CN101605599A - 用于流化催化裂化单元的再生器的新型固体气体分离系统 - Google Patents

用于流化催化裂化单元的再生器的新型固体气体分离系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新型的固体气体分离系统，适合于所有类型的FCC单元再生器。该创新性系统包括用于分离包含在源自流化催化裂化FCC单元的再生区域的气体流中的固体颗粒的装置，该装置由关于再生区域的竖直轴线居中的圆柱形内罩(3)以及具有一个基本水平的壁(15)、续接一个曲线形壁(16)和一个基本竖直的壁(17)的外罩(1)所界定，这组壁(15、16、17)覆盖内罩(3)并形成一组分布在围绕着内罩(3)的外壳中的分离腔室(2)，该组分离腔室中含有待分离的固体气体悬浮体。该新型分离系统能够进行非常有效的分离，同时也最大限度地减少压头损失，且仅仅需要一个在下游的旋风分离级。

Description

用于流化催化裂化单元的再生器的新型固体气体分离系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种分离装置，其可应用在流化催化裂化(简称FCC)单元的再生器的头部。催化裂化单元的再生区域可实现为单级或可分成两级。举例来说，作为单级技术可提及的是Exxon公司的“flexicraker”，其作为致密流化床运行，或者UOP公司的FCC技术，其作为喷流床运行。作为两级再生区域的实例，可提及的是AXENS/SWEC公司的R2R技术。在由“Gulf Professional Publishing”出版的Reza Sadeghbeigi的著作“Fluid Catalytic Handbook(流化催化手册)”的第2和3页中可找到这些不同技术的示意图(图1-1、1-2、1-3)。
背景技术
[0002]在本文的后续部分中，作为本发明主题的分离装置，指的是能够从燃烧气体中进行催化剂的主要分离的装置，其位于再生区域的一个或多个级中，在一个或多个副分离级的上游，副分离级通常实施为旋风分离级。
[0003]无论再生区域实现为一级还是两级，其必须在每级的燃烧气体和再生的催化剂之间具有至少一个分离装置。应该提醒的是，FCC单元的再生区域为处于流化状态的区域，在该区域中进行的是沉积在源自反应区域的催化剂的表面上的焦炭的受控燃烧，使得在将再生的催化剂送回到反应区域之前在该再生区域的出口处发现很低水平的焦炭。通常，在再生区域的入口处的焦炭水平介于0.3wt％和2.0wt％之间，经常是在0.5wt％和1.5wt％之间，而在该区域的出口处发现的焦炭水平则低于0.05wt％。
[0004]用于分离催化剂和燃烧气体的装置的目的是降低被引入到位于下游的旋风分离器中的气态流出物中的固体颗粒的浓度，根据本发明，颗粒分离效率为至少90％，优选为至少95％。与采用现有技术中的装置所获得的值相比，该值代表了显著的增加，其中现有技术中的装置为交叉脱离类型(disengagement cross type)，特别例如上文提到的图1-2所示，其效率不超过60至70％。根据本发明的装置由于提高了的效率使得可以去掉一个位于下游的旋风分离级。这使得在紧凑性方面有了实质性获益，尤其是当旋风分离级位于再生区域的内部时。
[0005]应该提醒的是，在分离区域的入口处气体/固体流中的固体对气体的质量流量比一般在2和50之间，优选地在3和10之间。
[0006]涉及用于分离再生的催化剂和燃烧气体的系统的现有技术经常体现为包括气体/固体悬浮体方向的突然变化的简单装置，通常只有单个用于气体和固体的出口。这些脱离装置的标准类型为交叉脱离型，其包括一组臂，这些臂位于延伸部分中、沿着基本垂直于气体/固体悬浮体的上升器的方向，每个臂设有一个指向下方的出口开口。这种系统的效率一般在60wt％和70wt％之间，更具体而言，也就是说，在经由该出口开口排出气体/固体悬浮体之后，大约60％的固体重新回到位于下方的流化床的密相中，而40％的悬浮在气体中的该固体将提供给位于该装置的下游的旋风分离级。
附图说明
[0007]这组附图适用于单级再生区域和两级再生区域这两种构造。
[0008]图1示出了根据本发明的装置的透视图，其使得可以看到所述装置和位于下游的、由旋风分离级所构成的副分离系统的相对位置。
[0009]图2示出了根据本发明的装置的剖视图，其使得可以看到分离腔室的构造。
[0010]图3示出了根据本发明的装置的顶视图，其包括由旋风分离级所构成的副分离系统。该图使得可以看到旋风分离器的返回支管(return leg)相对于分离腔室的位置。
[0011]图4示出了隔板的更具体的视图以及它们相对于分离腔室和旋风分离器的返回支管的位置。为了不使该图过于复杂化，隔板的下方部分所设有的孔口没有示出。
发明内容
[0012]本发明包括用于分离包含在源自流化催化裂化(FCC)单元的再生区域的气体流中的固体颗粒的装置，该装置由关于再生区域的竖直轴线居中的圆柱形内罩(3)，以及具有一个基本水平的壁(15)、紧接的一个曲线形壁(16)和一个基本竖直的壁(17)的外罩(1)所界定，这组壁(15、16、17)罩住内罩(3)并形成一组围绕着内罩(3)径向分布的分离腔室(2)，待分离的气体/固体悬浮体在该组分离腔室中环流分离。
[0013]因此，分离腔室(2)具有与内罩(3)的竖直壁公用的第一竖直壁，由壁(15)、(16)和(17)组合形成的第二曲线形壁，以及两个基本垂直于圆柱形罩(3)的侧壁(22)、(22′)。
[0014]每个分离腔室(2)一方面通过入口截面(4)与圆柱形内罩(3)连通，另一方面，通过出口截面(5)与再生区域(25)连通，并具有至少一个位于该分离腔室的侧壁(22)和/或(23)的上方部分中的侧面出口(6)。侧面出口(6)由内罩(3)紧邻地位于入口截面(4)的下方的那部分竖直壁和对应于外罩(1)的曲线形壁(16)的内弧面(26)之间的空间所限定。
[0015]侧面出口(6)的形状基本上为圆形或椭圆形的四分之一。术语“基本上”应理解为其意味着这样的事实，即任何允许气体/固体悬浮体围绕曲线形壁(16)和相应的内弧面(26)滚动的形状都适合于本发明。侧面出口的确切形状得自对应于该曲线形壁(16)的内弧面(26)的形状。
[0016]根据本发明的装置可包括位于两个连续分离腔室(2)之间的隔板(7)，每个隔板固定在圆柱形内罩(3)的壁上并优选地具有指向上方的翼形，该翼的上端位于比侧面开口(6)的上部位置高度低的位置高度处。这些隔板(7)在其下方部分设置有至少一个孔口(图中未示出)，这使得可以排出可能积聚在由隔板(7)的下方部分和内部圆柱形壁(3)所形成的角处的催化剂。
[0017]赋予隔板(7)任何可以引导气体从侧面出口(6)升起的形状，都仍然处于本发明的范围内。指向上方的翼形为优选形状，但是圆锥形或更一般的管状(即一组适当倾斜的管)均完全属于本发明的范围。关于隔板(7)的更多信息在具体实施方式部分给出。
[0018]根据本发明的装置具有关于再生区域(25)的竖直轴线的圆柱对称性。具体而言，形成副分离级的旋风分离器(21)的返回支管(8)插在各分离腔室(2)之间，并下降到或者位于致密流化床的位置高度的上方，或者位于致密流化床本身内部的位置高度处。在后一种情况中，称为浸入支管。优选地，返回支管(8)通向致密床上方的稀释相中。
[0019]返回支管(8)可相对于竖直方向形成一定的角度。返回支管(8)正常工作可接受的相对于竖直方向的最大角度为20°，该最大角度优选为15°。特别优选地，返回支管(8)为基本竖直的，即可偏离竖直方向最多5°的角度。
[0020]最后，返回支管可在其下端设置可以防止该支管中的气泡升起且可朝着支管外部很好地分配气体/固体悬浮体的机械系统。这些系统可为本领域技术人员公知的任何类型，特别是各种形状的罩盖，尤其是圆锥形罩盖，或者甚至是与支管(8)的下端分开一定距离的简单的水平板，该距离为该返回支管直径的0.5倍至1.5倍。
[0021]根据本发明的装置允许在再生的催化剂颗粒被重新引入到催化裂化单元的反应区域中之前对它们进行有效的分离。该气体/固体分离的效率为至少90％，经常为95％，此外还具有这样的优点，即使得构成副分离级的旋风分离器能够在更低的颗粒浓度水平下工作，因此即在最佳条件下工作。
[0022]根据本发明的装置的压力下降一般略高于根据现有技术的装置的压力下降，这没有坏处，因为该项在该单元的压力平衡中不是很重要。
具体实施方式
[0023]本文中括号里的数字对应于图1至图4中的数字。根据本发明的分离装置可适用于具有单级再生区域或两级再生区域的流化催化裂化单元。在两级再生区域的情况下，该两级由管状区域连接，该管状区域具有大致竖直和细长的形状，在英语中称为“提升管(lift)”，我们翻译成运输管道且在图2中用(18)表示。
[0024]在再生区域只包括一级的情况下，根据本发明的装置放置在形成该级且与流化床反应器的壁连续的流化床的上方部分中。这种连续性通常由圆锥形过渡区域(10)提供，它使得可以从反应器的直径逐渐切换到圆柱形竖直管道(18)的直径。
[0025]由于根据本发明的装置无论是安装在单级再生区域还是两级再生区域中，其运行是没有区别的，因此在本文的后续部分，对于竖直圆柱形管道(18)(根据具体情况，其或者对应于提升管(在两级再生区域的情况下)，或者对应于流化床的上方部分(在单级再生区域的情况下))在下文将不再区分。
[0026]一般而言，再生区域指的是这样的腔室，其包括：在其中进行焦炭燃烧反应的流化床、根据本发明的主分离装置、以及通常由一个或多个旋风分离级构成的副分离装置。
[0027]下面的描述涉及两级再生区域和单级再生区域这两种情况，圆锥形过渡区域(10)在某些情况下可以移除。
[0028]根据本发明的装置包括具有圆柱形状的第一圆柱形内罩(3)，当再生区域由单级构成时，该罩与再生区域的壁连续，或者当再生区域包括两级时，该罩与提升管的壁连续。在这两种情况下，该连续性都通过具有圆柱-圆锥形状的过渡区域(10)来提供，该过渡区域使得可以从反应器或提升管的直径切换到圆柱形内罩(3)的直径。
[0029]再生区域(25)的罩同时容纳根据本发明的装置、通常由至少一个旋风分离级(21)所构成的副分离系统、以及致密流化床，在该流化床中，沉积在催化剂上的焦炭进行受控燃烧。
[0030]圆柱形内罩(3)关于再生区域(25)的竖直对称轴居中。圆柱形内罩(3)由外罩(1)罩住，外罩(1)包括基本水平的第一壁(15)，以及形状为开始弯曲(16)、然后基本平行(17)于内罩(3)的竖直壁的侧壁。
[0031]外罩(1)不形成罩住整个内罩(3)的单一表面，而是如图1所示，分成一定数目的相等区段，其外壁(15、16、17)结合内罩(3)的竖直壁的相应部分共同确定分离腔室(2)。
[0032]因此，分离腔室(2)由两个侧壁(22)、(22′)界定，它们限定了一个截面。分离腔室(2)的数目在2到6之间，优选为4个。
[0033]分离腔室(2)包括三个区域，可以按照气体/固体悬浮体的流动方向以下面的方式来描述：
-第一区域(18)，在该区域中流动为基本竖直的且上升的；
-称为离心区域(19)的第二区域，在该区域中气体/固体悬浮体经历大约180°的转向；以及
-第三竖直下降区域(20)，它使固体经由出口截面(5)从分离装置中排出，以重新加入再生区域(25)的下方部分。该下方部分主要由致密流化床所占据，在该流化床中，沉积在催化剂上的焦炭进行受控燃烧反应。该致密流化床的位置高度低于出口截面(5)的位置高度至少一米。
[0034]分离腔室(2)在其上方部分通过流动区域(4)与圆柱形区域(18)连通，该流动区域(4)一方面由圆柱形内罩(3)的上端界定，另一方面由外罩的上壁(15)和(16)界定。分离腔室(2)在其下方部分通过出口截面(5)与再生区域(25)连通，该出口截面(5)一方面由圆柱形内罩(3)的竖直壁界定，或由邻接内罩(3)的竖直壁但与其分开的壁(23)、(24)界定，另一方面由外罩(1)的竖直壁(17)界定。
[0035]用语“入口截面(4)”和“出口截面(5)”应该根据气体/固体悬浮体的流动方向来理解，该悬浮体经由入口截面(4)进入离心区域，而经由出口截面(5)离开分离装置。
[0036]分离腔室(2)围绕着由圆柱形内罩(3)所限定的竖直圆柱形区域(18)径向地分布。
[0037]每个分离腔室(2)在其上方部分包括开口(6)，该开口将再生区域(25)的上方部分与离心区域(19)相连，并允许气体在被引向下降竖直区域(20)时得以脱离，而气体/固体悬浮体中的固体颗粒则留在该分离腔室中。
[0038]离心区域(19)被限定成使得气体/固体悬浮体在基本竖直的平面内相对于竖直方向旋转大约180°的角度。
[0039]源自入口截面(4)且在离心区域(19)的入口处具有基本竖直和上升运动的固体颗粒被发现在离心区域(19)的出口处具有基本竖直和下降的运动，该运动在下降垂直区域(20)中继续，直到颗粒出口截面(5)。
[0040]通过固定在内罩(3)的竖直壁上且在下方部分临近由该下方部分和圆柱形竖直壁(3)所形成的角处设置有至少一个孔口的隔板(7)可促进经由开口(6)进行的气体脱离。更具体而言，这些隔板(7)位于各分离腔室(2)之间，允许旋风分离器(21)的返回支管(8)通过。优选地，每个隔板(7)具有指向上方的翼形，该翼的上端位于比该侧面开口(16)的上部位置高度低的位置高度处。
[0041]每个隔板(7)具有倾斜的下方部分，其固定在圆柱形内罩(3)的壁上，相对于竖直方向该倾斜角度介于15°和30°之间。该下方部分由至少一个孔口穿透，以允许排出可能积聚在由该下方部分和圆柱形竖直壁(3)所形成的角处的催化剂。
[0042]每个隔板(7)具有基本竖直的上方部分，其位于相对于圆柱形内罩(3)的竖直壁至少150mm的地方。
[0043]分离腔室(2)、隔板(7)和旋风分离器的返回支管(8)的数目为2、4或6，并且它们形成一个组件，该组件关于再生区域(25)的竖直轴线(11)对称。
[0044]优选地，分离腔室的数目为2或4。
[0045]气体/固体悬浮体在竖直管道(18)中的环流速率一般在5m/s和30m/s之间，优选地在12和25m/s之间。计算入口截面(4)使得其基本上遵循，例如已存在于竖直管道(18)中的环流速率。例如，假设装置具有4个分离腔室(2)，那么入口截面(4)的值将基本上等于竖直管道(18)的横截面的四分之一。
[0046]固体与气体的质量流量比一般在2和40之间，优选地在4和25之间。
[0047]在侧面出口(6)处的气体排出速度在5m/s和20m/s之间，优选地在5m/s和12m/s之间。
[0048]一定量的气体也通过出口截面(5)而排出。该气体部分可占总气体的20％-70％，该值主要取决于截面(5)和截面(6)的表面积比。
[0049]对于颗粒密度在1500kg/m3和2000kg/m3之间且平均直径在60和80微米之间的标准FCC催化剂颗粒而言，由出口截面(5)排出的固体颗粒的流速一般在50kg/(m2·s)和1500kg/(m2·s)之间，优选地在100kg/(m2·s)和500kg/(m2·s)之间。

Claims (11)

1.一种用于分离包含在源自流化催化裂化FCC单元的再生区域的气体流中的固体颗粒的装置，所述装置由关于再生区域(25)的竖直轴线(11)居中的圆柱形内罩(3)以及具有一个基本水平的壁(15)、一个曲线形壁(16)和一个基本竖直的壁(17)的外罩(1)所界定，这组壁(15、16、17)覆盖住所述内罩(3)并形成一组围绕着所述内罩(3)径向分布的分离腔室(2)，待分离的气体/固体悬浮体在所述分离腔室中环流，每个分离腔室(2)一方面通过入口截面(4)与所述圆柱形内罩(3)连通，另一方面，通过出口截面(5)与所述再生区域(25)的下方部分连通，并具有至少一个位于所述分离腔室(2)的侧壁(22)的上方部分中的侧面出口(6)，所述侧面出口(6)由所述内罩(3)紧邻地位于所述入口截面(4)下方的那部分竖直壁和对应于所述外罩(1)的曲线形壁(16)的内弧面(26)之间的空间所限定，所述装置还包括，位于两个连续分离腔室(2)之间的隔板(7)，每个隔板(7)固定在所述圆柱形内罩(3)的壁上，形成副分离级的旋风分离器(21)的返回支管(8)插在所述各分离腔室(2)之间并排列成圆形，所述圆形的直径介于所述圆柱形内罩(3)的直径和所述外罩(1)的较大直径之间。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个隔板(7)具有指向上方的翼形，所述翼的上端位于比所述侧面开口(16)的上部位置高度低的位置高度处。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，每个隔板(7)具有倾斜的下方部分，所述下方部分固定在所述圆柱形内罩(3)的壁上，相对于竖直方向所述倾斜角度介于15°和30°之间。
4.根据权利要求1至3中任意之一所述的装置，其特征在于，每个隔板(7)具有基本竖直的上方部分，所述上方部分位于相对于所述圆柱形内罩(3)的竖直壁至少150mm的地方。
5.根据权利要求1至4中任意之一所述的装置，其特征在于，分离腔室(2)、隔板(7)和所述旋风分离器的返回支管(8)的数目为2或4，并且它们形成一个组件，所述组件关于所述再生区域(25)的竖直轴线(11)对称。
6.根据权利要求1至5中任意之一所述的装置，其特征在于，所述致密流化床的位置高度位于所述再生区域(25)的下方部分中，且低于所述出口截面(5)的位置高度至少一米。
7.一种使用权利要求1至6中任意之一所述的装置来分离包含在气体/固体悬浮体中的固体颗粒的方法，其特征在于，气体/固体悬浮体在所述入口截面(4)处的环流速率介于5m/s和30m/s之间，优选地介于8m/s和20m/s之间。
8.一种使用权利要求1至6中任意之一所述的装置来分离包含在气体/固体悬浮体中的固体颗粒的方法，其特征在于，在所述入口截面(4)处的固体与气体的质量流量比介于2和40之间，优选地介于4和25之间。
9.一种使用权利要求1至6中任意之一所述的装置来分离包含在气体/固体悬浮液中的固体颗粒的方法，其特征在于，在所述侧面开口(6)处的气体排出速度介于5m/s和30m/s之间，优选地介于5m/s和12m/s之间。
10.一种使用权利要求1至6中任意之一所述的装置来分离包含在气体/固体悬浮液中的固体颗粒的方法，其特征在于，所述气体/固体悬浮体被引入到竖直管道(18)中，在这里所述悬浮体竖直上升流动，然后经由流动区域(4)进入离心区域(19)中，在这里所述悬浮体旋转大约180以使气体得以脱离，所述气体主要经由所述开口(6)排出，所述固体颗粒竖直向下运动通过竖直下降区域(20)并经由所述出口截面(5)朝向再生腔室(25)的下方部分排出。
11.一种使用权利要求1至6中任意之一所述的装置来分离包含在气体/固体悬浮液中的固体颗粒的方法，其特征在于，通过所述出口截面(5)的催化剂流速介于50kg/(m2·s)和1500kg/(m2·s)之间，优选地介于100kg/(m2·s)和500kg/(m2·s)之间。
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