FCC沉降器内粗旋出口导流长度对油气流动的影响

 采用Reynolds应力输运模型和随机轨道模型对催化裂化沉降器内的流动状况进行了全尺寸的数值模拟,考察了粗旋分离器排气管出口导流段长度对沉降器内流动状况的影响。为了反映真实的流动过程,计算中没有对沉降器空间和两级旋风分离器的复杂结构进行简化,并实现了完全结构化的网格划分。结果表明,粗旋分离器排气管出口的导流段有助于排出的油气直接进入顶旋分离器,降低进入沉降器的油气量,并减少油气在沉降空间内的停留时间,降低了沉降器内发生结焦的可能性;随着导流段长度的增加,直接进入顶旋的油气量也随之增加,而粗旋和顶旋分离器的压降基本不变,对反应器内的压力平衡基本没有影响。     

FCC沉降器内粗旋与顶旋连接结构的优化

 采用Reynolds应力输运模型和随机轨道模型对催化裂化沉降器内的流动状况进行了全尺寸的数值模拟,考察了不同的粗旋与顶旋分离器的连接结构对沉降器内流动状况的影响。为了反映真实的流动过程,计算中没有对沉降器空间和两级旋风分离器的复杂结构进行简化,并基本实现了完全结构化的网格划分。结果表明,粗旋分离器排气管出口的导流段有助于排出的油气直接进入顶旋分离器,降低进入沉降器的油气量,并减少油气在沉降空间内的停留时间,降低了沉降器内发生结焦的可能性,为优化沉降器结构的设计提供了新的方法。     

FCC沉降器内不同结构旋风分离系统的模拟分析

FCC沉降器内两级旋风分离系统是石油工业催化裂化过程的重要组成部分。为了分析两级旋风分离系统之间的传递关系,笔者采用Reynolds应力输运模型(RSM)对FCC沉降器内两级旋风分离系统进行两相数值模拟,研究了4种不同结构的流场分布特征及两级分离器间流动不稳定性的相互影响过程。结果表明,粗旋和顶旋采用合理的结构形式能更好地平衡顶旋气流,提高分离效率,降低压力降。料腿底部无约束时,粗旋排出流率较大,顶旋排出流率较小,且各顶旋排出流率并不相同。由粗旋排气管排出的气流仍有旋转特点,使方形直连管下端有漩涡区,出现了多个封闭循环流动的小漩涡,这对顶旋的流动不稳定性有重要的影响。     

催化裂化沉降器空间内油气停留时间的分布

以0．8Mt／a催化裂化装置的沉降器为例，考察了沉降器空间内油气平均停留时间的分布。在实验室模型验证的基础上，采用RSM模型和标量输运方程进行了数值模拟研究。结果表明．对于粗旋风分离器和顶部旋风分离器之间敞口联接的沉降器。粗旋风分离器升气管出口与顶部旋风分离器人口间有一最佳距离。由于粗旋风分离器与顶旋风分离器非一对一的布置，导致各顶旋风分离器人口气量分配不均，需要改进。由粗旋风分离器料腿进入沉降空间的油气的长时间停留是阻止沉降器内油气平均停留时间缩短的主要问题；其次则为由粗旋风分离器升气管进入沉降空间的油气的停留时间。其它部位油气的停留时间占总停留时间的份额较小。因此，其结构改进的重点应为粗旋风分离器料腿部分以及粗旋风分离器和顶旋风分离器间的联接形式。     

无沉降器催化裂化装置的设想

对于分子筛催化裂化工艺而言，催化裂化装置沉降器的作用仅是包容旋风分离器和用于待生催化剂的沉降和保温。但沉降器存在的大空间却形成了油气的滞留空间，油气流速低，停留时间长，结果导致反应油气的二次裂化反应，油气中的液滴和催化剂颗粒易于沉积在沉降器器壁上结焦形成焦块。因此，提出了取消沉降器，采用无沉降器催化裂化工艺装置的设想。该设想包括两个方案，第一个方案为：封闭式旋流快分器作为第一级分离器，多个并联PV型旋风分离器作为第二级分离器，旋风分离器的料腿出口阀采用气动V型阀；第二个方案为：带汽提器的旋风分离器作为第一级分离器，多个并联PV型旋风分离器作为第二级分离器，旋风分离器的料腿出口阀采用翼阀。     

FCC粗旋与顶旋连接方式对顶旋气量分配的影响

 摘要：采用数值模拟方法对闭式直连的FCC两级旋风分离系统内的三维流场进行了系统研究。首先,通过选用不同湍流模型对单个旋风分离器内的强旋流动进行数值模拟计算,并与实验数据对比确立了可以用于两级旋风分离器研究的模型和计算方法。随后,采用已确立的模型和计算方法考察了不同连接方式对两级旋风分离系统内流动的影响,得到了不同直连方式下粗旋排出油气在左、右顶旋间的分配比例。以两顶旋间油气量合理分配及高效分离所需正常入口气速为考察基准,确定了既可以平均分配进入左、右顶旋的油气量,又能有效利用粗旋出口油气的旋转能量减小系统压降的合理连接方式。     

FCC沉降器全部空间三维流场的数值模拟

 用数值模拟方法模拟了一种典型FCC沉降器内的紊流过程。采用Fluent软件首先计算了一个旋风分离器中的流场，并与实验数据进行了对比，验证了所采用的模型和计算方法，随后对整个沉降器进行计算。在计算过程中没有对沉降器的复杂结构进行简化，所建立的几何模型包括沉降器内部区域和两级旋风分离系统内部区域的全部流动空间，计算结果给出了沉降器所有空间内的流动细节。采用Reynolds应力输运模型对紊流进行处理，可以较好地吻合湍流的各向异性效应。     

粗旋风分离器内气相流场研究与数值模拟

采用CFX软件提供的DSM模型对催化裂化沉降器内粗旋风分离器中的气相流动规律进行了数值模拟,并与用五孔探针测试的流场进行了比较。结果表明,采用合适的网格系统和边界条件等,DSM模型对粗旋风分离器具有良好的预测精度。对实验和模拟结果的分析表明,粗旋风分离器内流场与常规旋风分离器的流场不同,升气管和料腿均存在回流区,升气管回流区最大可波及分离空间,对分离空间流场有很大干扰。料腿直径的减小以及灰斗的存在使升气管排出的气量增大并使升气管、料腿回流区大幅减小,从而在宏观上保证了气固分离效率和较小的气相停留时间。     

催化裂化沉降器内料腿-翼阀排料区域的气相流场的数值模拟

采用计算流体力学软件Fluent6.2对催化裂化装置沉降器内旋风分离器下部的料腿-翼阀排料区域周围的气相流场进行了数值模拟,主要分析翼阀阀板表面产生磨损的原因。计算结果表明沉降器内油气在料腿负压差的作用下会通过开启阀板与阀口的间隙反窜进入料腿形成漏风,漏风量随着阀板开度和负压差的增大而增大。这种漏风携带催化剂颗粒冲击阀板是导致冲蚀磨损的主要原因,同时影响到旋风分离器的分离效率。     

沉降器旋风分离器直连技术在长庆石化的工业应用

中国石油长庆石化公司 1.4 Mt/a 催化裂化装置自建成以来,一直存在沉降器结焦现象,制约装置长周期运行。该装置沉降器旋风分离器采用软连接结构,分析认为软连接结构处油气的呼吸效应造成油气逃逸后在沉降器停留时间过长,这是引起沉降器结焦的根本原因。在2016年技术改造中,将沉降器旋风分离器由软连接改为直连,取消二段回炼油提升管,回炼油及原料混合后进入一段提升管。改造结果表明：沉降器基本不结焦,旋风分离器直连操作弹性较大,沉降器压力波动时无催化剂跑损现象,油浆固含量合格;沉降器上部空间基本无油气滞留,未发生明显结焦现象;轻质油收率提高0.61百分点,汽油辛烷值提高0.47个单位,液化气丙烯体积分数上升0.54百分点。     

催化裂化提升管出口紧凑式旋流快分系统

 基于旋流快分系统（VQS）在重油催化裂化工业装置中的成功应用与推广,提出了一种适用于重油催化裂化双提升管装置的紧凑式旋流快分系统（CVQS）。该系统由两级高效旋流快分器串联组成,第二级高效旋流快分器取代顶旋;采用紧凑式旋流快分系统不仅可以降低设备投资,而且可以显著缩短油气在沉降器内的停留时间,从而有助于解决沉降器内油气的滞留、返混和装置结焦等问题。在研究新型高效隔流筒和旋流头的基础上,考察了CVQS系统两种串联方案的分离性能,结果表明,两级高效旋流快分器优化匹配后,系统的总分离效率大大提高,可更好地实现气、固两相的快速高效分离。     

新型紧凑式催化裂化沉降系统的实验研究

 在对旋流快速分离器流场和性能研究的基础上，开发了一种应用于催化裂化装置的新型高效旋流快速分离器（旋流快分），并提出了由两级串联的该旋流快分器组成的新型紧凑式催化裂化沉降系统。该系统不仅可以降低设备投资，而且可以显著缩短油气在沉降器内的停留时间，从而有效地减缓油气在沉降器内的结焦反应，改善产品的分布。在大型的冷模实验装置上系统考察了该新型紧凑式沉降系统的性能，实验结果表明，该系统操作稳定，调节灵活，在设计点附近总分离效率可达到99.99％，系统总压降在10kPa以内，基本可以满足工业装置的需要。     

FCC提升管快分器结构形式对油气在沉降器内停留时间的影响

比较了四种结构形式FCC提升管快分器油气在沉降器内的停留时间,通过改进提升管出口快分器的结构形式改变油气的流动路线,改变快分器各出口分支路油气的上升速度和油气量的分配,可以缩短油气停留时间,改善油气的停留时间分布。实践证明,要实现油气和催化剂真正意义上的快速分离和油气的快速引出,应该减小或消除沉降器油气流动的低速空间和扩散空间,提高油气的流动速度。     

用改进的RNG κ-ε模型模拟旋风分离器内的强旋流动

在RNG k-ε湍流模型的基础上,对模型常数和近壁面处理方法加以改进,并将其应用于旋风分离器内强旋流动的数值模拟。将计算结果与标准的k-ε模型、RNG k-ε模型、Reynolds应力输运模型和实验数据进行比较。结果表明,用改进的RNG k-ε湍流模型得到的数值结果与标准的k-ε模型、 模型相比准确性具有显著的提高。改进的RNG k-ε湍流模型和Reynolds应力输运模型对旋风分离器内流场分布的预测与实验结果比较吻合,并且前者所需计算时间却大大缩短,更适合工业上应用。随后采用欧拉-拉格朗日模型（湍流模型为：Reynolds应力输运模型）和欧拉-欧拉模型（湍流模型为：改进的RNG k-ε模型）分别对旋风分离器内的气固两相流动进行计算,考察了旋风分离器内的颗粒浓度分布特点。结果表明,使用改进的RNG k-ε湍流模型的欧拉多相流模型也可以较好的重现旋风分离器内的气固两相流动特点,并应用于旋风分离器的优化设计。     

FCC沉降器粗旋风分离器的料腿泄气率

 在粗旋冷态模型实验基础上,采用FLUENT 6.2流体力学计算软件对FCC沉降器粗旋内部的两相流动进行数值模拟,针对稀、密相流动分别采用颗粒随机轨道模型和双流体模型,探讨了气速、气体物性和固相颗粒浓度对FCC沉降器粗旋料腿泄气率的影响规律。结果表明,气速和固相颗粒浓度升高均导致粗旋料腿内外压差增大,料腿泄气率随之增大。随固相颗粒浓度增大,料腿泄气率上升的趋势先急后缓,与其固相颗粒浓度-压降关系相对应,料腿泄气率-固相颗粒浓度曲线和压降-固相颗粒浓度曲线显示的转折点质量浓度均为0.8 kg/m³;固相颗粒浓度对料腿泄气率的影响存在着2种作用机制,即下行颗粒群对气体的夹带作用和颗粒在粗旋内壁形成的不断增厚的灰层对气体实际流通横截面积的缩减作用。气体密度的增大会导致料腿泄气率增大;黏度增加在削弱气流的旋转能量的同时,增加了升气管短路流率,对料腿泄气率的增加具有正反两方面作用。综合操作参数、气体物性和结构尺寸等因素的影响,回归得到FCC沉降器粗旋料腿泄气率表达式。