無沉降器催化裂化裝置的製作方法
2023-10-05 07:22:04 2
專利名稱：無沉降器催化裂化裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於石油化工技術領域，涉及烴原料的流化催化裂化裝置，特別是烴原料流化催化裂化工藝的油氣和催化劑的快速分離裝置。
背景技術：
流化催化裂化工藝是煉油工業重要的油品輕質化工藝之一。催化裂化工藝主要包括反應-再生系統、分餾系統、吸收穩定系統三大部分，反應-再生系統是其核心。典型的反應再生部分的主要設備包括提升管反應器、沉降器、再生器。
在煉油廠流化催化裂化裝置提升管反應器頂端出口處均安裝有氣固快速分離裝置，以實現油氣與催化劑的分離，一方面終止不必要的二次過裂化反應，另一方面回收貴重的催化劑進行再生。這類分離裝置目前有兩大類，第一類是慣性式氣固分離裝置，它是依靠含有大量催化劑顆粒的油氣急劇改變流動方向所產生的氣固兩相慣性差異實現氣固分離的，典型的慣性氣固快速分離裝置有倒L型、T型、三葉型等多種結構，其特點是壓降小，一般不超過5kPa，但分離效率較低，只有70％～80％。分離後的油氣在直徑很大的沉降器內慢速上升，一般約20秒才得以進入沉降器上部的旋風分離器(簡稱頂旋)，在頂旋內進一步分離油氣夾帶的催化劑顆粒，之後再進入集氣室匯總，再經油氣管線引出。被慣性氣固快速分離裝置分離的催化劑落入沉降器下部床層，被旋風分離器捕集的催化劑沿旋風分離器料腿也進入沉降器下部床層，這些分離下來的催化劑黏附和夾帶著一定量的油氣，油氣需要在沉降器下部床層的汽提器中用蒸汽汽提出來，汽提出來的這部分油氣需要約60秒以上的時間上升到沉降器上部頂旋的入口。由於這部分油氣在沉降器大空間內的停留時間較長，結果使催化裂化反應後的油氣在沉降器內的總平均停留時間可能長達20～30秒，油氣的返混率高，易於發生高溫二次過裂化反應，使輕質油收率降低，並造成沉降器內嚴重結焦，影響裝置長周期運轉。尤其是加工重質原料油(如渣油)的催化裂化裝置，此問題更顯突出。
第二類是離心式氣固分離裝置，它依靠氣固兩相混合物旋轉形成的強離心力場實現氣固快速分離。典型的應用實例是在提升管反應器的出口直聯一組旋風分離器(簡稱粗旋)，它的氣固分離效率可高達98％以上。分離出大部分催化劑的油氣從粗旋升氣管排出進入沉降器空間，以較慢的速度上升，經10秒以上的時間進入沉降器上部的頂旋內，油氣通過該旋風分離器將夾帶的催化劑進一步分離後進入集氣室匯總，最後由油氣管線引出。被粗旋分離的催化劑和頂旋分離的催化劑落入沉降器下部床層，這些分離下來的催化劑黏附和夾帶著一定量的油氣，同樣需要在沉降器下部床層汽提器內用蒸汽汽提出來。由於粗旋料腿是正壓差下排出催化劑，所以在排出催化劑的同時，不僅有催化劑顆粒之間夾帶的油氣向下流動，還有正壓差下從粗旋料腿中向下噴出的油氣，這部分油氣量約佔總油氣量的6％～10％。這些油氣與汽提出來的油氣匯合，在沉降器大空間慢速上升進入沉降器上部的頂旋內。油氣在沉降器內的總平均停留時間約10～20秒，在高溫下仍存在二次過裂化反應問題，影響輕質油收率，同時造成沉降器內結焦，影響裝置的長周期安全運轉。
催化裂化裝置沉降器是由早期的床層催化裂化反應器延續保留下來的。隨著催化裂化工藝的發展，早期的床層催化裂化反應過程已經改進為提升管反應過程，以前催化裂化裝置的反應器現在已經演變為催化劑顆粒沉降的空間，即蛻變為沉降器，油氣的反應過程是在提升管反應器內進行的。但受到催化裂化工藝發展過程的影響，現在的催化裂化裝置無論是改造的，或新設計的均保留有沉降器。由此產生下列問題，由於沉降器的空間比較大，油氣流速比較小，油氣在內部的停留時間比較長，這一方面會增加油氣的二次過裂化反應，同時也增加了油氣的結焦傾向，提供了油氣結焦焦體的滯留空間，尤其是在重油催化裂化裝置中，這些問題更為突出。催化裂化工藝反應油氣的二次過裂化反應主要發生在沉降器的大空間內。催化裂化油氣結焦與原料性質、沉降器內溫度、油氣停留時間等眾多因素密切相關。除油氣，工藝溫度和壓力的影響外，油氣在沉降器內的停留時間長，沉降器內催化劑濃度低，油氣和催化劑顆粒流速低是造成沉降器結焦焦體滯留的主要原因，這可以歸結為沉降器的大空間所致。許多煉油廠的重油催化裂化裝置發生過嚴重的結焦問題，造成催化裂化裝置的非計劃停工，直接影響了催化裂化裝置的長周期運行。
沉降器大空間的存在很難實現油氣和催化劑的快速分離和油氣的快速引出，因此減小沉降器內的不必要的空間，乃至取消沉降器，開發無沉降器的催化裂化工藝裝置，及其配套的油氣和催化劑的快速分離設備是非常必要的。但目前關於油氣和催化劑快速分離技術的開發均是在有沉降器的前提下進行的，即所有的快分裝置均設置在沉降器所容納的空間內。
為解決第一類慣性氣固快速分離裝置分離效率低的問題，美國專利US4,495,063(1985)開發了彈射式氣固快速分離方法及裝置，它的氣固分離效率為80％～90％，氣體返混率降低到20％左右，但壓降高達數千帕，操作彈性較小，工業上應用有一定困難。美國專利US4,364,905(1982)、US5,294,331(1994)、US5,364,515(1994)、US5,393,414(1995)對彈射式氣固快速分離又做了改進，主要是為了進一步縮短油氣在沉降器內的平均停留時間。但彈射式氣固快速分離裝置的分離效率仍不高，而且操作彈性小的缺點並未解決。
為解決第二類離心式氣固快速分離裝置存在的問題，美國專利US4,502,947(1985)、US4,579,716(1986)、US4,624,772(1986)等開發了閉式直聯旋風分離系統，將粗旋升氣管直接與沉降器上部旋風分離器入口相連，大大縮短了油氣在沉降器內的停留時間，使氣體的返混率進一步降到6％～10％，但抗壓力波動的性能較差，開工時要特別小心。隨後美國專利US5,158,669(1992)、歐洲專利EP0593827A1，中國專利CN 92112441(1992年)等又在粗旋下部直接連接了一個汽提段，改變一部分反應油氣從粗旋料腿向下噴出的不利情況，進一步縮短了反應後油氣在沉降器內的平均停留時間，使油氣返混率進一步降到2％以下。日本特許公報(B2)昭61-25413(1986年)和美國專利US4,482,451(1984)則在提升管末端採用了幾根向下傾斜一定角度的圓弧彎管作為氣固快速分離器，並在外面加一個封閉罩以實現油氣的快速引出。
中國專利CN01144955.1、CN00102723.9和CN97120272.9中的催化裂化裝置均採用一級和二級旋風分離器，分離反應後的催化劑和油氣，一級和二級旋風分離器分離下來的催化劑分別通過一級和二級旋風分離器的料腿進入沉降器，然後在沉降器下部的汽提器中用蒸汽汽提，除去催化劑中黏附和夾帶的油氣，由於沉降器的空間較大，結焦問題仍然不能很好解決。
美國專利US5,316,662(1994)，US5,158,669(1992)公開的催化裂化裝置，包括提升管反應器，反應器容器和再生器，其特徵在於提升管通過水平管道連接一個分離容器，分離容器下部連接有一級汽提器，分離容器分離出來的催化劑在一級汽提器中汽提，分離容器上部通過中心氣體出口管和集合管與旋風分離器相連接，從旋風分離器分離下來的催化劑下落在密相床上，再通過管道進入一級汽提器內進行蒸汽汽提，一級汽提器通過管道與二級汽提器相通，二級汽提器與再生器相通。
美國專利US5,314,611(1994)的一個催化裂化裝置的實施例，包括提升管反應器，反應器容器和再生器，其特徵在於提升管通過水平管道連接一個分離容器，分離容器下部連接有一級汽提器，分離容器分離出來的催化劑在一級汽提器中汽提，分離容器上部通過中心氣體出口管和集合管與旋風分離器相連接，從旋風分離器分離下來的催化劑通過料腿直接進入一級汽提器內進行蒸汽汽提，一級汽提器通過管道與二級汽提器相通，二級汽提器與再生器相通。
發明內容
本發明的目的是提供用於烴原料流化催化裂化工藝的無沉降器催化裂化裝置。
本發明無沉降器催化裂化裝置，包括再生器1，提升管11，一級旋風分離器10，二級旋風分離器6，汽提器3，集氣室7，分氣室9，其特徵在於汽提器3的下端連接立管2，立管2與再生器1相通；一級旋風分離器10位於汽提器3的上方，一級旋風分離器10的下部與汽提器3相通，提升管11出口端與一級旋風分離器10通過管道連接；一級旋風分離器10的上方是二級旋風分離器6，一級旋風分離器10與二級旋風分離器6通過一級旋風分離器10的出口管和分氣室9串聯連接；二級旋風分離器6的料腿15下端有下料結構4，下料結構4與汽提器3相通。
本發明的催化裂化裝置的特徵在於所述的一級旋風分離器10由一個或兩個並聯的旋風分離器組成，旋風分離器的旋向是逆時針的或者是順時針的。
本發明的催化裂化裝置的特徵在於所述的二級旋風分離器6由2～8個並聯的旋風分離器組成，旋風分離器的旋向是逆時針的或者是順時針的。
本發明的催化裂化裝置的特徵在於所述的二級旋風分離器6的料腿15下端的下料結構4為V型結構或者翼閥結構。
本發明的催化裂化裝置的特徵在於在所述的V形結構中，二級旋風分離器料腿15的軸線與上行腿16的軸線的夾角為20°～60°，料腿15的直徑與上行腿16的直徑相同或不同，上行腿16與汽提器3的上部相通。
本發明的催化裂化裝置的特徵在於在所述的翼閥結構中，二級旋風分離器料腿15的軸線與連接管17的軸線的夾角為100°～160°，料腿15的直徑與連接管17的直徑相同或不同，連接管17與汽提器3的上部相通。
以下結合附圖，詳細敘述本發明的技術方案。
本發明的無沉降器催化裂化裝置，取消了傳統的用於容納旋風分離器的沉降器，其包括再生器1，立管2，提升管11，一級旋風分離器10，二級旋風分離器6，汽提器3，集氣室7，油氣管線8，分氣室9，在無沉降器催化裂化裝置中，汽提器3的下端連接待生催化劑立管2，待生催化劑立管2與再生器1相通，從汽提器3落下的催化劑通過待生催化劑立管2進入再生器1中，或在汽提器3的下端連接待生斜管，從汽提器3落下的催化劑通過待生斜管進入再生器中，進行再生處理。
一級旋風分離器10設置在汽提器3的上方，其由一個或兩個旋風分離器並聯組成，旋風分離器的旋向可以是逆時針的或者是順時針的。提升管11的出口端與一級旋風分離器10通過一根水平管道相連接。當一級旋風分離器由一個旋風分離器組成時，一級旋風分離器10的下部的錐體與汽提器3相通，當一級旋風分離器由兩個旋風分離器並聯組成時，兩個旋風分離器的下部錐體分別與汽提器3相通。
一級旋風分離器10的上方是二級旋風分離器6，一級旋風分離器10與二級旋風分離器6通過一級旋風分離器10的出口管和分氣室9串聯相連接。二級旋風分離器6由2～8個並聯的旋風分離器組成，其個數由來自分氣室的氣量大小而定，旋風分離器的旋向是逆時針的或者是順時針的。
每個二級旋風分離器6的料腿15下端都有下料結構4，下料結構4與汽提器3相通，二級旋風分離器6分離下來的催化劑通過料腿15和下料結構進入汽提器3，進行蒸汽汽提。下料結構4為V型結構或者翼閥結構。
在V形結構中，二級旋風分離器料腿15的軸線與上行腿16軸線的夾角為20°～60°，優選為30°～50°，料腿15的直徑與上行腿16的直徑可以相同或不同，料腿15的直徑在料腿15出口處可以採用變直徑結構與上行腿16過渡，上行腿16的直徑可以是料腿15的直徑的1.1～2倍，上行腿16與汽提器3的上部密相床層或密相床的上方相通，由二級旋風分離器分離下來的催化劑通過料腿15和上行腿16，進入汽提器3的上部。
在翼閥結構中，二級旋風分離器料腿15的軸線與連接管17的軸線的夾角為100°～160°，優選為120°～150°料腿15的直徑與連接管17的直徑可以相同或不同，連接翼閥部分的連接管17的直徑可以是料腿15的直徑的1.1～2倍。連接管17與汽提器3的上部密相床層或密相床的上方相通，由二級旋風分離器分離下來的催化劑通過料腿15和連接管17，進入汽提器3的上部。
與現有的流化催化裂化裝置相比，本發明無沉降器催化裂化裝置具有如下顯著效果1、本發明取消了傳統的催化裂化裝置的沉降器，採用兩級直聯旋風分離器組成油氣和催化劑快速分離系統，氣固分離效率在99.99％以上，實現了氣固高效快速分離，氣體快速引出，並及時高效汽提，三者組成一體。
2、本發明的催化裂化裝置，縮短了油氣和催化劑的行程，快速引出油氣，使油氣的平均停留時間減少到2～3秒以下，從而避免了由於催化劑與反應產物接觸時間過長而引起的二次過裂化反應，提高輕油收率，使產品的分布得到改善。
3、本發明的催化裂化裝置，縮短了油氣和催化劑的行程，使各處的油氣溫度趨於一致，避免了局部區域裂化油氣的溫降，從而減小了油氣因溫度降低而冷凝為油液滴進而縮合反應生焦的可能。
4、本發明的催化裂化裝置，不存在油氣流動的靜止或低速空間，能夠快速引出油氣，因此消除了因油氣速度過低造成的結焦焦體滯留的問題，避免了以往沉降器存在的結焦問題，保證了催化裂化裝置的長周期運行。
5、本發明的催化裂化裝置，結構簡單且緊湊，大大節省了設備費用，同時散熱表面積大大降低，減少了催化裂化裝置的散熱能耗，降低了生產成本，具有很好的節能效果。
圖1是本發明無沉降器催化裂化裝置的主視圖，一級旋風分離器由1個旋風分離器組成。
圖2是本發明無沉降器催化裂化裝置的一級旋風分離器設置方案的俯視圖，一級旋風分離器由1個旋風分離器組成。
圖3是本發明無沉降器催化裂化裝置的一級旋風分離器設置方案的主視圖，一級旋風分離器由2個旋風分離器並聯組成。
圖4是本發明無沉降器催化裂化裝置的一級旋風分離器設置方案的俯視圖，一級旋風分離器由2個旋風分離器並聯組成。
圖5是本發明無沉降器催化裂化裝置的二級旋風分離器設置方案的俯視圖，二級旋風分離器由2個旋風分離器組成。
圖6是本發明無沉降器催化裂化裝置的二級旋風分離器設置方案的俯視圖，二級旋風分離器由3個旋風分離器組成。
圖7是本發明無沉降器催化裂化裝置的二級旋風分離器設置方案的俯視圖，二級旋風分離器由4個旋風分離器組成。
圖8是本發明無沉降器催化裂化裝置的V型結構的主視圖。
圖9是本發明無沉降器催化裂化裝置的翼閥結構的主視圖。
圖中，1-再生器，2-立管，3-汽提器，4-下料結構，6-二級旋風分離器，7-集氣室，8-油氣管線，9-分氣室，10-一級旋風分離器，11-提升管，12-原料油，13-回煉油，14-蒸汽或幹氣入口，15-料腿，16-上行腿，17-連接管。
具體實施例方式
在使用本發明無沉降器流化催化裂化裝置時，原料油12和回煉油13進入提升管11與來自再生器的再生催化劑混合，在提升蒸汽或提升幹氣14的作用下向上混合流動，同時發生催化裂化反應。反應油氣和催化劑在提升管11的出口進入一級旋風分離器10進行一次分離，分離後的油氣和來自汽提器3汽提出來的油氣與蒸汽合併，並攜帶少量未分離的細催化劑顆粒經一級旋風分離器的升氣管進入分氣室9，後進入二級旋風分離器6進行分離，分離出來的油氣匯入集氣室7並由油氣管線8快速引出。被一級旋風分離器10分離出來的催化劑由一級旋風分離下部的錐體直接進入汽提器3，而被二級旋風分離器分離出來的催化劑通過料腿15下端的下料結構，即V形結構或翼閥結構落入汽提器3上部的密相床層或密相床的上方，催化劑在汽提器3中經蒸汽汽提後通過待生催化劑立管2(或待生斜管)輸送至再生器。催化裂化反應後的油氣與催化劑混合物經過兩級旋風分離器的分離，氣固分離效率高達99.99％以上，實現了氣固離心快速分離。由於取消了沉降器，油氣的行程大大縮短，油氣的平均停留時間縮短到2～3秒以內，實現了油氣的快速引出。
權利要求
1.無沉降器催化裂化裝置，包括再生器1，提升管11，一級旋風分離器10，二級旋風分離器6，汽提器3，集氣室7，分氣室9，其特徵在於汽提器3的下端連接立管2，立管2與再生器1相通；一級旋風分離器10位於汽提器3的上方，一級旋風分離器10的下部與汽提器3相通，提升管11的出口端與一級旋風分離器10通過管道連接；一級旋風分離器10的上方是二級旋風分離器6，一級旋風分離器10與二級旋風分離器6通過一級旋風分離器10的出口管和分氣室9串聯連接；二級旋風分離器6的料腿15下端有下料結構4，下料結構4與汽提器3相通。
2.根據權利要求1的催化裂化裝置，其特徵在於所述的一級旋風分離器10由一個或兩個並聯的旋風分離器組成，旋風分離器的旋向是逆時針的或者是順時針的。
3.根據權利要求1的催化裂化裝置，其特徵在於所述的二級旋風分離器6由2～8個並聯的旋風分離器組成，旋風分離器的旋向是逆時針的或者是順時針的。
4.根據權利要求1的催化裂化裝置，其特徵在於所述的二級旋風分離器6的料腿15下端的下料結構4為V型結構或者翼閥結構。
5.根據權利要求4的催化裂化裝置，其特徵在於在所述的V形結構中，二級旋風分離器料腿15的軸線與上行腿16軸線的夾角為20°～60°，料腿15的直徑與上行腿16的直徑相同或不同，上行腿16與汽提器3的上部相通。
6.根據權利要求4的催化裂化裝置，其特徵在於在所述的翼閥結構中，二級旋風分離器料腿15的軸線與連接管17的軸線的夾角為100°～160°，料腿15的直徑與連接管17的直徑相同或不同，連接管17與汽提器3的上部相通。
全文摘要
無沉降器催化裂化裝置，涉及烴原料流化催化裂化工藝的油氣和催化劑的快速分離裝置，無傳統的容納旋風分離器的沉降器，其特徵在於汽提器下端的立管與再生器相通；一級旋風分離器位於汽提器的上方，其下部與汽提器相通，提升管的出口端與一級旋風分離器通過管道連接；一級旋風分離器的上方是二級旋風分離器，兩者串聯連接；二級旋風分離器的料腿下端有與汽提器相通的下料結構。本發明的催化裂化裝置能實現氣固高效快速分離，氣固分離效率高達99.99％，使油氣的平均停留時間縮短到2～3秒以下，減小了結焦焦體滯留的可能，且結構簡單緊湊，大大節省了設備費用。
文檔編號B01J8/08GK1974728SQ20061016209
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月12日 優先權日2006年12月12日
發明者魏耀東, 盧春喜, 高金森, 宋健斐, 時銘顯 申請人:中國石油大學(北京)