催化裂化后反應系統快分的研究進展

劉夢溪，盧春喜，

（中國石油大學（北京）重質油國家重點實驗室，北京 102249）

催化裂化后反應系統快分的研究進展

（中國石油大學（北京）重質油國家重點實驗室，北京 102249）

催化裂化后反應系統對裝置的產品收率、分布和長周期運轉具有重要的意義，提升管出口快分是后反應系統的核心裝備。對近年來我國催化裂化后反應系統快分的基礎研究、開發和工業化進行了回顧，對關鍵幾何結構和尺寸對不同類型快分內兩相流場、分離效率和壓降的影響進行了總結和分析。為減少油劑接觸時間并盡快引出油氣，將提升管出口粗旋和一個預汽提器耦合起來并形成了FSC和CSC系統。系統內設置了多個內構件以消除旋進渦核的擺動效應并減弱底部預汽提蒸汽對旋分流場的影響。針對內提升管進而提出了包含旋流頭和封閉罩的VQS系統。優化結果表明，帶有向下旋轉的長臂的旋流頭具有更加優越的性能。此外，數值模擬結果顯示在臂出口存在嚴重的短路流現象，導致分離效率顯著下降。為解決這一問題，增設了一個環形蓋板和隔流筒，從而形成了SVQS系統。結果表明，對平均粒徑18 μm的滑石粉SVQS系統的分離效率提高了約30%，與此同時壓降僅增加不到400 Pa。為了進一步縮短油劑在分離器內的分離時間，提出了一種新型SRTS快分，該快分能夠將分離時間縮短到1 s以內，與此同時分離效率僅略低于旋風分離器。

流態化；多相流；分離；催化裂化；后反應系統

引　言

催化裂化是我國煉油工業最重要的二次加工工藝，生產了國內約75%的汽油、30%的柴油和40%以上的丙烯。催化裂化的產品如汽油、柴油等是裂化反應的中間產品，反應時間對產品的收率和分布具有決定性作用，而過長的反應時間會導致嚴重的二次反應和過裂化，造成產品收率降低、焦炭收率高等問題，嚴重時甚至導致裝置結焦并停工。催化裂化后反應系統是指油氣從提升管反應器出口到離開沉降器所涉及的一系列裝備，其目的是控制反應時間和催化劑跑損，以實現理想的產品分布和裝置的長周期運轉。后反應系統的核心裝備是提升管末端快分系統，對其要求體現在“快”和“分”兩個層面。“快”指的是“油劑的快速脫離”“分離催化劑的快速預汽提”以及“油氣的快速引出”，“分”指的是“催化劑的高效分離”和“高油氣包容率”。以上“三快”和“兩高”的要求相互制約、高度關聯、缺一不可［1］。相關核心技術主要被UOP等國外公司所掌握［2-6］，如UOP公司的閉式直聯［2］和VDS、VSS技術［3-5］、Stone & Webster公司的Rams horn技術［6］等。長期以來，國外各大公司實行技術壟斷和封鎖，公開的文獻中難以見到相關的研究報道。我國每年要為引進國外技術支付高昂的專利使用費，不但極大增加了煉油行業負擔，而且極不利于國家的能源安全。為改變這一現狀，我國學者展開了大量研究工作，開發并形成了一系列催化裂化提升管出口快分技術，并實現了工業化［7-9］。工業化結果顯示，系列快分技術有效減少了二次反應和過裂化反應，大大抑制了后反應系統的結焦現象，具有顯著的效果。

1　FSC和CSC研究進展

目前我國催化裂化提升管出口一級分離器大多采用旋風分離器，由于旋分器和料腿內的壓力高于沉降器壓力，除了分離下來的顆粒會夾帶少量油氣外，還有一部分油氣在正壓差的作用下排出料腿。這些油氣在沉降器內緩慢上升，停留時間長達10 s以上［10］，無選擇性裂化現象十分嚴重，導致輕質油品收率降低、沉降器結焦嚴重。為解決這一問題，盧春喜等［11］提出了針對粗旋快分的FSC （fender-stripping cyclone）和 CSC（circulating stripping cyclone）系統。FSC系統如圖1所示，其思路是在粗旋灰斗處增設一個帶有擋板的預汽提器，將分離下來的顆粒夾帶的油氣快速置換出去，置換出的油氣和汽提蒸汽重新返回旋風分離器。眾所周知，旋風分離器內的流場決定了分離效率的大小，而預汽提蒸汽的引入必然導致旋分流場的變化，如何將基于離心力場的氣固分離體系與預汽提器內的稠密氣固流化體系高效耦合在一起，是問題的關鍵所在。

圖1　FSC系統Fig.1　Schematic diagram of FSC system

FSC系統的氣固分離結構是切向進氣的渦殼式旋風分離器，由于幾何中心和渦旋中心不重合，當Reynolds數較大時，會產生一種稱作渦核破裂的現象，當Reynolds數進一步增大時，則進一步演化為一種隨時間變化的三維非穩定的周期性扭擺現象，即旋進渦核（processing vortex core，PVC）［12-13］。圖2給出了吳小林等［13］模擬得出的旋風分離器在4個時刻的渦核擺動狀況，可以看出旋進渦核一直延伸到灰斗里。他們發現灰斗內的氣流切向速度分布導致渦核中心附近存在一個負壓區，從而造成回流，使得附近區域的細微顆粒快速進入內旋流區。另外，切向速度沿軸向的衰減又產生了沿軸向方向上壓力梯度的衰減，因此在軸向上出現逆壓力梯度，進而使得中心區域產生了逆向流動和回流現象。由圖 2可以看出，旋進渦核的扭擺會卷起一部分灰斗里和錐體下部邊壁上的顆粒進入上行的內旋流中，形成二次流。考慮到FSC系統中預汽提器內顆粒的濃度遠大于常規旋分灰斗中的顆粒濃度，旋進渦核必將導致顆粒的大量跑損。而且，預汽提器中汽提蒸汽的存在還將進一步強化二次流，加劇顆粒的跑損。

圖2　旋風分離器內的旋進渦核PVC［13］Fig.2　PVC inside cyclone［13］

為防止 PVC浸入灰斗，閆濤［14］在灰斗中設置了一個消渦板，發現效果較為明顯。在此基礎上，吳小林等［13］進一步在旋風分離器中加入了穩渦桿，氣體繞流穩渦桿時產生了較大摩擦力，從而抑制了旋進渦核的擺動頻率和幅度。實驗結果如圖3所示。

可以看出PVC的頻率沿徑向變化并不大，加了穩渦桿后PVC的頻率降低了約12%，由圖4可以看出，隨著軸向位置的降低PVC的幅值先增大后減小，在z/D為3.2左右達到最大值，穩渦桿的加入大大降低了PVC幅值，在z/D為3.2處尤為顯著。穩渦桿的加入盡管能夠抑制PVC的頻率和幅值，但與此同時也會降低氣體的切向速度，不利于分離效率的提高，因此，穩渦桿的直徑和長度存在一個最佳值。實驗結果表明，將優化后的消渦板和穩渦桿加入FCS系統后，可以顯著提高旋分的分離效率、消除預汽提蒸汽的不利影響。

圖3　PVC頻率的徑向分布Fig.3　Frequency of PVC as a function of radial position

圖4　PVC 振幅的軸向分布Fig.4　Amplitude of PVC as a function of axial position

大型冷態實驗裝置中常規粗旋和 FSC系統性能的對比如圖5所示［14］。可以看出在汽提線速低于0.2 m·s-1時，FSC的分離效率比沒有預汽提段的常規粗旋還要高，而壓降卻和常規粗旋相當。同時，隨著汽提線速的增加，FSC的分離效率只有少許下降，顯出較好的操作彈性，這同時也進一步說明了FSC系統中分離系統和預汽提系統的耦合是成功的。

氫示蹤實驗結果發現，FSC系統的主流停留時間相比常規粗旋大大縮短，下行氣量（在工業裝置上即為油氣從料腿竄入稀相空間的氣量）大大減少，幾乎為零，說明其具有更高的油氣包容率。

FSC系統于1996年初在吉林延邊煉油廠15萬噸/年全常渣FCC裝置上進行了工業實驗，結果表明：① 改用FSC系統后，產品分布改善，輕油收率提高兩個多百分點，干氣和焦炭收率均有顯著降低；② 粗旋料腿的內外壓差為負值，確實為負壓差排料；③ 油漿固含量在1.6 g·L-1以下，說明FSC系統工作正常，引入預汽提蒸汽并未對FSC的分離效率造成不良影響；④ 工業裝置開工一次順利完成，說明 FSC系統具有安全可靠性。FSC系統自1996年開發成功后，到目前為止，先后在全國 15套工業催化裂化裝置上推廣應用，取得了巨大的經濟效益。

大量實驗證實，催化劑被快分裝置分離出來以后，先落到密相中自行脫氣后再汽提，有利于提高汽提效率。基于上述原因，盧春喜等［7］進一步提出了CSC系統，即將常規粗旋料腿改為一個帶有中心下料管的密相環流式預汽提器，預汽提器內設有導流筒，通過改變導流筒內外環間的汽提蒸汽量來調整內外環的密度差，使催化劑在內外環之間形成密相環流流動，進而提高汽提效率，同時降低蒸汽的用量。

圖5　粗旋和FSC系統性能的比較Fig.5　Comparison of performance of rough cyclone and FSC system

CSC系統與 FSC系統的主要區別在于底部預汽提器的結構不同，FSC系統底部預汽提器采用盤環式擋板的結構，而CSC系統采用了氣固環流汽提器。Liu等［15-16］對氣固環流汽提器內的流體力學特性進行了系統研究，發現環流的推動力在于導流筒和環隙間床層密度的差異而形成的壓力差，該壓力差隨著上升區（導流筒或環隙區，視操作模式而定）表觀氣速的增加而增加，環流速度也隨之由 0.2 m·s-1增加至0.58 m·s-1。此外，Liu等［15］還發現顆粒循環過程中近 50%的能量消耗在底部區域，近30%的能量消耗在頂部區域。以H2和O2作為示蹤氣體，研究人員發現氣固環流汽提器有較高的汽提效率，其性能遠高于傳統盤環型汽提器［16-17］。目前，CSC技術在國內已應用15套裝置，效果令人振奮［7， 18］。

UOP公司開發的VDS和VSS兩種提升管末端快分系統是目前世界上公認的最先進的技術之一。其中VDS適用于外提升管催化裂化裝置，于1998年在國內應用過1套，和FSC、CSC兩種快分系統應用場合相近。FSC、CSC系統和UOP公司VDS系統的對比見表1。

以上比較可以看出，FSC和CSC系統在分離效率、預汽提效果等多個方面優于VDS系統。

2　VQS和SVQS研究進展

表1　FSC和CSC系統與VDS系統的對比Table 1　Comparison of FSC and CSC systems w ith VDS system

我國催化裂化裝置中有很大一部分采用內提升管反應器結構，在提升管出口連接多組旋風分離器，不但體積龐大，而且旋分效率受到各旋分壓力平衡的影響。根據這類裝置的布置特點，盧春喜等［19-20］開發了一種稱作VQS（vortex quick separator）的旋流快分技術，如圖6所示。VQS系統在內提升管頂部設置旋流頭，旋流頭外圍設置一個同心的封閉罩，使油氣以螺旋狀從旋流頭噴出，在封閉罩內形成渦旋流動，產生離心場，使油氣和催化劑顆粒分離。

圖6　VQS系統Fig.6　Schematic diagram of VQS system

最初提出的旋流頭為弧形板式結構，如圖7（a）所示，研究表明，弧形板結構的旋流頭出口距離封閉罩較遠，顆粒在運動到封閉罩之前就可能被油氣二次夾帶，造成分離效率下降［20］。在弧板式旋流頭研究的基礎上，為強化氣固分離效果，旋流頭又依次改進為圖7（b）［21-22］和圖7（c）［23-29］所示的旋臂式結構。可以看出旋臂式旋流頭噴出口與封閉罩內壁的平均距離更短，另外圓弧形的旋臂自身也具有一定的預分離功能，使顆粒在通過旋臂時向外側濃集。

圖7　不同旋流頭Fig.7　Schematic diagram of different vortex separators

圖8　兩種旋流頭分離性能的比較Fig.8　Comparison of preformance of two type of vortex separators

圖7（b）所示的Ⅰ型旋臂是沿徑向和提升管連接的，而圖7（c）所示的Ⅱ型旋臂則是沿切向和提升管連接的。一方面Ⅱ型旋臂弧度更大，氣固預分離的路徑更長，另一方面，由于氣固沿切向引出提升管，使提升管頂部出口附近也形成了旋轉流場，也具備了一定的預分離功能。其結果使Ⅱ型旋臂噴出口處顆粒進一步向旋臂外壁附近濃集，使顆粒噴出時距離封閉罩邊壁的平均距離更短，更有利于顆粒分離。圖8給出了冷態實驗裝置中兩種旋流頭的性能對比［24］，可以看出Ⅱ型旋流頭的分離效率比Ⅰ型旋流頭平均高 3%左右，與此同時，含塵氣體由Ⅱ型旋流頭噴出后，具有更大的切向速度，因而壓降略微增加了350～400 Pa，對系統整體能耗影響不大。

圖9（a）給出了VQS系統中旋流頭噴出口附近的氣體速度矢量圖［30］，可以看出由旋流頭出口噴出的氣體，一部分沿封閉罩內壁直接上行，還有一部分在沿徑向向內運動的同時轉為上行流，并且上行速度較大，使得由旋流頭出口噴出的一部分催化劑顆粒在尚未得到分離之前就直接被帶入上行流中，逃逸出分離空間。此外，如圖9（b）所示，胡艷華［23］發現氣流由噴出口噴出后，在相鄰旋臂之間的區域里形成了若干強度不等的渦旋區。尤其在其中兩個噴出口附近形成了兩個較為明顯的渦旋區，該域內氣流的轉速度較大、旋渦面積較大并不斷向內移動，易于在上行流的影響下形成短路流。因此，VQS系統的結構有進一步優化的空間。

在流場數值模擬研究的基礎上，孫鳳俠等［21-22］提出了SVQS（super-vortex quick separator）系統，如圖10所示，在旋流頭旋臂噴出口附近設置隔流筒，隔流筒跨過旋臂，隔流筒上部用一塊環形蓋板和封閉罩壁相連，以阻止氣體直接從隔流筒和封閉罩之間的環隙上升逃逸。

圖9　VQS噴出口處的氣體速度矢量圖Fig.9　Gas velocity vector at vortex outlet of VQS system

圖10　SVQS系統圖10　Schematic diagram of SVQS system

圖11給出了SVQS系統內的氣體速度矢量圖［30］，可以看出，增設隔流筒后，在旋流頭噴出口附近直接上行的“短路流”消失了，在隔流筒和封閉罩之間、旋流頭底邊至隔流筒底部的區域內，軸向速度全部變為下行流，消除了 VQS系統中出現的上行流區，同時也強化了這一區域的離心力場，有利于提高顆粒的分離效率。但與此同時，氣體流動路程延長，也會增加分離系統的阻力。

圖11　SVQS系統噴出口處氣體速度矢量圖Fig.11　Velocity vectors at vortex outlet of SVQS system

圖12（a）給出了噴出口以下150 mm處截面的切向速度分布和軸向速度分布［23］。可以看出增加隔流筒前（VQS系統），分離空間（提升管和封閉罩圍成的環形空間）內，除了邊壁區域外的所有徑向位置處切向速度都比較大，約為噴出口速度 Vp的0.45～0.7倍，并隨著徑向位置的減小而減小。當增加隔流筒后（SVQS系統），分離空間（隔流筒和封閉罩圍成的環形空間）內切向速度略有減小，這會對分離效率產生不利影響。但數值模擬結果顯示，在該截面以下SVQS系統內的切向速度隨高度的降低只是略有減小，而 VQS系統內切向速度隨高度的衰減要顯著得多，其分離能力也有了明顯下降。因此，兩種系統內切向速度的變化對分離能力的影響十分復雜。圖12（b）給出了兩種系統分離空間內軸向速度的分布。可以看出在封閉罩壁面附近，兩種系統的軸向速度變化不大，均指向下方。但在近壁區之外（r/R〈0.76），VQS系統內的軸向氣體速度很快變為垂直向上，最大值達到了噴出口速度的0.2倍，形成了十分顯著的短路流。而在SVQS系統整個分離空間內軸向速度均指向下方，表明隔流筒的設置有效消除了短路流，大大提高了分離效率。

圖13給出了采用平均粒徑44 μm和18 μm的滑石粉測量得到的兩種分離器的效率和壓降［23］。可以看出，對于44 μm滑石粉，增加了隔流筒后分離效率提高了23個百分點左右；而對于18 μm滑石粉，其分離效率提高了30個百分點左右，效果十分顯著。與此同時，壓降略有增加，在工業裝置可以承受的范圍內。

圖13　VQS和SVQS系統的分離性能Fig.13　Separation performance of VQS and SVQS system （Ci=50 g·m-3）

孫鳳俠等［30］和胡艷華等［26-27］發現在隔流筒底邊氣體向心速度較大，在靠近提升管的區域氣體上行速度也很大，向心的氣流把顆粒帶到提升管壁附近的上行流區，形成了短路流。在此基礎上，胡艷華等［26］進一步提出了折邊隔流筒和錐形隔流筒兩種型式，發現采用錐形隔流筒的結構能夠有效消除短路流現象，對 3.5 μm細顆粒的分離效率可達到29.1%，對14 μm中顆粒的分離效率可達到99.1%，與此同時，壓降僅增加了400 Pa。

在此基礎上，黃世平等［31］進一步提出了CVQS （circulation pre stripper & vortex quick separator）結構，其宗旨在于將SVQS底部擋板結構的預汽提器更換為基于氣固環流的預汽提器。他們基于實驗結果建立了計算CVQS系統粒級效率的三區模型。計算結果表明，在顆粒粒徑大于20 μm時，模型預測的粒級效率與實驗值吻合較好，其最大相對偏差不超過6.1%。

表2　VQS和SVQS系統與VSS系統的對比Table 2　Com parison of VQS and SVQS system s w ith VSS system

UOP公司開發的VSS系統適用于內提升管催化裂化裝置，國內第1套在2000年投用，曾經在國內應用過3套，和VQS和SVQS兩種快分系統應用場合相近。表2比較了這兩類快分系統的性能。

以上比較可以看出，VQS和SVQS系統在分離效率、預汽提效果、操作彈性等多個方面優于VSS系統。

由于VQS和SVQS系統卓越的性能，目前這兩套系統在我國已成功實現工業化，并應用在 21套催化裂化裝置上，效果十分顯著［32-33］。例如大慶石化 140萬噸/年 RFCC裝置自 2008年實現M IP-CGP工藝改造后，沉降器內多次發現結焦現象，嚴重時甚至造成非正常停工，運行周期難以達到設計要求。2016年大慶石化采用 SVQS系統和MSCS（multi-stage circulation stripper）高效組合汽提技術［34-35］對反應系統進行改造，改造后效果極為顯著，標定結果顯示輕質油收率增加3.46個百分點，液體收率增加 1.44個百分點，焦炭產率降低 1.43個百分點，大大提高了裝置的經濟效益。

3　SRTS快分研究進展

圖14　SRTS系統Fig.14　Schematic diagram of SRTS separator

如前文所述，理想的提升管出口快分系統應實現油劑的快速分離和油氣的快速引出。研究表明，FSC、VQS和SVQS系統內油劑分離的時間雖小于傳統旋風分離器，但仍然長達5 s左右［22］。若要顯著降低分離所用時間，必須開發出新型的氣固分離設備。超短快分（short residence time separator，SRTS）是一種新型氣固分離裝備，具有停留時間小、分離效率高、結構緊湊等諸多優點［36］。如圖 14所示，SRTS快分由一個拱門形外殼和一根開有2條窄縫（slot）的中心排氣管組成。氣固混合物豎直向上由入口（inlet）進入分離空間并繞中心排氣管旋轉運動，在離心力的作用下，大部分顆粒被甩到拱形外殼的壁面上，氣體則由排氣管上的開縫流出分離器。經過開縫時，未分離掉的顆粒在慣性的作用下繼續沿排氣管切向運動，而氣體由于慣性較小，運動方向發生急劇改變，并由開縫流入中心排氣管［圖15（a）］。在顆粒相出口（outlet）處，顆粒在慣性作用下直接進入顆粒出口，而氣體的運動方向則發生改變，并由底部空間循環至分離器入口［圖15（b）］。可以看出，SRTS的分離過程包含了離心分離和多次慣性分離，保證了較高的分離效率，與此同時，顆粒在分離器內旋轉180°后就實現了分離，因此停留時間遠低于旋風分離器或FSC、VQS和SVQS系統。

嚴超宇等［37］采用數值模擬的方法對SRTS內的氣相流場進行了研究，發現分離器內氣體的三維速度以切向速度為主，分離器壓降隨著入口氣速的增加而增加，在模擬工況下不大于3000 Pa（uin=22 m·s-1）。劉顯成等［38］通過實驗，對SRTS中心管直徑、開縫寬度等幾何尺寸進行了優化。為進一步提高分離效率，周嬋等［39］、Liu等［40］將開縫方式改為沿中心排氣管均勻開縫。圖16給出了SRTS內部的氣體速度矢量圖。可以看出分離器內大部分區域的氣體速度都大于入口氣速，這是因為一部分氣體由中心排氣管和底板之間的空間循環并回到了分離器入口，這樣就大大增加了氣體的切向速度，尤其是在點A處氣體速度甚至達到了入口的2.4倍。模擬結果表明［40］，循環氣量隨著入口氣速的增加略有增加，約為入口氣量的0.49倍。顯然，循環氣體的存在有利于顆粒的高效分離，但與此同時也增加了分離器的壓降。因此有必要展開進一步研究，以找到最佳的循環氣體量。圖17給出了分離空間內氣體的三維速度分布，可以看出切向速度值遠大于徑向速度和軸向速度，表明氣流的運動主要受到切向速度的控制。由分離器壁面到中心排氣管，切向速度隨著徑向位置的減小而增加，在中心排氣管壁附近達到最大。隨著方位角λ的增加，切向速度逐漸減小，這是因為一部分氣體由開縫進入了中心排氣管的緣故。Liu等［40］進一步發現，氣體在分離空間內的旋轉運動可以看做準自由渦運動。

圖15　開縫處和顆粒出口處氣固流動Fig.15　Schematic diagram of gas and particle motion in vicinity of gas openings and solid outlet

圖16　SRTS內的速度矢量圖（z = -100 mm，uin= 16.12 m·s-1）Fig.16　Velocity vectors on plane of z = -100 mm （uin= 16.12 m·s-1）

圖18給出了SRTS快分內的顆粒濃度分布，可以看出分離效果很好，顆粒都濃集在器壁附近，而在中心排氣管附近則基本沒有顆粒。在分離器的底板上可以看到少量的沉積顆粒，這是因為一部分顆粒還未運動到顆粒出口，就被循環氣體帶入底部空間并發生了沉積。顯然，循環氣體量越大，帶入底部空間的顆粒量也越多。隨著沉積顆粒的增多，一部分顆粒重新被循環氣體夾帶進入分離空間，并在分離器入口處形成了一個顆粒層（圖 17），這進一步增加了分離器的負荷。為消除這一現象，劉顯成等嘗試在底部空間增設垂直擋板，將底部空間完全封死或部分封死，結果表明由于循環氣體量大大減小，分離效率明顯下降。研究表明，循環氣體量和底部空間的高度密切相關，因此，在未來的研究中有必要對底部空間高度展開優化，控制適宜的循環氣體量，以實現較低的壓降、較少的顆粒夾帶和較高的分離效率。

圖17　SRTS內的三維速度分布Fig.17　Variation of three-dimensional gas velocity in separation housing as a function of radial position and λ

圖18　SRTS內的顆粒濃度分布Fig.18　Particle concentration distribution inside separator （uin= 16.12 m·s-1， z = -100 mm）

周嬋等［39］通過數值模擬的方法考察了SRTS快分的粒級效率，快分入口氣速對粒級效率的影響如圖19（a）所示。可以看出粒級效率隨著表觀氣速的增加而增加，當入口氣速大于16.12 m·s-1后，分離效率快速增加。隨著顆粒直徑的增加，分離器內的離心分離和慣性分離變得更加容易，分離效率隨之增加。由圖19（b）可見，總體而言SRTS快分的分離效率較高，接近常規旋風分離器的分離效率［40］。圖20給出了SRTS快分內氣體的停留時間，可以看出停留時間隨著入口氣速的增加而減小，當入口氣速大于16.1 m·s-1后，停留時間急劇下降，總體而言，氣體在SRTS內的停留時間不足1 s，遠小于同樣操作條件下旋風分離器內的停留時間。

圖19　不同入口速度時SRTS的分級效率和分離效率Fig.19　Classification and global separation efficiency for various inlet gas velocities

SRTS快分內部的關鍵內構件——中心排氣管上有多條開槽，這在工程上是難以實施的，涉及制造、襯里施工、管件的強度、后期的維護等一系列問題。因此在今后的研究中，應致力于SRTS快分的結構優化，在保證同樣甚至更高分離效率、更低分離壓降的前提下，減少快分的開縫數量、優化開縫的位置，以開發出更有利于工程實施的SRTS快分。

圖20　入口氣速對停留時間的影響Fig.20　Effect of velocity at separator inlet on residence time of gas

4　結論與展望

對近年來我國催化裂化后反應系統快分的發展歷程進行了回顧，分析了不同類型快分的研究進展，對關鍵部分的幾何結構和尺寸對快分內兩相流場、分離效率和壓降的影響進行了總結和分析。

目前我國對后反應系統快分的研究主要集中在兩相的流動方面，隨著計算機模擬技術的發展，以前通過實驗難以考察的領域已經可以借助計算機模擬來實現。此外，隨著我國催化裂化工藝的不斷發展和加工原料的變化，有必要開發出更新一代后反應系統快分。在今后的研究工作中，需要在以下幾方面展開研究：

（1）油氣和催化劑顆粒在快分中的分離過程雖然歷時較短，但依然會發生反應，目前的研究都是針對氣固流動與停留時間所展開，對反應的程度只能定性表征，有必要借助計算機輔助模擬，對分離過程中的反應進行定量研究；

（2）SVQS系統和底部環流預汽提技術的結合能夠實現油氣的快速分離，有必要對二者的耦合和協同方法展開研究；

（3）SRTS快分能夠有效縮短氣固分離時間，是未來后反應系統快分發展的主要趨勢，目前的研究主要集中在流場的研究和結構優化方面，有必要進一步展開工程放大研究。

符號說明

C ——顆粒濃度，kg·m-3

Ci——入口顆粒濃度，kg·m-3

F——旋進渦核擺動頻率，Hz

Δp——分離器壓降，Pa

R——分離器半徑，m

r——徑向位置，m

t——時間，s

uin——入口速度，m·s-1

up——噴出口速度，m·s-1

ut——切向速度，m·s-1

uz——軸向速度，m·s-1

η——分離效率，%

λ——方位角，（°）

τ——停留時間，s

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Advances in quick separators of post-riser system in FRCC unit

LIU M engxi， LU Chunxi，

（State Key Laboratory of Heavy Oil Processing， China University of Petroleum， Beijing 102249， China）

A post-riser system in RFCC unit has a significant influence on product yield and distribution， as well as long term operation of the unit. Quick separators are the core equipment of the system. The fundamental research， development and commercialization of quick separators of post-riser system in China were reviewed. The influence of key geometric configuration and size on the two-phase flow field， separation efficiency and pressure drop were also analyzed and discussed. In order to reduce the contact time of catalyst and oil gas and to discharge oil gas as soon as quickly， a rough cut cyclone was coupled w ith a pre-stripper. Internals were mounted in the system， which were also called FSC and CSC system， to dim inish the fluctuating processing vortex core and to reduce the influence of pre-stripping steam. Then a post-riser system called VQS was proposed， which included a vortex quick separator and an isolated shell. The study was conducted to optimize the geometric configuration of the separator， and the one w ith long and downward spiral arms was found to have excellent performance. Furthermore， the simulation results showed that severe short cut flow occurred in the vicinity of the exit of arms，leading to significant drop of separation efficiency. Then， a new system called SVQS was proposed by adding an annular cover and a tube into the system. As a result， the separation efficiency considerably increased about 30%for 18 μm talc， meanwhile the separation pressure drop raised only 400 Pa. In order to reduce the separation time， a quick separator was proposed and optim ized. The separation time was reduced to less than 1 s， and separation efficiency was closed to 75% for 44 μm talc， which was slightly lower than separation efficiency of cyclone.

fluidization； multiphase flow； separation； RFCC； post-riser system

date: 2016-03-30.

Prof. LU Chunxi， lcx725@sina.com

supported by the National Basic Research Program of China （2012CB215000）.

TQ 052.5

A

0438—1157（2016）08—3133—13

10.11949/j.issn.0438-1157.20160378

2016-03-30收到初稿，2016-04-25收到修改稿。

聯系人：盧春喜。第一作者：劉夢溪（1973—），男，副研究員。

國家重點基礎研究發展計劃項目（2012CB215000）。