CN105368479A - 一种促进催化裂化提升管进料区油剂混合的新型助流剂技术 - Google Patents

Abstract

本发明主要用于石油化工领域，涉及一种在催化裂化工艺中促进原料油与催化剂混合、消除提升管进料混合段(1)内壁面结焦的助流剂技术，包括：助流剂类型和流量，助流剂喷嘴尺寸、排布以及安装高度和角度。所注入的助流剂可抑制原料油喷口处二次流的形成和发展，消除壁面油剂强返混，减少结焦；并能改变原料油射流入射角度，促使部分原料油快速与边壁分离并向中心扩散，实现原料油与催化剂快速接触混合，提高反应效率。所述助流剂只起促进油剂混合的作用，不参与该体系内任何反应，且流量适量；所述助流剂喷嘴(2)安装在原料油雾化喷嘴安装套管(3)上部合适高度，且应采用合理的喷嘴尺寸、排布形式以及安装角度以保证助流剂有足够的扩散范围和撞击强度。

Description

一种促进催化裂化提升管进料区油剂混合的新型助流剂技术

技术领域

本发明主要用于石油化工领域，涉及一种在催化裂化工艺中促进提升管反应器内原料油与催化剂混合、消除提升管进料段壁面结焦的助流剂技术

背景技术

催化裂化(FCC)是一种重要的石油加工工艺，在世界炼油工业中占有举足轻重的地位。在催化裂化提升管反应器中，高沸点、高分子的重质石油碳氢化合物在催化剂作用下转化为有价值的轻质油目标产品，例如石油烯，汽油，柴油等。根据作用的不同，其反应器由下至上可分为四个部分：预提升段、进料混合段、充分反应段以及出口快速分离段。

在进料混合段内，原料油雾化液滴侧向高速射入，与高温、高活性的催化剂在短的时间内接触、汽化并完成60～70％的裂化反应。催化裂化反应是由一系列连续的反应组成，而目标产品却往往是反应的中间产物。若进料段内存在不合理的油剂匹配、过长时间的油剂接触，都会导致过多副反应的发生和焦炭的生成，进而使轻油收率减少。因此，该段内油剂接触与混合状况将会直接影响到产品的收率。

目前，在传统催化裂化进料结构中，原料油喷嘴与提升管轴线的夹角为斜向上30°～40°；原料油注入提升管反应器后逐渐向提升管中心扩张；同时，大量催化剂颗粒受该射流挤压、携带作用也向中心聚集。在较长一段距离内油剂呈现这种同向不均匀流动混合状态，导致油剂接触慢、匹配不合理，进而导致反应效率降低。此外，由于Kutta-Joukowski升力作用，在提升管内原料油喷嘴出口近壁面处会产生二次流；二次流与提升管边壁共同作用导致边壁区域出现严重的返混。随着二次流逐渐与边壁分离，边壁返混区扩大，更多的催化剂被卷吸携带进入该返混区。返混区内催化剂与原料油过长时间的接触、反应，会导致结焦和目标产品收率的降低。当边壁结焦严重时，甚至会导致进料区流动受阻，装置停工。

针对上述传统进料结构存在的油剂接触慢、匹配不合理、边壁区返混结焦的问题，国内外也提出了多种结构改进方案，主要分为两类：加设内构件和改变进料方式。

对于进料段内加设内构件方案，主要有两种类型：其一，通过加设内构件改变油剂流动状态，从而实现均匀混合，如US5348644和US6511635B2；其二，通过加设内构件来消除边壁返混；如CN201010557774.6，CN2010557753.4，US7,658,889B2。尽管这些方案在一定程度上可改善油剂匹配不合理、边壁返混，但是作用毕竟有限，无法从根本上解决这些问题；另外，在快速的气固提升管中，内构件磨损问题也很难避免。

对于改变进料方式方案，大多数是通过增大原料油喷嘴与提升管轴向的夹角，促使原料射流更快地扩散到提升管中心，加快油剂接触，如US5979799，US5139748和US6042717；还有一些是通过改进原料油喷嘴排布来改善油剂不均匀匹配，如US2011/0318235A1。虽然这些方式考虑了油剂接触慢、匹配不均匀的问题，但是边壁强返混结焦问题依然存在。

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出本发明的促进催化裂化提升管进料区油剂混合的助流剂技术，以改善油剂接触慢、匹配不合理、边壁强返混结焦问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型助流剂技术，尤其是一种能克服已有技术存在的不足，加快油剂接触、改善油剂匹配、消除边壁强返混结焦、进而提高反应效率和产品收率的助流剂技术。

为此本发明的助流剂技术，包括助流剂类型和流量，助流剂喷嘴尺寸、排布以及安装高度和角度，是一种基于逆向射流撞击原理的技术。

本发明所注入的助流剂为气体，不参与任何反应，在提升管内只起到保护和促进油剂混合的作用。助流剂注入量是根据原料油雾化喷嘴雾化蒸汽总量来调节的；适量的助流剂既可保证其有足够的撞击强度，又不至于给提升管系统造成更大的负荷。

本发明采用“多个助流剂喷嘴对应一个原料油喷嘴”的排布形式，且相邻助流剂喷嘴之间保持一定的间距，既可保证单股助流剂都有足够的撞击强度，也可使助流剂有足够的扩散范围。

本发明的助流剂喷嘴安装角度和高度是根据原料油喷嘴出口二次流的角度和形成区域来决定的。合适的助流剂喷嘴安装角度和高度，一方面可抑制二次流的形成和发展，进而消除其对边壁强返混的影响，并在原料油喷嘴上端边壁区域形成保护的“气垫”，阻止催化剂和原料油进入该区域，完全消除边壁结焦现象，进而提高产品收率；另一方面可促使原料油迅速离开边壁向提升管中心扩张，并迅速与催化剂混合匹配，进而提高反应效率。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1为本发明的助流剂技术的主视结构图；

图2为本发明的助流剂技术的俯视结构图；

图3为本发明的助流剂技术的三维示意图；

图4为三维CFD模拟的催化剂和进料轴向体积分率分布的效果对比图；

图5为三维CFD模拟的进料轴向矢量速度分布的效果对比图。

附图标号说明：

1、提升管进料混合段；2、助流剂喷嘴；3、原料油雾化喷嘴安装套管

具体实施方式

结合附图与实施例对本发明进一步说明：

图1展示的是本发明的助流剂技术的主视结构图。在提升管进料混合段(1)中，催化剂颗粒流由下向上流动；而助流剂则经助流剂喷嘴(2)斜向下注入，并与从原料油雾化喷嘴安装套管(3)处斜向上喷入的原料油进行撞击；从而形成撞击流，抑制由原料油喷入射流所形成的二次流，消除边壁强返混结焦，促使原料油与催化剂快速混合匹配，进而提高反应效率和产品收率。

本发明的助流剂喷嘴安装在原料油喷嘴上方H₀＝0.1～2m的位置，该实施例中H₀为0.15m。安装角度β为斜向下2°～80°，且必须小于原料油喷嘴安装夹角α＝30°～90°，该实施例中α为30°，β为10°。如图2所示，助流剂喷嘴直径D₀为2～30mm，且必须保证单个喷嘴出口截面积是原料油喷嘴喷口面积的1/20～1/5，该实施例中D₀为4mm，单个喷嘴出口截面积是原料油喷嘴喷口面积的1/14。在周向上，每个原料油喷嘴对应的2～6个助流剂喷嘴，且相邻喷嘴的夹角θ为5°～30°，该实施例采用3个，且夹角θ为10°。

本发明的助流剂不参与任何反应，只起保护和促进油剂混合作用；可选气体有惰性气体、蒸汽、干气等，该实例中助流剂类型选用蒸汽，物性与原料油雾化喷嘴内雾化蒸汽相同。助流剂注入总量是原料油雾化喷嘴雾化蒸汽总量的5％～20％，该实例中助流剂总量是原料油雾化喷嘴雾化蒸汽总量的15％。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种促进催化裂化提升管进料区油剂混合的新型助流剂技术，其特征在于，所述助流剂技术包括：助流剂类型和流量的确定，助流剂喷嘴尺寸、排布以及安装高度和角度。

2.如权利要求1所述的助流剂技术，其特征在于，所述助流剂为气体，在提升管内只起到保护和促进油剂混合的作用，不参与该体系内任何反应。可选用的气体包括惰性气体、蒸汽、干气等；所述助流剂总体积流量是原料油雾化喷嘴雾化蒸汽总量的5％～20％。

3.如权利要求1所述的助流剂技术，其特征在于，所述助流剂喷嘴关键尺寸是喷口当量直径，其大小为2～30mm；且必须满足每个助流剂喷嘴喷口面积是单个原料油雾化喷嘴喷口面积的1/20～1/5。

4.如权利要求1所述的助流剂技术，其特征在于，所述助流剂喷嘴的关键参数是沿周向喷嘴数量和相邻喷嘴间周向夹角；每个原料油雾化喷嘴对应2～6个助流剂喷嘴，且相邻喷嘴间周向夹角为5°～30°。

5.如权利要求1所述的助流剂技术，其特征在于，所述助流剂喷嘴另外关键参数是安装高度和角度；助流剂喷嘴安装在原料油喷嘴的上方，且助流剂喷嘴喷口中心与原料油雾化喷嘴喷口中心的距离在0.1～2m之间；助流剂喷嘴安装方向为沿提升管轴线斜向下，与提升管轴线的夹角为2°～80°，且其大小必须小于原料油喷嘴与提升管轴线的安装夹角。