專利名稱：一種抑制重油催化沉降器結(jié)焦的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油化工技術(shù)領(lǐng)域，涉及煉油化工工藝及其設(shè)備，具體為一種抑制重 油催化裂化沉降器內(nèi)結(jié)焦的油氣高效快速引出方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
催化裂化(FCC)是我國煉油工業(yè)中最重要的二次加工過程，其目的是提高原油加 工深度和產(chǎn)品質(zhì)量，增加輕質(zhì)油產(chǎn)量。隨著催化裂化工藝和催化劑技術(shù)的不斷發(fā)展，催化裂 化原料油拓展到了常壓渣油、減壓渣油。原料油的重質(zhì)化導(dǎo)致重油催化裂化裝置反應(yīng)沉降 器系統(tǒng)、油氣管線及分餾塔底、油漿系統(tǒng)中設(shè)備表面上的結(jié)焦問題日益嚴重且普遍，并已成 為影響催化裝置長周期平穩(wěn)運行的重要隱患之一。如果裝置操作壓力或溫度發(fā)生異常波動 (如進料突然中斷、失流化、再生器悶床等)，沉降器內(nèi)結(jié)焦塊一旦發(fā)生脫落，堵塞催化劑循 環(huán)通道，導(dǎo)致循環(huán)不暢或中斷、催化劑跑損，直至裝置被迫停車清焦，給企業(yè)造成巨大的經(jīng) 濟損失。油氣結(jié)焦是復(fù)雜的物理、化學(xué)過程。一般認為油氣中的濕、重組分是造成結(jié)焦的根 源，原料霧化，沉降器內(nèi)流動狀況、溫度分布、油氣停留時間及操作方式等對結(jié)焦有重要影 響。由于沉降器內(nèi)的空間比較大，油氣流動速度比較小，油氣在沉降空間的停留時間比較 長，且存在油氣流動死區(qū)，這不僅會增加油氣的二次過裂化反應(yīng)，同時也會增加油氣中重組 分的冷凝，使得油氣中油液滴的比例上升，油氣結(jié)焦的可能性增加。生成的結(jié)焦物黏附在沉 降器內(nèi)壁及設(shè)備外表面并不斷增加厚度，久而久之便形成了嚴重危害裝置長周期運行的隱串)Qi、O為了解決沉降器系統(tǒng)的結(jié)焦問題，研究人員已提出了不少相關(guān)的專利。中國專 利 ZL92112441. 4、ZL96103419. X，美國專利 US5158669、歐洲專利 EP0593827A1 等在提升 管反應(yīng)器末端粗旋下部直接連接了一個預(yù)汽提段，減少從粗旋料腿向下噴出的油氣量，縮 短反應(yīng)油氣在沉降器內(nèi)的停留時間。中國專利ZL98102166. 2、ZL98204681. 2還將預(yù)汽 提段的內(nèi)部擋板改為環(huán)流套筒，粗旋升氣管與頂旋入口用承插式導(dǎo)氣管連接。中國專利 ZL96103478. 5、ZL96103420. 3、ZL01228805. 5則在提升管末端采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，并在其外面加了一個封閉罩以實現(xiàn)油氣的快速引出。 中國專利ZL 01100418. 5提出了一種用于提升管流化反應(yīng)系統(tǒng)多級串聯(lián)緊湊型氣固快速 分離及沉降系統(tǒng)，用于反應(yīng)后油氣與催化劑的快速分離，使油氣在沉降器內(nèi)的平均停留時 間可降低到3 4秒，從而改善產(chǎn)品分布，減少沉降器內(nèi)的結(jié)焦現(xiàn)象。但這些專利重點都在 于提升管末端油氣與催化劑的快速分離、降低下排入沉降器底部汽提段的油氣量及粗旋升 氣管上升的油氣快速導(dǎo)出沉降器，對于被催化劑顆粒夾帶和顆粒內(nèi)孔吸附的油氣沒有處理 方案。在汽提段這部分油氣被汽提出來，雖然量不多，但多是較重餾分，需要經(jīng)過整個沉降 器空間才能進入頂旋離開沉降器，停留時間較長，可達幾十秒，容易產(chǎn)生結(jié)焦；隨著裝置開 工時間的加長，沉降器內(nèi)仍然會發(fā)生結(jié)焦。針對汽提段的油氣，中國專利ZL200310121301. 1和ZL200510017707. 4提出引入再生催化劑或高溫高活性的待生劑到汽提段，提高汽提段溫度和催化劑活性，創(chuàng)造環(huán)境使 催化劑顆粒間和顆粒內(nèi)夾帶或吸附的油氣(常常是容易生焦的重組分)在汽提段內(nèi)反應(yīng)轉(zhuǎn) 化為輕質(zhì)油氣，從而消除沉降器內(nèi)結(jié)焦的內(nèi)在因素，同時還可減少后續(xù)系統(tǒng)的結(jié)焦。顯然， 這一措施對現(xiàn)有的沉降器反應(yīng)工藝和設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變動較大，不易實施且風(fēng)險較大。中國專利ZL200420037425. 1提出了一種主要針對底部汽提油氣的反應(yīng)沉降器油 氣快速導(dǎo)出防結(jié)焦裝置，包括提升管、一級、二級旋風(fēng)分離器、汽提段和沉降器。提升管與一 級旋風(fēng)分離器相連通，一級旋風(fēng)分離器(即粗旋)升氣管與二級旋風(fēng)分離器(頂旋)密閉 連通，稀釋蒸汽管位于沉降器的頂部；其特征在于設(shè)一與一級旋風(fēng)分離器升氣管相連通 的導(dǎo)流管，該導(dǎo)流管的下部設(shè)置一導(dǎo)流罩，用以將沉降空間的油氣快速導(dǎo)出，消除沉降器有 害的油氣滯留空間和絕大部分空間的油氣氛圍，防止結(jié)焦。根據(jù)該專利說明書中的描述，其 導(dǎo)流管下部出口(即油氣進導(dǎo)流管的入口，導(dǎo)流罩位置)位于二級旋風(fēng)分離器料腿下部排 出口位置，二級旋風(fēng)分離器料腿下口可以包裹于導(dǎo)流罩內(nèi)，也可以不包裹于其中。按照該專 利方案雖可實現(xiàn)將沉降器底部汽提油氣快速導(dǎo)出沉降器，但該專利方案中導(dǎo)流管-導(dǎo)流罩 的油氣引出入口與二級旋風(fēng)分離器的料腿排出口位置太近，因此，無論二級分離器料腿是 否包裹于導(dǎo)流罩內(nèi)，二級旋風(fēng)分離器排出的較細的催化劑顆粒，都容易會隨油氣一起被導(dǎo) 流管抽吸進導(dǎo)流管，進而進入二級旋風(fēng)分離器，從而增加二級旋風(fēng)分離器的負荷和催化劑 跑損、油漿固含量；導(dǎo)流管內(nèi)流速越高、抽吸力越大，催化劑跑損就越嚴重。此外，該專利方 案還存在抗裝置波動(壓力、流量、催化劑藏量等波動)能力差等缺陷。一旦汽提段料位升 高，極易發(fā)生大量催化劑被抽吸進導(dǎo)流管，導(dǎo)致催化劑大量跑損。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷與不足，提供一種可用于抑制或減少重油 催化裂化沉降器內(nèi)設(shè)備壁面結(jié)焦的技術(shù)，從而減少或避免因結(jié)焦引發(fā)的催化裂化裝置非計 劃停工事故，降低結(jié)焦對裝置安穩(wěn)長生產(chǎn)的危害。同時，采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可以在不增加能 耗的前提下，提高油氣引出沉降空間的效率。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的防結(jié)焦沉降器系統(tǒng)，主要包括粗旋、頂旋、油氣引流管， 管口慣性分離元件，粗旋升氣管與引流管的直聯(lián)構(gòu)件、汽提段，防焦蒸汽環(huán)以及沉降器；其 主要特征在于1、提升管末端與一級旋風(fēng)分離器(即粗旋)相連，且粗旋的升氣管通過直聯(lián) 構(gòu)件與沉降空間中部的油氣引流管密閉切向連接；2、油氣引流管上部與下部之間通過承插 式軟連接聯(lián)接；3、油氣引流管頂部與頂旋入口直聯(lián)，頂旋升氣管連通沉降器頂部的內(nèi)或外 集氣室；4、油氣引流管下端開口用以快速引出沉降空間油氣，開口下端設(shè)置慣性分離元件， 以減少沉降器底部催化劑顆粒夾帶進入油氣引流管；5、沉降空間頂部設(shè)有防焦蒸汽環(huán)，該 防焦蒸汽為250-500°C的過熱蒸汽。本發(fā)明的重油催化沉降器防結(jié)焦技術(shù)的工作原理是提升管末端的油氣和催化劑 進入粗旋風(fēng)分離器進行快速的離心分離，大部分油氣和少量夾帶的催化劑經(jīng)粗旋升氣管末 端的直聯(lián)構(gòu)件進入中心油氣引流管，并直接進入頂部旋風(fēng)分離器而不再進入沉降空間，完 全消除了這股油氣在沉降器空間結(jié)焦的可能性；剩下三部分油氣(1)、隨粗旋料腿正壓排 料而進入沉降器底部的油氣(一般約為粗旋進口總氣量的6 12% ) ； (2)、頂旋風(fēng)分離器 料腿排料夾帶進入沉降器空間的油氣(量很少)；(3)、催化劑顆粒間與顆粒內(nèi)孔夾帶、吸附4的油氣，在汽提段被蒸汽置換汽提出來。這三部分油氣都是從沉降器底部進入沉降器空間 的。傳統(tǒng)沉降器中它們都是緩慢地向上運動經(jīng)過沉降器空間，最后到達沉降器頂部從頂旋 排出沉降器，油氣在沉降空間的停留時間長，造成大量結(jié)焦。本發(fā)明設(shè)油氣引流管，使這三 部分油氣進入沉降器底部就很快進入油氣引流管迅速離開沉降器，而不再擴散到沉降器的 全部空間，油氣在沉降空間內(nèi)停留時間短，從而減少了沉降器上部空間結(jié)焦的可能；沉降器 空間油氣和蒸汽只有引流管一個出口，頂部防焦蒸汽將從上而下壓迫沉降器底部油氣，使 之快速從引流管排出；粗旋升氣管末端的直聯(lián)構(gòu)件通過切向引導(dǎo)油氣在中心引流管上段形 成中部低壓的旋轉(zhuǎn)流動，增加沉降空間與中心引流管上段之間的壓差，提高中心引流管對 油氣的抽吸效率；引流管開口下端設(shè)置慣性分離元件，以減少粗旋和頂旋料腿排出的催化 劑顆粒彈濺進入中心引流管。采用本發(fā)明的方案，可在保證油氣和催化劑快速分離的前提 下，使進入沉降器空間的四部分油氣都快速引出沉降器，大大減少油氣在沉降器內(nèi)的停留 時間，同時還可抑制催化劑飛濺、跑損；有效地抑制沉降器內(nèi)結(jié)焦，延長裝置開工周期，并具 有一定的節(jié)能效果。


圖1為本發(fā)明的一個實施方案的主視圖；圖2 圖5為本發(fā)明中心引流管口慣性分離元件的幾種可變類型，實際還可以有 許多衍生的結(jié)構(gòu)方式；圖6 圖9為本發(fā)明中粗旋升氣管末端直聯(lián)構(gòu)件的幾種變化，當然還存在其他等 效的結(jié)構(gòu)形式。
具體實施例方式為更清楚的理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面舉例進行詳細說明圖1為按照本發(fā)明思想的一種抑制沉降器結(jié)焦的油氣快速引出實施方案。1為提 升管反應(yīng)器末端的粗旋入口段；2為粗旋風(fēng)分離器，粗旋可以是兩個或多個并聯(lián)；3為粗旋 升氣管；4是中心引流管上下兩部分的承插式軟連接；5是中心引流管，其下部開口連通沉 降空間，上部密閉連接頂旋進口 ；中心引流管可以是一個或多個；6是中心引流管入口的慣 性分離單元，可以是比較簡單的檔板、檔錐，切向槽、縫或其他分離機構(gòu)；7為粗旋風(fēng)分離器 料腿；8是頂部旋風(fēng)分離器，可以是一個或多個并聯(lián)；9為頂旋料腿及閥；10為沉降器底部 的汽提段頂部；11是沉降器集氣室；12是沉降器頂部的防焦蒸汽環(huán)；13為粗旋升氣管與中 心油氣引流管之間的直聯(lián)構(gòu)件，其形式可以是蝸殼式漸進入口，也可以是簡單的直切形式， 構(gòu)件內(nèi)部可以不含任何結(jié)構(gòu)，也可以設(shè)置用于穩(wěn)定旋流的內(nèi)柱板。該實施例中，來自提升管末端1的油氣和催化劑先進入粗旋2中分離，在粗旋中絕 大部分的催化劑受到離心力的作用而被分離下來沿料腿7排入沉降器底部，進入汽提段10 內(nèi)進行汽提。粗旋分離的油氣夾帶少量催化劑通過粗旋升氣管經(jīng)由直聯(lián)構(gòu)件13進入中心 引流管5，再進入頂部旋風(fēng)分離器8中進行進一步的油氣分離；頂旋升氣管排出的油氣進入 集氣室11，最終排出沉降器；頂旋分離下來的催化劑則經(jīng)頂旋料腿及其末端排料閥9又回 到沉降器底部，落入汽提段10內(nèi)。中心引流管5的下口與沉降器底部的粗旋料腿排出口、 頂旋料腿排出口保持一定距離，這一距離應(yīng)大于粗旋和頂旋料腿排出催化劑的彈濺高度，該彈濺高度可用下式進行計算Z = 8.21 XIO-2 A0104 Re0/6 [(pP — Pg)/Pg ]°32Repl=^M1Ps/"其中，dp為平均粒徑，μ為氣體粘度。從而使粗旋料腿排出的油氣+催化劑和 頂旋料腿排出的催化劑+油氣在折轉(zhuǎn)向上的過程，大部分催化劑得以沉降與油氣分離。這 兩部分油氣和汽提段被蒸汽置換出來的油氣一起從沉降器底部緩慢上升，經(jīng)過一定高度沉 降、緩沖與氣流調(diào)整，再經(jīng)過設(shè)置在中心引流管入口的錐形檔板慣性分離元件6，避免大量 催化劑被抽吸到中心引流管，既使沉降器底部的這三部分油氣從沉降器底部快速引出沉降 器，不再進入沉降器中上部空間，避免結(jié)焦，又使粗旋2、頂旋8料腿排出的催化劑不至于返 混揚起被吸入中心引流管5，增加頂旋負荷，使催化劑跑損增加。沉降器頂部防焦蒸汽環(huán)管 12將蒸汽噴入沉降器頂部，由上向下壓迫油氣，使沉降器底部油氣只能從中心引流管流出。 粗旋升氣管油氣經(jīng)13呈切向進入中心引流管，利用氣量的自身能量在中心引流管內(nèi)產(chǎn)生 一定得旋轉(zhuǎn)抽力，增加對底部油氣的抽吸。本發(fā)明串聯(lián)了粗旋和頂旋兩級旋風(fēng)分離器，油氣與催化劑的分離效率可以達到 99. 99%以上，實現(xiàn)油氣與催化劑的快速分離。沉降空間的油氣在引流管、慣性分離錐和防 焦蒸汽的作用下，可以將由旋風(fēng)分離器料腿和汽提段進入沉降空間的油氣從沉降器下部快 速引出，油氣在沉降空間內(nèi)的平均停留時間可減少到5 10秒以內(nèi)，避免油氣長時間滯留 沉降空間引發(fā)結(jié)焦。某120萬噸/年重油催化裝置沉降器采用本發(fā)明的防結(jié)焦技術(shù)改造前，3年因沉降 器結(jié)焦引起非計劃停工事故4次，給企業(yè)造成了巨大經(jīng)濟損失。采用本發(fā)明技術(shù)改造后，該 套裝置連續(xù)運轉(zhuǎn)3年沒有發(fā)生結(jié)焦引起的停工事故，實現(xiàn)安穩(wěn)長生產(chǎn)，經(jīng)濟效益顯著。采用本發(fā)明技術(shù)，對現(xiàn)有沉降器內(nèi)分離系統(tǒng)的總體布局改變不大，只需增加中心 引流管、直聯(lián)構(gòu)件及其引流入口處的慣性分離元件，改動量小，結(jié)構(gòu)緊湊，可保證沉降器穩(wěn) 定運行3年以上，總體結(jié)焦程度顯著減少。可在全國類似的催化裂化裝置上推廣應(yīng)用，市場 前景廣闊。在此說明書中，本發(fā)明技術(shù)已參照其特定的實例做了描述。但是很顯然仍然可以 做出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認為是說明 性的而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種抑制重油催化裂化沉降器結(jié)焦的油氣高效快速引出方法及裝置，包括粗旋、粗 旋末端直聯(lián)構(gòu)件、頂旋、油氣引流管、引流管入口下端慣性分離元件、汽提段、防焦蒸汽環(huán)以 及沉降器；其特征在于提升管末端與粗旋相連，且粗旋風(fēng)分離器的升氣管通過切向直聯(lián) 構(gòu)件匯集到沉降空間中部的油氣引流管；油氣引流管上部與下部之間通過承插式軟連接聯(lián) 接；油氣引流管頂部與頂旋入口封閉連通，頂旋升氣管連接沉降器頂部的內(nèi)或外集氣室； 油氣引流管下端開口，其開口下端設(shè)置慣性分離元件；沉降空間頂部設(shè)有防焦蒸汽環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粗旋升氣管末端直聯(lián)構(gòu)件，其特征在于，所述直聯(lián)構(gòu)件位于 粗旋升氣管末端，并與沉降器中部油氣引流管切向封閉連接；連接口可以是2 10個，連通 2 10個粗旋升氣管；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的粗旋升氣管末端直聯(lián)構(gòu)件，其特征在于，直聯(lián)構(gòu)件的內(nèi)部可 設(shè)置有穩(wěn)流結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以是導(dǎo)流板，也可以是圓柱形內(nèi)板；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述油氣快速引出的油氣引流管，其特征在于，所述的油氣引流管 位于沉降器中心部位，引流管的頂部與頂旋封閉直連，下部末端開口位于沉降器下部，開口 下端有一慣性分離單元；引流管下端開口與粗旋料腿末端排料口間有一高度差，與頂旋料 腿排料口間也有一高度差，其高度差大于料腿排出的催化劑的彈濺高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的油氣引流管，其特征在于，油氣引流管下端油氣入口之下設(shè) 一慣性分離機構(gòu)，該慣性分離機構(gòu)為檔板、檔錐、百葉窗式、急彎、切向槽道等中一種或其組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化裂化沉降器防結(jié)焦技術(shù)，其特征在于，油氣引流管可以 是1 6個，但優(yōu)選的是一個且位于沉降器中心。
全文摘要
一種石油催化裂化沉降器油氣快速引出、防止沉降器內(nèi)結(jié)焦的方法及裝置，包括粗旋、粗旋升氣管末端直聯(lián)構(gòu)件、頂旋、油氣引流管、引流管入口下端慣性分離元件、汽提段、防焦蒸汽環(huán)及沉降器。所述的沉降器內(nèi)油氣和蒸汽只從油氣引流管流出沉降器，引流管開口下端設(shè)置慣性分離元件，以減少粗旋和頂旋料腿排出的催化劑彈濺進入油氣引流管；粗旋升氣管通過直聯(lián)構(gòu)件與油氣引出管切向相連，在引流管上段形成旋流、產(chǎn)生旋渦低壓區(qū)，增加油氣引流抽力。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單緊湊，既保證油氣和催化劑的快速、高效分離，又使沉降器空間的油氣快速引出沉降器，大大減少油氣在沉降器內(nèi)的停留時間，有效地抑制沉降器內(nèi)結(jié)焦，從而延長催化裝置的開工周期。
文檔編號C10G75/00GK102041096SQ20091018044
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月15日
發(fā)明者付烜, 劉書賢, 孫國剛, 時銘顯 申請人:中國石油大學(xué)(北京)