专利名称：用于在流化床催化裂化单元中获得想要的进料/催化剂接触条件的装置和方法
技术领域：
本发明涉及用于改善流化床催化裂化(FCC)进料喷嘴性能和可靠性的方法和装置。更具体地，本发明涉及位于提升管反应器的底部附近的喷嘴组件，该喷嘴组件用于获得与位于升高的提升管位置处的现代的侧面进入式进料喷嘴相似的进料/催化剂接触条件，但不必改变提升管，从而显著降低受益于这种想要的进料/催化剂接触条件所需的资金成本。
背景技术：
众所周知，典型的流化床催化裂化(FCC)单元由反应器和再生器构成。长链的碳氢化合物例如减压瓦斯油通过进料喷嘴注入到提升管反应器中，与热的、再生的催化剂接触，以裂化成小的、更有价值的产品，例如汽油。在反应期间，催化剂由于焦炭层沉积在表面上而在提升管反应器中暂时失去活性。产品气体在反应器的顶部处分离出来并送到产品回收系统。用过的催化剂然后传输到汽提器，在那里将蒸汽引入以回收截留在用过的催化剂中的气态产品。被汽提了的用过的催化剂然后传输到再生器，在那里将空气引入以烧掉表面上的焦炭层，使催化剂恢复活性。再生的催化剂然后传输回提升管反应器，从而结束催化剂流通循环。
FCC进料喷嘴对于单元的性能至关重要。它决定了进料与再生的催化剂的初始接触的均匀性，该初始接触的均匀性对干气产量和焦炭选择性有深远的影响。大多数现代的FCC进料喷嘴都是侧面进入式喷嘴，它们在升高的位置处安装在竖直的提升管部分的圆周上。这对于一般的FCC来说是优选的选择。但是，一些较旧的FCC单元仍具有位于提升管的底部处的进料注入系统，将这些单元转变成带有现代的侧面进入式喷嘴的竖直提升管存在一些限制，如高的资金成本以及单元的压力平衡。在底部注入进料喷嘴的位置处，提升管可以水平、竖直或倾斜定向。
申请人的美国专利No.5,979,799公开了一种侧面进入式喷嘴，其具有相对于喷嘴的轴线向上倾斜达30°角的雾化型式。
申请人的美国专利No.6,387,247B1公开了一种用于单个的、居中定位的底部进入式喷嘴的喷嘴尖设计，其具有与喷嘴的轴线成大约10°到80°的向上的排出物。
Nielsen的美国专利No.4,778,658公开了一种单个的、居中定位的底部进料喷嘴，其具有倾斜的注入管，用于将碳氢化合物注入到进料喷嘴内的闭合混合腔中，用于更好地混合碳氢化合物和蒸汽，并且在将碳氢化合物/蒸汽混合物注入到提升管用以与催化剂接触之前更好地雾化。
Buyan的美国专利No.4,808,383公开了一种底部进料注入系统，其由多个其轴线和排出端平行于提升管的轴线的进料喷嘴构成。
发明内容
位于FCC提升管反应器的底部附近的进料喷嘴组件包括多个进料喷嘴，每个进料喷嘴包括倾斜向提升管的中心的排出端。倾斜的排出端将结合的碳氢化合物进料和雾化气体的排出物提供到提升管的中心部分，从而提供想要的进料/催化剂接触条件，同时防止进料对提升管壁的冲击。
本发明的一个目的是改善FCC单元的催化剂/进料的接触，该单元具有位于提升管反应器的底部附近的进料注入系统。本发明的另一目的是改善提升管中的进料分布。本发明的又一目的是降低提升管壁的结垢(结焦)率。本发明的再一目的是改善单元的催化剂流通。
申请人的发明主要涉及改善进料/催化剂的接触。因此，在申请人的发明中，在碳氢化合物/蒸汽喷雾一离开各个喷嘴的排出端，催化剂就立即与之接触。因此，一个关键要素就是喷嘴的排出端要到处都被催化剂包围。利用多个喷嘴提供多个与催化剂接触的区域的本发明是现有技术的单个的、居中定位的底部进入式喷嘴，如申请人的美国专利No.6,387,247B1和Nielsen的美国专利No.4,778,658的改进。
本发明也是对上述Buyan的美国专利No.4,808,383的一种新的改进设计。专利No.4,808,383公开了一种由多个喷嘴构成的底部进料注入系统，但它们的轴线以及排出端平行于提升管的轴线。由于来自这些喷嘴的排出物平行于提升管的轴线，因此不能在提升管内获得想要的进料分布。如果专利No.4,808,383中每个喷嘴的排出物迅速扩张以覆盖更大的区域，则它将冲击在提升管壁上，导致机械损伤。本发明的一个关键要素是各个喷嘴的排出端倾斜向提升管的中心。这样使得本发明的各个排出物迅速扩张并在提升管中提供想要的进料分布，但没有冲击提升管壁的缺点。
本发明提供了一种替代方案，以在提升管底部附近获得与位于升高的提升管位置处的现代的侧面进入式进料喷嘴(见申请人的上述美国专利No.5,979,799)类似的进料/催化剂接触条件，但不必改变提升管，从而显著降低资金成本。
图1是用在本发明中的带有竖管、进料喷嘴组件和预流化环的提升管提升斗的示意图；图2是根据本发明的进料喷嘴的示意图；图3是图1的带有进料喷嘴组件、竖管、预流化环以及应急喷嘴的提升管提升斗的俯视图；图4是示意性的进料、蒸汽喷嘴组件的侧视图；和图5是图4的端视图。
具体实施例方式
图1是用在本发明中的带有竖管、进料喷嘴组件以及预流化环的提升管的底部部分的示意性剖视图。催化剂通过竖管1接收并遭遇到位于提升管12的底部11处的进料喷嘴4。应急蒸汽喷嘴5沿喷嘴4的轴线居中定位。进料喷嘴4的轴线平行于提升管底部处的轴线，但喷嘴的排出端倾斜向反应器的中心，如图5更清晰所示。流化环2包围喷嘴4(如图3中更清晰所示)用于帮助催化剂移动到提升管中。该图示出提升管的底部部分为竖直。但是，当提升管底部部分水平或倾斜时，相同的进料喷嘴布置也能适用。
图2为根据本发明的单个进料喷嘴4的示意图。喷嘴4包括油入口6和蒸汽入口7。在喷嘴组件中居中定位的应急蒸汽喷嘴5为简单起见在该图中未示出，但在图3中清楚地示出。喷嘴4的排出端8歪斜(倾斜)，如8a所示。来自油入口6的油以及来自蒸汽入口7的蒸汽在喷嘴4内混合，油和蒸汽的混合物通过喷嘴4的排出端8处的共同的开口9喷射，并形成随后要说明的油-汽喷雾10。
图3是根据图1和图2的带有进料喷嘴组件、竖管、预流化环以及应急喷嘴的提升管的底部的剖切俯视图。图3更清楚地示出了喷嘴4、应急喷嘴5以及流化环2的布置。还示出了流化环2中的孔3。
现在参考图4，该图示出了喷嘴组件，其具有居中定位在喷嘴组件纵向轴线上的应急蒸汽注入喷嘴5。多个例如四个进料注入喷嘴4包围应急蒸汽注入喷嘴5。进料喷嘴4通过一系列使进料喷嘴4以及蒸汽喷嘴5互连的拉杆13保持在相对于应急蒸汽喷嘴5以及相对于彼此固定的位置。各个喷嘴4具有至少一个用于接收碳氢化合物进料的入口端6以及至少另一个用于接收雾化气体，即蒸汽的入口端7，如图2所示。雾化气体与碳氢化合物进料在喷嘴4内混合，混合物通过排出端8中的共同的开口9以细密喷雾形式排出到提升管12中。进料喷嘴4的各个排出端8从它们的纵向轴线倾斜α角，例如5°到75°，更优选地10°到40°，并倾向提升管12的轴线，使得从排出段喷射出的碳氢化合物进料的细密喷雾与催化剂形成想要的接触条件，同时不会冲击在提升管壁上，该接触条件与位于提升的位置处的现代的侧面进入式喷嘴所产生的接触条件类似。该想要的接触条件还会导致提升管中进料的快速气化以及催化剂的加速，从而有助于FCC单元的催化剂流通。
现在参考图5，其示出了图4的喷嘴组件的端视图。该图示出了终止进料喷嘴4的四个排出端8的相对位置，该位置从它们的纵向轴线倾斜前述的5°到75°，优选地10°到40°，并倾向提升管12的轴线。四个各自的喷嘴4可以等间距地定位，例如定位在围绕提升管中心的正方形的顶点处。但是，各个喷嘴4也可以不等距地定位。例如，对于水平提升管，需要将更多的碳氢化合物进料引导向其底部。各个喷嘴4之间的间距可以在底部附近减小，在顶部附近增加，以便获得喷嘴4的这种不均匀定位以及由此导致的碳氢化合物分布。进料喷嘴4的排出口示出具有连续的圆形间隙的形状。该排出口将导致从每个喷嘴喷出中空圆锥形雾化型式的喷雾，如图2中的油-蒸汽喷雾10。其它形状的开口，例如进料喷嘴领域所公知的细槽或圆孔形开口也能适用，其将导致从每个喷嘴喷射出不同雾化型式的喷雾。
在许多提升管入口结构中，在进料喷嘴4的排出端8下方有一区域，在该区域中存在催化剂可能沉淀并失去它的流动性的风险。这会对操作器使催化剂以想要的流通速率流通通过单元的能力产生负面影响。在极端情况下甚至会导致催化剂流通的完全停滞。很明显，这是要避免的一种风险。FCC单元的设计者已经找到各种方法和装置来克服这些问题。该问题的一种解决方案是在提升管中低高度处安装一种装置来分配流化气体。通常，蒸汽用于此目的，但也可以使用其它气体。这些所谓的预流化装置，如图2中2所示，可以采用多种不同的形状。通常使用带有多个沿其周边分布的喷嘴或孔3(指向上方或下方)的环以及多孔板。一些设计者还将用于流化气体的入口点沿竖管或J弯头与提升管接合之前的非常靠后的伸展段定位。这些入口点通常定位在竖管的下端，使得注入的气体很好地与催化剂接触。
尽管这里所公开的本发明的应用相比较高高度处的侧面进入式喷嘴更不容易受到流通下降的风险的伤害，但这些风险依然存在。设计者可以通过使用如上所述的预流化装置来使这些风险最小。他/她还可以仔细考虑如何进行提升管的底部的布局，以容纳所有不同的部件—不同的进料喷嘴、可选的分离的应急蒸汽喷嘴以及可选的分离的预流化分布装置。
尽管这些喷嘴被称为底部进入式喷嘴，并且这些进料喷嘴通常为贯穿提升管底部的直管，但不必一定是这种情况。它们同样也可以是贯穿提升管壁然后转向90°，从垂直于提升管轴线变成平行于提升管轴线的管子。
权利要求
1.一种位于FCC提升管的底部处的喷嘴组件，包括多个进料喷嘴；和每个进料喷嘴的排出端，该排出端用于将碳氢化合物进料和雾化气体的混合物喷射到所述提升管中；其中，每个喷嘴的轴线平行于所述提升管底部处的轴线，所述喷嘴的所述排出端向内朝向所述提升管底部处的轴线倾斜。
2.如权利要求1所述的喷嘴组件，其特征在于，所述排出端从它们的轴线倾斜5°到75°，更优选地10°到40°。
3.如权利要求1所述的装置，还包括用于将所述进料喷嘴的位置相对于彼此物理上固定的机械连接装置。
4.如权利要求1所述的装置，还包括用于提供应急蒸汽的居中的蒸汽喷嘴。
5.如权利要求1所述的装置，还包括用于提供预流化气体的装置。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷嘴围绕所述提升管轴线等距地布置。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述喷嘴均匀间隔地布置在所述提升管中。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，当所述提升管水平或倾斜定位时，所述喷嘴非均匀间隔地布置在所述提升管中。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷嘴的数量在2到8，优选地在4到6的范围内。
10.如权利要求2所述的装置，还包括用于将所述进料喷嘴的位置相对于彼此物理上固定的机械连接装置。
11.如权利要求2所述的装置，还包括用于提供应急蒸汽的居中的蒸汽喷嘴。
12.如权利要求2所述的装置，还包括用于提供预流化气体的装置。
13.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述喷嘴围绕所述提升管轴线等距地布置。
14.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述喷嘴的数量在2到8，优选地在4到6的范围内。
15.一种在流化床催化裂化工艺中使催化剂和碳氢化合物进料接触的装置，包括用于提供再生的催化剂的第一导管；第二导管，所述第二导管具有连接到所述第一导管的出口端的开口，用于接收所述再生的催化剂；和进料喷嘴组件，所述进料喷嘴组件定位在所述第二导管内，用于将碳氢化合物进料和蒸汽的混合物提供到所述催化剂中，所述第二导管内的所述进料喷嘴组件包括多个进料喷嘴，其中，每个喷嘴的轴线平行于所述第二导管底部处的轴线，每个喷嘴包括排出端，该排出端向内朝向所述第二导管的轴线倾斜，用于将所述碳氢化合物进料和雾化蒸汽从该排出端喷射出，并喷射到所述第二导管中，以与所述再生的催化剂接触。
16.一种用于在流化床催化裂化单元中获得想要的进料和催化剂接触条件的方法，包括以下步骤将再生的催化剂提供到导管；将多个进料喷嘴设置在所述导管中；使每个所述进料喷嘴的排出端向所述导管的轴线中心倾斜；将碳氢化合物进料提供到所述进料喷嘴中的入口；将雾化流体通过所述进料喷嘴中的第二入口提供到所述进料喷嘴中；使所述碳氢化合物进料和所述雾化流体在所述进料喷嘴中混合；将由所述碳氢化合物进料和所述雾化流体形成的混合物经所述进料喷嘴的所述倾斜的排出端上的开口排出；使所述碳氢化合物进料和所述雾化流体的混合物与所述再生的催化剂在所述进料喷嘴的所述排出端处立即并且直接接触；以及将所述再生的催化剂和所述碳氢化合物进料以及雾化气体所产生的混合物通过所述第二导管的排出端排出。
全文摘要
一种位于FCC提升管反应器的底部附近的进料喷嘴组件，包括多个进料喷嘴，每个进料喷嘴包括倾斜向提升管的中心的排出端；倾斜的排出端将结合有碳氢化合物进料和雾化气体的排出物提供到提升管的中心部分，从而提供想要的进料/催化剂接触条件，同时防止进料对提升管壁的冲击。
文档编号B01J8/24GK1929906SQ200580008295
公开日2007年3月14日 申请日期2005年3月11日 优先权日2004年3月15日
发明者陈岳孟, 雷内·萨姆森 申请人:国际壳牌研究有限公司