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流化催化裂化沉降器内油气的流动规律

发表时间：2020/9/4 来源：《文化时代》2020年11期作者：李哲勇

[导读] 沉降器是催化裂化反应再生系统中的重要组成部分，沉降器的作用可以将油气和催化剂进行合理分离，并且能够将待生催化剂进行烧焦再生，因此对沉降器性能要求非常高，解决沉降器在催化裂化中的所出现的问题可以有效减少在高温油气在沉降器中的停留时间，防止反应物在催化裂化装置中过渡裂化，减少结焦的情况出现。因此分析沉降器在空间内的油气流动情况，可以为沉降器的结构改造提供理论依据。

辽河石化公司辽宁省盘锦市124010 摘要：沉降器是催化裂化反应再生系统中的重要组成部分，沉降器的作用可以将油气和催化剂进行合理分离，并且能够将待生催化剂进行烧焦再生，因此对沉降器性能要求非常高，解决沉降器在催化裂化中的所出现的问题可以有效减少在高温油气在沉降器中的停留时间，防止反应物在催化裂化装置中过渡裂化，减少结焦的情况出现。因此分析沉降器在空间内的油气流动情况，可以为沉降器的结构改造提供理论依据。关键词：流化催化裂化；沉降器；流动规律催化裂化装置的原料主要为重质馏分油，在进行生产过程中会使用到硅酸铝催化剂，在反应器中会发生裂化反应，从而获得汽油、轻柴油等物质。催化裂化在炼油厂主要的工艺之一，也是重油加工的重要手段之一。催化裂化装置所使用的原料已经发生了巨大变化，其中最常见的原料为常压渣油和减压渣油，甚至会使用全渣油，可以有效提高催化裂化装置的经济效益。但是在实际应用过程中，原料的重质化会导致催化裂化装置发生严重的结垢问题，已经成为严重影响催化裂化装置安全运行、造成非计划停机的一个重要因素。因此对于结焦现象应当进行仔细考察研究，提出相应的解决措施，利用高新技术将沉降器的性能提高。为了进一步提高沉降器的性能，需要深入了解沉降器内油气的流动规律，考察研究油气在沉降器内的停留时间，提出相应的改进措施。采用实验和数值模拟结合的方法，为进一步考察沉降器内油气流动规律奠定基础。 1沉降器内气体流动规律试验研究在试验研究中设置沉降器内径为380mm、粗旋风分离器以及一顶旋风分离器，通体直径为120mm。在装置中粗旋风分离器的入口气速为19m/s，沉降器底部的气速为0.2m/s。由于工业所使用的沉降器装置内为气固两相流动，催化颗粒优先经过粗旋风分离器，大部分由料腿进入汽提器，少部分气体会进入沉降器空间。气体在旋风分离器内的大部分气体会由升气管排出，少量气体会由催化剂带出。另外由于在整个沉降器内的催化剂体积分数较小，因此本文研究只针对气相流场进行。 2数值模拟 2.1沉降器空间流场的数值模拟（1）数学模型由于粗旋风分离器的出口为强旋流动，因此本文主要采用ASM模型实现沉降器空间流场的模拟。（2）边界条件和网格划分粗旋风分离器升气管出口：计算粗旋风分离器内流场给升气管轴向、切向速度分布；汽提器口：计算平均速度，确保沉降器底部汽提气表现气速为0.2m/s。顶旋风分离器入口：给压力边界条件；壁面：采用标准壁函数进行计算。 2.2气相停留时间数值模拟（1）气相停留时间分布在流动系统中，停留时间是指流体微元经过系统的时间。由于流体微团是由多个微元组成，所以流体微元在流动系统中所停留的时间有所差别，各流体微元的停留时间分布规律称为流体微团的停留时间分布。

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（2）基本原理合理利用附加变量示踪方法可以有效获得稳态旋风分离器内的流场，分别在粗旋风分离器升气管出口和汽提器口加入示踪烟气，按照标量输入方程进行求解，可以计算出顶旋风分离器入口监测烟气的流出量随时间的分布规律，从而可以得到示踪烟气停留时间的分布规律。（3）停留时间的计算在利用瞬态求解标量输运方程求解过程中，监测顶旋风分离器入口示踪烟气质量率随着时间变化而出现的变化，可以有效获得停留时间分布规律以及累积停留时间分布规律。 3结果与讨论（1）实验结果与模拟结果比较根据实际的工作需求将沉降器内粗旋风分离器提升25mm位置，进行速度模拟结果和实验结果比较，可以发现模拟结果和实验结果的较为一致，由此可以说明利用ASM模型可以有效预测沉降器空间气体流动规律。（2）沉降器空间流动特点分析根据计算结果得出沉降器空间上部气体流动速度的规律分布，可以看出气体流动的特点具有以下几个方面：第一，具体经过粗旋风分离器排出以后并不能直接扩散，而是上行至沉降器的顶部，然后再沿着沉降器边壁下行，一部分的气体会进入到顶旋风分离器，而另一部分气体会下降至沉降器中部，然后进行折返动作进入顶旋风分离器。第二，由于升气管出口气体流动为强旋射流，因此在射流区中部会存在回流区。第三，射流流动与顶旋风分离器下行的气体会形成一个较大的涡流，另外，上行的射流流动与沉降器一侧的气体也会形成一个涡流，在这两个涡流的作用下会导致气体在沉降器中的停留时间增长。因此大部分的油气并没有直接进入顶旋风分离器，需要在沉降器内经过很长的流动距离，才能够达到定旋风分离器。因此就会造成进入沉降器空间的油气由于流动空间的扩大，造成流动速度减缓，因此就会造成在沉降期内停留的时间过长，在高温的反应下，非常容易出现结焦现象。（3）沉降器空间气体停留时间分布通过分析粗旋风分离器升气管出口和汽提器中示踪烟气的停留时间分布以及累积停留时间分布。粗旋风分离器升气管进入沉降器后的气体会呈现出上升趋势，该气体停留时间以及分布规律与顶旋风分离器顶部的流动规律一致，由此说明，该气体在沉降器中的停留时间较小；而汽提器进入沉降器内的气体停留时间较长，大概有55%的气体停留的时间小于5秒钟，这是由于该部分气体的流动速度较低，在进入沉降器后，很快在沉降器内形成扩散，另外由于沉降器的口径较大，造成上行速度变慢，停留时间过长等现象。 4结束语炼油厂在生产过程中，由于催化裂化装置的使用原料、操作条件、烟气组成、以及设备材料等情况都会存在差异性，因此影响催化裂化再生设备结垢因素比较复杂。通过实验结果和模拟结果进行分析，预测沉降器空间内的流动规律，能够有效减少油气在催化裂化再生系统中的停留时间，有效减少结焦现象的出现，从而有效提高炼油厂的经济效益和社会效益。参考文献: ［1］付烜,孙国刚,吴雷,卢松坚,时铭显.重油催化抑制结焦沉降器内油气流动的数值模拟［J］.石油学报(石油加工),2009(06):131-136. ［2］李锋,滕姗姗,樊逢波.催化裂化装置沉降器内油气-催化剂流动过程的数值模拟研究［J］.石油与天然气化工,2017(2) ［3］晁忠喜,孙国刚,龚兵,时铭显.催化裂化沉降器内两端敞开型旋风分离器内气相流动规律［J］.化工学报,2004(07):81-88.