用于流化床反应器的流体注射喷嘴的制作方法

专利名称：用于流化床反应器的流体注射喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有助于将流体注入到循环流化床反应器中的喷嘴组件。更具体地，本发明涉及一种有助于将诸如石油渣油和浙青的重油注入到流体焦化反应器中的喷嘴组件。相关申请的交叉引用本申请要求于2010年5月25日提交的美国临时专利申请No. 61/348，013的优先权,其全部公开内容通过引用而并入本申请中。
背景技术：
循环流化床(CFB)反应器是公知的装置，其能够用来进行各种多相化学反应。在这种类型的反应器中，流体(气体或液体)以一定速度通过颗粒状固体材料，该速度高到足以使固体悬浮并使其表现像流体一样。借助于使注入通过在反应器基部处的分配器(格栅、喷头或其它装置)的气体诸如空气、蒸汽或反应物气体流化来维持流化。CFB反应器现在被用在许多工业应用中，在所述工业应用中有石油重油的催化裂解、烯烃聚合、煤气化、以及水和废物处理。一个主要的应用是在循环流化床燃烧器领域中，其中煤或另一高硫燃料在石灰石的存在下燃烧，以减少SOx的排放；由于在流化床中达到的相对较低的温度，所以氮氧化物的排放量也减小。另一种应用是在被称为炉体焦化的流化床焦化工艺及其变型Flexicoking 中，两者都是由埃克松研究和工程公司(Exxon Research and EngineeringCompany)开发。流化床焦化是一种石油炼制过程，在所述石油炼制过程中，通过热分解(焦化)将通常是来自分馏的非可蒸馏残渣(渣油)的重质石油进料或重油转化成更轻、更有用的产品，所述热分解(焦化)在升高的反应温度下进行，该温度通常是约480° C至590° C，(约900° F至1100° F)，并且在大多数情况下，是从500° C到550° C(约930° F至1020° F)。可以通过流体焦化工艺处理的重油包括常压重渣油、芳烃提取液、柏油以及来自下述地方的焦油砂、焦油坑和浙青湖的浙青及诸如在美国得克萨斯、秘鲁、伊朗、俄罗斯和波兰发现的类似沉积物，所述地方是指加拿大(阿萨巴斯卡(Athabasca)，阿尔塔(Alta))、特立尼达岛(Trinidad)、南加利福尼亚(拉布雷亚(La Brea)(洛杉肌))、麦基特里克(McKittrick)(贝克斯菲尔德(Bakersfield),加利福尼亚)、卡平特里亚(Capinteria)(圣巴巴拉县(Santa Barbara County),加利福尼亚州)、湖贝穆德斯(Lake Bermudez)(委内瑞拉)。该工艺是在带有包含热焦炭颗粒的大反应器容器的一个单元中进行，所述大反应器容器在流化情形中维持在所需的反应温度下，并且在焦炭颗粒的平均运动方向向下穿过流化床的情况下，在容器底部注射蒸汽。重油进料被加热到可泵送的温度，典型地在350°C至400°C (约660° F至750° F)的范围内与雾化蒸汽混合，且被馈送通过在反应器中的几个连续的水平高度处布置的多个进料喷嘴。蒸汽被注入到在反应器的底部处的汽提塔部分，并且当焦炭颗粒从在上方的反应器的主要部分下降时，蒸汽向上通过在汽提塔中的焦炭颗粒。进料液体的一部分涂覆流化床中的焦炭颗粒，并随后分解成固体焦炭层和发展成气体或汽化液体的更轻的产品。反应器压力相对较低，以促进烃蒸气的汽化，通常在约120至400kPag (约17至58psig)的范围内，并且最通常地是从约200至350kPag (约29至51psig)。焦化(热裂解)反应的轻质烃产物蒸发，与流化的蒸汽混合，并向上通过流化床进入到焦炭颗粒的密相流化床上方的稀相区中。在焦化反应中形成的该汽化的烃类产物的混合物继续与蒸汽一起以约I至2米每秒(约3至6英尺每秒)的表面速度向上流动通过稀相，且夹带一些细小焦炭的固体颗粒。大部分所夹带的固体在一个或多个旋风分离器中通过离心力而与气相分离，并且利用重力通过旋风分离器料腿(digleg)返回到密相流化床。来自反应器的蒸汽和烃类蒸气的混合物随后从旋风分离器气体出口排出而进入位于反应部上方并通过隔板与其分开的高压间中的洗涤器部中。通过与在洗涤器部中的洗涤器棚上下落的液体接触，混合物骤冷。泵送循环回流使冷凝液体循环到外部冷却器并返回到洗涤器部的顶行，以向液体产品的最重馏分的冷凝和骤冷提供冷却。这种重质馏分通常通过馈送回流化床反应区而再循环来消灭。
进料没有立即汽化的成分涂覆反应器中的焦炭颗粒，并随后分解成固体焦炭层和发展成气体或汽化液体的更轻产物。在使进料与流化床接触的过程中，一些焦炭颗粒可能会变得不均匀或被进料过重地涂覆，并且在与其它的焦炭颗粒碰撞期间可能会粘在一起。这些较重的焦炭颗粒可能不能被注入到汽提塔部的底部中的蒸汽有效地流化，使得它们随后从反应器部向下进入到汽提塔部中，在所述汽提塔部处，它们可能附着并且堆积在汽提塔部中的塔棚上，主要地是堆积在塔棚的最上排上。传统上，汽提塔部具有许多折流板，所述折流板通常根据它们的形状被称为“塔棚”，并且所述折流板的形式为在数个叠置的行或层中穿过汽提塔的主体纵向延伸的倒置的通道部。焦炭在其向下通过汽提塔期间经过这些塔棚，并且暴露于蒸汽，所述蒸汽从在塔棚下方的容器的底部处的喷头进入并在其沿汽提塔向上移动时重新分布。来自反应器的固体焦炭通过汽提塔并离开反应器容器到达燃烧器，所述固体焦炭主要由碳与较少量的氢、硫、氮和痕量的钒、镍、铁以及从进料获得的其它元素组成，其在燃烧器处与空气一起在流化床中燃烧，以将其温度从约480°C至700°C (约900°至1300° F)升高，在此之后，热焦炭颗粒被再循环到流化床反应区中，以提供用于焦化反应的热量并且用作焦炭形成的核。也由埃克松(Exxon)研究和工程公司开发的Flexicoking 工艺事实上是包括反应器和燃烧器的单元中运行的流体焦化过程，如上所述，但还包括用于通过与空气/蒸汽混合物的反应来气化焦炭产品以便形成低热值的燃料气体的气化器，在该工艺的变型中，燃烧器通常被称为加热器。在这种情况下，加热器在贫氧环境下运行。含有所夹带的焦炭颗粒的气化器产物气体返回到加热器，以提供反应器热需求的一部分。从气化器发送至加热器的焦炭的返回流提供热需求的其余部分。离开加热器的热焦炭气体在被处理用于清理之前被用来产生高压蒸汽。焦炭产物被从反应器中连续地移除。鉴于Flexicoking工艺和流体焦化过程之间的相似性，除了在需要区分时，在本说明书中使用术语“流体焦化”来指代和理解流体焦化和Flexicoking。流体焦化单元的汽提部被设置在反应器的下部。来自反应器的焦炭颗粒进入到汽提塔中，在汽提塔处，所述焦炭颗粒被来自被设置在汽提部的底部处的喷头的汽提蒸汽接触，以便从被运送出该单元的底部的焦炭移除烃类蒸汽相产物。作为反应器的良好混合特性的结果，进入汽提塔的一定量的焦炭仍然涂覆有可裂化的烃类材料。对于该材料，汽提塔作为在其内可以发生裂化和干燥的额外的反应部。在材料前进通过汽提塔时，发生额外的裂化反应。出于该原因，为了最小化作为烃夹带(hydrocarbon carryunder)形式而送到燃烧器或加热器的可裂化材料的量，在汽提塔中进行活塞式流体行为是非常期望的，在所述燃烧器或加热器处，可裂化材料被有效地降级为焦炭。与灵活焦化器(Flexicoker)不同，在基本的流体焦化设备的情况下，因为量很小，所以这种现象不是很不利的，但在使用灵活焦化器(Flexicoker)的情况下，该材料被送到加热器，在加热器处材料被暴露于高温、贫氧的环境。进入加热器的未反应的材料可以裂化，以形成全范围的蒸气相产物。这些产物然后被向上运送至加热器正上方，在此处这些产物可以冷凝到表面上，且导致了容量和/或运行长度限制。尽管对于流体焦化单元来说烃夹带不是主要问题，但是这些单元确实经历了由于汽提塔的运转所引起的不同类型的问题。沉积物在汽提塔棚上的累积使得汽提塔易遭遇减小的间隙，该减小的间隙打断了焦炭在汽提塔中的循环，限制焦炭在反应器部中的流化，并最终导致计划外的容量损失或计划外的停机，所述沉积物通常具有特色的形状，由于该具有特色的形状它们被命名为“鲨鱼鳍”。·密相流化床一般表现为良好混合的反应器。然而，冷流动力学模型模拟和示踪剂研究已显示，大量的被润湿的焦炭可以迅速绕过反应部并且接触汽提塔棚，在所述汽提塔棚处，湿膜的一部分被转换到焦炭，且与焦炭颗粒结合在一起。随着时间的推移，来自蒸气相的烃物质在颗粒之间的空隙中冷凝，从而产生非常硬且难以移除的沉积物。在流体焦化单元中目前的做法是提高反应器温度，以加快热裂化反应。这使得焦炭能够更快速地干燥，并且从而减少进入汽提塔的被湿润的焦炭的量。然而，较高的反应器温度提高了烃蒸气的再裂化速率，并减少了 C4+液体产量，从而导致经济缺陷。先前已进行其它尝试来克服该问题，且获得了不同程度的成功。一种方法是例如，通过为汽提塔装配设置在汽提塔棚下方的蒸汽喷头来改进汽提塔操作，如由Hsiaotao Bi等人在“在流化床中的气体-固体逆流的漫灌(Flooding of Gas-SolidsCountercurrent Flow in FluidizedBeds)，，(工业与工程化学研究(In. Eng. Chem.Res. ) · 2004，43，5611-5619 一文中所报告的。减少反应器结垢和增加液体产量的另一种方法是改善进料在其进入床时的雾化，且期望改进的雾化将减少油将被以液体形式向下运送到汽提塔中的程度。在流体焦化过程中使用的常规雾化喷嘴使用蒸汽来辅助将加热的渣油或浙青喷射到热焦炭颗粒的流化床中渣油液滴和夹带的焦炭颗粒的有效接触对于改善反应器的可操作性和液体产物的产量是重要的。注射的喷雾在流化床中形成射流，流化焦炭颗粒被夹带到该射流中。在这个过程中的主要问题是由于不良地执行的雾化喷嘴，液体-固体结块趋于形成在流体床中，并且导致局部高液量加载在固体上并且形成大的湿进料/焦炭结块。这些较重的结块可能趋于朝向反应器的下段分离并且淤塞反应器的内部，特别是在如上所述的汽提塔部中。通过提高的进料的雾化性能，进料的喷雾射流和焦炭固体之间的接触将得到改善，从而导致反应器可操作性的整体改善，并且由于减少的汽提塔结垢而具有较长的运行长度，和/或由于较低的反应器温度运行而具有较高的液体产物产量。通过改进的进料喷嘴的使用也可促进更高的液体进料速率。在US6，003，789 (贝斯(Base))和 CA2224615 (陈(Chan))中描述了一种被提出用于在流体焦化单元中使用的蒸汽辅助喷嘴。在这种喷嘴中，产生重油/蒸汽混合物的气泡流动流，并且该气泡流动流在喷嘴孔口处被雾化，所述喷嘴通常安装到流体焦化装置的侧壁，使得该喷嘴通过壁延伸到焦炭颗粒的流化床中。所使用的喷嘴具有圆形流道，所述圆形流道按顺序包括入口 ；直径减小的第一收缩部；直径增大的扩散器部；直径减小的第二收缩部；和孔口出口。收敛部使流动混合物加速,并通过伸长和剪切应力流动机理而导致液滴尺寸减小。第二收缩部被设计成使混合物流比第一收缩部加速得更多，并且因此，由第一收敛部所产生的液滴的尺寸在第二收敛部中被进一步减小。扩散器部允许混合物在第二次加速之前减速并慢下来。目的在于将液滴的平均(average mean)直径减小至相对细小的尺寸，典型地在300 μ m的量级，如所报告的那样，当液滴和加热的颗粒具有类似的直径时，重油液滴与加热的焦炭颗粒的碰撞的最高概率出现；因此，200或300 μ m的液滴尺寸被认为是期望的。
US6, 003, 789的喷嘴的目的是产生微小油滴的喷雾，根据传统观点，这将导致焦炭颗粒和油滴之间的更好的接触。在“液体喷雾到流化床中的喷射颗粒-液体混合及对流体焦化器产量的影响(Injection of a Liquid Spray into a FluidizedBed:Particle-Liquid Mixing and Impact on Fluid Coker Yields)”(工业与工程化学研究(Ind. Eng. Chem. Res. ), 43 (18), 5663,豪斯等人(House, P. etl))的概念中详细介绍的随后方法提出，应当提高液滴和热焦炭颗粒之间的初始接触和混合，而较少关心喷雾中的液滴的尺寸。提出了使用导流管的喷雾喷嘴，并且在美国专利7，025，874 (陈)中也描述了这种类型的喷嘴。该喷嘴装置通过以下方式起作用利用从喷嘴孔口发出的液体射流的动量来将固体拽入导流管混合器中，并导致固体和液体在混合器中剧烈混合，并且通过这样做，提高各个液滴和颗粒接触的概率。结果，更多的焦炭颗粒可以被油薄薄地涂覆，从而导致液体产量的提高；结块的产生将会被削弱，从而导致结垢减少，并且通过降低液体汽化过程的质量转移限制，反应器的运行温度能够降低，同时仍然实现高的液体产物产量。实际的组件包括用于产生射流的雾化喷嘴和端部开口的导流管型混合器，所述雾化喷嘴延伸穿过反应器的侧壁，所述导流管型混合器水平地定位在反应器内并与所述喷嘴对准，使得来自喷嘴的雾化射流将移动通过管并将焦炭颗粒流和流化气体夹带到发生焦炭和液滴的混合的管中。导流管优选具有文丘里管的部分，以促进在管内的低压条件，从而辅助焦炭颗粒和流化气体的引入。然而，由于考虑到流化床中的组件的结垢，该设备在商业上没有获得成功。例如在贝斯(Base )和陈(Chan )专利中示出的喷嘴上的圆形的排出孔口产生了从喷嘴出口发射出的液体的圆柱形羽流，该羽流具有最小的面积周长比，并且这对固体颗粒穿透射流的中心部分产生了显著的阻碍，从而可能导致热焦炭颗粒和注射的油流之间的接触不如最佳情况。在US7, 140, 558 (麦克拉肯(McCracken))中描述了一种改进的混合装置；在此处称为双边流调节器的该装置将油和蒸汽带入到主流动管道中，所述主流动管道通过供料管道导向喷嘴，所述供料管道关于主流动管道成锐角布置，并且相对于彼此成一定角度布置。此外，流量限流器在蒸汽管线中设置在其进入主管道的部位处，使得蒸汽在其进入主管道时加速。喷嘴的混合部的这一构造声明将对流动特性给予改善
发明内容
现在已发现，主要是由于混合装置的有效性、喷嘴孔口的构造或这两者，在诸如上面所描述的流体焦化反应器的循环流化床反应器中所使用的喷嘴对于渣油/流体焦炭接触可能不是最佳的。现在我们已经发现，可以通过在喷嘴组件中使用预混合器来实现重油进料和雾化蒸汽之间的改善的混合，所述预混合器是具有径向端口的节流阀主体蒸汽注射器的形式。该混合器给喷嘴的运行提供改善的稳定性，并且还使得能够实现在更广范围的待使用的条件上延伸的更宽的操作空间(operating window)。当与具有改进的分散器构造的喷嘴一起使用时，能够在反应器中实现焦炭颗粒和油之间的改善的接触。喷嘴组件包括预混合器，所述预混合器通过流动管道以成流体流动关系的方式连接到喷嘴主体，所述喷嘴主体将雾化的进料以喷雾形式排出到在反应器内侧循环的颗粒上。在当前的反应器中，在反应器壁的外侧上的油和蒸汽连接部与在内侧的喷嘴末端之间 的流动管道通常延伸约40-150cm长。下面描述的优选的节流阀主体预混合器使在较长的管道上的流动稳定，所述较长的管道可能超过150cm的长度，然而同时，维持用于蒸汽/油速率的较宽的操作空间，并且减小相对高蒸汽速率下的射流脉动或高的油速率下的堵塞的可能性。可以通过在预混合器和排出喷嘴之间的流动管道中利用特定的流动调节器或稳定器来提高预混合器的稳定效果。还可以通过在排出喷嘴的孔口处使用适当的分散器来提高来自排出喷嘴的喷雾图案和改善流化床中的颗粒和油之间的接触。根据本发明，雾化蒸汽被引入到在节流阀主体预混合器中的油流中，所述节流阀主体预混合器由流动管道中的收缩部限定。在高于油流的压力下通过径向设置的输入端口将雾化蒸汽注入。在节流阀主体收缩部的下游发生的剧烈混合导致喷雾的改进的稳定性。由于使用预混合器而导致的油/焦炭颗粒接触的改进可以与在喷嘴组件的反应器端的普通圆形孔口一起来实现，但可以通过在排出喷嘴的孔口处使用多叶形分散器，结果导致焦炭颗粒上的油的膜厚度减小，从而实现进一步的改进。此分散器提供了在喷雾图案方面上具有增加的表面面积的喷射羽流，所述喷雾图案与分散器中的流动通道的形状对应，从而在流化床中的固体和进料射流之间的接触和固体夹带液体射流方面导致显著改
盡
口 ο在其优选的形式中，在排出喷嘴的孔口处的分散器包括主体，所述主体具有中央流道，所述中央流道从主体的后部(进料侧)通向分散器的排出端；和多个分散叶片，所述多个分散叶片在主体内并且与中央流道连通。在优选形式中，多叶形分散器具有苜蓿叶形的构造，其通常包括从三个或四个发散的准圆锥形流道，所述发散的准圆锥形流道围绕中心轴线对称设置并且从流动管道敞开至中央流道。这些分散叶片形成油喷雾液滴的分散图案，所述分散图案的构造匹配分散器主体中的叶片的图案。每个叶片均由形成在分散器的主体中的壁限定，并且每个叶片的壁均限定一段中空圆锥；中空圆锥的轴线与中央流道对称地相交，使得每个中空圆锥沿其长度敞开至流道，以限定增加的多叶形离开通道，所述增加的多叶形离开通道的横截面面积从分散器主体的后部朝向前部增加。在这种形式中，分散器具有苜蓿叶形构造，要么是三叶形的，要么是四叶形的，其中在主体中形成三个或四个叶片。分散器通常被制造为在流道的端部处从圆形喷嘴主体伸出的延伸部，其扩展成为更宽的、非圆形的、多叶形开口，该开口增加了喷嘴孔口的周长面积比。通过该分散器，从喷嘴孔口发出的液体射流也将是相应的非圆形的形式，从而不仅极大地提高液体分散，而且还增加了界面的表面面积以及固体的流化床和射流之间的夹带。因此，在这方面，本发明提供一种喷嘴组件，该喷嘴组件具有排出喷嘴，该排出喷嘴具有收敛进入部，该排出喷嘴跟随流动管道部并且连接至流动管道部，以利用在排出喷嘴的孔口处的多叶形分散器来剪切液体进料/蒸汽混合物，并且在排出喷嘴内产生尺寸减小的液体进料液滴，以提供相对于圆柱形射流具有增加的表面面积的液体进料的喷雾射流。作为叶片形分散器的替代，简单的扇形分散器可被用于相对于普通的圆形喷雾图案增加喷雾的表面面积。连接预混合器与排出喷嘴的流动管道还起到控制喷雾的稳定性和有效性的作用。虽然预混合器与喷嘴之间的普通圆柱形流动管道与节流阀主体预混合器一起是有效的，并且加上多叶形分散器是更有效的，但是对于喷雾中的液滴尺寸的控制可以通过在预混合器和排出喷嘴之间的流动管道中使用流动稳定器或调节器实现。喷嘴组件对于将流体注射到不同类型的循环流化床反应器中是有用的，在所述循 环流化床反应器中，需要流化床的成分与注入的流体之间的良好接触。该喷嘴组件在流体焦化反应器中是特别有用的，但在遇到类似问题的其它CFB反应器中也是可能有用的。在流体焦化单元中使用的优选形式中，该单元的反应器包括密相床反应部，所述密相床反应部由反应器壁限定，该密相床反应部通常具有截头圆锥构造，并且其主要横截面在最上部，基部区域，该基部区域在密相床反应部下方，在该基部区域处，流化气体被注入以将密相床反应部中的细分散的固体焦炭颗粒的密相床流化，重油入口，所述重油入口具有在基部区域上方的多个高度处位围绕反应器壁的外周设置的进料注射喷嘴，高压间或洗涤塔部，该高压间或洗涤塔部位于密相床反应部上方且与密相床反应部分离，旋风分离器，该旋风分离器在密相床反应部的顶部处，每一个旋风分离器均具有旋风分离器入口，其用于排出气体和焦炭颗粒流；旋风分离器气体出口，其排出到反应部上方的高压间中；和旋风分离器料腿，其用于将与旋风分离器中的气体分离的焦炭颗粒返回到密相床反应部中，汽提部，该汽提部在反应器的基部区域处，其包括汽提塔棚和喷头，用于汽提蒸汽。在该单元中，反应器以正常的方式通过焦炭管线联接至燃烧器/加热器冷焦炭传输管线将焦炭从汽提塔的底部带至燃烧器/加热器，并且热焦炭返回管线将热焦炭从燃烧器/加热器带回到反应器。在灵活焦化器(Flexicoker)的情况下，气化器部跟随加热器容器，如上所述。在流体焦化装置中，在反应器的周边大致水平地设置的进料入口将重油进料引导到反应器中。它们均具有如上所述的进料喷嘴组件，所述进料喷嘴组件优选地具有节流阀主体预混合器和流动调节器，并具有多叶形分散器，以给从喷嘴进入反应器的喷雾提供最佳的构造。因此，在这方面中，本发明在其优选形式中提供了一种循环流化床反应器，该循环流化床反应器具有具有围绕竖直轴线的圆形横截面的反应器壁；用于流化气体的下部入口 ；以及用于液体重油进料和雾化蒸汽的喷嘴组件，该喷嘴组件位于下部流化气体入口上方并且围绕反应器壁，每个喷嘴组件均穿过反应器壁大致水平地延伸到反应器中，并且排出喷嘴孔口在反应器内且用于液体重油进料的入口在远离排出喷嘴的端部处。每个喷嘴组件包括预混合器部，其用以将液体重油进料与雾化蒸汽结合，以形成包括液体进料液滴的液体进料/蒸汽混合物，该预混合器部包括在流动管道中的节流阀收缩部和多个径向蒸汽输入端口，所述节流阀收缩部限定喉部，所述多个径向蒸汽输入端口则围绕所述喉部设置； 流动管道部，该流动管道部跟随预混合器部，并连接到预混合器部，该流动管道部从预混合器部延伸到出口喷嘴部，用以输送由预混合器产生的液体/蒸汽混合物形成的流；排出喷嘴部，该排出喷嘴部具有收敛输入部，该排出喷嘴部跟随流动管道部，并连接到流动管道部，用以剪切液体进料/蒸汽混合物并且在排出喷嘴部内产生具有减小尺寸的液体进料液滴；并且优选地包括，分散器，该分散器在排出喷嘴部的出口处，用以提供相对于圆柱形射流具有增加的表面面积的液体进料形成的喷雾射流。喷嘴组件利用收敛-发散节流阀主体预混合器部来在收缩部的狭窄喉部处、在压力作用下将雾化蒸汽引入到重油流中。通过预混合器的使用而赋予的在进料流中的稳定性通过在预混合器和喷嘴孔口之间的流动管道中使用约束膨胀的流动调节器或稳定器而进
一步提闻。


在附图中图I以截面图示出了结合了节流阀主体预混合器的喷嘴组件；图2示出了优选的预混合器主体的放大截面；图3示出了用于在预混合器和排出喷嘴之间的流动管道中使用的流动稳定器-调节器的截面；图4示出了流动稳定器-调节器的替代构造的截面；图5A示出了多叶形分散器的纵向截面；图5B示出了在图5A的多叶形分散器的末端处的横截面；图6是示出了测试不同的预混合器的结果的曲线图；图7是示出了测试不同的流动调节器的结果的曲线图；图8是示出了测试不同的分散器的结果的曲线图。
具体实施例方式喷嘴组件在图I中示出了用于在流化床中产生改进的进料分散的完整喷嘴组件。穿过反应器的壁11延伸到反应器内部12的喷嘴组件10包括节流阀主体预混合器部13，该节流阀主体预混合器部13连接到法兰14，所述法兰14固定至预混合器部的端部的排出端或下游端。法兰14可被适当地焊接到预混合器部的端部上，或以任何其它合适的方式，例如通过螺纹连接被附接。从预混合器延伸到排出喷嘴的流动管道15在其进入端或上游端配备有法兰16，以在法兰14处提供与预混合器的流体流动连接。以常规方式利用贯穿螺栓(未示出)将流动管道15与预混合器部一起保持在外部支撑护罩17的带法兰的端部18上，该流动管道15在其位于反应器内部的末端处具有排出喷嘴29。管道20被法兰连接到预混合器部13的进入侧上，并且延伸到清洁端口 21，该清洁端口 21在运行中通常由带法兰的盖板(未示出)封闭。清洁端口被提供用以允许通过将清洁棒通过未被覆盖的清洁端口直至排 出喷嘴，并且如果该清洁棒足够得小，则通过在喷嘴的内端处的排出孔口，来清洁喷嘴组件的污垢。入口端口 22被设置用于重油进料，并且雾化蒸汽通过两个径向相对的蒸汽入口管线23、24而进入到预混合器的主体中的端口中。蒸汽管线还在其外端部处设有清洁端口
25、26，以允许清洁棒被送至预混合器的主体中的入口端口，所述清洁端口 25、26通常由带法兰的盖板25a、26a覆盖。具有圆形横截面的管道15引导通过反应器的壁11并且在反应器内侧直至排出喷嘴主体都被包在护罩28中，这主要用于结构支撑并且用以保护管道免受在反应器中循环的固体的侵蚀。节流阀主体预混合器预混合器的目标在于产生稳定的两相流，以用于在反应器中进行有效的雾化。在图2中示出了节流阀主体预混合器部的优选构造，该节流阀主体预混合器部将蒸汽和重油进料混合，以在通向雾化喷嘴的管道中生成分散的“气泡”流。预混合器类似于具有收敛-发散喉部的文丘里管，但是在该预混合器中，蒸汽在高于油的压力的压力下被引入。经由导入来自入口管线23、24的蒸汽的两个或更多个蒸汽端口 32、33在节流阀主体13的喉部31处将气体(蒸汽)引入到节流阀主体13中。蒸汽端口在喉部区域中产生高速蒸汽射流，在所述喉部区域中，蒸汽以最大剪切作用与通过液体入口 34进入的液体进料混合，从而产生分散的气泡流。端口的数目可以根据维护要求和组件的大小而改变，并且通常从两个到六个是合适的，在大多数情况下是两到四个。已经发现两个端口赋予了良好的效果，并且还能够将该两个端口制成大到足以减小垢化的可能性。气体端口的轴向和径向位置可以变化，以最优化预混合器的性能，例如，如果喉部的长度相对较大，则端口可以沿喉部的长度设置在各个位置处，虽然在大多数情况下，喉部是相对较短的并且端口被设置在最窄点处。蒸汽端口的优选位置是在喉部的处于上游的那一半部分。对称径向端口设置是优选的，例如具有沿直径相对的两个端口和具有在圆周的四分之一处的四个端口。因为喉部区域是液体速度达到其最大值的位置，所以气体和液体在喉部区域中的混合被认为是最优的。如果有必要，蒸汽管线可设有无法兰的清洁端口，该清洁端口将允许清洁棒直至在节流阀主体的喉部处的进入端口地向下通过。预混合器的显著的性能标准是在进入喉部处的收敛角、喉部直径和长度、从喉部出来的发散角、入口直径和出口直径。根据进料特性(主要是粘度)和所需的流率以经验为主最佳地设定这些值。虽然在较高的流率时，如由不稳定性指数指示的性能上的差异趋于消失，使得较大的半角值例如20°是可接受的，但是通常，较低的收敛/发散角是优选的，通常从约3°至15° (圆锥半角)且在4°和8°之间的值是优选的。收敛和发散的角度通常是大致相同的。在下面的表I中示出预混合器的典型尺寸(所有的尺寸以mm为单位。)表I
权利要求
1.一种循环流化床反应器，所述循环流化床反应器具有反应器壁，所述反应器壁具有围绕竖直轴线的圆形横截面；用于流化气体的下部入口 ；以及进料注射喷嘴组件，所述进料注射喷嘴组件用于液态重油进料和雾化蒸汽，所述进料注射喷嘴组件位于所述下部流化气体入口上方且围绕所述反应器壁，每个所述喷嘴组件均穿过所述反应器壁延伸到所述反应器中，并且排出喷嘴孔口位于所述反应器内且用于所述液态重油进料的入口位于远离所述排出喷嘴孔口的端部处；每个进料注射喷嘴组件均包括 预混合器部，所述预混合器部用以将所述液态重油进料与所述雾化蒸汽结合，以形成包括液体进料液滴的液体进料/蒸汽混合物，所述预混合器部包括在流动管道中的节流阀收缩部和多个径向蒸汽输入端口，所述节流阀收缩部限定喉部，所述多个径向蒸汽输入端口则绕所述喉部设置； 流动管道部，所述流动管道部跟随所述预混合器部，并且所述流动管道部连接到所述预混合器部，所述流动管道部从所述预混合器部延伸到排出喷嘴，用以将由所述预混合器产生的所述液体/蒸汽混合物流输送到所述排出喷嘴； 排出喷嘴，所述排出喷嘴具有收敛进入部，所述收敛进入部跟随所述流动管道部，并且所述收敛进入部连接到所述流动管道部，用以剪切所述液体进料/蒸汽混合物并且在所述排出喷嘴内广生具有减小尺寸的液体进料液滴。
2.根据权利要求I所述的循环流化床反应器，其中，所述喷嘴组件具有包括连续的收敛区和发散区的流动管道部，用以减小来自所述预混合器的所述液体进料/蒸汽混合物中的所述液体进料液滴的尺寸。
3.根据权利要求I所述的循环流化床反应器，所述循环流化床反应器包括在所述排出喷嘴的出口处的多叶形分散器，用以产生相对于圆柱形射流具有增加的表面面积的相应成形的液体喷射羽流。
4.根据权利要求3所述的循环流化床反应器，其中，所述分散器具有主体和在所述主体中的多个叶片，所述主体包括圆形横截面的中央流道，每个叶片的壁均限定一段中空圆锥，并且所述中空圆锥的轴线与所述分散器的中心轴线对称地相交，以在所述分散器主体中限定具有增加的横截面面积的增加的多叶形离开通道。
5.根据权利要求I所述的循环流化床反应器，其中，每个喷嘴组件均包括流动调节器，所述流动调节器具有减小的横截面流动面积，所述流动调节器在所述流动管道中位于所述预混合器部和所述排出喷嘴之间；以及在所述排出喷嘴的出口处的多叶形分散器，用以产生相对于圆柱形射流具有增加的表面面积的相应成形的液体喷射羽流。
6.一种流体焦化反应器，所述流体焦化反应器具有反应器壁，所述反应器壁具有围绕竖直轴线的圆形横截面用于流化气体的下部入口 ；以及进料注射喷嘴组件，所述进料注射喷嘴组件用于液态重油进料和雾化蒸汽，所述进料注射喷嘴组件位于所述下部流化气体入口上方且围绕所述反应器壁，每个所述喷嘴组件均穿过所述反应器壁延伸到所述反应器中，并且排出喷嘴孔口位于所述反应器内且用于所述液态重油进料的入口位于远离所述排出喷嘴的端部处；每个进料注射喷嘴组件均包括 预混合器部，所述预混合器部用以将所述液态重油进料与所述雾化蒸汽结合，以形成包括液体进料液滴的液体进料/蒸汽混合物，所述预混合器部包括在流动管道中的节流阀收缩部和多个径向蒸汽输入端口，所述节流阀收缩部限定喉部，所述多个径向蒸汽输入端口则绕所述喉部设置； 流动管道部，所述流动管道部跟随所述预混合器部，并且所述流动管道部连接到所述预混合器部，所述流动管道部从所述预混合器部延伸到出口喷嘴部，用以输送由所述预混合器产生的所述液体/蒸汽混合物形成的流； 排出喷嘴，所述排出喷嘴具有收敛进入部，所述收敛进入部跟随所述流动管道部，并且所述收敛进入部连接到所述流动管道部，用以剪切所述液体进料/蒸汽混合物并且在所述排出喷嘴内广生具有减小尺寸的液体进料液滴；以及 相对于圆柱形射流具有增加的表面面积。
7.根据权利要求6所述的流体焦化反应器，其中，喷嘴主体具有包括连续的收敛区和发散区的流动管道部，用以减小来自所述预混合器的所述液体进料/蒸汽混合物中的所述液体进料液滴的尺寸。
8.根据权利要求6所述的流体焦化反应器，其中，每个所述进料注射喷嘴均包括在所述排出喷嘴的出口处的多叶形分散器，用以产生相对于圆柱形射流具有增加的表面面积的相应成形的液体喷射羽流。
9.根据权利要求8所述的流体焦化反应器，其中，所述分散器包括为所述射流提供平坦的扇形喷雾图案的扇形分散器。
10.根据权利要求8所述的流体焦化反应器，其中，所述分散器具有主体和在所述主体中的多个叶片，所述主体包括圆形横截面的中央流道，每个叶片的壁均限定一段中空圆锥，并且所述中空圆锥的轴线与所述分散器的中心轴线对称地相交，以在所述分散器主体中限定具有增加的横截面面积的增加的多叶形离开通道。
11.根据权利要求6所述的流体焦化反应器，其中，每个进料注射喷嘴组件均包括流动调节器，所述流动调节器具有减小的横截面流动面积，所述流动调节器在所述流动管道中位于所述预混合器部和所述排出喷嘴之间；以及在所述排出喷嘴的出口处的多叶形分散器，用以产生相对于圆柱形射流具有增加的表面面积的相应成形的液体喷射羽流。
12.—种流体焦化单元，所述流体焦化单元具有流化床焦化反应器，所述反应器包括 密相床反应部，所述密相床反应部具有围绕竖直轴线的圆形横截面，并且所述密相床反应部由反应器壁限定， 基部区域，所述基部区域在所述密相床反应部下方，在所述基部区域处，流化气体被注入，以将所述密相床反应部中的细分散的固体焦炭颗粒形成的密相床流化， 多个重油入口，所述多个重油入口在所述基部区域上方的多个高度处围绕所述反应器壁的周边布置， 高压间或洗涤塔部，所述高压间或洗涤器部位于所述密相床反应部上方并且与所述密相床反应部分离， 旋风分离器，所述旋风分离器在所述密相床反应部的顶部处，每一个旋风分离器均具有旋风分离器入口，所述旋风分离器入口用于排出气体和焦炭颗粒流动；旋风分离器气体出口，所述旋风分离器气体出口排出到所述反应部上方的所述高压间中；和旋风分离器料腿，所述旋风分离器料腿用于将与所述旋风分离器中的气体分离的焦炭颗粒返回到所述密相床反应部中， 汽提部，所述汽提部在所述反应器的所述基部区域处，所述汽提部包括汽提塔棚和喷头，用于汽提蒸汽， 进料注射喷嘴组件，每个所述喷嘴组件均穿过所述反应器壁延伸到所述反应器中，并且排出喷嘴孔口位于所述反应器内且用于所述液态重油进料的入口位于远离所述排出喷嘴的端部处；每个进料注射喷嘴组件均包括 预混合器部，所述预混合器部用以将所述液态重油进料与所述雾化蒸汽结合，以形成包括液体进料液滴的液体进料/蒸汽混合物，所述预混合器部包括在流动管道中的节流阀收缩部和多个径向蒸汽输入端口，所述节流阀收缩部限定喉部，所述多个径向蒸汽输入端口则绕所述喉部设置； 流动管道部，所述流动管道部跟随所述预混合器部，并且所述流动管道部连接到所述预混合器部，所述流动管道部从所述预混合器部延伸到出口喷嘴部，用以输送由所述预混合器产生的所述液体/蒸汽混合物形成的流； 排出喷嘴，所述排出喷嘴具有收敛进入部，所述收敛进入部跟随所述流动管道部，并且所述收敛进入部连接到所述流动管道部，用以剪切所述液体进料/蒸汽混合物并且在所述排出喷嘴内广生具有减小尺寸的液体进料液滴。
13.根据权利要求12所述的流体焦化单元，其中，喷嘴主体具有包括连续的收敛区和发散区的流动管道部，用以减小所述液体进料/蒸汽混合物中的所述液体进料液滴的尺寸。
14.根据权利要求13所述的流体焦化单元，其中，每个进料注射喷嘴组件均包括在所述排出喷嘴的出口处的分散器，用以产生相对于圆柱形射流具有增加的表面面积的相应成形的液体喷射羽流。
15.根据权利要求14所述的流体焦化单元，其中，所述分散器具有主体和在所述主体中的多个叶片，所述主体包括圆形横截面的中央流道，每个叶片的壁均限定一段中空圆锥，并且所述中空圆锥的轴线与所述分散器的中心轴线对称地相交，以在所述分散器主体中限定具有增加的横截面面积的增加的多叶形离开通道。
16.根据权利要求14所述的流体焦化单元，其中，所述分散器具有包括四个叶片的主体，每个叶片的壁均限定一段中空圆锥，并且所述中空圆锥的轴线与所述分散器的中心轴线对称地相交，以在所述分散器主体中限定具有增加的横截面面积的增加的四叶形离开通道。
17.根据权利要求12所述的流体焦化单元，其中，在所述流体焦化单元中，借助于焦炭管线将所述反应器联接至燃烧器/加热器，所述焦炭管线包括冷焦炭传输管线，用以将焦炭从所述汽提塔的底部传输至所述燃烧器/加热器；和热焦炭返回管线，用以将热焦炭从所述燃烧器/加热器带回至所述反应器。
18.根据权利要求17所述的流体焦化单元,所述流体焦化单元包括焦炭气化炉部,所述焦炭气化炉部借助于焦炭传输管线连接到所述加热器/燃烧器。
19.一种用于粘性油注射喷嘴的分散器，所述分散器包括主体，所述主体具有中央流道，所述中央流道从所述主体的后部通向所述分散器的排出端；和多个分散叶片，所述多个分散叶片在所述主体内并且与所述中央流道连通，用于形成分散图案的油喷雾液滴，每个叶片由形成在所述分散器的主体中的壁限定，每个叶片的壁限定一段中空圆锥，并且所述中空锥体的轴线与所述中央流道对称地相交，以限定增加的多叶形离开通道，所述增加的多叶形离开通道的横截面面积从所述分散器主体的后部朝着前部增大。
20.根据权利要求19所述的分散器，所述分散器具有四个分散叶片。
全文摘要
用于循环流化床反应器的液体进料喷嘴组件，该喷嘴组件包括(i)，节流阀主体预混合器(13)，其用以在喷嘴主体的上游将液体进料(22)与雾化蒸汽(23,24)结合，以形成包括液体进料液滴的液体进料/蒸汽混合物；(ii)管道(15)，所述管道(15)连接至文丘里管预混合器(13)，并且连接至排出喷嘴主体(29)，用以将由预混合器(13)产生的液体/蒸汽混合物流输送到喷嘴主体(29)；(iii)排出喷嘴(29)，该排出喷嘴(29)连接到流动管道(15)，用以剪切液体进料/蒸汽混合物，以产生尺寸减小的液体进料液滴；和(iv)在排出喷嘴的出口处的分散器，用以提供相对于圆柱形射流具有增加的表面面积的液体进料的喷雾射流。所述喷嘴组件在使用诸如沥青砂的重油进料的流体焦化单元中是特别有用的。
文档编号B01J8/18GK102958595SQ201180025760
公开日2013年3月6日 申请日期2011年5月25日 优先权日2010年5月25日
发明者爱德华·禅, 布里安·A·可内皮尔, 艾伯哈德·谬勒, 詹妮弗·麦克米丽恩, 乔娜森·泰勒, 拉瑟那·P·达吾鲁里 申请人:埃克森美孚研究工程公司