CN1168301A - 旋流式气固快速分离器 - Google Patents

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Abstract

一种提升管流化反应系统旋流式气固快速分离器，用于反应后催化剂与油气的快速分离，提高气固二相分离效率，减少反应后油气过度裂化，它由6～12片曲率半径为提升管内径0.8～1.2的圆弧形挡板围成一圈构成，上端封闭，下端敞口，下端同提升管上口相连接，有6～12个向下倾斜10°～35°的切向喷出口。本发明主要应用于炼油厂及化工厂的提升管反应器出口催化剂与气体的快速分离或气固快速分离。

Description

旋流式气固快速分离器
本发明涉及实现提升管流化反应系统催化剂与油气的气固快速分离的装置。
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快速分离，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较低，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有水蒸汽吹提出来，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，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％，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，压降较大，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。
为提高第一类惯性式快分装置催化剂与油气快速分离的效率，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)、US5,393,414(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。
为进一步改进第二类离心式快分装置，美国专利US4,502,947(1995年)、US 4,579,716(1986年)、US4,624,772(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US4,482,451(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US5,314,611(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。
在现有技术中没有发现本发明的提升管流化反应系统旋流式气固快速分离器。
本发明目的是提供一种提升管流化反应系统旋流式气固快速分离器，用于反应后催化剂与油气的快速分离，提高气固二相分离效率，减少反应后油气过度裂化，消除沉降器内结焦现象。
本发明提升管流化反应系统旋流式气固快速分离器，包括提升管反应器和园弧形挡板，其特征在于旋流式气固快速分离器安装在提升管反应器的提升管上口，旋流式气固快速分离器上端封闭，下端敞口，下端同提升管相连接，由园弧形挡板围成一圈构成，相邻二园弧形挡板有一个切向喷出口，切向喷出口向下倾斜。
本发明提升管流化反应系统旋流式气固快速分离器，其特征在于它由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。
本发明提升管流化反应系统旋流式气固快速分离器，其特征在于它下部有一段内径为提升管内径的1～1.2倍的园管，园管下口同提升管上口连接，其顶部是封闭斜顶盖，在封闭斜顶盖和园管之间围成一圈园弧形挡板。
下面结合附图详细阐述本发明的技术方案。
图1为本发明提升管流化反应系统旋流式气固快速分离器在分离装置中应用示意图。催化剂与油气混合物自提升管1向上进入旋流式气固快速分离器2，经过旋流式气固快分器周围的多个切向喷出口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。
图2为本发明提升管流化反应系统旋流式气固快速分离器的结构示意图。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。旋流式气固快速分离器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6～12片园弧形挡板22，园弧形挡板的曲率半径为(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，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混合物自提升管1进入旋流式气固快速分离器2的下口21，再从6～12个切向喷出口3喷出，形成旋转流动。
本发明主要应用于炼油厂内各种流态化催化剂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。
本发明提升管流化反应系统旋流式气固快速分离器能够实现高效气固快速分离，使完成反应后的气体与催化剂完成高效率地分离，分离效率达到99.5％以上，从而避免了由于催化剂与反应产物过度长时间接触而引起的不利的过度反应，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为本发明提升管流化反应系统旋流式气固快速分离器在分离装置中应用示意图。提升管1，旋流式气固快速分离器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，排气管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为本发明提升管流化反应系统旋流式气固快速分离器的结构示意图。切向喷出口3，园管下口21，园弧形挡板22，斜顶盖23，园管24。
表1为不同下倾角α时分离效率表。
表2为不同提升管内气体线速下的分离效率(α＝20°)表。
下面通过实施例来进一步叙述本发明提升管流化反应系统旋流式气固快速分离器，应该认为，本发明技术方案不应当受以下实施例所限制。
               实施例1
在内径为60mm的提升管的出口处装有本发明的旋流式气固快速分离器。旋流式气固快速分离器的园管段内径为68mm，斜顶盖下倾角α为0～30°，采用6片园弧形挡板构成6个气体切向喷出口，喷出口高度H1为53mm，喷出口总出流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)平衡催化剂作固体粉料，用空气作冷态试验。有以下实验结果(见表1和表2)。
从表1和表2结果可以看出，本发明的旋流式气固快速分离器与美国专利US 4,482,451提出的螺旋臂式快分的分离效率相当，而与后者相比，本发明的旋流式气固快速分离器更具有压降小、操作弹性大、结构简单的优点。
表1
  下倾角α°   0     10     20    30
提升管内气体线速，m/s   17.4  17.4   17.4  17.4
快分器压降，Pa   860   1100   1220  1250
分离效率，％   98.3  98.83  99.64  99.77
表2
提升管内气体线速，m/s  7.56   11.63  15.55  17.44  21.42
快分器压降，Pa  220    500    1230   880    2050
分离效率，％  99.54  99.63  99.57  99.74  99.58

Claims (3)

1.一种提升管流化反应系统旋流式气固快速分离器，包括提升管反应器和园弧形挡板，其特征在于旋流式气固快速分离器安装在提升管反应器的提升管上口，旋流式气固快速分离器上端封闭，下端敞口，下端同提升管上口相连接，由园弧形挡板围成一圈构成，相邻二园弧形挡板组成一个切向喷出口，切向喷出口向下倾斜。
2.根据权利要求1所述的提升管流化反应系统旋流式气固快速分离器，其特征在于它由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°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。
3.根据权利要求1所述的提升管流化反应系统旋流式气固快速分离器，其特征在于它下部有一段内径为提升管内径1～1.2倍的园管，园管下口同提升管上口连接，顶部是封闭的斜顶盖，在封闭斜顶盖和园管之间装有一圈园弧形挡板。
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