[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公开说明书
[11]公开号CN 1267564A [43]公开日2000年9月27日
[21]申请号00105781.2[21]申请号00105781.2
[22]申请日2000.04.07[71]申请人清华大学
地址100084北京市海淀区清华园
[72]发明人魏飞 金涌 钱震 杨艳辉 汪展文 [74]专利代理机构清华大学专利事务所代理人罗文
[51]Int.CI 7B01D 45/06B01J 8/12
权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 9 页
[54]发明名称
[57]摘要
本发明涉及一种附壁切割式气固快速分离装置,
粒出口与汽提装置相联，气体导出管与后继气固分
离系统相联。本装置可作为提升管反应器或下行床
反应器出口气固混合相的初级分离装置。经实验测
量，其在各种操作条件下的分离效率均可达97%以上。
由于颗粒顺着弧形轨道运动而非直接与壁面碰撞,
颗粒与设备的磨损较小。
00105781.2权 利 要 求 书第1/1页 1、一种附壁切割式气固快速分离装置，其特征在于该分离装置包
括过渡段、气固混合相入口、分离器主体、气体导出管及颗粒出口；所述的过渡段与反应器主体相联，颗粒出口与汽提装置相联，气体导出管与后继气固分离系统相联；所述的分离器主体的直径D与反应器主体的直径Dr的比例D/Dr为2.5～3.5；所述的气固混合相入口为矩形，矩形长L1为0.35～0.6D，宽W1为0.8～1.2Dr，矩形的一侧与分离器主体相切成一垂直防护板，与垂直防护板相对的另一侧与分离器主体相割，相割处的夹角α为50°～70°；所述的分离器主体内设有气体导出管，其直径D1为0.4～0.6D，气体导出管是一段与壳体同轴安装并插入到壳体内部的开口直管，其开口端面与分离器主体的挡板的距离W3为0.1D～0.35D；在气固混合相入口与分离器主体相割处，设有入口导流挡板，其与垂直线所处的角度β为10°～25°，导流挡板的末端与垂直防护板之间的距离W2为0.07～0.25D；所述的颗粒出口为一矩形；其一侧与分离器主体相切成另一垂直防护板，该垂直防护板的高度H3为0.8～1.2D，在颗粒出口与分离器主体的相切处设有弧形切割板，其半径为D/2，弧形切割板与分离器主体外壳的垂直距离H2为0.05D～0.15D，与主体中心垂线的夹角γ为5°～15°，颗粒出口的另外两侧为圆弧型挡板，其圆弧半径R1、R2分别为0.2～0.3D与0.4～0.6D；在所述的切割板上下设有加强筋板，该筋板与反应器主体相对固定，切割板上设有气压平衡孔。
2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中所述的颗粒出口处，在切割板下方设有颗粒导流挡板，其结构与所述切割板相对称，其一端与切割板的末端相对固定，另一端与垂直防护板相对固定。
3、如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中所述的气体导出管与分离器主体成偏心安装，其偏心
角θ为30°～60°，与分离器主体中心的距离W5为0.1～0.2D。
4、如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中所述的颗粒出口为对称结构，其圆弧型挡板的半径R3为0.2～0.4D。
5、如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中所述的分离器主体及颗粒出口外侧各安装有加强板。
6、如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中所述的颗粒出口处安装有汽提蒸汽分布器，通入汽提蒸汽。
00105781.2说 明 书第1/5页
附壁切割式气固快速分离装置
本发明涉及一种附壁切割式气固快速分离装置，属化工设备中的气固分离设备技术领域。
催化裂化与催化裂解是炼油工业中重要的加工装置。近年来，新型高活性催化剂的采用使得烃类的裂化反应在2～4秒内即可完成。反应时间的缩短与反应温度的提高，要求其提升管反应器末端油气与催化剂的快速高效分离，实现油气在高温下的短停留，减少轻质油的损失。
与提升管反应器相比，下行床反应器的停留时间更短，通常小于1秒。因此，其出口更需要快速高效的气固分离装置。其目的是严格控制油气与催化剂的接触时间，减少不必要的深度裂化，提高目的产品收率。同时也可降低旋风分离器入口处的催化剂浓度，减少催化剂的损失。
旋风作为最普遍的气固分离手段，其颗粒停留时间在0.5s左右，显然不能满足气固快速分离的需要。国内外的石油公司及科研结构都对新型气固快速分离装置展开了研究。Stone & Webster Engineering Corp.公司的专利(图1，专利号US5976355)在其气固快速分离装置中采用了U型管的设计。气相在该分离装置中经过180°的转向，而颗粒则经过两个90°的转向，从而利用气固相惯性力的差别实现气固的分离。其优点是结构简单，但是也不可避免地带有颗粒夹带严重、分离效率不高、操作弹性小及设备、颗粒磨损严重等缺点。从上面的说明可以看出，单纯利用惯性分离不足以实现快速高效的气固分离。
本发明的目的是设计一种附壁切割式气固快速分离装置，克服现有技术的不足，将两相流中气固两相惯性力的差别、颗粒运动的附壁效应及空间位置上的切割分离相结合，实现快速高效的气固分离。同时，作为提升管反应器或下行床反应器系统的一部分，兼备了操作弹性大、压降小、结构简单及设备与颗粒磨损小等要求。
本发明设计的附壁切割式气固快速分离装置，包括过渡段、气固混合相入口、分离器主体、气体导出管及颗粒出口。过渡段与反应器主体相联，颗粒出口与汽提装置相联，气体导出管与后继气固分离系
统相联；分离器主体的直径D与反应器主体的直径D r的比例D/D r为2.5～3.5。气固混合相入口为矩形，矩形长L1为0.35～0.6D，宽W1为0.8～1.2Dr，矩形的一侧与分离器主体相切成一垂直防护板，与垂直防护板相对的另一侧与分离器主体相割，相割处的夹角α为50°～70°。分离器主体内设有气体导出管，其直径D1保持在0.4～0.6D之间；气体导出管是一段与壳体同轴安装，插入到壳体内部的开口直管，其开口端面与分离器主体的挡板的距离W3为0.1D～0.35D。在气固混合相入口与分离器主体相割处，设有入口导流挡板，其与
垂直线所处的角度β为10°～25°。导流挡板的末端与垂直防护板之间的距离W2为0.07～0.25D。颗粒出口为一矩形，其一侧与分离器主体相切成另一垂直防护板，高度H3为0.8～1.2D。在颗粒出口与分离器主体的相切处设有弧形切割板，其半径为D/2。弧形切割板与分离器主体外壳的垂直距离H2为0.05D～0.15D，与主体中心垂线的夹角γ为5°～15°。颗粒出口的另外两侧为圆弧型挡板，其圆弧半径R1、R2分别为0.2～0.3D与0.4～0.6D。切割板上下设有加强筋板，该筋板与反应器主体相对固定，切割板上设有气压平衡孔。
在上述装置中的颗粒出口处，在切割板下方设有颗粒导流挡板，其结构与所述切割板相对称，其一端与切割板的末端相对固定，另一端与垂直防护板相对固定。上述的气体导出管还可以与分离器主体成偏心安装，其偏心角θ为30°～60°，与分离器主体中心的距离W5为0.1～0.2D。上述的颗粒出口也可以为对称结构，其圆弧型挡板的半径R3为0.2～0.4D。上述的分离器主体及颗粒出口外侧还可以各安装
加强板。上述的颗粒出口可以安装汽提蒸汽分布器，以通入汽提蒸汽。
本装置可作为提升管反应器或下行床反应器出口气固混合相的初级分离装置。经实验测量，其在各种操作条件下的分离效率均可达97％以上。其颗粒停留时间在100m s以下，气相停留时间在2s以下。而分离器的总压降在100～250P a之间。其气相导出管可以与二次气固系统，如旋风系统相连。而催化剂颗粒则通过颗粒出口直接进入汽提器。同时由于颗粒顺着弧形轨道运动而非直接与壁面碰撞，颗粒与设备的磨损也比较小。
附图说明：
图1为已有技术中专利U S5976355公开的气固快速分离装置的结构示意图。 图2为气固两相在本发明设计的附壁切割式气固快速分离装置中的运动轨迹示意图。
图3为本发明设计的附壁切割式气固快速分离装置的侧视图。
图4为本发明设计的附壁切割式气固快速分离装置的正视图。
图5为图2所示气固分离装置构型的一个实施例，主要变化是在切割板下方增加一块弧形的颗粒导流挡板。
图6为图2中所示气固分离装置构型的一个实施例，主要变化是气相导出管的偏心安装。
图7为图2中所示气固分离装置构型的一个实施例，主要变化是颗粒出口结构由非对称结构变为对称结构。
图8为图2中所示气固分离装置构型的一个实施例，主要变化是在易磨损部位加上加强板。
图9为图2中所示气固分离装置构型的一个实施例，主要变化是颗粒出口结构中的弧形导流板安装汽提蒸汽分布器，通入汽提蒸汽。
下面介绍本发明的内容和实施例。
图1-图9中，1为反应器主体，2为过渡段，3为气固混合相入口，4为气固混合相入口中的垂直防护板，5为入口导流挡板，6为环隙，7为颗粒出口结构的弧型挡板，8为分离器主体，9为气相导出管，10为加强筋板，11为气压平衡孔，12为切割板，13为加强筋条，14为颗粒出口结构中的垂直防护板，15为颗粒出口，16为颗粒出口对称结构的弧型挡板，17为弧形颗粒导流挡板，18为加强板，19为汽提，蒸汽分布器。图中的尺寸分别是：D为分离装置圆形壳体的直径，L为壳体的长度，D r为反应器主体的直径，L1为气固混合相入口长度，W1为气固混合相入口宽度，H1为入口结构的垂直防护板的高度，W2为入口导流挡板末端与入口结构的垂直防护板之间的距离，D1为气体导出管直径，W3为气体导出管在壳体内的开口末端与壳体右侧挡板的距离，H2为切割板下端切口与壳体的距离，L2为颗粒出口结构长度，W4为颗粒出口结构宽度，H3为颗粒出口结构垂直防护板的高度，R1为颗粒出口结构1/4圆弧弧
型挡板7的半径，R2为颗粒出口结构1/4圆弧弧型挡板16的半径，R3为颗粒出口为对称结构时，其1/4圆弧弧型挡板16的半径，W5为气体导出管偏心安装时的偏心距离，α为气固混合相入口斜挡板与壳体相割处所对应的角度，β为入口导流挡板与垂直线的角度γ为颗粒出口结构1/4圆弧弧型挡板与壳体相切处的角度，θ为气体导出管偏心安装时的角度。
下面结合图2、图3介绍本发明的工作流程。气固混合相离开提升管反应器或下行床反应器主体1后，进入本气固分离装置的气固混合相入口结构3。由于入口导流挡板4对气固混合相的导流作用，使得颗粒在入口处具有一个向边壁运动的趋势。气固混合相进入本气固分离装置的主体8后，在位于分离器主体的壳体与气相导出管9之间的环隙6中作旋转运动。由于两相流中气固相惯性力的差别及颗粒运动的附壁效应，绝大部分颗粒在环隙中经过1/4圆弧的运动后，聚集在距边壁很近的一个边界层中。此时切割板12利用颗粒的边壁聚集现象实现气固的高效快速分离。经过切割后，气体从切割板的上方继续其环隙中的旋转运动。而颗粒则下落至颗粒出口结构16，进入管道后被输运至汽提器。初次切割后的气体中仍夹带一部分颗粒，在气体的后继旋转运动中可经过二次、三次切割而完成两相的进一步分离。分离后的气体在经过1-3周的旋转运动后由气相导出管排出输运到后继的气固分离系统，如旋风系统。
如图3、图4所示，附壁切割式气固快速分离装置的特征尺寸为分离器主体8圆形壳体的直径D。壳体的长度L保持在0.9D～1.2D之间。D与提升管反应器或下行床反应器主体1的直径Dr的比例D/Dr保持在2.5～3.5之间。
气固混合相离开反应器主体后，通过一短暂的过渡段2进入气固混合相入口3。气固混合相入口为一矩形，其长度L1保持在0.35～0.6D左右，宽W1保持在0.3D左右。由侧视图可以看出，其垂直防护板4与壳体相切，高度H1约为0.35～0.75D。另一斜挡板与壳体相割，相割处所对应的角度α保持在50°～70°之间。在其正视图图4的位置布置上，气固混合相入口3有一边与分离器主体8壳体气体出口侧挡板相齐。为了使颗粒具有向壳体边壁运动的初速度，在气固混合相入口后引入了入口导
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