CN100487081C - 一种无沉降器催化裂化装置 - Google Patents

Abstract

一种无沉降器催化裂化装置，涉及烃原料流化催化裂化工艺的油气和催化剂的快速分离装置，无传统的容纳快分器和/或旋风分离器的沉降器，其特征在于：在提升管的出口端采用旋流式快分器，旋流式快分器的上方串联连接旋风分离器，旋风分离器料腿下端有由料腿和上行腿构成的V形结构，料腿与上行腿之间的夹角为20°～60°。本发明催化裂化装置能实现气固高效快速分离，气固分离效率高达99.99%，使油气的平均停留时间缩短到2～3秒以下，减小了结焦焦体滞留的可能，且结构简单紧凑，大大节省了设备费用。

Description

一种无沉降器催化裂化装置

技术领域

本发明属于石油化工技术领域，涉及烃原料的流化催化裂化装置，特别是烃原料流化催化裂化工艺的油气和催化剂的快速分离装置。

背景技术

流化催化裂化工艺是炼油工业重要的油品轻质化工艺之一。催化裂化工艺主要包括反应—再生系统、分馏系统、吸收稳定系统三大部分，反应—再生系统是其核心。典型的反应再生部分的主要设备包括提升管反应器、沉降器、再生器。

在炼油厂流化催化裂化装置提升管反应器顶端出口处均安装有气固快速分离装置，以实现油气与催化剂的分离，一方面终止不必要的二次过裂化反应，另一方面回收贵重的催化剂进行再生。这类分离装置目前有两大类，第一类是惯性式气固分离装置，它是依靠含有大量催化剂颗粒的油气急剧改变流动方向所产生的气固两相惯性差异实现气固分离的，典型的惯性气固快速分离装置有倒L型、T型、三叶型等多种结构，其特点是压降小，一般不超过5kPa，但分离效率较低，只有70％～80％。分离后的油气在直径很大的沉降器内慢速上升，一般约20秒才得以进入沉降器上部的旋风分离器(简称顶旋)，在顶旋内进一步分离油气夹带的催化剂颗粒，之后再进入集气室汇总，再经油气管线引出。被惯性气固快速分离装置分离的催化剂落入沉降器下部床层，被旋风分离器捕集的催化剂沿旋风分离器料腿也进入沉降器下部床层，这些分离下来的催化剂黏附和夹带着一定量的油气，油气需要在沉降器下部床层的汽提器中用蒸汽汽提出来，汽提出来的这部分油气需要约60秒以上的时间上升到沉降器上部顶旋的入口。由于这部分油气在沉降器大空间内的停留时间较长，结果使催化裂化反应后的油气在沉降器内的总平均停留时间可能长达20～30秒，油气的返混率高，易于发生高温二次过裂化反应，使轻质油收率降低，并造成沉降器内严重结焦，影响装置长周期运转。尤其是加工重质原料油(如渣油)的催化裂化装置，此问题更显突出。

第二类是离心式气固分离装置，它依靠气固两相混合物旋转形成的强离心力场实现气固快速分离。典型的应用实例是在提升管反应器的出口直联一组旋风分离器(简称粗旋)，它的气固分离效率可高达98％以上。分离出大部分催化剂的油气从粗旋升气管排出进入沉降器空间，以较慢的速度上升，经10秒以上的时间进入沉降器上部的顶旋内，油气通过该旋风分离器将夹带的催化剂进一步分离后进入集气室汇总，最后由油气管线引出。被粗旋分离的催化剂和顶旋分离的催化剂落入沉降器下部床层，这些分离下来的催化剂黏附和夹带着一定量的油气，同样需要在沉降器下部床层汽提器内用蒸汽汽提出来。由于粗旋料腿是正压差下排出催化剂，所以在排出催化剂的同时，不仅有催化剂颗粒之间夹带的油气向下流动，还有正压差下从粗旋料腿中向下喷出的油气，这部分油气量约占总油气量的6％～10％。这些油气与汽提出来的油气汇合，在沉降器大空间慢速上升进入沉降器上部的顶旋内。油气在沉降器内的总平均停留时间约10～20秒，在高温下仍存在二次过裂化反应问题，影响轻质油收率，同时造成沉降器内结焦，影响装置的长周期安全运转。

催化裂化装置沉降器是由早期的床层催化裂化反应器延续保留下来的。随着催化裂化工艺的发展，早期的床层催化裂化反应过程已经改进为提升管反应过程，以前催化裂化装置的反应器现在已经演变为催化剂颗粒沉降的空间，即蜕变为沉降器，油气的反应过程是在提升管反应器内进行的。但受到催化裂化工艺发展过程的影响，现在的催化裂化装置无论是改造的，或新设计的均保留有沉降器。由此产生下列问题，由于沉降器的空间比较大，油气流速比较小，油气在内部的停留时间比较长，这一方面会增加油气的二次过裂化反应，同时也增加了油气的结焦倾向，提供了油气结焦焦体的滞留空间，尤其是在重油催化裂化装置中，这些问题更为突出。催化裂化工艺反应油气的二次过裂化反应主要发生在沉降器的大空间内。催化裂化油气结焦与原料性质、沉降器内温度、油气停留时间等众多因素密切相关。除油气，工艺温度和压力的影响外，油气在沉降器内的停留时间长，沉降器内催化剂浓度低，油气和催化剂颗粒流速低是造成沉降器结焦焦体滞留的主要原因，这可以归结为沉降器的大空间所致。许多炼油厂的重油催化裂化装置发生过严重的结焦问题，造成催化裂化装置的非计划停工，直接影响了催化裂化装置的长周期运行。

沉降器大空间的存在很难实现油气和催化剂的快速分离和油气的快速引出，因此减小沉降器内的不必要的空间，乃至取消沉降器，开发无沉降器的催化裂化工艺装置，及其配套的油气和催化剂的快速分离设备是非常必要的。但目前关于油气和催化剂快速分离技术的开发均是在有沉降器的前提下进行的，即所有的快分装置均设置在沉降器所容纳的空间内。

为解决第一类惯性气固快速分离装置分离效率低的问题，美国专利US4,495，063(1985)开发了弹射式气固快速分离方法及装置，它的气固分离效率为80％～90％，气体返混率降低到20％左右，但压降高达数千帕，操作弹性较小，工业上应用有一定困难。美国专利US4,364,905(1982)、US5,294，331(1994)、US5,364,515(1994)、US5,393,414(1995)对弹射式气固快速分离又做了改进，主要是为了进一步缩短油气在沉降器内的平均停留时间。但弹射式气固快速分离装置的分离效率仍不高，而且操作弹性小的缺点并未解决。

为解决第二类离心式气固快速分离装置存在的问题，美国专利US4,502,947(1985)、US4,579,716(1986)、US4,624,772(1986)等开发了闭式直联旋风分离系统，将粗旋升气管直接与沉降器上部旋风分离器入口相连，大大缩短了油气在沉降器内的停留时间，使气体的返混率进一步降到6％～10％，但抗压力波动的性能较差，开工时要特别小心。随后美国专利US5,158,669(1992)、欧洲专利EP0593827A1，中国专利CN 92112441(1992年)等又在粗旋下部直接连接了一个汽提段，改变一部分反应油气从粗旋料腿向下喷出的不利情况，进一步缩短了反应后油气在沉降器内的平均停留时间，使油气返混率进一步降到2％以下。日本特许公报(B2)昭61-25413(1986年)和美国专利US4,482,451(1984)则在提升管末端采用了几根向下倾斜一定角度的圆弧弯管作为气固快速分离器，并在外面加一封闭罩以实现油气的快速引出。

近年来，中国石油大学(北京)公开了一种多级串联紧凑型气固快速分离及沉降装置(中国专利CN01100418.5)，其包括：一级和二级旋流快分，下料管，旋风分离器、沉降器，一级旋流式快分的下部是一级汽提段，二级汽提段位于一级汽提段的下部，二级旋流式快分位于一级旋流式快分的上方与一级旋流式快分串联，在二级旋流式快分的上方是集气室，集气室与油气管线相联，旋流式快分的螺旋臂是敞开式的。该装置大大减小沉降器的尺寸，降低反应油气的停留时间，可有效避免沉降器内的结焦，并能有效的改善产品分布。

中国石油大学(北京)的一种带预汽提段的开式直联多臂旋流分离设备，中国专利CN01228805.5(2002)，其包括外伸臂旋流头、封闭罩、承插式导流管、环形汽提挡板，采用外伸臂旋流头加承插式导流管以及环形汽提挡板的三位一体式快分结构，可大大降低反应油气在沉降器内的停留时间，但该旋流式快分的螺旋臂是敞开式的，气固分离效率较低。

中国专利CN02159408.2(2005)公开了一种带分流筒的旋流式快分器，旋流快分头设置有3～5个弯管，各自向下倾斜0°～45°角度，弯管端部的喷出口截面为矩形，也可为圆形或其他形状。

美国专利US5,314,611(1994)公开一种流化催化裂化设备，其包括：一个提升管；一个伸长的分离容器，其具有用于切向引导提升管的出口端进入该分离容器上端的装置，一个顶部气体出口，一个开放的底部，开放的底部不封闭，不阻挡流体和颗粒流动；一个汽提容器，其位于分离容器的下方，该设备提升管的出口端有一对螺旋形导管，可实现催化剂的高效快速分离及油气快速引出。在该发明的一个实施例中，伸长的分离容器的上方有一组与之串联连接的旋风分离器，旋风分离器的料腿的下端与汽提器的上部相连接，催化剂可以从旋风分离器料腿进入汽提器上部。但是该专利未具体说明该旋流臂式气固快速分离装置的具体结构，而且封闭罩外的油气滞留空间太大，仍易引起结焦。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于烃原料流化催化裂化工艺的无沉降器的催化裂化装置。

本发明一种无沉降器催化裂化装置，包括提升管2，隔流筒5，旋流式快分器6，旋风分离器7，集气室8，分气室10，汽提器13，其特征在于：提升管2与隔流筒5、外筒体11同轴线布置；提升管2的出口端直接连接旋流式快分器6，旋流式快分器6的下部是汽提器13；旋流式快分器6包括多个螺旋臂17、隔流筒5和外筒体11，螺旋臂17的起始端位于提升管顶端封死的上端部的管壁上，螺旋臂17穿过隔流筒5，螺旋臂17出口端的外侧靠近外筒体11的内壁；隔流筒5外壁和外筒体11内壁构成的空间的下部开放，上部封闭或开放；多个旋风分离器7位于旋流式快分器6的上部，并通过分气室10与旋流式快分器6相连接；旋风分离器7的出口上部接集气室8；旋风分离器7的料腿24下端连接一个V型结构12，V形结构12与汽提器的上部相通。

本发明的无沉降器催化裂化装置，其特征在于：所述的旋流式快分器6具有2～8个螺旋臂17，螺旋臂作逆时针旋转，或者顺时针旋转。

本发明的无沉降器催化裂化装置，其特征在于：所述的旋流式快分器6的螺旋臂17的截面是矩形的、方形的、圆形的或者椭圆形的，螺旋臂17向下倾斜，其与水平面的下倾角为5°～40°。

本发明的无沉降器催化裂化装置，其特征在于：在所述的旋风分离器料腿24下端的V型结构中，料腿24轴线与上行腿25轴线之间的夹角为20°～60°，上行腿25与汽提器13的上部相通。

本发明的无沉降器催化裂化装置，其特征在于：在所述的旋风分离器料腿24下端的V型结构中，上行腿25与旋风分离器料腿24的直径相同，或者不同。

以下结合附图，详细叙述本发明的技术方案。

本发明一种无沉降器催化裂化装置，包括提升管2，隔流筒5，旋流式快分器6，旋风分离器7，集气室8，油气管线9，分气室10，汽提器13，其特征在于：取消了传统的容纳气固分离装置(快分器和/或旋风分离器)的沉降器，在提升管2的出口端采用新型的旋流式快分器6，旋流式快分器6上方串联连接旋风分离器7，组成油气和催化剂的快速分离系统。

在本发明的流化催化裂化装置中，提升管2与隔流筒5、外筒体11呈同轴线布置。

提升管2的出口端直接连接旋流式快分器6，旋流式快分器6由多个螺旋臂17、隔流筒5和外筒体11组成，螺旋臂17的起始端位于提升管2上端部的管侧壁上，提升管顶端封死。螺旋臂17穿过隔流筒5，螺旋臂17出口端的外侧靠近外筒体11的内壁。

隔流筒5下端是自由端，上端根据需要与外筒体11是封闭连接，或留缝连接或承插连接。

隔流筒5外壁和外筒体11内壁构成的空间的下部开放，上部封闭或开放，催化剂和油气从由隔流筒5外壁和外筒体11内壁构成的空间的下部流出，或者下部和上部同时流出。

旋流式快分器6的下部是汽提器13，在汽提器13中，在提升管2的外壁上和外筒体11的内壁上分别排列有多块挡板，由旋流式快分器6分离出来的催化剂直接落入汽提器13中进行蒸汽汽提。

多个并联的旋风分离器7位于旋流式快分器6的上部，并通过管道和分气室10与旋流式快分器6串联连接。旋风分离器7的出口上部接集气室8，集气室8与油气管线9连接。

旋风分离器7的料腿24下端连接一个V型结构12，在V型结构12中，料腿24轴线与上行腿25轴线之间的夹角为20°～60°，优选为30°～50°，上行腿25与汽提器13的上部相通，由旋风分离器7分离下来的催化剂经过旋风分离器料腿下端的V型结构的上行腿进入汽提器13，进行蒸汽汽提。

汽提器13的下端连接待生催化剂斜管3，汽提后的待生催化剂由待生催化剂斜管3进入催化剂再生系统进行再生。

本发明的旋流式快分器6具有2～8个螺旋臂17，螺旋臂围绕提升管2作逆时针旋转，或者顺时针旋转。螺旋臂17的截面是矩形的、方形的、圆形的或者椭圆形的。螺旋臂起始端的截面面积与出口端的截面面积是相同的，或者是不相同的。当螺旋臂起始端与出口端的截面不相同时，其起始端的截面面积最大，然后逐渐减小至出口端，出口端的截面面积最小。多个螺旋臂出口端截面的总面积，为外筒体11与隔流筒5之间的环形面积的0.05～0.2倍，为提升管横截面积的0.25～1.0倍。螺旋臂的旋转弧为圆弧曲线，外旋转半径为Ro，内旋转半径为Ri，或者其它弧形曲线。螺旋臂与提升管的连接为切向连接或者呈一定角度连接。

螺旋臂17向下倾斜，其与水平面的下倾角为5°～40°，优选为10°～30°。来自提升管的反应后的油气和催化剂经螺旋臂喷出后，在隔流筒5和外筒体11之间的环形空间内，在提升管2与外筒体之间的环形空间内形成螺旋状的旋转流，产生气固离心分离作用。

在本发明的催化裂化装置中，设置隔流筒5的目的是防止被分离的油气走短路流，同时增加油气的旋转强度。隔流筒5的直径D₂介于提升管2的直径D₁与外筒体11的直径D之间。隔流筒5与外筒体11之间的环形通道的流通面积为外筒体11与提升管2之间环形面积的0.04～0.36倍。隔流筒5的长度约为0.5D～4D。隔流筒的形状为圆筒形、锥形或锥筒组合结构。

外筒体11可以是等径的或者变径的。当外筒体11为变径时，隔流筒5与外筒体11在变径段18处无缝直接连接，或采用留缝非接触式连接，留缝的结构可以是直接留缝隙或内外承插式保留缝隙，目的是使提升管部分可以自由伸缩，避免形成热应力。直接留缝隙是在隔流筒5上连接一个与外筒体11保持一定距离间隙的加强斜板19。内外承插式保留缝隙是用直径小于或大于隔流筒5的内或外承插筒20连接在外筒体11上，使承插筒20与隔流筒5保持一定的距离间隙。

当外筒体11为等径时，隔流筒5与外筒体11用一个封闭环21无缝直接连接，或采用留缝非接触式连接，留缝的结构可以是直接留缝隙或内外承插式保留缝隙。直接留缝隙是在隔流筒5上连接一个与外筒体11保持一定距离间隙的筒状物22。内外承插式保留缝隙是用直径小于或大于隔流筒5的内或外承插筒23直接连接在外筒体11上，使内或外承插筒23与隔流筒5保持一定的距离间隙。

多个并联旋风分离器7，安装在分气室10的圆周，来自分气室10的油气分配给2～8个并联的旋风分离器，旋风分离器的个数由装置处理的气量大小而定。旋风分离器的旋向可以是逆时针的，也可以是顺时针的。

旋风分离器料腿24下端的V型结构中，料腿24轴线与上行腿25轴线之间的夹角为30°～50°，上行腿25与旋风分离器料腿24的直径相同，或者不同。

旋风分离器料腿24下端的V型结构采用变径V型结构，即料腿24的直径在出口处采用变直径结构与上行腿25过渡，上行腿25的直径是料腿24的直径的1.1～2倍，料腿轴线与上行腿轴线夹角为20°～60°，优选为30°～50°，松动气喷嘴位于V型结构底部弯管处。上行腿25插入到汽提器13的上部的密相床层内或密相床的上方，旋风分离器料腿中的催化剂通过V形结构的上行腿25进入汽提器13中。

与传统的流化催化裂化装置相比，本发明一种无沉降器催化裂化装置具有如下显著效果：

1、本发明取消了传统的催化裂化装置的沉降器，采用新型的旋流式快分器并串联旋风分离器组成的油气和催化剂快速分离系统，实现气固99.99％以上的分离效率，同时能实现气固高效快速分离，气体快速引出，并及时高效汽提，三者组成一体。

2、本发明的无沉降器催化裂化装置，缩短了油气和催化剂的行程，快速引出油气，使油气的平均停留时间缩短到2～3秒以下，从而避免了由于催化剂与反应产物的过度长时间接触而引起的二次过裂化反应，提高轻油收率，使产品的分布得到改善。

3、本发明的无沉降器催化裂化装置，降低了散热面积，缩短了油气和催化剂的行程，使各处的油气温度趋于一致，避免了局部区域的裂化油气的温降，从而减小了油气因温度降低而冷凝为油液滴进而缩合反应生焦的可能。

4、本发明的无沉降器催化裂化装置，不存在油气流动的静止或低速空间，消除了因油气速度过低造成的结焦焦体滞留的问题，避免了以往沉降器存在的结焦问题，保证了催化裂化装置的长周期运行。

5、本发明的无沉降器催化裂化装置，结构简单且紧凑，大大节省了设备费用，降低了生产成本。同时散热表面积大大降低，减少了催化裂化装置的散热能耗，具有很好的节能效果。

附图说明

图1是本发明一种无沉降器催化裂化装置的主视图。

图2是本发明实施的旋流式快分器的主视图。

图3是本发明实施的旋流式快分器的俯视图，螺旋臂的旋转弧为圆弧曲线，截面为矩形结构。

图4是本发明实施的旋流式快分器的俯视图，螺旋臂与提升管的连接为90°切向连接，截面为矩形结构。

图5是本发明实施的变径的外筒体的旋流式快分器方案的主视图，隔流筒与外筒体在变径段处无缝直接连接。

图6是本发明实施的变径的外筒体的旋流式快分器方案的主视图，隔流筒与外筒体在变径段处采用直接留缝非接触式连接。

图7是本发明实施的变径的外筒体的旋流式快分器方案的主视图，隔流筒与外筒体在变径段处采用内承插式留缝非接触式连接。

图8是本发明实施的等径的外筒体的旋流式快分器方案的主视图，隔流筒与外筒体采用无缝直接连接。

图9是本发明实施的等径的外筒体的旋流式快分器方案的主视图，隔流筒与外筒体采用直接留缝连接。

图10是本发明实施的等径的外筒体的旋流式快分器方案的主视图，隔流筒与外筒体采用外承插式留缝连接。

图11是本发明实施的旋风分离器方案的俯视图，旋风分离器7由2个旋风分离器并联组成。

图12是本发明实施的旋风分离器方案的俯视图，旋风分离器7由3个旋风分离器并联组成。

图13是本发明实施的旋风分离器方案的俯视图，旋风分离器7由4个旋风分离器并联组成。

图14是本发明实施的变径V型结构的主视图。

图中，1—再生后催化剂斜管，2—提升管，3—待生催化剂斜管，5—隔流筒，6—旋流式快分器，7—旋风分离器，8—集气室，9—油气管线，10—分气室，11—外筒体，12—V形结构，13—汽提器，14—原料油，15—回炼油，16—蒸汽或干气入口，17—螺旋臂，18—外筒体的变径段，19—加强斜板，20—内承插筒，21—封闭环，22—筒状物，23—外承插筒，24—料腿，25—上行腿。

具体实施方式

在使用本发明一种无沉降器流化催化裂化装置时，原料油14和回炼油15进入提升管2，与通过再生斜管1输入的来自再生器的再生催化剂混合，在提升蒸汽或提升干气15的提升作用下向上混合流动，同时发生催化裂化反应。反应油气和催化剂在提升管出口进入旋流式快分器6，经旋流式快分器6的螺旋臂17切向向下喷出，在旋流式快分器6的外筒体11与隔流筒5之间的环形空间内形成气固混合物的旋转运动，混合物中的绝大部分催化剂在离心力场的作用下被分离下来并沿外筒体11的内壁下落到汽提段13，在汽提段13内，催化剂依次沿多组挡板向下流落，并由挡板下部的气体分布管喷出的汽提蒸汽将催化剂颗粒黏附和夹带的油气汽提出来，汽提器13汽提出来的气体与经旋流式快分器6分离出来的油气携带少量未分离出来的细催化剂颗粒上行通过分气室10进入旋风分离器7进行二次分离，分离出来的油气汇集到集气室8由油气管线9快速引出流向分馏塔，分离出来的催化剂经旋风分离器7的料腿24、V形结构12和上行腿25进入汽提器13上部进行汽提。由旋风分离器7和旋流式快分器6分离出来的催化剂在汽提器13经过蒸汽汽提后，通过待生催化剂斜管3输送至再生器。催化裂化反应后的油气与催化剂混合物经过旋流式快分器6和旋风分离器7的两级分离，气固分离效率高达99.99％以上，实现了气固离心快速分离。由于取消了沉降器，不存在油气弥漫的大空间，油气的行程大大缩短，油气的平均停留时间缩短到2～3秒以内，实现了油气的快速引出。

Claims (3)

1、一种无沉降器催化裂化装置，包括提升管(2)，隔流筒(5)，旋流式快分器(6)，旋风分离器(7)，集气室(8)，分气室(10)，汽提器(13)，其特征在于：提升管(2)与隔流筒(5)、外筒体(11)同轴线布置；提升管(2)的出口端直接连接旋流式快分器(6)，旋流式快分器(6)的下部是汽提器(13)；旋流式快分器(6)包括多个螺旋臂(17)、隔流筒(5)和外筒体(11)，螺旋臂(17)的起始端位于提升管顶端封死的上端部的管壁上，螺旋臂(17)穿过隔流筒(5)，螺旋臂(17)出口端的外侧靠近外筒体(11)的内壁；隔流筒(5)外壁和外筒体(11)内壁构成的空间的下部开放，上部封闭或开放；多个旋风分离器(7)位于旋流式快分器(6)的上部，并通过分气室(10)与旋流式快分器(6)相连接；旋风分离器(7)的出口上部接集气室(8)；旋风分离器(7)的料腿(24)下端连接一个V型结构(12)，V型结构(12)与汽提器(13)的上部相通，在所述的料腿(24)下端的V型结构中，料腿(24)轴线与上行腿(25)轴线之间的夹角为20°～60°，上行腿(25)与汽提器(13)的上部相通，上行腿(25)与旋风分离器料腿(24)的直径相同，或者不同。

2、根据权利要求1所述的无沉降器催化裂化装置，其特征在于：所述的旋流式快分器(6)具有2～8个螺旋臂(17)，螺旋臂作逆时针旋转，或者顺时针旋转。

3、根据权利要求1所述的无沉降器催化裂化装置，其特征在于：所述的旋流式快分器(6)的螺旋臂(17)的截面是方形的、圆形的或者椭圆形的，螺旋臂(17)向下倾斜，其与水平面的夹角下倾角为5～40°。

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