化学品进料分配器及其使用方法与流程 专利技术说明

物理化学装置的制造及其应用技术化学品进料分配器及其使用方法1.相关申请的交叉引用2.本技术要求于2020年9月30日提交的并且名称为“chemical feed distributors and methods of using the same”的美国临时专利申请号63/085,266的优先权，该美国临时专利申请的全部内容以引用方式并入本文。背景技术：技术领域3.本说明书整体涉及化学处理，并且更具体涉及用于引入化学品进料流的系统和方法。4.技术背景5.气态化学品可以通过进料分配器进料到反应器或其他容器中。进料分配器可用于促进进料化学品流进入此类反应器或容器中的平衡分布。进料化学品的这种分布可以促进优选的反应并且可以保持化学系统中的质量传输平衡。技术实现要素：6.在许多化学方法中，化学品进料流通过化学品进料分配器进料到热环境诸如反应器或燃烧器中。这些热环境可提高化学品进料分配器的周向最大表面温度，并且可能增加形成含碳沉积物(下文称为结焦)的风险。这在流化床容器中尤其成问题，其中容器中的流化固体通过辐射和传导热传递极大地增强从热环境到进料分配器的热传递。继而，结焦可能产生堵塞和流动分布不均的风险。因此，需要改进的化学品进料分配器。已经发现，沿着顺着顺流方向的化学品进料分配器的长度具有总体上减小的横截面积的化学品进料分配器可以促进化学品进料分配器上减小的周向最大表面温度。本文描述了此类化学品进料分配器的实施方案。此类化学品进料分配器的一个或多个实施方案可以沿着其长度保持相对稳定的周向最大表面温度，并且因此降低结焦的风险和与结焦相关的副作用。本公开的实施方案通过利用沿着化学品进料分配器的长度保持一定的热传递效率的化学品进料分配器几何结构来满足该需要，使得可以保持线性速度并且可以减小化学品进料分配器内的滞留区。7.根据一个实施方案，化学品进料分配器可包括化学品进料入口、主体和第二化学品进料出口。该化学品进料入口可使化学品进料流进入该化学品进料分配器中。该主体可包括一个或多个壁和多个化学品进料出口。该一个或多个壁可限定细长化学品进料流流动路径。该多个化学品进料出口可沿着该细长化学品进料流流动路径的长度的至少一部分在这些壁上间隔开。该多个化学品进料出口可以是可操作的，以使该化学品进料流离开该化学品进料分配器并进入容器中。由这些壁限定的该细长化学品进料流流动路径可包括上游流体流动路径部分和下游流体流动路径部分。该上游流体流动路径部分可沿着该细长化学品进料流流动路径的距离的第一段。该上游流体流动路径部分可从该化学品进料入口开始。该上游流体流动路径可在沿着该细长化学品进料流流动路径的长度的中点处终止。该下游流体流动路径部分可沿着该细长化学品进料流流动路径的距离的第二段。该下游流体流动路径部分可在沿着该细长化学品进料流流动路径的长度的中点处开始。该下游流体流动路径部分可在该细长化学品进料流流动路径的终止点的部分处终止。这些壁可定位成使得该上游流体流动路径部分的平均横截面积可大于该下游流体流动路径部分的平均横截面积。8.根据另一个实施方案，用于分配化学品进料流的方法可包括使化学品进料流通过化学品进料入口进入化学品进料分配器中。该化学品进料分配器可包括主体。该主体可包括一个或多个壁和多个化学品进料出口。该一个或多个壁可限定细长化学品进料流流动路径。该多个化学品进料出口可沿着该细长化学品进料流流动路径的长度的至少一部分在这些壁上间隔开。由这些壁限定的该细长化学品进料流流动路径可包括上游流体流动路径部分和下游流体流动路径部分。该上游流体流动路径部分可沿着该细长化学品进料流流动路径的距离的第一段。该上游流体流动路径部分可从该化学品进料入口开始。该下游流体流动路径部分可沿着该化学品进料流流动路径的距离的第二段。这些壁被定位成使得该上游流体流动路径部分的平均横截面积可大于该下游流体流动路径部分的平均横截面积。该方法还可包括使该化学品进料流沿着该细长化学品进料流流动路径通过，并离开该化学品进料分配器，且通过该多个化学品进料出口进入容器中。9.另外的特征和优点将在以下具体实施方式中进行阐述，并且部分将从该实施方式中对本领域技术人员变得显而易知或通过实践本文所描述的实施方案(包括以下具体实施方式和权利要求书)而认识到。10.应当理解，前述整体描述和以下详细描述两者都描述了各种实施方案，并且旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特征的概述或框架。附图说明11.图1a是根据本公开的一个或多个实施方案的化学品进料分配器的横截面俯视图的示意图；12.图1b是根据本公开的一个或多个实施方案的化学品进料分配器的第一实施方案的透视图的示意图；13.图1c是根据本公开的一个或多个实施方案的多个化学品进料分配器的示意图；14.图1d是根据本公开的一个或多个实施方案的化学品进料分配器的第二实施方案的横截面俯视图的示意图；15.图1e是根据本公开的一个或多个实施方案的化学品进料分配器的第三实施方案的横截面俯视图的示意图；16.图1f是根据本公开的一个或多个实施方案的化学品进料分配器的化学品进料出口的横截面视图的示意图；17.图2是根据本公开的一个或多个实施方案的容器的示意性剖面图；18.图3a是根据本公开的一个或多个实施方案的具有变化的平均横截面积的化学品进料分配器的周向最大表面温度的模型的示意图；19.图3b是根据本公开的一个或多个实施方案的不具有变化的平均横截面积的化学品进料分配器的周向最大表面温度的模型的示意图；20.图4是根据本公开的一个或多个实施方案的根据沿着化学品进料分配器距化学品进料入口的距离的暴露于化学品进料的化学品进料分配器的壁的峰值温度的图示；并且21.图5是根据本公开的一个或多个实施方案的根据沿着化学品进料分配器距化学品进料入口的化学品进料出口距离的每个化学品进料出口的归一化流速的图示。22.现在将更详细地参考各种实施方案，其中一些实施方案在附图中示出。在可能的情况下，整个附图中将使用相同的附图标号来指代相同或类似的部件。具体实施方式23.根据本文所述的一个或多个实施方案，本公开涉及化学品进料分配器和使用这些化学品进料分配器的方法。通常，本文所述的化学品进料分配器可包括化学品进料入口、包括一个或多个壁和多个化学品进料出口的主体。化学品进料流可通过化学品进料入口进入化学品进料分配器中。通常，本文所述的化学品进料分配器包括沿着化学品进料分配器的长度减小的平均横截面积。当化学品进料流从化学品进料分配器通过多个化学品进料出口并进入容器中时，由于沿着化学品进料分配器的长度减小的平均横截面积，化学品进料流的线性气体速度可被保持或至少较少受到影响。24.如贯穿本公开所用，“横截面积”可指当三维物体(即，圆柱体)在一点处垂直于某个特定轴切片时获得的二维形状的面积。“平均横截面积”可指沿着三维形状的一定长度测量的多个横截面积的平均值。25.参照附图描述了化学品进料分配器的多个实施方案。然而，如目前所描述的，这些实施方案可共享共同的主题，诸如沿着化学品进料分配器的长度减小平均横截面积。例如，图1a、图1b、图1c、图1d和图1e各自描绘了类似地包括沿着化学品进料分配器的长度总体上减小的平均横截面积的实施方案。26.现在参考图1a、图1b、图1c、图1d和图1e，根据一个或多个实施方案，化学品进料分配器100可包括化学品进料入口101。化学品进料入口101可使化学品进料流102进入化学品进料分配器100中。因此，化学品进料流102可通过化学品进料入口101进入化学品进料分配器100中。如本文所述，化学品进料入口101可指容器110中允许化学品进料分配器100和化学品进料分配器100内的化学品进料流102进入容器110中的位置。27.化学品进料分配器100可包括主体105。主体105可包括一个或多个壁106。主体105还可包括多个化学品进料出口107。如本文所述，多个化学品进料出口107可以是主体105的一个或多个壁106中的开口，并且可为化学品进料流102提供从化学品进料分配器100到容器110的通道。在实施方案中，多个化学品进料出口107可沿着化学品进料分配器布置成单行。在其他实施方案中，如图1b所示，多个化学品进料出口107可沿着化学品进料分配器100布置成交替位置，诸如两排。预期化学品进料出口107可沿着化学品进料分配器100布置成任何构造。多个化学品进料出口107可在每个化学品进料出口107的起始处包括孔口107a，以产生压降并产生均匀分布。多个化学品进料出口107还可包括扩散器107b，以减慢通过多个化学品进料出口107的表观气体速度，从而不导致催化剂磨损或化学品进料分配器100损坏。扩散器107b可允许气体速度在50英尺每秒(ft/sec)至300ft/sec的范围内。28.一个或多个壁106可限定细长化学品进料流流动路径109。多个化学品进料出口107可沿着细长化学品进料流流动路径109的长度的至少一部分间隔开。多个化学品进料出口107中的各个出口是可操作的，以使化学品进料流102的部分103离开化学品进料分配器100并进入容器110中。进入化学品进料分配器100的化学品进料流102的总流速可等于化学品进料流102的部分103通过多个化学品进料出口107中的各个出口并进入容器110中的流速。29.在操作期间，可在与容器110内部的温度相比相对较冷的温度下进给化学品进料流102。根据一个或多个实施方案，化学品进料流102的温度与容器110内部的温度之间的差异可大于300℃，诸如大于350℃、大于400℃、大于450℃、大于500℃、大于550℃、大于600℃或大于650℃。在实施方案中，容器110内部的温度可高于500℃，并且化学品进料流102的温度可低于容器内部的温度。在操作期间，容器110内部的温度可开始加热化学品进料分配器100，并且因此可升高化学品进料分配器100的周向最大表面温度。周向最大表面温度可指整个化学品进料分配器100的最高表面温度。这也可提高化学品进料分配器100内的化学品进料流102的温度。如果化学品进料分配器100的周向最大表面温度或化学品进料分配器100内部的化学品进料流102的温度增加太多，则化学品进料流102可能开始在化学品进料分配器100上沉积焦炭。当焦炭沉积在化学品进料分配器100上时，堵塞可能在多个化学品进料出口107处开始，这可导致流动分布不均，这可能导致操作问题。如本公开中所用，“流动分布不均”可指多个化学品进料出口107之间的均匀流动分布的差异。30.根据本发明的一个或多个实施方案，细长化学品进料流流动路径109可由一个或多个壁106限定。细长化学品进料流流动路径109可包括上游流体流动路径部分111和下游流体流动路径部分112。上游流体流动路径部分111可沿着细长化学品进料流流动路径109的距离的第一段。上游流体流动路径部分111可从化学品进料入口101开始并且可下接下游流体流动路径部分112。类似地，下游流体流动路径部分112可沿着细长化学品进料流流动路径109的距离的第二段。下游流体流动路径部分112可从上游流体流动路径部分111的末端开始并且可下接化学品进料分配器100的终止点。终止点可等同于端壁106c。端壁106c可以是化学品进料分配器100的主体105的最下游。在图1a至图d中，“l/2”可表示上游流体流动路径部分111和下游流体流动路径部分112相遇的地方。31.如本公开中所用，术语“上游”和“下游”可指元件相对于工艺流的流动方向的相对定位。如果流过系统的工艺流在遇到第二元件之前遇到第一元件，则系统的第一元件可被认为是第二元件的“上游”。同样，如果流过系统的工艺流在遇到第二元件之前遇到第一元件，则第二元件可被认为是第一元件的“下游”。32.化学品进料分配器100的壁106可定位成使得上游流体流动路径部分111的平均横截面积大于下游流体流动路径部分112的平均横截面积。在实施方案中，细长化学品进料流流动路径109的最小横截面积可小于细长化学品进料流流动路径109的最大横截面积的50％。例如，细长化学品进料流流动路径109的最小横截面积可小于细长化学品进料流流动路径109的最大横截面积的40％、30％或20％。细长化学品进料流流动路径109的最小横截面积可以是细长化学品进料流流动路径109的最大横截面积的1％至30％、5％至25％或10％至20％。33.将壁106定位成使得上游流体流动路径部分111的平均横截面积大于下游流体流动路径部分112的平均横截面积可降低结焦的风险，并且继而降低堵塞和流动分布不均的风险。在不受任何特定理论约束的情况下，当细长化学品进料流流动路径109的平均横截面积沿着化学品进料分配器100的长度减小时，化学品进料流102在化学品进料分配器100中的线性气体速度可被更好地保持。如果细长化学品进料流流动路径109的横截面积沿化学品进料分配器100的长度保持恒定，则当化学品进料流102的部分103通过多个化学品进料出口107并进入容器110中时，化学品进料流102的体积流速将降低。化学品进料流102的体积流速的这种降低可导致不期望的雷诺数的变化。化学品进料流102的体积流速的这种降低可导致线性气体速度降低，这可进一步导致化学品进料分配器100的一个或多个壁106的传热递速率降低。这种不期望的雷诺数的变化和化学品进料分配器100的一个或多个壁106的降低的传热递速率可继而导致化学品进料流102在化学品进料分配器100中的结焦。如上所述，结焦可导致堵塞和流动分布不均。相反地，当上游流体流动路径部分111的平均横截面积大于下游流体流动路径部分112的平均横截面积时，化学品进料流102的线性气体速度可沿着化学品进料分配器100的长度被更好地保持。这可能导致低于期望的雷诺数和/或在化学品进料分配器100中的滞留，并且减少结焦和与结焦相关的副作用。即，保持期望的雷诺数可有效地最小化结焦，并且继而最小化多个化学品进料出口107的堵塞以及流动分布不均。34.根据一个或多个实施方案，相对于细长化学品进料流流动路径109最下游的化学品进料出口107可定位在端壁106c的两英寸内。端壁106c可限定细长化学品进料流流动路径109的终止点。在实施方案中，相对于细长化学品进料流流动路径109最下游的化学品进料出口107可定位在等于细长化学品进料流流动路径109的终止点处的细长化学品进料流流动路径109的内径的距离内。预期一个或多个化学品进料出口107可被定位成使得没有单独的化学品进料出口107比其他出口更下游。在这种情况下，可从相对于细长化学品进料流流动路径109最下游的一个或多个化学品进料出口107中的任一个出口进行测量。例如，相对于细长化学品进料流流动路径109最下游的化学品进料出口107可定位在等于细长化学品进料流流动路径109的终止点处的细长化学品进料流流动路径109的内径的一半的距离内。任何剩余量的化学品进料流102可从相对于细长化学品进料流流动路径109最下游的化学品进料出口107离开，如上文所详述。35.如本公开中所用，“化学品进料”可指任何工艺进料流或燃料气体，诸如但不限于甲烷、天然气、乙烷、丙烷、氢气或在燃烧时包含能量值的任何气体。36.另外，如本公开中所用，“容器”可指用于容纳气体或固体的中空容器，诸如反应器或燃烧器，在其中一种或多种化学反应可任选地在存在一种或多种催化剂的情况下在一种或多种反应物之间发生。在实施方案中，容器110可具有至多55体积％的固体颗粒体积分数，并且容器110中气体的表观速度可高于固体颗粒的最小流化速度。37.此外，如本公开中所用，“结焦”可指含碳沉积物或焦炭的形成。“堵塞”可指焦炭的积聚，使得通道或端口可被部分限制或完全阻塞。38.参照图1a和图1b，在一些实施方案中，一个或多个壁106可包括第一壁106a和端壁106c。第一壁106a可限定第一管120、平截头形过渡段121和第二管122。如本文所用，管可包括任何形状。例如，管可具有圆形、圆柱形、椭圆形、矩形或任何其他几何形状的横截面形状。第一管120可与化学品进料入口101接触并位于其下游。平截头形过渡段121可与第一管120接触并位于其下游。第二管122可与平截头形过渡段121接触并位于其下游。第一管120、平截头形过渡部分121和第二管122可一起限定细长化学品进料流流动路径109。如上所述，多个化学品进料出口107可沿着细长化学品进料流流动路径109的长度的一部分间隔开，或者另选地，沿着第一管120、平截头形过渡段121和第二管122的一部分间隔开。因此，在经由化学品进料入口101进入化学品进料分配器100中之后，化学品进料流102可沿着细长化学品进料流流动路径109通过并且可经由多个化学品进料出口107离开化学品进料分配器100。39.虽然图1a和1b描绘了包括第一管120、平截头形过渡段121和第二管122的化学品进料分配器100，但预期可使用任何数量的管(即，管段)和平截头形过渡段。例如，化学品进料分配器100可包括多个管段，例如三个、四个、五个、六个等管段，在每个管段之间具有平截头形过渡段。此外，应当指出的是，每个管段不需要包括完全相同的长度。即，单独成形的管段可比其他单独成形的管段更短或更长。虽然图1a和图1b的第一管120和第二管122可具有大约相同的长度，但是预期第一管120和第二管122可具有不同的长度。例如，现在参考图1c，描绘了具有各种管段布置的化学品进料分配器100的各种实施方案。在一些实施方案中，第一管120可比第二管122短。在其他实施方案中，第一管120可比第二管122长。此外，在一些实施方案中，化学品进料分配器100可包括多于两个管段(即，第一管120和第二管122)。即，如图1c所示，化学品进料分配器可包括例如三个管段。40.同样参照图1a和图1b，第一管120的中心轴线和第二管122的中心轴线是共线，可平行。即，第一管120的壁106和第二管122的壁106可形成同心圆。在这种实施方案中，平截头形过渡段121可包括360阶旋转对称。在其他实施方案中，第一管120的中心轴线和第二管122的中心轴线可不平行。即，第一管120的壁106和第二管122的壁106可形成偏心圆。在实施方案中，平截头形过渡区段121可成形为使得第一成形管120和第二成形管122形成“u”或“v”。41.在操作期间，根据图1a和图1b的实施方案，化学品进料流102可经由化学品进料入口101进入化学品进料分配器100。化学品进料流102可通过第一管120、平截头形过渡段121和第二管122。如上所详述，细长化学品进料流流动路径109可包括上游流体流动路径部分111和下游流体流动路径部分112。当化学品进料流102沿着细长化学品进料流流动路径109通过时，化学品进料流102的部分103可通过多个化学品进料出口107离开化学品进料分配器100。当化学品进料流102的部分103通过多个化学品进料出口107离开化学品进料分配器100时，化学品进料流102的线性气体速度可降低。然而，当沿细长化学品进料流流动路径109的平均横截面积减小时，化学品进料流102的线性气体速度可被保持，或者另选地，化学品进料流102的线性气体速度的减小可被最小化。通过保持线性气体速度或最小化线性气体速度的降低，化学品进料流102在化学品进料分配器100内的滞留可被减少。通过减少化学品进料流102的滞留，结焦和与结焦相关的副作用也可被减少。42.现在参考图1d，根据一个或多个实施方案，一个或多个壁106可包括第一壁106a和第二壁106b。第二壁106b可包括大于或等于第一壁106a的内径。第二壁106b可包围第一壁106a。第一壁106a的内表面可限定上游流体流动路径部分111。第一壁106a的外表面和第二壁106b的内表面可限定下游流体流动路径部分112。虽然第二壁106b可包括大于或等于第一壁106a的内径，但下游流体流动路径部分112仍可包括小于上游流体流动路径部分111的平均横截面积。即，虽然第二壁106b的平均横截面积可大于第一壁106a的平均横截面积，但是下游流体流动路径部分112可仅由未被上游流体流动路径部分111占据的面积限定。43.仍然参考图1d，细长化学品进料流流动路径109的下游部分131可围绕细长化学品进料流流动路径109的上游部分130。第一壁106a可限定第一管120。第二壁106b可限定第二管122。第一管120和第二管122可包括相同形状的管或者可包括不同形状的管。第一壁106a和第二壁106b可形成同轴向几何形状。还预期第一壁106a和第二壁106b可形成偏心几何形状。限定细长化学品进料流流动路径109的上游部分130的第一壁106a可以是密封的。即，除了在第一壁106a结束并且细长化学品进料流流动路径109的上游部分130接触细长化学品进料流流动路径109的下游部分131的地方之外，化学品进料流102可不通过第一壁106a。如图1d所示，第一壁106a的长度可短于第二壁106b的长度，使得细长化学品进料流流动路径109可连续通过化学品进料分配器100的主体105。44.在操作期间，根据图1d的实施方案，化学品进料流102可经由化学品进料入口101进入化学品进料分配器100。化学品进料流102可通过细长化学品进料流流动路径109的上游部分130。如图1d所示，限定细长化学品进料流流动路径109的上游部分130的第一壁106a可在主体105的与化学品进料入口101相对的端部之前终止。这可允许化学品进料流102从细长化学品进料流流动路径109的上游部分130继续到细长化学品进料流流动路径109的下游部分131。当化学品进料流102沿着细长化学品进料流流动路径109的下游部分131行进时，化学品进料流102可朝向化学品进料入口101反向行进，但是在限定细长化学品进料流流动路径109的上游部分130的第一壁106a的外侧上。当化学品进料流102沿着细长化学品进料流流动路径109的下游部分行进时，化学品进料流102的部分103可通过多个化学品进料出口107离开化学品进料分配器100。当化学品进料流102的部分103通过多个化学品进料出口107离开化学品进料分配器100时，化学品进料流102的线性气体速度可降低。然而，当沿细长化学品进料流流动路径109的下游部分131的平均横截面积减小时，化学品进料流102的线性气体速度可被保持，或者另选地，化学品进料流102的线性气体速度的减小可被最小化。通过保持线性气体速度或最小化线性气体速度的降低，化学品进料流102在化学品进料分配器100内的滞留可被减少。通过减少化学品进料流102的滞留，结焦和与结焦相关的副作用也可被减少。45.现在参考图1e，根据一个或多个实施方案，化学品进料分配器100可包括在化学品进料分配器100的主体105内部的化学品进料流引导件108。化学品进料流引导件108可与化学品进料分配器100的主体106c的端壁105接触。化学品进料流引导件108可沿着化学品进料分配器100的长度沿着细长化学品进料流流动路径109的一部分减小横截面积。在具有化学品进料流引导件108的实施方案中，化学品进料分配器100的主体105可沿着化学品进料分配器100的长度具有恒定的直径。化学品进料流引导件108可用于沿着化学品进料分配器100的长度的减小横截面积，而不改变化学品进料分配器100的主体105的直径。然而，预期根据一个或多个实施方案，化学品进料分配器100的主体105可具有沿着化学品进料分配器100的主体105的一部分减小的横截面积以及在化学品进料分配器100的主体105内部的化学品进料流引导件108。46.仍参考图1e，化学品进料流引导件108的平均横截面积在下游流体流动路径部分112中可大于在上游流体流动路径部分111中。还预期在一些实施方案中，化学品进料流引导件108可仅位于化学品进料分配器100的下游流体流动路径部分112中。即，在一些实施方案中，化学品进料流引导件108可不从下游流体流动路径部分112延伸到上游流体流动路径部分111。根据一个或多个实施方案，化学品进料流引导件108可包括任何几何形状。例如，化学品进料流引导件108可包括圆锥形、圆柱形、矩形、球形或它们的组合中的一种或多种形状。47.在操作期间，根据图1e的实施方案，化学品进料流102可经由化学品进料入口101进入化学品进料分配器100。化学品进料流102可沿细长化学品进料流流动路径109通过。当化学品进料流102沿着细长化学品进料流流动路径109通过时，化学品进料流102的部分103可通过多个化学品进料出口107离开化学品进料分配器100。同样，当化学品进料流102的部分103通过多个化学品进料出口107离开化学品进料分配器100时，化学品进料流102的线性气体速度可降低。然而，化学品进料流引导件108可沿着化学品进料分配器100的长度的减小横截面积。当沿细长化学品进料流流动路径109的平均横截面积减小时，化学品进料流102的线性气体速度可被保持，或者另选地，化学品进料流102的线性气体速度的减小可被最小化。通过保持线性气体速度或使线性气体速度的降低最小化，结焦和与结焦相关的副作用也可降低。48.现在参照图1a、图1b、图1c、图1d和图1e，化学品进料分配器100可包括内衬在主体105的壁106上的耐火材料113。如本文所用，耐火材料113是可抵抗热、压力或化学侵蚀所造成的分解并且可在高温下保持强度和形态的材料。铝、硅、镁和钙的氧化物可以是用于制造耐火材料的常用材料。耐火材料113可以是热导率小于约14w/m-k的绝热体。根据一个或多个实施方案，内衬在限定细长化学品进料流流动路径109的上游流体流动路径部分111和下游流体流动路径部分112的壁106上的耐火材料113的厚度可不同。例如，内衬在细长化学品进料流流动路径109的下游流体流动路径部分112上的耐火材料113的厚度可大于内衬在限定细长化学品进料流流动路径109的上游流体流动路径部分111的壁106上的耐火材料113的厚度。49.参照图2，示出了容器110的一个实施方案的示意性剖面图。图2显示了用作用于催化脱氢工艺的流化燃料气体燃烧器系统的容器110。然而，如本文所详细描述的，化学品进料分配器100可用于多种容器110中。同样参照图2，容器110可包括通常为圆柱体形状的下部201和包括平截头体202的上部。平截头体202与在平截头体202和下部201的相交处绘制的内部水平假想线之间的角度可在10度至80度的范围内。本文中包括并且公开10度至80度的所有个别值和子范围；例如，管状部件和平截头体202之间的角度的范围可从10度、40度或60度的下限到30度、50度、70度或80度的上限。例如，该角度可以为10度至80度；或在另选方案中，30度至60度；或在另选方案中，10度至50度；或在另选方案中，40度至80度。此外，在另选实施方案中，角度可沿着平截头体202的高度连续地或不连续地改变。在一些实施方案中，容器110可以衬有或可以不衬有耐火材料。50.废的或部分失活的催化剂可通过降液管203进入容器110。在另选的构造中，废的或部分失活的催化剂可从侧面入口或从底部进料进入容器110，向上通过空气分配器，如美国专利9,370,759b2中所述。用过的催化剂撞击在防溅罩204上并由其分配。容器110还可包括空气分配器205，这些空气分配器位于防溅罩204的高度处或略低于防溅罩204的高度。在空气分配器205和降液管203的出口206上方可以是栅格207。在栅格207上方可以是多个化学品进料分配器100。一个或多个附加格栅208可定位在容器110内在化学品进料分配器100上方。在实施方案中，化学品进料分配器100可进入容器110并基本上横穿容器110，如美国专利申请号14/868,507(代理人参考号dow 77770)中所述。51.如本文先前所述，根据一个或多个实施方案，用于分配化学品进料流102的方法可包括使化学品进料流102通过化学品进料入口101进入化学品进料分配器100中。该方法还可包括使化学品进料流102沿着细长化学品进料流流动路径109通过，并离开化学品进料分配器100，且通过多个化学品进料出口107进入容器110中。如根据上述各种实施方案所述，化学品进料分配器100可包括主体105。主体105可包括一个或多个壁106和多个化学品进料出口107。一个或多个壁106可限定细长化学品进料流流动路径109。多个化学品进料出口107可沿着细长化学品进料流流动路径109的长度的至少一部分在壁106上间隔开。由壁106限定的细长化学品进料流流动路径109可包括上游流体流动路径部分111和下游流体流动路径部分112。上游流体流动路径部分111可沿着从化学品进料入口101开始的细长化学品进料流流动路径109的距离的第一段。下游流体流动路径部分112可沿着细长化学品进料流流动路径109的距离的第二段。壁106可定位成使得上游流体流动路径部分111的平均横截面积可大于下游流体流动路径部分112的平均横截面积。52.根据一个或多个实施方案，容器110内部的温度可大于650℃，并且化学品进料分配器100的周向最大表面温度可不超过容器110内部的温度。在其他实施方案中，容器110内的温度可大于650℃，并且化学品进料分配器100的周向最大表面温度可不超过500℃。53.如以下进一步讨论的，图3a、图3b和图4进一步展示了根据本文所述的实施方案的化学品进料分配器100的周向最大表面温度和峰值表面温度。图4将上游流体流动路径部分111的平均横截面积大于下游流体流动路径部分112的平均横截面积的实施方案(图4中的402)与上游流体流动路径部分111的平均横截面积等于下游流体流动路径部分112的平均横截面积的化学品进料分配器100(图4中的401)进行比较。54.如本文先前所述，本文实施方案的化学品进料分配器100可降低结焦的风险。由于结焦可能产生堵塞和流动分布不均的风险，因此本文的实施方案的化学品进料分配器100可降低堵塞和流动分布不均的风险。流动分布不均还可由化学品进料分配器100内的化学品进料流102的加热引起，这可被称为热诱导的流动分布不均。当化学品进料分配器100内的化学品进料流102的温度增加时，化学品进料流102的密度可降低。质量流速与气体密度的平方根成比例。如果化学品进料流102的密度沿着化学品进料分配器100的长度降低，则质量流速也可沿着化学品进料分配器100的长度降低。然而，根据本公开的一个或多个实施方案，化学品进料流102的温度升高可更低，这继而降低了化学品进料流102的密度的任何变化。因此，可减少热诱导的流动分布不均。55.在本公开的实施方案中，与上游流体流动路径部分111的平均横截面积等于下游流体流动路径部分112的平均横截面积的实施方案相比，流动分布不均(包括热诱导的流动分布不均)的相对减少可小于±30.0％，诸如小于±27.5％、小于25.0％、小于22.5％、小于20.0％、小于17.5％、小于±15.0％、小于±12.5％、小于±10.0％、小于±7.5％、小于±7.0％、小于±6.5％、小于±6.0％、小于±5.5％、小于±5.0％、小于±4.5％、小于±4.0％、小于±3.5％、小于±3.0％或小于±3.0％。流动分布不均可通过使用计算流体动力学(cfd)程序ansys来确定，该计算流体动力学程序可根据第一原理质量、动量和能量守恒定律数值地预测系统中的3d可压缩流动和共轭热传递。流动分布不均只是在沿着分配器的不同点处与完美平均质量分布的偏差。56.如图5所示，与上游流体流动路径部分111的平均横截面积等于下游流体流动路径部分112的平均横截面积的实施方案(图5的501)相比，上游流体流动路径部分111的平均横截面积大于下游流体流动路径部分112的平均横截面积的本公开的实施方案(图5的502)表现出减小的流动分布不均。事实上，本实施方案的流动分布不均可小于±15.0％。相反，上游流体流动路径部分111的平均横截面积等于下游流体流动路径部分112的平均横截面积的实施方案的流动分布不均可高达±21.0％，如图5所示。57.实施例58.用于通过化学品进料分配器分配化学品进料的系统和方法的各种实施方案将通过以下实施例进一步阐明。这些实施例本质上是说明性的，并且不应被理解为限制本公开的主题。59.实施例1：上游流体流动路径部分的平均横截面积比下游流体流动路径部分的平均横截面积大的效果60.在实施例1中，使用3d计算流体动力学(cfd)模型来比较上游流体流动路径部分的平均横截面积大于下游流体流动路径部分的平均横截面积的化学品进料分配器(下文称为“化学品进料分配器a”)与沿着上游流体流动路径部分和下游流体流动路径部分具有恒定横截面积的化学品进料分配器(下文称为“化学品进料分配器b”)。两个化学品进料分配器都具有100英寸的长度。此外，两个化学品进料分配器都具有46个化学品进料出口。将包含甲烷、乙烯和丙烯的气体流进给到化学品进料分配器中。然后，化学品进料分配器将气体流导入在比气体流高约680℃的温度下操作的流化床反应器中。两个化学品进料分配器具有约30ft/sec至150ft/sec的相同化学品进料流入口线性气体速度和60ft/sec至80ft/sec的正常入口速度。61.在实施例1中，化学品进料分配器a具有上游流体流动路径部分，其直径约为下游流体流动路径部分的直径的两倍。相反，化学品进料分配器b具有恒定直径的上游流体流动路径部分和下游流体流动路径部分。此外，化学品进料分配器a的最后化学品进料出口位于距化学品进料分配器的末端0.5英寸处。化学品进料分配器b的最后化学品进料出口位于距化学品进料分配器的末端6.5英寸处。62.如图3a和图3b所示，将沿着上游流体流动路径部分和下游流体流动路径部分具有恒定横截面积的化学品进料分配器(图3a)与上游流体流动路径部分的平均横截面积大于下游流体流动路径部分的平均横截面积的根据本公开的实施方案(图3b)进行比较。从cfd模型获得化学品进料分配器的内壁的周向最大表面温度。与沿着上游流体流动路径部分和下游流体流动路径部分具有恒定横截面的化学品进料分配器相比，上游流体流动路径部分的平均横截面面积大于下游流体流动路径部分的平均横截面面积的化学品进料分配器表现出更低的周向最大表面温度。63.如图4所示，沿着上游流体流动路径部分具有恒定横截面积的化学品进料分配器的与化学品进料入口相对的端部具有比上游流体流动路径部分的平均横截面积大于下游流体流动路径部分的平均横截面积的化学品进料分配器的周向最大表面温度高得多的周向最大表面温度。图4示出了与沿着上游流体流动路径部分和下游流体流动路径部分的横截面积保持恒定的化学品进料分配器(401)相比，在上游流体流动路径部分的平均横截面积大于下游流体流动路径部分的平均横截面积(402)的实施方案中横跨化学品进料分配器的长度的更低且更均匀的周向最大表面温度。此外，图4示出了周向最大表面温度没有达到与沿着上游流体流动路径部分和下游流体流动路径部分的横截面积保持恒定的实施方案(401)一样高的温度。该较低的周向最大表面温度可归因于化学品进料流的线性气体速度，其中上游流体流动路径部分的平均横截面积大于下游流体流动路径部分的平均横截面积，如本文先前所述。对本领域技术人员将显而易见的是，可基于工艺需要通过调节进料流、进料流的入口流速、化学品进料流流动路径的总长度、化学品进料出口的位置以及上游流体流动路径部分和下游流体路径部分的平均横截面积来调节周向最大表面温度，以降低结焦的风险。64.本文描述了本公开的一个或多个方面。第一方面可包括一种化学品进料分配器，所述化学品进料分配器包括：化学品进料入口，所述化学品进料入口使化学品进料流进入所述化学品进料分配器中；和主体，所述主体包括一个或多个壁和多个化学品进料出口，其中所述一个或多个壁限定细长化学品进料流流动路径，其中所述多个化学品进料出口沿着所述细长化学品进料流流动路径的长度的至少一部分在所述壁上间隔开，并且其中所述多个化学品进料出口是可操作的，以使所述化学品进料流离开所述化学品进料分配器并进入容器中；并且其中由所述壁限定的所述细长化学品进料流流动路径包括沿着从所述化学品进料入口开始的所述细长化学品进料流流动路径的距离的第一段的上游流体流动路径部分和沿着所述细长化学品进料流流动路径的距离的第二段的下游流体流动路径部分，并且其中所述壁定位成使得所述上游流体流动路径部分的平均横截面积大于所述下游流体流动路径部分的平均横截面积。65.第二方面可包括所述第一方面，其中所述细长化学品进料流流动路径的最小横截面积小于所述细长化学品进料流流动路径的最大横截面积的50％。66.第三方面可包括所述第一方面或所述第二方面，其中相对于所述细长化学品进料流流动路径处于最下游的所述化学品进料出口定位在限定所述细长化学品进料流流动路径的终止点的端壁的两英寸内。67.第四方面可包括所述第一方面至所述第三方面中的任一方面，其中相对于所述细长化学品进料流流动路径处于最下游的所述化学品进料出口定位在等于所述细长化学品进料流流动路径的所述终止点处的所述细长化学品进料流流动路径的内径的距离内。68.第五方面可包括所述第一方面至所述第四方面中的任一方面，其中所述一个或多个壁包括第一管、平截头形过渡段和第二管，其中所述第一管与所述平截头形过渡段接触并且所述平截头形过渡段与所述第二管接触。69.第六方面可包括所述第五方面，其中所述第一管的中心轴线和所述第二管的中心轴线平行。70.第七方面可包括所述第一方面至所述第四方面中的任一方面，其中所述一个或多个壁包括第一壁和具有大于或等于所述第一壁的内径的第二壁，其中所述第二壁围绕所述第一壁，其中所述第一壁的内表面限定所述上游流体流动路径部分，并且其中所述第一壁的外表面和所述第二壁的内表面限定所述下游流体流动路径部分。71.第八方面可包括所述第七方面，其中所述细长化学品进料流流动路径的下游部分围绕所述细长化学品进料流流动路径的上游部分。72.第九方面可包括所述第七方面，其中所述第一壁包括第一成形管，并且所述第二壁包括第二成形管。73.第十方面可包括所述第一方面至所述第四方面中的任一方面，所述化学品进料分配器还包括在所述化学品进料分配器的主体内部的化学品进料流引导件，其中所述化学品进料流引导件沿着所述化学品进料分配器的长度沿着所述细长化学品进料流流动路径的一部分减小横截面积。74.第十一方面可包括所述第十方面，其中所述化学品进料流引导件的平均横截面积在所述下游流体流动路径部分中比在所述上游流体流动路径部分中大。75.第十二方面可包括所述第一方面至所述第十一方面中的任一方面，其中所述化学品进料分配器包括内衬在所述主体的所述壁上的耐火材料。76.第十三方面可包括所述第一方面至所述第十二方面中的任一方面，其中内衬在限定所述细长化学品进料流流动路径的所述下游流体流动路径部分的所述壁上的耐火材料的厚度大于内衬在限定所述细长化学品进料流流动路径的所述上游流体流动路径部分的所述壁上的耐火材料的厚度。77.第十四方面可包括一种用于分配化学品进料的方法，所述方法包括：使化学品进料流通过化学品进料入口进入化学品进料分配器中，其中所述化学品进料分配器包括主体，所述主体包括一个或多个壁和多个化学品进料出口，其中所述一个或多个壁限定细长化学品进料流流动路径，其中所述多个化学品进料出口沿着所述细长化学品进料流流动路径的长度的至少一部分在所述壁上间隔开，其中由所述壁限定的所述细长化学品进料流流动路径包括沿着从所述化学品进料入口开始的所述细长化学品进料流流动路径的距离的第一段的上游流体流动路径部分和沿着所述化学品进料流流动路径的所述距离的第二段的下游流体流动路径部分，并且其中所述壁定位成使得所述上游流体流动路径部分的平均横截面积大于所述下游流体流动路径部分的平均横截面积；以及使所述化学品进料流沿着所述细长化学品进料流流动路径通过，并离开所述化学品进料分配器，且通过所述多个化学品进料出口进入容器中。78.第十五方面可包括所述第十四方面，其中所述容器内部的温度大于650℃并且所述化学品进料分配器的周向最大表面温度不超过650℃，并且其中流化催化剂存在于所述容器中。79.此外，如图5所示，在本公开的实施方案中，穿过化学品进料分配器的每个化学品进料出口的流速稳定得多。即，当上游流体流动路径部分的平均横截面积大于下游流体流动路径部分的平均横截面积时，每个化学品进料出口的流速更均匀和一致。如本文先前所述，这种减少的流动分布不均可归因于化学品进料分配器中减少的结焦。80.最后，对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离要求保护的主题的精神和范围的情况下，可对本文所述的实施方案作出各种修改和变化。因此，本说明书旨在覆盖本文所述的各个实施方案的修改和变化，条件是这些修改和变化落入所附权利要求书和其等效物的范围内。









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