CN201901660U - 一种催化裂化装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种催化裂化装置,属于石油化工技术领域。包括主反应器和次反应器,主反应器自下而上至少设置有第一反应区、催化剂分流器和第二反应区,其特征在于:第一反应区为提升管,第二反应区为提升管或流化床;催化剂分流器设置于第一反应区出口处;主反应器与沉降器、汽提段上下连体布置,沉降器与汽提段之间设置有外循环管或内溢流管;沉降器内设置有主反应器出口气固旋分器和油气出口管线;次反应器和主反应器共用汽提段。本实用新型在第二反应区实现催化剂置换,强化了主反应器催化选择性;采用主反应器快速终止控制,减少了副反应的发生;采用装置连体设计,共用汽提段,减少了投资。

Description

一种催化裂化装置
技术领域
本实用新型涉及石油化工技术领域,特别是涉及一种催化裂化装置。
背景技术
催化裂化装置是最主要的汽油生产装置,世界绝大部分车用汽油来自催化裂化装置,常规催化裂化采用提升管反应器。
现有提升管反应器的最大弊端是提升管过长,提升管出口处的催化剂活性只有初始活性的1/3左右,因此,在提升管反应器的后半段,催化剂活性及选择性已急剧下降,催化作用变差,热裂化反应及其他不利二次反应增加,不但限制了单程转化率的提高,同时导致催化汽油烯烃含量高达45%以上,远不能满足汽油的新标准要求。随着催化剂活性的降低,催化反应的选择性必然下降,副反应自然增加。
要提高催化过程的单程转化率,核心问题是提高现有提升管反应器后半段的催化剂活性,石油大学在CN99213769.1提出了用于催化裂化的两段串联式提升管反应器,该反应器由两结构相同提升管头尾相接串联而成,该技术通过采用两段接力式的反应装置,强化了常规提升管催化裂化反应过程,从而提高了催化剂的有效活性和选择性;但该技术限于原理,缺乏可操作的实施办法;工程实施时相当于建设两套上下重叠的催化裂化装置,投资费用高,实施可能性很小。
CN00134054.9公开了一种两段提升管催化裂化新技术,将提升管分为上下两段,第一区催化剂来自再生器,第一区反应结束,催化剂、油气通过设置在第一区末端的中间分流器分离,仅油气继续进入第二反应段反应;第二反应段的催化剂为来自再生器的经过外取热器取热的再生催化剂。该技术是在反应第二段(即后半段)用高活性的经取热的低温再生催化剂与油气继续接触反应,提高了第二段的催化剂活性,提高了单程转化率。但该技术中第一区分离出来的催化剂在进入再生器前必须经过汽提,同时再生催化剂必须由输送介质输送才能进入第二段,汽提蒸汽、输送介质将全部进入第二段,势必影响到第二段的反应;若限制汽提蒸汽量,则会影响到汽提效果,进而影响再生过程;从外取热器底部到第二反应段入口高度差几十米,输送介质量很大,需要消耗大量能耗;且该技术需要两个沉降器,两个汽提段,投资大幅增加。
丙烯是化学工业的最基本原料之一,现有催化转化技术只是在生产汽油、柴油的同时副产丙烯等低碳烯烃,远不能满足当前市场对丙烯的需求。国内外多以天然气或轻质石油馏分为原料,采用乙烯联合装置中蒸汽裂解工艺生产低碳烯烃,全球每年由乙烷和其他低碳烷烃经裂解制得的烯烃量约达1.36亿吨;这种生产烯烃的裂解工艺耗能高、污染大。据有关统计,由这种传统制烯烃的高温裂解工艺所产生的氮氧化合物及未燃烧的碳烃排放物,占到全球化工厂排放污染总量的三分之一。随着石油化学工业的快速发展,我国丙烯产量大幅增长。目前,世界上丙烯生产的主要原料为石油烃类,其中石脑油占大部分,还有烷烃、加氢柴油、部分重质油等等,随着世界经济的发展,丙烯的需求呈逐年增加的趋势,因此,业界一直致力于寻找污染更轻、耗能更少生产烯烃的方法。
石油化工科学研究院在CN93119748.1中公开了一种制取低碳烯烃兼产高辛烷值汽油的石油烃催化转化方法,经预热的石油烃在提升管或下行式输送线反应器或流化床反应器内与热的含磷和稀土的五元环高硅沸石催化剂接触,在温度为480-680℃、压力为1.2-4.0×105帕、催化剂与原料油的重量比为4-20∶1、水蒸气与原料油的重量比为0.01-0.5的条件下反应0.1-6秒,产物物流经分离得到低碳烯烃和液体产品,待生催化剂经汽提进入再生器,在含氧气体存在下于600-800℃再生,再生催化剂经汽提后循环使用。该技术即DCC技术,使用专用催化剂,在工程设计上使用在提升管反应器上部加一段催化剂床层的反应系统,该设计能提供比较长的接触时间,确保烃油蒸汽在相对低的反应温度下(约550℃)实现所希望的深度裂解反应。
但DCC技术在工程实施上存在下述需要改进的问题:A提升管部分的待生剂全部进入床层反应区,该区催化剂的性能难以明显改进;B、反应的终止控制较困难;尤其是提高床层反应区的温度后,气体产品多,焦炭收率高,仅沉降器造成的副反应会增加2个百分点的干气,影响经济性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种既能改善产品分布和产品质量又降低工程投资和方便工程实施的催化裂化装置。
本实用新型采用的技术方案如下:
一种催化裂化装置,包括主反应器和次反应器,主反应器自下而上至少设置有第一反应区、催化剂分流器和第二反应区,第一反应区为提升管,第二反应区为提升管或流化床;催化剂分流器设置于第一反应区出口处;主反应器与沉降器、汽提段上下连体布置,沉降器与汽提段之间设置有外循环管或内溢流管;沉降器内设置有主反应器出口气固旋分器和油气出口管线;次反应器和主反应器共用汽提段。
上述催化裂化装置中,进一步地,在与所述主反应器底部的预提升段连通的再生管路上设置催化剂冷却器。
上述催化裂化装置中,进一步地,次反应器设置有催化剂回流管,该催化剂回流管下端与次反应器底部的预提升段连通,部分次反应器的待生催化剂可回流至次反应器底部;催化剂回流管上设置有滑阀,用于控制催化剂回流量。
上述方案中,催化裂化反应在主反应器和次反应器中进行,再生催化剂在主反应器第一反应区与原料油接触反应,反应混合物向上经分流器分离出催化剂;分离出的催化剂直接流入汽提段,反应油气则向上进入主反应器第二反应区;需要向主反应器第二反应区补充催化剂,以使进入第二反应区的油气继续反应,即实现对第一反应区催化剂的置换。
上述催化裂化装置中,从次反应器向主反应器第二反应区补充催化剂的具体装置方案为:
上述催化裂化装置中,进一步地,第二反应区为流化床;在第一反应区、第二反应区之间设置有分布板。此外,可以在第二反应区与沉降器之间设置隔板和油气输送管,输送管出口与沉降器内的主反应器出口气固旋分器入口连通,以实现油气和催化剂的快速分离。
可以在沉降器内设置次反应器出口气固旋分器,所述次反应器出口气固旋分器的下部料腿出口位于第二反应区内,用于向第二反应区引入次反应器的待生催化剂;次反应器或者与主反应器共用油气出口管线,用于引出两反应器的混合油气,或者在沉降器内设置第二油气出口管线,所述第二油气出口管线与次反应器出口气固旋分器油气出口连通,用于单独引出次反应器的反应油气。
或者在第二反应区、次反应器之间设置催化剂接力管,用于向第二反应区引入次反应器的待生催化剂。
更进一步地,所述次反应器至少包括下部的提升管和上部的流化床两部分。
更进一步地,所述次反应器设置有第二沉降器,第二沉降器设置有第二油气出口管线,用于单独引出次反应器的反应油气;或者所述次反应器和主反应器共用沉降器,沉降器内设置有次反应器出口气固旋分器和第二油气出口管线,用于单独引出次反应器的反应油气;或者所述次反应器和主反应器共用沉降器,且次反应器与主反应器共用主反应器的出口气固旋分器和油气出口管线,用于引出两反应器的混合油气。
更进一步地,所述催化剂接力管一端与第二反应区连通,一端与次反应器直接连通或者与设置于次反应器出口的第二沉降器连通,用于向第二反应区引入次反应器的待生催化剂。
或者将次反应器出口设置于主反应器第二反应区内,用于向第二反应区引入次反应器待生催化剂和反应油气的混合物。
上述催化裂化装置中,进一步地,第二反应区为提升管;在第一反应区、第二反应区之间设置有输送管,输送管与第一反应区之间断开,输送管与第二反应区之间设有催化剂进入通道;沉降器、汽提段之间由上、下两层隔板隔开形成催化剂补充区,上述催化剂进入通道位于催化剂补充区内;催化剂补充区、次反应器之间设置有催化剂接力管。
更进一步地,所述催化剂补充区与汽提段之间的隔板为带孔隔板。
更进一步地,所述次反应器设置有第二沉降器,第二沉降器设置有第二油气出口管线,用于单独引出次反应器的反应油气;或者所述次反应器和主反应器共用沉降器,沉降器内设置有次反应器出口气固旋分器和第二油气出口管线,用于单独引出次反应器的反应油气;或者所述次反应器和主反应器共用沉降器,且次反应器与主反应器共用主反应器的出口气固旋分器和油气出口管线,用于引出两反应器的混合油气。
更进一步地,所述催化剂接力管一端与催化剂补充区连通,一端与次反应器直接连通或者与设置于次反应器出口的第二沉降器连通,用于向第二反应区引入次反应器的待生催化剂。
本实用新型中,次反应器的待生催化剂或待生催化剂与反应油气的混合物进入主反应器第二反应区,与来自第一反应区的反应油气混合,使反应油气继续反应,完成主反应器的催化裂化。
在本实用新型的技术方案中:
(1)次反应器优先选用提升管反应器;主反应器、次反应器可设置一排到多排进料喷嘴;次反应器的反应原料可以是混合C4组分、轻汽油等轻质烃类原料;
(2)第一反应区出口分流器的设计,可以实现对催化剂分离比例的控制;
(3)第二反应区为流化床时,汽提段的蒸汽和油气,以及第一反应区的油气通过分布板进入第二反应区,分布板的设计使得第二反应区的催化剂分布均匀,有利于反应油气与催化剂的充分接触,且分布板上方的催化剂不直接流入分布板下方的汽提段;
(4)第二反应区为提升管时,汽提段的蒸汽和油气,以及第一反应区的油气和部分催化剂通过输送管送入第二反应区;输送管和第二反应区可不直接连通,其中间断开区域形成催化剂进入通道,或者输送管和第二反应区直接连通,而在连通管壁上水平方向间隔均匀布置圆孔等催化剂进入通道,进入催化剂补充区的次反应器的待生催化剂由催化剂进入通道进入第二反应区;催化剂补充区设有流化蒸汽,使该区的催化剂保持流化状态,均匀的进入第二反应区,有利于反应油气与催化剂的充分接触;催化剂补充区与沉降器之间设置的隔板,使沉降器内的催化剂不返回催化剂补充区,当催化剂补充区与汽提段之间的隔板为带孔隔板时,开孔的设计只允许部分汽提段的蒸汽、油气以及第一反应区的油气通过隔板上的开孔进入催化剂补充区,而催化剂补充区的催化剂不进入汽提段;
(5)进入主反应器第二反应区的次反应器的待生催化剂可以直接由次反应器引出、可以由设置于次反应器出口的第二沉降器引出、或者由设置于沉降器内的次反应器出口气固旋分器引出;
(6)主反应器、次反应器的反应油气可根据工程实施要求进行油气混合或油气单独处理;
(7)从次反应器中引出一部分催化剂进入主反应器或/和返回次反应器底部,催化剂引出量通过相应的催化剂接力管或催化剂回流管上的滑阀控制。
本实用新型中,主反应器中反应过程为:来自再生器的再生催化剂由再生立管进入主反应器底部的预提升段,在预提升介质的作用下向上进入第一反应区,与经进料喷嘴进入的雾化重质原料接触参与催化反应,反应混合物向上经分流器分离出的催化剂直接进入汽提段,反应油气则经分布板或输送管向上进入第二反应区,与来自次反应器的待生催化剂接触混合并继续反应;反应结束后经沉降器分离出的油气经油气出口进入后续分馏系统,催化剂则流入汽提段,与第一反应区中经分流器分离出的催化剂一起,汽提出催化剂中夹带的油气,返回再生器再生。
本实用新型中,次反应器中反应过程为:一部分再生催化剂由再生立管进入次反应器内,在提升介质作用下,向上与经进料喷嘴进入的雾化轻质原料接触参与催化反应,反应混合物沿反应器向上流动,在次反应器中部,一部分反应过的尚有活性的待生催化剂经催化剂接力管流入主反应器第二反应区,参与主反应器的反应,次反应器内的其余反应物流继续沿反应器上行,完成轻质原料的催化反应,反应结束后油气和催化剂进入沉降器分离出催化剂,油气可单独引出,或者与主反应器的反应油气混合;催化剂则进入沉降器与主反应器的催化剂一起,流入汽提段,进行汽提、再生过程。
当次反应器单独设置第二沉降器时,次反应器中的反应混合物沿反应器向上流动,并在第二沉降器中进行气固分离,分离出的待生催化剂经催化剂接力管进入主反应器第二反应区,参与主反应器的反应;反应油气则经第二沉降器上的第二油气出口单独引出,不与主反应器反应油气混合。
当第二反应区为流化床,在沉降器内设置次反应器出口气固旋分器和第二油气出口管线,单独引出次反应器的反应油气时,次反应器出口气固旋分器的下部料腿出口可直接伸入第二反应区内,从而向第二反应区引入次反应器的待生催化剂,采用本技术方案可节省第二反应区和次反应器之间的催化剂接力管及其上的滑阀。
当第二反应区为流化床,次反应器中待生催化剂与反应油气的混合物一起进入主反应器第二反应区,参与主反应器第二反应区的反应时,次反应器的油气与主反应器第一反应区的油气在第二反应区继续反应并混合分离出催化剂后由同一油气出口管线引出。
采用本实用新型的技术方案,至少具有以下有益效果:
(1)本实用新型提供的催化裂化装置,采用主反应器与沉降器、汽提段连体布置、沉降器与汽提段之间设置分布板或催化剂补充区及沉降器与汽提段之间设置催化剂外循环管或内溢流管等特殊结构设计,提高了第二反应区反应催化剂的性能,失活催化剂的分离、置换、待生催化剂的汽提,均可以在本实用新型的主反应器中同时实现,互不影响,且装置设备制造简单、不因催化剂分离、催化剂汽提额外占用场地,经济性显而易见;
(2)本实用新型采用在主反应器第一反应区出口分离出由于结焦而失活的催化剂,在第二反应区用从次反应器分离出的高活性的待生催化剂进行置换,明显提高了第二反应区的催化剂活性,确保第二反应区的反应活性和反应时间,总体强化了主反应器的催化反应选择性;
(3)本实用新型中,在第二反应区流化床上部设置输送管,输送管出口与沉降器内的气固旋分器入口连接,使第二反应区反应结束后的催化剂和反应油气先经输送管向上进入沉降器进行快速分离,对第二反应区床层反应的终止进行有效控制,减少了副反应的发生;
(4)本实用新型提供的催化裂化装置,次反应器与主反应器共用汽提段、共用再生器,工程实施简单,投资大幅减少。
附图说明
图1-8为本实用新型的催化裂化装置示意图。
图中编号说明:10主反应器;11预提升段;12第一反应区;13第二反应区;14、21、21a、21b进料喷嘴;15分流器;16分布板;17、62输送管;18输送管出口;19、61隔板;20次反应器;22接力管;23催化剂回流管;24次反应器提升管;25次反应器流化床;26次反应器出口;30沉降器;31催化剂循环管;32汽提段;33分布管;34待生立管;35内溢流管;36第二沉降器;37料腿;40再生器;41、42再生立管;50、51、52油气出口;60催化剂补充区;63催化剂进入通道。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的技术方案,但本实用新型的保护范围包括但是不限于此:
实施例1:
某炼油厂催化裂化装置设计如图1所示,主反应器第一反应区12直径1.4m,第二反应区13床层直径7.2m;次反应器20为提升管反应器,直径0.9m;采用内溢流管35;次反应器20与第二反应区13间设置有催化剂接力管22;在次反应器20中部与底部之间设置催化剂回流管23;主、次反应器油气混合,由共同出口50引出;采用本方案可多产丙烯。反应流程如下:
预热220℃的重油经喷嘴14雾化后,进入主反应器10第一反应区11的提升管内,与再生催化剂混合气化后,沿第一反应区11向上流动,并不断反应,反应温度520℃,反应时间1.0s,反应结束混合物经分流器15分离出催化剂,油气沿分布板16向上进入第二反应区13的流化床内;在分布板16上设有多个均匀分布的开孔;同时,自次反应器20引出的待生催化剂进入流化床内,与上述反应油气接触混合并继续反应,反应温度530℃,反应时间4-10s,空速5~15(1/h),分离反应油气和催化剂后,油气经出口管线51送入后续分馏系统进行产品分离;催化剂通过回流管31流入汽提段32内。
同时,预热60-70℃的轻汽油(沸点<110℃)、石脑油及C4原料由喷嘴21a、21b雾化后进入次反应器20,与再生催化剂混合并不断反应,反应时间2.5s;在反应器20中部通过催化剂接力管22引80%待生催化剂进入主反应器10第二反应区13内;引20%待生催化剂经催化剂回流管22进入反应器20底部,以减少次反应器的热裂化过程;反应结束后,油气及催化剂进入沉降器30内的次反应器两级气固分离器,分离出的油气经出口管线52引出,送入后续分馏系统进行产品分离;催化剂则流入汽提段32内,汽提出催化剂中夹带的油气,送入再生器40再生。
实施例2:如图2所示,次反应器20的两级气固旋分器的前级气固旋分器的下部料腿37出口直接伸入第二反应区13的流化床内,从而向第二反应区引入待生催化剂;采用外循环管31;主、次反应器油气分别由油气出口51、52引出并分开处理;次反应器20不设催化剂回流管。其余部分装置结构同图1。
实施例3:如图3所示,次反应器20设置有第二沉降器36,主、次反应器油气分别由油气出口51、52引出并分开处理;采用外循环管31;次反应器的待生催化剂由第二沉降器36通过催化剂接力管22引入第二反应区13的流化床内;次反应器20不设催化剂回流管。其余部分装置结构同图1。
实施例4:如图4所示,次反应器20由下部的提升管24和上部的流化床25组成,提升管部分24直径0.9m,流化床部分25直径4.8m;次反应器20设置有第二沉降器36,主、次反应器油气分别由油气出口51、52引出并分开处理;次反应器的待生催化剂由第二沉降器36引入第二反应区13的流化床内。其余部分装置结构同图3。
实施例5:如图5所示,第二反应区13与沉降器30用隔板19隔开,在第二反应区13上部设置输送管17,输送管直径1.0m,输送管出口18与沉降器30内的主反应器一级气固旋分器入口连接,第二反应区反应结束后的催化剂和反应油气先经输送管17向上进入沉降器实现快速分离;主、次反应器油气分别由油气出口51、52引出并分开处理;采用外循环管31,次反应器20不设回流管。其余部分装置结构同图1。
实施例6:如图6所示,主反应器第一反应区12直径1.4m,第二反应区13床层直径7.2m;次反应器20为提升管反应器,直径0.9m;采用外循环管31;次反应器出口26设于第二反应区13内;次反应器出口的催化剂和油气一起进入第二反应区13内参与反应;两反应器反应油气经同一出口管线50引出。
实施例7:
某炼油厂催化裂化装置设计如图7所示,第二反应区13采用提升管,采用外循环管31,输送管62与第二反应区13之间断开形成催化剂进入通道63。
烃类原料在装置中反应过程为:220℃的重油经喷嘴14雾化后,进入主提升管反应器10的第一反应区12内,与640℃左右的再生催化剂混合气化后,沿第一反应区12向上流动,并不断反应,反应时间1.0s,反应温度520℃,反应结束混合物经分流器15分离出催化剂,油气沿输送管62向上,进入第二反应区13内;同时,自次反应器20引出的待生催化剂进入催化剂补充区60,并进入第二反应区13,与进入第二反应区13的反应油气接触混合并继续反应,反应温度510℃,反应时间1.5s。预热60-70℃沸点低于85℃的轻汽油由喷嘴21雾化后进入反应器20,与再生催化剂混合并不断反应,反应时间2.5s,反应温度520℃;两反应器反应结束后,油气进入共用的沉降器30内,分离出催化剂的混合油气经出口管线50引出;催化剂则通过催化剂回流管31流入汽提段32内,汽提出催化剂中夹带的油气,返回再生器40再生。
本实施例与已有技术相比,单程转化率平均提高10%以上,液收增加2%左右。
实施例8:
如图8所示,在次反应器20出口单独设置第二沉降器36;次反应器20的待生催化剂自第二沉降器36引出,并经催化剂补充区60进入第二反应区13,两反应器油气分开处理。其余部分装置结构同图7。本实施例中,提升管反应器20的反应原料为C4组分,提升管反应器10反应条件为:第一反应区的反应温度520℃,反应时间1.0s;第二反应区的反应温度510℃,反应时间1.5s;提升管反应器20的反应温度520℃,反应时间2.5s;反应总液收增加2%左右。
最后所应说明的是:以上说明仅用以说明本实用新型而非限制,尽管参照较佳实施方式对本实用新型进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本实用新型进行修改或者等同替换,而不脱离本实用新型的精神和范围,其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.一种催化裂化装置,包括主反应器和次反应器,主反应器自下而上至少设置有第一反应区、催化剂分流器和第二反应区,其特征在于:第一反应区为提升管,第二反应区为提升管或流化床;催化剂分流器设置于第一反应区出口处;主反应器与沉降器、汽提段上下连体布置,沉降器与汽提段之间设置有外循环管或内溢流管;沉降器内设置有主反应器出口气固旋分器和油气出口管线;次反应器和主反应器共用汽提段。
2.如权利要求1所述的催化裂化装置,在与所述主反应器底部的预提升段连通的再生管路上设置催化剂冷却器。
3.如权利要求1所述的催化裂化装置,其特征在于:次反应器设置有催化剂回流管,该催化剂回流管下端与次反应器底部的预提升段连通;催化剂回流管上设置有滑阀,用于控制催化剂回流量。
4.如权利要求1所述的催化裂化装置,第二反应区为流化床;在第一反应区、第二反应区之间设置有分布板。
5.如权利要求4所述的催化裂化装置,其特征在于:在第二反应区与沉降器之间设置隔板和油气输送管,输送管出口与沉降器内的主反应器出口气固旋分器入口连通。
6.如权利要求4所述的催化裂化装置,沉降器内设置有次反应器出口气固旋分器,所述次反应器出口气固旋分器的下部料腿出口位于第二反应区内,用于向第二反应区引入次反应器的待生催化剂;次反应器或者与主反应器共用油气出口管线,用于引出两反应器的混合油气,或者在沉降器内设置第二油气出口管线,所述第二油气出口管线与次反应器出口气固旋分器油气出口连通,用于单独引出次反应器的反应油气。
7.如权利要求4所述的催化裂化装置,第二反应区、次反应器之间设置有催化剂接力管,用于向第二反应区引入次反应器的待生催化剂。
8.如权利要求7所述的催化裂化装置,次反应器至少包括下部的提升管和上部的流化床两部分。
9.如权利要求4所述的催化裂化装置,其特征在于:次反应器出口设置于主反应器第二反应区内。
10.如权利要求1所述的催化裂化装置,第二反应区为提升管;在第一反应区、第二反应区之间设置有输送管,输送管与第一反应区之间断开,输送管与第二反应区之间设有催化剂进入通道;沉降器、汽提段之间由上、下两层隔板隔开形成催化剂补充区,上述催化剂进入通道位于催化剂补充区内;催化剂补充区、次反应器之间设置有催化剂接力管。
11.如权利要求10所述的催化裂化装置,所述催化剂补充区与汽提段之间的隔板为带孔隔板。
12.如权利要求7或10所述的催化裂化装置,所述次反应器设置有第二沉降器,第二沉降器设置有第二油气出口管线,用于单独引出次反应器的反应油气;或者所述次反应器和主反应器共用沉降器,沉降器内设置有次反应器出口气固旋分器和第二油气出口管线,用于单独引出次反应器的反应油气;或者所述次反应器和主反应器共用沉降器,且次反应器与主反应器共用主反应器的出口气固旋分器和油气出口管线,用于引出两反应器的混合油气。
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