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沉降器内部空间压力分布的数值模拟

采用Fluent流体计算软件对1.40 Mt/a催化裂化装置沉降器内部空间的油气流动状况进行了数值模拟,湍流模型是Reynolds应力输运模型,重点考察内部压力场的分布规律。沉降器计算几何模型是沉降器原型尺寸,包括内部的两级旋风分离器、内置提升管等。计算结果表明沉降器空间的压力按数值大小划分为三个区,一级旋风分离器（粗旋）和提升管反应器内的高压区,沉降器空间的中压区和二级旋风分离器（顶旋）内的低压区。其中提升管出口的压力最高,而顶旋料腿内部压力是整个沉降器压力的最低部分。沉降器内部的压力分布决定了各部分油气和蒸汽的流动路线、速度,以及料腿的料封问题。     

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。     

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。     

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。     

催化裂化防结焦沉降器的研究与应用

通过对催化裂化装置沉降器结焦机理的分析,认为原料性质、油气流动状况、停留时间、沉降器温度分布及催化剂浓度是沉降器结焦的主要影响因素。中国石化工程建设有限公司(SEI)针对常规沉降器结构缺陷,开发了新型防结焦沉降器,包括粗旋顶旋直联结构、全封闭粗旋顶旋直联结构、旋流式快分结构和全封闭旋流式快分结构,可以大幅降低油气在沉降器空间的停留时间,有效避免油气在沉降器内结焦,延长催化裂化装置的开工周期。     

FCC沉降器结焦问题的研究进展

沉降器是催化裂化中油气与催化剂分离过程的重要设备。沉降器的结焦问题易导致非计划停工,严重影响催化裂化装置的长周期运行,因此抑制或减缓沉降器结焦成为该领域的研究热点之一。综述了国内外有关沉降器结焦问题的研究进展,以期为沉降器的优化操作提供参考。首先对沉降器结焦的部位及原因进行了分析,从化学反应角度分析了结焦的内因是反应油气中液相重组分的存在;从流场分布、压力分布、催化剂含量分布和温度分布解析结焦的外因。进而阐述了结焦物的基本特性,按照不同方法对结焦物进行了分类和特性的比较。其次,从化学反应过程和油剂流动、焦体沉积与增长过程两方面总结了结焦的机理,并总结了操作条件(原料性质、催化剂含量、反应温度、再生剂温度和油/剂比)和沉降器结构(粗旋与顶旋连接结构、快分系统)对结焦的影响规律。最后根据结焦机理和影响因素,从优选反应物和优化操作条件、优化沉降器结构2个方面提出了抑制或减缓结焦问题的具体措施。提高沉降器温度和降低油气分压可从操作条件方面降低结焦的可能性,优化粗旋与顶旋连接结构、优化快分系统、优化分离器入口结构和顶旋升气管结构等措施可以改善沉降器内流场分布,进而抑制结焦。     

催化裂化沉降器顶旋风分离器直连改造后料腿结焦原因分析

催化裂化装置沉降器顶旋风分离器(顶旋)由软连接改直连后，设备结构变化使得汽提油气停留时间和流动轨迹发生变化，装置操作条件波动，降低原料油雾化蒸汽流量等因素导致沉降器顶旋料腿及汽提段结焦。提出了以下改进措施：恢复原设计沉降器顶旋直连改造前的平衡管长度，控制相对较高的汽提蒸汽流量，使汽提油气停留时间少于10 s,同时保证沉降器顶旋翼阀处不结焦，使料腿下料顺畅；避免加工焦化蜡油等含多环芳烃较易发生缩合结焦的原料；原料油雾化蒸汽控制不低于喷嘴设计值，保证喷嘴雾化效果，同时控制再生剂温度不低于680℃,使原料油中高沸点组分遇高温再生剂瞬间气化，提高剂油比使原料雾化液滴与更多的再生剂接触气化发生催化裂化反应，减少热裂化反应生成结焦前身物。     

SVQS和MSCS技术在重油催化裂化装置上的工业应用

中国石油大庆石化分公司1.4 Mt/a重油催化裂化装置存在沉降器结焦严重的问题,制约装置长周期运转、生焦率偏高的问题,对提升管出口油气分离系统和汽提段进行分析,得出沉降器结焦的主要原因为：反应器粗旋风分离器升气管开放式布置、没有预汽提设备等使油气在沉降器中停留时间过长,导致结焦;汽提段结构存在缺陷,未根据油气存在状况针对性地采用不同的汽提技术。采用中国石油大学(北京)开发的SVQS油气快速分离系统和MSCS高效组合汽提技术对装置进行改造,标定结果表明,与改造前相比,改造后轻质油收率增加3.46百分点,液体收率增加1.44百分点,焦炭产率降低1.43百分点,装置能耗降低41.5 MJ/t。     

内旋式轻油回收罐

1987年5月,辽河油田设计院为沈阳油田第二联合站的原油稳定装置设计了一种新型的轻油回收罐——内旋式油气水分离器.1.工作原理内旋式油气水分离器的结构见图1.油气混合物从切线方向进入内旋分离箱(见图2)的中央部分,气流沿着内壁回转.由于离心力的作用,大部分气体聚合在中心位置并通过顶部的通气口流出;而液体和剩余气体,则因气体驱动力的逐渐衰减以及内旋半径的三次增大,继续绕着内壁运动;最后液体沿内旋壁掉入储液段,气体从出口进入沉降分离段.气中携带的大液滴(直径大于130μm)将在沉降分离段进行自由沉降.细小的油     

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。     

新型汽提式粗旋风分离系统的研究

在目前常用的提升管出口粗旋风分离器的锥体下都增加一个汽提器，形成了新型汽提式粗旋风分离系统。通过汽提器的特殊结构布置，减少了反应后油气的向下返混，并最大限度地降低了汽提对粗族分离效率的影响，使引入汽提后的分离效率仍可保持在99％以上。采用特殊设计的气体引出方式，大大缩短了油气在沉降器内的平均停留时间。     

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。     

外导流管对旋风分离器流场的调控

采用雷诺应力模型(RSM)和离散相模型(DPM)对旋风分离器内的气-固两相流动进行了数值模拟计算,比较了带有不同外导流管的旋风分离器内流场、压降和分离效率,并探究了不同外导流管管径对旋风分离器内的流场调控及分离性能的影响。结果表明：外导流管可以改善旋风分离器内的二次涡分布,减小纵向环流的影响范围,降低二次涡间的协同作用,并抑制灰斗入口和料腿入口的二次流,从而提高分离效率;其中,带有H-E型外导流管的旋风分离器有效地提高了细小颗粒的分离效率,对粒径4 μm以下颗粒分离效率的提高可达10%以上;H-E型外导流管对入口气流进行分流,可以减小气流的旋流损失,使压降降低16.7%。此外,外导流管管径对H-O型旋风分离器分离性能影响较小,对H-E型旋风分离器分离性能影响较大。     

重油催化抑制结焦沉降器油气停留时间的数值模拟

 采用标量输运方程数值模拟了一重油催化防结焦改造后沉降器内油气停留时间的分布。结果表明,沉降空间油气停留时间分布曲线呈单峰形式;在忽略油气质量流率极小量,即油气质量流率小于10-3kg/s时认为不存在油气的情况下,由汽提段进入的油气主流停留时间大致为13s,最短约7.5s,最长也不超过60s;由粗旋料腿入口进入的油气主流停留时间约15s,最短不足6s,且几乎所有油气的停留时间都小于70s。油气在沉降器内总体平均停留时间约26s。对比尺寸近似的常规沉降器和FSC沉降器内油气停留时间分布发现,抑制结焦沉降器的平均停留时间较短,比常规沉降器缩短79.8%,比FSC缩短81.9%;预计防结焦改造后沉降器沉降空间结焦情况大为减轻。     

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。