CN1423580A - 旋风分离器料腿的密封系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在气体/固体悬浮物中分离出固体的旋风分离器的料腿的密封系统。更特殊的是,本发明涉及一种用于流化催化裂化(FCC)过程中的连续的二级旋风分离器的料腿的密封系统,包括使用没有可动部件的长半径曲线(31)的终端结构,终端结构将密相的催化剂的大流量下降的流动方向改变到垂直于上升气体流的平面内,这就阻止了气相进入料腿(24)中,提高了密封效率,阻止了颗粒密实层的“填满压实”。

Description

旋风分离器料腿的密封系统
技术领域
本发明涉及一种在气体/固体悬浮物中分离出固体的旋风分离器料腿的密封系统。更具体的是，本发明涉及一种用于流化催化裂化(FCC)过程中的连续的旋风分离器二级料腿的密封系统。
背景技术
流化催化裂化(FCC)过程是为了将高沸点的烃类转化为轻质烃部分，例如汽油和液化石油气(LPG)。在流化催化裂化装置中使用的催化剂包括可控颗粒尺寸的粉末，粉末与送入FCC装置的给料均匀混合，随后与也是气态的裂化产物混合形成气体/固体悬浮物，悬浮物必须被有效地分离来减少FCC装置中催化剂的损失，明显地有利于炼油厂和环境。
在分离气态悬浮物中的固体颗粒的领域中，通常是使用旋风分离器来从气体/固体悬浮物中分离出固体。这种类型的旋风分离器通常在它们的固体材料排放端或者，更公知的是在旋风分离器的料腿的端部有一个装置。这个装置用来作为密封部件，防止气流返流到旋风分离器内，气流返流可以大大降低分离效率。
典型的是，在流化催化裂化(FCC)工艺的特定情况中，使用一对连续的旋风分离器来尽可能多地将过程催化剂(processcatalyst)颗粒从气体/固体悬浮物中分离出来。使用多于一组的旋风分离器也是非常公知的布置，这取决于FCC装置分离器容器的尺寸和型号。较大部分的颗粒分离发生在第一分离级(初级旋风分离器)，其后的浓度已经很低，在第二分离级(次级旋风分离器)中催化剂颗粒的平均尺寸更小。在这种公知的操作方法中，旋风分离器内的压力总是小于分离器容器内的压力，因此就需要通过使用密封装置来密封旋风分离器的料腿的下端部。
聚集在旋风分离器中的催化剂自由下落流动到旋风分离器的料腿中，形成致密的固体柱，当该固体柱达到一定高度后就会在旋风分离器的料腿的底部和分离器容器的内部之间形成压力平衡。一旦形成压力平衡，旋风分离器排放过程就随着密封装置的打开而开始。正是在聚集在旋风分离器的料腿中的固体的排放的过程中，该系统会有大量的固体损失。起初，由于有固体柱存在，所以向下流动的固体保持了系统的密封。当排放基本上结束的时候，固体柱就已经显著变小了，压力差打破了密相的密封，形成了从料腿底部起源的上升气体流，将已经聚集的颗粒物质返回，并且不利地影响旋风分离器的工作。当在催化剂排放动作的密封装置的作用终止的时候，密封装置返回平衡的常规位置，另一个颗粒物质聚集和积累的循环开始。实际上颗粒物质的返流在第二分离级更严重，因为装置受到更大的压力差，而且在第二分离级中构成颗粒物质的颗粒的平均尺寸也更小了。
如上所述，在FCC过程效率的直接影响下，在使用旋风分离器的分离过程的关键点是密封装置对旋风分离器料腿的密封，其直接影响FCC过程的效率。密封装置采用不同的形式，例如带有配重的阀(挡板阀(flapper valve))、可滴流的阀(滴流阀)和其他平板或锥形板(挡板(splash plate))或者这些的组合。
在相对严峻的条件下工作例如大于500℃的温度下和高固体负荷，这些装置通常不会提供有效的密封，所以它们可能使得上升气体流通过从分离器容器进入旋风分离器料腿的内部。例如，大于进入旋风分离器入口的给料的总体积的0.10％的流体会引起更细小的固体颗粒的返流，干扰旋风分离器工作并降低旋风分离器分离效率。
为了解决密封装置的问题，GB-A-2212248公开了一种使用挡板阀的方法，通过在阀的底部和旋风分离器料腿座之间安装圆锥部分来提供完全密封。但是需要注意的是需要留出一个小通道使气体进入旋风分离器开口，因为它可以使聚集在旋风分离器料腿中的固体流体化，有利于排放。因此，如GB-A-2212248所述，将通过阀的气体流的通道最小化会导致聚集在旋风分离器料腿中的固体的流体化损失，特别是在固体排放相对变弱的第二分离级，在第二分离级固体排放可能在每立方米气体0.2到1.5克的颗粒的范围内。在这种工作条件下，用以获得压力平衡的固体聚集级，以及从浸入料腿中排放固体的频率会大于8小时，如果没有通过阀的最小气体流，颗粒的密实层就可能变得“填满压实(packed down)”，还可能出现旋风分离器料腿完全堵塞和效率损失。
密封装置的另一种改进可以参见巴西专利申请PI9603898(在下面作为参考)，其可以阻止颗粒物质返流到流化催化裂化装置中的分离气体/固体悬浮物的旋风分离器内部，所使用的方法是将初级旋风分离器料腿和次级旋风分离器料腿复杂地接合在一起，去掉两个密封装置中的一个，两个密封装置可能是问题的主要根源，并导致在旋风分离器系统中的泄露。但是这种布置虽然在多种情况下有满意的效果，但是并不能对特定的流化催化裂化装置提供所需的有益效果，主要是在初级和次级旋风分离器的物理布置不允许旋风分离器料腿如巴西专利申请PI9603898那样接合在一起的情况下。
尽管上述方案试图解决在催化裂化(FCC)过程中作为气体/固体悬浮物分离器的旋风分离器的料腿的密封装置的打开操作循环中由于颗粒返流所引起的旋风分离器效率低下的问题，但是仍然无法获得能以简单、经济和安全可靠的方式保持旋风分离器的工作效率高的方案。而下面所描述的系统可以提供这样的解决方案。
发明内容
本发明提供一种用于旋风分离器的料腿的密封系统，旋风分离器用来从颗粒悬浮物中分离出固体，密封系统将次级旋风分离器的料腿的下端与初级旋风分离器的料腿连接起来，构成单个一个初级和次级旋风分离器料腿复合体，两个旋风分离器所收集的固体在其中被组合起来，特征在于所组合的固体同时通过长半径曲线型的单个一个料腿终端排放出去。
这样的系统可以用作从气体/固体悬浮物中分离出固体的流化催化裂化过程中所使用的两个连续级的旋风分离器的终端系统。终端结构还可以提供改进的有效的密封来减少颗粒返流，减少或消除在旋风分离器中所收集的颗粒密实层的“填满压实”的危险。它避免了在可移动的密封系统中可能出现的机械故障，因为省去了挡板阀或滴流阀来分配。使用本系统的结果是显著地提高了效率减少了颗粒散失。
附图说明
本发明中的旋风分离器料腿密封系统的特征将通过下面的详细描述而变得更清楚，所做的描述仅仅是示范性的，参照下列附图：
图1表示的是现有技术中典型的FCC装置的反应/分离组件。
图2表示的是本发明中FCC装置的分离组件。
图3表示的是本发明中旋风分离器料腿的末端。
具体实施方式
下面将参照附图来对本发明的旋风分离器料腿密封系统进行详细说明。
图1表示的是流化催化裂化过程的普通的反应/分离装置。过程包括促使在向上流动管反应器的整个长度上的带有催化剂颗粒的悬浮物中的一定装入量的气态烃中的裂化反应，这个管反应器在下面称作“管”1。反应的结果是，在催化剂表面形成了碳沉积。
在提升管1的顶部快速分离裂化烃类中悬浮的结焦的催化剂颗粒。以这样的方式，反应的溢流进入第一旋风分离器3中，在那里大部分悬浮物中的催化剂都被分离出去。通过重力的作用，催化剂自由下落进入旋风分离器3的料腿5中，并被所示的密封阀6保留住，密封阀可以是滴流阀(trickle valve)。
被第一旋风分离器3分离出来的还夹带着催化剂颗粒的裂化的烃类，然后进入第二旋风分离器4中，在那里催化剂被完全分离，气相继续移动进入外部系统10中来分馏裂化产品，就象以前发生在旋风分离器3中那样，催化剂颗粒下降到旋风分离器4的料腿中，在那里它们保留在密封阀8中，密封阀可以是挡板阀。
由于聚集在密封阀6、8的帽上的催化剂的颗粒柱，在过程中的某一特定时刻，在旋风分离器3、4的料腿5、7内的下部和分离器容器2的内部之间能获得压力平衡，在分离器容器中的压力通常大于旋风分离器中的压力。只要阀门帽打开，在平衡压力的作用下，聚集在旋风分离器料腿中的固体柱就会流到流化床9，流化床聚集在分离器容器2的下部。这时，在压力平衡中断的条件下，阀门帽就会回到关闭位置。
这是在分离阶段最关键的时刻，因为由于密封阀完全闭合需要一段时间，实际上不可能阻止一些催化剂颗粒在几乎不可避免的通过旋风分离器料腿的气体逆流的力的作用下会再夹带返流到旋风分离器中。这样，传统的旋风分离器分离系统几乎很少能在理想的效率条件和盈利条件下工作。
根据公知技术，初级旋风分离器和次级旋风分离器可以连接起来，这样固体材料可以被两个旋风分离器收集起来，并且通过在旋风分离器料腿连接部分的末端的单独一个阀排放出去。在该技术中，可以减少催化剂的损失。
图2表示的是本发明的由旋风分离器分离系统构成的一个实施例，包括一个初级旋风分离器21和一个次级旋风分离器22。两个旋风分离器料腿23、24互相连接构成一个接头25，所收集的固体可以在这里被组合起来。单一一个料腿26浸入流化床9中，并终止于上述料腿26的密封系统中。
图3更详细地表示了所述的密封系统，其中包括在单料腿26的底部使用了长半径的曲线终端31，终端没有可动部件。上述曲线31的半径R/单一料腿26的直径φ的比例的变化范围从1.0到3.0，上述曲线是由很多偏转了一定倾斜角度α、β的直管部分构成的，这些部分在下面的叙述中称作“芽”32。
如图3所示，长半径曲线终端31的入口是在单一料腿26的根部是垂直的，单一料腿26位于在两个旋风分离器料腿23和24之间接头25的后面。最好从终端31出来的排放方向是水平的，也就是说与入口方向成直角，入口方向由单一料腿26的中心线表示，这样角度β表示长半径曲线终端31的第一直管部分和随后的(在这里是第二)直管部分32所对的角，α1表示通过曲率中心的水平线和第一直管部分32起始端所形成的角，角α2表示最后一个(这里是第二)直管部分32的末端和通过曲率中心的垂直线所成的角。最好α1和α2是相等的。同样的，α1+α2+nβ的总值最好是在75°到100°的范围内，最好是90°，其中n是直管部分32的个数。
在芽32之间存在的偏转角度将密相(dense phase)的催化剂大流量下降的运动方向改变到垂直于上升气体流的流动方向的平面内，这就阻止了气相(gaseous phase)进入料腿24中，提高了有效密封，同时防止了聚集在上述料腿24中的颗粒的密相层的“填满压实(packing down)”。
当相对于长半径曲线31入口中心线，在初级旋风分离器21料腿和次级旋风分离器22料腿之间的接头位于曲线终端31排放端的相对的对面，而且高度是初级旋风分离器21的料腿23的直径的3.5到5.5倍的时候，这时本发明的密封效率更高。
上述系统可以用于各种FCC装置的内部旋风分离器系统，例如反应器和再生器，因为它不取决于催化剂床的流化水平；它的应用不仅仅包括在低气流表面速度下工作的沸腾床(典型的是汽提床(stripper bed))，还包括就象在FCC再生器中的具有高流化速度的湍流流化床。
上述关于本发明旋风分离器料腿密封系统的描述应当仅仅被认为是众多实施例中的一个，而且其中介绍的任何特征都应当理解为只是为了帮助理解。因此，它们不应当被认为是对发明的限定，发明只应该被随后权利要求的范围所限定。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.一种用于旋风分离器的料腿的密封系统，旋风分离器用来从颗粒悬浮物中分离出固体，密封系统将次级旋风分离器的料腿的下端与初级旋风分离器的料腿接合起来，构成单一一个初级和次级旋风分离器料腿复合体，两个旋风分离器所收集的固体在其中组合，特征在于所述组合的固体同时通过单一的长半径曲线型的料腿终端(31)排放出去，该长半径曲线终端(31)浸入流化催化剂床层(9)中，该单一的料腿终端没有可动密封部件。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于单一的料腿的长半径曲线(31)的半径(R)/直径(φ)的比例的变化范围从1.0到3.0。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于终端(31)由一连串对着在曲率中心的角(β)的直管部分(32)构成。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于由该一连串的直管部分(32)所对的总角度将密相的催化剂的大流量下降的流动方向导向到垂直于上升气体流的平面内。
5.如上述任一权利要求所述的系统，其特征在于相对于弯曲的终端(31)的入口的中心线，在初级旋风分离器(21)的料腿(23)和次级旋风分离器(22)的料腿(24)之间的接头(25)位于曲线(31)的排放端的对面，而且高度比该排放端高一定距离，该距离在初级旋风分离器(21)的料腿(23)的直径的3.5到5.5倍的范围内。

Claims (6)

1.一种用于旋风分离器的料腿的密封系统，旋风分离器用来从颗粒悬浮物中分离出固体，密封系统将次级旋风分离器的料腿的下端与初级旋风分离器的料腿接合起来，构成单一一个初级和次级旋风分离器料腿复合体，两个旋风分离器所收集的固体在其中组合，特征在于所述组合的固体同时通过单一的长半径曲线型的料腿终端(31)排放出去。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于长半径曲线终端(31)浸入流化催化剂床层(9)中。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于单一的料腿的长半径曲线(31)的半径(R)/直径(φ)的比例的变化范围从1.0到3.0。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于终端(31)由一连串对着在曲率中心的角(β)的直管部分(32)构成。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于由该一连串的直管部分(32)所对的总角度将密相的催化剂的大流量下降的流动方向导向到垂直于上升气体流的平面内。
6.如上述任一权利要求所述的系统，其特征在于相对于弯曲的终端(31)的入口的中心线，在初级旋风分离器(21)的料腿(23)和次级旋风分离器(22)的料腿(24)之间的接头(25)位于曲线(31)的排放端的对面，而且高度比该排放端高一定距离，该距离在初级旋风分离器(21)的料腿(23)的直径的3.5到5.5倍的范围内。
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