专利名称：一种粗旋内置的管式沉降器催化裂化装置的制作方法
技术领域：
本发明属于石油化工技术领域，涉及炼油化工工艺及其设备，特别是流化催化裂化工艺的油气和催化剂的快速分离过程和油气的快速引出过程。
背景技术：
流化催化裂化工艺是炼油工业重要的油品轻质化工艺之一。催化裂化工艺主要包括反应系统、再生系统和分馏系统，以及分馏系统下游的吸收稳定系统。流化催化裂化装置的反应系统和再生系统是其核心，主要设备包括提升管反应器、沉降器、再生器等。在催化裂化工艺中，提升管反应器是原料油气发生催化裂化的主要场所，催化剂与原料油气的混合物通过提升管反应器的时间2～4秒。但油气与催化剂的接触和反应并非仅仅局限于提升管反应器内，离开提升管反应器后，如果不及时进行油气与催化剂的分离或采取其它措施终止反应，油气在催化剂的作用下依然会继续反应，即发生二次过裂化反应，目的产物汽油和柴油转化成非目的产物，导致目的产品的损失，并造成反应系统的结焦。因此，要求催化剂与反应后的油气快速分离。此外，与催化剂分离后的反应油气在高温环境下停留时间过长，也会发生二次过裂化反应，同样导致目的产物的损失和反应系统的结焦，需要快速引出。
为解决分离问题需要在炼油厂流化催化裂化装置提升管反应器顶端出口处安装气固快速分离装置，以实现油气与催化剂的分离，一方面终止不必要的二次过裂化反应，另一方面回收贵重的催化剂进行再生。这类分离装置目前有两大类，第一类是惯性气固分离装置，它是依靠含有大量催化剂颗粒的油气急剧改变流动方向所产生的气固两相惯性差异实现气固分离的，典型的惯性气固分离装置有倒L型、T型、三叶型等多种结构，其特点是压降小，一般不超过5kPa，但分离效率较低，只有70％～80％，油气与催化剂的接触几率大。分离后的油气在直径较大的沉降器内慢速上升，一般约20秒才能进入沉降器顶部的旋风分离器(简称顶旋)，在顶旋内进一步分离油气夹带的催化剂颗粒，之后进入集气室汇总，再经油气管线引出。被惯性气固分离装置分离的催化剂落入沉降器下部的汽提器，被顶旋捕集的催化剂沿料腿也进入沉降器下部的汽提器，这些分离下来的催化剂黏附和夹带着一定量的油气，需要在汽提器内用蒸汽汽提出来，汽提出来的这部分油气需要约60秒以上的时间从沉降器的底部上升到沉降器的顶部，进入顶旋入口。由于这部分油气在沉降器大空间内的停留时间较长，结果使反应后的油气在沉降器内的总平均停留时间可长达20～30秒，油气的返混率高，易于发生高温二次过裂化反应，使轻质油收率降低，并造成沉降器内部严重结焦，影响装置长周期运转。尤其是加工重质原料油(如渣油)的催化裂化装置，此问题更显突出。
第二类是离心式气固分离装置，它依靠气固两相混合物旋转形成的强离心力场实现气固快速分离。典型的应用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，降低了油气与催化剂之间的接触几率。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秒以上的时间进入沉降器顶部的顶旋，油气通过顶旋将夹带的催化剂进一步分离后进入集气室汇总，再经油气管线引出。被粗旋分离的催化剂和顶旋分离的催化剂落入沉降器下部汽提器，这些分离下来的催化剂黏附和夹带着一定量的油气，同样需要在汽提器内用蒸汽汽提出来。由于粗旋料腿是正压差下排出催化剂，所以在排出催化剂的同时，不仅有催化剂颗粒之间夹带的油气向下流动，还有正压差下从粗旋料腿中向下喷出的油气，这部分油气量约占总油气量的6％～10％。这些油气与汽提出来的油气汇合，在沉降器大空间慢速上升进入沉降器上部的顶旋内。油气在沉降器内的总平均停留时间约10～20秒，在高温下仍存在二次过裂化反应问题，影响轻质油收率，同时造成沉降器内结焦，影响装置的长周期安全运转。
为解决第一类惯性气固快速分离装置分离效率低的问题，美国专利US4,495,063(1985)开发了弹射式气固快速分离方法及装置，它的气固分离效率为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，工业上应用有一定的困难。美国专利4,364,905(1982)、US5,294,331(1994)、US5,364,515(1994)、US5,393,414(1995)对弹射式气固快速分离装置又做了改进，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装置的分离效率仍不高，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分离装置存在的问题，主要是针对旋风分离器和旋流臂式快分器两种进行的。对旋风分离器，主要进行结构和尺寸优化，同时对旋风分离器的升气管出口和料腿出口进行改进。美国专利US4,502,947(1985)、US4,579,716(1986)、US4,624,772(1986)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，避免了油气和催化剂在沉降器内的扩散，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％，但抗压力波动的性能较差，开工时要特别小心。日本特许公报(B2)昭61-25413(1986)和美国专利US4,482,451(1984)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形成旋流臂式快分器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。在美国专利US5,314,611(1994)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大，使油气的停留时间过长。中国专利CN01100418.5(2004)公开了一种采用多级旋流式快分器串联形成紧凑型气固快速分离系统。中国专利CN02159408.2(2005)公开了一种带分流筒的旋流式快分器，但旋流臂式快分器的分离效率一般低于旋风分离器，结构也比旋风分离器复杂。上述这些专利的应用前提均保留了传统的沉降器，是在沉降器的内部大空间进行的。
为解决油气快速引出存在的问题，即解决油气在沉降器内停留时间过长的问题。针对采用粗旋作为提升管出口的快速分离装置，上述美国专利US4,502,947(1985)、US4,579,716(1986)、US4,624,772(1986)等采用闭式直联旋风分离系统，通过将粗旋上部升气管直接与沉降器顶部旋风分离器入口相连，减少粗旋出口处油气在沉降器内的扩散，减小油气在沉降器内的停留时间，但这并未解决粗旋下部料腿排出油气的问题，这部分油气在沉降器内缓慢上升才能进入顶旋，存在停留时间过长的问题。随后美国专利US5,158,669(1992)、US5,314,611(1994)、欧洲专利EP0593827A1，中国专利CN92112441(1992)等又在粗旋下部直接联接了一个汽提段，改变反应油气从粗旋料腿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，使油气返混率进一步降到2％以下。近年来，国内中国石油大学(北京)公开了一种在旋风分离器下部加消涡流挡板和汽提挡板的汽提段的气固快速分离系统(中国专利CN96103419.X(2000))，但汽提气由粗旋内部上行，这会影响粗旋分离效率。中国石油大学(北京)公开了一种采用旋风分离器下部加气固密相环流汽提器的气固快速分离系统(中国专利CN98102166.2(1998))，汽提气由粗旋内部上行，同样会影响粗旋的分离效率。
上述专利仅解决了粗旋上部和下部排出油气停留时间过长的问题，并未解决沉降器下部汽提器汽提出来油气的停留时间过长问题。汽提器汽提出来油气在沉降器的大空间内从下部缓慢上升经约60秒以上的时间到顶部，再进入顶旋。这部分油气量虽然占总油气量的比例小，但汽提器汽提出来的油气一般是比较重的油气组分，具有很大的结焦倾向，是器壁结焦的主要来源。
人们已经认识到油气与催化剂快速分离的重要性，进行了大量的研究工作开发油气与催化剂快速分离技术，但对于油气在沉降器内返混导致停留时间过长问题，即快速引出沉降器的问题重视不够。上述各种快速分离装置仅解决了油气与催化剂快速分离和油气引出的问题，并未解决油气在沉降器内返混合停留时间过长的问题，尤其是汽提器内油气的停留时间问题。
为解决油气在沉降器内停留时间过长的问题，将油气快速引出，防止油气在高温环境下的二次过裂化反应发生，需要有效的减少沉降器内的油气滞留空间和油气低速空间。但是催化裂化装置沉降器是由早期的催化裂化床层反应器延续保留下来的。虽然随着催化裂化工艺的发展，分子筛催化剂的广泛使用，油气的催化裂化反应时间已从几分钟降低到约几秒钟，早期的催化裂化床层反应过程已经改进为提升管反应过程，为此建立了提升管反应器，但催化裂化床层反应器并未作相应的改进，结果以前催化裂化装置的反应器现在已经演变为催化剂颗粒的沉降空间，即蜕变为沉降器，另外沉降器也构成一个容纳提升管出口气固快速分离装置和顶旋的压力保温空间，失去了作为反应器的功能，油气的反应过程是在提升管反应器内进行的。但受到催化裂化工艺发展过程的影响，现在的催化裂化装置无论是改造的，或新设计的均保留有传统的沉降器。
由于沉降器的结构尺寸很大，内部空间比较大，油气流速比较小，部分油气在沉降器内部的停留时间比较长，这一方面增加了油气的二次过裂化反应，现场的测量数据表明催化裂化工艺反应油气的二次过裂化反应主要发生在沉降器的大空间内，同时也增加了油气的结焦倾向；另一方面沉降器内部空间比较大，油气流速比较小对器壁表面的冲刷力比较弱，提供了油气结焦焦体的滞留空间，尤其是重油催化裂化装置。催化裂化油气结焦与原料性质、沉降器内温度、油气停留时间等众多因素密切相关。但除油气、工艺温度和压力的影响外，油气在沉降器内的停留时间长，沉降器内局部区域催化剂浓度低，油气和催化剂颗粒流速低是造成油气结焦焦体滞留于沉降器器壁的主要原因。导致这些问题的原因可以归结为沉降器的大空间所致。许多炼油厂的重油催化裂化装置发生过严重的结焦问题，造成催化裂化装置的非计划停工，直接影响了催化裂化装置的长周期运行。
因此沉降器内部大空间的存在，很难实现油气和催化剂的快速分离和油气的快速引出，所以减小沉降器内的不必要的空间，及其配套的油气和催化剂的快速分离设备是非常必要的。
目前关于油气和催化剂快速分离技术的开发，油气快速引出技术的开发均是在保留传统沉降器的前提下进行的，即所有的提升管出口气固快速分离装置，顶旋均设置在沉降器所容纳的空间内，导致沉降器的空间很大，沉降器的尺寸难以减小，内部有很大的油气滞留空间，难以保证油气的快速引出。
发明内容
本发明的目的是提供一种粗旋内置的管式沉降器催化裂化装置，及配套的气固快速分离设备，用于催化裂化反应油气与催化剂的快速分离及油气的快速引出，使油气的平均停留时间降低到2～3秒以内，降低油气的二次过裂化反应，改善产品分布，提高轻质油收率；同时消除沉降器内油气的滞留空间或油气低速流动空间，解决沉降器内结焦焦体滞留影响装置长周期运行的问题。
本发明一种粗旋内置的管式沉降器催化裂化装置，包括再生器1，汽提器3，管式沉降器5，提升管10，一级旋风分离器(简称粗旋)8，二级旋风分离器(简称顶旋)6，集气室7，下料管4，其特征在于提升管10的出口端与粗旋8通过管道连接，粗旋8位于管式沉降器5的内部，汽提器3的上方；管式沉降器5的下部是汽提器3，汽提器3的下端连接待生催化剂立管或者待生斜管2与再生器1相通；顶旋6位于管式沉降器5的外部，顶旋6的入口端与管式沉降器5的上部相连，顶旋6的出口上部接集气室7。
本发明的催化裂化装置的特征在于所述的管式沉降器5可以采用直筒结构，或者上大下小，上小下大，中间大两端小的变径结构。
本发明的催化裂化装置的特征在于所述的管式沉降器5位于汽提器3的上部，管式沉降器5的直径与汽提器3的直径相当。
本发明的催化裂化装置的特征在于所述的粗旋8位于管式沉降器5的内部，由一个或两个并联的旋风分离器组成，旋风分离器的旋向是逆时针的，或者是顺时针的。
本发明的催化裂化装置的特征在于所述的顶旋6位于管式沉降器5的外部，顶旋6的入口端与管式沉降器5的上部相连。
以下结合附图，详细叙述本发明的技术方案。
本发明一种粗旋内置的管式沉降器催化裂化装置，将传统的容纳提升管出口快分器，二级旋风分离器的沉降器缩小为与汽提器直径相当的管式沉降器5，其包括再生器1，汽提器3，管式沉降器5，提升管10，一级旋风分离器(简称粗旋)8，二级旋风分离器(简称顶旋)6，集气室7，下料管4，在粗旋内置的管式沉降器催化裂化装置中，汽提器3的下端连接待生催化剂立管或者待生斜管2，待生催化剂立管或者待生斜管2与再生器1相通；从汽提器3落下的催化剂通过待生催化剂立管或者待生斜管2进入再生器1中进行再生处理。
粗旋8设置在汽提器3的上方，管式沉降器5的内部，其由一个或两个旋风分离器并联组成，旋风分离器的旋向可以是逆时针的或者是顺时针的。提升管10的出口端与粗旋8通过管道连接。反应后的油气和催化剂的气固混合物从提升管出口端进入粗旋8进行一次分离，分离下来的催化剂通过料腿9落入汽提器3进行汽提，分离后的油气携带未分离的细催化剂通过粗旋8的出口端进入管式沉降器5的上部，后进入顶旋6进行二次分离。
管式沉降器5位于汽提器3的上方，可以采用直筒结构，或者上大下小，上小下大，中间大两端小的变径结构。
管式沉降器5的上部外置由2～8个并联的旋风分离器组成的顶旋6，顶旋6的出口接集气室7，集气室7与油气管线相联。顶旋6的旋风分离器个数由处理的气量大小而定，旋风分离器的旋向是逆时针的或者是顺时针的。进入顶旋的油气和少量的细催化剂的混合物在顶旋内进行二次分离，分离后的油气进入集气室7并由油气管线快速引出流向分馏塔，分离下来的催化剂通过下料管4落入汽提器，经汽提器3汽提后通过下端连接待生催化剂立管或者待生斜管2，输送至再生器1进行再生。
顶旋6下端的下料管4与汽提器3相通，下料管4可采用等径或变径V型气控结构，也可采用翼阀。
与现有的流化催化裂化装置相比，本发明一种粗旋内置的管式沉降器催化裂化装置具有如下显著效果1.本发明将传统的沉降器缩小为与汽提器直径相当的竖管，即管式沉降器作为汽提器汽提出来的油气和粗旋分离出来的油气的集合管，采用两级串联旋风分离器组成油气和催化剂快速分离系统，气固分离效率在99.99％以上，实现了气固高效快速分离，同时管式沉降器可以快速引出油气，并及时高效汽提催化剂，三者组成一体。
2.本发明的催化裂化装置，其结构尺寸大大缩小，消除了传统沉降器的油气滞留空间或油气低速流动空间，缩短了油气和催化剂的行程，快速引出油气，使油气的平均停留时间减少到2～3秒以下，从而避免了由于催化剂与反应产物接触时间过长而引起的二次过裂化反应，提高轻油收率，使产品的分布得到改善。
3.本发明的催化裂化装置，缩短了油气和催化剂的行程，使各处的油气温度趋于一致，避免了局部区域油气的温降，从而减小了油气因温度降低而冷凝为油液滴，再缩合反应生焦，最后黏附在器壁上的可能。
4.本发明的催化裂化装置，不存在油气流动的静止或低速空间，能够快速引出，因此消除了因油气速度过低造成的结焦焦体滞留的问题，避免形成器壁结焦，防止了以往沉降器存在的结焦问题发生，保证了催化裂化装置的长周期运行。
5.本发明的催化裂化装置，大大节省了设备费用，结构简单且紧凑，降低了生产成本。同时散热表面积大大降低，减少了催化裂化装置的散热能耗，同时取消防结焦蒸汽，具有很好的节能效果。
图1是本发明的一种粗旋内置的管式沉降器催化裂化装置的主视图，汽提器3通过立管2与再生器1相通，反应系统与再生系统同轴布置。
图2是本发明的一种粗旋内置的管式沉降器催化裂化装置的主视图，汽提器3通过待生斜管2与再生器1相通，反应系统与再生系统并列布置。
图3是本发明的一种粗旋内置的管式沉降器催化裂化装置的管式沉降器的主视图，管式沉降器5采用上小下大的变径结构。
图4是本发明的一种粗旋内置的管式沉降器催化裂化装置的管式沉降器的主视图，管式沉降器5采用中间大两端小的变径结构。
图5是本发明的一种粗旋内置的管式沉降器催化裂化装置的粗旋设置方案的俯视图，粗旋8由1个旋风分离器组成。
图6是本发明的一种粗旋内置的管式沉降器催化裂化装置的粗旋设置方案的俯视图，粗旋8由2个旋风分离器并联组成。
图7是本发明的一种粗旋内置的管式沉降器催化裂化装置的顶旋设置方案的俯视图，顶旋6由2个旋风分离器并联组成。
图8是本发明的一种粗旋内置的管式沉降器催化裂化装置的顶旋设置方案的俯视图，顶旋6由3个旋风分离器并联组成。
图9是本发明的一种粗旋内置的管式沉降器催化裂化装置的粗旋设置方案的俯视图，顶旋6由4个旋风分离器并联组成。
图中，1-再生器，2-立管(或待生斜管)，3-汽提器，4-下料管，5-管式沉降器，6-二级旋风分离器(简称顶旋)，7-集气室，8-一级旋风分离器(简称粗旋)，9-料腿，10-提升管。
具体实施例方式
在使用本发明一种粗旋内置的管式沉降器流化催化裂化装置时，原料油和回炼油进入提升管10，与来自再生器的再生催化剂混合，在提升蒸汽或提升干气的提升作用下向上混合流动，同时发生催化裂化反应。反应油气和催化剂在提升管10的出口进入粗旋8进行一次分离，分离后的油气和来自汽提器汽提出来的油气与蒸汽合并，并携带少量未分离的细催化剂颗粒，进入管式沉降器5的上部，再进入顶旋6进行二次分离，分离出来的油气汇入集气室7并由油气管线快速引出流向分馏塔，被粗旋8分离出来的催化剂和顶旋6分离出来的催化剂落入汽提器3，经汽提器3汽提后通过下端连接待生催化剂立管或者待生斜管2，输送至再生器1。催化裂化反应后的油气与催化剂混合物经过两级旋风分离器的分离，气固分离效率高达99.99％以上，实现了气固离心快速分离。由于采用了与汽提器直径相当的管式沉降器，与传统的沉降器相比，其结构尺寸大大缩小，消除了油气的滞留空间或油气低速流动空间，油气的行程大大缩短，油气的平均停留时间缩短到2～3秒以内，实现了油气的快速引出。
权利要求
1.一种粗旋内置的管式沉降器催化裂化装置，包括再生器1，汽提器3，管式沉降器5，提升管10，一级旋风分离器(简称粗旋)8，二级旋风分离器(简称顶旋)6，集气室7，下料管4，其特征在于提升管10的出口端与粗旋8通过管道连接，粗旋8位于管式沉降器5的内部，汽提器3的上方；管式沉降器5的下部是汽提器3，汽提器3的下端连接待生催化剂立管或者待生斜管2与再生器1相通；顶旋6位于管式沉降器5的外部，顶旋6的入口端与管式沉降器5的上部相连，顶旋6的出口上部接集气室7。
2.根据权利要求1所述的催化裂化装置，其特征在于所述的管式沉降器5可以采用直筒结构，或者上大下小，上小下大，中间大两端小的变径结构。
3.根据权利要求1所述的催化裂化装置，其特征在于所述的管式沉降器5位于汽提器3的上部，管式沉降器5的直径与汽提器3的直径相当。
4.根据权利要求1所述的催化裂化装置，其特征在于所述的粗旋8位于管式沉降器5的内部，由一个或两个并联的旋风分离器组成，旋风分离器的旋向是逆时针的，或者是顺时针的。
5.根据权利要求1所述的催化裂化装置，其特征在于所述的顶旋6位于管式沉降器5的外部，顶旋6的入口端与管式沉降器5的上部相连。
6.根据权利要求1所述的催化裂化装置，其特征在于所述的顶旋6由2～8个并联的旋风分离器组成，旋风分离器的旋向是逆时针的，或者是顺时针的。
全文摘要
一种涉及流化催化裂化工艺的油气和催化剂的快速分离装置，主要用于解决现有沉降器内油气停留时间长，结焦严重等问题。其特征在于提升管10的出口端与粗旋8连接，粗旋8位于管式沉降器5的内部，汽提器3的上方；管式沉降器5的下部是汽提器3，汽提器3的下端连接待生催化剂立管或者待生斜管2与再生器1相通；顶旋6位于管式沉降器5的外部。本发明的催化裂化装置能实现气固高效快速分离，气固分离效率高达99.99％，使油气的平均停留时间缩短到2～3秒以下，减小了结焦焦体滞留的可能，且结构简单紧凑，大大节省了设备费用。
文档编号C10G11/18GK1986744SQ20071000013
公开日2007年6月27日 申请日期2007年1月8日 优先权日2007年1月8日
发明者宋健斐, 魏耀东, 卢春喜, 张锴, 张静, 时铭显 申请人:中国石油大学(北京)