一种原料油混合乳化装置的制作方法

文档序号:12617207阅读:477来源:国知局
一种原料油混合乳化装置的制作方法
本实用新型涉及一种原料油的高效混合乳化设备,尤其是一种原料油混合乳化装置,属于石油炼化
技术领域

背景技术
:据了解,原料油包括石油炼化的催化反应、催化装置和催化反应器中的催化裂化、催化转化或催化裂解等原料油。近年来,重质原料在催化裂化或催化裂解原料中所占的比例逐年增大,催化裂化或催化裂解原料油大部分是渣油或渣油掺和部分蜡油,在反应过程中催化裂化原料油的雾化状况和气化程度对催化裂化反应起着相当重要的作用,进入提升管反应器时的雾化原料油与催化剂接触状况对重油催化裂化或裂解反应有重要影响,如果原料油进料前雾化效果差,提升管反应器入口气化率低,只能部分气化原料油,气化时间长,易使提升管反应器喷嘴结焦,影响装置的运行效率,而且原料油在催化反应过程中,雾化原料油与炽热的催化剂颗粒接触时,没有气化的部分原料油即使在高温条件下,只能润湿催化剂,通过毛细管的作用吸入到催化剂颗粒内部的微孔中,并停留在微孔中直至完全转化,这样就对催化裂化反应产生很大的影响,此时热反应与催化反应同时进行,大部分原料油成为焦炭,导致干气和焦炭产率上升。对重油原油进料,要求迅速雾化,尽可能提高雾化速率,改善产品产率分布。如果原料油充分乳化后,其油雾分散程度高,油雾与催化剂的接触机会较为均等,比表面积大,从而提高了雾化速率,提高催化反应效率。因此,现有技术中重质原料油必须通过一定比例的蒸汽在乳化剂乳化条件下进行雾化得到乳化/雾化油(见图1),其雾化粒径越小,乳化后的原料油分散程度越高,而液滴雾化粒径越小油雾与催化剂的接触机会越均等,这样就显著增加了原料油与催化剂的接触面,从而大大提高雾化速率和催化反应的效率,降低了催化剂表面积碳和热裂化反应的发生,提高轻质油品收率,降低干气和焦炭产率,使得产品分布得到改善。因此,为了提高原料油的乳化效率,使原料油得到充分乳化,迫切需要开发一种合适的乳化技术及设备。技术实现要素:本实用新型所要解决的技术问题是,克服现有技术的缺点,提供一种能够实现原料油与液体直接、高效、充分乳化的原料油混合乳化装置。为了解决以上技术问题,本实用新型提供一种原料油混合乳化装置,包括壳体,壳体具有供原料油乳化的原料油乳化区,壳体上设有与原料油乳化区相连通的液体入口,壳体还具有一组贯穿原料油乳化区且相互平行的乳化分布管,乳化分布管具有原料油入口和乳化油出口,乳化分布管的管壁上具有一组微孔通道,微孔通道经原料油乳化区与液体入口相连通。本实用新型采用由多组乳化分布管组成的联箱结构,液体经液体入口进入原料油乳化区,原料油经原料油入口进入乳化分布管,由于乳化分布管的管壁上具有纳米级的微孔通道,在高压作用下液体经微孔通道进入乳化分布管,液体在经过微孔通道时被其切割成纳米级微液滴珠,微液滴珠渗入原料油的分子间隙中,在极短时间内(毫秒级范围)实现径向完全充分混匀,达到乳化效果,原料油乳化效果好,能够降低后续催化反应的温度,提高催化反应的效率,显著减少干质、沥青质等废弃物的产量,减少反应器中的结焦量。本实用新型进一步限定的技术方案是:进一步的,液体入口与经具有第一调节阀和第一加压泵的第一管道与液相水供应系统连通。上述结构中,液相水经液体入口进入原料油乳化区后,在高压作用下经由乳化分布管的管壁上的微孔通道进入乳化分布管内部,液相水能够被微孔通道切割成纳米级微液滴珠,该微液滴珠渗入原料油的分子间隙中形成油包水型的乳化油,该乳化油的比表面积约5000~10000㎡/m³。将原料油采用液相水进行油包水型乳化,使得乳化油中油滴的尺寸小于500μm,由于原料油在催化反应器的喷嘴进料前被分散成粒径为微纳米级的油包水型液滴,在高温条件下通过油包水型液滴的“微爆”作用,明显改善了原料油的雾化和气化效果,提高了气化率,减少液固反应,进而减少了催化剂上的结焦量。总之,采用上述结构后无需添加任何化学乳化剂即可得到理想的乳化效果,并且不会对原料油的性质发生改变,节约了成本。另外,液相水可以采用除盐水、除氧水、新鲜水、酸性水、污水汽提后的净化水和催化装置产生的含硫氨污水等较低品质的水,以达到节能降耗、综合利用资源的目的。进一步的,液体入口经具有第三调节阀和第三加压泵的第三管道与蒸汽供应系统连通。进一步的,液体入口经具有第四调节阀和第四加压泵的第四管道与乳化剂供应系统连通。进一步的,液体入口安装在壳体的一侧侧壁上。进一步的,乳化分布管在壳体的原料油乳化区横向或径向布置。更进一步的,壳体的一端具有原料油进料区,原料油进料区具有一组与乳化分布管一一对应的第一通孔,第一通孔中设置乳化分布管的原料油入口;壳体的另一端具有乳化油出口区,乳化油出口区具有一组与乳化分布管一一对应的第二通孔,第二通孔中设置乳化分布管的乳化油出口。进一步的,原料油入口经具有第二调节阀和第二加压泵的第二管道与原料油供应系统连通。第一、第二、第三、第四调节阀与第一、第二、第三、第四加压泵分别设置在原料油、液相水、蒸汽、乳化剂的输送管道上靠近入口位置,用于调节原料油、液相水、蒸汽、乳化剂的输送量及输送压力,进而调节和控制原料油乳化的程度。进一步的,乳化分布管的长度为5~500cm,直径为1~10cm;微孔通道的孔径为0.001~50μm。进一步的,乳化分布管的材质为碳钢、不锈钢、英科耐尔合金、蒙耐合金、双相钢、镍、哈氏合金、铝、钛、铜、陶瓷、玻璃、聚合物、三氧化二铝、氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化锆、硅、碳化硅、石英、纤维、有机纤维、石墨、聚合物与多种纤维的复合物中的至少一种;壳体的材质为碳钢或不锈钢,优选304、316、316L、316SS、双相不锈钢、临氢钢中的至少一种;原料油为蜡油、脱沥青油、减压渣油、焦化蜡油、加氢蜡油、加氢渣油或常压渣油中的至少一种。本实用新型的有益效果是:1.采用本实用新型装置乳化后的原料油,一颗油滴在催化反应器喷嘴中的汽化时间由250~400毫秒降至4~50毫秒,大大缩短了原料油的汽化时间,显著增加了原料油与催化剂的接触面积,使得原料油与催化剂充分接触并反应,降低了催化剂表面积碳和热裂化反应的发生,同时由于原料油汽化时间缩短,导致原料油的线速加快,进而提高了催化剂的循环量,提高了剂油比,提高了催化剂的有效活性,提高了重油的转化率,产品分布也得到改善,提高了轻油收率,降低了干气和焦炭产量;2.原料油中掺兑一定比例的液体,二者通过乳化分布管进行乳化,形成稳定的油包液状态的乳化油,乳化油的油滴达到微纳米级,乳化油进入提升管反应器进行反应时,由于乳化油的油滴尺寸较小,导致油滴分散程度得到提高,汽化时间显著缩短短,乳化原料油与催化剂的接触面积也相应增加,进而提高了催化反应效率、剂油比和轻油收率,降低了干气和生焦量;3.本实用新型采用乳化分布管进行静态乳化,避免使用动力搅拌混合装置,进而避免产生气泡和出现震荡现象,运行稳定,能耗较低。总之,本实用新型的原料油混合乳化装置乳化效果好,缩短了原料油的汽化时间,油滴分散程度得到显著提高,增加了原料油与催化剂的接触面积,提高了重油的转化率和轻油收率,降低了干气和焦炭产量,并且减少了乳化过程中蒸汽的用量,节约了成本和能耗。附图说明图1为现有技术中原料油乳化工艺流程图。图2为本实用新型实施例一的原料油乳化工艺流程图。图3为本实用新型实施例一的结构示意图。图4为本实用新型实施例一的原理图。图5为图4中局部放大图。图6为本实用新型中实施例一乳化后的原料油激光粒度分布-荧光倒置显微镜图。图7为本实用新型中实施例一乳化后的原料油扫描电镜图。图8为本实用新型实施例四的原料油乳化工艺流程图。图9为本实用新型实施例五的原料油乳化工艺流程图。图10为本实用新型实施例六的原料油乳化工艺流程图。图11为本实用新型实施例七的原料油乳化工艺流程图。图12为本实用新型实施例八的原料油乳化工艺流程图。具体实施方式本实用新型原料油混合乳化装置适用的催化裂化领域为:原料油的温度范围为180~250℃,压力范围为16~25bar,流量为1~500m3/h,液相水掺入比例(即液相水所占原料油的质量百分比)为1~20%。最后乳化油的粒径在0.01~10μm,W/O体系的稳定时间在10~14天。装置中,乳化分布管的长度为5~500cm,直径为1~10cm;微孔通道的孔径为0.001~10μm;乳化分布管的材质可以为碳钢、不锈钢、英科耐尔合金、蒙耐合金、双相钢、镍、哈氏合金、铝、钛、铜、陶瓷、玻璃、聚合物、三氧化二铝、氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钛、硅、碳化硅、石英、纤维、有机纤维、石墨、聚合物与多种纤维的复合物中的至少一种;壳体的材质可以为碳钢或不锈钢,具体为304、316、316L、316SS、双相不锈钢、临氢钢中的至少一种;液相水可以为除盐水、除氧水、新鲜水、酸性水、污水汽提后的净化水、催化装置产生的含硫氨污水等较低品质的水中的至少一种;原料油可以采用蜡油、脱沥青油、减压渣油、焦化蜡油、加氢蜡油、加氢渣油、常压渣油中的至少一种。实施例一本实施例的原料油混合乳化装置,其结构如图3所示,包括壳体3,壳体3为厢式或筒式密封壳体,壳体3具有供原料油乳化的原料油乳化区,壳体3还具有28根贯穿原料油乳化区且相互平行的乳化分布管5,乳化分布管5的长度为1500毫米,内径为40毫米,外径为50毫米,乳化分布管5的材质为氧化锆为主的复合材料,乳化分布管5具有原料油入口2和乳化油出口4,乳化分布管5在壳体3的原料油乳化区横向或径向布置,且壳体3竖直放置。壳体3的下端具有原料油进料区,原料油进料区具有28个与乳化分布管5一一对应的第一通孔,第一通孔中设置乳化分布管5的原料油入口2,壳,3的上端具有乳化油出口区,乳化油出口区具有28个与乳化分布管5一一对应的第二通孔,第二通孔中设置乳化分布管5的乳化油出口4。乳化分布管5的管壁上具有若干个微孔通道,微孔通道的孔径为10微米,单根乳化分布管5的孔隙率为30%,微孔通道经原料油乳化区与液体入口1相连通。另外,壳体3的一侧侧壁上具有与原料油乳化区相连通的液体入口1,液体入口1经具有第一调节阀6和第一加压泵7的第一管道与液相水供应系统连通,原料油入口2经具有第二调节阀8和第二加压泵9的第二管道与原料油供应系统连通。如图4和图5所示,原料油入口2位于壳体3底端,乳化油出口4位于壳体3顶端,乳化分布管5的原料油入口2压力为0.5兆帕,其压降为0.1兆帕,这样原料油从底端进入乳化分布管5,乳化后降压0.1兆帕经顶端排出。在某炼化厂进行催化裂化实验时,催化裂化装置所采用的提升管反应器的处理量为60万吨/年,提升管反应器的高度为30米,原料油的流量为50m3/h,原料油的温度为220℃,原料油的组分按照质量百分比为:45%渣油(密度0.9786),55%蜡油(密度0.8937),液相水采用催化裂化装置产生的含硫氨污水,水温为45℃,液相水与原料油的质量比为3:100。如图2所示,在原料油(即重质油)乳化过程中无需添加任何乳化剂,启动第一调节阀6和第二调节阀8,原料油经第二加压泵9、以0.7~1m/s的流速从壳体3下端的原料油进料区进入乳化分布管5,液相水经第一加压泵7以1~1.3m/s的流速从壳体3的侧壁进入原料油乳化区,在渗透压的作用下液相水通过乳化分布管5的纳米级微孔通道时被切割成纳米级微液滴珠,然后微液滴珠渗入原料油的分子间隙中实现瞬时快速均匀混合,形成稳定的油包水乳化状态,因此液相水与原料油在原料油乳化区的乳化分布管5中混合充分,实现乳化形成单向流乳化油体系(W/O),乳化油经壳体3上端的乳化油出料区排出,乳化过程中蒸汽掺混比例减少了3%。取出部分乳化油采用激光粒度分布-荧光倒置显微镜和扫描电镜进行测定,结果分别见图6和图7(标尺10微米),图6和图7可以看出,圆形微粒为乳化后的油滴,油滴的粒径小于50微米,平均粒径在10微米左右。其中激光粒度分布-荧光倒置显微镜测定的条件为:检测仪器分别为动态光散射仪和荧光倒置显微镜IX-81,测试方法用明场直接测试,放大倍数为物镜的300倍,所用激光强度90%,溶剂选项D2O。扫描电镜的测试条件为:采用电子显微镜SUPEREYESA005,放大倍数为400倍。混合乳化装置排出的乳化油进入提升管反应器进行催化裂化反应,提升管反应器的反应条件为:提升管反应器反应温度为537℃,原料油汽化时间为23毫秒,剂油比为8.7。催化裂化试验运行60天后,该反应的产物分布变化见表1。反应时,在高温条件下乳化油中的微液滴珠率先爆裂形成油雾,增加与催化剂接触的面积,提高催化反应效率,进而提高轻油收率,减少焦炭和干气产生。采用上述装置乳化后得到的乳化原料油经进料提升管反应器能够提高轻油(汽油和柴油)收率,降低焦炭和干气产率,改善产品分布。实施例二本实施例与实施例一的不同之处在于:采用常规混合搅拌的乳化方法进行乳化,其中原料油进换热器前的温度为220℃,并向换热器注入密度为1.2的复合型乳化剂(型号为HLB4.3~7.5的油包水型乳化剂),原料油、乳化剂的流量为0.055m3/h,原料油与乳化剂通过高速剪切力搅拌混合乳化后(转速为225Rpm,搅拌时间为25分钟)获得乳化/雾化油,乳化/雾化油进入与实施例一相同的提升管反应器进行催化裂化反应。与实施例一的混合乳化装置相比,本实施例的乳化能耗增加了60%。另外,控制提升管反应器与实施例一具有相同的加热功率和喷嘴功率,提升管反应器的反应条件为:提升管反应器反应温度为515℃,原料油汽化时间为750毫秒,剂油比为6。催化裂化试验60天后,该反应的产物分布变化见表1。实施例三本实施例与实施例一的不同之处在于:微孔通道的孔径为30微米。催化裂化试验60天后,该反应的产物分布变化见表1。表1为催化裂化反应的产物产率变化项目实施例一实施例二实施例三干气降低百分比,质量%1.50.31.2液化气增加百分比,质量%0.90.40.6汽油增加百分比,质量%1.20.10.9柴油增加百分比,质量%1.30.30.8焦炭降低百分比,质量%1.90.51.1由表1可以看出,实施例一、三采用原料油混合乳化装置进行混合乳化可以大幅度提高液化气以及汽油和柴油等高价值轻质油产物的产率,降低干气和焦炭等低价值产物的产率。实施例四本实施例与实施例一的不同之处在于:如图8所示,液体入口1经具有第一调节阀6和第一加压泵7的第一管道与液相水供应系统连通,同时液体入口1还经具有第三调节阀10和第三加压泵11的第三管道与蒸汽供应系统连通。这样在原料油乳化乳化时可以选择启动第三调节阀10,向壳体1内输送少量蒸汽。实施例五本实施例与实施例一的不同之处在于:如图9所示,液体入口1经具有第一调节阀6和第一加压泵7的第一管道与液相水供应系统连通,同时液体入口1还经具有第四调节阀12和第四加压泵13的第四管道与乳化剂供应系统连通。这样,在原料油乳化过程中可以选择启动第四调节阀12,向壳体1内输送少量乳化剂,进一步增加乳化效果。实施例六本实施例与实施例一的不同之处在于:如图10所示,液体入口1经具有第一调节阀6和第一加压泵7的第一管道与液相水供应系统连通,同时液体入口1还经具有第三调节阀10和第三加压泵11的第三管道与蒸汽供应系统连通,液体入口1还经具有第四调节阀12和第四加压泵13的第四管道与乳化剂供应系统连通。这样,在原料油乳化过程中可以选择性地启动第三调节阀10或第四调节阀12,向壳体1内输送少量蒸汽或少量乳化剂。实施例七本实施例与实施例一的不同之处在于:如图11所示,液体入口1不与液相水供应系统连通,液体入口1经具有第四调节阀12和第四加压泵13的第四管道与乳化剂供应系统连通。乳化剂经第四加压泵13以1~1.3m/s的流速从壳体3的侧壁进入原料油乳化区,在渗透压的作用下乳化剂通过乳化分布管5的纳米级微孔通道时被切割成纳米级微液滴珠,然后微液滴珠渗入原料油的分子间隙中实现瞬时快速均匀混合,形成充分稳定的乳化油。实施例八本实施例与实施例一的不同之处在于:如图12所示,液体入口1不与液相水供应系统连通,液体入口1经具有第四调节阀12和第四加压泵13的第四管道与乳化剂供应系统连通,液体入口1还经具有第三调节阀10和第三加压泵11的第三管道与蒸汽供应系统连通。乳化剂经第四加压泵13以1~1.3m/s的流速从壳体3的侧壁进入原料油乳化区,在渗透压的作用下乳化剂通过乳化分布管5的纳米级微孔通道时被切割成纳米级微液滴珠,然后微液滴珠渗入原料油的分子间隙中实现瞬时快速均匀混合,形成充分稳定的乳化油。同时,在原料油乳化时可以选择启动第三调节阀10,向壳体1内输送少量蒸汽。除上述实施例外,本实用新型还可以有其他实施方式,例如原料油混合乳化装置除了可以水平放置,还可以竖直放置或倾斜放置,导致原料油进料区可位于原料油乳化装置的底端、顶端或左、右两侧。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本实用新型要求的保护范围。当前第1页1 2 3 
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