CN111699035A - Fcc设备的进料注入装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种注入装置(10)，该注入装置用于使用气体将液体雾化成液滴，该注入装置包括具有纵向方向(X)的中空管状本体(12)。内壁(13)限定了被称为接触区域(Z1)的第一区域、以及第二区域(Z2)。该本体包括：‑注入液体的至少两个入口开口(14；16)和注入气体的入口开口，所述开口通入该第一区域(Z1)；‑位于该第一区域和该第二区域下游的至少一个出口孔口(18)，用于排放该经雾化的液体。该本体(12)所具有内部截面在其整个长度上连续地变化或恒定。该内壁(13)在区域(Z1)与区域(Z2)之间包括至少一个挡件(261)，该至少一个挡件成形为使得在包含所述挡板的垂直于本体的纵向方向延伸的每个平面中，该挡板减小了该本体的在该内壁(13)整个周缘上的内部截面。

Description

FCC设备的进料注入装置

本发明涉及一种注入装置，尤其涉及一种用于精炼设备(特别是流化催化裂化(FCC)设备)的烃进料注入装置。

在精炼设备中处理的液态烃进料一般与固体催化剂发生接触，固体催化剂将促进用于处理进料的一种或多种化学反应。为了改善这种接触并使反应的产率最大化，这些液态烃进料通过注入装置来雾化成细小液滴。这种雾化使得可以使液体(液态烃进料)与固体(催化剂)之间的接触面积最大化，从而促进热传递并因此促进这些烃的蒸发，这些烃然后以气相形式与固体(催化剂)接触而发生反应。尽管对于液滴的最佳直径尚无真正共识，但通常期望形成直径与催化剂颗粒直径相同数量级的液滴，即小于200微米，例如大约50至80微米。

通常，使用称为“双相”的注入装置，这些注入装置具有大致圆柱形的中空本体和两个入口开口，液态烃进料和雾化气体(一般为水蒸汽)分别经由所述入口开口注入本体内部。在本体内部设置接触室，其中，使烃进料和雾化气体在该接触室中发生接触，以使烃进料雾化。一旦雾化，烃进料经由通向反应器内部的出口开口喷射出。每个注入装置安装在反应器壁上，使得注入装置的包括出口开口的端部位于反应器内。

已知冲击式注入装置，其中进料被径向地引入本体中并且撞击位于本体中心的靶，从而形成液滴。轴向流通的雾化气体允许这些液滴被夹带，同时被进一步朝向本体的出口分开。然而，可能会观察到靶侵蚀现象，尤其是当要注入的进料含有颗粒时，这使得须加强靶，从而进一步增加了成本。

在某些注入装置中，额外的雾化气体可以经由围绕靶的管道注入本体内部：然后雾化气体以靶水平离开并且撞击经由位于靶对面的开口引入的液体，从而促进与雾化气体迎面相撞的液体射流的雾化。然而，这些具有双重雾化气体注入的注入装置的混合室的生产复杂且昂贵。因此，混合室必须单独生产、然后紧固到注入装置的中空本体。

本申请人还在文件WO 2015/170034 A1中提出了一种注入装置，该注入装置允许使用两个或更多个径向导管将多个液体射流注入到本体内部。这些装置没有使用对侵蚀敏感的内部靶，但是混合室的生产仍然复杂且昂贵。

本发明试图至少部分地减轻上述缺点。为此，本发明提出了一种注入装置，该注入装置被配置成使用气体将液体雾化成液滴，该注入装置包括中空管状本体，该中空管状本体沿纵向方向延伸，并且该中空管状本体的内壁(尤其是圆柱形壁)限定了被称为接触区域的第一区域、以及第二区域，关于在该本体内部的液体和气体的流通方向该第二区域位于该第一区域的下游，该本体具有：

-通向所述第一区域的至少两个入口开口，以注入液体，所述开口分别具有轴线，该轴线被定向的方式为使得从所述开口流出的液体流汇聚于在该本体内部延伸的纵向线X上，

-通向所述第一区域的一个入口开口，以将雾化气体注入到该第一区域内部，

-位于该第一区域和该第二区域下游的至少一个出口孔口，以用于从该本体排出经雾化的液体。

根据本发明，该本体所具有的内部截面沿其整个长度连续地变化或恒定，并且该本体的内壁在该第一区域与该第二区域之间设置有至少一个挡件(chicane)，该至少一个挡件被配置成使得在包含所述挡件的垂直于本体的纵向方向的每个平面中，该挡件减小了该本体的在该内壁的整个周缘上的内部截面。

以一般的方式，挡件是阻碍移动流体通过的装置。

本发明的特定布置使得可以以非常简单的方式生产该本体，而不会有损于注入装置的雾化品质。

本体具有连续变化的内部截面，换言之没有任何突然变化且没有任何肩部。因此，本体可以具有截头圆锥形状、圆柱形形状或类似的形状。优选地，本体具有恒定的内部截面。它可以是例如圆柱体等。

本体可以有利地单件式制成。此外，可以以简单的方式来生产一个或多个挡件。挡件可以例如呈插入到本体内部并且固定在其上的简单的环或圈的形式。

形成本发明主题的注入装置尤其是不具有内部靶的装置。特别地，每个入口开口不具有内部靶。

在一个实施方式中，内壁设置有单一挡件，该挡件尤其延伸至少等于本体的截面的最长尺寸的长度。

该挡件可以例如呈插入到本体内部的圈的形式，该圈贴合内壁。

有利地，挡件可以在本体的纵向方向上具有不规则的轮廓(在纵向截面中)，尤其是波形的或齿状的轮廓。这种布置可以允许改善挡件下游的流的分散。

在另一实施方式中，所述内壁可以设置有多个不连结的挡件。这使得在不增加压降的情况下更容易混合流体，这对于重质进料可能是特别有利的。

以下单独地或组合的特征也可以改善液体与气体之间的混合，而不会显著增加压降。

因此，当存在多个挡件时，每个挡件可以有利地在本体的纵向方向上与至少一个其他挡件间隔开。

在这种情况下，挡件然后可以延伸本体的相对减小的长度。

多个相邻的挡件所具有的高度可以垂直于该本体的纵向方向测量到，这些高度非零且不同。这也使得可以改善流体的分散。

特别地，在该本体的纵向方向上，这些相邻挡件的高度可以增大直到达到最大值，然后减小。

独立于挡件的数量及其布局，一个或多个挡件可以具有不同的形状，其可以潜在地组合。

因此，所述至少一个挡件可以限定从内壁突出的壁，该壁的一个边缘紧固到该内壁。特别地，该边缘可以沿着线紧固至内壁，该线可以在垂直于所述本体的纵向方向的平面中延伸或者可以从该平面的一侧到另一侧波动。

由所述至少一个挡件限定的壁可以进一步呈现出远离内壁的齿状的或带缺口的自由边缘。

所述至少一个挡件可以呈现出穿通其的孔口。

由每个挡件限定的壁可以是易于生产的平面壁、波形壁、或者可以是弯曲壁。

所述至少一个挡件可以在这些入口开口侧呈现出曲面，该曲面被布置成使得将撞击该面上的流体朝向该本体的内部引导，这可以改善混合。

无论其形状如何(弯曲的或平面的)，挡件(或在其与本体的内壁结合的点处的切线)可以相对于与本体的纵向方向正交的平面限定某一预定角度。对于同一挡件，该角度可以是可变的。

无论挡件的形状如何(弯曲的或平面的)，其自由边缘(与其紧固到本体的内壁的边缘相反的可以具有一个或两个修圆形面或斜切形面。

通常，一个或多个挡件可以具有垂直于本体的纵向方向测量到的高度，该高度不为零。有利地，该高度等于本体的垂直于本体的纵向方向的最大内部尺寸的至多1/2。优选地，该高度等于本体的最大内部尺寸的至多1/4，或甚至该最大尺寸的1/8，例如此最大尺寸的约1/10。对于同一挡件，此高度也可以是可变的。

一般而言，除了单一挡件在纵向方向上延伸的长度至少等于垂直于纵向方向测量到的本体的最大内部尺寸的情况之外，一个或多个挡件可以呈现出在本体的纵向方向上测量到的非零的厚度(或长度)。有利地，此厚度为至多35mm、优选地至多31mm、或甚至至多20mm或至多16mm。厚度可以在由前述限制的任何组合限定的值的范围内。此厚度可以例如约为10mm。

现在参照非限制性附图对本发明进行描述，在附图中：

-图1是根据本发明的一个实施方式的注入装置的纵向截面的示意性描绘；

-图2a是根据一个实施方式的图1中的挡件沿着AA的截面视图；

-图2b、图2c和图2d是根据另外实施方式的类似于图2a的截面视图；

-图3部分地描绘了根据另一变型的注入装置的纵向截面；

-图4部分地描绘了根据另一变型的注入装置的纵向截面；

-图5描绘了根据另一变型的多个挡件的正面视图(沿纵向轴线X)；

-图6描绘了根据另一变型的同一挡件的正面视图(沿纵向轴线X)以及在与纵向方向垂直的两个不同方向A’A和B’B上的截面视图；

-图7和图8部分地描绘了具有不同形状的自由边缘的挡件的纵向截面视图，

-图9部分地描绘了根据又一变型的注入装置的纵向截面。

在不同的图中，相同的元件具有相同的附图标记。

图1示意性地描绘了注入装置10，该注入装置具有在纵向方向X上延伸的中空管状本体12。

本体12包括内壁13，该内壁限定了称为接触区域的第一区域Z1、以及第二区域Z2，关于在本体内部的液体和气体的流通方向(在这种情况下，在图1中从左到右)该第二区域位于第一区域Z1的下游。

注入装置10进一步包括：

-通向第一区域Z1的入口开口14，以将雾化气体注入到第一区域内部，

-通向所述第一区域Z1的第二入口开口16，以将液体注入到第一区域内部，

-通向第一区域Z1的第三入口开口17，同样为了将液体注入到第一区域内部，

-位于该第一区域和该第二区域下游以用于从该本体排出经雾化的液体的至少一个出口孔口18。

因此，第一开口14旨在连接至气体供应管，而开口16和17旨在连接至液体供应管。如文件WO 2015/170034 A1中所述(通过援引并入)，可以提供单一液体供应管，该单一液体供应管向与开口16和17连通的腔室供应，或者可以提供每个开口一个供应管。

第二开口16和第三开口17分别具有轴线16’、17’。这些轴线16’、17’被定向的方式为使得从开口16、17流出的液体流汇聚于在本体内部延伸的纵向线上(此处为纵向轴线X)。在本示例中，轴线16’、17’垂直于本体的纵向方向延伸，并且被布置成使得它们的轴线16’、17’在纵向轴线X上的单一相同点I处相交。本发明不限于本实施方式，只要从开口流出的液体流或液体射流朝向彼此汇聚并且撞击在本体内部的纵向线上即可。

在本体12的内部，流体从入口开口14-17朝向出口孔口18流通。

此处，第一区域Z1和第二区域Z2呈笔直内管的形式，该笔直内管在所述本体的轴向方向上将第一入口开口14连接至出口孔口18。在本示例中，该内管具有恒定的内直径。然而，本发明并不限于此实施方式。然而，该管(换言之，本体)的内部截面可以在管(即本体)的整个长度上连续地变化或恒定，而不是圆形的。

在所描绘的实施方式中，本体12是圆柱体(换言之，此处内壁13是圆柱形的)，该本体的轴线与本体的纵向方向X重合。应指出的是，本体12是单件生产的。然而，该本体可以以焊接在一起的两个或更多个部件来生产。一方面开口14，另一方面开口16、17分别接纳用于引入流体的相应元件15、19。应指出的是，这些元件不会突出到本体内部。可以为非圆柱体的本体提供这种布置。

经由开口16和17进入的液体射流被朝向彼此喷射并且基本上在点I处彼此相撞。液体的爆裂射流被经由开口14高速引入的雾化气体流以液滴的形式被夹带。液体的雾化分两个阶段进行。雾化的第一部分在点I处通过射流彼此冲击而发生。如此爆裂的液体射流被通过开口14引入的气体的进气剪切。雾化的第二部分发生在直径减小的出口孔口18处，在该出口孔口处直径的变窄使流体加速。

在所描绘的示例中，两个开口16、17彼此面对(它们的轴线16’、17’重合)。然而，可以设想用于液体的更多数量的开口，例如3个或4个或甚至更多个，布置的方式为使得液体射流在经由开口14进入的气体流中在轴线X上的点I处彼此相撞。因此，通常将液体径向注入不具有靶的本体内部。

根据本发明，本体的内壁13还在第一区域Z1与第二区域Z2之间设置有至少一个挡件26_i(其中i为挡件的数量，是非零整数)。因为该挡件局部地减小了内壁13的直径，所以该挡件破坏了流体的运动，促进了混合。特别地，挡件的存在使得可以通过将液体带到气体流轴线中来避免在壁上形成液体膜。

可以设置一个或多个挡件。

因此，注入装置10可以包括单一挡件26₁，如图2a所描绘的，该挡件位于图1中的剖面线A-A处。此挡件26₁呈实心环的形式，其在内壁13的整个周缘上延伸。此处，挡件26₁限定了与纵向方向X垂直延伸的壁。

图2至图9描绘了另外的实施方式，其与先前描述的实施方式的不同之处为挡件的数量和/或形状。在这些附图中，挡件由附图标记“26i”或“J26i”表示，后缀“i”是代表挡件的数量的非零整数，与先前描述的实施方式不同的实施方式由J(在示例中是从1到6的整数)标识，同一实施方式的变型用撇号(')和双撇号(”)标识。

图2b是根据另一实施方式的挡件的截面视图，其中，挡件126₁被穿孔。孔口27穿通该挡件，从而允许流体通过。这种布置使得可以改善挡件下游的流体的分散，从而对流体流动的破坏较小，而同时将该流体朝向本体12的轴线重新定向。

图2c和图2d是根据另一实施方式的挡件的截面视图，其中挡件226₁、226'₁分别具有与内壁13相距一定距离的自由边缘227、227'，该自由边缘是齿状的(在挡件226₁的情况下)或带缺口的(在挡件226'₁的情况下)。这些布置具有与图2b中的布置类似的效果。

在图1和图2a至图2d中所描绘的示例中，挡件呈垂直于纵向方向X的平面壁的形式。换言之，每个挡件的壁的一个边缘因此沿着在垂直于所述本体的纵向方向的平面中延伸的线而紧固至内壁13。

这些壁还可以是弯曲的。因此，图3部分地以轴向截面描绘了设置有弯曲的挡件326₁的注入装置10，该挡件尤其是在本体12的纵向中心轴线的方向上是弯曲的。在此，该挡件的凹面是朝向出口孔口18定向的。然而，可以设置成凹面是沿相反方向定向的。还可以设置成，同一挡件具有在相反方向上弯曲的部分。在图1、图2a至图2d、图3的示例中描绘了一个单一挡件，但是仍然可以设置在方向X上间隔开的其他挡件26_i、126_i、226_i、226'_i、326_i。

图4的实施方式示出了在本体14的纵向方向X上间隔开的5个挡件(426₁、426₂、426₂、426₄、426₅)。应注意的是，每个挡件在其整个周缘上所具有的高度是恒定的(如在图2a中的示例)，但相邻的挡件具有不同的高度。在该示例中，这些挡件的高度增大直到达到最大值，然后减小。

无论实施方式如何，一个或多个挡件都可以具有相对较小的径向尺寸或高度(垂直于纵向方向X)，例如小于内壁13的直径的1/8，或甚至约为此直径的1/10，但不是零。此高度可以具有在由上述限制的任何组合限定的范围内的值。

如在图4的实施方式中，此高度可以因挡件而异。如在图2c、图2d和图5的示例中，此高度还可以沿着挡件的周缘变化。在图5中，挡件526₁具有4个凹口527，在凹口处该挡件的高度减小，但是不为零。

应指出的是，无论其形状如何(弯曲的或平面的)，挡件(或在其与本体的内壁13结合的点处的切线)可以相对于与本体的纵向方向正交的平面限定某一预定角度(参见图3、图6、图7(b)和图8(a))。对于同一挡件226”₁，该角度可以是可变的，如图6中可见。

以此方式倾斜的一个或多个挡件可以在出口孔口18的方向倾斜。

无论其形状如何(弯曲的或平面的)，挡件的自由边缘(与其紧固至本体内壁的边缘相反的)可以具有修圆形面28a(图7(a))、斜切形面28’a(图7(b))、两个修圆形面28a、28b(图8(a))或两个斜切形面28’a、28’b(图8(b))。

当仅提供一个面时，它优选地在纵向方向X上位于混合区域Z1的一侧。

前述在本体的纵向方向X上测量到的挡件的非零厚度(或长度)例如为至多16mm至35mm。

应指出的是，参照图1、图2a至图2d和图3至图8描述的一个或多个挡件限定了以下壁(平面的或非平面的)，该壁在纵向方向X上的尺寸小于在与纵向方向垂直的方向上的尺寸。在图9的实施方式中，挡件不再限定壁，这是因为其长度(在纵向方向X上)大于其垂直于纵向方向X的尺寸。

因此，在图9中所描绘的实施方式中，内壁13设置有单一挡件626₁，该单一挡件在纵向方向上延伸一段长度，该长度至少等于垂直于纵向方向测量到的本体的最大内部尺寸，在该示例中换言之等于本体的内直径。进一步应指出的是，挡件626₁在本体的纵向方向上具有不规则的轮廓。因此，挡件的高度在X方向上是可变的。此轮廓的形状可以量身定制：它可以类似于图4中的5个挡件的整体轮廓或者形成波形，如图9所描绘的。此外，挡件的高度还可以在挡件的每个横截面中是可变的。

一个或多个挡件布置在第一区域Z1与第二区域Z2之间。典型地，第二区域的长度(在纵向方向X上)是第一区域的长度的2倍至10倍。该一个或多个挡件、尤其是第一挡件，可以位于距开口16、17的轴线的距离为“l”的位置处，该距离为该本体的内部截面的最大内部尺寸(在这种情况下为直径)，或甚至小于本体内部截面的最大内部尺寸，在第一区域处，例如在与该最大内部尺寸的3/4相对应的距离处(为了清楚起见，附图未按比例绘制)。

以上所述的挡件可以例如通过模制或机加工而与本体12一件式生产，或者可以是固定的(例如焊接)固持在凸缘之间的元件等。当存在多个挡件时，这些挡件可以相同或不同，可以将以上所述的挡件的不同形状和布置组合起来。

Claims (12)

1.一种注入装置(10)，该注入装置被配置成使用气体将液体雾化成液滴，该注入装置包括中空管状本体(12)，该中空管状本体沿纵向方向(X)延伸，并且该中空管状本体的内壁(13)限定了被称为接触区域(Z1)的第一区域、以及第二区域(Z2)，关于在该本体内部的液体和气体的流通方向该第二区域位于该第一区域的下游，该本体具有：

-通向所述第一区域(Z1)的至少两个入口开口(16，17)，以将液体注入到该第一区域内部，所述开口分别具有轴线，该轴线被定向的方式为使得从所述开口流出的液体流汇聚于在该本体内部延伸的纵向线(X)上，

-通向所述第一区域(Z1)的入口开口(14)，以将雾化气体注入到该第一区域内部，

-位于该第一区域和该第二区域下游的至少一个出口孔口(18)，以用于从该本体排出经雾化的液体，

其特征在于，该本体所具有的内部截面沿其整个长度连续地变化或恒定，并且该本体的内壁(13)在该第一区域与该第二区域之间设置有至少一个挡件(26_i，126₁，226₁，226'₁、226”₁，326₁，426_i，526_i，626₁)，该至少一个挡件被配置成使得在包含所述挡件的垂直于本体的纵向方向的每个平面中，该挡件减小了该本体的在该内壁的整个周缘上的内部截面。

2.根据权利要求1所述的注入装置(10)，其特征在于，该内壁设置有单一挡件(626₁)，该单一挡件尤其在该纵向方向上延伸一段长度，该长度至少等于该本体的垂直于该纵向方向测量到的最大内部尺寸。

3.根据权利要求2所述的注入装置(10)，其特征在于，所述挡件(626₁)在该本体的纵向方向上具有不规则的轮廓。

4.根据权利要求1所述的注入装置(10)，其特征在于，所述内壁(13)设置有多个不连结的挡件(26_i，126₁，226₁，226'₁，226”₁，326₁，426i，526_i)。

5.根据权利要求4所述的注入装置(10)，其特征在于，至少一个挡件(26_i)在该本体的纵向方向上与至少一个其他挡件间隔开。

6.根据权利要求4或5所述的注入装置(10)，其特征在于，多个相邻的挡件(426_i)具有垂直于该本体的纵向方向测量到的非零且不同的高度。

7.根据权利要求6所述的注入装置(10)，其特征在于，在该本体的纵向方向上，这些相邻挡件(426_i)的高度增大直到达到最大值然后减小。

8.根据权利要求1和4至7中任一项所述的注入装置(10)，其特征在于，所述至少一个挡件(26_i，126₁，226₁，226'₁，226”₁，326₁，426i，526_i)限定了从该内壁突出的壁，并且该壁的一个边缘紧固至该内壁。

9.根据权利要求8所述的注入装置(10)，其特征在于，由所述至少一个挡件(226₁，226'₁，226”₁)限定的壁呈现出远离该内壁的齿状的或带缺口的自由边缘(227，227')。

10.根据权利要求8或9所述的注入装置(10)，其特征在于，所述至少一个挡件(126₁)具有穿通其的孔口(27)。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的注入装置(10)，其特征在于，该一个或多个挡件(26_i，126₁，226₁，226'₁，226”₁，326₁，426i，526_i，626₁)具有垂直于该本体的纵向方向测量到的高度，该高度是非零的并且等于该本体的垂直于该本体的纵向方向的最大内部尺寸的至多1/2、优选地等于该最大内部尺寸的至多1/4、仍更优选地等于该最大内部尺寸的至多1/8。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的注入装置(10)，其特征在于，所述至少一个挡件(326₁)在这些入口开口侧具有弯曲面，该弯曲面被布置成使得将冲击该面的流体朝向该本体的内部引导。

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