專利名稱：一種旋風分離器及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種用于石油化工氣固或液固分離的旋風分離領域，更具體地 說涉及一種主要用于石油化工流化催化裂化裝置的旋風分離器。
背景技術：
流化催化裂化裝置是煉油和石油化工廠重要的原油二次加工裝置，目前我 國正在運行的各種規(guī)模的流化催化裂化裝置多達百余套。流化催化裂化裝置既 為煉油廠和石油化工廠創(chuàng)造了巨大的經濟效益，同時又是一個主要的環(huán)境空氣
污染源。 一個100萬噸/年加工能力的流化催化裂化裝置，從再生器排出的煙 氣，如果不加以分離回收，排煙粉塵濃度達0.6 1.0g/Nm3，每天將會把2噸左 右的5 20um的細粉送上天空。這些細粉，對環(huán)境、對人體都會造成大的危害。 隨著各國對人類生存環(huán)境的日益重視和對環(huán)境保護的要求更加嚴格，對流化催 化裂化裝置采用新技術，降低煙氣的排塵量，提高環(huán)境空氣的質量，已是一項 十分緊迫的工作。
同時，由于流化催化裂化裝置原料愈來愈重，成份愈來愈雜，原料中各種 重金屬含量也越來越高。在反應過程中，這些重金屬隨著催化劑表面生焦而沉 積在焦碳中，即使是完全再生技術，也不可能將這些重金屬完全除去。其中有 的金屬可能會引發(fā)癌癥，對人體的損害尤為嚴重。因此，廢催化劑細粉的分離、 回收十分必要。
上一世紀八十年代，我國重油流化催化裂化裝置能量回收技術得到迅速發(fā) 展。為了保證再生煙氣能量回收系統(tǒng)中煙氣輪機的正常運行，增設了第三級旋 風分離器(簡稱"三旋")。能量回收系統(tǒng)流程簡圖如圖6所示從再生器頂 排出的含塵高溫再生煙氣進入三旋，經分離凈化后的煙氣先進入煙氣輪機(簡稱"煙機")發(fā)電，再進入余熱鍋爐回收余熱，然后從煙囪排出；排出的細粉 與少量下泄氣(約占三旋總煙氣量的3 5。/0 —起從三旋底部進入中間細粉罐。 此類設計的最初意圖是，分離出的細粉在中間細粉罐自由沉降下來，再靠重力 流入下面細粉貯罐冷卻，裝車或排入廢催化劑罐中。但由于為滿足分離下泄氣 的要求，臨界噴嘴的系統(tǒng)壓降很大(約0.2MPa)，噴孔氣速高達350m/s以上， 因此抽力很大，三旋分離出的細粉在中間細粉罐很難沉降下來又被氣流帶走。 一般說來，中間細粉罐能被沉降下來的催化劑量，僅占裝置的10 15%左右， 絕大部分細粉仍被臨界流速噴嘴隨同下泄氣一起抽走排入煙囪，三旋僅解決了 煙機磨損問題，并沒有解決環(huán)保要求問題。
近二十年來，我國流化催化裂化裝置再生器的旋風分離器和三旋技術都有 了很大地提高，三旋凈化煙氣含塵量可降到O. 15 0.2g/Nm3以下，保證了煙氣 輪機的正常運行。但如圖6所示的流程，從裝置排入煙囪的煙氣含塵量仍在 0. 5 1. 0g/Nm3左右，都遠大于國家規(guī)定的排放標準。
為此，采取了增設第四級旋風分離器的技術方案。第四級旋風分離器(簡 稱"四旋")就是用來將三旋下泄氣與排出的催化劑分離的設備。分離后的催 化劑細粉，經中間細粉罐進入下部的催化劑儲罐冷卻、裝車。凈化后的氣體由 四旋排氣口排出，經臨界流速噴嘴，排入余熱鍋爐，可將部分下泄氣的熱量回 收，最后由煙囪排到大氣。三旋排塵下泄氣量占三旋總氣量的3 5%，如果不 經四旋處理而直接進入余熱鍋爐，會加劇鍋爐的集灰，降低鍋爐的傳熱效果； 如果直接排入煙囪又浪費能源。因此，流化催化裂化裝置安裝四旋既是一種環(huán) 保要求，也是節(jié)能要求。
現代流化催化裂化裝置對四旋的具體要求是(1)耐高溫。能在550 650 。C下長期使用。當裝置操作不正常時，催化劑的溫度會超過70(TC。 (2)催化 劑濃度高。 一般為15 30g/m3，因而要求四旋的抗磨性能要強。(3)分離效 率要高，能將大于15"m的細粉有效除去，并最大可能地將10 15ixm的細粉分離。(4)彈性好。當入口風量和催化劑濃度變化時，要有穩(wěn)定的分離效率。 (5)高溫催化劑的排放要安全可靠，催化劑的排放過程不能引起三旋操作系統(tǒng) 的波動。(6)結構簡單，設備成本低，安裝和檢修容易，使用壽命要長。
按照對四旋的上述要求，與本發(fā)明最相關的現有技術是我國流化催化裂化 裝置目前采用的獨立組合的直筒式四旋系統(tǒng)。如圖7所示，這種四旋需在三旋 框架之外另立鋼架，布局四旋、中間灰斗和貯罐，形成了一個獨立的排放系統(tǒng)。 其優(yōu)點是四旋的設置不受三旋底部空間的限制；四旋尺寸便于優(yōu)化；分離效果 較好，而且檢修、維護和操作比較方便。其適用于新設計的流化催化裂化裝置， 特別是在大型流化催化裂化裝置中優(yōu)點比較突出。這種系統(tǒng)的排料不會影響到 三旋系統(tǒng)的正常運行，是一種安全、可靠的設計。但這種四旋系統(tǒng)的缺點是 由于需要占據一定的新的地面和空間，對老廠中、小型流化催化裂化裝置的改 造往往有一定的困難，或者難以進行，而且投資相對比較大。
經檢索與本發(fā)明相關的現有技術還有CN2526075Y、 CN1066611A、 CN2039390U和US5538696A等，但這些專利所涉及的旋風分離器的結構和形狀， 以及用途都與本發(fā)明有實質上的不同。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的之一就在于通過采用一種新型結構，開發(fā)出一種適合流化催 化裂化裝置的第四級旋風分離器，在裝置不進行較大改動的情況下，能安裝下 這種新型四旋系統(tǒng)。同時要求其投資相對低廉，并且操作可靠，能將裝置煙囪 排塵濃度降至環(huán)保要求的范圍之內，能延長裝置能量回收排塵系統(tǒng)設備和管道 的使用壽命，能減輕裝置余熱鍋爐的集灰和提高傳熱效果。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是這種用于氣固或液固分離 的旋風分離器，其包括升氣管、排氣口、進氣口、直筒段、分離沉降錐段、排 塵口、耐磨層等，其特點在于分離沉降錐段采用了彎錐結構。而且分離沉降錐段彎錐結構的軸線軌跡是圓弧、或橢圓弧，或其他圓滑過
渡曲線；旋風分離器的氣體進口部分采用渦殼結構或者采用直切結構；旋風分 離器的內壁面全部采用了高耐磨性能的襯里，或由自蔓延技術制備成陶瓷-金屬 復合材料，直接焊制而成。這種旋風分離器的直徑在300 1500mm范圍內，通過 優(yōu)化分離器的結構尺寸，都可達到較高的分離效率，適應于不同規(guī)模的工藝氣 量的要求。
本發(fā)明目的之二，是本發(fā)明的旋風分離器在石油化工流化催化裂化裝置再 生煙氣能量回收的三旋系統(tǒng)廢催化劑細粉的分離、回收和排放中的應用。
采用本發(fā)明旋風分離器的優(yōu)點在于由于這種彎錐型分離器有較小的安裝 空間，其安裝高度僅為立式旋風分離器的三分之一，這對許多設備安裝空間受 到限制的老裝置改造是非常有利的，而且可以節(jié)約大量的改造費用。同時，這 種旋風分離器適宜在高氣速、大氣量下操作，因此結構緊湊，安裝配管方便； 由于采用了高耐磨性能的襯里，其抗磨性能好，使用壽命長，這種旋風分離器 在80(TC高溫下長期使用，其壽命不低于10年。
僅我國200萬噸/年以下的流化催化裂化裝置有近百套，在不改變原三旋系 統(tǒng)設備、鋼架的情況下的有限空間內，便能安裝一個這種彎錐型四旋，滿足裝 置分離和排塵的要求。既能降低煙囪排塵量，減輕粉料排塵管道、高溫閥門的 磨損；又能減輕余熱鍋爐的集灰，提高傳熱效果，其應用前景是十分廣闊的。 下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細地說明。


圖1為本發(fā)明旋風分離器的結構示意圖
圖2為本發(fā)明旋風分離器的氣體進口部分采用渦殼結構的示意圖 圖3為本發(fā)明旋風分離器的氣體進口部分采用直切結構的示意圖 圖4為本發(fā)明旋風分離器采用膨脹節(jié)管系方案的示意5為本發(fā)明旋風分離器采用大彎管管系方案的示意圖 圖6為現有技術"三旋"系統(tǒng)流程簡圖 圖7為現有技術的直筒式四旋系統(tǒng)示意圖
具體實施例方式
如圖1所示，這種主要用于氣固或液固分離的旋風分離器，其包括升氣管1、 排氣口2、進氣口3、直筒段4、分離沉降錐段5、排塵口6、耐磨層7，其特點 在于分離沉降錐段5采用了彎錐結構。
分離沉降錐段5彎錐結構的軸線軌跡是圓弧、或橢圓弧，或其他圓滑過渡 曲線。這種旋風分離器的內壁面的耐磨層7，全部采用了高耐磨性能的襯里；或
由自蔓延技術制備成陶瓷-金屬復合材料，直接焊制而成。
旋風分離器的直徑D在300 1500mm范圍，適應于不同工藝操作條件的要
求。優(yōu)化各部位的幾何參數，都可達到較高的分離效率。
如圖2和圖3所示，這種旋風分離器的進氣口 3及相應的氣體進口部分采 用渦殼結構(圖2)，或者采用直切結構(圖3)。
如圖1所示，這種主要用于流化催化裂化裝置能量回收系統(tǒng)，具有新型結 構的第四級旋風分離器的工作過程如下含塵氣流由進氣口 3側向進入分離器， 經加速后旋轉流出。在升氣管l和直筒段4之間的環(huán)形空間內，氣、固兩相由 于離心力的不同初步進行分離。固體顆粒移動到靠分離器壁一側，部分凈化后 的旋轉氣流進入升氣管1，再由排氣口 2流出旋風分離器。由升氣管下口至排塵 口 6之間的曲線長度稱為分離沉降空間， 一定長度的分離沉降空間有利于氣體 中的固粒進一步分離。部分氣流夾帶著粉塵，沿著彎錐軌跡為軸線旋轉向下(稱
"外旋流")，在排塵口 6處，粉塵排出分離器落入中間細粉罐，分離器內的 氣流和中間細粉罐返回的氣流匯集到中心區(qū)，改變軸向流動方向向上流動(稱
"內旋流")，最后從升氣管排出，完成氣固分離的全過程。從旋風分離器內流場力的分析和計算，對小于100 um的催化劑細粉，重 力場的影響可以忽略不計，截面上內旋氣流主要受到外旋流方向的控制。只要 截面的改變是平滑過渡的，不同形狀的旋風分離器內部流場規(guī)律是相似的。當 進口氣速較低時，分離器內氣流的切向速度和下行的軸向速度都會減弱。在立 置直錐分離器中，由于重力與下行氣流方向一致，重力場影響常被忽略，而在 臥置彎錐分離器中，重力場與下行氣流方向垂直，粉塵的重力對分離效率的影 響往往會凸現出來。所以低速下彎錐分離器效率要比直錐略低，而高速下二者 卻基本一樣，或彎錐分離器效率要比直錐略高。通過冷態(tài)對比試驗證明了這個 推論。
通過冷態(tài)對比試驗的結果，我們可以看出
① 當入口氣速在15 27m/s范圍內，本發(fā)明彎錐分離器的效率為95 98. 7 %，隨著入口氣速加大分離效率提高?，F有直錐型分離器分離效率穩(wěn)定在98. 5 97.7。％之間，變化不大；高氣速下效率略有下降。
② 在較低入口氣速下(<24m/s)，本發(fā)明彎錐分離器要比現有直錐分離器 效率低1 3. 5%;入口氣速24 25m/s， 二者效率相當；當入口氣速超過26m/s 時，彎錐分離器的效率要比直錐型大0.5 1%。
因此，本發(fā)明臥置彎錐分離器適宜在^25m/s的高氣速下操作，是一種大氣 量高效旋風分離器。 實施例
某石油化工廠流化催化裂化裝置三旋排塵系統(tǒng)需增設一臺直徑為800毫米 的四旋，用于廢催化劑細粉的分離、回收和排放。三旋底部至中間細粉罐頂部 的有效空間為1.8米，操作溫度550 600°C，采用彎錐四旋，根據可用于四旋平 面空間的大小，有兩種配管布局方案，見圖4和圖5:
圖5是大彎管管系方案，管道要占據較多的地方和空間，在管系的熱膨脹 應力計算和布局是比較費事一些，但使用壽命長、操作安全。四旋系統(tǒng)可安全操作10年以上。可用于四旋平面空間大時。
圖4是膨脹節(jié)管系方案，用膨脹節(jié)吸收三旋和中間細粉罐間的熱膨脹量。 占地較省，容易布局，但膨脹節(jié)是易損部件，容易破損泄漏。 一般用于四旋平 面空間很小，難于布局大彎管時。
當需要排料裝車時，只需關閉中間細粉罐與貯罐之間的閥門即可，不會影 響三旋的正常運行。
權利要求
1、一種用于氣固或液固分離的旋風分離器，其包括升氣管(1)、排氣口(2)、進氣口(3)、直筒段(4)、分離沉降錐段(5)、排塵口(6)和耐磨層(7)，其特征在于分離沉降錐段(5)采用了彎錐結構。
2、 如權利要求1所述的旋風分離器，其特征在于所述的分離沉降錐段(5) 彎錐結構的軸線軌跡是圓滑過渡曲線。
3、 如權利要求2所述的旋風分離器，其特征在于所述的分離沉降錐段(5) 彎錐結構的軸線軌跡是圓弧、或橢圓弧。
4、 如權利要求1所述的旋風分離器，其特征在于所述的旋風分離器的進氣 口 (3)及相應的氣體進口部分采用渦殼結構，或者采用直切結構。
5、 如權利要求1所述的旋風分離器，其特征在于所述的旋風分離器的內壁 面的耐磨層(7)全部釆用高耐磨性能的襯里。
6、 如權利要求1所述的旋風分離器，其特征在于所述的旋風分離器的內壁 面的耐磨層(7)由自蔓延技術制備成陶瓷-金屬的復合材料直接焊制而成。
7、 如權利要求6所述的旋風分離器，其特征在于所述的分離沉降錐段(5)彎錐結構的軸線軌跡是圓弧、或橢圓弧；所述的 旋風分離器的進氣口 (3)及相應的氣體進口部分采用渦殼結構，或者采用直切 結構；所述的旋風分離器的直徑在300 1500mm范圍內。
8.如權利要求1 7的旋風分離器在石油化工流化催化裂化裝置再生煙氣能 量回收的三旋系統(tǒng)廢催化劑細粉的分離、回收和排放中的應用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于氣固或液固分離的旋風分離器，其包括升氣管、排氣口、進氣口、直筒段、分離沉降錐段、排塵口、耐磨層，其特點在于分離沉降錐段采用了彎錐結構；彎錐結構的軸線軌跡是圓弧、或橢圓弧，或其他圓滑過渡曲線。本發(fā)明主要用于石油化工流化催化裂化裝置第四級旋風分離系統(tǒng)廢催化劑細粉的分離、回收和排放。這種帶彎錐結構的旋風分離器，它的安裝高度僅為立式旋風分離器的三分之一，適用于設備安裝空間受到限制的裝置的設計和改造；同時彎錐型旋風分離器結構較簡單，處理風量大，效率高；并且，由于采用了高耐磨性能的襯里材料，這種旋風分離器能在高溫下長期使用。
文檔編號B04C5/04GK101301640SQ20071009907
公開日2008年11月12日 申請日期2007年5月11日 優(yōu)先權日2007年5月11日
發(fā)明者馮清曉, 張榮克, 敏 戴, 戴建華, 芳 王, 聲 范, 濤 閆, 黃勇力 申請人:中國石油化工集團公司;中國石化工程建設公司;無錫市石油化工設備有限公司