专利名称：气蚀增强液体雾化方法
技术领域：
本发明涉及气蚀增强液体雾化方法。更具体地说，本发明涉及含有要被雾化的液体和较低沸点气蚀液体的溶液的流体的雾化方法，该方法是在压力和流动的情况下，该流体与减压设备接触以减少该流体的压力，由此，产生泡核作用，并且在低于该溶液的泡点的温度下，流体中含有气蚀液体蒸气的泡核生长，然后，该流体通过一个雾化设备到一个低压雾化区。在雾化设备上游引发泡核作用。该方法使用较低沸点的烃作为气蚀液体，用来雾化热FCC原料油到催化裂化反应区。
本发明的方法适用于雾化各种各样的液体，包括化学方法和炼制方法的液体，例如使用一种低沸点烃作为气蚀液体，雾化热FCC原料油进到催化裂化反应区。例如，在FCC过程中，FCC原料油液体和包括蒸汽流的雾化剂的两相混合物通过一个进料注射器，该进料注射器终结在包括雾化孔板的雾化设备的下游端。如所公知的那样，雾化孔板的下侧向下开口到喷雾分配器。在本发明的实践中，包括一种或多种低沸点烃类或低沸点烃馏分的气蚀流体与注射器上游的或在注射器中的热油混合，形成该流体溶液，在这一点，其是液体。该注射器一般包括包括一个或多个用于流动一种或多种液体的导管，该导管通过并终结在雾化设备的下游端。FCC原料油和一种或多种气蚀液体的该液体溶液保持在一定压力和温度下，这样，直到在该喷射器中的该流动的流体与一个或多个降压设备接触之前，优选不产生气蚀，以便在流体中产生压降，由此，引起泡核作用和包括溶解在热油中的气蚀流体的蒸气的泡核的增长。该泡核作用的压降可以是通过该注射器并进到FCC催化裂化区的、作为一种包括雾化的油滴的喷雾油的该流体的压降的1/3那么大。引起压降的设备位于雾化设备的上游。这样的设备将优选包括位于该雾化设备的流体导管上游的一个或多个静态混合设备。在一个实施方案中，多个这样的设备可以位于该流体导管中，以便当该流动的流体向下流动到雾化设备时，该流动的流体相继地接触一个以上的这样的设备。该实施方案将产生泡核作用，并且当泡核到达雾化设备时泡核在进料油中增长。该压降设备上游的流体压力优选维持在足够高，以防止泡核作用，并且这意味着在设计的温度下，压力大于溶液的蒸气压或溶液的泡核压力。在雾化区的该压力大于要雾化的液体的蒸气压，但是低于气蚀流体的蒸气压，优选足够的低，以进一步促进和保证迅速气化或闪蒸气蚀的液体，以促使形成喷雾的液滴。在任何给定的温度下，雾化区的压力与雾化区中气蚀流体的蒸气压之间的压差越大，其就会更迅速和激烈的膨胀，转变成较小平均液滴尺寸的雾化液体。该雾化孔板可以包括控制膨胀雾化区的上游入口，例如在US 5 173175中公开的扇形分配器，其提供雾化液体的扇形喷雾到FCC催化裂化反应区。该孔板也可以包括在导管端部的成型孔口，以提供例如在US 4784328和US 5289976中公开的或多或少的扇形喷雾。下面将详细解释其它实施方案。
本发明的方法用于雾化任意的液体，包括含水液体以及含烃液体。在水的情况下，例如气蚀液体可以是丙酮、甲醇等。当用于FCC催化裂化过程时，在本发明的实践中，对于进料雾化可以减少和优选不用蒸汽，伴随的酸水的产生可以除去和消除。其也可以减少和优选不用烃气(例如C1-C5)，以形成用于雾化的两相流体。另外，使用本发明的液相方法可以消除与常规的气-液相流体雾化有关的液压敲打和管道震颤问题。在一个涉及FCC进料雾化的更详细的实施方案中，本发明包括一个流化催化裂化过程，该流化催化裂化过程包括如下步骤(a)在压力下，使包括FCC原料油和包括一种或多种沸点低于所述的原料油的沸点范围物料的烃液体或馏分的气蚀液体的溶液的流动流体与压降设备接触，以降低所述流动流体的压力，并在低于所述溶液泡点的温度下产生包括所述气蚀液体蒸气的泡核，形成包括所述泡核和液体溶液的两相流体；(b)使所述两相流体向下通过一个雾化设备，进到一个压力低于所述雾化设备的上游的所述流体的压力下的雾化区，雾化所述流体，并形成包括所述原料油液滴的喷雾，其中所述雾化区包括催化裂化反应区；和(c)在有效地催化裂化所述原料油并产生较低沸点烃的反应条件下，在所述反应区，所述喷雾与颗粒状热的再生裂化催化剂接触。
在分离区，把裂化反应产生的较低沸点的烃与废催化剂颗粒分离、回收，然后，一般送去进一步加工，包括分馏。裂化反应也产生废催化剂颗粒，其含有可汽提的烃和焦炭，其是人们公知的。在汽提区，汽提该废催化剂颗粒，除去可汽提的烃类，生成汽提的焦化的催化剂颗粒。把该汽提的焦化的催化剂颗粒送到一个再生区，在该再生区，在足以燃烧掉焦炭和产生热的再生催化剂颗粒的条件下，它们与氧气接触，然后其返回到反应区。FCC催化裂化过程的反应区通常包括一个提升管和一个已知的提升管反应区。
图2是饱和烃气蚀流体的蒸气压与温度函数之间的曲线图。
发明详述通过雾化设备的流体是包括气相和液相的两相流体，雾化设备一般包括雾化孔板，具有垂直于流体流动方向的小于流体流动导管上游的横截面的横截面，其在下面进一步介绍。该气相包括气蚀液体蒸气，液相包括气蚀液体和要雾化的液体的溶液。通过该雾化设备的两相流体可以是连续气体或连续液体，或者其可以是多泡的泡沫，如果一相或两相都是连续的话，其中其确实可能是不知道的。参考例如开孔泡沫材料和闭孔泡沫材料可以进一步对其加以理解。泡沫材料的空气与固体的体积比一般为1∶1。开孔泡沫材料是气体(空气)和固体连续相，而闭孔泡沫材料是固体连续相并且含有不连续(分散的)气泡。在开孔泡沫材料中，可认为该固体是以膜和线的形式(例如可以以两相气-液泡沫存在)。在闭孔泡沫材料中，可以预见该气体是以气体不连续小滴分散在固体中的形式。某些泡沫材料在二者之间，某些是包括气相和液相的两相流体。不可能有气体连续的泡沫材料，也不可能有固体连续的泡沫材料，但是可能有两相气体和仅仅是气体连续的液体流体。因此，通过雾化设备的流体的颗粒结构不可能总被确实知道。与其无关，在进入雾化设备的流体当中必须存在足够的蒸气，以便剪切(和孔板上游但是泡核作用下游的任何其它混合)混合以通过增加液相的表面积来增加流体的动能。其反映出来的是在雾化之前或雾化当中，(i)减少任意液体膜的厚度，(ii)减少任意液体线或小河的厚度和/或长度，和(iii)减少流体中任意液体小滴的尺寸。在本发明的实践中，优选的是，该流体通过雾化设备，形成油滴喷雾，包括按体积计的大部分气蚀流体蒸气(例如蒸气与液体的体积比至少2∶1)。通过喷嘴的单一相流体(例如液体)，其动能将会增加。而包括气相和液相的两相流体，相对于液相的速度，蒸气速度可能增加，(i)在泡核作用和压降设备之间的混合区，(ii)当该流体通过比孔板上游的流体导管设备(降压孔板)较小截面积的雾化孔板时，垂直于流体流动方向。人们认为，蒸气和液相之间的这种速度差别导致液体的线化作用(ligamentation)，特别是关于粘稠液体，例如热FCC原料油。所述线化的意思是该液体形成加长的小滴或线，该线有时称为小河。该雾化区是在比雾化孔板上游压力低的压力下。因此，通过该雾化孔板的流体中的蒸气迅速膨胀，由此，进一步剪切、挤压和分散该液体线和/或小滴到雾化区。在雾化过程中，一般所有液体线都破碎成两个或更多个小滴。
参考
图1(a)和1(b)，FCC原料注入装置10包括一个空的液体进料导管12，通过导管，热的液体FCC原料油从上游源通过。同时，包括低沸点烃液体的气蚀液体通过管线14向下通到导管12，如图所示，其在三通处与该导管相交。该气蚀液体注入到流动的热油中，与其混合，在区16的附近，形成包括两种液体的液体溶液。为了说明本发明的一个实施方案，在本文中所示的该混合形成该流体溶液是在压降设备18的上游流体导管中发生。但是，如果需要的话，这样的混合可以在另外的上游和甚至原料注射器的外边进行。在该导管中的压力要足以维持气蚀液体为液态，以便这样形成的混合物基本上都是液体。该流体混合物向下流动(从左到右)，并通过低压降静态混合器18，其引起泡核作用。这样形成的具有泡核作用的微泡核的流体混合物在导管中连续向下流动到雾化孔板22，雾化孔板22的横截面积比该导管的横截面积小。所述横截面的意思是导管的横截面积(圆柱形导管，πr2)和垂直于流体流动方向的雾化孔板的横截面积。优选的是，该导管的壁利用弓形或曲线形表面20终结到该孔板，其集中流动流体物流到该具有最小接合的雾化孔板，否则，该流体会撞击在该导管的端部。雾化孔板的下游侧20邻接并开口到具有空穴24的空的扇型喷雾分配器26。空穴24包括控制膨胀区，以产生雾化原料液滴的扇型喷雾。该雾化孔板下游的压力足以比该导管上游的压力低，以便气蚀流体闪蒸或迅速蒸发以在控制膨胀雾化区24雾化FCC原料液体成为小液滴。US5173175公开并要求保护这样的实施方案，其中利用弓形表面将导管终结到该雾化孔板以及扇型控制膨胀区。但是也可以使用其它雾化孔板和喷嘴结构，例如在US 4784328和US 5289976等中公开的那些。
本发明的一个重要和基本特征在于在要被雾化的液体中成核的泡核含有经压降设备并且优选雾化孔板的上游的气蚀流体蒸气。更优选的是，即通过另外的包括雾化设备上游的压降引发设备允许成核的泡核生长将是有利的。压降设备优选包括一个或多个静态混合器，以提供具有最小压降的所需泡核作用。如果该两种液体原料和气蚀液体只是混合在一起，然后通过没有泡核作用的雾化设备，该泡核膨胀和蒸发将是较慢的，将达不到进料液体的所需雾化程度。通过雾化设备上游的一个或多个静态混合器的压降和这样形成的含有泡核的溶液的伴随搅拌，引发泡核作用并且优选泡核作用和生长，以至于泡核蒸气的膨胀比通过雾化孔板时还快，因此增强了原料的雾化。类似的，如果打开一瓶碳酸水而不搅拌，则不产生泡沫或泡沫产生的很慢。如果该碳酸水打开之前搅拌，当瓶子一打开并释放压力时，就迅速而激烈的产生泡沫。摇动瓶子使碳酸水作为喷雾或雾气喷出，这是由于开口时发生压力降低而使泡核迅速生长。在本发明中，压力的降低和上游混合器进行搅拌，导致就象摇动碳酸水一样产生泡核作用。通过其后的减压和所述的气蚀机理，而不是通过用常规的雾化喷嘴那样两相剪切，可以完成原料的细雾化。优选设计和/或选择产生泡核的设备，以产生蒸发少量馏分所需的最小压降，其小于气蚀液体产生泡核作用压降的一半，优选小于1/3，主要部分的压降通过雾化喷嘴时产生，以产生雾化喷雾。
关于上面的说明和下面的实施例，FCC方法是人们熟知的，在此不需要详细介绍。用于FCC方法的催化裂化原料一般包括瓦斯油，其是高沸点的非渣油，例如减压瓦斯油(VGO)，直馏(常压)瓦斯油，轻催化裂化油(LCCO)和焦化瓦斯油。这些油的初馏点一般高于约450°F(232℃)，更通常高于约662°F(350℃)，终馏点直到约1150°F(621℃)，以及直馏或常压瓦斯油和焦化瓦斯油。另外，一种或多种终馏点高于约1050°F(例如直到1300°F或更高)的重原料油可以与催化裂化原料油掺混。这样的重原料油包括例如全馏分原油和常压重油，原油的常压蒸馏渣油和减压蒸馏渣油，沥青和沥青烯，焦油和由重石油、油沙油、页岩油、煤衍生的液体、合成原油等的热裂化得到的循环油。在裂化原料油中这些重原料油的存在量约为该掺混物的2-50％体积，更一般约为5-30％体积。这些原料油一般含有太高含量的不合乎要求的组分，例如芳烃和含有杂原子特别是硫原子和氮原子的化合物。因此，这些原料油通常用一些方法处理或改质，以减少不需要的化合物的量，这些方法例如加氢处理、溶剂萃取、固体吸收剂例如分子筛等，这些方法是人们公知的。在FCC过程中，典型的催化裂化条件包括温度约800-1200°F(427-648℃)，优选850-1150°F(454-621℃)，更优选900-1150°F(482-621℃)，压力约5-60psig(表压，每平方英寸磅)，优选5-40psig，原料与催化剂的接触时间约为0.5-15秒，优选约1-5秒，催化剂与原料的比例约为0.5-10，优选2-8。FCC原料预热到不超过850°F，优选不高于800°F，一般在约600-800°F的温度。
参考下面的实施例将进一步理解本发明。
在低于沸点的温度在孔板上游的雾化压力下用水进行空白试验，通过孔板的压降为30psi，表明L/D比率大于7∶1的孔板比L/D比率为1.4∶1的较小孔板要好。但是，当在雾化压力下水温低于沸点时，两种L/D比率都不能得到细喷雾。在某些情况下，增加水温到上述其产生泡核的温度会产生细喷雾。因此，用单一液体(水)不能通过气蚀产生泡核作用，水必须加热到其沸点以上以产生泡核作用。
相反，在同样的通过L/D比率为7∶1的孔板的30psi压降下，用6.8摩尔％丙酮的水溶液进行类似的试验，气蚀可以引起泡核作用和细喷雾。L/D比率为1.4∶1的孔板不能产生细喷雾。在这些试验中，该室内丙酮溶液的温度是98℃，其低于该丙酮溶液的泡点温度104℃。对于短的喷嘴或L/D比率仅为1.4∶1的孔板，在孔板的出口边缘基本上都产生30psi的压降。对于长的L/D比率为7∶1的喷嘴，在喷嘴内产生部分压降。这些试验说明，在较长的L/D比率为7∶1的喷嘴中产生的额外压降使得喷嘴或孔板孔内产生稳定的气蚀泡核。
应该理解到，对于本领域的熟练技术人员来说，在没有偏离上述本发明的精神和范围的情况下，本发明的各种其它实施方案和改进将是很明显的，并且可以很容易进行。因此，不想使其后所附的权利要求书的范围限定到上述的确切描述中，而是权利要求书包括存在于本发明中的专利新颖性的所有特征，包括由本领域熟练技术人员要进行同样处理的所有特征和实施方案。因此，本发明可以与这样的方法结合使用预先形成的气体或蒸气，以形成两相气体和液体流体，该流体与一个或多个混合设备接触，引起气蚀流体的泡核形成。本发明也可以与由温度增加引起泡核作用的方法结合。
权利要求
1.一种液体雾化方法，该方法包括使含有要雾化的液体和低沸点气蚀液体的溶液的流动流体，在压力和低于所述溶液的泡点的温度下，与减压设备接触，以减少所述流体的压力，由此，产生泡核作用，形成包括所述泡核和所述溶液的两相蒸气和液体流体，然后，使所述两相流体向下游通过一个雾化设备到一个低压雾化区，雾化所述流体并且形成包括所述液体的液滴的喷雾。
2.根据权利要求1的方法，其中所述泡核的尺寸在所述雾化设备的上游也会增长。
3.根据权利要求2的方法，其中由所述减压设备产生的压降小于50psi。
4.根据权利要求3的方法，其中所述减压设备包括至少一个静态混合器设备。
5.根据权利要求4的方法，其中至少0.5％重的所述气蚀液体被所述泡核作用蒸发，其后流体雾化。
6.根据权利要求5的方法，其中所述雾化设备包括一个雾化孔板。
7.根据权利要求6的方法，其中由所述减压设备产生的压降小于15psi。
8.一种雾化液体FCC原料的方法，该方法包括(a)在压力下，使包括FCC原料油和包括一种或多种沸点低于所述原料油的沸点范围的物料的烃液体或馏分的气蚀液体的溶液的流动流体与压降设备接触，降低所述流动流体的压力，并在低于所述溶液的泡点的温度下产生包括所述气蚀液体蒸气的泡核作用，形成包括所述泡核和液体溶液的两相流体；(b)使所述两相流体向下通过一个雾化设备，进到一个压力低于所述雾化设备的上游的所述流体的压力的雾化区，雾化所述流体，并形成包括所述原料油液滴的喷雾，其中所说雾化区包括催化裂化反应区；和(c)在有效催化裂化所述原料油并产生较低沸点烃的反应条件下，在所述反应区，使所述喷雾与颗粒状热的再生裂化催化剂接触。
9.根据权利要求8的方法，其中所述泡核的尺寸在所述雾化设备的上游也会增长。
10.根据权利要求9的方法，其中所述较低沸点烃类从所述废催化剂颗粒分离出来并回收。
11.根据权利要求10的方法，其中所述裂化反应也产生废催化剂颗粒，该废催化剂颗粒含有可汽提的烃类和焦炭。
12.根据权利要求11的方法，其中所述废催化剂颗粒在汽提区汽提，除去所述可汽提的烃类，产生汽提的结焦的催化剂颗粒。
13.根据权利要求12的方法，其中把所述汽提的结焦催化剂颗粒送到再生区，在该再生区，在足以燃烧掉所述焦炭的条件下，它们与氧气接触，产生所述热的再生催化剂颗粒。
14.根据权利要求13的方法，其中由所述减压设备产生的压降小于50psi。
15.根据权利要求14的方法，其中至少0.5％重的所说气蚀液体被所述泡核作用蒸发，其后流体雾化。
16.根据权利要求15的方法，其中所述热的再生催化剂颗粒送到所述裂化反应区，在裂化反应区它们接触所述喷雾，催化裂化所述原料油。
17.根据权利要求16的方法，其中所述减压设备包括至少一个静态混合器设备。
18.根据权利要求16的方法，其中所述雾化设备包括一个雾化孔板。
19.根据权利要求16的方法，其中所述减压设备产生的压降小于15psi。
20.根据权利要求19的方法，其中所述回收的烃类进一步加工。
全文摘要
一种FCC装置(10),包括一个空的液体原料导管(12),通过该导管,热的液体FCC原料油从上游源通过。同时,包括较低沸点烃类液体的气蚀液体通过管线(14)向下通到导管(12),其在丁字接头处相交。气蚀液体喷入流动热油中,混合,在区域(16)附近形成包括两种液体的液体溶液。
文档编号B05B7/04GK1344309SQ00805199
公开日2002年4月10日 申请日期2000年2月25日 优先权日1999年3月18日
发明者D·C·德雷梅尔, N·C·纳哈斯, 何德仲 申请人:埃克森研究工程公司