CN114940917B - 一种吸附介质自循环再生的油气出口防结焦装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吸附介质自循环再生的油气出口防结焦装置，包括相互连通的颗粒流吸附系统和介质燃烧再生循环系统；所述颗粒流吸附系统，用于使易结焦的组分吸附在吸附介质外表面上形成结焦层，并将结焦吸附介质送入介质燃烧再生循环系统；所述介质燃烧再生循环系统，用于使吸附介质外表面的结焦层快速燃烧，实现吸附介质的再生，并将再生的吸附介质送入颗粒流吸附系统中循环使用。本发明装置可根据前级反应器的油气管道灵便设置，适应性广，可直接嫁接于现有的热工设备，而无需对其进行大幅改动；其中吸附介质可以实现自动吸附、再生与循环，无需频繁拆卸管路除焦，保障热工设备的长时间连续运行。
Description
技术领域
本发明涉及能源化工设备技术领域，尤其涉及一种吸附介质自循环再生的油气出口防结焦装置与方法。
背景技术
在能源化工领域的裂解炉等热工设备中，由于反应的温度较高，热油气仍在继续二次反应产生焦炭，或是重组分在较低温度的设备表面冷凝，发生物理粘附和复杂化学反应，最终形成固体焦。这些原因导致设备的多处结构容易产生严重的结焦问题，常常造成非计划停工维护，有时甚至引发严重的生产事故。目前，实际生产中大多采用精细化操作或者定期拆卸维护的方式来避免结焦问题，给大规模连续化生产带来严重阻碍，影响经济效益。因此，防结焦技术对于能源化工行业有着至关重要的作用。
目前的防结焦技术主要集中在预防和减少受热面的结焦现象，而在出口的管路中，油气中的颗粒粘附在油气管壁上，引发高温油气的二次反应结焦，导致油气出口管路中的结焦现象同样较为严重。对于油气出口及管道内的结焦问题缺乏有效处理手段，目前通常的方法是在出口管路加注或喷淋急冷油类介质，使高温油气与注入的急冷介质接触混合，进而将油气温度降低至二次反应温度之下，缓解结焦现象。例如，专利CN201020608643.1公开了一种在线去除油气出口管线结焦的设备，通过设置三通部分的横杆去除焦油。专利CN202022343856.2公开了一种焦炭塔油气出口管线防结焦器，通过设置喷淋急冷油在油气管线内急速降温高温油气，终止油气二次反应从而预防结焦。以上的这类技术难以兼顾不同的结焦机理，加热壁面类的技术往往带来更高的能耗，而急冷类技术对于不同类型的热工设备适应性差，且存在效率较低，稳定连续性差，不能保证装置长周期运行等问题。因此，研发一种适应性广、节能高效、自动化水平高、连续性好，能够长期连续化稳定运行的防结焦装置至关重要。
发明内容
本发明的目的在于针对油气结焦的问题，提供一种吸附介质自循环再生的油气出口防结焦装置与方法。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种吸附介质自循环再生的油气出口防结焦装置，包括相互连通的颗粒流吸附系统和介质燃烧再生循环系统；
所述颗粒流吸附系统，用于使易结焦的组分吸附在吸附介质外表面上形成结焦层，并将结焦吸附介质送入介质燃烧再生循环系统；
所述介质燃烧再生循环系统，用于使吸附介质外表面的结焦层快速燃烧，实现吸附介质的再生，并将再生的吸附介质送入颗粒流吸附系统中循环使用。
进一步的，所述颗粒流吸附系统包括油气管路，所述油气管路的一端设置有油气入口和介质循环入口，所述油气管路的另一端设置有油气出口和介质循环出口，所述油气管路内油气出口和介质循环出口之间设置有阻隔网；
所述介质燃烧再生循环系统包括流态燃烧炉、气固分离器和第一风机，所述油气管路的介质循环出口与流态燃烧炉的介质入口连接，所述流态燃烧炉的出口与所述气固分离器的入口连接，所述气固分离器的介质出口与油气管路的介质循环入口连接，所述第一风机的出风口与所述流态燃烧炉连接。
进一步的，所述油气管路的介质循环出口与流态燃烧炉的介质入口连接管道上设置有第一锁气器，所述气固分离器的介质出口与油气管路的介质循环入口连接管道上设置有第二锁气器。
进一步的，所述油气管路前端高、后端低，倾斜设置，所述油气管路的轴线与水平面呈5。-15。夹角。
进一步的，所述流态燃烧炉倾斜设置，所述流态燃烧炉的轴线与垂直线呈0。-20。夹角，介质入口侧面与水平面呈锐角。
进一步的，还包括智能控制系统，所述智能控制系统包括自动控制仪、油气流量传感器和风量调节器，所述油气流量传感器设置于所述油气管路的油气出口，所述油气流量传感器与所述自动控制仪输入端连接，所述自动控制仪输出端与第一风机连接。
进一步的，还包括尾气供热处理系统，所述尾气供热处理系统包括热量交换单元和尾气处理装置，气固分离器的顶部设置有尾气出口，所述尾气出口通过热量交换单元与尾气处理装置连接。
进一步的，还包括第二风机，所述第二风机的出风口通过热量交换单元后与所述流态燃烧炉的侧壁连接，所述自动控制仪输出端通过风量调节器与第二风机连接。
一种吸附介质自循环再生的油气出口防结焦方法，包括以下步骤：
S1、吸附介质与前级反应器产生的油气进入油气管路的前端充分混合并流化，形成颗粒流体并向前输送，油气中的大分子重质组分在吸附介质周围形成结焦层，结焦吸附介质在油气管路尾部的阻隔网处与气相分离，结焦吸附介质进入流态燃烧炉；
S2、结焦吸附介质外围的结焦层在流态燃烧炉内燃烧消耗，吸附介质再生，再生后的吸附介质经气固分离器分离后进入油气管路循环使用。
进一步的，自动控制仪通过油气流量传感器监测油气量，并通过第一风机和第二风机调节吸附介质吸附、再生循环速度。
进一步的，第二风机的风量占总风量的30％-50％，过量空气系数范围为1.2-1.5，流态燃烧炉内的燃烧温度为900℃-1300℃,燃烧压力为常压。
进一步的，所述流态燃烧炉燃烧产生的尾气进入热量交换单元交换热量后进行尾气处理，并将交换的热量通过第二风机送入流态燃烧炉。
进一步的，所述吸附介质为耐高温球状材料，为石英球、氧化铝陶瓷球、碳化硅陶瓷球中的一种或多种。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明装置可根据前级反应器的油气管道灵便设置，适应性广，可直接嫁接于现有的热工设备，而无需对其进行大幅改动；
本发明装置中吸附介质可以实现自动吸附、再生与循环，无需频繁拆卸管路除焦，保障热工设备的长时间连续运行；
本发明装置通过换热单元增强能量转换与回收利用，提高能量利用效率，提高装置系统能效，节约能源；
本发明装置通过智能控制系统，根据不同反应工况所需的吸附介质循环量，自动智能优化调节风量配比，实现各系统的连接，保障了稳定高效燃烧。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、油气管路；2、油气入口；3、介质循环入口；4、油气出口；5、介质循环出口；6、阻隔网；7、流态燃烧炉；8、气固分离器；9、第一风机；10、介质入口；11、介质出口；12、第一锁气器；13、第二锁气器；14、自动控制仪；15、油气流量传感器；16、风量调节器；17、热量交换单元；18、尾气处理装置；19、尾气出口；20、第二风机；21、布风板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
如图1所示，是本发明的实施方式示意图；
实施例1
一种吸附介质自循环再生的油气出口防结焦装置，包括相互连通的颗粒流吸附系统和介质燃烧再生循环系统；
所述颗粒流吸附系统，用于使易结焦的组分吸附在吸附介质外表面上形成结焦层，并将结焦吸附介质送入介质燃烧再生循环系统；即将易结焦的油气与吸附介质共同送入颗粒流吸附系统中，充分混合并流化，易结焦的组分吸附在吸附介质周围，避免其结焦于油气出口或输送管道上；
所述介质燃烧再生循环系统，用于使吸附介质外表面的结焦层快速燃烧，实现吸附介质的再生，并将再生的吸附介质送入颗粒流吸附系统中循环使用。
具体的技术方案，所述颗粒流吸附系统包括油气管路1，所述油气管路1的一端设置有油气入口2和介质循环入口3，所述油气管路1的另一端设置有油气出口4和介质循环出口5，所述油气管路1内油气出口4和介质循环出口5之间设置有阻隔网6，前级反应器产生的油气从油气入口2进入，吸附介质从介质循环入口3进入，充分混合并流化，形成颗粒流体并向前输送，并在阻隔网处利用流速实现颗粒流的气固分离，将吸附完的结焦吸附介质过滤离开油气管路1，送入介质燃烧再生循环系统；
所述介质燃烧再生循环系统包括流态燃烧炉7、气固分离器8和第一风机9，所述油气管路1的介质循环出口5与流态燃烧炉7的介质入口10连接，所述流态燃烧炉7的出口与所述气固分离器8的入口连接，所述气固分离器8的介质出口11与油气管路1的介质循环入口3连接，所述第一风机9的出风口与所述流态燃烧炉7的底部连接，流态燃烧炉底部设置布风板21；结焦吸附介质从介质入口10进入流态燃烧炉7，通过第一风机9的鼓风,炉体内形成均匀的空气流场，使得吸附介质高速流态化，并使吸附介质在系统中循环流动。
所述油气管路1的介质循环出口5与流态燃烧炉7的介质入口10连接管道上设置有第一锁气器12，介质循环出口5与第一锁气器12的进口端相连，介质入口10与第一锁气器12的出口端相连；所述气固分离器8的介质出口11与油气管路1的介质循环入口3连接管道上设置有第二锁气器13，介质出口11与第二锁气器13的进口端相连，介质循环入口3与第二锁气器13的出口端相连。锁气器的设置，可保证系统循环稳定，防止系统内压差不稳，气体反流。
进一步的，所述油气管路1前端高、后端低，倾斜设置，油气、吸附介质从较高的一端进入，从较低的一端排出，所述油气管路1的轴线与水平面呈5。-15。夹角，油气管路1倾斜设置，利用吸附介质自重，有利于吸附介质的流动与过滤，避免吸附介质沉降现象。
进一步的，所述流态燃烧炉7倾斜设置，所述流态燃烧炉7的轴线与垂直线呈0。-20。夹角，介质入口10轴线与水平面呈锐角，即流态燃烧炉向右倾斜，便于介质传输以及燃烧再生时形成合适流场。
进一步的，所述油气管路1中的油气来自前级反应器中煤、生物质、固废等原料中的一种或几种经过热解、气化等转化反应产生的挥发油气组分。吸附完成后的油气，进入后级冷凝吸收类的装置中。
进一步的，所述气固分离器8可以设置为离心旋风分离器、沉降分离器、螺道式分离器、重力分离器等气固分离方式的一种，用于再生吸附介质与燃烧烟气的快速分离。
实施例2
与上述实施例1不同之处在于，还包括智能控制系统，所述智能控制系统包括自动控制仪14、油气流量传感器15和风量调节器16，所述油气流量传感器15设置于所述油气管路1的油气出口4，用于监测油气管道的流速，所述油气流量传感器15与所述自动控制仪14输入端连接，所述自动控制仪14输出端通过风量调节器16与第一风机9连接。自动控制仪14是可包含前级反应器的整个热工大系统的监控计算机，可用于防结焦的监测，计算机程序根据智能算法(算法可以用常见的基于遗传算法的PID控制)自动匹配出吸附介质的流量，根据吸附介质的流量自动匹配流化速度，进而通过风量调节器16自动调节风机的风量。
实施例3
与上述实施1或2不同之处在于，还包括尾气供热处理系统，所述尾气供热处理系统包括热量交换单元17和尾气处理装置18，气固分离器8的顶部设置有尾气出口19，所述尾气出口19通过热量交换单元17与尾气处理装置18连接。
进一步的，还包括第二风机20，所述第二风机20的出风口通过热量交换单元17后与所述流态燃烧炉7的侧壁连接，所述自动控制仪14输出端通过风量调节器16与第二风机20连接，风量调节器16是可以分别单独控制两个风机风量的装置，可将两个风机的独立阀集成到一个总控制线路实现。第二风机20的出风口位于介质入口10与介质出口11之间的高度环绕炉壁设置，数量为1-4个，多个出风口有利于优化二次风配比，有利于稳定高效燃烧气氛。
进一步的，所述热量交换单元17还可以与系统供热模块连接，可连接进料装置干燥物料、馈入前级反应器为反应提供热量、连接预热器预热燃烧所需空气等一种或几种方式设置，热量交换单元17可提高装置系统能效，提高能量利用效率。
进一步的，所述尾气处理装置18可采用吸附装置、净化装置、等离子体处理装置等方式设置，保证装置系统的清洁排放。
一种吸附介质自循环再生的油气出口防结焦方法，包括以下步骤：
颗粒流吸附系统中，经过再生的氧化铝陶瓷小球由介质循环入口3进入油气管路1的前端，与前级反应器产生的油气充分混合并流化，形成颗粒流体并向前输送；油气中的大分子重质组分在氧化铝陶瓷小球周围形成结焦层；结焦氧化铝陶瓷小球在油气管路1尾部的阻隔网6处与气相分离，从介质循环出口5经过第一锁气器12离开油气管路1，进入流态燃烧炉7，吸附后的油气经过冷凝和油气分离装置收集油类产品；
介质燃烧循环再生系统中，结焦氧化铝陶瓷小球，在第一风机9吹入的高速气流中形成流化状态，第二风机20送入高温空气，氧化铝陶瓷小球外围的可燃结焦层在燃烧炉高温空气中发生燃烧反应消耗，氧化铝陶瓷小球得以再生，再生后的氧化铝陶瓷球从介质出口11经过第二锁气器13离开流态燃烧炉7，进入油气管路1中循环；
智能控制系统中，自动控制仪14通过油气流量传感器15监测油气量，完成风量与油气流量的自动匹配，并通过风量调节器16自动调节第一风机9和第二风机20的鼓风量，氧化铝陶瓷小球由第一风机9的鼓风量调节在系统中的循环速度；
尾气供热处理系统中，流态燃烧炉7燃烧产生尾气从尾气出口19离开炉体，进入热量交换单元17与第二风机20输送的二次风交换热量，并将高温空气输送至燃烧炉中，形成稳定的燃烧环境，燃烧氧化铝陶瓷球结焦层，换热完的尾气进入尾气处理装置18中净化完成后排出。
进一步的，第二风机20的风量占总风量的30％-50％，过量空气系数范围为1.2-1.5，流态燃烧炉7内的燃烧温度为900℃-1300℃,燃烧压力为常压。
进一步的，所述吸附介质为耐高温球状材料，为石英球、氧化铝陶瓷球、碳化硅陶瓷球中的一种或多种。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种吸附介质自循环再生的油气出口防结焦装置，其特征在于，包括相互连通的颗粒流吸附系统和介质燃烧再生循环系统；
所述颗粒流吸附系统，用于使易结焦的组分吸附在吸附介质外表面上形成结焦层，并将结焦吸附介质送入介质燃烧再生循环系统；
所述介质燃烧再生循环系统，用于使吸附介质外表面的结焦层快速燃烧，实现吸附介质的再生，并将再生的吸附介质送入颗粒流吸附系统中循环使用；
所述颗粒流吸附系统包括油气管路(1)，所述油气管路(1)的一端设置有油气入口(2)和介质循环入口(3)，所述油气管路(1)的另一端设置有油气出口(4)和介质循环出口(5)，所述油气管路(1)内油气出口(4)和介质循环出口(5)之间设置有阻隔网(6)；
所述油气管路(1)前端高、后端低，倾斜设置，所述油气管路(1)的轴线与水平面呈5°-15°夹角；
所述介质燃烧再生循环系统包括流态燃烧炉(7)、气固分离器(8)和第一风机(9)，所述油气管路(1)的介质循环出口(5)与流态燃烧炉(7)的介质入口(10)连接，所述流态燃烧炉(7)的出口与所述气固分离器(8)的入口连接，所述气固分离器(8)的介质出口(11)与油气管路(1)的介质循环入口(3)连接，所述第一风机(9)的出风口与所述流态燃烧炉(7)连接；
所述油气管路(1)的介质循环出口(5)与流态燃烧炉(7)的介质入口(10)连接管道上设置有第一锁气器(12)，所述气固分离器(8)的介质出口(11)与油气管路(1)的介质循环入口(3)连接管道上设置有第二锁气器(13)；
所述吸附介质为石英球、氧化铝陶瓷球、碳化硅陶瓷球中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种吸附介质自循环再生的油气出口防结焦装置，其特征在于，还包括智能控制系统，所述智能控制系统包括自动控制仪(14)、油气流量传感器(15)和风量调节器(16)，所述油气流量传感器(15)设置于所述油气管路(1)的油气出口(4)，所述油气流量传感器(15)与所述自动控制仪(14)输入端连接，所述自动控制仪(14)输出端通过风量调节器(16)与第一风机(9)连接。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种吸附介质自循环再生的油气出口防结焦装置，其特征在于，还包括尾气供热处理系统，所述尾气供热处理系统包括热量交换单元(17)和尾气处理装置(18)，气固分离器(8)的顶部设置有尾气出口(19)，所述尾气出口(19)通过热量交换单元(17)与尾气处理装置(18)连接。
4.根据权利要求3所述的一种吸附介质自循环再生的油气出口防结焦装置，其特征在于，还包括第二风机(20)，所述第二风机(20)的出风口通过热量交换单元(17)后与所述流态燃烧炉(7)的侧壁连接，所述自动控制仪(14)输出端通过风量调节器(16)与第二风机(20)连接。
5.一种使用权利要求1-4中任一项所述的吸附介质自循环再生的油气出口防结焦装置进行吸附介质自循环再生的油气出口防结焦方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、吸附介质与前级反应器产生的油气进入油气管路(1)的前端充分混合并流化，形成颗粒流体并向前输送，油气中的大分子重质组分在吸附介质周围形成结焦层，结焦吸附介质在油气管路(1)尾部的阻隔网(6)处与气相分离，结焦吸附介质进入流态燃烧炉(7)；
S2、结焦吸附介质外围的结焦层在流态燃烧炉(7)内燃烧消耗，吸附介质再生，再生后的吸附介质经气固分离器(8)分离后进入油气管路(1)循环使用。
6.根据权利要求5所述的一种吸附介质自循环再生的油气出口防结焦方法，其特征在于，自动控制仪(14)通过油气流量传感器(15)监测油气量，并通过第一风机(9)和第二风机(20)调节吸附介质吸附、再生循环速度。
7.根据权利要求6所述的一种吸附介质自循环再生的油气出口防结焦方法，其特征在于，第二风机(20)的风量占总风量的30％-50％，过量空气系数范围为1.2-1.5，流态燃烧炉(7)内的燃烧温度为900℃-1300℃,燃烧压力为常压。
8.根据权利要求6所述的一种吸附介质自循环再生的油气出口防结焦方法，其特征在于，所述流态燃烧炉(7)燃烧产生的尾气进入热量交换单元(17)交换热量后进行尾气处理，并将交换的热量通过第二风机(20)送入流态燃烧炉(7)。
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