CN1894362A - 进料喷嘴组件 - Google Patents

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Abstract

一种进料喷嘴组件，用于把气体和液态烃滴的混合物以大致片状射流的形式引入到容器中，该进料喷嘴组件包括：喷嘴本体，在其上游部分处设有把气体供给到所述喷嘴本体的装置和把液态烃供给到所述喷嘴本体的装置，并且在下游端处设有封闭的出口端，该出口端设有细长开口，其中在开口中定位一插入件，从而产生用于气体和液滴的混合物的排出的连续环状开口。

Description

进料喷嘴组件
技术领域
本发明涉及一种用来把气体和液态烃的混合物以大致片状射流的形式引入到容器中的进料喷嘴组件。
背景技术
为了控制在立管中的反应时间，烃进料和催化剂的单一接触区在流体催化裂化(FCC)过程中很重要。而且，希望液态烃进料和热的再生催化剂快速混合，以使进料汽化。专利文献US-A-5306418中的进料喷嘴组件通过使喷嘴组件从立管反应器的周边插入(在工业中称作侧进入)，并经在喷嘴组件的出口端处的单个狭缝开口排出单一片状射流，实现这些目的。
专利文献US-A-5673859描述了用于类似侧进入应用的几种进料喷嘴组件，一种组件具有两个汇聚狭缝，另一种具有两个平行狭缝，及另一种具有用来排出气体和烃液体的混合物的两个发散狭缝。在US-A-5673859中描述的是，带有两个排出狭缝的这些喷嘴组件与带有单个狭缝开口的喷嘴组件(如US-A-5306418)相比，具有提供与催化剂更好接触的优点。
专利文献US-A-5794857和US-A-6012652进一步描述了用于侧进入应用的在喷嘴的出口端处具有多个狭缝开口的喷嘴组件的不同变化。
专利文献US-A-6387247描述了一种用来从FCC立管反应器的底部插入喷嘴的进料喷嘴组件，在工业中称作底部进入。从这样一种进料喷嘴排出的射流具有空心锥的形式。如果这种喷嘴应用于侧进入喷嘴构造，则它不能实现烃进料和催化剂的单一接触区，这是因为排出是空心锥形射流。
尽管普遍理解，用于侧进入应用的具有多个出口狭缝的进料喷嘴组件(如US-A-5673859)与具有单个出口狭缝的进料喷嘴组件(如US-A-5306418)相比，具有提供更好的进给接触的优点，但前者的主要缺点在于，由于可能在相邻的片状射流之间的真空效应，FCC催化剂颗粒以高速穿过多个狭缝开口之间的间隙运动，因此穿过这些间隙可能发生侵蚀。
本发明的一个目的在于制造一种进料喷嘴组件，该进料喷嘴组件具有带有片状射流的单一接触区的有利操作性能。另一个目的在于为进料喷嘴组件提供良好的进给接触(如例如在具有多个狭缝的US-A-5794857中描述的喷嘴)但不易侵蚀。
发明内容
这些目的借助于如下进料喷嘴组件实现。一种进料喷嘴组件，用于把气体和液态烃滴的混合物以大致片状射流的形式引入到容器中，该进料喷嘴组件包括：喷嘴本体，在其上游部分处设有供给气体的装置和把液态烃供给到所述喷嘴本体的装置，并且在下游端处设有出口端，该出口端设有细长开口，其中在开口中定位一细长插入件，从而生成用于气体和液滴的混合物的排出的连续环状开口。
申请人已经发现，当使用根据本发明的进料喷嘴时，产生均匀、大致片状射流，提供单层接触，并且该进料喷嘴不易侵蚀。
本发明还涉及一种设有以上进料喷嘴作为侧进入进料喷嘴的反应器立管、和反应器进料喷嘴组件在其中催化剂和液态烃接触的过程中的使用。
本发明还涉及一种设有以上进料喷嘴作为底部进入进料喷嘴的反应器立管、和反应器进料喷嘴组件在其中催化剂和液态烃接触的过程中的使用。
附图说明
图1是沿纵向轴线得到的本发明的剖视图。
图2是图1的喷嘴的放大视图。
图3是沿图1的基准线3-3得到的剖视图。
图4A是第一喷嘴末端的平面图。
图4B是沿图4A的基准线4C-4C得到的第一喷嘴末端的剖视图。
图5A是沿图5B中的基准线5A-5A得到的第二(进料)喷嘴末端的剖视图。
图5B是第二喷嘴末端的平面图。
图5C是沿图5B中的基准线5C-5C得到的第二喷嘴末端的剖视图。
图6在一个实施例中描绘在一种侧进入立管反应器构造中的本发明的喷嘴的侧剖视图。
具体实施方式
尽管用于侧进入应用的具有多个出口狭缝的进料喷嘴组件(如US-A-5673859)与具有单个出口狭缝的进料喷嘴组件(如US-A-5306418)相比，具有提供更好的进给接触的优点，但前者的主要缺点在于，在某些情况下可能发生对于喷嘴出口端的侵蚀。本申请人相信，具有多个狭缝的、如在US-A-5794857和US-A-5673859中所公开的现有技术进料喷嘴的缺点在于，由于可能在相邻的片状射流之间的真空效应，FCC催化剂颗粒以高速穿过多个狭缝开口之间的间隙运动，因此穿过这些间隙可能发生侵蚀。本申请人相信，由于同一真空效应，催化剂被抽入这个间隙，从而引起相邻片状射流的会聚。
本申请人还相信，本发明可实现以下目标，即保持用于侧进入应用的、具有用来提供更好进给接触的多个出口狭缝的进料喷嘴组件的优点，同时通过使用根据本发明的新设计避免可能的侵蚀问题。
本发明的一个优选实施例是使进料喷嘴组件在出口端处带有环状开口，该环状开口是连续的开口。代替具有两个分离的细长狭缝开口以及在它们之间的易受催化剂侵袭的间隙(如US-A-5673859)，本发明具有把两个细长狭缝的端部与两个半环形狭缝相连接的出口开口，从而形成连续的环形狭缝并因而封闭在两个细长狭缝之间的易于受催化剂侵袭的间隙。
为了实现这样一种连续环形狭缝，将一插入件定位在所述细长开口中。该插入件优选地固定到喷嘴本体中的一上游位置。尽管各附图示出了具有单一环形狭缝的喷嘴出口，但本发明也覆盖多种变化，如把多个插入件定位到细长开口中以形成多个环状开口。
细长开口优选地是细长的，从而大致平行的片状射流从环状开口的两个细长段发射。更优选地，细长开口由其最大长度l和其最大宽度h限定，其中长度l沿进料喷嘴本体的封闭端部的选择性弯曲表面测得。l/h的比值优选地大于1.5，更优选地大于2，甚至优选地大于3。l/h的比值优选地小于20，更优选地小于10。
当细长开口的宽度h具有10mm、更优选地15mm、甚至更优选地20mm及最优选地30mm的优选下限时，得到甚至更耐侵蚀的开口。细长开口的宽度h具有优选地200mm、更优选地150mm、甚至更优选地120mm及最优选地80mm的优选上限。为了得到更耐侵蚀的进料喷嘴，在喷嘴本体的下游端的细长狭缝位置处，优选使用在5和100mm之间的壁厚，更优选地使用在5和40mm之间的壁厚。
优选地喷嘴本体的出口端是拱形的，因为这实现从环状开口发射更加均匀分布的片状射流。
根据本发明的进料喷嘴将优选地设有形成气体和液态烃滴的混合物的装置，也称作雾化装置。这种雾化装置可以是例如在EP-A-717095中所描述的。优选地，进料喷嘴如下面所描述，其中雾化装置由环状开口的专门设计和供给气体和液态烃的装置实现。这样一种优选进料喷嘴具有喷嘴本体，该喷嘴本体包括：
(a)大致圆筒形内管，所述内管限定在其上游端处流体连接到供给气体的装置上的气体管、和一拱形下游端，该拱形出口端设有一个或多个气体出口开口；
(b)环形液态烃管，所述液态烃管由内管的外表面和喷嘴本体的内表面限定，该液态烃管在其上游端处流体连接到供给液态烃的装置上；
(c)其中气体管的气体出口开口大致与在喷嘴本体的拱形端中的环状开口对准；及其中
(d)定位在喷嘴本体的细长开口中的插入件固定到气体管的拱形下游端上。
进料喷嘴具有在US-A-5794857中更详细描述的用于喷嘴本体和内管的尺寸和设计，该对比文件被结合在此以供参考。
优选地内管的下游端是拱形的。这个下游端设有一个或多个气体出口开口。气体出口开口优选地是单排或多排孔。穿过这些孔的优选是蒸汽的气体将流入穿过外重石油烃管的重石油烃中。这产生了具有在从所述孔发射的气体的方向上的速度的蒸汽和重石油烃的混合物。因为在气体管中的开口大致与在喷嘴本体中的环状开口对准，所以烃和气体的混合物指向环状开口。由于烃和气体的压力，导致烃的精细雾化。
典型地，在内部气体管的封闭端中的开口将由至少一排小孔构成，数量从约7至约50并且直径在从约十六分之一英寸至约八分之三英寸的尺寸范围内，这些小孔与在喷嘴本体中的每个对应环状开口共线。由内管的典型大致半球形或半椭球形出口端的大致球心或椭球心通过开口排的长度形成的角度优选地从45°至120°。
在用来催化裂化重石油烃的过程中，重石油烃被预加热、与蒸汽混合、及进给到催化裂化反应器立管中。重石油烃然后与裂化催化剂接触以产生轻质烃，并且消耗覆盖薄焦炭层的催化剂。从反应器除去轻质烃。用过的覆盖薄焦炭层的催化剂通到再生容器。然后从用过的催化剂烧掉至少一部分焦炭。这就生成热的再生催化剂。
蒸汽穿过大致圆筒形内部蒸汽管进入重石油烃中。通过蒸汽气泡穿过烃混合物喷射，导致精细两相混合物的形成。蒸汽和重石油烃的精细两相混合物通过进料喷嘴出口进入到催化裂化反应器中，从而导致精细雾化。
图1描述本发明一个实施例的侧剖视图。进料喷嘴组件100包括内部蒸汽管105和外部环形油(或液体)管115。内部蒸汽(或气体)管105具有进口端120和出口端130。外部环形油管115具有进口端125和出口端135。
第一喷嘴末端140在其进口端处附加到内部蒸汽管105的出口端130上。与其进口端相对的第一喷嘴末端140的出口端大致是半球形或半椭球形出口端。第一喷嘴末端140的出口端在一个实施例中具有用于蒸汽通过的多个通道145的环形排。
第二喷嘴末端150在其进口端处附加到外部环形油管115的出口端135上。与其进口端相对的第二喷嘴末端150的端部优选地是大致半球形或半椭球形出口端。第二喷嘴末端150的出口端设有细长开口154。
图2表示在一个实施例中的放大视图，描绘第一和第二喷嘴末端。这些元件的编号与在图1中使用的相同。在这个附图中，插入件155表示在开口154中。插入件155借助于桥接部分156固定到内部管105上。
图3是沿进料喷嘴组件的一个实施例的图1的基准线3-3得到的剖视图。内部蒸汽管105在外部环形油管115内由间隔柱310对中。
图4A是第一喷嘴末端的平面图。图4B是沿图4A中的基准线4C-4C得到的第一喷嘴末端的剖视图。第一喷嘴末端140与通道145的环形排一起描绘。
图5A是沿图5B中的基准线5A-5A得到的第二(进料)喷嘴末端的剖视图。图5B是第二喷嘴末端的平面图。在图5B中，从上方表示细长开口154和插入件155。清晰地示出，用于气体和液体通过的生成开口是连续的环状开口并且没有被从插入件到第二喷嘴末端150的任何桥接件中断。图5A和图5B表示如何沿进料喷嘴本体的封闭端的选择弯曲表面测量细长开口154的长度l和宽度h。尽管图5B表示具有单一环形狭缝的喷嘴出口，但本发明也覆盖多种变化，如把多个插入件定位到细长开口中以形成多个环状开口。
图5C是沿图5B中的基准线5C-5C得到的第二喷嘴末端的剖视图。在图5C中，没有表示连接桥接部分156。
图6在一个实施例中描绘在一种侧进入立管反应器构造中的本发明的喷嘴的侧剖视图。在蒸汽(未表示)和烃进料喷嘴中的出口开口的角度表示成在蒸汽和烃管的纵向轴线下面。这种喷嘴组件的一个好处在于，通过独立地调节这个角度可实现进料和催化剂的最佳混合。喷射角和管轴线之间的差可在从+45°至-45°、并且更优选地从+30°至-30°的范围内。
本发明的一种应用是，喷嘴本体典型地水平地或对角地定向到立管反应器中，其中喷嘴本体将典型地以在竖直和水平之间的一个方位穿过立管反应器的壁突出。
在本发明的另一种应用中，喷嘴本体穿过立管反应器的底部壁突出，并且典型地竖直定向到立管反应器中，其中喷嘴本体将典型地具有偏轴线喷射，如图6中所示。在这样一个实施例中，优选地布置根据本发明的多于一个、更优选地2与12个之间的进料喷嘴。优选地，这样的喷嘴布置成，从所述喷嘴发射的相应片状射流彼此会聚，以便在反应器立管中实现烃滴的均匀分布。

Claims (11)

1.一种进料喷嘴组件，用于把气体和液态烃滴的混合物以大致片状射流的形式引入到容器中，该进料喷嘴组件包括：喷嘴本体，在其上游部分处设有把气体供给到所述喷嘴本体的装置和把液态烃供给到所述喷嘴本体的装置，并且在下游端处设有封闭的出口端，该出口端设有细长开口，其中在所述开口中定位一插入件，从而产生用于气体和液滴的混合物的排出的连续环状开口。
2.根据权利要求1所述的进料喷嘴，其中，所述插入件固定在喷嘴本体中的一上游位置。
3.根据权利要求1-2任一项所述的进料喷嘴，其中，在所述喷嘴本体中存在雾化装置。
4.根据权利要求1-3任一项所述的进料喷嘴，其中，所述细长开口由其最大长度l和其最大宽度h限定，并且其中l/h的比值在1.5和20之间。
5.根据权利要求1-4任一项所述的进料喷嘴，其中，所述环状开口的宽度具有10mm、优选地15mm的下限和200mm、优选地120mm的上限。
6.根据权利要求5所述的进料喷嘴，其中，在所述喷嘴本体的下游端的细长狭缝位置处的壁厚在5和100mm之间，优选地在5和40mm之间。
7.根据权利要求1-6任一项所述的进料喷嘴，其中，所述喷嘴本体的出口端是拱形。
8.根据权利要求7所述的进料喷嘴，其中，所述喷嘴本体包括：
(a)大致圆筒形内管，所述内管限定在其上游端处流体连接到供给气体的装置上的气体管、和拱形下游端，该拱形出口端设有至少一个气体出口开口；
(b)环形液态烃管，所述液态烃管由所述内管的外表面和所述喷嘴本体的内表面限定，该液态烃管在其上游端流体连接到供给液态烃的装置上，并且从一拱形下游端排出液态烃，该拱形出口端设有细长开口，其中在所述细长开口中定位一插入件，从而形成连续的环状开口；
(c)其中所述气体管的气体出口开口大致与在喷嘴本体的拱形端中的环状开口对准；及其中
(d)定位在所述喷嘴本体的细长开口中的所述插入件被固定到所述气体管拱形下游端上。
9.一种反应器立管，在其上游端处设有用于热的再生催化剂颗粒的进口，并且在所述进口下游的一定距离处设有至少一个根据权利要求1-8任一项所述的侧进入进料喷嘴，并且在所述进料喷嘴位置的下游设有一反应区。
10.根据权利要求9所述的反应器立管，其中，沿进料喷嘴的细长开口的最大长度l延伸的轴线被设定为大致水平。
11.一种在根据权利要求9-10任一项所述的细长竖直定位的反应器立管中把催化剂颗粒的运动流与液态烃反应物相接触的方法，其中使用进料喷嘴引入气体和液态烃滴的混合物，作为大致片状射流，使得在片状射流和喷嘴本体的轴线之间的角度在+45°和-45°之间。
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