锥盘-环流组合式汽提器在扬子石化公司重油催化裂化装置上的应用

为提高汽提效率和避免结焦,中国石化扬子石油化工股份有限公司将催化裂化装置汽提器由原多层锥盘式改造为中国石油大学(北京)研发的锥盘-环流组合式。锥盘-环流组合式汽提器的锥、盘间距较小,上部采用锥-盘结构,下部采用环流结构。改造后,在掺渣率提高0.78个百分点,原料性质及操作条件基本不变的情况下,轻质油收率提高2.8个百分点,总液收率提高1.13个百分点,焦炭收率降低1.45个百分点,汽提蒸汽用量降低0.36 t/h。

催化裂化新型环流汽提器的大型冷模实验

采用氧气示踪的方法在φ486mm×8000mm的有机玻璃床内对三种不同结构的催化裂化用催化剂汽提器(空筒结构、盘环形挡板结构和两段环流结构)在不同的工况下进行了系统的汽提效率模拟冷态对比实验。最终发现在实验条件下,新型环流汽提器具有更高的汽提效率,和空筒结构相比,最多可减少82%的可汽提焦炭量;和现有工业装置最常用的盘环形汽提结构相比,最多也可以减少48%的可汽提焦炭量。同时该型汽提器还具有结构简单的优点,易于在现有工业装置上改造和推广。

催化剂汽提器内气固传质特性的研究

采用氧气示踪的方法在f 486×8000mm的有机玻璃床内对普通流化床汽提器和盘环形挡板汽提器进行了系统的气固相传质冷态模拟实验,得出了不同汽提线速和催化剂质量流率下上述两种催化剂汽提器内油气浓度轴向分布的变化规律。根据其油气浓度轴向分布的特点,结合鼓泡流化床两相理论以及一系列的假设,提出了针对这两种汽提器的一维传质模型。由实验结果待定了一维传质模型的模型参数,获得了计算两种汽提器轴向油气浓度分布的半经验的指数关联式。该关联式和实验数据比较吻合,相对误差均在10%以内。由该关联式可进一步计算出汽提器的汽提效率,可以为工业汽提器工艺参数的优化以及工程设计提供参考。

单段高料位气-固环流汽提器内颗粒速率分布的研究

在直径为60 0mm的半圆形有机玻璃塔内对高料位密相环流汽提器进行了研究 ,在不同的操作气速下对其不同轴向、径向位置进行了速率的测量 ,得出了轴、径向速率分布规律。在动量平衡的基础上 ,建立了单段高料位环流汽提器催化剂环流速率的半经验模型 。

单段高料位气-固密相环流汽提器的密度分布

在直径 60 0mm的半圆形有机玻璃塔内对高料位密相环流汽提器进行了研究 ,在不同的操作气速下对其不同轴向、径向位置进行了密度的测量 ,得出了轴、径向密度分布的规律。从理论上推导了汽提器平均空隙率与内环表观气速的关系 ,根据试验结果建立了单段高料位环流汽提器内环平均空隙率与内环表观气速的半经验模型 ,模型计算结果与试验结果能较好的吻合。

催化裂化汽提器内颗粒停留时间分布的数值模拟

采用计算流体力学数值模拟方法对空筒型和人字形挡板汽提器内的气固两相流动进行模拟,模拟中采用示踪技术得到了催化剂出口处颗粒的停留时间分布,采用死区模型对停留时间分布曲线进行分析,得到了两种汽提器内的死区、活塞流区及全混流区的体积分数。模拟结果表明,人字形挡板汽提器的死区体积约为10%,活塞流区体积大于40%,全混流区体积小于50%;空筒型汽提器的死区体积占反应器体积的15%～35%,活塞流区体积为10%～25%,全混流区体积为50%～60%;人字形挡板汽提器能够减小死区体积及全混流区体积,增大活塞流区体积,从而提高汽提器体积的利用率,降低颗粒的返混程度,提高汽提效率。

工业催化裂化汽提器内气固停留时间的数值模拟

在双流体模型以及团聚修正曳力模型的基础上,采用停留时间分布(RTD)模型,对工业催化裂化装置汽提器内气体和催化剂的停留时间进行了模拟计算,得到了人字型挡板、盘环型挡板和两段环流汽提器内气固两相的RTD特征。三种结构汽提器中气体的RTD曲线都呈现很不平滑的多峰分布,而催化剂颗粒的RTD曲线则呈现平滑的单峰分布,气体及催化剂颗粒的RTD曲线都出现了拖尾现象。模拟结果表明,三种汽提器内气体及颗粒的流动明显偏离平推流,催化剂的返混程度比气体强。与人字型挡板相比,盘环型挡板改善了汽提器内气固接触效果,从而提高汽提效率;与人字型挡板和盘环型挡板相比,两段环流汽提器不但改善了气固接触效果,还延长了催化剂颗粒的停留时间,并且降低催化剂的返混程度,模拟结果解释了工业两段环流汽提器汽提效率最高的原因。

催化裂化汽提器技术研究进展

介绍了近年来催化裂化装置汽提器的研究现状,主要包括挡板汽提器的气固流态化行为,环流汽提器和填料型汽提器。叙述了气固两相在后两种汽提器内的流动特点,并指明了汽提效率优于挡板汽提器的原因。填料型汽提器在高催化剂循环通量条件下仍可有效降低再生器烧焦量,正适合原油重质化和利用催化裂化生产低碳烯烃的发展趋势。

催化裂化新型汽提器汽提蒸汽有效利用率的研究

采用TCD 2B型气体示踪检测仪 ,研究了催化裂化新型汽提器在两段汽提工艺条件下汽提气的有效利用率。建立了汽提气有效利用率计算模型 ,将汽提气的有效性定量化。工业应用结果表明 ,催化裂化装置汽提效果较改造前大幅度提高 ,从而验证了两段汽提工艺技术提高汽提蒸汽有效利用率的作用。

FCC待生催化剂多级组合式汽提器的开发

从冷模试验入手,以提高汽提器汽提效率为目标,开发了催化裂化沉降器待生催化剂多级组合式结构汽提器。该技术在着眼于加大汽固接触面积、提高汽固接触效率的同时,在汽提器内用间隔距离较大的挡板实现多级串联式汽提,以减小各区内汽固的返混程度,提高传质效率,从而提高汽提效率。冷模试验研究对比结果表明,新开发的汽提器汽提效率较普通环形挡板式汽提器汽提效率提高10百分点以上。在济南分公司重油催化裂化装置的工业应用结果表明,投用新汽提器后,焦炭中氢质量分数为6％～7％,降低了18．3％,焦炭产率下降0．5百分点。

催化裂化两段式环流汽提器结构模拟及优化

采用CFD(计算流体力学)模拟方法及催化裂化汽提流动传质模型,以两段环流式汽提器为模拟对象并选取催化剂颗粒在环流汽提器中内、外环表观气速分别为0.175,0.043 m/s的工况下,对汽提器内的气固流动和汽提过程进行了模拟分析,得到了环流汽提器内气体和催化剂详细流动状况。在此基础上,采用模拟方法进一步对两段环流汽提器的高径比、环流挡板间距和内外径比等关键结构参数进行优化研究,通过分析不同结构参数对环流汽提器操作状况的影响规律及汽提效率,得到最优结构参数,即汽提器高径比为2.78,环流挡板间距为0.125 m,内外径比为0.667。与原汽提器结构参数进行对比,优化后汽提器的汽提效率可达到97.17%,比原汽提效率提高了1百分点。

催化裂化装置高效汽提器技术的工业应用

中国石化股份有限公司荆门分公司 0 .8Mt/a重油催化裂化装置应用洛阳石油化工工程公司设备研究所的专利技术 ,将原反应沉降汽提器改造成高效汽提器。工业应用结果表明 :在汽提蒸汽量下降 16 %的情况下 ,待生催化剂上焦炭的氢碳比值 (H/C)同比降低了 43 % ;再生器烧焦量同比下降了 1个百分点 ,每年可少烧焦 80 0 0t,年经济效益 85 0× 10 4RMB

提升管CSVQS环流预汽提器的CFD优化

针对原结构尺寸的环流预汽提器实现中心气升式环流时颗粒分布不均匀,环流效果较差,基于欧拉-欧拉双流体模型,应用CFD软件,对提升管CSVQS的环流预汽提器的结构进行了优化。结果表明,随着径高比D/H的增加,导流筒区与环隙区的固含率呈增加趋势;但若D/H过大,却不利于环流,取D/H=0.65~0.69。与原结构相比,当环隙区面积与导流筒区面积比S1/S2=0.97时,颗粒分布明显均匀,环流效果较好,有利于环流床内的气固充分混合接触,取S1/S2=0.95~0.99。与导流筒径高比和环隙区面积与导流筒区面积比相比,导流筒下端距莲蓬式气体分布器的距离H1对颗粒分布的影响较小,但当H1=120mm时,导流筒区和环隙区的颗粒分布更接近静床层时的颗粒分布,取H1=115~125mm。

开孔形式对盘环形挡板汽提器特性影响的模拟分析

采用CFD方法对安置盘环挡板的汽提器进行了模拟计算,对比了盘环挡板上有无开孔情况下的颗粒流动分布。结果表明,在盘环挡板上进行开孔可有效减少“气垫”区域,使气体与颗粒更顺利地穿透挡板进行高效接触。此外,通过对比不同开孔形式下的催化剂颗粒流动与气泡分布特性,可以发现均匀开孔时,随着开孔尺寸的增加,气相流动阻力下降,可以携带颗粒更加均匀地穿过盘环挡板,使得挡板以下的“气垫”区域减小,颗粒在汽提器内分布更加均匀,有利于汽提蒸汽与催化剂颗粒之间的接触。但是,随着开孔尺寸增加,汽提器内气泡的平均尺寸有所增加,气泡数量减小,气泡所占的总体积及气泡所能提供的相界面积有所减少。对比均匀开孔与非均匀开孔的颗粒流动与气泡特性,结果表明,在盘形挡板顶部附近开孔12mm,其他区域均匀开孔9mm的非均匀开孔形式在确保催化剂颗粒流动的均匀性分布、汽提蒸汽与催化剂颗粒之间的接触效果的同时,容易产生更小的气泡,可以提供更高的气固相界面积,更加有利于汽提器性能的改善,因此是比较优选的开孔方式。本文关于挡板开孔形式影响的模拟分析对设计高性能的汽提器内构件具有重要意义。

催化剂汽提器临界固泛流率的研究

固泛现象是发生逆流接触的气固流化床装置中一种不稳定操作现象,对汽提器的性能和装置的平稳操作均具有很大的危害。利用压力降和压力脉动的测量,在一套大型冷模实验装置上研究了两种不同催化剂汽提器中的固泛现象。结果发现,目前工业上常用的盘环型汽提器很容易发生固泛。固泛发生时,床层压力降出现陡降,压力脉动陡增,同时伴随着颗粒架桥及循环量的大幅度波动。在本实验操作范围内,盘环型挡板汽提器临界固泛流率在40~60 kg/(m^2·s),且随着表观气速增大而减小,但在整个操作范围内Crosser格栅型填料汽提器均未出现固泛现象。利用Bi提出的临界固泛流率公式,分析了不同操作条件下和不同汽提器结构中发生固泛的原因,同时分析了工业汽提器中发生固泛的可能性。

高效汽提器在重油催化裂化装置上的应用

在中国石化武汉分公司 80万t/a重油催化裂化装置(RFCCU)上进行了应用洛阳石油化工工程公司的专利技术—高效汽提器的技术改造。改造后运行结果表明:汽提蒸汽用量下降 17. 7%,待生催化剂上焦炭的氢碳比值(H/C)降低 42. 9%,再生器烧焦量下降 0. 72%,实现创效 742. 72万元 /a。

气体类型对FCC汽提器性能影响的实验研究

在催化裂化装置中,汽提器的作用是使用水蒸汽置换出吸附在颗粒内孔以及夹带在颗粒之间的不同种类的烃类分子。传统汽提器研究中大多都使用较轻的氢气或氦气作为示踪气体,利用测得的模拟汽提效率作为评价不同汽提器性能的指标。为了考察汽提器处理不同吸附特性气体时的表现,在一套大型冷模实验装置中,采用吸附能力依次增强的3种示踪气体——He、CO_(2)、R22,分别考察两种不同类型汽提器的模拟汽提效率。结果表明气体吸附特性对汽提器性能具有显著影响,随着示踪气体在分子筛催化剂上吸附能力的增强,测得的汽提效率显著下降,提高表观气速和采用高效内构件对提高汽提效率的效果明显减弱;对于吸附能力强的示踪气体,采用高效填料内构件提高汽提效率的相对效果更好。

正四方锥汽提器的开发及工业应用

正四方锥汽提器是中国石油庆阳石化分公司开发的新型高效汽提器,其独特结构为催化剂和蒸汽充分接触,提供多通道、多层交错的立体空间,保证了催化剂的流通不会出现堵塞、架桥、滞留等现象,消除了正常运行的风险;在布置上考虑了安装、检修问题,装拆方便,底边设计尺寸为370 mm×370 mm;也考虑了热应力问题,将其材质由原普遍采用的20R钢升级为0Cr18Ni9,支撑梁及相关构件进行了防磨损喷涂处理。正四方锥汽提器在庆阳石化分公司600 kt/a催化裂化装置汽提段改造中用来替代原来的圆锥盘折流锥汽提器,结果表明,液化石油气收率提高了1.03百分点,汽油+轻柴油收率提高了1.83百分点,待生催化剂的碳质量分数下降0.23百分点,焦炭产率下降1.04百分点,年经济效益达200×104RMB$。

催化裂化待生剂汽提器大型冷模实验装置的设计

以研究催化裂化技术为背景,依据汽提器的相关技术,拟设计建立一套催化裂化待生剂汽提器大型冷模实验装置,利用该装置对汽提器的汽提效率以及气固流态化状况进行系统的研究。该实验装置主要包括提升管、旋风分离器、快速分离器、汽提器及气体分布器等部件。本论文详细论述了该套实验装置各操作单元的设计过程,主要完成了工艺计算和设备计算。本设计的核心装置是汽提器装置部分。