CN103442794A - 改良的反应器进料喷嘴 - Google Patents

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CN103442794A CN2011800687668A CN201180068766A CN103442794A CN 103442794 A CN103442794 A CN 103442794A CN 2011800687668 A CN2011800687668 A CN 2011800687668A CN 201180068766 A CN201180068766 A CN 201180068766A CN 103442794 A CN103442794 A CN 103442794A
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迈克尔·A·西尔弗曼
斯蒂芬·K·帕维尔
史蒂文·A·考洛陶
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Abstract

本发明公开了改良的反应器进料喷嘴。根据一种实施方式，进料喷嘴包括：包在外部热屏蔽管内的内管；制造在内管中的第一圆形孔，该第一圆形孔具有第一直径并且用作排出孔；制造在外部热屏蔽管中的第二圆形孔，该第二圆形孔具有第二直径，其中，第二直径大于第一直径；以及用于以倾斜角度延伸流动路径的焊接末端，该焊接末端具有从内管以预定角度延伸至排出孔的区段。

Description

改良的反应器进料喷嘴
本申请要求于2011年12月29日提交的名称为“FEED NOZZLESFOR USE IN THERMAL PROCESSING OF HEAVY HYDROCARBONSFEEDSTOCKS（用于在重质烃类给料的热处理中使用的进料喷嘴）”，申请序列号为61/428,104的美国临时申请的权益及优先权，出于全部目的，在此将该美国临时申请的全部内容以参引的方式合并到本文中。
技术领域
本发明主要涉及粘性油给料的快速热处理。更具体地，本发明涉及用于将给料供应到短停留时间的热解反应器中的喷射喷嘴。
背景技术
重油资源和沥青资源正在补充常规轻质和中间原油产量的下降，并且来自这些资源的产量正在稳步地增大。除非添加稀释剂以将原油的粘度和比重降低到管道规格，否则管道就不能输送原油。或者，通过初步浓缩来获得所需要的特性。然而，稀释后的原油或浓缩后的合成原油明显不同于常规原油。因此，沥青混合物或合成原油并不易于在常规流化床催化裂化精炼厂中进行处理。因此，在任一情况中，必须在构造成处理稀释过的给料或浓缩后的给料的精炼厂中进行其它的处理。
将流化床催化裂化（FCC）或其它单元用于直接处理沥青给料在现有技术中是已知的。然而，存在于原油给料内的许多化合物通过沉积在接触物料自身上而干扰了这些过程。这些给料杂质包括诸如钒和镍之类的金属、诸如（康氏（Conradson））残碳之类的焦碳前身物、及沥青质。除非通过在再生器中的燃烧来去除含碳物料，否则这些物料的沉积物会导致中毒并且导致需要提早更换接触物料。对于FCC过程所采用的接触物料而言这是尤其正确的，因为该过程的有效裂化及适当的温度控制需要包括少许干扰该催化过程的可燃沉积物料或金属的接触物料或不包括该可燃沉积物料或金属的接触物料。
在用于给料的喷射喷嘴中，会在输送管线中形成焦碳。这最终会导致液体及可包括但不限于蒸汽、产物气体、烟道气体、氮气、二氧化碳的扩散气体在混合喷嘴中的减量通过，从而导致了在整个混合喷嘴上的压降的增大。
此外，对油给料进行预热以增强油在分离单元中的汽化及裂化是常见的。当对给料如此进行加热时，该油中的一些在被引入到用于扩散的喷嘴之前就被蒸发掉。由此，给料流可包括二相流，该二相流一方面包括水蒸汽和油蒸汽，并且在将该给料流注入到用于扩散的喷嘴中时包括水蒸汽和液态油。二相流的扩散增加了喷嘴磨损。另外，二相流的喷嘴扩散导致了比将单个液相引入至喷嘴时更低效率的扩散。此外，从喷嘴发射出的液体和气体的未蒸发的液滴可即时扰乱该单元中的固体热载体-油比率，从而改变产物分布。明显理想的是，提供一种设备和工艺方法，其中，二相烃给料流的液相可在将其引入到反应器中时被完全扩散以接触该固体热载体。
发明内容
本发明公开了改良的反应器进料喷嘴。根据一种实施方式，进料喷嘴包括：包在外部热屏蔽管内的内管；制造在内管中的第一圆形孔，该第一圆形孔具有第一直径并且用作排出孔；制造在外部热屏蔽管中的第二圆形孔，该第二圆形孔具有第二直径，其中，第二直径大于第一直径；以及用于以倾斜角度延伸流动路径的焊接末端，该焊接末端具有从内管以预定角度延伸至排出孔的区段。
一旦对下列附图和详细描述进行分析，本发明的系统、方法、特征和优点对所属领域技术人员而言就将是清楚明白的或将变得清楚明白。意图是将所有这种额外的方法、特征和优点包括在该描述内、包括在本发明的范围内、并且由所附权利要求进行保护。意图是本发明并不限于要求示例性实施方式的细节。
附图说明
被包括作为本说明书的一部分的附图示出了当前优选实施方式，并且与上面给出的一般性描述及下面给出的对于优选实施方式的详细描述一起用于说明和教示本发明的原理。
图1示出了现有技术反应器设计。
图2示出了根据一种实施方式的用于与本系统一起使用的示例性反应器设计。
图3示出了根据一个实施方式的用于与本系统一起使用的示例性反应器构型。
图4示出了现有技术进料喷嘴。
图5示出了反应器内的现有技术进料喷嘴构型的细节图。
图6示出了反应器内的现有技术进料喷嘴构型的仰视图。
图7A示出了现有技术进料喷嘴的侧视图。
图7B示出了现有技术进料喷嘴的主视图或俯视图。
图7C示出了不带有热屏蔽件的现有技术进料喷嘴内管。
图7D示出了现有技术进料喷嘴热屏蔽件。
图8A和图8B示出了由在图7A至图7D中所描绘的现有技术进料喷嘴设计而产生的喷雾型式。
图9示出了因由如图7A至图7D中所描绘的现有技术进料喷嘴所产生的不均匀喷雾型式而造成的缺陷。
图10A示出了根据一个实施方式的示例性改良反应器进料喷嘴的侧视图。
图10B示出了根据一个实施方式的示例性改良反应器进料喷嘴的主视图或俯视图。
图11A示出了根据一个实施方式的示例性改良反应器进料喷嘴内管的侧视图。
图11B示出了根据一个实施方式的示例性改良反应器进料喷嘴内管的主视图或俯视图。
图11C示出了根据一个实施方式的带有热屏蔽件的示例性改良反应器进料喷嘴的主视图或俯视图。
图12A和图12B示出了对于由根据图10A至图11C的示例性改良反应器进料喷嘴所产生的示例性喷雾型式进行的分析。
图13A示出了根据一个实施方式的示例性改良进料喷嘴的侧视图。
图13B示出了根据一个实施方式的示例性改良进料喷嘴的主视图或俯视图。
图14示出了根据图13A和图13B的示例性反应器进料喷嘴的喷雾型式。
图15A示出了根据一个实施方式的另一示例性改良反应器进料喷嘴的侧视图。
图15B示出了根据一个实施方式的另一示例性改良反应器进料喷嘴的主视图或俯视图。
图16示出了根据图15A和图15B的示例性反应器进料喷嘴的喷雾型式。
图17A示出了根据一个实施方式的另一示例性改良反应器进料喷嘴的侧视图。图17B示出了根据一个实施方式的另一示例性改良反应器进料喷嘴的主视图或俯视图。
图18示出了根据图17A和图17B的示例性反应器进料喷嘴的喷雾型式。
图19示出了现有技术反应器进料喷嘴的二相流。
图20A示出了根据一个实施方式的另一示例性改良反应器进料喷嘴的侧视图。图20B示出了根据一个实施方式的另一示例性改良反应器进料喷嘴的主视图或俯视图。
图21示出了根据图20A和图20B的示例性反应器进料喷嘴的喷雾型式。
应当注意的是，附图无需按比例绘制，并且全部附图中，出于说明的目的，具有相似结构或功能的部件通常由相同的附图标记来表示。还应当注意的是，附图仅意在有助于对文中所述的多种实施方式进行描述。附图无需描述文中所公开教示的每个方面并且并不限制权利要求的范围。
具体实施方式
本发明公开了改良的反应器进料喷嘴。根据一种实施方式，进料喷嘴包括：包在外部热屏蔽管内的内管；制造在内管中的第一圆孔，该第一圆孔具有第一直径并且用作排出孔；制造在外部热屏蔽管中的第二圆孔，该第二圆孔具有第二直径，其中，第二直径大于第一直径；以及用于以倾斜角度延伸流动路径的焊接末端，该焊接末端具有从内管以预定角度延伸至排出孔的区段。
本发明的公开内容提供了一种设备或喷射喷嘴组件以及一种用于使用该设备或喷射喷嘴组件的方法，其中，该设备或喷射喷嘴组件能够产生卓越地、稳定地且平滑地流动的气体（例如含氢气体、产物循环气体、烟道气体、氮气、二氧化碳、和水蒸汽）与液体（例如，液态烃）的混合物到反应器中，而不存在与现有技术设备相关联的缺陷。该反应器的目的在于通过循环床、固体热载体运输反应器系统内的热解反应（热裂化）将重油给料转变成较轻的最终产物。
本发明的公开内容还提供了一种改良的喷射喷嘴，该改良的喷射喷嘴设置成获得原料给料在反应器中的均匀的液态分布，使得进入反应器的给料的液滴尺寸分布中的小液滴尺寸的百分比增大。
本发明的公开内容还提供了一种设置成获得物料到反应器中的均匀的扩散流动的改良的喷射喷嘴以及一种设置成用于在从喷射喷嘴穿过反应器流动管线的自由结焦减小的情况下固体热载体的改良接触的改良的喷射喷嘴。
本发明通过提供一种用于粘性重烃给料的快速热处理和浓缩的喷射喷嘴而实现其期望的目的。该喷射喷嘴包括：第一管构件，该第一管构件具有管状孔及限定至少一个开口的结构；以及至少一个第二管构件，该至少一个第二管构件具有管状孔并且被限制于第一管构件，使得该管状孔与至少一个开口连通。该至少一个管构件具有一对开放端。管构件具有管状轴和管状开口，该管状开口具有与管状轴大致正交的一个开口轴线以及与该管状轴垂直的一个开口。本发明还通过广泛地提供一种包括带有内部圆筒壁的容器的反应器来实现其期望的目的，并且该分布器组件紧固至容器的内部圆筒壁。
在用于对包括给料的部分化学浓缩或适度裂化的用于浓缩重油或沥青给料的过程中，利用本发明的喷射喷嘴。这些过程还降低了给料内的杂质的水平，从而利用存在于重油或沥青给料中的成分减轻了诸如在流化床催化裂化、加氢处理、或加氢裂化中所使用的催化接触物料之类的催化接触物料的杂质。这种过程和/或方法及相关的设备和产物在被全部以参引的方式合并到本文中的美国专利第7,572,365号、美国专利第7,572,362号、美国专利第7,270,743号、美国专利第5,792,340号、美国专利第5,961,786号、美国专利第7,905,990号及审理中的申请序列号为12/046,363和09/958,261的美国专利申请中有所描述。
如在美国专利第5,792,340号（以参引的方式被全部合并到本文中）中所述，对于当前类型的热解反应器系统而言，需要将一种进料扩散系统用于液体给料。输送气体（提升用气体）通过位于气体分布板下方的增压室而被引入至反应器。进料扩散系统的目的在于通过减小液态进料的液滴尺寸以增大表面积与体积的比率来获得液态给料的更高效的热传递条件。提升用气体分布板（分布器板）的目的在于提供气体的最佳流态以提升通过反应器的固体热载体并且促进了进料与固体热载体的混合。
当提到“给料”或“重质烃给料”时，它通常意指通常被称之为（但不限于）重质原油、重油、（油砂）沥青或精炼厂渣油（油或沥青）的具有高密度和高粘度的石油衍生物。然而，术语“给料”还可包括石油原油的底部馏分，例如常压塔底部或真空塔底部的馏分。此外，给料可包括大量的BS&W（底部沉积物和水），例如但不限于重量百分比（wt%）为0.5%的BS&W含量。重油和沥青为优选的给料。本发明的实施方式还可应用于其它给料的转化，这些其它给料包括但不限于塑料、聚合物、烃类、石油、煤、页岩、精炼厂给料、沥青、轻质油、沥青胶块、煤粉、来自任何有机物料的生物质、生物质悬浮液和生物质液体、及混合物。优选地，生物质给料是可呈锯末形式的干木材给料，但液相和汽相（气相）的生物质物料可在利用替代性的液相或汽相进料系统的快速热转化系统中被有效地进行处理。可使用的生物质给料物料包括但不限于硬木、软木、树皮、农业残渣和造林残渣、及其它生物质含碳给料。
图1示出了现有技术反应器设计。该反应器设计100包括管状反应器101，再循环或提升用气体102于最低位置102a处进入该管状反应器101。再生的固体热载体103在略高的位置103a处进入，并且在最高位置104a处引入反应器进料液体104。从反应器的顶部散发出的焦结的/用过的固体热载体、产物、及其它气体和颗粒105进入旋风分离器106，在该旋风分离器106处，气体（产物蒸汽和其它气体）与固体（固体热载体和颗粒）分离开。产物蒸汽和其它气体在该过程的下游上继续进行产物107的进一步分离。固体流108进入回热器系统109（未在附图中描绘出但包括在系统中的再热器系统109，将被所属领域技术人员所理解）。固体热载体得到再生，并随后穿过横向区段以将再生的固体热载体103输送回该反应器101。
图2示出了根据一个实施方式的用于与本系统一起使用的示例性反应器设计。类似于图1中所描绘的现有技术反应器100，反应器200设计包括管状反应器201，再循环或提升用气体202在最低位置202a处进入该管状反应器201。再生的固体热载体203在稍高的位置203a处进入该反应器200。反应器进料液体204通过进料喷嘴204b在相对于提升用气体（202a）和固体热载体（203a）的进入位置的最高位置204a处被引入。从反应器的顶部散发出的焦结的/用过的固体热载体、产物、及其它气体和颗粒205进入旋风分离器206，在该旋风分离器206中，气体（产物蒸汽和其它气体）与固体（固体热载体和颗粒）分离开。产物蒸汽和其它气体在该过程的下游上继续行进，以进一步分离产物207。固体再次进入反应器系统208，固体热载体得到再生，并且随后横向区段将再生的固体热载体203输送回至反应器。将会被所属领域技术人员所理解的是，用于固体热载体再生及运回至反应器的具体方法可在不背离本公开的范围的情况下的实施方式之间具有多种变型。
图1中所描绘的现有技术反应器设计100的性能可通过表示特殊装置构型的有效性的特性进行评估。该特性示出了进料物料成为所期望的产物和较不期望的产物两者的分布，以及最终产物的物理特性。所期望的合成产物包括从热裂化过程残留的任何烃液，这是因为该液体可被重新获得以被混合到最终产物中，或得到再生。同时，焦碳和气体是根据位置取代用于产生蒸汽或电力的天然气的不太期望的低价值的物料。
利用现有技术设计100的处理阿萨巴斯卡（Athabasca）沥青给料的设置包括设定在525℃（典型的操作温度）下的反应器温度，Athabasca沥青总原油钒含量：209ppm和兼营产物钒含量：88ppm，及Athabasca沥青总原油镍含量：86ppm和兼营产物镍含量：24ppm。表1示出了所获得的特性。
Figure BDA0000374222570000081
表1：525℃时运转的现有技术反应器设计Athabasca沥青的特性
表1中所示的特性用作遍及本公开的设计比较的基准，着重于反应器进料喷嘴。将会理解的是，该基准为用于来自美国专利第7,572,365号的参考点，并且无需用于直接比较。
图3示出了根据一个实施方式的用于与本系统一起使用的示例性反应器构型。反应器301是具有顶端301b和底端301a的竖直的管状容器。再循环产物气体（提升用气体）302设计成在最低位置302a处从最底部301a进入该反应器。再生的固体热载体303在稍高的位置303a处进入反应器301，并且最终重油进料304穿过进料喷嘴304b在位于固体热载体入口303a上方的位置304a处进入反应器301。
提升用气体首先离开管道进入到气室305中，具有底部碗状件的短圆筒形结构构造在管状反应器301的正下方。根据一种实施方式，气室筒305横越14英寸（in.）的直径，并且通过法兰307和308连接至管状反应器301的底部301a，该管状反应器301的底部301a的直径为4英寸。分布器板306位于反应器底部301a与气室305之间，并且通过法兰307和308而被保持在一起。当提升用气体302离开该气室305时，提升用气体302穿过该分布器板306，并且进入到直径为4″的反应器301中。分布器板306通过分布器板301中的孔的构型来修改进入反应器301的提升用气体302的流动特性。
图4和图5示出了现有技术进料喷嘴设计。图6示出了反应器内的现有技术进料喷嘴构型的仰视图。现有技术进料喷嘴设计400包括水平地插入到管状反应器201中的进料喷嘴401。该进料喷嘴401定位成垂直（直角或90度）于提升用气体和固体热载体402的竖直流动方向。进料喷嘴401延伸近似为反应器201的半径的距离。进料离开形成进料喷雾403的进料喷嘴401，并且进料喷雾403的不与固体热载体相接触的一部分404与同该进料喷嘴401相对的反应器201壁相接触。
图7A示出了现有技术进料喷嘴的侧视图。图7B示出了现有技术进料喷嘴的主视图或俯视图。现有技术进料喷嘴700包括0.25（1/4″）英寸的外径（OD）和0.15（0.05″壁厚）英寸的内径（ID），不锈钢端部封闭管701。1/4″管701被包在热屏蔽件702中。该热屏蔽件702为具有0.5英寸OD和0.4英寸ID（0.05″壁厚）的更大的端部封闭管。在距离外管的端部0.375（3/8″）英寸处，在内管701上制造出直径为0.1563（5/32″）英寸的孔703，以用作喷嘴排出孔703，并且在热屏蔽件702上、位于喷嘴排出孔703的正上方制造出直径为0.375（3/8″）英寸的孔704。内孔703和外孔704的形状均为圆形。图7C示出了没有热屏蔽件的现有技术进料喷嘴内管，并且图7D示出了现有技术进料喷嘴热屏蔽件。
一种对用于反应器的进料喷嘴的性能进行评估的方法用于对其将进料物料扩散至固体热载体颗粒的能力进行评估。通过对从进料喷嘴排出的液体流的喷雾型式进行观察来实现对性能的粗略评估。
图8A和图8B示出了通过图7A至图7D中所描绘的现有技术进料喷嘴设计而产生的喷雾型式。
如在图8A和图8B中所观察到的那样，来自进料喷嘴700的液体排出流展现了近似呈锥形形状的总体喷雾型式。该总体喷雾型式表明喷嘴700能够将液体充分地扩散成更为细微的液滴，从而在其进一步远离喷嘴700行进时给予液体足够大的体积以扩展。一旦近距离检查，就可观察到，液体排出流的大部分集中在该总体喷雾型式（锥形）的前半部分附近。虚线勾勒出该总体喷雾流801，并且实线勾勒出主要部分液体喷雾流802。
尽管喷嘴700能够扩散该液体流，但喷嘴700朝向位于与进料喷嘴端口相对的侧部上的反应器壁喷射更多的液体。这可能是由于如下事实：即，在没有穿过可竖直地重新指引该流动的任何区段的情况下，液体穿过喷嘴700的流动是水平的，直到液体穿过位于喷嘴700导管的侧部处的排出孔704离开喷嘴700为止。
图9示出了因由如图7A至图7D中所描绘的现有技术进料喷嘴产生的不均匀喷雾型式而引起的缺陷。采取对固体堆积物901的测量以示出现有技术进料喷嘴700的喷雾型式。已知的是，从进料油物料沉积在反应器壁上的微细固体的涂层引起固体和反应产物的随后的积聚。因此，所期望的是减少进料与反应器壁表面的任何直接接触。尽管现有技术进料喷嘴700能够将进料油物料扩散成更小的液滴，这有助于与液化固体热载体颗粒混合和热传递，但它通过将扩散的液滴散播至大体积来实现。假定示例性的内径为4英寸的反应器内可获得的有限体积，带有微细固体物料的大量的进料油被喷射到反应器壁上。
对进料喷嘴的性能进行评估的另一方法为确定从喷嘴排出的液体的液滴尺寸。为此，通过在环境条件下利用水和N2气来执行对于利用氮气来描述进料至反应器的扩散的参数的研究。每个试验运转均产生特有的液滴尺寸分布。对于喷雾喷嘴（最有代表性的是喷嘴700）中的二相流，El-Shanawany与Lefebvre的相关性被用于计算相应液滴尺寸分布的主要参数。表2中示出了水滴尺寸分布的结果及所使用的数据。
为了描述在测试运转中见到的液滴的光谱，通常在这类试验中使用卡方分布。
Figure BDA0000374222570000101
Figure BDA0000374222570000111
表2：喷嘴700水滴尺寸分布数据和结果
将水滴尺寸分布数据作为基础使用，Athabasca沥青油的液滴尺寸分布通过在反应器条件下施加Athabasca沥青的粘度和表面张力来进行推断。另外，由于进料被以高速注入并且大部分液体具有较小的热传递区域以与其周围环境进行热交换直到将它喷射为止，因此250℃的温度被视为平均数以对Athabasca沥青和氮的特性进行评估。表3中示出了用于Athabasca沥青油液滴尺寸分布的结果及所使用的数据。
Figure BDA0000374222570000112
表3：喷嘴700Athabasca沥青油滴尺寸分布数据和结果
从粒度分析确定，在该过程中所使用的固体热载体（渥太华（Ottawa）F-17砂）为平均约360微米（索特直径）。在表3中示出的常规运转条件（进料流速介于30lb/hr与60lb/hr之间，并且N2流量为2lb/hr至4lb/hr）之外，喷嘴700能够产生比流速处于50.2lb/hr至35.1lb/hr、扩散氮流量处于3 lb/hr至4 lb/hr的情况下的固体热载体尺寸更小的液滴尺寸。然而，对于最为常规的运转条件（N2流量为2 lb/hr）而言，喷嘴700仅能够产生为固体热载体的直径的两倍的液滴。
理论上，出于热裂化的目的，相对于固体热载体尺寸而言较小的液滴尺寸导致更为有效的热传递。这是由于每个液滴的更高的表面积与体积的比率，以及每个固体热载体颗粒与多个基质（液滴）互相作用的更大的可能性。表4证明了该理论。
参数 情形1 情形2 情形3
油滴尺寸，微米 500 100 30
液滴的相对数量 1 125 4630
每一催化剂颗粒的油滴 0.001 0.11 4
蒸发时间，毫秒
50%蒸发 220 11 4
50%蒸发 400 20 8
表4：进料扩散的效果
为了使热裂化过程的效率最大化，有利的是，使反应器进料油与液态化的固体热载体颗粒的混合最大化，并且同时减少了具有细微固体的反应器进料油到反应器的内壁上的喷雾。因此，文中公开了进料喷嘴，使得反应器进料油排出的大体方向与液态化的固体热载体的流动方向（向上穿过竖直的管状反应器）平行，排出（进料油进入）位置位于反应器横截面的中心处。
图10A示出了根据一种实施方式的示例性改良反应器进料喷嘴的侧视图。图10B示出了根据一种实施方式的示例性改良反应器进料喷嘴的主视图或俯视图。改良反应器进料喷嘴1000包括具有外径（OD）和内径（ID）的不锈钢端部封闭内管1001。该内管1001被包在热屏蔽件1002中。该热屏蔽件1002具有外径（OD2）和内径（ID1）并且是比该内管1001大的端部封闭管。在与外管或热屏蔽件1002的端部1002a相距预定长度处，在内管1001上制造出具有直径di的孔1003，以用作喷嘴1000排出孔。在热屏蔽件1002上、位于喷嘴排出孔1003的正上方处制造出具有直径do的孔1004。
排出孔1003同样由在直径为0.1563英寸（作为示例）的圆形孔1006的周围制造的具有直径dh（在该示例中为0.03125（1/32″）英寸的直径）的8个半圆形孔1005（或“花瓣”）组成，以形成类似于具有均匀分布的8瓣（在该示例中）苜蓿式最终喷嘴排出孔1003形状。该苜蓿形状的喷嘴排出孔1003设计成使用该苜蓿的锯齿状边缘以产生液体扩散。
图11A示出了根据一种实施方式的示例性改良反应器进料喷嘴内管的侧视图。图11B示出了根据一种实施方式的示例性改良反应器进料喷嘴内管的主视图或俯视图。图11C示出了根据一种实施方式的具有热屏蔽件的示例性改良反应器进料喷嘴的主视图或俯视图。
图12A和图12B示出了对由根据图10A至图11C的示例性改良反应器进料喷嘴产生的示例性喷雾型式进行的分析。
来自喷嘴1000的液体排出流展现了类似于远离喷嘴1000的尖端向外延伸的不规则锥形的总体喷雾型式1201。存在被从喷嘴1000排出的液体的全部量所覆盖的更宽的总体喷雾范围以及由液体排出流中的大部分组成的更窄的喷雾范围。对于改良的喷嘴1000而言，总体喷雾流1202（虚线）仅略宽于主要部分喷雾流（实线）1203，由此更多的液体被包含在主要部分喷雾流1203内或该主要部分喷雾流1203附近。然而，主要部分喷雾流1203内的液体看上去被充分且均匀地扩散。这可归因于苜蓿形状的喷嘴排出孔，在该喷嘴排出孔处，放大的孔区域由于孔口喷嘴效应而提供了较少的广泛扩散的液体扩散，同时该苜蓿的锯齿状边缘破坏了该主要部分液体流。均匀的扩散有助于将更大百分比的进料液体扩散成更小的液滴尺寸，这由于更为有效的热交换而在热裂化设置中是有利的。
由于在主要部分喷雾流的周缘1202处的较少液体，改良的进料喷嘴1000将较少的细微固体从液体给料潜在地喷射至反应器内壁的侧部。然而，这被如下事实抵消掉：即，喷嘴1000还由于不规则的锥形喷雾型式而朝向位于与进料喷嘴口相对的侧部中的反应器壁喷射大量排出液体。将重油给料喷射至反应器内壁在反应器系统中是不合乎需要的，因为来自给料的细微固体被壁上的微小条痕所捕获而变得是固定的并积聚，并且随着最终包括某些反应产物的固体的尺寸的增加而堆积起来。
图13A示出了根据一种实施方式的示例性改良进料喷嘴的侧视图。图13B示出了根据一种实施方式的示例性改良进料喷嘴的主视图或俯视图。示例性进料喷嘴1300包括不锈钢内管1301（在该示例中，具有0.25英寸的OD和0.15英寸的ID），该不锈钢内管1301被包在不锈钢热屏蔽件1302（在该示例中，具有0.5英寸的OD和0.4英寸的ID）中。在与外管或热屏蔽件1302的一端1305相距预定长度（在该示例中为3/8英寸）处，在内管1301上制造出圆形孔1303（在该示例中，具有0.0938英寸的直径）以用作喷嘴排出孔。在热屏蔽件1302上、位于喷嘴排出孔1303的正上方制造出圆形孔1304（在该示例中，具有0.375英寸的直径）。
图14示出了根据图13A和图13B的示例性反应器进料喷嘴的喷雾型式。图14示出了来自喷嘴1300的液体排出流1403展现出总体喷雾型式1401，该总体喷雾型式1401具有示出了少许扩散的窄的主要部分液体流和由没有大量细微扩散的液体的未蒸发液滴组成的宽的总体喷雾流。从喷嘴1300排出的液体的流动路径1401是不完全竖直的（垂直于地面），但是以一定角度远离喷嘴的末端流动。出于参考的目的，示出了垂直于地面的竖直线1402。
喷嘴1300提供了液体的少许扩散，但存在低流速的可能性。低流速减少了穿过喷嘴排出的液体的湍流，并且使得液体能够在没有在很大程度上被破坏的情况下进入反应器环境。流体流1403也是狭窄的，可能是由于更小的排出孔，该更小的排出孔形成了穿过排出孔的液体的较高的表面速度。在液体流的大部分能够因较高的速度而将势头向上保持得更长的情况下，主要部分液体流在很大程度的扩散发生之前保持完整直到更高的高度。喷嘴1300也朝向位于与进料喷嘴端口相对的侧部中的反应器壁喷射更多的液体。这可能由于如下事实：即在没有经过可重新指引流动的任何区段的情况下，穿过喷嘴1300的液体的流动是水平的，直到液体于喷嘴导管的侧部处穿过排出孔离开该喷嘴为止。
图15A示出了根据一种实施方式的另一示例性改良反应器进料喷嘴的侧视图。图15B示出了根据一种实施方式的另一示例性改良反应器进料喷嘴的主视图或俯视图。示例性喷嘴1500包括不锈钢内管1501（在该示例中具有0.25英寸的OD和0.179英寸的ID），该不锈钢内管1501被包在不锈钢热屏蔽件1502中。喷嘴1500具有焊接末端1503，该焊接末端1503以略微倾斜的倾斜部1504（以α1506倾斜）将喷嘴1501的水平流动路径延伸焊接末端1503的长度（在该示例中，该长度为0.258英寸）。该流动路径随后在离开喷嘴排出孔1507之前以角度θ1505（在该示例中，θ=90°）转向成短的竖直区段1508。该竖直区段1508将液体排出流朝向反应器管的中央引导，而水平流动路径的略微倾斜的倾斜部1504形成了用于使该竖直区段1508的长度最大化的距离。
直到排出孔1507的竖直区段1508具有直径（在该示例中为0.1563）。排出孔1507成形成8边的星形型式1509。该星形1509的排出孔1507形成了液体流的扩散以补偿由竖直区段1508形成的更为浓缩的射流。
图16示出了根据图15A和图15B的示例性反应器进料喷嘴的喷雾型式。图16示出了，由于喷嘴1500末端处的竖直区段1508，因此由喷嘴1500产生的喷雾方向1601非常接近于完全垂直于地面。然而，还由于用作流动调直器的竖直区段1500，由喷嘴1500产生的喷雾型式1602是狭窄的，而在主要部分液体喷射的周缘处没有太多液体扩散的迹象。
图16示出了当使用喷嘴1500时进料油物料到反应器内壁上的喷雾会是最小的。更为竖直且更窄的流体流的组合使得用于更多进料油物料能够更长时间地远离反应器壁，由此增大了进料油物料与液态化的固体热载体之间的混合的可能性。然而，由于用于产生小液滴尺寸的液体扩散的明显缺乏，因此离开喷嘴1500的狭窄的、浓缩的液体喷射可不被以最为有效的方式热裂化。
图17A示出了根据一种实施方式的另一示例性改良反应器进料喷嘴的侧视图。图17B示出了根据一种实施方式的另一示例性改良反应器进料喷嘴的主视图或俯视图。示例性喷嘴1700包括被包在不锈钢热屏蔽件1702中的不锈钢内管1701（在该示例中，具有0.25英寸的OD和0.150英寸的ID）。喷嘴1700包括沿着略微倾斜的倾斜部1704（以α1706倾斜）延长该喷嘴1700的水平流动路径的焊接末端1703。该流动路径随后在离开喷嘴排出孔1707之前以角度θ1705（在该示例中，θ=45°）转向。直到排出孔1707的斜行区段1708具有直径（在该示例中具有0.1563英寸的直径）。由于该斜行区段1708以45°角（θ1705）终止，因此排出孔1707为椭圆形1709的。该斜行区段1708将液体排出流朝向与喷嘴1700相对的反应器内壁引导，而该水平流动路径的略微倾斜的倾斜部1704形成了用于使该斜行区段1708的长度最大化的距离。
由于由喷嘴1700形成的喷雾路径，因此可增大反应器壁与喷嘴排出孔1707之间的距离，以使液体给料到壁中的喷雾最小化。因此，仅喷嘴1700的设置有排出孔1707的正前部实际伸入到该反应器中。
图18示出了根据图17A和图17B的示例性反应器进料喷嘴的喷雾型式。图18示出了喷嘴1700形成整个窄的喷雾型式1803及具有与地平线成约45°角的总体喷雾方向1802。这可归因于斜行区段1708的流动矫直作用及圆形排出孔1707。随着液体进一步远离排出位置，存在从喷嘴1700排出的液体1801的扩散迹象。与使液体流的水平行进距离最大化的将喷嘴排出孔1707尽可能远离相对壁的放置相结合，喷嘴1700设置潜在地形成了进料与固体热载体的高度混合。
图19示出了现有技术反应器进料喷嘴的二相流。图20A和图20B中所描绘的示例性喷嘴2000消除了多相流。在现有技术进料喷嘴的情况下，进料喷嘴内的液体（进料油物料）和气体（N2气）的同时流动导致了如图19中所示的至少二相流。将N2气在排出孔1903之前喷射1901到进料油流体流1902中。
图20A示出了根据一种实施方式的另一示例性改良反应器进料喷嘴的侧视图。图20B示出了根据一种实施方式的另一示例性改良反应器进料喷嘴的主视图或俯视图。喷嘴2000通过保持液体流2005与气体流2004分离直到喷嘴排出孔2001为止而消除了进料油与N2气的提早混合。喷嘴2000包括圆形的5/32″的喷嘴排出孔2001，并且还包括具有竖直区段2003的焊接扩散末端2002。该扩散末端2002包含有两个分离开的流动路径，一个流动路径用于液态进料2005，并且一个流动路径用于气体2004，并且这两个流动路径离开至竖直区段2003，该竖直区段2003离开至喷嘴排出孔2001。喷嘴2000具有用于容置液体进料路径2005并且与扩散末端2002（在该示例中，流动持续通过0.179″的液体流动路径）连结的不锈钢内管2006（在该示例中具有0.25英寸的OD和0.179英寸的ID）。内管2006还容置气体流动路径2004，并且该气体流动路径2004是较小的（在该示例中具有0.069英寸的ID）。该气体流动路径2004的较小的横截面积设计成增大N2气到竖直区段2003的排出速度，在该竖直区段2003中，气体遇到液体。N2气到液体中的较高速度的碰撞旨在促使液体在穿过喷嘴排出孔2001离开时更大程度地扩散成更细微的液滴。竖直区段2003被包括成将流动朝向反应器管的中央、远离壁部引导。内管2006被包在不锈钢热屏蔽件2007中。
图21示出了根据图20A和图20B的示例性反应器进料喷嘴的喷雾型式。利用圆形喷嘴排出孔，喷嘴2000的总体喷雾型式2101大致类似于锥形。利用扩散末端中的竖直区段，喷嘴2000的总体喷射方向垂直于地面。尽管存在用作流动矫直器的竖直区段，还存在由喷嘴2000产生的高程度的液体扩散。该液体扩散可归因于由与扩散末端中的气相碰撞而引起的液相的破坏。存在主要部分液体流（实线）2103及扩散到该主要部分液体流的外部的扩散液体（虚线）2102的区域。然而，该差别是最小的，因为该主要部分液体流2103也表现出了大量的液体扩散，甚至是在密度最大的排出位置附近亦如此。
不同的反应器进料喷嘴经历了有关它们对反应器运转的特性影响的测试，并且文中描述了测试的结果。基准数据设置成参考点并且无需用于直接比较。Athabasca沥青是由加拿大亚伯达省（Alberta）的麦克默里堡（Fort McMurray）附近的油砂制成的特稠油。贝尔里奇石油（Belridge）是加利福尼亚州的贝克斯菲尔德市（Bakersfield）附近生产的重油。EHOS（勘探重油样品）是来自设置成用于技术示范的探井的样品。EHOS样品来自最初的现场生产，并且对于放射性而言是独特的并且来自一个采样活动。EHOS样品仅代表该样品本身。UHOS（不明重油样品）是来自重油加工现场的样品，该样品在不指定来源或由来的情况下被接受。UHOS被视为用于技术示范的盲样。根据ASTM D70对API重量进行测量。根据ASTM D445来测量粘度。“C7A”在下表中表示C7沥青质。根据ASTM D3279对C7沥青质进行测量。根据ASTM D5185通过电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）来测量钒含量和镍含量。根据ASTM D6352基于高温模拟蒸馏法（HTSD）来计算沸腾范围。下表中用于基准进料和产物的沸腾范围从美国专利第7,572,365号中提出的蒸馏切割点进行推测。在下表中，“nr”表示未报告的测量。
表5列出了与用于Athabasca沥青运转的同一类型的提升用气体分布器板配对的进料喷嘴。基于特定构型的液体重量产率和公称API重量，将代表性的运转分配给每个构型。
代表性的运转 进料喷嘴 分布器板
A022.A 喷嘴700 分布器I
A024.B 喷嘴1500 分布器I
A032.A 喷嘴1700 分布器I
A034.B 喷嘴2000 分布器I
表5：在Athabasca沥青运转中使用的进料喷嘴
在文中提出的比较中，参照基准运转包括上述表1中所述的数据。另外，在文中提出的比较中，分布器I代表标准的现有技术提升气体分布器板。作为参照，分布器I为具有1/4英寸的厚度和18英寸的直径的圆形不锈钢板。分布器I的中央区段具有共计185个孔，这185个孔具有1/17英寸的统一的直径。每个孔均被垂直（90°角）于板表面钻出，并且布置成类似于正八边形的栅格型式。具有0.502平方英寸的总孔面积A的所有185个孔都集中在具有2.58英寸的直径的单位圆内。
在反应器系统的目的是将重油给料转换成轻质最终产物的情况下，特定构型的成功度由运转及产物的可测量特性来确定。
所关注的主运转特性为液体重量产率，其被定义成给料的以液相保持的百分比。在热裂化单元中，可存在处于液相、气相和固（焦碳）相中的产物。液体重量产率越高越好。液体产率为热裂化的最有价值的结果。
在液体产率之后，所关注的产物特性为API重量，其与产物的密度相关，并且给出了产物的“轻”的指示。API值越高，产物就越轻，并且由此已获得的热裂化过程就越成功。
感兴趣的其它产物特性为粘度、脱钒、和脱镍。粘度测量产物的“稠度”，并且是产物的可运输性的实用指示。在许多情况下，粘度降低是比API更为重要的。钒和镍是两种值得注意的金属，这两种金属形成在精炼过程中是有害的化学络合物，并且产物中所包含的量越低越好。
表6示出了在基准运转及不同的Athabasca沥青运转中使用的全原油特性。表7示出了在基准运转及不同的Athabasca沥青运转中使用的产物（合成原油或SCO）的特性。表8总结了基准运转的特性与不同的Athabasca沥青运转的特性。
Figure BDA0000374222570000181
Figure BDA0000374222570000191
表6：Athabasca沥青运转全原油特性
Figure BDA0000374222570000192
Figure BDA0000374222570000201
表7：Athabasca沥青运转产物特性
表8：Athabasca沥青运转比较
表8表明所有的4种运转示出了优于基准和喷嘴700的至少一个改良方面。因此，喷嘴1500、1700和2000都为改良的进料喷嘴。
对于当前反应器设计，喷嘴700是最基本的、最通用的设置。所有其它喷嘴都被制造成对喷嘴700进行改良。因此，对照喷嘴700而对喷嘴1500、1700和2000进行评价。
Figure BDA0000374222570000203
表9：Athabasca沥青运转特性比较
Figure BDA0000374222570000204
表10：Athabasca沥青运转产物特性比较
基于由表9中所示的每个进料喷嘴产生的运转特性，喷嘴1700在液体保持方面展示出较大的成功，而喷嘴1500和喷嘴2000具有下一个最高的液体产率，并且是彼此接近的。因此，基于液体产率性能，喷嘴1500和喷嘴1700是更为优选的构型。
基于由表10中所示的每个进料喷嘴产生的产物特性，与喷嘴700、1700和2000相比较，喷嘴1500全面地展示处较好的产物特性。因此，喷嘴1500为基于产物特性的最改良的进料喷嘴。
由于增加的液体产物的高价值，因此，喷嘴1700为用于利用分布器I的Athabasca沥青运转的最为优选的进料喷嘴。
表11列出了与用于Belridge重油样品（BHOS）运转的同一类型的提升用气体分布器板配对的进料喷嘴。基于特定构型的液体重量产率和公称API重量，将代表性的运转分配至每个构型。
代表性的运转 进料喷嘴 分布器板
B031.B 喷嘴700 分布器I
B031.A 喷嘴1300 分布器I
表11：BHOS运转进料喷嘴
在反应器系统的目的是将重油给料转换成轻质最终产物的情况下，特定构型的成功度由运转及产物的可测量特性来确定。表12示出了在基准及不同的Belridge重油样品（BHOS）运转中使用的全原油的特性。表13示出了在基准运转及不同的Belridge重油样品（BHOS）运转中使用的产物（合成原油或SCO）的特性。表14总结了基准运转的特性与不同的Belridge重油样品（BHOS）运转的特性。
全原油特性 基准 喷嘴700 喷嘴1300
API重量 8.6 13.2 13.2
粘度40℃，cSt 40000 1155 1155
粘度100℃，cSt nr 31.7 31.7
C7沥青质，wt% nr 2.83 2.83
钒含量，ppm 209 64.0 64.0
镍含量，ppm 86.0 51.5 51.5
沸腾范围
＜200°F含量，wt% 0 0.240 0.240
200-350°Ｆ含量，wt% 0.0396 0.180 0.180
350-500°F含量，wt% 3.60 7.87 7.87
500-650°F含量，wt% 5.09 14.7 14.7
650+°F含量，wt% 91.3 77.0 77.0
650-850°F含量，wt% 20.4 25.6 25.6
850-1000°F含量，wt% 15.7 19.2 19.2
1000+°F含量，wt% 55.2 32.2 32.2
1000-1200°F含量，wt% 20.6 12.8 12.8
120O+°F含量，wt% 34.6 19.4 19.4
表12：BHOS运转全原油特性
合成原油特性 基准 喷嘴700 喷嘴1300
API重量 12.9 15.5 14.5
粘度40℃，cSt 201 62.8 143
粘度100℃，cSt nr 9.11 12.7
C7沥青质，wt% nr 4.10 3.94
钒含量，ppm 88.0 25.6 45.3
镍含量，ppm 24.0 22.1 40.4
沸腾范围
＜200°F含量，wt% 0.177 0 0
200-350°F含量，wt% 1.92 1.64 0
350-500°F含量，wt% 7.33 10.9 9.66
500-650°F含量，wt% 8.25 23.2 21.2
650+°F含量，wt% 82.3 64.3 69.1
650-850°F含量，wt% 25.7 34.2 35.7
850-1000°F含量，wt% 19.4 15.4 17.6
1000+°F含量，wt% 37.2 14.7 15.8
1000-1200°F含量，wt% 21.3 4.01 7.43
1200+°F含量，wt% 15.9 10.7 8.41
表13：BHOS运转产物特性
Figure BDA0000374222570000231
表14：BHOS运转比较
表14表明两种运转均示出了优于基准的至少一个改良方面。因此，喷嘴700和1300均为改良的进料喷嘴。
对于当前反应器设计，喷嘴700表示标准的现有设计。所有的其它喷嘴都制成为对于喷嘴700的改良。因此，对照喷嘴700而对喷嘴1300进行评价。
运转特性 基准 喷嘴700 喷嘴1300
液体体积产率，vol% nr 80.3 83.6
液体重量产率，wt% 74.4 77.5 81.1
表15：BHOS运转特性比较
合成原油特性 基准 喷嘴700 喷嘴1300
API重量 12.9 15.5 14.5
粘度降低，% 99.5 94.6 87.6
C7沥青质去除，wt% nr nr nr
脱钒，wt% 68.7 69.0 42.6
脱镍，wt% 79.2 66.7 36.4
10OO°F+物料去除，wt% 49.9 64.6 60.2
表16：BHOS产物特性比较
基于由表15中所示的每个进料喷嘴产生的运转特性，喷嘴1300具有更高的液体产率。因此，基于运转特性，喷嘴1300为比喷嘴700更为优选的构型。
表17列出了与用于不明重油样品（UHOS）运转的同一类型的提升用气体分布器板配对的进料喷嘴。基于特定构型的液体重量产率和公称API重量，将代表性的运转分配至每个构型。
代表性的运转 进料喷嘴 分布器板
U036.B 喷嘴700 分布器I
U037.A 喷嘴2000 分布器I
表17：UHOS运转的喷嘴—分布器组合
在反应器系统的目的是将重油给料转换成轻质最终产物的情况下，用于特定构型的成功度由运转及产物的可测量特性来确定。表18示出了在基准及不同的不明重油样品（UHOS）运转中使用的全原油的特性。表19示出了在基准运转及不同的不明重油样品（UHOS）运转中使用的产物（合成原油或SCO）的特性。表20总结了基准运转的特性与不同的不明重油样品（UHOS）运转的特性。
全原油特性 基准 喷嘴700 喷嘴2000
API重量 8.6 10.8 10.8
粘度40℃，cSt 40000 4725 4725
粘度100℃，cSt nr 147 147
C7沥青质，wt% nr 17.3 17.3
钒含量，ppm 209 450 450
镍含量，ppm 86.0 83.3 83.3
沸腾范围
<200℉含量，wt% 0 0.302 0.302
200–350℉含量，wt% 0.0396 3.39 3.39
350–500℉含量，wt% 3.60 5.70 5.70
500–650℉含量，wt% 5.09 9.29 9.29
650+℉含量，wt% 91.3 81.3 81.3
650–850℉含量，wt% 20.4 13.4 13.4
850–1000℉含量，wt% 15.7 13.7 13.7
1000+℉含量，wt% 55.2 54.2 54.2
1000–1200℉含量，wt% 20.6 17.7 17.7
1200+℉含量，wt% 34.6 36.5 36.5
表18：UHOS运转全原油特性
合成原油特性 基准 喷嘴700 喷嘴2000
API重量 12.9 17.9 16.7
粘度40℃，cSt 201 39.1 68.4
粘度100℃，cSt nr 12.3 7.27
C7沥青质，wt% nr 4.82 6.87
钒含量，ppm 88.0 105 170
镍含量，ppm 24.0 19.2 29.6
沸腾范围
<200℉含量，wt% 0.177 0 0
200–350℉含量，wt% 1.92 5.77 5.16
350–500℉含量，wt% 7.33 11.2 10.4
500–650℉含量，wt% 8.25 18.5 17.4
650+℉含量，wt% 82.3 64.5 67.0
650–850℉含量，wt% 25.7 27.9 25.1
850–1000℉含量，wt% 19.4 17.2 15.7
1000+℉含量，wt% 37.2 19.4 26.2
1000–1200℉含量，wt% 21.3 7.27 9.70
1200+℉含量，wt% 15.9 12.2 16.5
表19：UHOS运转产物特性
Figure BDA0000374222570000251
表20：UHOS运转比较
表20表明两种运转均示出了优于标准设计基准的至少一个改良方面。因此，喷嘴700和2000均为优选的进料喷嘴。
对于当前反应器设计，喷嘴700表示标准的现有设计。所有其它喷嘴都制成为对于喷嘴700的改良。因此，对照喷嘴700而对喷嘴2000进行评价。
运转特性 基准 喷嘴700 喷嘴2000
液体体积产率，vol% nr 83.5 84.6
液体重量产率，wt% 74.4 80.2 82.0
表21：UHOS运转特性比较
合成原油特性 基准 喷嘴700 喷嘴2000
API重量 12.9 17.9 16.7
粘度降低，% 99.5 99.2 98.6
C7沥青质去除，wt% nr 77.7 67.4
脱钒，wt% 68.7 81.3 69.0
脱镍，wt% 79.2 81.5 70.9
1000℉+物料去除，wt% 49.9 71.3 60.4
表22：UHOS产物特性比较
基于由表21中所示的每个进料喷嘴产生的运转特性，喷嘴2000在液体保持方面展示出较大的成功。因此，基于液体产率，喷嘴2000为比喷嘴700更为优选的进料喷嘴。
对反应器进料喷嘴和提升用气体分布器板的不同构型进行检测。对于文中提及的每个提升用气体分布器板进行的全部讨论可见于申请序列号为XX/XXX,XXX的美国专利申请，出于全部目的，将该美国专利申请的全部内容以参引的方式合并到本文中。表23总结了在Athabasca沥青运转中使用的进料喷嘴和分布器板组合的编号选择。基于特定构型的液体重量产率和公称API重量，将代表性的运转分配给每个构型。
构型# 代表性的运转 进料喷嘴 分布器板
1 A022.A 喷嘴700 分布器400
2 A013.A 喷嘴1300 分布器800
3 A024.B 喷嘴1500 分布器400
4 A032.A 喷嘴1700 分布器400
5 A034.B 喷嘴2000 分布器400
表23：Athabasca沥青运转喷嘴—分布器组合
表24示出了在基准及不同的Athabasca沥青运转构型中使用的全原油的特性。表25示出了在不同的Athabasca沥青运转构型中使用的产物（SCO或合成原油）的特性。表26总结了来自不同的Athabasca沥青运转构型的特性。
全原油特性 基准 1 2 3 4 5
API重量 8.6 8.1 8.9 8.2 7.7 7.7
粘度40℃，cSt 40000 Nr nr 18199 17854 17854
粘度100℃，cSt nr 161 179 201 211 211
C7沥青质，wt% nr 10.7 15.7 11.9 11.9 11.9
钒含量，ppm 209 211 214 223 224 224
镍含量，ppm 86.0 80.6 83.4 82.3 82.3 82.3
沸腾范围
<200℉含量，wt% 0 0 0 0 0 0
200–350℉含量，wt% 0.0396 0.181 0 0.0249 0.237 0.237
350–500℉含量，wt% 3.60 4.88 4.97 5.91 3.51 3.51
500–650℉含量，wt% 5.09 12.6 11.6 13.6 9.43 9.43
650+℉含量，wt% 91.3 82.3 83.4 80.5 86.8 86.8
650–850℉含量，wt% 20.4 24.2 21.3 24.9 17.9 17.9
850–1000℉含量，wt% 15.7 17.4 14.8 17.1 12.9 12.9
1000+℉含量，wt% 55.2 40.7 47.4 38.5 56.0 56.0
表24：Athabasca沥青运转全原油特性
SCO特性 基准 1 2 3 4 5
API重量 12.9 13.3 18.1 17.5 12.6 12
粘度40℃，cSt 201 nr Nr 34.7 119 150
粘度100℃，cSt Nr nr 4.86 4.86 11.0 11.2
C7沥青质，wt% Nr 6.16 6.19 1.37 5.73 5.57
钒含量，ppm 88.0 97.9 20.1 16.5 52.6 48.6
镍含量，ppm 24.0 34.5 10.9 5.78 22.6 19.0
沸腾范围
<200℉含量，wt% 0.177 0 0 0 0 0
200–350℉含量，wt% 1.92 2.84 1.16 2.07 1.33 1.82
350–500℉含量，wt% 7.33 14.1 6.92 9.09 7.18 6.75
500–650℉含量,wt% 8.25 23.6 21.1 25.9 19.7 18.4
650+℉含量，wt% 82.3 59.5 70.8 62.9 71.8 73.0
650–850℉含量，wt% 25.7 33.1 50.7 41.0 35.7 37.3
850-1000℉含量，wt% 19.4 13.4 13.3 16.7 20.3 21.7
1000+℉含量，wt% 37.2 13.0 6.82 5.24 15.8 14.0
表25：Athabasca沥青运转产物特性
表26：Athabasca沥青运转比较
如表26中所示，所有的5个构型示出了优于基准的至少一个改良方面。因此，构型1、2、3、4和5都是优选的构型。
运转特性 基准 1 2 3 4 5
液体体积产率，vol% Nr 76.6 104 83.9 89.1 84.0
液体重量产率，wt% 74.4 73.3 95.5 78.6 85.7 80.9
表27：全原油基本运转特性比较
SCO特性 基准 1 2 3 4 5
API重量 12.9 13.3 18.1 17.5 12.6 12.0
粘度降低，% 99.5 nr 97.3 99.8 99.3 99.2
C7沥青质去除，wt% nr 57.8 62.3 91.0 58.7 62.1
脱钒，wt% 68.7 66.0 91.0 94.2 79.9 82.4
脱镍，wt% 79.2 68.6 87.5 94.5 76.5 81.3
1000+℉物料去除，wt% 49.9 76.6 86.2 89.3 75.8 79.8
表28：产物特性比较
基于表27中所示的每个构型的运转特性，构型2在液体保持方面展示出较大的成功。产率数字暗示构型2、3、4和5都具有较好的液体产率。构型2由于具有较高的液体产率而明显优于其它构型。
基于表28中所示的每个构型的产物特性，与所有的5个构型相比较，构型2和3全面地展示出较好的产物特性。就API、粘度降低、重质馏分的去除、沥青质去除和金属去除而言，构型2和3在大多数或所有方面中示出了最为显著的改良。
结合对液体产率和产物特性两者的评估，仅构型2在这两个方面中展示出较好的性能。因此，对于Athabasca运转而言，构型2（喷嘴1300+分布器800的组合）为最为优选的构型。
表29总结了在Belridge重油样品（BHOS）运转中使用的编号的进料喷嘴和分布器板组合。基于特定构型的液体重量产率和公称API重量，将代表性的运转分配给每个构型。
构型 代表性的运转 进料喷嘴 分布器板
6 B031.B 喷嘴700 分布器400
7 B011.A 喷嘴700 分布器800
8 B031.A 喷嘴1300 分布器400
表29：BHOS运转喷嘴—分布器组合
表30示出了在基准及不同的BHOS运转构型中使用的全原油的特性。表31示出了在不同的BHOS运转构型中使用的产物（SCO或合成原油）的特性。表32总结了来自不同的BHOS运转构型的特性。
全原油特性 基准 6 7 8
API重量 8.6 13.2 13.2 13.2
粘度40℃，cSt 40000 1155 1155 1155
粘度100℃，cSt nr 31.7 31.7 31.7
C7沥青质，wt% nr 2.83 2.83 2.83
钒含量，ppm 209 64.0 64.0 64.0
镍含量，ppm 86.0 51.5 51.5 51.5
沸腾范围
<200℉含量，wt% 0 0.240 0.240 0.240
200–350℉含量，wt% 0.0396 0.180 0.180 0.180
350–500℉含量，wt% 3.60 7.87 7.87 7.87
500–650℉含量，wt% 5.09 14.7 14.7 14.7
650+℉含量，wt% 91.3 77.0 77.0 77.0
650–850℉含量，wt% 20.4 25.6 25.6 25.6
850–1000℉含量，wt% 15.7 19.2 19.2 19.2
1000+℉含量，wt% 55.2 32.2 32.2 32.2
1000–1200℉含量，wt% 20.6 12.8 12.8 12.8
1200+℉含量，wt% 34.6 19.4 19.4 19.4
表30：BHOS运转全原油特性
SCO特性 基准 6 7 8
API重量 12.9 15.5 16.9 14.5
粘度40℃，cSt 201 62.8 63.6 143
粘度100℃，cSt nr 9.11 6.45 12.7
C7沥青质，wt% nr nr 1.27 nr
钒含量，ppm 88.0 25.6 27.7 45.3
镍含量，ppm 24.0 22.1 26.1 40.4
沸腾范围
<200℉含量，wt% 0.177 0 0 0
200–350℉含量，wt% 1.92 1.64 2.85 0
350–500℉含量，wt% 7.33 10.9 9.74 9.66
500–650℉含量，wt% 8.25 23.2 21.2 21.2
650+℉含量，wt% 82.3 64.3 66.2 69.1
650–850℉含量，wt% 25.7 34.2 42.6 35.7
850–1000℉含量，wt% 19.4 15.4 16.7 17.6
1000+℉含量，wt% 37.2 14.7 6.91 15.8
1000–1200℉含量，wt% 21.3 4.01 6.28 7.43
1200+℉含量，wt% 15.9 10.7 0.630 8.41
表31：BHOS运转产物特性
Figure BDA0000374222570000311
表32：BHOS运转比较
表33比较了BHOS运转构型的运转特性。表34比较了BHOS运转构型的产物特性。
运转特性 基准 6 7 8
液体体积产率，vol% nr 80.3 84.9 83.6
液体重量产率，wt% 74.4 77.5 82.5 81.1
表33：BHOS全原油基本运转特性比较
合成原油特性 基准 6 7 8
API重量 12.9 15.5 16.9 14.5
粘度降低，% 99.5 94.6 94.5 87.6
C7沥青质去除，wt% nr nr 63.0 nr
脱钒，wt% 68.7 69.0 64.3 42.6
脱镍，wt% 79.2 66.7 58.2 36.4
1000℉+物料去除，wt% 49.9 64.6 82.3 60.2
表34：BHOS产物特性比较
基于表33中所示的每个构型的运转特性，构型7在液体保持方面展示出最大的成功。产率数字表明构型7比构型6和8具有更好的液体产率。因此，基于运转特性，构型8为更为优选的构型，其次为构型7。
基于表34中所示的每个构型的产物特性，构型7在API和沥青质去除方面中展示出较好的产物特性。另一方面，构型6在粘度降低、金属去除、和重质馏分的去除方面是较好的。
结合对运转特性和产物特性的评估，仅构型7在这两个方面中展示出良好的性能。因此，对于BHOS运转而言，构型7（喷嘴700+分布器800的组合）为最为优选的构型。
表35列出了在勘探重油样品（EHOS）运转中使用的进料喷嘴和分布器板的组合并对其进行了编号。基于特定构型的液体重量产率和公称API重量，将代表性的运转分配给每个构型。
构型 代表性的运转 进料喷嘴 分布器板
9 E045.B 喷嘴700 分布器700
10 E044.A 喷嘴700 分布器1100
11 E043.B 喷嘴2000 分布器1100
表35：EHOS运转喷嘴—分布器组合
表36示出了在基准及不同的EHOS运转构型中使用的全原油的特性。表37示出了在不同的EHOS运转构型中使用的产物（SCO或合成原油）的特性。表38总结了来自不同的EHOS运转构型的特性。
全原油特性 基准 9 10 11
API重量 8.6 7.7 8.4 8.4
粘度40℃，cSt 40000 nr Nr nr
粘度100℃，cSt nr 657 591 587
C7沥青质，wt% nr 13.8 14.3 13.6
钒含量，ppm 209 458 452 473
镍含量，ppm 86.0 151 141 147
沸腾范围
<200℉含量，wt% 0 0 0 0
200–350℉含量，wt% 0.0396 0 0 0
350–500℉含量,wt% 3.60 1.88 2.00 2.44
500–650℉含量，wt% 5.09 9.22 9.23 8.88
650+℉含量，wt% 91.3 88.9 88.8 88.7
650–850℉含量，wt% 20.4 17.6 17.3 15.5
850–1000℉含量，wt% 15.7 13.6 13.3 12.4
1000+℉含量，wt% 55.2 57.7 58.2 60.8
1000–1200℉含量，wt% 20.6 18.3 18.1 17.9
1200+℉含量，wt% 34.6 39.4 40.0 42.9
表36：EHOS运转全原油特性
合成原油特性 基准 9 10 11
API重量 12.9 14.8 16.4 16.1
粘度40℃，cSt 201 33.5 39.6 36.0
粘度100℃，cSt nr 6.80 5.25 6.45
C7沥青质，wt% nr 5.23 4.12 4.19
钒含量，ppm 88.0 79.2 119 121
镍含量，ppm 24.0 25.1 38.1 37.7
沸腾范围
<200℉含量，wt% 0.177 0 0 0
200–350℉含量，wt% 1.92 4.18 3.06 3.83
350–500℉含量，wt% 7.33 12.9 12.8 11.5
500–650℉含量，wt% 8.25 23.7 19.5 16.9
650+℉含量，wt% 82.3 59.2 64.6 67.8
650–850℉含量，wt% 25.7 36.6 35.0 31.2
850–1000℉含量，wt% 19.4 15.0 13.5 15.5
1000+℉含量，wt% 37.2 7.62 16.1 21.1
1000–1200℉含量，wt% 21.3 4.11 6.12 7.98
1200+℉含量，wt% 15.9 3.51 10.0 13.1
表37：EHOS运转产物特性
Figure BDA0000374222570000331
表38：EHOS运转比较
表39比较了EHOS运转构型的运转特性。表40比较了EHOS运转构型的产物特性。
运转特性 基准 9 10 11
液体体积产率，vol% Nr 67.5 96.1 83.6
液体重量产率，wt% 74.4 62.7 90.1 78.3
表39：EHOS全原油基本运转特性比较
合成原油特性 基准 9 10 11
API重量 12.9 14.8 16.4 16.1
粘度降低，% 99.5 nr Nr nr
C7沥青质去除，wt% nr 76.2 74.0 75.9
脱钒，wt% 68.7 89.2 76.3 80.0
脱镍，wt% 79.2 89.6 75.7 79.9
1000℉+物料去除，wt% 49.9 91.7 75.1 72.8
表40：EHOS产物特性比较
基于表39中所示的每个构型的运转特性，构型10在液体保持方面展示出最大的成功。产率数字暗示构型10比构型9和11具有更好的液体产率。因此，构型10为更为优选的构型。
基于表40中所示的每个构型的产物特性，构型9和10均全面地展示出较好的产物特性。尽管构型9具有最好的粘度降低、重质物料去除、和金属去除，但构型10具有最好的API和沥青质去除。对于构型10不是最好的方面而言，它仍然相对接近其它2个结构。
结合对于运转特性和产物特性的评估，仅构型10在这两个方面中均展示出良好的性能。因此，对于EHOS运转而言，构型10（喷嘴700+分布器1100的组合）是最为优选的构型。
表41列出了在不明重油样品（UHOS）运转中使用的进料喷嘴和分布器板的组合并对其进行编号。基于特定构型的液体重量产率和公称API重量，将代表性的运转分配给每个构型。
构型# 代表性的运转 进料喷嘴 分布器板
13 U038.A 喷嘴700 分布器1100
14 U037.B 喷嘴700 分布器1200
15 U037.A 喷嘴2000 分布器400
表41：UHOS喷嘴—分布器组合
表42示出了在基准及不同的UHOS运转构型中使用的全原油的特性。表43示出了在不同的UHOS运转构型中使用的产物（SCO或合成原油）的特性。表44总结了来自不同的UHOS运转构型的特性。
全原油特性 基准 13 14 15
API重量 8.6 11.3 10.8 10.8
粘度40℃，cSt 40000 5717 4725 4725
粘度100℃，cSt nr 143 147 147
C7沥青质，wt% nr 16.9 17.3 17.3
钒含量，ppm 209 435 450 450
镍含量，ppm 86.0 81.1 83.3 83.3
沸腾范围
<200℉含量，wt% 0 0.237 0.302 0.302
200–350℉含量，wt% 0.0396 4.27 3.39 3.39
350–500℉含量，wt% 3.60 6.19 5.70 5.70
500–650℉含量，wt% 5.09 8.40 9.29 9.29
650+℉含量，wt% 91.3 80.9 81.3 81.3
650–850℉含量，wt% 20.4 13.0 13.4 13.4
850–1000℉含量,wt% 15.7 10.2 13.7 13.7
1000+℉含量，wt% 55.2 57.7 54.2 54.2
1000–1200℉含量，wt% 20.6 17.4 17.7 17.7
1200+℉含量，wt% 34.6 40.3 36.5 36.5
表42：UHOS运转全原油特性
SCO特性 基准 13 14 15
API重量 12.9 13.7 19.2 16.7
粘度40℃，cSt 201 118 24.6 68.4
粘度100℃，cSt Nr 20.7 4.59 7.27
C7沥青质，wt% Nr 8.84 2.52 6.87
钒含量，ppm 88.0 197 72.2 170
镍含量，ppm 24.0 33.0 10.2 29.6
沸腾范围
<200℉含量，wt% 0.177 0 0 0
200–350℉含量，wt% 1.92 4.52 6.41 5.16
350–500℉含量，wt% 7.33 9.64 12.6 10.4
500–650℉含量，wt% 8.25 15.4 20.7 17.4
650+℉含量，wt% 82.3 70.4 60.3 67.0
650–850℉含量，wt% 25.7 23.9 29.5 25.1
850–1000℉含量，wt% 19.4 15.1 16.7 15.7
1000+℉含量，wt% 37.2 31.4 14.1 26.2
1000–1200℉含量，wt% 21.3 11.6 5.16 9.70
1200+℉含量，wt% 15.9 19.8 8.93 16.5
表43：UHOS运转产物特性
Figure BDA0000374222570000361
表44：UHOS运转比较
表45比较了UHOS运转构型的全原油基本运转特性。表46比较了UHOS运转构型的产物特性。
运转特性 基准 13 14 15
液体体积产率，vol% nr 75.7 70.4 84.6
液体重量产率，wt% 74.4 73.6 66.8 82.0
表45：UHOS全原油基本运转特性比较
SCO特性 基准 13 14 15
API重量 12.9 13.7 19.2 16.7
粘度降低，% 99.5 97.9 99.5 98.6
C7沥青质去除，wt% nr 61.5 90.3 67.4
除钒，wt% 68.7 66.7 89.3 69.0
除镍，wt% 79.2 70.1 91.8 70.9
1000℉+物料去除，wt% 49.9 59.9 82.6 60.4
表46：UHOS运转产物特性比较
基于表45中所示的每个构型的运转特性，构型15在液体保持方面展示出较大的成功。因此，构型15是更为优选的。
基于表46中所示的每个构型的产物特性，构型14全面地展示出好的产物特性，其次为构型15。
结合对液体产率和产物特性的评估，构型15由于具有较高的液体体积产率而是极为优选的。因此，对于UHOS运转而言，构型15（喷嘴2000+分布器400的组合）是最为优选的构型。
在以上描述中，仅出于说明性的目的，提出了特定的术语以提供了对于本公开的非常精确的理解。然而，所属领域技术人员将了解到的是，无需这些具体的细节来实践本公开的教示。
此外，代表性的示例和从属权利要求的多种特征均可以不具体明确列举的方式组合，以便提供本教示的其他有用实施方式。还需要特别注意的是，出于原始公开的目的及出于限制所要求保护的主题的目的，实体组的所有数值范围或指征公开了每个可能的中间值或中间实体。还明确指出的是，附图中所示的部件的尺寸和形状被设计成帮助理解如何实施本教示，但并非意在限制示例中所示的尺寸和形状。
本文已经公开了改良的反应器进料喷嘴。所理解到的是，文中所述的实施方式是出于说明的目的，并且不应该被视为限制本公开的主题。多种变型、用途、替代方案、组合、改良、生产方法在不背离本发明的范围或精神的情况下对于所属领域技术人员而言都是明显的。

Claims (11)

1.一种进料喷嘴，包括：
内管，所述内管被包在外部热屏蔽管内；
制造在所述内管中的第一圆形孔，所述第一圆形孔具有第一直径并且用作排出孔；
制造在所述外部热屏蔽管中的第二圆形孔，所述第二圆形孔具有第二直径，其中，所述第二直径大于所述第一直径；以及
焊接末端，所述焊接末端用于以倾斜角度延伸流动路径，所述焊接末端具有从所述内管以预定角度延伸至所述排出孔的区段。
2.如权利要求1所述的进料喷嘴，其中，所述进料喷嘴垂直地插入到管状反应器中。
3.如权利要求1所述的进料喷嘴，其中，所述内管为不锈钢的。
4.如权利要求1所述的进料喷嘴，其中，所述外部热屏蔽管为不锈钢的。
5.如权利要求1所述的进料喷嘴，其中，所述预定角度为90°。
6.如权利要求1所述的进料喷嘴，其中，所述预定角度为45°。
7.如权利要求1所述的进料喷嘴，其中，所述排出孔按照8边星形型式来成形。
8.如权利要求1所述的进料喷嘴，其中，所述排出孔为椭圆形的。
9.如权利要求1所述的进料喷嘴，其中，所述区段是竖直的。
10.如权利要求1所述的进料喷嘴，其中，所述区段是斜行的。
11.如权利要求1所述的进料喷嘴，其中，所述内管具有液体进料路径和气体进料路径。
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