一种催化裂化第四级旋风分离器布置方式的制作方法

本发明涉及一种催化裂化第四级旋风分离器布置方式，属石油化工技术领域。

背景技术：

在炼油厂催化裂化装置中，第三级旋风分离器(以下简称三旋)是再生器高温烟气催化剂颗粒分离回收的重要设备，也是保障烟机长周期运行、避免催化剂颗粒冲蚀磨损烟机叶片的关键设备。在三旋系统中，为了使其具有较高的颗粒捕集效率，常设置有一个临界喷嘴，以控制少量烟气(3～5％)从三旋灰斗中抽出，三旋分离下来的细颗粒催化剂随这部分烟气一并进入储料罐。这部分烟气通常在进入临界喷嘴前首先需要进入一个第四级旋风分离器(以下简称四旋)，以便将烟气和固体颗粒分离。在传统的四旋分离系统中，三旋灰斗泄出的含尘烟气首先进入储料罐，再从储料罐顶部引入四旋，分离出的固体颗粒经四旋料腿返回至储灰罐，分离后的高温烟气则从四旋上部出口引出，进入下游的临界喷嘴，最终排入烟气主风管道。但是，这类传统四旋系统在许多炼厂应用时经常出现临界喷嘴频繁严重磨损的状况，导致三旋工作时间降低，装置能耗增大。更严重时，还会造成烟机叶片破损，导致叶片寿命和烟机开工周期缩短。

王锐等人对传统四旋系统内气相三维流场进行数值模拟发现，储料罐椭圆封头及锥形挡板间的区域内气速较高，造成部分颗粒直接被气体带入到四旋入口。另外，锥形挡板底口处有较强烈的下行气流，这部分气体最终还要从锥形挡板底口返回，会影响部分颗粒无法顺利沉降至储料罐底部料层，最终直接短路进入四旋；或者部分气体反窜入四旋料腿，导致四旋分离出的颗粒无法正常排料。根据以上分析，他们提出将三旋排料管与四旋入口直联，并在储料罐顶 部与四旋出口间设置压力平衡管。该改进结构在一定程度上解决了四旋料腿窜气的问题，但仍存在四旋入口颗粒浓度过高、储料罐内稀相空间沉降分离功能利用不足的问题，增大了四旋的工作负荷。

技术实现要素：

本发明是在现有技术的基础上，提出一种新型的催化裂化四旋布置方式，主要改进思想包括：在储料罐中增设具有惯性分离的挡板结构，使含尘烟气先经过惯性分离，再利用储料罐稀相空间进行沉降分离，最后再进入四旋中进行离心分离，通过上述两种预分离措施，可大幅度降低四旋入口的颗粒浓度；在四旋料腿末端增设锁气机构，避免气体从料腿反窜，影响颗粒正常排料。通过上述措施，可大幅度降低进入临界喷嘴烟气中的颗粒浓度，从而达到降低颗粒冲蚀磨损速率并延长临界喷嘴的使用寿命。具体技术方案如下：

拆掉传统四旋系统储料罐内的锥形挡板，在其上部稀相空间增设一竖直隔板，将储料罐稀相空间分割为惯性分离区和沉降分离区。三旋排料管中的含尘烟气从惯性分离区顶部接入，分别经过惯性和沉降分离区后，再从设置在沉降分离区顶部的四旋进气管进入四旋，经四旋除尘后的气体进入下游的临界喷嘴，四旋分离得到的固体颗粒则沿料腿进入储料罐底部料层。惯性分离区利用气体和固体颗粒惯性力的差异实现气固分离，沉降分离区利用较低的截面气速实现气固沉降分离，通过上述两种颗粒预分离措施，用以降低四旋入口颗粒浓度和分离负荷。四旋料腿颗粒出口设置锁气机构，用以避免气体在料腿中反窜和保障颗粒在料腿中的平稳输送。

为保证更好的颗粒预分离效果，惯性分离区气体截面气速范围为0.5～1.5m/s，烟气进口管距离竖直隔板较远，竖直隔板下端距离储料罐底部最高料位不低于0.5～2.0m。沉降分离区截面气速范围较小，为0.02～0.2m/s。另外，三旋 排料管应尽可能设置在距离竖直隔板较远的一端，而四旋进气管则设置在距离竖直隔板较远的另一端，用以进一步强化惯性和沉降分离效果。

四旋料腿颗粒出口设置的锁气机构既可以是机械式的翼阀或重锤阀，也可以是非机械式的L型阀或V型阀。另外，为进一步降低气体对位于储料罐底部已经分离的固体颗粒料层的扬析夹带作用，还可以在固体颗粒料层上方增设一层或多层具有一定惯性分离功能的水平格栅挡板，优选结构是具有倾斜叶片的水平格栅，例如百叶窗格栅。

本发明的优点是能够充分利用储料罐稀相空间的惯性和沉降分离功能，从而降低四旋入口颗粒浓度，降低四旋分离负荷；进一步通过增设料腿锁气机构，保障四旋料腿正常排料。最终达到降低进入临界喷嘴烟气颗粒浓度、延长临界喷嘴使用寿命和三旋有效工作时间的目的。

附图说明

图1是传统四旋系统典型结构。

图2是本发明提出的新型四旋系统的一种典型结构型式。

图3是另一种本发明提出的新型四旋系统的一种典型结构型式。

图4也是另一种本发明提出的新型四旋系统的一种典型结构型式。

图5是图4中百叶窗格栅的局部横截面示意图。

图中1.三旋，2.三旋排料管，3.锥形挡板，4.储料罐，5.支座，6.卸料口，7.四旋料腿，8.四旋，9.四旋进气管，10.四旋排气管，11.竖直隔板，12.翼阀，13.L型阀，14.松动风管，15.百叶窗格栅，16.倾斜叶片。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明所提出的一种催化裂化第四级旋风分离器布置方式的具体实施方法，但本发明并不因此而受到任何限制。

对比例1

图1给出了传统四旋系统的典型结构型式，如图所示，传统四旋分离系统包括四旋(8)和储料罐(4)两个主要结构，三旋(1)灰斗泄出的含尘烟气首先经三旋排料管(2)进入储料罐(4)上部的锥形挡板(3)区域，再从储料罐(4)顶部经四旋进气管(9)引入四旋(8)进行离心分离，分离出的细颗粒经四旋料腿(7)返回至储料罐(4)。经过分离后的烟气从四旋上部排气管(10)引出，进入下游的临界喷嘴，临界喷嘴起到控制这部分泄出烟气的流量的作用，流经临界喷嘴的烟气最后进入主烟气管道。

在该传统四旋系统中，储料罐(4)内锥形挡板(3)的作用是减少储料罐(4)内已沉降颗粒的二次夹带，但是，也将大部分烟气限制在储料罐内(4)锥形挡板(3)和椭圆形封头之间的有限空间内，使得该空间内气体速度较大，造成烟气在储料罐(4)中的停留时间大幅缩短。其副作用如图中箭头所示，可造成部分颗粒直接被气体带入到四旋(8)入口。另外，部分气体直接从锥形挡板(3)底口向下流，但这部分气体最终还要从锥形挡板(3)底口返回，这会造成部分颗粒无法顺畅向下沉降至储料罐底部料层，可能短路直接进入四旋进气管(9)。另外，由于四旋料腿(7)颗粒出口没有设置锁气机构，部分气体则会反窜入四旋料腿(7)，导致四旋(8)分离的颗粒无法正常排料。

实施例1

图2给出了本发明提出的新型四旋系统的一种典型结构型式，和图1所示的传统四旋系统的不同的是：该结构中拆掉了传统四旋系统储料罐(4)内部的锥形挡板(3)，而在储料罐(4)的上部增设了一块竖直隔板(11)。这里，将储料罐(4)上部，竖直隔板(11)左侧的空间定义为惯性分离区；将储料罐(4)上部，竖直隔板(11)右侧的空间定义为沉降分离区。三旋排料管(2)出口设 置在距离竖直隔板(1)较远、临近储料罐(4)壁的一侧。由于三旋排料管(2)内气流速度较大，进入左侧的惯性分离空间后，由于流通面积突然增大，颗粒会在惯性的作用下优先下流至储料罐(4)底部已沉降颗粒层，而气体惯性较小，则会通过竖直隔板(11)与底部料层之间的通道进入截面气速更低的沉降分离空间，由于气速进一步降低，部分颗粒会逐渐沉降下来。四旋进气管(9)和沉降分离区顶部连接，设置在距离竖直隔板(11)较远的一端，使得烟气充分进入沉降分离空间，也是为了进一步强化颗粒沉降分离效果。经过这两个空间的惯性和离心分离作用，气体中大部分的固体颗粒已经得以分离，这势必会大幅度降低四旋(8)入口颗粒浓度。另外，为了避免气体从四旋料腿(7)中反窜，影响颗粒的正常排料，在四旋料腿(7)出口设置了翼阀(12)，它是工业中常用的一种机械式锁气机构，不过，另一种常见的机械式锁气机构——重锤阀也可以在这里使用。

为保证具有较高的颗粒预分离效率，惯性分离区截面气速(即烟气总气量与该区域水平横截面流通面积之比)范围为0.5～1.5m/s，竖直隔板(11)下端距离储料罐底部最高料位不低于0.5～2.0m。沉降分离区截面气速范围较小，为0.02～0.2m/s。

实施例2

图3给出了本发明提出的新型四旋系统的另一种典型结构型式，总体上和图2所示的结构型式一致，不同之处在于，四旋料腿(7)底部设置了一个L型阀(13)，这是一种常见的非机械式料腿锁气机构，同样，其他类似的非机械式料腿锁气机构，例如V型阀，也可以在此使用。为了保障这类非机械阀正常工作，需要在这类非机械阀上设置一个松动风管(14)，通过输入一股连续的松动气流，以保障颗粒的顺利排放和正常的锁气功能。

实施例3

图4给出了本发明提出的新型四旋系统的另一种典型结构型式，总体上和图3所示的结构型式一致，不同之处在于，储料罐(4)底部设置了一层百叶窗格栅(15)，该层格栅(15)设置在储料罐(4)底部最高可能料层位置的上方，距离最高可能料层表面0.05～0.5m。图5给出了百叶窗格栅(15)的局部剖面示意图，正是由于其倾斜叶片(16)的作用，可以在不影响气体的流通的情况下起到对部分颗粒惯性分离的功能，以进一步降低气体对位于储料罐(4)底部已经分离的固体颗粒料层的扬析夹带作用。除了百叶窗格栅(15)，其他类似具有倾斜叶片(16)结构的水平格栅内构件均可以使用，如果空间允许的情况下，还可以设置两到三层，以进一步强化分离效果。