专利名称：多级串联紧凑型气固快速分离及沉降方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属石油化工技术领域，涉及炼油化工工艺及其设备，特别是流化催化裂化工艺的提升管出口气固快速分离及沉降器方法及装置。
在炼油厂流化催化裂化反应系统的提升管出口处，都装有气固快速分离装置以实现催化剂与油气的分离，终止不必要的过度反应。这种分离装置目前有两大类，第一类是惯性式气固快速分离装置，它是依靠含有大量催化剂颗粒的油气急剧改变流向时所产生的气固两相惯性差异来实现气固分离，典型的惯性气固快速分离装置有倒L型、T型、多叶型等结构，它们的特点是压降很小，一般不超过5kPa，但固体颗粒从气体中一次分离出来的效率只有70％～80％左右。分离大部分催化剂后的油气在直径较大的沉降器内慢速上升，约20秒才得以进入沉降器上部的旋风分离器内，把夹带的催化剂进一步分离出来，催化剂沿旋风分离器料腿进入沉降器下部床层。分离下来的催化剂都夹带着一定量的油气，需在沉降器下部床层内用水蒸汽吹提出来，这部分油气再经60秒以上的时间上升到沉降器上部旋风分离器的入口。这样，催化裂化反应后的油气在沉降器内的平均停留时间可能长达20～30秒，油气的返混率高，很容易发生高温热裂化，使轻质油收率降低，并会造成沉降器内严重结焦，影响装置长周期运转。对于加工重质原料油(如渣油)的装置，此问题更显突出。
第二类是离心式分离装置，它依靠气固两相混合物急速旋转形成的强离心力场实现气固快速分离。典型的实例是在提升管反应器的出口直联一组旋风分离器(简称粗旋)，它的气固分离效率可高达98％以上。分离出大部分催化剂的油气从粗旋升气管排出，进入沉降器空间，以较慢的速度上升，经10秒以上才得以进入沉降器上部的旋风分离器内，油气通过该旋风分离器将夹带的催化剂进一步分离下来。粗旋料腿是在正压差下排出催化剂，所以在大量的催化剂下落到沉降器下部床层汽提段时，不仅催化剂颗粒间夹带了部分油气向下流动，还有在正压差下从料腿中向下喷出的一部分油气，这部分油气量大约占总油气量的6％～10％。这些油气与汽提气体混合，然后再沿沉降器慢速上升进入沉降器上部的旋风分离器。反应后的油气在沉降器内的平均停留时间仍高达10～20秒，在高温下仍存在过度裂化现象，影响轻质油收率和装置的长周期安全运转。
为解决第一类惯性式气固快速分离装置分离效率不高的问题，美国专利US 4,495,063(1985年)开发了弹射式气固快速分离方法及装置，它的气固一次分离效率达到80％～90％，气体返混率降低到20％左右，但压降高达数千帕，操作弹性较小，工业上应用有一定困难。美国专利US 4,364,905(1982年)、US 5,294,331(1994年)、US 5,364,515(1994年)、US 5,393,414(1995年)对弹射式气固快速分离又做了改进，主要是为了进一步缩短油气在沉降器内的平均停留时间。但弹射式气固快速分离设施分离效率还不太高，而且操作弹性小的缺点并未解决。
为解决第二类离心式气固快速分离装置存在的问题，美国专利US 4,502,947(1985年)、US 4,579,716(1986年)、US 4,624,772(1986年)等开发了闭式直联旋风分离系统，将粗旋升气管直接与沉降器上部旋风分离器入口相连，大大缩短了油气在沉降器内的停留时间，使气体的返混率进一步降到6％～10％，但它的抗压力波动的性能较差，开工时要特别小心。随后美国专利US 5,158,669(1992年)、US 5,314,611(1994年)、欧洲专利EP 0593827A1，中国专利CN 92112441(1992年)等又在粗旋下部直接联接了一个汽提段，改变一部分反应后油气从粗旋料腿中向下喷出的不利情况，进一步缩短了反应后油气在沉降器内的平均停留时间，使油气返混率又进一步降到2％以下。日本特许公报(B2)昭61-25413(1986年)和美国专利US 4,482,451(1984年)则在提升管末端采用了几根向下倾斜一定角度的圆弧弯管作为气固快速分离器，并在外面加一封闭罩以实现油气的快速引出。而在美国专利US 5,314,611(1994年)中，也附有一种带封闭罩的旋流臂式气固快速分离，可实现催化剂的高效快速分离及油气快速引出，但是该专利并未具体说明该旋流臂式气固快速分离装置的具体结构，而且封闭罩外的油气滞留空间太大，仍易引起结焦。
本发明的目的是提供一种用于提升管流化反应系统多级串联紧凑型气固快速分离及沉降系统，用于反应后油气与催化剂的快速分离及油气的快速引出，使油气在沉降器内的平均停留时间降低到2～3秒以内，而且消除了沉降器内有害的油气滞留空间，从而进一步改善产品分布，消除沉降器内结焦现象。
本发明通过以下技术方案实现由第一级高效旋流式快分分离下来的催化剂沿沉降器内壁流入下部的一级汽提段汽提，然后在沉降器底部床层汽提段进行二级汽提。由第二级快分(或另一级旋流式快分或多个并联旋风分离器或多管式旋风分离器)进一步分离下来的催化剂经一气控式下料管或料腿进入沉降器底部床层汽提段进行汽提。经多级串联紧凑型气固快分分离后的油气和一级汽提、二级汽提的气体合并，经沉降器顶部的集气室(或集合管)进入油气管线。
本发明还采用如下技术方案包括有提升管1，一级汽提段2，一级旋流式快分3，集气室5，油气管线6，沉降器7，下料管8，二级汽提段9，一级旋流式快分3位于提升管1的上端，一级旋流式快分3的下部是一级汽提段2，二级汽提段9位于一级汽提段2的下部，下料管8位于沉降器7的外侧，一级汽提段2、一级旋流式快分3、二级旋流式快分4均位于沉降器7的内部。
二级旋流式快分4位于一级旋流式快分3的上方与一级旋流式快分3串联，在二级旋流式快分4的上方是集气室5，集气室5、集合管51与油气管线6相联。
多个旋风分离器20位于沉降器7的顶部与一级旋流式快分3通过一个升气管相串联，与多个旋风分离器20出口升气管相联的集合管5与油气管线6相联。
旋风分离器料腿81从沉降器7的顶部穿过插入到一级汽提段2。
沉降器7的直径基本上和二级汽提段的直径相同。
多管旋风分离器30位于沉降器7的内部与一级旋流式快分3通过一个升气管相串联。
下料管8采用气控结构，松动气喷嘴位于下料管8底部的弯管处。
置于沉降器7顶部的旋风分离器料腿81的底部既可采用翼阀，也可采用与下料管8相同的气控结构密封。
可采用多个并联旋风分离器20取代二级旋流式快分4。
可采用旋风分离器料腿81取代下料管8。
可采用多管旋风分离器30取代二级旋流式快分4。
本发明的优点在于能实现气固高效快速分离，气体快速引出，并及时高效汽提，三者组成一体。特别是采用了多级串联紧凑型的布置结构，使沉降器的尺寸大大缩小，沉降器基本上和汽提段的直径相同，既实现了气固99.99％以上分离效率，同时可使油气在沉降器内的平均停留时间减少到3秒以下，并且还消除了现有沉降器不可避免的有害的油气滞留空间，从而避免了由于催化剂与反应产物的过度接触和反应器油气在高温环境下长时间的滞留而引起的过裂化反应，避免了沉降器内的结焦，使产品的分布进一步得到改善。
图1是按照本发明的第一种实施方案的主视图图2是按照本发明的第二种实施方案的主视图图3是按照本发明的第三种实施方案的主视图下面结合附图对本发明做进一步的描述反应后油气与催化剂的混合物经过多级串联的紧凑型快分，实现气固快速分离。由第一级旋流式快分分离下来的催化剂沿沉降器内壁流入下部的一级汽提段汽提，然后在沉降器底部床层汽提段进行二级汽提。还夹带有少量催化剂的油气上升进入第二级旋流式快分(或顶部旋风分离器或旋风管的组合)。由第二级快分进一步分离下来的催化剂经一气控式下料管或料腿进入沉降器底部床层汽提段进行汽提。这种多级串联紧凑型快分及沉降系统还可由三级旋流式快分串联组成，也可由二级旋流式快分再串联一级旋风分离器组成，视需要而定。整个沉降器直径大为减小，而且消除了有害的油气滞留空间。经多级串联的紧凑型快分分离掉催化剂的油气则和下部上升的汽提气体汇合，经沉降器顶部的集气室(或集合管)进入油气管线。
如图1由提升管1，一级汽提段2，一级旋流式快分3，二级旋流式快分4，集气室5，油气管线6，沉降器7，下料管8，二级汽提段9等组成。
一级旋流式快分3位于提升管1的上端，一级旋流式快分3的下部是一级汽提段2，二级汽提段9位于一级汽提段2的下部，二级旋流式快分4位于一级旋流式快分3的上方与一级旋流式快分3串联，在二级旋流式快分4的上方是集气室5，集气室5与油气管线6相联。下料管8位于沉降器7的外侧，一级汽提段2、一级旋流式快分3、二级旋流式快分4均位于沉降器7的内部，沉降器7的直径基本上和二级汽提段的直径相同。
参见图1，催化剂与油气混合物经提升管1向上进入一级旋流式快分3，经一级旋流式快分3的旋臂切向向下喷出，在沉降器7的内壁形成气固混合物的旋转运动，混合物中的绝大部分催化剂在离心力场作用下被分离下来并沿沉降器7的内壁下落到一级汽提段2。在一级汽提段2内，催化剂依次沿多组挡板向下流落，并由挡板下部的汽提分布管喷出的汽提气将催化剂颗粒间夹带的油气吹提出来，分离出来的油气在沉降器7内上升。经过一级汽提后的催化剂下落到沉降器下部的二级汽提段内，与从沉降器上部下料管8下落的催化剂一起在二级汽提段内混合，再经过二级汽提，把催化剂微孔内夹带的残余油气尽可能汽提出来。一级和二级汽提后的汽提混合物也沿沉降器上升并与由一级旋流式快分3分离出的油气合并后，经升气管进入二级旋流式快分4，气体在强旋流场作用下，再次把其中夹带上去的催化剂细颗粒分离出来，分离出来的催化剂沿沉降器内的锥形挡板及下料管8下落到二级汽提段9内。分离掉催化剂细颗粒的气体汇集到集气室5，再由油气管线6流向分馏塔。催化剂经过一级汽提和二级汽提后，进入催化剂再生器。
由于两级(或三级)旋流式快分串联后总的气固分离效率可高达99.99％以上，故可实现气固快速分离。同时由于采用了多级串联的紧凑型布置，可使沉降器7的尺寸大大缩小(基本上可缩小到与汽提段同径)，消除了现有沉降器内不可避免的有害的油气滞留空间，因此可把油气在沉降器内的平均停留时间进一步缩短到2～3秒以内。从而有效地改善产品分布，消除沉降器内的结焦。
如图2由提升管1，一级汽提段2，一级旋流式快分3，多个并联的旋风分离器20，集合管5，油气管线6，沉降器7，旋风分离器料腿81，二级汽提段9等组成。
一级旋流式快分3位于提升管1的上端，一级旋流式快分3的下部是一级汽提段2，二级汽提段9位于一级汽提段2的下部，多个旋风分离器20位于沉降器7的顶部与一级旋流式快分3通过一个升气管相串联，与多个旋风分离器出口升气管相联的集合管5与油气管线6相联。旋分器料腿81从沉降器7的顶部穿过插入到一级汽提段。一级汽提段2、一级旋流式快分3均位于沉降器7的内部，沉降器7的直径基本上和二级汽提段的直径相同。
催化剂与油气混合物经提升管1向上进入一级旋流式快分3，经一级旋流式快分3的旋臂切向向下喷出，在沉降器7的内壁形成气固混合物的旋转运动，混合物中的绝大部分催化剂在离心力场作用下被分离下来并沿沉降器7的内壁下落到一级汽提段2。在一级汽提段2内，催化剂依次沿多组挡板向下流落，并由挡板下部的汽提分布管喷出的汽提气将催化剂颗粒间夹带的油气吹提出来，分离出来的油气在沉降器7内上升。经过一级汽提后的催化剂下落到沉降器下部的二级汽提段内，与从旋风分离器料腿81下落的催化剂一起在二级汽提段内混合，再经过二级汽提，把催化剂微孔内夹带的残余油气尽可能汽提出来。一级和二级汽提后的汽提混合物也沿沉降器上升并与由一级旋流式快分分离出的油气合并后，经沉降器顶上的升气管进入多组旋风分离器20，气体在强旋流场作用下，再次把其中夹带上去的催化剂细颗粒分离出来，分离出来的催化剂沿旋风分离器料腿81下落到二级汽提段9内。分离掉催化剂细颗粒的气体通过旋风分离器升气管汇集干集合管5，再由油气管线6流向分馏塔。催化剂经过一级汽提和二级汽提后，进入催化剂再生器。
由于一级旋流式快分与旋风分离器串联后总的气固分离效率高达99.99％以上，故可实现气固快速分离。同时由于采用了一级旋流式快分+旋风分离器的紧凑型布置，这样可使沉降器7的尺寸大大缩小(基本上可缩小到与汽提段同径)，消除了现有沉降器内不可避免的有害的油气滞留空间，因此可把油气在沉降器内的平均停留时间缩短到3秒以内。可有效地改善产品分布，消除沉降器内的结焦。
位于沉降器7外部的下料管8采用气控结构，松动气喷嘴位于下料管8底部的弯管处，通过调整松动气量可控制下料管的下料量。置于沉降器7顶部的旋风料腿81的底部既可采用翼阀也可采用与下料管8相同的气控结构密封。
如图3所示由提升管1，一级汽提段2，一级旋流式快分3，多管旋风分离器30，集合管51，油气管线6，沉降器7，下料管8，二级汽提段9等组成。
一级旋流式快分3位于提升管1的上端，一级旋流式快分3的下部是一级汽提段2，二级汽提段9位于一级汽提段2的下部，多管旋风分离器30位于沉降器7的顶部与一级旋流式快分3通过一个升气管相串联，集气室51与油气管线6相联。下料管8位于沉降器7的外侧，一级汽提段2、一级旋流式快分3、多管旋风分离器30均位于沉降器7的内部，沉降器7的直径基本上和二级汽提段的直径相同。
催化剂与油气混合物经提升管1向上进入一级旋流式快分3，经一级旋流式快分3的旋臂切向向下喷出，在沉降器7的内壁形成气固混合物的旋转运动，混合物中的绝大部分催化剂在离心力场作用下被分离下来并沿沉降器7的内壁下落到一级汽提段2。在一级汽提段2内，催化剂依次沿多组挡板向下流落，并由挡板下部的汽提分布管喷出的汽提气将催化剂颗粒间夹带的油气吹提出来，分离出来的油气在沉降器7内上升。经过一级汽提后的催化剂下落到沉降器下部的二级汽提段内，与从沉降器上部下料管8下落的催化剂一起在二级汽提段内混合，再经过二级汽提，把催化剂微孔内夹带的残余油气尽可能汽提出来。一级和二级汽提后的汽提混合物沿沉降器上升并与由一级旋流式快分分离出的油气合并后，经位于沉降器上部中心的升气管进入多管旋风分离器30，气体在强旋流场作用下，再次把其中夹带上去的催化剂细颗粒分离出来，分离出来的催化剂沿沉降器上部下料管8下落到二级汽提段9内。分离掉催化剂细颗粒的气体汇集到集气室51，再由油气管线6流向分馏塔。催化剂经过一级汽提和二级汽提后，进入催化剂再生器。
由于一级旋流式快分与多管旋风分离器串联后总的气固分离效率高达99.99％以上，故可实现气固快速分离。同时由于采用了一级旋臂气固快速分离+多管旋风的紧凑型布置，这样可使沉降器7的尺寸大大缩小(基本上可缩小到与汽提段同径)，消除了现有沉降器内不可避免的有害的油气滞留空间，因此可把油气在沉降器内的平均停留时间缩短到3秒以内。可有效地改善产品分布，消除沉降器内的结焦。实施例3、实施例2与实施例1的主要区别在于实施例2采用多个并联旋风分离器20取代实施例1的二级旋流式快分4，采用旋风分离器料腿81取代下料管8；实施例3采用多管旋风分离器30取代实施例1的二级旋流式快分4；
权利要求
1.多级串联紧凑型气固快速分离及沉降方法，其特征在于由第一级高效旋流式快分分离下来的催化剂沿沉降器内壁流入下部的一级汽提段汽提，然后在沉降器底部床层汽提段进行二级汽提。由第二级快分(或另一级旋流式快分或多个并联旋风分离器或多管式旋风分离器)进一步分离下来的催化剂经一气控式下料管或料腿进入沉降器底部床层汽提段进行汽提。经多级串联紧凑型气固快分分离后的油气和一级汽提、二级汽提的气体合并，经沉降器顶部的集气室(或集合管)进入油气管线。
2.多级串联紧凑型气固快速分离及沉降装置，包括有提升管(1)，一级汽提段(2)，一级旋流式快分(3)，集气室(5)，油气管线(6)，沉降器(7)，下料管(8)，二级汽提段(9)，其特征在于一级旋流式快分(3)位于提升管(1)的上端，一级旋流式快分(3)的下部是一级汽提段(2)，二级汽提段(9)位于一级汽提段(2)的下部，下料管(8)位于沉降器(7)的外侧，一级汽提段(2)、一级旋流式快分(3)、二级旋流式快分(4)均位于沉降器(7)的内部。
3.根据权利要求2所述的多级串联紧凑型气固快速分离及沉降装置，其特征在于二级旋流式快分(4)位于一级旋流式快分(3)的上方与一级旋流式快分(3)串联，在二级旋流式快分(4)的上方是集气室(5)，
4.根据权利要求2所述的多级串联紧凑型气固快速分离及沉降装置，其特征在于集气室(5)、集合管(51)与油气管线(6)相联。
5.根据权利要求2所述的多级串联紧凑型气固快速分离及沉降装置，其特征在于多个旋风分离器(20)位于沉降器(7)的顶部与一级旋流式快分(3)通过一个升气管相串联，与多个旋风分离器(20)出口升气管相联的集合管(5)与油气管线(6)相联。
6.根据权利要求2所述的多级串联紧凑型气固快速分离及沉降装置，其特征在于旋风分离器料腿(81)从沉降器(7)的顶部穿过插入到一级汽提段(2)。
7.根据权利要求2所述的多级串联紧凑型气固快速分离及沉降装置，其特征在于沉降器(7)的直径和二级汽提段(9)的直径相同。
8.根据权利要求2所述的多级串联紧凑型气固快速分离及沉降装置，其特征在于多管旋风分离器(30)位于沉降器(7)的内部与一级旋流式快分(3)通过一个升气管相串联。
9.根据权利要求2所述的多级串联紧凑型气固快速分离及沉降装置，其特征在于下料管(8)采用气控结构，松动气喷嘴位于下料管(8)底部的弯管处。
10.根据权利要求2所述的多级串联紧凑型气固快速分离及沉降装置，其特征在于置于沉降器(7)顶部的旋风分离器料腿(81)的底部既可采用翼阀，也可采用与下料管(8)相同的气控结构密封。
11.根据权利要求2所述的多级串联紧凑型气固快速分离及沉降装置，其特征在于可采用多个并联旋风分离器(20)取代二级旋流式快分(4)。
12.根据权利要求2所述的多级串联紧凑型气固快速分离及沉降装置，其特征在于可采用旋风分离器料腿(81)取代下料管(8)。
13.根据权利要求2所述的多级串联紧凑型气固快速分离及沉降装置，其特征在于可采用多管旋风分离器(30)取代二级旋流式快分(4)。
全文摘要
一种用于流化催化裂化工艺的提升管出口气固快速分离及沉降器方法及装置。主要设备包括:旋流快分,下料管,旋风分离器或旋风管的组合、沉降器,一级旋流式快分3的下部是一级汽提段2,二级汽提段9位于一级汽提段2的下部,二级旋流式快分4位于一级旋流式快分3的上方与一级旋流式快分3串联,在二级旋流式快分4的上方是集气室5,集气室5与油气管线6相联,可大大减小沉降器的尺寸,降低反应油气的停留时间,可有效避免沉降器内的结焦,并能有效的改善产品分布。
文档编号B01D45/12GK1363410SQ01100418
公开日2002年8月14日 申请日期2001年1月11日 优先权日2001年1月11日
发明者卢春喜, 张立新, 魏耀东, 陈俊武, 时铭显, 张韩, 金有海, 南春祥, 赵合俊 申请人:石油大学(北京), 中国石化集团洛阳石油化工工程公司