[發(fā)明專利]一種促進(jìn)原料油與催化劑高效混合的催化裂化提升管進(jìn)料混合段結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410014516.1
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN104774641B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧春喜;范怡平;陳昇;閆子涵
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)(北京)
• 主分類號: C10G11/00
• 分類號: C10G11/00;B01J8/08
• 代理公司: 暫無信息
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石油化工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種催化裂化工藝中促進(jìn)原料油與催化劑高效混合的提升管反應(yīng)器進(jìn)料混合段結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

催化裂化工藝在我國石油加工業(yè)中占有舉足輕重的地位，提供了我國市場70％以上的汽油和約30％的柴油。提升管反應(yīng)器是催化裂化的核心裝置之一。高價(jià)值的目的產(chǎn)品汽油、柴油和液化氣等均是在其內(nèi)獲得。

根據(jù)在裂化反應(yīng)過程中所起的作用，通?？蓪⒄麄€(gè)提升管反應(yīng)器由下至上分為預(yù)提升段、進(jìn)料混合段、充分反應(yīng)段以及出口快速分離區(qū)四個(gè)部分，在預(yù)提升段內(nèi)，預(yù)提升汽(氣)從提升管底部進(jìn)入，與再生斜管引入的大量的催化劑顆粒混合、接觸，并攜帶催化劑向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)竭_(dá)進(jìn)料混合段時(shí)，催化劑顆粒與斜向上設(shè)置的霧化噴嘴噴入的原料油混合、接觸并迅速開始反應(yīng)，生成汽油、柴油、液化氣等目標(biāo)產(chǎn)品；現(xiàn)有工業(yè)裝置中噴嘴的安裝角度與提升管管壁呈30°～40°，原料油斜向上注入提升管反應(yīng)器。在充分反應(yīng)段，油、劑混合物一邊向上運(yùn)動(dòng)一邊繼續(xù)進(jìn)行裂化反應(yīng)。當(dāng)?shù)竭_(dá)提升管末端出口快速分離區(qū)時(shí)，在快速分離系統(tǒng)的作用下，反應(yīng)產(chǎn)物——如柴油、汽油等和催化劑迅速分開，以防發(fā)生過度裂化。

在進(jìn)料混合段內(nèi)，盡管原料油和高活性的催化劑之間的接觸時(shí)間僅有0.2～0.3S，但在該區(qū)內(nèi)卻完成了50～60％的裂化反應(yīng)，因此該區(qū)的原料油和催化劑之間的接觸與混合狀況將會(huì)直接影響到整個(gè)裂化反應(yīng)的進(jìn)程。

對于進(jìn)料混合段內(nèi)油劑兩相的流動(dòng)與混合，最為理想的狀況包含兩個(gè)方面的意義：

1.第一階段，首先要求油、劑之間實(shí)現(xiàn)快速、均勻、充分地接觸、混合，即在提升管反應(yīng)器內(nèi)，形成“全混流”以確保原料油霧滴的快速氣化和高選擇性轉(zhuǎn)化；油、劑之間的接觸、混合時(shí)間應(yīng)當(dāng)盡量縮短，應(yīng)避免油、劑發(fā)生軸向“往復(fù)返混”而反復(fù)接觸，且油相和劑相的濃度分布相互“匹配”——油相濃度高的區(qū)域，催化劑濃度也較高，反之亦然；

2.第二階段，當(dāng)油、劑之間的接觸混合、氣化過程結(jié)束之后，油劑混合物應(yīng)以“平推流”的形式一起向上運(yùn)動(dòng)；即油、劑混合物應(yīng)迅速由第一階段的“全混流”轉(zhuǎn)變?yōu)椤捌酵屏鳌薄?/p>

然而，在目前原料油噴嘴斜向上設(shè)置的情況下，實(shí)際情況卻與理想狀況相去甚遠(yuǎn)，主要問題也體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

(1)由于噴嘴斜向上設(shè)置，在提升管進(jìn)料混合中，油、劑兩相之間呈“交叉-并流向上流動(dòng)”的狀態(tài)，油、劑之間的速度差較低。而兩股并流的流體發(fā)生動(dòng)量、質(zhì)量、熱量交換進(jìn)而混合的“強(qiáng)度”取決于二者的速度差。因此在進(jìn)料混合段難以形成真正的“全混流”，整個(gè)混合過程在時(shí)間和空間上都較長，無法實(shí)現(xiàn)上述第一階段“全混流”向“平推流”的迅速過渡。

另外，研究表明，在噴嘴斜向上設(shè)置的情況下，當(dāng)原料射流斜向上進(jìn)入提升管之后，將在射流與提升管內(nèi)壁之間形成一股“二次流”，因此在進(jìn)料混合段的部分區(qū)域里，油劑兩相的接觸、混合狀況并不理想，主要表現(xiàn)在：油劑兩相在提升管截面上濃度分布并不“匹配”，油相濃度相對較高(低)的區(qū)域，劑相濃度卻較稀(高)。

(2)由于有“二次流”的存在，在提升管反應(yīng)器進(jìn)料混合段的一些區(qū)域內(nèi)，催化劑存在著較為嚴(yán)重的返混現(xiàn)象，尤其在提升管邊壁附近，催化劑返混更為劇烈，這使得催化劑停留時(shí)間延長，也增大了油、劑之間反復(fù)接觸的幾率，造成較為嚴(yán)重的結(jié)焦。據(jù)報(bào)道，結(jié)焦最為嚴(yán)重的區(qū)域位于噴嘴上方500mm～2000mm的提升管內(nèi)壁附近。

多年來，針對提升管進(jìn)料混合段內(nèi)存在的上述兩個(gè)方面的不足，國內(nèi)外許多科研院所、石油公司提出了多種提升管進(jìn)料混合段結(jié)構(gòu)，以期實(shí)現(xiàn)理想的油、劑混合過程。

中國石化石油化工科學(xué)研究院提出了一種抗返混提升管，主要特點(diǎn)有二：原料油采用軸切向進(jìn)入提升管；進(jìn)料段采用縮徑結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)有效地改善了所謂的“環(huán)—核結(jié)構(gòu)”，改善了催化劑顆粒在提升管截面上分布不均勻的狀況，并抑制了催化劑顆粒在邊壁區(qū)域的返混，但是，這種結(jié)構(gòu)由于采用軸切向進(jìn)料，根據(jù)旋流的特點(diǎn)，原料油在提升管內(nèi)的停留時(shí)間延長，這就增大了油、劑之間反復(fù)接觸的幾率，對于反應(yīng)也是不利的。

美國UOP公司(US5348644、US6511635B2)曾經(jīng)提出在提升管內(nèi)噴嘴安裝位置的上游設(shè)置導(dǎo)流部件，希望能夠改善油、劑之間的初始接觸狀況。但是，通過我們的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于原料油的注入，將對提升管內(nèi)噴嘴上游的區(qū)域產(chǎn)生極大的影響，因而這種結(jié)構(gòu)的作用應(yīng)當(dāng)是非常有限的。