催化裂化装置立管-阀门系统设计及运行分析

立管-阀门系统是催化裂化（FCC）装置催化剂颗粒循环回路的下行流动部分。立管输送催化剂操作的复杂性在于立管内催化剂流态的多样性。介绍了工业FCC装置立管-阀门系统的设计方法、立管操作工况以及压降方程。在某1.0 Mt/a FCC装置上,以再生立管为对象,通过测量不同工况时再生立管的轴向压力分布和采集工艺参数的变化,分析立管内气固两相的流动方向、催化剂密度与速度分布。根据气固两相的流动特征将立管分为3个区,分别为负压差脱气段、负压差持气段和正压差窜气段。总结了半管流形成的原因以及阀门窜气对立管压力分布的影响,提出了再生立管结构优化方案。分析结果可为FCC装置立管-阀门系统的设计和操作调整提供理论支持。     

垂直立管中料层平衡高度的控制与操作

对催化裂化装置中,垂直立管中催化剂料层高度的变化对立管中催化剂的输送操作及料封的影响进行了考察。研究发现,催化剂在垂直立管中的流动可分为"脱气"和"持气"两种状态。实验结果表明,催化剂在立管中稀相流动时,压降降低,轴向压力分布有较好的线性关系,利于稳定操作和提高催化剂的循环速度。当立管中催化剂料层平衡高度较小时,"脱气段"较短,因而有利于催化剂在立管中的循环下移。因此,催化剂在立管中的输送宜采取控制一定料面高度的半充满操作方式,使催化剂在立管中形成空管或稀相流化与临界移动床下输共存的流动形式,使之既可保证立管下端良好的料封,又能满足整个装置系统稳定运行所要求的催化剂的输送循环。     

FCC再生工艺类型及催化剂输送特点的分析

流化催化裂化（FCC）装置中的再生工艺依据催化剂和空气的流动路线存在着多种类型。总结了不同再生工艺的操作特点,包括单段再生、两段再生和快速流化床再生;并针对两段再生工艺,基于催化剂和主风气体的流动路线变化,分析了并列、串联并流、串联逆流3种两段再生工艺中催化剂流化和输送的特点。结果表明：3种再生工艺中催化剂的流动路线分别是N型、α型和C型;而气体流动路线形式包括单路、双路或多路,但始终是上行的。此外,再生器的结构和内部的催化剂流态也存在较大的差异,催化剂流动路线的压力平衡分布也不同。这些直接影响到立管进出口的催化剂的流动和催化剂的输送。最后以此分析对现场催化裂化装置上发生的立管输送催化剂不畅的故障原因进行了探讨,以期能有助于催化裂化装置再生工艺的设计和生产调整。     

重油催化裂化装置再生器催化剂流化异常原因及对策

针对中国石化海南炼油化工有限公司重油催化裂化装置再生器催化剂流化异常的情况, 根据生产实际和流化的基本理论,分析了导致流化异常的各种因素,找出了流化异常的原因,主要是催化剂堆密度偏低、装置负荷过大和半再生斜管不畅造成的,采取的对策为：通过调整催化剂配方,优化催化剂生产工艺,改善新鲜催化剂的堆密度和外形,并采用堆密度相对较高的磁分离催化剂,加大系统中催化剂置换速率;降低装置负荷,合理调配一再、二再主风量,并控制好两器压力;通过调整松动点和松动风量改善半再生斜管输送工况。通过采取上述措施,解决了再生器催化剂流化异常的问题。     

某催化裂化装置催化剂循环管线松动点的改造

针对一套200万t/a重油催化裂化装置催化剂循环管线流化的异常问题,运用立管和斜管内催化剂输送的流体力学理论,分析了原装置催化剂循环管线上松动点的布置情况,指出了其不合理布置是导致该装置催化剂循环管线流化出现异常问题的根本原因,对此提出了详细的松动点核算和改进方案。改造后装置的运行结果表明,装置的催化剂循环管线流化稳定,催化剂密度和滑阀压降分布合理,反应温度的波动范围可控制在±1.5℃,解决了装置催化剂流化异常问题,提高了装置的生产运行水平。     

DCC装置再生斜管流化不稳定原因分析

结合流化基本理论和装置运行情况,对中海石油宁波大榭石化有限公司2.2 Mt/a催化裂解(DCC)装置再生斜管流化不稳定,导致反应温度波动大、斜管振动大的问题进行了分析,认为斜管流化不稳定的主要原因是斜管入口携带气体量过多和斜管松动点设置不合理导致催化剂在斜管内呈现鼓泡床流化。通过对脱气罐进行改造、提高再生器床层藏量、降低脱气罐氮气量、优化斜管松动点布置、控制平衡催化剂中细粉含量等措施,提高了脱气罐脱气效果,降低了斜管催化剂携带气量,再生斜管流化得到了明显改善,反应温度最大波动幅度由±5℃降至±2℃,再生斜管振幅由5～6 mm降至1～2 mm,为装置高效长周期运行提供了基本保障。     

催化裂化提升管新型预提升器的开发

新型提升管反应器采用提升管底部设扩大段 ,扩大段内设内输送管的新结构代替传统的直筒式提升管反应器。通过改变催化剂的流动轨迹达到改善气固接触效率的目的。合理设计的内输送管、流化蒸汽与提升蒸汽可使催化剂的循环量增加 ,轻质油收率提高 ,系统压力、密度波动及振动减少 ,系统设备结焦减少 ,同时可提高装置的操作弹性。该技术已在不同规模的催化裂化装置上得到应用。以锦西炼油化工总厂Ⅱ套 0 .80Mt/a催化裂化装置为例 ,应用新型预提升器以后 ,轻质油收率提高 1.1个百分点 ,直接经济效益 2 5× 10 6 RMB $ /a     

超短接触时间催化裂化反应器的开发及实验研究

根据超短接触时间催化裂化工艺的特点，开发了具有新型原料雾化和剂、油接触方式的下行式反应器。冷模实验结果表明，该反应器的剂、油初始接触区具有较高的催化剂质量浓度；通过在催化剂提升区设置开孔板形内构件，可以改善催化剂提升区床层上部催化剂的流化状态，从而有效地抑制催化剂返混。下行管内催化剂的速度和浓度分布的均匀性均明显优于提升管；降低下行管表观气速或加大催化剂循环强度有利于提高下行管内催化剂质量浓度，但同时也会增加催化剂在下行管内分布的不均匀性。     

FCC装置半再生斜管流化不稳定的原因分析

分析重叠式两段再生装置半再生斜管流化不稳定的原因,通过提高第一再生器床层催化剂密度、半再生斜管入口脱气、调配松动点风量,对第二再生器主风分布管进行改造、调整催化剂细粉含量、调整工艺操作,解决了半再生斜管流化不稳定的问题。     

催化裂化反应提升管新型预提升段的工业应用

锦西炼油化工总厂采用洛阳石油化工工程公司的新型预提升段专利技术对Ⅱ套催化裂化装置反应提升管预提升段进行了改造,这是该专利技术的首次工业应用。新型预提升段设一套筒,预提升蒸汽在套筒内注人,底部注入流化蒸汽,在底部形成了一个小流化床。从初步考察可看出,改造后装置产品分布得到改善,同时解决了装置反应器旋风分离器料腿结焦严重、催化剂流化不好、再生催化剂斜管振动、催化剂循环量小等影响装置长周期运转的问题。仅产品分布改善一项得到的经济效益(以加工量0.8Mt/a计)每年就达到913×10     

催化裂化再生器树枝状气体分布器的气相流场CFD模拟

催化裂化装置再生器的气体分布器通常采用树枝状气体分布器,这种分布器存在着气体分布不均匀和喷嘴的冲蚀磨损问题。为此,对树枝状气体分布器区域进行计算流体力学（CFD）模拟,重点考察分布器内气相流场的特征。计算结果表明：树枝状气体分布器的各分支管内气体速度根据分支管的长度不同存在很大的变化,而且分支管沿程各喷嘴出口的气体流量也不同,导致喷嘴出口气流平均速度存在很大的不均匀性;此外,气体在分支管入口处以及近分支管入口端的喷嘴处存在偏流现象,压力分布不均匀,易产生催化剂倒吸现象,造成喷嘴的冲蚀磨损。     

多流型新型提升管冷模实验研究

在高8.1 m、扩径段直径120 mm和等径段直径50 mm的提升管冷模实验装置上对一种底部变径结构和设置有内部导流筒的新型提升管进行了研究,考察了操作条件对其轴向和径向固含率与颗粒速度的影响,以及导流筒及环隙内的固含率和颗粒速度的分布。结果表明,与传统提升管相比,该新型提升管内可同时存在多种流型,提升管底部扩径段内为径向较为均匀的密相床,上部等径段为稀相床;导流筒的存在对从斜管下来的固体颗粒产生重新分配的作用;导流筒和环隙内存在较大的固含率和颗粒速度差;由于导流筒的抽吸作用,在提升管底部扩径段内,管中心处催化剂颗粒向上运动,边壁处催化剂颗粒向下运动。     

MTO装置再生立管内催化剂输送不畅的流态特性分析

甲醇制烯烃（MTO）装置催化剂循环回路的下行流动部分是再生立管,再生立管将催化剂从再生器输送至反应器是保证MTO装置正常运行的前提条件。某0.60 Mt/a MTO装置再生立管出现催化剂输送不畅问题已成为装置高效运行的瓶颈,为此通过测量再生立管的轴向压力分布和工艺参数分析催化剂输送不畅的原因。结果表明：由于催化剂脱气和大气泡,再生立管中催化剂从上至下形成了过渡填充流、段塞流和密相流化流,导致催化剂浓度和催化剂循环量大幅度波动。最后,根据分析结果提出了再生立管结构改造的建议。     

FCC再生立管内的气-固流动状态及其对反应温度的影响

在1.0 Mt/a的FCC装置上,测量不同加工量时再生立管内的压力分布和松动风量,记录再生立管内催化剂密度和反应温度的变化,分析再生立管不同区域内气泡和乳化相的运动状态及其对提升管反应温度的影响。结果表明：再生立管的上斜管和下斜管内催化剂流态为密相流化态,轴向压力梯度高;中部垂直管内催化剂堆积密实,催化剂流态为过渡填充流态,轴向压力梯度低。再生立管内气泡的运动状态取决于松动风流量、催化剂密度和催化剂循环流量。再生立管底部滑阀前气泡的运动状态直接影响反应温度的稳定性,尤其是当松动风量超过催化剂携带能力时,形成的大气泡直接影响催化剂循环量,造成反应温度发生波动。根据生产数据,建立了一种工业FCC装置组合再生立管流态模型,可指导再生立管流态判断和操作调整。     

新型变径提升管冷模实验研究

以催化裂化平衡剂和常温空气为介质,在新型变径提升管冷模实验装置上考察了不同的操作条件对固体循环量及颗粒浓度轴径向分布的影响,并描述了扩径段内的流动结构。结果表明：固体循环量随着表观气速的增大而增大,随着伴床料位高度的增加而增大,且在改变进气比例时,循环量随着预提升气占比的增加而增大;与传统提升管相比,该新型结构提升管内部存在多种流型且扩径段内固含率有明显增加,底部扩径段内为密相湍流形态,固含率为0.3~0.4,上部等径段为稀相气力输送形态,固含率无明显变化,为0.05~0.1。新型变径提升管对斜管下来的催化剂起到了重新分配的作用,抑制了传统的“环-核”流动,使颗粒浓度径向分布更加均匀。     

循环流化床颗粒输送斜管的压力脉动特性

以循环流化床输送斜管为研究对象,通过改变颗粒质量流率,测量斜管内蝶阀上、下两处的动态压力。结果表明,随着颗粒质量流率增加,蝶阀上、下方颗粒的流动形式均发生变化,斜管内的颗粒流态发生变化,动态压力的波动幅度逐渐增加。蝶阀下方的动态压力标准偏差与颗粒质量流率呈线性关系,能够用于表征循环流化床的颗粒质量流率。压力脉动的小波分析表明,斜管内蝶阀上、下方均存在一个主频,是由于斜管自身的流动结构所致,但蝶阀下方还存在一个次频,是由于气体脉动以及气、固两相的相互作用所致,且次频所占能量随颗粒质量流率增加而降低。斜管下料产生的脉动压力是一种低频压力,是斜管振动的激振源。     

新型MTO反应器环隙下料管内的压力特性

在高约12.7 m的新型MTO耦合反应器冷态实验装置上，在不同操作气速下，研究了上部环隙下料管4个截面位置及出料口下1个截面位置上的压力特性和平均固含率。通过对上述5个截面上压力脉动曲线及其标准偏差分析，发现截面1处压力脉动在低气速条件下较平稳，在高气速条件下较强烈，截面2和截面3处压力脉动最平稳，而截面4和截面5处压力脉动最剧烈；当下部环流反应器环隙区操作气速(Uga)一定时，随着导流筒区操作气速(Ugd)的增大，各截面平均压力值均不断增加，由截面3至截面1，颗粒呈现顺重力场负压差流动；当环隙区操作气速Uga=0.3 m/s时，随着导流筒区操作气速(Ugd)的增大，各截面平均固含率均不断增大，在相同操作条件下，各截面上平均固含率差别较小，颗粒流动较平稳。     

斜井压力资料试井解释方法研究及现场应用

针对大庆油田和海拉尔探区斜井资料解释中存在的实际问题,从不稳定渗流力学理论入手,开展了斜井试井解释方法研究,建立了斜井三维渗流问题的压力偏微分方程,采用Newman乘积法求解得到井底压力公式.在此基础上,形成了斜井试井解释双对数曲线理论图版.通过典型曲线拟合分析,计算出储层动态参数.该方法解决了以往采用直井模型分析斜井压力资料误差较大的问题,提高了斜井试井资料的解释精度.经现场应用效果良好,达到了合理评价斜井储层的目的.