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提升管末端快分技术进展样本

《石化设备进展》课程报告

提高管末端快分技术进展

摘要：

简朴简介了当前国外FCC提高管末端快分技术，如美国Mobil公司闭式直联系统、UOP公司VDS系统和VSS系统、S&W工程公司Ramshom轴向旋风分离器，重点简介了环形挡板式汽提粗旋（FSC）、旋流式快分（VQS）、密相环流汽提粗旋（CSC）等3种国产新型催化裂化提高管出口快分系统设计原理、构造特点及工业应用状况。

核心词：

催化裂化；提高管出口快分；旋风分离器

近年来,随着催化裂化（FCC）反映原料重质化,裂化反映深度不断增长,反映温度逐渐提高,反映沉降空间内无选取性二次裂化和热裂化趋势也越来越明显,其成果不但导致轻油收率减少、干气和焦炭收率增长,并且热裂化发生还导致反映、分馏系统结焦严重。

这一问题在有些炼厂已成为影响催化裂化装置（FCCU）长周期安全运营制约因素[1]。

FCC工艺浮现这些新特点,规定设计出更加先进提高管末端催化剂和油气迅速分离装置,以便能将油气和催化剂迅速和高效地分离开来,并迅速引出反映沉降器,缩短油气在高温环境下平均停留时间。

1国外催化裂化提高管末端快分技术

国外关于提高管出口快分技术专利众多，但初期技术（如T型、倒L型、三叶型以及较新弹射式快分等），仅从提高气固一次分离效率入手，并未注意反映后油气返混问题，致使反映后油气在沉降器系统内平均停留时间高达10～20s，容易产生过度热裂化，增长了干气收率，减少了轻油收率，使沉降器内结焦严重。

20世纪80年代以来，国外几种大公司都着手改进这方面问题，又相继推出了某些较好专利技术。

已在工业上实行并获得较好效益新技术重要有美国Mobil公司封闭旋风分离器[2-3]，S&W公司Ramshom轴向旋风分离器，UOP公司VDS系统[4]和VSS系统[5-6]。

1.1封闭旋风分离器

为了减少提高管之后二次非抱负反映发生,提高反映选取性和目产物产率,Mobil和Kellogg公司联合开发了效率较高密闭式旋分器技术。

该技术特点是催化剂和反映油气从提高管出口出来后直接进入与提高管末端相连一级旋分器进行迅速分离,携带少量催化剂油气再进入二级旋分器进一步分离。

此技术几乎可以完全消除提高管后裂化,减少干气产率,提高总液收率,并可做到无端障运营。

依照氦示踪法测定表白,采用密闭式旋分器技术后,油气平均停留时间由敞口式提高管20s下降至2s左右,且油气返混现象明显减少。

1.2　UOP公司VDS和VSS提高管终端技术

VDS快分特点是在粗旋下部加了1台预汽提器,形成二级汽提,粗旋升气管与顶旋入口相联（中间脱开一种环形空间,可容许汽提气进入）;而VSS快分是提高管出口端有几种弯成一定角度弯臂,使油剂混合物以旋流形式喷出。

此旋流头外又罩一种封闭罩,下面有二级汽提,罩升气管则与顶旋相连[4,8]。

VDS和VSS一种重要特点是,被汽提出来烃和从汽提器出来蒸汽直接向上通过旋涡室与向下待生剂逆向接触,起到迅速预汽提分离待生剂作用。

据报道,采用UOPVDS和VSS装置后来,烃捕获率达98%,而油气停留时间可以缩短到6s如下。

此外VDS和VSS系统与老式T形快分相比,汽油产率提高,而干气产率和催化剂上碳差均有所下降。

1.3　S&W公司提高管末端技术

提高管末端装置（RTD）可大大减少油气在提高管后停留时间,即由本来15～51s下降至4～9s。

S&W公司最新型式RTD为Ramshorn分离器或轴向分离器,这种RTD特点是气体分离更快,压降更小,提高管顶端可活动,可避免催化剂带入主分馏塔,同步操作以便。

S&W公司提高管后冷技术是在粗旋油气出口处注入一股急冷剂,以减少提高管反映器后沉降器稀相温度,从而减少油气温度,同样可以使油气二次反映与热裂化反映减少,使轻质油收率提高约2%,干气和焦炭产率下降。

2国内催化裂化提高管末端快分技术

国内既有FCCU当前重要采用三叶型及粗旋式2种快分技术,有些装置还在用较陈旧T型及倒L型快分,与国外新技术相比差距甚大。

针对这一现状,中华人民共和国石油大学（北京）从1994年开始着手新型高效快分系统开发研究,现已开发出3种快分系统,即FSC系统（环形挡板式汽提粗旋系统）、VQS系统（旋流式快分系统）和CSC系统（密相环流汽提粗旋系统）。

2.1FSC快分系统

2.1.1　设计原理

国内当前惯用提高管出口粗旋分器气固分离效率已经很高,普通均不不大于99%。

近年来,各设计院又将粗旋升气管向上延伸到顶部单级高效旋分器入口附近,使油气停留时间大大缩短,效果明显。

但尚有一种问题没有被人们结识到,这就是粗旋料腿是正压差排料,这一点与普通流化床内旋分器不相似。

依照实验推算,粗旋料腿顶端压力要比沉降器内压力高出约（0.4～0.5）ΔPc（ΔPc为粗旋压降）。

因此粗旋料腿排料时,除较密催化剂流（预计其密度在200～300kg/m3）携带油气向下排放外,还将有一股油气在此正压差作用下向下喷出（依照实验测定成果来推算,从粗旋料腿中向下流出油气量约占进入粗旋总油气量10%～15%）,随后这某些油气和床层汽提气一起以不大于0.1m/s线速度向上流动,需流经10多米距离后才干进入顶部旋分器,这样其在沉降空间停留时间可高达100s,因而很容易导致结焦,并且使得所有油气平均停留时间变为14.5s,从而将粗旋升气管向上延伸所带来好处抵消了一大某些。

FSC快分系统技术核心就在于把粗旋料腿改为一种独特预汽提器,它在使催化剂获得及时高效汽提同步还要将正压差排料变为负压差排料,让所有油气（涉及催化剂夹带油气）都从粗旋中迅速上升流动,但又不能因而而减少粗旋气固分离效率。

要解决这个看来似乎是互相矛盾技术难题,出路在于要在预汽提器内开发一套构造独特挡板系统。

此外,要将粗旋升气管出口油气迅速引入顶旋,尽量减少或消除油气在沉降器顶部弥散和停留,但又要克服闭式直联方式存在操作弹性小弊病,这就要开发新型油气导流构造。

2.1.2　构造及特点

FSC快分系统（构造如图1所示）由如下3某些构成

（1）带有独特挡板构造预汽提器。

它特点是带有裙边及开孔人字挡板,在一定尺寸匹配条件下,可以保证挡板上形成催化剂薄层流动,且与汽提气形成十字交叉流,从而提高汽提效率。

（2）粗旋排料口与预汽提器连接采用中心稳涡杆与消涡挡板相结合新构造。

一方面将浓集在器壁处旋转催化剂流转变为挡板上薄层流,为高效汽提创造条件;另一方面在防止旋风分离器内强烈内旋涡始终延伸到料腿顶端同步,又防止上升汽提气干扰旋风分离器内流场,从而保证在把正压差排料变为微负压差排料同步,防止旋风分离器效率受到不利影响,依然保持原有高效率。

（3）在粗旋升气管及顶旋入口间实现灵活多样开式直联方式。

可视装置详细状况,选用紧接式或承插式构造。

这样既可保证所有油气以少于4s时间迅速引入顶旋,又克服了直联方式操作弹性小弊病。

图1　FSC快分系统构造示意

通过大型冷模实验装置对常规粗旋和FSC汽提效果对比实验发现,在预汽提线速度为0m/s时,常规粗旋下行气体相对量与FSC下行气体相对量比值约为1.3；当预汽提线速度增长到0.2m/s时,此比值增大到1.8左右。

这表白FSC系统对汽提效果改进是非常明显。

其重要原由于:

在常规粗旋下部直接进行汽提,没有从主线上变化粗旋料腿内气固流动形态,料腿仍处在正压差排料状态,因而对汽提效果改进并不明显；FSC由于增设了一级汽提器,变化了常规粗旋料腿中气固流动形态,使之由正压差排料变成了微负压差排料,从而可大大减少粗旋料腿排料时向下夹带气体量。

2.1.3工业应用状况

FSC快分系统现已成功应用于国内多套FCCU（规模在15～350万t/a）。

FCCU改用FSC系统后,干气和焦炭收率减少,轻油收率提高0.5～1.0个百分点,油浆固含量不大于2g/L,并有效地缓和了沉降器内部结焦,获得了良好经济效益[9]。

2.2VQS快分系统

2.2.1　设计原理

在提高管出口采用各种（3～5个）流线型旋臂构成旋流快分头,在旋流头外面增设封闭罩,封闭罩下部增设3～5层高效预汽提挡板构成预汽提段,封闭罩上部采用承插式导流管与顶旋直联。

VQS系统可实现气固迅速分离（分离效率高达98.5%以上）,封闭罩下部预汽提段可实现分离后催化剂迅速预汽提,封闭罩上部承插式导流管可实现分离后油气迅速引出。

2.2.1构造及特点

VQS系统由导流管、封闭罩、旋流快分头、预汽提段等4某些构成（构造如图2所示）,具备如下构造特点

（1）带有独特挡板构造预汽提器。

它特点是带有裙边及开孔人字挡板,在一定尺寸匹配条件下,可以保证挡板上形成催化剂薄层流动,且与汽提气形成十字交叉流,尽量避免密相床中大气泡流动,以提高剂-气两相间接触效果,从而大大提高汽提效率。

（2）预汽提器内独特设计挡板构造及旋流头和封闭罩尺寸优化匹配设计,可使旋流头在

其下部有汽提气上升状况下仍可达到98.5%以上分离效率。

（3）在封闭罩及顶旋入口间实现灵活多样开式直联方式。

可视装置详细状况,选用承插式或紧接式构造。

这样既可保证所有油气以不到4s时间迅速引入顶旋,又克服了直联方式操作弹性小弊病。

图2　VQS快分系统构造示意

VQS系统独特设计近乎流线型悬臂旋流头较好地实现了油气和催化剂低阻高效迅速分离,经3～4层挡板汽提后,催化剂流内已检测不到有夹带油气示踪,证明确可让所有油气（涉及催化剂流向下夹带油气）都从封闭罩内上升流动。

氢示踪检测已证明,所有油气引入顶旋只需3～4s,实现了迅速引出规定。

在提高管内气体线速度（4～21m/s）及催化剂循环量有大幅度变化状况下,VQS系统仍能稳定地运营,表白它具备较大操作弹性和较好操作稳定性。

对于采用内提高管大型FCCU而言,采用VQS快分系统其总体构造比采用FSC快分系统更为简朴。

2.2.3工业应用状况

为了考察VQS快分系统工业应用效果,在中石化九江分公司100万t/aFCCU上进行了工业实验[10],成果表白：

（1）采用VQS系统后,油气在沉降器内平均停留时间大大减少,在比改造前提高掺渣比1.69个百分点条件下,产品分布得到了明显改进,轻质油、轻液收均提高了1个百分点以上,干气和焦炭收率下降了0.5个百分点；

（2）VQS系统具备高分离效率和良好操作弹性,油浆固含量可减少到4g/L如下,操作弹性可在74%～105%内变化；（3）VQS系统具备较高预汽提效率,可使待生催化剂上焦炭中H/C减少1个百分点以上；（4）由于大幅度减少了反映油气在沉降器内停留时间,缓和了高掺渣比下沉降器结焦问题,延长了开工周期，掺渣比由改造前33.06%提高到45.39%。

当前VQS快分系统已在国内7套FCCU（规模为80～300万t/a）上应用,均获得了较好效果。

近年来,随着MIP技术开发成功,该技术又在4套工业装置MIP技术改造中得到了成功应用,有效地减少了装置改造费用。

2.3CSC快分系统

2.3.1　设计原理

FSC系统下部预汽提器采用是多层环形挡板构造,催化剂在预汽提器内以薄层稀相洒落方式流动,汽提效率有待进一步提高;此外,采用环形挡板预汽提器其构造较为复杂,不便于检查和检修。

为了克服上述局限性,开发出CSC快分系统。

其重要设计原理是将粗旋下部挡板式预汽提器改为一种密相环流式预汽提器,通过变化内外环汽提蒸汽量来调节内外环密度差,使催化剂在内外环之间形成密相环流动,以实现减少蒸汽用量、提高汽提效率目,同步也可使预汽提器构造得到简化。

2.3.2构造及特点

CSC系统（构造如图3所示）重要由3某些构成：

（1）优化构造尺寸粗旋风分离器；

（2）带中心下料管密相环流预汽提器；（3）承插式（或开式直联）导流管气体迅速引出装置。

图3　CSC快分系统构造示意

CSC系统具备如下特点:

（1）气固分离效率高。

在适当预汽提气量下该系统分离效率可达到99.5%以上。

由于增设了密相环流预汽提器,变化了原常规粗旋系统压力分布,使其料腿由本来正压差排料变为负压差排料,基本消除了提高管出口某些油气向下返混。

（2）可有效减少外取热器取热负荷。

由于预汽提器改用了密相环流新技术,可使催化剂在环流流动过程中多次与新鲜预汽提蒸汽相接触,实现了在较小预汽提蒸汽用量下获得很高汽提效率目,使带入再生器可汽提焦大大减少。

（3）提高了目产品收率。

采用合理油气迅速引出构造,减少了油气在沉降器顶扩散、滞留、结焦。

油气停留时间由常规15～20s缩短到5s如下。

（4）具备较好操作弹性和操作稳定性。

当提高管线速度和催化剂循环量发生较大幅度变化时,该系统仍能稳定运营,油浆固体含量维持在较低水平。

2.3.3工业应用状况

CSC系统已成功应用于胜华炼油厂10万t/aFCCU,其应用成果表白,该系统开工灵活,操作弹性大,气固分离效率高（油浆固含量不大于2g/L）,油气在沉降器内停留时间短,减少了油气二次裂解,提高了反映选取性,装置总液收从CSC系统投用前84.55%提高到投用后86.19%,即总液收提高了1.64个百分点,效果十分明显[11]。

CSC系统现已在国内近10套工业FCCU上得到应用,其成果不但有效地缓和了沉降器系统结焦,同步也改进了装置产品分布状况。

3结论

当前国内外几种新型提高管末端出口快分技术，可在FCCU上实现“三快”目的,即油气和催化剂迅速分离、油气迅速引出及催化剂夹带油气迅速预汽提。

工业应用成果表白，上述几种快分系统具备开工灵活,操作弹性大,气固分离效率高（油浆固含量不大于2g/L）等长处,并可有效地改进产品分布。

参照文献：

[1]中华人民共和国石化催化裂化协作组情报站.中华人民共和国催化裂化30年[M].北京：

中华人民共和国石化出版社.1995.

[2]QuinnGP，SilvermanMA.FCCreactorproduct-catalysttenyearsofcommercialexperiencewithclosedcyclones[A].NPRAConventionCenter.NPRAAM-95-37.SanAntonioTexas.1995.

[3]KrambeckFJ，SchatzKW.ClosedreactorFCCsystemwithpro2visionforsurgecapacity[P].US，US4579716.1987.

[4]CetinkayaIB.Disengagerstripper[P].US，US5158669.1992.

[5]塞亭卡亚IB.流化催化裂化原料流化催化裂化办法及其装置[P].中华人民共和国专利，CN92112441.4.199.

[6]CetinkayaIB.Externalintegrateddisengagerstripperanditsuseinfluidizedcatalyticcrackingprocess[P].US，US5314611.1994.

[7]McCarthySJ，RatermanMF，SmalleyCGetal．NPRAAnnualMeeting［Z］．SanAntonio，Texas，1997．AM－97－10．

[8]SchnaithMW，GilbertAT，LomasDAetal．NPRAAnnualMeeting［Z］．SanFrancisco，1995．AM－95－36．

[9]曹占友，卢春喜，时铭显.新型汽提式粗旋风分离器系统研究[J].石油炼制与化工，1997，22（3）：

47-51.

[10]卢春喜，蔡智，时铭显.催化裂化提高管出口旋流快分（VQS）系统实验研究与工业应用[J].石油学报（石油加工），，20（3）:

24-29.

[11]卢春喜，徐桂明，卢水根，等.用于催化裂化预汽提式提高管末端快分系统研究及工业应用[J].石油炼制与化工,，33

（1）:

33-37.