專(zhuān)利名稱(chēng)：包括fcc原料油霧化的fcc方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液體霧化方法和裝置，即與需要高的流體生產(chǎn)量和低壓降的流化催化裂化(FCC)方法一起使用的裝置和方法。該方法包括形成熱原料油和分散氣體例如蒸汽的兩相流體混合物，把該流體混合物分成兩個(gè)分離的物流，在壓力下，該兩個(gè)分離的物流通過(guò)一個(gè)碰撞混合區(qū)、一個(gè)剪切混合區(qū)，再混合這兩個(gè)物流成為一個(gè)單一的物流，該單一物流通到一個(gè)低壓霧化區(qū)，在該低壓霧化區(qū)發(fā)生霧化，形成霧化液滴的噴霧。
在高流速的情況下增加比較粘稠流體的霧化程度是特別有競(jìng)爭(zhēng)力的，特別是對(duì)于可以用于FCC方法的重石油原料。FCC方法廣泛用于石油煉制工業(yè)，主要為了轉(zhuǎn)化高沸點(diǎn)石油為較有價(jià)值的低沸點(diǎn)產(chǎn)物，包括汽油和中間餾分油例如煤油、噴氣燃料和柴油，和取暖用油。
在FCC方法中，通常預(yù)熱的原料與促進(jìn)霧化的流體例如蒸汽混合，以促進(jìn)原料霧化。該霧化的原料與通過(guò)包括FCC反應(yīng)區(qū)向上流動(dòng)的顆粒熱裂化催化劑接觸。在該反應(yīng)區(qū)中，較小的原料油液滴尺寸導(dǎo)致更多的原料轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的產(chǎn)物，特別是加入重質(zhì)進(jìn)料，例如渣油到FCC原料中。在某些情況下，不接觸上升的催化劑顆粒的進(jìn)料主要熱裂化為甲烷和焦炭-一般為不合乎要求的產(chǎn)物。因此，不斷的努力試圖尋找經(jīng)濟(jì)可行的方法以減小霧化油的液滴尺寸，優(yōu)選沒(méi)有通過(guò)霧化器或噴嘴的不可接受的高壓降，和/或沒(méi)有增加蒸汽或其它霧化促進(jìn)劑的量。這些努力的例子公開(kāi)在US 5289976和5173175中，其中公開(kāi)的平均原料液滴尺寸約為400-1000微米。仍需要對(duì)用于FCC方法的重油原料和用于其它方法的其它流體進(jìn)行細(xì)霧化。如果霧化液滴的尺寸可以減少到小于300微米的話會(huì)是特別有利的。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案包括液體霧化裝置，該裝置包括一個(gè)主體，該主體包括至少一個(gè)流體入口、至少一個(gè)流體出口和一個(gè)在入口和出口之間延伸的流體通路。該通路確定碰撞混合區(qū)和碰撞混合區(qū)下游的剪切混合區(qū)。該通路也確定至少一個(gè)構(gòu)成基本上垂直于該主體縱軸延伸的碰撞表面。該碰撞表面使通過(guò)該通路的一部分流動(dòng)的流體呈放射狀向內(nèi)流動(dòng)(以垂直于總的流動(dòng)方向的方向)。該剪切混合區(qū)有一個(gè)由第一尺度和第二尺度定義的橫截面積，其中，第一尺度沿縱軸以朝向流體出口的方向通過(guò)主體而減小。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案包括一個(gè)形成噴霧液滴的方法，該方法包括如下步驟(a)形成包括氣相和液相的兩相流體的至少兩個(gè)物流；(b)使這些物流通到一個(gè)碰撞混合區(qū)，其中，每一物流的至少一部分與另一物流的至少一部分碰撞，并且其中碰撞物流之間的夾角約為170°-190°，以形成單一混合物流；(c)使該單一混合物流通到一個(gè)剪切混合區(qū)，并施于該單一混合物流以剪切混合力，以形成剪切混合物流；和(d)使該剪切混合物流通到霧化區(qū)，其中，氣相膨脹，并增加液相的表面積，由此產(chǎn)生液體進(jìn)料液滴的噴霧。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案包括一個(gè)形成噴霧液滴的方法，該方法包括如下步驟(a)形成包括氣相和液相的兩相流體的至少兩個(gè)物流；(b)使這些物流通到一個(gè)碰撞混合區(qū)，其中，每一物流的至少一部分與另一物流的至少一部分碰撞，并且其中碰撞物流之間的夾角約為120°-240°，以形成單一混合物流；(c)施于該單一混合物流以剪切混合力，以形成剪切混合物流；(d)使氣相在該剪切混合物流中膨脹，由此產(chǎn)生液體進(jìn)料液滴的噴霧。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案包括一個(gè)催化裂化方法，該方法包括如下步驟(a)形成包括氣相和液相的兩相流體的至少兩個(gè)物流，其中液相包括FCC進(jìn)料；(b)使這些物流通到一個(gè)碰撞混合區(qū)，其中，每一物流的至少一部分與另一物流的至少一部分碰撞，并且其中碰撞物流之間的夾角約為120°-240°，以形成單一混合物流；(c)使該單一混合物流通到一個(gè)剪切混合區(qū)，并施于該單一混合物流以剪切混合力，以形成剪切混合物流；(d)使該剪切混合物流通到霧化區(qū)，其中，氣相膨脹，并增加液相的表面積，由此產(chǎn)生液體進(jìn)料液滴的噴霧；(e)使該液體進(jìn)料液滴的噴霧通到FCC反應(yīng)區(qū)；和(f)在催化裂化條件下，液體進(jìn)料液滴與催化裂化催化劑接觸。在一個(gè)實(shí)施方案中，碰撞區(qū)和剪切區(qū)都包含在本文所述的噴嘴的實(shí)施方案中。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案包括一個(gè)催化裂化方法，該方法包括如下步驟(a)形成包括氣相和液相的兩相流體的多個(gè)物流，該液相包括FCC進(jìn)料；(b)每一物流的至少一部分與另一物流的至少一部分碰撞，形成單一混合物流，其中，碰撞物流之間的夾角約為170°-190°；(c)施于該單一混合物流以剪切混合力，由此形成剪切混合物流；(d)在該剪切混合物流中氣相膨脹，由此產(chǎn)生液體進(jìn)料液滴的噴霧；和(e)在催化裂化條件下，液體進(jìn)料液滴與催化裂化催化劑接觸。
在本發(fā)明的每一個(gè)方法和/或裝置中，碰撞物流之間的夾角優(yōu)選約為175°-180°，最優(yōu)選約為180°。
圖2(a)說(shuō)明噴嘴的另一個(gè)實(shí)施方案的截面?zhèn)纫晥D。圖2(b)說(shuō)明面向噴嘴的流體出口的圖2(a)所示的實(shí)施方案的軸向上游視圖。圖2(c)說(shuō)明圖2(a)所示的實(shí)施方案和加入一個(gè)噴霧分配器實(shí)施方案的頂截面視圖。圖2(d)是可以用于構(gòu)成圖2(a)所示實(shí)施方案的小板的實(shí)施方案。為了清楚起見(jiàn)，在圖2(a)和2(c)中沒(méi)有示出該流體通道內(nèi)小板的排列情況。
圖3(a)說(shuō)明面向噴嘴流體入口的另一個(gè)噴嘴實(shí)施方案的軸向下游視圖。圖3(b)說(shuō)明沿3(b)-3(b)軸截取的圖3(a)所示的實(shí)施方案的截面?zhèn)纫晥D。圖3(c)說(shuō)明面向噴嘴流體出口的圖3(a)所示的實(shí)施方案的軸向上游視圖。圖3(d)說(shuō)明沿圖3(c)所示的3(d)-3(d)軸截取的圖3(a)所示的實(shí)施方案的頂截面視圖。
圖4(a)說(shuō)明噴嘴的另一個(gè)實(shí)施方案的截面?zhèn)纫晥D。圖4(b)說(shuō)明面向噴嘴的流體出口的圖4(a)所示的實(shí)施方案的軸向上游視圖。圖4(c)說(shuō)明圖4(a)所示的實(shí)施方案和加入另一個(gè)噴霧分配器的實(shí)施方案的頂截面視圖。
圖5是一個(gè)與供給噴嘴原料的流體導(dǎo)管進(jìn)行流體傳遞的噴嘴(和噴霧分配器)的截面視圖。
圖6(a)說(shuō)明面向噴嘴流體入口的另一個(gè)噴嘴實(shí)施方案的軸向下游視圖。圖6(b)說(shuō)明沿圖6(a)所示的6(b)-6(b)軸截取的圖6(a)所示的實(shí)施方案的截面?zhèn)纫晥D。圖6(c)說(shuō)明沿圖6(a)所示的6(c)-6(c)軸截取的圖6(a)所示的實(shí)施方案的截面?zhèn)纫晥D。
圖7說(shuō)明使用噴嘴的實(shí)施方案FCC進(jìn)料注入裝置的截面視圖。
圖8說(shuō)明可以加入一個(gè)噴嘴的實(shí)施方案或方法的FCC方法。
發(fā)明詳述作為在此所用的，流體流經(jīng)的面積或區(qū)域的橫截面積應(yīng)該是垂直于圖中所示的X-軸的面積，并且是由在Y-軸和Z-軸的尺度確定的面積。作為在此所用的，“沿”一個(gè)軸的意思應(yīng)該是沿軸或基本上平行于圖中所示的軸。作為在此所用的，噴嘴主體或流體通道的縱軸是沿X-軸或所有流體流過(guò)噴嘴的軸。
進(jìn)入到噴嘴10的兩相流體可以是連續(xù)氣體或連續(xù)液體，或者其可以是一種多泡的泡沫，如果一相或兩相是連續(xù)的話，其中其確實(shí)是不知道的。參考一種開(kāi)孔泡沫材料和閉孔泡沫材料可以進(jìn)一步對(duì)其加以理解。泡沫材料的空氣與固體的體積比一般為1∶1。開(kāi)孔泡沫材料是氣體(空氣)和固體連續(xù)的，而閉孔泡沫材料是固體連續(xù)的，并且含有不連續(xù)(分散的)氣孔。在開(kāi)孔泡沫材料中，該固體包括膜和線(例如可以以?xún)上鄽?液泡沫存在)。在閉孔泡沫材料中，該氣體可以包括在固體中不連續(xù)分散的氣體小球。某些泡沫材料在二者之間，就象是包括氣相和液相的某些兩相流體。
不可能有氣體連續(xù)的泡沫材料，也不可能有固體連續(xù)的泡沫材料，但是可能有僅僅是氣體連續(xù)的兩相氣液流體。因此，當(dāng)流體進(jìn)入并通過(guò)本發(fā)明的混合噴嘴時(shí)，流體的顆粒結(jié)構(gòu)不可能總被確實(shí)知道。在進(jìn)入噴嘴的流體中必須存在足夠氣體，以便碰撞和剪切混合以增加液相的表面積。其反映出來(lái)的是在霧化之前或霧化當(dāng)中，(i)減少任意液體膜的厚度，(ii)減少任意液體小河的厚度和/或長(zhǎng)度，和(iii)減少流體中任意液體小滴的尺寸。在實(shí)踐中，在噴嘴10和通過(guò)一個(gè)或多個(gè)孔板的碰撞和剪切混合將僅對(duì)包括氣相和液相的兩相流體產(chǎn)生。
優(yōu)選的是，為了充分的剪切混合，按體積計(jì)，流體包括大部分氣體(氣體與液體的體積比至少2∶1)。通過(guò)噴嘴10的單一相流體(例如液體)，其動(dòng)能將直接隨著通過(guò)噴嘴的壓降成比例地增加。關(guān)于兩相流體，相對(duì)于液相的速度，氣體的速度增加，(i)在碰撞混合區(qū)22，(ii)在剪切混合區(qū)24，和(iii)當(dāng)該流體通過(guò)比流體入口14a的流體導(dǎo)管上游的截面積小的截面積的孔板(減壓孔板)時(shí)。
氣相和液相之間的速度差別導(dǎo)致液體的線化作用，特別是關(guān)于粘稠液體，例如熱FCC原料油。線化的意思是該液體形成加長(zhǎng)的小滴或小河。在剪切混合的過(guò)程中速度差別減小。因此，兩相流體通過(guò)降壓孔板或在碰撞混合區(qū)22混合時(shí)，產(chǎn)生氣體和液體的速度差別，該差別導(dǎo)致氣體中的液體的線化和/或液體的分散，這是由于液體被剪切成加長(zhǎng)的線和/或分散的液滴。當(dāng)該流體進(jìn)入孔板10的流體入口14a(開(kāi)口26，26’)并通過(guò)一個(gè)或多個(gè)位于流體通路14中的霧化孔板時(shí)，發(fā)生流體的附加剪切。該附加的剪切使得霧化噴霧中的最終液體液滴的尺寸減小。優(yōu)選的是，噴嘴出口14b(孔板30)的橫截面積小于流體開(kāi)口26，26’的總橫截面積。
噴嘴10也可以包括一個(gè)壓力低于霧化孔板上游壓力的霧化區(qū)68。霧化區(qū)68可以在噴嘴10內(nèi)形成或者可以形成連接噴嘴10的噴霧分配器64的一部分。因此，通過(guò)霧化孔板的流體中的氣體迅速膨脹，由此，分散該液體小河和/或液滴到霧化區(qū)68中。在霧化過(guò)程中該小河碎成兩個(gè)或更多個(gè)液滴。該霧化區(qū)可以是不連續(xù)的容易識(shí)別的剪切混合區(qū)24下游的孔板，或者其可以包括一個(gè)如圖6(b)中所示的剪切混合區(qū)24中的最小橫截面積的區(qū)域68。在后一種情況下，在剪切混合區(qū)24中開(kāi)始流體霧化。
按最嚴(yán)格的技術(shù)意義來(lái)說(shuō)，霧化可以指，當(dāng)蒸汽或其它霧化氣體與要霧化的液體混合或注入到要霧化的液體中時(shí)來(lái)增加液體表面積。在本發(fā)明的上下文中，霧化的意思是當(dāng)流體通過(guò)霧化孔板時(shí)，液相破碎或開(kāi)始破碎成為氣相中不連續(xù)的物質(zhì)，這在流體連續(xù)向下游時(shí)繼續(xù)進(jìn)行，液體連續(xù)霧化成為分散在氣相中的小滴噴霧。
本發(fā)明包括霧化液體的方法和裝置，其中液體經(jīng)歷碰撞混合和剪切混合。碰撞混合和剪切混合都在通過(guò)空心噴嘴10內(nèi)部縱向延伸的流體通路14中發(fā)生，該空心噴嘴規(guī)定至少一個(gè)膨脹區(qū)20、一個(gè)碰撞混合區(qū)22和一個(gè)剪切混合區(qū)24。該流體通路14在兩端有開(kāi)口(流體入口14a和流體出口14b)。流體入口14a在噴嘴的上游端16，流體出口14b在噴嘴下游端18。
在本發(fā)明的一個(gè)方法實(shí)施方案中，包括氣體和要霧化的液體的兩相物流的至少兩個(gè)分開(kāi)的物流，在壓力下同時(shí)連續(xù)地通過(guò)碰撞混合區(qū)22和剪切混合區(qū)24。在碰撞混合區(qū)22中該分開(kāi)的物流通過(guò)使每一物流的至少一部分與另一物流的至少一部分碰撞混合形成單一混合物流。
在碰撞混合區(qū)22中，該分開(kāi)的物流通過(guò)碰撞而大部分(＞50％)混合。剪切混合的意思是通過(guò)剪切力大部分進(jìn)行混合。當(dāng)這些物流之間的半角為至少15°直到90°時(shí)發(fā)生兩個(gè)物流之間的碰撞混合，碰撞物流之間的總夾角約為30-180°，180°產(chǎn)生最激烈和無(wú)序的混合。當(dāng)該半角約為0°到約15°時(shí)發(fā)生剪切混合。
在實(shí)踐中，在碰撞混合區(qū)22中的每一物流的至少一部分(例如≥20％)也有流動(dòng)組分平行于下游流動(dòng)方向，這樣就不是所有的都在混合區(qū)22中通過(guò)碰撞發(fā)生。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，在碰撞混合區(qū)22中，每一流體物流的至少側(cè)面外部或周?chē)糠种苯优c另一流體碰撞，碰撞的角度優(yōu)選是垂直于該流體的縱向流動(dòng)方向(通常的方向或總的流體流動(dòng)方向)90°±30°，更優(yōu)選90°±10°，更優(yōu)選90°±5°，更優(yōu)選90°±2°，最優(yōu)選約90°(基本上平行于圖中所示的Y軸)。在碰撞混合區(qū)22和剪切混合區(qū)24中流體膨脹減少到最小。
碰撞混合區(qū)22、剪切混合區(qū)24和霧化區(qū)68都是流體傳遞。碰撞之后，該混合的物流通過(guò)剪切混合區(qū)24，在剪切混合區(qū)該混合的物流進(jìn)一步進(jìn)行混合。碰撞混合區(qū)22和剪切混合區(qū)24可以分別包括流體通路14的上游和下游部分。碰撞混合區(qū)22的下游端與剪切混合區(qū)的上游端在碰撞混合區(qū)與剪切混合區(qū)的界面進(jìn)行流體傳遞。由碰撞混合和剪切混合提供給該流體動(dòng)能，形成單一物流，當(dāng)該單一物流霧化時(shí)產(chǎn)生分散在氣體連續(xù)相中的小液滴。通過(guò)噴嘴以后，氣相中分散的液滴或小滴的平均尺寸小于(例如小至少10％，優(yōu)選小至少50％)噴嘴上游的尺寸。
剪切混合區(qū)24與噴霧分配器64中的霧化器或霧化區(qū)68進(jìn)行流體傳遞，或如本文所討論的那樣，霧化區(qū)68可以形成剪切混合區(qū)24的一部分。
該霧化器可以包括一個(gè)具有比剪切混合區(qū)24中最小的橫截面積小的橫截面積的孔板，導(dǎo)致在霧化器中產(chǎn)生壓降并當(dāng)其進(jìn)入低壓霧化區(qū)68時(shí)進(jìn)一步剪切兩相流體。例如，在圖4(a)中，該霧化器可以包括分配器入口158或噴嘴孔板30。該剪切進(jìn)一步減小液滴的尺寸。當(dāng)該流體通到霧化區(qū)68中，其迅速膨脹并產(chǎn)生霧化液滴的噴霧。該迅速膨脹和液滴噴霧的產(chǎn)生包括霧化。
剪切混合區(qū)24的流體出口與噴霧分配器64進(jìn)行流體傳遞，形成所需形態(tài)的噴霧。噴霧分配器64可以包括部分霧化區(qū)68，并且可以或可以不包括部分噴嘴10。噴霧分配器64優(yōu)選用于使霧化之前液相的聚結(jié)減少到最小。在另一個(gè)實(shí)施方案中，剪切混合區(qū)24可以與霧化器進(jìn)行流體傳遞，霧化器包括在兩端的空心流體導(dǎo)管開(kāi)口和霧化孔板以及作為其下游端的噴霧分配器。在該實(shí)施方案中，垂直于流體流動(dòng)方向的導(dǎo)管的橫截面積優(yōu)選大于剪切混合區(qū)24和霧化孔板的最小橫截面積。當(dāng)該流體流過(guò)霧化器時(shí)，液相的聚結(jié)最少。
本發(fā)明的方法和裝置可以用于霧化大體積的熱原料油到FCC裝置的提升管反應(yīng)區(qū)，以得到比較小的進(jìn)料液滴尺寸和霧化進(jìn)料液滴的均勻液滴尺寸分布，具有通過(guò)混合區(qū)22、24和霧化器的最小壓降。例如，用4英寸直徑的噴嘴，在通過(guò)噴嘴的壓降小于50，優(yōu)選小于40磅每平方英寸(psi)時(shí)，每一秒鐘就可以霧化30磅熱油進(jìn)料。當(dāng)用于霧化FCC原料油時(shí)，噴嘴10將包括部分進(jìn)料注入器182(見(jiàn)圖7)，所用噴嘴10在后面討論。一般的，使用多個(gè)進(jìn)料注入器182，優(yōu)選位于FCC反應(yīng)區(qū)的上游端環(huán)形周邊，F(xiàn)CC反應(yīng)區(qū)鄰近提升管的底部。熱進(jìn)料油通常與噴嘴10上游的蒸汽(和/或其它分散/霧化氣體)混合，形成包括蒸汽相和熱FCC進(jìn)料油液相的兩相流體。該混合也增加該流動(dòng)的兩相流體的速度。一般的在進(jìn)料注入器182中通過(guò)蒸汽或其它分散氣體噴射設(shè)備進(jìn)行蒸汽和噴嘴10上游的油的混合，這是人們公知的。
優(yōu)選使用分流器28把該兩相流體物流分成兩個(gè)分別的物流。在一個(gè)實(shí)施方案中，例如圖5所示，兩個(gè)物流同時(shí)流過(guò)分流器28并通過(guò)兩個(gè)分別的流體開(kāi)口26，26’。分流器28可以適當(dāng)?shù)奈挥诹黧w入口14a，以便分流器28和流體通路14確定至少兩個(gè)流體開(kāi)口26，26’。流體開(kāi)口26，26’優(yōu)選對(duì)稱(chēng)相同，并且它們等距離和平行地與流體通路14的縱軸(圖中的X軸)隔開(kāi)。
在碰撞混合區(qū)22中，對(duì)每一物流給予流動(dòng)組分，并徑向朝內(nèi)，和優(yōu)選垂直于流體通路14的縱軸(即沿著或基本上平行于圖中所示的Y軸)。該流動(dòng)組分向著有相應(yīng)的徑向向內(nèi)的流動(dòng)組分的至少部分其它物流。每一種物流的至少一部分與其它物流碰撞，產(chǎn)生紊流碰撞混合，并伴隨降低液滴尺寸。然后，得到的混合流體物流通到剪切混合區(qū)24，從而在比碰撞混合區(qū)22產(chǎn)生的壓降小的壓降下進(jìn)一步混合。然后該混合的物流通到低壓霧化區(qū)68。
垂直于流體流動(dòng)方向的霧化孔板的橫截面積一般小于把流體加到噴嘴10的流體導(dǎo)管164(見(jiàn)圖5)的橫截面積。這就導(dǎo)致流體流過(guò)孔板30并通到低壓霧化區(qū)68的速度增加。優(yōu)選的是，孔板30的橫截面積也小于流體開(kāi)口26，26’的橫截面積的總和。這樣的速度增加就產(chǎn)生該兩相流體的附加剪切，同時(shí)氣相迅速膨脹，產(chǎn)生尺寸進(jìn)一步減小的液滴。
噴霧分配器64可以延長(zhǎng)并成扇型，在其上游端和下游端有一個(gè)包括扇型流體通道154開(kāi)口的內(nèi)部。噴霧分配器64優(yōu)選位于鄰近霧化孔板的下游側(cè)，以控制霧化噴霧的形狀。噴霧分配器64可以或不可以成為噴嘴10的一部分，但是優(yōu)選通過(guò)任何常規(guī)的設(shè)備，包括用銷(xiāo)連接，連接到噴嘴10上。參考附圖2(a)-2(d)介紹噴霧分配器64的另一個(gè)本發(fā)明的裝置包括一個(gè)具有單一物流通道14的噴嘴，該通道有一個(gè)通過(guò)噴嘴延伸的縱軸(X軸)，該噴嘴在上游端流體入口14a有至少兩個(gè)流體開(kāi)口26，26’，和至少一個(gè)可以在下游端18的孔板終結(jié)的流體出口14b。該入口14a和出口14b沿著縱軸縱向分開(kāi)。流體通道14的碰撞混合區(qū)22部分的橫截面積在其下游端小于上游端。流體通道14的剪切混合區(qū)24部分的至少部分橫截面積在流體出口14b的方向減少或匯合。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)至少兩對(duì)分開(kāi)的并且相對(duì)的側(cè)壁形成流體通道14，每一對(duì)的每一個(gè)壁與縱軸等距分開(kāi)。側(cè)壁之間的面積確定流體通道14，其可以有一個(gè)總的長(zhǎng)方形橫截面。
流體通道區(qū)14的橫截面積可以通過(guò)改變?cè)谘豗軸的第一尺度或沿Z軸的第二尺度的至少一對(duì)相對(duì)的壁的至少一部分之間的距離來(lái)改變。在某些實(shí)施方案中，剪切混合區(qū)24的橫截面積在流體出口14b方向減少或匯合。在另外的實(shí)施方案中，剪切混合區(qū)24的橫截面積在朝向流體出口14b的部分通道而減少，并且可以隨區(qū)域24逐漸朝向出口14b而增加。該橫截面積可以在沿Z軸或沿Y軸的方向(第一或第二尺度)而改變。流體通道14的橫截面積在碰撞混合區(qū)22的上游端，接近流體開(kāi)口26，26’處最大。在另外的實(shí)施方案中，剪切混合區(qū)24的橫截面積將不會(huì)改變，因?yàn)楫?dāng)沿Z軸的距離增加時(shí)，沿Y軸的距離將以同樣的速度減少。


圖1(a)-1(d)說(shuō)明噴嘴10的一個(gè)實(shí)施方案。噴嘴10包括一個(gè)主體12，其內(nèi)部包括一個(gè)單一整體的并且一般為縱向的流體通路14，該通路有一個(gè)流體入口14a(開(kāi)口26，26’)和一個(gè)流體出口14b。流體通路14有一個(gè)與噴嘴10的縱軸(X軸)一致的縱軸(X軸)。流體通路14的上游端和下游端分別位于噴嘴10的上游端16和下游端18。
觀察圖1(b)，流體通路14有一個(gè)長(zhǎng)方形橫截面積并分成三個(gè)依次的區(qū)域(膨脹區(qū)20，碰撞混合區(qū)22和剪切混合區(qū)24)，其所有的都是流體傳遞，與鄰近區(qū)域直接進(jìn)行流體傳遞。
參考圖1(a)，流體入口14a包括一對(duì)對(duì)稱(chēng)相等的由分流器28分開(kāi)的圓弓形流體開(kāi)口26，26’。分流器28包括一個(gè)一般的長(zhǎng)方形的板，該板對(duì)截開(kāi)流體入口14a，以把流動(dòng)的兩相流體物流分流成兩個(gè)分開(kāi)的物流，該分開(kāi)的物流通過(guò)流體開(kāi)口26，26’。分流器28的邊緣形成每一分別的流體入口26，26’的弦齒部分。
流體通道14的下游端包括非圓形的出口孔板30。在該實(shí)施方案中，孔板30是正方形，雖然也可以用其它形狀，但是，非圓形孔板30是優(yōu)選的?？装?0可以包括或可以不包括至少一部分霧化器或霧化區(qū)68。非圓形孔板34也比圓形或弓形孔板產(chǎn)生更多的均勻大小分布的霧化油滴。
參考圖1(b)-1(d)，如圖所示，通過(guò)兩對(duì)不同的相對(duì)壁(36-38-23)-(36’38’-23’)和34-34’形成流體通道14。壁34和34’是等同的、平坦的、平行的，并且形狀是長(zhǎng)方形，而36-38-23和36’-38’-23’是對(duì)稱(chēng)的。在一對(duì)壁上的同一點(diǎn)，每個(gè)壁是縱軸等距的，每個(gè)壁(36-38-23)-34和(36-38-23’)-34’相交形成一個(gè)直角，雖然在某些實(shí)施方案中該交匯點(diǎn)是弧形或完整的圓角形。每個(gè)壁36-38-23和36’-38’-23’都在上游開(kāi)始，有垂直于噴嘴10的縱軸的弓形或圓形，基本上與進(jìn)料導(dǎo)管164(見(jiàn)圖5)和流體開(kāi)口26，26’的圓形或弧形相一致。沿著流體通道14直到間隔38-38’(本文也指作碰撞混合表面)，在進(jìn)入剪切混合區(qū)24的進(jìn)口處，維持流體通道14的形狀。在剪切混合區(qū)24，流體通道14的形狀可以改變成一般的平面四邊形，其連續(xù)到孔板30，以便更有效的利用碰撞混合動(dòng)量。
流體開(kāi)口26，26’是直徑對(duì)立和放射狀的，并且與縱軸是等距離隔開(kāi)的。流體開(kāi)口26，26’的總的橫截面積小于膨脹區(qū)20的橫截面積，但是大于恰好間隔38，38’下游的橫截面積，以減少流體進(jìn)入剪切混合區(qū)24的壓降。流體開(kāi)口26，26’是增加速度的開(kāi)口，因?yàn)樗鼈兊臋M截面積小于如圖5所示的流體導(dǎo)管164的橫截面積。
參考圖1(b)，兩相流體物流通過(guò)分流器28分成兩個(gè)相等的物流，并通過(guò)開(kāi)口26，26’進(jìn)入流體通路。對(duì)于某些應(yīng)用，通過(guò)分流器28的壓降可能太大，因此，為了把流體引入到噴嘴，可以使用低壓降設(shè)備。通過(guò)開(kāi)口26，26’流到膨脹區(qū)20提供剪切力，因?yàn)檩^輕的氣相比較重的液相加速更快。在不允許該流體自由膨脹的意義上，當(dāng)其是霧化區(qū)68時(shí)，膨脹區(qū)20是一個(gè)受控膨脹區(qū)20。膨脹區(qū)20降低壓降，由此，如果其不存在的話就是別樣。
兩種物流的至少外部圓周部分直接向直角間隙(碰撞表面)38-38’碰撞，并被強(qiáng)制徑向朝內(nèi)直接碰撞碰撞混合區(qū)22中的其它碰撞物流。在有直角碰撞表面或間隙38-38’的實(shí)施方案中，碰撞流體之間的夾角是180°。于是，在垂直于X-軸的Y-Z面形成碰撞表面。為了產(chǎn)生最大的碰撞混合，碰撞使得兩種物流的徑向朝內(nèi)成分基本上沿著流體通路14的縱軸。
當(dāng)流體連續(xù)向下游，其進(jìn)入剪切混合區(qū)24，在該混合區(qū)在下游方向的橫截面積減小，以增加流速，并主要用剪切力進(jìn)一步減小液滴的尺寸。當(dāng)從碰撞混合區(qū)22到剪切混合區(qū)24沒(méi)有突然變化時(shí)，主要在下游間隙38-38開(kāi)始剪切混合。確定剪切混合區(qū)24的一對(duì)對(duì)置壁23，23’傾斜并朝內(nèi)向孔板30匯合。剪切混合區(qū)24的橫截面積的不斷減小，就增加了流體速度，優(yōu)選在孔板30產(chǎn)生最大的流體速度。
在另一個(gè)沒(méi)有示出的實(shí)施方案中，由包括氣體和液體的兩相混合物的任何方便來(lái)源的兩個(gè)分別的流體物流，通過(guò)流體開(kāi)口26，26’通到流體通路14。在該實(shí)施方案中，兩個(gè)分開(kāi)的進(jìn)料管線必須定尺寸，以達(dá)到所需要的流體進(jìn)口速度。
圖2(a)說(shuō)明噴嘴10的另一個(gè)實(shí)施方案，噴嘴10裝配有許多堆積的金屬小板50-62。為了更清楚起見(jiàn)，未示出通路14中的小板50-62的相交線。制備有所需要通路的單獨(dú)的金屬小板，其中有孔、槽或延伸通過(guò)該小板的孔板。然后它們匯集在一起，用螺栓和/或擴(kuò)散連接在一起，形成噴嘴10。從上游端16開(kāi)始，小板50包括一個(gè)有由類(lèi)似于圖1(b)所示的物流分流器28確定的圓弧形開(kāi)口26，26’的圓盤(pán)。圖2(d)說(shuō)明小板56。小板56包括兩個(gè)在孔板15的相對(duì)面上的臺(tái)肩80，80；測(cè)定臺(tái)肩80，80’和孔板15的尺寸并形成適當(dāng)確定的碰撞表面(間隙)38，38’。順流向前，在每一個(gè)其后的小板中孔板15的尺寸減小，類(lèi)似于圖1(b)所示的剪切混合區(qū)24的收斂情況。當(dāng)每一個(gè)相繼的圓盤(pán)57-62的每一個(gè)徑向朝內(nèi)間隙沒(méi)有大到足以對(duì)該流動(dòng)流體提供象臺(tái)肩80，80’那么多的徑向動(dòng)量時(shí)，它們對(duì)該流動(dòng)流體提供徑向混合組分。確定剪切混合區(qū)24的小板的孔板15可以有變化的第一尺度，其中確定剪切混合區(qū)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。優(yōu)選的是，確定剪切混合區(qū)24的至少一個(gè)小板的孔板15有可以變化的第二尺度，其中，確定剪切混合區(qū)24的每一個(gè)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。
參考圖2(a)，噴嘴10也可以包括一個(gè)在下游端10的噴霧分配器64，其與流體出口14b進(jìn)行流體傳遞，產(chǎn)生一種一般為展開(kāi)的并且扇型分布的霧化液體的噴霧。分配器64可以用焊接、螺栓、銅焊或其它方法連接到噴嘴10上，形成其一部分。如圖所示，分配器64包括一個(gè)凸緣63，使分配器有效的連接到噴嘴10上。分配器64有一個(gè)通道70(有一個(gè)入口70a)，通過(guò)其形成與孔板30基本上相同的尺寸和/或形狀，雖然通道70的橫截面積可以適當(dāng)?shù)淖兓?，以促進(jìn)形成所需要的噴霧形狀。
通道70向下游開(kāi)啟到一個(gè)一般為平直擴(kuò)展的扇型噴霧分配器端部71，其由相對(duì)的成對(duì)壁66-66’和74-74’確定，其確定扇型噴霧區(qū)68。如圖2(a)所示，霧化區(qū)68有一個(gè)第一尺度，它可以在向孔板72方向進(jìn)展時(shí)垂直收斂或減小(沿Y軸)，以便在進(jìn)口的該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，在某些實(shí)施方案中，噴霧區(qū)68的第一尺度可以保持為常數(shù)。霧化區(qū)68有一個(gè)第二尺度，當(dāng)向孔板72方向進(jìn)展時(shí)其擴(kuò)展或增加(沿Z軸)，以便在出口的該第二尺度大于在進(jìn)口的第二尺度。端部71終結(jié)在孔板72。孔板72可以定向垂直于外部流動(dòng)噴霧的方向，并且沿其Z軸有最長(zhǎng)尺度，優(yōu)選具有圓形或完全成圓角的端部(壁74，74’)。壁74，74’一般有相同的曲率，但是在某些實(shí)施方案中，該曲率可以獨(dú)立選擇。優(yōu)選的是，該曲率是圓形。優(yōu)選的曲率半徑約為Y軸方向中通道70的尺度的一半。當(dāng)不需要時(shí)，一般每一壁74，74’的曲率半徑的中心接近于Y軸的中心點(diǎn)(第一尺度的中心點(diǎn))。在這些沿著X軸第一尺度變化的實(shí)施方案中，其曲率半徑也可以變化。
在未示出的另外的實(shí)施方案中，擴(kuò)展和/或收斂的尺度可以是沿著不同軸，但優(yōu)選的是，沿著有90°分開(kāi)的軸。通道70或區(qū)域68的第一和第二尺度優(yōu)選在相對(duì)壁之間的最寬分開(kāi)點(diǎn)處，即在從中心或縱軸或通道70的曲率最寬點(diǎn)處測(cè)定。
在一個(gè)實(shí)施方案中，入口70a沿Z軸的寬度至少約為分配器長(zhǎng)度的1.5倍(沿X軸測(cè)量)，而在出口孔板72的寬度至少約為入口70a寬度的1.5倍。
流出孔板30的流體進(jìn)入霧化區(qū)68和通道70，進(jìn)一步剪切該流體并進(jìn)一步減小液滴尺寸。膨脹區(qū)68處于比孔板30的壓力低的壓力下，產(chǎn)生迅速膨脹的氣相，其霧化該液體，產(chǎn)生液滴的噴霧。其進(jìn)一步剪切該液滴，并且扇型的霧化端部71產(chǎn)生扇型液滴的噴霧，該液滴流到如圖7所示的FCC提升管反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)。
圖3說(shuō)明噴嘴10的另一個(gè)實(shí)施方案，該噴嘴按以前介紹的其它實(shí)施方案的方式操作和構(gòu)形。查看圖3(c)，出口孔板30有弧形側(cè)向端部130，130’(優(yōu)選完全成圓角)，并且其沿Z軸的尺度比沿Y軸的尺度要長(zhǎng)，類(lèi)似于圖2(b)所示和早已介紹的那樣?；⌒味?30，130’優(yōu)選是相當(dāng)于分配器64的完全成圓角端的完全成圓角。如圖3(b)和3(d)所示，剪切混合區(qū)24由兩對(duì)徑向相對(duì)和對(duì)置的壁126，126’和130，130’確定。壁126，126’向下游流動(dòng)方向收斂，壁130，130’在下游流動(dòng)方向擴(kuò)展?；镜淖饔檬且话憧偟墓潭羟谢旌蠀^(qū)24的橫截面積或是減低或收斂然后比剪切混合區(qū)24的最小橫截面積擴(kuò)大或增加約10％-50％。
換句話說(shuō)，剪切混合區(qū)24有一個(gè)沿Y軸的第一尺度，第一尺度向出口30方向逐漸減小，和優(yōu)選一個(gè)沿Z軸的第二尺度，第二尺度向出口30方向逐漸增加。
這樣設(shè)計(jì)的擴(kuò)展和收斂的壁通過(guò)時(shí)產(chǎn)生有比圖1所示的實(shí)施方案小的流體壓降的剪切混合區(qū)24。當(dāng)與圖1所示的實(shí)施方案比較時(shí)其也減小剪切混合區(qū)24中聚結(jié)的可能性。
進(jìn)入混合區(qū)24的進(jìn)口由間隙38，38’的徑向邊緣和壁124-130及124’-130’的交叉線確定。在剪切混合區(qū)24的進(jìn)口的橫截面積比開(kāi)口26，26’的總的橫截面積小，以增加其流到剪切混合區(qū)24的流體速度。在該實(shí)施方案中，剪切混合區(qū)24的漸擴(kuò)和收斂使流體流成一般的長(zhǎng)方形，該長(zhǎng)方形可以有圖3(c)所示的弧形端。該形狀促使流動(dòng)流體從噴嘴10平緩輸送到分配器64。
圖4(a)-4(c)說(shuō)明圖3(a)-3(d)所示的實(shí)施方案，其中加入了以前所討論的用常規(guī)方法連接到噴嘴10上的噴霧分配器64。如圖9所示，噴霧分配器64包括一個(gè)一般的扇型主體152，扇型主體152中含有一個(gè)扇型流體通道154，其由對(duì)置和向外擴(kuò)展的壁155，155’確定，壁155，155’是用來(lái)控制霧化流體膨脹成扇型噴霧。壁155，155’包括通路154的該圓形的完全成圓角的側(cè)端，該端優(yōu)選沿該通路154的至少一個(gè)軸擴(kuò)展，以提供扇型噴霧。圖3(a)-3(d)和4(a)-4(c)的實(shí)施方案包括如圖所示的弧形壁126，126；到噴霧分配器64的流體入口158相當(dāng)于噴嘴10中的孔板30的形狀，分配器64的流體出口160大于允許液滴的霧化噴霧，以連續(xù)膨脹為扇型噴霧。通道154中的壓力小于噴嘴流體通道14的壓力。由噴嘴10噴出并進(jìn)到流體通道154的該混合流體霧化成液滴的扇型噴霧，該液滴通過(guò)出口160流到如圖7所示的FCC提升管反應(yīng)器。圖5說(shuō)明霧化噴嘴10和分配器64與上游流體導(dǎo)管164的剖視圖。導(dǎo)管164提供兩相流體通過(guò)流體入口14a(開(kāi)口26，26’)進(jìn)到噴嘴10的通道。
圖6(a)-6(c)說(shuō)明霧化噴嘴10的另一個(gè)實(shí)施方案，其中霧化噴嘴115形成剪切混合區(qū)24的一部分。在其它所有方面中，在圖6(a)-6(c)中所示的噴嘴10的操作類(lèi)似于已經(jīng)介紹的實(shí)施方案。如圖6(a)所示，如果通過(guò)分流器28的壓降不太大，流體開(kāi)口26，26’不需要完全成弧形。
觀察圖6(b)，剪切混合區(qū)24有一個(gè)形狀復(fù)雜的流動(dòng)區(qū)域，其中，隨著向孔板30方向擴(kuò)展，其橫截面積首先減小，然后增加。圖6(b)和圖6(c)示出在6(b)-6(b)和6(c)-6(c)所截取的噴嘴的兩個(gè)局部橫截面圖，說(shuō)明剪切混合區(qū)24的稍微復(fù)雜的情況。霧化區(qū)115包括剪切混合區(qū)24中最小的橫截面積的區(qū)域。區(qū)域115的位置優(yōu)選鄰近或接近孔板30。霧化區(qū)115也可以終接在孔板30上?？装?0優(yōu)選與以前的實(shí)施方案所介紹和顯示的有同樣的尺寸和形狀。
如圖所示，剪切混合區(qū)24的第一尺度在朝流體出口14b的方向，對(duì)于至少部分剪切混合區(qū)24，以第一速率減小，然后，在朝流體出口14b的方向，對(duì)于其余的剪切混合區(qū)24，以第二速率減小。優(yōu)選的是，剪切混合區(qū)24的第二尺度在朝流體出口14b的方向，對(duì)于至少部分剪切混合區(qū)24，以第一速率增加，并且在朝流體出口14b的方向，對(duì)于其余的剪切混合區(qū)24，以第二速率增加。
在操作中，當(dāng)該兩相流體通過(guò)通道14流到低壓霧化區(qū)115時(shí)，通過(guò)霧化區(qū)115的低壓區(qū)中的氣體的迅速膨脹和通過(guò)比高密度(和不可壓縮的)液相輕的可壓縮的氣體的迅速加速來(lái)促進(jìn)霧化。這就引起相之間的剪切，直到它們的速度幾乎相等。剪切力減小在霧化噴霧中液滴的最終尺寸。
可以用許多不同的方法制備噴嘴10?？梢允褂檬灊茶T法或可以使用鍛造和其它澆鑄法。可以用合適的陶瓷材料或金屬材料或它們的混合物制備噴嘴10。如圖2(a)-2(d)所示，使用許多堆積的比較薄的金屬板或小板，形成有流體通道14通過(guò)的主體12來(lái)制備孔板10的方法是人們公知的，并且作為用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和等離子體焊炬而公開(kāi)，例如公開(kāi)在美國(guó)專(zhuān)利3,881,701和5,455,401中。該制備技術(shù)也用來(lái)制備本發(fā)明的噴嘴10，包括在圖1-6中一般公開(kāi)和顯示的實(shí)施方案，本發(fā)明的噴嘴已經(jīng)使用該技術(shù)制造。但是，本發(fā)明不想限制到使用該技術(shù)來(lái)制造噴嘴。
現(xiàn)在參考圖7，其表示加入本發(fā)明所介紹的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的FCC進(jìn)料注入設(shè)備180。設(shè)備180包括一個(gè)通過(guò)186，188連接到進(jìn)料噴嘴設(shè)備184的空心進(jìn)料注入器182。所示的進(jìn)料噴嘴設(shè)備184是作為一個(gè)穿透FCC提升管206的壁190并進(jìn)入提升管反應(yīng)區(qū)192的導(dǎo)管。提升管206，更好的是見(jiàn)圖8，優(yōu)選是圓柱形、空心和基本上垂直定向的導(dǎo)管。在反應(yīng)區(qū)192中，至少一部分霧化的進(jìn)料油300上升接觸熱催化劑顆粒，進(jìn)料300裂化成為更有用的較低沸點(diǎn)的烴產(chǎn)物。為了方便起見(jiàn)，僅示出了一部分提升管206。
進(jìn)料注入器182包括一個(gè)空的導(dǎo)管194，預(yù)熱的進(jìn)料油300通過(guò)管線196引入到該導(dǎo)管。進(jìn)料管線196與進(jìn)料注入器182的上游部分的壁形成一個(gè)T型連接點(diǎn)。進(jìn)料注入器182的下游部分包括噴嘴10和優(yōu)選的噴霧分配器64，為了方便起見(jiàn)，它們都用方框表示。噴霧分配器64產(chǎn)生霧化油進(jìn)料300的比較平緩的扇型噴霧到反應(yīng)區(qū)192。
蒸汽噴射導(dǎo)管198的直徑或橫截面積比注入器導(dǎo)管194的小，導(dǎo)管198延伸到導(dǎo)管194的縱軸并與之共軸定位。在該實(shí)施方案中，導(dǎo)管194，198的中心縱軸是一致的。這就為注入器出口端的上游熱油進(jìn)料300提供一個(gè)環(huán)形流路197。蒸汽導(dǎo)管198終接在噴嘴10上游的注入器導(dǎo)管194內(nèi)。在導(dǎo)管198的下游端部的周?chē)鷱较蜚@有許多孔或孔板199?？?98容許蒸汽徑向噴到環(huán)形流動(dòng)通道197的外邊并進(jìn)入該通道，與流動(dòng)通過(guò)該通道197的熱油進(jìn)料300混合，產(chǎn)生包括分散在蒸汽中的熱油小滴的兩相流體。噴到油進(jìn)料300中的蒸汽的量一般約為熱油進(jìn)料300的約1％-5％重。這樣形成的流體混合物，按體積計(jì)，其一般可以包括75-85％蒸汽和15-25％油進(jìn)料300，該混合物通到噴嘴10，該噴嘴把其分流成兩個(gè)分離的物流，它們進(jìn)入噴嘴10，按以前所述，混合并霧化該進(jìn)料油300。
該油進(jìn)料液滴的霧化噴霧300通到反應(yīng)區(qū)192，并與上流的熱催化劑顆粒物流接觸(未示出)，催化裂化該重油原料300成為所需要的低沸點(diǎn)產(chǎn)物餾分。
圖8說(shuō)明可以加入本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的常規(guī)FCC方法。FCC裝置200包括一個(gè)FCC反應(yīng)器202和一個(gè)再生器204。反應(yīng)區(qū)202包括含有反應(yīng)區(qū)192的原料提升管206。反應(yīng)器202也包括一個(gè)蒸汽-催化劑分離區(qū)210和一個(gè)汽提區(qū)212，汽提區(qū)212包括許多看起來(lái)象金屬“棚”排列的擋板214，金屬“棚”排列類(lèi)似于房子的瀝青屋頂。把合適的汽提劑例如蒸汽通過(guò)管線216引入到汽提區(qū)。汽提的廢催化劑顆粒通過(guò)輸送管線218通到再生器204。
在進(jìn)料注入點(diǎn)224，預(yù)熱的FCC進(jìn)料通過(guò)管線220通到提升管206的底部。該預(yù)熱的進(jìn)料300可以或可以不與預(yù)定量的蒸汽預(yù)混合。圖6所示的進(jìn)料注入器182位于224，但是，為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)在圖8中沒(méi)有示出。在實(shí)際中，許多進(jìn)料注入器182，如圖7中所示的那些，將位于提升管206的周?chē)?。蒸汽可以通過(guò)管線222通到進(jìn)料注入器182。熱進(jìn)料300的霧化液滴在提升管中接觸催化劑顆粒。其蒸發(fā)并催化裂化該進(jìn)料為較輕的低沸點(diǎn)餾分，包括汽油沸點(diǎn)范圍(一般100-400°F，30-205℃)的餾分以及較高沸點(diǎn)的噴氣燃料、柴油、煤油等。
該FCC催化劑可以包括任意合適的常規(guī)催化裂化催化劑。該催化劑可以包括含有沸石分子篩裂化組分的二氧化硅和氧化鋁的混合物，其是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。
當(dāng)進(jìn)料300在提升管206中接觸熱催化劑時(shí)FCC反應(yīng)開(kāi)始，繼續(xù)反應(yīng)直到產(chǎn)物蒸氣在分離區(qū)210中與廢催化劑分離。裂化反應(yīng)沉積可汽提的含烴物質(zhì)和不可汽提的含碳物質(zhì)如公知的焦炭，產(chǎn)生廢催化劑顆粒，該廢催化劑顆粒必須汽提除去并回收該可汽提的烴類(lèi)。然后在再生器中通過(guò)燃燒掉焦炭來(lái)再生該催化劑。
反應(yīng)器202在分離部分210包括旋風(fēng)分離器(未示出)。旋風(fēng)分離器把裂化的烴產(chǎn)物蒸氣和汽提的烴(如蒸氣)與廢催化劑顆粒分離。該烴蒸氣通過(guò)管線226排出。一般的把該烴蒸氣加到蒸餾裝置或分餾塔(未示出)，其冷凝可冷凝的部分蒸氣為液體，并分餾該液體為分離產(chǎn)物物流。
該廢催化劑顆粒通到汽提區(qū)212，在其中，廢催化劑顆粒與汽提介質(zhì)例如蒸汽接觸。蒸汽通過(guò)管線216通到汽提區(qū)212，除去在裂化反應(yīng)中沉積在催化劑上的可汽提的含烴物質(zhì)。這些蒸氣與其它產(chǎn)物蒸氣一起通過(guò)管線226排出。擋板214把催化劑顆粒均勻地分配在汽提區(qū)212的整個(gè)寬度，并使在汽提區(qū)212中的內(nèi)回流或催化劑顆粒的返混減小到最小。從汽提區(qū)212的底部通過(guò)輸送管線218除去汽提的廢催化劑顆粒，并通到再生器204中的流化床228。
在流化床228中催化劑顆粒與通過(guò)管線240進(jìn)入再生器的空氣接觸。某些催化劑顆粒向上通到分離區(qū)242?？諝庋趸蛉紵籼汲练e物，再生該催化劑顆粒，并把它們加熱到一般約950-1400°F(510-760℃的)溫度。再生器204包括旋風(fēng)分離器(未示出)，旋風(fēng)分離器把熱再生的催化劑顆粒與氣態(tài)燃燒產(chǎn)物或煙道氣分離，氣態(tài)燃燒產(chǎn)物主要包括CO2、CO、H2O和N2。旋風(fēng)分離器使再生的催化劑顆粒通過(guò)料腿(未示出)向下回到流化催化劑床228，其是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。
流化床228承載在氣體分配器柵244上，其如短劃線所示。在流化床228中的熱再生的催化劑顆粒溢流過(guò)由漏斗248的頂部形成的堰246，漏斗248的底部連接到下導(dǎo)管250的頂部。下導(dǎo)管250的底部轉(zhuǎn)彎到再生催化劑的輸送管線252。溢流的再生催化劑顆粒向下流動(dòng)通過(guò)漏斗248、下導(dǎo)管250，進(jìn)到輸送管線252，返回到反應(yīng)區(qū)192。煙道氣通過(guò)管線254從再生器頂部除去。
用于FCC方法的催化裂化原料一般包括瓦斯油，其是高沸點(diǎn)的非渣油，例如減壓瓦斯油(VGO)，直餾(常壓)瓦斯油，輕催化裂化油(LCGO)和焦化瓦斯油。這些油的初餾點(diǎn)一般高于約450°F(232℃)，更通常高于約650°F(343℃)，終餾點(diǎn)直到約1150°F(621℃)，以及直餾或常壓瓦斯油和焦化瓦斯油。另外，一種或多種終餾點(diǎn)高于約1050°F(566℃)(例如直到1300°F(704℃)或更高)的重原料油可以與FCC原料摻混。這樣的重原料包括例如全餾分原油和常壓重油，原油的常壓蒸餾渣油和減壓蒸餾渣油，瀝青和瀝青烯，焦油和由重石油、油沙油、頁(yè)巖油、煤衍生的液體、合成原油等的熱裂化得到的循環(huán)油。在FCC原料中這些重原料油的存在量約為該摻混物的約2-50％體積，更一般約為5-30％體積。
這些重原料一般含有太高含量的不合乎要求的組分，例如芳族化合物和含有雜原子特別是硫原子和氮原子的化合物。因此，這些原料通常用一些方法處理或改質(zhì)，以減少不需要的化合物的量，這些方法例如加氫處理、溶劑萃取、固體吸收劑例如分子篩等，這些方法是人們公知的。
一般的FCC反應(yīng)工藝條件包括溫度約800-1200°F(427-648℃)，優(yōu)選850-1150°F(454-621℃)，更優(yōu)選900-1150°F(482-621℃)，壓力約5-60 psig(表壓，每平方英寸磅)，優(yōu)選5-40 psig，原料與催化劑的接觸時(shí)間約為0.5-15秒，優(yōu)選約1-5秒，催化劑與原料的比例約為0.5-10，優(yōu)選2-8。FCC原料預(yù)熱到不超過(guò)850°F(454℃)，優(yōu)選不大于800°F(427℃)，一般在約500-800°F(260-427℃)的溫度范圍。
參考下面的非限定性實(shí)施例將進(jìn)一步理解本發(fā)明。
氣態(tài)氮?dú)庥糜谀M氣相，液體水用來(lái)模擬液相。
改變水和氮?dú)饬魉龠M(jìn)行柵的比較試驗(yàn)，并假定Rosin-Rammier分布函數(shù)關(guān)系，計(jì)算Sauter平均液滴直徑。在表中列出了兩種不同噴嘴設(shè)計(jì)的比較結(jié)果。
在所有情況下，在可比較的水和氮?dú)饬魉傧拢景l(fā)明的噴嘴產(chǎn)生的霧化噴霧的Sauter平均液滴直徑比工業(yè)設(shè)計(jì)的噴嘴要小。這就表明，用本發(fā)明的噴嘴可以達(dá)到比較好的霧化。
應(yīng)該理解到，對(duì)于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的各種其它實(shí)施方案和改進(jìn)將是很明顯的，并且可以很容易進(jìn)行，其都沒(méi)有離開(kāi)上述本發(fā)明的精神和范圍。因此，不想使其后所附的權(quán)利要求書(shū)的范圍限定到上述的確切描述中，而是權(quán)利要求書(shū)包括存在于本發(fā)明中的專(zhuān)利新穎性的所有特征，包括由本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員要進(jìn)行同樣處理的所有特征和實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種催化裂化方法，該方法包括下述步驟(a)形成包括氣相和液相的兩相流體的至少兩個(gè)物流，所述液相包括FCC進(jìn)料；(b)使所述這些物流通到一個(gè)碰撞混合區(qū)，其中，每一物流的至少一部分與另一物流的至少一部分碰撞，并且其中碰撞物流之間的夾角約為120°-240°，由此形成單一混合物流；(c)使所述單一混合物流通到一個(gè)剪切混合區(qū)，并施于所述單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霧化區(qū)，其中，所述氣相膨脹，并增加所說(shuō)液相的表面積，由此產(chǎn)生液體進(jìn)料液滴的噴霧；(e)把所述液體進(jìn)料液滴的噴霧通到FCC反應(yīng)區(qū)；和(f)在催化裂化條件下，所述液體進(jìn)料液滴與催化裂化催化劑接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括把氣相物流與液相物流混合形成所述兩相流體的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述氣相包括蒸汽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括回收催化裂化反應(yīng)產(chǎn)生的較低沸點(diǎn)產(chǎn)物的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括把所述催化裂化催化劑與低沸點(diǎn)產(chǎn)物分離的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括汽提所述催化裂化催化劑的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括再生所述催化裂化催化劑和把所述催化裂化催化劑循環(huán)到所述反應(yīng)區(qū)的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述碰撞區(qū)和所述剪切混合區(qū)都含在噴嘴中，該噴嘴包括(i)一個(gè)包括流體入口和流體出口的主體，所述主體形成以確定所述碰撞混合區(qū)和所述剪切混合區(qū)，所述區(qū)域位于所述入口和出口之間，所述流體入口包括可以將進(jìn)入的流體物流分流為至少兩個(gè)物流的分流器；(ii)所述碰撞混合區(qū)包括至少一個(gè)碰撞表面，所述碰撞表面的構(gòu)形要使接觸所說(shuō)碰撞表面的至少一部分流體物流碰撞另一碰撞物流；和(iii)所述剪切混合區(qū)有由第一尺度和第二尺度確定的橫截面積，其中，所述第一尺度沿通過(guò)所述主體的縱軸向所述流體的出口方向減小。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中碰撞物流之間的夾角約為170°-190°。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中碰撞物流之間的夾角約為180°。
11.一種催化裂化方法，該方法包括下述步驟(a)形成包括氣相和液相的兩相流體的多個(gè)物流，所述液相包括FCC進(jìn)料；(b)每一物流的至少一部分與另一物流的至少一部分碰撞，形成單一混合物流，其中碰撞物流之間的夾角約為120°-240°；(c)向所述單一混合物流施加剪切混合力，由此形成剪切混合物流；(d)所述氣相在所述剪切混合物流中膨脹，由此產(chǎn)生液體進(jìn)料液滴的噴霧；和(e)在催化裂化條件下，所述液體進(jìn)料液滴與催化裂化催化劑接觸。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中碰撞物流之間的夾角約為170°-190°。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中碰撞物流之間的夾角約為180°。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，還包括把氣相物流與液相物流混合形成所述兩相流體的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述氣相包括蒸汽。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，還包括回收催化裂化反應(yīng)的低沸點(diǎn)產(chǎn)物的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，還包括把低沸點(diǎn)產(chǎn)物與催化裂化催化劑分離的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，還包括汽提所述催化裂化催化劑的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，還包括再生所述催化裂化催化劑和把所述催化裂化催化劑循環(huán)到所述反應(yīng)區(qū)的步驟。
20根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述分流器包括多個(gè)流體開(kāi)口，每個(gè)開(kāi)口具有一橫截面積，其中所述流體出口有一橫截面積，其中所述流體出口的橫截面積小于所述流體開(kāi)口的總橫截面積。
全文摘要
一種液體霧化方法,其包括在壓力下,形成液體和氣體的兩相流體混合物,把該流體分成兩個(gè)分別的物流,該兩個(gè)分別的物流通過(guò)一個(gè)碰撞混合區(qū)(22),在該碰撞混合區(qū)它們碰撞混合形成兩相流體的單一物流。然后,該混合的單一物流通過(guò)一個(gè)剪切混合區(qū)(24),然后進(jìn)到低壓膨脹區(qū)(30),在該膨脹區(qū)產(chǎn)生霧化,形成液體霧化液滴的噴霧。碰撞混合區(qū)(22)和剪切混合區(qū)(24)包括在噴嘴(10)中單一空腔(14)的分別上游(16)部分和下游(18)部分。該方法用于霧化FCC方法中的熱油。
文檔編號(hào)C10G11/00GK1344308SQ00805222
公開(kāi)日2002年4月10日 申請(qǐng)日期2000年3月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月18日
發(fā)明者R·J·小科維爾, J·I·伊圖 申請(qǐng)人:?？松梨谘芯抗こ坦?br>