专利名称：带预汽提段的开式直联多臂旋流分离设备的制作方法
技术领域：
本实用新型属石油化工技术领域，涉及炼油化工设备，特别是流化催化裂化工艺设备中设于提升管出口气固快速分离及沉降器系统中的的带预汽提段的开式直联多臂旋流分离设备。
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、降低生产成本和提高产品收率。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1kPa，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气吹提出来，这部分油气再经30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，这部分油气量大约是总油气量的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。这样使得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，即在弹射式气固快速分离器的外部加设一个封闭罩，被分离下来的催化剂沿封闭罩外壁落入下部的催化剂密相床中。由于这种改进，没有对弹射式气固快速分离器的结构进行改进，只是减小了分离后油气的外部空间，因此气固的一次分离效率仍只有80～90％，但油气在沉降器内的平均停留时间比改进前有所减少。可见，弹射式气固快速分离分离效率还不太高，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联，即粗旋的气体出口管直接与上部旋风分离器的入口相联，两者之间不留空隙，这样可以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，操作弹性小，所以，开工时要特别小心。现有技术中的封闭罩与一级旋风分离器采用直联的结构出现过大量跑损催化剂的事故。
随后美国专利US 5,158,669(1992年)、US 5,3 14,611(1994年)、欧洲专利EP 0593827A1，中国专利CN 92112441(1992年)等又在粗旋01下部直接联接了一个预汽提段02，(如图3所示，其中03是催化剂层)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水平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，其一次分离效率也只有90％左右。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，该旋流臂式气固快速分离结构是采用几根水平的圆弧弯管结构，其一次分离效率一般只有90％左右。另外，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。
国内石油大学(北京)开发了FSC(中国专利ZL 96103419.X)和VQS(中国专利96103478.5)两种提升管出口快分系统。FSC系统采用了粗旋与加设环形挡板的预汽提器相结合的提升管出口结构。由于在预汽提器中加设了环形档板，汽提效果比CN 92112441(1992年)有较大改善。
本实用新型的目的是改进现有技术的不足，提供一种能同时实现气固快速分离、分离油气快速引出及分离后催化剂高效汽提的用于提升管流化反应系统的带预汽提段的开式直联多臂旋流分离设备新型设备，其可以降低反应后油气在沉降器内的返混，使油气在沉降器内的平均停留时间降低到5秒以内，消除沉降器内有害的油气滞留空间，改善产品分布，消除沉降器内结焦现象，提高其分离效率，且使本装置的操作弹性提高。
本实用新型通过以下技术方案实现本带预汽提段的开式直联多臂旋流分离设备包括有设于提升管反应器的上端出口处外伸臂旋流式快分头、封闭罩、承插式导流管和环形汽提挡板，在所述外伸臂旋流式快分头的外面罩设所述封闭罩，该封闭罩的上端口处设有一与粗旋风分离器的进口相连接的所述承插式导流管，所述导流管的下端口与所述封闭罩的上端口承插式连接，在所述封闭罩的位于所述外伸臂旋流式快分头的下方向下顺序设置预汽提段和汽提段，在所述预汽提段和汽提段中的封闭罩中设有环形汽提挡板。
优化组合外伸臂旋流头+承插式导流管+环形汽提挡板的三位一体式构成了本实用新型的气固快分设备，而且所设的环形气提挡板与所述外伸臂旋流式快分头布置在同一个封闭罩中。
所述外伸臂旋流式快分头的外侧与罩在其上的所述封闭罩的内壁之间留有50～500mm的间隙。
所述封闭罩的顶部最好采用锥形缩口，在锥形缩口上部接一段直管，其插入直径大于它的所述导流管的管内，构成承插式连接结构。所述承插式导流管的下部承插口与所述封闭罩上的锥形缩口的圆形直管之间的环隙面积最好是为导流管截面积的0.1～0.3倍。
在所述封闭罩的相对于其中的预汽提段的罩壁上可设有开口，如开在封闭罩底部裙座上。在使用时，将本分离器置于沉降器中，所述封闭罩的外壁和沉降器的内壁之间形成的一环形空间可以与封闭罩中的预汽提段之间通过在封闭罩如底部裙座上开的几条开口相连通。所述封闭罩上的所述开口可以是长方形形状，以此保证封闭罩外部的催化剂能顺利流入床层气提段。
所述外伸臂旋流式快分头在圆周上可以均布3～5个，其内端与提升管顶部壁上相应的开孔相接，其外端贴近封闭罩壁、所述外伸臂旋流式快分头的弯臂向下倾斜一角度，且其为弧形臂。所述弯臂向下倾斜的角度可在0～45度之间。所述弯臂的喷出口的截面可以是矩形，其高宽比一般可以在1～5之间，该截面也可以是其它形状。
反应后油气与催化剂的混合物经过由多个(3～5个)旋臂构成的旋流快分头，实现气固快速分离，旋流头的分离效率高达99％以上。由旋流头分离下来的催化剂沿封闭罩的内壁流入下部的预汽提段汽提，然后在沉降器底部床层汽提段进行密相汽提。还夹带有少量催化剂的油气沿封闭罩的顶部锥形缩口管经承插式导流管进入顶部旋风分离器进一步分离油气中夹带的催化剂。经与所述外伸臂旋流式快分头连接的旋风分离器分离下来的催化剂经料腿进入沉降器底部床层，在通过所述封闭罩上设有的所述开口进入预汽提段和汽提段进行汽提。汽提气体也经由封闭罩进入承插式导流管并经顶部旋风分离器与分离掉催化剂的油气汇合，经沉降器顶部的集气室(或集合管)进入油气管线。另外，为了防止在沉降器顶部结焦，可在沉降器顶部加设蒸汽，即是采用在沉降器顶部布置多个蒸汽喷嘴，使防焦蒸汽从沉降器顶部向下喷出，这部分蒸汽只能从承插口的环隙引出，因为其它地方没有出口。因此，沉降器顶部的防焦蒸汽和少量的汽提汽均是通过承插口的环隙进入承插式导流管的，故而，承插式导流管在提高本分离设备的分离效率上起有很大的作用。同时，承插式导流管结构还大大提高了分离设备的操作弹性。
在现有技术中设有封闭罩的方案中均未在其中设于汽提挡板，因此其汽提效果较低，而本分离设备在预汽提段上设有环形汽提挡板，该处的挡板最好是孔板。通过设有所述环形挡板，使得分离效果更好。
本实用新型的积极效果是本带预汽提段的开式直联多臂旋流分离设备特别是采用了外伸臂旋流头+承插式导流管+环形挡板汽提的三位一体的结构，使油气在沉降器内的返混大大降低，既实现了气固99.99％以上高效分离效率，同时可使油气在沉降器内的平均停留时间减少到5秒以下，并且还大大减少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过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，即由于缩短了油气在沉降器内的停留时间后，可有效地抑制过裂化反应，避免由于过裂化而生成焦炭和干气，因而可以提高汽油、柴油和液化气的收率。因此，本实用新型能实现高效气固快速分离，气体快速引出，并及时高效汽提。其可以降低反应后油气在沉降器内的返混，使油气在沉降器内的平均停留时间降低到5秒以内，消除沉降器内有害的油气滞留空间，改善产品分布，消除沉降器内结焦现象，提高其分离效率，且使本装置的操作弹性提高。
下面通过附图对本实用新型作进一步的说明。
图1为在沉降器中使用本实用新型的带预汽提段的开式直联多臂旋流分离设备一种实施方案的主视图图2是本实用新型中的外伸臂旋流头的俯视结构示意图图3是现有技术中的带有预汽提器的提升管出口快分结构实施例
图1是本实用新型的一种实施方案的主视图其中具有提升管1、封闭罩2、外伸臂旋流式快分头3、承插式导流管4、顶部旋风分离器5、旋风分离器料腿6、沉降器7、预汽提段8、气提蒸汽分布环9、床层汽提段10和待生催化剂出口管11。
参见
图1，外伸臂旋流头3位于提升管1的上端，外伸臂旋流头3的下部是预汽提段8，床层汽提段10位于预汽提段8的下部，封闭罩2就罩在提升管1和外伸臂旋流式快分头3的外部，封闭罩2的顶部采用锥形缩口，锥形缩口上部接一段圆形直管，承插式导流管4就罩在封闭罩的锥形缩口的直管段上，外伸臂旋流头3的外侧就紧贴着封闭罩4内壁，其间的间距为50毫米。封闭罩4的底部裙座支撑在沉降器下部床层汽提段10的缩径处，封闭罩2的外壁与沉降器内壁7构成的环形空间与预汽提段8之间通过在封闭罩4底部裙座上开的几条长方形槽相连通。
图2是外伸臂旋流头3的俯视图外伸臂旋流式快分头3，采用4个，与提升管顶部壁上相应的开孔相接而伸向外侧并贴近封闭罩壁、向下倾斜一定角度的弯臂所构成。弯臂向下倾斜的角度一般在45°，弯臂端部的喷出口截面为矩形，高宽比一般在1～5之间，这有利于油气的均匀喷出。也可为圆形或其它形状。图中的D1代表提升管1的外径，D2代表封闭罩2的内径，H是弯臂的直臂部分的外端部距提升管1中心的距离。A是弯臂的在水平方向上的弯曲角度。
参见
图1，催化剂与油气混合物经提升管1向上进入外伸臂旋流头3，经外伸臂旋流头3的旋臂切向向下喷出，在封闭罩2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封闭罩2的内壁下落到预汽提段8。在预汽提段8内，催化剂依次沿多组环形带孔的挡板向下流落，并由挡板下部的汽提蒸汽分布环9喷出的汽提气将催化剂颗粒间夹带的油气吹提出来，分离出来的油气在封闭罩2内上升。经过预汽提后的催化剂下落到沉降器下部的床层汽提段10内，与从旋风分离器料腿6下落的催化剂一起在密相汽提段内混合，再经过密相汽提，把催化剂微孔内夹带的残余油气尽可能汽提出来。预气提和密相汽提后的汽提气混合物也沿封闭罩2上升并与由外伸臂旋流头3分离出的油气合并后，经承插式导流管4进入顶部旋风分离器5，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6下落到沉降器床层预汽提段内。分离掉催化剂细颗粒的气体通过旋风分离器升气管汇集进集合管，再由油气管线流向分馏塔。催化剂经过预汽提和床层汽提后，经待生剂流出管11进入催化剂再生器。
由于外伸臂旋流头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。同时由于采用了外伸臂旋流头+承插式导流管+环形挡板汽提的三位一体的结构，有效地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5秒以内。可有效地改善产品分布，消除沉降器内的结焦。
权利要求1.一种带预汽提段的开式直联多臂旋流分离设备，其特征在于包括有设于提升管反应器的上端出口处外伸臂旋流式快分头、封闭罩、承插式导流管和环形汽提挡板，在所述外伸臂旋流式快分头的外面罩设所述封闭罩，该封闭罩的上端口处设有一与粗旋风分离器的进口相连接的所述承插式导流管，所述导流管的下端口与所述封闭罩的上端口承插式连接，在所述封闭罩的位于所述外伸臂旋流式快分头的下方向下顺序设置预汽提段和汽提段，在所述预汽提段和汽提段中的封闭罩中设有环形汽提挡板。
2.根据权利要求1所述的分离设备，其特征在于所述外伸臂旋流式快分头的外侧与罩在其上的所述封闭罩的内壁留有50～500mm的间隙。
3.根据权利要求1或2所述的分离设备，其特征在于所述封闭罩的顶部采用锥形缩口，在锥形缩口上部接一段直管，其插入直径大于它的所述导流管的管内，构成承插式连接结构。
4.根据权利要求1或2所述的分离设备，其特征在于在所述封闭罩的相对于其中的预汽提段处的罩壁上设有开口。
5.根据权利要求4所述的分离设备，其特征在于所述封闭罩上的所述开口是长方形形状。
6.根据权利要求1或2所述的分离设备，其特征在于所述外伸臂旋流式快分头在圆周上均布3～5个。
7.根据权利要求1或2所述的分离设备，其特征在于所述外伸臂旋流式快分头的弯臂向下倾斜一角度，且其为弧形臂。
8.根据权利要求7所述的分离设备，其特征在于所述弯臂向下倾斜的角度可在0～45度之间。
9.根据权利要求1或2所述的分离设备，其特征在于所述弯臂的喷出口的截面是矩形，高宽比在1～5之间。
10.根据权利要求1或2所述的分离设备，其特征在于所述承插式导流管的下部承插口与所述封闭罩上的锥形缩口的圆形直管之间的环隙面积为导流管截面积0.1～0.3倍。
专利摘要本实用新型为一种带预汽提段的开式直联多臂旋流分离设备,其包括外伸臂旋流头,封闭罩,承插式导流管,环形环形汽提挡板。本实用新型采用全新的外伸臂旋流头+承插式导流管+环形汽提挡板的三位一体式快分结构,可大大降低反应油气在沉降器内的停留时间,在5秒以内,能对夹带油气的催化剂进行高效汽提,降低反应后油气在沉降器内的返混,避免沉降器内的结焦,能有效的改善产品分布,提高其分离效率,使本装置的操作弹性提高。
文档编号B04C9/00GK2489874SQ0122880
公开日2002年5月8日 申请日期2001年6月26日 优先权日2001年6月26日
发明者卢春喜, 曹占友, 时铭显, 杨启业, 李荣楣, 黄荣臻 申请人:中国石油化工集团公司, 石油大学(北京), 中国石化工程建设公司