专利名称：丙烯腈反应器两级旋风分离器组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于气固两相分离的旋风分离器。
旋风分离器是流化床丙烯腈反应器内不可或缺的重要部件，其主要作用是回收昂贵的催化剂、稳定流化操作。通常，丙烯腈反应器要求在压降不超过7kPa且入口催化剂浓度高达20kg/m3条件下，旋风分离器的分离效率达到99.9997％以上，以确保催化剂损耗不超过0.4kg/t·AN。所以，为了确保分离效率，目前反应器内往往采用三级串联的旋风分离器组。例如BP公司的Ducon型旋风分离器、带旁室的Buell型旋风分离器以及国产的PV型旋风分离器都为三级串联结构。三级技术的问题在于(1)旋风分离器组体积庞大，在反应器内排布较困难；(2)反应器内能布置的旋内分离器组数较少，受旋风分离器适宜截面气速及每级最低压降的限制，现有反应器的扩能能力受到极大制约。若出于扩能需要而将反应器操作线速提升后，不仅旋风分离器组压降会急剧上升，致使反应压力升高，进而影响催化剂活性及单收，而且会加剧催化剂的破碎、磨损，也会影响旋风分离器的工作寿命。
为此，国际大公司均在着力开发新型的两级串联旋风分离器组。据《ChemicalProcessing》1996年第7期报道，DuPont公司已在美国德州Beaument厂实现了一种两级串联方案。其核心在于将两个型式相同但直径较小的旋风分离器并联后作为第二级，再与一个大直径的第一级旋风分离器相串联。据称可减少剂耗，降低能耗，增加催化剂选择性等。但是，该两级方案仍然采用三个旋风分离器，在反应器内的布置也较复杂，且占据空间仍较大，故对现有装置扩能改造不利；另外，一级旋风分离器和二级旋风分离器之间连接变得复杂了，且气量不易做到均匀分配。
理想的两级方案应当是两个大直径旋风分离器的串联结构。这样反应器内可布置的旋风分离器的组数可增加50％，因而现有反应器处理能力可提高50％。但问题在于除非能开发出新型高效旋风分离器或采取新的匹配技术，否则常规的两级串联方案又很难达到三级的分离性能。
本发明的目的是要提供一种新型高效的丙烯腈反应器用两级旋风分离器，其各项性能指标至少与原三级旋风分离器相同，为现有装置的扩能增效提供技术保证。
本发明的目的是这样实现的，将一台X型旋风分离器和一台Y型旋风分离器相串联。其中，X型旋风分离器用作第一级，它可以是PV型、PV-E型、Ducon型、Buell型、GE型、E型等旋风分离器中的任意一种；Y型旋风分离器则用作第二级，它可以是PV型或PV-E型中的一种。并且，若第二级为PV型旋风分离器，则第一级应为PV型或PV-E型旋风分离器。用作第二级的Y型旋风分离器的排气管为分流型排气管，即排气管的圆周上开有均匀的纵向分流斜槽，分流斜槽与当地气流方向所成的夹角为90～180°，斜槽的总面积与排气管下口的面积之比值为3.0～6.0，排气管下口的直径与分离器筒体直径之比值为0.2～0.5，排气管的插入深度与旋风分离器筒体高度之比值为0.5～0.65。在用于第二级Y型旋风分离器料腿上设有三处松动风口并分别与松动风系统相连，Y型旋风分离器料腿最下端装有翼阀；X型旋风分离器料腿最下端装有防冲挡板。工作时，反应产物气体和催化剂的混合物先进入X型旋风分离器，在其中除去99％以上的催化剂后，再经Y型旋风分离器进一步分离后，经反应器集气室或反应器出口排出。
图1是依据本发明所提供的丙烯腈反应器用两级旋风分离器在丙烯腈反应器内的总体布置示意图。
图2是依据本发明所提供的丙烯腈反应器用两级旋风分离器用作第二级的PV-E型旋风分离器结构原理示意图。
图3是依据本发明所提供的丙烯腈反应器用两级旋风分离器用作第二级的PV-E型旋风分离器B-B剖视图。
图4是依据本发明所提供的丙烯腈反应器用两级旋风分离器用作第二级的PV-E型旋风分离器A-A剖视图。
图5是依据本发明所提供的丙烯腈反应器用两级旋风分离器用作第一级的PV型旋风分离器结构示意图。
图6是依据本发明所提供的丙烯腈反应器用两级旋风分离器用作第一级的PV型旋风分离器C-C剖视图。
下面结合附图和实施例来详细描述本发明的具体结构。
如图1所示，反应器2操作时，反应产物气体和催化剂混合物先经进口3进入第一级X型旋风分离器4，由它分离下来的99％以上的催化剂经一级灰斗5及一级料腿9后返回密相床，在空气分布板17作用下继续参与反应。同时，经X型旋风分离器净化后的产物气体夹带少量的催化剂经由X型旋风分离器出口进入第二级Y型旋风分离器7并经其进一步净化后，由Y型旋风分离器7的出口6导入反应器2的集气室1后排出。由Y型旋风分离器7分离下来的催化剂则经二级收尘灰斗8进入二级料腿10。待二级料腿10内催化剂料柱产生的压力超过翼阀14外床层压力时，翼阀阀板15打开，催化剂返回床层。一旦二级料腿10内压力下降，阀板15又会自动闭合，保证二级料腿10及Y型旋风分离器7正常操作。X型旋风分离器料腿最下端装有防冲挡板16。
另外，第二级Y型旋风分离器7的料腿10上开有上11、中12、下13三处松动风口(兼测压点)，一方面通过测压仪表监测料腿工作状况，另一方面经过松动风口通入一定量的松动风，确保二级料腿可靠地工作。松动风量可通过限流孔板进行限制、或用流量计准确计量并控制。松动风总量为该旋风分离器处理气量的0.2-0.5％(体积)，且上、中、下三处松动风量之比为1∶1∶2。松动风风源可以是氮气或干净的仪表风。料腿松动风的配给及监测是保证第二级旋风分离器正常操作的关键。
图2、图3、图4是本发明所用的PV-E型高效低阻旋风分离器的结构原理图。它的排气管18是独特的“分流型”排气结构，它由带导流斜槽的园管20和锥管21组成；其排气管下口26的直径比常规的小得多，确保了气流能在旋风分离器内产生很强的离心力场，从而显著提高分离效率。但是排气管直径过小会导致压降急剧上升，为了解决这一矛盾，沿排气管周向均匀地开有纵向导流斜槽24、25，气流可通过斜槽24、25进入排气管，这样实际上增加了流通面积，故压降不致升高，又由于斜槽24、25和当地气流方向成90～180°角，气流必须在急剧变向后才能通过斜槽24、25进入排气管18，而气流所夹带的颗粒则因惯性难以跟随进入，因而保证了旋风分离器有很好的分离性能。另外，对PV-E型旋风分离器的进口19的面积、排气管下口26的直径、开槽面积、及排气管18在筒体22内的插入深度等进行了优化匹配，分离器筒体22和锥体23高度之比值为1.2～2.0；筒体22和锥体23高度之和与旋风分离器筒体直径之比值为4.3～5.9，从而保证了PV-E型旋风分离器对细粉也有很好的捕集能力，而且压降较低。本发明中除了第一级为PV型或PV-E型时，第二级可以采用PV型外，其余情况下，第二级必须采用PV-E型旋风分离器，即使对前者，也应优先选用PV-E型旋风分离器作第二级。而PV型旋风分离器为平顶结构、180度蜗壳进气方式，如图3所示。它是通过旋风分离器尺寸分类优化设计法设计的。该方法把PV型旋风分离器的性能与其结构参数、操作参数通过相似准数关联起来，可以在确定的工况下得出PV型旋风分离器的最佳尺寸匹配关系，使其在较低气速下达到高效率，并可减少催化剂的磨损。由于X型旋风分离器入口催化剂浓度高、粒度大，一般旋风分离器均能达到高效率，相应地对旋风分离器型式的要求不如Y型旋风分离器对分离器型式的要求高，所以可选择PV型、PV-E型、Ducon型、Buell型、GE型、E型等旋风分离器中的任意一种，但优先推荐PV型、PV-E型。再者，在两级串联许可总压降限定的条件下，确定了一、二级之间压降的最佳匹配关系。由于一级旋风分离器工作非常可靠，且一级分离效率占总分离量的99％以上，所以应尽可能提高一级的分离效率。本发明是通过合理分配一、二级的压降、优化设计一级旋风分离器来实现的。这对保证两级旋风分离器的性能至关重要。
对比试验结果(1)PV型旋风分离器小型冷态试验结果对直径400mm的PV型、Ducon型、Buell型旋风分离器模型，在冷态试验条件下(常温常压空气)，用325目滑石粉作性能试验，结果表明在相同处理量且压降相当的条件下，PV型旋风分离器的效率可比Ducon型、Buell型分别高出约0.5和2个百分点。
对直径1200mm的PV型、GE型旋风分离器模型，在冷态试验条件下(常温常压空气)，用325目滑石粉作性能试验，结果表明在相同处理量下，PV型旋风分离器的压降与GE型的相当，但效率比GE型的高。可见，PV型旋风分离器是一种高效分离器。
(2)PV-E型旋风分离器小型冷态试验结果对直径400mm的PV-E型、PV型旋风分离器模型，在冷态试验条件下(常温常压空气)，用325目滑石粉作性能试验，结果表明在相同处理量且达到同样效率要求条件下，PV-E型旋风分离器压降可比PV型旋风分离器低20％以上；而在同样处理量下若保持压降相同，则PV-E型效率可比PV型的高出2个百分点。可见PV-E型旋风分离器具有高效、低阻的特点。
(3)两级旋风分离器大型冷态对比试验之一将一组X+Y旋风分离器(其中X为PV，Y为PV-E)与一组仿国外常用型的三级旋风分离器在冷态条件下进行对比试验。各旋风分离器直径在900～920mm。试验条件为处理量Q＝6400～9600m3/h，气体为常温常压空气，粉料为325目滑石粉，一级旋风分离器入口浓度为0.2Kg/m3。结果表明①PV-E型旋风分离器的效率比仿国外的三级旋风分离器组中第二、三两级串联的总效率还高出2～3个百分点，且压降还低0.8～1.0kPa。
②新型两级旋风分离器的总效率要比仿国外三级的高0.5～1.0个百分点，而总压降却低0.4～0.5kPa。
(4)两级旋风分离器大型冷态对比试验之二将一组X+Y旋风分离器(其中X、Y均为PV)与一组仿国外常用型的三级旋风分离器在冷态条件下进行对比试验。各旋风分离器直径在900～920mm。试验条件为处理量Q＝6400～9600m3/h，气体为常温常压空气，粉料为325目滑石粉，一级旋风分离器入口浓度为0.2Kg/m3。结果表明该两级旋风分离器的总效率比仿国外常用三级旋风分离器的高0.3～0.4个百分点；而总压降却低0.1～0.15kPa。
(5)两级旋风分离器工业试验工业试验在某化工厂丙烯腈装置上进行。该装置反应器原用一组三级Buell型旋风分离器，正常催化剂单耗为0.55Kg/t.AN。1998年5月更换上新型两级旋风分离器(其中X为PV，Y为PV-E)，经长期工业运行统计表明，催化剂单耗为0.33Kg/t.AN，两级旋风分离器总压降仅为4.6kPa，完全满足丙烯腈生产的技术要求。
依据本发明所提供的两级旋风分离器具有以下优点(1)压降低、效率高，可以取代原三级旋风分离器。在冷态试验条件下(常温常压空气，粉料为325目滑石粉)，与原三级旋风分离器相比，压降可降低0.4～0.5kPa，而效率还可提高0.3～1个百分点。
(2)该两级旋风分离器整体结构简单，设备体积小，在不提高反应压力条件下，可使现有反应器处理能力提高50％，消除现有装置扩能的技术瓶颈。
(3)由于细粉回收效率高，因而提高了流化质量、减少了管路堵塞的可能从而可降低维修费用。扩能后，由于反应器内可布置的旋风分离器组数增加，旋风分离器的操作气速可降低，因此还可减少催化剂的磨损。
(4)该两级旋风分离器配有完善的状态监控及应急措施，操作稳定、可靠。
权利要求
1.一种丙烯腈反应器用两级旋风分离器组，包括用作第一级的X型旋风分离器(4)、用作第二级的Y型旋风分离器(7)、灰斗(5)和(8)、料腿(9)和(10)、翼阀(14)等，其特征在于一台X型旋风分离器(4)与一台Y型旋风分离器(7)串联相连，用作第二级的Y型旋风分离器的排气管(18)为分流型排气管，即排气管的圆周上开有均匀的纵向分流斜槽(24)、(25)，分流斜槽与当地气流方向所成的夹角为90～180°，斜槽的总面积与排气管下口(26)的面积之比值为3.0～6.0，排气管下口(26)的直径与分离器筒体(22)直径之比值为0.2～0.5，排气管(18)的插入深度与旋风分离器筒体(22)高度之比值为0.5～0.65，筒体(22)和锥体(23)高度之比值为1.2～2.0；筒体(22)和锥体(23)高度之和与旋风分离器筒体(22)直径之比值为4.3～5.9。
2.根据权利要求1所述的丙烯腈反应器用两级旋风分离器组，其特征在于所说的X型旋风分离器(4)指PV型、PV-E型、Ducon型、Buell型、GE型、E型等旋风分离器中的任意一种，且优先选用PV型或PV-E型；所说Y型旋风分离器(7)指PV型或PV-E型旋风分离器，且优先选用PV-E型；当且仅当第一级的X型旋风分离器为PV型或PV-E型时，第二级的Y型旋风分离器才可以是PV型。
3.根据权利要求1所述的丙烯腈反应器用两级旋风分离器组，其特征在于所说的用于第二级Y型旋风分离器料腿(10)上设有三处松动风口(上11)、(中12)、(下13)并分别与松动风系统相连，松动风总量为该旋风分离器处理气量的0.2-0.5％，且上、中、下三处松动风量之比为1∶1∶2，X型旋风分离器料腿9最下端装有防冲挡板(16)。
全文摘要
本发明提供了一种丙烯腈反应器用两级旋风分离器组。它是由一台X型旋风分离器为第一级和一台Y型旋风分离器作第二级串联而成的。第一级优先选用平顶结构、180度蜗壳进气的PV型旋风分离器;第二级则首选在排气管圆周上开纵向分流斜槽的PV－E型旋风分离器,通过对旋风分离器尺寸分类优化设计,确保二级旋风分离器可靠地工作,并完全达到原三级旋风分离器的性能和效果。
文档编号B04C5/26GK1259404SQ99126590
公开日2000年7月12日 申请日期1999年12月22日 优先权日1999年12月22日
发明者陈建义, 李樟三, 罗晓兰, 魏跃东 申请人:中国石油化工集团公司, 石油大学, 中国石化集团兰州设计院