CN108359491B - 一种催化裂化油浆脱固系统及其脱固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种催化裂化油浆脱固系统及其脱固方法。本发明包括原料油浆储罐、高压静电分离装置、净化油浆储罐，原料油浆储罐分别通过净化管路和反冲洗管路与高压静电分离装置连接，高压静电分离装置也分别通过净化管路和反冲洗管路与净化油浆储罐连接；高压静电分离装置包括外壳，外壳为外围铜电极，外壳的内部设有中心铜电极，中心铜电极与外壳之间设有扰流板，中心铜电极连接有高压静电发生器。本发明的高压静电分离装置在中心铜电极和外壳之间形成非均匀分布的电场，扰流板使其内部的流场分布不均匀，有利于颗粒的吸附，提高了分离效率，脱固效果好；内部不使用填料，避免了堵塞现象的发生，反冲洗更加迅速，节约时间。
Description
技术领域
本发明涉及催化裂化油浆脱固的技术领域，特别是指一种催化裂化油浆脱固系统及其脱固方法。
背景技术
近年来，原油产出的质量逐年降低，催化裂化装置原料重质化和劣质化逐渐加剧。目前，国内催化裂化油浆(FCCS)的年产量约达到7.5Mt，FCCS是生产橡胶填充油、针状焦、沥青和碳纤维的重要化工原料，但是，催化裂化油浆通常含有一定量的固体颗粒，这种固体颗粒的浓度通常在1000-3500ppm左右，主要为催化剂细粉和一定量的焦粉，严重影响油浆的利用范围。例如，当FCCS中固相含量≤500ppm时才可以用来生产炭黑或者橡胶填充剂，当FCCS中固相含量≤100ppm时才可以用来生产针状焦，当FCCS中固相含量在10-20ppm时才可以用来生产碳纤维。所以，对FCCS的脱固处理是实现FCCS综合利用的必要前提。
现有的催化裂化油浆脱固系统一般是采用“减压蒸馏和抽提”的组合系统，该方法采用抽提加减压蒸馏的组合工艺，使油浆纯化，生产针状焦等化工原料。油浆经过减压蒸馏装置除去沥青质和部分催化剂后，抽提出芳烃组分，用于生产针状焦等化工原料。这种油浆精制系统处理后的针状焦等化工原料固含量不稳定，会影响后续系统中针状焦等产品的强度等质量指标，不合格的原料只能返工或降级处理作为普通产品的原料；而且，这种脱固系统中使用的静电式固液分离器的影响因素较多，脱固系统运行稳定性差，不易调控；另外，由于这种静电式固液分离器中使用了大量的小粒径填料，填料的设置加大了反冲洗和检修的难度，使其不易冲洗再生，设备投资大，流程复杂，运行费用高。
发明内容
本发明提出一种催化裂化油浆脱固系统及其脱固方法，解决了现有技术中脱固系统运行稳定性差、不易冲洗再生和运行费用高的问题。
本发明的一种催化裂化油浆脱固系统，其技术方案是这样实现的：包括原料油浆储罐、高压静电分离装置、净化油浆储罐，所述原料油浆储罐通过净化管路与所述高压静电分离装置连接，所述高压静电分离装置也通过净化管路与所述净化油浆储罐连接；所述净化油浆储罐还通过反冲洗管路与所述高压静电分离装置连接，所述高压静电分离装置还通过反冲洗管路与所述原料油浆储罐连接；所述高压静电分离装置包括外壳，所述外壳为外围铜电极，所述外壳的内部设有同轴心设置的中心铜电极，所述中心铜电极与所述外壳之间设有扰流板，所述中心铜电极连接有高压静电发生器，所述外壳上分别设有油浆进口、油浆出口、反冲洗液入口和反冲洗液出口。
本发明的原料油浆储罐首先通过净化管路依次与高压静电分离装置和净化油浆储罐连接，原料油浆储罐内的催化裂化油浆流经净化管路进入高压静电分离装置进行脱固和净化，经过脱固和净化后的催化裂化油浆经过净化管路进入净化油浆储罐进行储存；本发明的净化油浆储罐还通过反冲洗管路依次与高压静电分离装置和原料油浆储罐连接，当高压静电分离装置需要进行清洗时，净化油浆储罐内储存的净化后的催化裂化油浆经过反冲洗管路进入高压静电分离装置进行反冲洗，冲洗高压静电分离装置后的催化裂化油浆经过反冲洗管路进入原料油浆储罐，以进行再次脱固和净化处理；本发明的催化裂化油浆脱固系统是一个完整的紧密的连接的系统，控制容易，方便操作，高压静电分离装置在中心铜电极和外壳之间形成电场，在扰流板的作用下，使其内部的流场分布不均匀，有利于颗粒的吸附，脱固效果好；高压静电分离装置的内部没有填料，避免了堵塞现象的发生，反冲洗更加迅速，节约时间，检修方便，易于维修。
作为一种优选的实施方案，所述扰流板包括间隔设置在所述中心铜电极上的多数块第一扰流板和间隔设置在所述外壳内部的多数块第二扰流板，所述第一扰流板与所述第二扰流板呈交错设置。交错设置的第一扰流板和第二扰流板，增加了催化裂化油浆在高压静电分离装置内部流动的阻力，延长了固体颗粒和油浆的分离时间，提高了固体颗粒的分离效率。
作为一种优选的实施方案，所述中心铜电极呈多棱柱型设置，所述外壳的内表面也呈多棱柱型设置。中心铜电极和外壳的形状可以根据实际需要进行设置，中心铜电极为实心结构，外壳是内部具有空腔的结构，通常情况下，外壳的外表面呈圆柱型，有利于其外观的整体和美观；外壳的内表面根据实际需要进行设置。
作为一种优选的实施方案，所述中心铜电极和所述外壳的内表面均呈正六棱柱型设置。本发明的这种正六棱柱型的中心铜电极和内表面呈正六棱柱设置的外壳使其之间的电场强度分布不均匀，有利于固体颗粒的吸附。
作为一种优选的实施方案，所述中心铜电极的顶角与其相距最近的所述外壳的内表面的顶角之间的角为25-35度。中心铜电极和外壳为同轴心交错设置，这种设置不仅增加了其之间电场分布的不均匀性，而且增加了颗粒的吸附位置，提高了分离效率。
作为一种优选的实施方案，所述中心铜电极的顶角和所述外壳的内表面的顶角均采用圆角设置。本发明的这种圆角设置的中心铜电极和外壳的内表面避免了因为顶角过于尖锐引起尖端放电现象，使高压静电分离装置运行平稳，脱固性能稳定。
作为一种优选的实施方案，所述第一扰流板呈正六棱柱型设置，所述第二扰流板也呈正六棱柱型设置，所述第一扰流板的顶角分别与所述中心铜电极的顶角对应一致，所述第二扰流板的顶角也分别与所述中心铜电极的顶角对应一致。本发明的高压静电分离装置在纵向上电场强度分布是均匀的，在横向上电场强度是不均匀的，扰流板的设置使高压静电分离装置内流体纵向流动的时间增加，更加有利于固体颗粒的吸附，增大了分离效率。
作为一种优选的实施方案，所述反冲洗液出口上设有控制阀，所述反冲洗液出口包括下部出口、中部出口和上部出口，所述控制阀连接有控制器。本发明的高压静电分离装置具有多级反冲洗的功能，减少了冲洗完毕后装置中具有催化剂颗粒残留的可能性，提高了反冲洗的效果。
作为一种优选的实施方案，所述高压静电分离装置为两套，两套所述高压静电分离装置呈并联设置。本发明的催化裂化油浆脱固系统中采用了两个无填料式高压静电分离装置，且这两个高压静电分离装置并联设置，当其中一个静电分离装置工作时，另一个静电分离装置进行反冲洗，整套脱固系统实现了连续运转，提高了脱固效率。
本发明的一种催化裂化油浆脱固方法，其技术方案是这样实现的：在上面任意一项所述的催化裂化油浆脱固系统上进行油浆脱固处理，包括以下步骤：1)催化裂化油浆由原料油浆储罐经过净化管路进入高压静电分离装置，催化裂化油浆进入高压静电分离装置的流量为100-500mL/min，高压静电分离装置中高压静电分离器的电压为15-30KV，在高压静电分离装置内进行脱固处理之后的催化裂化油浆，经过净化管路进入净化油浆储罐进行储存；2)当高压静电分离装置需要冲洗时，净化油浆储罐内部的净化后的催化裂化油浆经过反冲洗管路进入高压静电分离装置，净化后的催化裂化油浆反冲洗的流量为1-1.5L/min，反冲洗用的净化后的催化裂化油浆沿着与催化裂化油浆脱固净化方向相反的方向对高压静电分离装置进行反冲洗，反冲洗的时间为30-60min，反冲洗高压静电分离装置后的催化裂化油浆经过反冲洗管路进入原料油浆储罐，以备再次净化脱固处理。
本发明的催化裂化油浆脱固方法实现了催化裂化油浆的脱固净化和高压静电分离装置的反冲洗，可以使其中一个高压静电分离装置处于脱固净化状态，另一个高压静电分离装置处于反冲洗状态，整套脱固系统连续运转，提高了脱固效率；该催化裂化油浆脱固方法控制方便，条件温和，易于实现产业化。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的催化裂化油浆脱固系统是一个完整紧密连续操作系统，可以使其中一个高压静电分离装置处于脱固净化状态，另一个高压静电分离装置处于反冲洗状态，实现连续运转，控制容易，方便操作；高压静电分离装置在中心铜电极和外壳之间形成非均匀分布的电场，在扰流板的作用下，使其内部的流场分布不均匀，有利于颗粒的吸附，提高了分离效率，脱固效果好；高压静电分离装置的内部没有填料，避免了堵塞现象的发生，反冲洗更加迅速，内部减少了填料入口、填料压板和填料支撑板等复杂的零部件，使得高压静电分离装置拆卸方便，维修容易，同时，降低了生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例的平面结构示意图；
图2为图1所示高压静电分离装置的剖视结构示意图；
图3为图2中A-A处的俯视结构示意图；
图4为图2中的中心铜电极和第一扰流板的连接结构示意图；
图5为图4的俯视结构示意图；
图6为图2中的外壳和第二扰流板的连接结构示意图；
图7为图6的俯视结构示意图；
图8为图2中的外壳和中心铜电极的剖视立体连接结构示意图；
图9为图8的主视平面结构示意图；
图10为时间t＝0时刻催化剂颗粒在高压静电分离装置内的分布情况示意图；
图11为时间t＝10min时催化剂颗粒在高压静电分离装置内的运动轨迹示意图；
图12为时间t＝20min时催化剂颗粒在高压静电分离装置内的运动轨迹示意图；
图13为时间t＝40min时催化剂颗粒在高压静电分离装置内的运动轨迹示意图；
图中：A-原料油浆储罐；B-第一高压静电分离装置；C-第二高压静电分离装置；D-净化油浆储罐；1-第一阀门；2-第二阀门；3-第三阀门；4-第四阀门；5-第五阀门；6-第六阀门；7-第七阀门；8-第八阀门；9-第九阀门；10-第十阀门；11-第十一阀门；12-第十二阀门；13-第十三阀门；14-第十四阀门；15-第十五阀门；16-第十六阀门；
21-油浆进口；22-第一反冲液出口；24-中心铜电极；25-外壳；261-第一扰流板；262-第二扰流板；27-油浆出口；28-反冲洗液入口；29-高压静电发生器；30-第一控制阀；31-第二控制阀；32-第三控制阀；33-第四控制阀；34-第五控制阀；35-第六控制阀；36-第二反冲液出口；37-第三反冲液出口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅附图1至附图9，本发明一种催化裂化油浆脱固系统，包括原料油浆储罐A、高压静电分离装置、净化油浆储罐D，原料油浆储罐A通过净化管路与高压静电分离装置连接，高压静电分离装置也通过净化管路与净化油浆储罐D连接；净化油浆储罐D还通过反冲洗管路与高压静电分离装置连接，高压静电分离装置还通过反冲洗管路与原料油浆储罐A连接；本实施例中，高压静电分离装置为两套，即第一高压静电分离装置B和第二高压静电分离装置C，两套高压静电分离装置呈并联设置。高压静电分离装置包括外壳25，外壳25为外围铜电极，外壳25的内部设有中心铜电极24，中心铜电极24与外壳25之间设有扰流板，中心铜电极24连接有高压静电发生器29，外壳25上分别设有油浆进口21、油浆出口27、反冲洗液入口28和反冲洗液出口。本实施例中，油浆进口21位于外壳25的顶部，油浆出口27位于外壳25的底部，反冲洗液入口28位于外壳25的底部，反冲洗液出口位于外壳25的上部。本发明的催化裂化油浆脱固系统是一个完整紧密连续操作系统，当第一高压静电分离装置B处于脱固净化状态，第二高压静电分离装置C则可以处于反冲洗状态，实现连续运转，控制容易，方便操作；高压静电分离装置在中心铜电极24和外壳25之间产生电场，在扰流板的作用下，使其内部的流场分布不均匀，有利于颗粒的吸附，提高了分离效率，脱固效果好；高压静电分离装置的内部没有填料，避免了堵塞现象的发生，反冲洗更加迅速，内部减少了填料入口、填料压板和填料支撑板等复杂的零部件，使得高压静电分离装置拆卸方便，维修容易，同时，降低了生产成本。
参阅附图2、附图3、附图4、附图5、附图6、附图7、附图8和附图9，本发明中，扰流板包括间隔设置在中心铜电极24上的多数块第一扰流板261和间隔设置在外壳25内部的多数块第二扰流板262，第一扰流板261与第二扰流板262呈交错设置。这种交错设置的第一扰流板261和第二扰流板262，增加了催化裂化油浆在高压静电分离装置内部流动的阻力，延长了固体颗粒和油浆的分离时间，提高了固体颗粒的分离效率。中心铜电极24呈多棱柱型设置，外壳25的内表面也呈多棱柱型设置。本实施例中，中心铜电极24和外壳25的内表面均呈正六棱柱型设置。这种正六棱柱型的中心铜电极24和内表面呈正六棱柱设置的外壳25使其之间的电场强度分布不均匀，有利于固体颗粒的吸附，进一步提高了分离效果。通常情况下，中心铜电极24的顶角与其相距最近的外壳25的内表面的顶角之间的角为25-35度，优选地，中心铜电极24的顶角与其相距最近的外壳25的内表面的顶角之间的角为30度。中心铜电极24和外壳25为同轴心交错设置，这种设置不仅增加了其之间电场分布的不均匀性，而且增加了颗粒的吸附位置，提高了分离效率。另外，中心铜电极24的顶角和外壳25的内表面的顶角均采用圆角设置。这种圆角设置的中心铜电极24和外壳25的内表面避免了因为顶角过于尖锐引起尖端放电现象，使高压静电分离装置运行平稳，脱固性能稳定。
参阅附图3、附图4、附图5、附图6、附图7、附图8和附图9，本实施例中，第一扰流板261呈正六棱柱型设置，第二扰流板262也呈正六棱柱型设置，第一扰流板261的顶角分别与中心铜电极24的顶角对应一致，第二扰流板262的顶角也分别与中心铜电极24的顶角对应一致。本发明的高压静电分离装置在纵向上电场强度分布是均匀的，在横向上电场强度是不均匀的，扰流板的设置使高压静电分离装置内流体纵向流动的时间增加，更加有利于固体颗粒的吸附，增大了分离效率；第一扰流板261和第二扰流板262均为绝缘材料制成的绝缘板。
参阅附图2，本发明的反冲洗液出口上设有控制阀，反冲洗液出口包括下部出口即第三反冲液出口37、中部出口即第二反冲液出口36和上部出口即第一反冲液出口22，第三反冲液出口37上设有第六控制阀35，第二反冲液出口36上设有第五控制阀34，第一反冲液出口22上设有第二控制阀31，另外，油浆入口21上设有第一控制阀30，反冲洗液入口28上设有第三控制阀32，油浆出口27上设有第四控制阀33，控制阀连接有控制器，所有的控制阀均与控制器连接，通过控制器自动控制高压静电分离装置的脱固、净化和反冲洗，使其控制更加方便。本发明的高压静电分离装置具有多级反冲洗的功能，减少了冲洗完毕后装置中具有催化剂颗粒残留的可能性，提高了反冲洗的效果。
为了验证本发明的一种催化裂化油浆脱固系统的可行性，将该脱固系统的几何模型导入到CFD软件中进行仿真计算，其中，中心铜电极24的六边形的边长为70mm，倒圆角处圆心角为120°，圆角半径10mm；中心铜电极24上的第一扰流板261，其六边形的边长为85mm；外壳25的六边形内接圆半径为90mm，倒圆角处圆心角120°，圆角半径20mm，外壳25上的第二扰流板262，其内侧的正六边形边长为75mm；在t＝0的时刻催化剂颗粒的分布情况如附图10所示，催化剂颗粒均匀的分布在高压静电分离装置内，在中心铜电极24上施加20KV电压，外壳25接地，通电后，催化剂颗粒的运动轨迹随时间的变化如附图11、附图12和附图13所示，由附图11、附图12和附图13可以看出，随着时间的推移，大部分的催化剂颗粒都被吸附到了中心铜电极24的顶角处，这说明本发明的一种催化裂化油浆脱固系统是可行的。
利用CFD软件分别对现有的传统静电式固液分离器和本发明的高压静电分离装置的反冲洗过程进行模拟，为了节省计算时间进行了模型简化，由模拟结果可以看出，当填料高度为45mm时，传统静电式固液分离器的反冲洗时间最快为5min，此时静电式固液分离器中颗粒残留率为15.35％；在同样高度和相同参数下，本发明的高压静电分离装置反冲洗时间最快为3min，而且，反冲洗后颗粒残留率仅为3.84％；因此，在反冲洗方面，本发明的高压静电分离装置具有明显的优势。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的催化裂化油浆脱固系统是一个完整紧密连续操作系统，可以使其中一个高压静电分离装置例如第一高压静电分离装置B处于脱固净化状态，另一个高压静电分离装置例如第二高压静电分离装置C处于反冲洗状态，实现连续运转，控制容易，方便操作；高压静电分离装置在中心铜电极24和外壳25之间形成非均匀分布的电场，在扰流板的作用下，使其内部的流场分布不均匀，更有利于颗粒的吸附，提高了分离效率，脱固效果好；高压静电分离装置的内部没有填料，避免了堵塞现象的发生，反冲洗更加迅速，内部减少了填料入口、填料压板和填料支撑板等复杂的零部件，使得高压静电分离装置拆卸方便，维修容易，同时，降低了生产成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种催化裂化油浆脱固系统，其特征在于：包括原料油浆储罐、高压静电分离装置、净化油浆储罐，所述原料油浆储罐通过净化管路与所述高压静电分离装置连接，所述高压静电分离装置也通过净化管路与所述净化油浆储罐连接；
所述净化油浆储罐还通过反冲洗管路与所述高压静电分离装置连接，所述高压静电分离装置还通过反冲洗管路与所述原料油浆储罐连接；
所述高压静电分离装置包括外壳，所述外壳为外围铜电极，所述外壳的内部设有同轴心设置的中心铜电极，所述中心铜电极与所述外壳之间设有扰流板，所述中心铜电极连接有高压静电发生器，所述外壳上分别设有油浆进口、油浆出口、反冲洗液入口和反冲洗液出口；
所述扰流板包括间隔设置在所述中心铜电极上的数块第一扰流板和间隔设置在所述外壳内部的数块第二扰流板，所述第一扰流板与所述第二扰流板呈交错设置；
所述外壳的外表面呈圆柱型，所述中心铜电极和所述外壳的内表面均呈正六棱柱型设置，所述中心铜电极的顶角与其相距最近的所述外壳的内表面的顶角之间的角为25-35度，所述中心铜电极的顶角和所述外壳的内表面的顶角均采用圆角设置，所述第一扰流板呈正六棱柱型设置，所述第二扰流板也呈正六棱柱型设置，所述第一扰流板的顶角分别与所述中心铜电极的顶角对应一致，所述第二扰流板的顶角也分别与所述中心铜电极的顶角对应一致。
2.根据权利要求1所述的催化裂化油浆脱固系统，其特征在于：
所述反冲洗液出口上设有控制阀，所述反冲洗液出口包括下部出口、中部出口和上部出口，所述控制阀连接有控制器。
3.根据权利要求1所述的催化裂化油浆脱固系统，其特征在于：
所述高压静电分离装置为两套，两套所述高压静电分离装置呈并联设置。
4.一种催化裂化油浆脱固方法，其特征在于：将催化裂化油浆在权利要求1-3中任意一项所述的催化裂化油浆脱固系统上进行脱固处理，包括以下步骤：
1）催化裂化油浆由原料油浆储罐经过净化管路进入高压静电分离装置，催化裂化油浆进入高压静电分离装置的流量为100-500mL/min，高压静电分离装置中高压静电分离器的电压为15-30KV，在高压静电分离装置内进行脱固处理之后的催化裂化油浆，经过净化管路进入净化油浆储罐进行储存；
2）当高压静电分离装置需要冲洗时，净化油浆储罐内部的净化后的催化裂化油浆经过反冲洗管路进入高压静电分离装置，净化后的催化裂化油浆反冲洗的流量为1-1.5L/min，反冲洗用的净化后的催化裂化油浆沿着与催化裂化油浆脱固净化方向相反的方向对高压静电分离装置进行反冲洗，反冲洗的时间为30-60min，反冲洗高压静电分离装置后的催化裂化油浆经过反冲洗管路进入原料油浆储罐，以备再次净化脱固处理。
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