CN204338127U - 一种气固分离系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种气固分离系统；所述气固分离系统包括有一级分离装置和二级分离装置；所述一级分离装置包括有安装壳体，安装壳体内部横向固定安装有分隔装置，所述分隔装置将安装壳体内部稀相空间分隔为上部空间和下部空间；所述上部空间与气固流化床床层之间纵向贯通连接有循环管，所述下部空间内固定设置有第一快速分离装置。所述循环管根据工艺环境来确定安装于安装壳体外部或者内部，所述分隔装置具有多种结构可以选择。该气固分离系统结构简单紧凑，对稀相高度要求较低，分离效率高、压降低且操作性能稳定；对工艺环境适应性强，施工难度较低；固体颗粒的流动和输送流畅。

Description

一种气固分离系统

技术领域

本实用新型涉及石油化工领域稀相空间受限的气固流化反应器中的气固分离技术，尤其涉及一种气固分离系统。

背景技术

气固分离器是气固流化床反应器内最为关键的设备之一，不但决定着气固分离效率，而且对反应转化率有着显著的影响。例如，催化裂化提升管出口的油气极易发生过裂化反应，导致目的产品收率低、干气与焦炭产率增加、沉降器内容易结焦、装置难以长周期安全运行等问题。

旋风分离器是最常用的气固分离设备，具有分离效率高、操作稳定等特点，但与此同时，旋风分离器一般都比较长，压降相对较大(一般在6KPa以上),因而需要较大的稀相空间，如仅一级旋风分离器就要求稀相空间至少在8m以上，若两级旋风分离器串联，稀相高度要在9m以上。在一些特殊的工艺过程中，如流化床反应器在高温高压或高温高压并临氢的条件下操作，或者反应过程涉及腐蚀性气体时，气固分离设备材质往往极为昂贵，这就要求尽量减小反应器内非反应区的体积，例如稀相空间体积。当反应器同时为深床气固流化反应器时，对稀相空间的限制就更为严格。在这种情况下，采用旋风分离器作为气固分离设备会极大地增加反应器的高度和反应器的造价。

针对上述特殊的工艺过程要求，国内外对气固快速分离系统展开了深入研究。目前国外较为先进的技术是由美国UOP公司开发的VDS(Vortex disengagesystem)技术和VSS(Vortex separation system)技术。VDS系统(专利US 5158699)分为三部分，自上而下为升气管、分离段和稳定段。分离段与提升管出口联接，稳定段与沉降器的汽提段相联。稳定段内有导流锥和十字破涡板，消除催化剂在分离段形成的旋涡，并逐渐转化为层流状态进入汽提段，升气管与沉降器的三台单级E型旋风分离器密闭直联。VDS系统的特点是在直联式初旋下部加了一个预汽提器。它通过将初旋的升气管与顶旋入口管直联来消除油气在沉降器内的返混。可以看出VDS系统依靠旋风分离器作为一级和二级分离设备，要求较高的稀相空间。VSS系统(专利US 5314611)的基本原理是利用高速旋流产生的离心力实现油气和催化剂的快速分离。其特点是在提升管出口端有几个弯成一定角度的弯臂构成的旋流快分头，在此旋流快分头外罩了一个封闭罩，罩的上部是油剂旋风分离空间，下部是催化剂的预汽提段。油剂混合物从旋流头的弯臂中喷出后在封闭罩内快速旋转将催化剂分离下来，然后油气由上部升气管直接进入顶旋，催化剂沿边壁滑落到下部预汽提器中进行预汽提。VSS系统需要和提升管配合使用，无法应用在常规密相流化床的稀相空间。

中国石油大学(北京)开发了三种快分系统，一种是挡板式粗旋快分系统，简称FSC(CN96103419)，一种是旋流式气固快分系统，简称VQS(CN96103478.5)；一种是带密相环流预汽提器的提升管出口的气固快分系统，简称CSC(CN98102166.2)。挡板式汽提粗旋快分系统(FSC)的特点是：粗旋料腿上设置有预汽提器，器内装有一层消涡板及中心稳涡杆和4～6层带有裙边并开孔的汽提挡板，绝大多数汽提蒸汽从汽提挡板上开的小孔中倾斜向上流出，而催化剂则倾斜向下流过汽提挡板，这样蒸汽和催化剂就沿着不同的路径分别向上和向下流动，形成S形接触逆流，改善了气固的接触效果。但FSC系统是依靠旋风分离器实现的，需要较大的稀相空间。VQS系统由导流管、封闭罩、旋流快分头、预汽提段等四部分组成。提升管末端反应油气和催化剂经快分头导流管后，沿封闭罩内壁在离心力的作用下做高速螺旋运动。在旋转过程中反应油气和催化剂实现快速分离，分离后的催化剂进入旋分封闭罩下部密相床；反应油气和未被分离的较小的催化剂颗粒向封闭罩中心低压区积聚，被上升的汽提蒸汽与油气携带上升，经导流管进入沉降器顶部旋风分离器，进行再次分离。被分离的催化剂由料腿向下流向汽提段。可以看出，VQS系统是配合提升管使用的，类似于UOP公司的VSS系统，不适用于常规密相流化床稀相的气固分离。CSC系统主要是在FSC系统的基础上对预汽提挡板结构的进行了改进，对稀相空间的要求没有任何改善。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种气固分离系统，以克服现有技术的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种气固分离系统，该气固分离系统结构简单紧凑，对稀相高度要求较低，分离效率高、压降低且操作性能稳定；对工艺环境适应性强，施工难度较低；固体颗粒的流动和输送流畅。

本实用新型的目的是这样实现的，一种气固分离系统，包括有一级分离装置和二级分离装置；所述一级分离装置包括有安装壳体，所述安装壳体内部横向固定安装有分隔装置，所述分隔装置将安装壳体内部稀相空间分隔为上部空间和下部空间；所述安装壳体顶部设有第一通孔，所述第一通孔中密封穿设有二级分离装置，所述二级分离装置底部设有第二输入管，所述第二输入管底部位于所述上部空间内部，所述二级分离装置上方设有第二排气管；所述安装壳体底部设置有气固流化床床层；所述上部空间与气固流化床床层之间纵向贯通连接有循环管，所述循环管底部设置有阻止气固流化床床层内部的气体流向上部空间的控制装置；

所述安装壳体的下部空间内固定设置有第一快速分离装置，所述第一快速分离装置上设有向上延伸至上部空间内部的第一排气管；所述第一快速分离装置上还设有开口向下的气固混合物输入管和颗粒输出管，所述气固混合物输入管底部位于下部空间内部，所述颗粒输出管底部延伸至气固流化床床层内部。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述上部空间内部位于所述循环管顶部的上方设置有气体分布装置，所述分隔装置上设置有气体分布装置的支撑装置。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述循环管纵向设置于安装壳体外部，所述安装壳体侧壁对应于上部空间底部的位置设有固定密封连接所述循环管顶部的第一连接通孔，所述安装壳体侧壁对应于气固流化床床层内部的位置设有固定密封连接所述循环管底部控制装置的第二连接通孔。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述分隔装置包括有椭圆形封头，所述椭圆形封头上设置有锥顶向上的圆锥体，所述圆锥体的母线与底面的夹角大于气固混合物中固体颗粒的休止角；所述椭圆形封头上设有第二通孔，所述圆锥体上设有与第二通孔对应的第三通孔，所述第一排气管穿过第二通孔和第三通孔并密封固定于所述椭圆形封头上；所述圆锥体底边与所述第一连接孔底部齐平。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述分隔装置为锥顶向上的圆锥形隔板，所述圆锥形隔板的母线与底面的夹角大于气固混合物中固体颗粒的休止角；所述圆锥形隔板上设有第四通孔，所述第一排气管穿过第四通孔并密封固定于所述圆锥形隔板上；所述圆锥形隔板底边与所述第一连接孔底部齐平。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述循环管纵向设置于安装壳体内部，所述分隔装置底部设有与所述循环管顶部固定密封连接的第三连接通孔，所述循环管底部控制装置位于气固流化床床层内部。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述分隔装置为锥顶向下的倒圆锥形隔板，所述倒圆锥形隔板上设有第五通孔，所述第一排气管穿过第五通孔并密封固定于所述倒圆锥形隔板上；所述倒圆锥形隔板的母线与底面的夹角大于气固混合物中固体颗粒的休止角。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第一排气管的顶部出口管道轴线与所述第二输入管轴线平行并且管壁相隔一定的距离，所述第一排气管顶部出口高于所述第二输入管底部入口。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第一排气管的顶部出口管道与所述第二输入管管壁相隔的距离大于0.5m。

由上所述，本实用新型的气固分离系统具有如下有益效果：

(1)充分利用快速分离装置，使得系统结构简单紧凑，对稀相高度要求较低，分离效率高、压降低且操作性能稳定；

(2)对于高温高压或高温高压并临氢等工艺环境，可使用循环管位于安装壳体内部的结构，避免安装壳体上开孔带来的应力集中、强度降低、热膨胀和泄漏的问题，降低了施工难度，提高了工艺环境适应性；

(3)分隔装置采用了特定的几何形状，并在气体分布装置的配合下，固体颗粒的流动和输送更为流畅。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1：为本实用新型气固分离系统外置单循环管椭圆形封头结构示意图。

图2：为本实用新型气固分离系统外置双循环管椭圆形封头结构示意图。

图3：为本实用新型气固分离系统外置单循环管圆锥形隔板结构示意图。

图4：为本实用新型气固分离系统外置双循环管圆锥形隔板结构示意图。

图5：为本实用新型气固分离系统内置循环管倒圆锥形隔板结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1至5所示，本实用新型的气固分离系统1000包括有一级分离装置100和二级分离装置200,所述一级分离装置100包括有安装壳体110，所述安装壳体110内部横向固定安装有分隔装置120，所述分隔装置120将安装壳体110内部稀相空间分隔为上部空间111和下部空间112；所述安装壳体110顶部设有第一通孔113，所述第一通孔113中密封穿设有二级分离装置200，所述二级分离装置200底部设有第二输入管210，所述第二输入管底部位于所述上部空间111内部，所述二级分离装置200上方设有第二排气管，所述二级分离装置200可以为快速分离装置(卧式气固超短快分或者是旋流头，为现有技术装置),也可以为滤芯(为现有技术),还可以是布袋分离器(为现有技术)；所述安装壳体110底部设置有气固流化床床层300。

所述上部空间111与气固流化床床层300之间纵向贯通连接有循环管130，所述循环管130底部设置有阻止气固流化床床层内部的气体流向上部空间的控制装置131。所述上部空间111内部位于所述循环管130顶部的上方设置有气体分布装置140，所述分隔装置120上设置有气体分布装置140的支撑装置(图中未示出)，在本实用新型的一具体实施方式中，气体分布装置140为气体环形分布器(或者松动风环，均为现有技术)，所述气体环形分布器上设置有喷嘴(图中未示出)，气体通过喷嘴吹动分隔装置120上沉积的固体颗粒，使其顺利的进入循环管130进而返回气固流化床床层300。

所述安装壳体110的下部空间112内固定设置有第一快速分离装置150(为现有技术装置)，在本实用新型的具体实施方式中，第一快速分离装置150是卧式气固超短快分或者是旋流头，所述装置中设有使气固混合物快速分离的结构，实现气固混合物的快速分离，并将固体颗粒、气体分别输出。第一快速分离装置150具体安装位置由气固流化床反应器(图中未示出)的操作速度、气体粘度和颗粒物性共同决定；第一快速分离装置150的数量为1个或者多个，具体数量根据实际使用情况进行确定；数量为多个时，第一快速分离装置150沿周向间隔挂设于分隔装置120上。

所述第一快速分离装置150上设有向上延伸至上部空间内部的第一排气管151，第一排气管151的顶部出口管道1511轴线与所述第二输入管210轴线平行并且管壁相隔一定的距离，第一排气管151顶部出口高于所述第二输入管210底部入口。在本实用新型的一具体实施方式中，第一排气管151的顶部出口管道1511与所述第二输入管210管壁相隔的距离大于0.5m，这样设置的目的在于减小第一排气管151排出的上升气流中高速运动的固体颗粒对第二输入管210的磨损，延长第二输入管210的使用寿命；所述第一快速分离装置150上还设有开口向下的气固混合物输入管152和颗粒输出管153，所述气固混合物输入管152底部位于下部空间112内部，所述颗粒输出管153底部延伸至气固流化床床层300内部。

由上所述，本实用新型的气固分离系统具有如下有益效果：充分利用快速分离装置150，使得气固分离系统1000的结构简单紧凑，对稀相高度要求较低，分离效率高、压降低且操作性能稳定；对于高温高压或高温高压并临氢等工艺环境，可使用循环管130位于安装壳体110内部的结构，避免安装壳体110上开孔带来的应力集中、强度降低、热膨胀和泄漏的问题，降低了施工难度，提高了工艺环境适应性；分隔装置120采用了特定的几何形状，并在气体分布装置140的配合下，固体颗粒的流动和输送更为流畅。

进一步，如图1至5所示，所述循环管130可以设置于安装壳体110外部，也可以设置于安装壳体110内部，具体安装位置根据实际使用情况确定；循环管130设置于安装壳体110外部时，循环管130的数量不超过2个，具体数量根据实际使用情况进行确定；当工艺环境是高温高压或高温高压并临氢时，循环管130要设置于安装壳体110内部，数量为1个。

在本实用新型的一具体实施方式中，如图1至4所示，所述循环管130纵向设置于安装壳体110外部，安装壳体110侧壁对应于上部空间111底部的位置设有固定密封连接所述循环管130顶部的第一连接通孔114，所述安装壳体110侧壁对应于气固流化床床层300内部的位置设有固定密封连接所述循环管130底部控制装置131的第二连接通孔115。所述控制装置131为气控阀，通过向第二连接通孔115注入输送风阻止气固流化床床层300内部的气体通过循环管130流向上部空间111内部。

进一步，如图1、2所示，在循环管130纵向设置于安装壳体110外部的情况下，所述分隔装置120包括有椭圆形封头121，椭圆形封头121上设置有锥顶向上的圆锥体122，圆锥体122由耐火材料或者耐磨材料堆砌组成；圆锥体122的母线与底面的夹角大于气固混合物中固体颗粒的休止角；椭圆形封头121上设有第二通孔1211，圆锥体122上设有与第二通孔1211对应的第三通孔1221，所述第一排气管151穿过第二通孔1211和第三通孔1221并密封固定于所述椭圆形封头121上；圆锥体122底边与所述第一连接通孔114底部齐平。

进一步，如图3、4所示，在循环管130纵向设置于安装壳体110外部的情况下，所述分隔装置120还可以是锥顶向上的圆锥形隔板123，圆锥形隔板123的母线与底面的夹角大于气固混合物中固体颗粒的休止角；圆锥形隔板123上设有第四通孔1231，所述第一排气管151穿过第四通孔1231并密封固定于圆锥形隔板123上；圆锥形隔板123底边与所述第一连接孔114底部齐平。

在本实用新型的另一具体实施方式中，如图5所示，所处工艺环境为高温高压(或高温高压并临氢环境)时，所述循环管130纵向设置于安装壳体110内部，所述分隔装置120底部设有与所述循环管130顶部固定密封连接的第三连接通孔124，所述循环管130底部控制装置131位于气固流化床床层300内部。此时所述控制装置131为翼阀(为现有技术)，该装置用以阻止气固流化床床层300内部的气体通过循环管130流向上部空间111内部。

进一步，如图5所示，在循环管130纵向设置于安装壳体110内部时，所述分隔装置120为锥顶向下的倒圆锥形隔板125，倒圆锥形隔板125上设有第五通孔1251，所述第一排气管151穿过第五通孔1251并密封固定于倒圆锥形隔板125上；倒圆锥形隔板125的母线与底面的夹角大于气固混合物中固体颗粒的休止角。

本实用新型的气固分离系统1000工作时，由气固流化床床层300出来的气固混合物位于下部空间112中，通过气固混合物输入管152进入到第一快速分离装置150内部，气固混合物经过快速分离后，固体颗粒经由颗粒输出管153返回气固流化床床层300；气体经由第一排气管151进入上部空间111中，通过第二输入管210进入二级分离装置200进行二次分离，分离后的气体经由第二排气管(图中未示出)排出系统，分离后的固体颗粒通过循环管130返回气固流化床床层300。

由上所述，本实用新型的气固分离系统1000具有如下有益效果：充分利用快速分离装置150，使得气固分离系统1000的结构简单紧凑，对稀相高度要求较低，分离效率高、压降低且操作性能稳定；对于高温高压或高温高压并临氢等工艺环境，可使用循环管130位于安装壳体110内部的结构，避免安装壳体110上开孔带来的应力集中、强度降低、热膨胀和泄漏的问题，降低了施工难度，提高了工艺环境适应性；分隔装置120采用了特定的几何形状，并在气体分布装置140的配合下，固体颗粒的流动和输送更为流畅。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (9)

1.一种气固分离系统；其特征在于：所述气固分离系统包括有一级分离装置和二级分离装置；所述一级分离装置包括有安装壳体，所述安装壳体内部横向固定安装有分隔装置，所述分隔装置将安装壳体内部稀相空间分隔为上部空间和下部空间；所述安装壳体顶部设有第一通孔，所述第一通孔中密封穿设有二级分离装置，所述二级分离装置底部设有第二输入管，所述第二输入管底部位于所述上部空间内部，所述二级分离装置上方设有第二排气管；所述安装壳体底部设置有气固流化床床层；所述上部空间与气固流化床床层之间纵向贯通连接有循环管，所述循环管底部设置有阻止气固流化床床层内部的气体流向上部空间的控制装置；

所述安装壳体的下部空间内固定设置有第一快速分离装置，所述第一快速分离装置上设有向上延伸至上部空间内部的第一排气管；所述第一快速分离装置上还设有开口向下的气固混合物输入管和颗粒输出管，所述气固混合物输入管底部位于下部空间内部，所述颗粒输出管底部延伸至气固流化床床层内部。

2.如权利要求1所述的气固分离系统，其特征在于：所述上部空间内部位于所述循环管顶部的上方设置有气体分布装置，所述分隔装置上设置有气体分布装置的支撑装置。

3.如权利要求2所述的气固分离系统，其特征在于：所述循环管纵向设置于安装壳体外部，所述安装壳体侧壁对应于上部空间底部的位置设有固定密封连接所述循环管顶部的第一连接通孔，所述安装壳体侧壁对应于气固流化床床层内部的位置设有固定密封连接所述循环管底部控制装置的第二连接通孔。

4.如权利要求3所述的气固分离系统，其特征在于：所述分隔装置包括有椭圆形封头，所述椭圆形封头上设置有锥顶向上的圆锥体，所述圆锥体的母线与底面的夹角大于气固混合物中固体颗粒的休止角；所述椭圆形封头上设有第二通孔，所述圆锥体上设有与第二通孔对应的第三通孔，所述第一排气管穿过第二通孔和第三通孔并密封固定于所述椭圆形封头上；所述圆锥体底边与所述第一连接孔底部齐平。

5.如权利要求3所述的气固分离系统，其特征在于：所述分隔装置为锥顶向上的圆锥形隔板，所述圆锥形隔板的母线与底面的夹角大于气固混合物中固体颗粒的休止角；所述圆锥形隔板上设有第四通孔，所述第一排气管穿过第四通孔并密封固定于所述圆锥形隔板上；所述圆锥形隔板底边与所述第一连接孔底部齐平。

6.如权利要求2所述的气固分离系统，其特征在于：所述循环管纵向设置于安装壳体内部，所述分隔装置底部设有与所述循环管顶部固定密封连接的第三连接通孔，所述循环管底部控制装置位于气固流化床床层内部。

7.如权利要求6所述的气固分离系统，其特征在于：所述分隔装置为锥顶向下的倒圆锥形隔板，所述倒圆锥形隔板上设有第五通孔，所述第一排气管穿过第五通孔并密封固定于所述倒圆锥形隔板上；所述倒圆锥形隔板的母线与底面的夹角大于气固混合物中固体颗粒的休止角。

8.如权利要求2所述的气固分离系统，其特征在于：所述第一排气管的顶部出口管道轴线与所述第二输入管轴线平行并且管壁相隔一定的距离，所述第一排气管顶部出口高于所述第二输入管底部入口。

9.如权利要求8所述的气固分离系统，其特征在于：所述第一排气管的顶部出口管道与所述第二输入管管壁相隔的距离大于0.5m。