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第25卷第2期化学反应工程与工艺Vol25,No2

2009年4月ChemicalReactionEngineeringandTechnologyApr.2009

文章编号：1001-7631(2009)02-0104-05

流化催化裂化沉降器内油气的流动规律

王江云毛羽王娟

(中国石油大学(北京)重质油加工国家重点实验室，北京102249)

摘要：采用Reynolds应力输运模型对一种催化裂化沉降器内的油气流动状况进行了全尺寸的数值模拟。在计算过程中未对沉降器的复杂结构进行简化，所建立的几何模型包括沉降器内部区域和两级旋风分离系统内部区域的全部流动空间。计算结果表明：粗旋分离器排气管出口的油气呈旋转射流状态喷出，弥漫于庞大的沉降器空间，流动缓慢，经历了较长的停留时间后才能进人顶旋分离器；大量油气在高温下长时间的停留将导致沉降器内大量结焦，对催化裂化的安全长周期运行造成隐患。

关键词：流化催化裂化；沉降器；旋风分离器；流动模型；数值模拟；停留时间分布中图分类号：TE624.4TQ052文献标识码：A

沉降器是催化裂化反应-再生系统的重要组成部分，其主要作用是将反应油气与催化剂分离，并将待生催化剂导入再生器进行烧焦再生，油气经油气管线进入分馏塔进行组分切割。“气固高效快速分离、分离后油气快速引出与催化剂的高效汽提”是对沉降器性能的要求，也是缩短高温油气在沉降器空间内的停留时间，防止反应物的过度裂化，进而减少结焦的有效措施[1,2]。随着原油的重质化和劣质化，催化裂化装置沉降器内的结焦问题日益严重[3.4],已引起国内外研究者的重视，但由于沉降器结构的复杂性和实验观察手段有限，对其内部的油气分布、停留时间及催化剂的分布情况知之甚少。通过数值模拟方法，求解湍流流动的控制方程组，可以给出沉降器内各种场量的细节情况5~7],为优化设计提供帮助。本工作对流化催化裂化(FCC)沉降器内粗旋与顶旋开放式连接时油气的流动过程进行了模拟研究。在未对沉降器及其内构件作任何简化的条件下，采用Fluent计算软件，通过对计算区域的合理剖分，建立了沉降器区域的全尺寸结构化计算网格，并进行了数值模拟计算，得到了沉降器所有空间内的油气流动细节情况，为沉降器的结构改进和优化设计提供理论依据。

1几何模型的建立和网格划分

图1(a)为国内某炼油厂1.4Mt/a催化装置的沉降器结构，高21m,直径7m。该沉降器采用一级旋风分离器(粗旋2个)加二级旋风分离器(顶旋4个)的分离系统，两级旋风分离器在沉降器空间内开放式连接，沉降器底部为汽提段。粗旋内径1600mm,旋风分离器人口截面比为5.8,旋风分离器升气管直径为800mm;顶旋内径1200mm,入口截面比为6.8,升气管直径为650mm;粗旋排气管出口距顶旋入口中心线2190mm。图1(b)为沉降器的网格划分，

图1FCC沉降器结构及其网格划分

Fig.1StructureandgridgenerationofFCCdisengager

(a)structureofdisengager(b)gridgenerationofdisengager

收稿日期：2008-11-10;修订日期：2009-04-01

作者简介：王江云(1977-),男，博士研究生；毛羽(1955-),男，教授，博士生导师，通讯联系人。Email:maoyu@cupedu.cn

基金项目：国家重点基础研究发展规划“973”项目资助(2004CB217803)

第25卷第2期王江云等.流化催化裂化沉降器内油气的流动规律105

由于这些空间区域的油气流动互相密切关联，只有同时计算才能反映油气在整个沉降器内部真实的流动情况，不能进行简化。在空间区域离散化过程中，对绝大部分区域采用结构化网格，网格单元数为4.9×10?个。

提升管反应器1内的油气和催化剂一起通过水平管2进入一级旋风分离器(粗旋3),经气、固初级分离后，油气从粗旋出口排出进入沉降器空间，再进入二级旋风分离器(顶旋4)进行二级分离，最后油气从顶旋出口5排出，进入后续流程；经过两次分离后的催化剂沿旋风分离器料腿进入到沉降器下部的密相层，汽提蒸汽