TW402580B - Device for injecting a hydrocarbon charge - Google Patents

Description

中文說明書修正頁(88年9月） ^ fit 充第85i丨W812来專利申請案 五、發明説明（5 ) 料。 參考接下來的附圖和音也f μ 霄例說明（但不限制於此），將會對 本發明的其他特點、細銘心 〒占細即和優點有更清楚的了解。 圖式簡單說明 圖圖1和1#1B是根據本發明之裝置的較佳具體縱向剖面 圖2是本發明另一個具體的縱向剖面圖。 1_±_真要元件之鉻躲 1代表封套， 2代表開口， 3代表主要（液體）進料管， 訂- 4代表第二管4， 5代表限制器5， " 6代表收歛區域6， 7代表文丘里管， 8代表出口， 9代表管口， 1 〇代表延伸部。 >· i 根據這些圖，一個延長形狀之外面封套丨，在它其中一 個末端的地方有一個開口2。一條主管線3通過開口，2並在 封套1内分成η條第二管線4。 :條弟一管線4最好在其内裝置一個限制器5使得通過 、的流體能均句分佈。再者’每—條第二管線4同軸攸 止於文丘里管7的進口處6’其特徵將在下面有詳細的敘 -8 - ΐ 紙張 (CNS)从祕 (210X297公釐） 經濟部中央標率局貝工消費合作社印袈 402580 A7 A7 -----_____ 五、發明説明（I ) 本發明特別是關於一種注射烴進入流體化床觸媒裂解反 應器之裝置，但不僅局限於注射烴。 流體化床觸媒裂解製程即是所謂的FCC製程，烴注射入 塔狀的反應器，其中觸媒懸浮在裡面並一直朝上流動（這 種反應器稱爲"上升型"）或一直朝下流動（這種反應器稱爲 "落下型"）。. 爲了更進一步的澄清，接下來的説明是以上升型反應器 爲例子，但在這方面受過訓練的人可以將其換到落下型的 反應器上，且用於本發明中之進料注射裝置可以應用至兩 種反應器3 在上升型中，再生的觸媒以一種熱、流體化狀態（介於 650和850°C之間）而充當成載氣，在注射進料烴區域下面 的地方送入反應器基部。進料是以液體的形式進入反應 器’其溫度通常介於8〇和350°C之間。 在進料注射區域和反應器塔頂之間，觸媒會將一部分能 量傳給進料使其蒸發並裂解成輕烴。這種效應使得氣體禮 積快速增加而將觸媒加速的送至反應器頂端，在這裡觸媒 可和經分離。烴和觸媒種的混合物在反應器出口達成—個 平衡溫度，其通常爲介於470和600°C之間。 在這些操作當中，一小部份的進料（通常介於3到12%重 量百分比之間）會在觸媒粒子上生成一種固體烴沈積或焦 炭’其會降低觸媒的活性並限制進料轉換成有價値的產 品。因此，將觸媒再傳回反應器做進一步的裂解循環前必 須先燃燒掉其上之焦炭。 本·氏張尺度適用中國园家標率（⑽）獨^ ( mx]97公瘦1 _ ' I,丨： ^ 丨裝；--Ί — ^--;-訂，--^-----旅 (請先閲讀背面之注意事項再本頁) A7 B7

專利申請案 40358Q 正頁(S8年9月） 五、發明説明（5a) 述。 文丘里管6的另外一端（或稱為文丘里管之出口 8)終止名 接近圓柱型封套1的出口處。 較佳的封套1之出口有一個特別形狀的管口 9，根據圖： 此管口 9之開口壁有一個角度α其大約介於则75度之間。 特別在FCC應用的例子上，裂解之進料是經由主管線3述 入而辅助氣體流體(通常是水蒸氣或其它可接受的氣體形 式）則經由開口 2注入。進料在铬 饤杜η條均裝有限制器5的第二 管線中分離。 根據附圖所提供的範例共使用四 a 常乐一管線。實際t， 裝配2至1〇個文丘里管的裝置是可以相 ‘、 ’公像的。具去士老 圖1的具體實例，如圖1A所示， 者根擄 、二_線的軸是屬發同一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -l-rtr 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 8a 一錄 CN /V 一準 I橾 一家 一國 -國I财 適

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例 射

40258Q 五、發明説明（2 沈積在觸媒上焦炭的大小通常和注射進料的重量成比 再者，最近的觸媒裂解發展顯示在裂解反應中進枓和觸 媒接觸的速度及均勻度是非常重要的因素，亦即進料注 進反應區域的噴霧及蒸發品質。 先前的研究中，已經有很多種注射烴進料於觸媒裂解反 應器之反應區域中系統。 美國專利A-4,097,243描述一種注射進料裝置，其包括— 種配置於圓錐筒末端的一連串管子，其可使進料分佈於所 有移動的觸媒種上。然而這種系統會使一部分的進料留在 反應壁上，而形成過多且有害的焦炭。 美國專利A-3,812,029描述一種特別的注射器，其可以將 進料變成細小的粒子；然而，這種注射器的液滴分佈並不 好，因此其烴的蒸發不良且有較多的焦炭。再者，當使用 較重的烴時，這種注射器通常會很快的阻塞。 專利EP-A-220,349描述一種特別的注射器，其有螺線而可 得到平均直徑大約小於350微米（35xl〇-5公尺）的液滴，這樣 至少可以部份的避免進料和反應區域壁的接觸。然而，在 注射器和觸媒種流之界面會有旋渦的形成，這會造成回混 現象的增加而不利正常製程的操作。 以高速且形成細小液滴的形式將進料注射入反應器的好 處在以前的發明已經有描述了（見美國專利2,891，〇〇〇和 2,994,659)。 本發明的目的在克服先前注射烴進料的缺點，特別是裂 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） I丨. . .丨裝， ΊΊ~~Γ訂--：-----旅 (請先閎讀背面之注意事項再本頁) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 402580 Δ7 Α7 ----- Β7 五、發明説明（3 ) 解重烴’並經由均勻、即時噴霧在反應區域形成細小液滴 以獲得烴和觸媒種之間最佳的接觸面積。 更特定的説，本發明可以比在相同的頸部通過截面積和 操作條件下之單頸文丘里注射器形成更小的液滴。 換句話説，本發明藉由增加注射器内氣相和液相接觸的 效率而改善一種文丘里式注射器之性能。 這種文丘里式注射器特別適合用在觸媒裂解製程之烴的 汪射，其最少包括，一個進料烴和喷霧氣體可低速進入的 混•合室、一個液相和氣相以同流向混合的收歛區域與一個 氣趙和液體均勻流1液體會噴霧形成細小液滴的發散區 域。此/主射器使用很低百分比的蒸氣將烴嘴霧成細小液 滴。 再者’本發明會形成較少的焦炭β 對於一個给定的液滴大小，本發明所用的蒸氣會比較 少。這操作成本的降低是使用者所了解的。 本發明的另外一項好處即是裝置的緊密性，在接下來所 引用的比較性數據會有更明確的説明。 因此，本發明爲關於一種觸媒裂解反應器之注射烴進料 裝置，其包括一個封套、一根主氣體進料管和一個輔助氣 態流禮之入口。 - 根據本發明，爲了讓進料能分佈均勻，進料管在封套裡 面是設計成分離的，且其至少分成兩個第二管線，每一個 第二管線均終止在文丘里式元件的上游處，且輔助氣態流 趙在文丘里官入口前之昆合室和進料混合。 本紙張尺度適用中固國宏棱壤ί CNS ) Α4规抵f，1 λ n-n Ml n Ml n I 裝 I ^ _r~ ~~ 訂 ； I I 1--^ (請先閲讀背面之注意i項再f本頁) 402580

的 更特定的說，文丘里式元件在封套内的配置是互相平行 根據本發明一個具體的實例，輔助流體入口的配置至少 和其中一條第二管線平行。 至少-條第二管線會符合其内通道截面積的限制。根據 本發明-個具體的實例，此文丘里式元件在其收飲區域是 延伸的。 爲了更有利益，封套可以設計—個開口的、位於流量計 下游處的Π型（刪thpieee)，其可將進料和輔助流趙之混合 物送至封套外的反應區域。 口型可設計成產生水平的噴射。 訂 更明確的説，口型開口的反應壁m個角度α，其 介於30到75度之間。 根據本發明的一個特點，文丘里式元件之收歛區域的角 .泉 度；I於10到45度之間而其發散區域的角度則介於2到14度 之間。 根據本發明裝置的第一具體實施例，每一個第二管線至 經潸部中央標準局負工消費合作社印装 少有一個孔，其終止於文丘里管上游處大體上同軸的方 向。 根據本發明裝置的第二具體實施例，每—個第二管線的 末端可以是封住並有很多孔或狹縫配置在其周圍，此設計 可將進料橫向的送至第二流體。這些孔或狹缝終止於文丘 里管的下游並將進料大體上以垂直的方向傳至第二流體。 根據本發明的裝置，其可以應用在觸媒裂解中重烴的進 本紙張尺度適财目1|丨料（⑽j彳娜⑺以滕7麓 中文說明書修正頁(88年9月） ^ fit 充第85i丨W812来專利申請案 五、發明説明（5 ) 料。 參考接下來的附圖和音也f μ 霄例說明（但不限制於此），將會對 本發明的其他特點、細銘心 〒占細即和優點有更清楚的了解。 圖式簡單說明 圖圖1和1#1B是根據本發明之裝置的較佳具體縱向剖面 圖2是本發明另一個具體的縱向剖面圖。 1_±_真要元件之鉻躲 1代表封套， 2代表開口， 3代表主要（液體）進料管， 訂- 4代表第二管4， 5代表限制器5， " 6代表收歛區域6， 7代表文丘里管， 8代表出口， 9代表管口， 1 〇代表延伸部。 >· i 根據這些圖，一個延長形狀之外面封套丨，在它其中一 個末端的地方有一個開口2。一條主管線3通過開口，2並在 封套1内分成η條第二管線4。 :條弟一管線4最好在其内裝置一個限制器5使得通過 、的流體能均句分佈。再者’每—條第二管線4同軸攸 止於文丘里管7的進口處6’其特徵將在下面有詳細的敘 -8 - ΐ 紙張 (CNS)从祕 (210X297公釐） A7 B7

專利申請案 40358Q 正頁(S8年9月） 五、發明説明（5a) 述。 文丘里管6的另外一端（或稱為文丘里管之出口 8)終止名 接近圓柱型封套1的出口處。 較佳的封套1之出口有一個特別形狀的管口 9，根據圖： 此管口 9之開口壁有一個角度α其大約介於则75度之間。 特別在FCC應用的例子上，裂解之進料是經由主管線3述 入而辅助氣體流體(通常是水蒸氣或其它可接受的氣體形 式）則經由開口 2注入。進料在铬 饤杜η條均裝有限制器5的第二 管線中分離。 根據附圖所提供的範例共使用四 a 常乐一管線。實際t， 裝配2至1〇個文丘里管的裝置是可以相 ‘、 ’公像的。具去士老 圖1的具體實例，如圖1A所示， 者根擄 、二_線的軸是屬發同一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -l-rtr 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 8a 一錄 CN /V 一準 I橾 一家 一國 -國I财 適

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4&258Q 五、發明説明（ 平面的。通常封套的形狀是相當平坦的。 第二管線4的末端可以是封住並有很多孔或狹缝配置在. 其周圍，此設計可將進料橫向的送至第二流禮。每一個第 二管線的制動器（圖上沒有畫出）可以是圓錐形的以促進兩 流體的混合。 分別和第一條第二管線4位於同一轴上的四個文丘里管 7，其進口 6有進料和輔助流體所形成的混合物（即從第二 管線4注入的進料和第二管線4周圍的流體）。 因此所形成的混合物在每一個文丘里管中被加速，這種 設計使得管線的液體斷成、細小的液滴，而形成接近即時的 噴霧作用。因此，本發明允許在每一個文丘里管上游處先 行混合，此乃因爲液體藉由和氣體流間的剪力效應而使得 液體氣體間之接觸更好所致》 更特定的説’文丘里管的收歛區域之角度大約介於1〇到 45度之間而發散區域之角度則介於2到1 4度之間》每一個 文丘里管出口處的直徑是可以經由計算而使得懸浮液的流 率介於20到150m/s，更好是介於5〇到l〇〇m/s之間。 每一個文丘里管在其收歛區域和發散區域間可以有一段 直的區域（頸），不過並沒有強制限制。 文丘里管縱軸所量到頸的長度1最好是介於其直徑D的〇 到5倍之間。 每一個發散區域的長度L可以根據單頸注射器的發散區 域長度來定義。因爲擁有的單頸注射器的每一個發散 區域長度L1會比擁有和多頸注射器相同通過截面積和的單 —Ί.--^-----裝--τ---„--訂--^-----泉 - - · (請先閲讀背面之注意事項再本頁) 經濟部中央揉準局負工消費合作社印裝 A7 B7 402580 五、發明説明（ 頸注射器之發散區域長度L2來的小β L2 L1的長度小於——»

VN 因爲L2的長度通常是頸直徑的〇到2〇倍，一個擁有4個孔 且總通過截面積和單頸注射器相同的多頸注射器之發散區 域長度L會比單頸注射器的發散區域長度來的小。 文丘里管的尺寸當然和進料及蒸氣的速度和流率有關。 根據進料的組成和使用的瘦程不同，進料注入的溫度大 約介於80°到250。之間。 通常進料進入反應器的流率是小於1〇,〇〇〇噸/天，平均大 約爲5,000噸/天。根據本發明，進料會分配到1至2〇個注射 器，最好是3至12個注射器。 用於本發明裝置幫助進料之噴霧的輔助氣態流體’其通 系疋水蒸氣或含較多氫或加氫之化合物的氣態流體。 舉例來説，假如使用水蒸氣，其可佔進料的丨至丨，最 好是2至6%。 經濟部中央橾準局負工消费合作社印袈 在又丘里管的頸部，混合物的流率通常介於2 〇〇〇到 10,000公斤/秒/平方公尺。 圏2所描述的一個本發明之具體實例和圖丨不同的是在於 其又丘里式7L件7的收歛區域6考·一個延伸部1〇。此延伸部 10經由第二管線4穿入混合室，這種設計對混合物有更好 的分離作用》 經由縱軸所測量的延伸部i 〇長度Lp最好比混合室長度L^ 的一半小。 本紙張尺度適财關家縣（CNS ) M胁（21GX297公 402580 -------五、發明説明（8 ) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 如前所述，本發明最好應用於觸媒裂解的進料烴，特別 是裂解重進料’其至少含有10%重量百分比沸點超過5〇yC 的進料，例如至少包含一部分來自大氣壓蒸餾塔塔底的進 料，無論有沒有經過氫化。 觸媒和固禮進料的比例是根據操作和裝置的總大小而 定，通常介於3至15左右，最好是介於4至8。 Lc爲沿著注射器縱軸所量得的收飲區域長度，第二管線 4可以終止於其内、其最大截面處或收歛區域6外離其最 大截面處最遠Lc/2的距離。 進料和觸媒在注射器之注射區域内接觸的位置和方向可 以是同流向或反流向循環的。法國專利FR 2,585,〇3〇顯示一 種進料和觸媒反流向循環之觸媒裂解方法和裝置，而法國 專利FR 2,644,795則揭示一種同流向的循環。 本發明可應用於任何一種流向之操作。 舉例來説，根據籌劃的容量，使用本發明之注射器的觸 媒裂解反應器其直徑介於30公分至2公尺之間。 根據本發明之裝置，其特別適合操作於有觸媒種密度介 於1000公斤/立方公尺到2_公斤/立方公尺的反應器，且 再生觸媒的溫度介於600到900eC之間。 適用於本發明所關連之製程的觸媒包括，擁有高裂解活 性的結晶之銘矽酸鹽形式和特定的矽氧_馨土形式、矽氧· 錢氧形式或矽氧-锆形式之裂解觸嫫。 听』蛛結晶足鋁矽酸鹽可 以是自然的狀態或經由合成得到，在 在化万面有經驗的人都 知道。它們可以選自合成沸石或黏土， 上例如，八面沸石特 11- (請先閲讀背面之注意事項再•本頁) - · τ訂 東 ‘紙張尺度ϋ用中國國家標率（CNS ) A4祕（210X297公楚）— A7 B7 408580 五、發明説明（ 定的絲光沸石、蒙脱石、橋接的黏土、磷酸鋁、或其他類 似的東西。 爲了和單頸注射器做一個比較，下面提供兩個實例。第 一個實例（實例1 )顯示本發明改善液滴的大小，而第二個 實例顯示本發明較低的氣體消耗。 (請先閲讀背面之注意事項再^^本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 實例1 :兩種注射器性能比較 單頸文丘里注射器 多頸文丘里注射器 文丘里管直徑（公厘） 48 24 文丘里管數目 1 4 頸部氣體流率 (公斤/秒/平方公尺） 250 250 頸部液體流率 (公斤/秒/平方公尺） 5000 5000 平均液滴直徑 d 0.85d (Sauter之直徑） -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 29"7公釐） A7 B7 經濟部中央橾準局員工消費合作社印策 402580 五、發明説明（10) 實例2 :兩種注射器氣體消耗比較 單頸文丘里注射器 多頸文丘里注射器 文丘里管直徑（公厘） 48 24 文丘里管數目 1 4 頸部氣體流率 (公斤/秒/平方公尺） 250 175 頸部液體流率 (公斤/秒/平方公尺） 5000 5000 平均液滴直徑 d d (Sauter之直徑） (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 訂 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 六 Ά 專 一 一 — 工· 一種用以注射烴進料至觸媒裂解反應器中之裝置，其 特別包括一個封套（1)、一根主進料管（3)和—個辅助氣 態流體用之入口管（2)，其特徵在於該進料管（3)係在封 套（1)内部被分成至少兩個第二管線（4)，其係經設計以 使該進料均勻分佈，各第二管線⑷均終止在文丘里型 兀件您上游，且辅助氣態流體係.在該文丘里管⑺入口 處之混合室和進料混合。 2·根據申請專利範園第1項之裝置，其中文丘里型元件 (7)係互相平行配置於封套⑴中。 3·根據申請專利範圍第1或2項之裝置，其中輔助流體之 入口管（2)係和至少一根該第二管線⑷平行配置。 4·根據申請專利範園第】或2項之裝置，其中至少一根該 第二管線（4)内部裝有通過截面之限制器（5)。 - 5.根據申請專利範圍第項之裝置，其中文丘里型元 件⑺在其收歛區域⑹有一個延伸部（1〇)。 根據申请專利範圍第5項之裝置，其中該延伸部（1〇)的 長度Lp(從注射器縱軸測量）係低於混合室長度Lm的一 半。 經濟部4-央揉準局貝工消费合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) * j— I · 7-根據申請專利範圍第1或2項之裝置，其中封套⑴有一 個g 口（9) ’其開口位於該文丘里管⑺的下游，並經設 計以使進料和輔助流體導向封套外之反應區域。 δ-根據申請專利範圍第7項之裝置，其中管口（9)係經安 排以產生一個平坦的喷射。 9.根據申請專利範圍第7項之裝置，其中管口（9)之開口 本紙張幻t適準（⑽)α4 2ί〇χ297公釐) 六 Ά 專 一 一 — 工· 一種用以注射烴進料至觸媒裂解反應器中之裝置，其 特別包括一個封套（1)、一根主進料管（3)和—個辅助氣 態流體用之入口管（2)，其特徵在於該進料管（3)係在封 套（1)内部被分成至少兩個第二管線（4)，其係經設計以 使該進料均勻分佈，各第二管線⑷均終止在文丘里型 兀件您上游，且辅助氣態流體係.在該文丘里管⑺入口 處之混合室和進料混合。 2·根據申請專利範園第1項之裝置，其中文丘里型元件 (7)係互相平行配置於封套⑴中。 3·根據申請專利範圍第1或2項之裝置，其中輔助流體之 入口管（2)係和至少一根該第二管線⑷平行配置。 4·根據申請專利範園第】或2項之裝置，其中至少一根該 第二管線（4)内部裝有通過截面之限制器（5)。 - 5.根據申請專利範圍第項之裝置，其中文丘里型元 件⑺在其收歛區域⑹有一個延伸部（1〇)。 根據申请專利範圍第5項之裝置，其中該延伸部（1〇)的 長度Lp(從注射器縱軸測量）係低於混合室長度Lm的一 半。 經濟部4-央揉準局貝工消费合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) * j— I · 7-根據申請專利範圍第1或2項之裝置，其中封套⑴有一 個g 口（9) ’其開口位於該文丘里管⑺的下游，並經設 計以使進料和輔助流體導向封套外之反應區域。 δ-根據申請專利範圍第7項之裝置，其中管口（9)係經安 排以產生一個平坦的喷射。 9.根據申請專利範圍第7項之裝置，其中管口（9)之開口 本紙張幻t適準（⑽)α4 2ί〇χ297公釐) 402580 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 壁，係界定一個約30與75度間之角α。 10·根據申請專利範圍第1或2項之裝置，其中文丘里型元 件⑺有一個具10與45度間角度之收歛區域⑹與一個具 2與14度間角度之發散區域。 11_根據申請專利範圍第丨或2項之裝置，其中具有四根第 二管線（4) β 12·根據申請專利範圍第i或2項之裝置，其中第二管線（4) 之轴是屬於同一平面。 13. 根據申請專利範圍第1或2項之裝置，其中各第—管線 (4)具有至少一個孔，且該孔係終止於文丘里管之上 游，並實質上和該文丘里管(7)同袖。 14. 根據申請專利範圍第1或2項之裳置，其中表μ _ 、 +弟二管線 (4)有很多孔或狹缝經配置在其周圍，並細也 ,, 、"工Β又叶以將進 料橫向地帶至第二流體流動中，該孔或狹縫係故止、 文丘里管（7)的上游。 、 ' 15. 根據申請專利範圍第1或2項之裝置，其用认^ 、π % |烴進 之觸媒裂解。 (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁} k.— 、1T 經濟部中央標準局貝工消費合作社印¾. 準 標 家 國 國 中 用 逋 I釐 公 7 9 2