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1、word石化设备进展课程报告提升管末端快分技术进展摘要：简单介绍了当前国外FCC提升管末端快分技术，如美国Mobil公司的闭式直联系统、UOP公司的VDS系统和VSS系统、S&W工程公司的Ramshom轴向旋风别离器，重点介绍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升管出口快分系统的设计原理、结构特点与工业应用情况。关键词：催化裂化；提升管出口快分；旋风别离器近年来,随着催化裂化(FCC)反响原料的重质化,裂化反响的深度不断增加,反响温度逐步提高,反响沉降空间无选择性二次裂化和热裂化的趋势也越来越显著,其结果不仅造成轻油收率降低、干气和焦炭收
2、率增加,而且热裂化的发生还导致反响、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)长周期安全运行的制约因素1。FCC工艺出现的这些新特点,要求设计出更加先进的提升管末端催化剂和油气快速别离装置,以便能将油气和催化剂快速和高效地别离开来,并快速引出反响沉降器,缩短油气在高温环境下的平均停留时间。1国外催化裂化提升管末端快分技术国外关于提升管出口快分技术的专利众多，但早期的技术(如T型、倒L型、三叶型以与较新的弹射式快分等)，仅从提高气固一次别离效率入手，并未注意反响后油气的返混问题，致使反响后油气在沉降器系统的平均停留时间高达1020 s，容易产生过度热裂化，增加了干气收
3、率，减少了轻油收率，使沉降器结焦严重。20世纪80年代以来，国外几个大公司都着手改良这方面的问题，又相继推出了一些较好的专利技术。已在工业上实施并取得较好效益的新技术主要有美国Mobil公司的封闭旋风别离器2-3，S&W公司的Ramshom轴向旋风别离器，UOP公司的VDS系统4和VSS系统5-6。1.1 封闭旋风别离器为了减少提升管之后二次非理想反响的发生,提高反响的选择性和目的产物的产率,Mobil和Kellogg公司联合开发了效率较高的密闭式旋分器技术。该技术的特点是催化剂和反响油气从提升管出口出来后直接进入与提升管末端相连的一级旋分器进展快速别离,携带少量催化剂的油气再进入二级旋分器进
4、一步别离。此技术几乎可以完全消除提升管的后裂化,降低干气产率,提高总液收率,并可做到无故障运行。根据氦示踪法测定明确,采用密闭式旋分器技术后,油气的平均停留时间由敞口式提升管的20s下降至2s左右,且油气返混现象明显减少。1.2UOP公司的VDS和VSS提升管终端技术VDS快分的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(中间脱开一个环形空间,可允许汽提气进入) ;而VSS快分是提升管出口端有几个弯成一定角度的弯臂,使油剂混合物以旋流形式喷出。此旋流头外又罩一个封闭罩,下面有二级汽提,罩的升气管如此与顶旋相连4,8。VDS和VSS的一个重要特点是,被汽提出来的烃和
5、从汽提器出来的蒸汽直接向上通过旋涡室与向下的待生剂逆向接触,起到快速预汽提别离待生剂的作用。据报道,采用UOP的VDS和VSS装置以后,烃的捕获率达98%,而油气停留时间可以缩短到6s以下。另外VDS和VSS系统与传统的T形快分相比,汽油产率提高,而干气产率和催化剂上的碳差均有所下降。1.3S&W公司的提升管末端技术提升管末端装置(RTD)可大大降低油气在提升管后的停留时间,即由原来的1551s下降至49s。S&W公司最新型式的RTD为Ramshorn别离器或轴向别离器,这种RTD的特点是气体别离更快,压降更小,提升管顶端可活动,可防止催化剂带入主分馏塔,同时操作方便。S&W公司提升管后冷技术
6、是在粗旋油气出口处注入一股急冷剂,以降低提升管反响器后沉降器稀相的温度,从而降低油气温度,同样可以使油气二次反响与热裂化反响减少,使轻质油收率提高约2%,干气和焦炭产率下降。2国催化裂化提升管末端快分技术国现有的FCCU目前主要采用三叶型与粗旋式2种快分技术,有些装置还在用较旧的T型与倒L型快分,与国外新技术相比差距甚大。针对这一现状,中国石油大学()从1994年开始着手新型高效快分系统的开发研究,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)。2.1 FSC快分系统设计原理国目前常用的提升管出口粗旋分器的气固别
7、离效率已经很高,一般均大于99%。近年来,各又将粗旋升气管向上延伸到顶部单级高效旋分器的入口附近,使油气的停留时间大大缩短,效果明显。但还有一个问题没有被大家认识到,这就是粗旋料腿是正压差排料,这一点与通常的流化床旋分器不一样。根据实验推算,粗旋料腿顶端压力要比沉降器压力高出约(0. 40. 5)Pc(Pc 为粗旋压降)。所以粗旋料腿排料时,除较密催化剂流(估计其密度在200300kg/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(根据实验测定结果来推算,从粗旋料腿中向下流出的油气量约占进入粗旋总油气量的10%15%),随后这局部油气和床层汽提气一起以小于0. 1m/s的线
8、速度向上流动,需流经10多米距离后才能进入顶部旋分器,这样其在沉降空间的停留时间可高达100s,因此很容易导致结焦,而且使得全部油气的平均停留时间变为14. 5s,从而将粗旋升气管向上延伸所带来的好处抵消了一大局部。FSC快分系统的技术核心就在于把粗旋料腿改为一个独特的预汽提器,它在使催化剂获得与时高效汽提的同时还要将正压差排料变为负压差排料,让全部油气(包括催化剂夹带的油气)都从粗旋中快速上升流动,但又不能因此而降低粗旋的气固别离效率。要解决这个看来似乎是互相矛盾的技术难题,出路在于要在预汽提器开发一套结构独特的挡板系统。另外,要将粗旋升气管出口的油气快速引入顶旋,尽量减少或消除油气在沉降器
9、顶部的弥散和停留,但又要克制闭式直联方式存在操作弹性小的弊病,这就要开发新型油气导流结构。结构与特点FSC快分系统(结构如图1所示)由以下3局部构成(1)带有独特挡板结构的预汽提器。它的特点是带有裙边与开孔的人字挡板,在一定的尺寸匹配条件下,可以确保挡板上形成催化剂的薄层流动,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的连接采用中心稳涡杆与消涡挡板相结合的新结构。一方面将浓集在器壁处的旋转催化剂流转变为挡板上的薄层流,为高效汽提创造条件;另一方面在防止旋风别离器强烈的旋涡一直延伸到料腿顶端的同时,又防止上升的汽提气干扰旋风别离器的流场,从而保证在把正压差排料变为微负
10、压差排料的同时,防止旋风别离器的效率受到不利影响,仍然保持原有的高效率。(3)在粗旋升气管与顶旋入口间实现灵活多样的开式直联方式。可视装置的具体情况,选用紧接式或承插式结构。这样既可保证全部油气以少于4 s的时间快速引入顶旋,又克制了直联方式操作弹性小的弊病。图1FSC快分系统结构示意通过大型冷模实验装置对常规粗旋和FSC汽提效果的比照实验发现,在预汽提线速度为0m/s时,常规粗旋的下行气体相对量与FSC下行气体相对量的比值约为1. 3；当预汽提线速度增加到0. 2m/s时,此比值增大到1. 8左右。这明确FSC系统对汽提效果的改善是非常显著的。其主要原因为:在常规粗旋下部直接进展汽提,没有从
11、根本上改变粗旋料腿的气固流动形态,料腿仍处于正压差排料状态,因此对汽提效果的改善并不明显； FSC由于增设了一级汽提器,改变了常规粗旋料腿中的气固流动形态,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的气体量。工业应用情况FSC快分系统现已成功应用于国多套FCCU(规模在15350万t/a)。FCCU改用FSC系统后,干气和焦炭收率降低,轻油收率提高0. 51. 0个百分点,油浆固含量小于2g/L,并有效地缓解了沉降器部的结焦,取得了良好的经济效益9。2.2 VQS快分系统设计原理在提升管出口采用多个(35个)流线型旋臂构成的旋流快分头,在旋流头的外面增设封闭罩,封
12、闭罩下部增设35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系统可实现气固快速别离(别离效率高达98. 5%以上),封闭罩下部预汽提段可实现别离后催化剂的快速预汽提,封闭罩上部的承插式导流管可实现别离后油气的快速引出。结构与特点VQS系统由导流管、封闭罩、旋流快分头、预汽提段等4局部组成(结构如图2所示),具有以下结构特点(1)带有独特挡板结构的预汽提器。它的特点是带有裙边与开孔的人字挡板,在一定的尺寸匹配条件下,可以确保挡板上形成催化剂的薄层流动,且与汽提气形成十字交叉流,尽量防止密相床中的大气泡流动,以提高剂-气两相间的接触效果,从而大大提高汽提效率。(2)预
13、汽提器独特设计的挡板结构与旋流头和封闭罩尺寸的优化匹配设计,可使旋流头在其下部有汽提气上升的情况下仍可达到98. 5%以上的别离效率。(3)在封闭罩与顶旋入口间实现灵活多样的开式直联方式。可视装置的具体情况,选用承插式或紧接式结构。这样既可保证全部油气以不到4s的时间快速引入顶旋,又克制了直联方式操作弹性小的弊病。图2VQS快分系统结构示意VQS系统独特设计的近乎流线型的悬臂旋流头较好地实现了油气和催化剂的低阻高效快速别离,经34层挡板汽提后,催化剂流已检测不到有夹带的油气示踪,证明确实可让全部油气(包括催化剂流向下夹带的油气)都从封闭罩上升流动。氢示踪检测已证实,全部油气引入顶旋只需34s,
14、实现了快速引出的要求。在提升管气体线速度(421m/s)与催化剂循环量有大幅度变化的情况下,VQS系统仍能稳定地运行,明确它具有较大的操作弹性和较好的操作稳定性。对于采用提升管的大型FCCU而言,采用VQS快分系统其总体结构比采用FSC快分系统更为简单。工业应用情况为了考察VQS快分系统的工业应用效果,2000年在中石化分公司100万t/a FCCU上进展了工业试验10,结果明确: (1)采用VQS系统后,油气在沉降器的平均停留时间大大降低,在比改造前提高掺渣比1. 69个百分点的条件下,产品分布得到了明显改善,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)
15、VQS系统具有高的别离效率和良好的操作弹性,油浆固含量可降低到4g/L以下,操作弹性可在74%105%变化；(3)VQS系统具有较高的预汽提效率,可使待生催化剂上焦炭中的H/C降低1个百分点以上；(4)由于大幅度降低了反响油气在沉降器的停留时间,缓解了高掺渣比下沉降器结焦问题,延长了开工周期, 掺渣比由改造前的33. 06%提高到45. 39%。目前VQS快分系统已在国7套FCCU(规模为80300万t/a)上应用,均取得了较好的效果。近年来,随着MIP技术的开发成功,该技术又在4套工业装置的MIP技术改造中得到了成功应用,有效地降低了装置的改造费用。2.3 CSC快分系统设计原理FSC系统的
16、下部预汽提器采用的是多层环形挡板结构,催化剂在预汽提器以薄层稀相洒落的方式流动,汽提效率有待进一步提高;另外,采用环形挡板的预汽提器其结构较为复杂,不便于检查和检修。为了克制上述不足,开发出CSC快分系统。其主要设计原理是将粗旋下部的挡板式预汽提器改为一个密相环流式预汽提器,通过改变外环的汽提蒸汽量来调整外环的密度差,使催化剂在外环之间形成密相环流动,以实现降低蒸汽用量、提高汽提效率的目的,同时也可使预汽提器的结构得到简化。结构与特点CSC系统(结构如图3所示)主要由3局部组成: (1)优化结构尺寸的粗旋风别离器; (2)带中心下料管的密相环流预汽提器; (3)承插式(或开式直联)导流管气体快速引出装置。图3CSC快分系统结构示意
