CN1344308A - 包括fcc原料油雾化的fcc方法 - Google Patents

Abstract

一种液体雾化方法,其包括在压力下,形成液体和气体的两相流体混合物,把该流体分成两个分别的物流,该两个分别的物流通过一个碰撞混合区(22),在该碰撞混合区它们碰撞混合形成两相流体的单一物流。然后,该混合的单一物流通过一个剪切混合区(24),然后进到低压膨胀区(30),在该膨胀区产生雾化,形成液体雾化液滴的喷雾。碰撞混合区(22)和剪切混合区(24)包括在喷嘴(10)中单一空腔(14)的分别上游(16)部分和下游(18)部分。该方法用于雾化FCC方法中的热油。

Description

包括FCC原料油雾化的FCC方法

发明领域

本发明涉及液体雾化方法和装置，即与需要高的流体生产量和低压降的流化催化裂化(FCC)方法一起使用的装置和方法。该方法包括形成热原料油和分散气体例如蒸汽的两相流体混合物，把该流体混合物分成两个分离的物流，在压力下，该两个分离的物流通过一个碰撞混合区、一个剪切混合区，再混合这两个物流成为一个单一的物流，该单一物流通到一个低压雾化区，在该低压雾化区发生雾化，形成雾化液滴的喷雾。

发明背景

流体雾化是人们公知的，其在各种各样的应用和方法中广泛使用。这些应用包括例如气溶胶喷雾、农药喷洒、喷涂、喷雾干燥、增湿、混合、空调、化学和石油炼制方法。在很多应用中，迫使加压的流体(存在或不存在雾化剂)通过一个有较小孔板的雾化喷嘴。在孔板的下游侧发生雾化，孔板的尺寸、通过该孔板的压降、流体密度、粘度和表面张力确定雾化的程度。随着孔板尺寸的减小和压力降的增加，雾化作用增强和液滴的尺寸减小。

在高流速的情况下增加比较粘稠流体的雾化程度是特别有竞争力的，特别是对于可以用于FCC方法的重石油原料。FCC方法广泛用于石油炼制工业，主要为了转化高沸点石油为较有价值的低沸点产物，包括汽油和中间馏分油例如煤油、喷气燃料和柴油，和取暖用油。

在FCC方法中，通常预热的原料与促进雾化的流体例如蒸汽混合，以促进原料雾化。该雾化的原料与通过包括FCC反应区向上流动的颗粒热裂化催化剂接触。在该反应区中，较小的原料油液滴尺寸导致更多的原料转化为有价值的产物，特别是加入重质进料，例如渣油到FCC原料中。在某些情况下，不接触上升的催化剂颗粒的进料主要热裂化为甲烷和焦炭-一般为不合乎要求的产物。因此，不断的努力试图寻找经济可行的方法以减小雾化油的液滴尺寸，优选没有通过雾化器或喷嘴的不可接受的高压降，和/或没有增加蒸汽或其它雾化促进剂的量。这些努力的例子公开在US 5289976和5173175中，其中公开的平均原料液滴尺寸约为400-1000微米。仍需要对用于FCC方法的重油原料和用于其它方法的其它流体进行细雾化。如果雾化液滴的尺寸可以减少到小于300微米的话会是特别有利的。

发明概述

本发明的一个实施方案包括液体雾化装置，该装置包括一个主体，该主体包括流体入口和流体出口和成形的规定碰撞混合区和剪切混合区。这些区域位于入口和出口之间。流体入口包括一个能够分配引入的流体物流成为至少两种物流的分配器。碰撞混合区包括至少一个使一种流体物流的至少一部分碰撞另一种物流的表面，其中两种碰撞物流之间的夹角是约120°-240°。剪切混合区有一个由第一尺度和第二尺度定义的横截面积，其中第一尺度沿纵轴以朝向流体出口的方向通过主体而减小。

本发明的另一个实施方案包括液体雾化装置，该装置包括一个主体，该主体包括至少一个流体入口、至少一个流体出口和一个在入口和出口之间延伸的流体通路。该通路确定碰撞混合区和碰撞混合区下游的剪切混合区。该通路也确定至少一个构成基本上垂直于该主体纵轴延伸的碰撞表面。该碰撞表面使通过该通路的一部分流动的流体呈放射状向内流动(以垂直于总的流动方向的方向)。该剪切混合区有一个由第一尺度和第二尺度定义的横截面积，其中，第一尺度沿纵轴以朝向流体出口的方向通过主体而减小。

本发明的另一个实施方案包括一个形成喷雾液滴的方法，该方法包括如下步骤：(a)形成包括气相和液相的两相流体的至少两个物流；(b)使这些物流通到一个碰撞混合区，其中，每一物流的至少一部分与另一物流的至少一部分碰撞，并且其中碰撞物流之间的夹角约为170°-190°，以形成单一混合物流；(c)使该单一混合物流通到一个剪切混合区，并施于该单一混合物流以剪切混合力，以形成剪切混合物流；和(d)使该剪切混合物流通到雾化区，其中，气相膨胀，并增加液相的表面积，由此产生液体进料液滴的喷雾。

本发明的另一个实施方案包括一个形成喷雾液滴的方法，该方法包括如下步骤：(a)形成包括气相和液相的两相流体的至少两个物流；(b)使这些物流通到一个碰撞混合区，其中，每一物流的至少一部分与另一物流的至少一部分碰撞，并且其中碰撞物流之间的夹角约为120°-240°，以形成单一混合物流；(c)施于该单一混合物流以剪切混合力，以形成剪切混合物流；(d)使气相在该剪切混合物流中膨胀，由此产生液体进料液滴的喷雾。

本发明的另一个实施方案包括一个催化裂化方法，该方法包括如下步骤：(a)形成包括气相和液相的两相流体的至少两个物流，其中液相包括FCC进料；(b)使这些物流通到一个碰撞混合区，其中，每一物流的至少一部分与另一物流的至少一部分碰撞，并且其中碰撞物流之间的夹角约为120°-240°，以形成单一混合物流；(c)使该单一混合物流通到一个剪切混合区，并施于该单一混合物流以剪切混合力，以形成剪切混合物流；(d)使该剪切混合物流通到雾化区，其中，气相膨胀，并增加液相的表面积，由此产生液体进料液滴的喷雾；(e)使该液体进料液滴的喷雾通到FCC反应区；和(f)在催化裂化条件下，液体进料液滴与催化裂化催化剂接触。在一个实施方案中，碰撞区和剪切区都包含在本文所述的喷嘴的实施方案中。

本发明的另一个实施方案包括一个催化裂化方法，该方法包括如下步骤：(a)形成包括气相和液相的两相流体的多个物流，该液相包括FCC进料；(b)每一物流的至少一部分与另一物流的至少一部分碰撞，形成单一混合物流，其中，碰撞物流之间的夹角约为170°-190°；(c)施于该单一混合物流以剪切混合力，由此形成剪切混合物流；(d)在该剪切混合物流中气相膨胀，由此产生液体进料液滴的喷雾；和(e)在催化裂化条件下，液体进料液滴与催化裂化催化剂接触。

在本发明的每一个方法和/或装置中，碰撞物流之间的夹角优选约为175°-180°，最优选约为180°。

附图简述

图1(a)说明面向喷嘴流体入口的一个喷嘴实施方案的轴向下游视图。图1(b)说明沿1(b)-1(b)轴截取的图1(a)所示的实施方案的截面侧视图。图1(c)说明面向喷嘴流体出口的图1(a)所示的实施方案的轴向上游视图。图1(d)说明沿图1(b)所示的1(d)-1(d)轴截取的图1(a)所示的实施方案的顶截面视图。

图2(a)说明喷嘴的另一个实施方案的截面侧视图。图2(b)说明面向喷嘴的流体出口的图2(a)所示的实施方案的轴向上游视图。图2(c)说明图2(a)所示的实施方案和加入一个喷雾分配器实施方案的顶截面视图。图2(d)是可以用于构成图2(a)所示实施方案的小板的实施方案。为了清楚起见，在图2(a)和2(c)中没有示出该流体通道内小板的排列情况。

图3(a)说明面向喷嘴流体入口的另一个喷嘴实施方案的轴向下游视图。图3(b)说明沿3(b)-3(b)轴截取的图3(a)所示的实施方案的截面侧视图。图3(c)说明面向喷嘴流体出口的图3(a)所示的实施方案的轴向上游视图。图3(d)说明沿图3(c)所示的3(d)-3(d)轴截取的图3(a)所示的实施方案的顶截面视图。

图4(a)说明喷嘴的另一个实施方案的截面侧视图。图4(b)说明面向喷嘴的流体出口的图4(a)所示的实施方案的轴向上游视图。图4(c)说明图4(a)所示的实施方案和加入另一个喷雾分配器的实施方案的顶截面视图。

图5是一个与供给喷嘴原料的流体导管进行流体传递的喷嘴(和喷雾分配器)的截面视图。

图6(a)说明面向喷嘴流体入口的另一个喷嘴实施方案的轴向下游视图。图6(b)说明沿图6(a)所示的6(b)-6(b)轴截取的图6(a)所示的实施方案的截面侧视图。图6(c)说明沿图6(a)所示的6(c)-6(c)轴截取的图6(a)所示的实施方案的截面侧视图。

图7说明使用喷嘴的实施方案FCC进料注入装置的截面视图。

图8说明可以加入一个喷嘴的实施方案或方法的FCC方法。

发明详述

作为在此所用的，流体流经的面积或区域的横截面积应该是垂直于图中所示的X-轴的面积，并且是由在Y-轴和Z-轴的尺度确定的面积。作为在此所用的，“沿”一个轴的意思应该是沿轴或基本上平行于图中所示的轴。作为在此所用的，喷嘴主体或流体通道的纵轴是沿X-轴或所有流体流过喷嘴的轴。

进入到喷嘴10的两相流体可以是连续气体或连续液体，或者其可以是一种多泡的泡沫，如果一相或两相是连续的话，其中其确实是不知道的。参考一种开孔泡沫材料和闭孔泡沫材料可以进一步对其加以理解。泡沫材料的空气与固体的体积比一般为1∶1。开孔泡沫材料是气体(空气)和固体连续的，而闭孔泡沫材料是固体连续的，并且含有不连续(分散的)气孔。在开孔泡沫材料中，该固体包括膜和线(例如可以以两相气-液泡沫存在)。在闭孔泡沫材料中，该气体可以包括在固体中不连续分散的气体小球。某些泡沫材料在二者之间，就象是包括气相和液相的某些两相流体。

不可能有气体连续的泡沫材料，也不可能有固体连续的泡沫材料，但是可能有仅仅是气体连续的两相气液流体。因此，当流体进入并通过本发明的混合喷嘴时，流体的颗粒结构不可能总被确实知道。在进入喷嘴的流体中必须存在足够气体，以便碰撞和剪切混合以增加液相的表面积。其反映出来的是在雾化之前或雾化当中，(i)减少任意液体膜的厚度，(ii)减少任意液体小河的厚度和/或长度，和(iii)减少流体中任意液体小滴的尺寸。在实践中，在喷嘴10和通过一个或多个孔板的碰撞和剪切混合将仅对包括气相和液相的两相流体产生。

优选的是，为了充分的剪切混合，按体积计，流体包括大部分气体(气体与液体的体积比至少2∶1)。通过喷嘴10的单一相流体(例如液体)，其动能将直接随着通过喷嘴的压降成比例地增加。关于两相流体，相对于液相的速度，气体的速度增加，(i)在碰撞混合区22，(ii)在剪切混合区24，和(iii)当该流体通过比流体入口14a的流体导管上游的截面积小的截面积的孔板(减压孔板)时。

气相和液相之间的速度差别导致液体的线化作用，特别是关于粘稠液体，例如热FCC原料油。线化的意思是该液体形成加长的小滴或小河。在剪切混合的过程中速度差别减小。因此，两相流体通过降压孔板或在碰撞混合区22混合时，产生气体和液体的速度差别，该差别导致气体中的液体的线化和/或液体的分散，这是由于液体被剪切成加长的线和/或分散的液滴。当该流体进入孔板10的流体入口14a(开口26，26’)并通过一个或多个位于流体通路14中的雾化孔板时，发生流体的附加剪切。该附加的剪切使得雾化喷雾中的最终液体液滴的尺寸减小。优选的是，喷嘴出口14b(孔板30)的横截面积小于流体开口26，26’的总横截面积。

喷嘴10也可以包括一个压力低于雾化孔板上游压力的雾化区68。雾化区68可以在喷嘴10内形成或者可以形成连接喷嘴10的喷雾分配器64的一部分。因此，通过雾化孔板的流体中的气体迅速膨胀，由此，分散该液体小河和/或液滴到雾化区68中。在雾化过程中该小河碎成两个或更多个液滴。该雾化区可以是不连续的容易识别的剪切混合区24下游的孔板，或者其可以包括一个如图6(b)中所示的剪切混合区24中的最小横截面积的区域68。在后一种情况下，在剪切混合区24中开始流体雾化。

按最严格的技术意义来说，雾化可以指，当蒸汽或其它雾化气体与要雾化的液体混合或注入到要雾化的液体中时来增加液体表面积。在本发明的上下文中，雾化的意思是当流体通过雾化孔板时，液相破碎或开始破碎成为气相中不连续的物质，这在流体连续向下游时继续进行，液体连续雾化成为分散在气相中的小滴喷雾。

本发明包括雾化液体的方法和装置，其中液体经历碰撞混合和剪切混合。碰撞混合和剪切混合都在通过空心喷嘴10内部纵向延伸的流体通路14中发生，该空心喷嘴规定至少一个膨胀区20、一个碰撞混合区22和一个剪切混合区24。该流体通路14在两端有开口(流体入口14a和流体出口14b)。流体入口14a在喷嘴的上游端16，流体出口14b在喷嘴下游端18。

在本发明的一个方法实施方案中，包括气体和要雾化的液体的两相物流的至少两个分开的物流，在压力下同时连续地通过碰撞混合区22和剪切混合区24。在碰撞混合区22中该分开的物流通过使每一物流的至少一部分与另一物流的至少一部分碰撞混合形成单一混合物流。

在碰撞混合区22中，该分开的物流通过碰撞而大部分(＞50％)混合。剪切混合的意思是通过剪切力大部分进行混合。当这些物流之间的半角为至少15°直到90°时发生两个物流之间的碰撞混合，碰撞物流之间的总夹角约为30-180°，180°产生最激烈和无序的混合。当该半角约为0°到约15°时发生剪切混合。

在实践中，在碰撞混合区22中的每一物流的至少一部分(例如≥20％)也有流动组分平行于下游流动方向，这样就不是所有的都在混合区22中通过碰撞发生。在一个优选的实施方案中，在碰撞混合区22中，每一流体物流的至少侧面外部或周围部分直接与另一流体碰撞，碰撞的角度优选是垂直于该流体的纵向流动方向(通常的方向或总的流体流动方向)90°±30°，更优选90°±10°，更优选90°±5°，更优选90°±2°，最优选约90°(基本上平行于图中所示的Y轴)。在碰撞混合区22和剪切混合区24中流体膨胀减少到最小。

碰撞混合区22、剪切混合区24和雾化区68都是流体传递。碰撞之后，该混合的物流通过剪切混合区24，在剪切混合区该混合的物流进一步进行混合。碰撞混合区22和剪切混合区24可以分别包括流体通路14的上游和下游部分。碰撞混合区22的下游端与剪切混合区的上游端在碰撞混合区与剪切混合区的界面进行流体传递。由碰撞混合和剪切混合提供给该流体动能，形成单一物流，当该单一物流雾化时产生分散在气体连续相中的小液滴。通过喷嘴以后，气相中分散的液滴或小滴的平均尺寸小于(例如小至少10％，优选小至少50％)喷嘴上游的尺寸。

剪切混合区24与喷雾分配器64中的雾化器或雾化区68进行流体传递，或如本文所讨论的那样，雾化区68可以形成剪切混合区24的一部分。

该雾化器可以包括一个具有比剪切混合区24中最小的横截面积小的横截面积的孔板，导致在雾化器中产生压降并当其进入低压雾化区68时进一步剪切两相流体。例如，在图4(a)中，该雾化器可以包括分配器入口158或喷嘴孔板30。该剪切进一步减小液滴的尺寸。当该流体通到雾化区68中，其迅速膨胀并产生雾化液滴的喷雾。该迅速膨胀和液滴喷雾的产生包括雾化。

剪切混合区24的流体出口与喷雾分配器64进行流体传递，形成所需形态的喷雾。喷雾分配器64可以包括部分雾化区68，并且可以或可以不包括部分喷嘴10。喷雾分配器64优选用于使雾化之前液相的聚结减少到最小。在另一个实施方案中，剪切混合区24可以与雾化器进行流体传递，雾化器包括在两端的空心流体导管开口和雾化孔板以及作为其下游端的喷雾分配器。在该实施方案中，垂直于流体流动方向的导管的横截面积优选大于剪切混合区24和雾化孔板的最小横截面积。当该流体流过雾化器时，液相的聚结最少。

本发明的方法和装置可以用于雾化大体积的热原料油到FCC装置的提升管反应区，以得到比较小的进料液滴尺寸和雾化进料液滴的均匀液滴尺寸分布，具有通过混合区22、24和雾化器的最小压降。例如，用4英寸直径的喷嘴，在通过喷嘴的压降小于50，优选小于40磅每平方英寸(psi)时，每一秒钟就可以雾化30磅热油进料。当用于雾化FCC原料油时，喷嘴10将包括部分进料注入器182(见图7)，所用喷嘴10在后面讨论。一般的，使用多个进料注入器182，优选位于FCC反应区的上游端环形周边，FCC反应区邻近提升管的底部。热进料油通常与喷嘴10上游的蒸汽(和/或其它分散/雾化气体)混合，形成包括蒸汽相和热FCC进料油液相的两相流体。该混合也增加该流动的两相流体的速度。一般的在进料注入器182中通过蒸汽或其它分散气体喷射设备进行蒸汽和喷嘴10上游的油的混合，这是人们公知的。

优选使用分流器28把该两相流体物流分成两个分别的物流。在一个实施方案中，例如图5所示，两个物流同时流过分流器28并通过两个分别的流体开口26，26’。分流器28可以适当的位于流体入口14a，以便分流器28和流体通路14确定至少两个流体开口26，26’。流体开口26，26’优选对称相同，并且它们等距离和平行地与流体通路14的纵轴(图中的X轴)隔开。

在碰撞混合区22中，对每一物流给予流动组分，并径向朝内，和优选垂直于流体通路14的纵轴(即沿着或基本上平行于图中所示的Y轴)。该流动组分向着有相应的径向向内的流动组分的至少部分其它物流。每一种物流的至少一部分与其它物流碰撞，产生紊流碰撞混合，并伴随降低液滴尺寸。然后，得到的混合流体物流通到剪切混合区24，从而在比碰撞混合区22产生的压降小的压降下进一步混合。然后该混合的物流通到低压雾化区68。

垂直于流体流动方向的雾化孔板的横截面积一般小于把流体加到喷嘴10的流体导管164(见图5)的横截面积。这就导致流体流过孔板30并通到低压雾化区68的速度增加。优选的是，孔板30的横截面积也小于流体开口26，26’的横截面积的总和。这样的速度增加就产生该两相流体的附加剪切，同时气相迅速膨胀，产生尺寸进一步减小的液滴。

喷雾分配器64可以延长并成扇型，在其上游端和下游端有一个包括扇型流体通道154开口的内部。喷雾分配器64优选位于邻近雾化孔板的下游侧，以控制雾化喷雾的形状。喷雾分配器64可以或不可以成为喷嘴10的一部分，但是优选通过任何常规的设备，包括用销连接，连接到喷嘴10上。参考附图2(a)-2(d)介绍喷雾分配器64的另一个

实施方案。

本发明的装置包括一个具有单一物流通道14的喷嘴，该通道有一个通过喷嘴延伸的纵轴(X轴)，该喷嘴在上游端流体入口14a有至少两个流体开口26，26’，和至少一个可以在下游端18的孔板终结的流体出口14b。该入口14a和出口14b沿着纵轴纵向分开。流体通道14的碰撞混合区22部分的横截面积在其下游端小于上游端。流体通道14的剪切混合区24部分的至少部分横截面积在流体出口14b的方向减少或汇合。在一个实施方案中，通过至少两对分开的并且相对的侧壁形成流体通道14，每一对的每一个壁与纵轴等距分开。侧壁之间的面积确定流体通道14，其可以有一个总的长方形横截面。

流体通道区14的横截面积可以通过改变在沿Y轴的第一尺度或沿Z轴的第二尺度的至少一对相对的壁的至少一部分之间的距离来改变。在某些实施方案中，剪切混合区24的横截面积在流体出口14b方向减少或汇合。在另外的实施方案中，剪切混合区24的横截面积在朝向流体出口14b的部分通道而减少，并且可以随区域24逐渐朝向出口14b而增加。该横截面积可以在沿Z轴或沿Y轴的方向(第一或第二尺度)而改变。流体通道14的横截面积在碰撞混合区22的上游端，接近流体开口26，26’处最大。在另外的实施方案中，剪切混合区24的横截面积将不会改变，因为当沿Z轴的距离增加时，沿Y轴的距离将以同样的速度减少。

图1(a)-1(d)说明喷嘴10的一个实施方案。喷嘴10包括一个主体12，其内部包括一个单一整体的并且一般为纵向的流体通路14，该通路有一个流体入口14a(开口26，26’)和一个流体出口14b。流体通路14有一个与喷嘴10的纵轴(X轴)一致的纵轴(X轴)。流体通路14的上游端和下游端分别位于喷嘴10的上游端16和下游端18。

观察图1(b)，流体通路14有一个长方形横截面积并分成三个依次的区域(膨胀区20，碰撞混合区22和剪切混合区24)，其所有的都是流体传递，与邻近区域直接进行流体传递。

参考图1(a)，流体入口14a包括一对对称相等的由分流器28分开的圆弓形流体开口26，26’。分流器28包括一个一般的长方形的板，该板对截开流体入口14a，以把流动的两相流体物流分流成两个分开的物流，该分开的物流通过流体开口26，26’。分流器28的边缘形成每一分别的流体入口26，26’的弦齿部分。

流体通道14的下游端包括非圆形的出口孔板30。在该实施方案中，孔板30是正方形，虽然也可以用其它形状，但是，非圆形孔板30是优选的。孔板30可以包括或可以不包括至少一部分雾化器或雾化区68。非圆形孔板34也比圆形或弓形孔板产生更多的均匀大小分布的雾化油滴。

参考图1(b)-1(d)，如图所示，通过两对不同的相对壁(36-38-23)-(36’38’-23’)和34-34’形成流体通道14。壁34和34’是等同的、平坦的、平行的，并且形状是长方形，而36-38-23和36’-38’-23’是对称的。在一对壁上的同一点，每个壁是纵轴等距的，每个壁(36-38-23)-34和(36-38-23’)-34’相交形成一个直角，虽然在某些实施方案中该交汇点是弧形或完整的圆角形。每个壁36-38-23和36’-38’-23’都在上游开始，有垂直于喷嘴10的纵轴的弓形或圆形，基本上与进料导管164(见图5)和流体开口26，26’的圆形或弧形相一致。沿着流体通道14直到间隔38-38’(本文也指作碰撞混合表面)，在进入剪切混合区24的进口处，维持流体通道14的形状。在剪切混合区24，流体通道14的形状可以改变成一般的平面四边形，其连续到孔板30，以便更有效的利用碰撞混合动量。

流体开口26，26’是直径对立和放射状的，并且与纵轴是等距离隔开的。流体开口26，26’的总的横截面积小于膨胀区20的横截面积，但是大于恰好间隔38，38’下游的横截面积，以减少流体进入剪切混合区24的压降。流体开口26，26’是增加速度的开口，因为它们的横截面积小于如图5所示的流体导管164的横截面积。

参考图1(b)，两相流体物流通过分流器28分成两个相等的物流，并通过开口26，26’进入流体通路。对于某些应用，通过分流器28的压降可能太大，因此，为了把流体引入到喷嘴，可以使用低压降设备。通过开口26，26’流到膨胀区20提供剪切力，因为较轻的气相比较重的液相加速更快。在不允许该流体自由膨胀的意义上，当其是雾化区68时，膨胀区20是一个受控膨胀区20。膨胀区20降低压降，由此，如果其不存在的话就是别样。

两种物流的至少外部圆周部分直接向直角间隙(碰撞表面)38-38’碰撞，并被强制径向朝内直接碰撞碰撞混合区22中的其它碰撞物流。在有直角碰撞表面或间隙38-38’的实施方案中，碰撞流体之间的夹角是180°。于是，在垂直于X-轴的Y-Z面形成碰撞表面。为了产生最大的碰撞混合，碰撞使得两种物流的径向朝内成分基本上沿着流体通路14的纵轴。

当流体连续向下游，其进入剪切混合区24，在该混合区在下游方向的横截面积减小，以增加流速，并主要用剪切力进一步减小液滴的尺寸。当从碰撞混合区22到剪切混合区24没有突然变化时，主要在下游间隙38-38开始剪切混合。确定剪切混合区24的一对对置壁23，23’倾斜并朝内向孔板30汇合。剪切混合区24的横截面积的不断减小，就增加了流体速度，优选在孔板30产生最大的流体速度。

在另一个没有示出的实施方案中，由包括气体和液体的两相混合物的任何方便来源的两个分别的流体物流，通过流体开口26，26’通到流体通路14。在该实施方案中，两个分开的进料管线必须定尺寸，以达到所需要的流体进口速度。

图2(a)说明喷嘴10的另一个实施方案，喷嘴10装配有许多堆积的金属小板50-62。为了更清楚起见，未示出通路14中的小板50-62的相交线。制备有所需要通路的单独的金属小板，其中有孔、槽或延伸通过该小板的孔板。然后它们汇集在一起，用螺栓和/或扩散连接在一起，形成喷嘴10。从上游端16开始，小板50包括一个有由类似于图1(b)所示的物流分流器28确定的圆弧形开口26，26’的圆盘。图2(d)说明小板56。小板56包括两个在孔板15的相对面上的台肩80，80；测定台肩80，80’和孔板15的尺寸并形成适当确定的碰撞表面(间隙)38，38’。顺流向前，在每一个其后的小板中孔板15的尺寸减小，类似于图1(b)所示的剪切混合区24的收敛情况。当每一个相继的圆盘57-62的每一个径向朝内间隙没有大到足以对该流动流体提供象台肩80，80’那么多的径向动量时，它们对该流动流体提供径向混合组分。确定剪切混合区24的小板的孔板15可以有变化的第一尺度，其中确定剪切混合区24的每一小板的孔板15的第一尺度小于前述板的孔板15的第一尺度。优选的是，确定剪切混合区24的至少一个小板的孔板15有可以变化的第二尺度，其中，确定剪切混合区24的每一个小板的孔板15的第二尺度大于前述板的孔板15的第二尺度。

参考图2(a)，喷嘴10也可以包括一个在下游端10的喷雾分配器64，其与流体出口14b进行流体传递，产生一种一般为展开的并且扇型分布的雾化液体的喷雾。分配器64可以用焊接、螺栓、铜焊或其它方法连接到喷嘴10上，形成其一部分。如图所示，分配器64包括一个凸缘63，使分配器有效的连接到喷嘴10上。分配器64有一个通道70(有一个入口70a)，通过其形成与孔板30基本上相同的尺寸和/或形状，虽然通道70的横截面积可以适当的变化，以促进形成所需要的喷雾形状。

通道70向下游开启到一个一般为平直扩展的扇型喷雾分配器端部71，其由相对的成对壁66-66’和74-74’确定，其确定扇型喷雾区68。如图2(a)所示，雾化区68有一个第一尺度，它可以在向孔板72方向进展时垂直收敛或减小(沿Y轴)，以便在进口的该第一尺度大于在出口的第一尺度，以控制剪切混合的速度。但是，在某些实施方案中，喷雾区68的第一尺度可以保持为常数。雾化区68有一个第二尺度，当向孔板72方向进展时其扩展或增加(沿Z轴)，以便在出口的该第二尺度大于在进口的第二尺度。端部71终结在孔板72。孔板72可以定向垂直于外部流动喷雾的方向，并且沿其Z轴有最长尺度，优选具有圆形或完全成圆角的端部(壁74，74’)。壁74，74’一般有相同的曲率，但是在某些实施方案中，该曲率可以独立选择。优选的是，该曲率是圆形。优选的曲率半径约为Y轴方向中通道70的尺度的一半。当不需要时，一般每一壁74，74’的曲率半径的中心接近于Y轴的中心点(第一尺度的中心点)。在这些沿着X轴第一尺度变化的实施方案中，其曲率半径也可以变化。

在未示出的另外的实施方案中，扩展和/或收敛的尺度可以是沿着不同轴，但优选的是，沿着有90°分开的轴。通道70或区域68的第一和第二尺度优选在相对壁之间的最宽分开点处，即在从中心或纵轴或通道70的曲率最宽点处测定。

在一个实施方案中，入口70a沿Z轴的宽度至少约为分配器长度的1.5倍(沿X轴测量)，而在出口孔板72的宽度至少约为入口70a宽度的1.5倍。

流出孔板30的流体进入雾化区68和通道70，进一步剪切该流体并进一步减小液滴尺寸。膨胀区68处于比孔板30的压力低的压力下，产生迅速膨胀的气相，其雾化该液体，产生液滴的喷雾。其进一步剪切该液滴，并且扇型的雾化端部71产生扇型液滴的喷雾，该液滴流到如图7所示的FCC提升管反应器的反应区。

图3说明喷嘴10的另一个实施方案，该喷嘴按以前介绍的其它实施方案的方式操作和构形。查看图3(c)，出口孔板30有弧形侧向端部130，130’(优选完全成圆角)，并且其沿Z轴的尺度比沿Y轴的尺度要长，类似于图2(b)所示和早已介绍的那样。弧形端130，130’优选是相当于分配器64的完全成圆角端的完全成圆角。如图3(b)和3(d)所示，剪切混合区24由两对径向相对和对置的壁126，126’和130，130’确定。壁126，126’向下游流动方向收敛，壁130，130’在下游流动方向扩展。基本的作用是一般总的固定剪切混合区24的横截面积或是减低或收敛然后比剪切混合区24的最小横截面积扩大或增加约10％-50％。

换句话说，剪切混合区24有一个沿Y轴的第一尺度，第一尺度向出口30方向逐渐减小，和优选一个沿Z轴的第二尺度，第二尺度向出口30方向逐渐增加。

这样设计的扩展和收敛的壁通过时产生有比图1所示的实施方案小的流体压降的剪切混合区24。当与图1所示的实施方案比较时其也减小剪切混合区24中聚结的可能性。

进入混合区24的进口由间隙38，38’的径向边缘和壁124-130及124’-130’的交叉线确定。在剪切混合区24的进口的横截面积比开口26，26’的总的横截面积小，以增加其流到剪切混合区24的流体速度。在该实施方案中，剪切混合区24的渐扩和收敛使流体流成一般的长方形，该长方形可以有图3(c)所示的弧形端。该形状促使流动流体从喷嘴10平缓输送到分配器64。

图4(a)-4(c)说明图3(a)-3(d)所示的实施方案，其中加入了以前所讨论的用常规方法连接到喷嘴10上的喷雾分配器64。如图9所示，喷雾分配器64包括一个一般的扇型主体152，扇型主体152中含有一个扇型流体通道154，其由对置和向外扩展的壁155，155’确定，壁155，155’是用来控制雾化流体膨胀成扇型喷雾。壁155，155’包括通路154的该圆形的完全成圆角的侧端，该端优选沿该通路154的至少一个轴扩展，以提供扇型喷雾。图3(a)-3(d)和4(a)-4(c)的实施方案包括如图所示的弧形壁126，126；到喷雾分配器64的流体入口158相当于喷嘴10中的孔板30的形状，分配器64的流体出口160大于允许液滴的雾化喷雾，以连续膨胀为扇型喷雾。通道154中的压力小于喷嘴流体通道14的压力。由喷嘴10喷出并进到流体通道154的该混合流体雾化成液滴的扇型喷雾，该液滴通过出口160流到如图7所示的FCC提升管反应器。图5说明雾化喷嘴10和分配器64与上游流体导管164的剖视图。导管164提供两相流体通过流体入口14a(开口26，26’)进到喷嘴10的通道。

图6(a)-6(c)说明雾化喷嘴10的另一个实施方案，其中雾化喷嘴115形成剪切混合区24的一部分。在其它所有方面中，在图6(a)-6(c)中所示的喷嘴10的操作类似于已经介绍的实施方案。如图6(a)所示，如果通过分流器28的压降不太大，流体开口26，26’不需要完全成弧形。

观察图6(b)，剪切混合区24有一个形状复杂的流动区域，其中，随着向孔板30方向扩展，其横截面积首先减小，然后增加。图6(b)和图6(c)示出在6(b)-6(b)和6(c)-6(c)所截取的喷嘴的两个局部横截面图，说明剪切混合区24的稍微复杂的情况。雾化区115包括剪切混合区24中最小的横截面积的区域。区域115的位置优选邻近或接近孔板30。雾化区115也可以终接在孔板30上。孔板30优选与以前的实施方案所介绍和显示的有同样的尺寸和形状。

如图所示，剪切混合区24的第一尺度在朝流体出口14b的方向，对于至少部分剪切混合区24，以第一速率减小，然后，在朝流体出口14b的方向，对于其余的剪切混合区24，以第二速率减小。优选的是，剪切混合区24的第二尺度在朝流体出口14b的方向，对于至少部分剪切混合区24，以第一速率增加，并且在朝流体出口14b的方向，对于其余的剪切混合区24，以第二速率增加。

在操作中，当该两相流体通过通道14流到低压雾化区115时，通过雾化区115的低压区中的气体的迅速膨胀和通过比高密度(和不可压缩的)液相轻的可压缩的气体的迅速加速来促进雾化。这就引起相之间的剪切，直到它们的速度几乎相等。剪切力减小在雾化喷雾中液滴的最终尺寸。

可以用许多不同的方法制备喷嘴10。可以使用失蜡浇铸法或可以使用锻造和其它浇铸法。可以用合适的陶瓷材料或金属材料或它们的混合物制备喷嘴10。如图2(a)-2(d)所示，使用许多堆积的比较薄的金属板或小板，形成有流体通道14通过的主体12来制备孔板10的方法是人们公知的，并且作为用于火箭发动机和等离子体焊炬而公开，例如公开在美国专利3,881,701和5,455,401中。该制备技术也用来制备本发明的喷嘴10，包括在图1-6中一般公开和显示的实施方案，本发明的喷嘴已经使用该技术制造。但是，本发明不想限制到使用该技术来制造喷嘴。

现在参考图7，其表示加入本发明所介绍的一个或多个实施方案的FCC进料注入设备180。设备180包括一个通过186，188连接到进料喷嘴设备184的空心进料注入器182。所示的进料喷嘴设备184是作为一个穿透FCC提升管206的壁190并进入提升管反应区192的导管。提升管206，更好的是见图8，优选是圆柱形、空心和基本上垂直定向的导管。在反应区192中，至少一部分雾化的进料油300上升接触热催化剂颗粒，进料300裂化成为更有用的较低沸点的烃产物。为了方便起见，仅示出了一部分提升管206。

进料注入器182包括一个空的导管194，预热的进料油300通过管线196引入到该导管。进料管线196与进料注入器182的上游部分的壁形成一个T型连接点。进料注入器182的下游部分包括喷嘴10和优选的喷雾分配器64，为了方便起见，它们都用方框表示。喷雾分配器64产生雾化油进料300的比较平缓的扇型喷雾到反应区192。

蒸汽喷射导管198的直径或横截面积比注入器导管194的小，导管198延伸到导管194的纵轴并与之共轴定位。在该实施方案中，导管194，198的中心纵轴是一致的。这就为注入器出口端的上游热油进料300提供一个环形流路197。蒸汽导管198终接在喷嘴10上游的注入器导管194内。在导管198的下游端部的周围径向钻有许多孔或孔板199。孔198容许蒸汽径向喷到环形流动通道197的外边并进入该通道，与流动通过该通道197的热油进料300混合，产生包括分散在蒸汽中的热油小滴的两相流体。喷到油进料300中的蒸汽的量一般约为热油进料300的约1％-5％重。这样形成的流体混合物，按体积计，其一般可以包括75-85％蒸汽和15-25％油进料300，该混合物通到喷嘴10，该喷嘴把其分流成两个分离的物流，它们进入喷嘴10，按以前所述，混合并雾化该进料油300。

该油进料液滴的雾化喷雾300通到反应区192，并与上流的热催化剂颗粒物流接触(未示出)，催化裂化该重油原料300成为所需要的低沸点产物馏分。

图8说明可以加入本发明的一个或多个实施方案的常规FCC方法。FCC装置200包括一个FCC反应器202和一个再生器204。反应区202包括含有反应区192的原料提升管206。反应器202也包括一个蒸汽-催化剂分离区210和一个汽提区212，汽提区212包括许多看起来象金属“棚”排列的挡板214，金属“棚”排列类似于房子的沥青屋顶。把合适的汽提剂例如蒸汽通过管线216引入到汽提区。汽提的废催化剂颗粒通过输送管线218通到再生器204。

在进料注入点224，预热的FCC进料通过管线220通到提升管206的底部。该预热的进料300可以或可以不与预定量的蒸汽预混合。图6所示的进料注入器182位于224，但是，为了简化起见在图8中没有示出。在实际中，许多进料注入器182，如图7中所示的那些，将位于提升管206的周围。蒸汽可以通过管线222通到进料注入器182。热进料300的雾化液滴在提升管中接触催化剂颗粒。其蒸发并催化裂化该进料为较轻的低沸点馏分，包括汽油沸点范围(一般100-400°F，30-205℃)的馏分以及较高沸点的喷气燃料、柴油、煤油等。

该FCC催化剂可以包括任意合适的常规催化裂化催化剂。该催化剂可以包括含有沸石分子筛裂化组分的二氧化硅和氧化铝的混合物，其是本领域技术人员熟知的。

当进料300在提升管206中接触热催化剂时FCC反应开始，继续反应直到产物蒸气在分离区210中与废催化剂分离。裂化反应沉积可汽提的含烃物质和不可汽提的含碳物质如公知的焦炭，产生废催化剂颗粒，该废催化剂颗粒必须汽提除去并回收该可汽提的烃类。然后在再生器中通过燃烧掉焦炭来再生该催化剂。

反应器202在分离部分210包括旋风分离器(未示出)。旋风分离器把裂化的烃产物蒸气和汽提的烃(如蒸气)与废催化剂颗粒分离。该烃蒸气通过管线226排出。一般的把该烃蒸气加到蒸馏装置或分馏塔(未示出)，其冷凝可冷凝的部分蒸气为液体，并分馏该液体为分离产物物流。

该废催化剂颗粒通到汽提区212，在其中，废催化剂颗粒与汽提介质例如蒸汽接触。蒸汽通过管线216通到汽提区212，除去在裂化反应中沉积在催化剂上的可汽提的含烃物质。这些蒸气与其它产物蒸气一起通过管线226排出。挡板214把催化剂颗粒均匀地分配在汽提区212的整个宽度，并使在汽提区212中的内回流或催化剂颗粒的返混减小到最小。从汽提区212的底部通过输送管线218除去汽提的废催化剂颗粒，并通到再生器204中的流化床228。

在流化床228中催化剂颗粒与通过管线240进入再生器的空气接触。某些催化剂颗粒向上通到分离区242。空气氧化或燃烧掉碳沉积物，再生该催化剂颗粒，并把它们加热到一般约950-1400°F(510-760℃的)温度。再生器204包括旋风分离器(未示出)，旋风分离器把热再生的催化剂颗粒与气态燃烧产物或烟道气分离，气态燃烧产物主要包括CO₂、CO、H₂O和N₂。旋风分离器使再生的催化剂颗粒通过料腿(未示出)向下回到流化催化剂床228，其是本领域技术人员熟知的。

流化床228承载在气体分配器栅244上，其如短划线所示。在流化床228中的热再生的催化剂颗粒溢流过由漏斗248的顶部形成的堰246，漏斗248的底部连接到下导管250的顶部。下导管250的底部转弯到再生催化剂的输送管线252。溢流的再生催化剂颗粒向下流动通过漏斗248、下导管250，进到输送管线252，返回到反应区192。烟道气通过管线254从再生器顶部除去。

用于FCC方法的催化裂化原料一般包括瓦斯油，其是高沸点的非渣油，例如减压瓦斯油(VGO)，直馏(常压)瓦斯油，轻催化裂化油(LCGO)和焦化瓦斯油。这些油的初馏点一般高于约450°F(232℃)，更通常高于约650°F(343℃)，终馏点直到约1150°F(621℃)，以及直馏或常压瓦斯油和焦化瓦斯油。另外，一种或多种终馏点高于约1050°F(566℃)(例如直到1300°F(704℃)或更高)的重原料油可以与FCC原料掺混。这样的重原料包括例如全馏分原油和常压重油，原油的常压蒸馏渣油和减压蒸馏渣油，沥青和沥青烯，焦油和由重石油、油沙油、页岩油、煤衍生的液体、合成原油等的热裂化得到的循环油。在FCC原料中这些重原料油的存在量约为该掺混物的约2-50％体积，更一般约为5-30％体积。

这些重原料一般含有太高含量的不合乎要求的组分，例如芳族化合物和含有杂原子特别是硫原子和氮原子的化合物。因此，这些原料通常用一些方法处理或改质，以减少不需要的化合物的量，这些方法例如加氢处理、溶剂萃取、固体吸收剂例如分子筛等，这些方法是人们公知的。

一般的FCC反应工艺条件包括：温度约800-1200°F(427-648℃)，优选850-1150°F(454-621℃)，更优选900-1150°F(482-621℃)，压力约5-60 psig(表压，每平方英寸磅)，优选5-40 psig，原料与催化剂的接触时间约为0.5-15秒，优选约1-5秒，催化剂与原料的比例约为0.5-10，优选2-8。FCC原料预热到不超过850°F(454℃)，优选不大于800°F(427℃)，一般在约500-800°F(260-427℃)的温度范围。

参考下面的非限定性实施例将进一步理解本发明。

实施例

在该实施方案中，雾化注入器类似于图7所示的设计，有一个类似于图4所示的雾化喷嘴设计，其与类似于US 5,173,175所示的工业可靠的开口和扇型设计进行比较。该工业喷嘴模拟一个带有含有开口孔板的端帽与下游连接扩展的平坦扇型雾化顶的管。两种喷嘴都包括扇型雾化分配器或顶，并以一般工业喷嘴尺寸的一半的规模制造。除了喷嘴的设计之外，两种情况的注入器都是相同的。两种注入器都产生平坦的扇型喷雾，并且水平安装和定位，以在Malvern颗粒分选机的激光束通道中产生具有垂直方向最大宽度的平坦的扇型喷雾。该仪器是人们公知的并用来测定液体喷雾特性。每一种与特征液滴尺寸范围相关的光衍射谱图都用在多部件光电探测器上的Fourier变换镜头聚焦。通过计算机，把光能分布变成相应的液滴尺寸分布。

气态氮气用于模拟气相，液体水用来模拟液相。

改变水和氮气流速进行栅的比较试验，并假定Rosin-Rammier分布函数关系，计算Sauter平均液滴直径。在表中列出了两种不同喷嘴设计的比较结果。

注入器类型	水(质量磅/秒)	氮气(标准立方英尺/秒)	Sauter平均直径(微米)
				工业扇型	4.93	0.93	283
	4.99	0.39	442
					4.47	0.62	313
	3.64	0.40	451
					3.53	0.94	253
本发明	4.84	0.93	252
					4.97	0.40	342
	4.36	0.63	291
					3.46	0.39	262
	3.52	1.00	162

在所有情况下，在可比较的水和氮气流速下，本发明的喷嘴产生的雾化喷雾的Sauter平均液滴直径比工业设计的喷嘴要小。这就表明，用本发明的喷嘴可以达到比较好的雾化。

应该理解到，对于本领域的熟练技术人员来说，本发明的各种其它实施方案和改进将是很明显的，并且可以很容易进行，其都没有离开上述本发明的精神和范围。因此，不想使其后所附的权利要求书的范围限定到上述的确切描述中，而是权利要求书包括存在于本发明中的专利新颖性的所有特征，包括由本领域熟练技术人员要进行同样处理的所有特征和实施方案。

Claims (20)

1.一种催化裂化方法，该方法包括下述步骤：

(a)形成包括气相和液相的两相流体的至少两个物流，所述液相包括FCC进料；

(b)使所述这些物流通到一个碰撞混合区，其中，每一物流的至少一部分与另一物流的至少一部分碰撞，并且其中碰撞物流之间的夹角约为120°-240°，由此形成单一混合物流；

(c)使所述单一混合物流通到一个剪切混合区，并施于所述单一混合物流以剪切混合力，以形成剪切混合物流；

(d)把所述剪切混合物流通到雾化区，其中，所述气相膨胀，并增加所说液相的表面积，由此产生液体进料液滴的喷雾；

(e)把所述液体进料液滴的喷雾通到FCC反应区；和

(f)在催化裂化条件下，所述液体进料液滴与催化裂化催化剂接触。

2.根据权利要求1的方法，还包括把气相物流与液相物流混合形成所述两相流体的步骤。

3.根据权利要求1的方法，其中所述气相包括蒸汽。

4.根据权利要求1的方法，还包括回收催化裂化反应产生的较低沸点产物的步骤。

5.根据权利要求1的方法，还包括把所述催化裂化催化剂与低沸点产物分离的步骤。

6.根据权利要求1的方法，还包括汽提所述催化裂化催化剂的步骤。

7.根据权利要求1的方法，还包括再生所述催化裂化催化剂和把所述催化裂化催化剂循环到所述反应区的步骤。

8.根据权利要求1的方法，其中所述碰撞区和所述剪切混合区都含在喷嘴中，该喷嘴包括：

(i)一个包括流体入口和流体出口的主体，所述主体形成以确定所述碰撞混合区和所述剪切混合区，所述区域位于所述入口和出口之间，所述流体入口包括可以将进入的流体物流分流为至少两个物流的分流器；

(ii)所述碰撞混合区包括至少一个碰撞表面，所述碰撞表面的构形要使接触所说碰撞表面的至少一部分流体物流碰撞另一碰撞物流；和

(iii)所述剪切混合区有由第一尺度和第二尺度确定的横截面积，其中，所述第一尺度沿通过所述主体的纵轴向所述流体的出口方向减小。

9.根据权利要求1的方法，其中碰撞物流之间的夹角约为170°-190°。

10.根据权利要求1的方法，其中碰撞物流之间的夹角约为180°。

11.一种催化裂化方法，该方法包括下述步骤：

(a)形成包括气相和液相的两相流体的多个物流，所述液相包括FCC进料；

(b)每一物流的至少一部分与另一物流的至少一部分碰撞，形成单一混合物流，其中碰撞物流之间的夹角约为120°-240°；

(c)向所述单一混合物流施加剪切混合力，由此形成剪切混合物流；

(d)所述气相在所述剪切混合物流中膨胀，由此产生液体进料液滴的喷雾；和

(e)在催化裂化条件下，所述液体进料液滴与催化裂化催化剂接触。

12.根据权利要求11的方法，其中碰撞物流之间的夹角约为170°-190°。

13.根据权利要求11的方法，其中碰撞物流之间的夹角约为180°。

14.根据权利要求12的方法，还包括把气相物流与液相物流混合形成所述两相流体的步骤。

15.根据权利要求14的方法，其中所述气相包括蒸汽。

16.根据权利要求15的方法，还包括回收催化裂化反应的低沸点产物的步骤。

17.根据权利要求16的方法，还包括把低沸点产物与催化裂化催化剂分离的步骤。

18.根据权利要求17的方法，还包括汽提所述催化裂化催化剂的步骤。

19.根据权利要求18的方法，还包括再生所述催化裂化催化剂和把所述催化裂化催化剂循环到所述反应区的步骤。

20根据权利要求8的方法，其中所述分流器包括多个流体开口，每个开口具有一横截面积，其中所述流体出口有一横截面积，其中所述流体出口的横截面积小于所述流体开口的总横截面积。

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