專利名稱：催化裂化反應器的烴類進料噴射裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及催化裂化反應器，特別是流化床催化裂化反應器的烴類進料噴射裝置。
在流化床催化裂化方法中(技術上稱做F.C.C.法)，將烴類進料噴射入柱式反應器中，且保持反應器中的催化劑處于懸浮狀態(tài)，催化劑或是按基本上行通量移動(那時反應器稱為“提升管”)，或是按下行通量移動(那時反應器稱為“滴管”)。
在上行通量反應器條件下，為更理解起見，可參照下文，但置換成下行通量反應器，對于技術人員來說是一目了然的，作為本發(fā)明目標的進料噴射器當然是適用于該兩種類型的反應器。
在“提升管”中，將再生的催化劑引入反應器底部，同時將處于流化和熱狀態(tài)(650-850℃之間)的載氣引入于烴類進料噴射區(qū)之下部。烴類進料主要是以液態(tài)和溫度包括在80-300℃之間引入反應器中的。
在進料噴射區(qū)和反應器頂部之間，催化劑將它的一部分熱能讓給進料，使進料蒸發(fā)，并裂化成輕質烴類。其結果是迅速地增加氣體體積，從而以加速方式將催化劑輸送到反應器頂部，在此頂部，催化劑和烴類分離。烴類和催化劑顆粒的混合物在提升管出口處達到平衡溫度(一般是包括在470-530℃之間)。
在這些運行過程中，進料的少量部分(一般按重量計在3-12%之間)在催化劑粒子上形成含烴的固態(tài)沉積或“結焦”，從而降低催化劑的催化活性并限制進料轉化成更有價值的產(chǎn)物。因此，對于進行一個裂化新循環(huán)來說，將催化劑重新引入反應器之前，必須通過燒焦使催化劑再生。
通常被噴射進料越重，催化劑上的焦炭沉積就越嚴重，其結果是很難使進料汽化。于是，未汽化餾分在催化劑上形成主要是由焦炭和重質烴類組成的結皮。
為了限制這種現(xiàn)象，重要的是，避免使烴類進料的液態(tài)餾分在被汽化和隨后裂化之前與催化劑進行接觸，因此，必須減少進料的汽化持續(xù)時間。
另一方面，使待處理進料以高速度和呈極細的小滴形狀噴射入反應器內(nèi)的好處，在技術上是眾所周知的(閱專利U.S.2891000和2994659)。
為此目的，有人建議使用的進料噴射器，含有一文丘里噴嘴(閱專利FR2102216，US3240253和US4523987，也可參閱專利EP-A-157，691)，但是該項技術在流化床反應器中的噴射水準方面存在著眾多的問題。事實上，在文丘里管頸水平面上的速度帶動流體流脫離噴射器器壁，導致形成回流以及催化劑粒子滲入噴射器，因此，作為結果，造成噴射裝置明顯的腐蝕，且使其性能迅速地遭到破壞。
人們也提出一種沖擊式噴射裝置(閱專利U.S.4434049)，它使用霧化進料的機械設施，但按相等能量計算，進料的霧化質量是較差的。
本發(fā)明以補救這些缺陷為目的而提出催化裂化反應器的烴類進料噴射裝置，此噴射裝置僅引起微弱的噴射壓力降，使進料霧化成很細的小滴，并用高速度將進料噴射進反應器中，而既不使噴射器有遭受腐蝕的危險，也不在噴射器的下游磨耗催化劑。
為此，本發(fā)明的內(nèi)容是關于催化裂化反應器的一種烴類進料噴射裝置，它包括按照烴類進料移動方向(從上游到下游)的一個供給以及液態(tài)烴類進料和水蒸氣的混合系統(tǒng)，一個文丘里噴嘴(其收斂段是與所述供給和混合系統(tǒng)連接的)，以及與此文丘里噴嘴的擴散段聯(lián)結的且在反應器內(nèi)呈現(xiàn)進料噴射口的一個防護罩，此裝置的特征在于所述文丘里噴嘴具有這樣的尺寸以致液態(tài)進料和水蒸氣混合物的速度在管頸水平面上達到聲速狀況，其特征在于筆直的管頸是位于收斂段和擴散段之間，并通過曲線輪廓以連續(xù)方式連接收斂段和擴散段，該兩段各自與文丘里噴嘴的軸構成不超過約5°和約15°的角度，以及其特征在于防護罩的噴射口的面積是包括在1.5和10倍的文丘里管頸面積之間，較可取的是包括在2-5倍之間。
如后所述，這些特性的組合具有將進料霧化成直徑很小的小滴的作用，此直徑可在平均約30微米的數(shù)量級，并以很高的(達150米/秒)速度將進料小滴噴射進反應器中，因此，就沒有值得注意的催化劑顆粒通過回流引入文丘里噴嘴中的風險，此風險意味著文丘里噴嘴的高腐蝕性和有限的使用壽命。
特別是在擴散段的端部存在著帶有縮小的噴射口的防護罩，可限制催化劑顆粒滲入噴射裝置中的風險。另一方面，文丘里噴嘴的曲線輪廓以及將收斂段和擴散段的角度限制于所規(guī)定的數(shù)值，從而避免流體流的分離。如果催化劑顆粒滲入裝置中，這些顆粒不是由回流所帶動的，相反的是和進料一起直接地被送回反應器中。
因此，符合于本發(fā)明的噴射裝置憑借下述優(yōu)點與已知噴射裝置是有別的-由于因催化劑顆粒造成的磨損較低而增加噴射裝置的使用壽命。
-既然進料小滴具有包括在約10和約50微米之間的直徑，且以包括在約60米/秒和150米/秒之間的速度進行噴射，因此效率優(yōu)良。
-在噴射器水平面上的進料損耗是比較低的。
-鑒于聲速狀況導致在文丘里管頸水平面上的一個高速度，堵塞的危險是可以忽略的。
-在反應器中進料的似瞬間汽化，其結果是帶來較佳的裂化收率收及催化劑粒子上的焦炭沉積的減少。
進料可以射流形式被引進反應器中，一般是按照催化劑的移動方向，且和此移動方向構成20-40°的角度。
進料的噴速度越高，則流化床催化劑和噴射進料的混合就越容易和完全。使用符合于本發(fā)明的噴射裝置，此噴射速度遠比用傳統(tǒng)流化床催化裂化方法的速度高得多。因為烴類小滴的微小直徑，傳熱和汽化將是似瞬間的。此外，有可能更好地控制催化劑和汽化烴類之間的接觸持續(xù)時間，這是很重要的，當人們希望將此持續(xù)時間限制到幾秒鐘，甚至幾分之一秒。
較可取的是借助于布置在同一水平面上且有規(guī)則地分布在反應器周圍的幾個噴射器來進行向反應器內(nèi)的進料噴射。為此，根據(jù)流化床裂化反應器的特性?？墒褂美?到12個噴射器。
裝置的防護罩噴射口的形狀將由反應器的幾何條件，噴射器數(shù)量布置等所決定。此噴射口根據(jù)不同情況可以是圓形的，橢圓形或呈縫隙形狀。此防護罩有利的是具有球冠形狀，而噴射口(就其本身已知的方式)配有唇口，這些唇口是用于使裂化進料的射流在反應器中成霧化形式。此噴射口往往由一根或幾根管子所構成，管子的總截面積須為包括在1.5-10倍的文丘里管頸的截面積之間。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的(但絲毫不是限制性的)形狀之一，烴類進料小滴出口的噴射口可呈現(xiàn)為布置在球冠的對稱面內(nèi)的一簡單縫隙形狀，以及在反應器中的噴射可采用三角形扁平射流的形式，有助于裂化進料和催化劑進行迅速和均勻的接觸。此射流的張開角有利的是包括在60°和90°之間。
正如上面已指出的，根據(jù)本發(fā)明的噴射裝置包括一個供給以及烴類進料與霧化作用氣體混合的系統(tǒng)，霧化作用氣體有利的是使用水蒸氣或其他可接受的氣相。此系統(tǒng)包括例如兩根同心管，中央管可引導水蒸氣，周圍的環(huán)形空間可用來作為進料通道或根據(jù)具體情況反之亦然，外管與文丘里噴嘴銜接，而中央管可通到文丘里噴嘴的上游或管通到文丘里管收斂段的水平面。
為了避免進料和水蒸氣混合物與噴射器器壁的一切分離以及消除催化劑在進料噴射管中的一切有害滲透，文丘里噴嘴不具有任何尖棱，以及其收斂段和擴散段是用一曲率半徑約為2-3米的連續(xù)曲線輪廓與管頸連接。擴散段全部地與文丘里噴嘴軸構成一個約3度的角度;收斂段與軸構成一個約12度的角度。
考慮到過熱蒸汽和含烴進料的供給條件(流量和壓力)，文丘里噴嘴的直管頸具有的直徑如同噴射器工作在臨界狀態(tài)那樣的即總質量流量不再取決于文丘里噴嘴上游和下游的壓差，而是僅取決于上游的壓力。因此，可獲得成直徑小到30微米的很細小滴的液體進料的霧化作用，而傳統(tǒng)系統(tǒng)的小滴直徑為500微米。另一方面，在所有相同條件下，實驗指出直徑極微的小滴在反應器中汽化時間約在3毫秒之內(nèi)，然而，在同樣條件下，對普通噴射器的直徑為500微米的小滴所需汽化時間約為230微秒。因此，質量傳遞和傳熱區(qū)域從150厘米減少到3厘米，很明顯同樣也大大地減少了，液體餾分在其汽化和裂化前，沉積于催化劑上的危險性。
實驗還指出在文丘里噴嘴出口處所取得的小滴直徑朝與蒸汽的質量流量和文丘里噴嘴的最小通道(管頸)截面Sc之間的比率相反的方向而變化。
確定了液體進料和霧化作用氣體的流量之后，通過在上游壓力與管頸的液體和氣體質量通量之間所存在的關系計算管頸直徑。
進料的額定流量通常由外部指標(工藝特性，裝置的其他設備容量等……)來確定而霧化作用蒸汽的流量則取決于進料的流量。
文丘里噴嘴擴散段下游端的直徑將以這樣的方式來確定，亦即，使蒸汽加烴類混合物的速度包括在30和150米/秒之間，較可取的是在30和120米/秒之間，從而避免了由防護罩噴出的射流磨耗處于懸浮狀態(tài)的催化劑，這是因為射流在其擴散段出口處可重新加快混合物的速度。
文丘里噴嘴的管頸長度一般將包括在其直徑的1-10倍之間。
文丘里噴嘴，供給和混合系統(tǒng)以及防護罩的其他量綱特性將在后述的符合本發(fā)明噴射裝置的詳細描述中出現(xiàn)。
此噴射器不但可裝備一臺新的流化床催化裂化反應器，而且也可裝備一臺翻新的舊裝置。對于這些翻新型裝置，進料和蒸汽的有效壓力比新裝置更低，但是很令人滿意的性能(小滴直徑小于120微米)還是能夠獲得的。
符合于本發(fā)明的噴射器是借助于用隔熱材料插入的套筒且以通常的方法被固定于反應器器壁。


這樣噴射器的一種實施方式，這些附圖不是限制性的。
有關這些附圖圖1是一剖面示意圖說明安裝在反應器器壁上符合本發(fā)明的噴射器;
圖2是一噴射器以及其供給和混合系統(tǒng)的剖面圖。
圖1上所表示的進料噴射器(用標注號1指出)穿通反應器器壁2，并通過配裝隔熱材料4的套筒3而固定于器壁上。
噴射器1主要包括三部分，也就是-一個供給和混合系統(tǒng)5;
-一個文丘里噴嘴6或所有其他的收斂段-管頸-擴散段的成套設備;
-一個防護罩7。
圖2中所示的供給和混合系統(tǒng)5包括兩個同心管，一根中央管8是用來傳送待處理液態(tài)烴類進料，而第2根外管9在10處從側面接受供給環(huán)流于管8和9之間的過熱水蒸氣。
此混合系統(tǒng)具有雙重目的-保證進料和蒸汽的混合，而將渦流和進料的損失減少到最低程度;
-在最靠近與此系統(tǒng)連接的文丘里噴嘴6的收斂段10處進行此混合，以避免蒸汽接觸較冷進料而可能發(fā)生的凝結問題。
進料輸入管8穿進文丘里噴嘴6內(nèi)，并直接地通到收斂段10的上游。
管9和文丘里噴嘴6通過凸緣分別地為11和12而裝配。筋條18確保管8在凸緣11水平面上的定中心。
對于管8和管9的尺寸規(guī)定，必須考慮烴類進料的速度，一般包括在1-10米/秒之間，蒸汽的速度一般包括在10-80米/秒之間。
文丘里噴嘴包括收斂段10、直管頸13和擴散段14，構成符合本發(fā)明噴射器的主要部分。事實上，文丘里噴嘴的目的是加速混合于過熱蒸汽的液體進料直至在管頸13的水平面上達到假臨界速度，以引起直徑小于約120微米和平均直徑包括在30-50微米之間的很細小滴的破裂。另一方面，應使這些小滴和水蒸氣形成的混合物可能在擴散段14的出口處具有包括在50-150米/秒之間的速度。
直管頸的長度較可取的顯然是等于此管頸直徑的5倍。
收斂段10和擴散段14是通過曲率半徑為2-3米的連續(xù)曲線輪廓且按不間斷的方式連接于管頸13，沒有可以引起流體射流與文丘里噴嘴內(nèi)壁脫離的間斷性，因為此脫離現(xiàn)象具有激起有助于催化劑粒子進入的渦流的作用，其結果是腐蝕擴散段壁14。
收斂段10的角度全部地約為10-15°，擴散段14的角度全部地約為2-5°。
在擴散段的末端固定著一個半球形防護罩7，在其徑面上具有(用于將烴類小滴進料以錐狀或顯然是扁平形射束形式噴射入反應器中的)一縫隙16。來自噴射器的射流的角度必然地取決于縫隙和噴射區(qū)的幾何形狀以及反應器的操作條件和噴射器的使用數(shù)目。
烴類小滴的防護罩出口速度較可取的是包括在30-120米/秒之間，而這些烴類滴小較可取的被噴射進反應器是以致盡可能均勻地覆蓋反應器橫截面。人們按其本身已知的方式一般使用布置在同一水平面的且指向催化劑床移動方向(圖1的箭頭F)的2-12個噴射器，并與反應器軸構成約20-90°的角度。
進料的高噴射速度和烴類小滴的極微小尺寸有利于在幾個微秒內(nèi)就可使烴類小滴完全汽化。
權利要求
1.一催化裂化反應器的烴類進料噴射裝置，包括按進料移動方向從上游到下游的一個供給以及烴類液體進料和水蒸氣的混合系統(tǒng)(5)，一個其收斂段(10)是與所述供給和混合系統(tǒng)(5)連接的文丘里噴嘴(6)，以及一個與此文丘里噴嘴擴散段(14)連接的且在反應器中具有進料噴射口(16)的防護罩(7)，此裝置的特征在于所述文丘里噴嘴(6)具有這樣的尺寸以致液體進料和水蒸氣的混合速度在管頸(13)水平面上達到聲速狀況，以及位于擴散段(14)和收斂段(10)之間的直管頸是通過曲線輪廓以不間斷的方式連接擴散段和收斂段，與文丘里噴嘴軸形成的角度各自不超過約5°和約15°。防護罩(7)的噴射口(16)的面積是包括在1.5-10倍的文丘里管頸面積之間，較可取的是2-5倍之間。
2.一按照權利要求1的裝置，其特征在于所述供給和混合系統(tǒng)，包括兩根同心管，一根同心管可銜接烴類供給，另一根可銜接水蒸氣供給。
3.一按照權利要求2的裝置，其特征在于所述內(nèi)管(8)是通到所述文丘里噴嘴(6)的收斂段(10)的上游。
4.一按照權利要求1-3之一的裝置，其特征在于所述文丘里噴嘴(6)按軸向剖面不呈現(xiàn)任何尖棱，收斂段(10)、管頸(13)和擴散段(14)的銜接部分具有2-3米的曲率半徑，其特征在于所述文丘里噴嘴的收斂段(10)與文丘里噴嘴軸構成包括在10-15°之間的一個角度(x)，以及其特征在于所述文丘里噴嘴的擴散段(14)與文丘里噴嘴軸構成包括在2-5°之間的一個角度(β)。
5.一按照權利要求1-4之一的裝置，其特征在于所述文丘里噴嘴管頸(13)的長度是等于它的直徑約1-10倍。
6.按照權利要求1-5之一的裝置，其特征在于所述文丘里噴嘴擴散段(14)的下游端的直徑是這樣的，以致水蒸氣和烴類小滴的混合速度在那里是包括在約30-150米/秒之間。
7.一按照權利要求1-6之一的裝置，其特征在于所述防護罩(7)具有球冠形狀以及其特征在于所述防護罩噴射口(16)具有沿著所述防護罩徑面的一個縫隙形式。
8.一按照權利要求7的裝置，其特征在于所述縫隙占有包括在60-90°之間的所述防擴罩的圓扇形面。
9.一按照權利要求1-8之一的裝置，其特征在于噴射器軸相對于反應器軸而言構成一個20-90°的角度。
全文摘要
一種催化裂化反應器的烴類進料噴射裝置，包括一個供給以及烴類液體進料和水蒸汽的混合系統(tǒng)(5)，一個文丘里噴嘴(6)以及一個與此文丘里噴嘴擴散段(14)連接的，且在反應器中呈現(xiàn)一個進料噴射口(16)的防護罩(7)。其特征是所述文丘里噴嘴(6)的尺寸使液體進料和水蒸汽的混合速度在管頸(13)水平面上達到聲速狀況，位于擴散段(14)和收斂段(10)之間的直管頸光滑連接之，并各自與文丘里噴嘴軸構成不超過約5°的約15°的角度。
文檔編號B01J19/26GK1033641SQ8810721
公開日1989年7月5日 申請日期1988年10月14日 優(yōu)先權日1987年10月14日
發(fā)明者維里阿托·克里斯托夫, 西戈·讓-貝爾鈉, 帕蒂羅·蒂埃里, 勞特蒂·羅賓 申請人:法蘭西精煉和總分配公司