[发明专利]FCC进料注射系统

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于石油进料注射的装置和方法，更具体地，液体石油进料用喷嘴组件装置雾化，其中装置具有注射喷嘴，其产生与裂化催化剂颗粒接触的细微分散液体烃液滴的大致平坦的喷雾形态。每个注射喷嘴如此设计，以便于各个喷嘴的不同喷雾形态的总效应提供更均匀的在流化催化剂料流上的烃进料覆盖，喷嘴的位置可覆盖流动的催化剂料流的外围到催化剂料流的内部。

发明背景

石油进料的雾化对石油加工(比如流化催化裂化(FCC)和焦化)很重要。在FCC过程中，一般高分子量的进料在FCC单元的升管反应器部分中与流化催化剂颗粒接触。为了促进有效的传质和传热以提高进料到所需产品种类的转化，控制了进料与催化剂的接触。在进料的催化裂化中，控制反应器条件如催化剂对油的比、温度和接触时间以使所需产品最大化和较不所需产品如轻质气体和焦炭最小化。

由于在FCC反应器中催化剂和进料的接触通常在几秒的数量级，控制裂化过程效率的重要因素是催化剂。FCC过程的催化剂是已知的，并且可以是无定形的或晶体的。进入FCC反应器的催化剂通常用裂化过程中产生的蒸汽、燃料气体或轻质烃气体或其某些组合流化。催化剂和进料的反应产生大量体积的气体烃和承载焦炭沉积物的废催化剂。气/固混合物穿过分离器，通常是旋风分离器，废催化剂和蒸气产品分离。然后对蒸气进行处理以收集所需的烃并且废催化剂送去再生。

由于进料和催化剂之间接触时间短，进料条件也很重要。进料注射的类型能对FCC反应器产生的产品构成产生影响。进料裂解成气体烃有两种方式，即催化和热的方式。FCC单元中的热裂解通常是不利的，因为这种方式可以导致轻质气体(如甲烷)和焦炭的产生。

为了提高催化裂解过程的效率，需要使进料分子最大可能限度地和在最短的可能时间内到达活性催化剂颗粒。由于向上流动的催化剂作为流化固体流基本占据了升管截面，最佳情况是在催化剂料流上的进料的即时分散。然而，这种在催化剂料流上的进料的即时分散是不可能的。当液体进料液滴和热的催化剂颗粒接触时为了提高气化率需要进料液滴的细微分散。

获得进料液滴的一种方法包括使用蒸汽形成液滴分散。得到的分散体是通过喷嘴进入FCC升管反应器并在此与流化的热的催化剂接触的蒸汽和烃的两相体系。在压力下强制液体穿过喷嘴的孔形成细微分散液滴的过程被称为雾化。雾化程度和喷嘴设计例如孔尺寸和排放形状，液体性质如密度、粘度、表面张力和跨过孔的压降有关。对重(粘)石油馏分，提高雾化程度形成至少一部分进入FCC过程的进料是特别有挑战性的。

对FCC反应器中的进料雾化已经有很多喷嘴设计。有些提出的喷嘴设计在喷嘴自身或通向喷嘴的管道中利用涡流叶轮。另外提出的设计在喷嘴的进料管道中采用文丘里管。其它提出的设计包括使烃和分散气体如蒸汽同心穿过喷嘴并在孔近侧混合而进料，烃进料分布器利用位于FCC反应器中心的同心喷嘴，通过喷嘴中的多个孔并且使用喷嘴附近的罩注射进料，并控制蒸汽和烃相互接触的角度。还曾提出形成进料和蒸汽的两相流体混合物，流体分成两股分开的、穿过冲击混合区域、重新结合分开的流体的剪切混合区域和低压雾化区域的流体。另一提出的设计是其中单一的进料料流的雾化可以这样完成的喷嘴，即穿过含或不含所包括的蒸汽的全液流，通过在单一的全流动离心或在尖锐或方形边缘的孔内终止的螺旋加速室内的偏转叶轮产生自由漩涡。这种孔直径比用于使液体烃进料直接进入升管反应器中的催化剂流动料流中的供给线小得多。最后，为了产生基本平坦的喷雾形态的雾化进料，已经提出大致是扇形的进料注射器。

采用放射方向进料注射喷嘴向催化剂料流中注射进料是已知的。这种喷嘴通常放置在环绕流动催化剂料流的环状带中。喷嘴可以和升管表面垂直或成角度。注射喷嘴也可与注射区机械设计特征(例如，升管形状)结合，以来提高其效率。

尽管进料注射喷嘴设计在继续提高，仍需要完整的进料注射系统的更好的性能以促进FCC过程中雾化进料和催化剂的接触。

发明概述

本发明涉及一种用于使雾化进料和流化的流动中的催化剂颗粒的料流接触的装置和方法。一个实施方案和用于注射烃进料至流化的流动中的催化剂颗粒的料流中的装置有关，其包括：管道部分，所述管道部分容纳了在流化的流动中的催化剂颗粒的料流；在所述管道部分中具有至少一个喷嘴组件，喷嘴组件围绕在所述的流化的流动中的催化剂颗粒的料流的外围并且包括至少两个注射喷嘴，每个喷嘴产生基本平坦的喷雾形态以便总的进料基本均匀分散在流过管道部分的催化剂颗粒的截面上。