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。     

单入口双进气道旋风分离器内流体的流动特性

 采用数值模拟和实验相结合的方法,对一种单入口双进气道旋风分离器内的紊流过程进行了研究。计算得到的旋风分离器内的压力降与实验数据较为吻合,验证了所采用的模型和计算方法的正确性。与普通单入口旋风分离器相比,相同处理量时,此种旋风分离器在不降低分离效率的情况下可以使压力降降低40%左右;通过特殊的双进气道设计,基本消除了普通单入口旋风分离器内旋转中心与几何中心不重合产生的涡核摆动现象,有利于提高旋风分离器的分离效率。在 FCC 沉降器内采用该旋风分离器,不仅可以大幅度降低压力降,减少能耗,而且由于在旋风分离器内形成了对称流场,有利于减少 FCC 沉降器顶旋升气管外壁的结焦。     

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。     

催化裂化装置四旋分离系统内气相流场的数值研究

采用雷诺应力模型(RSM)对两种催化裂化装置四旋分离系统内气相流动的三维流场进行数值模拟,分析了两种第四级旋风分离系统（简称四旋）内气相流场的特点。结果表明：在传统式结构中,储料罐内部分区域气流向上运动,不利于颗粒沉降,料腿内产生气流反窜现象,四旋内存在偏流,影响颗粒输送,结构设计不合理是导致颗粒堵塞的主要原因;改进式结构中,储料罐内气相速度很小,有利于颗粒沉降,料腿中周期性的二次涡影响颗粒的气力输送,可能对壁面产生磨损,四旋分离空间内流场稳定,有利于颗粒分离,改进式结构可以有效避免颗粒堵塞现象的发生。两种结构内部气相流场的对比为合理设计四旋分离系统结构提供了参考依据。     

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。     

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。     

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。     

催化裂化提升管出口汽提式粗旋风分离器的气体流场分析和计算

对具有优化结构的新型汽提式粗旋风分离器，用智能型五孔探针进行了流场测试，弄清了汽提器内部构件的加入和汽提汽的吹入对粗旋分离空间流场造成的影响。证明了汽提器中加入优化设计的内部构件后，适量的汽提汽的吹入对粗旋分器内部流场及分离效率无明显不利影响，但对改善汽提器内的气固两相流动，减少下行汽量，改善汽提效果却大有好处。     

PV型旋分器技术改造总结

我厂ＲＦＣＣＵ反应沉降器存在反应油气停留时间长，Ｂ型旋分器分离效率低，二级旋分器负荷低，结焦严重等问题，１９９４年末将沉降器为旋分器和提升管出口快分必变ＰＶ型单级和粗级旋分器。改造后分离效率提高，抵御操作波动能力增强，沉降器内结焦显著减少，取得较好效果。     

催化裂化装置沉降器粗旋结构设计探讨

通过FLUENT 6.2流体计算软件,采用雷诺应力模型(RSM)对直径500 mm、三种不同升气管/料腿直径组合的粗旋气相流场进行了数值模拟,分析了升气管和料腿长度改变以及尺寸放大对粗旋流场和性能的影响。模拟结果表明,粗旋流场同普通旋风分离器流场的区别主要在于轴向速度和升气管、料腿内的流场分布;升气管直径大于料腿直径的结构有利于减少由料腿排出的气体量,从而缩短粗旋排出的气体在沉降器内的停留时间,这是粗旋设计的关键;升气管、料腿长度改变对粗旋上下行气量分配有一定影响,其长度选取均存在最佳范围;尺寸放大后,粗旋流场基本上相似,下行气量占进气量的比率略有增大。     

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。     

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。     

催化裂化提升管反应器出口快分构件优化

针对京博石化一套FCC装置内粗旋结构,提出了一种内置导流板的粗旋结构,并采用Fluent软件对优化模型内气相流场、颗粒运行轨迹及分离效率进行数值研究,并与现场粗旋进行了对比。模拟结果表明:优化模型内切向速度呈驼峰分布;轴向速度呈马鞍形分布;压力分布呈轴对称分布,其沿轴向基本不变,而是随着半径的减小而降低。与现场模型相比,优化模型的切向速度、轴向速度都有所提高,有利于气 固的分离;压降有所降低,提高了旋风分离器的性能;分离效率主要是对粒径范围5~20 μm的颗粒提高较大。此外,随着入口速度的增大,其分离效率增大的同时压降也增大,因此需综合考虑。     

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。     

140万t/a催化裂化装置改造效果分析

中石油长庆石化公司140万t/a重油催化裂化装置反再两器为同高并列式,反应部分为两段提升管,再生部分为快速-湍流床两段再生。装置运行中,存在沉降器结焦严重、主风-烟气系统压降大以及催化剂高温水热失活等问题,通过采用一系列有效的改造措施,如粗旋与顶旋直连快分技术,提升管底部混合器技术以及改进的快速床-二密床再生技术等,从根本上消除了装置长周期运行的制约因素,并提高了经济效益。