CN1739840A - 具有中心排气管的气固分离装置 - Google Patents

Abstract

一种具有中心排气管的气固分离装置，包括气固混合相入口段、分离器外壳、中心排气管、横板及颗粒出口段，分离器外壳由一个圆弧段外壳及向两边延伸的气固混合相入口段外壳和颗粒出口段外壳组成；气固混合相入口段和颗粒出口段基本同向开口，分别连接至圆弧段外壳与横板围成的分离器腔体两侧；中心排气管为管壁开设有至少一条开缝的管体，该管体的一端设置于所述分离器腔体内，另端伸出该腔体供连接后续分离系统。本发明的装置可作为后置烧焦管或提升管反应器出口气固混合相的初级分离装置，结构简单紧凑，分离高效快速，操作弹性大。

Description

具有中心排气管的气固分离装置

技术领域

本发明涉及一种具有中心排气管的气固分离装置，属于化工分离设备技术领域，尤其适用于石油化工中的气固分离技术。

背景技术

催化裂化是炼油工业中重要的加工工艺，而其中所用催化剂的有效再生是保证催化剂能够循环使用、裂化反应能够连续进行的重要手段。由于催化裂化原料的逐年加重，再生负荷也日益增加。在催化剂再生工艺中，烧焦管式再生作为一种高效，无气泡气固接触技术，不仅烧焦强度大(约为常规再生技术的5-6倍)，而且可以使含碳量小于0.05-0.1％(wt％)，有比较多的应用。烧焦管式再生工艺中，将待生催化剂先进入常规再生器实施部分烧焦，然后再进入烧焦管继续烧焦，这样的工艺既发挥了管式烧焦的优点，也克服了其不足，称为后置烧焦管组合再生工艺。这种工艺既适合新建装置，也适合对现有装置的改造，并且在改造过程中对现有装置可改动很小，只是增加了一根占地面积很小的后置烧焦管，而烧焦能力可提高40％。为发挥这种工艺的优势，用于烧焦管出口的气固分离装置在满足分离效率及压降要求的前提下，也应该尽量小巧紧凑。

旋风分离器是气固分离过程中应用最广的一种设备，然而其体积庞大，压降也较高(一般都在2000Pa以上)，不适用于上述再生工艺。近年来，体积较小的分离器也有报道，如中国专利00105781.2的附壁切割式气固快速分离器，其利用气固两相惯性力的差别、颗粒运动的附壁效应及空间位置的切割分离效果相结合，可实现快速高效的气固分离。但其结构复杂，必须依靠切割板等辅助设施来实现分离效果，而该分离器在工作中气固混合物必须从上向下进入分离器(参见该专利说明书的描述和附图2的示意)，如果应用于来自例如烧焦管或提升管出口向上流动的气固混合物的分离，必须借助180°弯头将其转为向下流动，弯头的加入更增加了装置的复杂性，同时也会增加动力消耗和颗粒与设备间的磨损。

发明内容

本发明的目的是设计一种结构更加简单和紧凑的气固分离装置，通过带有开缝的中心排气管的设置，将惯性与离心分离机理相结合，可实现气固快速高效分离，尤其适合直接应用于后置烧焦管或提升管反应器出口处。

本发明提供的具有中心排气管的气固分离装置，包括气固混合相入口段、分离器外壳、中心排气管、横板及颗粒出口段，其中：分离器外壳由一个圆弧段外壳和向两边延伸的入口段外壳和出口段外壳组成；气固混合相入口段和颗粒出口段基本为同向开口，分别连接至圆弧段外壳与横板围成的分离器腔体的两侧；中心排气管为管壁开设有至少一条开缝的管体，该管体的一端设置于所述分离器腔体内，另端伸出该腔体供连接后续分离系统。

根据本发明的优选方案，所述气固混合相入口段和颗粒出口段均为开口向下的垂直设置，其两侧的外壳分别与圆弧段外壳两边相连，即，外观形成似“∩”形，内侧的垂直段上端分别与横板两端相连。

本发明的气固分离装置实现气固分离的原理是，气固混合物经过气固混合相入口段进入分离器腔体时，由于气固两相流中颗粒的惯性远大于气体，经过中心排气管时气相会突然转向从开缝进入中心排气管中，而颗粒则依惯性沿分离器外壳的圆弧段做圆周运动，从颗粒出口排出，使气固两相借助惯性的差异而被分离。从提高分离效果考虑，本发明分离装置中设置的中心排气管管壁要求开设有一条以上的开缝，开缝宽度为1-20mm。更优选所述开缝基本上是沿该排气管的纵向开设。

本发明对中心排气管管壁开设的开缝数量没有特别限定，一般应开设一条以上，可以控制每相邻两个开缝在中心管截面上所构成的圆心角应为10-170°，参见图2中的角β，开缝可以在管壁上呈均匀分布，但不是必须。更优选角度β为10-60°，即，通过较密的开缝设计提高对气相的分离。

设置带有开缝的中心排气管是本发明的关键特征之一，使气固混合物相的气相从该开缝进入排气管中，实现气固相之间的分离。开缝的角度以沿开缝方向的延长线与过该延长线和中心管外壁圆周交点的半径之间的夹角α定义，在保证开缝贯穿该侧管壁的前提下，该α角可为0-85°，可参见图2中的角α，即，可以设计为垂直管壁的法向开缝(α基本上为0°)，也可以依一定角度开设呈切向的开缝，优选α角在20-80°之间，切向开缝方向顺着待分离的气固混合物在分离腔体中的流向。

需要说明的是，本发明所述开缝相比于中心排气管的管径实际上是开缝宽度很小的窄缝，所以本发明定义α角时采用的“沿开缝方向的延长线”可以引自开缝的两个侧壁之一(尤其是当开缝宽度较小时)，也可以引自开缝的中心线，其角度值虽可能会有一定偏差，只要均在所限定范围内，所开设的窄缝不会对本发明实施效果产生显著的影响。

本发明的分离装置中，中心排气管优选与分离器外壳的圆弧段呈同心设置。

本发明的气固分离装置尤其可作为来自烧焦管或提升管反应器出口的气固混合相的初级分离装置。经过实验测量，分离效率可达98％以上，分离器的总压降在500-2000Pa之间。中心排气管伸出分离腔体的一端可以与二次气固分离系统，如旋风系统相连，而催化剂颗粒则通过颗粒出口返回常规再生器或者进入汽提装置。此时上述分离装置还包括与气固混合相入口段相连的过渡段，所述过渡段上端口与气固混合相入口相连，下端口可与烧焦管或提升管反应器主体相适应；颗粒出口段的下端口的结构可与催化剂再生器或汽提器的端口相适应(需要时也可通过适当的过渡段)。

优选地，上述分离装置的结构特征可以进一步描述为：外壳圆弧段的半径R与烧焦管或提升管反应器主体的直径dr的比例R/dr为0.6-1.1；过渡段的高度H3为0.7-1.2dr；气固混合相入口段的截面为矩形，矩形宽W1为0.4-0.5R，长L为1-3R，该气固混合相入口段外壳为垂直板，与外壳圆弧段相连，其高度H1为2-3R；颗粒出口段截面为矩形，矩形宽度W2为0.4-0.5R，长度L与气固混合相入口段截面矩形的长度L一致，该颗粒出口段外壳为垂直板，与外壳圆弧段相连；所述的中心排气管下方的横板为直板，距中心排气管的距离H2为0.2-0.5R；所述开缝呈切向开设，并沿排气管的纵向设置，其开缝角度α为20-80°，且开缝方向的设置与气固混合相从入口向颗粒出口的流向一致。

可以看出，本发明的分离装置与现有技术的装置相比，设备结构简单紧凑和更加合理，在设置了具有开缝的中心排气管同时，气固混合相的入口与颗粒出口设置成同向(均向下)，中心管上方外壳为圆弧段设置，使气固混合相中的固体颗粒在分离器中沿圆弧段外壳经历了180°的圆周运动，此过程中有利于气固相的分离，因而整个分离作业过程颗粒停留时间短，分离效率高，操作弹性大，磨损也比较小。

附图说明

图1为本发明的带有切向开缝中心排气管的气固分离装置主视结构示意图。

图2为本发明的带有切向开缝中心排气管的气固分离装置左视结构示意图。

图3为本发明分离装置的中心排气管结构的局部示意图。

图3A为图3中A-A截面示意图。

图4为本发明的分离装置用于后置烧焦管出口的实施例示意图。

图5为利用本发明的分离装置实施气固分离时分离效率和分离器压降的测试曲线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的实施和产生的有益效果作出进一步的说明，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的设计实质所在，但不应理解为对本发明实施范围的限定。

请参阅图1、图2、图3和图3A，为本发明优选的带有切向开缝中心排气管的气固分离装置示意图，包括过渡段2、气固混合相入口段3、由圆弧段外壳6及向两边延长形成的气固混合相入口段3的入口段外壳4和颗粒出口段9的出口段外壳8组合而成的分离器外壳、带切向开缝7′的中心排气管7、中心管下方横板5和颗粒出口段9。其中过渡段2可与烧焦管或提升管反应器1的主体相连，颗粒出口段9可与常规再生器或汽提装置相连(需要时也可通过过渡段)，中心排气管7与后续气固分离系统相连(可同时参阅图4的应用示例)；

分离器外壳由圆弧段外壳6及两边延伸相连的气固混合相入口段3的入口段外壳4和颗粒出口段9的出口段外壳8组成。圆弧段外壳6的半径R与烧焦管或提升管反应器1的主体直径dr的比例R/dr优选为0.6-1.1，过渡段2的高度H3为0.7-1.2dr。气固混合相入口段3的截面形状为矩形，该矩形宽W1为0.4-0.5R，长L为1-3R，而过渡段2上端口截面呈矩形，即，宽为W1，长为L，入口段外壳4为垂直板，与圆弧段外壳6相连，其高度H1为2-3R，内侧的垂直板10与中心排气管7下方横板5相连；颗粒出口段9的截面也为矩形，矩形宽度W2为0.4-0.5R，长度L与气固混合相入口段3的矩形入口长度L一致，出口段外壳8为垂直板，与圆弧段外壳6相连，矩形另一侧垂直板11与中心排气管7下方的横板5相连；中心排气管7下方横板5为直板，横板5距中心排气管7的距离H2为0.2-0.5R，气固混合相入口段3和颗粒出口段9均为垂直向下的设置。

中心排气管7为管壁上纵向开设有若干切向窄缝7′的中空直管，内径为2r，一端与圆弧段外壳6同心设置于圆弧段外壳6与横板5围成的分离器腔体内，另端从腔体中伸出与后续分离系统相连。管壁开设的切向窄缝7′长度L1为0.7-0.9L，宽度d为2-12mm，开缝角度α为20-80°，β为10-60°。

实际应用中，气固混合物离开烧焦管1或提升管反应器1的反应主体后，经该分离装置的过渡段2进入气固混合相入口段3，由于气固两相流中颗粒的惯性远大于气体，经过中心排气管7的窄逢7′时气相突然转向经切向窄缝7′进入中心排气管7，而颗粒则会依惯性沿分离器外壳圆弧段做圆周运动，经过180°后竖直向下由颗粒出口段9排出，从而根据惯性差异实现气固分离。该过程中也会有部分气体随颗粒一起经过180°圆周运动，当颗粒向下进入颗粒出口段9时，这部分气体会夹带少部分颗粒绕中心排气管7从中心排气管7下方空间返回，返回过程中，气固两相依靠离心力不同进行分离，分离出的颗粒混入入口物料再次进行分离，气体则继续由中心排气管7的窄缝7′排出。同时，返回的气固两相流对入口段3的气固混合物有一个向外壳4的推动作用，使颗粒趋于沿外壳运动，有助于气固分离。

下面结合附图4说明本发明设计的带切向开缝中心排气管的气固分离装置在后置烧焦管组合再生工艺中的应用实例。

待生催化剂经常规湍流床再生器L-5部分烧焦后，经斜管L-6及预提升器L-1进入后置烧焦管L-2进一步烧焦。由后置烧焦管L-2出来的再生催化剂进入上述气固分离装置L-3。遵照上述分离原理和过程，分离后的烟气经过气相导出管(即，上述中心排气管7)进入下一级分离系统，如旋风系统L-4。分离后的颗粒通过颗粒出口返回常规再生器L-5(本实施例中为方便实验数据的测量，分离后的颗粒通过颗粒出口经过了一集料桶L-7后才返回常规再生器L-5，也可以直接经过一料腿L-8返回再生器L-5)。

采用催化裂化平衡剂作为实验颗粒，颗粒密度为1500kg/m³，堆积密度为916.67kg/m³，平均粒径68μm，进行分离效果的模拟实验。

使混有所述颗粒的气固混合相从气固混合相入口段3进入分离装置，分别测定分离效率和分离器压降，绘制曲线，如图5所示。

从该曲线图可以看出，采用本发明的分离装置对气固混合物进行分离，在颗粒的循环速率为72.84kg/m²·s时，分离效率在98％以上，而分离器压降也保持在大约300-1600Pa。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims (10)

1、一种具有中心排气管的气固分离装置，其特征在于，该气固分离装置包括气固混合相入口段、分离器外壳、中心排气管、横板及颗粒出口段，其中：

分离器外壳由一个圆弧段外壳及向两边延伸的气固混合相入口段外壳和颗粒出口段外壳组成；气固混合相入口段和颗粒出口段基本为同向开口，分别连接至圆弧段外壳与横板围成的分离器腔体的两侧；中心排气管为管壁开设有至少一条开缝的管体，该管体的一端设置于所述分离器腔体内，另端伸出该腔体供连接后续分离系统。

2、如权利要求1所述的气固分离装置，其特征在于，所述气固混合相入口段和颗粒出口段均为开口向下的垂直设置，其两侧的外壳分别与圆弧段外壳两边相连，内侧的垂直段上端分别与横板两端相连。

3、如权利要求1所述的气固分离装置，其特征在于，中心排气管管壁开设有一条以上的开缝，开缝宽度为1-20mm。

4、如权利要求1所述的气固分离装置，其特征在于，中心排气管管壁开设有一条以上的开缝，所述开缝基本上是沿该排气管的纵向开设，开缝宽度为1-20mm。

5、如权利要求3或4所述的气固分离装置，其特征在于，中心排气管管壁每相邻两个开缝所构成的圆心角为10-170°。

6、权利要求3或4所述的气固分离装置，其特征在于，所述开缝的角度以该沿开缝方向的延长线与过该延长线和中心管外壁圆周交点的半径之间的夹角α定义，该α角为0-85°。

7、权利要求6所述的气固分离装置，其特征在于，所述开缝呈切向开设，α角为20-80°，且开缝方向为顺着气固混合物流动的方向。

8、如权利要求1所述的气固分离装置，其特征在于，中心排气管与分离器外壳的圆弧段呈同心设置。

9、如权利要求1-5任一项所述的气固分离装置，其特征在于，该分离装置还包括与气固混合相入口段相连的过渡段，所述过渡段上端口与气固混合相入口端相连，下端口可与烧焦管或提升管反应器主体相适应；颗粒出口段的下端口的结构可与催化剂再生器或汽提器的端口相适应。

10、如权利要求9所述的气固分离装置，其特征在于，分离器外壳圆弧段的半径R与烧焦管或提升管反应器主体的直径dr的比例R/dr为0.6-1.1；过渡段的高度H3为0.7-1.2dr；气固混合相入口段的截面为矩形，矩形宽W1为0.4-0.5R，长L为1-3R，该气固混合相入口段外壳为垂直板，与外壳圆弧段相连，其高度H1为2-3R；颗粒出口段截面为矩形，矩形宽W2为0.4-0.5R，长度L与气固混合相入口段截面矩形的长度L一致，该颗粒出口段外壳为垂直板，与外壳圆弧段相连；所述的中心排气管下方的横板为直板，距中心排气管的距离H2为0.2-0.5R，管壁开缝呈切向开设，开缝的角度以沿开缝方向的延长线与过该延长线和中心管外壁圆周交点的半径之间的夹角α定义，该α角为20-80°，且开缝方向为顺着气固混合物流动方向。

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