[发明专利]一种旋风分离器及其应用

说明书

技术领域

本发明属于一种用于石油化工气固或液固分离的旋风分离领域，更具体地说涉及一种主要用于石油化工流化催化裂化装置的旋风分离器。

背景技术

流化催化裂化装置是炼油和石油化工厂重要的原油二次加工装置，目前我国正在运行的各种规模的流化催化裂化装置多达百余套。流化催化裂化装置既为炼油厂和石油化工厂创造了巨大的经济效益，同时又是一个主要的环境空气污染源。一个100万吨/年加工能力的流化催化裂化装置，从再生器排出的烟气，如果不加以分离回收，排烟粉尘浓度达0.6~1.0g/Nm3，每天将会把2吨左右的5～20μm的细粉送上天空。这些细粉，对环境、对人体都会造成大的危害。随着各国对人类生存环境的日益重视和对环境保护的要求更加严格，对流化催化裂化装置采用新技术，降低烟气的排尘量，提高环境空气的质量，已是一项十分紧迫的工作。

同时，由于流化催化裂化装置原料愈来愈重，成份愈来愈杂，原料中各种重金属含量也越来越高。在反应过程中，这些重金属随着催化剂表面生焦而沉积在焦碳中，即使是完全再生技术，也不可能将这些重金属完全除去。其中有的金属可能会引发癌症，对人体的损害尤为严重。因此，废催化剂细粉的分离、回收十分必要。

上一世纪八十年代，我国重油流化催化裂化装置能量回收技术得到迅速发展。为了保证再生烟气能量回收系统中烟气轮机的正常运行，增设了第三级旋风分离器(简称“三旋”)。能量回收系统流程简图如图6所示：从再生器顶排出的含尘高温再生烟气进入三旋，经分离净化后的烟气先进入烟气轮机(简称“烟机”)发电，再进入余热锅炉回收余热，然后从烟囱排出；排出的细粉与少量下泄气(约占三旋总烟气量的3～5％)一起从三旋底部进入中间细粉罐。此类设计的最初意图是，分离出的细粉在中间细粉罐自由沉降下来，再靠重力流入下面细粉贮罐冷却，装车或排入废催化剂罐中。但由于为满足分离下泄气的要求，临界喷嘴的系统压降很大(约0.2MPa)，喷孔气速高达350m/s以上，因此抽力很大，三旋分离出的细粉在中间细粉罐很难沉降下来又被气流带走。一般说来，中间细粉罐能被沉降下来的催化剂量，仅占装置的10～15％左右，绝大部分细粉仍被临界流速喷嘴随同下泄气一起抽走排入烟囱，三旋仅解决了烟机磨损问题，并没有解决环保要求问题。

近二十年来，我国流化催化裂化装置再生器的旋风分离器和三旋技术都有了很大地提高，三旋净化烟气含尘量可降到0.15～0.2g/Nm3以下，保证了烟气轮机的正常运行。但如图6所示的流程，从装置排入烟囱的烟气含尘量仍在0.5～1.0g/Nm3左右，都远大于国家规定的排放标准。

为此，采取了增设第四级旋风分离器的技术方案。第四级旋风分离器(简称“四旋”)就是用来将三旋下泄气与排出的催化剂分离的设备。分离后的催化剂细粉，经中间细粉罐进入下部的催化剂储罐冷却、装车。净化后的气体由四旋排气口排出，经临界流速喷嘴，排入余热锅炉，可将部分下泄气的热量回收，最后由烟囱排到大气。三旋排尘下泄气量占三旋总气量的3～5％，如果不经四旋处理而直接进入余热锅炉，会加剧锅炉的集灰，降低锅炉的传热效果；如果直接排入烟囱又浪费能源。因此，流化催化裂化装置安装四旋既是一种环保要求，也是节能要求。

现代流化催化裂化装置对四旋的具体要求是：(1)耐高温。能在550～650℃下长期使用。当装置操作不正常时，催化剂的温度会超过700℃。(2)催化剂浓度高。一般为15～30g/m3，因而要求四旋的抗磨性能要强。(3)分离效率要高，能将大于15μm的细粉有效除去，并最大可能地将10～15μm的细粉分离。(4)弹性好。当入口风量和催化剂浓度变化时，要有稳定的分离效率。(5)高温催化剂的排放要安全可靠，催化剂的排放过程不能引起三旋操作系统的波动。(6)结构简单，设备成本低，安装和检修容易，使用寿命要长。

按照对四旋的上述要求，与本发明最相关的现有技术是我国流化催化裂化装置目前采用的独立组合的直筒式四旋系统。如图7所示，这种四旋需在三旋框架之外另立钢架，布局四旋、中间灰斗和贮罐，形成了一个独立的排放系统。其优点是四旋的设置不受三旋底部空间的限制；四旋尺寸便于优化；分离效果较好，而且检修、维护和操作比较方便。其适用于新设计的流化催化裂化装置，特别是在大型流化催化裂化装置中优点比较突出。这种系统的排料不会影响到三旋系统的正常运行，是一种安全、可靠的设计。但这种四旋系统的缺点是：由于需要占据一定的新的地面和空间，对老厂中、小型流化催化裂化装置的改造往往有一定的困难，或者难以进行，而且投资相对比较大。