技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多級(jí)處理流化顆粒狀固體的方法和系統(tǒng)。更具體地說，但非排他地，本發(fā)明涉及這樣的方法和系統(tǒng)，其中一系列級(jí)容器中連續(xù)處理顆粒狀固體，其中每一級(jí)容器使用加壓氣流來流化顆粒狀固體。

背景技術(shù)：

對(duì)于涉及顆粒狀固體和氣相間的相互作用的過程，用氣相來流化固體常常是有用的實(shí)現(xiàn)處理目標(biāo)的方法。許多工業(yè)化生產(chǎn)過程以各種方式使用流化床技術(shù)，包括例如，進(jìn)行氣-固反應(yīng)，聚合、化學(xué)沉積、煅燒、干燥、催化劑活化和其它工藝。這些方法中的許多使用密相操作，特別地固體流化，因?yàn)榱骰腆w工序可以就以下而言提供有利的性能特征：傳熱、傳質(zhì)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、實(shí)際操作、實(shí)際尺寸、顆粒狀固體運(yùn)輸和/或其它因素。這些因素可以常常提供獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的成本-有效的處理。

各種流化方法和裝置對(duì)于處理流化固體來說是已知的。這些中的一些示于附圖的圖1-3中，其將在下文詳細(xì)描述。例如，連續(xù)處理方法可以這樣進(jìn)行，將顆粒狀固體連續(xù)地供給到流化床處理容器的上部中，從所述處理容器的另一側(cè)排出顆粒狀固體并且將流化氣體通過容器底部供給來使得顆粒狀固體流化。

另一處理裝置包括通過在每一個(gè)級(jí)容器和其相鄰者之間延伸的輸送通道串聯(lián)連接在一起的多個(gè)級(jí)容器。每一個(gè)級(jí)容器接收其自己的流化氣體供給來形成顆粒狀固體的流化床。待處理的固體產(chǎn)品能夠以期望的恒定體積生產(chǎn)速率連續(xù)地進(jìn)料到第一個(gè)級(jí)容器中。穿過系統(tǒng)的固體顆粒群具有一定的停留時(shí)間，其取決于單個(gè)級(jí)的形狀和尺寸以及體積流動(dòng)速率。

在許多流化床過程中，固體顆粒在系統(tǒng)中的停留時(shí)間是重要的并且令人想望地應(yīng)當(dāng)是可預(yù)測(cè)的并且均一的，對(duì)于穿越系統(tǒng)的全部固體顆粒來說。然而，在實(shí)踐中，滿足這些目標(biāo)可能是困難的或不可能的，因?yàn)榕月泛妥韪?holdback)現(xiàn)象，這引起一些固體顆粒按照短于平均路徑通過系統(tǒng)，而其它固體顆粒按照長(zhǎng)于平均路徑通過系統(tǒng)。因此，在所處理的固體顆粒的停留時(shí)間方面通常存在顯著的變化。

因此，將令人期望的是提供用于顆粒狀固體的流化床連續(xù)處理的方法和系統(tǒng)，其可以較好地控制所處理的顆粒的停留時(shí)間的分布。

背景技術(shù)的上述描述可能包括在本發(fā)明之前對(duì)相關(guān)技術(shù)來說是未知的但是由本發(fā)明所提供的公開內(nèi)容的洞悉、發(fā)現(xiàn)、理解或揭示，或者其結(jié)合。本發(fā)明的一些這樣的貢獻(xiàn)可能已經(jīng)具體地在本文中指出，然而，本發(fā)明的其它這樣的貢獻(xiàn)將從其上下文內(nèi)容中顯而易見。僅僅因?yàn)橐黄墨I(xiàn)可能已經(jīng)在本文中被引用，但絕沒有承認(rèn)所述文件的范圍，其可能明顯不同于本發(fā)明的范圍，類似于本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了用于連續(xù)多級(jí)處理顆粒狀固體的新方法和系統(tǒng)。本發(fā)明的實(shí)施方案可以提供所處理的顆粒的停留時(shí)間的分布的優(yōu)良的控制，并且有時(shí)可以提供額外的益處。

在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供一種連續(xù)多級(jí)處理顆粒狀固體的方法，該方法包括：將顆粒狀固體進(jìn)料到一系列級(jí)容器中的第一個(gè)級(jí)容器，允許流化氣體進(jìn)入每一個(gè)級(jí)容器中以便流化級(jí)容器中的顆粒狀固體，和通過將相鄰級(jí)容器連接在一起的輸送通道將流化固體從第一個(gè)級(jí)容器運(yùn)輸?shù)搅硪粋€(gè)級(jí)容器，和從一系列級(jí)容器中的最后一級(jí)容器中排出顆粒狀固體。所述方法進(jìn)一步包括通過至少一個(gè)位于輸送通道中的流化氣體入口允許流化氣體進(jìn)入每一個(gè)輸送通道。輸送通道流化氣體可以促進(jìn)流化固體通過輸送通道從一級(jí)流到相鄰級(jí)并且有助于避免阻塞。

在另一方面中，本發(fā)明提供了一種用于連續(xù)多級(jí)處理顆粒狀固體的方法，該方法包括：將顆粒狀固體供給到一系列至少15個(gè)級(jí)容器中的第一個(gè)級(jí)容器；允許流化氣體進(jìn)入每一個(gè)級(jí)容器中以便流化存在于級(jí)容器中的顆粒狀固體；通過以一個(gè)至另一個(gè)的方式(one to another)連接相鄰級(jí)容器的輸送通道將流化固體從第一個(gè)級(jí)容器運(yùn)輸?shù)酱?lián)的另一個(gè)級(jí)容器，和從一系列級(jí)容器中的最后一級(jí)容器中排出顆粒狀固體。

如果期望的話，可以在與通過輸送通道運(yùn)輸流化固體的方向橫向的方向中容許流化氣體到每一個(gè)輸送通道，以便沖擊與輸送通道中的流化氣體入口的位置相對(duì)的輸送通道壁。本發(fā)明的一些實(shí)施方案包括從共用的充氣室(plenum chamber)向每一個(gè)氣體入口供給流化氣體。

本發(fā)明的方法實(shí)施方案可以包括圍繞每一個(gè)級(jí)容器循環(huán)加熱或冷卻介質(zhì)以便在級(jí)容器中加熱或冷卻流化固體。

本發(fā)明的一個(gè)方法實(shí)施方案包括在通過級(jí)容器運(yùn)輸期間使流化氣體與流化顆粒狀固體相互作用。另一個(gè)包括在通過級(jí)容器運(yùn)輸期間使流化氣體與流化顆粒狀固體反應(yīng)，流化氣體和固體在化學(xué)上是互相反應(yīng)性的。

本發(fā)明還提供了用于連續(xù)處理流化顆粒狀固體的多級(jí)系統(tǒng)，其包括至少兩個(gè)并排(side-by-side)排列的級(jí)容器，每一個(gè)級(jí)容器包括用于容納流化固體的容納壁(containing wall)、用于流化固體的固體入口、用于流化固體的固體出口、用于流化氣體的至少一個(gè)氣體入口和用于流化氣體的氣體出口。所述系統(tǒng)還包括至少一個(gè)輸送通道，每一個(gè)輸送通道在兩相鄰級(jí)容器之間連接以便允許在兩相鄰級(jí)容器之間運(yùn)輸流化固體。

在本發(fā)明的一個(gè)系統(tǒng)方面中，多級(jí)系統(tǒng)包括共用的整合的氣體分布器板，其延伸并且形成至少兩個(gè)級(jí)容器的底部。氣體分布器板可以與流化氣體供給源相通并且可以包括至少兩個(gè)級(jí)容器的流化氣體入口。

在本發(fā)明的另一系統(tǒng)方面中，多級(jí)系統(tǒng)包括整合或整體的底板，其包括每一個(gè)級(jí)容器容納壁的下部并且包括該輸送通道或每一個(gè)輸送通道的頂部和側(cè)壁。

在本發(fā)明的進(jìn)一步的系統(tǒng)方面中，多級(jí)系統(tǒng)包括在至少兩個(gè)級(jí)容器之下延伸的充氣室和至少一個(gè)輸送通道，以便為氣體入口供給流化氣體，其中每一個(gè)氣體入口可以與充氣室相通從而從充氣室接收流化氣體。本發(fā)明的多級(jí)系統(tǒng)中的這些若干方面當(dāng)然可以在一個(gè)系統(tǒng)中變化地結(jié)合。

如果期望的話，本發(fā)明的系統(tǒng)實(shí)施方案可以包括至少十個(gè)并排排列的級(jí)容器并且氣體分布器板可以延伸并且形成大部分級(jí)容器的底部。氣體分布器板還可以包括大部分級(jí)容器的氣體入口，如果期望的話。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，該輸送通道或每一個(gè)輸送通道包括用于流化氣體的至少一個(gè)輸送通道氣體入口。這種特征可以有助于將顆粒狀固體運(yùn)輸通過一個(gè)或多個(gè)輸送通道。任選地，氣體分布器板形成了輸送通道的底部并且包括至少一個(gè)輸送通道氣體入口。這種特征為用氣體入口裝備輸送通道提供了方便和有效的結(jié)構(gòu)。如果期望的話，一個(gè)或多個(gè)輸送通道氣體入口可以將流化氣體注入到輸送通道中。

在本發(fā)明的一些系統(tǒng)實(shí)施方案中，多級(jí)系統(tǒng)包括至少20個(gè)并排(side-by-side)排列的級(jí)容器并且氣體分布器板跨越全部級(jí)容器的底部延伸并且形成全部級(jí)容器的底部并且支撐全部級(jí)容器的氣體入口。多級(jí)系統(tǒng)可以包括50或更多個(gè)級(jí)容器。取決于所用的級(jí)容器的特定構(gòu)造，其可以變化，輸送通道的數(shù)目在一些實(shí)施方案可以是比級(jí)容器數(shù)目小1。

如果期望的話，根據(jù)本發(fā)明的多級(jí)系統(tǒng)可以包括整體的底板。整體的底板可以包括每一個(gè)級(jí)容器容納壁的下部和一個(gè)或多個(gè)輸送通道的頂部和側(cè)壁。在本發(fā)明的一個(gè)有用的實(shí)施方案中，氣體分布器板可以在整體的底板之下延伸并且密閉級(jí)容器和輸送通道的底部。此外，如果期望的話，氣體分布器板可以可拆卸地可連接到整體的底板，或者相對(duì)于底板可移動(dòng)離開，從而提供至級(jí)容器和輸送通道的通路以便檢修(service)和維護(hù)。

為提高處理能力(capability)的范圍，多級(jí)系統(tǒng)的實(shí)施方案可以包括溫度控制結(jié)構(gòu)，例如，圍繞每一個(gè)級(jí)容器延伸的容積(volume)，其可以接收溫度控制流體以便在相應(yīng)的級(jí)容器中控制流化固體的溫度。如果期望的話，所述系統(tǒng)可以包括溫度控制流體封裝體，其包圍了圍繞級(jí)容器的容積，其任選地可以被分成多個(gè)可控的子區(qū)域以便子區(qū)域之間具有不同溫度。

在一些實(shí)施方案中，通過提供用于處理流化顆粒狀固體材料的一體化多級(jí)系統(tǒng)，其中流化床級(jí)容器和互聯(lián)的輸送通道一體化在共用的平臺(tái)上，本發(fā)明使得具有許多處理階段的系統(tǒng)能夠相對(duì)于各種因素如處理量、壓降和停留時(shí)間分布來有效地操作。共用的平臺(tái)可以例如由耐用的底板提供，其結(jié)合了部分的級(jí)容器和輸送通道。整體(one-piece)氣體分布器板，其具有氣體供給開口以便與氣源相通，可以位于底板之下并且提供跨越每一個(gè)級(jí)容器和輸送通道的底部延伸的底面(floor)。

附圖說明

本發(fā)明的一些實(shí)施方案，以及制造和使用本發(fā)明的一些實(shí)施方案，以及實(shí)施本發(fā)明所預(yù)期的最佳方式，在本文中并且通過實(shí)施例以及參考附圖進(jìn)行了詳細(xì)地描述，其中相似的附圖標(biāo)記在若干附圖中表示相似的元件，并且其中：

圖1是用于連續(xù)處理流化固體的已知的單個(gè)級(jí)容器的部分-截面示意圖；

圖2是用于連續(xù)處理流化固體的已知的多級(jí)系統(tǒng)的部分-截面示意圖；

圖3是圖2中所示的一部分的多級(jí)系統(tǒng)的放大圖，其顯示了在級(jí)容器間輸送流化固體的已知的方式；

圖4是兩種已知的流化固體處理系統(tǒng)的停留時(shí)間分布圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)處理流化固體的多級(jí)系統(tǒng)的一種實(shí)施方案的部分截面的正視圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)處理流化固體的多級(jí)系統(tǒng)的另一實(shí)施方案的截面，其具有許多與圖5中所示的實(shí)施方案的相似地方，并且被繪制成不同的比例；

圖7是圖6中所示的多級(jí)系統(tǒng)的頂部平面圖；

圖8是圖6中所示的容器多級(jí)系統(tǒng)的部分右手側(cè)視圖，其中容納壁被除去；

圖9是圖6的部分的放大圖，以圖中的″A″為基準(zhǔn)，其顯示了級(jí)容器間的輸送通道，該顯示類似于相似標(biāo)記過的圖8的部分的放大圖；

圖10是圖6的多級(jí)系統(tǒng)的部分的示意透視圖，其顯示了兩個(gè)級(jí)容器的可能構(gòu)造以及它們的相關(guān)的輸送通道；

圖11是流化氣體入口噴嘴的放大正視圖(elevation)，其亦稱鼓風(fēng)口，可用于圖6中所示的多級(jí)系統(tǒng)；

圖12是可用于圖6中所示的多級(jí)系統(tǒng)的氣體分布器板的部分的放大平面圖；

圖13是顯示根據(jù)本發(fā)明的兩種多級(jí)(各自具有60級(jí)和85級(jí))流化固體處理系統(tǒng)的可能的停留時(shí)間分布的圖；和

圖14是顯示具有各種級(jí)數(shù)的流化固體系統(tǒng)的可能的停留時(shí)間分布的圖。

具體實(shí)施方式

用于熱調(diào)節(jié)、化學(xué)或其它處理的流化顆粒狀固體的連續(xù)處理的一種已知方法可以使用如圖1中所示的流化床處理容器。在這種方法中，顆粒狀固體連續(xù)地通過固體進(jìn)料噴嘴供給到密閉的圓柱形處理容器的上部中，并且從容器的另一側(cè)通過固定高度的排出出口排出。排出出口的垂直位置基本上確定了在穩(wěn)態(tài)條件下處理容器中的固體物質(zhì)的高度。流化氣體通過帶有氣體噴嘴(有時(shí)被稱為″鼓風(fēng)口″，未示)的分布器板提供給容器的底部，并且從處理容器的頂端輸出。控制氣體的垂直流動(dòng)速率以便使得顆粒狀固體流化并且所得的固體的流化床的表現(xiàn)通常將有點(diǎn)像流體。

在操作圖1中所示的處理容器中，固體能夠以恒定的體積流動(dòng)速率通過進(jìn)料噴嘴進(jìn)料到處理容器并且使其以相同的恒定體積流動(dòng)速率通過排出出口從處理容器中流出。處理容器中的固體的流化床的體積被維持在恒定水準(zhǔn)V。

固體的流化床可以受到熱處理或者與用于流化固體的氣體物流進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，或者可以受到熱和化學(xué)處理。處理容器可以由加熱套圍繞，以便將流化固體的溫度提高到期望的處理溫度以便與流動(dòng)的氣體物流反應(yīng)。典型的流化固體方式(regimen)具有優(yōu)良的傳熱特性，其可以貫穿處理容器在氣相和顆粒狀固體之間提供相當(dāng)均勻的溫度分布。由于有效的結(jié)構(gòu)，由圍繞處理容器的罩所提供的加熱或冷卻可以有效地將流化固體床維持在吸熱或放熱反應(yīng)的期望的溫度限度內(nèi)。這種令人期望的性能可能歸因于各種因素，如處理容器壁和流化固體的移動(dòng)床之間的高的傳熱系數(shù)以及流化所提供的混合。

在大多數(shù)流化床過程中，固體顆粒在系統(tǒng)中的停留時(shí)間是重要的并且令人想望地應(yīng)當(dāng)是可預(yù)測(cè)的并且均一的，對(duì)于穿越系統(tǒng)的全部固體顆粒來說。有時(shí)稱為″活塞流性能″的東西，其中流化固體以活塞形式運(yùn)動(dòng)，還可以是令人期望的。然而，在實(shí)踐中，這些目標(biāo)有時(shí)難以滿足。

參考圖1中舉例說明的加工方法，固體顆粒通過驅(qū)動(dòng)力如壓差、機(jī)械推動(dòng)或流化介質(zhì)的水平的作用從進(jìn)料位置通過處理容器到達(dá)排出位置。在流化床中，固體顆粒彼此相對(duì)地以隨機(jī)化方式連續(xù)地運(yùn)動(dòng)。此外，流化氣體產(chǎn)生了空隙(void)或″氣泡(bubble)″，其向顆粒賦予了進(jìn)一步的運(yùn)動(dòng)。這種顆粒的恒定且隨機(jī)化的運(yùn)動(dòng)的一個(gè)效果是單個(gè)顆粒采取不同的路徑從進(jìn)料點(diǎn)通過處理容器到達(dá)排出點(diǎn)并且根據(jù)顆?？赡茏裱奶囟ǖ穆窂揭圆煌乃俣纫苿?dòng)。因此，在處理容器中不同的顆粒經(jīng)歷不同的停留時(shí)間，其可能不利地影響處理的一致性。

已經(jīng)使用擋板來將顆粒束縛到相對(duì)均勻的通過處理容器的路徑，考慮到獲得更均勻的顆粒在處理容器中的停留時(shí)間，但成效有限。

另一已知的獲得流化顆粒狀固體的活塞流性能的方法是使用許多垂直構(gòu)造或水平構(gòu)造中的串聯(lián)連接的處理容器，或級(jí)。對(duì)于流化氣-固過程而言，水平構(gòu)造可能是令人期望的。

水平串聯(lián)(horizontal series)連續(xù)多級(jí)流化床熱或化學(xué)處理裝置的一種已知的實(shí)施方案示意地示于圖2和3中。

如圖2所示，處理裝置包括N個(gè)級(jí)容器(并非其全部被顯示)。第一個(gè)級(jí)容器被標(biāo)記為″級(jí)1″，最后一級(jí)被標(biāo)記為″級(jí)N″，順序的中間級(jí)容器被分別標(biāo)記為″n″、″n+1″和″n+2″。處理裝置是已知的或者已經(jīng)被建議過，其具有至多12個(gè)級(jí)容器，并且全部級(jí)容器具有相同容積并且可以被操作以具有流化床固體的相同體積V?；蛘?，級(jí)容器可以具有不同的容積，如果期望的話。

在圖2中所示的裝置中，級(jí)容器通過在每一個(gè)級(jí)容器和其相鄰者之間延伸的輸送通道(例如，管道)串聯(lián)連接在一起，如圖3中更詳細(xì)地描述的，按照規(guī)定，圖2和圖3是示意的。每一個(gè)輸送通道被置于恰好高于氣體分布板的水平，所述氣體分布板通常位于級(jí)容器的底部以便將流化氣體供給級(jí)容器。這種位置有用于幫助輸送存在于流化固體中的較大的顆粒，其可以下沉到流化床的底部區(qū)域并且可以被捕獲在隔離壁(dividing wall)后。

在如圖2中所示的裝置中，待處理的固體產(chǎn)品能夠以期望的恒定體積生產(chǎn)速率(稱為r)連續(xù)地進(jìn)料到級(jí)1中。在級(jí)1中體積為V的流化固體被處理達(dá)平均停留時(shí)間V/r，并且連續(xù)流動(dòng)，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，依次地一級(jí)一級(jí)地以速率r流動(dòng)，到達(dá)最后一級(jí)N，所述固體連續(xù)地由此從系統(tǒng)中排出。穿過系統(tǒng)的固體顆粒群具有一定的停留時(shí)間，其取決于單個(gè)級(jí)的形狀和尺寸。

對(duì)于這樣的裝置來說，其具有相同形狀和尺寸的級(jí)容器，提供優(yōu)良的顆?；旌?，和具有通過系統(tǒng)(包括從一級(jí)到下一級(jí))的恒定流速，顆粒的停留時(shí)間分布，其可以稱為P(t_r)，可以在理論上或者通過實(shí)驗(yàn)來確定。

合適的實(shí)驗(yàn)程序的一種實(shí)例是在穩(wěn)態(tài)條件下以恒定的進(jìn)料速度來操作系統(tǒng)并隨后引入一些顆粒材料到進(jìn)料物流中作為示蹤顆粒。被引入的材料顆粒令人想望地具有與被處理的顆粒相同的物理性質(zhì)并且具有將其與被處理的其它顆粒區(qū)分的可監(jiān)控的特征。如果這種數(shù)量的示蹤顆粒在已知的短時(shí)間段ti內(nèi)被引入，相對(duì)于所處理的顆粒的平均停留時(shí)間Tr而言，離開系統(tǒng)的示蹤顆粒的時(shí)間相關(guān)的測(cè)量，其可以被稱為“脈沖響應(yīng)函數(shù)”，可以被用于提供全部被進(jìn)料的顆粒群的實(shí)際停留時(shí)間分布函數(shù)P(Tr)。例如，小批量的深色的顆?？梢耘c白色或淺色的相同材料的原料混合來作為示蹤物，在輸出中深色顆粒隨時(shí)間的分布可以被確定為輸出比例，通過比色法。

就理論測(cè)定來說，對(duì)于理想混合級(jí)，稱為串聯(lián)操作的“理想級(jí)”，系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)的相關(guān)方面可以使用微分方程來數(shù)學(xué)描述。這些微分方程的一個(gè)或多個(gè)解可以獲得預(yù)知的停留時(shí)間分布函數(shù)P(Tr)，其當(dāng)然局限于理想級(jí)的情況并且可能或未必精確地預(yù)測(cè)現(xiàn)實(shí)世界系統(tǒng)性能。

一些典型的顆粒停留時(shí)間分布以圖的方式示于圖4中，其繪制了相對(duì)于反應(yīng)器中的停留時(shí)間tr，從反應(yīng)器排出的顆粒群的百分比，稱為P(tr)。對(duì)于曲線下的面積，常數(shù)K歸一化了縱座標(biāo)以便為單位一(unity)，使得全部群是1.0。當(dāng)處理其在系統(tǒng)中停留時(shí)間必須滿足指定的參數(shù)以獲得期望品質(zhì)的產(chǎn)品時(shí)，分布的性質(zhì)通常是重要的。圖4顯示對(duì)于具有1或2級(jí)(即其中N＝1和N＝2)的處理系統(tǒng)的可能的停留時(shí)間分布。如圖4所示，停留時(shí)間被歸一化為期望的停留時(shí)間Tr。

對(duì)于單一混合級(jí)的情況，N＝1，理論研究表明理想完美混合級(jí)，可以被定義為具有無限的攪拌速度，使得每個(gè)顆粒具有精確相同的被排出的概率，而不考慮其在時(shí)間上在給定時(shí)刻時(shí)的位置。然而，這種條件不可能在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)。然而，可能令人期望的是促進(jìn)在級(jí)容器中的高度混合以便近似理想完美混合級(jí)。，

參考圖4并且考慮P(Tr)的原點(diǎn)，曲線起始于0，因?yàn)?顆粒在0時(shí)間離開系統(tǒng)。在現(xiàn)實(shí)世界中，進(jìn)入某一級(jí)容器的顆粒需要花費(fèi)一些時(shí)間來找到排出點(diǎn)。因此，對(duì)于該級(jí)容器中的任何顆粒，需要有限時(shí)間，在圖4中稱為“∈”，來到達(dá)排出點(diǎn)。N＝2的曲線顯示了P(t，)函數(shù)的寬度，其是二級(jí)系統(tǒng)中的停留時(shí)間分布的展開度。參考圖4，能夠看出在所模擬的單個(gè)級(jí)容器中，在大于或小于所指定的停留時(shí)間Tr的停留時(shí)間后，較大的百分?jǐn)?shù)的顆粒群離開系統(tǒng)。這種變化可能歸因于顆粒之間的無規(guī)則碰撞的作用，這使得許多顆粒采取較短路徑通過系統(tǒng)，而其它顆粒采取較長(zhǎng)路徑。

在具有兩個(gè)處理容器的雙級(jí)系統(tǒng)的情況下，此時(shí)N＝2，相同的顆粒將采取最短路徑通過第一級(jí)以及采取最短路徑通過第二級(jí)的統(tǒng)計(jì)幾率被顯著地降低。通過比較圖4中的曲線，能夠看出在雙處理容器的情況中，此時(shí)N＝2，在處理系統(tǒng)中的顆粒的更均勻的停留時(shí)間分布能夠被獲得，具有更高產(chǎn)品質(zhì)量的可能性。顯著地，更多顆粒具有接近于期望的停留時(shí)間1.00的停留時(shí)間tr，峰值百分位顯著地從期望值的約0.1的停留時(shí)間向期望值的約一半移動(dòng)。然而，分布曲線仍然是過寬的，這表明許多顆粒可具有不合乎需要的停留時(shí)間。

因此，本發(fā)明能夠提供新的多級(jí)處理系統(tǒng)，其具有許多級(jí)容器并且其仍然可以獲得系統(tǒng)所處理的顆粒狀固體的停留時(shí)間的令人期望的分布曲線。例如，在系統(tǒng)中僅僅小比例的顆粒可以具有不令人期望地短或不令人期望地長(zhǎng)停留時(shí)間。

存在有具有多至八級(jí)的水平多級(jí)流化床處理系統(tǒng)的已知實(shí)例，但是由于種種原因(包括有關(guān)經(jīng)濟(jì)可行性的問題)，顯然沒有建議明顯更大級(jí)數(shù)的使用。

例如，令人期望的是避免在相鄰級(jí)之間的順向或逆向混合，但是在從一級(jí)到下一順序級(jí)的每一個(gè)轉(zhuǎn)移點(diǎn)處，流化固體必須通過隔開各級(jí)的壁中的開口或通路，其可提供級(jí)間混合的機(jī)會(huì)。具有較大的級(jí)容器間長(zhǎng)度的輸送通道能夠可用于降低可能的級(jí)間的順向混合或逆向混合，而這些(混合)可能降低效率。然而，級(jí)間過分的輸送通道長(zhǎng)度路徑可能是不利的?？刂颇嫦蚧旌虾晚樝蚧旌系男枰ǔＲ馕吨鴮⒏骷?jí)與簡(jiǎn)單的擋板分離不是可行的。

此外，通常令人期望的是級(jí)間通道的流動(dòng)區(qū)域是小的以便有助于控制順向和逆向混合，但是小流量通道可能導(dǎo)致堵塞，這導(dǎo)致停留時(shí)間分布函數(shù)P(Tr)的變寬。

此外，對(duì)于多級(jí)串聯(lián)處理系統(tǒng)，級(jí)間的每一個(gè)通路必須通常保持是未堵塞的以便避免關(guān)閉或減慢所述過程。如果通路的確被堵塞，將令人期望的是具有適宜的接近通道或其它通路的辦法以便清除堵塞。

參考圖3，能夠看出使流化固體通過系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力是水平增量(由圖3中的ΔHn表明)的任何級(jí)n和隨后級(jí)n+1之間的流化固體。因?yàn)榱骰腆w表現(xiàn)出類似于液相的水力性能，在某些方面中，這種微分水平，顯示為段之間的Δhn，驅(qū)動(dòng)流化固體從級(jí)n通過連接的輸送通道流動(dòng)到級(jí)n+1。在多級(jí)系統(tǒng)中，重要的是通過每一個(gè)輸送通道或者其它級(jí)間連接器的壓降是低的，因?yàn)樵谝幌盗屑?jí)中，壓降是相加的。

例如，根據(jù)本發(fā)明的多級(jí)流化床處理系統(tǒng)的實(shí)施方案可能包括串聯(lián)排列的60級(jí)，其中59個(gè)輸送通道將各級(jí)連接在一起。令人想望地，每一級(jí)應(yīng)當(dāng)需要相同的壓降，Δhm，以便處理規(guī)定的工藝流動(dòng)速率。在這種情況下，如果例如Δhm是0.25英寸的流化產(chǎn)品，那么第一級(jí)流化床水平，N＝1，和最后一級(jí)流化床水平N＝60之間的壓差是59×0.25英寸或14.75英寸。

有時(shí)候，從加工立場(chǎng)來看，這種量值的流化床水平的差可能是不可接受的。因此，在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，多級(jí)系統(tǒng)沿產(chǎn)品通過系統(tǒng)流動(dòng)的方向向下傾斜以便提供產(chǎn)生維持流動(dòng)所要求的壓差的重力降低的梯度。然而有時(shí)候，從工程設(shè)計(jì)或者加工立場(chǎng)來看，使系統(tǒng)傾斜還可能是不合乎需要的。

因此本發(fā)明還提供了一種多級(jí)流化床處理系統(tǒng)的實(shí)施方案，其使用級(jí)間的一個(gè)或多個(gè)輸送通道，其能夠以通過輸送通道的較低壓降有效地且可靠地進(jìn)行操作。本發(fā)明的一些實(shí)施方案可能以十六分之一英寸(即0.0625英寸)或更低的ΔHm來操作。

用于控制級(jí)間混合的有效的級(jí)間分離(stage separation)的要求通常與低壓降通道設(shè)計(jì)矛盾。因此，本發(fā)明提供了，在一些實(shí)施方案中，低壓降輸送通道，其仍然可能有效地限制級(jí)間的混合。

在提供多級(jí)流化床連續(xù)處理系統(tǒng)中待被克服的進(jìn)一步的困難是在許多多級(jí)處理應(yīng)用中，令人期望的是控制若干流化床固體的溫度。全部的床可能被期望具有相同的溫度或者可能需要級(jí)間的特定的溫度曲線來滿足在系統(tǒng)中進(jìn)行的特定工藝的要求。這樣的溫度要求已經(jīng)通常通過圍繞構(gòu)成各工藝級(jí)的容器壁提供加熱或冷卻來滿足。然而，已知的加熱或冷卻方法，如圍繞容器的管束或加熱套，可能對(duì)于具有較大級(jí)數(shù)的多級(jí)系統(tǒng)來說變得過于復(fù)雜、笨重和昂貴。

因此，為解決或克服這些問題中的一個(gè)或多個(gè)，本發(fā)明提供了一種在工業(yè)應(yīng)用中用于氣固接觸的連續(xù)多級(jí)流化床處理系統(tǒng)和方法，如附圖的圖5-12中所舉例說明的系統(tǒng)實(shí)施方案。該系統(tǒng)可能包括大級(jí)數(shù)，如6或更多以至數(shù)百(級(jí))，并且可能以顆粒-顆粒為基礎(chǔ)提供停留時(shí)間的優(yōu)良的均勻性。

示于圖5中的具體的系統(tǒng)實(shí)施方案是六十級(jí)連續(xù)處理系統(tǒng)，其中六十級(jí)是從進(jìn)料輸入點(diǎn)至排出點(diǎn)串聯(lián)排列的，如圖7中所示的。

參考圖5-10，所舉例說明的多級(jí)系統(tǒng)的實(shí)施方案具有底板10，其包括許多級(jí)容器12中的每一個(gè)的容納壁的下段11以及許多輸送通道18中的每一個(gè)的頂壁42和側(cè)壁40。輸送通道18在相鄰級(jí)12之間的延伸并且形成連接順序的級(jí)容器12的通路以便將固體從一個(gè)級(jí)容器12輸送到另一個(gè)。輸送通道18數(shù)目充足以便以期望的格局(pattern)將級(jí)容器12連接在一起。對(duì)于單一系列的級(jí)容器12，輸送通道18的數(shù)目可以例如是比級(jí)容器12的數(shù)目小1。

底板10可能包括通常的平板，從此級(jí)容器12和輸送通道18向上凸出。底板10可以由厚金屬板或金屬鑄件或耐火材料制成整合的整體件或者可以具有另一種適當(dāng)?shù)貙?shí)質(zhì)(substantial)結(jié)構(gòu)，并且可能，如果期望的話，包括系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)骨架，其為其它的系統(tǒng)元件提供了支撐。底板10的一種實(shí)施方案可以制造成復(fù)合體(complex)，其包括級(jí)容器12的下段11和輸送通道18，使用合適的切割設(shè)備，例如，水射流切割設(shè)備以便由合適的材料的單塊板或片(slab)切割合適的開口、通道或其它形狀。

在一些實(shí)施方案中，底板10的厚度可以為約25mm-約250mm(大約1-10英寸厚)。如果期望的話，底板10可以比這些尺寸更厚或者可以成形于各段(sections)或者組件或多部件中，其被固定在一起而形成結(jié)構(gòu)單元并且任選地可以相互分開，如果期望的話。底板10的一些組件可以永久地固定在一起，通過焊接、鉚接或者其它合適的方式，如果期望的話。底板10可以具有這些特征中相容那些的任何組合。

例如如圖5中所示，底板10可以法蘭-安裝在充氣室20之上，所述充氣室20向級(jí)容器12提供了加壓的流化氣體。夾在充氣室20和底板10之間的是流化氣體分布器板22，其將流化氣體分布到級(jí)容器12和輸送通道18。

氣體分布器板22在級(jí)容器12和輸送通道18之下延伸并且支撐許多氣體入口，其在所示的系統(tǒng)實(shí)施方案中可以是氣體噴射噴嘴24，或鼓風(fēng)口。通過氣體噴嘴24將流化氣體提供給級(jí)容器12和輸送通道18，所述氣體噴嘴24通過氣體分布器板22與加壓的容納氣體的充氣室20相通。氣體分布器板22可以被構(gòu)造為服務(wù)于全部級(jí)容器12的共用的整合的整體構(gòu)件，并且任選地可以是單塊的，如果期望的話?；蛘?，氣體分布器板可以由許多單獨(dú)的或者可分的組件構(gòu)成，后者任選地可以被裝配到整合的整體構(gòu)件中以便使用。氣體分布器板22可以由鋼、鋁合金或其它合適材料的連續(xù)薄板構(gòu)成，或者可以由兩個(gè)或更多個(gè)連接在一起的薄板構(gòu)成。

在本發(fā)明的一種有用的實(shí)施方案中，氣體分布器板22是可拆卸地可連接到底板10的。例如，充氣罩31可以帶有外圍法蘭25，其通過氣體分布器板22用螺栓固定(bolt)而將充氣罩和氣體分布器板22連接到底板10，將氣體分布器板22夾在充氣罩31和底板10之間。通過將用螺栓固定的法蘭打開并且使氣體分布器板22和充氣室20降低，氣體分布器板22然后可以與底板10分離，從而提供了良好的至輸送通道18的通路。

或者，其它合適的方式，例如鉸鏈或樞軸，可以被提供，以便氣體分布器板22能夠容易地被打開，或者取出，以便提供至系統(tǒng)內(nèi)部的通路來進(jìn)行清潔和維護(hù)等等。在進(jìn)一步備選的結(jié)構(gòu)中，氣體分布器板22和充氣室20，作為單元或者單獨(dú)地，相對(duì)于底板10來說是可滑動(dòng)的，在水平方向中，例如在連接到底板10的軌道上。氣體分布器板22和充氣室20在一個(gè)方向中可能是可滑動(dòng)的以便提供至某些輸送通道18和級(jí)容器12的通路并且在相反方向上是可滑動(dòng)的以便提供至其它輸送通道18和級(jí)容器12的通路。

取出或打開氣體分布器板22和充氣室20的能力提供至輸送通道18和級(jí)容器12的內(nèi)部的方便的通路以便清除堵塞，用于日常清潔和維護(hù)以及其它目的。

令人想望地，氣體噴嘴24以這樣的格局排列，所述格局匹配許多級(jí)容器的下段11和輸送通道18的內(nèi)部的格局，并且其用于將流化氣體進(jìn)料到級(jí)容器12和輸送通道18中。

氣體噴嘴24的格局和與氣體噴嘴24有關(guān)的任何其它變量特性可以被選擇以便將流化固體維持在流化狀態(tài)中，令人想望地具有流化的優(yōu)良的均勻性，當(dāng)流化固體從一個(gè)容器級(jí)12到另一容器級(jí)12并且通過輸送通道18通過所述多級(jí)系統(tǒng)時(shí)。還令人想望地，氣體分布器板22中的氣體噴嘴24的格局是這樣的，使得在級(jí)容器12和輸送通道18的區(qū)域之外其全部不存在。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，在單個(gè)級(jí)容器12之間的區(qū)域中或者在其周圍的壁的附近(待描述的)不存在氣體噴嘴24。

現(xiàn)在參考圖9和11，這里所示的每一個(gè)氣體噴嘴24包括具有頸部26和耐用的、任選實(shí)心(solid)的頭部28的鼓風(fēng)口。頸部26被垂直進(jìn)料器通道27穿過并且頭部28被一個(gè)或多個(gè)與進(jìn)料器通道27相通的向下傾斜的徑向分布器通道30穿過。氣體通道30與中空的頸部26連接并且在氣體噴嘴頭部28的下側(cè)上向外開放。任選地，氣體通道30在數(shù)目上可以是2-6個(gè)并且可以圍繞氣體噴嘴頭部28均勻分布。每一個(gè)氣體噴嘴24通過分布器板22延伸并且通向充氣室20而從充氣室20接收流化氣體。氣體噴嘴24將所接收的氣體排出到其所位于的相應(yīng)的級(jí)容器12或輸送通道18的底面(floor)，任選地以多個(gè)方向，這根據(jù)氣體通道30的數(shù)目和配置。氣體噴嘴24的頭部28令人想望地是堅(jiān)固并且耐用的結(jié)構(gòu)以至耐受運(yùn)動(dòng)的流化固體顆粒的恒久的磨擦而沒有不可接受的損傷或損耗。

可以使用其它流化氣體入口來代替氣體噴嘴24，如果期望的話，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所已知的或變得知曉的。例如，流化氣體入口可以包括氣體分布器板22中的簡(jiǎn)單的開口或穿孔。令人想望地，可以提供一些措施以便阻擋或阻隔開口或穿孔，以便防止固體通過其落下(如果沒有氣流的話)，例如，螺栓(bolt)可以寬松地安裝到每一個(gè)孔或穿孔中。

在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，氣體噴嘴24彼此相對(duì)緊密地在正交網(wǎng)格上間隔，例如，相鄰氣體噴嘴的頭部28之間的間隔不大于大約頭部28的寬度。氣體噴嘴24的一種可能的排列示于圖12中。在圖12中，能夠看出每一個(gè)級(jí)容器12具有3x7氣體噴嘴24的矩形網(wǎng)格，另外的較小的氣體噴嘴24在級(jí)容器截面的曲線部分中在網(wǎng)格的每一端提供并且其它小的氣體噴嘴24在每一個(gè)輸送通道18中提供。每一個(gè)輸送通道12，或一些輸送通道12，可以具有兩個(gè)或更多個(gè)氣體噴嘴24或其它流化氣體入口，如果期望的話，其被氣體分布器板22的部分支撐，所述氣體分布器板22提供了相應(yīng)的輸送通道18的底面。

如所述，氣體分布器板22可以為級(jí)容器12并且還為輸送通道18提供底壁或底面，其中氣體噴嘴24向上凸出進(jìn)入相應(yīng)的級(jí)容器12和輸送通道18中。在所舉例說明的根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的實(shí)施方案中能夠理解的是氣體分布器板22在任何單個(gè)級(jí)容器12以外，跨越容器壁，在相鄰級(jí)容器12之間的空間之下，在任何與單個(gè)級(jí)容器連接的輸送通道之下并且在一個(gè)或多個(gè)相鄰級(jí)容器之下延伸。然而，如果期望的話，可以使用氣體分布器板22的其它結(jié)構(gòu)。

充氣室20包括加壓氣體室，其被充氣罩31包圍并且供給以來自氣體供給管32的氣體。充氣室20在基本上分布器板22的全部區(qū)域之下延伸以便自由到達(dá)每一個(gè)氣體噴嘴24的進(jìn)料器通道27。如果期望的話，準(zhǔn)備區(qū)(priming zone)34可以通過隔離壁36分隔開充氣室20，以便在用固體填充下游的級(jí)容器12之前，維持啟動(dòng)期間在系統(tǒng)的第一容器級(jí)中的氣體壓力。任選地，準(zhǔn)備區(qū)34可以具有其自己的氣體供給管38。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案(未示)中，充氣室20被分段，每一段服務(wù)多個(gè)氣體噴嘴24，供給一個(gè)或多個(gè)級(jí)容器12或輸送通道18。

在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，充氣室20具有足夠的容積以便緩沖氣體供需中的波動(dòng)并且為氣體噴嘴24提供恒壓氣源。

如圖10中所最佳看出的，底板10被切掉而形成每一個(gè)級(jí)容器12的下段11和每一個(gè)輸送通道18的側(cè)部40和頂部42。如所示，每一個(gè)級(jí)容器下段11限定于垂直橢圓形的開口，其從一側(cè)到另一側(cè)通過底板10延伸。輸送通道側(cè)部40和頂部42限定于下段11中的矩形截面的通道，其開口向下。級(jí)容器12和輸送通道18的各種形狀是可能的，如對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將是顯而易見的。如所述或者暗示的，級(jí)容器下段11和輸送通道18被氣體分布器板22封閉。由氣體分布器板22支撐的氣體噴嘴24容納在底板10的相應(yīng)的被切掉的部分中。

輸送通道18令人想望地，即使有的話，略微長(zhǎng)于為逆向混合和順向混合的有效控制所需的，并且還令人想望地是足夠的長(zhǎng)以便完全地容納至少一個(gè)氣體噴嘴24。輸送通道18可以具有任何合適的高度。令人想望地，每一個(gè)輸送通道18具有用于待處理的顆粒狀固體的足夠的高度以便溢出位于相應(yīng)的輸送通道18中的一個(gè)或多個(gè)氣體噴嘴24。對(duì)于一個(gè)或多個(gè)輸送通道18或者全部輸送通道18的高度和/或其它尺寸來說，還可能有用的是這樣的，使得容許通過位于相應(yīng)的輸送通道18中的氣體噴嘴或入口24的流化氣體沖擊輸送通道的頂部42并且橫向地偏斜來促進(jìn)通過輸送通道18的固體的流動(dòng)。在所給出的多級(jí)系統(tǒng)的實(shí)施方案中，全部輸送通道18可以具有相似的尺寸，如果期望的話。

或者，在所給定的多級(jí)系統(tǒng)實(shí)施方案中，可以改變輸送通道12的尺寸。在一種這樣的多級(jí)系統(tǒng)的實(shí)施方案中，其可用于這樣的方法，其中流化固體變得明顯更密集，因?yàn)樗鼈兦斑M(jìn)通過系統(tǒng)，例如由于揮發(fā)物的損失或濃集或兩者，以較小的橫截面積制造一些下游的輸送通道12以便維持通過多級(jí)系統(tǒng)的流化固體的恒定的流速?？刹鹦兜耐ǖ啦迦胛锏瓤梢栽谒x擇的輸送通道12中插入，從而降低用于一些方法的通道的橫截面，并且對(duì)于其它方法來說，可以被取出，如果期望的話。

每一個(gè)級(jí)容器12進(jìn)一步包括管狀上段44，其與底板10的相應(yīng)的下段11搭配并且，如果期望的話，能夠在其根部(base)焊接，或者以其它方式附著到底板10的相應(yīng)的下段11，而完成級(jí)容器12的多級(jí)陣列。上段44和下段11一起限定了所示的每一個(gè)級(jí)容器的尺寸和形狀。如所示，級(jí)容器12全部具有相同的尺寸和形狀。然而，級(jí)容器12可以具有不同的尺寸，或者不同的形狀，或者不同的尺寸和不同的形狀，如果期望的話。參考圖10，每一個(gè)級(jí)容器12具有貫穿其高度的均一的橫截面，其采取延長(zhǎng)的橢圓形的形式，具有平滑地變圓的端部。在流化固體流動(dòng)方向中這種具有內(nèi)部平滑外形的端部的延長(zhǎng)形狀據(jù)信有助于多級(jí)系統(tǒng)的有效操作。

通常，期望暴露于運(yùn)動(dòng)顆粒狀固體的多級(jí)系統(tǒng)的內(nèi)表面具有平滑外形，其將不妨礙顆粒狀固體的流動(dòng)。此外，通常令人期望的是使用耐用的材料，其將不會(huì)由于運(yùn)動(dòng)顆粒狀固體而過度腐蝕或磨損，并且其可以經(jīng)受提高的處理溫度，如果適當(dāng)?shù)脑挕?duì)于本發(fā)明的一些實(shí)施方案可以使用不銹鋼，并且鋁或者其它合金還可以是有用的。

如圖7所示，在附圖中舉例說明的多級(jí)系統(tǒng)的示范性實(shí)施方案包括一系列的三排平行的水平排的級(jí)容器12，每一排容納20個(gè)級(jí)容器。六十個(gè)級(jí)容器12通過輸送通道18連接在一起而為流化固體提供了彎曲的路徑，從而從固體進(jìn)料口46串聯(lián)通過每一個(gè)級(jí)容器12流到固體排出口48。在圖7中，為方便參考，級(jí)容器12順序地從1至60編號(hào)，根據(jù)其中連接它們的流動(dòng)順序。

同樣如圖7中所示，輸送通道18能夠以與級(jí)容器12端部對(duì)齊或者橫向地連接。在除圖7所示以外的構(gòu)造中，輸送通道18能夠以與一個(gè)級(jí)容器12端部對(duì)齊地并且相對(duì)于下一個(gè)級(jí)容器12橫向地連接。根據(jù)本實(shí)施例和本公開內(nèi)容，級(jí)容器的其它結(jié)構(gòu)和數(shù)目對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將是或者變得顯而易見。例如，由于通過輸送通道18的級(jí)容器12的不同互連，流動(dòng)路徑可以具有Y型構(gòu)造，其中兩個(gè)較小的流動(dòng)路徑并入單個(gè)較大的流動(dòng)路徑。

圍繞該系列級(jí)容器12延伸的是外容納壁50，其包圍并且罩住級(jí)容器12的上段44。為便于連接到多級(jí)系統(tǒng)，容納壁50可以帶有分別圍繞其頂和底周邊的法蘭52和54，或者可以具有其他適合的連接裝置。底法蘭54可以通過螺栓等連接到底板10。

容納壁50的高度有益地可以被選擇為等于級(jí)容器12的上段44的高度，以便位于容納壁50頂部的密封板56可以針對(duì)于級(jí)容器12以及容納壁50，使用一個(gè)或多個(gè)墊圈，如果期望的話，進(jìn)行密封。密封板56，與容納壁50、級(jí)容器12的上段44和底板10一起，限定了溫度控制流體封裝體58，其是為全部或者期望數(shù)目的級(jí)容器12所共用的?？梢允褂脺囟瓤刂屏黧w封裝體58以便使加熱或冷卻氣體或者液體圍繞級(jí)容器12循環(huán)，從而控制級(jí)容器12的溫度。溫度控制流體，例如空氣，可以被容許進(jìn)入溫度控制流體封裝體58并且從溫度控制流體封裝體58排出，通過入口和出口(未示)來實(shí)現(xiàn)，對(duì)于加熱氣體入口-出口來說，所述出口被置于“低-高”，和/或?qū)τ诶鋮s氣體入口-出口來說，被置于“高-低”。溫度控制流體封裝體58可以被分為多個(gè)子區(qū)域，其可以被控制而具有子區(qū)域彼此之間的不同溫度，如果期望的話。

所示的多級(jí)連續(xù)處理流化床系統(tǒng)包括在加熱室密封板56頂部通過外圍法蘭64而安裝的稀相室(freeboard chamber)60，所述外圍法蘭64可以用螺栓固定或者以其它方式固定到容納容器50的頂法蘭52?？梢允褂脤⑾∠嗍?0固定到所述系統(tǒng)的其它方式，如果期望的話。稀相室60提供了頂部罩子，其可以收集每一個(gè)級(jí)容器12所形成的尾氣并且將其通過一個(gè)或多個(gè)氣體排出口62來排出。

本發(fā)明的一種實(shí)施方案包括連續(xù)多級(jí)流化床處理系統(tǒng)，其具有為獲得所處理的顆粒的期望均勻度的停留時(shí)間所需要的許多級(jí)。

在操作所舉例說明的用于處理流化固體的多級(jí)系統(tǒng)的方法中，在將固體進(jìn)料到系統(tǒng)中之前，將增壓空氣提供給充氣室20和準(zhǔn)備區(qū)34以便建立通過氣體噴嘴24的流化空氣流。此外，如果特別的處理溫度或溫度曲線將要被維持的話，容許加熱或冷卻氣體進(jìn)入溫度控制氣體封裝體58，并且提供時(shí)間來進(jìn)行系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)，如果必要的話。顆粒狀固體原料，例如氧化鋁粗砂粉末，然后通過固體進(jìn)料口46被進(jìn)料到系統(tǒng)中并且進(jìn)入第一個(gè)級(jí)容器12，以預(yù)定的恒定體積速率，這與系統(tǒng)和原料的特性相關(guān)。

顆粒狀固體滴向第一個(gè)級(jí)容器12的底面，其中它遇到來自氣體分布器板22(構(gòu)成級(jí)容器的底面)的該部分中的氣體噴嘴24的向上的空氣流。這種向上的空氣流使得下降的顆粒狀固體流化。當(dāng)更多的顆粒狀固體流入第一個(gè)級(jí)容器12時(shí)，通過流化固體的向上構(gòu)建的床所施加的向下壓力使得固體運(yùn)動(dòng)進(jìn)入第一輸送通道12。在第一輸送通道18中，流體固體遇到來自輸送通道18中的一個(gè)或多個(gè)氣體噴嘴24的空氣流，其維持流化并且防止通道堵塞。在第一個(gè)級(jí)容器12中流化固體床的流體靜力狀壓力使得流化固體運(yùn)動(dòng)進(jìn)入第一輸送通道18，將來自輸送通道18中的一個(gè)或多個(gè)氣體噴嘴24的空氣流導(dǎo)向下一個(gè)級(jí)容器12，由此促進(jìn)流化顆粒狀固體通過輸送通道18運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)級(jí)容器12中。輸送通道18中的一個(gè)或多個(gè)氣體噴嘴24還維持了顆粒狀固體在其通過輸送通道18運(yùn)輸期間的流化。

進(jìn)入第二級(jí)容器12的顆粒狀固體迅速地遇到自第二級(jí)容器12中的氣體噴嘴24涌出的流化空氣的向上流動(dòng)，這將維持涌入第二級(jí)容器12的顆粒狀固體的流化。通過第一輸送通道18的顆粒狀固體的連續(xù)流動(dòng)在第二級(jí)容器12中形成了流化固體床，其提供了流體靜力狀壓頭而將進(jìn)入并且通過第二輸送通道18的顆粒狀固體的流動(dòng)移動(dòng)到第三級(jí)容器12中。該過程在多級(jí)系統(tǒng)中通過全部的級(jí)容器12重復(fù)直到到達(dá)最后的級(jí)容器12，并且顆粒狀固體的流動(dòng)到達(dá)最后的級(jí)容器12并且從固體排出口48中涌出。

在啟動(dòng)后，可以到達(dá)如圖6中所示的穩(wěn)態(tài)，其中每一個(gè)級(jí)容器12中的流化固體床66的高度顯示出沿顆粒狀固體流動(dòng)所穿過的級(jí)容器12的順序的遞減變化。一個(gè)級(jí)容器12和下一個(gè)之間在高度上的微分表現(xiàn)為使顆粒狀固體流通過相連的輸送通道18運(yùn)動(dòng)所需要的壓力。

自然而然地，在每一個(gè)輸送通道18中一個(gè)或多個(gè)氣體噴嘴24的流化作用是有效的以便防止在通道中的堵塞，其可能破壞通過系統(tǒng)的顆粒狀固體的有序流動(dòng)。如果在通道堵塞仍然出現(xiàn)的情況下，能夠停止所述過程，并且通過(螺栓)松開(unbolt)法蘭25并且降低充氣罩31和氣體分布器板22使得遠(yuǎn)離底板10，能夠清除堵塞，這提供至輸送通道18的優(yōu)良的通路而清除了一種或多種堵塞。如果將需要常規(guī)或應(yīng)急維修或者其它目的時(shí)，同時(shí)提供了至級(jí)容器12的內(nèi)部的通路。

有效的通道設(shè)計(jì)可以有益于使制造具有許多級(jí)容器的系統(tǒng)是可行的。例如，使用六十級(jí)系統(tǒng)，存在著必須可靠工作的59個(gè)通道。任何單個(gè)通道的故障可能使得處理作業(yè)線停車，這對(duì)于高容量(volume)處理設(shè)備來說可能是高成本的。

以下非限制性的實(shí)施例描述了顆粒狀固體處理方法的一種實(shí)施方案，其可以在多級(jí)系統(tǒng)上利用，如附圖的圖5-12中舉例說明的。

實(shí)施例：干燥氧化鋁

對(duì)于用于減少揮發(fā)物(例如水)的干燥氧化鋁的方法的處理規(guī)范要求白色氧化鋁產(chǎn)品的顆粒(平均粒度為120微米)被加熱到250℃的溫度并且在該溫度保持1小時(shí)。更具體地說，質(zhì)量控制規(guī)范要求氧化鋁被加熱到250℃達(dá)至少40分鐘，并且不大于80分鐘。

這一過程在60級(jí)系統(tǒng)上進(jìn)行，其中每一個(gè)級(jí)容器12的截面尺寸為約102mm×約305mm(約4英寸×12英寸)并且高度為約1143mm(約45英寸)。將級(jí)容器連接在一起的59個(gè)輸送通道18每一個(gè)具有矩形的橫截面形狀：約38mm(約1.5英寸)寬和約44mm(約1.75英寸)高并且長(zhǎng)度為約25mm(約1.0英寸)。每一個(gè)輸送通道18容納兩個(gè)流化氣體噴嘴24以在通道中提供優(yōu)良的流化并且以設(shè)計(jì)產(chǎn)品流動(dòng)速率產(chǎn)生低壓降。

在將產(chǎn)品進(jìn)料到多級(jí)系統(tǒng)中之前，已加熱的空氣被容許進(jìn)入溫度控制氣體封裝體58并且容許系統(tǒng)貫穿級(jí)容器12建立250℃的溫度。然后將白色顆粒狀氧化鋁產(chǎn)品進(jìn)料到60級(jí)系統(tǒng)的第一級(jí)中，體積流動(dòng)速率被控制到3780lbs/hr。

在穩(wěn)態(tài)下，系統(tǒng)的流化床水平是這樣的，在編號(hào)為一(1)的級(jí)容器中在進(jìn)料點(diǎn)處為約744mm(約29.3英寸)，在編號(hào)為60的級(jí)容器中在排出點(diǎn)處的水平為約521mm(約20.5英寸)。從一個(gè)級(jí)容器12到下一個(gè)存在著流化床高度的漸進(jìn)下降，如圖7中所示的。在第一和最后一級(jí)容器之間的床高度差，即約224mm(約8.8英寸)，的流化固體，可以被理解為表明在跨越連接60個(gè)級(jí)容器12的59個(gè)輸送通道18上所存在的總壓降。將該壓降除以輸送通道的數(shù)目得到約3.8mm(約0.15英寸)的流化床當(dāng)量壓降/輸送通道的數(shù)字。這是可歸因于本發(fā)明特征的令人驚訝地低的數(shù)字，例如，將流化氣體注入輸送通道18，以及或許還有，級(jí)容器12的橫截面形狀。在沒有輸送通道氣體入口24的情況下，貫穿其長(zhǎng)度具有光滑底面的輸送通道18，代替輸送通道氣體入口24，壓降被預(yù)期為是基本上更高的。

所述尺寸提供了在流化床水平的頂部和級(jí)容器12的頂部之間的稀相(freeboard)高度，其從在編號(hào)為1的級(jí)容器中的約406mm(約16英寸)增加到在編號(hào)為60的級(jí)容器中的約622mm(24.5英寸)。

每一級(jí)中的平均流化床體積為約1,980立方厘米(約0.70立方英尺)。

流過所述單元的全部氧化鋁顆粒群的平均停留時(shí)間是1小時(shí)。在所述的多級(jí)系統(tǒng)中在約3.35米(約11.0英尺)/分鐘的空氣流化速率下流化氧化鋁的體積密度(bulk density)為約1442千克/立方米(約90lbs/立方英尺)。

為測(cè)定所處理的氧化鋁顆粒的停留時(shí)間分布，借助于在3780lbs/小時(shí)的恒定的進(jìn)料速度下并且在穩(wěn)態(tài)條件下操作的單元，將一批35lbs的與白色顆粒相同尺寸形狀和重量的棕色氧化鋁顆?？焖俚剡M(jìn)料到編號(hào)為1的級(jí)容器中，同時(shí)白色氧化鋁的進(jìn)料延續(xù)并且對(duì)于混合物來說，維持3780lbs/小時(shí)的恒定的進(jìn)料速度。在排出物流中的棕色顆粒輸出的級(jí)分，其可以通過色譜法來測(cè)定，給出了在所用的處理?xiàng)l件下進(jìn)料到所述單元的顆粒群的停留時(shí)間分布。

通過這種方法可獲得的一些結(jié)果示于圖13中，如在圖4中的，實(shí)際的停留時(shí)間在橫坐標(biāo)上繪制成平均停留時(shí)間的比例，而縱座標(biāo)被歸一化為曲線下的面積以便為單位一(unity)，使得全部群的停留時(shí)間是1.0。因此，圖13中所示的圖的橫坐標(biāo)是顆粒群所經(jīng)歷的1小時(shí)平均停留時(shí)間的級(jí)分。該圖的縱座標(biāo)是比例因子，其給出了等于單位一(unity)，即全部群的曲線下的面積。停留時(shí)間的兩個(gè)值之間的曲線下的面積是停留時(shí)間在該兩個(gè)值之間的全部群的級(jí)分。

圖13中所示的兩幅圖分別代表了對(duì)于60級(jí)系統(tǒng)和85級(jí)系統(tǒng)的理想化的數(shù)學(xué)模型所獲得的輸出。令人驚訝地，在上述測(cè)試中的布朗顆粒輸出的級(jí)分分析，可以產(chǎn)生數(shù)據(jù)點(diǎn)，其全部位于這兩幅圖之間，表明實(shí)際的60級(jí)單元的效率略高于由理論研究所期望的。雖然本發(fā)明不局限于任何特定的理論，這種有用的發(fā)現(xiàn)可能是可歸因于單個(gè)級(jí)容器12的特別的橢圓形幾何形狀和使用氣體噴嘴24將流化氣體注入輸送通道18。

如果期望的話，通過使用具有較大級(jí)數(shù)的多級(jí)系統(tǒng)，可以提高停留時(shí)間均勻性，如可以由圖14中所理解的。

在圖14中，如在圖4和13中的，實(shí)際的停留時(shí)間在橫坐標(biāo)上繪制成平均停留時(shí)間的比例，而縱座標(biāo)被歸一化為曲線下的面積以便為單位一(unity)，使得全部群的停留時(shí)間是1.0。圖14顯示對(duì)于其中級(jí)容器數(shù)目N等于10、20、60和120級(jí)的情況的模擬-確定的停留時(shí)間圖。從該圖中可以看出，在120級(jí)情況中，大于80％的全部顆粒群(81.6％)處于正負(fù)20％的平均停留時(shí)間之間。對(duì)于其它級(jí)數(shù)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以形成類似的圖，使得能夠?yàn)樘囟ǖ墓I(yè)、商業(yè)或研究應(yīng)用選擇具有合適級(jí)數(shù)的本發(fā)明的多級(jí)系統(tǒng)實(shí)施方案。

例如，多級(jí)系統(tǒng)可以具有至少約15個(gè)級(jí)容器；約40個(gè)級(jí)容器-約500個(gè)級(jí)容器；約100個(gè)級(jí)容器-約200個(gè)級(jí)容器；約50個(gè)級(jí)容器-約70個(gè)級(jí)容器；或者約80個(gè)級(jí)容器-約200個(gè)級(jí)容器，并且本發(fā)明的方法可以在具有這樣數(shù)目的容器的系統(tǒng)中進(jìn)行。

如可以由本公開內(nèi)容理解的，本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方案可以具有或可以提供以下段落中描述的特征或益處中的一個(gè)或多個(gè)。

由耐用的、整合的底板，如底板10，制造級(jí)容器12的下段和輸送通道18，可能是經(jīng)濟(jì)的并且可能便于彼此相對(duì)地精確定位多級(jí)系統(tǒng)的單個(gè)級(jí)以及相對(duì)于級(jí)容器12精確定位輸送通道。將底板10制造成整合的或單塊單元有助于保證在處理系統(tǒng)的使用期限期間維持級(jí)容器12和輸送通道18的適當(dāng)?shù)目臻g關(guān)系。這些措施可能全部有助于根據(jù)本發(fā)明的高容量及其他實(shí)施方案的多級(jí)系統(tǒng)的有效性。

使用氣體分布器板22，以及合適格局的流化噴射噴嘴24，稱為“鼓風(fēng)口”，服務(wù)于級(jí)容器以及輸送通道，可以獲得優(yōu)良的固體流化特性，這便于通過系統(tǒng)的顆粒狀固體的一致的通道。

因?yàn)樵谕ǖ琅懦鎏幍臍怏w壓力可能低于在通道入口處的氣體壓力，輸送通道18中的流化氣體可能撞擊輸送通道的頂部并且在產(chǎn)品通過通道的流動(dòng)的方向中轉(zhuǎn)向，這促進(jìn)了輸送通道的可靠操作并且降低了由于固體顆粒造成的通道的可能的堵塞或其它堵塞。令人驚訝地，在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)氣體噴嘴24可以凸出進(jìn)入通過通道的固體流動(dòng)路徑，而沒有引起通道阻塞或堵塞，因?yàn)檫@可以通過來自輸送通道18中的一個(gè)或多個(gè)氣體噴嘴24的流化氣體的流動(dòng)來防范。

通過(螺栓)松開氣體分布器板22與底板法蘭25，將氣體分布器板22與系統(tǒng)分開，或者將其打開，的能力提供了至全部輸送通道18的方便的通路以便進(jìn)行清潔和維護(hù)。此外，底板10能夠使用這樣的幾何結(jié)構(gòu)，其充分地將級(jí)容器12彼此分開，以至允許圍繞級(jí)容器的加熱或冷卻介質(zhì)的循環(huán)，這提供給級(jí)容器12優(yōu)良的傳熱條件并且便于控制級(jí)容器中的處理溫度，使得能夠從第一至最后一級(jí)容器12來維持期望的溫度曲線。

本發(fā)明的一些實(shí)施方案提供了技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上可行的用于處理顆粒狀固體的多級(jí)方法，其可以使用許多級(jí)，例如，20、60、120或數(shù)百級(jí)，用于使用顆粒狀固體和氣相之間的相互作用的工藝。本發(fā)明的這種實(shí)施方案，有時(shí)候，可以提供在多級(jí)反應(yīng)器中的顆粒群的停留時(shí)間的優(yōu)良的均勻性和高品質(zhì)輸出。

本發(fā)明可以提供其它益處。例如，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的有用的實(shí)施方案可以可靠地將流化固體從一個(gè)級(jí)容器輸送到下一級(jí)，其中在輸送期間壓降低。本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施方案可以提供至將級(jí)容器連接在一起的許多輸送通道的方便的通路而進(jìn)入連續(xù)處理系統(tǒng)，以便允許迅速的清潔或維護(hù)或這兩者，如果一個(gè)或多個(gè)輸送通道未能有效操作的話。

另外，本發(fā)明提供了一種實(shí)施方案，其中級(jí)容器可以安裝在系統(tǒng)封裝體中以便允許通過在共用的區(qū)域或區(qū)中的氣體循環(huán)來方便且受控的加熱或冷卻級(jí)容器。更進(jìn)一步，本發(fā)明的實(shí)施方案提供了用于在多級(jí)流化固體連續(xù)處理系統(tǒng)中獲得至許多級(jí)中的每一個(gè)的方便的通路的方法和機(jī)制，以便清潔、洗滌、排泄和維護(hù)級(jí)容器和輸送通道、分布器板和充氣室，如果使用的話。

根據(jù)本發(fā)明的多級(jí)系統(tǒng)的實(shí)施方案可以用于處理各種可以用氣體流化的顆粒狀形式的固體材料。例如，多級(jí)系統(tǒng)實(shí)施方案可用于連續(xù)干燥、或加熱、或者加熱和干燥處理需要具有優(yōu)良的停留時(shí)間均勻性的時(shí)間-溫度處理史的敏感材料。

一些通常已經(jīng)需要反復(fù)的分批處理以便滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品可以使用本發(fā)明的多級(jí)流化床系統(tǒng)實(shí)施方案連續(xù)地進(jìn)行處理。

本發(fā)明的一些有用的實(shí)施方案可以提供低熱量損失和優(yōu)良的能量效率，高產(chǎn)品處理量，和優(yōu)良的停留時(shí)間的均勻性。可以使用本文中所述的新的輸送通道設(shè)計(jì)以便降低或消除顆粒的分流和阻隔(holdback)，這可能對(duì)停留時(shí)間均勻性產(chǎn)生不利影響。

本發(fā)明包括多級(jí)系統(tǒng)流化床處理實(shí)施方案，其以價(jià)值高效的機(jī)械設(shè)計(jì)方式包括10-200個(gè)容器級(jí)，或者其它期望數(shù)目的級(jí)，所述設(shè)計(jì)通過使用可拆卸的氣體分布器板，或其它類似的措施，可以提供清潔系統(tǒng)的優(yōu)良的通路以便產(chǎn)品轉(zhuǎn)換或日常維修。

除包括水平布置排列的級(jí)容器12的多級(jí)系統(tǒng)流化床處理的所述實(shí)施方案外，應(yīng)當(dāng)理解的是級(jí)容器可以具有這樣的底部，其沿顆粒狀固體流動(dòng)的方向傾斜，或者一個(gè)容器能夠相對(duì)于另一個(gè)縱向移動(dòng)，以便促進(jìn)通過系統(tǒng)的重力流動(dòng)。

上述具體實(shí)施方式的說明應(yīng)當(dāng)根據(jù)并且結(jié)合前述背景技術(shù)和發(fā)明內(nèi)容的描述來閱讀理解，其中關(guān)于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式，或者關(guān)于本發(fā)明的變體、備選方案或有用的實(shí)施方案的部分或全部信息也可以被闡述或建議，如將是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的。如果在本說明書中在所記載的發(fā)明說明中所用的術(shù)語的含義與通過作為參考從其它文獻(xiàn)中引入的材料中的用法看起來沖突的情況下，意圖本文中使用的含義為準(zhǔn)。

貫穿說明書，過程(處理、方法等)被稱作具有、包括或包含特定的過程(處理、方法等)步驟，預(yù)期根據(jù)本發(fā)明的過程(處理、方法等)還可以基本上由所述的過程(處理、方法等)步驟組成或者由所述的過程(處理、方法等)步驟組成。應(yīng)當(dāng)理解的是，步驟的順序或者進(jìn)行某些行動(dòng)的順序是不重要的，只要本發(fā)明保持可操作性。此外，兩個(gè)或更多個(gè)步驟或行動(dòng)可以同時(shí)進(jìn)行。

雖然以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的示范性實(shí)施方案，當(dāng)然應(yīng)當(dāng)理解的是許多和多種變體對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，或者參看上述說明描述，當(dāng)技術(shù)發(fā)展時(shí)可以變得顯而易見。這樣的變體預(yù)期在本說明書中所公開的一種或多種發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。