CN1055492C

CN1055492C - 提升管催化裂化反应系统气固快速分离和气体快速引出方法及装置

Info

Publication number: CN1055492C
Application number: CN96103419A
Authority: CN
Inventors: 曹占友; 时铭显; 孙国刚; 卢春喜
Original assignee: China University of Petroleum Beijing; China Petrochemical Corp
Current assignee: China University of Petroleum Beijing; China Petrochemical Corp
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 2000-08-16
Anticipated expiration: 2016-03-22
Also published as: CN1160744A

Abstract

一种提升管流化反应系统气固快速分离和气体快速引出的方法及装置，其特征在于反应气和催化剂混合物先在一个下端直连一级汽提段的粗旋风分离器内进行分离，分离下来的催化剂在装有消涡挡板和汽提挡板的一级汽提段内及沉降器底部床层，进行一级汽提和二级汽提，反应气和汽提气一并通过一个具有多道切向开口的带导流罩的逆向导流器，再次进行气固分离。本发明用于炼油厂或化工厂的提升管流化反应系统实现气固快速分离，减少反应后气体过度反应，提高目的产品的产率。

Description

提升管催化裂化反应系统气固快速分离和气体快速引出方法及装置

本发明涉及提升管催化裂化反应系统催化剂与油气的快速分离和气体快速引出方法及装置。

在炼油厂流化催化裂化反应系统的提升管出口处，都装有气固快速分离装置以实现催化剂与油气的分离，终止不必要的过度反应。这种分离装置目前有二大类，第一类是惯性快分装置，它是依靠含有大量催化剂颗粒的油气急剧改变流向时所产生的气固二相惯性差异来实现气固分离，典型的惯性快分装置有倒L型、T型、多叶型等结构，它们的特点是压降很小，一般只有几百帕，但固体颗粒从气体中一次分离出来的效率只有70～80％左右。分离掉大部分催化剂后的油气在直径较大的沉降器内慢速上升，约经20秒才得以进入沉降器上部的旋风分离器内，把夹带的催化剂进一步分离出来，催化剂沿旋风分离器料腿进入沉降器下部床层。前后二次分离出来的催化剂都夹带着一定量的油气，需在沉降器下部床层内用水蒸汽吹提出来，油气再经30秒以上的时间上升到沉降器上部旋风分离器的入口。这样，催化裂化反应后的油气在沉降器内的平均停留时间可能长达20～30秒，油气返混率高达50％，这样很容易发生高温热裂化，使轻质油收率降低，并会造成沉降器内严重结焦，影响装置长周期运转。

第二类是离心式分离装置，它依靠气固两相混合物急速旋转形成的强离心力埸实现气固快速分离。典型实例是在提升管反应器的出口直联一组简单的旋风分离器(简称粗旋)，它的气固分离效率可高达98％以上，压降在数千帕左右。分离掉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秒以上才得以进入沉降器上部的旋风分离系统，油气通过旋风分离器将夹带的催化剂进一步分离下来。粗旋料腿是在正压差下排出催化剂，所以大量的催化剂下落到沉降器下部床层汽提段时，不仅催化剂颗粒间夹带了部分油气，向下流动，还有在正压差下从料腿中向下喷出的一部分油气。这些油气与汽提气体混合，然后再沿沉降器慢速上升进入沉降器上部的旋风分离器内。这样使得油气在沉降器内平均停留时间仍然高达10～20秒，在高温下仍存在过度热裂化现象，影响轻质油收率和装置的安全运转。

为解决第一类惯性式快分装置催化剂与油气快速分离问题，美国专利US 4,495,063(1985年)开发了弹射式快分方法及装置，它的气固一次分离效率达到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US 4,364,905(1982年)、US 5,294,331(1994年)、US 5,364,515(1994年)、US 5,393,414(1995年)对弹射式快分又做了改进，主要是为了进一步缩短油气在沉降器内的平均停留时间。但是弹射式快分分离效果并不太高，操作弹性小，压降高等缺点未解决好。

为解决第二类离心式快分装置存在的问题，美国专利US 4,502,947(1985年)、US 4,579,716(1986年)、US 4,624,772(1986年)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，使气体返混率进一步降到6％，但它的抗压力波动的性能较差，开工时要特别小心。随后美国专利US 5,158,669(1992年)、US 5,314,611(1994年)、和欧洲专利EP 0593827A1，中国专利CN 92112441(1992年)等又在粗旋下部直接安装了一个汽提器，改变一小部分油气从粗旋的料腿中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，使油气返混率又进一步降到2％以下。日本特许公报(B2)昭61-25413(1986年)和美国专利US 4,482,451(1984年)则在提升管末端采用了几根向下倾斜一定角度的园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。而在美国专利US 5,314,611(1994年)中，也附有一种带封闭罩的旋流臂式快分，可实现催化剂的高效快速汽提及油气快速引出，但是该专利并未具体说明该旋流臂式快分装置的具体结构。

本发明的目的是提供一种提升管催化裂化反应系统催化剂与油气快速分离和气体快速引出方法及装置，用于反应后催化剂与气体的快速分离及气体的快速引出，提高气固二相分离效率，减少反应后气体过度裂化，消除沉降器内结焦现象。

本发明提升管催化裂化反应系统气固快速分离和气体快速引出的方法的技术方案，包括气固旋风分离，催化剂一级汽提和二级汽提，其特征在于油气与催化剂的混合物先在一个粗旋风分离器内实现分离，分离下来的催化剂直接进入一个与粗旋风分离器下端相连的一级汽提段，经过一级汽提后由料腿导入沉降器底部床层汽提段，进行二级汽提；油气则由粗旋风分离器升气管排出，与一级汽提和二级汽提的气体，一并经过带有导流罩的逆向导流器，进入沉降器上部的旋风分离系统。

本发明气固快速分离和气体快速引出的方法的特征还在于粗旋风分离器的气体入口线速度为8～22m/s，所述一级汽提段内汽提气的表观线速为0.1～0.4m/s，所述催化剂的粒径为20～200μm。

本发明实现提升管催化裂化反应系统气固快速分离和气体快速引出的方法的所用装置，包括提升管反应器、旋风分离器、气体导流管和一级汽提段，其特征在于提升管的出口直接联一个粗旋风分离器，粗旋风分离器锥体下端连接一个一级汽提段，在粗旋风分离器升气管上方有一个带有导流罩的逆向导流器，逆向导流器的上端与沉降器上部旋风分离器入口气体导流管的下端相连接。

本发明气固快速分离和气体快速引出装置的特征在于，一级汽提段的筒体直径是粗旋风分离器的筒体直径的0.8～1.2倍。一级汽提段筒体内同心地装有1～2层消涡挡板和4～6层汽提挡板，顶层消涡挡板装有6～12片高为50～110mm的径向挡涡板。汽提挡板上带有裙边，并开有4～6mm的小孔，开孔率为10～15％。

本发明气固快速分离和气体快速引出的装置的特征在于所述带有导流罩的逆向导流器的下端封闭，上端敞口，它由16～32片曲率半径为(1.2～2)D的园弧形板围成，D为粗旋风分离器的升气管直径。逆向导流器的直径为0.8～1.2D。园弧板围成一圈构成16～32个切向入口，切向入口的入流总面积为气体导流管有效横截面积的1～1.5倍。在逆向导流器外有一个导流罩，导流罩的上端用环形板封口，并连接在逆向导流器的上部，导流罩的下口敞开，导流罩的直径为粗旋风分离器筒体直径的0.8～1.4倍。逆向导流器的园弧形板的安装旋向与粗旋风分离器的升气管内气体的旋向相同。

本发明气固快速分离和气体快速引出的装置的特征还在于，所述的逆向导流器下端与粗旋风分离器升气管上口之间的距离，是升气管直径的0.35～0.75倍，升气管伸入导流罩内的长度为升气管直径的0.25～0.35倍。

下面结合附图详细阐述本发明的技术方案。

图1为实现本发明提升管催化裂化反应系统气固快速分离和气体快速引出的装置示意图。催化剂与油气混合物经提升管1直接进入粗旋风分离器2，分离掉大部分催化剂的油气从粗旋风分离器2的升气管29旋转排出。在该升气管29的上部，在顶部旋风分离器7的入口气体导流管8的底端装有逆向导流器3。粗旋风分离器2的锥体下部装有一级汽提段11，一级汽提段内装有挡板和汽提蒸汽分布管12。由粗旋风分离器2的锥体下落的催化剂进入一级汽提段11，由该汽提段上升的蒸汽将催化剂夹带的大部分油气汽提出来，这部分汽提气向上进入粗旋风分离器2的分离段，然后随油气主流一并经粗旋风分离器2的升气管29排出。经一级汽提后的催化剂经料腿14下落到沉降器底部床层的二级汽提段15，在此进行二级汽提。汽提出的气体在沉降器内上升，在粗旋风分离器2的升气管29附近同油气主流和一级汽提气混合，一同经一段很短距离，以旋转的方式流入带有导流罩9的逆向导流器3，由于逆向导流器3的园弧形板安装旋向与粗旋风分离器2的升气管29的出口气体旋流方向相同，旋转气体流进入逆向导流器3必须急速转向180°，所以可将气体流中夹带的一小部分催化剂中粒径较大的颗粒再次分离出来，在旋转流埸作用下被甩向导流罩9内壁，并沿粗旋风分离器2的外壁，下落到沉降器底部床层，从而可减少进入上部旋风分离器7的气流中的催化剂颗粒的夹带量。气流进入逆向导流器3以后，沿气体导流管8上升进入上部旋风分离器7，在旋风分离器7中，气体在强旋流埸作用下，再次把其中夹带的少量催化剂细颗粒分离出来，分离出来的催化剂细颗粒沿料腿10及翼阀13下落至沉降器底部床层二级汽提段15，在此进行二级汽提。分离掉催化剂细颗粒的气体则从旋风分离器7的排气管汇集到内集气室5，再由出口管6流出。经过二次汽提的分离掉油气的催化剂，从沉降器底部出口进入催化剂再生器。

在本发明的分离装置(图1)中，提升管1从中部进入沉降器，直接与粗旋风分离器2的进气管相连接，粗旋风分离2的锥体下端直接连接一个一级汽提段11，在粗旋风分离器2的上方，有一个带有导流罩9的逆向导流器3，逆向导流器3的上端与沉降器上部旋风分离器7的入口气体导流管8下端相连接。

图2为与粗旋风分离器2的锥体下端连接的一级汽提段11的结构示意图。由粗旋风分离器2分离下来的催化剂由锥体21的下口旋转而下，落到第一层带有径向挡涡板22的消涡挡板23上，催化剂流由旋转流变为向下重力流，依次洒落到内圈汽提挡板24和外圈汽提挡板25上，汽提挡板24和25上开有4～6mm的小孔，并带有垂直裙边26。催化剂沿挡板的倾斜表面向下滑落，汽提蒸汽则从挡板下部经小孔向上流动，与催化剂形成十字交叉流动，达到最佳汽提效果。内圈汽提挡板24固定在一根中心杆27上。一级汽提段的筒体直径是粗旋风分离器筒体直径的0.8～1.2倍。中心杆27的直径为粗旋风分离器锥体21下口直径的0.15～0.20倍，上端伸入锥体21内的长度为锥体21长度的0.2～0.5倍，可起到稳定锥段内旋涡的作用。内圈汽提挡板24的裙边26与汽提段筒壁28之间形成的环形空间，以及外圈汽提挡板25的裙边26与中心杆27之间形成的环形空间为催化剂密相下流区，应保证其质量流率在200Kg/m².s以上。内圈挡板24和外圈挡板25的倾斜角在35°～45°之间，挡板上的开孔率为10～15％。第一层挡板是消涡挡板23，上面装有高度为50～110mm的径向挡涡板22，径向挡涡板22一般有6～12片。

图3是带有导流罩9的逆向导流器3的示意图。逆向导流器3有一个封底的园板31及一段开口的园管34，在园板31和园管34之间有n片园弧形板32，每相邻二片园弧形板32之间形成一个切向入流口33。园弧形板32的曲率半径为(1.2～2)D₁，D₁为气体导流管8的直径。高度为H₁，H₁的确定要使总的流入口33的入流面积为气体导流管8的有效截面积的1.0～1.5倍。每块园弧形板32的对应园弧角为β，β一般为β＝(2～3)π/n，n一般取16～32片，视气体导流管8的直径D₁而定。园管34的直径是粗旋风分离器2的升气管29的直径的0.8～1.2倍。

导流罩9是通过其上部环形板92焊接在逆向导流器3的园管34的上端。导流罩筒体91的直径D₂是粗旋风分离器直径的0.8～1.4倍。导流罩9的下口93是敞开的，使下部汽提段上来的油气混合物得以进入逆向导流器3。逆向导流器的下端与粗旋风分离器2的升气管29的上端的距离为H₂，H₂＝(0.25～0.35)D₁。升气管29伸入导流罩9内的高度为H₃，H₃＝(0.25～0.35)D₁，D₁为气体导流管8的直径。逆向导流器3的园弧形板的安装旋向与升气管29的出口气体的旋转方向要一致，以保证气体要转过180°方可进入逆向导流器3。

本发明适用于炼油厂内各种流态化催化反应装置的内置提升管或外置提升管反应沉降器内催化剂与油气的快速分离，还可应用于其它类型提升管式流态化化学反应器的气固快速分离。

本发明方法和装置能实现高效气固快速分离，油气快速引出，并及时高效汽提，三者组成一体，使完成反应后的气体很快与催化剂分离，分离效率在99.4％以上，从而避免了由于油气和催化剂接触和停留时间过长而引起不利的过度反应，避免在沉降器内的结焦现象，同时又提高了目的产品的产率。

图1为本发明分离装置结构示意图。提升管1，粗旋风分离器2，逆向导流器3，沉降器4，内集器室5，气体出口管6，旋风分离器7，气体导流管8，导流罩9，旋风分离器料腿10，一级汽提段11，汽提气分布管12，翼阀13，料腿14，二级汽提段15，粗旋风分离器升气管29。

图2为本发明分离装置中一级汽提段的结构示意图。汽提气分布管12，料腿14，粗旋风分离器下锥体21，径向挡涡板22，消涡挡板23，内圈汽提挡板24，外圈汽提挡板25，裙边26，中心杆27，一级汽提段筒壁28。

图3是带有导流罩的逆向导流器的示意图。粗旋风分离器升气管29，园板31，园弧形板32，切向入流口33，园管34，导流罩筒体91，环形板92，环形空间93。

下面通过实施例来进一步阐述本发明技术方案，应该认为本发明技术方案不应当受以下实施例限制。

实施例1

采用直径150mm的提升管，直接连接本发明的汽提式粗旋风分离器，粗旋风分离器的直径为350mm，高度为1200mm，其下部装有本发明的一级汽提段，直径为300mm，高度为750mm，内装一层消涡挡板和四层汽提挡板。用中位粒径为64μm的FCC平衡催化剂作冷态对比试验。提升管内表观线速为6～18m/s，所含催化剂浓度为10～20Kg/m³。

对引入汽提后的粗旋风分离器进行分离效率测试有以下结果：

粗旋入口线速 m/s	9.56 9.56 9.65 9.52
粗旋入口线速 m/s	9.56 9.56 9.65 9.52	汽提气线速 m/s	0 0.11 0.21 0.31
粗旋入口催化剂浓度 Kg/m³	11.13 11.13 11.02 11.17	汽提气线速 m/s	0 0.11 0.21 0.31
粗旋入口催化剂浓度 Kg/m³	11.13 11.13 11.02 11.17	本发明的汽提粗旋效率％	99.47 99.43 99.42 99.2
常规粗旋效率％	99.44 99.41 99.31 99.08	本发明的汽提粗旋效率％	99.47 99.43 99.42 99.2

从以上结果可以看出采用本发明的汽提粗旋，当一级汽提段内汽提线速达0.3m/s时，仍可维持99％以上的气固分离效率。此外从氢示踪测试结果可以看出，在一级汽提段增设挡板后，使粗旋风分离器料腿由原来的正压差排料变为负压差排料，料腿中的向下气体夹带量比常规的粗旋风分离器减少了60％，从而可将气体在沉降器内总的平均停留时间缩短到5秒以下。

Claims

1.一种提升管催化裂化反应系统催化剂与反应气的快速分离及气体快速引出的方法，包括反应气与催化剂的旋风分离，催化剂的一级汽提和二级汽提，其特征在于反应气与催化剂混合物先在一个下端直连一级汽提段的粗旋风分离器内实现分离，分离下来的催化剂直接进入粗旋风分离器下端一级汽提段，经一级汽提后落入沉降器底部床层的二级汽提段进行二级汽提；反应气由粗旋风分离器的升气管排出，和汽提段上升的气体一并经过带有导流罩的逆向导流器，进入上部旋风分离系统。

2.根据权利要求1所述的催化剂与反应气快速分离及气体快速引出的方法，其特征在于粗旋风分离器的气体入口线速度为8～22m/s，一级汽提段内汽提气的表观线速为0.1～0.4m/s，催化剂颗粒的粒径范围为20～200μm。

3.一种实现权利要求1所述提升管催化裂化反应系统催化剂与反应气的快速分离及气体快速引出方法的所用装置，包括提升管反应器，旋风分离器，气体导流管和一级汽提段，其特征在于在提升管反应器的出口直联一个锥体下端联接一个一级汽提段的粗旋风分离器，在粗旋风分离器升气管上方有一个带导流罩的逆向导流器，逆向导流器的上端与沉降器上部旋风分离器入口气体导流管的下端相连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于所说的一级汽提段筒体内同心地装有1～2层消涡挡板和4～6层汽提挡板，顶层消涡挡板上装有6～12片高为50～110mm的径向挡涡板，汽提挡板上带有裙边，并开有4～6mm的小孔，开孔率为10～15％，一级汽提段筒体直径为粗旋风分离器筒体直径的0.8～1.2倍。

5.根据权利要求3所述的分离装置，其特征在于所说的带有导流罩的逆向导流器的下端封闭、上端敞口，由16～32片曲率半径为(1.2～2)D的园弧形板围成，构成16～32个切向入流口，D为粗旋风分离器升气管的直径，切向入流口的总面积为气体导流管有效截面积的1～1.5倍，在逆向导流器外有一个上端用环形板封口而固定在逆向导流器顶部的导流罩，导流罩的下口敞开，直径为粗旋风分离筒体直径的0.8～1.4倍。

6.根据权利要求3所述的分离装置，其特征在于所说的逆向导流器的下端与粗旋风分离器升气管上口之间的距离是升气管直径的0.35～0.75倍，升气管伸入导流罩内的长度为升气管直径的0.25～0.35倍。逆向导流器的园弧形板的安装旋向与粗旋风分离器的升气管内气体的旋向相同。