CN100487082C - 无沉降器催化裂化装置 - Google Patents

Abstract

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，无传统的容纳旋风分离器的沉降器，其特征在于：汽提器下端的立管与再生器相通；一级旋风分离器位于汽提器的上方，其下部与汽提器相通，提升管的出口端与一级旋风分离器通过管道连接；一级旋风分离器的上方是二级旋风分离器，两者串联连接；二级旋风分离器的料腿下端有与汽提器相通的下料结构。本发明的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

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CN92112441(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，并在外面加一个封闭罩以实现油气的快速引出。

中国专利CN01144955.1、CN00102723.9和CN97120272.9中的催化裂化装置均采用一级和二级旋风分离器，分离反应后的催化剂和油气，一级和二级旋风分离器分离下来的催化剂分别通过一级和二级旋风分离器的料腿进入沉降器，然后在沉降器下部的汽提器中用蒸汽汽提，除去催化剂中黏附和夹带的油气，由于沉降器的空间较大，结焦问题仍然不能很好解决。

美国专利US5,316,662(1994)，US5,158,669(1992)公开的催化裂化装置，包括提升管反应器，反应器容器和再生器，其特征在于：提升管通过水平管道连接一个分离容器，分离容器下部连接有一级汽提器，分离容器分离出来的催化剂在一级汽提器中汽提，分离容器上部通过中心气体出口管和集合管与旋风分离器相连接，从旋风分离器分离下来的催化剂下落在密相床上，再通过管道进入一级汽提器内进行蒸汽汽提，一级汽提器通过管道与二级汽提器相通，二级汽提器与再生器相通。

美国专利US5,314，611(1994)的一个催化裂化装置的实施例，包括提升管反应器，反应器容器和再生器，其特征在于：提升管通过水平管道连接一个分离容器，分离容器下部连接有一级汽提器，分离容器分离出来的催化剂在一级汽提器中汽提，分离容器上部通过中心气体出口管和集合管与旋风分离器相连接，从旋风分离器分离下来的催化剂通过料腿直接进入一级汽提器内进行蒸汽汽提，一级汽提器通过管道与二级汽提器相通，二级汽提器与再生器相通。

发明内容

本发明的目的是提供用于烃原料流化催化裂化工艺的无沉降器催化裂化装置。

本发明无沉降器催化裂化装置，包括再生器1，提升管11，一级旋风分离器10，二级旋风分离器6，汽提器3，集气室7，分气室9，其特征在于：所述的催化裂化装置无沉降器，二级旋风分离器6的料腿15下端有下料结构4，下料结构4直接与汽提器3相通；汽提器3的下方是再生器1，汽提器3的下端连接立管2，立管2与再生器1相通；一级旋风分离器10位于汽提器3的上方，一级旋风分离器10的下部与汽提器3相通，提升管11的出口端与一级旋风分离器10通过管道连接；一级旋风分离器10的上方是二级旋风分离器6，一级旋风分离器10通过一级旋风分离器10的出口管和分气室9与二级旋风分离器6串联连接。

本发明的催化裂化装置的特征在于：所述的一级旋风分离器10由一个或两个并联的旋风分离器组成，旋风分离器的旋向是逆时针的或者是顺时针的。

本发明的催化裂化装置的特征在于：所述的二级旋风分离器6由2～8个并联的旋风分离器组成，旋风分离器的旋向是逆时针的或者是顺时针的。

本发明的催化裂化装置的特征在于：所述的二级旋风分离器6的料腿15下端的下料结构4为V型结构或者翼阀结构。

本发明的催化裂化装置的特征在于：在所述的V形结构中，二级旋风分离器料腿15的轴线与上行腿16的轴线的夹角为20°～60°，料腿15的直径与上行腿16的直径相同或不同，上行腿16与汽提器3的上部相通。

本发明的催化裂化装置的特征在于：在所述的翼阀结构中，二级旋风分离器料腿15的轴线与连接管17的轴线的夹角为100°～160°，料腿15的直径与连接管17的直径相同或不同，连接管17与汽提器3的上部相通。

以下结合附图，详细叙述本发明的技术方案。

本发明的无沉降器催化裂化装置，取消了传统的用于容纳快分器和旋风分离器的沉降器，其包括再生器1，待生催化剂立管2，提升管11，一级旋风分离器10，二级旋风分离器6，汽提器3，集气室7，油气管线8，分气室9，在无沉降器催化裂化装置中，汽提器3的下方设置再生器1，汽提器3的下端连接待生催化剂立管2，待生催化剂立管2与再生器1相通，从汽提器3落下的催化剂通过待生催化剂立管2进入再生器1中，进行再生处理。

一级旋风分离器10设置在汽提器3的上方，其由一个或两个旋风分离器并联组成，旋风分离器的旋向可以是逆时针的或者是顺时针的。提升管11的出口端与一级旋风分离器10通过一根水平管道相连接。当使用一个一级旋风分离器时，一级旋风分离器10的下部的锥体与汽提器3相通，当使用二个一级旋风分离器时，二个旋风分离器的下部锥体分别与汽提器3相通。

一级旋风分离器10的上方是二级旋风分离器6，一级旋风分离器10通过一级旋风分离器10的出口管和分气室9与二级旋风分离器6串联相连接。二级旋风分离器6由2～8个并联的旋风分离器组成，其个数由来自分气室的气量大小而定，旋风分离器的旋向是逆时针的或者是顺时针的。

每个二级旋风分离器6的料腿15下端都有下料结构4，由于本发明催化裂化装置无沉降器，因而下料结构4与直接汽提器3相通，二级旋风分离器6分离下来的催化剂通过料腿15和下料结构进入汽提器3，进行蒸汽汽提。下料结构4为V型结构或者翼阀结构。

在V形结构中，二级旋风分离器料腿15的轴线与上行腿16轴线的夹角为20°～60°，优选为30°～50°，料腿15的直径与上行腿16的直径可以相同或不同，料腿15的直径在料腿15出口处可以采用变直径结构与上行腿16过渡，上行腿16的直径可以是料腿15的直径的1.1～2倍，上行腿16与汽提器3的上部密相床层或密相床的上方相通，由二级旋风分离器分离下来的催化剂通过料腿15和上行腿16，进入汽提器3的上部。

在翼阀结构中，二级旋风分离器料腿15的轴线与连接管17的轴线的夹角为100°～160°，优选为120°～140°料腿15的直径与连接管17的直径可以相同或不同，连接翼阀部分的连接管17的直径可以是料腿15的直径的1.1～2倍。连接管17与汽提器3的上部密相床层或密相床的上方相通，由二级旋风分离器分离下来的催化剂通过料腿15和连接管17，进入汽提器3的上部。

与现有的流化催化裂化装置相比，本发明无沉降器催化裂化装置具有如下显著效果：

1、发明取消了传统的催化裂化装置的沉降器，采用两级直联旋风分离器组成油气和催化剂快速分离系统，气固分离效率在99.99％以上，实现了气固高效快速分离，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减少到2～3秒以下，从而避免了由于催化剂与反应产物接触时间过长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、本发明的催化裂化装置，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、本发明的催化裂化装置，不存在油气流动的静止或低速空间，能够快速引出油气，因此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、本发明的催化裂化装置，结构简单且紧凑，大大节省了设备费用，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，降低了生产成本，具有很好的节能效果。

附图说明

图1是本发明无沉降器催化裂化装置的主视图。

图2是本发明无沉降器催化裂化装置的一级旋风分离器设置方案的俯视图，一级旋风分离器由1个旋风分离器组成。

图3是本发明无沉降器催化裂化装置的二级旋风分离器设置方案的俯视图，二级旋风分离器由2个旋风分离器组成。

图4是本发明无沉降器催化裂化装置的二级旋风分离器设置方案的俯视图，二级旋风分离器由3个旋风分离器组成。

图5是本发明无沉降器催化裂化装置的二级旋风分离器设置方案的俯视图，二级旋风分离器由4个旋风分离器组成。

图6是本发明无沉降器催化裂化装置的V型结构的主视图。

图7是本发明无沉降器催化裂化装置的翼阀结构的主视图。

图中，1—再生器，2—立管，3—汽提器，4—下料结构，6—二级旋风分离器，7—集气室，8—油气管线，9—分气室，10—一级旋风分离器，11—提升管，12—原料油，13—回炼油，14—蒸汽或干气入口，15—料腿，16—上行腿，17—连接管

具体实施方式

在使用本发明无沉降器流化催化裂化装置时，原料油12和回炼油13进入提升管11与来自再生器的再生催化剂混合，在提升蒸汽或提升干气14的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11的出口进入一级旋风分离器10进行一次分离，分离后的油气和来自汽提器3汽提出来的油气与蒸汽合并，并携带少量未分离的细催化剂颗粒经一级旋风分离器的升气管进入分气室9，后进入二级旋风分离器6进行分离，分离出来的油气汇入集气室7并由油气管线8快速引出。被一级旋风分离器10分离出来的催化剂由一级旋风分离下部的锥体直接进入汽提器3，而被二级旋风分离器分离出来的催化剂通过料腿15下端的下料结构，即V形结构或翼阀结构落入汽提器3上部的密相床层或密相床的上方，催化剂在汽提器3中经蒸汽汽提后通过立管2输送至再生器1。催化裂化反应后的油气与催化剂混合物经过两级旋风分离器的分离，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，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、无沉降器催化裂化装置，包括再生器(1)，提升管(11)，一级旋风分离器(10)，二级旋风分离器(6)，汽提器(3)，集气室(7)，分气室(9)，其特征在于：所述的催化裂化装置无沉降器，二级旋风分离器(6)的料腿(15)下端有下料结构(4)，下料结构(4)直接与汽提器(3)相通；汽提器(3)的下方是再生器(1)，汽提器(3)的下端连接立管(2)，立管(2)与再生器(1)相通；一级旋风分离器(10)位于汽提器(3)的上方，一级旋风分离器(10)的下部与汽提器(3)相通，提升管(11)的出口端与一级旋风分离器(10)通过管道连接；一级旋风分离器(10)的上方是二级旋风分离器(6)，一级旋风分离器(10)通过一级旋风分离器(10)的出口管和分气室(9)与二级旋风分离器(6)串联连接；所述的二级旋风分离器(6)的料腿(15)下端的下料结构(4)为V型结构或者翼阀结构，在所述的V形结构中，二级旋风分离器料腿(15)的轴线与上行腿(16)轴线的夹角为20°～60°，料腿(15)的直径与上行腿(16)的直径相同或不同，上行腿(16)与汽提器(3)的上部相通，在所述的翼阀结构中，二级旋风分离器料腿(15)的轴线与连接管(17)的轴线的夹角为100°～160°，料腿(15)的直径与连接管(17)的直径相同或不同，连接管(17)与汽提器(3)的上部相通。

2、根据权利要求1的催化裂化装置，其特征在于：所述的一级旋风分离器(10)由一个或两个并联的旋风分离器组成，旋风分离器的旋向是逆时针的或者是顺时针的。

3、根据权利要求1的催化裂化装置，其特征在于：所述的二级旋风分离器(6)由2～8个并联的旋风分离器组成，旋风分离器的旋向是逆时针的或者是顺时针的。

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