имеет приблизительно постоянный профиль вертикальной скорости в сечении; а также вдувают очистной газ в твердую фазу по меньшей мере из одной зоны, находящейся вблизи элемента.
Термин ″постоянный профиль скорости″, как он используется в данном описании, относится, например, к тому, что твердая фаза(ы), находящаяся в такой среде, как смесь твердая фаза/газ, на данном уровне в предпочтительно вертикально ориентированном очистном резервуаре движется вниз (в представленных вариантах выполнения вертикально вниз) в очистном резервуаре приблизительно с одинаковой скоростью. Термин ″постоянный профиль вертикальной скорости″ как он используется в данном описании, относится, например, к тому, что твердая фаза(ы), находящаяся в такой среде, как смесь твердая фаза/газ, на данном уровне в вертикально ориентированном очистном резервуаре движется вертикально вниз в очистном резервуаре приблизительно с одинаковой скоростью.
На фиг.1 показано устройство 100 для добавления газа в смесь твердая фаза/газ и (или) отбора от нее, находящейся в защите, которая может представлять собой резервуар, патрубок, трубу и т.д. и может иметь любую форму поперечного сечения, такую как круг, овал, многоугольник и т.п. Для простоты изложения и не в порядке какого-либо ограничения изобретения защита, изображенная на фигурах 1-3, представляет собой очистной резервуар 122, и все ссылочные позиции, приведенные на чертежах и относящиеся к защите, относятся к очистному резервуару. Однако очистной резервуар 122 и любой вид защиты в нижеследующем описании могут быть заменены друг на друга без влияния на объем и границы защиты изобретения.
Обычно поток смеси твердая фаза/газ поступает через верхний вход 102, находящийся в верхней части очистного резервуара 122, проходит через очистной резервуар 122 и выходит через нижнее выпускное отверстие 120 очистного резервуара 122. Однако возможны более чем один выход и вход, и несколько потоков могут использоваться в одном очистном резервуаре 122 наряду с другими подходами к распределению потока смеси твердая фаза/газ.
В некоторых вариантах выполнения очистной резервуар 122 может содержать вкладыш 132, который может включать обратный конус 124 и элемент 125. Обратный конус 124 и (или) элемент 125 могут иметь любую форму поперечного сечения, такую как круг, овал, многоугольник и т.д. Кроме того, обратный конус 124 и (или) элемент 125 могут иметь заостренную вершину, скругленную вершину, прямоугольную вершину и т.д. В некоторых предпочтительных вариантах выполнения обратный конус 124 может иметь крутые склоны и гладкие поверхности, так чтобы способствовать прохождению массового потока в очистном резервуаре 122. Вкладыш 132 может обеспечивать прохождение массового потока твердой фазы вокруг своих наружных поверхностей за счет их гладкости, и в некоторых вариантах выполнения элемент 125 может включать любое число секций элемента, таких как секции 126, 116, 134 элемента, которые могут быть введены под обратным конусом 124 для поддержания в кольцевом пространстве режима поршневого течения потока.
В некоторых вариантах элемент 125 может быть выполнен состоящим из секций элемента, которые могут иметь одинаковые или отличающиеся друг от друга формы и функциональное назначение. Например, на фиг.1 секция 126 элемента показана с двумя газовыми вводными отверстиями, формирующими траекторию потока, направленную к обратному конусу 124, и траекторию потока, направленную вниз. Секция 116 элемента показана как имеющая зону 130 отбора газа, в которой газ отводится из смеси твердая фаза/газ. В некоторых вариантах выполнения часть газа может выходить через фильтр 118, и в предпочтительных вариантах выполнения в основном весь газ выходит через фильтр 118. Однако газ может выходить от любой зоны отбора в очистном резервуаре 122, включая фильтр 118. Компоновка, конструкция и выбор каждой секции элемента, включая и обратный конус 124, если он имеется, определяются в зависимости от желаемого эффекта от введения вкладыша 132 в целом и числа и распределения газовых вводов и зон отбора газа.
Как показано, обратный конус 124 может быть деталью, отдельной от верхней секции 126 элемента. В других вариантах обратный конус 124 может быть частью верхней секции 126 элемента, например может быть верхним торцом верхней секции 126 элемента.
В некоторых вариантах выполнения наружный диаметр элемента 125 может составлять приблизительно от 75 до 100% от наружного диаметра обратного конуса 124. То есть обратный конус 124 может иметь такой же наружный диаметр, что элемент 125, в результате чего вкладыш 132 имеет в основном постоянный наружный диаметр. В других вариантах наружный диаметр элемента 125 может быть больше наружного диаметра обратного конуса 124. В некоторых вариантах выполнения наружный диаметр элемента 125 может составлять приблизительно от 75 до 90% или от 80 до 90% от наружного диаметра обратного конуса 124. В некоторых вариантах выполнения наружный диаметр элемента 125 может составлять приблизительно от 80 до 100% или от 90 до 100% от наружного диаметра обратного конуса 124.
Кроме того, элемент 125 может быть частью очистного резервуара 122, как его продолжение, или может быть независимым компонентом. Предпочтительно упоминаемые здесь наружные диаметры измеряются в точках, наиболее удаленных для упоминаемой детали, но могут также относиться к ее среднему диаметру.
В некоторых других вариантах выполнения наружный диаметр элемента 125 может составлять приблизительно от 50 до 95% от внутреннего диаметра близлежащей к нему части очистного резервуара 122. В других вариантах выполнения наружный диаметр обратного конуса 124 и (или) элемента 125 могут составлять приблизительно от 50 до 95% от внутреннего диаметра близлежащей к ним части очистного резервуара 122. В некоторых вариантах выполнения наружный диаметр обратного конуса 124 и (или) элемента 125 могут составлять приблизительно от 50 до 80%, или от 55 до 75%, или приблизительно от 60 до 70% от внутреннего диаметра близлежащей к ним части очистного резервуара 122. В других вариантах выполнения наружный диаметр обратного конуса 124 и (или) элемента 125 могут составлять приблизительно от 60 до 95% или от 70 до 85% от внутреннего диаметра близлежащей к ним части очистного резервуара 122. Таким образом, может существовать некоторое соотношение между наружным диаметром элемента 125 и (или) обратного конуса 124 и внутренним диаметром очистного резервуара 122.
В некоторых вариантах выполнения юбки 108 на внутренних стенках очистного резервуара 122 и юбки 104, 105 на наружных стенках вкладыша 132 могут образовывать под собой свободные пространства для введения или отвода газа.
В некоторых вариантах юбки 106 могут быть выполнены за счет того, что верхняя часть очистного резервуара 122 имеет меньший внутренний диаметр, и нижняя часть очистного резервуара 122 имеет больший внутренний диаметр, что создает между ними зазор для прохождения газа к находящейся в очистном резервуаре 122 смеси твердая фаза/газ или от нее, как показано на фиг.1. Газ может поступать к юбке 106 и (или) отводиться от нее по трубопроводу.
В некоторых вариантах выполнения может быть введен трубопровод 136 для подачи газа к зоне, находящейся непосредственно под обратным конусом 124, или отвода от нее, или к любой другой секции вкладыша 132, например к секциям 126, 134 элемента. Следует отметить, что в этом и других вариантах выполнения дополнительные секции вкладыша 132 могут составлять части трубопровода 136, например, будучи полыми, включающими внутренние элементы трубопровода и т.д.
В некоторых вариантах могут быть введены одно или несколько креплений 114, идущих от стенки очистного резервуара 122 к вкладышу 132 и предназначенных для закрепления на месте и обеспечения проходного канала во вкладыш 132 или под него с целью введения или отбора газа. Крепления 114 могут также обеспечивать пространство для размещения трубопровода 136, подающего или отводящего газ от поверхностной границы смеси твердая фаза/газ, например путем помещения в них трубок, фиксации и закрепления этих трубок и т.д. Один или несколько трубопроводов 136 могут быть также соединены с вкладышем 132 независимо от одного или нескольких креплений 114. Для простоты изложения на фигурах 1-4 каждый из трубопроводов 136 заключен также в крепление 114, но это ни в коей мере не является ограничением для ориентации, размещения и выбора креплений 114 и (или) трубопроводов 136, которые могут быть использованы в любом варианте выполнения.
В некоторых вариантах выполнения все или некоторые крепления, трубопроводы, трубки и т.д., проходящие через область потока, включая крепления 114, могут иметь облегчающие прохождение потока верхние кромки, например ножевые кромки, минимизирующие искажение потока.
В некоторых вариантах выполнения каждый трубопровод 136 может подводить газ к элементу 125 или отводить от него через юбки, отходящие наружу от элемента 125. Юбка, например юбка 104, может охватывать одну из секций элемента, такую как секция 126 элемента, как показано на фиг.1.
В некоторых вариантах юбки 104, 105, 108 предпочтительно могут иметь почти неизменный профиль, выступающий наружу от внутренней стороны очистного резервуара 122 и выступающий вовне от наружной стороны вкладыша 132. Например, юбки 104, 105, 108 могут охватывать полную окружность на поверхности части, с которой они скреплены, будь это частью очистного резервуара 122 или вкладыша 132.
В дополнительных вариантах юбки 104, 105, 108 могут быть разделены на сегменты, и эти сегментированные юбки могут быть размещены в различных местоположениях относительно продольных осей очистного резервуара 122 и вкладыша 132 или могут быть размещены в одинаковом положении относительно продольных осей очистного резервуара 122 и вкладыша 132. В любом варианте каждая юбка может быть выполнена так, чтобы иметь прочный конструктивный элемент, введенный выше и ниже юбки таким образом, чтобы обеспечивать фиксацию частей конструкции, находящихся выше и ниже юбки. Таким образом, может быть использовано одно крепление 114 для фиксации каждого вкладыша 132, а не несколько креплений 114.
В некоторых вариантах каждая юбка, например юбки 104, 105, 108, может иметь антифрикционное покрытие, по меньшей мере, на наружный, контактирующих со смесью твердая фаза/газ поверхностях. Примером антифрикционных покрытий могут служить фторполимеры, такие как политетрафторэтилен (тефлон), фторированный этиленпропилен, PLASITE 7122 TFE и т.п. Некоторые из предпочтительных покрытий поставляются под торговой маркой TEFLON фирмой DUPONT, имеющей офис продаж в Wilmington, Delaware, USA.
В некоторых вариантах выполнения может быть введен элемент 125, расположенный под обратным конусом 124 и имеющий размеры, обусловливающие то, что смесь твердая фаза/газ, проходящая в продольном направлении между элементом и очистным резервуаром 122, имеет постоянный профиль скорости в поперечном сечении. Секция элемента, например секция 126 элемента, может обеспечивать возможность введения газа в смесь твердая фаза/газ. Как показано на фиг.1, может иметься отверстие вблизи верхней части секции 126 элемента, дающее возможность газу проникать в смесь твердая фаза/газ после отражения от обратного конуса 124. Кроме того, юбки, например юбки 104, могут охватывать нижнюю окружность секции 126 элемента, так что газ может быть введен в смесь твердые фракции/газ. В любом вкладыше 132 может быть использована одна или несколько секций элемента в зависимости от ряда факторов, включающих длину очистного резервуара 122, скорость потока смеси твердая фаза/газ, скорости газовых потоков и т.д.
В некоторых вариантах может быть использован другой тип секции элемента, не имеющий отверстия для прохождения газа в верхней части. В каждом вкладыше 132 может быть использована одна или несколько таких секций 116. Секция 116 элемента может давать возможность удаления газа от граничной поверхности смеси твердая фаза/газ. В других вариантах секция 116 элемента может давать возможность введения газа в смесь твердая фаза/газ просто за счет подведения газа к секции 116 элемента, что может быть выполнено по отдельному трубопроводу или по трубопроводу, подающему газ также к другой секции элемента, так что нет необходимости вводить дополнительный трубопровод в путь прохождения смеси твердая фаза/газ. Для выполнения этого трубопровод подачи газа может быть введен вовнутрь вкладыша 132, так что каждая секция элемента, подающая газ в смесь твердая фаза/газ, питается от одного газового трубопровода, что дает возможность одному креплению 114 полностью обслуживать вкладыш 132. В качестве примера такой внутренний трубопровод подачи газа включает трубу, патрубок, канал прохождения газа и т.д., которые могу проходить вертикально вдоль каждой секции элемента, входящего во вкладыш 132, так что каждая секция может отбирать газ из общей магистрали.
В некоторых вариантах секция элемента, например секция 134 элемента, может подавать и отводить газ от граничной поверхности смеси твердая фаза/газ за счет наличия внутренней перегородки, отделяющей по меньшей мере одну камеру от по меньшей мере другой камеры, при том, что отдельные трубопроводы могут подводить и отводить газ одновременно. Отдельные трубопроводы могут иметь одно крепление 114, могут крепиться независимо, или прокачка по ним может производиться независимо через крепления 114. Эта секция или любая другая может иметь нижнее отверстие для подачи газа вниз, к нижней части вкладыша 132 в зависимости от того, какого типа секция элемента установлена на нижней позиции вкладыша 132.
В других вариантах секция элемента, находящаяся под обратным конусом 124, может только отводить газ от граничной поверхности смеси твердая фаза/газ за счет наличия внутренней зоны отбора, соединенной с газовым отводом 112, причем это соединение может быть связано с креплением 114.
В некоторых предпочтительных вариантах самая нижняя секция элемента под обратным конусом 124 может быть сужена к концу, так что нижняя часть самой нижней секции элемента может иметь меньший наружный диаметр, чем верхняя часть самой нижней секции, как показано на фиг.1, что обеспечивает большую однородность потока смеси твердая фаза/газ у наружной поверхности элемента 125. Самая нижняя секция элемента может также содержать зону вдувания газа, так что газ может быть введен в смесь твердая фаза/газ в некоторой зоне, находящейся вблизи нижней части самой нижней секции элемента, как это показано для секции 134 элемента.
Склон конуса 124 и юбок 104, 105, 108 может быть достаточно крутым, чтобы обеспечивать скольжение смеси твердая фаза/газ по наружным поверхностям конуса 124 и юбок 104, 105, 108, способствуя формированию массового потока твердой фазы. Предпочтительно поток твердой фазы вертикально вниз через очистной резервуар 122 может быть сформирован в режиме поршневого течения.
Каждый конус 124 и каждая юбка 104, 105, 108 могут иметь под собой ″свободное пространство″ с углом откоса, зависящим от параметров смеси твердая фаза/газ и углов конуса 124 или юбок 104, 105, 108. Свободное пространство под конусом 124 и юбками 104, 105, 108 из-за наличия угла откоса смеси твердая фаза/газ может обеспечивать граничную поверхность в очистном резервуаре 122 для введения или отбора газа, что будет более подробно рассмотрено при описании фиг.4.
За счет минимизации расстояния между наружной стороной элемента 125 и внутренней стороной очистного резервуара 122 путем выбора большого значения диаметра α элемента по сравнению с внутренним диаметром β очистного резервуара вторжение конуса 124 и юбок 104, 105, 108 в путь движения потока смеси твердая фаза/газ может быть минимизировано. Это в свою очередь сводит к минимуму нежелательные изменения в скорости протекания смеси твердая фаза/газ, что приводит к образованию в основном поршневого течения.
В некоторых особенно предпочтительных вариантах выполнения несколько зон вброса газа, таких как зона 128 вброса газа, могут быть введены во все или некоторые секции элемента, такие как секции 126 и (или) 116, и (или) у юбок 106 и (или) 108, так чтобы входной газовый поток можно было индивидуально регулировать для каждой зоны вброса газа и (или) для каждой секции элемента, и (или) для обратного конуса 124.
В дополнительных вариантах выполнения несколько зон отбора газа, таких как зона 130 отвода газа, могут быть введены в некоторые или во все секции элемента, такие как секции 126 и (или) 116, и (или) под обратным конусом 124, и (или) у юбок 106 и(или) 108, так чтобы отбираемый газовый поток можно было индивидуально регулировать для каждой зоны отвода газа и(или) для каждой секции элемента, юбки и(или) обратного конуса 124.
В некоторых вариантах выполнения может быть использована одна зона 128 вброса газа в камере, образованной внутри секции элемента, такой как секция 126 или 116 элемента, соединенной с юбкой, такой как юбка 104 или 105, для обеспечения однородного газового потока к граничной поверхности смеси твердая фаза/газ, находящейся в очистном резервуаре 122. Аналогично в некоторых вариантах выполнения одна зона 130 отвода газа в камере, образованной внутри цилиндрической секции элемента, такой как секция 116 элемента, соединенная с юбкой, такой как юбка 105, может обеспечить однородный газовый поток к граничной поверхности смеси твердая фаза/газ, находящейся в очистном резервуаре 122.
В особенно предпочтительных вариантах выполнения для более равномерного распределения газового потока может быть использовано несколько входных сопел 110 для юбок 108, размещенных на стенках очистного резервуара, и конических юбок 104.
В других вариантах выполнения для более равномерного отвода газа от граничной поверхности смеси твердая фаза/газ, находящейся в очистном резервуаре 122, могут быть введены несколько зон 130 отвода.
Преимущества этих вариантов выполнения заключаются в том, что вкладыш 132 может поддерживать массовый поток твердой фазы в очистном резервуаре 122, при том что смесь твердая фаза/газ сохраняет распределение массового потока, при котором поток твердой фазы может приближаться к режиму поршневого течения в секциях вдувания и отвода газа. Например, близкое к поршневому течение может быть получено под воздействием гравитации там, где формируемый юбкой выступ(ы) у больших диаметров максимизирует величину зоны под каждым из них и минимизирует изменения скорости смеси твердая фаза/газ. Наличие одного вкладыша 132 минимизирует число креплений 114, необходимых для его фиксации, по сравнению с несколькими обратными конусами, каждый из которых требует своего крепления(ий). Раскрытая в данном описании конструкция вкладыша должна обеспечить распределение потока твердой фазы, более близкое к поршневому течению, чем конструкции, в которых используется несколько внутренних конусов.
В отношении фиг.2 нужно отметить, что введенные ранее определения могут быть приложены к описанию данной фигуры, например защита представлена как очистной резервуар 122. На фиг.2 представлено устройство 200 для введения газа в смесь твердая фаза/газ или отвода от нее, находящейся в очистном резервуаре 122, который может иметь центральную часть 208, лежащую между его противоположными верхним торцом 210 и нижним торцом 212 и имеющую по своей протяженности приблизительно постоянный диаметр β. Кроме того, устройство 200 может содержать вкладыш 132, который может включать элемент 125, расположенный в очистном резервуаре в направлении нижнего торца последнего, причем наружный диаметр элемента 125 может составлять приблизительно от 50 до 95% от внутреннего диаметра близлежащей к нему части очистного резервуара 122. В некоторых вариантах выполнения наружный диаметр элемента 125 может составлять приблизительно от 50 до 80%, или от 55 до 75%, или приблизительно от 60 до 70% от внутреннего диаметра близлежащей к нему части очистного резервуара 122. В других вариантах выполнения наружный диаметр элемента 125 может составлять приблизительно от 60 до 95% или от 70 до 85% от внутреннего диаметра близлежащей к нему части очистного резервуара 122. Кроме того, устройство 200 может содержать обратный конус 124, предназначенный для отклонения смеси твердая фаза/газ от верхнего торца очистного резервуара 122.
Любые ранее описанные в приложении к фиг.1 варианты выполнения могут быть включены в описание конструкции элемента 125 и вкладыша 132. В некоторых вариантах от вкладыша 132 может отходить наружу юбка 214, наличие которой необязательно. Кроме того, юбка 108 может отходить наружу от очистного резервуара 122 и может иметь протяженность по всей внутренней окружности очистного резервуара 122. Трубопровод может подавать газ к области под юбкой 108, доставляя газ к граничной поверхности смеси твердые фракции/газ или отводя от нее.
Например, элемент 125 может содержать несколько секций 202, 204, 206, причем каждая секция элемента может иметь диаметр меньший, чем диаметр секции элемента, находящейся над ней, образуя тем самым зазор между секциями, так что газ может проходить через этот зазор к граничной поверхности смеси твердая фаза/газ или от нее, лежащей ниже зазора. Этот зазор может быть расширен за счет введения юбок 214, но может обеспечивать газовый обмен со смесью твердая фаза/газ в отсутствии этих юбок.
Нижняя секция 206 или любая другая секция вкладыша 132 может быть комбинированной секцией, поскольку в ней газ как подается к смеси твердая фаза/газ, так и отводится от нее выше и ниже комбинированной секции. Для простоты изложения нижняя секция 206 показана как комбинированная секция, но это ни в коей мере не накладывает ограничений на функции, выполняемые нижней секцией вкладыша 132.
В некоторых вариантах наружный диаметр или диаметры, например φ, ε, элемента 125 может составлять приблизительно от 50 до 100% (или более) альтернативно приблизительно от 75 до 100% от наружного диаметра ψ обратного конуса 124. В некоторых вариантах выполнения наружный диаметр, например φ, ε, элемента 125 может составлять приблизительно от 75 до 90% или от 80 до 90% от наружного диаметра ψ обратного конуса 124. В других вариантах выполнения наружный диаметр, например φ, ε, элемента 125 может составлять приблизительно от 80 до 100% или от 90 до 100% от наружного диаметра ψ обратного конуса 124. Наружный диаметр φ, ε и т.д. каждой секции элемента 125 может соответствовать этому соотношению, или ему может соответствовать только наибольший наружный диаметр φ. Например, в одном из вариантов выполнения φ составляет приблизительно от 75 до 100%, или от 85 до 95% от ψ, и ε составляет приблизительно от 75 до 90%, или от 75 до 85%, или от 80 до 85% от ψ.
В других вариантах юбка может проходить вовнутрь от вкладыша, как показано на фиг.3, и может быть введен трубопровод 136 для подачи газа к области над юбкой или отвода от нее,
В отношении фиг.3 нужно отметить, что введенные ранее определения могут быть приложены к описанию данной фигуры, например защита представлена как очистной резервуар 122. В соответствии с фиг.3 для некоторых вариантов выполнения показано устройство 300, предназначенное для введения газа в смесь твердая фаза/газ и (или) отвода от нее, находящуюся в очистном резервуаре 122, который может содержать вкладыш 132, который может включать элемент 125. В нескольких вариантах выполнения элемент 125 может иметь юбку 302, отходящую вовнутрь от элемента 125, и трубопровод 136, предназначенный для подачи газа к области над юбкой 302 или отвода от нее.
В некоторых вариантах выполнения элемент 125 может быть снабжен несколькими секциями элемента, например секциями 304, 306, 308 элемента, причем обратный конус 124 размещается над верхней секцией 304 элемента.
При такой конструкции элемента 125 может быть выполнен любой из вышеприведенных вариантов, относящийся, например, к очистному резервуару 122, юбкам 108, газовым отводам 112, нижним юбкам 106 и т.д.
На фиг.4 более подробно показано поперечное сечение предлагаемой в некоторых вариантах выполнения ″юбки″, приведенной в качестве примера. В общем газ может поступать в зазор, выполненный в юбке 400, и выходить из него, причем к наружной части зазора может быть подсоединен трубопровод, служащий для подведения и отвода газа. Ниже и вблизи зазора, выполненного в юбке 400, может существовать свободное пространство 402, так что газ может проходить через защиту или очистной резервуар с возможностью контакта по граничной поверхности 408 со смесью 410 твердая фаза/газ для подачи или отвода газа.
Угол θ откоса определяет площадь этой граничной поверхности 408, лежащей между смесью 410 твердая фаза/газ и газом или газами. Площадь этой граничной поверхности 408 может быть выбрана таким образом, чтобы не переводить смесь 410 твердая фаза/газ в псевдоожиженное состояние при введении и(или) отводе газа. В случае перехода смеси 410 твердая фаза/газ в псевдоожиженное состояние могут образоваться пузырьки, которые могут подниматься к поверхности, что является нежелательным результатом.
В некоторых предпочтительных вариантах выполнения угол ρ юбки 404 может составлять приблизительно 70±15° от перпендикуляра к стенке 406 очистного резервуара. В других вариантах выполнения угол ρ юбки 404 может составлять приблизительно 70±10° или 70±5° от перпендикуляра к стенке 406 очистного резервуара.
Способ очистки газа из смеси твердая фаза/газ может быть выполнен в контексте функционального назначения и компоновки, представленных на любой из фигур 1-5. Однако безусловно способ может выполняться в любой предпочтительной среде.
В способе твердая фаза могут вводиться в защиту или очистной резервуар, имеющий внутри себя обратный конус и расположенный под обратным конусом элемент, причем твердая фаза или смесь твердая фаза/газ, проходящие вдоль элемента, могут иметь приблизительно постоянный профиль вертикальной скорости в сечении. Этот приблизительно постоянный профиль вертикальной скорости может приближаться к поршневому течению.
В способе очистной газ вдувается в твердую фазу или смесь твердая фаза/газ по меньшей мере из одной зоны, близлежащей к элементу.
В некоторых вариантах газ может вдуваться в твердую фазу или смесь твердая фаза/газ или отводиться от них из области под обратным конусом, таком, как показанный на фиг.1 как обратный конус 124.
В некоторых вариантах для вдувания или отвода газа из области над юбкой может быть использована такая юбка, как показанная на фиг.3 как юбка 302, которая может отходить вовнутрь от элемента.
В некоторых вариантах газ может вдуваться в твердую фазу или смесь твердая фаза/газ или отводиться от них из области, находящейся под такой отходящей наружу от элемента юбкой, как показанная на фиг.1 как юбка 104. Кроме того в некоторых вариантах выполнения газ может вдуваться в твердую фазу или смесь твердая фаза/газ или отбираться от них из области, находящейся под такой отходящей наружу от защиты или очистного резервуара юбкой, как показанная на фиг.1, как юбка 108.
В нескольких вариантах выполнения наружный диаметр элемента может составлять приблизительно от 75 до 100% от наружного диаметра обратного конуса. В некоторых вариантах выполнения наружный диаметр элемента может составлять приблизительно от 75 до 90% или от 80 до 90% от наружного диаметра обратного конуса 124. В других вариантах выполнения наружный диаметр элемента может составлять приблизительно от 80 до 100% или от 90 до 100% от наружного диаметра обратного конуса 124. Таким образом, обратный конус может быть частью элемента или отдельной деталью. Предпочтительно упоминаемые здесь наружные диаметры измеряются в точках, наиболее удаленных для упоминаемой детали, но могут также относиться к ее среднему диаметру.
В соответствии с некоторыми вариантами выполнения элемент может быть составлен из нескольких секций, причем каждая секция может иметь диаметр меньший, чем секция, находящаяся непосредственно над ней, что создает между секциями зазор, как показано на фиг.3. Кроме того, газ может вдуваться в смесь твердая фаза/газ или отводиться от нее через зазор.
В некоторых вариантах выполнения наружный диаметр элемента может составлять приблизительно от 50 до 95% от внутреннего диаметра близлежащей к нему части защиты или очистного резервуара 122. В некоторых вариантах выполнения наружный диаметр элемента может составлять приблизительно от 50 до 80%, или от 55 до 75%, или от 60 до 70% от внутреннего диаметра близлежащей к нему части защиты или очистного резервуара. В других вариантах выполнения наружный диаметр элемента может составлять приблизительно от 60 до 95% или от 70 до 85% от внутреннего диаметра близлежащей к нему части защиты или очистного резервуара.
На фиг.5 представлено предлагаемое в одном из вариантов выполнения устройство 600 для введения и (или) отвода газа из смеси твердая фаза/газ. Свойства этого варианта выполнения могут быть введены в любой другой раскрытый в данном описании или основанный на данном описании вариант выполнения и использованы вместе с ним. Например, конус 124 может быть такой же ширины, как остальная часть вкладыша 132. Кроме того, секция 602 элемента может в основном быть аналогичной по размеру и форме секции 604 элемента или может отличаться от нее по высоте, ширине, величине окружности, размерам, функциональным возможностям. Устройство 600 может иметь газовые входы, юбки, газовые отводы, крепления, трубопроводы и т.д., расположенные в любом наборе местоположений в зависимости от желательного функционального назначения и массового потока, определяющих параметры всего устройства.
В некоторых вариантах выполнения все или некоторые секции элемента могут иметь зоны, в которых смесь твердая фаза/газ, проходящая через очистной резервуар 122, может быть подвергнута воздействию газа, и (или) где газ может от нее отводиться. Кроме того, в некоторых предпочтительных вариантах выполнения угол наружных стенок обратного конуса может составлять приблизительно 70°±15° от нормали к вертикальной оси конуса. В некоторых вариантах выполнения угол наружных стенок обратного конуса 124 может составлять приблизительно 70°±10° или 70°±5° от нормали к вертикальной оси конуса. Кроме того, в некоторых предпочтительных вариантах выполнения углы стенок верхних частей некоторых или всех секций элемента, которые обычно охвачены секциями, находящимися непосредственно над ними, могут составлять приблизительно 60°±15° от нормали к вертикальной оси секции. В некоторых предпочтительных вариантах выполнения углы стенок верхних частей некоторых или всех секций элемента, которые обычно охвачены секциями, находящимися непосредственно над ними, могут составлять приблизительно 60°±10° или 60°±5° от нормали к вертикальной оси секции. Конечно, большее или меньшее число секций элемента может быть введено в любой вариант выполнения, и секции элемента могут выполнять другие функции, кроме введения и (или) отвода газа и формирования массового потока вокруг вкладыша 132.
Фразы ″включает в основном″ и ″включающий в основном″ до тех пор, пока не оговорено иное, не исключают присутствия других операций, элементов или материалов вне зависимости от того, оговорены ли они конкретно в данном описании, до тех пор, пока такие операции, элементы или материалы не влияют на основные признаки и новизну изобретения, кроме того, они обычно не исключают добавлений, относящихся к используемым элементам и материалам.
В данном описании конкретно раскрыты только некоторые диапазоны изменения величин. Однако диапазоны с любым нижним пределом могут включать в себя любой верхний предел, чтобы указать, что диапазон конкретно не заявляется, а также диапазоны с любым нижним пределом могут включать в себя любой нижний предел, чтобы подчеркнуть, что диапазон конкретно не заявляется, и аналогичным образом диапазоны с любым верхним пределом могут включать в себя любой верхний предел, чтобы подчеркнуть, что диапазон конкретно не заявляется. Кроме того, внутри себя диапазон включает все точки или отдельные значения, лежащие между его границами, даже если это специально не подчеркнуто. Поэтому каждая точка или отдельное значение может служить его собственным нижним или верхним пределом в сочетании с любой точкой или отдельным значением, или другим верхним или нижним пределом, чтобы подчеркнуть, что конкретный диапазон не заявляется.
Все относящиеся к предшествующему уровню техники документы полностью включены в данное описание посредством ссылки на все юрисдикции, в которых такое включение разрешено, и объем такого раскрытия согласуется с описанием настоящего изобретения.
Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на несколько вариантов выполнения и примеров, специалистам в данной области понятно, что могут быть предложены другие варианты выполнения, не выходящие за рамки идеи и объема раскрытого здесь изобретения.