防结焦沉降器 |
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| 申请号 | CN202211183503.8 | 申请日 | 2022-09-27 | 公开(公告)号 | CN117821102A | 公开(公告)日 | 2024-04-05 |
| 申请人 | 中国石油大学(华东); 山东东明石化集团有限公司; | 发明人 | 张强; 李春义; 丁书兵; 张长庆; 许乃文; | ||||
| 摘要 | 一种沉降器，包括：沉降器罐体、初级分离器以及旋 风 分离器，初级分离器设在沉降器罐体之外，其中，初级分离器包括分离器本体、进气口、出气口以及下料斜管，下料斜管的出口端位于沉降器罐体内，出气口与分离器本体以及旋风分离器连通。通过在沉降器外设置初级分离器，大大的减低了沉降器内结焦概率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种沉降器，包括：沉降器罐体、初级分离器以及旋风分离器，初级分离器设在沉降器罐体之外，其中，初级分离器包括分离器本体、进气口、出气口以及下料斜管，下料斜管的出口端位于沉降器罐体内，出气口与分离器本体以及旋风分离器连通。 |
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| 说明书全文 | 防结焦沉降器技术领域[0001] 本申请涉及一种沉降器，具体的，催化脱氢、裂解反应装置的沉降器，防止结焦的沉降器，属于石油化工领域。 背景技术[0002] 催化裂化/裂解装置结焦导致装置无法连续长周期运转，给企业造成巨大的经济损失。沉降器的结焦物理因素主要是反应油气中重组分的冷凝及其对催化剂、沉降器内构件的粘附，通过减少油气重组分的冷凝可以有效的抑制沉降器的结焦。如果温度低于其油气分压下的露点温度，重组分就会冷凝析出，黏附在催化剂上，被器壁或内构件捕获，进而形成焦炭。一般油气中的重组分是造成结焦的根源，沉降器内的流动状况，温度分布、油气停留时间及操作方式对结焦有重要的影响。 [0003] 由于沉降器内的空间比较大，油气流动速度比较小，油气在沉降空间的停留时间比较长，且存在油气流动死区，这不仅会增加油气的二次过裂化反应，同时也会增加油气中重组分的冷凝，使得油气中油液滴的比例上升，油气结焦的可能性增加。生成的结焦物黏附在沉降器内壁及设备外表面并不断增加厚度，久而久之便成为严重危害装置长周期运行的隐患。 [0004] 中国专利ZL201010263125.5抑制重油催化沉降器结焦的油气快速引出设备及方法。可以使油气和催化剂快速分离，油气进入沉降器空间就快速排出，避免扩散到沉降器全部空间，消除油气因长时间滞留沉降空间而导致的结焦，延长装置开工周期。 [0005] 中国专利ZL98102166.2、ZL98204681.2还将预汽提段的内部挡板改为环流套筒，并使粗旋风分离器升气管与顶旋风分离器入口承插式导气直连接。中国专利ZL96103478.5、ZL96103420.3、ZL01228805.5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。 中国专利ZL01100418.5提出了一种用于提升管流化床反应系统的多级串联紧凑型气固快速分离系统，用于提升管反应后油气与催化剂的快速分离，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，减少沉降器内的结焦现象。 [0006] 中国专利ZL92112441.4、ZL96103419.X，美国专利US5158669、欧洲专利EP0593827A1等在提升管反应器末端粗旋风分离器下部直接连接了一个预汽提段，减少从粗旋风分离器料腿向下喷出的油气量，缩短反应油气在沉降器内的停留时间。 [0007] 中国专利ZL201410613806.8，ZL201320042717.3和ZL200910180443.2等专利，分别针对于沉降器顶部，中部旋风分离器附近以及底部的油气重组分的冷凝结焦问题等问题，通过在沉降器的不同位置(顶部，中部或底部)设置一组或多组防焦蒸汽环管，防焦蒸汽环喷射蒸汽至沉降器阻隔油气，从而减少催化裂化沉降器结焦。 [0008] 然而这些专利重点都在于提升管末端油气与催化剂的快速分离、降低下排入沉降器底部汽提段的油气量及使粗旋风分离器升气管上升的油气快速导出沉降器，对于被催化剂颗粒夹带和颗粒内孔吸附进入沉降器底部和汽提段的油气没有处理方案。在汽提段被蒸汽汽提出来的油气，虽然量不多，但多是较重馏分，且需要经过整个沉降器空间才能进入顶旋风分离器离开沉降器，因而这部分油气停留时间较长，可达几十秒，甚至上百秒，容易产生结焦。 [0009] 中国专利ZL200310121301.1和ZL200510017707.4提出引入再生催化剂或高温高活性的待生剂到汽提段。通过提高汽提段温度和催化剂活性，创造环境使催化剂颗粒间和颗粒内夹带或吸附的油气(常常是容易生焦的重组分)在汽提段内反应转化为轻质油气，从而消除沉降器内结焦的内在因素，同时还可减少后续系统的结焦。显然，这一措施对现有的沉降器反应工艺和设备系统结构变动较大，不易实施且风险较大。 [0010] 中国专利ZL200420037425.1提出了一种主要针对底部汽提油气的反应沉降器油气快速导出防结焦装置。设一与一级旋风分离器升气管相连通的导流管，该导流管的下部设置一导流罩，用以将沉降空间的油气快速导出，消除沉降器有害的油气滞留空间，防止结焦。按照该专利方案虽可实现将沉降器底部汽提油气快速导出沉降器，但该专利容易增加二级旋风分离器的负荷和催化剂跑损、油浆固含量的问题。发明内容 [0011] 本申请的第一目的是在减少在沉降器内的结焦。通过在沉降器外设置初级分离器，大大的减低了其在沉降器内结焦。 [0012] 本申请的另一个目的，通过对沉降器内器壁的冲刷，可以将刚凝结的油气和粘附的催化剂脱离沉降器的器壁。 [0013] 本申请提供的沉降器，包括：沉降器罐体、初级分离器以及旋风分离器，初级分离器设在沉降器罐体之外，其中，初级分离器包括分离器本体、进气口、出气口以及下料斜管，下料斜管的出口端位于沉降器罐体内，出气口与分离器本体以及旋风分离器连通。 [0015] 图1流化床反应系统的一种实施方式的结构示意图。 [0016] 图2对比例1使用的流化床反应系统的结构示意图。 具体实施方式[0017] 下面对本发明的防结焦沉降器进一步详细叙述。并不限定本申请的保护范围，其保护范围以权利要求书界定。某些公开的具体细节对各个公开的实施方案提供全面理解。然而，相关领域的技术人员知道，不采用一个或多个这些具体的细节，而采用其他的材料等的情况也可实现实施方案。 [0019] 在说明书中所提及的“实施方案”、“一实施方案”、“另一实施方案”或“某些实施方案”等是指与所述实施方案相关的所描述的具体涉及的特征、结构或特性包括在至少一个实施方案中。因此，“实施方案”、“一实施方案”、“另一实施方案”或“某些实施方案”没有必要均指相同的实施方案。且，具体的特征、结构或者特性可以在一种或多种实施方案中以任何的方式相结合。说明书中所揭示的各个特征，可以任何可提供相同、均等或相似目的的替代性特征取代。因此除有特别说明，所揭示的特征仅为均等或相似特征的一般性例子。 [0020] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则所有的百分数、比率、比例、或份数按重量计。 [0021] 术语“气固分离效率”是指进入分离器的全部催化剂中被气固分离下来的催化剂的质量分率。 [0022] 除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。 [0023] 本申请中，经反应器反应过后的催化剂与油气的混合物，先对油气和催化剂进行初步分离，催化剂经过脱气后再进入沉降器，这可以减少油气直接进入沉降器的比例，增大了催化剂中携带油气的脱除比例。同时，经过初步分离的催化剂对沉降器内的油气具有吸附的作用，对少量沉积到沉降器或其内构件上的催化剂或焦炭具有冲刷作用，可提高沉降器的温度，防止油气在沉降器内结焦。 [0024] 一种沉降器，包括：沉降器罐体、初级分离器以及旋风分离器，初级分离器设在沉降器罐体之外，其中，初级分离器包括分离器本体、进气口、出气口以及下料斜管，下料斜管的出口端位于沉降器罐体内，出气口与分离器本体以及旋风分离器连通。 [0025] 初级分离器的进气口与分离器本体以及反应器连通。反应器内的油气以及催化剂经进气口进入到初级分离器内。 [0026] 在某些实施方式中，初级分离器的下料斜管经沉降器罐体的器壁伸入沉降器罐体内，在沉降器内的下料斜管与罐壁基本垂直。在沉降器罐体内的下料斜管尽可能的短，如此设置，经下料斜管排出的催化剂可以提供冲刷更大的面积的沉降器器壁。 [0027] 从初级分离器进入沉降器中部的催化剂会由上至下散落至沉降器底部，从而对旋风分离器的下料管和沉降器器壁产生冲刷，避免了刚刚凝结的油气和粘附的催化剂长期累积结焦。同时，也会吸附沉降器内的部分易吸附冷凝的结焦组分。 [0028] 在某些实施方式中，初级分离器的分离器本体为横截面为圆形的罐体，分离器本体的截面直径与反应器出口的直径比为(1‑8)：1，优选(2‑5)：1。 [0029] 通过分离器本体的直径大小和出口大小的调整控制从分离器出口的油气携带进入初级旋分分离器的催化剂量。 [0030] 反应器可以为各种构造，譬如等径的提升管，或者变径的提升管等。 [0031] 在某些实施方式中，初级分离器的出气口与旋风分离器的入口通过平滑过渡的弯管连接。 [0032] 优选的，弯管的横截面为圆形，且为等径的，弯管与反应器出口的直径比为(0.1‑2):1，优选(0.5‑1.5)：1。 [0033] 弯管的设置可以保证了油气顺畅的流入到旋风分离器内，不存在催化剂易沉积等问题，另一方面，调整油气的速度，调整催化剂沉积下来的比例或者是油气携带进入粗旋的催化剂的量。 [0034] 分离器本体的直径大于初级分离器的出气口直径。 [0035] 在某些实施方式中，初级分离器的下料斜管包括水平段以及竖直段，水平段位于竖直段下方，竖直段与分离器本体的底部连接，水平段至少部分伸入沉降器罐体内；水平段与水平面基本平行，竖直段为向下输送催化剂的管道。 [0036] 沉降器罐体包括扩径段以及汽提段，扩径段位于汽提段上方。沉降器罐体的横截面优选为圆形，在与沉降器罐体中心轴线垂直的平面上，扩径段的直径大于汽提段的直径。 [0037] 在某些实施方式中，初级分离器的下料斜管经沉降器罐体的扩径段的罐壁伸入沉降器罐体内。 [0038] 优选的，初级分离器的下料斜管的水平段与沉降器的扩径段下缘的高度h与扩径段的高度比为(0.1‑0.9)：1，优选(0.2‑0.5)：1。 [0039] 从初级分离器的下料斜管直接进入沉降器扩径段(沉降器中部)的催化剂温度高于经过沉降器内旋风分离器的下料管出来的催化剂温度。此部分相对高温的催化剂在沉降器中部注入可提高沉降器内的温度，防止油气在沉降器壳体或旋风分离器下料管上的冷凝结焦。 [0040] 在某些实施方式中，初级分离器的下料斜管进入沉降器内的出口的气速为2‑50m/s，优选3‑30m/s。 [0041] 通常规模的反应系统中，在该气速下，既可以将沉降器的器壁的焦粒冲刷掉，又不会对设备冲击太大。 [0042] 初级分离器的下料斜管直径与反应器出口的直径比为(0.1‑3):1，优选(0.8‑2)：1。 [0043] 下料斜管为横截面为圆形，且为等径。 [0044] 在某些实施方式中，在沉降器的扩径段设有防焦网。 [0046] 在沉降器罐体内，防焦网位于初级分离器的下料斜管的水平段之上。 [0047] 防焦网距沉降器扩径段下缘的距离与沉降器扩径段的高度比为(0.2‑0.9):1，优选(0.2‑0.6):1。 [0048] 在某些实施方式中，防焦网上至少部分区域设置开孔。优选的，防焦网开孔率与防焦网总面积比为(0.1‑0.9)：1，优选(0.2‑0.6):1。 [0049] 在沉降器中上部设置防焦网，可以防止沉降器顶部焦块掉入底部。 [0050] 通过设置防焦网，防焦网以上的沉降器器壁的焦块不会掉入沉降器的缩颈段，不会影响催化剂在此处的湍动状态。进而催化剂可以顺畅的进入再生器，保证了整个反应‑再生系统的催化剂流化。 [0051] 在某些实施方式中，初级分离器的分离器本体内设置气体分布器。优选的，气体分布器位于分离器本体靠近下料斜管的位置。 [0052] 气体分布器可以为石油催化裂解或者催化裂化领域中常用的结构，譬如为环形管，环形管的管壁上均匀设置出气孔。 [0053] 气提介质经气体分布器进入分离器本体内，经初级分离器后的催化剂经气提介质对催化剂进行脱气，脱除携带的油气，脱气后的催化剂进入下料斜管。由此，经下料斜管输送管排出的催化剂中携带的油气大大降低。 [0054] 气提介质包括氮气或水蒸气。 [0055] 优选的，气提介质在气体分布器的出口气速为0.5‑50m/s，优选0.8‑30m/s。 [0056] 本申请通过在沉降器罐体外设置初级分离器，设在反应器(譬如：提升管反应器)和沉降器罐体之间，反应器出口的油气和催化剂进入初级分离器，经过初步分离后大部分油气携带少量催化剂从初级分离器上部进入沉降器内的旋风分离器内。初级分离器内大部分催化剂在下落过程中再次经过气提，脱除携带油气后进入沉降器，从而降低了进入沉降器内的油气浓度，达到防止沉降器结焦的目的。 [0057] 在某些实施方式中，本申请的旋风分离器包括一级旋风分离器以及二级旋风分离器，初级分离器的出口与一级旋风分离器连接。 [0058] 一级旋风分离器包括主体、下料管，下料管包括下料管脱气段以及下料管输送段，下料管脱气段的上端部与主体的下端部连接，下料管脱气段的下端部与下料管输送段的上端部连接。 [0059] 在一级旋风分离器的下料管脱气段内设置气体分布器。 [0060] 气提介质经气体分布器进入脱气段内，经一级旋风分离器的主体分离后的催化剂经气提介质对催化剂进行脱气，脱除携带的油气，脱气后的催化剂进入下料管输送段。由此，经下料管输送管排出的催化剂中携带的油气大大降低。 [0061] 气提介质包括氮气或水蒸气。 [0062] 优选的，气提介质在气体分布器的出口气速为0.5‑50m/s，优选0.8‑30m/s。 [0063] 为了进一步很好的气固分离，催化剂和油气经过一级旋风分离器后进入二级旋风分离器。 [0065] 本申请的沉降器可以与现有技术所有的反应器相组合使用，譬如，与普通提升管、双提升管、或带扩径的提升管反应器结构组合使用。 [0066] 本申请的沉降器优选适用于催化裂解反应装置，其中，催化剂与原料油质量比为3‑80，反应温度为500‑800℃。 [0067] 本发明的主要技术优势：通过在提升管和沉降器罐体之间设置初级分离器，将大部分高温催化剂与油气分离，在下落过程中再次经过气提，脱除携带油气后进入沉降器的中部。一方面，对沉降器的器壁以及沉降器内的旋风分离器的下料口的冲刷，很大程度上降低了在沉降器的器壁上结焦。另一方面，经初级分离器分离后的催化剂上冷凝重组分的比例增加，降低了重组分进入沉降器内结焦的比例。进一步的，相对高温的催化剂(相比旋风分离器内的催化剂)进入到沉降器内，可以提高沉降器的温度，油气在沉降器和下料管上冷凝结焦的现象显著下降。因此，本申请的沉降器尽可能的防止沉降器结焦。 [0068] 下面结合具体的实施例进一步说明本发明的沉降器以及其使用该沉降器的反应体系。 [0069] 如图1所示，本实验例的沉降器用于提升管反应装置，本实施例的反应装置包括提升管反应器2以及设在反应器之外的沉降器12。反应器沉降器之外设置初级分离器3。初级分离器3分别与提升管反应器2和沉降器12相连通。 [0070] 反应器沉降器12包括扩径段12’以及汽提段12”，扩径段12’位于汽提段12”的上方。本实施例中，扩径段12’以及汽提段12”的横截面为圆形、且均为直管，扩径段12’的直径大于汽提段12”的直径。在反应器沉降器12内设有一级旋风分离器9、二级旋风分离器11。一级、二级旋风分离器的主体位于沉降器的扩径段内，其下料管的出口位于扩径段12’与汽提段12”的交界处，或者位于气提段内。 [0071] 初级分离器3包括分离器本体3’、下料斜管7、进气口以及出气口。包括分离器本体3’为圆柱体结构的罐体。下料斜管7位于分离器本体3’的下方并与之相连接，在分离器本体 3’的上部设有进气口以及出气口，进气口与提升管反应器2的出口相连接，反应器内的催化剂以及油气经过该进气口进入初级分离器内。分离器本体3’的出气口与一级旋风分离器9通过弯管连接。分离器本体3’内设置气体分布器。 [0072] 下料斜管7包括初级分离器的下料斜管包括水平段15以及竖直段16，水平段15位于竖直段16下方，竖直段15与分离器本体3’的底部连接，水平段15至少部分伸入沉降器罐体内；水平段15与水平面基本平行，竖直段16为向下输送催化剂的管道。初级分离器的下料斜管的水平段15与沉降器的扩径段12’下缘的高度h与扩径段的高度比为(0.1‑0.9)：1，优选(0.2‑0.5)：1。 [0073] 在沉降器扩径段12’内设置防焦网13，所述的防焦网13为片状网，其形状与沉降器罐体的扩径段的横截面相同。在沉降器罐体内，防焦网位于初级分离器的下料斜管的水平段之上。防焦网距沉降器扩径段下缘的距离与沉降器扩径段的高度比为(0.2‑0.9):1，优选(0.2‑0.6):1。防焦网上，开孔率与防焦网总面积比为(0.1‑0.9)：1，优选(0.2‑0.6):1。 [0074] 在本实施例中，反应装置的反应过程包括，反应油气和催化剂1在提升管2内自下向上运动进行反应。反应后的催化剂以及油气经初级分离器3的进气口进入本体。经气固分离之后，分离后的催化剂经下料斜管7、在下料斜管7的水平段15内通入的输送介质8推力下，喷入到沉降器12内。油气经弯管4进入的一级旋风分离器9内进行气固分离。一级旋风分离器9的油气进入的二级旋风分离器11内进一步气固分离；分离后的催化剂进入到脱气段6，在脱气段内设有气体分布器，经汽提介质汽提后，催化剂经下料管10进入到沉降器内。一级、二级旋风分离器分离后的油气经油气出口排出沉降器。 [0075] 实施例1 [0076] 采用本发明如附图1所示的沉降器结构形式，反应条件：原料油为中原原油，采用专利CN202010022024.2的实施例8制备的裂解催化剂。催化剂与原料油的质量比达到50时，反应温度控制在约700℃，装置连续运转6个月未明显结焦。 [0077] 初级分离器的本体截面直径与提升管直径比为3：1；初级分离器出口弯管与提升管的直径比为1.3:1；初级分离器的下料斜管的水平段与沉降器的扩径段下缘的高度h与扩径段的高度比为0.4：1；初级分离器的下料斜管直径与提升管的直径比为0.9：1。初级分离器的下料斜管进入沉降器内的出口的气速为10m/s。沉降器内设置防焦网，防焦网位于初级分离器的下料斜管的水平段之上，防焦网距沉降器扩径段下缘的距离与沉降器扩径段的高度比为0.5:1；防焦网开孔率与防焦网总面积比为0.4:1。 [0078] 表1中原原油性质 [0079] [0080] 对比例 [0081] 该对比例除了反应器沉降器的分离器的设置结构不同之外，其他工艺条件参考实施例1。如附图2所示，在对比例中，没有设置本申请的初级分离器和防结焦网，在沉降器内设置常规的两级旋风分离器，即一级旋风分离器、进入二级分离器，提升管出口与一级旋风分离器连接，一级旋风分离器出气口与二级分离器入口连接。气固分离过程为，高温油气和催化剂直接进入一级旋风分离器，然后进入二级分离器后，油气经油气管道输送至分馏塔底部进行分馏，分离出的催化剂则从一级旋风分离器和二级分离器的底部的翼阀排出，到达沉降器底部经待生斜管进入再生器烧焦。 [0082] 采用该对比例沉降器的反应器形式，其他反应条件如见实施例，该沉降器运行30天结焦。 |
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