专利名称：带有锥型隔流筒的高效提升管出口旋流快分设备的制作方法
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，特别是重油催 化裂化工艺提升管出口末端催化剂与油气的高效快速分离。
背景技术：
随着催化裂化高性能分子筛催化剂的开发运用，提升管反应技术已成为催 化裂化工业的核心技术。为适应其发展需要，提升管末端的气固快速分离技术 也不断发展更新。提升管末端的气固快分装置其主要目的是防止反应后油气继 续发生不必要的过度裂化，降低轻质油产率，同时也尽量减少沉降器内的结焦，
保证装置长周期安全运行。所以，快分技术必须达到"三快"要求气固快速高效 分离(分离效率一般等于或大于99% )，油气快速引出沉降器(平均停留时间小 于5秒)，催化剂及时高效汽提(尽量减少待生剂上H/C比)。目前，工业上采 用的提升管出口末端气固快速分离装置主要有两类惯性分离装置和离心分离装置。
惯性分离装置主要用于八十年代以前的蜡油雄化裂化时期，典型的形式有 倒L型、T型、三叶型等。其分离主要靠气固混合物流出提升管后急速转向180Q 所产生的气固两相惯性差异来实现。由于转向路径很短，气固混合物之间的分 离很不充分；油气上升夹带的催化剂颗粒较多，分离效率只有70-80%,后继 的旋风分离器一般须两级串联才能保证油浆中的固体含量不至于偏高。分离后 的油气在沉降器大空间内緩慢上升， 一般约20秒才能进入沉降器上部.的旋风分 离器(简称顶旋)，在旋风分离器内又需3~4秒才能ii^分馏系统。这样在高 温条件下，反应后的油气停留时间太长，致使油气发生过度裂化，增加干气和 焦炭的产率，^吏目的产品收率下降。在蜡油催化裂化情况下，此问题并不突出，但在加工重油条件下，这个矛盾非常尖锐。
离心分离装置主要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，目前应用比较广泛的是旋风分离器和旋流式快分系统。旋风分离器(粗
旋)具有气固分离效率高的优点，分离效率可达98%以上。其缺点是分离后的
油气从升气管排出后，要经过较大的沉降器空间才能进入顶部旋风分离器(顶
旋)内，气体停留时间长达15秒以上。在高温下仍存在过度裂化问题，影响轻
质油收率，同时造成沉降器内的结焦，影响装置的长周期安全运转。
为解决惯性分离装置分离效率不高的问题，美国专利US4， 495， 063 ( 1985
年)开发了弹射式气固快速分离装置，其气固分离效率可达到90-95%,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，开工困难，并没
有得到推广应用。为进一步改善惯性分离装置的操作性能，提高其分离效率，
缩短油气在沉降器内的停留时间，美国专利US4， 364， 965 ( 1982年)、4, 721，
603 ( 1988年)提出了带封闭罩的改进方案，但并未解决好油气在沉降区内停留
时间过长的弊端。.
为解决离心分离装置存在的问题，美国专利US4， 502, 947 ( 1985年)、US
4, 579， 716 U986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%，但该装置的
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
U992年)、欧洲专利EP0593827A1，中国专利CN92112441 (1992年)等又在粗旋
下部直接连接了 一个汽提段，改变一部分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。曰本特许公报(B2)昭61 -25413 ( 1986年)和美国专利US4，
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，并在其外面加了一个封闭罩以实现油气的快速引出。美国专利US 5, 314， 611 ( 1994年)中，提出了 一种带有封闭罩的旋流臂式气固 快速分离装置，可实现催化剂的高效快速分离及';i气快速引出，但是该专利并 未具体说明该装置的具体结构，且封闭罩外的油气滞留空间仍然太大，易引起 结焦。
近年来，国内中国石油大学(北京)开发了一系列先进的快分技术，比较 典型的有FSC系统(中国专利ZL96103419.X ) 、 VQS系统(中国专利 ZL96103478.5 、 ZL96103420.3 、 ZL01228805.5 )和CSC系统(中国专利 ZL98102166.2、 ZL98204681.2 )。 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挡板，汽提效果比 UOP的VDS系统有较大改善。CSC系统采用了粗旋或旋流快分与加设密相环流的 预汽提器相结合的提升管出口结构。由于采用了密相环流的预汽提方法，汽提 效果比FSC系统又有了进一步提高，而且结构也非常简单。VQS系统与UOP的 VSS系统的主要区别是在旋流头结构和下部环形挡板结构的改进。然而，VSS系 统和VQS系统等旋流式快分设备存在的缺点是，其^次气固分离效率一般不超 过98.5%。为此，中国专利ZL02159407.4和中国专利ZL02159408.2提出了一种带 有分流筒的提升管气固旋流快分设备，该装置中分流筒位于提升管的出口部位 并与提升管出口部位同轴布置，可实现高效气固快速分离和气体的快速引出， 使旋流头实现了气固99%以上的分离效率。中国专利(公开号CN1363410A)提 出了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 平均停留时间可降低到3 ~4秒，从而改善产品分布，消除沉降器内的结焦现象。 然而，该专利并未明确指出二级分离段所采用的具体结构和实施方案，而且在 该系统中由于进入二级分离段的油气中所夹杂的催化剂颗粒含量较低，其粒径 较一级分离段中的更为细微，对该部分催化剂颗粒的分离存在较大困难，二级 分离段的分离效率很难保证。
发明'内容本发明的目的在于提供一种可用于重油催化裂化工艺提升管出口末端的带 有锥型隔流筒的高效提升管出口旋流快分设备，以实现反应后油气与催化剂的
快速高效分离。该i殳备旋流头的一次气固分离效率可达到99%以上。
本发明带有锥型隔流筒的高效提升管出口旋流快分设备，包括集气室l，旋 流头2，锥型隔流筒3，提升管4， 一级汽提段5， 二级汽提段6，引出管7，锥 形筒体8，封闭罩9，其特征在于锥形隔流筒3使旋流头2的上方空间封闭， 这样不仅消除了旋流头2喷出口附近短路流夹带颗粒的现象，而且有效改善了 隔流筒底部截面的短路流和颗粒返混现象，从而有效提高了设备的分离效率， 且大大降低了设备的油浆固含量。
本发明带有锥型隔流筒的高效提升管出口旋流快分设备，其特征在于旋 流头2与锥形隔流筒3需优化匹配，这样可使设备的分离性能达到最佳状态， 以更好实现气固的高效快速分离。
本发明带有锥型隔流筒的高效提升管出口旋流快分设备，其特征在于所 述的锥形隔流筒3采用长折边结构，锥形隔流筒3的顶端与底端的截面面积是 不相同的，其顶端的截面面积最小，然而逐渐增大至底端，底端的截面面积最 大。锥型隔流筒3的顶端截面面积与底端截面面积比为0.5-1.0,与封闭罩9.的 截面面积比为0.1—0.5。.
本发明带有锥型隔流筒的高效提升管出口旋流快分设备，其特征在于该 设备可单独使用以实现气固高效快速分离，或者根据需要采用两级旋流快分器串联。
本发明带有锥型隔.流筒的高效提升管出口旋流快分设备，其特征在于所 述的旋流头2用作二级旋流头时，须采用大弧切向出口，从而^f吏油剂混合物紧 贴封闭罩9内壁喷出，有利于颗粒下行分离，提高设备的分离能力。本发明带有锥型隔流筒的高效提升管出口旋流快分设备，其特征在于当 采用两级旋流快分器串联时，首先需优化各级旋流头与隔流筒的匹配方式，其 次需优化两级旋流快分器的串联匹配方式。两级旋流快分器优化串联后，整体 的分离性能可大大提高，更好实现气固的高效快速分离。同时，两级串联的结 构更为紧凑，大大消除了有害的油气滞留空间，有效降低反应油气在沉降器内 的停留时间，有助于解决油气的滞留、返混和设备结焦问题，并进一步改善产 品分布。
本发明通过以下技术方案实现
旋流头2、锥型.隔流筒3、提升管4、 一级汽提^更5、 二级汽提段6均位于 封闭罩9的内部；提升管4与旋流头2、锥型隔流筒3、封闭罩9同轴线布置； 提升管4的出口末端直接连接旋流头2;旋流头2的下部是一级汽提段5; —级 汽提段5的下部是二级汽提段6;旋流头2的出口上部连接集气室1;集气室1 的出口上部连有引出管7。
旋流头2由2 ~ 4个螺旋臂10组成，螺旋臂10的起始端位于提升管顶端封 死的上端部管壁上，螺旋臂.10穿过锥型隔流筒3,螺旋臂10的出口端外侧靠近 封闭罩9的内壁。旋流头与隔流筒优化匹配时，旋流头的螺旋臂数目、出口结 构可根据需要，随着隔流筒结构型式的改变而改变，以保证两者匹配后分离性
能达到最佳。
锥型隔流筒3的长度为旋流头螺距的1.5 ~ 2倍。
锥型隔流筒3下端是自由端，上端连有锥形筒体8，.通过锥形筒体8与封闭 罩9封闭相连。
锥型隔流筒3外壁和封闭罩9内壁构成的空间下部开^:,上部封闭，催化 剂和油气主要由锥型隔流筒3内壁和提升管4外壁构成的空间流出。提升管4与封闭罩9之间所形成的环形面积应为旋流头2的螺旋臂10出口 总面积的10-1》倍。
一级汽提段5采用三层带孔挡板构成预汽提段，二级汽提段6为常规汽提段。
本发明的优点在于禾用锥型隔流筒与旋流头的优化匹配，不仅提高了旋 流头的一次气固分离效率，以更好实现气固高效快速分离，而且可消除旋流头 喷出口附近和隔流筒底部截面处的短路流以及颗粒返混、夹带现象，从而有助 于降低设备的油浆固含量。另外，由于该设备布置紧凑，结构简单，可有效降 低油气在沉降器内的平均停留时间，从而避免了由于催化剂与反应产物的过度 接触所引起的过裂化反应，避免了沉降内的结焦，使产品分布得到改善。该设 备由于分离性能优越，不仅可单独使用，同时还可以根据需要采取两级旋流快 分器串联的方案。两级旋分器优化串联后，整体的分离性能在原有基础上大大 提高，可更好实现气固的高效快速分离。同时整体结构更为紧凑，大大消除了 有害的油气滞留空间，有效降低反应油气在沉降器内的停留时间，有助于解决 油气的滞留、返混和设备结焦问题，并进一步改善产品分布，特别适用于重油 催化裂化双提升管装置内的第二提升管出口快分。
图l是按照本发明的笫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是本发明实施的旋流头的主视图 图4是本发明实施的旋流头的俯视图
图5是本发明实施的锥型隔流筒的主视图，锥型隔流筒上端连有锥形筒体， 锥形筒体与封闭罩采用无缝直接连接。图6是本发明实施的锥型隔流筒的俯视图
图7为本发明方法中不同隔流筒结构的分离性能对比图。图(a)为隔流筒的分离效率对比图，图(b)为隔流筒的压降对比图。曲线(1)、 (2)分别为实验粉料325目滑石粉情况下，无隔流筒和有隔流筒的分离性能对比。曲线(3)、
(4)、 (5)、 (6)分别为实验粉料800目滑石粉情况下，无隔流筒、直筒型隔流筒、筒锥组合型隔流筒、锥型隔流筒的分离性能对比。
图8为本发明方法中旋流头与隔流筒不同匹配方案的分离性能对比图。图
(a)为分离效率对比图，图(b)为压降对比图。曲线(l)、 U)分别为实验粉料为800目滑石粉情况下，两臂大弧切向出口旋流头与锥型隔流筒匹配后，分离性能的实验值与模拟数据，曲线(3)、 (4)分别为实验粉料为800目滑石粉情現下，四臂径向出口旋流头与直筒型隔流筒匹配后，分离性能的实验值与模拟数据。
图中，l为集气室，2为旋流头，3为锥型隔流筒，4为提升管，5为一级汽提段，6为二级汽提^:， 7为引出管，8为锥形筒体，9为封闭罩，IO为螺旋臂，11为一级旋流头，12为一级隔流筒，13为升气管，14为二级挡板，.15为一级封闭罩，16为下料管，17为二级旋流头，18为二级隔流筒，19为二级封闭罩。
具体实施例方式
以下结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明实施实例1:
参加图1，在该实施例中，催化剂与油气混合物经提升管4向上进入旋流头2，经旋流头2向下喷出后，在封附罩9的内壁-形成气闺混合物询旋4丰运动。混合物中的大部分催化剂在离心力场的作用下被分离，并沿封闭罩9的内壁下落到一级汽提段5的锥形汽提挡板上。在一级汽提段5内，催化剂依次沿着多个锥形汽提挡板向下流落，并由汽提挡板下部的汽提分布管喷出的汽提气将催化
剂颗内黏附和夹带的油气汽提出来。经过一级汽提^a 5汽^是后的催化剂颗粒继
续下落到封闭罩9底部床层的二级汽提段6内，并通过二次蒸汽汽提把催化剂颗粒微孔内黏附和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封闭罩9内緩慢上升，并与未被旋流头2分离出来的细催化颗粒上行通过锥型隔流筒3与提升管4之间所形成的环形通道上升至引出管7引出。
该实施例中，锥型隔流筒与旋流头优化匹配后，不仅能提高旋流头的一次气固分离效率，更好保证气固高效快速分离，而且可消除旋流头喷出口附近和隔流筒底部截面处的短路流以及颗粒返混、夹带现象，从而有助于降低设备的油浆固食量。另外，由于该设备布置紧凑，结构筒单，.可有效降低油气在沉降器内的平均停留时间，从而避免了由于催化剂与反应产物的过度接触所引起的过裂化反应，避免了沉降内的结焦，使产品分布得到改善。
实施实例2:
参见图2，在该实施例中，采用了两级旋流快分器串联使用的方案。两级旋分器在各级旋流头与隔流筒优化匹配的基础上，优化了串联匹配方案。催化剂和油气混合物在提升管4内向上混合流动，同时发生催化裂化反应。反应油气和催化剂在提升管4的出口末端进入一级旋流头11，经一级S走流头11向下喷出后，在一级隔流筒12的外壁与一级封闭罩15的内壁之间的环形空间内形成气固混合物的高速旋转运动。混合物中的大部分催化剂在离心力场作用下被分离开来，并沿着一级封闭罩15的内壁下落到一级汽提^:5。在一级汽提段5内，催化剂依次沿多组汽提挡板向下流落，并由汽提挡板下部的汽提分布管喷逸的_汽提气将催化剂颗内黏附和夹带的油气汽提出来。经过一级汽提段5汽提后的催化剂颗粒继续下落到一级封闭罩15底部床层的二级汽提段6,与下料管16内下落的催化剂一起在二级汽提段6内混合，通过二次蒸汽汽提把催化剂颗粒微孔内黏附和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
沿一级封闭罩15内緩慢上升，并与未被一级旋流头11分离出来的细催化颗粒上行通过升气管13进入二级旋流头17，经二级旋流头17向下喷出后，在二级隔流筒18的外壁与二级封闭罩19的内壁之间的环形空间内形成气固混合物的高速旋转运动得到二次分离。二次分离出来的催化剂沿着二级封闭罩19内的二级挡板14及下料管16下落到一级封闭罩15底部床层的二级汽提段6内。分离掉催化剂细颗粒的气体汇集到集气室1，再由引出管7引出流向分馏塔。催化剂颗粒经过一级汽提和二级汽提后，进入催化剂再生器。.
该实施例中，.两级旋流快分器优化串联后，整体的分离性能在原有基础上大大提高，可更好实现气固的高效快速分离。同时整体结构更为紧凑，大大消除了有害的油气滞留空间，有效降低反应油气在沉降器内的停留时间，有助于解决油气的滞留、返混和设备结焦问题，并进一步改善产品分布，特别适用于重油催化裂化双提升管装置内的第二提升管出口'f夬命。
权利要求
1、一种带有锥型隔流筒的高效提升管出口旋流快分设备，包括集气室1，旋流头2，锥型隔流筒3，提升管4，一级汽提段5，二级汽提段6，引出管7，锥形筒体8，封闭罩9，其特征在于锥形隔流筒3使旋流头2的上方空间封闭，这样不仅消除了旋流头2喷出口附近短路流夹带颗粒的现象，而且有效改善了隔流筒底部截面的短路流和颗粒返混现象，从而有效提高了设备的分离效率，且大大降低了系统的油浆固含量。
2、 根据权利要求1所述的带有锥型隔流筒的高效提升管出口旋流快分设备, 其特征在于锥形隔流筒3与旋流头2需优化匹配，这样可使设备的分离性能 达到最佳状态，以更好实现气固的高效快速分离。
3、 根据权利要求1所述的带有锥型隔流筒的高效提升管出口旋流快分设备， 其特征在于所述的锥形隔流筒3采用长折边结构，锥形隔流筒3的顶端与底 端的截面面积是不相同的，其顶端的截面面积最小，然而逐渐增大至底端，底 端的截面面积最大。锥型隔流筒3的顶端截面面积与底端截面面积比为0.5 1.0， 与封闭罩9的截面面积比为0.1 ~ 0.5。
4、 根据权利要求1所述的带有锥型隔流筒的高效提升管出口旋流快分设备， 其特征在于该设备可单独使用以实现气固高效快速分离，或者根据需要采用 两级旋流快分器串联。
5、 根据权利要求1所述的带有锥型隔流筒的高效提升管出口旋流快分设备， 其特征在于所述的旋流头2用作二级旋流头时，须采用大弧切向出口，从而 使油剂混合物紧贴封闭罩9内壁喷出，有利于颗粒下行分离，提高设备的分离 能力。
6、 根据权利要求1所述的带有锥型隔流筒的高效提升管出口旋流快分设备, 其特征在于当采用两级旋流快分器串联时，首先需优化各级旋流头与隔流筒的匹配方式，其次需优化两级旋流快分器的串联匹配方式。两级旋流快分器优 化串联后，不仅结构紧凑，且整体的分离性能大大提高，可更好实现气固的高 效快速分离。同时，紧凑的结构可大大消除有害的油气滞留空间，有效降低反 应油气在沉降器内的停留时间，有助于解决油气的滞留、返混和设备结焦问题， 并进一步改善产品分布。
全文摘要
本发明为带有锥型隔流筒的催化裂化提升管出口高效旋流快分设备，涉及重油催化裂化提升管反应器出口末端催化剂与油气的高效快速分离。设备主要包括旋流头，锥型隔流筒，提升管，封闭罩以及一、二级汽提段，其特征在于锥形隔流筒使得旋流头上方空间封闭，这样不仅消除了旋流头喷出口附近短路流夹带颗粒的现象，而且有效改善了隔流筒底部截面的短路流和颗粒返混现象，从而有效提高了设备的分离效率，且大大降低系统的油浆固含量。锥形隔流筒与旋流头优化匹配后，设备的分离性能达到最佳状态，可实现气固的高效快速分离。
文档编号B04C5/00GK101524610SQ200710301280
公开日2009年9月9日 申请日期2008年3月7日 优先权日2008年3月7日
发明者卢春喜, 时铭显, 胡艳华, 魏耀东 申请人:中国石油大学(北京)