用于流化床反應器的流體注射噴嘴制造技術

用于循環流化床反應器的液體進料噴嘴組件，該噴嘴組件包括：(i)，節流閥主體預混合器(13)，其用以在噴嘴主體的上游將液體進料(22)與霧化蒸汽(23,24)結合，以形成包括液體進料液滴的液體進料/蒸汽混合物；(ii)管道(15)，所述管道(15)連接至文丘里管預混合器(13)，并且連接至排出噴嘴主體(29)，用以將由預混合器(13)產生的液體/蒸汽混合物流輸送到噴嘴主體(29)；(iii)排出噴嘴(29)，該排出噴嘴(29)連接到流動管道(15)，用以剪切液體進料/蒸汽混合物，以產生尺寸減小的液體進料液滴；和(iv)在排出噴嘴的出口處的分散器，用以提供相對于圓柱形射流具有增加的表面面積的液體進料的噴霧射流。所述噴嘴組件在使用諸如瀝青砂的重油進料的流體焦化單元中是特別有用的。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種有助于將流體注入到循環流化床反應器中的噴嘴組件。更具體地，本專利技術涉及一種有助于將諸如石油渣油和瀝青的重油注入到流體焦化反應器中的噴嘴組件。相關申請的交叉引用本申請要求于2010年5月25日提交的美國臨時專利申請No.61/348,013的優先權，其全部公開內容通過引用而并入本申請中。
技術介紹
循環流化床（CFB）反應器是公知的裝置，其能夠用來進行各種多相化學反應。在這種類型的反應器中，流體（氣體或液體）以一定速度通過顆粒狀固體材料，該速度高到足以使固體懸浮并使其表現像流體一樣。借助于使注入通過在反應器基部處的分配器（格柵、噴頭或其它裝置）的氣體諸如空氣、蒸汽或反應物氣體流化來維持流化。CFB反應器現在被用在許多工業應用中，在所述工業應用中有石油重油的催化裂解、烯烴聚合、煤氣化、以及水和廢物處理。一個主要的應用是在循環流化床燃燒器領域中，其中煤或另一高硫燃料在石灰石的存在下燃燒，以減少SOx的排放；由于在流化床中達到的相對較低的溫度，所以氮氧化物的排放量也減小。另一種應用是在被稱為爐體焦化的流化床焦化工藝及其變型FlexicokingTM中，兩者都是由?？怂裳芯亢凸こ坦荆‥xxon?Research?and?Engineering?Company）開發。流化床焦化是一種石油煉制過程，在所述石油煉制過程中，通過熱分解（焦化）將通常是來自分餾的非可蒸餾殘渣（渣油）的重質石油進料或重油轉化成更輕、更有用的產品，所述熱分解（焦化）在升高的反應溫度下進行，該溫度通常是約480°C至590°C，（約900°F至1100°F），并且在大多數情況下，是從500°C到550°C（約930°F至1020°F）?？梢酝ㄟ^流體焦化工藝處理的重油包括常壓重渣油、芳烴提取液、柏油以及來自下述地方的焦油砂、焦油坑和瀝青湖的瀝青及諸如在美國得克薩斯、秘魯、伊朗、俄羅斯和波蘭發現的類似沉積物，所述地方是指加拿大（阿薩巴斯卡（Athabasca），阿爾塔（Alta））、特立尼達島（Trinidad）、南加利福尼亞（拉布雷亞（La?Brea）（洛杉磯））、麥基特里克（McKittrick）（貝克斯菲爾德（Bakersfield），加利福尼亞）、卡平特里亞（Capinteria）（圣巴巴拉縣（Santa?Barbara?County），加利福尼亞州）、湖貝穆德斯（Lake?Bermudez）（委內瑞拉）。該工藝是在帶有包含熱焦炭顆粒的大反應器容器的一個單元中進行，所述大反應器容器在流化情形中維持在所需的反應溫度下，并且在焦炭顆粒的平均運動方向向下穿過流化床的情況下，在容器底部注射蒸汽。重油進料被加熱到可泵送的溫度，典型地在350℃至400℃（約660°F至750°F）的范圍內與霧化蒸汽混合，且被饋送通過在反應器中的幾個連續的水平高度處布置的多個進料噴嘴。蒸汽被注入到在反應器的底部處的汽提塔部分，并且當焦炭顆粒從在上方的反應器的主要部分下降時，蒸汽向上通過在汽提塔中的焦炭顆粒。進料液體的一部分涂覆流化床中的焦炭顆粒，并隨后分解成固體焦炭層和發展成氣體或汽化液體的更輕的產品。反應器壓力相對較低，以促進烴蒸氣的汽化，通常在約120至400kPag（約17至58psig）的范圍內，并且最通常地是從約200至350kPag（約29至51psig）。焦化（熱裂解）反應的輕質烴產物蒸發，與流化的蒸汽混合，并向上通過流化床進入到焦炭顆粒的密相流化床上方的稀相區中。在焦化反應中形成的該汽化的烴類產物的混合物繼續與蒸汽一起以約1至2米每秒（約3至6英尺每秒）的表面速度向上流動通過稀相，且夾帶一些細小焦炭的固體顆粒。大部分所夾帶的固體在一個或多個旋風分離器中通過離心力而與氣相分離，并且利用重力通過旋風分離器料腿（digleg）返回到密相流化床。來自反應器的蒸汽和烴類蒸氣的混合物隨后從旋風分離器氣體出口排出而進入位于反應部上方并通過隔板與其分開的高壓間中的洗滌器部中。通過與在洗滌器部中的洗滌器棚上下落的液體接觸，混合物驟冷。泵送循環回流使冷凝液體循環到外部冷卻器并返回到洗滌器部的頂行，以向液體產品的最重餾分的冷凝和驟冷提供冷卻。這種重質餾分通常通過饋送回流化床反應區而再循環來消滅。進料沒有立即汽化的成分涂覆反應器中的焦炭顆粒，并隨后分解成固體焦炭層和發展成氣體或汽化液體的更輕產物。在使進料與流化床接觸的過程中，一些焦炭顆粒可能會變得不均勻或被進料過重地涂覆，并且在與其它的焦炭顆粒碰撞期間可能會粘在一起。這些較重的焦炭顆?？赡懿荒鼙蛔⑷氲狡崴康牡撞恐械恼羝行У亓骰?，使得它們隨后從反應器部向下進入到汽提塔部中，在所述汽提塔部處，它們可能附著并且堆積在汽提塔部中的塔棚上，主要地是堆積在塔棚的最上排上。傳統上，汽提塔部具有許多折流板，所述折流板通常根據它們的形狀被稱為“塔棚”，并且所述折流板的形式為在數個疊置的行或層中穿過汽提塔的主體縱向延伸的倒置的通道部。焦炭在其向下通過汽提塔期間經過這些塔棚，并且暴露于蒸汽，所述蒸汽從在塔棚下方的容器的底部處的噴頭進入并在其沿汽提塔向上移動時重新分布。來自反應器的固體焦炭通過汽提塔并離開反應器容器到達燃燒器，所述固體焦炭主要由碳與較少量的氫、硫、氮和痕量的釩、鎳、鐵以及從進料獲得的其它元素組成，其在燃燒器處與空氣一起在流化床中燃燒，以將其溫度從約480℃至700℃（約900°至1300°F）升高，在此之后，熱焦炭顆粒被再循環到流化床反應區中，以提供用于焦化反應的熱量并且用作焦炭形成的核。也由埃克松（Exxon）研究和工程公司開發的FlexicokingTM工藝事實上是包括反應器和燃燒器的單元中運行的流體焦化過程，如上所述，但還包括用于通過與空氣/蒸汽混合物的反應來氣化焦炭產品以便形成低熱值的燃料氣體的氣化器，在該工藝的變型中，燃燒器通常被稱為加熱器。在這種情況下，加熱器在貧氧環境下運行。含有所夾帶的焦炭顆粒的氣化器產物氣體返回到加熱器，以提供反應器熱需求的一部分。從氣化器發送至加熱器的焦炭的返回流提供熱需求的其余部分。離開加熱器的熱焦炭氣體在被處理用于清理之前被用來產生高壓蒸汽。焦炭產物被從反應器中連續地移除。鑒于Flexicoking工藝和流體焦化過程之間的相似性，除了在需要區分時，在本說明書中使用術語“流體焦化”來指代和理解流體焦化和Flexicoking。流體焦化單元的汽提部被設置在反本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.05.25 US 61/348,013;2011.05.17 US 13/109,2961.一種循環流化床反應器，所述循環流化床反應器具有：反應器
壁，所述反應器壁具有圍繞豎直軸線的圓形橫截面；用于流化氣體的
下部入口；以及進料注射噴嘴組件，所述進料注射噴嘴組件用于液態
重油進料和霧化蒸汽，所述進料注射噴嘴組件位于所述下部流化氣體
入口上方且圍繞所述反應器壁，每個所述噴嘴組件均穿過所述反應器
壁延伸到所述反應器中，并且排出噴嘴孔口位于所述反應器內且用于
所述液態重油進料的入口位于遠離所述排出噴嘴孔口的端部處；每個
進料注射噴嘴組件均包括：
預混合器部，所述預混合器部用以將所述液態重油進料與所述霧
化蒸汽結合，以形成包括液體進料液滴的液體進料/蒸汽混合物，所述
預混合器部包括在流動管道中的節流閥收縮部和多個徑向蒸汽輸入端
口，所述節流閥收縮部限定喉部，所述多個徑向蒸汽輸入端口則繞所
述喉部設置；
流動管道部，所述流動管道部跟隨所述預混合器部，并且所述流
動管道部連接到所述預混合器部，所述流動管道部從所述預混合器部
延伸到排出噴嘴，用以將由所述預混合器產生的所述液體/蒸汽混合物
流輸送到所述排出噴嘴；
排出噴嘴，所述排出噴嘴具有收斂進入部，所述收斂進入部跟隨
所述流動管道部，并且所述收斂進入部連接到所述流動管道部，用以
剪切所述液體進料/蒸汽混合物并且在所述排出噴嘴內產生具有減小尺
寸的液體進料液滴。
2.根據權利要求1所述的循環流化床反應器，其中，所述噴嘴組
件具有包括連續的收斂區和發散區的流動管道部，用以減小來自所述
預混合器的所述液體進料/蒸汽混合物中的所述液體進料液滴的尺寸。
3.根據權利要求1所述的循環流化床反應器，所述循環流化床反
應器包括在所述排出噴嘴的出口處的多葉形分散器，用以產生相對于

\t圓柱形射流具有增加的表面面積的相應成形的液體噴射羽流。
4.根據權利要求3所述的循環流化床反應器，其中，所述分散器
具有主體和在所述主體中的多個葉片，所述主體包括圓形橫截面的中
央流道，每個葉片的壁均限定一段中空圓錐，并且所述中空圓錐的軸
線與所述分散器的中心軸線對稱地相交，以在所述分散器主體中限定
具有增加的橫截面面積的增加的多葉形離開通道。
5.根據權利要求1所述的循環流化床反應器，其中，每個噴嘴組
件均包括：流動調節器，所述流動調節器具有減小的橫截面流動面積，
所述流動調節器在所述流動管道中位于所述預混合器部和所述排出噴
嘴之間；以及在所述排出噴嘴的出口處的多葉形分散器，用以產生相
對于圓柱形射流具有增加的表面面積的相應成形的液體噴射羽流。
6.一種流體焦化反應器，所述流體焦化反應器具有：反應器壁，
所述反應器壁具有圍繞豎直軸線的圓形橫截面：用于流化氣體的下部
入口；以及進料注射噴嘴組件，所述進料注射噴嘴組件用于液態重油
進料和霧化蒸汽，所述進料注射噴嘴組件位于所述下部流化氣體入口
上方且圍繞所述反應器壁，每個所述噴嘴組件均穿過所述反應器壁延
伸到所述反應器中，并且排出噴嘴孔口位于所述反應器內且用于所述
液態重油進料的入口位于遠離所述排出噴嘴的端部處；每個進料注射
噴嘴組件均包括：
預混合器部，所述預混合器部用以將所述液態重油進料與所述霧
化蒸汽結合，以形成包括液體進料液滴的液體進料/蒸汽混合物，所述
預混合器部包括在流動管道中的節流閥收縮部和多個徑向蒸汽輸入端
口，所述節流閥收縮部限定喉部，所述多個徑向蒸汽輸入端口則繞所
述喉部設置；
流動管道部，所述流動管道部跟隨所述預混合器部，并且所述流
動管道部連接到所述預混合器部，所述流動管道部從所述預混合器部
延伸到出口噴嘴部，用以輸送由所述預混合器產生的所述液體/蒸汽混

\t合物形成的流；
排出噴嘴，所述排出噴嘴具有收斂進入部，所述收斂進入部跟隨
所述流動管道部，并且所述收斂進入部連接到所述流動管道部，用以
剪切所述液體進料/蒸汽混合物并且在所述排出噴嘴內產生具有減小尺
寸的液體進料液滴；以及
相對于圓柱形射流具有增加的表面面積。
7.根據權利要求6所述的流體焦化反應器，其中，噴嘴主體具有
包括連續的收斂區和發散區的流動管道部，用以減小來自所述預混合
器的所述液體進料/蒸汽混合物中的所述液體進料液滴的尺寸。
8.根據權利要求6所述的流體焦化反應器，其中，每個所述進料
注射噴嘴均包括在所述排出噴嘴的出口處的多葉形分散器，用以產生
相對于圓柱形射流具有增加的表面面積的相應成形的液體噴射羽流。
9.根據權利要求8所述的流體焦化反應器，其中，所述分散器包
括為所述射流提供平坦的扇形噴霧圖案的扇形分散器。
10.根據權利要求8所述的流體焦化反應器，其中，所述分散器
具有主體和在所述主體中的多個葉片，所述主體包括圓形橫截面的中
央流道，每個葉片的壁均限定一段中空圓錐，并且所述中空圓錐的軸
線與所述分...

【專利技術屬性】
技術研發人員：愛德華·禪，布里安·A·可內皮爾，艾伯哈德·謬勒，詹妮弗·麥克米麗恩，喬娜森·泰勒，拉瑟那·P·達吾魯里，
申請(專利權)人：埃克森美孚研究工程公司，
類型：
國別省市：