CN1370215A - 用流化催化裂化热进料油过热雾化用水蒸汽 - Google Patents

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Abstract

雾化用气体(例如水蒸汽)和含有要雾化液体的热液体在压力下通过换热设备中的单独流体导管,在那里通过间接换热,热液体使水蒸汽加热到过热温度。然后将过热的水蒸汽注入过热水蒸汽注入以后含有由水蒸汽和热液体组成的两相流体的热流体中。两相流体通过雾化设备例如孔板进入低压雾化段,使水蒸汽膨胀并使液体雾化成液滴的喷雾状流。当通过雾化设备时,两相流体在过热水蒸汽注入以前或由于过热水蒸汽注入的结果而形成,并优选为水蒸汽连续的。这一方法适用于流化催化裂化(FCC)法的热进料油的雾化。

Description

用流化催化裂化热进料油过热雾化用水蒸汽
发明领域
本发明涉及液体的雾化，其中雾化用气体与要雾化的热液体间接换热进行加热。更具体地说，本发明涉及这样一种液体雾化的设备和方法，其中雾化用水蒸汽通过与要雾化的热液体间接换热被加热到过热温度和高速度。它适用于FCC法中的热进料油雾化。
发明背景
使流化催化裂化(FCC)法中使用的高流速下相对粘性的热流体例如重质石油进料雾化是石油炼制工业中一种既定的并广泛使用的方法，FCC法主要用于使高沸点石油馏分转变成更有价值的低沸点产品，其中包括汽油和中间馏分油(例如煤油、喷气燃料和柴油燃料)以及加热用油。在FCC法中，经预热的进料油与水蒸汽或低分子量气体(例如C4)在压力下混合，形成含有水蒸汽或气体相和液体油相的两相流体。该流体通过雾化设备例如孔板进入低压雾化段，使流体雾化成与热的颗粒状裂化催化剂接触的油滴喷雾状流。进料的雾化在雾化孔板或设备的下游即刻开始，并可持续到下游的提升管反应段。水蒸汽比轻质烃类气体更常使用，以便降低气体压缩设备和下游产品分馏设备的蒸汽负荷。由于在FCC进料中有增加使用很重和很粘的渣油比率的趋势，所以需要更多和更热的水蒸汽用于雾化。但是，许多设备只有有限的水蒸汽生产能力，并且水蒸汽通常为饱和水蒸汽，这就限制了其有效处理更重质进料的能力。
发明概述
本发明涉及一种流化催化裂化(FCC)法，其中热进料油用雾化用气体雾化，以及，其中至少一部分雾化用气体通过与热油进料间接换热被加热。换热发生在雾化设备的上游，在至少一个换热设备中，所述的换热设备例如可包含其中有许多流体通道设备的传热设备或传热体，每一流体通道设备有至少一个流体入口和出口，使气体和热油在间接换热中分开进入和流过通道，在此过程中热油使气体加热。所谓雾化是指液体进料油形成由分立的和分散的小液滴或油滴组成的喷雾状流。雾化通过使流体通过至少一个雾化设备进入低压雾化段来实现。当使用一个以上的雾化设备时，它们可串联或并联流排列，优选并联。经加热的雾化用气体优选为水蒸汽，它可与一种或多种其他气体例如烃类气体和蒸汽混合，或不与它们混合。因此，这里使用的术语“水蒸汽”不排除与水蒸汽混合的其他气体的存在。但是，雾化用气体优选含有至少95％(体积)水蒸汽，更优选全部为水蒸汽。在本发明的实施中，水蒸汽被加热到过热温度，在一优选的实施方案中，过热的水蒸汽离开换热设备并高速注入流动的热油状流体中。所谓高速是指水蒸汽的马赫数优选大于0.5、更优选大于0.8、更优选大于0.9。流过换热设备的热油可为含热进料油的单相流体，或含气体(优选水蒸汽)和热油的两相流体。下文中，这里使用的术语“流体”指包括气相和液相的单相混合物和两相混合物。将水蒸汽(优选高速)注入流动的流体中，以便提高液相的表面积。提高速度使所需的水蒸汽用量下降，并使用于提高液体表面积的动能增加(例如e＝mv2)，最终表现为雾化的油喷雾状流有更小的液滴尺寸。可将过热的水蒸汽注入换热设备的内部、外部、上游或下游的流动热流体中。过热水蒸汽的注入得到(i)含有水蒸汽和热进料油的两相流体或(ii)这样一种两相流体，其中液相的表面积增加。也就是说，如果将水蒸汽注入其中的热流体为单相液体，那么水蒸汽注入液体得到含有水蒸汽相和液体相的两相流体。如果将水蒸汽注入其中的流体为含有水蒸汽(或气体)和热液体油的两相流体，那么水蒸汽注入流体使流体中液体相的表面积增加。将两相流体送入并通过雾化设备，然后进入低压雾化段，在所述的雾化段中水蒸汽膨胀并形成含有雾化油滴的喷雾状流。雾化设备通常包含使压力下降和速度增加的孔板(正如已知的)，但它也可包含刚好在低压雾化段下游使压力下降和速度增加的区域或段，在其中水蒸汽充分膨胀形成油滴的喷雾状流。雾化设备可包含或不包含换热设备部分，正如下面详述的那样。如果它包含换热设备部分，那么后者通常贴近其流体出口。在另一实施方案中，在换热设备中形成的全部过热水蒸汽或部分过热水蒸汽当它排出雾化设备和进入低压雾化段时，作为“冲击水蒸汽”送入两相流体以便得到更均匀的雾化油滴尺寸分布。
在至少一部分雾化用水蒸汽按本发明的实施被加热到过热温度的FCC法中，通常在换热设备中生成的过热水蒸汽注入以前，将热进料油注入到一部分雾化用水蒸汽中或与它混合，以便形成两相流体。这种情况通常出现在换热设备的上游。这种上游的水蒸汽中一部分可过热，但更通常全部为饱和水蒸汽。在一实施方案中，换热设备可包括雾化设备，例如孔板。在另一实施方案中，换热设备包括使上游形成的两相流体混合的设备，以便提高液体进料油相的表面积。在本发明实施中，当流过换热设备的热的油状流体将水蒸汽加热到过热时，它引起的温降通常小于6℃。如果饱和水蒸汽通入换热设备，那么通过这一设备的水蒸汽通道使水蒸汽过热，并将这一过热水蒸汽注入流动的热流体中或冲击它。如果过热水蒸汽通入换热设备，那么其过热温度将升高。在这两种情况下，在换热设备中加热或形成的过热水蒸汽都作为雾化用气体送入流动的热流体中。换热设备和雾化设备通常都包含进料注入单元部分，它将热的雾化油滴喷入催化裂化反应段。在其中它们与热的催化剂颗粒接触，后者使热油催化裂化成更有价值的和通常更低沸点的材料。注入单元通常包含这样一进料导管，其中有水蒸汽分布器，以便形成含有热油进料和水蒸汽的两相流体。导管将这一两相流体送入换热设备，然后将在换热设备中形成的过热水蒸汽注入流动的流体中，以便提高液体相的表面积。虽然在FCC法中可将单相液体流体送入换热设备，但更通常为含有水蒸汽和液体进料油的两相流体。在换热设备也使流动流体混合的实施方案中，流体为含有水蒸汽相和液体进料油相的水蒸汽连续的两相流体。在任何情况下，两相流体在过热水蒸汽注入以前或由于过热水蒸汽注入的结果而形成，以及当通过雾化设备时，它优选为水蒸汽连续的两相流体。两相流体进入和通过雾化设备后进入低压雾化段，水蒸汽在其中膨胀，而流体被雾化，形成油滴喷雾状流。喷雾状流分配设备或端部优选用来使液滴喷雾状流形成所需的形状，它通常紧靠注入单元的下游端。这一喷雾流分配设备的雾化设备的下游，或其上游进口可包含雾化设备。
在本发明的实施中，雾化设备的下游侧的上游，流体的压力高于雾化段或膨胀段中的压力。在一FCC法中，注入器中流体的压力高于雾化段中的压力，雾化段或者包括在FCC催化裂化反应过程中或者通向和与催化裂化反应段流体相连。正如已知的，这一反应段通常有一提升管。使水蒸汽过热，以致使水蒸汽高速注入流体中，从而使生成的雾化液体产生较小的沙得平均液滴直径，甚至通过雾化设备或孔板有很低的流体压降(例如约69千帕)的情况下。在不增加雾化液滴尺寸的条件下将马赫数大于0.5的高速水蒸汽注入流体，使雾化所需的水蒸汽用量减少。进料在最短的时间内汽化可能得到更多的有用裂化产物。进料汽化与许多因素有关，其中包括雾化的进料液体的液滴尺寸以及液滴雾化的喷雾状流的形状和均匀性。
在广义上，所述的方法包括这样一个雾化方法，其中含有要雾化液体的热流体流过换热设备，间接与雾化用气体换热，以便使所述的气体加热。在本发明中，术语“气体”是指水蒸汽和/或任何其他适用作雾化用流体的气态材料，例如C4烃类蒸汽、氮气等。但是，在FCC法中，它通常全部为水蒸汽，将经加热的雾化用气体以高速注入流动的热流体中，帮助流体中的液体雾化成水液滴喷雾状流。正如所讨论的，这种流体通过至少一个雾化设备例如孔板和进入低压雾化段进行雾化。流过换热设备的流体可为要雾化的单相液体或含有液体和雾化用气体的两相流体。当通过雾化孔板时，流体为两相流体，最优选气体连续的两相流体。这种两相流体或在过热水蒸汽注入流体以前形成或由于过热水蒸汽注入的结果形成。在这两种情况下，在过热水蒸汽注入以后，流体为气体连续的两相流体。在换热设备中和雾化设备上游的压力大于下游雾化段中的压力。就典型的FCC法来说，在更详细的实施方案中，本发明包括以下步骤：
(a)将雾化用水蒸汽在压力下注入流动的热液体FCC进料油中，以便形成含有热油和水蒸汽的两相流体；
(b)将水蒸汽和在(a)中形成的热两相流体通过换热设备中分开的导管，在所述的换热设备中通过间接与流体换热，流动的热流体使水蒸汽加热到过热；
(c)将(b)中形成的过热水蒸汽注入到热流体中，以便使液体相的表面积增加和形成水蒸汽连续的两相流体；
(d)将水蒸汽连续的流体通过至少一个雾化设备进入至少一个低压雾化段，以便使所述的流体至少部分雾化和形成含有所述进料油液滴的喷雾状流。
所述的喷雾状流可在催化裂化段中形成或在其附近形成，或它可送入催化裂化段。
另一些实施方案包括：(i)喷雾状流与经再生的热颗粒状裂化催化剂在反应段中在有效使所述的进料油催化裂化并生成低沸点烃类和含有可汽提的烃类和焦炭的废催化剂颗粒的反应条件下接触；(ii)将在步骤(e)中生成的所述低沸点烃类与所述的废催化剂颗粒在分离段中分离，然后在汽提段汽提所述的催化剂颗粒，以便除去所述的可汽提烃类，得到经汽提的结焦的催化剂颗粒；(iii)将经汽提的结焦催化剂颗粒送入再生段，在再生段中催化剂颗粒与氧在有效使焦炭烧掉的条件下接触，得到经再生的热催化剂颗粒，以及(iv)将经再生的热催化剂颗粒送入催化裂化段。
附图简介
图1为使用本发明换热热设备的FCC进料注入器的简化的截面侧视图。
图2(a)和2(b)为本发明的FCC进料注入器的简化的截面侧视图和俯视图，其中换热设备也使两相流体混合。
图3为图1中所示的换热设备的下游出口端上的水蒸汽注入口的示意图。
图4为用于本发明实施例的催化裂化法的示意图。
发明详述
重要的参数包括在喷射到FCC法的提升管反应段中的雾化油进料中的平均液滴直径和液滴尺寸分布。更小的油滴尺寸和更均匀分布的油喷雾状流模型都可影响油进料的汽化速率和油与提升管中向上的热裂化催化剂的有效接触。虽然不希望受任何束缚，但据认为油的汽化速率与液滴直径成反比，指数大于1。例如，沙得平均液直径减小25％将使油汽化速率增加35-50％。更长的油汽化时间使生成石脑油的选择性下降和不希望的低价值热反应产物的产率增加，例如氢、甲烷、乙烷、焦炭和高分子量物质。当更重的材料例如渣油、常压重油等加到进料中的数量增加时油进料的迅速汽化变得更为重要。通常，随着重质材料在FCC进料中的数量增加，为了在雾化孔板上游形成含有进料液体和气体的两相流体，将增加加到进料注入器中的进料中的气体数量，以便使进料充分雾化。为了FCC进料雾化，该气体通常为水蒸汽，通过雾化孔板的压降小于0.4兆帕，而经雾化的进料液滴尺寸不大于1000微米。优选得到更小的液滴尺寸和通过孔板的压降，例如不大于300微米和0.2兆帕。按油进料计，还希望将用于雾化的水蒸汽用量限制到小于5％(重量)。本发明使所需的水蒸汽用量减少，同时也使雾化油的沙得平均液滴尺寸减小。
在本发明的方法中，送入和通过雾化设备和送入流体混合设备或混合室的两相流体可为气体或液体连续的，或它可为鼓泡泡沫，其中不确切知道一相或是两相是连续的。这一点可进一步例如参考开孔泡沫材料和闭孔泡沫材料来理解。泡沫材料通常有1∶1空气与固体体积比。开孔泡沫材料为气体(空气)和固体都连续的，而闭孔泡沫材料为固体连续的和含有分立的气孔。在开孔泡沫材料中，据认为固体可呈薄膜和带形式(例如可以两相气-液泡沫存在)。在闭孔泡沫材料中，可预计气体以分立的气体滴的形式分散在整个固体材料中，有些泡沫材料在两者之间，象某些含有气相和液相的两相流体。不可能有这样的泡沫材料，它为气体连续的，而不是固体连续的；但可能有这样一种两相气体和液体流体，它仅仅为气体连续的。所以，当流体通入和通过本发明的换热设备时，流体的具体形态不总是确切知道的。所以，在本发明的实施中，增加液相表面积包括(i)形成气体(例如水蒸汽)和液体的两相流体，(ii)降低任何液膜的厚度，(iii)降低任何液沟的厚度和/或长度，以及(iv)在雾化以前或雾化过程中，减小在流体中任何液滴的尺寸。就含气相和液相的两相流体来说，在混合段中，气体的速度相对液相的速度增加。当流体通过孔板或比孔板或该段上游的流体通道或导管设备(压力下降和速度增加的孔板或段)更小的垂直于流动方向的截面段时，这一速度差也出现。气体和液体之间的这一速度差产生液体带，特别是粘稠的液体，例如热的FCC进料油。所谓带指液体形成加长的液滴或液沟。在冲撞混合过程中该速度差最大，而在剪切混合过程中该速度差减小。因此，两相流体通过压降的孔板，也就是使它冲撞混合和/或剪切混合，在气体和液体之间产生压差，由于液体剪切到加长的带中和/或分散的液滴中，产生液体带和/或液体在气体中的分散物。雾化段比雾化孔板上游的压力低。因此，通过雾化孔板或设备的流体中的气体迅速膨胀，从而使液沟和/或液滴分散在雾化段中。在雾化过程中，存在的任何液沟都破碎成两个或两个以上液滴。雾化孔板可为分立的易于辨别的孔板，或它可在雾化段上游呈更小截面积的区域或段的形式。在更加严格的意义上，雾化有时指液体的表面积增加，当水蒸汽或其他雾化用气体与要雾化的液体混合或注入其中时，这种情况就出现。但是，在本发明中，雾化指当流体通过雾化孔板或段时，液相在气相中破碎成分立的物质，当液体继续流向下游，这一行为继续，液体被雾化成分散在气相中的液滴喷雾状流。在换热设备中形成的过热水蒸汽在两相流体形成以前注入到流动的液体中的实施方案中，水蒸汽的注入将形成两相流体。
参考图1，FCC进料注入器10有中空的圆柱形导管12，它的下游端与换热设备14通过法兰16连接，它被固定(优选螺栓，未示出)到换热设备的上游端。换热设备的下游或出口端通过法兰20固定(优选用螺栓或焊接)(未示出)到扇形雾化设备18上。有圆柱形中空管或导管22的水蒸汽分布器伸入到导管12的上游端。分布器22在其下游端用壁26封端，在其下游端部分围绕出口周边有许多相间的孔24。这些孔径向穿过圆柱壁22，进入管的内部，并确定分布段。热的进料油通过进料管线28进入导管12，并向下游流动，通过水蒸汽分布孔24，构成第一分布段，并流向换热设备14。分布用水蒸汽进入并通过分布器22，一直到它达到分布孔24为止，在那一点它径向排出进入流动的热油进料中，以便形成含有水蒸汽和热油进料的两相流体。通过水蒸汽分布孔24的压降通常小于69千帕，产生相对低的分布用水蒸汽速度。分布用水蒸汽和热油进料都处于高于常压和高于下游雾化或膨胀段的压力下。端壁26的直径可大于导管22的直径，以便在第一分布段的下游端提供挡板型静态混合设备。在所有雾化用水蒸汽作为高速的过热水蒸汽在换热设备下游端注入热油的实施方案中，不需要上游分布器。通过分布用水蒸汽流向换热设备14形成两相流体，所述换热设备为一固体传热金属圆柱体，它有圆柱形内膛30(在这一实施方案中)，两相流体通过内膛流向雾化设备18。换热设备14也有许多在喷嘴的厚壁32中沿圆周排列的水蒸汽通道，为了简便起见，仅示出其中两个。在这一实施方案中，每一水蒸汽通道都是相同的，都有带水蒸汽入口36的导管34，水蒸汽通过用两个箭头表示的水蒸汽管线(未示出)送入。另一方面，在壁32中有一个或多个相互分立的环状腔，它与内膛30同心，每一个腔有水蒸汽通道，有至少一个水蒸汽入口，环绕换热设备的流体出口有许多过热水蒸汽出口。这一实施方案未示出。水蒸汽出口可在图1和3所示的下游端外壁，或在下游端附近围绕内膛30的内壁按圆周排列，如图2中所示。这只是两个说明性的但非限制性的例子，正如熟悉本专业的技术人员理解的。在这一实施方案中，内膛30与进料导管12有差不多相同的直径，以便使流体通过换热设备的压降最小。许多从内膛表面径向向内伸长的挡板、翼片或纵向肋可用来提高流过换热设备和/或静态混合设备的流体的可利用传热面积。在所示的实施方案中，如果需要或希望的话，视相对温度、流速等而定，每一水蒸汽通道构成两个水蒸汽通过换热设备厚壁32的内部通道，并平行于换热设备的纵轴，虽然也可使用或多或少的通道和结构。在这一实施方案中，加热水蒸汽的传热表面由孔道或内膛的直径和长度决定。在换热设备中产生的过热水蒸汽从换热设备的下游壁40中的许多孔38处排出，并注入到从换热设备流出的流体中和雾化设备18的空膛42中。如两个虚线箭头所示，水蒸汽优选相对换热设备内膛的纵轴大于60°的角度注入排出的流体中。在通过换热设备流动的为含有液体油的单相的情况下，水蒸汽形成含有水蒸汽和随后用于雾化的液体油的两相流体。对于含有水蒸汽和液体油的两相流体来说，热水蒸汽进入换热设备排出的流体的冲击意味着使液相的表面积增加。这一水蒸汽比上游分布用水蒸汽处于更高的速度。当注入的水蒸汽为马赫数大于0.5的高速水蒸汽时，那么它起冲击水蒸汽作用，它使动能更有效地转变成表面张力能，正如液相表面积增加所反映的。雾化设备18的会聚段42通过将流动的流体导向雾化孔板44使分散的油滴的凝聚最少。在这一实施方案中，雾化孔板44为矩形的，其面与注入器的纵轴和流体流垂直。在俯视图(未示出)中，孔板的宽度大于图1所示的高度。垂直于流体动方向的雾化孔板面的截面积小于垂直于流体流动方向的进料导管12和换热设备14的内膛30的内截面积。这就使通过雾化孔板44流动的流体速度增加。并通过孔板产生压降和通过的流体速度增加，它进一步使流体剪切并促使流体雾化。流体通过雾化孔板进入低压雾化段46，在雾化段中流体膨胀并形成分散的液体滴的喷雾状流。雾化刚好在雾化顶端48的中空内部中孔板44的下游开始，并持续到提升管反应段的内部(未示出)，顶端48伸入提升管反应段。在俯视图(未示出)中，顶端48为扇形，象图2(b)中所示，以便产生相对扁平和均匀的扇形雾化油的喷雾状流，以便在提升管反应段中与向上流动的热再生催化剂颗粒最均匀接触。这类雾化装置是已知的，并在US5173175中公开，其公开内容在这里作为参考并入。作为图1的水蒸汽注入器操作的一个说明性但非限制性的例子，经预热的FCC进料油(有或没有上游的或第一分布器加入的水蒸汽，以便形成两相流体或泡沫)在260℃以上进入注入器，典型的流速为4.5-13.6公斤/秒。使用182℃1.1兆帕的饱和水蒸汽，进入换热设备的水蒸汽流速为油进料的0.5-5％(重量)，即约0.02至0.7公斤/秒。流过换热设备，热油和水蒸汽之间的换热使水蒸汽过热28-139℃，而油的冷却可忽略(例如小于6℃)。多点注入的过热水蒸汽冲击换热设备出口附近的热油，促使油破碎成小直径的液滴，可称为“冲击”水蒸汽，在图1的实施方案中，将小部分饱和的工艺水蒸汽(例如油的0.1-1.0％(重量))单独分布到换热设备上游的油中，得到可称为“泡沫”的水蒸汽连续的两相流体。在这种情况下，在换热设备中形成的并注入两相流体中的过热水蒸汽的量通常为油进料的0.5-2.5％(重量)。为了达到可比的油雾化程度，这比在没有过热水蒸汽和本发明方法的条件通常需要的要少。
图2(a)和2(b)说明本发明实施的另一实施方案的侧视和顶视截面图，其中将换热设备得到的热水蒸汽在流体出口附近注入来自换热设备内膛的流体中。在这一实施方案中，流体出口有雾化孔板。因此，FCC进料油注入器50有热进料导管12、水蒸汽管22(为了将饱和水蒸汽分布到送入的热油中，在下游端周围有径向穿过的孔24)、产生过热水蒸汽的换热设备52以及有扇形喷雾状流分布器或顶端74的组合喷雾状流分布器和雾化设备54。热油导管和分布器与图1中的相同，并在这一实施方案中提供相同的功能。换热设备52也有传热的圆柱形金属体，其中有纵向内膛56，它的两端有开口，并从换热设备的上游伸到下游端。内膛提供流体通过换热设备的流动通道，在上游入口处有水蒸汽分配器58。内膛56的内部稍呈文丘里管形，其截面与流体流动方向垂直，在下游出口端逐渐减小。参考图2(a)，水蒸汽分配器58将进入的流体分成两个分立的物流，以便在室中提供冲击混合和剪切混合，通过内膛有小的压降。优选的是，两个物流是对称的和径向的。内膛的下游出口有雾化孔板。在室中冲击混合和剪切混合的组合使流动流体的两相流体中的液相表面积增加。这一表面积的增加表现为分散在物流连续相中的油滴更小。与图1的实施方案不同，其中可任选使用换热设备上游的分布用水蒸汽(或含有由换热设备产生的过热水蒸汽)，在这一实施方案中，为了在换热设备中得到混合的全部好处，它的使用是特别优选的。也就是说，在图2的实施方案中，优选将两相流体、最优选水蒸汽连续的两相流体送入和通过换热设备52。两个不同相对壁对构成内膛56。因此，正如图2(a)中所示，相同的和相对的壁60和60’的表面沿垂直于纸面的方向，如所示相对于换热设备的纵轴凸出或向上弯曲。在内膛的上游部分表示出最大的弯曲，弯曲量沿下游方向下降。确定内膛的另一对相同的和相对的壁在图2(b)中表示为62和62’。壁62和62’沿下游方向稍有会聚，有垂直于纸面的表面。矩形内膛56由两个壁对交叉形成，两个壁对构成流体混合室，有垂直于换热设备纵轴(在设备的两端平行于流体入口和出口)和流体流动总方向的矩形截面，室的截面积沿下游方向逐渐缩小，以及在换热设备的下游出口端构成矩形的雾化孔板64。水蒸汽分配器58将上游水蒸汽注入热油中形成的水蒸汽连续的两相流体分成两个径向对称的和分立的物流。两个分立的物流流入内膛的上游部分，在那里外凸的弯曲产生径向向内的和轴向的下游流动矢量。给予内部流动的流体的径向向内流动分量作为最大的混合力迫使每一物流中的一部分与另一部分冲击以便使流动流体的液相表面积增加。但是，不断的液滴冲击混合可能使一部分已分散的液滴凝聚。所以，壁60和60’的向内弯曲沿下游流动方向不断地减小，以便沿壁到孔板64主要提供适度的剪切混合。当两个物流道先进入内膛56时，流体的混合最大，但随着流体逐渐向下游通过内膛，混合强度不断减小。这就提供了液相表面最大增加的流体，同时有很少的随后凝聚以及提供通过换热设备的低压降。另一对相对的壁62和62’沿到孔板64的下游方向彼此逐渐接近，以便使流体通过内膛到雾化孔板的压力损失最小，并使通过孔板的流体速度最大。为了方便起见，图2(a)中仅示出两个相同的的水蒸汽孔道66，每一个都有水蒸汽入口68和出口70。这些孔道通过换热设备的外部金属厚壁部分72延伸。出口70与外流的流体呈锐角，并在孔板64上游附近的内膛壁中，以便用过热的优选还是高速的水蒸汽冲击外流的流体，以便进一步减小随后雾化的油喷雾状流的液滴尺寸。在进料导管和换热设备中，流体处在超常压下。注入器下游部分(例如雾化顶端)伸入的提升管反应段(未示出)处于比进料注入器低的压力下。当水蒸汽连续的两相流体通过换热设备的下游端时，过热水蒸汽作为许多喷射流注入流体中，进一步使液相表面积增加，在流体雾化过程中形成更小油滴的更均匀的喷雾状流。注入换热设备内部的流体中的过热水蒸汽处于比流体更高的压力。这就使流体的体积流速增加，并使分散的最终雾化的油状液滴的尺寸进一步减小。这一水蒸汽既为冲击水蒸汽也为前切水蒸汽，视水蒸汽是否在超声速下或亚声速下注入。两相流体通过矩形雾化孔板，它有换热设备的流体出口和雾化设备54的相邻流体入口。换热设备的出口和进入扇形雾化顶端的内部76的上游入口在尺寸和开头上是相同的。正如上述，这一孔板是矩形的，垂直于注入器纵轴的截面积显著小于流体导管12和换热设备流体入口的截面积。雾化装置54的喷雾状流分配器或顶端74为扇形的和中空的，正如图2(a)和2(b)所示。这就提供了一个扇形的受控膨胀的雾化段76，使小油滴的扁平扇形的雾化喷雾状流注入FCC装置的提升管反应段中的向上流动的热再生催化剂颗粒中。雾化装置54可通过法兰78在冶金学上粘结、焊接或钎接到换热设备上。在图2(b)中，在换热设备的固体圆周厚壁部分72中仅示出两个相同的的水蒸汽通道。可为饱和水蒸汽或过热水蒸汽的水蒸汽通过入口设备82进入水蒸汽通道，如两个箭头所示。水蒸汽出口84呈一定角度，以便使水蒸汽以锐角注入流动的流体中，正如两个箭头所示。在这一实施方案中，将水蒸汽以大于60°的向前锐角注入流动的油状流体中，给予注入的水蒸汽径向向内的和向前的流动和剪切向量。这就使注入的水蒸汽和流动的油状流体之间水蒸汽速度差最大。在另一实施例方案(未示出)中，图2(a)所示的水蒸汽可以锐角注入上游方向的流体中。在另一实施方案(未示出)中，内膛56的截面积可沿下游方向逐渐减小，然后再增加。在这种情况下，雾化在最小截面点或区域开始，它构成雾化区或段，与易于辩别的孔板不同。图3为图1所示的换热设备14的简化下游端示图，说明围绕换热设备的下游出口圆周排列的许多过热水蒸汽出口38。虽然这些水蒸汽出口表示为圆形，但它们也可为矩形狭缝或其他任何形状。本发明的换热设备可按专业人员的意思用许多不同的方法制造。例如，可采用失蜡铸造法或熔模铸造法以及锻造法和其他铸造法。喷嘴可用陶瓷、金属及其组合制成。用许多重叠的其中有流体通道的相对薄的金属板制作喷嘴是已知的，并在US3881701和5455401中公开，例如用作火箭发动机和等离子体炬。这种制造技术也用于制造本发明的喷嘴。按专业人员的意思来选择制造方法。
图4为使用本发明的进料注入方法的流化催化剂裂化法的简化示意图。参考图4，用于本发明实施的FCC装置100包括催化裂化反应器单元112和再生单元114。单元112包括进料提升管116、其内部有催化裂化反应段118。它还包括蒸汽-催化剂分离段120和其内装有许多挡板124的汽提段122，挡板呈金属“人字”排列形式，它类似斜屋顶。将适合的汽提剂例如水蒸汽通过管线126送入汽提段。经汽提的废催化剂颗粒通过传输管线128送入再生单元114。经预热的FCC进料通过进料管线130送入装有本发明的换热设备的进料注入器(未示出)，根据本发明的任何一实施方案，换热设备将至少一部分分散用水蒸汽加热。来自水蒸汽管线132的水蒸汽根据本发明任一实施方案送入热油进料中，形成水蒸汽和热油的水蒸汽连续的两相混合物，它通过注入器中的雾化孔板作为扁平的扇形喷雾状流在进料注入点134处进入提升管116的底部。为了简化起见，图5中未示出进料注入器。在一优选的实施方案中，许多进料注入器可按圆周方式放置在提升管116的进料注入区周围。优选的进料为减压瓦斯油(VGO)和重质进料组分例如渣油馏分的混合物。热的进料在提升管中与热的再生裂化催化剂颗粒接触。这就使进料汽化并催化裂化生成更轻质的低沸馏分(包括汽油沸程(通常38-204℃)的馏分)，以及较高沸点的喷气燃料、柴油燃料、煤油等。裂化催化剂为沸石分子筛裂化组分的氧化硅和氧化铝的混合物，正如熟悉本专业的技术人员已知的。当进料在提升管中在进料注入点134处与热的催化剂接触时，催化裂化反应开始，并持续到催化裂化器112的上部或分离段120中产物蒸汽与废催化剂分离为止。裂化反应使可汽提的含烃质材料和称为焦炭的不可汽提的含碳质材料沉积，生成废催化剂，它必需经汽提，以便除去和回收可汽提的烃类，然后在再生器中烧掉焦炭来再生。容器112在分离段120中装有旋风分离器(未示出)，它将裂化的烃类产物蒸汽和汽提出的烃类(为蒸汽)从废催化剂颗粒中分出。烃类蒸汽向上通过反应器，并通过管线136取出。通常将烃类蒸汽送入蒸馏单元(未示出)，它使蒸汽中可冷凝的部分冷凝成液体，并使液体分馏成单个的产物流。废催化剂颗粒落入汽提段122，在那里它们与汽提用介质例如水蒸汽接触，汽提用介质通过管线126送入汽提段，以及在裂化反应过程中沉积在催化剂上的可汽提含烃质材料作为蒸汽除去。这些蒸汽与其他产物蒸汽一起通过管线136取出。挡板122使催化剂颗粒在汽提段或汽提器整个截面均匀分布，并使催化剂颗粒在汽提段中内回流或返混减至最小。经汽提的废催化剂颗粒通过传输管线128从汽提段的底部取出，它们从管线128进入再生器144中的流化床138中。在流化床中，它们与通过管线140进入再生器的空气接触，一些向上进入再生器的分离段142。空气使碳沉积物氧化并烧掉，以便使催化剂颗粒再生，此时使催化剂加热到优选不超过约760℃的温度，通常约650至700℃。再生器114也有旋风分离器(未示出)，它将热的再生催化剂颗粒从主要含CO、N2、H2O和CO2的气体燃料产物中分出，并将借助料腿(未示出)再生催化剂颗粒送回流化的催化剂床层138，正如熟悉本专业的技术人员已知的。流化床层138支承在气体分配器栅板上，它简单地表示为虚线144。在流化床中的热的再生催化剂颗粒流过料斗148顶部形成的堰146，料斗的底部与溢流管150的顶部相连。溢流管150的底部弯入再生催化剂传输管线152。溢流的再生催化剂颗粒通过料斗、溢流管向下进入传输管线152，将催化剂颗粒返回提升管反应段118；在提升管反应段中，催化剂与进入提升管的来自进料注入器的热进料接触。含有燃料产物的烟道气通过管线154从再生器排出。
在FCC法中使用的催化裂化进料包括高沸非渣油的瓦斯油，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。这些油的初馏点通常大于约450°F(232℃)，更通常大于约650°F(343℃)，而终馏点约1150°F(621℃)，以及直馏或常压瓦斯油和焦化瓦斯油。此外，终馏点大于565℃(例如高达705℃或更高)的一种或多种重质进料可与催化裂化进料渗混。这样的重质进料例如包括全馏分原油和常压重油、由原油的常压蒸馏和减压蒸馏得到的渣油、沥青和沥青质、重质石油热裂化得到的焦油和循环油、煤得到的液体、合成原油等。它们在裂化进料中的数量为掺混料的约2至50％(体积)、更通常约5至30％(体积)。这些进料通常含有太多的不希望的组分，例如芳烃和含杂原子的化合物、特别是含硫和氮的化合物。因此，正如已知的，这些进料常常经处理和改质，以便通过各种方法(例如加氢处理、溶剂抽提)、固体吸附剂(例如分子筛)等使不希望的化合物的数量减少。在FCC法中典型的催化裂化条件包括温度约800至1200°F(427-648℃)、优选850-1150°F(454-621℃)、更优选900-1150°F(482-621℃)，压力约0.14至0.52兆帕，优选0.14-0.38兆帕，进料/催化剂接触时间约0.5至15秒、优选约1-5秒，催化剂与进料比约0.5至10、优选2-8。将FCC进料预热到不大于454℃、优选不大于427℃，通常为约260至427℃。
应当理解，对于熟悉本专业的技术人员，在不违背上述本发明的范围和实质的条件下，在本发明实施中的各种其他实施方案和改进是显而易见和很容易做到的。因此，不打算将附后的权利要求书的范围限制到上述具体的描述中，宁可将权利要求书看作本发明中可取得专利权的新颖性的所有特征，包括熟悉本专业的技术人员看作等价物的本发明附属的所有特征和实施方案。例如，虽然用于使FCC油进料雾化的FCC进料注入器已作为本发明方法的特殊应用已公开，但本发明本身不打算受此限制，本发明的实施可使用任何液体雾化法，其中通过与由于任何原因流过换热设备的液体或流体的间接换热将至少一部分雾化用气体加热或将水蒸汽加热到过热温度是有好处的，包括但不限制(i)形成含有要雾化的液体和雾化用气体和/或水蒸汽的两相流体；以及(ii)将经加热的气体或水蒸汽注入热的液体或流体中用于雾化。

Claims (20)

1.一种流化催化裂化方法，所述的方法包括以下步骤：
(a)在压力下将水蒸汽注入流动的液体FCC热进料油中，形成含有所述热油和水蒸汽的两相流体；
(b)将含有水蒸汽的雾化用气体和在(a)中形成的所述的热两相流体通过换热设备中的单独导管，在那里通过与所述的流体间接换热，所述的流动热流体将所述的水蒸汽加热到过热温度；
(c)将(b)中形成的过热水蒸汽注入所述的热流体中，以便使所述液相的表面积增加以及形成水蒸汽连续的两相流体；
(d)所述的水蒸汽连续的流体通过雾化设备进入低压雾化段，以便使所述的流体雾化和形成含有所述进料油滴的喷雾状流；
(e)将所述的喷雾状流送入催化裂化反应段。
2.根据权利要求1的方法，其中将在(b)中形成的所述过热水蒸汽注入(i)所述设备的上游、(ii)所述设备的下游和(iii)所述设备中的一处或多处的所述流体中。
3.根据权利要求2的方法，其中将所述的过热水蒸汽以马赫数为至少0.5注入所述的流体中。
4.根据权利要求3的方法，其中所述的雾化设备在所述的换热设备的下游。
5.根据权利要求4的方法，其中所述的喷雾状流为扇形的。
6.根据权利要求2的方法，其中所述的换热设备包括雾化设备。
7.根据权利要求2的方法，其中所述的换热设备包括用于使流过的所述两相流体混合的设备。
8.根据权利要求7的方法，其中在所述的换热设备中混合的所述两相流体为水蒸汽连续的。
9.根据权利要求8的方法，其中在所述的换热设备中加热的和然后注入所述的流体中的水蒸汽的马赫数至少为0.5。
10.根据权利要求2的方法，其中所述的换热设备包括FCC进料注入单元的部分，它将所述的雾化热油喷雾状流注入所述的催化裂化反应段。
11.一种液体雾化的方法，其中含有要雾化液体的热流体流过换热设备，与雾化用气体间接换热，使所述的气体加热，其中将所述的热气体注入含有由所述气体和液体组成的热两相流体的所述流动热流体中，所述的气体注入以后，使所述液体的表面积减小并有助于所述流体中的所述液体雾化成含有所述液体液滴的喷雾流。
12.根据权利要求11的方法，其中所述的两相流体为气体连续的流体，将它通过雾化设备使之雾化并送入低压雾化段，以形成所述的喷雾状流。
13.根据权利要求12的方法，其中流过所述换热设备的所述流体为单一液相。
14.根据权利要求12的方法，其中含有要雾化的所述液体和所述的雾化用气体的两相流体流过所述的换热设备。
15.根据权利要求11的方法，其中所述的两相流体在所述的加热气体注入所述的流体以前或由于所述的加热气体注入所述的流体的结果而形成。
16.根据权利要求15的方法，其中在所述的热气体注入所述的流体以后，所述的两相流体为气体连续的两相流体。
17.根据权利要求15的方法，其中所述的换热设备包括用于使流过的所述两相流体混合的设备。
18.根据权利要求16的方法，其中所述的换热设备包括用于使流过的所述两相流体混合的设备。
19.根据权利要求11的方法，其中在所述的换热设备中加热的和然后注入所述的流体中的所述气体的马赫数至少为0.5。
20.根据权利要求16的方法，其中在所述的换热设备中加热的和然后注入所述的流体中的所述气体的马赫数至少为0.5。
CN00811926A 1999-08-26 2000-08-22 用流化催化裂化热进料油过热雾化用水蒸汽 Pending CN1370215A (zh)

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