CN1072979C

CN1072979C - 提升管反应系统旋流式气固快速分离和引出方法及装置

Info

Publication number: CN1072979C
Application number: CN96103478A
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: 2001-10-17
Anticipated expiration: 2016-03-22
Also published as: CN1165052A

Abstract

提升管流化反应系统旋流式气固快速分离和气体快速引出的方法及装置，其特征在于反应后催化剂和油气混合物经过一个具有多道切向开口的旋流式气固快分器喷出，形成旋流，实现离心快速分离，分离下来的催化剂在汽提罩内和沉降器底部床层进行一级汽提和二级汽提，油气和汽提气一并通过一个具有多道切向开口的逆向导流器，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

提升管流化反应系统旋流式气固快速分离和气体快速引出方法及装置

本发明涉及提升管流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器内，油气通过该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。这样使得反应后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Pa，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CN92112441(1992年)等又在粗旋下部直接安装了一个汽提器，改变一部分反应后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流态化反应系统旋流式气固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油气的快速分离及油气的快速引出，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。

本发明提升管流态化反应系统旋流式气固快速分离和气体快速引出方法的技术方案，包括气固离心分离，催化剂一级汽提和二级汽提，其特征在于反应后油气与催化剂的混合物先经过一个具有多道切向开口的旋流式气固快分器喷出，形成旋流，实现气固离心快速分离。分离下来的催化剂在一个上下敞口的汽提罩内，先进行一级汽提，然后在沉降器底部床层汽提段进行二级汽提。经旋流式气固快分器与催化剂分离的反应后油气和一级汽提、二级汽提的气体合并，经过一个具有多道切向开口的逆向导流器，再次分离可能夹带的催化剂，然后进入位于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方法的特征还在于一级汽提段内汽提气的表观线速度为0.1～0.4m/s，催化剂颗粒直径为20～200μm，气体导流管内气体流速为10～20m/s。

本发明实现提升管流态化反应系统旋流式气固快速分离和气体快速引出方法的分离装置，包括提升管反应器、气体导流管、旋风分离器和汽提罩，其特征在于提升管的反应器的上端出口装有一个旋流式气固快分器，在旋流式气固快分器的上方有一个逆向导流器，在逆向导流器和旋流式气固快分器的周围有一个上下敞口的汽提罩。逆向导流器安装在沉降器上部旋风分离器入口气体导流管的下端。汽提罩内在旋流式气固快分器的下方有装有挡板的一级汽提段。

本发明气固快速分离和气体快速引出的装置的特征在于，所说的旋流式气固快分器的上端封闭，下端敞口，由6～12片曲率半径为(0.8～1.2)D₁的园弧形挡板构成，D₁为提升管的内径。园弧形挡板构成6～12个向下倾斜10°～35°角的切向喷出口，切向喷出口的总出流面积为提升管有效横截面积的0.6～1.2倍，园弧形挡板的对应园弧角β₁=A₁/B₁,A₁为360°～540°,B₁为6～12。

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)D₂的园弧形板围成，D₂为气体导流管内径。园弧形板围成一圈构成16～32个切向流入口，园弧形板的对应园弧角β₂=A₂/B₂,A₂为360°～540°,B₂为16～32。切向入流口的入流总面积为气体导流管有效横截面积的1.0～1.5倍。

本发明气固快速分离和气体快速引出的装置的特征在于，所述的逆向导流器与旋流式气固快分器之间的净空间距离为400～800mm，两者园弧形板的安装旋向相同。

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，所述的上下敞口的汽提罩的上部是一个敞口的锥形缩口，汽提罩内径是提升管直径的2～3倍，汽提罩下部装有汽提气分布管及2～4组汽提挡板，最上层挡板离旋流式气固快分器下端的距离为(1～2)D₁,D₁为提升管内径。

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流态化反应系统旋流式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向上进入旋流式气固快分器2，经过旋流式气固快分器的多个切向喷出口3，以一定的速度沿切向喷出，在汽提罩4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埸作用下被甩到汽提罩4的内壁处下落，与完成反应后的油气实现高效快速分离。分离出来的大部分催化剂沿汽提罩4内壁下落到一级汽提段14。在一级汽提段内，催化剂依次沿多组挡板13向下流落，并由挡板下部的汽提气分布管16喷出的汽提气15将催化剂颗粒间夹带的油气吹提出来，分离出来的油气在汽提罩4内上升。经过一级汽提后的催化剂下落到沉降器下部的床层二级汽提段18内，与从沉降器上部旋风分离器7的料腿12下落的催化剂一起在床层二级汽提段18内混合，再经过二级汽提，把催化剂颗粒微孔内夹带的残余油气尽可能汽提出来。二级汽提后的气体混合物在汽提罩4与沉降器壁10之间的环形空间内上升。经旋流式气固快分器2分离掉绝大部分催化剂的油气流主体，与下部一级汽提段上来的气体以及沿环形空间上升的二级汽提后的气体混合，一并进入逆向导流器5，由于逆向导流器5的园弧形板与旋流式气固快分器2的园弧形板安装旋向相同，混合气体的旋转气流在进入逆向导流器5时必须急速转向180°，所以可使其中夹带的一小部分催化剂中粒径较大的颗粒被二次分离出来，并在旋流式气固快分器2上部旋转流埸作用下被再次甩向汽提罩4的上部内壁，沿汽提罩4内壁下落，从而可以减少进入上部旋风分离器7的气体中的催化剂颗粒的夹带量。气体进入逆向导流器5以后，由气体导流管6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，再次把其中夹带上去的催化剂细颗粒分离出来，分离出来的催化剂细颗粒沿料腿12及翼阀17下落到下部床层二级汽提段18内。分离掉催化剂细颗粒的气体则从旋风分离器7的排气管8汇集到内集气室9，再从沉降器10的出口管11流向分馏塔。催化剂经过汽提罩4内一级汽提和下部床层二级汽提后，进入催化剂再生器。

在本发明的实现提升管流态化反应系统旋流式气固快速分离和气体快速引出的分离装置中，在提升管1的上端开口安装一个旋流式气固快分器2。上部旋风分离器7的气体导流管6的下端入口装有一个逆向导流器5，逆向导流器5在旋流式气固快分器2的上方，二者相距一定距离，两者的园弧形板安装的旋向相同。在逆向导流器5和旋流式气固快分器2的周围有一个上下敞口的汽提罩4，在汽提罩4内位于旋流式气固快分器2的下方，有安装有多组挡板13的一级汽提段14，挡板13之间交替向下倾斜一定角度排列。

图2为本发明分离装置中的旋流式气固快分器2的示意图。它有一段园管24，园管24内径D₀为提升管1内径D₁的1～1.2倍。园管24的下口21是敞口，焊接在提升管1的上端出口。旋流式气固快分器2的顶部是斜顶盖23，是封闭的。在斜顶盖23和园管24之间焊有n片园弧形挡板22，此园弧形挡板22的曲率半径为(0.8～1.2)D₁，高为H₁。每块园弧形挡板22的对应园弧角为β₁。斜顶盖23向下倾角为α。α角一般可在10°～35°之间，β₁角一般为β₁=(2～3)π/n,n一般可取6～12片，视提升管1的内径D₁而定。H₁的确定要使总的切向喷出口3的出流面积约为提升管1的有效截面积的0.6～1.2倍之间。含有大量催化剂的气体自提升管1进入气固快分器2的下口21，再从n个切向喷出口3喷出，形成旋转流动。

图3为本发明分离装置中的逆向导流器5的示意图。它有一个封底园板51及一段开口的园管54，在园板51和园管54之间焊有m片园弧形板52，每相邻二片园弧形板52之间形成一个切向入流口53。园弧形板52的曲率半径一般为(1.2～2)D₂，高为H₂,D₂为气体导流管6的内径。每块园弧形板52的对应园弧角为β₂,β₂一般为β₂=(2～3)π/m,m一般取16～32片，视气体导流管6的内径D₂而定。H₂的确定要使总的流入口53的入流面积约为气体导流管6的有效截面积的1.0～1.5倍。由旋流式气固快分器上升旋转气流必须转过180°后方可通过m个切向入流口53进入逆向导流器5，由敞开的上口55再进入气体导流管6内。

本发明主要应用于炼油厂内各种流态化催化反应装置的内提升管反应器出口催化剂与气体的快速分离，还可应用于其它带提升管反应器的流态化化学反应系统的气固快速分离。

本发明方法和装置能实现高效气固快速分离，气体快速引出，并及时高效汽提，三者组成一体，使完成反应后的气体在从旋流式气固快分器喷出后的5～6秒钟内就可以与催化剂完成高效率地分离，分离效率达到99％以上，从而避免了由于催化剂与反应产物的过量接触而引起不利的过度反应，避免了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为本发明分离装置示意图。提升管1，旋流式气固快分器2，切向喷出口3，汽提罩4，逆向导流器5，气体导流管6，旋风分离器7，排汽管8，内集气室9，出口管11，旋风分离器料腿12，挡板13，一级汽提段14，汽提气15，一级汽提气分布管16，翼阀17，二级汽提段18 。

图2为本发明的旋流式气固快分器示意图。切向喷出口3，园管下口21，园弧形挡板22，斜顶盖23，园管24。

图3为本发明的逆向导流器示意图。封底园板51，园弧形板52，切向入流口53，园管54。

图4为本发明方法及装置与现有技术的性能对比。1a为本发明未开一级汽提气，1b为本发明开一级汽提气。1为本发明，2为弹射式快分器，3为三叶型快分器。横座标为提升管内气体线速m/s。

下面通过实施例来进一步叙述本发明，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

在本发明的分离装置中，采用直径为100mm的提升管，提升管上端出口安装有φ110mm的旋流式气固快分器，它的斜顶盖下倾角α为20°，使用6片园弧形挡板，高度H₁为53mm,β₁角取60°，切向喷出孔口的出流总面积为提升管有效截面积的0.75倍。用中位粒径为64μm的催化裂化(FCC)平衡催化剂作冷态试验。提升管出口处的表观气速为6～18m/s，所含催化剂浓度为10～20Kg/m³。测得旋流式气固快分器的压降为250～1200Pa，不同提升管线速下的气固分离效率如下表所列：

提升管线速m/s	7.56 11.63 13.35 17.44
提升管线速m/s	7.56 11.63 13.35 17.44	分离效率％	99.54 99.61 99.57 99.74

由此得到图4所示的1a效率曲线，在一级汽提段的汽提线速为0.23m/s时，分离效率下降不到一个百分点，如图4中1b所示，在工业操作线速下仍保持在99％以上。而与弹射式快分器和三叶快分器相比，本发明的快分装置更具有分离效率高，操作弹性大，压降小的特点。同时在本实施例中用氢示踪方法测得气体在实验装置中的平均停留时间已缩短到5～6秒以下，同时实现了气体的快速引出。

Claims

1．一种提升管流态化反应系统旋流式催化剂与油气的快速分离和气体快速引出方法，包括气固离心分离，催化剂一级汽提和二级汽提，其特征在于反应后油气与催化剂的混合物经过一个具有多道切向开口的旋流式气固快分器喷出，形成旋流，实现气固离心快速分离；分离下来的催化剂在一个上下敞口的汽提罩内进行一级汽提，在沉降器底部床层汽提段进行二级汽提；经旋流式气固快分器与催化剂分离的油气和一级汽提、二级汽提的气体合并，经过一个具有多道切向开口的逆向导流器，再次分离催化剂，然后进入位于沉降器上部的旋风分离器。

2．按照权利要求1所述催化剂与油气快速分离和气体快速引出的方法，其特征在于一级汽提段内汽提气的表观线速为0.1～0.4m/s，催化剂颗粒直径范围为20～200μm，气体导流管内气体流速为10～20m/s。

3．一种实现权利要求1所述提升管流态化反应系统催化剂与油气快速分离和气体快速引出的方法的专用分离装置，包括提升管反应器，气体导流管，旋风分离器和汽提罩，其特征在于在提升管反应器的上端出口装有一个旋流式气固快分器，沉降器上部旋风分离入口气体导流管的下端装有一个逆向导流器，逆向导流器在旋流式气固快分器的上方，在逆向导流器和旋流式气固快分器的周围有一个上下敞口的汽提罩，汽提罩内在旋流式气固快分器的下方，有装有挡板的一级汽提段。

4．按照权利要求3所述分离装置，其特征在于所说的旋流式气固快分器上端封闭，下端敞口，由6～12片曲率半径为(0.8～1.2)D₁的园弧形挡板构成，D₁为提升管的内径，园弧形挡板构成6～12个向下倾斜10°～35°角的切向喷出口，切向喷出口的总出流面积为提升管有效横截面积的0.6～1.2倍，园弧形挡板的对应园弧角β₁=A₁/B₁,A₁为360°～540°,B₁为6～12。

5．按照权利要求3所述分离装置，其特征在于所说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)D₂的园弧形板围成，D₂为气体导流管内径，园弧形板围成一圈构成16～32个切向入流口，园弧形板的对应园弧角β₂=A₂/B₂,A₂为360°～540°,B₂为16～32，切向入流口的入流总面积为气体导流管有效横截面积的1.2～1.5倍。

6．按照权利要求3所述分离装置，其特征在于所说的逆向导流器与旋流式气固快分器之间的净空间距离为400～800mm。

7．按照权利要求3所述分离装置，其特征在于所说的上下敞口的汽提罩的上部是一个敞口的锥形缩口，汽提罩内径是提升管直径的2～3倍，汽提罩下部装有汽提气分布管及2～4组汽提挡板，最上层汽提挡板离旋流式气固快分器下端的距离为(1～2)D₁,D₁为提升管内径。