CN204111694U - 一种抑制催化裂化沉降器结焦的全封闭旋流式快速分离系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型为抑制催化裂化沉降器结焦的全封闭旋流式快速分离系统，包括布置在沉降器内部的提升管、密封罩、旋风分离器以及汽提段；密封罩顶部封闭，底部与汽提段相连通，提升管由沉降器底部中心插入，并设置在封闭罩和汽提段形成的密封腔体中，旋风分离器设置在提升管油气出口上方的封闭罩侧部；封闭罩底部侧壁上开设有槽口，旋风分离器上方设置有密封蒸汽环，其蒸汽出口向下设置；封闭罩与沉降器外壁之间设置有密封盖板，密封盖板位于旋风分离器与槽口之间，密封盖板与封闭罩之间留有间隙；本实用新型实现了沉降器下部油气快速进入旋风分离器，有效缩短了油气在沉降器中的停留时间，有效解决沉降器结焦问题，延长催化裂化装置开工周期，提高产品收率。

Description

一种抑制催化裂化沉降器结焦的全封闭旋流式快速分离系统

技术领域

本实用新型涉及石油化工技术领域中的一种催化裂化设备，具体为一种抑制催化裂化沉降器结焦的全封闭旋流式快速分离系统。

背景技术

催化裂化装置是炼油工业中最重要的二次加工装置之一，其目的是提高原油加工深度和产品质量，增加轻质油产量。近年来，随着催化裂化工艺和催化剂技术的不断发展，形成了一系列的催化裂化家族化技术，如中石化石油化工科学研究院开发的MGD、MIP-CGP、DCC、ARGG以及CPP反应工艺，中石化洛阳工程公司的灵活多效催化裂化工艺方法(FDFCC)，石油大学(华东)的双提升管技术(TSRFCC和TSRCP-MPE)以及石油大学(北京)的辅助反应器技术等具有各自技术特色的催化反应技术，满足市场对催化裂化产品的要求。

近年来，随着催化裂化反应原料的变重，催化裂化反应深度的不断增加，反应沉降器空间内无选择性二次裂化和热裂化的趋势也越来越显著。其结果不仅造成轻质油收率下降，干气和焦炭产率增加，而且热裂化的发生还会使反应、分馏系统严重结焦，催化裂化工艺的这些新特点要求设计出更加先进的提升管末端气固快速分离装置。国内目前采用的气固快速分离装置，主要有两大类，第一类是惯性式气固快速分离装置，典型结构型式有倒L型、T型、多叶型等；第二类是离心式气固快速分离装置，典型结构型式是提升管出口直联粗旋。这两类气固快速分离装置只是从提高气固的一次分离效率入手，并未注意反应油气的返混问题，反应后油气在沉降器系统内的平均停留时间仍高达10-20秒，容易发生油气高温热裂化，使轻质油收率降低，并造成沉降器内严重结焦，影响催化装置长周期平稳运行。

催化裂化装置中油气结焦是一个复杂的物理化学过程，一般认为油气中的湿、重组分是造成结焦的根源，原料雾化、沉降器内流动状况、温度分布、油气停留时间及操作方式等对结焦有重要影响。由于沉降器截面积较大，油气速度低，在沉降器空间的停留时间长且存在油气流动死区，导致油气二次过裂化反应和油气中重组分冷凝增加，油气结焦的可能性随之上升。油气中重组分生成的结焦物黏附在沉降器内壁及内部构件外表面并不断增加厚度，形成严重危害装置长周期运行的隐患。

为解决沉降器系统的结焦问题，国内外研究单位和工程公司已提出了不少相关的专利。针对第一类惯性式气固快速分离装置，美国专利US4364905、US4495063、US5294331、US5364515和US5393414开发了一种弹射式快分方法和装置，缩短了油气在沉降器内的平均停留时间，但弹射式快发装置分离效率不高，操作弹性又小，工业上未能推广应用。

针对第二类离心式气固快速分离装置，美国专利US4502947、US4579716、US4624772等开发了闭式直联旋风分离系统，将粗旋升气管直接与单旋入口相连，大大缩短了油气在沉降器中的停留时间，但其抗压力波动性能较差，开工时要特别小心。中国专利ZL92112441.4、ZL96103419.X、美国专利US5158669、欧洲专利EP0593827A1等在粗旋下部连接了一个预汽提段，减少从粗旋料腿向下夹带的油气量，缩短反应油气在沉降器内的停留时间。中国专利ZL96103478.5、ZL96103420.3和ZL01228805.5提出了一种旋流式气固快速分离器，并在其外面加了一个封闭罩以实现油气的快速引出。这些专利重点在于提升管末端油气与催化剂的快速分离、降低下排入汽提段的油气量及粗旋升管上升的油气快速导出沉降器，而对于被催化剂颗粒夹带或吸附进入沉降器底部和汽提段的油气没有处理方法，汽提段汽提出来的油气虽然量不大，但多为重馏分，且需要经过整个沉降器空间才能进入顶旋离开沉降器，这部分油气停留时间长，容易在沉降器内结焦。中国专利CN202346973U提出了一种气固快速分离装置，由1～5个旋风筒及密封隔离室、密闭连接系统组成，油气从旋风筒出来后通过密闭连接管快速进入单旋，该专利旋风筒排催化剂夹带的油气和汽提段汽提出来的油气还需经过旋风筒向上流动进入密闭连接管，油气流动方向与催化剂流动方向相反，会互相干扰，造成催化剂排料不畅进而影响旋分筒分离效率。

图1提供了一种现有的沉降器设备内构件的结构示意图，其核心的结构特点在于采用粗旋和顶旋的结构，粗旋升气管与顶旋入口之间留有一定的空间，保证粗旋出口散落的油气以及汽提段汽提出来的油气加上汽提蒸汽进入到顶旋内。由于上述介质不是密闭快速直接进入到旋风分离器内，导致沉降器器壁、粗旋和顶旋的筒体外部结焦现象比较严重。这些焦块时常会由于操作的波动脱落，堵塞在待生斜管入口和滑阀，导致催化剂不能正常流化运行，直到装置切断进料或者停工进行处理，给企业带来巨大的经济损失。

实用新型内容

为了解决混返油气在沉降器系统内停留时间过长的问题，本实用新型提供一种抑制催化裂化沉降器结焦的全封闭旋流式快速分离系统，通过改进沉降器内部结构，有效避免了油气在沉降器内结焦。

本实用新型的技术方案如下：

抑制催化裂化沉降器结焦的全封闭旋流式快速分离系统，包括布置在沉降器内部的提升管1、封闭罩5、旋风分离器6以及汽提段11；所述封闭罩5顶部封闭，底部与所述汽提段11相连通，所述提升管1由所述沉降器底部中心插入，并设置在所述封闭罩5和汽提段11形成的密封腔体中，所述旋风分离器6设置在所述提升管1油气出口上方的所述封闭罩5侧部；

所述封闭罩5底部侧壁上开设有槽口3，所述旋风分离器6上方设置有密封蒸汽环9，所述密封蒸汽环9的蒸汽出口向下设置；所述封闭罩5与沉降器外壁之间设置有密封盖板2，所述密封盖板2位于所述旋风分离器6与槽口3之间，所述密封盖板2与所述封闭罩5外壁、沉降器器壁之间均留有间隙；

存在该间隙是由于沉降器器壁及封闭罩5在垂直方向上膨胀量和方向不同，所以无法将密封盖板2与上述原件完全密闭焊接，而是留有最小的膨胀间隙后，利用蒸汽将缝隙进行密封。

当系统处于工作状态时，所述密封蒸汽环9中输出的蒸汽通过该间隙进入所述密封盖板2下部；所述密封蒸汽环9中的蒸汽压力范围是0.6～1.3MPa、温度范围是250～550℃。

所述旋风分离器6的催化剂出口处设置有旋风分离器料腿7；

所述旋风分离器料腿7上端与所述旋风分离器6的催化剂出口相连接，下端穿过所述密封盖板2，并高于所述槽口3布置；所述旋风分离器料腿7与所述密封盖板2之间留有间隙。

在具体实施中，所述旋风分离器料腿7下端与所述槽口3上沿的高度差范围是500～2000mm，该距离是为了保证催化剂和油气既可以通过槽口3进入封闭罩5，又可以保证槽口3油气流动不会对旋风分离器料腿7排催化剂产生不利影响。

采用现有技术的油气在沉降器内平均停留时间10～20s，采用本实用新型技术油气在封闭罩内平均停留时间小于0.5s。

为了进一步减少油气死区，所述槽口3的数量至少为1个，其沿所述封闭罩5底部周向均匀布置，所述槽口3的形状为多边形或圆形。

为了进一步增强汽提效果，所述系统还包括预汽提段12；

所述预汽提段12位于所述槽口3上方，且所述预汽提段12的管壁分别为所述提升管1高于所述槽口3上方的外壁及其对应的所述封闭罩5内壁。

所述旋风分离器6的数量至少为1个，所述一组旋风分离器6布置在所述封闭罩5上方侧部，弃油气入口与封闭罩5侧部相同，并沿所述封闭罩5的周向均匀分布；

所述提升管1的出口处设置有旋流快分头4，所述旋流快分头4布置在所述封闭罩5内，且所述旋流快分头4的油气出口与所述旋风分离器6的油气入口通过封闭罩5密闭连通。

所述系统还包括升气管8和集气室10；

所述集气室10设置在所述沉降器顶端，所述集气室10与所述旋风分离器(6)之间通过升气管8相连接。

所述提升管1顶端的油气出口处设置有旋流快分头4，所述旋流快分头4围绕所述提升管1的中心轴旋转；所述旋流快分头4侧壁上设置有至少一个分离弯管。

在具体实施中，所述分离弯管的数量为至少为一个，所述分离弯管围绕所述旋流快分头4的中心轴均匀分布，分离弯管的作用是将绝大部分催化剂颗粒从油气中分离出来。

本实用新型的工作原理是：提升管1末端的油气和催化剂进入旋流快分头4进行快速分离，大部分油气和少量催化剂经封闭罩5直接进入旋风分离器6而不再进入沉降器空间。旋流快分头4分离出来的催化剂先预汽提段12进行初步汽提，汽提出来的油气与旋流快分头4出口油气一起进入旋风分离器6，初步汽提后的催化剂向下流动，进入汽提段11。旋风分离器的料腿7排料夹带的油气和催化剂通过槽口3进入封闭罩5内，连同旋流快分头4分离下来的催化剂一起进入汽提段11；汽提段11被蒸汽置换汽提出来的夹带、吸附在催化剂颗粒间和颗粒内孔的油气及汽提蒸汽在封闭罩5内快速上升并最终进入旋风分离器6。

旋风分离器料腿7排料夹带的油气被限制在密封盖板2以下的空间内，通过密封盖板2上的密封蒸汽控制防止油气窜入密封盖板2上部，密封蒸汽通过密封盖板2与设备和内构件的缝隙进入密封盖板2下部，使油气和蒸汽介质通过槽口3快速进入封闭罩5内。

本实用新型可以达到的效果主要体现在以下两点：

1、由于采用了密封盖板、槽口、防焦蒸汽“密封”，可以将沉降器下部的油气从密封盖板下压入封闭罩内并快速进入旋风分离器，使油气不在沉降器空间停留，有效地解决沉降器结焦，延长催化裂化装置开工周期，为催化裂化装置四年一检修创造了有利的条件，并具备一定的节能降耗效果。

2、通过封闭罩将旋流快分头与旋风分离器密闭直联，可以有效缩短大量反应油气在沉降器内的停留时间，有效避免油气在沉降器内结焦，并且可以减少非理想的二次裂化反应，提高目的产品的收率，增强装置的抗波动能力。

附图说明

图1为现有沉降器的设备内构件组成和结构示意图；

图2为本实用新型的抑制催化裂化沉降器结焦的全封闭旋流式快速分离系统的内部结构示意图；

图3为带预汽提段的抑制催化裂化沉降器结焦的全封闭旋流式快速分离系统的内部结构示意图。

附图编号说明：

1-提升管；2-密封盖板；3-槽口；4-旋流快分头；5-封闭罩；

6-旋风分离器；7-旋风分离器料腿；8-升气管；9-密封蒸汽环；

10-集气室；11-汽提段；12-预汽提段；

具体实施方式

如图2、图3所示，本实用新型的抑制催化裂化沉降器结焦的全封闭旋流式快速分离系统，包括布置在沉降器内部的提升管1、封闭罩5、旋风分离器6、升气管8、集气室10、汽提段11以及预汽提段12；所述封闭罩5顶部封闭，底部与所述汽提段11相连通，所述提升管1由所述沉降器底部中心插入，并设置在所述封闭罩5和汽提段11形成的密封腔体中，所述旋风分离器6设置在所述提升管1油气出口上方的所述封闭罩5侧部，所述旋风分离器6的数量为4个，各所述旋风分离器6的油气入口分别与所述封闭罩5侧部相通，并沿所述封闭罩5的周向均匀分布；所述集气室10设置在所述沉降器顶端，所述集气室10与所述旋风分离器6之间通过升气管8相连接；所述预汽提段12位于所述槽口3上方，且所述预汽提段12的管壁分别为所述提升管1高于所述槽口3上方的外壁及其对应的所述封闭罩5内壁。

所述提升管1顶端的出口处设置有旋流快分头4，所述旋流快分头4围绕所述提升管1的中心轴旋转，所述旋流快分头4的油气出口与各所述旋风分离器6的油气入口通过封闭罩5密闭连通。

所述旋流快分头4侧壁上设置有3个分离弯管，各所述分离弯管围绕所述旋流快分头4的中心轴均匀分布。

所述封闭罩5底部侧壁上开设有6个矩形槽口3，其分别沿所述封闭罩5底部周向均匀布置；

所述旋风分离器6上方靠近集气室10的设置有密封蒸汽环9，所述密封蒸汽环9的蒸汽出口向下设置；所述封闭罩5与沉降器外壁之间设置有密封盖板2，所述密封盖板2斜撑搭接在封闭罩5或者是搭接在旋风分离器料腿7上，所述密封盖板2在高度位置上处于所述旋风分离器6与槽口3之间，所述密封盖板2与所述沉降器器壁、旋风分离器料腿7以及封闭罩5之间均留有空隙，所述密封蒸汽环9中输出的蒸汽通过所述空隙进入所述密封盖板2下部。

各所述旋风分离器6的催化剂出口处分别设置有一个旋风分离器料腿7；

所述旋风分离器料腿7上端与所述旋风分离器6的催化剂出口相连接，下端穿过所述密封盖板2，并高于所述槽口3布置；所述旋风分离器料腿7下端与所述槽口3上沿的高度差范围是1000mm。

本系统在实际运行时，来自提升管1末端的油气和催化剂进入旋流快分头4中分离，旋流快分头4分离出来的夹带少量催化剂的油气在封闭罩5内快速上升进入旋风分离器6中分离；旋流快分头4分离下来的催化剂进入汽提段11进行汽提。旋风分离器6分离下来的催化剂经旋风分离器的料腿7排入密封盖板2下方，并通过槽口3进入封闭罩5内并最终进入汽提段11进行汽提。

1.0MPa、250～500℃过热蒸汽由密封蒸汽环9进入沉降器上部，蒸汽向下运动并通过旋风分离器的料腿7、封闭罩5和密封盖板2的缝隙进入沉降器下部，维持密封盖板2上下正压差，确保沉降器下部的油气不会通过密封盖板2上的间隙窜入沉降器上部而结焦；同时，维持封闭罩5内外负压差，确保旋风分离器的料腿7排催化剂夹带的油气和防焦密封蒸汽通过槽口3进入封闭罩5内，并且可以防止汽提段11汽提出来的油气及蒸汽通过槽口3窜入沉降器下部聚集而结焦。

通过上述方案，旋流快分头4分离出来的油气及汽提段11上来的油气和蒸汽通过封闭罩5与旋风分离器6密闭直联排出沉降器，其余料腿7排料夹带的油气和防焦密封蒸汽通过槽口3进入封闭罩5内，再经旋风分离器6进入集气室10。

本实用新型采用旋流快分头和旋风分离器，油气和催化剂分离效率可达99.99％以上，确保油气和催化剂的快速分离。

本实用新型既适用于已有催化裂化装置沉降器改造，也适用于新建催化裂化装置沉降器。经工业模拟应用证明，某120万吨/年重油催化裂化装置采用本实用新型的技术方案，改造后的沉降器系统连续运转2年没有发生结焦引起的停工事故，实现安稳长生产；对该装置正常停工检修发现，沉降器金属盖板上的空间非常干净，盖板下只有一层薄薄的疏松焦炭，装置停工检修清焦的工作量几乎没有，说明本实用新型可以有效解决沉降器结焦问题。

Claims (9)

1.抑制催化裂化沉降器结焦的全封闭旋流式快速分离系统，包括布置在沉降器内部的提升管(1)、封闭罩(5)、旋风分离器(6)以及汽提段(11)；所述封闭罩(5)顶部封闭，底部与所述汽提段(11)相连通，所述提升管(1)由所述沉降器底部中心插入，并设置在所述封闭罩(5)和汽提段(11)形成的密封腔体中，所述旋风分离器(6)设置在所述提升管(1)油气出口上方的所述封闭罩(5)侧部；

其特征在于：

所述封闭罩(5)底部侧壁上开设有槽口(3)，所述旋风分离器(6)上方设置有密封蒸汽环(9)，所述密封蒸汽环(9)的蒸汽出口向下设置；所述封闭罩(5)与沉降器外壁之间设置有密封盖板(2)，所述密封盖板(2)位于所述旋风分离器(6)与槽口(3)之间，所述密封盖板(2)与所述封闭罩(5)外壁、沉降器器壁之间均留有间隙。

2.根据权利要求1所述的抑制催化裂化沉降器结焦的全封闭旋流式快速分离系统，其特征在于：

所述旋风分离器(6)的催化剂出口处设置有旋风分离器料腿(7)；

所述旋风分离器料腿(7)上端与所述旋风分离器(6)的催化剂出口相连接，下端穿过所述密封盖板(2)，并高于所述槽口(3)布置；所述旋风分离器料腿(7)与所述密封盖板(2)之间留有间隙。

3.根据权利要求2所述的抑制催化裂化沉降器结焦的全封闭旋流式快速分离系统，其特征在于：

所述旋风分离器料腿(7)下端与所述槽口(3)上沿的高度差范围是500～2000mm。

4.根据权利要求3所述的抑制催化裂化沉降器结焦的全封闭旋流式快速分离系统，其特征在于：

所述槽口(3)的数量至少为1个，其沿所述封闭罩(5)底部周向均匀布置，所述槽口(3)的形状为多边形或圆形。

5.根据权利要求4所述的抑制催化裂化沉降器结焦的全封闭旋流式快速分离系统，其特征在于：

所述系统还包括预汽提段(12)；

所述预汽提段(12)位于所述槽口(3)上方，且所述预汽提段(12)的管壁分别为所述提升管(1)高于所述槽口(3)上方的外壁及其对应的所述封闭罩(5)内壁。

6.根据权利要求2所述的抑制催化裂化沉降器结焦的全封闭旋流式快速分离系统，其特征在于：

所述旋风分离器(6)的数量至少为1个，所述旋风分离器(6)布置在所述封闭罩(5)上方侧部，其油气入口与封闭罩(5)侧部相通，并沿所述封闭罩(5)的周向均匀分布；

所述提升管(1)的出口处设置有旋流快分头(4)，所述旋流快分头(4)布置在所述封闭罩(5)内，且所述旋流快分头(4)的油气出口与所述旋风分离器(6)的油气入口通过封闭罩(5)密闭连通。

7.根据权利要求6所述的抑制催化裂化沉降器结焦的全封闭旋流式快速分离系统，其特征在于：

所述系统还包括升气管(8)和集气室(10)；

所述集气室(10)设置在所述沉降器顶端，所述集气室(10)与所述旋风分离器(6)之间通过升气管(8)相连接。

8.根据权利要求1～7之任一项所述的抑制催化裂化沉降器结焦的全封闭旋流式快速分离系统，其特征在于：

所述提升管(1)顶端的油气出口处设置有旋流快分头(4)，所述旋流快分头(4)围绕所述提升管(1)的中心轴旋转；所述旋流快分头(4)侧壁上设置有至少一个分离弯管。

9.根据权利要求8所述的抑制催化裂化沉降器结焦的全封闭旋流式快速分离系统，其特征在于：

所述分离弯管的数量为一组，所述一组分离弯管围绕所述旋流快分头(4)的中心轴均匀分布。