CN1228137C - 提升管气固旋流组合快分设备 - Google Patents
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Abstract
本发明为提升管气固旋流组合快分设备，涉及催化裂化提升管反应系统催化剂与油气的快速高效分离。设备包括：提升管、锥形汽提挡板、分流筒、旋流快分头、分流挡板、辅助旋流器、汽提管和封闭罩。旋流快分头由3～5个沿切向向下伸出的弯管构成。辅助旋流器顶部封闭，侧面壁上开有多条切向缝。催化剂和油气混合物沿弯管喷出后，绝大部分催化剂由于离心力作用沿封闭罩内壁旋转向下，少量催化剂和分离出的油气沿分流筒上升，在辅助旋流器中继续分离，这样就实现了气固的高效快速分离。
Description
技术领域
本发明属于石油化工技术领域，涉及流化催化裂化(FCC)提升管反应器，特别是催化裂化提升管反应器的气固旋流组合快分设备。
背景技术
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两大类，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两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，一般不超过1kPa，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。分离下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气吹提出来，这部分油气再经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，油气的返混率高，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场实现气固快速分离。典型的实例是在提升管反应器的出口直联一组旋风分离器(简称粗旋)，它的气固分离效率可高达98％以上。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，而且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。这样使得反应后的油气在沉降器内的平均停留时间仍高达10～20秒，在高温下仍存在过度裂化现象，影响轻质油收率和装置的安全长周期运转。
为解决第一类惯性式快分装置气固分离效率不高问题，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US4,364,905(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率还不太高，操作弹性又小，工业上未能推广应用。
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，使气体的返混率进一步降到6～10％，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)、欧洲专利EP 0593827A1，中国专利CN 92112441(1992年)等又在粗旋下部直接联接了一个汽提段，改变一部分反应后油气从粗旋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。
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圆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US4,572,780(1986年)和US4,689,206(1987年)中，在提升管的出口端设置导流器，导流器有两根向下倾斜的转向管。
近年来，国内石油大学(北京)开发了FSC(中国专利ZL96103419.X)、VQS(中国专利ZL96103478.5、ZL 96103420.3、ZL 01228805.5)和CSC(中国专利ZL 98102166.2、ZL 98204681.2)系统。FSC系统采用了初旋与加设环形挡板的预汽提器相结合的提升管出口结构。由于在预汽提器中加设了环形挡板，汽提效果比UOP的VDS系统有较大改善。CSC系统采用了初旋或旋流快分与加设密相环流的预汽提器相结合的提升管出口结构。由于采用了密相环流的预汽提方法，汽提效果比FSC系统又有了进一步提高，而且结构也非常简单。VQS系统与UOP的VSS系统的主要区别是在旋流头结构和下部环形挡板结构的改进。然而，VSS和VQS这些旋流式快分设备，其一次气固分离效率一般不超过98～99％。
经过国内外文献和专利检索，未发现主要技术特征与本发明主要技术特征相同的文献和专利报道。
发明内容
本发明的目的是提供能实现气固快速分离、分离效率高的提升管气固旋流组合快分设备。
本发明提升管气固旋流组合快分设备，包括提升管、汽提管、旋流快分头、分流挡板、辅助旋流器、循环管和封闭罩，其特征在于封闭罩(9)为圆筒形，封闭罩(9)内部包括提升管(1)、锥形汽提挡板(2)、分流筒(3)、旋流快分头(4)、分流挡板(5)、辅助旋流器(6)、循环管(8)和汽提管(10)，提升管(1)的出口端与旋流快分头(4)连接，分流筒(3)位于提升管(1)的出口部位并与提升管(1)同轴线，提升管(1)出口的外壁和分流筒(3)内壁之间有一环形通道，旋流快分头(4)的多个弯管(7)分别穿过分流筒(3)的壁，弯管(7)的出口端位于由封闭罩(9)、分流筒(3)和分流挡板(5)构成的空间内，分流挡板(5)置于旋流快分头(4)的上部并焊接在封闭罩(9)的内壁及分流筒(3)的外壁上，辅助旋流器(6)与分流筒(3)的上端连接，循环管(8)置于封闭罩(9)的外侧，循环管(8)上端位于分流挡板(5)以上的封闭罩(9)的外侧部位，下端位于封闭罩(9)下部的汽提段部位，汽提管(10)位于密闭罩内的下部。
本发明提升管气固旋流组合快分设备，其特征在于辅助旋流器(6)顶部封闭，侧面壁上开有多条切向缝，切向缝的方向为顺气流的旋向，切向缝的总流通面积是封闭罩(9)横截面积的0.03～0.15。
本发明提升管气固旋流组合快分设备，其特征在于旋流快分头(4)设置有3～5个弯管(7)，各自向下倾斜0～45°角度，并沿封闭罩(9)内壁作切向布置，弯管(7)端部的喷出口截面为矩形或者圆形。
本发明提升管气固旋流组合快分设备，其特征在于提升管(1)出口的外壁和分流筒(3)内壁之间环形通道的流通面积是封闭罩截面积的0.04～0.36倍。
本发明提升管气固旋流组合快分设备，其特征在于位于旋流快分头(4)的下部的锥形汽提挡板(2)上开有多个筛孔，孔径φ3～φ15mm，以封闭罩(9)为基准的开孔率为1～15％，锥形汽提挡板(2)的向上倾角为30°～60°，与旋流快分头弯管(7)喷出口的垂直距离为封闭罩内径的0.6～3倍，锥形汽提挡板(2)下面还可布置多个锥形汽提挡板。
本发明提升管气固旋流组合快分设备，其特征在于循环管(8)的下部设置一个松动风管(11)。
本发明的技术方案是，圆筒形封闭罩内部包括提升管、锥形汽提挡板、分流筒、旋流快分头、分流挡板、辅助旋流器、循环管和汽提管，提升管的出口端与旋流快分头连接，分流筒位于提升管的出口部位并与提升管同轴线，提升管出口的外壁和分流筒内壁之间有一环形通道，旋流快分头的多个弯管分别穿过分流筒的壁，弯管的出口端位于由封闭罩、分流筒和分流挡板构成的空间内，分流挡板置于旋流快分头的上部并焊接在封闭罩内壁和分流筒的外壁上，辅助旋流器与分流筒的上端连接，催化剂循环管置于封闭罩的外侧，循环管上端位于分流挡板以上的封闭罩的外侧部位，下端位于封闭罩下部的汽提段部位，汽提管位于密闭罩内的下部。
本发明的辅助旋流器顶部封闭，侧面壁上开有多条切向缝，切向缝的方向为顺气流的旋向。
本发明技术方案是，在提升管顶端封死的上端部管壁上，均匀开有3～5个矩形孔或圆形孔，在每个开孔处，接出一根向下逐渐向下倾斜的空心弯管，每个弯管的末端是矩形或圆形的开口，其外侧紧贴着封闭罩的内壁，并沿封闭罩内壁作切向布置。反应后油气与催化剂的混合物经过提升管出口进入旋流快分头和弯管，催化剂与油气的混合物沿弯管的切向喷出，催化剂由于离心力作用沿封闭罩内壁旋转向下。绝大部分分离出来的催化剂颗粒旋转向下，落在锥形汽提挡板上，很少的催化剂颗粒与分离出的油气一起沿分流筒与提升管之间的环形通道上升，进入辅助旋流器，沿辅助旋流器侧面壁上开有的多条切向缝，顺气流的旋向喷出，气固进一步分离，分离出的催化剂颗粒沿循环管进入封闭罩下部的汽提段。
来自汽提管的蒸汽向上通过锥形汽提挡板的筛孔，与催化剂接触，将催化剂中的残余油气汽提出来，汽提出来的油气通过提升管外壁与分流筒内壁之间的环形通道，进入封闭罩的上部空间。这样，本发明就实现了气固的高效快速分离。
本发明在封闭罩的下部，可布置多个开有筛孔的锥形汽提挡板，视需要而定。
本发明具有如下积极效果：能实现高效气固快速分离，气体可快速引出，既实现了气固99.9％以上分离效率，同时可使油气在沉降器内的平均停留时间减少到4秒以下，从而避免了由于催化剂与反应产物的过度接触而引起的过裂化反应，避免了沉降器内的结焦，使产品的分布得到改善。
附图说明
图1为本发明提升管气固旋流组合快分设备的主视图。
图2为是旋流头的俯视图。
图1和图2中，1为提升管，2为锥形汽提挡板，3为分流筒，4为旋流快分头，5为分流挡板，6为辅助旋流器，7为旋流快分头的弯管，8为循环管，9为封闭罩，10为汽提管，11为松动风管。
具体实施方式
实施例1
参见图1，封闭罩(9)为圆筒形结构，封闭罩(9)内部包括提升管(1)、锥形汽提挡板(2)、分流筒(3)、旋流快分头(4)、分流挡板(5)、辅助旋流器(6)、循环管(8)和汽提管(10)，提升管(1)的出口端与旋流快分头(4)连接，分流筒(3)位于提升管(1)的出口部位并与提升管(1)同轴线，提升管(1)出口的外壁和分流筒(3)内壁之间有一环形通道，旋流快分头(4)的多个弯管(7)分别穿过分流筒(3)的壁，弯管(7)的出口端位于由封闭罩(9)、分流筒(3)和分流挡板(5)构成的空间内，分流挡板(5)置于旋流快分头(4)的上部并焊接在封闭罩(9)的内壁及分流筒(3)的外壁上，辅助旋流器(6)与分流筒(3)的上端连接，循环管(8)置于封闭罩(9)的外侧，循环管(8)上端位于分流挡板(5)以上的封闭罩(9)的外侧部位，下端位于封闭罩(9)下部的汽提段部位，汽提管(10)位于密闭罩内的下部。
辅助旋流器(6)顶部封闭，侧面壁上开有多条切向缝，切向缝的方向为顺气流的旋向，切向缝的总流通面积是封闭罩(9)横截面积的0.03～0.15。
旋流快分头(4)设置有3～5个弯管(7)，各自向下倾斜0～45°角度，并沿封闭罩(9)内壁作切向布置，弯管端部的喷出口截面为矩形或者圆形。提升管(1)出口的外壁和分流筒(3)内壁之间环形通道的流通面积是封闭罩截面积的0.04～0.36倍。
位于旋流快分头(4)的下部的锥形汽提挡板(2)上开有多个筛孔，孔径φ3～φ15mm，以封闭罩(9)为基准的开孔率为1～15％，锥形汽提挡板(2)的向上倾角为30°～60°，与旋流快分头弯管(7)喷出口的垂直距离为封闭罩内径的0.6～3倍，锥形汽提挡板(2)下面还可布置多个锥形汽提挡板。循环管(8)的下部设置一个松动风管(11)。
催化剂与油气混合物经提升管(1)向上进入旋流快分头(4)，经旋流快分头(4)的弯管(7)切向向下喷出，在封闭罩(9)的内壁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场作用下被分离下来并沿封闭罩(9)的内壁下落到汽提段。在汽提段内，催化剂依次沿多组锥形汽提挡板(2)向下流落，并由汽提挡板(2)下部的汽提管(10)喷出的汽提气将催化剂颗粒间夹带的油气吹提出来。与催化剂分离后的油气经分流筒(3)与提升管(1)之间构成的环形通道上升进入辅助旋流器(6)，再经辅助旋流器(6)侧面壁上开的多条切向缝喷出，进一步分离出部分在旋流快分头(4)中没有被分离下来的催化剂。经辅助旋流器(6)进一步分离下来的这部分催化剂经循环管(8)返回封闭罩(9)下部的汽提段内。分离后的油气继续沿封闭罩(9)上升，从而实现催化剂和油气的高效快速分离。
Claims (6)
1.提升管气固旋流组合快分设备，包括提升管、汽提管、旋流快分头、分流挡板、辅助旋流器、循环管和封闭罩，其特征在于封闭罩(9)为圆筒形，封闭罩(9)内部包括提升管(1)、锥形汽提挡板(2)、分流筒(3)、旋流快分头(4)、分流挡板(5)、辅助旋流器(6)、循环管(8)和汽提管(10)，提升管(1)的出口端与旋流快分头(4)连接，分流筒(3)位于提升管(1)的出口部位并与提升管(1)同轴线，提升管(1)出口的外壁和分流筒(3)内壁之间有一环形通道，旋流快分头(4)的多个弯管(7)分别穿过分流筒(3)的壁，弯管(7)的出口端位于由封闭罩(9)、分流筒(3)和分流挡板(5)构成的空间内，分流挡板(5)置于旋流快分头(4)的上部并焊接在封闭罩(9)内壁及分流筒(3)的外壁上，辅助旋流器(6)与分流筒(3)的上端连接，循环管(8)置于封闭罩(9)的外侧，循环管(8)上端位于分流挡板(5)以上的封闭罩(9)的外侧部位，下端位于封闭罩(9)下部的汽提段部位，汽提管(10)位于封闭罩内的下部。
2.根据权利要求1所述的提升管气固旋流组合快分设备，其特征在于辅助旋流器(6)顶部封闭，侧面壁上开有多条切向缝，切向缝的方向为顺气流的旋向，切向缝的总流通面积是封闭罩(9)横截面积的0.03～0.15。
3.根据权利要求1所述的提升管气固旋流组合快分设备，其特征在于旋流快分头(4)设置有3～5个弯管(7)，各自向下倾斜0～45°角度，弯管端部的喷出口截面为矩形或者圆形。
4.根据权利要求1所述的提升管气固旋流组合快分设备，其特征在于提升管(1)出口的外壁和分流筒(3)内壁之间环形通道的流通面积是封闭罩截面积的0.04～0.36倍。
5.根据权利要求1所述的提升管气固旋流组合快分设备，其特征在于位于旋流快分头(4)的下部的锥形汽提挡板(2)上开有多个筛孔，孔径φ3～φ15mm，以封闭罩(9)为基准的开孔率为1～15％，锥形汽提挡板(2)的向上倾角为30°～60°，与旋流快分头弯管(7)喷出口的垂直距离为封闭罩内径的0.6～3倍，锥形汽提挡板(2)下面可布置多个锥形汽提挡板。
6.根据权利要求1所述的提升管气固旋流组合快分设备，其特征在于循环管(8)的下部设置一松动风管(11)。
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