一种抑制升气管外壁结焦的旋风分离器及分离系统技术方案

本申请公开一种抑制升气管外壁结焦的旋风分离器及分离系统，其中，旋风分离器包括：筒体；筒体上端设有进料部，筒体顶部设有顶板；至少部分设于筒体内的升气管；升气管位于筒体内的一端具有进气口；固定套设于升气管外的凸环；凸环沿升气管径向凸出，设于顶板下方，凸环位于筒体内壁和升气管外壁形成的环形空间中，并至少部分与进料部沿径向对齐；设于升气管管壁的连通部；连通部将升气管内外连通且位于进气口的上游，连通部位于凸环的下游。本申请所提供的旋风分离器及分离系统，能有效降低压降和能耗，在分离效率不下降的同时，破坏升气管外壁低速附面层，防止结焦、防止颗粒沉积，保证装置可长周期安全运行，且结构简单，容易实施。

A cyclone separator and separation system for inhibiting coking on the outer wall of riser

【技术实现步骤摘要】
一种抑制升气管外壁结焦的旋风分离器及分离系统
本申请涉及气体与固体颗粒/液滴多相分离
，特别涉及一种抑制升气管外壁结焦的旋风分离器及分离系统。
技术介绍
本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。旋风分离器能利用具有一定流速的气固相物料旋转时产生的离心力，将固体颗粒物和液滴从气流中分离出来，达到使固体颗粒/液滴与气体分离的目的。在石油化工行业的流化催化裂化装置反应沉降器中，旋风分离器主要用于分离回收沉降器中的贵重催化剂颗粒，是降低反应后油气中固体催化剂含量、减少催化剂跑损、提高装置经济效益的关键设备之一。旋风分离器一般由筒体、锥体及升气管组成，多相分离后的气体从升气管排出旋风分离器。当进入旋风分离器的颗粒很细(微米级或更小粒径)时，其中的微细颗粒会沉积粘附在旋风分离器的升气管外壁上，形成厚薄分布不均匀的沉积颗粒层。在石油催化裂化反应沉降器中，由于油气的高温，沉积在旋风分离器升气管外壁的微细催化剂和油气或油滴长期接触，会发生结焦反应，会生成焦块并粘附在升气管外壁上；随着时间的延长会在升气管外壁上形成很厚很大的环状焦块或月牙状焦块。而升气管外壁结焦的焦块一旦脱落便可能堵塞旋风分离器料腿排料系统，轻则使旋风分离器的分离效率下降，重则使旋风分离器失去分离催化剂颗粒的作用，迫使整个催化裂化装置非计划停工清焦，给催化装置的生产造成巨大经济损失。应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现思路
申请人研究发现，升气管外壁的壁面流动特性对催化裂化装置沉降器内旋风分离器升气管结焦起到了至关重要的作用。一方面，通过对旋风分离器内升气管外壁的流场测量和分析，发现升气管壁附近存在一个低速附面层，为颗粒和液滴的沉积提供了基本条件。另一方面，单边切向入口的旋风分离器进口气流在升气管外壁绕流流动的特性，以入口位置为0°时，在升气管周向0°～90°～180°部位存在顺压力梯度区，180°～270°～0°部位存在逆压力梯度区，使得升气管外壁附近容易形成局部的低速滞留区及回流区，增加了颗粒和液滴在管壁附面层区的停留时间，部分细小颗粒及油雾在入口环形空间二次纵向涡流的作用下，被输送到升气管近壁面而沉积在该附面层内，具有结焦趋向的油气组分和催化剂细颗粒长期处于高温下容易发生结焦反应，一旦结焦形成就会逐渐长大，形成环状或月牙状焦块。因此，抑制升气管外壁结焦的关键之一是破坏升气管外壁低速附面层，减弱颗粒和液滴沉积条件。而导致升气管外壁结焦的颗粒和液滴的来源主要有两个部分。第一部分，湍流扩散。旋风分离器内属于强湍流场，颗粒受湍流扩散作用较强，尤其是细颗粒(数微米级或更小)受湍流扩散影响较大，容易运动到升气管外壁，为结焦提供催化剂颗粒和液滴来源。第二部分，顶灰环。旋风分离器环形空间是气固两相流进入旋风分离器进行初始分离的部位。由于在旋风分离器的环形空间上部存在二次流，对颗粒的运动有很大的影响。颗粒除受到切向速度离心力的作用外，还受到二次流的作用。如图11所示，二次流中上行的轴向速度对颗粒的曳力与颗粒的重力平衡，颗粒向外的离心力与向内的二次流中的径向速度的曳力平衡。使颗粒悬浮在旋风分离器的环形空间的外角处，在环形空间形成一个旋转的顶灰环。如图11和图12所示，即颗粒聚集在旋风分离器环形空间的上部外角处形成旋转颗粒群的顶灰环10。顶灰环是一个高浓度的颗粒悬浮旋转流态，受到切向速度、二次流、颗粒物性的影响，具有一定不稳定性。这种顶灰环的存在对旋风分离器的运行具有很大的危害，一方面加剧对旋风分离器器壁的冲蚀磨损，另一方面这种流动形式使已经被分离到器壁的颗粒存在向内部扩散和输送的机会，颗粒沿着外壁上行，在上盖附近径向向内流动，然后再沿着升气管器壁下行，最后从升气管入口逃逸，导致旋风分离器的效率降低。顶灰环中部分细颗粒在二次涡和下行轴向速度的作用下不断地向内被带到升气管外表面的低速附面层内，而且进入低速附面层内的颗粒一般比较细小，这些细小的颗粒是颗粒沉积的主要来源。部分粘附性的颗粒会粘附在升气管的外壁上，形成颗粒沉积层。这种粘附性颗粒若发生化学反应、固化，则会逐渐长成很厚的沉积层，导致旋风分离器的升气管外壁面发生结焦，这种结焦焦块当受到外部力或工况波动的作用时，就会脱落堵塞旋风分离器的下部料腿，造成旋风分离器的分离功能失效。因此，破坏升气管外壁低速附面层，减弱湍流扩散，减少或抑制顶灰环，就能有效防止旋风分离器升气管外壁结焦。鉴于现有技术的不足，本申请的目的是提供一种抑制升气管外壁结焦的旋风分离器及分离系统，可以用于石油催化裂化装置反应沉降器内，以能够至少解决以上问题之一。为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：一种抑制升气管外壁结焦的旋风分离器，包括：筒体；所述筒体上端设有用于沿切线方向进料的进料部，所述筒体顶部设有顶板；至少部分设于所述筒体内的升气管；所述升气管位于所述筒体内的一端具有进气口，所述升气管的另一端具有出气口；固定套设于所述升气管外的凸环；所述凸环沿所述升气管径向凸出，所述凸环设于所述顶板下方，所述凸环位于所述筒体内壁和所述升气管外壁形成的环形空间中，并至少部分与所述进料部沿径向对齐；设于所述升气管管壁的连通部；所述连通部将所述升气管内外连通且位于所述进气口的上游，所述连通部位于所述凸环的下游。作为一种优选的实施方式，所述凸环的上端面和所述顶板的底面相贴合，所述凸环呈圆环形。作为一种优选的实施方式，所述凸环沿径向的厚度是所述筒体直径和所述升气管直径的差的0.2～0.35倍。作为一种优选的实施方式，所述凸环的上端面和所述顶板的底面相贴合，所述凸环呈锥形。作为一种优选的实施方式，所述凸环沿所述升气管长度方向的长度是所述进料部沿所述升气管长度方向的长度的0.2～0.35倍。作为一种优选的实施方式，部分所述升气管的外壁沿所述升气管的长度方向将所述连通部和所述凸环间隔，所述连通部设有多个缝孔。作为一种优选的实施方式，所述缝孔的长度沿所述升气管的长度方向延伸，所述缝孔沿开口朝向延伸将所述升气管管壁贯通；多个所述缝孔沿所述升气管周向分布。作为一种优选的实施方式，所述缝孔的开口朝向与所述环形空间内气流流动方向的夹角呈锐角。作为一种优选的实施方式，所述缝孔具有预定宽度，所述缝孔的长度大于所述预定宽度，所述预定宽度为1～30mm。作为一种优选的实施方式，所述缝孔的开口朝向与此处升气管外壁的切向呈预定夹角；所述预定夹角为30°～60°，所述缝孔的数量为18～72条，所述预定宽度为3～8mm。作为一种优选的实施方式，所述筒体内壁和所述升气管外壁之间设有旋流结构；所述旋流结构位于所述凸环和所述连通部之间，所述旋流结构用于使所述进料部输入的物料进一步形成螺旋流动。作为一种优选的实施方式，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制升气管外壁结焦的旋风分离器，其特征在于，包括：/n筒体；所述筒体上端设有用于沿切线方向进料的进料部，所述筒体顶部设有顶板；/n至少部分设于所述筒体内的升气管；所述升气管位于所述筒体内的一端具有进气口，所述升气管的另一端具有出气口；/n固定套设于所述升气管外的凸环；所述凸环沿所述升气管径向凸出，所述凸环设于所述顶板下方，所述凸环位于所述筒体内壁和所述升气管外壁形成的环形空间中，并至少部分与所述进料部沿径向对齐；/n设于所述升气管管壁的连通部；所述连通部将所述升气管内外连通且位于所述进气口的上游，所述连通部位于所述凸环的下游。/n

【技术特征摘要】
1.一种抑制升气管外壁结焦的旋风分离器，其特征在于，包括：
筒体；所述筒体上端设有用于沿切线方向进料的进料部，所述筒体顶部设有顶板；
至少部分设于所述筒体内的升气管；所述升气管位于所述筒体内的一端具有进气口，所述升气管的另一端具有出气口；
固定套设于所述升气管外的凸环；所述凸环沿所述升气管径向凸出，所述凸环设于所述顶板下方，所述凸环位于所述筒体内壁和所述升气管外壁形成的环形空间中，并至少部分与所述进料部沿径向对齐；
设于所述升气管管壁的连通部；所述连通部将所述升气管内外连通且位于所述进气口的上游，所述连通部位于所述凸环的下游。


2.根据权利要求1所述的旋风分离器，其特征在于，所述凸环的上端面和所述顶板的底面相贴合，所述凸环呈圆环形。


3.根据权利要求1所述的旋风分离器，其特征在于，所述凸环的上端面和所述顶板的底面相贴合，所述凸环呈锥形。


4.根据权利要求2或3所述的旋风分离器，其特征在于，所述凸环沿所述升气管长度方向的长度是所述进料部沿所述升气管长度方向的长度的0.2～0.35倍。


5.根据权利要求1所述的旋风分离器，其特征在于，部分所述升气管的外壁沿所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙国刚，周发戚，毕文群，焦云南，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：新型
国别省市：北京;11